JP3227321B2

JP3227321B2 - インク噴射装置

Info

Publication number: JP3227321B2
Application number: JP29848894A
Authority: JP
Inventors: 周平鶸田; 浩司今井; 真司近藤; 宏基浅井
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1994-12-01
Publication date: 2001-11-12
Anticipated expiration: 2016-11-12
Also published as: JPH08156249A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電材料の変形により
インクを噴射するインク噴射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ドロップオンデマンド方式のイン
クジェットヘッドとして、例えば、圧電セラミックスの
変形によってインク流路の容積を変化させ、その容積減
少時にインク流路内のインクをノズルから液滴として噴
射し、容積増大時にインク導入口からインク流路内にイ
ンクを導入するようにしたものがある。そして、所要の
印字データに従って所要の位置のノズルからインク滴を
噴射させることにより、インクジェットヘッドと対向す
る紙面上等に所望する文字や画像を形成するものであ
る。

【０００３】この種のインクジェットヘッドとしては、
例えば特開昭６３−２４７０５１号公報に記載されてい
るものがある。このインクジェットヘッドは、圧電セラ
ミックスの隔壁によって隔てられた複数の平行なインク
流路を形成し、前記インク流路の一端をノズルプレート
の前記ノズルに連通し、他端をインクを供給するインク
供給手段に接続し、前記隔壁の変形によってインク流路
の容積を変化させて前記ノズルからインクを噴射するも
のである。

【０００４】また、本願出願人は、特願平５−２８４７
０４号で、上記の様なインクジェットヘッドに関する提
案をした。以下そのインクジェットヘッドの概略構成を
説明する。図１２、図１３及び図１４に示すように、イ
ンクジェットヘッド３００は、圧電セラミックスプレー
ト３０２とカバープレート３２０とノズルプレート４１
４とマニホールド部材３０１とから構成されている。

【０００５】その圧電セラミックスプレート３０２は、
チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）等のセラミックス材
料で形成され、圧電セラミックスプレート３０２には、
ダイヤモンドブレード等により切削加工された複数の横
溝３０３が形成されている。また、その横溝３０３の側
面となる隔壁３０６は矢印３０５の方向に分極されてい
る。それらの横溝３０３は同じ深さであり、かつ平行で
あり、圧電セラミックスプレート３０２の対向する端面
３０２ａ、３０２ｂに開口して加工されている。

【０００６】また、圧電セラミックスプレート３０２の
端面３０２ａには、縦溝３１１ａが横溝３０３に連通す
るように１つ置きに形成されている。圧電セラミックス
プレート３０２の端面３０２ｂには、縦溝３１１ｂが横
溝３０３に連通するように１つ置きに形成されている。
そして、縦溝３１１ａ、３１１ｂは交互に形成されてお
り、縦溝３１１ａと縦溝３１１ｂとは、隣合う横溝３０
３に形成されている。尚、縦溝３１１ａは、両外側の横
溝３０３に設けられている。また、圧電セラミックプレ
ート３０２の横溝３０３加工側に対して反対側の面３０
２ｃには、パターン３２４、３２５が形成されている。

【０００７】そして、圧電セラミックスプレート３０２
の溝加工面、且つ端面３０２ａに対して斜め上方の位置
に配置されたスパッタリング等の蒸着源（図示せず）か
ら金属電極３０８、３０９、３１０が形成される（矢印
３３０ａ、３３０ｂの方向から蒸着される）。尚、圧電
セラミックスプレート３０２の端面３０２ａ及び隔壁３
０６の天頂部に金属電極が形成されないようにマスクし
ておく。すると、金属電極３０８は横溝３０３の両側面
の上半分の領域に形成され、金属電極３０９は、縦溝３
１１ａが形成されていない横溝３０３の端面３０２ａ側
の側面の一部及び底面の一部に形成され、金属電極３１
０は縦溝３１１ａの側面のうち端面３０２ａ側に形成さ
れる。尚、金属電極３０８と金属電極３０９とは電気的
に接続され、金属電極３０８と金属電極３１０とは電気
的に接続されている。

【０００８】次に、圧電セラミックスプレート３０２の
面３０２ｃ、且つ端面３０２ｂに対して斜め上方の位置
に配置されたスパッタリング等の蒸着源（図示せず）か
ら金属電極３１６、３１７が形成される（矢印３３１
ａ、３３１ｂの方向から蒸着される）。尚、圧電セラミ
ックスプレート３０２の端面３０２ｂ及び面３０２ｃの
パターン３２４、３２５が形成された領域に金属電極が
形成されないようにマスクしておく。すると、図１４に
示すように、その金属電極３１６は、圧電セラミックス
プレート３０２の面３０２ｃにおいて縦溝３１１ａの底
面より端面３０２ａ側の領域及び縦溝３１１ａ内面の側
面の一部に形成される。このとき、縦溝３１１ａに形成
された金属電極３１０上にも金属電極３１６が形成され
て、縦溝３１１ａの側面に形成された金属電極３１６が
金属電極３１０を介して金属電極３０８と電気的に接続
される。このため、縦溝３１１ａが形成された横溝３０
３ａの片側の隔壁３０６に形成された金属電極３０８
が、その隔壁３０６によって構成される横溝３０３ｂを
挟む他の横溝３０３ａにおける該横溝３０３ｂを構成す
るもう一つの隔壁３０６に形成された金属電極３０８と
電気的に接続される。また、金属電極３１６はパターン
３２４に電気的に接続される。

【０００９】そして、図１３及び図１４に示すように、
金属電極３１７は、圧電セラミックスプレート３０２の
面３０２ｃにおいて縦溝３１１ｂの底面より圧電セラミ
ックスプレート３０２の中央側から端面３０２ｂ側の領
域、縦溝３１１ｂ内面の側面に形成される。尚、端面３
０２ｂに金属電極が形成されないようにマスクしてお
く。このとき、縦溝３１１ｂと連通する横溝３０３ｂの
金属電極３０８上にも金属電極３１７が形成されて、縦
溝３１１ｂの側面に形成された金属電極３１７と電気的
に接続される。このため、縦溝３１１ｂが形成された横
溝３０３ｂの全ての金属電極３０８が金属電極３１７に
よって電気的に接続される。また、金属電極３１７はパ
ターン３２５に電気的に接続される。

【００１０】次に、前記圧電セラミックスプレート３０
２の少なくとも金属電極３０８、３０９、３１７をエポ
キシ樹脂で被覆し、保護膜７７（図１６）を形成する。

【００１１】次に、カバープレート３２０はアルミナで
形成されており、圧電セラミックスプレート３０２の横
溝３０３加工側の面と、カバープレート３２０とをエポ
キシ系接着剤１２０（図１６）によって接着する。従っ
て、インクジェットヘッド３００には、横溝３０３の上
面が覆われて、縦溝３１１ｂと連通するインク室３０４
（図１６参照）及び縦溝３１１ａと連通する非噴射領域
としての空気室３２７（図１６参照）が構成される。
尚、インク室３０４は横溝３０３ｂに対応しており、空
気室３２７は横溝３０３ａに対応している。インク室３
０４及び空気室３２７は長方形断面の細長い形状であ
り、全てのインク室３０４はインクが充填され、空気室
３２７は空気が充填される領域である。

【００１２】圧電セラミックスプレート３０２の端面３
０２ａ及びカバープレート３２０の端面に、各インク室
３０４の位置に対応した位置にノズル４１２が設けられ
たノズルプレート４１４が接着される。

【００１３】そして、マニホールド部材３０１が、圧電
セラミックスプレート３０２の端面３０２ｂ及び圧電セ
ラミックスプレート３０２の面３０２ｃにおける縦溝３
１１ｂ側に接着される。マニホールド部材３０１にはマ
ニホールド３２２が形成されており、そのマニホールド
３２２は縦溝３１１ｂを包囲している。

【００１４】圧電セラミックスプレート３０２の面３０
２ｃに形成されたパターン３２４、３２５は、図示しな
いフレキシブルプリント基板の配線パターンと接続され
る。そのフレキシブルプリント基板の配線パターンは、
後述する制御部に接続された図示しないリジット基板に
接続されている。

【００１５】次に、制御部のブロック図を示す図１５に
よって、制御部の構成を説明する。圧電セラミックスプ
レート３０２の面３０２ｃに形成されたパターン３２
４、３２５は、前記フレキシブルプリント基板、前記リ
ジット基板を介して各々個々にＬＳＩチップ１５１に接
続され、クロックライン１５２、データライン１５３、
電圧ライン１５４及びアースライン１５５もＬＳＩチッ
プ１５１に接続されている。ＬＳＩチップ１５１は、ク
ロックライン１５２から供給された連続するクロックパ
ルスに基づいて、データライン１５３上に現れるデータ
から、どのノズル４１２からインク滴の噴射を行うべき
かを判断し、噴射するインク室３０４の両側の空気室３
２７の金属電極３０８に導通するパターン３２４に、電
圧ライン１５４の電圧Ｖを印加する。また、他のパター
ン３２４及びインク室３０４の金属電極３０８に導通す
るパターン３２５をアースライン１５５に接続する。

【００１６】次に、インクジェットヘッド３００の動作
を説明する。図１７のインク室３０４ｂからインク滴を
噴射するために、当該インク室３０４ｂの両側の空気室
３２７ｂ、３２７ｃのインク室３０４ｂ側の金属電極３
０８ｃ、３０８ｆに対し電圧パルスをパターン３２４を
介して与え、他の金属電極３０８には、他のパターン３
２４、パターン３２５を介して接地する。すると、隔壁
３０６ｂには矢印１１３ｂ方向の電界が発生し、隔壁３
０６ｃには矢印１１３ｃ方向の電界が発生して、隔壁３
０６ｂと３０６ｃとが互いに離れるように動く。インク
室３０４ｂの容積が増えて、ノズル４１２付近を含むイ
ンク室３０４ｂ内の圧力が減少する。この状態をＬ／ａ
で示される時間だけ維持する。すると、その間縦溝３１
１ｂを介してマニホールド３２２からインクがインク室
３０４ｂに供給される。なお、上記Ｌ／ａは、インク室
３０４内の圧力波が、インク室３０４の長手方向（縦溝
３１１ｂからノズルプレート４１４まで、またはその
逆）に対して、片道伝播するに必要な時間であり、イン
ク室３０４の長さＬとインク中での音速ａによって決ま
る。

【００１７】圧力波の伝播理論によると、前記の立ち上
げからちょうどＬ／ａの時間経つとインク室３０４ｂ内
の圧力が逆転し、正の圧力に転じるが、このタイミング
に合わせて電極３０８ｃ、３０８ｆに印加されている電
圧を０Ｖに戻す。すると、隔壁３０６ｂと３０６ｃは変
形前の状態（図１６）に戻り、インクに圧力が加えられ
る。その時、前記正に転じた圧力と隔壁３０６ｂ、３０
６ｃが変形前の状態に戻って、発生した圧力とがたし合
わされ、比較的高い圧力がインク室３０４ｂ内のインク
に与えられて、インク滴がノズル１２から噴出される。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特願平５−２８４７０４号に提案したインクジェット
ヘッド３００では、インク室３０４ｂからインク滴を噴
射するために、当該インク室３０４ｂの両側の空気室３
２７ｂ、３２７ｃのインク室３０４ｂ側の金属電極３０
８ｃ、３０８ｆに対し電圧パルスを与え、インク室３０
４ｂ内の金属電極３０８を接地するので、空気室３２７
内の２つの金属電極３０８を分離し、且つ２つの空気室
３２７内のそれぞれ一方の金属電極３０８を接続する必
要がある。そのため、インクジェットヘッド３００の構
成が複雑になるといった問題点があった。

【００１９】そして、このように空気室３２７ｂ、３２
７ｃの金属電極３０８ｃ，３０８ｆへの電圧パルスの印
加と、インク室３０４ｂ内の金属電極３０８の接地とに
よって、電位差を発生させるには、インク室３０４ｂ内
の金属電極３０８をＡ点とし、空気室３２７ｂ、３２７
ｃの金属電極３０８ｃ，３０８ｆをＢ点とすると、図１
８に示すような回路が必要である。図１８（ｂ）に示す
ように、Ａ点は接地されている。またＢ点は、エミッタ
が図示しない電源に接続された第一トランジスタ５０１
のコレクタ及びエミッタが接地された第二トランジスタ
５０３のコレクタが接続されている。そして、第一トラ
ンジスタ５０１及び第二トランジスタ５０３のベース
は、レベルシフタ５０５に接続されており、このレベル
シフタ５０５は、図示しない制御回路に接続されてい
る。レベルシフタ５０５は、制御回路から送信される信
号に基づいて第一トランジスタ５０１、第二トランジス
タ５０３をＯＮ，ＯＦＦさせるために、第一トランジス
タ５０１、第二トランジスタ５０３のベースに電圧を与
える回路である。この第一トランジスタ５０１、第二ト
ランジスタ５０３のＯＮ，ＯＦＦによって、図１８
（ａ）に示す印字電圧＋Ｖが空気室３２７の金属電極３
０８に印加される。

【００２０】また、インク室３０４の容積を変化させて
インク室３０４内のインクに圧力波を発生させてインク
を噴射させるインクジェットヘッド３００では、インク
噴射後においても、インク室３０４内には上記圧力波に
起因する圧力変動が暫く残留する。これはいわゆる残留
圧力変動である。そして、次の噴射の時点で残留圧力が
インク室３０４内に有る場合と無い場合とでは、噴射さ
れるインク滴の量や飛翔速度等が異なり、印字品質が劣
化する問題がある。そしてインク室３０４内に残留圧力
が無い状態まで噴射のタイミングを遅らせると、印字速
度が遅くなるといった問題があった。

【００２１】この問題を解決するために、例えば特開昭
６１−３７５２号公報に開示されているような、インク
噴射を行なうための印字電圧に続いてキャンセル電圧を
印加することにより、インク室３０４内の残留圧力変動
を低減することが考えられている。そして、図１９
（ａ）に示すような印字電圧＋Ｖａ及びキャンセル電圧
−Ｖｂを印加するためには、上記の構成のインクジェッ
トヘッド３００では、図１９（ｂ）に示すような回路が
必要となる。図１９（ｂ）に示すように、Ａ点は接地さ
れている。またＢ点は、エミッタが＋Ｖａを発生させる
電源（図示せず）に接続された第一トランジスタ５０７
のコレクタ及びエミッタが接地された第二トランジスタ
５０９のコレクタが接続されている。更に、Ｂ点は、エ
ミッタが接地された第三トランジスタ５１１のコレクタ
及びエミッタが−Ｖｂを発生させる電源（図示せず）に
接続された第四トランジスタ５１３のコレクタが接続さ
れている。そして、第一トランジスタ５０７、第二トラ
ンジスタ５０９、第三トランジスタ５１１及び第四トラ
ンジスタ５１３のベースは、レベルシフタ５１５に接続
されており、このレベルシフタ５１５は、図示しない制
御回路に接続されている。

【００２２】このように、印字電圧＋Ｖａ及びキャンセ
ル電圧−Ｖｂを印加する場合には、上述したようにトラ
ンジスタが４個となり、コストが上がるといった問題が
あった。

【００２３】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、構成が簡単であり、コストを低
減することができるインク噴射装置を提供することを目
的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１では、インクを噴射する複数のイン
ク室と、前記インク室の隣に設けられ、インクを噴射し
ない複数の非噴射領域と、前記インク室と前記非噴射領
域とを隔て、少なくとも一部が圧電材料で形成された隔
壁と、前記インク室内にて前記隔壁の圧電部に形成され
た第一電極と、前記非噴射領域内にて前記隔壁の圧電部
に形成された第二電極とを有するインク噴射装置であっ
て、前記第二電極に接続され、該第二電極に印加する第
一駆動電圧とそれよりも低い第二駆動電圧とを順次発生
する駆動電圧発生回路と、前記第一電極に接続され、該
第一電極を前記第一駆動電圧よりも低く前記第二駆動電
圧よりも高い基準電圧として該第一電極に正逆方向に電
流が流れる状態と高インピーダンス状態とにする切り換
え回路と、インクを噴射しようとする前記インク室の前
記第一電極を前記基準電圧にするとともに他の前記イン
ク室の前記第一電極を高インピーダンス状態にするため
の第一駆動信号を前記切り換え回路に送信し、該インク
を噴射しようとする前記インク室の隣の前記非噴射領域
の前記第二電極に前記第一駆動電圧と第二駆動電圧とを
順次印加するための第二駆動信号を前記駆動電圧発生回
路に送信する制御回路とを備えている。

【００２５】請求項２では、前記切り換え回路は、前記
第一電極に接続され、該第一電極に正逆方向に電流を流
す双方向電流スイッチング素子と、前記第一電極を前記
基準電圧にするために双方向電流スイッチング素子を駆
動させる第一電圧を、または前記第一電極を高インピー
ダンス状態にするために双方向電流スイッチング素子を
駆動させない第二電圧を前記双方向電流スイッチング素
子に与える切り換え電圧発生回路とから構成され、前記
制御回路は、前記第一電圧または第二電圧を発生させる
ための第一駆動信号を前記切り換え電圧発生回路に送信
し、前記駆動電圧を発生させるための第二駆動信号を前
記駆動電圧発生回路に送信することを特徴とする。

【００２６】請求項３では、前記双方向電流スイッチン
グ素子は、アナログスイッチで構成されていることを特
徴とする。

【００２７】請求項４では、複数のインク室の前記第一
電極は、それぞれの前記切り換え回路に接続され、複数
の非噴射領域の前記第二電極は、共通に前記駆動電圧発
生回路に接続されていることを特徴とする。

【００２８】請求項５では、複数のインク室の前記第一
電極は、それぞれの前記双方向電流スイッチング素子に
接続され、各々の双方向電流スイッチング素子は、それ
ぞれの前記切り換え電圧発生回路に接続され、複数の非
噴射領域の前記第二電極は、共通に前記駆動電圧発生回
路に接続されていることを特徴とする。

【００２９】請求項６では、前記インク室に形成された
両側の前記第一電極は電気的に接続され、前記インク室
の両隣に設けられた前記非噴射領域に形成された両側の
第二電極は電気的に接続されていることを特徴とする。

【００３０】

【作用】上記の構成を有する本発明のインク噴射装置で
は、前記制御回路からの前記第一駆動信号に基づいて、
インクを噴射しようとする前記インク室の前記第一電極
を前記基準電圧にするとともに他の前記インク室の前記
第一電極を高インピーダンス状態とする。また、前記制
御回路からの前記第二駆動信号に基づいて、インクを噴
射しようとする前記インク室の隣の前記非噴射領域の前
記第二電極に前記第一駆動電圧と第二駆動電圧とを順次
印加する。そして第一電極と第二電極との間に電位差が
生じて、前記隔壁が変形されてインク室内の容積が変化
してインクが噴射され、それに続いて残留圧力を減少す
るために前記隔壁が変形される。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００３２】図１、図２及び図３に示すように、インク
ジェットヘッド１００は、圧電セラミックスプレート１
０２とカバープレート１２１とノズルプレート１４とマ
ニホールド部材１０１から構成されている。

【００３３】その圧電セラミックスプレート１０２は、
チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）等のセラミックス材
料で形成され、圧電セラミックスプレート１０２には、
ダイヤモンドブレード等により切削加工された複数の横
溝１０３が形成されている。また、その横溝１０３の側
面となる隔壁１０６は矢印１０５の方向に分極されてい
る。それらの横溝１０３は同じ深さであり、かつ平行で
あり、圧電セラミックスプレート１０２の対向する端面
１０２ａ、１０２ｂに開口して加工されている。

【００３４】そして、圧電セラミックスプレート１０２
の溝加工面に対して斜め上方の位置であり、且つ隔壁１
０６の長手方向に直交する方向の位置に配置されたスパ
ッタリング等の蒸着源（図示せず）から金属電極１０８
が形成される（矢印１３０ａ、１３０ｂの方向から蒸着
される）。尚、隔壁１０６の天頂部に金属電極が形成さ
れないようにマスクしておく。すると、金属電極１０８
は横溝１０３の両側面の上半分の領域に形成される。

【００３５】次に、圧電セラミックスプレート１０２の
面１０２ｃ、且つ端面１０２ｂに対して斜め上方の位置
に配置されたスパッタリング等の蒸着源（図示せず）か
ら金属電極１１６、１１７、１２４、１２５が形成され
る（矢印１３１ａ、１３１ｂの方向から蒸着される）。
尚、圧電セラミックスプレート１０２の端面１０２ｂに
は、金属電極１１６が各々分離するようにマスクしてお
き、また面１０２ｃには、金属電極１２４と金属電極１
２５とが分離し、且つ金属電極１２５が全て接続するよ
うにマスクしておく。すると、溝１０３の両側の金属電
極１０８は金属電極１１６、１１７によって接続され
る。そして、金属電極１１６は、圧電セラミックスプレ
ート１０２の面１０２ｃにおいて金属電極１２４に接続
されるものと、金属電極１２５に接続されるものとに分
けられる。金属電極１２４に接続された金属電極１０８
の横溝１０３は、１つおきに配置されており、また金属
電極１２５に接続された金属電極１０８の横溝１０３
も、１つおきに配置されている。尚、金属電極１２４に
接続された金属電極１０８の横溝１０３の両隣には、金
属電極１２５に接続された金属電極１０８の横溝１０３
が配置されている。

【００３６】次に、前記圧電セラミックスプレート１０
２の金属電極１０８、１１６、１１７をエポキシ樹脂で
被覆し、保護膜１７７（図７）を形成する。

【００３７】次に、カバープレート１２１はアルミナで
形成されており、圧電セラミックスプレート１０２の横
溝１０３の加工側の面と、カバープレート１２１とをエ
ポキシ系接着剤２０（図７）によって接着する。従っ
て、インクジェットヘッド１００には、横溝１０３の上
面が覆われて、金属電極１２４に接続する金属電極１０
８を有するインク室１０４（図７参照）及び金属電極１
２５に接続する金属電極１０８を有する非噴射領域とし
ての空気室１２７（図７参照）が構成される。尚、イン
ク室１０４及び空気室１２７は長方形断面の細長い形状
であり、全てのインク室１０４はインクが充填され、空
気室１２７は空気が充填される領域である。

【００３８】圧電セラミックスプレート１０２の端面１
０２ａ及びカバープレート１２１の端面に、各インク室
１０４の位置に対応した位置にノズル１２が設けられた
ノズルプレート１４が接着される。このノズルプレート
１４は、ポリアルキレン（例えばエチレン）テレフタレ
ート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテル
ケトン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネイト、酢
酸セルロース等のプラスチックによって形成される。

【００３９】そして、マニホールド部材１０１が、圧電
セラミックスプレート１０２の端面１０２ｂに接着され
る。マニホールド部材１０１にはマニホールド１２２及
び供給口１２３が形成されており、そのマニホールド１
２２はインク室１０４に対応した位置に設けられた供給
口１２３に連通している。

【００４０】そして、圧電セラミックスプレート１０２
の面１０２ｃに形成された金属電極１２４、１２５は、
図示しないフレキシブルプリント基板の配線パターンに
接続される。各金属電極１２４は、前記フレキシブルプ
リント基板を介して各双方向電流スイッチング素子５１
（図４）に接続され、各双方向電流スイッチング素子５
１は切り換え電圧発生回路としてのレベルシフタ５３
（図４）に各々接続されている。尚、切り換え回路は、
双方向電流スイッチング素子とレベルシフタからなる。
また、全ての金属電極１２５は、前記フレキシブルプリ
ント基板を介して１つの電力増幅回路５５（図４）に接
続され、電力増幅回路５５は駆動電圧発生回路としての
電圧発生回路５７（図４）に接続されている。

【００４１】図５に示すように、各双方向電流スイッチ
ング素子５１は、アナログスイッチである第一トランジ
スタ６５と第二トランジスタ６７とから構成されてお
り、第一トランジスタ６５及び第二トランジスタ６７の
ベースはレベルシフタ５３に接続され、第一トランジス
タ６５及び第二トランジスタ６７のエミッタは基準電圧
としての０Ｖにされ、第一トランジスタ６５及び第二ト
ランジスタ６７のコレクタは前記フレキシブルプリント
基板の配線パターンを介して金属電極１２４に接続され
ている。そして、各レベルシフタ５３及び１つの電圧発
生回路５７は制御回路５９（図４）に接続されている。
図４に示すように制御回路５９にはクロックライン６
１、データライン６３も接続されている。

【００４２】制御回路５９は、クロックライン６１から
供給された連続するクロックパルスに基づいて、データ
ライン６３上に現れるデータから、どのノズル１２から
インク滴の噴射を行うべきかを判断し、各レベルシフタ
５３に第一駆動信号を送信するとともに、電圧発生回路
５７に第二駆動信号を送信する。レベルシフタ５３は、
第一駆動信号にしたがって、第一トランジスタ６５、第
二トランジスタ６７をＯＮまたはＯＦＦさせるように、
第一トランジスタ６５及び第二トランジスタ６７のベー
スに第一電圧もしくは第二電圧を与える。また、電圧発
生回路５７は、第二駆動信号にしたがって、基準電圧と
しての０Ｖ、第一駆動電圧としての印字電圧＋Ｖａ、第
二駆動電圧としてのキャンセル電圧−Ｖｂを出力する。

【００４３】前記第一電圧は、第一トランジスタ６５を
ＯＮする第一ＯＮ電圧および第二トランジスタ６７をＯ
Ｎする第二ＯＮ電圧を示す。また前記第二電圧は、第一
トランジスタ６５をＯＦＦする第一ＯＦＦ電圧および第
二トランジスタ６７をＯＦＦする第二ＯＦＦ電圧を示
す。第一ＯＮ電圧は、基準電圧である０Ｖと第一トラン
ジスタ６５のベースエミッタ電圧とを足した値Ｖ１より
大きい電圧であり、第一ＯＦＦ電圧は前記Ｖ１以下の電
圧である。第二ＯＮ電圧は、基準電圧である０Ｖと第二
トランジスタ６５のベースエミッタ電圧とを足した値Ｖ
２より小さい電圧であり、第二ＯＦＦ電圧は前記Ｖ２以
上の電圧である。

【００４４】次に、本実施例のインクジェットヘッド１
００の動作を説明する。図８のインク室１０４ｂからイ
ンク滴を噴射すると制御回路５９が判断すると、制御回
路５９は、各レベルシフタ５３に第一駆動信号を送信す
る。即ち、インク室１０４ｂに対応するレベルシフタ５
３には噴射のため信号を送信し、他のインク室１０４に
対応するレベルシフタ５３には非噴射のため信号を送信
する。この第一駆動信号の送信と共に、制御回路５９は
電圧発生回路５７に噴射のための第二駆動信号を送信す
る。すると、インク室１０４ｂに対応するレベルシフタ
５３は、第一トランジスタ６５のベースに第一ＯＮ電圧
を与え、且つ第二トランジスタ６７のベースに第二ＯＮ
電圧を与える。他のインク室１０４に対応するレベルシ
フタ５３は、第一トランジスタ６５のベースに第一ＯＦ
Ｆ電圧を与え、且つ第二トランジスタ６７のベースに第
二ＯＦＦ電圧を与える。この時電圧発生回路５７は、電
圧＋Ｖａを発生させる。つまり、インク室１０４ｂの金
属電極１０８を接地し、空気室１２７内の金属電極１０
８に対し印字電圧＋Ｖａ（図６（ａ））を与え、他のイ
ンク室１０４内の金属電極１０８は、高インピーダンス
状態にする。

【００４５】すると、隔壁１０６ｂには矢印１３ｂ方向
の電界が発生し、隔壁１０６ｃには矢印１３ｃ方向の電
界が発生して、隔壁１０６ｂと１０６ｃとが互いに離れ
るように動く。尚、他のインク室１０４側の金属電極１
０８が高インピーダンス状態であるので、他の隔壁１０
６には電界が発生せず、他の隔壁１０６は変形しない。
そして、隔壁１０６ｂと１０６ｃとの変形によりインク
室１０４ｂの容積が増えて、ノズル１２付近を含むイン
ク室１０４ｂ内の圧力が減少する（図６（ｂ））。この
状態をＬ／ａで示される時間だけ維持する。すると、そ
の間供給口１２３を介してマニホールド１２２からイン
クがインク室１０４ｂに供給される。なお、上記Ｌ／ａ
は、インク室１０４内の圧力波が、インク室１０４の長
手方向（供給口１２３からノズルプレート１４まで、ま
たはその逆）に対して、片道伝播するに必要な時間であ
り、インク室１０４の長さＬとインク中での音速ａによ
って決まる。

【００４６】圧力波の伝播理論によると、前記の立ち上
げからちょうどＬ／ａの時間経つとインク室１０４ｂ内
の圧力が逆転し、正の圧力に転じるが、このタイミング
に合わせて空気室１２７内の金属電極１０８に印加され
ている電圧を０Ｖに戻す（図６（ａ））。つまり、各第
一、第二トランジスタ６５，６７を上述の状態に保った
まま、電圧発生回路５７が＋Ｖａから０Ｖに切り換え
る。すると、隔壁１０６ｂと１０６ｃは変形前の状態
（図７）に戻り、インクに圧力が加えられる。その時、
前記正に転じた圧力と隔壁１０６ｂ、１０６ｃが変形前
の状態に戻って、発生した圧力とがたし合わされ、比較
的高い圧力Ｐ（図６（ｂ））がインク室１０４ｂ内のイ
ンクに与えられて、インク滴がノズル１２から噴出され
る。

【００４７】上述したように、インク滴を噴射させる
と、インク室１０４ｂ内に残留圧力が残っているので、
その残留圧力を打ち消すために、電圧を０Ｖに戻した時
点からＬ／ａ経過した時点で、各第一、第二トランジス
タ６５，６７を上述の状態に保ったまま、電圧発生回路
５７が０Ｖから−Ｖｂに切り換える。つまり、インク室
１０４ｂの金属電極１０８を接地し、空気室３２７内の
金属電極１０８に対しキャンセル電圧−Ｖｂ（図６
（ａ））を与え、他のインク室１０４内の金属電極１０
８は、高インピーダンス状態にする。すると、図９に示
すように、隔壁１０６ｂには矢印１５ｂ方向の電界が発
生し、隔壁１０６ｃには矢印１５ｃ方向の電界が発生し
て、隔壁１０６ｂと１０６ｃとが互いに近づくように動
く。尚、他のインク室１０４側の金属電極１０８が高イ
ンピーダンス状態であるので、他の隔壁１０６には電界
が発生せず、他の隔壁１０６は変形しない。そして、隔
壁１０６ｂと１０６ｃとの変形によりインク室１０４ｂ
の容積が減少し、インク室１０４内に正の圧力を与える
が、この時点で残留圧力は負に転じているので、互いに
打ち消し合ってインク室１０４ｂ内の残留圧力が減少す
る（図６（ｂ））。

【００４８】この状態をＬ／ａで示される時間だけ維持
する。Ｌ／ａの時間経つとインク室１０４ｂ内の圧力が
逆転し、正の圧力に転じるが、このタイミングに合わせ
て空気室１２７内の金属電極１０８に印加されている電
圧を０Ｖに戻す（図６（ａ））。つまり、各第一、第二
トランジスタ６５，６７を上述の状態に保ったまま、電
圧発生回路５７が−Ｖｂから０Ｖに切り換える。する
と、隔壁１０６ｂと１０６ｃは変形前の状態（図７）に
戻り、インクに負の圧力が加えられる。その時、前記正
に転じた圧力と隔壁１０６ｂ、１０６ｃが変形前の状態
に戻って、発生した負の圧力とが打ち消し合って、イン
ク室１０４ｂ内の圧力が０になる。そして、全ての第
一、第二トランジスタ６５，６７をＯＮ状態もしくはＯ
ＦＦ状態にし、且つ電圧発生回路５７を０Ｖにする。

【００４９】以上説明したように、本実施例では、噴射
するインク室１０４ｂに対応する第一トランジスタ６５
及び第二トランジスタ６７をＯＮにして、インク室１０
４ｂ内の金属電極１０８を基準電圧である０Ｖとし、他
の噴射しないインク室１０４に対応する第一トランジス
タ６５及び第二トランジスタ６７をＯＦＦにして、イン
ク室１０４内の金属電極１０８を高インピーダンス状態
にし、且つ空気室１２７内の金属電極１０８に印字電圧
＋Ｖａ及びキャンセル電圧−Ｖｂを印加しているので、
従来のように空気室３２７（図１５）内の２つの金属電
極３０８（図）を分離する必要が無い。このため、イン
クジェットヘッド１００が従来より簡単な構成となり、
製造し易く、歩留まりが向上する。また、キャンセル電
圧を印加しても、トランジスタが２つでよく、従来より
回路構成が単純であり、コストが低減する。

【００５０】尚、印字電圧＋Ｖａの印加からキャンセル
電圧−Ｖｂの印加終了まで、インク室１０４ｂに対応す
る第一トランジスタ６５及び第二トランジスタ６７は、
ＯＮ状態であったが、０Ｖから印字電圧＋Ｖａへの立ち
上げ時に第一トランジスタ６５をＯＮし、且つ第二トラ
ンジスタ６７をＯＦＦとしてもよい。また、印字電圧＋
Ｖａから０Ｖへの立ち下げ時に第一トランジスタ６５を
ＯＮもしくはＯＦＦし、且つ第二トランジスタ６７をＯ
Ｎとしてもよい。また、０Ｖからキャンセル電圧−Ｖｂ
への立ち下げ時に第一トランジスタ６５をＯＮもしくは
ＯＦＦし、且つ第二トランジスタ６７をＯＮとしてもよ
い。更に、キャンセル電圧−Ｖｂから０Ｖへの立ち上げ
時に第一トランジスタ６５をＯＮし、且つ第二トランジ
スタ６７をＯＮもしくはＯＦＦとしてもよい。

【００５１】また、本実施例においては、まず印字電圧
＋Ｖａをインク室１０４ｂの容積が増加する方向に印加
し、次に印字電圧＋Ｖａの印加を停止しインク室１０４
ｂの容積を自然状態に減少してインク室１０４ｂからイ
ンク滴を噴射した後、キャンセル電圧−Ｖｂを印加して
いたが、まず印字電圧をインク室１０４ｂの容積が減少
するように印加してインク室１０４ｂからインク滴を噴
射し、次に印字電圧の印加を停止してインク室１０４ｂ
の容積を前記減少状態から自然状態へと増加させてイン
ク室１０４ｂ内にインクを供給させ、その後、インク室
１０４ｂ内の残留圧力を０にするようにキャンセル電圧
を印加してもよい。

【００５２】また、本実施例では、双方向電流スイッチ
ング素子５１は、アナログスイッチである第一トランジ
スタ６５と第二トランジスタ６７とから構成されていた
が、図１０に示すように双方向電流スイッチング素子７
１を、アナログスイッチである第一ＭＯＳ−ＦＥＴ７３
と第二ＭＯＳ−ＦＥＴ７５とから構成し、第一ＭＯＳ−
ＦＥＴ７３及び第二ＭＯＳ−ＦＥＴ７５のゲートをレベ
ルシフタ５３に接続し、第一ＭＯＳ−ＦＥＴ７３及び第
二ＭＯＳ−ＦＥＴ７５のソースを基準電圧としての０Ｖ
にし、第一ＭＯＳ−ＦＥＴ７３及び第二ＭＯＳ−ＦＥＴ
７５のドレインを前記フレキシブルプリント基板の配線
パターンを介して金属電極１２４に接続してもよい。
尚、ＭＯＳ−ＦＥＴには、エンハンスメント型と、デプ
レッション＋エンハンスメント型とがあり、どちらの型
でも用いることができる。

【００５３】更に、アナログスイッチであるＪ−ＦＥ
Ｔ、ＦＥＴフォトカプラ、Ｖ−ＭＯＳ等を用いて双方向
電流スイッチング素子を構成してもよい。

【００５４】また、本実施例では、印字電圧及びキャン
セル電圧を印加するものであったが、印字電圧のみ印加
してキャンセル電圧を印加しないものにも使用すること
ができる。このようにしても、従来のように空気室３２
７（図１５）内の２つの金属電極３０８（図）を分離す
る必要が無い。このため、インクジェットヘッド１００
が従来より簡単な構成となり、製造し易く、歩留まりが
向上する。

【００５５】この場合、図１１に示すような構成の切り
換え回路でもよい。図１１（ａ）に示すように、切り換
え回路は、トランジスタ９０とダイオード９１とレベル
シフタ９２とからなり、トランジスタ９０のベースはレ
ベルシフタ９２に接続され、トランジスタ９０のエミッ
タ及びダイオード９１のカソードは基準電圧としての０
Ｖにされ、トランジスタ９０のコレクタ及びダイオード
９１のアノードは前記フレキシブルプリント基板の配線
パターンを介して金属電極１２４に接続されている。そ
して、レベルシフタ９２及び金属電極１２５に接続さ
れ、印字電圧と基準電圧とを発生する電圧発生回路（図
示せず）は制御回路（図示せず））に接続されている。
更に、図１１（ｂ）に示すように、切り換え回路は、Ｍ
ＯＳ−ＦＥＴ９３とダイオード９１とレベルシフタ９４
とからなり、ＭＯＳ−ＦＥＴ９３のゲートはレベルシフ
タ９４に接続され、ＭＯＳ−ＦＥＴ９３のソース及びダ
イオード９１のカソードは基準電圧としての０Ｖにさ
れ、ＭＯＳ−ＦＥＴ９３のドレイン及びダイオード９１
のアノードは前記フレキシブルプリント基板の配線パタ
ーンを介して金属電極１２４に接続されている。そし
て、レベルシフタ９４及び金属電極１２５に接続され、
印字電圧と基準電圧とを発生する電圧発生回路（図示せ
ず）は制御回路（図示せず））に接続されている。

【００５６】また、本実施例では、基準電圧は０Ｖであ
ったがこの限りではない。

【００５７】また、本実施例では、隔壁１０６は、圧電
セラミックスで形成されていたが、隔壁の上半分の領域
を圧電セラミックスで形成し、下半分をアルミナ等の圧
電セラミックスでない材料で形成してもよい。

【００５８】更に、本実施例では、隔壁１０６の上半分
の領域による圧電変形によって、インク室１０４からイ
ンクを噴射していたが、隔壁の上半分の領域の圧電セラ
ミックスの分極方向と反対方向の分極方向である圧電セ
ラミックスで隔壁の下半分の領域を形成し、隔壁の側面
全面に金属電極を形成して、隔壁全体の圧電変形によっ
て、インク室からインクを噴射させてもよい。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のインク噴射装置によれば、前記制御回路からの前
記第一駆動信号に基づいて、インクを噴射しようとする
前記インク室の前記第一電極を前記基準電圧にするとと
もに他の前記インク室の前記第一電極を高インピーダン
ス状態とする。また、前記制御回路からの前記第二駆動
信号に基づいて、インクを噴射しようとする前記インク
室の隣の前記非噴射領域の前記第二電極に前記第一駆動
電圧と第二駆動電圧とを順次印加する。そして第一電極
と第二電極との間に電位差が生じて、前記隔壁が変形さ
れてインク室内の容積が変化してインクが噴射され、そ
れに続いて残留圧力を減少するために前記隔壁が変形さ
れる。これにより、第一電極と第二電極との間に電位差
が生じる前記隔壁と、電位差が生じない隔壁とに分けら
れ、電位差が生じた前記隔壁が変形されてインク室内の
容積が変化してインクが噴射される。このため、インク
噴射装置の構成が従来より単純となり、製造し易く、歩
留まりを向上することができ、コストを低減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のインクジェットヘッドを示
す斜視図である。

【図２】前記実施例の圧電セラミックスプレートを示す
斜視図である。

【図３】前記実施例のインクジェットヘッドを示す斜視
図である。

【図４】前記実施例の制御系のブロック図である。

【図５】前記実施例の回路の構成を示す説明図である。

【図６】前記実施例のインクジェットヘッドを駆動する
駆動波形とノズル付近の圧力を示す説明図である。

【図７】前記実施例のインクジェットヘッドの断面を示
す断面図である。

【図８】前記実施例における印字電圧を印加したときの
インクジェットヘッドの動作を示す説明図である。

【図９】前記実施例におけるキャンセル電圧を印加した
ときのインクジェットヘッドの動作を示す説明図であ
る。

【図１０】双方向電流スイッチング素子の他の構成を示
す説明図である。

【図１１】切り換え回路の他の構成を示す説明図であ
る。

【図１２】従来例のインクジェットヘッドを示す斜視図
である。

【図１３】従来例の圧電セラミックスプレートを示す斜
視図である。

【図１４】従来例のインクジェットヘッドを示す斜視図
である。

【図１５】従来例の制御系のブロック図である。

【図１６】従来例のインクジェットヘッドの断面を示す
断面図である。

【図１７】従来例のインクジェットヘッドの動作を示す
説明図である。

【図１８】従来例における印字電圧の波形と回路構成を
示す説明図である。

【図１９】従来例における印字電圧とキャンセル電圧と
を有する波形と回路構成を示す説明図である。

【符号の説明】

５１双方向電流スイッチング素子５３レベルシフタ５７電圧発生回路５９制御回路６５第一トランジスタ６７第二トランジスタ７１双方向電流スイッチング素子７３第一ＭＯＳ−ＦＥＴ７５第二ＭＯＳ−ＦＥＴ１００インクジェットヘッド１０２圧電セラミックスプレート１０３横溝１０４インク室１０８金属電極１１６金属電極１１７金属電極１２１カバープレート１２２マニホールド１２４金属電極１２５金属電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅井宏基名古屋市瑞穂区苗代町15番１号ブラザー工業株式会社内 (56)参考文献特開平７−246702（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを噴射する複数のインク室と、前
記インク室の隣に設けられ、インクを噴射しない複数の
非噴射領域と、前記インク室と前記非噴射領域とを隔
て、少なくとも一部が圧電材料で形成された隔壁と、前
記インク室内にて前記隔壁の圧電部に形成された第一電
極と、前記非噴射領域内にて前記隔壁の圧電部に形成さ
れた第二電極とを有するインク噴射装置であって、前記第二電極に接続され、該第二電極に印加する第一駆
動電圧とそれよりも低い第二駆動電圧とを順次発生する
駆動電圧発生回路と、前記第一電極に接続され、該第一電極を前記第一駆動電
圧よりも低く前記第二駆動電圧よりも高い基準電圧とし
て該第一電極に正逆方向に電流が流れる状態と高インピ
ーダンス状態とにする切り換え回路と、インクを噴射しようとする前記インク室の前記第一電極
を前記基準電圧にするとともに他の前記インク室の前記
第一電極を高インピーダンス状態にするための第一駆動
信号を前記切り換え回路に送信し、該インクを噴射しよ
うとする前記インク室の隣の前記非噴射領域の前記第二
電極に前記第一駆動電圧と第二駆動電圧とを順次印加す
るための第二駆動信号を前記駆動電圧発生回路に送信す
る制御回路とを備えたことを特徴とするインク噴射装
置。
【請求項２】前記切り換え回路は、前記第一電極に接
続され、該第一電極に正逆方向に電流を流す双方向電流
スイッチング素子と、前記第一電極を前記基準電圧にす
るために双方向電流スイッチング素子を駆動させる第一
電圧を、または前記第一電極を高インピーダンス状態に
するために双方向電流スイッチング素子を駆動させない
第二電圧を前記双方向電流スイッチング素子に与える切
り換え電圧発生回路とから構成され、前記制御回路は、前記第一電圧または第二電圧を発生さ
せるための第一駆動信号を前記切り換え電圧発生回路に
送信し、前記駆動電圧を発生させるための第二駆動信号
を前記駆動電圧発生回路に送信することを特徴とする請
求項１記載のインク噴射装置。
【請求項３】前記双方向電流スイッチング素子は、ア
ナログスイッチで構成されていることを特徴とする請求
項２記載のインク噴射装置。
【請求項４】複数のインク室の前記第一電極は、それ
ぞれの前記切り換え回路に接続され、複数の非噴射領域
の前記第二電極は、共通に前記駆動電圧発生回路に接続
されていることを特徴とする請求項１記載のインク噴射
装置。
【請求項５】複数のインク室の前記第一電極は、それ
ぞれの前記双方向電流スイッチング素子に接続され、各
々の双方向電流スイッチング素子は、それぞれの前記切
り換え電圧発生回路に接続され、複数の非噴射領域の前
記第二電極は、共通に前記駆動電圧発生回路に接続され
ていることを特徴とする請求項２記載のインク噴射装
置。
【請求項６】前記インク室に形成された両側の前記第
一電極は電気的に接続され、前記インク室の両隣に設け
られた前記非噴射領域に形成された両側の第二電極は電
気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の
インク噴射装置。