JPH04263953A - 液滴噴射記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体を噴射し、飛翔液
滴を形成して記録を行う液滴噴射記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ノンインパクト記録法は、記録時におけ
る騒音の発生が無視し得る程度に小さく、カラー記録が
しやすいという点で最近関心を集めている。その中で、
高速記録が可能であり、しかも普通紙に記録が行える液
体噴射記録法による液体噴射記録装置は、次々と新しい
高性能の機械が発表されており、中でもドロップオンデ
マンド型の液滴噴射記録装置は、必要な液滴のみを噴射
するため廃液回収装置などの機構が不要であるなどから
、構造が簡単で価格も安いため、パーソナルコンピュー
ターの出力装置として多数使用され始めている。

【０００３】しかし、液滴噴射記録装置のうち熱機械変
換式（特開昭５４ー５９９３６号公報）の場合は、液体
が含有する成分によりヒーター表面にコゲーションを生
じ、経時的に液滴噴射記録装置の効率が低下し、やがて
破壊に至る。このため、使用する液体の含有成分を制限
せざるを得ない。一方電気機械変換式（特開昭４７ー２
００６号公報）では、その構造上からオリフィスとオリ
フィスの間に０．３ｍｍの間隔が必要であり、熱機械変
換式の約５倍の大きさとなり価格的に不利である。

【０００４】これらの問題点を同時に解決し得る装置と
して、せん断型モードによる電歪効果を利用して側壁を
変形させ液滴を噴射する方式による液滴噴射記録装置、
が例えば特開昭６３−２５２７５０号公報、特開平２ー
１５０３５５号公報に示されている。　　特開昭６３ー
２５２７５０号公報に示されている液滴噴射記録装置を
図１２、図１３を用いて説明する。図１２はこの装置の
斜視図である。液滴１を噴出するオリフィス６を設けた
オリフィス板５に隣接して、圧電素子２０に形成された
多数の流路２を備えており、流路２は液体４で充満して
いる。ここで、側壁１１にせん断モードによる変形を起
こさせると流路２の液体がオリフィス６から液滴１とし
て噴出する。尚１６は駆動回路素子である。図１３は図
１２の断面図である。底２５、天井２７で挟まれた、せ
ん断型モードのエネルギー付与手段の側壁１１ａ、１１
ｂ、・・は矢印３３、３５のように互いに逆方向に分極
された上部壁２９、下部壁３１から成っており、これら
の側壁を介して流路２ａ、２ｂ・・がある。電極３７、
３９、４１、４３がそれぞれ対応する流路の全内壁を覆
っている。ここで、例えば側壁１１ｂ、１１ｃ間の流路
２ｃの電極４１に電圧を印加すると、電極４１の両側の
流路２ｂ、２ｄの各電極３９、４３はアースされている
ので、側壁１１ｂ、１１ｃに逆方向の電界が印加される
。各側壁の上部壁２９、下部壁３１が逆方向に分極され
ているので上部壁２９、下部壁３１は点線４７、４９で
示すように、その間の流路に向かって変形する。その結
果側壁１１ｂ、１１ｃ間の流路２ｃ内の液体４に圧力が
加えられ、流路長に沿って音響圧力波が伝えられオリフ
ィス６から液滴１を噴射する。液滴１の噴射の結果減少
した流路の液体は、図１２のジョイント１４に連なる液
室を経て各流路へ新しい液体が流入して補給される。

【０００５】圧電効果を利用した別の例が、特開昭６３
ー９２４６０号公報に示されている。図１４はこの例の
構成を示したものである。圧電プレート８０の溝と蓋板
８１で構成されたインクキャビティ８２の内面に電極８
３が、圧電プレートの裏面の各インクキャビティに対応
する位置に電極８４が設けられている。ここで、電極８
３、８４の間に駆動用パルス電圧を印加すると、伸縮部
８５が伸縮し、インクキャビティ８２のインクが吐出さ
れる。図１３の例はエネルギー付与手段として側壁の変
形を利用しているのに対し、図１４の例は流路の底部を
変形させエネルギー付与手段としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】液滴噴射記録装置で通
常の印字品質である単位長さ当りの液滴の数を示すｄｐ
ｉ値を４００とした場合、上記のような装置では流路の
隔壁の厚さが０．０３ｍｍとなり液滴の発射に充分な駆
動力を液滴に伝達することが困難である。本発明の目的
は、該問題点を解決し、高分解能の液滴噴射記録装置を
提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成は、液滴を噴射するためのオリフィスと
、矩形板状の圧電素子内に設けられた溝から構成されオ
リフィスに通じている液体流路と、該液体流路に液体を
供給する液室とを備え、液体をオリフィスから噴出させ
るエネルギーを与えるために、液体流路の側壁のせん断
型モードによる変形を用いる液滴噴射記録装置に於て、
圧電素子の厚み方向の液体流路の面を底面とすれば、該
底面に電極を設けるとともに、圧電素子の一部を挟み前
記底面の電極に対向する副電極を設け、該電極間に駆動
信号を印加して、該電極間に挟まれた部分を変形させ、
前記側壁の変形と合わせた変形により液滴をオリフィス
から噴射することを特徴としている。

【０００８】

【作用】せん断型モード電歪効果による液滴噴射記録装
置のエネルギー付与手段が、電極膜を付けた隔壁のせん
断型モード電歪変形によるのに対し、本発明における液
滴噴射記録装置は溝の底部に設けられた電極とこれに対
応する副電極により液体流路の底部に直接型モードの変
形を生じさせ、隔壁のせん断型モード変形と同時に底面
の直接型モード変形もエネルギー付与手段として利用す
る。従って、装置のサイズを大きくすることなく、噴射
エネルギーを増大することができる。

【０００９】

【実施例】以下図面により本発明の実施例を詳述する。 図１は本発明による第１の実施例の液滴噴射記録装置の
外観を示す実体図である。液滴噴射記録装置６０は圧電
素子５８と多数のオリフィス６を設けたオリフィス板５
で構成され、液滴１はオリフィス６から発射される。側
面に設けてある液体入口６９は図２の断面図に示される
液室６１に連なっている。上面には本発明の特徴とする
多数の副電極５０がある。図２は図１の液滴噴射記録装
置を厚み方向の中間で切断した断面を示す。各液体流路
２に対応してオリフィス板５に液滴１を噴射するオリフ
ィス６が設けられている。各液体流路２は液室６１と導
通している。液体流路２内部の電極４１はオリフィス板
５の反対側にのびており配線端子６４と一体である。配
線端子６４はタブリードによる配線を可能にするために
側壁１１の上部にくぼみ６２をつけてあり底面の配線端
子６４迄の深さが０．０３ｍｍ以下である。くぼみ６２
上に封口材６３を接合し液体流路２からの液体の漏れを
防止する。

【００１０】図３は図１の液滴噴射記録装置を各流路の
長手方向に直交する断面で切断した断面図である。圧電
素子５８は矢印３５のように電気分極してあり圧電素子
５９は矢印３３のように電気分極してある。液体流路２
ｂ、２ｃ、２ｄの内面には電極３９、４１、４３が設け
てある。更に５０で示される副電極が圧電素子５８、５
９の表面に各溝２底面に対応して設けてある。図４は図
３の液滴噴射記録装置の液滴噴射時における液体流路内
面の電極の電位の変化を示すグラフである。電極３９、
４１、４３に負の電位を加えておき、図４の液滴噴射時
刻Ｔ１で液体流路電極４１に急激にグラフのような駆動
電圧を加えると図３の矢印５１のように電界が生じ側壁
１９、側壁２１はせん断型モード変形により点線４７、
点線４９のように変形し、圧電素子５８及び圧電素子５
９の液体流路の底面にあたる部分が直接型モード変形に
より点線５２、点線５３のように変形し液体流路断面積
の減少を引き起こし液体流路２ｃ内部に充満した液体を
加圧して図２におけるオリフィス６と液室６１に押し出
す。そのようにして液滴１を噴射する。液滴１が一定距
離噴出した後、液体流路電極４１の電位が図４のように
下がるにしたがい点線４７、４９、５２及び点線５３の
変形が復元し噴出した液滴１の背後の液柱を液体流路２
ｃに引き込み噴射した液滴１から分離し噴出した液滴の
量に相当する液体が図２の液体入口６９から液体流路２
ｃに流入し再び液体で充満する。

【００１１】図５は本発明の第２の実施例をしめすもの
で、図３の実施例とは、２つの圧電素子の分極の方向だ
けが異なる。尚、図５において図３と同じ機能の要素は
同じ番号で示してある。図６は液体流路２ｃの内面の電
極の電位の変化を示す。液滴噴射時刻の前に電極３９、
４３に負の電位、電極４１に駆動電圧を加えておく。液
体流路２ｃの中に充満している液体に外乱振動を与えな
いために電極電位は徐々に上昇するようにする。その結
果図５に於て側壁１９、２１は、せん断型モードによる
変形により点線５４、５５のように変形し圧電素子５８
、５９の底部は点線５６、点線５７のように変形し液体
流路断面積が拡大し液体が流入する。液体流路２ｃに液
体が充満した後液滴噴射時刻Ｔ１に電極４１の電位を急
激に下げると圧電素子５８、５９は点線の状態から実線
の形状に復元し液体流路断面積が縮小して液体を加圧し
て液滴１を噴出する。液滴１の背後にある液柱を分離す
るために電極４１に再度電圧を加えることがある。この
ように本実施例の場合に於いても液体に圧力を与えるの
は点線５４、５５に示すせん断型モードの変形と点線５
６、５７で示す直接モード型変形の和から発生するので
大きな噴出エネルギーを得ることができる。

【００１２】図７は第３の実施例の断面を示す。図３の
実施例に比較して副電極５０が１枚の導電膜から成り、
個々の液体流路に対応してパターニングしてないため圧
電素子の変形状態が変わるが、副電極５０をパターニン
グする工数が不要なのでより実用的である

【００１３】
図８は第４の実施例の断面を示す。第３の実施例とは副
電極５０が圧電素子５８、５９の内部に設けられている
点が異なる。図７の実施例に比較して電極４１と副電極
５０との距離を小さくすることができるので低い電圧で
所定の電界が得られるため電極４１の電圧を高電圧にし
なくてもよいという特長がある。

【００１４】図９は第５の実施例の断面を示す。図８の
圧電素子５９に変わり絶縁材７０を接合して液体流路２
を構成する。第４の実施例に比較して圧電素子が一枚で
あるため製造が簡単である。この構造によれば側壁の上
部をガラスなどの非導電性の板に接合してあるため拘束
され側壁１９、２１がせん断型モード変形により点線７
１、７２のように変形し圧電素子５８の底部が点線７３
のように変形する。図８の実施例に比べて側壁による液
体の駆動力が低下するので、点線７３のような底部の変
形による補助的な駆動力の効果が大きい。

【００１５】図１０は第６の実施例の断面を示す。４０
０ｄｐｉ程度の分解能の液滴噴射記録装置を得ようとす
るとき図９の構造によれば液体流路の間隔が０．０６３
５ｍｍとなり側壁１９、２０の厚さを０．０３ｍｍ程度
の寸法に作る必要がある。この構造は生産上非現実的な
ので２列に液体流路２を配列することが一般的である。 その場合図１０のように圧電素子７４の上部を矢印７６
、下部を矢印７５のように電気分極して上下面に液体流
路を構成すると圧電素子が１枚で済むために最も製造が
簡単である。補助電極５０は上下の電極、例えば電極４
１ー１と電極４１ー２とで共通に使用することができる
。

【００１６】図１１は第７の実施例の断面を示す。この
例では、図１０における非導電性の板のかわりに、溝が
形成された圧電素子７７、７８を溝を合わせて圧電素子
７４に重ね合わせ、さらに圧電素子７７、７８の表面に
副電極５０を設けたものである。

【００１７】

【発明の効果】上記のごとく本発明によれば、液体を噴
射するためのオリフィスと、該オリフィスに通ずる液体
流路と、該液体流路に液体を供給する液室と、該液体流
路を満たした液体にオリフィスからの噴出エネルギーを
与えるために液体流路に設けたエネルギー付与手段を有
する液滴噴射記録装置に於いて、エネルギー付与手段を
従来の液体流路側壁のせん断型モードの変形とともに、
液体流路の底面部の直接型モードの変形をも加えたため
、装置を大型化することなく、噴出エネルギーの大きい
液体噴射記録装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施例の液滴噴射記録装置
の外観を示す実体図である。

【図２】第１の実施例の装置を厚み方向の中間部で切断
した断面図である。

【図３】第１の実施例の装置を長手方向の中間部で切断
した断面図である。

【図４】第１の実施例の駆動電圧の波形を示す図である
。

【図５】本発明による第２の実施例を示す断面図である
。

【図６】第２の実施例の駆動電圧の波形を示す図である
。

【図７】本発明による第３の実施例を示す断面図である
。

【図８】本発明による第４の実施例を示す断面図である
。

【図９】本発明による第５の実施例を示す断面図である
。

【図１０】本発明による第６の実施例を示す断面図であ
る。

【図１１】本発明による第７の実施例を示す断面図であ
る。

【図１２】従来技術による液滴噴射記録装置の斜視図で
ある。

【図１３】図１２の装置の断面図である。

【図１４】従来技術の別の例の断面図である。

【符号の説明】

１　　液滴 ２　　液体流路 ５　　オリフィス板 ６　　オリフィス １１　　側壁 １７　　側壁 １９　　側壁 ２１　　側壁 ２３　　側壁 ３３　　電気分極方向を示す矢印 ３５　　電気分極方向を示す矢印 ３９　　電極 ４１　　電極 ４３　　電極 ４７　　せん断モード変形を示す点線 ４９　　せん断モード変形を示す点線 ５４　　せん断モード変形を示す点線 ５５　　せん断モード変形を示す点線 ５０　　副電極 ５１　　電界方向を示す矢印 ５２　　直接モード変形を示す点線 ５３　　直接モード変形を示す点線 ５６　　直接モード変形を示す点線 ５７　　直接モード変形を示す点線 ５８　　圧電素子 ５９　　圧電素子 ６０　　液滴噴射記録装置 ６１　　液室 ６２　　くぼみ ６３　　封口材 ６４　　配線端子 ６９　　液体入口 ７０　　絶縁材

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　矩形板状の圧電素子内に形成された溝
   を構成要素とする液体流路の、前記溝の内面に設けられ
   た電極に駆動信号を印加して、液体流路の側壁を変形さ
   せて、液滴を噴射する液滴噴射装置において、前記圧電
   素子の厚み方向の前記液体流路の面を底面とすれば、該
   底面に電極を設けるとともに、前記圧電素子の一部を挟
   み前記底面の電極に対向する副電極を設け、該電極間に
   駆動信号を印加して、該電極間に挟まれた部分を変形さ
   せ、前記側壁の変形と合わせて前記液滴を噴射すること
   を特徴とする液滴噴射記録装置。
2. 【請求項２】　　副電極が圧電素子内の各流路の底面毎
   に設けられた導電膜であることを特徴とする請求項１に
   記載の液滴噴射記録装置。
3. 【請求項３】　　副電極が圧電素子内の各流路の底面に
   対向する１枚の導電膜であることを特徴とする請求項１
   に記載の液滴噴射記録装置。
4. 【請求項４】　　溝が形成され、該溝側に向かって同方
   向に分極された２つの圧電素子の各溝を向い合わせて液
   体流路を形成し、両圧電素子に副電極を設けたことを特
   徴とする請求項１に記載の液滴噴射記録装置。
5. 【請求項５】　　溝が形成された圧電素子に各溝を覆う
   非導電性の板をかぶせて液体流路を形成したことを特徴
   とする請求項１に記載の液滴噴射記録装置。
6. 【請求項６】　　圧電素子の厚み方向の中間部に副電極
   となる導電膜を設け、該圧電素子の厚み方向の各表面側
   を互いに逆方向に分極するとともに該各表面に溝を形成
   し、該溝に非導電性の板をかぶせて液体流路を構成した
   ことを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射記録装置。
7. 【請求項７】　　圧電素子の厚み方向の中間部に副電極
   となる導電膜を設け、該圧電素子の厚み方向の各表面側
   を互いに逆方向に分極するとともに各表面に溝を形成し
   、溝が形成され、前記圧電素子の各表面の溝方向の分極
   と同じ方向に溝方向に分極され、溝の底面の電極に対向
   する副電極を備えた圧電素子を、溝を合わせて重ねあわ
   せ、液体流路を構成したことを特徴とする請求項１に記
   載の液滴噴射記録装置。