JPH04286650A - 液滴噴射装置 - 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、液滴噴射装置に係わり
、特に、圧電トランスデューサとして圧電縦効果及び圧
電厚みすべり効果で変形する圧電素子を用いたプリンタ
ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリンタヘッドに圧電式インクジ
ェットを利用したものが近年提案されている。これは、
圧電アクチュエータの寸法変位によってインク流路の容
積を変化させることにより、その容積減少時にインク流
路内のインクをオリフィスから噴射し、容積増大時に他
方の弁からインク流路内にインクを導入するようにした
もので、ドロップオンデマンド方式と呼ばれている。そ
して、このような噴射装置を多数互いに近接して配設し
、所定の位置の噴射装置からインクを噴射させることに
より、所望する文字や画像を形成するのである。

【０００３】この種の液滴噴射装置としては、例えば図
５に示すようなものがある。以下、アレーの一部の断面
図を示す図５によって従来例を具体的に説明すると、複
数の側壁３ａ〜３ｃと天井壁７ａ〜７ｃを有し、かつ矢
印２０の方向に分極処理を施した上部圧電セラミックス
板２と、複数の側壁５ａ〜５ｃと底壁９ａ〜９ｃを有し
、かつ矢印２２の方向に分極処理を施した下部圧電セラ
ミックス板４とを接着層１４を介して接合することで、
横方向に互いに間隔を有する多数の平行なインク流路６
ａ〜６ｃが構成される。インク流路６ａ〜６ｃは長方形
断面の長くて狭いものであり、側壁３ａ〜３ｃ、５ａ〜
５ｃは流路の全長にわたって伸び流路軸に垂直に変形可
能で流路内のインク圧を変化させる。該側壁３ａ〜３ｃ
、５ａ〜５ｃの表面には駆動電界印加用の流路内電極８
ａ〜８ｆと、さらに該流路内電極８ａ〜８ｆの表面には
インクと電極との絶縁のための絶縁膜１０を形成してあ
る。

【０００４】このアレーにおいて所定の印字データに従
って例えば噴射装置１２ｂが選択されると、流路内電極
８ｂ、８ｃと流路内電極８ｄ、８ｅの各々の間に駆動電
界が印加される。このとき駆動電界方向と分極方向とが
直交しているため、側壁３ｂ、５ｂ、３ｃ、５ｃは圧電
厚みすべり効果によってインク室６ｂの内部方向にくの
字形に変形する。この変形によりインク室６ｂ内のイン
ク圧が大となり、図示されていないオリフィスからイン
ク液滴が噴射される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の液滴噴射装置は圧電セラミックス板が、圧電ア
クチュエータであると同時にインク室の側壁および底壁
、天井壁を形成しているためにいくつかの問題を有して
いる。このインク室の側壁の幅ｗと高さｈの比ｈ／ｗが
大きいほど圧電厚みすべり効果の効率が上がり、また側
壁の幅ｗが小さいほど電極間距離が小さくなるので、駆
動に必要な電圧を下げられるのであるが、側壁幅を小さ
くしたり、側壁高さを大きくすることは非常に困難であ
る。すなわち厚み方向に分極処理を施した圧電セラミッ
クスの板に、ダイヤモンドカッティング円盤の回転また
はレーザー等によってインク室に対応する平行な溝を切
るのであるが、溝と溝との間隔（側壁幅）が小さすぎた
り溝の深さ（側壁高さ）が深すぎると加工時の歩留まり
が悪くなる、強度が低下し信頼性が低くなる等の問題が
あるのである。

【０００６】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、製造時の歩留まりがよく強度お
よび信頼性が高く、かつ低電圧で駆動する液滴噴射装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の液滴噴射装置は圧電トランスデューサを用い
てインク流路の容積を変化させることによりインク流路
のインクを噴射する噴射装置を多数備えており、そのイ
ンク流路の圧電セラミックスからなる側壁が、厚みすべ
り効果の変形をし、かつそのインク流路の圧電セラミッ
クスからなる底壁及び天井壁のうち少なくとも一方の壁
が、縦効果の変形をするよう構成してある。

【０００８】

【作用】上記の構成を有する本発明の液滴噴射装置によ
れば、所定の噴射装置に対応するインク流路の側壁が、
圧電厚みすべり効果の変形をし、同時にそのインク流路
の底壁、天井壁の少なくとも一方の壁が、圧電縦効果の
変形をして、流路内のインクが噴射装置から噴射される
。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を、図１
〜図４を参照して詳細に説明する。なお都合上、従来例
と同一部位、及び均等部位には同一符合をつけて説明す
る。

【００１０】図４は、本発明の一実施例である液滴噴射
装置を搭載するインクジェットプリンタの要部を示す図
であり、プラテン３６は、軸３８によりフレーム４０に
回転可能に取り付けられており、モータ４２によって駆
動される。プラテン３６に対向して液滴噴射装置４４が
設けられている。液滴噴射装置４４は、インク供給装置
４６と共にキャリッジ４８上に載置されている。キャリ
ッジ４８はプラテン３６の軸線平行に配設された２本の
ガイドロッド５０に摺動可能に支持されると共に、一対
のプーリ５２に巻き掛けられたタイミングベルト５６が
結合させられている。そして、一方のプーリ５２がモー
タ５４によって回転させられ、タイミングベルト５６が
送られることによりキャリッジ４８はプラテン３６に沿
って紙５８上を移動させられる。

【００１１】図１は、前記液滴噴射装置４４に用いられ
るアレー１の断面図である。アレー１は、矢印２０の方
向に分極処理を施し、かつ横幅が０．１ｍｍの天井壁７
ａ〜７ｃと横幅が０．２ｍｍで高さが０．２ｍｍである
側壁３ａ〜３ｃとにより形成される長さが１７ｍｍであ
る下方向に開口する複数の平行な溝を有する上部圧電セ
ラミックス板２と、矢印２２の方向に分極処理を施し、
かつ横幅が０．１ｍｍの底壁９ａ〜９ｃと横幅が０．２
ｍｍで高さが０．２ｍｍである側壁５ａ〜５ｃとにより
形成される長さが１７ｍｍである上方向に開口する複数
の平行な溝を有する下部圧電セラミックス板４とを、該
側壁３ａ〜３ｃ、５ａ〜５ｃ部分にて接着層１４を介し
て接合してなる。ここでインク流路６ａ〜６ｃは長方形
断面でありその大きさは、横幅０．１ｍｍ、高さ０．４
ｍｍであり、また流路長さは１７．０ｍｍ、流路を分け
る側壁３ａ〜３ｃ、５ａ〜５ｃの横幅は０．２ｍｍ、底
壁９と天井壁７ａ〜７ｃの厚さは０．２ｍｍである。全
ての側壁３ａ〜３ｃ、５ａ〜５ｃおよび底壁９ａ〜９ｃ
、天井壁７ａ〜７ｃの流路内表面には流路内電極８ａ〜
８ｃを形成し、さらに該流路内電極８ａ〜８ｃの表面に
はインクとの絶縁の為の絶縁膜１０が形成してある。 また、上部圧電セラミックス板２の上部表面と下部圧電
セラミックス板４の下部表面には、それぞれ上側外部電
極１６、下側外部電極１８が形成してある。

【００１２】前記アレー１は以下の製造法によって製造
される。

【００１３】図３に示すように、まず強誘電性を有する
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料
にて、矢印２０、２２のように互いに逆方向に分極処理
を施した厚さ０．４ｍｍの板を用意し、上記した形状の
平行な溝をダイヤモンドカッティング円盤の回転または
レーザー等により、必要な本数だけ切ることで上部圧電
セラミックス板２および、下部セラミックス板４を作製
する。両圧電セラミックス板２、４の溝表面に流路内電
極８ａ〜８ｃ及び絶縁膜１０を形成した後、該両圧電セ
ラミックス板２、４を接合し、インク噴射のためのオリ
フィス３４を有するオリフィスプレート３２を流路端部
に接合する。上部圧電セラミックス板２の上部表面と下
部圧電セラミックス板４の下部表面に、それぞれ上側外
部電極１６、下側外部電極１８を形成し、さらに下部圧
電セラミックス板４の溝の内部位に電極８ａ〜８ｃ、１
６、１８と電気的に結合したＬＳＩ（駆動回路）チップ
２４を装着することでアレー１が得られる。このように
して得られた前記アレー１を複数互いに近接する状態で
一体的に組み付けることにより、前記液滴噴射装置４４
が構成される。

【００１４】各アレー１には、それぞれ図２に示されて
いる電気回路が設けられている。この電気回路において
、上側外部電極１６と下側外部電極１８は接地してある
。流路内電極８ａ〜８ｃがそれぞれ別々にＬＳＩチップ
２４に接続され、クロックライン２８、データライン２
６、電圧ライン３０およびアースライン３１もＬＳＩチ
ップ２４に接続されている。インク流路６ａ〜６ｃは隣
合わない第１、第２のグループに分けられており、クロ
ックライン２８から供給された連続するクロックパルス
がこの第１、第２グループを続けて駆動する。データラ
イン２６上に現れる多ビット・ワード形式のデータが各
グループのうちのどちらのインク流路６ａ〜６ｃを作動
すべきかを決定し、ＬＳＩチップ２４の回路により選ば
れたグループの流路の流路内電極８ａ〜８ｃに電圧ライ
ン３０の電圧Ｖを印加する。この電圧により選ばれたイ
ンク流路６ａ〜６ｃの両側の側壁３ａ〜３ｃ、５ａ〜５
ｃおよび底壁９ａ〜９ｃ、天井壁７ａ〜７ｃが圧電効果
による変形をし、従って各グループに於て全てのインク
流路６ａ〜６ｃが作動可能になる。このとき作動されて
いない同一グループのインク流路６ａ〜６ｃの流路内電
極８ａ〜８ｃと、他のグループに属する全てのインク流
路６ａ〜６ｃの流路内電極８ａ〜８ｃは接地される。

【００１５】図２は所定の印字データに従って、噴射装
置１２ｂが選択された場合を示しており、インク流路６
ｂ内の流路内電極８ｂに電圧ライン３０の電圧Ｖが印加
され、他の流路内電極８ａ、８ｃおよび上側外部電極１
６と下側外部電極１８は接地されている。側壁３ｂ、５
ｂと側壁３ｃ、５ｃには分極方向と直交する電界（図中
矢印方向）が印加されるので圧電厚みすべり効果の変形
により該側壁３ｂ、５ｂと該側壁３ｃ、５ｃがくの字形
に間のインク流路６ｂ内に向かって変形する。同時に底
壁９ｂと天井壁７ｂには分極方向と平行な電界が印加さ
れるので圧電縦効果の変形により、間のインク流路６ｂ
内に向かって変形する。このため前記インク流路６ｂの
容積が減少し流路内のインクが図示しないオリフィスか
ら噴射される。また、電圧の印加が遮断され側壁３ｂ、
５ｂ、３ｃ、５ｃおよび底壁９ｂ、天井壁７ｂが元の位
置まで戻されると、その時のインク流路６ｂの容積増加
に伴って図示しない弁を経て前記インク供給装置４６か
らインクが補充される。尚、例えば他の噴射装置１２ａ
が選択された場合には、側壁３ａ、５ａ、３ｂ、５ｂお
よび底壁９ａ、天井壁７ａが変形させられてインク流路
６ａ内のインクが噴射される。

【００１６】本発明に係るアレー１は図５で示した従来
のアレーと比較するとインク流路６ａ〜６ｃ、側壁３ａ
〜３ｃ、５ａ〜５ｃ、底壁９ａ〜９ｃ、天井壁７ａ〜７
ｃの寸法が同じであり、上側外部電極１６と下側外部電
極１８を形成したことと、底壁９ａ〜９ｃ、天井壁７ａ
〜７ｃの流路内表面に（従来は側壁３ａ〜３ｃ、５ａ〜
５ｃの流路内表面のみ）流路内電極８ａ〜８ｃを形成し
たことが異なる点である。従って両圧電セラミックス板
２、４の溝加工時の歩留まり、強度、信頼性は従来と同
じである。

【００１７】１つのインク流路内６ａ〜６ｃの容積は０
．６８ｍｍ３であり９５ｘ１０ー５ｍｍ３の液滴を噴射
するのに３．３７ｘ１０ー４ｍｍ３のインク流路６ａ〜
６ｃ内容積の変化を必要としている。これだけのインク
流路６ａ〜６ｃ内容積の変化を実現するために、従来の
圧電厚みすべり効果のみの変形を利用するアレーでは約
６０Ｖの駆動電圧を必要としていたが、本発明の圧電厚
みすべり効果と圧電縦効果の２種の変形を同時に利用す
るアレー１では約５０Ｖの駆動電圧でよい。

【００１８】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなくその趣旨を逸脱しない範囲において数々の変形
を加えることもできる。例えば側壁、底壁、天井壁を一
体でなく別々の圧電セラミックスから構成してもよい。 また上側外部電極、下側外部電極をインク流路に対応さ
せて分割してもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の液滴噴射装置は、作動時にインク流路の圧電セラ
ミックスからなる側壁が、厚みすべり効果の変形をし、
同時にかつそのインク流路の圧電セラミックスからなる
底壁及び天井壁のうち少なくとも一方の壁が、縦効果の
変形をし、インク流路の容積変化を起こすので、従来よ
り低電圧で駆動することができる。また従来に比較して
側壁、インク流路などの寸法の変更を必要としないので
、製造に於ける歩留まりがよく、強度および信頼性の高
い、かつ低電圧で駆動する液滴噴射装置が提供できるの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】液滴噴射装置の一部を構成するアレーの断面図
である。

【図２】アレーに電気回路が設けられた状態を示す説明
図である。

【図３】アレーの製造行程を示す斜視図である。

【図４】液滴噴射装置を搭載するインクジェットプリン
タの要部を示す斜視図である。

【図５】従来例における液滴噴射装置の一部を構成する
アレーの断面図である。

【符号の説明】

２　　圧電セラミックス（上部圧電セラミックス板）３
ａ〜３ｃ　　側壁 ４　　圧電セラミックス（下部圧電セラミックス板）５
ａ〜５ｃ　　側壁 ６ａ〜６ｃ　　インク流路 ７ａ〜７ｃ　　天井壁 ９ａ〜９ｃ　　底壁 １２ａ〜９ｃ　　噴射装置 ４４　　液滴噴射装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　圧電トランスデューサを用いてインク
   流路の容積を変化させることにより該インク流路のイン
   クを噴射する噴射装置を多数備えた液滴噴射装置に於て
   、前記インク流路の圧電セラミックスからなる側壁が、
   厚みすべり効果の変形をし、かつ該インク流路の圧電セ
   ラミックスからなる底壁及び天井壁のうち少なくとも一
   方の壁が、縦効果の変形をすることを特徴とする液滴噴
   射装置。