JPH0781048A - 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】 カバープレート５には、圧電セラミックスプ
レート１の浅溝１８の位置と対応する位置に導体パター
ン２９が形成されている。このカバープレート５を圧電
セラミックスプレート１に接着すると、溝１５の両側の
電極１３と導体パターン２９とが電気的に接続される。
その導体パターン２９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、与えられた印字データに従
って然るべき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１１、図１２、図１３及び図
１４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１１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
は紙面の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は長方形断面の紙面の垂直
な方向に細長い形状であり、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。

【０００５】次に、インク噴射装置の断面図を示す図１
２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、与えられた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１３）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１１
ｂ及び１１ｃが変形前の位置（図１１参照）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２１（図１３）からマニホールド２２（図１３）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１１参照）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１
３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を形成するための平行
な溝１５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１
７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。

【０００９】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。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、エポキシ系接着剤等の接合層３（図１
１）よって、各々の溝１５が前記の形状のインク液室１
２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１４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。

【００１３】

【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の底面の電極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の他に外部駆動回路との接続の中継の
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いため、パターン４２
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。

【００１４】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、多極のワイヤ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の切れ、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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明の請求項１では、少なくとも一部が圧電部であ
る側壁によって構成される溝を有するベースプレート
と、インク液室を構成するために前記溝を覆うカバープ
レートと、前記側壁の前記圧電部に設けられ、圧電部に
電界を発生するために電圧が印加される電極とを有し、
前記電極への電圧の印加により前記側壁を変形して、前
記インク液室内のインクに圧力を与え、インクを噴射す
るインク噴射装置において、前記カバープレートは、前
記電極と電気的に接続する導電層のパターンを備えたこ
とを特徴とする。

【００１８】請求項２では、前記ベースプレートには、
前記溝の一端に、溝の深さより浅い浅溝が形成され、そ
の浅溝内に、前記溝の両側壁の前記電極を導通する導通
電極が形成され、前記カバープレートの前記パターン
は、前記導通電極と電気的に接続されることを特徴とす
る。

【００１９】

【作用】上記の構成を有する本発明のインク噴射装置で
は、前記カバープレートを前記ベースプレートに接合す
ると、前記パターンと前記電極とが電気的に接続され、
カバー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、前記圧電部の圧電効果により前記側壁が変形し
て、前記インク液室内のインクに圧力を与え、インクを
噴射する。

【００２０】

【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。図１は本実施例によるインク噴射装
置１の斜視図である。本発明のインク噴射装置７１は、
ベースプレートである圧電セラミックスプレート１とカ
バープレート５とノズルプレート３１とから構成されて
いる。

【００２１】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。
この電極１９によって、溝１５の両側である両側壁１１
の電極１３が導通される。

【００２２】カバープレート５は、セラミックス材料ま
たは樹脂材料等から形成され、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が形成
されている。そのカバープレート５には、圧電セラミッ
クスプレート１と接着される面における、マニホールド
２２とカバープレート５の一端面２７との間に、導体パ
ターン２９がスパッタリング等により形成されている。
導体パターン２９のマニホールド２２側の端部は圧電セ
ラミックスプレート１に形成された浅溝１８に対応する
位置に配置されている。

【００２３】圧電セラミックスプレート１及びカバープ
レート５の端面には、従来と同様にノズルプレート３１
が接着されている。

【００２４】図２を用いて本実施例によるインク噴射装
置７１の構成を説明する。図２はインク噴射装置７１の
浅溝１８での断面図である。

【００２５】導体パターン２９のマニホールド２２（図
１）側の端部に、あらかじめはんだ３３を適量盛ってお
き、圧電セラミックスプレート１の一端面１７（図１）
側の側壁１１上には、熱硬化型接着剤３５を適量盛って
おく。その後図３に示すように、カバープレート５と圧
電セラミックスプレート１とを、導体パターン２９と浅
溝１８との位置が合うように圧着する。そして、熱を加
えてはんだ３３を溶融し、熱硬化型接着剤３５を硬化さ
せる。すると、電極１９と導体パターン２９とは、はん
だ３３によって電気的に接続され、導体パターン２９を
通して電極１９、さらには電極１３（図１参照）に電圧
を印加できるようになる。また、それぞれの浅溝１８に
形成された電極１９同士は、熱硬化型接着剤３５により
絶縁される。このとき同時に、溝１５（図１参照）はカ
バープレート５で塞がれ、インク液室１２（図１１参
照）が形成される。

【００２６】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。外部駆動回路３９はＬ
ＳＩチップ５１、クロックライン５２、データライン５
３、電圧ライン５４、アースライン５５から構成され、
カバープレート５に形成された導体パターン２９は各々
個々にＬＳＩチップ５１に接続されている。また、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もＬＳＩチップ５１に接続されてい
る。

【００２７】そして、ＬＳＩチップ５１が、所要のデー
タに従って、噴射するインク液室１２の電極１３に導体
パターン２９及び電極１９を介して正の駆動電圧Ｖを印
加する。すると、側壁１１の分極方向４（図１１）に直
行する電界が発生して、側壁１１が圧電厚みすべり効果
によって変形し、インク液室１２内のインクに圧力を与
えてインクをノズル３２から噴射する。

【００２８】このように、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ＬＳ
Ｉチップ５１に導通するパターン２９との電気的接続
を、圧電セラミックスプレート１にカバープレート５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１３）のパターン４２（図１３）と浅溝１８の
電極１９とを接続する導線４３（図１３）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。

【００２９】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。

【００３０】尚、本実施例では電極１９と導体パターン
２９との電気的接続に、はんだ３３を用いたが、これと
は別に導電性接着剤等を用いても良い。これに加えて熱
硬化型接着剤３５の代わりに常温で固化する接着剤を用
いれば、カバープレート５と圧電セラミックスプレート
１の接着の際に熱を加える必要がなくなり、加熱工程を
省略でき、コストが低減できる。

【００３１】また、本実施例では、浅溝１８及び電極１
９を設けて、電極１９によってインク液室１２の両側の
電極１３とを導通し、その電極１９にカバープレート５
の導体パターン２９を電気的に接続していたが、浅溝１
８及び電極１９を設けずに、溝１５をノズル３２側と反
対側の端部を塞ぐ形状として導体パターン２９をインク
液室１２の両側の電極１３に直接接続してもよい。

【００３２】次に、図５〜図１０に変形例を示す。

【００３３】図５に示す様に、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カバープレート
４５を形成することにより、周知の厚膜形成技術によっ
て、カバープレート４５に、どんな形状にでも自在に導
体パターン５６を形成することが可能となる。ここで、
図５から図１０までは説明の都合上、図１とは上下が反
対で示してあり、カバープレート４５が下に、圧電セラ
ミックスプレート１が上になるように描いてある。導体
パターン５６は片面の平面の形成も可能であるし、図６
に示す様に、カバープレート４５にスルーホール５７を
設けて、カバープレート４５の両面に導体パターン５６
を形成することも可能である。

【００３４】そして、図７に示す様に、導体パターン５
６の一端に、はんだ付け用電極６１を設け、はんだ付け
用電極６１に例えば、はんだメッキ、金メッキ等の表面
処理を施し、フレキシブル基板６３等をはんだ付けによ
って接続することによって、導体パターン５６と外部駆
動回路３９（図４）を電気的に接続することも可能であ
る。

【００３５】また、図８に示す様に、カバープレート４
５の一端面２７近くまで導体パターン５６を導き、外部
駆動回路３９（図４）との電気的接続を図るための接点
端子６５をはんだ付けすることにより、インク噴射装置
６７をひとつのモジュールとして扱うことができ、容易
に外部駆動回路３９（図４）との着脱が可能になる。こ
うすることにより、インク噴射装置６７は一つのユニッ
トとして、ユーザが容易に交換することができる。

【００３６】この他の実施例として図９に示す様に、導
体パターン５６の延長上に接点電極６９を設けることに
より、接触のみで外部駆動回路３９（図４）との電気的
接続を実現できる。接続の信頼性を向上するために接点
電極６９は金メッキ等の表面処理を施すことも可能であ
る。この実施例においても図８に示した実施例と同様の
効果が得られる。

【００３７】更に、図１０に示す様に、導体パターン５
６の上にはんだ付けパッド７２を設け、そのパッド７２
上に、市販の表面実装用のコネクタ７３をはんだ付けす
ることもできる。この例においても、外部駆動回路３９
（図４）に接続されたフレキシブル基板７５等の中継ケ
ーブルが容易に着脱可能になり、インク噴射装置７７は
一つのユニットとして、ユーザが容易に交換することが
できる。

【００３８】今までの実施例においては、インク噴射装
置を駆動するＬＳＩチップ５１（図４）はインク噴射装
置とは別の場所に実装されていたが、カバープレート４
５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。ＬＳＩチップの搭載は周知の搭載技
術によって実装される。まずディスペンサ等によりＬＳ
Ｉチップが搭載される場所に接着剤を供給し、ＬＳＩチ
ップを搭載し、加熱して接着剤を硬化させ、ＬＳＩチッ
プをカバープレート４５に固定する。そして、ＬＳＩチ
ップと導体パターン５６とを周知の接続手段によって接
続する。

【００３９】また、カバープレート４５上には必要に応
じて一般の電子部品を実装することも可能である。一般
的な表面実装型の電子部品の実装方法はカバープレート
４５上に所定のはんだ付け用電極を設け、周知のリフロ
ーはんだ付け方式で実装する。これは、あらかじめはん
だ付け用電極にクリームはんだを供給しておき、電子部
品を搭載し、加熱してはんだ接続をするものである。

【００４０】

【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、前記カバープレートを前
記ベースプレートに接合すると、前記パターンと前記電
極とが電気的に接続され、カバー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を示す斜視
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カバー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カバープレートとの接着状態を示す
断面図である。

【図４】本発明の一実施例の制御部を示す説明図であ
る。

【図５】本発明の第二実施例のインク噴射装置の導体パ
ターンを示す斜視図である。

【図６】本発明の第三実施例のインク噴射装置の導体パ
ターンを示す断面図である。

【図７】本発明の第二実施例のインク噴射装置の外部回
路との接続部を示す斜視図である。

【図８】本発明第四実施例のインク噴射装置の外部回路
との接続部を示す斜視図である。

【図９】本発明の第五実施例のインク噴射装置の外部回
路との接続部を示す斜視図である。

【図１０】本発明の第六実施例のインク噴射装置の外部
回路との接続部を示す斜視図である。

【図１１】従来例のインク噴射装置を示す断面図であ
る。

【図１２】従来例のインク噴射装置の動作を示す説明図
である。

【図１３】従来例のインク噴射装置を示す斜視図であ
る。

【図１４】従来例の制御部を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 圧電セラミックスプレート ５ カバープレート １１ 側壁 １２ インク液室 １３ 電極 １５ 溝 １８ 浅溝 １９ 電極 ２９ パターン ５６ パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ４１Ｊ 2/055 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３ Ａ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一部が圧電部である側壁に
   よって構成される溝を有するベースプレートと、インク
   液室を構成するために前記溝を覆うカバープレートと、
   前記側壁の前記圧電部に設けられ、圧電部に電界を発生
   するために電圧が印加される電極とを有し、前記電極へ
   の電圧の印加により前記側壁を変形して、前記インク液
   室内のインクに圧力を与え、インクを噴射するインク噴
   射装置において、 前記カバープレートは、前記電極と電気的に接続する導
   電層のパターンを備えたことを特徴とするインク噴射装
   置。
2. 【請求項２】 前記ベースプレートには、前記溝の一
   端に、溝の深さより浅い浅溝が形成され、その浅溝内
   に、前記溝の両側壁の前記電極を導通する導通電極が形
   成され、前記カバープレートの前記パターンは、前記導
   通電極と電気的に接続されることを特徴とする請求項１
   記載のインク噴射装置。