JP3918974B2

JP3918974B2 - インク噴射装置

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Publication number: JP3918974B2
Application number: JP11977899A
Authority: JP
Inventors: 義和高橋
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2019-04-27
Also published as: JP2000309095A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク噴射の駆動源に圧電体膜を用いたインク噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、これまでのインパクト方式の印字装置にとってかわり、その市場を大きく拡大しつつあるノンインパクト方式の印字装置のなかで、原理が最も単純で、かつ多階調化やカラー化が容易であるものとして、インクジェット方式の印字装置が挙げられる。なかでも印字に使用するインク液滴のみを噴射するドロップ・オン・デマンド型が、噴射効率の良さ、ランニングコストの安さなどから急速に普及している。
【０００３】
ドロップ・オン・デマンド型のインクジェット方式の印字装置として、インク吐出のための圧力発生源として、圧電セラミックスを利用した圧電式インク噴射装置がある。
【０００４】
従来の圧電インク噴射装置の一例を、図１０を参照して簡単に説明する。このインク噴射装置４００は、基板４１０に複数のインク噴射チャンネル４３０を有し、該噴射チャンネル４３０を覆うように振動板４２０を有している。振動板４２０に被着形成するように共通電極４５０が形成され、各噴射チャンネル４３０上に及ぶように圧電体素子４４０が配置され、この圧電体素子４４０上に駆動電極４５２が配置されている。このインク噴射装置４００では、前記駆動電極４５２と前記共通電極４５０とを介して圧電体素子４４０に電圧を印加し、該圧電体素子４４０を変位させることにより、噴射チャンネル４３０内のインクに圧力を与え、該噴射チャンネル４３０に連通する図示しないノズルからインクを噴射する。
【０００５】
また、特公平６−６１９３６号公報には、複数の噴射チャンネルを相互に隔てる隔壁が、分極方向が相互に逆の２つの圧電セラミックスで構成され、該隔壁の両側面に電極層が形成されたインク噴射装置が開示されている。両側の電極層間に電圧を印加すると、２つの圧電セラミックスが相互に逆にせん断変形、つまり隔壁がく字状に屈曲して噴射チャンネル内のインクに圧力を与える。
【０００６】
また、特開平７−２９９９０４号公報には、複数の噴射チャンネル間の隔壁に、圧電セラミックスと電極層を複数積層したインク噴射装置が開示されている。
圧電セラミックスが隔壁の厚さが増大する方向に伸長することで、噴射チャンネル内のインクに圧力を与える。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、この種のインク噴射装置４００では、電源装置のコストを低下するという目的で、低電圧で駆動できるような装置が望まれている。このためには、図１０の構成では、前記圧電体素子４４０の厚みを薄くしたり、面積を増加させることが考えられるが、例えば厚みを薄くするために、前記圧電体素子４４０をバルク焼結体を加工するのではなく、スパッタ法や、ゾルゲル法、電析法、水熱合成法等の種々の薄膜形成により作製する試みが為されているが、いずれの場合も得られた圧電体膜は、バルクの焼結体から加工した圧電体素子に比べて、十分な圧電特性が得られないという問題がある。また、前記圧電体素子４４０の面積を増加することは、前記複数の噴射チャンネル４３０を高密度で並べたいという、近年、インク噴射装置４００に求められるニーズに逆行してしまうという問題もある。
【０００８】
特公平６−６１９３６号公報に開示されたものでも、２つの圧電セラミックスを隔壁の高さ方向に積層するために、圧電セラミックスの厚みを薄くすることができない。２つの圧電材料を重ねた状態で複数の噴射チャンネルを溝状に切削加工し、チャンネル間に隔壁を残す製造方法も知られているが、この場合も、セラミックスの隔壁を薄く残して加工することは困難である。
【０００９】
また特開平７−２９９９０４号公報に開示されたものでは、圧電セラミックスの厚さ方向の伸長量だでインクに圧力を与えるので、圧電セラミックスの厚さが所定量以上大きくなければ所望の圧力が得られない。この構成でも、複数の噴射チャンネルを高密度で並べたいというニーズに逆行してしまう。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、十分な圧電特性のない圧電体膜を用いながら、噴射チャンネルの配列密度を低下させることなく、低電圧で駆動可能なインク噴射装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために請求項１のインク噴射装置は、インクを噴射するノズルと、該ノズルに連通する噴射チャンネルを含む複数のチャンネルと、該噴射チャンネルを挟んで隣接する複数対の振動板とを備え、前記各対の振動板は、その両者間の噴射チャンネルに対して対称に、圧電体膜と、該圧電体膜に電圧を印加する電極膜とをそれぞれ各振動板の両面にそれぞれ有し、前記圧電体膜に電圧を印加して前記振動板の一面側の前記圧電体膜を収縮させるとともに他面側の前記圧電体膜を伸長させることにより、前記噴射チャンネルの両側の前記振動板を前記噴射チャンネルの容積を増減する方向に相互に対称に湾曲変形させて前記噴射チャンネル内のインクに圧力を与えそのインクを噴射することで、噴射チャンネルの両側でそれぞれ各振動板の面積を十分に確保して低電圧駆動を可能にし、また噴射チャンネルを高密度に配列することを可能とする。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
このまた、請求項２のインク噴射装置では上記構成において、前記振動板の両面には、それぞれ、前記圧電体膜とこの圧電体膜を挟んだ２つの電極膜とが形成されている。
【００１５】
請求項３のインク噴射装置では上記構成において、前記圧電体膜を、電圧を印加することにより、対の振動板の対向方向と直交する方向に伸縮するように構成することで、噴射チャンネルの両側でそれぞれ各振動板を効率よく湾曲させ、低電圧で高い噴射圧力を得ることを可能にする。
【００１６】
また、請求項４のインク噴射装置は、振動板によって隔てられ、ノズルからインクを噴射する噴射チャンネルを含む複数のチャンネルを備えるインク噴射装置において、前記振動板の両面には、それぞれ、電圧を印加することにより前記複数のチャンネルのなす配列方向と直交する方向に伸縮する圧電体膜と、該圧電体膜に電圧を印加する電極膜とを、前記複数のチャンネルのなす配列方向に重ねて配置し、前記圧電体膜に電圧を印加することにより、前記振動板の一面側の前記圧電体膜を収縮させるとともに他面側の前記圧電体膜を伸長させて、前記振動板を前記噴射チャンネルの容積を増減する方向に湾曲変形させて前記噴射チャンネル内のインクに圧力を与えそのインクを噴射するようにすることで、各振動板の面積を十分に確保して低電圧で各振動板を効率よく湾曲することを可能にし、また噴射チャンネルを高密度に配列することを可能にする。
請求項５のインク噴射装置では上記構成において、前記各振動板の両面には、ぞれぞれ、前記圧電体膜とこの圧電体膜を挟んだ２つの電極膜とが形成されている。
【００１７】
請求項６のインク噴射装置では上記構成において、１つの前記噴射チャンネルには、該噴射チャンネルを挟んで１対の振動板が対向して位置し、該１対の振動板には、前記圧電体膜および前記電極膜が前記噴射チャンネルに対して対称に位置することで、噴射チャンネルの両側でそれぞれ各振動板を湾曲し、低電圧で効率よくインクを噴射することを可能にする。
【００１８】
請求項７のインク噴射装置では上記構成において、１つの前記振動板の一側は、前記噴射チャンネルであり、それと反対の側は、インクを収容しない非噴射チャンネルであるようにすることで、隣接する噴射チャンネルを相互に干渉することなく同時に駆動し、印字速度を高速化することを可能にする。
【００１９】
請求項８のインク噴射装置は、一側に、複数の振動板を相互に間隔を置いて突出して備え、その振動板の側面間に噴射チャンネルを含む複数のチャンネルを形成したチャンネル基板と、前記各振動板の両側面にそれぞれ形成された、電圧を印加することにより前記複数の振動板の配列方向と直交する方向に伸縮する圧電体膜とを有し、該圧電体膜に電圧を印加し前記振動板の一側面の前記圧電体膜を前記直交方向に収縮させるとともに他側面の前記圧電体膜を前記直交方向に伸長させることにより、前記振動板を前記噴射チャンネルの容積を増減する方向に湾曲変形させて前記噴射チャンネル内のインクに圧力を与えそのインクを噴射するようにすることで、チャンネル基板の一側に、複数の噴射チャンネルを高密度に配列し、また各振動板の面積を十分に確保して低電圧で各振動板を湾曲させ、効率よくインクを噴射することを可能にする。
【００２０】
請求項９のインク噴射装置では上記構成において、前記各振動板の両側面のぞれぞれに、電極膜、前記圧電体膜、電極膜をその順に形成し、両電極間に電圧を印加することにより、前記圧電体膜を前記振動板の配列方向と直交する方向に伸縮させるようにすることで、低電圧で各振動板を効率よく湾曲させることを可能にする。
【００２１】
請求項１０のインク噴射装置では上記構成において、前記各振動板の両側面に、該振動板に対して対称に分極された１対の前記圧電体膜、該圧電体膜の上に１対の電極膜を備え、前記振動板および１対の圧電体膜を挟んで前記１対の電極間に電圧を印加することにより、前記１対の圧電体膜の一方を収縮、他方を伸長させるようにすることで、各振動板を両側面で伸長、収縮させ低電圧でも効率よく湾曲させることを可能にする。
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態について図１〜４を参照して説明する。
【００３０】
図１に示すように、インク噴射装置１００は、チャンネル基板１１０と、カバープレート１１４で構成されている。その基板１１０は、絶縁材料からなり、上側面には、紙面厚さ方向に延びる複数のインク噴射チャンネル１３０が、側壁を兼ねる振動板１２０を隔てて相互に平行に配置されている。噴射チャンネル１３０の内面、すなわちその底面と振動板１２０の側面に沿ってＵ字状をなす面には導電性の金属化層からなる駆動電極膜１５２が形成されている。、隣接する噴射チャンネル１３０内の各駆動電極膜１５２は、側壁１２０の上部端面において相互に分離され、電気的に独立した状態にある。さらにその駆動電極膜１５２の表面には、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる圧電体膜１４０が形成されている。圧電体膜１４０は、少なくとも振動板１２０の側面に形成されていればよいが、後述するように製造の容易さから、振動板１２０の上部端面、噴射チャンネル１３０の底面も経由し、すべての噴射チャンネル１３０内の該圧電体膜１４０はつながって形成されている。そして、その圧電体膜１４０の表面の全面にわたって導電性の金属化層からなる共通電極膜１５０が形成されている。そして、全ての噴射チャンネル１３０を跨いでカバープレート１１４が振動板１２０の上部端面に、圧電体膜１４０および共通電極膜１５０を介して接着剤等により固着されている。接着剤は、接着状態において固体のもの、柔軟性のあるもののいずれでもよい。また、圧電体膜１４０は、振動板１２０の側面において駆動電極膜１５２から共通電極膜１５０に向かう方向（矢印Ｐ）に分極されている。
【００３１】
図３に示すように、基板１１０とカバープレート１１４の前端面には、各噴射チャンネル１３０に連通する複数のノズル１１６を有するノズル板１１５が固着され、後端面には、全噴射チャンネル１３０にインクを供給する図示しないマニホールドが固着されている。また基板１１０の前端面１１０ａから下側面１１０ｂにわたって、各駆動電極膜１５２に電気的に接続された複数の接続端子１５３が形成され、また基板１１０の後端面１１０ｃから下側面１１０ｂにわたって、全駆動電極膜１５０に電気的に接続された接続端子１５１が形成されている。接続端子１５１，１５３は、それらに対応する導電線を有するフレキシブルな配線部材１６０を介して図示しない制御回路に接続される。
【００３２】
続いて、インク噴射装置１００の動作を図２を参照して説明する。噴射したい噴射チャンネル例えば噴射チャンネル１３０ｂに対応する駆動電極膜１５２ｂに制御回路から電圧を印加し、かつ隣接する噴射チャンネルに対応する駆動電極膜１５２ａ、ｃおよび共通電極膜１５０を接地すると、噴射チャンネル１３０ｂ内に形成されている圧電体膜１４０内に前記分極方向（矢印Ｐ）と一致する方向、すなわち駆動電極膜１５２ｂから共通電極膜１５０に向かう方向（矢印Ｅ）に電界が発生する。これにより、噴射チャンネル１３０ｂの内面の１対の圧電体膜１４０は、分極方向と直交する方向（図において上下方向）に収縮し、収縮しない振動板１２０ｂ，１２０ｃを噴射チャンネル１３０ｂの容積を増加する方向に湾曲変形させる。このとき噴射チャンネル１３０ｂ内の圧力が減少する。この状態を、このとき生じた圧力波の噴射チャンネル１３０内での片道伝播時間Ｔだけ維持する。すると、その間図示しないインク供給部からインクが供給される。
【００３３】
なお、上記片道伝播時間Ｔは噴射チャンネル１３０内の圧力波が、噴射チャンネル１３０の長手方向に伝播するのに必要な時間であり、噴射チャンネル１３０の長さＬとこの噴射チャンネル１３０内部のインク中での音速ａによりＴ＝Ｌ／ａと決まる。
【００３４】
圧力波の伝播理論によると、上記の電圧の印加からほぼＴ時間がたつと噴射チャンネル１３０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駆動電極膜１５２ｂに印加されている電圧を０（Ｖ）に戻す。
【００３５】
すると、振動板１２０ｂ，１２０ｃが変形前の状態に戻り、インクに圧力が加えられる。そのとき、前記正に転じた圧力と、振動板１２０ｂ，１２０ｃが変形前の状態に戻ることにより発生した圧力とが加え合わされ、比較的高い圧力が噴射チャンネル１３０ｂに連通するノズル１１６付近の部分に生じて、インク液滴がそのノズル１１６から噴射される。
【００３６】
本実施例では振動板１２０が隣接する噴射チャンネル１３０に共有されているため、隣接する噴射チャンネル１３０を同時に噴射することができないので、噴射するタイミングをずらす必要がある。なお、全チャンネルの１つおきを噴射チャンネルとし、噴射チャンネルの両側をインクを収容しない非噴射チャンネルとしてもよい。
【００３７】
次に、本実施の形態に係るインク噴射装置１００の製造方法について図４を参照して説明する。
【００３８】
図４（ａ）に示すように、噴射チャンネル１３０および振動板１２０を有する基板１１０の形成方法としては、ダイヤモンドブレードやレーザーによる研削加工、エッチング法、またはプレス成形や射出成形などを用いることができる。そして噴射チャンネル１３０の内面を含む基板１１０の表面に対して、メッキ法、蒸着法、スパッタ法などの手法により、導電性の金属化層からなる駆動電極膜１５２を形成する。このあと、振動板１２０の上部端面の駆動電極膜１５２を表面研削するなどして除去し、各噴射チャンネル１３０内の駆動電極膜１５２を電気的に相互に独立させる。
【００３９】
続いて図４（ｂ）に示すように駆動電極膜１５２の表面に、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる圧電体膜１４０をゾルゲル法、電析出法等の手法で形成する。このときその圧電体膜１４０は、前記振動板１２０の上部端面も経由し、全ての噴射チャンネル１３０内の該圧電体膜１４０が連続して形成される。その後、該圧電体膜１４０の結晶性を高めるための高温処理を行う。続いて図４（ｃ）に示すように前記圧電体膜１４０の表面の全面にわたって導電性の金属化層からなる共通電極膜１５０をメッキ法、蒸着法、スパッタ法などの手法により形成する。
【００４０】
図３の接続端子１５１，１５３のうち、駆動電極膜１５２に接続した接続端子１５３は、駆動電極膜１５２と同時に同じ手法によって形成することができる。
駆動電極膜１５２に対応した個々の接続端子１５３に分割するのは、隣接する接続端子間に予めマスク処理をして上記のようにメッキする方法をとるか、全接続端子を連続した状態でメッキ等により形成し、レーザー光を照射する等して隣接する接続端子間の部分をアブレーションにより除去する方法をとることができる。また、共通駆動電極膜１５０に接続した接続端子１５１は、共通駆動電極膜１５０と同時に同じ手法によって形成することができるが、このとき、接続端子１５３の上にマスク処理して接続端子１５１を形成する導電材が付着しないようにする。接続端子１５１は、共通駆動電極膜１５０と基板１１０の後端面１１０ｃを経て、あるいは基板１１０の前端面１１０ａの左右両端部分を経て、または基板１１０の左右両側面を経て接続することができる。
【００４１】
共通電極膜１５０を接地し、駆動電極膜１５２に電圧を印加することで、圧電体膜１４０は、前記のように駆動電極膜１５２から共通電極膜１５０に向かう方向（矢印Ｐ）に分極することができる。そして、図１に示すように全ての噴射チャンネル１３０を跨いでカバープレート１１４を振動板１２０の上部端面に固着し、基板１１０とカバープレート１１４の前端面および後端面に、ノズル板１１５、マニホールドを固着して、インク噴射装置１００が完成する。
【００４２】
以上詳述したように、本実施例のインク噴射装置１００では、振動板１２０が、図１０に示した従来のインク噴射装置４００のように噴射チャンネルの配列方向に延びているのではなく、噴射チャンネル１３０の配列方向に対し直交する方向に延びているため、振動板１２０の面積を増加させた場合でも、噴射チャンネルの高密度配列が可能になる。つまり、十分な圧電特性のない圧電体膜を用いながら、振動板の面積を増加することで、噴射に必要な圧力を得ることができ、かつ高解像度の記録をするインク噴射装置を製作することができる。また、振動板１２０の配列方向と直交する方向の圧電体膜１４０の伸縮を利用して、振動板１２０を湾曲変形させるため、前記特開平７−２９９９０４号公報のように圧電体の伸縮量そのものが噴射チャンネルの容積の変化量になるものに比べ、効率的に振動板を変形させ、大きな容積の変化を得ることができる。しかも、１つの噴射チャンネル１３０に対して２枚の振動板１２０，１２０が配置されているので、従来のように１枚の振動板のみが配置されていた場合に比べて同じ変位量を得るのに１／２の電圧でよく、これらの相乗効果により効率よくインクを噴射できる。
【００４３】
また、噴射チャンネル１３０内でインクに対して露出している共通電極膜１５０を接地しているため、インクに対して電気的な腐食が生じない。電圧を印加する駆動電極膜はインクに対して露出していないため、電気的な腐食がなく、駆動電極膜に対する特別な保護膜が不要となりインク噴射装置１００の製造コストを低減することができる。
【００４４】
図５は、上記実施の形態を改良した第２の実施の形態を示す。インクを噴射する噴射チャンネル１３１の両側に隣接するチャンネルは、インクを収容しない非噴射チャンネル１３２，１３２とする。噴射チャンネル１３１と非噴射チャンネル１３２，１３２との間の側壁１２１ａ，１２１ｂの両側には、２つの電極膜１５５と１５６，１５７と１５８間に挟まれた圧電体膜１４１ｂ〜１４１ｅが形成されている。ただし、噴射チャンネル１３１内の２つの電極膜１５５，１５６は、隣接する噴射チャンネル１３２，１３２内の電極膜とは連続しておらず、また、非噴射チャンネル１３２，１３２内の電極膜１５７，１５８は、同非噴射チャンネル１３２内の他の側面の電極膜とも連続していない。
【００４５】
圧電体膜１４１ｂ〜１４１ｅは、それぞれ側壁１２１ａ，１２１ｂの内側に向かう方向Ｐに分極されている。この分極方向は、後述する電界Ｅの方向が異なれば、逆になる。
【００４６】
いま、噴射チャンネル１３１からインクを噴射する場合、噴射チャンネル１３１内の圧電体膜１４１ｃ，１４１ｄに対して内側の電極膜１５６と、非噴射チャンネル１３２側の圧電体膜１４１ｂ，１４１ｅに対して外側の電極膜１５７とに電圧を印加し、圧電体膜１４１ｃ，１４１ｄに対して外側の電極膜１５６と圧電体膜１４１ｂ，１４１ｅに対して内側の電極膜１５８とを接地する。すると、側壁１２１ａ，１２１ｂにおいて、噴射チャンネル１３１内の圧電体膜１４１ｃ，１４１ｄに対しては分極方向Ｐと同方向の電界Ｅが発生し、該圧電体膜１４１ｃ，１４１ｄは分極方向Ｐと直交する方向に収縮する。一方、非噴射チャンネル１３２側の圧電体膜１４１ｂ，１４１ｅに対しては分極方向Ｐと反対方向の電界Ｅが発生し、該圧電体膜１４１ｂ，１４１ｅは分極方向Ｐと直交する方向に伸長する。つまり、側壁１２１ａ，１２１ｂは、その両側において発生した収縮、伸長により、効率よく湾曲変形することになる。
【００４７】
この場合、噴射チャンネル１３１の振動板を挟んで隣に非噴射チャンネル１３２があるから、振動板の変形が他の噴射チャンネル１３１に影響することがなく、隣接する噴射チャンネル１３１を同時に駆動でき高速で印字することができる。
【００４８】
つづいて、本発明を具体化した第３の実施例の形態について図６〜８を参照して説明する。
【００４９】
図６に示すように、インク噴射装置２００は、前記実施の形態と同様に基板２１０と、カバープレート２１４で構成されている。その基板２１０は、酸化チタンを主成分とする絶縁材料からなり、前記実施の形態と同様に噴射チャンネル２３０、振動板２２０が形成されている。噴射チャンネル２３０の内表面にはチタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる圧電体膜２４０が形成されている。そして、その圧電体膜２４０の噴射チャンネル２３０内側表面に導電性の金属化層からなる駆動電極膜２５２が形成されている。同一噴射チャンネル２３０内で対向する駆動電極膜電極膜２５２，２５２間、および振動板２２０を挟んで隣接する駆動電極膜２５２，２５２間は全て電気的に絶縁、つまり相互に独立されている。
【００５０】
そして、全ての噴射チャンネル２３０を跨いでカバープレート２１４が振動板２２０の上部端面に固着されている。また、圧電体膜２４０は、駆動電極膜２５２から振動板２２０に向かう方向（矢印Ｐ）に分極されている。
【００５１】
ここで、噴射チャンネル２３０は、前記実施の形態と同様に一端でノズルに連通し、他端でマニホールドに連通している。また前記駆動電極膜２５２は制御回路に電気的に接続されている。
【００５２】
続いて、インク噴射装置２００の動作を図７を参照して説明する。噴射したい噴射チャンネル例えば噴射チャンネル２３０ｂ内の駆動電極膜２５２ｃ，２５２ｄに制御回路が電圧を印加し、かつ隣接する噴射チャンネル２３０ａ，２３０ｃ内の駆動電極膜２５２ｂ、２５２ｅを制御回路が接地することによって、該噴射チャンネル２３０ｂ内から、隣接する噴射チャンネル２３０ａ，２５２ｃ内に向かう方向、すなわち駆動電極膜１５２ｃから駆動電極膜１５２ｂ、および駆動電極膜１５２ｄから駆動電極膜１５２ｅに向かう方向（矢印Ｅ）に電界が発生し、噴射チャンネル２３０ｂ内の圧電体膜２４０には分極方向と一致する電圧が印加されるので、該圧電体膜２４０は前記実施の形態と同様に面方向に縮み、隣接する噴射チャンネル２３０ａ，２５２ｃ内の圧電体膜２４０には分極方向と逆方向の電圧が印加されるので、該圧電体膜２４０は面方向に延びるため、振動板２２０ｂ，２５２ｃとともに噴射チャンネル２３０の容積を増加する方向に湾曲変形する。以降前記実施の形態と同様に、Ｔ時間後振動板が復帰すると、インク液滴がノズルから噴射される。
【００５３】
本実施の形態でも、振動板２２０が隣接する噴射チャンネル２３０に共有されているため、隣接する噴射チャンネル２３０を同時に噴射することができないので、噴射するタイミングをずらす必要がある。なお、全チャンネルの１つおきを噴射チャンネルとし、噴射チャンネルの両側をインクを収容しない非噴射チャンネルとしてもよい。
【００５４】
次に、本実施の形態に係るインク噴射装置２００の製造方法について図８を参照して説明する。図８（ａ）に示すように、基板２１０には、前記実施の形態と同様に、噴射チャンネル２３０、振動板２２０が形成される。そして基板２１０を鉛、ジルコニウム成分を含むアルカリ溶液中に浸漬し、水熱反応法により該基板表面に対して、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）のセラミックス材料の種結晶を析出させ、さらに結晶を成長させ、圧電体膜２４０を形成する。このときその圧電体膜２４０は、前記振動板２２０の上部端面も経由し、全ての噴射チャンネル１３０内の該圧電体膜２４０が連続して形成される。ここで、上記手法にて酸化チタンを主成分とする基板２１０上に作製した圧電体膜２４０は分極処理を施さなくても、振動板２２０に向かう方向（矢印Ｐ）に分極されているという特徴がある。これらのことは、特開平８−１３３７３５号公報でも説明されている。続いて図８（ｂ）に示すように前記圧電体膜２４０の噴射チャンネル２３０内側表面の全面にわたって導電性の金属化層からなる駆動電極膜２５２を前記実施の形態と同様の手法により形成する。
【００５５】
そして、図６に示すように、振動板２２０上部端面の圧電体膜２４０および金属化層を表面研削するなどして除去し隣接する噴射チャンネル２３０内の駆動電極膜２５２間を電気的に分離して絶縁し、かつ噴射チャンネル２３０内で対向する駆動電極膜２５２間は、噴射チャンネル２３０の底のダイヤモンドブレードやレーザー光などの切削加工により除去して分離することで電気的に絶縁する。駆動電極膜２５２の表面には、絶縁材料からなる図示しない保護膜がＣＶＤ法などの手法により形成される。そして全ての噴射チャンネル２３０を跨いでカバープレート２１４が振動板２２０の上部端面に固着される。
【００５６】
以上詳述したように、本実施例のインク噴射装置２００では、前記実施の形態と同様に、振動板２４０の面積を増加させ、かつ噴射チャンネルを高密度に配列することが可能である。また、低電圧で効率のよくインクを噴射できる。さらに、水熱合成法にて振動板の両側面に形成した圧電体膜はもともと、互いに逆方向の分極を有し、駆動時に振動板表面の駆動電極膜に電圧を与えると、片面の圧電体膜は縮み、別の面の圧電体膜は延びる変形をするため、より効率のよい変形ができる。
【００５７】
なお、基板２０は、全体が酸化チタンでなくても、絶縁材料の表面に酸化チタン膜を有するものであってもよい。
【００５８】
続いて本発明を具体化した第４の実施例の形態について図９〜１１を参照して説明する。
【００５９】
図９に示すように、インク噴射装置３００は、前記実施の形態と同様に基板３１０と、カバープレート３１４で構成されている。基板３１０は、絶縁材料からなり、該基板３１０には、紙面厚さ方向に延びる噴射チャンネル３３０と非噴射チャンネル３３２が、側壁を兼ねる振動板３２０で隔てて複数配置されている。
噴射チャンネル３３０の内の前記基板３１０表面には導電性の金属化層からなる駆動電極膜３５２が形成されている。隣接する噴射チャンネル３３０内の各駆動電極膜３５２間は電気的に分離され絶縁された状態にある。さらにその駆動電極膜３５２の表面には、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる圧電体膜３４０が形成されている。そして、その圧電体膜３４０の噴射チャンネル３３０内側表面に導電性の金属化層からなる共通電極膜３５０が形成されている。そして、全ての噴射チャンネル３３０には個別のカバープレート３１４が振動板３２０の上部端面に、圧電体膜３４０および共通電極膜３５０を介して固着されている。また、圧電体膜３４０は、駆動電極膜３５２から前記共通電極膜３５０に向かう方向（矢印Ｐ）に分極されている。
【００６０】
ここで、噴射チャンネル３３０は、前記実施の形態と同様に、一端でノズルに連通し、他端でマニホールドに連通している。また共通電極膜３５０および駆動電極膜３５２は制御回路に電気的に接続されている。
【００６１】
続いて、インク噴射装置３００の動作を図１０を参照して説明する。噴射したい噴射チャンネル例えば噴射チャンネル３３０ｂに対応する駆動電極膜３５２ｂに制御回路が電圧を印加し、かつ共通電極膜３５０を制御回路が接地することによって、噴射チャンネル３３０ｂ内に形成されている圧電体膜３４０内に分極方向（矢印Ｐ）と一致する方向、すなわち駆動電極膜３５２ｂから共通電極膜３５０に向かう方向（矢印Ｅ）に電界が発生し、圧電体膜３４０が分極方向と直交する方向に収縮する。その結果、振動板３２０ｂ，３２０ｃが噴射チャンネル３３０の容積を増加する方向に変形する。以降前記実施の形態と同様に、Ｔ時間後振動板が復帰すると、インク液滴がノズルから噴射される。
【００６２】
次に、本実施例に係るインク噴射装置３００の製造方法について図１１を参照して説明する。
【００６３】
図１１（ａ）に示すように、基板３１０には、噴射チャンネル３３０が、振動板３２０となる部分の壁を残して形成される。その噴射チャンネル３３０の形成方法としては、前記実施の形態と同様の方法が使われる。そして該基板３１０表面に対して、前記実施の形態と同様の手法により、導電性の金属化層からなる駆動電極膜３５２を形成する。このあと、振動板３２０となる部分の壁の上部端面を表面研削するなどして、隣接する噴射チャンネル３３０内の駆動電極膜３５２間を分離し電気的に絶縁する。続いて図１１（ｂ）に示すように駆動電極膜３５２の表面に、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる圧電体膜３４０を形成する。このときその圧電体膜３４０は、前記振動板３２０の上部端面も経由し、全ての噴射チャンネル３３０内の該圧電体膜３４０が連続して形成されている。その後、該圧電体膜３４０の結晶性を高めるための高温処理を行う。続いて図１１（ｃ）に示すように圧電体膜３４０の噴射チャンネル３３０内側表面の全面にわたって導電性の金属化層からなる共通電極膜３５０を形成する。共通電極膜３５０を接地し、駆動電極膜３５２に電圧を印加することで、前記圧電体膜３４０は、前記駆動電極膜３５２から前記共通電極膜３５０に向かう方向（矢印Ｐ）に分極される。
【００６４】
そして、全ての噴射チャンネル３３０を跨いでカバープレート３１４を振動板３２０の上部端面に固着した後に、図９に示すように隣接する噴射チャンネル３３０間の中央にカバープレート３１４を通して基板３１０に達する溝をダイヤモンドブレード等の切削加工により形成する。該溝が非噴射チャンネル３３２となり、非噴射チャンネル３３２と噴射チャンネル３３０との間の部分に振動板３２０が形成される。
【００６５】
以上詳述したように、本実施例のインク噴射装置３００では、前記実施の形態と同様に、振動板３２０の面積を増加させ、かつ噴射チャンネルを高密度に配列することが可能である。また、低電圧で効率のよくインクを噴射できる。さらに、噴射チャンネル３３０内でインクに対して露出している共通電極膜３５０をグランド電極膜としているため、駆動電極膜に対する特別な保護膜が不要となりインク噴射装置３００の製造コストを低減している。また、噴射チャンネル３３０と非噴射チャンネル３３２とが振動板３２０を挟んで交互に形成されているため、隣接する噴射チャンネルを同時に駆動でき高速で印字することができる。
【００６６】
なお、前記第１，２，４の実施の形態において、圧電体膜を挟む両電極膜のうち振動板側の電極をチタンを含む導電材で構成することにより、第３の実施の形態と同様に、水熱反応法により分極された圧電体膜を形成することができる。さらに、基板をチタンを含む導電材で構成することにより、基板を共通電極として使用し、電極膜を１つ省略することができる。この場合、圧電体膜上に形成する電極膜をチャンネル毎に独立させる必要がある。
【００６７】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、振動板が、噴射チャンネルを隔てるものであるため、振動板の面積を増加させた場合でも、噴射チャンネルの高密度配列が可能になる。つまり、十分な圧電特性のない圧電体膜を用いながら、振動板の面積を増加することで、噴射に必要な圧力を得ることができ、かつ高解像度の記録が可能なインク噴射装置を製作することができる。
【００６８】
また、振動板の配列方向と直交する方向に圧電体膜を伸縮させて振動板を湾曲変形するように構成することで、低電圧でも噴射チャンネルの大きな容積の変化を得ることができる。さらに、１つの噴射チャンネルを挟んで２つの振動板を配置することで、従来１枚の振動板にて駆動していた場合に比べて同じ変位量を得るのに１／２の電圧でよく、これらの相乗効果により効率よくインクを噴射することができる。
【００６９】
【００７０】
さらに、複数の振動板を間隔をおいて突出し、それらの間にチャンネルを形成したチャンネル基板に、圧電体膜、電極膜を被着することで、上記のように、振動板の面積を十分に確保しかつ噴射チャンネルを高密度に配列できるインク噴射装置を、容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のインク噴射装置を示す断面図である。
【図２】上記第１の実施の形態のインク噴射装置の動作を説明する図である。
【図３】上記第１の実施の形態のインク噴射装置を下方から見た分解斜視図である。
【図４】上記第１の実施の形態のインク噴射装置の製造工程示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態のインク噴射装置を示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態のインク噴射装置を示す断面図である。
【図７】上記第３の実施の形態のインク噴射装置の動作を説明する図である。
【図８】上記第３の実施の形態のインク噴射装置の製造工程示す図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態のインク噴射装置を示す断面図である。
【図１０】上記第４の実施の形態のインク噴射装置の動作を説明する図である。
【図１１】上記第４の実施の形態のインク噴射装置の製造工程示す図である。
【図１２】従来のインク噴射装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１００、２００、３００インク噴射装置
１１０、２１０、３１０基板
１２０、２２０、３２０振動板
１３０、２３０、３３０噴射チャンネル
１４０、２４０、３４０圧電体膜
１３２、３３２非噴射チャンネル

Claims

インクを噴射するノズルと、該ノズルに連通する噴射チャンネルを含む複数のチャンネルと、該噴射チャンネルを挟んで隣接する複数対の振動板とを備え、前記各対の振動板は、その両者間の噴射チャンネルに対して対称に、圧電体膜と、該圧電体膜に電圧を印加する電極膜とをそれぞれ各振動板の両面にそれぞれ有し、前記圧電体膜に電圧を印加して前記振動板の一面側の前記圧電体膜を収縮させるとともに他面側の前記圧電体膜を伸長させることにより、前記噴射チャンネルの両側の前記振動板を前記噴射チャンネルの容積を増減する方向に相互に対称に湾曲変形させて前記噴射チャンネル内のインクに圧力を与えそのインクを噴射することを特徴とするインク噴射装置。
前記振動板の両面には、それぞれ、前記圧電体膜とこの圧電体膜を挟んだ２つの電極膜とが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインク噴射装置。
前記圧電体膜は、電圧を印加することにより、対の振動板の対向方向と直交する方向に伸縮するものであり、その伸縮にともなって振動板を湾曲させることを特徴とする請求項１又は２に記載のインク噴射装置。
振動板によって隔てられ、ノズルからインクを噴射する噴射チャンネルを含む複数のチャンネルを備えるインク噴射装置において、前記振動板の両面には、それぞれ、電圧を印加することにより前記複数のチャンネルのなす配列方向と直交する方向に伸縮する圧電体膜と、該圧電体膜に電圧を印加する電極膜とを、前記複数のチャンネルのなす配列方向に重ねて配置し、前記圧電体膜に電圧を印加することにより、前記振動板の一面側の前記圧電体膜を収縮させるとともに他面側の前記圧電体膜を伸長させて、前記振動板を前記噴射チャンネルの容積を増減する方向に湾曲変形させて前記噴射チャンネル内のインクに圧力を与えそのインクを噴射することを特徴とするインク噴射装置。
前記各振動板の両面には、ぞれぞれ、前記圧電体膜とこの圧電体膜を挟んだ２つの電極膜とが形成されていることを特徴とする請求項４に記載のインク噴射装置。
１つの前記噴射チャンネルには、該噴射チャンネルを挟んで１対の振動板が対向して位置し、該１対の振動板には、前記圧電体膜および前記電極膜が前記噴射チャンネルに対して対称に位置することを特徴とする請求項４又５に記載のインク噴射装置。
１つの前記振動板の一側は、前記噴射チャンネルであり、それと反対の側は、インクを収容しない非噴射チャンネルであることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載のインク噴射装置。
一側に、複数の振動板を相互に間隔を置いて突出して備え、その振動板の側面間に噴射チャンネルを含む複数のチャンネルを形成したチャンネル基板と、前記各振動板の両側面にそれぞれ形成された、電圧を印加することにより前記複数の振動板の配列方向と直交する方向に伸縮する圧電体膜とを有し、該圧電体膜に電圧を印加し前記振動板の一側面の前記圧電体膜を前記直交方向に収縮させるとともに他側面の前記圧電体膜を前記直交方向に伸長させることにより、前記振動板を前記噴射チャンネルの容積を増減する方向に湾曲変形させて前記噴射チャンネル内のインクに圧力を与えそのインクを噴射することを特徴とするインク噴射装置。
前記各振動板の両側面のぞれぞれに、電極膜、前記圧電体膜、電極膜をその順に形成し、両電極間に電圧を印加することにより、前記圧電体膜を前記振動板の配列方向と直交する方向に伸縮させることを特徴とする請求項８に記載のインク噴射装置。
前記各振動板の両側面に、該振動板に対して対称に分極された１対の前記圧電体膜、該圧電体膜の上に１対の電極膜を備え、前記振動板および１対の圧電体膜を挟んで前記１対の電極間に電圧を印加することにより、前記１対の圧電体膜の一方を収縮、他方を伸長させることを特徴とする請求項８に記載のインク噴射装置。