JPH0747673A - インク噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インク噴射装置の小型化、およびその電気的
接続点数の減少による信頼性の向上を図ること。 【構成】 ノズルプレート３３には、インク液室１２の
位置と対応する位置にノズル３４が設けられており、ま
た電極１３の位置と対応する位置に導電材料のパターン
３５が形成されている。このパターン３５は、導電材料
の薄層の上に低融点合金の薄層を形成したものである。
そして、圧電セラミックスプレート１及びカバープレー
ト２の端部にノズルプレート３３を接着すると、電極１
３とパターン３５とが電気的に接続される。そのパター
ン３５を介して電圧が電極１３に印加されて、側壁１１
が変形してインクを噴射する。

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６、図７、図８、図９及び図
１０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６によって、従来例の構成を具体
的に説明する。

【０００４】複数の溝１５及び該溝１５を隔てる側壁１
１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
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、駆動電圧印加用の電極１
３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。

【０００５】次に、インク噴射装置の断面図を示す図７
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８）からインク液滴が噴射さ
れる。また、駆動電圧の印加を停止すると、側壁１１ｂ
及び１１ｃが変形前の位置（図６参照）に戻るためイン
ク液室１２ｂ内のインク圧力が低下し、インク供給口２
１（図８）からマニホールド２２（図８）を通してイン
ク液室１２ｂ内にインクが供給される。

【０００６】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。

【０００７】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、
側壁１１ｂ及び１１ｃを変形前の位置（図６参照）に戻
してインクを噴射させることもある。

【０００８】次に、インク噴射装置の斜視図を示す図８
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を作成する。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
行な浅溝１８となるよう作成される。この溝１５及び浅
溝１８の内面には、電極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、浅溝１８の内面にはその側面及
び底面全体に電極１９が形成される。この電極１９によ
って、溝１５の両側の側壁１１に形成された電極１３は
電気的に接続されている。

【０００９】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。

【００１０】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３（図６）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１
２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３１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。

【００１１】そして、浅溝１８の底面の電極１９と導電
層のパターン４２とを導線４３で接続する。通常、この
ような接続には、周知のワイヤボンディングという手法
が用いられている。この導線４３の直径は通常非常に小
さく機械的強度が小さいため、隣接する導線４３どうし
の接触や断線、また大気中の水分や粉塵による腐食を防
ぐために、一般的にはエポキシ系などの樹脂を用いて保
護膜（図示せず）の形成（ポッティング）を行なう。そ
の保護膜は加熱硬化される。

【００１２】次に、制御部のブロック図を示す図９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、インクを噴射するインク液室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５
５の電圧０を印加する。

【００１３】次に、プリンタの斜視図を示す図１０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６、図７、図８及
び図９で説明した構成、動作をもつものである。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８）に連通し、
ＬＳＩチップ５１（図９）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９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６１はキャリッジ６
２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８）からインク液滴を噴射し、記録紙７
１上にインク液滴を付着させる。

【００１４】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。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧電セ
ラミックスプレート１の浅溝１８の電極１９と基板４１
の導電層のパターン４２との間の電気的接続にワイヤボ
ンディングを用いる上記従来技術は、圧電セラミックス
プレート１の他にＬＳＩチップ５１との接続の中継のた
めの基板４１が必要となり、また工程としては圧電セラ
ミックスプレート１と基板４１とを接着した後ワイヤボ
ンディングを施し、導線４３の保護のための保護膜形成
（ポッティング）が必要であった。更に、基板４１に
は、浅溝１８のピッチと同程度のピッチで導線４３をボ
ンディングするためのボンディングパッドを形成する必
要があり、そのボンディングパッドのピッチは、一般的
なプリント配線板と比較すると、狭ピッチのためにパタ
ーン４２上への形成が困難であり、ワイヤボンディング
のためのパッドの表面処理が必要であることから、単位
面積あたりの価格が非常に高価である。

【００１６】また、ワイヤボンディングを実施するため
には、多額の設備投資とクリーンルームなどの環境を準
備する必要があり、ボンディングパッド部の汚染を極力
避ける必要があり、多極の導線４３をボンディングする
場合、ポッティング工程においても導線４３が切れ、導
線４３流れなどの問題があり、その歩留まりと信頼性を
確保することは容易ではない。

【００１７】尚、圧電セラミックスプレート１の浅溝１
８の底面の電極１９と基板４１の導電層のパターン４２
との間を電気的接続することは、ワイヤボンディング以
外の方法では、浅溝１８と基板４１との間に段差がある
ため困難であった。

【００１８】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、インク噴射装置の小型化、およ
びその電気的接続点数の減少による信頼性の向上を図る
ことを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明では、インク液室に充填されたインクにエネル
ギーを付与するエネルギー発生体と、前記エネルギー発
生体を駆動するための電圧が印加される電極と、前記イ
ンク液室と対応する位置にノズルが設けられたノズルプ
レートとを有し、前記電極への電圧の印加によって前記
エネルギー発生体を駆動して、前記インク液室内のイン
クにエネルギーを与えて、前記ノズルからインクを噴射
するインク噴射装置において、前記ノズルプレートは、
前記電極と電気的に接続する導電層のパターンを備えて
いることを特徴とする。

【００２０】

【作用】上記の構成を有する本発明のインク噴射装置で
は、前記ノズルプレートを前記インク液室と前記ノズル
とが対応するように取り付けると、前記パターンと前記
電極とが電気的に接続され、ノズルプレートのパターン
を介して前記電圧が電極に印加され、前記エネルギー発
生体を駆動して、前記インク液室内のインクにエネルギ
ーを与えて、前記ノズルからインクを噴射する。

【００２１】

【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。

【００２２】まず、インク噴射装置の斜視図を示す図１
によって、本発明の一実施例の構成を具体的に説明す
る。圧電セラミックスプレート１には、従来と同様に、
側壁１１、溝１５、浅溝１８が設けられている。そし
て、側壁１１の上半分に電極１３が形成され、浅溝１８
の側面及び底面に電極１９が形成されている。

【００２３】カバープレート２には、従来と同様に、イ
ンク導入口２１及びマニホールド２２が設けられてい
る。

【００２４】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３（図６）等によっ
て、各々の溝１５が前記インク液室１２（図６）を形成
するように接着する。

【００２５】ノズルプレート３３は、樹脂材料のプレー
トや、金属材料のプレートの表面に樹脂層を形成したも
のなど、少なくとも片面の一部の領域が非導電材料で形
成されたプレートである。ノズルプレート３３には、イ
ンク液室１２の位置と対応した位置に複数のノズル３４
が設けられており、またインク液室１２の両側壁１１の
電極１３の位置と対応した位置の非導電材料からなる表
面上に導電材料のパターン３５が形成されている。この
導電材料のパターン３５は、ニッケル、アルミニウム、
金、カーボン等の導電材料の薄層３５ａ（図２）をスパ
ッタリング、蒸着、メッキ、スクリーン印刷等で形成し
た上に、Ｐｂ−Ｓｎ合金等の低融点合金の薄層３５ｂ
（図２）をスパッタリング、蒸着、メッキ、スクリーン
印刷などで形成したものである。また、パターン３５の
一端には、ＬＳＩチップ５１（図９）と接続するための
接続部３６が設けられている。

【００２６】このノズルプレート３３を、圧電セラミッ
クスプレート１及びカバープレート２の端面に、各イン
ク液室１２の位置に対応した位置に接着する。

【００２７】そして、ノズルプレート３３の接続部３６
をそれぞれＬＳＩチップ５１（図９）に接続する。

【００２８】次に、前記導電材料のパターン３５付近の
断面図を示す図２及び図３によって、ノズルプレート３
３の接着工程を具体的に説明する。図２に示すように、
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
面にノズルプレート３３を、圧電セラミックスプレート
１のインク液室１２の両側壁１１に設けられた電極１３
と、ノズルプレート３３の表面に設けられた導電材料の
薄層３５ａとが対応するように配置して、電極１３とパ
ターン３５とを接触させる。そして、全体を低融点合金
の薄層３５ｂの融点以上の温度に加熱する。すると、図
３に示すように、低融点合金の薄層３５ｂが溶融して電
極１３の表面の一部に広がる。次に全体を室温まで冷却
すると、低融点合金の薄層３５ｂが凝固して電極１３と
導電材料の薄層３５ａとが電気的及び機械的に接合され
る。ここで、加熱する温度は、例えば低融点合金の薄層
３５ｂの材料がＰｂ４０％−Ｓｎ６０％合金の場合は２
００℃程度である。従って、インク液室１２の両側の側
壁１１に形成された電極１３は、パターン３５によって
電気的に接続される。

【００２９】本実施例のインク噴射装置では、インク液
室１２の内壁に設けられた電極１３とＬＳＩチップ５１
に導通するパターン３５との電気的接続を、圧電セラミ
ックスプレート１及びカバープレート２の端面にカバー
プレート３３を接合することによって接続できるので、
従来技術の基板４１（図８）のパターン４２（図８）と
浅溝１８の電極１９とを接続する導線４３（図８）が不
要となる。このため、前記ボンディング工程、前記ポッ
ティング工程等多くの工程と、その高額な設備とが不要
である。また、それらの工程管理と、歩留まり、信頼性
において多くの課題を持つ、ワイヤボンディングそのも
のを導入する必要がない。これにより、導線４３をボン
ディングするために必要なボンディングパッドを圧電セ
ラミックスプレート１に設ける必要がない。更に、狭ピ
ッチのために高価な基板４１を使用する必要がない。

【００３０】また、従来技術のインク噴射装置と比較し
て、基板４１及び圧電セラミックスプレート１と基板４
１の接着を省略できるため、製造コストを低減すること
が可能である。

【００３１】尚、前記実施例においては、低融点合金の
薄層３５ｂの凝固により電極１３と導電材料の薄層３５
ａとが接合されていたが、図４に示すように、低融点合
金の薄層３５ｂの代わりに導電性接着剤の薄層３５ｃ、
例えばエポキシ系接着剤に金属粉末を混合した材料の薄
層を、導電材料の薄層３５ａ上にスクリーン印刷等で形
成してもよい。この場合、圧電セラミックスプレート１
とノズルプレート３３とを、圧電セラミックスプレート
１のインク液室１２の内壁に設けられた電極１３の位置
にノズルプレート３３の表面に設けられた導電材料の薄
層３５ａが対応するように配置して、電極１３とパター
ン３５とを接触させる。このとき導電性接着剤の薄層３
５ｃの一部が流動し、電極１３の表面の一部に到達す
る。そして、全体を導電性接着剤の薄層３５ｃが硬化す
る温度に加熱すると、電極１３と導電材料の薄層３５ａ
とが電気的及び機械的に接合される。ここで、加熱する
温度は、例えばエポキシ系接着剤の場合は１５０℃程度
である。

【００３２】また、図５に示すように、ノズルプレート
３３の表面のうち導電材料の薄層３５ａが形成されてい
ない領域に、接着剤３８を塗布しておき、低融点合金の
薄層３５ｂが溶融、凝固するのと同時に接着剤３８を硬
化させ、圧電セラミックスプレート１とノズルプレート
３３とを機械的に接合してもよい。

【００３３】更に、前記実施例においては、インク液室
１２内のインクにエネルギーを付与するエネルギー発生
体として圧電セラミックス１を使用していたが、エネル
ギー発生体として発熱体を用い、発熱体によりインクを
加熱して気泡を発生させこのときに生ずる圧力により液
滴を噴射する方式などでもよい。

【００３４】また、本実施例では、浅溝１８及び電極１
９が設けられていたが、浅溝１８及び電極１９を設けな
くてもよい。

【００３５】更に、本実施例においては、一枚の圧電セ
ラミックスプレート１を用いていたが、複数枚の圧電セ
ラミックスプレートを積層させてもよい。

【００３６】尚、ハイブリッドＩＣ基板に一般的に使用
される材料のアルミナ等でノズルプレートを形成するこ
とにより、周知の厚膜形成技術によって、ノズルプレー
トに、どんな形状にも自在にパターンを形成することが
可能となる。このため、パターンの一端に、はんだ付け
用電極を設け、表面処理を施し、フレキシブル基板等を
はんだ付けによって接続することによって、パターンと
ＬＳＩチップとを電気的に接続することも可能である。
また、ノズルプレートの一端面近くまでパターンを導
き、ＬＳＩチップとの電気的接続を図るための接点端子
をはんだ付けすることもできる。更に、パターンの上に
接点電極を設けることにより、接触のみでＬＳＩチップ
との電気的接続を実現できる。また、パターンの上には
んだ付けパッドを設け、そのパッド上に、市販の表面実
装用のコネクタをはんだ付けすることもできる。また、
ノズルプレート上にＬＳＩチップを実装してハイブリッ
ドＩＣとすることも可能である。

【００３７】

【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、前記ノズルプレートを前
記インク液室と前記ノズルとが対応するように取り付け
ると、前記パターンと前記電極とが電気的に接続され、
ノズルプレートのパターンを介して前記電圧が電極に印
加可能となるので、従来のワイヤボンディングが不要で
ある。このため、そのワイヤボンディング工程における
防塵対策のためのクリーンルームが不要であり、その導
線の前記ボンディング工程、前記ポッティング工程等多
くの工程と、その高額な設備とが不要である。また、導
線をボンディングするために必要なボンディングパッド
を基盤に設ける必要がない。更に、狭ピッチのために高
価な基板を使用する必要がない。従って、容易に外部回
路との電気的接続が可能になることから、インク噴射装
置の小型化、低価格化、電気的接続点数の減少による高
信頼性化の効果を奏する。

【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の斜視図で
ある。

【図２】本発明の一実施例のインク噴射装置の圧電セラ
ミックスプレートとノズルプレートとの接着工程を示す
説明図である。

【図３】本発明の一実施例のインク噴射装置の圧電セラ
ミックスプレートとノズルプレートとの接着状態を示す
断面図である。

【図４】圧電セラミックスプレートとノズルプレートと
の他の接着状態を示す断面図である。

【図５】圧電セラミックスプレートとノズルプレートと
の他の接着状態を示す断面図である。

【図６】従来例のインク噴射装置を示す断面図である。

【図７】従来例のインク噴射装置の動作を示す説明図で
ある。

【図８】従来例のインク噴射装置を示す斜視図である。

【図９】従来例の制御部を示すブロック図である。

【図１０】従来例のプリンタを示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 圧電セラミックスプレート １１ 側壁 １２ インク液室 １３ 電極 ３３ ノズルプレート ３４ ノズル ３５ パターン ３５ａ 導電材料の薄層 ３５ｂ 低融点合金の薄層 ３５ｃ 導電性接着剤の薄層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク液室に充填されたインクにエネル
   ギーを付与するエネルギー発生体と、前記エネルギー発
   生体を駆動するための電圧が印加される電極と、前記イ
   ンク液室と対応する位置にノズルが設けられたノズルプ
   レートとを有し、前記電極への電圧の印加によって前記
   エネルギー発生体を駆動して、前記インク液室内のイン
   クにエネルギーを与えて、前記ノズルからインクを噴射
   するインク噴射装置において、 前記ノズルプレートは、前記電極と電気的に接続する導
   電層のパターンを備えていることを特徴とするインク噴
   射装置。