JP3206235B2 - インク噴射装置 - Google Patents

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及び該溝１５を隔てる隔壁す
なわち側壁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内のインク圧力が低下し、インク供給口２
１（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、
側壁１１ｂ及び１１ｃを変形前の位置（図４参照）に戻
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、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３（図４）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。そして、浅溝１８の底面の電極１３と導電層のパタ
ーン４２を、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５、図６及び図７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５
２、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７
１に対して、ノズルプレート３１に設けられたノズル３
２（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。

【００１１】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。

【００１２】

【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の内面に露出して形成されており、インク液
室１２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り側壁１１の一部
が変形しなくなって、噴射が不安定になるという問題点
があった。従って、インク噴射装置の信頼性が低いとい
う問題点があった。

【００１３】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、効果的にインクを噴射すること
ができるとともに、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。

【００１４】

【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、インクが充填される複数のイ
ンク液室を隔てる圧電材料製の複数の隔壁であって、そ
の隔壁のインク室に面する側面と平行な方向に分極され
た隔壁と、前記隔壁の分極方向両端に、その隔壁の幅方
向の一側に偏って形成され、分極方向と略平行な電界を
発生する電極と、前記電極に電圧を印加する制御手段と
を備え、前記電界によって発生した前記隔壁の前記一側
部分の伸びまたは縮み方向の変形により、前記隔壁全体
を前記インク液室の容積を増減する方向に変形させるこ
とを特徴とする。

【００１５】請求項２では、請求項１記載の構成におい
て、前記インク液室の両側に隔壁を備え、その両隔壁を
互いに逆方向に変形させるように、両隔壁の電極に電圧
を印加することを特徴とする。

【００１６】請求項３では、請求項２記載の構成におい
て、複数の前記インク液室の内、隣接するインク室が共
有する隔壁を、一方のインク液室からインクを噴射する
ときと他方のインク液室からインクを噴射するときとで
互いに反対方向に変形させるように、前記電極に印加す
る電圧を制御することを特徴とする。

【００１７】請求項４では、インクが充填される複数の
インク液室を隔てる圧電材料製の複数の隔壁であって、
その隔壁のインク室に面する側面と平行な方向に分極さ
れ、その分極方向に略平行な平面で幅方向が二分された
二つの領域を有する複数の隔壁と、前記隔壁の二つの領
域の内、片側の領域に対して分極方向と略平行な電界を
発生する電極とを備え、前記片側の領域を圧電効果によ
り伸びまたは縮み方向に変形させて、その隔壁を前記分
極方向と略直交する方向に変形させることを特徴とす
る。

【００１８】請求項５では、請求項４記載の構成におい
て、隣接する前記インク液室の内、第一インク液室から
インクを噴射するときには、第一インク液室の両隔壁を
互いに逆方向に変形させるように、両隔壁の前記電極に
印加する電圧を制御し、第一インク液室に隣接する第二
インク液室からインクを噴射するときには、第一インク
室と第二インク室とが共用する隔壁を、第一インク液室
からインクを噴射するときと反対方向に変形させると共
に、第二インク液室のもう一方の隔壁を、前記共用する
隔壁の変形方向と反対方向に変形させるように、電極に
印加する電圧を制御する制御手段を備えたことを特徴と
する。

【００１９】請求項６では、請求項１または４記載の構
成において、前記インク液室は、前記隔壁と、隔壁の一
端が接続されるカバープレートとから構成され、前記隔
壁は前記カバープレートに対し、弾性体を介して接続さ
れることを特徴とする。

【００２０】

【作用】上記の構成を有する本発明では、隔壁の幅方向
一側に偏った部分に、分極方向と略平行な電界を発生し
て、その隔壁の一側部分の伸びまたは縮み方向の変形に
より、隔壁全体をインク液室方向に変形させ、インク液
室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第一実施例を図面
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、インク噴射装置の断面図を示す図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。図１に示すように、矢印１４１の方向に分極処理が
施された圧電セラミックスプレート１０１の下面には、
アルミニウム、ニッケル、金等の金属や導電性樹脂等か
らなり、一定間隔で配置された電極１３１が、真空蒸
着、スパッタリング、化学メッキ、スクリーン印刷等で
形成される。また、圧電セラミックスプレート１０１の
上面には、アルミニウム、ニッケル、金等の金属や導電
性樹脂等からなり、電極１３２が、同様に形成される。
この電極１３２は、電極１３１と対応した位置に一定間
隔で配置されている。そして、圧電セラミックスプレー
ト１０１の電極１３１が形成された面と、セラミック
ス、樹脂、金属材料などからなるベースプレート１０２
とが、エポキシ系接着剤等からなる接合層１１１を介し
て接合される。

【００２３】次に、圧電セラミックスプレート１０１
に、複数の溝１２３が、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形成される。このと
き、溝１２３を隔てる隔壁すなわち側壁１２１の上面
に、電極１３２が配置されている。その電極１３２は、
側壁１２１の幅方向を中心から二分したの位置に対応し
た側壁１２１の上面の左側に配置されている。また、圧
電セラミックスプレート１０１の底面に形成された電極
１３１は、側壁１２１の前記左側に対応した位置に配置
されている。

【００２４】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、セラミックス、樹脂、金
属材料などからなるカバープレート１０３とが、弾性を
有するエポキシ系接着剤等からなる接合層１１２を介し
て接合される。これで、複数の溝１２３は、側壁１２１
によって、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。

【００２５】尚、電極１３１及び１３２は、実験結果よ
り側壁１２１の幅の１／５から４／５の間であればよ
い。また、電極１３１及び１３２の片端の位置は側壁１
２１のインク液室１２２と接する表面の位置と略一致す
る。

【００２６】そして、電極１３１、１３２はそれぞれＬ
ＳＩチップ１５５（図３）に接続されている。図３に示
すように、そのＬＳＩチップ１５５には、クロックライ
ン５２、データライン５３、正電圧ライン１５４、負電
圧ライン１５６及びアースライン５５もＬＳＩチップ１
５５に接続されている。ＬＳＩチップ１５５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５
２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（図６）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１２２内の両側
壁１２１の電極１３２に、正電圧ラインの電圧Ｖまたは
負電圧ラインの電圧−Ｖを印加すると共に、前記両側壁
１２１以外の電極１３２と全ての電極１３１とにアース
ライン５５の電圧０を印加する。

【００２７】次に、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、ＬＳ
Ｉチップ１５５が、例えばインク液室１２２ｂからイン
クを噴射すると判断すると、ＬＳＩチップ１５５は、電
極１３２ｂに急速に正の駆動電圧、電極１３２ｃに急速
に負の駆動電圧を印加し、電極１３１ｂ及び１３１ｃを
接地する。これにより、側壁１２１ｂの電極１３１ｂと
電極１３２ｂとに挟まれた部分には矢印１５１ｂの方向
の駆動電界が作用し、側壁１２１ｃの電極１３１ｃと電
極１３２ｃとに挟まれた部分には矢印１５１ｃの方向の
駆動電界が作用する。

【００２８】このとき駆動電界方向１５１ｂと分極方向
１４１とが平行、且つ逆方向であるため、側壁１２１ｂ
の電極１３１ｂと電極１３２ｂとに挟まれた部分は、圧
電縦効果によって縮み変形をしようとする。しかしなが
ら、側壁１２１ｂの電極１３１ｂと電極１３２ｂとに挟
まれた部分以外の部分は、駆動電界が作用しないため縮
み変形をしない。このため、側壁１２１ｂの電極１３１
ｂと電極１３２ｂとに挟まれた部分には、圧縮の歪、即
ち負の歪が作用し、側壁１２１ｂの電極１３１ｂと電極
１３２ｂとに挟まれた部分以外の部分には、前記圧縮の
歪によって、これと逆方向の引張の歪、即ち正の歪が作
用する。従って、側壁１２１ｂはインク液室１２２ｂの
内部方向に急速にバイモルフ状の変形をする。

【００２９】また、駆動電界方向１５１ｃと分極方向１
４１とが平行、且つ同方向であるため、側壁１２１ｃの
電極１３１ｃと電極１３２ｃとに挟まれた部分は、圧電
縦効果によって分極方向１４１の方向に急速に伸び変形
をしようとする。しかしながら、側壁１２１ｃの電極１
３１ｃと電極１３２ｃとに挟まれた部分以外の部分は、
駆動電界が作用しないため伸び変形をしない。従って、
側壁１２１ｃは、側壁１２１ｂと同様にバイモルフ状の
変形をして、インク液室１２２ｂの内部方向に急速に変
形をする。

【００３０】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。
また、ＬＳＩチップ１５５が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１参
照）に戻るためインク液室１２２ｂ内のインク圧力が低
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。

【００３１】次に、ＬＳＩチップ１５５がインク液室１
２２ｂに隣接するインク液室１２２ｃからインクを噴射
すると判断すると、ＬＳＩチップ１５５は、電極１３２
ｃに急速に正の駆動電圧、電極１３２ｄに急速に負の駆
動電圧を印加し、電極１３１ｃ及び１３１ｄを接地し
て、側壁１２１ｃ及び１２２ｄをインク液室１２２ｃの
内部方向に変形させて、インクを噴射させる。

【００３２】このように、本実施例のインク噴射装置で
は、電極１３１の全体及び電極１３２のほとんどがイン
ク液室１２２の内部のインクに接しない。このため、電
極１３１及び１３２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少なく、噴射が不安定になるとい
うことが少ない。従って、電極１３１及び１３２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。

【００３３】尚、前記実施例においては、まず駆動電圧
の印加によりインク液室１２２の容積を減少させてイン
ク液滴を噴射し、次に駆動電圧の印加を停止することに
よりインク液室１２２の容積を増加させてインク液室１
２２内にインクを供給していたが、まず駆動電圧の印加
によりインク液室１２２の容積を増加させてインク液室
１２２内にインクを供給し、次に駆動電圧の印加を停止
することによりインク液室１２２の容積を減少させてイ
ンク液滴を噴射してもよい。

【００３４】また、前記実施例においては、電極１３１
及び１３２が全ての側壁１２１で左側の部分のみに形成
されていたが、電極１３１及び１３２が一部または全部
の側壁で右側の部分のみに形成されていてもよい。

【００３５】更に、前記実施例においては、電極１３１
は圧電セラミックスプレート１０１の下部の側壁１２１
の位置に対応した位置に分割して形成されていたが、電
極１３１は圧電セラミックス１０１の下部に全ての側壁
１２１に共通して連続して形成されていてもよい。

【００３６】また、ベースプレート１０２は省略されて
いてもよい。

【００３７】更に、前記実施例においては、電極１３２
が側壁１２１の上面に形成されていたが、カバープレー
ト１０３に形成されていてもよい。

【００３８】また、前記実施例では、圧電セラミックス
プレート１０１に電極１３１、１３２を形成した後、溝
１２３を形成したが、溝１２３を形成した後、電極１３
１、１３２を形成してもよい。

【００３９】また、前記実施例では、側壁１２１は一枚
の圧電プレートから構成されていたが、複数枚の圧電プ
レートを積層してもよい。さらに、この積層の間に電極
を配設してもよい。

【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では、隔壁の幅方向一側に偏った部
分に、分極方向と略平行な電界を発生して、その隔壁の
一側部分の伸びまたは縮み方向の変形により、隔壁全体
をインク液室方向に急速に変形させるので、効果的にイ
ンクを噴射することができるとともに、電極のほとんど
がインク液室の内部のインクに接しないように電極を隔
壁の両端に配置することができ、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少なく、噴射が
不安定になるということが少ない。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。

【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断面
図である。

【図２】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３】本発明の一実施例のインク噴射装置の制御部の
ブロック図である。

【図４】従来例のインク噴射装置の断面図である。

【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の斜視図である。

【図７】従来例の制御部のブロック図である。

【図８】従来例のプリンタの斜視図である。

【符号の説明】

１０１ 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 １４１ 分極方向 １５５ ＬＳＩチップ

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクが充填される複数のインク液室を
   隔てる圧電材料製の複数の隔壁であって、その隔壁のイ
   ンク室に面する側面と平行な方向に分極された隔壁と、 前記隔壁の分極方向両端に、その隔壁の幅方向の一側に
   偏って形成され、分極方向と略平行な電界を発生する電
   極と、 前記電極に電圧を印加する制御手段とを備え、前記電界
   によって発生した前記隔壁の前記一側部分の伸びまたは
   縮み方向の変形により、前記隔壁全体を前記インク液室
   の容積を増減する方向に変形させることを特徴とするイ
   ンク噴射装置。
2. 【請求項２】 前記インク液室の両側に隔壁を備え、そ
   の両隔壁を互いに逆方向に変形させるように、両隔壁の
   電極に電圧を印加す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】 複数の前記インク液室の内、隣接するイ
   ンク室が共有する隔壁を、一方のインク液室からインク
   を噴射するときと他方のインク液室からインクを噴射す
   るときとで互いに反対方向に変形させるように、前記電
   極に印加する電圧を制御する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】 インクが充填される複数のインク液室を
   隔てる圧電材料製の複数の隔壁であって、その隔壁のイ
   ンク室に面する側面と平行な方向に分極され、その分極
   方向に略平行な平面で幅方向が二分された二つの領域を
   有する複数の隔壁と、 前記隔壁の二つの領域の内、片側の領域に対して分極方
   向と略平行な電界を発生する電極とを備え、前記片側の
   領域を圧電効果により伸びまたは縮み方向に変形させ
   て、その隔壁を前記分極方向と略直交する方向に変形さ
   せることを特徴とするインク噴射装置。
5. 【請求項５】 隣接する前記インク液室の内、第一イン
   ク液室からインクを噴射するときには、第一インク液室
   の両隔壁を互いに逆方向に変形させるように、両隔壁の
   前記電極に印加する電圧を制御し、第一インク液室に隣
   接する第二インク液室からインクを噴射するときには、
   第一インク室と第二インク室とが共用する隔壁を、第一
   インク液室からインクを噴射するときと反対方向に変形
   させると共に、第二インク液室のもう一方の隔壁を、前
   記共用する隔壁の変形方向と反対方向に変形させるよう
   に、電極に印加する電圧を制御する制御手段を備えたこ
   とを特徴とする請求項４記載のインク噴射装置。
6. 【請求項６】 前記インク液室は、前記隔壁と、隔壁の
   一端が接続されるカバープレートとから構成され、前記
   隔壁は前記カバープレートに対し、弾性体を介して接続
   されることを特徴とする請求項１または４記載のインク
   噴射装置。