JP3201103B2 - インク噴射装置 - Google Patents
インク噴射装置Info
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- B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
- B41J2202/10—Finger type piezoelectric elements
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- Ink Jet (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
るものである。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
た構成のインク噴射装置600では、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、62
1は、アクチュエータ駆動回路を与えるシリコン・チッ
プ625に接続されているが、その電気的接続の具体的
構成および方法が開示されていない。そこで、例えば、
インク流路613が50個あるとすると、空気室615
は51個必要となり、電極619、621の電気的接続
が101カ所であり、その101カ所は狭ピッチである
ので、電気的接続が難しく、そのための工程に時間がか
かり、大量生産性に劣るといった問題があった。
になされたものであり、大量生産性に優れ、容易に電気
的接続が行えるインク噴射装置を提供することを目的と
する。
に本発明の請求項1のインク噴射装置では、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複数の
隔壁と、それら隔壁によって両側を形成された複数の溝
と、前記各隔壁の両側にそれぞれ設けられ電圧が印加さ
れてその隔壁を変形させる電界を発生させる複数対の第
一電極(8)と、前記各隔壁の一方の側面の前記第一電
極(8)を制御部に接続するための第二電極(9)であ
って、一端がその第一電極(8)に個々に接続し、他端
が、前記制御部と接続するプリント基板のパターン(2
4)と個別に接続するため、前記第一電極(8)の位置
する前記隔壁外の位置まで延びる複数の第二電極(9)
と、前記各隔壁の他方の側面の前記第一電極(8)を制
御部に接続するための第三電極(9)であって、一端が
その第一電極(8)に個々に接続して前記第二電極
(9)とは独立して形成され、他端が、前記第一電極
(8)の位置する前記隔壁外の位置まで延びる複数の第
三電極(9)と、その第三電極(9)の全てを電気的に
接続する第四電極(17)と、前記第二電極(9)と第
四電極(17)との間で、前記複数の隔壁を横切る方向
に延び、第二電極(9)と第四電極(17)とを分離す
る分離溝(18)とを有し、前記第二電極(9)に個別
に接続する前記パターン(24)と前記第四電極(1
7)に接続するパターン(25)とを有する前記プリン
ト基板を前記制御部に接続している。
または2に記載の構成において、前記第二電極の位置す
る溝(7a)と、前記第三電極の位置する溝(7b)と
が、その深さを異にして形成され、前記分離溝(18)
が、前記第二電極の位置する溝(7a)と、前記第三電
極の位置する溝(7b)とのうち、浅い方の溝よりも深
く、深い方の溝よりも浅い深さを有し、前記複数の隔壁
を横切る方向に延びる。
または2に記載の構成において、前記複数の溝をカバー
プレートによって覆い、複数の溝を交互に噴射チャンネ
ルと、非噴射領域とに形成した。
では、隔壁の両側の第一電極(8)はそれぞれ第二電極
(9)、第三電極(9)に接続され、全ての第三電極に
は第四電極(17)が接続され、第二電極(9)と第四
電極(17)とは分離溝(18)で分離されている。第
二電極(9)に個別に接続するパターンと第四電極(1
7)に接続するパターンとが制御部に接続され、圧電セ
ラミックスで少なくとも一部が形成された隔壁は、制御
部から両側の第一電極に印加された電圧によって変形さ
れ、溝内のインクが噴射される。
に記載の構成において、好ましくは、第二電極の位置す
る溝と、第三電極の位置する溝とが、その深さを異にし
て形成されることで、浅い方の溝よりも深く、深い方の
溝よりも浅い深さを有する分離溝によって、第二電極と
第四電極との分離が容易になされる。
をカバープレートによって覆い、複数の溝を交互に噴射
チャンネルと、非噴射領域とに形成するインク噴射装置
において、請求項1または2の各構成が好適に実現され
る。
参照して説明する。
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。
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。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は同じ深さであ
り、かつ平行である。それら溝3の深さは、圧電セラミ
ックスプレート2の一端面15に近づくにつれて徐々に
浅くなって、浅溝7が形成されている。また、一端面1
5近傍には浅溝7が形成されなく、平面部16となって
いる。また、浅溝7は、深さが浅い浅溝7aと深さが深
い浅溝7bとがあり、浅溝7aと浅溝7bとが交互に形
成されている。尚、両外側の浅溝7は深さが深い浅溝7
bである。
半分に金属電極8がスパッタリング等によって形成され
ている。また、浅溝7の内面には、その側面及び底面に
金属電極9がスパッタリング等によって形成されてい
る。これにより、溝3の両側面に形成された金属電極8
は浅溝7に形成された金属電極9によって電気的に接続
される。更に、平面部16に金属電極17が形成されて
いる。従って、全ての前記浅溝7の金属電極9は、平面
部16の金属電極17によって電気的に接続される。そ
こで、金属電極8、9、17形成後に、浅溝7を横切る
切断溝18が形成される。その切断溝18の深さは、浅
溝7aの深さより深く、浅溝7bの深さより浅い。従っ
て、浅溝7aは個々に電気的に独立し、浅溝7bは電気
的に全て接続されている。そして、インクと金属電極8
とを絶縁する絶縁層(図示せず)が金属電極8上に形成
される。
ス材料で形成された前部プレート10aと樹脂で成形さ
れた後部プレート10bとから構成されている。ここ
で、前部プレート10aは隔壁6の変形のための剛性が
必要であるので、セラミックス材料で形成し、後部プレ
ート10bは剛性が必要でないので、加工性に優れ、且
つコストが低い材料で形成すればよい。その後部プレー
ト10b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。
3加工側の面とカバープレート10のインク導入口22
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。従って、インク噴射装置1には、溝3の上
面が覆われて、インク導入口22を介してマニホールド
21と連通する噴射チャンネルとしてのインク室4及び
マニホールド21と連通しない非噴射領域としての空気
室27(図5)が構成される。尚、インク室4は浅溝7
aが形成された溝3に対応しており、空気室27は浅溝
7bが形成された溝3に対応している。インク室4及び
空気室27は長方形断面の細長い形状であり、全てのイ
ンク室4はインクが充填され、空気室27は空気が充填
される領域である。尚、浅溝7aからインク室4内のイ
ンクが漏れないように、浅溝7とカバープレートの後部
プレート10bの接合部付近には、図示しないエポキシ
系の接着剤などが設けられている。
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。
キシブルプリント基板23のパターン24が接続され、
平面部16の金属電極17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。
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。
を説明する。図5(b)のインク室4bからインク滴を
噴射するために、当該インク室4b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)。する
と、隔壁6bには矢印13b方向の電界が発生し、隔壁
6cには矢印13c方向の電界が発生し、隔壁6bと6
cとが互いに離れるように動く。インク室4bの容積が
増えて、ノズル12付近を含むインク室4b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マニホ
ールド21、インク導入口22を介してインクが供給さ
れる。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(インク導入口22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。
げからちょうどL/aの時間経つとインク室4b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4bに印加されている電圧を0Vに戻
す。すると、隔壁6bと6c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6b、6c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4b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。
圧をインク室4b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4bの容積を自然状態
に減少してインク室4b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4bの容積が減少するよう
に印加してインク室4b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4b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4b内にイン
クを供給してもよい。
置1では、一枚の圧電セラミックスプレート2に、溝3
が切削加工されて隔壁6が形成され、カバープレート1
0が隔壁6の天頂部に接着剤20によって接着されてイ
ンク室4及び空気室27が形成されるので、インク噴射
装置1の組み立てが容易に行われ、大量生産性に優れ
る。また、隔壁6の接着部が一カ所であるので、接着部
でのエネルギー損失が小さい。更に、空気室27には、
空気が充填されているので、隔壁6の変形がしやすく、
電圧が低くてよい。
の後部プレート10bに、インク室4にのみ連通するイ
ンク導入口22が形成されているので、空気室27にイ
ンクが供給されることがない。このため、インク室4b
からインク滴を噴射するための隔壁6b、6cの変形
が、他のインク室4a、4c等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。
の後部プレート10bに、インク室4にのみ連通するイ
ンク導入口22が形成されていたが、図6に示すよう
に、後部プレート10cにインク室4にのみ連通する切
り欠き30を設け、前部プレート10aに、後部プレー
ト10cの切り欠き30形成側の端面31を接着させて
もよい。また、前記実施例では、カバープレート10の
後部プレート10bは、樹脂で成形されていたが、複数
の貫通孔を狭ピッチで加工しやすい感光性ガラスで形成
してもよい。また、カバープレート10を前部プレート
10aと後部プレート10bとの2つの部材から構成し
ていたが、セラミックス材料などで1つの部材で形成し
てもよい。
インク室4の浅溝7aの金属電極9が切断溝18によっ
て個々に電気的に独立し、空気室27の全ての金属電極
8が浅溝7bの金属電極9及び平面部16の金属電極1
7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、LS
I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。
形成した後に、切断溝18が加工されていたが、図7に
示すように、浅溝7aの長さを浅溝7bの長さより短く
加工し、浅溝7aと平面部16との間の中間部28を設
け、その中間部28に金属電極を設けず、インク室4の
浅溝7aの金属電極9を電気的に独立し、空気室27の
浅溝7bの金属電極9を金属電極17によって電気的に
全て接続するようにしてもよい。この場合、浅溝7a、
7bの深さは同じであってもよい。このようにしても、
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、L
SI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。
法は、図8に示すように、圧電セラミックスプレート2
の二枚分の大きさの圧電セラミックス材料のプレート
に、まず図中右側から矢印B方向に、複数のダイアモン
ドブレードを移動させて、平面部16及び中間部28を
残してプレートに浅溝7aを加工し、移動するにしたが
って、深さを深くして溝3を加工し、深さを浅くしてプ
レートの左側に浅溝7bを加工し、平面部16を残す。
そして、図中左側から矢印A方向に、前に加工した溝3
の間を通るように複数のダイアモンドブレードを移動さ
せて、同様に平面部16及び中間部28を残し、浅溝7
a、溝3、浅溝7bを加工し、平面部16を残す。そし
て、プレートの中央(一点鎖線で示す)で、切断して2
つの圧電セラミックスプレート2が形成される。尚、1
枚のダイヤモンドブレードによって溝加工してもよい。
スプレート2の一端面15側に、浅溝7bと同じ深さの
切欠溝29を設け、その後、溝3に金属電極8、浅溝7
に金属電極9、切欠溝29に金属電極を形成して、イン
ク室4の浅溝7aの金属電極9を電気的に独立し、空気
室27の浅溝7bの金属電極9を切欠溝29の金属電極
によって電気的に全て接続されるようにしてもよい。こ
のようにしても、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、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。また、フレキシブルプリント基板23
のパターン24、25を覆う被覆部材が前記平面部16
(図1)に当たって、浅溝7aの金属電極9とパターン
24との接続が不良となるおそれがない。尚、切欠溝2
9の深さは、浅溝7aの深さより深ければ、浅溝7bの
深さと同一でなくてもよい。
構成では、全浅溝7bを電気的に接続するための金属電
極が圧電セラミックスプレート2に形成されたいたが、
その金属電極を設けずに、フレキシブルプリント基板2
3に全浅溝7bを電気的に接続するためのパターンを設
けてもよい。
り小さくすることによって、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。
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。
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。
電セラミックスプレート2にカバープレート10を接着
して、インク室4及び空気室27を構成していたが、溝
が形成された2枚の圧電セラミックスプレートを互いの
隔壁の天頂部を接着させる構成としてもよい。また、従
来の構成にも本発明を用いることができる。
3を形成する隔壁6の両側面に形成された金属電極8に
対応し、第二電極は、浅溝部7aに形成された金属電極
9に対応し、第三電極は、浅溝部7bに形成された金属
電極9に対応し、第四電極は、平面部16に形成された
金属電極17または切欠溝29に形成された金属電極に
対応する。
求項1のインク噴射装置によれば、第二電極と、全ての
第三電極に接続された第四電極とが分離溝で分離され、
前記第二電極に個別に接続するパターンと第四電極に接
続するパターンとが制御部に接続されるので、上記パタ
ーンを有するプリント基板を直接各電極に接続でき、隔
壁の両側に電圧を印加する構成を容易に実現することが
できる。また、第二電極が個々に電気的に独立されて制
御部に接続され、第三電極の電気的コネクトが少なくと
も一カ所で制御部に接続されるので、電気的コネクト数
が少なくなって、かつ第二電極への電気的コネクトは、
従来よりピッチが広くなるので、制御部への電気的接続
が容易となる。
視図である。
ロック図である。
図である。
ートを示す説明図である。
法を示す説明図である。
ートの加工を示す説明図である。
続方法を示す説明図である。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 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複数の隔壁と、 それら隔壁によって両側を形成された複数の溝と、 前記各隔壁の両側にそれぞれ設けられ電圧が印加されて
その隔壁を変形させる電界を発生させる複数対の第一電
極(8)と、 前記各隔壁の一方の側面の前記第一電極(8)を制御部
に接続するための第二電極(9)であって、一端がその
第一電極(8)に個々に接続し、他端が、前記制御部と
接続するプリント基板のパターン(24)と個別に接続
するため、前記第一電極(8)の位置する前記隔壁外の
位置まで延びる複数の第二電極(9)と、 前記各隔壁の他方の側面の前記第一電極(8)を制御部
に接続するための第三電極(9)であって、一端がその
第一電極(8)に個々に接続して前記第二電極(9)と
は独立して形成され、他端が、前記第一電極(8)の位
置する前記隔壁外の位置まで延びる複数の第三電極
(9)と、 その第三電極(9)の全てを電気的に接続する第四電極
(17)と、 前記第二電極(9)と第四電極(17)との間で、前記
複数の隔壁を横切る方向に延び、第二電極(9)と第四
電極(17)とを分離する分離溝(18)とを有し、 前記第二電極(9)に個別に接続する前記パターン(2
4)と前記第四電極(17)に接続するパターン(2
5)とを有する前記プリント基板を前記制御部に接続す
ることを特徴とするインク噴射装置。 - 【請求項2】 前記第二電極の位置する溝(7a)と、
前記第三電極の位置する溝(7b)とが、その深さを異
にして形成され、前記分離溝(18)が、前記第二電極
の位置する溝(7a)と、前記第三電極の位置する溝
(7b)とのうち、浅い方の溝よりも深く、深い方の溝
よりも浅い深さを有し、前記複数の隔壁を横切る方向に
延びることを特徴とする請求項1に記載のインク噴射装
置。 - 【請求項3】 前記複数の溝をカバープレートによって
覆い、複数の溝を交互に噴射チャンネルと、非噴射領域
とに形成したことを特徴とする請求項1または2に記載
のインク噴射装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP28304293A JP3201103B2 (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | インク噴射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP28304293A JP3201103B2 (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | インク噴射装置 |
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JP28304293A Expired - Lifetime JP3201103B2 (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | インク噴射装置 |
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JP (1) | JP3201103B2 (ja) |
-
1993
- 1993-11-12 JP JP28304293A patent/JP3201103B2/ja not_active Expired - Lifetime
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