JPH07186381A - インク噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 歩留まりが高く、大量生産性に優れるインク
噴射装置を提供すること。 【構成】 インク噴射装置１は、圧電セラミックスプレ
ート２とカバープレート１０とノズルプレート１４とか
ら構成されている。その圧電セラミックスプレート２に
は複数の溝３が形成される。カバープレート１０には、
インク導入口２２及びマニホールド２１が形成されてい
る。そして、圧電セラミックスプレート２とカバープレ
ート１０とが接着され、切断溝７から導電性樹脂が注入
され、深溝３ｂが封止されて、マニホールド２１と連通
するインク室及びマニホールド２１と連通しない空気室
が構成される。

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】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上げられる。なか
でも印字に使用するインク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・デマンド型として特公昭
５３−１２１３８号公報に開示されているカイザー型、
あるいは特公昭６１−５９９１４号公報に開示されてい
るサーマルジェット型がその代表的な方式としてある。
このうち、前者は小型化が難しく、後者は高熱をインク
に加えるためにインクの耐熱性に対する要求が必要とさ
れ、それぞれに非常に困難な問題を抱えている。

【０００４】以上のような欠陥を同時に解決する新たな
方式として提案されたのが、特開昭６３−２４７０５１
号公報に開示されているせん断モード型である。

【０００５】図６に示すように、上記せん断モード型の
インク噴射装置６００は、底壁６０１、天壁６０２及び
その間のせん断モードアクチュエータ壁６０３からな
る。そのアクチュエータ壁６０３は、底壁６０１に接着
され、且つ矢印６１１方向に分極された下部壁６０７
と、天壁６０２に接着され、且つ矢印６０９方向に分極
された上部壁６０５とからなっている。アクチュエータ
壁６０３は一対となってその間にインク流路６１３を形
成し、且つ次の一対のアクチュエータ壁６０３の間に
は、インク流路６１３よりも狭い空間６１５を形成して
いる。

【０００６】各インク流路６１３の一端には、ノズル６
１８を有するノズルプレート６１７が固着され、各アク
チュエータ壁６０３の両側面には電極６１９、６２１が
金属化層として設けられている。各電極６１９、６２１
はインクと絶縁するための絶縁層（図示せず）で覆われ
ている。そして、空間６１５に面している電極６１９、
６２１はアース６２３に接続され、インク流路６１３内
に設けられている電極６１９、６２１は、アクチュエー
タ駆動回路を与えるシリコン・チップ６２５に接続され
ている。

【０００７】次に、このインク噴射装置６００の製造方
法を説明する。まず、矢印６１１に分極された圧電セラ
ミックス層を底壁６０１に接着し、矢印６０９に分極さ
れた圧電セラミックス層を天壁６０２に接着する。各圧
電セラミックス層の厚みは、下部壁６０７、上部壁６０
５の高さに等しい。次に、圧電セラミックス層に、平行
な溝をダイヤモンドカッティング円板の回転等によって
形成して、下部壁６０７、上部壁６０５を形成する。そ
して、真空蒸着によって下部壁６０７の側面に電極６１
９を形成し、その電極６１９上に前記絶縁層を設ける。
同様にして上部壁６０５の側面に電極６２１、前記絶縁
層を設ける。

【０００８】上部壁６０５の天頂部と下部壁６０７の天
頂部とを接着してインク流路６１３と空間６１５とを形
成する。次に、ノズル６１８が穿孔されているノズルプ
レート６１７を、ノズル６１８がインク流路６１３と対
応するように、インク流路６１３及び空間６１５の一端
に接着し、インク流路６１３と空間６１５との他端をシ
リコン・チップ６２５とアース６２３とに接続する。

【０００９】そして、各インク流路６１３の電極６１
９、６２１にシリコン・チップ６２５が電圧を印加する
ことによって、各アクチュエータ壁６０３がインク流路
６１３の容積を増加する方向に圧電厚みすべり変形し
て、所定時間後電圧印加が停止されてインク流路６１３
の容積が増加状態から自然状態となってインク流路６１
３内のインクに圧力が加えられ、インク滴がノズル６１
８から噴射される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た構成のインク噴射装置６００を示した特開昭６３−２
４７０５１号公報には、インク流路６１３のみにインク
を充填し、空間６１５にインクを充填しないが、その具
体的構成および方法が開示されていない。そこで、例え
ば、底壁６０１あるいは天壁６０２に、インク流路６１
３に連通する貫通孔を各インク流路６１３に対応して設
けて、インク流路６１３のみにインクを供給し、空間６
１５にインクを供給しないようにすると、それら貫通孔
を形成することは、大きさが小さいために形成すること
が難しく、歩留まりが悪い、また、加工に時間がかか
り、大量生産性に劣るといった問題があった。

【００１１】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、歩留まりが高く、大量生産性に
優れるインク噴射装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【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、インクが噴射される複数の噴
射チャンネルと、前記噴射チャンネルの両側に設けら
れ、インクが噴射されない複数の非噴射チャンネルと、
前記噴射チャンネルと前記非噴射チャンネルとを隔て、
分極された圧電セラミックスで少なくとも一部が形成さ
れた隔壁と、前記隔壁に電界を発生するための電極と、
前記噴射チャンネル及び前記非噴射チャンネルに連通す
るマニホールドとを有するインク噴射装置において、前
記噴射チャンネルとなる複数の第一溝と、前記第一溝の
深さより深く、前記非噴射チャンネルとなる複数の第二
溝と、前記複数の第二溝に連通し、且つ前記複数の第一
溝に連通しない連通部と、前記連通部から注入され、前
記非噴射チャンネルを封止する目止め材とを備えてい
る。

【００１３】請求項２では、前記目止め材が導電性物質
であることを特徴とする。

【００１４】請求項３では、前記連通部は、前記第一溝
及び前記第二溝が形成された面と反対の面から形成さ
れ、前記目止め材に接続し、連通部の開口部を塞ぐ導電
性板が設けられたことを特徴とする。

【００１５】請求項４では、前記第一溝及び前記第二溝
が直線的に傾斜していることを特徴とする。

【００１６】

【作用】上記の構成を有する本発明のインク噴射装置で
は、前記第一溝の深さより深く前記第二溝が形成される
ことによって、前記連通部が前記複数の第二溝に連通
し、且つ前記複数の第一溝に連通しなく、前記目止め材
が前記連通部から前記第二溝に注入されて封止され、前
記非噴射チャンネル側に前記マニホールドからインクが
供給されず、前記噴射チャンネルにインクが供給され、
前記電極からの電界の発生により前記隔壁が変形して、
噴射チャンネルからインクが噴射される。

【００１７】

【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。

【００１８】図１、図２及び図３に示すように、インク
噴射装置１は、圧電セラミックスプレート２とカバープ
レート１０とノズルプレート１４とから構成されてい
る。

【００１９】その圧電セラミックスプレート２は、チタ
ン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）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２には、ダイヤモン
ドブレード等により切削加工され、複数の溝３が形成さ
れている。前記溝３は噴射チャンネルとなる深さが浅い
浅溝３ａと非噴射チャンネルとなる深さが深い深溝３ｂ
とがあり、浅溝３ａと深溝３ｂとが交互に形成されてい
る。なお、両外側の溝３は深溝３ｂである。また、その
溝３の側面となる隔壁６は矢印５の方向に分極されてい
る。それらの溝３は一端面１５に近づくにつれて直線的
に徐々に浅くなって、一端面１５に到達する前に上面に
ぬけている。すなわち、一端面１５近傍には溝３が形成
されなく、平面部１６となっている。

【００２０】そして、溝３の内面に金属電極８がスパッ
タリング等によって形成されている。前記金属電極８は
一端面１５の反対側の端面付近は溝３の上方のみに形成
され、端面１５に近づくにつれて溝３の深さに対して、
徐々に深く形成され、ついには溝３の底面にも金属電極
８が形成される。

【００２１】そして、金属電極８形成後に、圧電セラミ
ックスプレート２の溝３が形成された面の反対側の面か
ら、ダイヤモンドブレード等により切削加工され、溝３
に直交する方向に連通部としての切断溝７が形成され
る。切断溝７の深さは深溝３ａに到達し、かつ浅溝３ｂ
に到達しない深さである。

【００２２】次に、カバープレート１０は、アルミナ、
ＰＺＴ等のセラミックス材料により形成され、インク導
入口２２及びマニホールド２１が形成されている。

【００２３】そして、圧電セラミックスプレート２の溝
３加工側の面とカバープレート１０のマニホールド２１
形成側の面とがエポキシ系接着剤２０（図５）によって
接着される。

【００２４】次に、切断溝７から目止め材としての導電
性樹脂１１を注入し、圧電セラミックスプレート２の切
断溝７が形成された面に、導電性の金属板１３を接着
し、導電性樹脂１１を硬化させる。

【００２５】これにより、深溝３ｂにおけるインク噴射
装置１の断面を示す図２のように、導電性樹脂１１が深
溝３ｂを封止する。また、浅溝３ａにおけるインク噴射
装置１の断面を示す図３のように、浅溝３ａは切断溝７
と連通していないので、導電性樹脂１１により封止され
ない。

【００２６】従って、インク噴射装置１には、浅溝３ａ
の上面が覆われて、マニホールド２１と連通する噴射チ
ャンネルとしてのインク室４（図３）及び導電性樹脂１
１によってマニホールド２１と連通されない非噴射チャ
ンネルとしての空気室２７（図２）が構成される。全て
のインク室４は、マニホールド２１からインクが供給さ
れて、インクが充填される領域で、空気室２７はマニホ
ールド２１からインクが供給されず、空気が充填される
領域である。

【００２７】なお、図２、図３に示すように浅溝３ａ及
び深溝３ｂからのインクの漏れ防止及びエアーのトラッ
プ防止のために、エポキシ系接着剤２６がマニホールド
２１とインク室４及び空気室２７の端部との間に設けら
れている。

【００２８】また、全ての空気室２７に形成されいる金
属電極８は導電性樹脂１１を介して金属板１３に電気的
に接続されている。

【００２９】次に、圧電セラミックスプレート２及びカ
バープレート１０の端面に、各インク室４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
が接着されている。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ている。

【００３０】そして、各浅溝３ａの端面１５側の金属電
極８には、フレキシブルプリント基板２３のパターン２
４が接続され、金属板１３には、フレキシブルプリント
基板２３のパターン２５が接続されている。パターン２
４には、後述する制御部から電圧が印加され、パターン
２５は接地される。そのフレキシブルプリント基板２３
のパターン２４、２５は、制御部に接続されたリジット
基板（図示せず）に接続される。

【００３１】次に、制御部のブロック図を示す図４によ
って、制御部の構成を説明する。フレキシブルプリント
基板２３に設けられた導電層のパターン２４、２５は前
記リジット基板を介して各々個々に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１２からインク滴の噴射を行うべきかを判断し、駆動
するインク室４内の金属電極８に導通する導電層のパタ
ーン２４に、電圧ライン５４の電圧Ｖを印加する。ま
た、駆動するインク室４以外の金属電極８に導通する導
電層のパターン２４及び空気室２７の金属電極８に導通
するパターン２５をアースライン５５に接続する。

【００３２】次に、本実施例のインク噴射装置１の動作
を説明する。図５（ｂ）のインク室４ａからインク滴を
噴射するために、当該インク室４ａに対し電圧パルスを
与える（ここで、あるインク室４に対して電圧を与える
ことは、そのインク室４に面する金属電極８に電圧を印
加し、指示しないインク室４に面する金属電極８及び空
気室２７の金属電極８を接地することを言う）。この場
合、金属電極８ｂ、８ｃに電圧を印加し、空気室２７
ａ、２７ｂに形成されいる金属電極８ａ、８ｄを接地す
ると、隔壁６ａには矢印１３ａ方向の電界が発生し、隔
壁６ｂには矢印１３ｂ方向の電界が発生し、隔壁６ａと
６ｂとが互いに離れるように動く。すると、インク室４
ａの容積が増えて、ノズル１２付近を含むインク室４ａ
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、その間図示しないインク供給源
からインク導入口２２、マニホールド２１を介してイン
クが供給される。

【００３３】なお、上記Ｌ／ａは、インク室４内の圧力
波が、インク室４の長手方向（マニホールド２１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４の長さＬとイ
ンク中での音速ａによって決まる。

【００３４】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４ａ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
わせてインク室４ａに印加されている電圧を０Ｖに戻
す。すると、隔壁６ａと６ｂは変形前の状態（図５
（ａ））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６ａ、６ｂ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４ａ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。

【００３５】また、前記実施例においては、まず駆動電
圧をインク室４ａの容積が増加する方向に印加し、次に
駆動電圧の印加を停止しインク室４ａの容積を自然状態
に減少してインク室４ａからインク滴を噴射していた
が、まず駆動電圧をインク室４ａの容積が減少するよう
に印加してインク室４ａからインク滴を噴射し、次に駆
動電圧の印加を停止してインク室４ａ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４ａ内にイン
クを供給してもよい。

【００３６】上述したように、本実施例のインク噴射装
置１では、切断溝７から注入された導電性樹脂１１によ
って、溝３ｂが封止されているので、マニホールド２１
からインク室４のみにインクが供給され、空気室２７に
はインクが供給されない。このため、インク室４からイ
ンク滴を噴射するための隔壁６の変形が、他のインク室
４に影響を及ぼすことがない。従って、各インク室４か
ら良好にインク滴が噴射され、印字品質がよい。

【００３７】また、溝３、マニホールド２１が簡単に加
工できるので、歩留まりが高く、大量生産性に優れる。

【００３８】さらに、溝３が圧電セラミックスプレート
２の溝３形成側の面に対して傾斜して直線的に形成され
ているので、ダイヤモンドブレードによる切削速度が一
定となり、加工の時間が短い。なぜならば、ダイヤモン
ドブレードの切削加工により、圧電セラミックスプレー
ト２の溝３形成側の面に平行に溝を形成し、インクが漏
れないように溝の端部で立ち上げる場合には、圧電セラ
ミックスプレート２の溝形成側の面にまで、溝３立ち上
げるために、ダイヤモンドブレードによる切削速度を一
旦減速する必要があるため、加工の時間が長くなるから
である。溝３が直線の場合には、そうでない上述した場
合の約１／４の時間で加工することができる。

【００３９】また、本実施例のインク噴射装置１では、
空気室２７の全ての金属電極８が導電性樹脂１１によっ
て電気的に接続されているので、全ての空気室２７の金
属電極８を接地するための電気的コネクトが少なくとも
一カ所で接続することができる。従って、ＬＳＩチップ
５１に接続するためのフレキシブルプリント基板２３の
パターン２４、２５との接続が容易である。

【００４０】また、空気室２７の幅をインク室４の幅よ
り小さくすることによって、ノズルの集積度が向上し、
印字品質が良くすることができる。また、圧電セラミッ
クスプレート２の幅を小さくすることができる。

【００４１】本実施例では、圧電セラミックスプレート
２の片面に溝３を形成していたが、圧電セラミックスプ
レートの厚さを厚くして両面に溝を形成して、インク室
及び空気室を設けてもよい。この場合には、連通部とし
ての切断溝は圧電セラミックスプレート２の側面から穴
として形成し、圧電セラミックスプレート２の側面の穴
から導電性樹脂１１を注入すればよい。

【００４２】さらに、本実施例では、目止め材として導
電性樹脂１１を注入し、圧電セラミックスプレート２の
溝３形成側の面の反対側の面に金属板１３を接着し、全
ての空気室２７に形成されている金属電極８を電気的に
接続し、接地するための電気的コネクトが少なくとも一
カ所でよいようにしていたが、目止め材として非導電性
の樹脂などを注入して、目止めの作用のみをもたせ、各
空気室２７に形成される金属電極８の電気コネクトをイ
ンク室４の電気コネクトと同様に各金属電極８毎に行っ
てもよい。

【００４３】また、本実施例では、深溝３ｂの一部に目
止め材が設けられていたが、深溝３ｂ全体に目止め材を
充填したり、マニホールド２１に対応した深溝３ｂの領
域に目止め材を設けてもよい。

【００４４】また、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）
のセラミックス材料で圧電セラミックスプレート２が形
成されて、隔壁６を圧電すべり変形させていたが、圧電
セラミックスプレートをチタン酸鉛系（ＰＴ）のセラミ
ックス材料で形成し、隔壁を圧電縦変形させてインクを
噴射させてもよい。

【００４５】また、本実施例では、カバープレート１０
によって、圧電セラミックスプレート２の浅溝３ａ、深
溝３ｂの開口部を塞いでいたが、浅溝３ａ、深溝３ｂに
対応する浅溝、深溝及びその浅溝、深溝と連通するマニ
ホールドが形成された圧電セラミックスプレートの隔壁
の天頂部と、圧電セラミックスプレート２の隔壁６の天
頂部とを接合し、上述したように切断溝７から導電性樹
脂１１を溝３ｂに注入して、前記マニホールドに連通す
るインク室および前記マニホールドに連通しない空気室
を設けてもよい。

【００４６】

【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、前記第一溝の深さより
深く前記第二溝が形成されることによって、前記連通部
が前記複数の第二溝に連通し、且つ前記複数の第一溝に
連通しなく、前記目止め材が前記連通部から前記第二溝
に注入されて封止されているので、前記マニホールドが
前記噴射チャンネルに連通され、且つ前記非噴射チャン
ネルに連通されない。このため、噴射チャンネルのみに
インクが供給され、噴射チャンネルからインク滴を噴射
するための側壁の変形が、他の噴射チャンネルに影響を
及ぼすことがない。従って、各噴射チャンネルから良好
にインク滴が噴射され、印字品質がよい。また、非噴射
チャンネルにインクを供給しないための溝、マニホール
ドが簡単に加工できるので、歩留まりが高く、大量生産
性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のインク噴射装置を示す斜視
図である。

【図２】前記実施例のインク噴射装置の空気室の断面図
である。

【図３】前記実施例のインク噴射装置のインク室の断面
図である。

【図４】前記実施例のインク噴射装置の制御部を示すブ
ロック図である。

【図５】前記実施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説明図である。

【符号の説明】

１ インク噴射装置 ２ 圧電セラミックスプレート ３ 溝 ３ａ 浅溝 ３ｂ 深溝 ４ インク室 ５ 分極方向 ６ 隔壁 ７ 切断溝 ８ 金属電極 １０ カバープレート １１ 導電性樹脂 ２１ マニホールド ２２ インク導入口

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクが噴射される複数の噴射チャンネ
   ルと、前記噴射チャンネルの両側に設けられ、インクが
   噴射されない複数の非噴射チャンネルと、前記噴射チャ
   ンネルと前記非噴射チャンネルとを隔て、分極された圧
   電セラミックスで少なくとも一部が形成された隔壁と、
   前記隔壁に電界を発生するための電極と、前記噴射チャ
   ンネル及び前記非噴射チャンネルに連通するマニホール
   ドとを有するインク噴射装置において、 前記噴射チャンネルとなる複数の第一溝と、 前記第一溝の深さより深く、前記非噴射チャンネルとな
   る複数の第二溝と、 前記複数の第二溝に連通し、且つ前記複数の第一溝に連
   通しない連通部と、 前記連通部から注入され、前記非噴射チャンネルを封止
   する目止め材とを備えたことを特徴とするインク噴射装
   置。
2. 【請求項２】 前記目止め材が導電性物質であることを
   特徴とする請求項１記載のインク噴射装置。
3. 【請求項３】 前記連通部は、前記第一溝及び前記第二
   溝が形成された面と反対の面から形成され、前記目止め
   材に接続し、連通部の開口部を塞ぐ導電性板が設けられ
   たことを特徴とする請求項２記載のインク噴射装置。
4. 【請求項４】 前記第一溝及び前記第二溝が直線的に傾
   斜し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。