JPH06344551A - インク噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極の寿命が長く、信頼性が高いインク噴射
装置を提供すること。 【構成】 矢印１４１方向に分極された圧電セラミック
スプレート１０１に、電極１３１、１３２が形成され、
矢印１４２方向に分極された圧電セラミックスプレート
１０２に電極１３３が形成される。そして、圧電セラミ
ックスプレート１０１と１０２とが接合層１１２を介し
て接合され、圧電セラミックスプレート１０２とベース
プレート１０３とが、接合層１１３を介して接合され
る。その後、圧電セラミックスプレート１０１、１０２
を貫通してベースプレート１０３に達する溝１２３が形
成される。圧電セラミックスプレート１０１とカバープ
レート１０４とが、接合層１１１を介して接合される。
これにより、溝１２３は横方向に互いに間隔を有する複
数のインク液室１２２となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク噴射装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリンタヘッドとして、圧電セラ
ミックスを応用したドロップオンデマンド方式のインク
ジェットプリンタヘッドが提案されている。これは、圧
電セラミックスの変形によってインク液室の容積を変化
させることにより、その容積減少時にインク液室内のイ
ンクをノズルから液滴として噴射し、容積増大時に他方
のインク導入路からインク液室内にインクを導入するよ
うにしたものである。そして、このようなインク液室を
多数互いに近接して配置し、所望の印字データに従って
所望の位置のノズルからインク液滴を噴射させることに
より、そのノズルと対向する紙面上等に所望の文字や画
像を形成するものである。

【０００３】この種のインク噴射装置としては、例えば
特開昭６３−２４７０５１号公報、特開昭６３−２５２
７５０号公報及び特開平２−１５０３５５号公報に記載
されているものがある。図４、図５、図６、図７及び図
８にそれら従来例の概略図を示す。以下、インク噴射装
置の断面図を示す図４によって、従来例の構成を具体的
に説明する。複数の溝１５（図６）及び該溝１５を隔て
る側壁１１を有し、かつ矢印４の方向に分極処理を施し
た圧電セラミックスプレート１と、セラミックス材料ま
たは樹脂材料等からなるカバープレート２とを、エポキ
シ系接着剤等からなる接合層３を介して接合すること
で、溝１５（図６）は横方向に互いに間隔を有する複数
のインク液室１２となる。インク液室１２は長方形断面
の細長い形状であり、側壁１１はインク液室１２の全長
にわたって伸びている。側壁１１の接着層３付近の側壁
１１上部から側壁１１中央部までの両表面には、駆動電
界印加用の電極１３が形成されている。全てのインク液
室１２内には、インクが充填される。

【０００４】次に、インク噴射装置の断面図を示す図５
によって、従来例の動作を説明する。該インク噴射装置
において、所望の印字データに従って例えばインク液室
１２ｂが選択されると、電極１３ｅと１３ｆに急速に正
の駆動電圧が印加され、電極１３ｄと１３ｇは接地され
る。これにより側壁１１ｂには矢印１４ｂの方向の駆動
電界が、側壁１１ｃには矢印１４ｃの方向の駆動電界が
作用する。このとき駆動電界方向１４ｂ及び１４ｃと分
極方向４とが直交しているため、側壁１１ｂ及び１１ｃ
は、圧電厚みすべり効果によってインク液室１２ｂの内
部方向に急速に変形する。この変形によってインク液室
１２ｂの容積が減少してインク液室１２ｂのインク圧力
が急速に増大し、圧力波が発生して、インク液室１２ｂ
に連通するノズル３２（図６）からインク液滴が噴射さ
れる。また、駆動電圧の印加を徐々に停止すると、側壁
１１ｂ及び１１ｃが変形前の位置（図４参照）に戻るた
めインク液室１２ｂ内のインク圧力が徐々に低下し、イ
ンク供給口２１（図６）からマニホールド２２（図６）
を通してインク液室１２ｂ内にインクが供給される。

【０００５】従来例では、隣接する２つのインク液室に
連通する２つのノズルから同時にインク液滴を噴射する
ことができないため、例えば、左端から奇数番目のイン
ク液室１２ａ、１２ｃに連通するノズルからインク液滴
を噴射した後、偶数番目のインク液室１２ｂ、１２ｄに
連通するノズルからインク液滴を噴射し、次に再び奇数
番目からインク液滴を噴射するというように、インク液
室１２及びノズル３２を複数のグループに分割してイン
ク液滴の噴射を行う。

【０００６】但し、上記の動作は従来例の基本動作に過
ぎず、製品として具体化される場合には、まず駆動電圧
を容積が増加する方向に印加し、先にインク液室１２ｂ
にインクを供給させた後に、駆動電圧の印加を停止して
元の状態（図６参照）にしてインクを噴射させることも
ある。

【０００７】次に、インク噴射装置の斜視図を示す図６
によって、従来例の構成及び製造法を説明する。分極処
理を施した圧電セラミックスプレート１に、薄い円板状
のダイヤモンドブレードを使用した研削加工等によっ
て、前記の形状のインク液室１２を形成する平行な溝１
５を作製する。溝１５は圧電セラミックスプレート１の
ほぼ全域で同じ深さの平行な溝であるが、端面１７に近
づくにつれて徐々に浅くなり、端面１７付近では浅く平
行な溝１８となるよう作成される。この溝１５及び浅く
平行な溝１８の内面には、前記の電極１３がスパッタリ
ング等によって形成される。溝１５の内面にはその側面
の上半分のみに電極１３が形成されるが、浅く平行な溝
１８の内面にはその側面及び底面全体に電極１３が形成
される。また、セラミックス材料または樹脂材料等から
なるカバープレート２に、研削または切削加工等によっ
て、インク導入口２１及びマニホールド２２を作成す
る。

【０００８】次に、圧電セラミックスプレート１の溝１
５加工側の面とカバープレート２のマニホールド２２加
工側の面とを、エポキシ系接着剤等によって、各々の溝
１５が前記の形状のインク液室１２を形成するように接
着する。次に、圧電セラミックスプレート１及びカバー
プレート２の端面１６に、各インク液室１２の位置に対
応した位置にノズル３２が設けられたノズルプレート３
１を接着する。圧電セラミックスプレート１の溝１５加
工側と反対側の面には、各インク液室１２の位置に対応
した位置に導電層のパターン４２が設けられた基板４１
を、エポキシ系接着剤等によって接着する。そして、浅
く平行な溝１８の底面の電極１３と導電層のパターン４
２とを、周知のワイヤボンディングによって導線４３で
接続する。

【０００９】次に、制御部のブロック図を示す図７によ
って、従来例の制御部の構成を説明する。基板４１に設
けられた導電層のパターン４２は各々個々にＬＳＩチッ
プ５１に接続され、クロックライン５２、データライン
５３、電圧ライン５４及びアースライン５５もＬＳＩチ
ップ５１に接続されている。ＬＳＩチップ５１は、クロ
ックライン５２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５３上に現れるデータから、
どのノズル３２からインク液滴の噴射を行うべきかを判
断し、駆動するインク液室１２内の電極１３に導通する
導電層のパターン４２に、電圧ライン５４の電圧Ｖを印
加する。また、前記インク液室１２以外の電極１３に導
通する導電層のパターン４２にアースライン５５の電圧
０を印加する。

【００１０】次に、プリンタの斜視図を示す図８によっ
て、従来例の構成及び動作を説明する。インク噴射装置
６１及びノズルプレート３１は、図４、図５及び図６で
説明した構成、動作をもつものである。

【００１１】インク噴射装置６１はキャリッジ６２上に
固定され、インク供給チューブ６３はインク供給口２１
（図６）に連通し、ＬＳＩチップ５１（図７）はキャリ
ッジ６２に内蔵され、フレキシブルケーブル６４は図７
に示したクロックライン５２、データライン５３、電圧
ライン５４及びアースライン５５に対応している。キャ
リッジ６２はスライダ６６に沿って矢印６５方向に記録
紙７１の全幅にわたって往復移動し、インク噴射装置６
１はキャリッジ６２が移動している時にプラテンローラ
７２に保持された記録紙７１に対して、ノズルプレート
３１に設けられたノズル３２（図６）からインク液滴を
噴射し、記録紙７１上にインク液滴を付着させる。

【００１２】また、記録紙７１はインク噴射装置６１が
インク液滴を噴射しているときは静止しているが、キャ
リッジ６２が往復動作を行う度に紙送りローラ７３及び
７４によって矢印７５方向に一定量ずつ移送される。こ
れによって、インク噴射装置６１は記録紙７１の全面に
所望の文字や画像を形成することが可能となる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のインク噴射装置６１では、電極１３がイン
ク液室１２の内部に露出しており、インク液室内部のイ
ンクに接するため、電極１３がインク中に含まれる水分
などによって腐食される。このため、側壁１１の変形量
が小さくなったり、電極１３が断線して側壁１１の一部
に電圧が伝わらなくなって側壁１１の一部が変形しなか
ったりして、噴射が不安定になるという問題点があっ
た。このため、インク噴射装置の信頼性が低いという問
題点があった。

【００１４】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、電極の寿命が長く、信頼性が高
いインク噴射装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【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、インクが充填されたインク液
室と、前記インク液室を隔て、少なくとも一部が分極さ
れた圧電部で構成された側壁と、前記圧電部に形成され
た電極とを有し、前記圧電部における前記電極が形成さ
れる面が前記インク液室の内面と異なり、前記電極への
印加により発生する電界方向が前記圧電部の分極方向に
略直行し、且つ前記側壁の前記変形方向が前記圧電部の
分極方向に対して略平行であるインク噴射装置であっ
て、前記側壁の前記圧電部が複数の圧電層からなり、そ
れぞれの圧電層に電極が接続されていることを特徴とす
る。

【００１６】請求項２では、前記複数の電圧層の１つの
層が、隣接する層と異なる方向に分極されていることを
特徴とする。

【００１７】

【作用】上記の構成を有する本発明では、インクが充填
されたインク液室と、前記インク液室を隔て、少なくと
も一部が分極された圧電部で構成された側壁と、前記圧
電部に形成された電極とを有し、前記圧電部における前
記電極が形成される面が前記インク液室の内面と異な
り、前記電極への印加により発生する電界方向が前記圧
電部の分極方向に略直行し、且つ前記側壁の前記変形方
向が前記圧電部の分極方向に対して略平行であるインク
噴射装置であって、前記側壁の前記圧電部が複数の圧電
層からなり、それぞれの圧電層に電極が接続されている
ため、前記電極がインク液室内のインクにほとんど接触
せず、前記電極間距離が短い。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。尚、従来技術と同一の部材には同一
の符号を付し、その説明を省略する。

【００１９】まず、製造途中のインク噴射装置の断面図
を示す図１及び完成したインク噴射装置の断面図を示す
図２によって、本発明の一実施例の構成を具体的に説明
する。

【００２０】図１に示すように、矢印１４１の方向に分
極処理を施した圧電セラミックスプレート１０１の上面
及び下面に、アルミニウム、ニッケル、金等の金属や導
電性樹脂等からなる電極１３１と１３２とを真空蒸着、
スパッタリング、化学メッキ等で形成する。次に、矢印
１４２の方向に分極処理を施した圧電セラミックスプレ
ート１０２の下面に、アルミニウム、ニッケル、金等の
金属や導電性樹脂等からなる電極１３３を真空蒸着、ス
パッタリング、化学メッキ等で形成する。次に、圧電セ
ラミックスプレート１０１の電極１３２が形成された面
と、圧電セラミックスプレート１０２の電極１３３が形
成されていない面とを、エポキシ系接着剤等からなる接
合層１１２を介して接合する。また、圧電セラミックス
プレート１０２の電極１３３が形成された面と、セラミ
ックス材料または樹脂材料等からなるベースプレート１
０３の上面とを、エポキシ系接着剤等からなる接合層１
１３を介して接合する。

【００２１】次に、図２に示すように、薄い円板状のダ
イヤモンドブレードを使用した研削加工等によって、圧
電セラミックスプレート１０１及び圧電セラミックスプ
レート１０２を貫通しベースプレート１０３に達する溝
１２３を形成する。その後、圧電セラミックスプレート
１０１の電極１１１が形成された面と、セラミックス材
料または樹脂材料等からなるカバープレート１０４の下
面とを、エポキシ系接着剤等からなる接合層１１１を介
して接合する。これにより、溝１２３は横方向に互いに
間隔を有する複数のインク液室１２２となる。インク液
室１２２は長方形断面の細長い形状であり、側壁１２１
はインク液室１２２の全長にわたって伸びている。全て
のインク液室１２２内には、インクが充填される。

【００２２】次に、インク噴射装置の断面図を示す図３
によって、本発明の一実施例の動作を説明する。

【００２３】該インク噴射装置において、所望の印字デ
ータに従って例えばインク液室１２２ｂが選択される
と、図示しない駆動回路が、電源（図示せず）から電極
１３２ｂ、１３１ｃ、１３３ｃに急速に正の駆動電圧を
印加し、電極１３１ｂ、１３３ｂ、１３２ｃを接地す
る。これにより側壁１２１ｂの圧電セラミックスプレー
ト１０１には矢印１５１ｂの方向、圧電セラミックスプ
レート１０２には矢印１５２ｂの方向の駆動電界が作用
する。また、側壁１２１ｃの圧電セラミックスプレート
１０１には矢印１５１ｃの方向、圧電セラミックスプレ
ート１０２には矢印１５２ｃの方向の駆動電界が作用す
る。このとき駆動電界方向１５１ｂ、１５１ｃと分極方
向１４１とが直交しており、駆動電界方向１５２ｂ、１
５２ｃと分極方向１４２とが直交しているため、側壁１
２１ｂ及び１２１ｃは、圧電厚みすべり効果によってイ
ンク液室１２２ｂの内部方向に急速に変形する。この変
形によってインク液室１２２ｂの容積が減少してインク
液室１２２ｂのインク圧力が急速に増大し、圧力波が発
生して、インク液室１２２ｂに連通するノズル３２（図
６）からインク液滴が噴射される。

【００２４】また、駆動電圧の印加を停止すると、側壁
１２１ｂ及び１２１ｃが変形前の位置（図２参照）に戻
るためインク液室１２２ｂ内のインク圧力がに低下し、
インク供給口２１（図６）からマニホールド２２（図
６）を通してインク液室１２２ｂ内にインクが供給され
る。

【００２５】本実施例のインク噴射装置では、電極１３
１が圧電セラミックスプレート１０１と接合層１１１と
の間に、電極１３２が圧電セラミックスプレート１０１
と接合層１１２との間に、また電極１３３が圧電セラミ
ックスプレート１０２と接合層１１３との間に挟まれて
いるので、電極１３１、１３２、１３３のほとんどの部
分がインク液室１２２の内部のインクに接しない。この
ため、電極１３１、１３２、１３３がインク中に含まれ
る水分などによって腐食されることがなく、上述したよ
うに噴射が不安定になるということが防止される。従っ
て、電極１３１、１３２、１３３の寿命が長く、信頼性
が高いインク噴射装置を提供することが可能である。

【００２６】ここで、前記実施例においては、２枚の圧
電セラミックスプレートを積層していたが、積層する圧
電セラミックスプレートの枚数は２枚に限らず何枚でも
よい。このため、圧電セラミックスプレートの枚数を変
えることによって、電極間距離を調整することができ、
電極間距離を短くして、低い電圧で高い電界を発生する
ことができる。従って、低い電圧で側壁１２１を変形し
てインクを噴射することができるので、電源電圧の低い
電源を用いることができ、駆動回路のコストが安くな
る。

【００２７】尚、前記実施例においては、電極１３２
ｂ、１３１ｃ、１３３ｃに正の駆動電圧が印加され、電
極１３１ｂ、１３３ｂ、１３２ｃは接地されていたが、
電極１３２ｂ、１３１ｃ、１３３ｃを接地し、電極１３
１ｂ、１３３ｂ、１３２ｃに負の駆動電圧を印加しても
よいし、電極１３２ｂ、１３１ｃ、１３３ｃに正の駆動
電圧を印加し、電極１３１ｂ、１３３ｂ、１３２ｃに負
の駆動電圧を印加してもよい。

【００２８】また、前記実施例においては、まず駆動電
圧をインク液室の容積が減少する方向に印加してインク
液滴を噴射し、次に駆動電圧の印加を停止しインク液室
の容積を増加させてインク液室内にインクを供給してい
たが、まず駆動電圧をインク液室の容積が増加する方向
に印加してインク液室内にインクを供給し、次に駆動電
圧の印加を停止しインク液室の容積を減少させてインク
液滴を噴射してもよい。

【００２９】

【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、インクが充填されたイン
ク液室と、前記インク液室を隔て、少なくとも一部が分
極された圧電部で構成された側壁と、前記側壁の前記圧
電部に形成された電極とを有し、前記圧電部の前記電極
が形成される面が前記インク液室の内面と異なり、前記
電極への印加により発生する電界方向が前記圧電部の分
極方向に略直行し、且つ前記側壁の前記変形方向が前記
圧電部の分極方向に対して略平行であるので、前記電極
がインク液室内のインクにほとんど接触しない。このた
め、電極がインク中に含まれる水分などによって腐食さ
れることがなく、噴射が不安定になることが防止され
る。従って、電極の寿命が長く、インク噴射装置の信頼
性が高い。また、前記側壁の前記圧電部が複数の圧電層
からなり、それぞれの圧電層に電極が接続されているの
で、各電極間の距離を短く設定できる。このため、低い
電圧で高い電界が発生し、低い電圧で側壁を変形してイ
ンクを噴射することができる。従って、電源電圧の低い
電源を用いることができ、駆動回路のコストが安くな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の製造途中のインク噴射装置
を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施例のインク噴射装置を示す断面
図である。

【図３】本発明の一実施例のインク噴射装置の動作を示
す説明図である。

【図４】従来例のインク噴射装置を示す断面図である。

【図５】従来例のインク噴射装置の動作を示す説明図で
ある。

【図６】従来例のインク噴射装置を示す斜視図である。

【図７】従来例の制御部を示すブロック図である。

【図８】従来例のプリンタを示す斜視図である。

【符号の説明】

１０１ 圧電セラミックスプレート １０２ 圧電セラミックスプレート １２１ 側壁 １２２ インク液室 １３１ 電極 １３２ 電極 １３３ 電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクが充填されたインク液室と、前記
   インク液室を隔て、少なくとも一部が分極された圧電部
   で構成された側壁と、前記圧電部に形成された電極とを
   有し、前記圧電部における前記電極が形成される面が前
   記インク液室の内面と異なり、前記電極への印加により
   発生する電界方向が前記圧電部の分極方向に略直行し、
   且つ前記側壁の前記変形方向が前記圧電部の分極方向に
   対して略平行であるインク噴射装置であって、 前記側壁の前記圧電部が複数の圧電層からなり、それぞ
   れの圧電層に電極が接続されていることを特徴とするイ
   ンク噴射装置。
2. 【請求項２】 前記複数の電圧層の１つの層が、隣接す
   る層と異なる方向に分極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。