JP3991527B2

JP3991527B2 - Ink jet device

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Publication number: JP3991527B2
Application number: JP26522999A
Authority: JP
Inventors: 義和高橋
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2019-09-20
Also published as: JP2001088295A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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挙げられる。なかでも印字に使用するインク液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圧電セラミックスを利用した剪断モード型である。剪断モード型のインク噴射装置は、底壁と天壁との間に複数の噴射チャンネルと空間を交互に形成する複数の剪断モードアクチュエータ壁を有する。そのアクチュエータ壁は、その壁の高さ方向に２個の圧電材料の部分からなり、その上下各部分がそれぞれ高さ方向に相互に逆方向に分極されている。噴射チャンネルの両側に位置する一対のアクチュエータ壁の両側面に形成された電極に電圧を印加すると、アクチュエータ壁に分極方向と直交する電界が発生し、アクチュエータ壁の上下各部の圧電材料がそれぞれ剪断変形、つまりほぼ菱形に変形する。上下各部の圧電材料は分極方向が逆であるから、噴射チャンネルの容積を変え、インクに噴射圧力を与える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、この種のインク噴射装置では、噴射チャンネル内の電極と制御回路を電気的に接続することが困難であり、ワイヤボンディング法によって接続をすることが行われる。また、例えば特開平７−１３２５８９号公報に開示されているように、チャンネルの端部に別の溝を形成し、噴射チャンネル内の電極を、該溝内部の導電層を介して底壁または天壁に形成した接続用配線パターンに接続するなどの工夫をしているが、いずれの場合もコストが高いという問題がある。
【０００６】
また、噴射ノズル列を複数列配置しようとすると、インク噴射装置を複数個作製して必要な数だけ積み重ねる必要があり、それぞれの電気接点を複数のＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）等を用いて制御回路との電気的接続をする必要があった。
【０００７】
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、電極と制御回路との電気的な接続が容易で、低製造コストのインク噴射装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この目的を達成するために本発明のインク噴射装置は、少なくとも一部が分極された圧電材料で構成した複数の側壁間にインクを噴射する複数の噴射チャンネルを備え、前記側壁の両側面に形成された駆動電極をとおして前記側壁に電圧を印加することにより、前記側壁を変形させ前記噴射チャンネル内のインクに圧力を与えてそのインクを噴射するインク噴射装置において、前記複数の噴射チャンネルを有する前記圧電材料製のアクチュエータ基板と、前記複数の噴射チャンネルにインクを供給するマニホールド流路を有するマニホールド部材とを備え、前記アクチュエータ基板は、その一つの平面部に開口して細長い溝形状に形成され、前記分極された複数の側壁を隔てて隣接した前記複数の噴射チャンネルと、前記噴射チャンネル内であって、前記各側壁の両側面に形成された前記複数の駆動電極とを有し、前記アクチュエータ基板の、前記複数の噴射チャンネルが開口された前記平面部と同一の平面部に、一端が前記駆動電極と電気的に接続され、他端が制御回路または、その制御回路に接続されるコネクタに接続する給電パターンが形成され、前記マニホールド部材には、前記アクチュエータ基板の複数の噴射チャンネルに対応した位置に複数のインク流路と、前記アクチュエータ基板の前記複数の側壁と対応した位置に、前記各インク流路を隔てる複数の側壁と、前記各インク流路の一端に連続しかつ前記噴射チャンネルにインクを分配する前記マニホールド流路とが形成され、前記側壁がその両側面の前記駆動電極に印加した前記電圧により変形するにしたがって、前記マニホールド部材の側壁が変形するように、前記アクチュエータ基板の複数の側壁と前記マニホールド部材の複数の側壁とを対応させて、前記アクチュエータと前記マニホールド部材とが接合されていることを特徴とする。このため、複数の噴射チャンネルの電極および給電パターンの形成、制御回路との電気的接続などが、アクチュエータ基板の１つの面上にて容易に行える。また、アクチュエータ基板に接合したマニホールド部材のマニホールド流路によって複数の噴射チャンネルへインクを供給することができるとともに、電圧の印加によりアクチュエータ基板の側壁の変形にしたがってマニホールド部材の側壁も変形してインクを噴射することができる。
【０００９】
上記構成において好ましくは、前記アクチュエータ基板の前記マニホールド部材が接合されている側とは反対側に、前記複数の噴射チャンネルとそれぞれ連通した複数のインク噴射ノズルを有するプレート部材を固定し、前記アクチュエータ基板の複数のチャンネルを形成した平面と直角な方向にインクを噴射することで、アクチュエータ基板、プレート部材およびマニホールド部材を重ね合わせるだけで、インク噴射装置を簡単に構成できる。
【００１０】
また、上記構成において好ましくは、前記マニホールド部材の複数のインク流路およびマニホールド流路は、前記アクチュエータ基板と接合する側に開口して形成されていることで、噴射チャンネルにマニホールド流路からインクを簡単な構成で供給することができる。
【００１１】
この構成は、前記側壁を構成する圧電材料は、該側壁の高さ方向に分極され、かつインクは該分極方向と平行な方向に噴射することで、容易に実現できる。
【００１２】
請求項５にかかる発明は、少なくとも一部が分極された圧電材料で構成した複数の側壁間にインクを噴射する噴射チャンネルを含む複数のチャンネルを備え、前記側壁の両側面に形成された駆動電極をとおして前記側壁に電圧を印加することにより、前記側壁を変形させ前記噴射チャンネル内のインクに圧力を与えてそのインクを噴射するインク噴射装置において、
前記圧電材料製であって、その一つの平面部に開口して細長い溝形状に形成された前記複数のチャンネル、および、その各チャンネルを隔てる前記分極された側壁を有するアクチュエータ基板と、
前記アクチュエータ基板の複数の噴射チャンネルに対応した位置に複数のインク流路と、前記アクチュエータ基板の前記複数の側壁と対応した位置に、前記各インク流路を隔てる複数の側壁とが形成されたマニホールド部材とを備え、
前記アクチュエータ基板と前記マニホールド部材との間には前記噴射チャンネルにインクを分配するマニホールド流路が形成され、
前記アクチュエータ基板には、前記複数のチャンネル内であって、前記各側壁の両側面に形成された前記複数の駆動電極が形成されていて、前記複数のチャンネルが開口された面側の平面部に、一端が前記アクチュエータ基板の前記複数の側壁の一方の側面に形成された駆動電極と電気的に接続され、他端が制御回路または、その制御回路に接続されるコネクタに接続する給電パターンが形成されていて、
前記アクチュエータ基板の前記複数の側壁の他方の側面に形成された駆動電極は、前記マニホールド流路内の前記アクチュエータ基板側の面にある導電層と接続され、
前記側壁がその両側面の駆動電極に印加した前記電圧により変形するにしたがって、前記マニホールド部材の側壁が変形するように、前記アクチュエータ基板の複数の側壁と前記マニホールド部材の複数の側壁とを対応させて、前記アクチュエータと前記マニホールド部材とが接合されていることを特徴とすることができる。
【００１３】
また、前記マニホールド流路は、前記アクチュエータ基板と前記マニホールド部材との少なくとも一方に凹状に形成された流路と他方との間に形成されていることで、容易に構成できる。
【００１４】
また、前記給電パターンが形成された平面部は、前記複数のチャンネルが形成された面よりも、低い位置にあることで、側壁上の不要電極の除去を高速化できる。
【００１５】
さらに、前記複数のチャンネルは、前記複数の噴射チャンネルと、その噴射チャンネルと交互に配置される複数のダミーチャンネルとからなり、前記マニホールド部材は、前記複数の噴射チャンネルに対応した前記複数のインク流路と、前記複数のダミーチャンネルに対応した前記複数の空間とを備え、前記各インク流路は、前記空間を挟んだ前記マニホールド部材の側壁によって隔てられることで、噴射チャンネルおよびダミーチャンネルを交互に配置したものであっても、電圧の印加によりアクチュエータ基板の側壁の変形にしたがってマニホールド部材の側壁も変形してインクを噴射することができる。
【００１６】
また、前記インク流路の天井面には、前記マニホールド部材の前記アクチュエータ基板とは反対側の面に開口するようにノズルが形成されている。この構成によれば、インク噴射ノズルを有するプレート部材を用いることなく、インク噴射装置を簡単に構成できる。そして、前記マニホールド部材は、合成樹脂材料により形成されていることで、電圧の印加によりアクチュエータ基板の側壁の変形にしたがってマニホールド部材の側壁も変形してインクを噴射することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態について図１〜図５を参照して説明する。なお本実施例は説明を簡略化するために噴射ノズルの配置を７ノズルｘ２列の場合としたが、実際はこの限りでなくさらに多数の配置が可能である。
【００１８】
図１に示すように、インク噴射装置１０は、アクチュエータ基板１００と、ノズルプレート１４０と、マニホールド部材１３２と、ＩＣチップ化された制御回路１６０とで構成されている。
【００１９】
そのアクチュエータ基板１００は、板状のチタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）の圧電セラミックス材料からなり、該アクチュエータ基板１００には、複数の噴射チャンネル１１３が２列をなして形成されている。各噴射チャンネル１１３は、アクチュエータ基板の面方向に細長い溝形状をなし、そのアクチュエータ基板の厚さ方向に貫通している。各列の隣接する噴射チャンネル１１３は、側壁１１７を隔てて配置されている。また、側壁１１７をなす圧電材料は、アクチュエータ基板の厚さ方向（矢印Ｐ）に分極されている。
【００２０】
噴射チャンネル１１３の内面には導電性の金属化層として駆動電極１１９が形成されている。すべての駆動電極１１９間は電気的に絶縁されている。アクチュエータ基板１００の上部端面１００ａには導電性の金属化層として形成された給電線１２２のパターンが設けられており、その一端は、駆動電極１１９と電気的に接続されており、その他端は上部端面１００ａに配置された制御回路１６０に電気的に接続されている。
【００２１】
給電線１２２のパターンは、噴射チャンネル１１３とアクチュエータ基板１００の一側縁との間に、噴射チャンネル１１３の各列に沿って延び、アクチュエータ基板１００の上部端面１００ａの一端近傍に設けられた制御回路１６０に接続されている。また、制御回路１６０を外部の電源および信号源に接続するためのコネクタ１２３が、アクチュエータ基板１００の上部端面１００ａに形成されている。
【００２２】
マニホールド部材１３２は、合成樹脂材料により板状に形成され、複数の噴射チャンネル１１３のそれぞれと対応する位置に、かつ噴射チャンネル１１３とほぼ同一平面形状をなす複数のインク流路１３４と、そのインク流路１３４の一端に連続したマニホールド流路１３３と、そのマニホールド流路１３３にインクカートリッジ等のインク供給源からインクを供給するための供給口１３６とを有する。複数のインク流路１３４は、側壁１３７を隔てて配置されている。マニホールド流路１３３は、インク流路１３４の列ごとにその列に沿って延びている。マニホールド部材１３２は、インク流路１３４と噴射チャンネル１１３とが連通し、かつ側壁１１７と側壁１３７とが対応するように、アクチュエータ基板１００の上部端面１００ａに接着剤１３８等（図３）により接合されている。本実施の形態の場合、マニホールド流路１３３は、インク流路１３４の列ごとに設けられ、噴射チャンネル１１３の列ごとに異なるインクを供給するようにしているが、複数のインク流路１３４に共通のマニホールド流路１３３を設け、複数列の噴射チャンネル１１３に同一色のインクを供給するように構成することができる。
【００２３】
ノズルプレート１４０は、複数の噴射チャンネル１１３に対応する位置にインクを噴射するためのノズル１１８が設けられており、該ノズル１１８がインク流路１１３に連通するように、アクチュエータ基板１００の下部端面１００ｂに接着等により接合されている。ノズル１１８は、アクチュエータ基板１００の噴射チャンネルを形成した面１００ａと直角な方向にインクを噴射するように開口している。
【００２４】
制御回路１６０は、図４に示すようにシリアル−パラレル変換器３１、データラッチ３２、ＡＮＤゲート３３、出力回路３４を備えている。シリアル−パラレル変換器３１は、噴射チャンネル数に対応するビット長のシフトレジスタから構成され、外部信号源から転送クロックＴＣＫと同期してシリアル転送されてくる転送データＤＡＴＡを入力し、転送クロックＴＣＫの立ち上がりにしたがって、転送データＤＡＴＡを各パラレルデータＰＤ０〜ＰＤ６３に変換する。データラッチ３２は、外部信号源から転送されてくるストローブ信号ＳＴＢの立ち上がりにしたがって、各パラレルデータＰＤ０〜ＰＤ６３をそれぞれラッチする。ＡＮＤゲート３３は、それぞれ、データラッチ３２から出力される各パラレルデータＰＤ０〜ＰＤ６３と、外部信号源から転送されてくる印字クロックＩＣＫとの論理積をとり、各パラレルデータＰＤ０〜ＰＤ６３ごとの論理積の結果である各駆動データＡ０〜Ａ６３を生成する。出力回路３４は、それぞれ各駆動データＡ０〜Ａ６３にもとづいて、印字ヘッドに適した電圧（駆動信号）を生成し、その各駆動信号を駆動電極１１９へ出力する。
【００２５】
上記のように、噴射すべき噴射チャンネルに対応する駆動電極１１９に給電線１２２を介して制御回路１６０から電圧が印加され、かつ隣接する噴射チャンネルに対応する駆動電極１１９が接地されることによって、そのインク流路１１３の両側壁１１７がインク流路１１３の容積を増加する方向に圧電厚みすべり変形する。例えば図３に示すように、駆動電極１１９ｃ、ｄに電圧Ｅ（Ｖ）が印加され、隣接する駆動電極１１９ｂ、ｅが接地されると、側壁１１７ａ、ｂに分極方向Ｐと直交する方向（矢印Ｅ）の電界が発生し、両側壁１１７ａ、ｂがインク流路１１３ａの容積を増加する方向に圧電厚みすべり変形する。その変形にしたがって両側壁１１７ａ、ｂと接続しているマニホールド部材の側壁１３７も変形する。このときノズル１１８ａ付近を含む噴射チャンネル１１３ａ内の圧力が減少する。この状態を圧力波の噴射チャンネル１１３内での長手方向の片道伝播時間Ｔだけ維持する。すると、その間、図示しないマニホールドからインクが供給される。
【００２６】
なお、上記片道伝播時間Ｔは噴射チャンネル１１３内の圧力波が、噴射チャンネル１１３の長手方向に伝播するのに必要な時間であり、噴射チャンネル１１３の長さＬとこの噴射チャンネル１１３内部のインク中での音速ａによりＴ＝Ｌ／ａと決まる。
【００２７】
圧力波の伝播理論によると、上記の電圧の印加からほぼＴ時間がたつと噴射チャンネル１１３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流路内電極１１９ｃ、ｄに印加されている電圧を０（Ｖ）に戻す。
【００２８】
すると、側壁１１７ａ、ｂが変形前の状態に戻り、インクに圧力が加えられる。そのとき、前記正に転じた圧力と、側壁１１７ａ、ｂが変形前の状態に戻ることにより発生した圧力とが加え合わされ、比較的高い圧力が噴射チャンネル１１３ａのノズル１１８ａ付近の部分に生じて、インク液滴がノズル１１８ａから噴射される。
【００２９】
次に、本実施の形態のインク噴射装置１０の製造方法について説明する。
【００３０】
アクチュエータ基板１００は、複数の噴射チャンネル１１３が複数列をなして貫通形成されている。この形状を作製する方法としては、射出成形法、またはシート成形後のプレス成形が適している。前者の射出成形法は、従来樹脂系材料で一般に用いられる成形法であるが、成形する素材として、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）のセラミックス原料粉末または、同仮焼結粉末と有機材料との混合物を用い、図５（ａ）に示すように、複数列の噴射チャンネル１１３と側壁１１７を有する板状に成形し、その後、前記有機材料を除去する脱脂工程を行い、続いてセラミックス化するための焼結工程を行うものである。後者のシート成形後のプレス成形は、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）のセラミックス原料粉末または、同仮焼結粉末と有機材料との混合物をドクターブレード法などの方法でシート状にし、その後プレス成形により上記の形状に成形し、その後、前記有機材料を除去する脱脂工程を行い、続いてセラミックス化するための焼結工程を行うものである。後者のシート成形後のプレス成形の方が、１枚のシートから複数の成形品を得ることが容易で生産性が高い。
【００３１】
続いて、焼結体であるアクチュエータ基板１００を、そのままコロナ放電による電界中に保持することにより厚さ方向（矢印Ｐ方向）に分極する。図５（ｂ）に示すように、分極後、下部端面１００ｂを除くすべての表面にメッキなどの方法により導電性の金属化層（図中灰色部分）を形成する。その後、少なくともインク流路１１３内の駆動電極１１９の表面には図示しない保護膜を形成する。
【００３２】
続いて、図５（ｃ）に示すように、ＹＡＧレーザー等のアブレーション加工により、給電線１２２およびコネクタ１２３のパターンを残して上部端面１００ａの不必要な部位の前記金属化層を除去する。これにより、金属化層は、噴射チャンネル１１３内すなわち側壁ごとに駆動電極１１９として分離され、また給電線１２２およびコネクタ１２３のパターンに分離される。続いて制御回路１６０を、給電線１２２およびコネクタ１２３と電気的に接続されるように上部端面１００ａに接合する。
【００３３】
上述のように製造されたアクチュエータ基板１００に対して、図１に示すように上部端面１００ａに、マニホールド部材１３２をインク流路１３４と噴射チャンネル１１３とが連通するように接着する。次に、ノズルプレート１４０を、ノズル１１８とインク流路１１３とが連通するように下部端面１００ｂに接着する。
【００３４】
本実施の形態では、インク流路がアクチュエータ基板を貫通し、ノズルとマニホールド部品がアクチュエータ基板を挟んで別々の面に構成されているので、マニホールドに接続されるインクカートリッジなどの部品が、ノズルからのインク噴射を邪魔することがない。
【００３５】
なお、上部端面１００ａの全てに金属化層を形成した後、不必要な部分を除去して給電線１２２などのパターンを形成したが、図５（ｂ）においてメッキ処理などを施す前に、金属化層の不要部位にマスクを施し、メッキ処理などの後に該マスク部材を除去することもできる。
【００３６】
続いて本発明を具体化した別の実施の形態について図６〜図１１を参照して説明する。なお本実施例は説明を簡略化するために噴射ノズルの配置を２ノズルｘ２列の場合としたが、実際はこの限りでなくさらに多数の配置が可能である。
【００３７】
図６、図９に示すように、インク噴射装置２０は、アクチュエータ基板２００と、ノズル２１８を備えたノズル兼マニホールド部材２３２と、制御回路２２１とで構成されている。
【００３８】
そのアクチュエータ基板２００は、図６に示すように、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）の圧電セラミックス材料により板状に形成され、該アクチュエータ基板２００には、細長い溝形状の噴射チャンネル２１３と、ダミーチャンネル２１５とが、側壁２１７を隔てて交互に複数配置されている。また、側壁２１７は、アクチュエータ基板の板厚方向（矢印Ｐ）に分極されている。アクチュエータ基板２００は上部端面２００ａにおいて、各チャンネル２１３、２１５および側壁２１７のある部分を高段部２０１とし、その周囲の部分をそれよりも低い低段部２０２としている。
【００３９】
チャンネル２１３、２１５は、２列をなして配置され、図１０に示すように有底形状であり、前記実施の形態のようにアクチュエータ基板２００の下部端面２００には貫通していない。各噴射チャンネル２１３は、２列噴射チャンネルの中間位置においてその列に沿って延びる流路２１４と接続している。各ダミーチャンネル２１５は一端を高段部２１０の側面に接続して外部に開口している。
【００４０】
そして、噴射チャンネル２１３の内面には導電性の金属化層として駆動電極２１９が形成され、前記ダミーチャンネル２１５の内面には導電性の金属化層として駆動電極２２１が形成されている。すべての駆動電極２１９は、流路２１４内の導電層を介して相互に電気的に接続されている。１つの噴射チャンネル２１３を挟む一対の側壁２１７のダミーチャンネル側の駆動電極２２１，２２１は、後述するように１つの給電線２２２に接続され、同一ダミーチャンネル２１５内にて隣接する駆動電極２２１，２２１間は分離溝２２５により分割され絶縁されている。アクチュエータ基板２００の上部端面２００ａの低段部２０２には、導電性の金属化層として形成された給電線２２２のパターンが設けられており、その各一端は、噴射チャンネル２１３を挟んで隣接する一対の駆動電極２２１に電気的に接続され、その他端は上部端面２００ａに配置された制御回路２６０に電気的に接続されている。噴射チャンネル内の駆動電極２１９は、図７に示すように流路２１４内の導電層、アクチュエータ基板の後端面、側面および前端面の各導電層２２６、給電線２２４を介して制御回路２６０に接続され、接地される。
【００４１】
制御回路２６０内の構成は前記実施の形態と同様である。また、制御回路１６０を外部の電源および信号源に接続するためのコネクタ２２３が、アクチュエータ基板の上部端面２００ａに形成されている。
【００４２】
ノズル兼マニホールド部材２３２は、合成樹脂材料により板状に形成され、噴射チャンネル２１３の位置に対応しかつ同一平面形状を有するインク流路２３４と、ダミーチャンネル２１５の位置に対応しかつ同一平面形状を有する空間２３５と、流路２１４の位置に対応しかつ同一平面形状を有し各インク流路２３４と接続する流路２３３とを有する。インク流路２３４と空間２３５とは側壁２３７によって隔てられている。インク流路２３４の天井面には、ノズル２１８がノズル兼マニホールド部材２３２の上部端面に開口するように形成されている。
【００４３】
ノズル兼マニホールド部材２３２は、アクチュエータ基板２００の高段部２１０における上部端面２００ａに接着剤２３８等により接合される。このとき流路２１４と流路２３４は、合体して１つのマニホールド流路を形成する。マニホールド流路は、インクカートリッジ等のインク供給源に接続される供給口２３６を外部に開口させている。
【００４４】
そして、前記実施の形態と同様に、噴射したい噴射チャンネル２１３を挟んで隣接する一対の駆動電極２２１、２２１に給電線２２２を介して制御回路２６０から電圧が印加され、すべての噴射チャンネル内の電極２１９を接地することによって、各側壁２１７が噴射チャンネル２１３の容積を増加する方向に圧電厚みすべり変形するとともに、マニホールド部材側の側壁２３７もそれにつれて変形する。そして上記の実施の形態と同様に所定の時間後駆動電極２２１、２２１に印加されている電圧を０（Ｖ）に戻すことにより、側壁２１７が変形前の状態に戻り、インクに圧力が加えられ、インク液滴がノズル２１８から噴射される。
【００４５】
次に、本実施の形態のインク噴射装置２０の製造方法について図１１を参照して説明する。
【００４６】
アクチュエータ基板２００を作製する方法としては、前記実施の形態と同様の射出成形法、またはシート成形後のプレス成形がある。いずれの成形法においても高段部２０１、低段部２０２、高段部に噴射チャンネル２１３、ダミーチャンネル２１５および流路２１４を有するアクチュエータ基板２００を所定形状に成形し、その後有機材料を除去する脱脂、続いてセラミックス化するための焼結を行う。そして、焼結体であるアクチュエータ基板２００を、そのままコロナ放電による電界中に保持することにより厚さ方向（矢印Ｐ方向）に分極する。その分極後、上部端面２００ａに給電線２２２、２２４およびコネクタ２２３のパターン以外の部分をマスクするマスク２２８を形成した後、図１１（ａ）に示すように、下部端面２００ｃを除くすべての表面にメッキなどの方法により導電性の金属化層（図中灰色部分）を形成する。
【００４７】
続いて、図１１（ｂ）に示すように、高段部２０１の上面すなわち側壁２１７の側壁上部端面の金属化層を、ダイヤモンド円盤等による平面研削装置等により平面状に除去する。これにより、噴射チャンネル２１３、ダミーチャンネル２１５内の金属化層は、それぞれ駆動電極２１９、２２１として分離される。またこの平面研削工程は、その後のノズル兼マニホールド部材２３２との接着界面となる面の平面度をあげ、その接着信頼性を向上させる役割も有している。続いて、前記マスク２２８をその表面に形成された金属化層とともに除去することで、給電線２２２、２２４およびコネクタ２２３のパターンが上部端面２００ａに残される。続いて制御回路２６０を、給電線２２２、２２４およびコネクタ２２３と接続されるように上部端面２００ａに接合する。
【００４８】
上述のように製造されたアクチュエータ基板２００に対して、図６、図９に示すように上部端面２００ａに、ノズル兼マニホールド部材２３２を接合する。
【００４９】
本実施の形態では、アクチュエータ基板において、給電線２２２などのパターンを形成する平面を、側壁２１７の上面よりも低くしたため、すべての金属化層を除去する必要のある側壁２１７上部の不要電極の除去を、平面研削などにより高速化できる。なお、給電線２２２などのパターンをマスクにより形成しているが、前記の実施の形態と同様に、ＹＡＧレーザのアブレーション加工により、不要な部分を除去することもできる。また、アクチュエータ基板とマニホールド部材の両流路２１４、２３３でマニホールド流路を形成しているが、アクチュエータ基板とマニホールド部材の一方のみに流路を形成しても差し支えない。この場合、流路内２１４内の金属化層に代えて基板の上部端面に金属化層を後で蒸着等によって帯状に形成する。
【００５０】
以上詳述したように、両実施の形態のインク噴射装置では、射出成形法またはシート成形＋プレス成形法などの量産に向いた方法でチャンネルや側壁を形成するため、複数列をなした多数チャンネル化が容易で低コストとなる。また、コロナ放電分極法にて分極することで、複雑形状のアクチュエータ基板であるが、分極用の電極が不要となる。その後の電極形成、給電線などのパターニング、制御回路との電気的接続などの工程が、アクチュエータ基板の同一の面にて行えるため、工程が簡略化でき低コストとなる。
【００５１】
さらに、アクチュエータ基板の上部端面と直角方向、すなわち側壁の高さ方向と平行方向にインクが噴射されるため、１つのアクチュエータ基板に対して、複数列のノズルを２次元的に配置することが可能になる。
【００５２】
なお、両実施の形態では、制御回路をアクチュエータ基板の上部端面に直接接合したが、各給電線の端部をコネクタとし、これにＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）を介して外部の制御回路に接続してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のインク噴射装置を示す分解斜視図である。
【図２】図１のアクチュエータ基板の平面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ線断面位置において動作を説明する図である。
【図４】図１の制御回路の構成を示すブロック図である。
【図５】図１のアクチュエータ基板の製造工程示す図である。
【図６】本発明の別の実施の形態のインク噴射装置を示す分解斜視図である。
【図７】図６のアクチュエータ基板を後端面方向から見た斜視図である。
【図８】図６のアクチュエータ基板の平面図である。
【図９】図６のインク噴射装置を組み立てた状態の斜視図である。
【図１０】図８のＸ−Ｘ線断面位置において動作を説明する図である。
【図１１】図６のアクチュエータ基板の製造工程示す図である。
【符号の説明】
１０、２０インク噴射装置
１００、２００アクチュエータ基板
１１８、２１８ノズル
１１３、２１３噴射チャンネル
１１７、２１７側壁
１００ａ、２００ａ上部端面
１２２、２２２給電線
１６０、２６０制御回路
１１９、２１９、２２１駆動電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an ink ejecting apparatus.
[0002]
[Prior art]
  Today, instead of conventional impact printing devices, the non-impact printing devices that are expanding the market greatly have the simplest principle and are easy to achieve multi-gradation and colorization. As an example, an ink jet printing apparatus may be used. Among them, a drop-on-demand type that ejects only ink droplets used for printing is rapidly spreading due to its good ejection efficiency and low running cost.
[0003]
  Typical examples of the drop-on-demand type include a Kaiser type disclosed in Japanese Patent Publication No. 53-12138 or a thermal jet type disclosed in Japanese Patent Publication No. 61-59914. Among these, the former is difficult to reduce in size, and the latter requires a heat resistance requirement for applying high heat to the ink, and each has a very difficult problem.
[0004]
  As a new method for simultaneously solving the above-described defects, a shear mode type using a piezoelectric ceramic disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-247051 has been proposed. The shear mode type ink ejecting apparatus includes a plurality of shear mode actuator walls that alternately form a plurality of ejection channels and spaces between the bottom wall and the top wall. The actuator wall is composed of two piezoelectric material portions in the height direction of the wall, and the upper and lower portions thereof are polarized in opposite directions to each other in the height direction. When a voltage is applied to the electrodes formed on both sides of a pair of actuator walls located on both sides of the ejection channel, an electric field perpendicular to the polarization direction is generated on the actuator walls, and the piezoelectric materials at the upper and lower parts of the actuator wall are shear-deformed, respectively. That is, it transforms into a roughly diamond shape. Since the polarization directions of the piezoelectric materials in the upper and lower parts are opposite, the volume of the ejection channel is changed and the ejection pressure is applied to the ink.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
  Conventionally, in this type of ink ejecting apparatus, it is difficult to electrically connect the electrode in the ejection channel and the control circuit, and the connection is performed by a wire bonding method. Further, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-132589, another groove is formed at the end of the channel, and the electrode in the ejection channel is connected to the bottom wall or ceiling through the conductive layer in the groove. Although it has been devised to connect to a connection wiring pattern formed on the wall, there is a problem that the cost is high in any case.
[0006]
  In addition, in order to arrange a plurality of ejection nozzle arrays, it is necessary to produce a plurality of ink ejection devices and stack them as many times as necessary, and control circuits for each electrical contact using a plurality of FPCs (flexible printed circuit boards) or the like. It was necessary to make an electrical connection.
[0007]
  The present invention has been made to solve the above-described problems,With electrodesAn object of the present invention is to provide an ink ejecting apparatus that can be easily electrically connected to a control circuit and has a low manufacturing cost.
[0008]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
  In order to achieve this object, an ink ejecting apparatus of the present invention includes a plurality of ejection channels that eject ink between a plurality of side walls made of a piezoelectric material that is at least partially polarized, and is formed on both side surfaces of the side walls. An ink ejecting apparatus for ejecting ink by applying a voltage to the side wall through the driven electrode to deform the side wall to apply pressure to the ink in the ejection channel, and has the plurality of ejection channels. An actuator substrate made of the piezoelectric material, and a manifold member having a manifold channel for supplying ink to the plurality of ejection channels,The actuator substrate is formed in an elongated groove shape opening in one plane portion thereof, the plurality of injection channels adjacent to each other with the polarized plurality of side walls interposed therebetween, and each of the injection channels, A plurality of drive electrodes formed on both side surfaces of the side wall;One end of the actuator substrate is electrically connected to the drive electrode and the other end is connected to the control circuit or the control circuit to the same plane portion as the plane portion where the plurality of ejection channels are opened. A power supply pattern connected to a connector is formed, and the manifold member has a plurality of ink flow paths at positions corresponding to the plurality of ejection channels of the actuator substrate, and positions corresponding to the plurality of side walls of the actuator substrate. A plurality of side walls separating each ink flow path, and the manifold flow path that is continuous with one end of each ink flow path and distributes ink to the ejection channel;Corresponding to the plurality of side walls of the actuator substrate and the plurality of side walls of the manifold member such that the side wall of the manifold member is deformed as the side wall is deformed by the voltage applied to the drive electrodes on both side surfaces thereof. The actuator and the manifold member are joined together.It is characterized by. For this reason, formation of electrodes and power supply patterns of a plurality of ejection channels, electrical connection with a control circuit, and the like can be easily performed on one surface of the actuator substrate. In addition, ink can be supplied to the plurality of ejection channels by the manifold flow path of the manifold member joined to the actuator substrate, and the side wall of the manifold member is also deformed according to the deformation of the sidewall of the actuator substrate by applying a voltage. Can be injected.
[0009]
  Preferably, in the above configuration, a plate member having a plurality of ink ejection nozzles respectively communicating with the plurality of ejection channels is fixed to the side of the actuator substrate opposite to the side to which the manifold member is bonded, and the actuator substrate is fixed. By ejecting ink in a direction perpendicular to the plane on which the plurality of channels are formed, the ink ejecting apparatus can be configured simply by superimposing the actuator substrate, the plate member, and the manifold member.
[0010]
  Preferably, in the above-described configuration, the plurality of ink flow paths and the manifold flow paths of the manifold member are formed so as to open to the side to be joined to the actuator substrate, so that ink can be supplied to the ejection channels from the manifold flow paths. It can be supplied with a simple configuration.
[0011]
  This configuration can be easily realized by the piezoelectric material constituting the side wall being polarized in the height direction of the side wall and the ink being ejected in a direction parallel to the polarization direction.
[0012]
  The invention according to claim 5 is provided with a plurality of channels including ejection channels for ejecting ink between a plurality of side walls made of a piezoelectric material polarized at least partially, and drive electrodes formed on both side surfaces of the side walls. In the ink ejecting apparatus for ejecting the ink by applying a voltage to the side wall through the pressure to apply pressure to the ink in the ejection channel by deforming the side wall,
  The plurality of channels made of the piezoelectric material and formed in an elongated groove shape opening in one flat portion thereof, and the actuator substrate having the polarized side walls separating the channels;
  A manifold in which a plurality of ink flow paths are formed at positions corresponding to the plurality of ejection channels of the actuator substrate, and a plurality of side walls separating the ink flow paths are formed at positions corresponding to the plurality of side walls of the actuator substrate. With members,
  A manifold channel for distributing ink to the ejection channel is formed between the actuator substrate and the manifold member,
  The actuator substrate is formed with the plurality of drive electrodes formed in both sides of each side wall in the plurality of channels,One end is electrically connected to the driving electrode formed on one side surface of the plurality of side walls of the actuator substrate, and the other end is connected to the control circuit or the planar circuit portion on the surface side where the plurality of channels are opened. A power feeding pattern to be connected to the connector connected to the control circuit is formed,
The drive electrode formed on the other side surface of the plurality of side walls of the actuator substrate is connected to a conductive layer on the surface of the actuator substrate side in the manifold channel,
  The plurality of side walls of the actuator substrate and the plurality of side walls of the manifold member are made to correspond to each other so that the side wall of the manifold member is deformed as the side wall is deformed by the voltage applied to the drive electrodes on both side surfaces thereof. The actuator and the manifold member are joined togetherCan be characterized.
[0013]
  The manifold channel can be easily configured by being formed between a channel formed in a concave shape on at least one of the actuator substrate and the manifold member and the other.
[0014]
  In addition, since the planar portion on which the power supply pattern is formed is at a lower position than the surface on which the plurality of channels are formed, the removal of unnecessary electrodes on the sidewall can be speeded up.
[0015]
  Further, the plurality of channels include the plurality of ejection channels and a plurality of dummy channels arranged alternately with the ejection channels, and the manifold member includes the plurality of ink flow paths corresponding to the plurality of ejection channels. A plurality of spaces corresponding to the plurality of dummy channels, and each ink flow path is separated by a side wall of the manifold member sandwiching the space, thereby alternately forming the ejection channels and the dummy channels. Even if it is arranged, the side wall of the manifold member can be deformed in accordance with the deformation of the side wall of the actuator substrate by applying a voltage, and ink can be ejected.
[0016]
  In addition, nozzles are formed on the ceiling surface of the ink flow path so as to open on the surface of the manifold member opposite to the actuator substrate. According to this configuration, the ink ejecting apparatus can be simply configured without using the plate member having the ink ejecting nozzle. Since the manifold member is formed of a synthetic resin material, the side wall of the manifold member can be deformed according to the deformation of the side wall of the actuator substrate by applying voltage, and ink can be ejected.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, in order to simplify the description, the arrangement of the injection nozzles is 7 nozzles × 2 rows. However, this is not limited to this, and a larger number of arrangements are possible.
[0018]
  As shown in FIG. 1, the ink ejecting apparatus 10 includes an actuator substrate 100, a nozzle plate 140, a manifold member 132, and a control circuit 160 formed as an IC chip.
[0019]
  The actuator substrate 100 is made of a plate-like lead zirconate titanate (PZT) piezoelectric ceramic material, and a plurality of ejection channels 113 are formed in two rows on the actuator substrate 100. Each ejection channel 113 has an elongated groove shape in the surface direction of the actuator substrate, and penetrates in the thickness direction of the actuator substrate. Adjacent injection channels 113 in each row are arranged with a side wall 117 therebetween. Further, the piezoelectric material forming the side wall 117 is polarized in the thickness direction (arrow P) of the actuator substrate.
[0020]
  A drive electrode 119 is formed on the inner surface of the ejection channel 113 as a conductive metallization layer. All the drive electrodes 119 are electrically insulated. The upper end surface 100a of the actuator substrate 100 is provided with a pattern of a power supply line 122 formed as a conductive metallization layer, one end of which is electrically connected to the drive electrode 119 and the other end is an upper portion. It is electrically connected to a control circuit 160 disposed on the end face 100a.
[0021]
  The pattern of the power supply line 122 extends along each row of the ejection channel 113 between the ejection channel 113 and one side edge of the actuator substrate 100, and is provided in the vicinity of one end of the upper end surface 100 a of the actuator substrate 100. 160. Further, a connector 123 for connecting the control circuit 160 to an external power source and a signal source is formed on the upper end surface 100a of the actuator substrate 100.
[0022]
  The manifold member 132 is formed in a plate shape from a synthetic resin material, and has a plurality of ink flow paths 134 that are substantially flush with the ejection channels 113 at positions corresponding to the ejection channels 113 and the ink flow. A manifold channel 133 that is continuous with one end of the path 134 and a supply port 136 that supplies ink to the manifold channel 133 from an ink supply source such as an ink cartridge. The plurality of ink flow paths 134 are arranged with a side wall 137 therebetween. The manifold channel 133 extends along each column of the ink channels 134. The manifold member 132 is joined to the upper end surface 100a of the actuator substrate 100 by an adhesive 138 or the like (FIG. 3) so that the ink flow path 134 and the ejection channel 113 communicate with each other and the side wall 117 and the side wall 137 correspond to each other. ing. In the case of the present embodiment, the manifold channel 133 is provided for each column of the ink channels 134 and supplies different ink to each column of the ejection channels 113, but is common to the plurality of ink channels 134. The manifold flow path 133 may be provided, and the same color ink may be supplied to the plurality of rows of ejection channels 113.
[0023]
  The nozzle plate 140 is provided with nozzles 118 for ejecting ink at positions corresponding to the plurality of ejection channels 113, and the lower end surface 100 b of the actuator substrate 100 so that the nozzles 118 communicate with the ink flow paths 113. It is joined by bonding or the like. The nozzle 118 is opened so as to eject ink in a direction perpendicular to the surface 100a on which the ejection channel of the actuator substrate 100 is formed.
[0024]
  As shown in FIG. 4, the control circuit 160 includes a serial-parallel converter 31, a data latch 32, an AND gate 33, and an output circuit 34. The serial-parallel converter 31 includes a shift register having a bit length corresponding to the number of ejection channels, and receives transfer data DATA transferred serially from an external signal source in synchronization with the transfer clock TCK. In accordance with the rising edge, the transfer data DATA is converted into parallel data PD0 to PD63. The data latch 32 latches each of the parallel data PD0 to PD63 according to the rising edge of the strobe signal STB transferred from the external signal source. The AND gate 33 takes the logical product of each parallel data PD0 to PD63 output from the data latch 32 and the print clock ICK transferred from the external signal source, and performs the logical product for each parallel data PD0 to PD63. The drive data A0 to A63 are generated as a result of the above. The output circuit 34 generates a voltage (drive signal) suitable for the print head based on the drive data A0 to A63, and outputs the drive signal to the drive electrode 119.
[0025]
  As described above, a voltage is applied from the control circuit 160 to the drive electrode 119 corresponding to the ejection channel to be ejected via the feeder line 122, and the drive electrode 119 corresponding to the adjacent ejection channel is grounded. The both side walls 117 of the ink flow path 113 are deformed by a piezoelectric thickness in the direction of increasing the volume of the ink flow path 113. For example, as shown in FIG. 3, when the voltage E (V) is applied to the drive electrodes 119c, d and the adjacent drive electrodes 119b, e are grounded, the side walls 117a, b are orthogonal to the polarization direction P (arrows). E) electric field is generated, and both side walls 117a and 117b are subjected to piezoelectric thickness slip deformation in the direction of increasing the volume of the ink flow path 113a. In accordance with the deformation, the side wall 137 of the manifold member connected to the side walls 117a and 117b is also deformed. At this time, the pressure in the ejection channel 113a including the vicinity of the nozzle 118a decreases. This state is maintained for a one-way propagation time T in the longitudinal direction in the pressure wave injection channel 113. In the meantime, ink is supplied from a manifold (not shown).
[0026]
  The one-way propagation time T is a time required for the pressure wave in the ejection channel 113 to propagate in the longitudinal direction of the ejection channel 113, and the length L of the ejection channel 113 and the ink in the ejection channel 113 are contained in the ink. T = L / a is determined by the speed of sound a.
[0027]
  According to the pressure wave propagation theory, the pressure in the injection channel 113 reverses and changes to a positive pressure after approximately T time has elapsed from the application of the voltage, but the pressure in the flow path electrodes 119c and 119d changes to this timing. The applied voltage is returned to 0 (V).
[0028]
  Then, the side walls 117a and 117b return to the state before deformation, and pressure is applied to the ink. At that time, the pressure turned positive and the pressure generated by the side walls 117a, b returning to the state before deformation are added together, and a relatively high pressure is generated in the vicinity of the nozzle 118a of the ejection channel 113a, Ink droplets are ejected from the nozzle 118a.
[0029]
  Next, a manufacturing method of the ink ejecting apparatus 10 of the present embodiment will be described.
[0030]
  The actuator substrate 100 is formed with a plurality of ejection channels 113 penetrating in a plurality of rows. As a method for producing this shape, an injection molding method or press molding after sheet molding is suitable. The former injection molding method is a molding method generally used in conventional resin-based materials. As a material to be molded, lead zirconate titanate (PZT) ceramic raw material powder, or the same pre-sintered powder and organic material are used. As shown in FIG. 5A, the mixture is formed into a plate shape having a plurality of rows of injection channels 113 and side walls 117, and then a degreasing process for removing the organic material is performed, followed by ceramicization. The sintering process for this is performed. Press molding after the latter sheet molding is performed by using a lead zirconate titanate (PZT) ceramic raw material powder or a mixture of the pre-sintered powder and an organic material into a sheet shape by a method such as a doctor blade method, and then pressing. It forms into said shape by shaping | molding, Then, the degreasing process which removes the said organic material is performed, and the sintering process for converting into ceramics is performed subsequently. In the latter press molding after the sheet molding, it is easier to obtain a plurality of molded products from one sheet and the productivity is higher.
[0031]
  Subsequently, the actuator substrate 100 which is a sintered body is polarized in the thickness direction (arrow P direction) by holding it in an electric field by corona discharge as it is. As shown in FIG. 5B, after polarization, a conductive metallized layer (gray portion in the figure) is formed on all surfaces except the lower end face 100b by a method such as plating. Thereafter, a protective film (not shown) is formed on at least the surface of the drive electrode 119 in the ink flow path 113.
[0032]
  Subsequently, as shown in FIG. 5C, the metallized layer at the unnecessary portion of the upper end surface 100a is removed by ablation processing using a YAG laser or the like, leaving the pattern of the feeder line 122 and the connector 123. Thereby, the metallized layer is separated as the drive electrode 119 in the injection channel 113, that is, for each side wall, and the pattern of the feeder line 122 and the connector 123 is separated.NSeparated. Subsequently, the control circuit 160 is joined to the upper end surface 100 a so as to be electrically connected to the power supply line 122 and the connector 123.
[0033]
  As shown in FIG. 1, the manifold member 132 is bonded to the actuator substrate 100 manufactured as described above on the upper end surface 100a so that the ink flow path 134 and the ejection channel 113 communicate with each other. Next, the nozzle plate 140 is bonded to the lower end surface 100b so that the nozzle 118 and the ink flow path 113 communicate with each other.
[0034]
  In the present embodiment, the ink flow path penetrates the actuator substrate, and the nozzle and the manifold component are configured on different surfaces with the actuator substrate interposed therebetween. Therefore, the components such as the ink cartridge connected to the manifold are separated from the nozzle. The ink ejection is not disturbed.
[0035]
  In addition, after forming the metallized layer on the entire upper end face 100a, unnecessary portions were removed to form a pattern such as the power supply line 122. However, before performing the plating process or the like in FIG. It is also possible to apply a mask to unnecessary portions of the chemical layer and remove the mask member after the plating process or the like.
[0036]
  Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, in order to simplify the description, the arrangement of the injection nozzles is 2 nozzles × 2 rows. However, in actuality, this is not limited to this, and a larger number of arrangements are possible.
[0037]
  As shown in FIGS. 6 and 9, the ink ejecting apparatus 20 includes an actuator substrate 200, a nozzle / manifold member 232 having a nozzle 218, and a control circuit 221.
[0038]
  As shown in FIG. 6, the actuator substrate 200 is formed in a plate shape from a lead zirconate titanate (PZT) piezoelectric ceramic material. The actuator substrate 200 has an elongated groove-shaped ejection channel 213 and a dummy channel. A plurality of channels 215 are alternately arranged across the side wall 217. The side wall 217 is polarized in the thickness direction (arrow P) of the actuator substrate. In the upper end surface 200a of the actuator substrate 200, a portion where the channels 213 and 215 and the side wall 217 are provided is a high step portion 201, and a peripheral portion thereof is a low step portion 202 lower than that.
[0039]
  The channels 213 and 215 are arranged in two rows, have a bottomed shape as shown in FIG. 10, and do not penetrate the lower end surface 200 of the actuator substrate 200 as in the above-described embodiment. Each injection channel 213 is connected to a flow path 214 extending along the row at an intermediate position between the two rows of injection channels. Each dummy channel 215 has one end connected to the side surface of the high step portion 210 and opens to the outside.
[0040]
  A drive electrode 219 is formed on the inner surface of the ejection channel 213 as a conductive metallization layer, and a drive electrode 221 is formed on the inner surface of the dummy channel 215 as a conductive metallization layer. All the drive electrodes 219 are electrically connected to each other through a conductive layer in the flow path 214. The drive electrodes 221 and 221 on the dummy channel side of the pair of side walls 217 sandwiching one injection channel 213 are connected to one feed line 222 as will be described later, and adjacent drive electrodes 221 and 221 in the same dummy channel 215. The space is divided and insulated by a separation groove 225. The lower step portion 202 of the upper end surface 200a of the actuator substrate 200 is provided with a pattern of a power supply line 222 formed as a conductive metallization layer, and one end thereof is adjacent to each other with the ejection channel 213 interposed therebetween. The other end is electrically connected to a control circuit 260 disposed on the upper end surface 200a. As shown in FIG. 7, the drive electrode 219 in the ejection channel is connected to the control circuit 260 via the conductive layer in the flow path 214, the respective conductive layers 226 on the rear end surface, side surface and front end surface of the actuator substrate, and the feeder line 224. And grounded.
[0041]
  The configuration in the control circuit 260 is the same as that in the above embodiment. A connector 223 for connecting the control circuit 160 to an external power source and a signal source is formed on the upper end surface 200a of the actuator substrate.
[0042]
  The nozzle / manifold member 232 is formed of a synthetic resin material in a plate shape, corresponds to the position of the ejection channel 213 and has the same planar shape, and corresponds to the position of the dummy channel 215 and has the same planar shape. And a channel 233 corresponding to the position of the channel 214 and having the same planar shape and connected to each ink channel 234. The ink flow path 234 and the space 235 are separated by a side wall 237. A nozzle 218 is formed on the ceiling surface of the ink flow path 234 so as to open to the upper end surface of the nozzle / manifold member 232.
[0043]
  The nozzle / manifold member 232 is bonded to the upper end surface 200a of the high step portion 210 of the actuator substrate 200 by an adhesive 238 or the like. At this time, the channel 214 and the channel 234 are combined to form one manifold channel. The manifold channel opens a supply port 236 connected to an ink supply source such as an ink cartridge to the outside.
[0044]
  Similarly to the above-described embodiment, a voltage is applied from the control circuit 260 to the pair of drive electrodes 221 and 221 adjacent to each other across the injection channel 213 to be injected via the feeder line 222, and the electrodes in all the injection channels By grounding 219, each side wall 217 undergoes a piezoelectric thickness slip deformation in the direction of increasing the volume of the injection channel 213, and the side wall 237 on the manifold member side is also deformed accordingly. As in the above embodiment, the voltage applied to the drive electrodes 221 and 221 after a predetermined time is returned to 0 (V), so that the side wall 217 returns to the state before deformation and pressure is applied to the ink. Ink droplets are ejected from the nozzle 218.
[0045]
  Next, a manufacturing method of the ink ejecting apparatus 20 of the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0046]
  As a method of manufacturing the actuator substrate 200, there are an injection molding method similar to that of the above embodiment, or press molding after sheet molding. In any of the molding methods, the degreasing is performed by molding the actuator substrate 200 having the high step portion 201, the low step portion 202, the injection channel 213, the dummy channel 215, and the flow path 214 in the high step portion into a predetermined shape, and then removing the organic material. Subsequently, sintering for converting to ceramics is performed. The actuator substrate 200, which is a sintered body, is polarized in the thickness direction (arrow P direction) by holding it as it is in an electric field by corona discharge. After the polarization, a mask 228 for masking portions other than the patterns of the feeder lines 222 and 224 and the connector 223 is formed on the upper end surface 200a, and then, on all surfaces except the lower end surface 200c, as shown in FIG. A conductive metallized layer (gray portion in the figure) is formed by a method such as plating.
[0047]
  Subsequently, as shown in FIG. 11 (b), the metallized layer on the upper surface of the high step portion 201, that is, the side wall upper end surface of the side wall 217, is removed in a planar shape by a surface grinding apparatus using a diamond disk or the like. Thereby, the metallized layers in the ejection channel 213 and the dummy channel 215 are separated as the drive electrodes 219 and 221, respectively. This surface grinding process also has a role of increasing the flatness of the surface that becomes the bonding interface with the nozzle / manifold member 232 and improving the bonding reliability. Subsequently, the mask 228 is removed together with the metallization layer formed on the surface thereof, so that the patterns of the feeder lines 222 and 224 and the connector 223 are left on the upper end surface 200a. Subsequently, the control circuit 260 is joined to the upper end surface 200 a so as to be connected to the feeder lines 222 and 224 and the connector 223.
[0048]
  As shown in FIGS. 6 and 9 for the actuator substrate 200 manufactured as described above.OnThe nozzle / manifold member 232 is joined to the part end surface 200a.
[0049]
  In the present embodiment, since the plane on which the pattern such as the feeder line 222 is formed is lower than the upper surface of the side wall 217 in the actuator substrate, the unnecessary electrode on the side wall 217 that needs to be completely removed is removed. Can be speeded up by surface grinding. Although the pattern of the feeder line 222 and the like is formed using a mask, unnecessary portions can be removed by ablation processing of a YAG laser as in the above embodiment. In addition, although the manifold flow path is formed by both the flow paths 214 and 233 of the actuator substrate and the manifold member, the flow path may be formed only in one of the actuator substrate and the manifold member. In this case, instead of the metallized layer in the flow path 214, a metallized layer is later formed on the upper end surface of the substrate in a band shape by vapor deposition or the like.
[0050]
  As described in detail above, in the ink ejecting apparatus of both embodiments, a plurality of channels are formed in a plurality of rows because the channels and side walls are formed by a method suitable for mass production such as an injection molding method or a sheet molding + press molding method. Is easy and low cost. Moreover, although the actuator substrate has a complicated shape by being polarized by the corona discharge polarization method, an electrode for polarization becomes unnecessary. Subsequent processes such as electrode formation, patterning of feeder lines, electrical connection with the control circuit, etc. can be performed on the same surface of the actuator substrate, so the process can be simplified and the cost can be reduced.
[0051]
  Furthermore, since ink is ejected in a direction perpendicular to the upper end surface of the actuator substrate, that is, in a direction parallel to the height direction of the side wall, a plurality of nozzles can be two-dimensionally arranged on one actuator substrate. become.
[0052]
  In both embodiments, the control circuit is directly joined to the upper end surface of the actuator substrate. However, the end of each power supply line is used as a connector, which is connected to an external control circuit via an FPC (flexible printed circuit board). May be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating an ink ejecting apparatus according to an embodiment of the invention.
FIG. 2 is a plan view of the actuator substrate of FIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation at a cross-sectional position along line XX in FIG. 2;
4 is a block diagram showing a configuration of a control circuit in FIG. 1. FIG.
5 is a view showing a manufacturing process of the actuator substrate of FIG. 1; FIG.
FIG. 6 is an exploded perspective view illustrating an ink ejecting apparatus according to another embodiment of the invention.
7 is a perspective view of the actuator substrate of FIG. 6 as viewed from the rear end face direction.
8 is a plan view of the actuator substrate of FIG. 6. FIG.
9 is a perspective view showing a state in which the ink ejecting apparatus of FIG. 6 is assembled.
10 is a diagram for explaining an operation at a cross-sectional position along the line XX in FIG. 8; FIG.
11 is a view showing a manufacturing process of the actuator substrate of FIG. 6; FIG.
[Explanation of symbols]
  10, 20 Ink ejection device
  100, 200 Actuator board
  118, 218 nozzles
  113, 213 Injection channel
  117, 217 side wall
  100a, 200a Upper end face
  122, 222 Feed line
  160, 260 Control circuit
  119, 219, 221 Drive electrode

Claims

少なくとも一部が分極された圧電材料で構成した複数の側壁間にインクを噴射する複数の噴射チャンネルを備え、前記側壁の両側面に形成された駆動電極をとおして前記側壁に電圧を印加することにより、前記側壁を変形させ前記噴射チャンネル内のインクに圧力を与えてそのインクを噴射するインク噴射装置において、
前記複数の噴射チャンネルを有する前記圧電材料製のアクチュエータ基板と、前記複数の噴射チャンネルにインクを供給するマニホールド流路を有するマニホールド部材とを備え、
前記アクチュエータ基板は、その一つの平面部に開口して細長い溝形状に形成され、前記分極された複数の側壁を隔てて隣接した前記複数の噴射チャンネルと、前記噴射チャンネル内であって、前記各側壁の両側面に形成された前記複数の駆動電極とを有し、前記アクチュエータ基板の、前記複数の噴射チャンネルが開口された前記平面部と同一の平面部に、一端が前記駆動電極と電気的に接続され、他端が制御回路または、その制御回路に接続されるコネクタに接続する給電パターンが形成され、
前記マニホールド部材には、前記アクチュエータ基板の複数の噴射チャンネルに対応した位置に複数のインク流路と、前記アクチュエータ基板の前記複数の側壁と対応した位置に、前記各インク流路を隔てる複数の側壁と、前記各インク流路の一端に連続しかつ前記噴射チャンネルにインクを分配する前記マニホールド流路とが形成され、
前記側壁がその両側面の前記駆動電極に印加した前記電圧により変形するにしたがって、前記マニホールド部材の側壁が変形するように、前記アクチュエータ基板の複数の側壁と前記マニホールド部材の複数の側壁とを対応させて、前記アクチュエータと前記マニホールド部材とが接合されていることを特徴とするインク噴射装置。A plurality of ejection channels for ejecting ink between a plurality of side walls made of a piezoelectric material at least partially polarized, and applying a voltage to the side walls through drive electrodes formed on both side surfaces of the side walls; In the ink ejecting apparatus for ejecting the ink by deforming the side wall and applying pressure to the ink in the ejection channel,
An actuator substrate made of the piezoelectric material having the plurality of ejection channels, and a manifold member having a manifold channel for supplying ink to the plurality of ejection channels;
The actuator substrate is formed in an elongated groove shape opening in one plane portion thereof, the plurality of injection channels adjacent to each other with the polarized plurality of side walls interposed therebetween, and each of the injection channels, A plurality of drive electrodes formed on both side surfaces of the side wall , and one end of the actuator substrate is electrically connected to the drive electrode at the same plane portion as the plane portion where the plurality of ejection channels are opened. Is connected to the control circuit, or the other end is connected to the control circuit or a connector connected to the control circuit.
The manifold member includes a plurality of ink flow paths at positions corresponding to the plurality of ejection channels of the actuator substrate, and a plurality of side walls separating the ink flow paths at positions corresponding to the plurality of sidewalls of the actuator substrate. And the manifold channel that is continuous with one end of each ink channel and distributes ink to the ejection channel,
Corresponding to the plurality of side walls of the actuator substrate and the plurality of side walls of the manifold member such that the side wall of the manifold member is deformed as the side wall is deformed by the voltage applied to the drive electrodes on both side surfaces thereof. The ink ejecting apparatus is characterized in that the actuator and the manifold member are joined .

前記アクチュエータ基板の前記マニホールド部材が接合されている側とは反対側に、前記複数の噴射チャンネルとそれぞれ連通した複数のインク噴射ノズルを有するプレート部材を固定し、前記アクチュエータ基板の複数のチャンネルを形成した平面と直角な方向にインクを噴射することを特徴とする請求項１記載のインク噴射装置。 A plate member having a plurality of ink ejection nozzles respectively communicating with the plurality of ejection channels is fixed to the side of the actuator substrate opposite to the side to which the manifold member is bonded to form a plurality of channels of the actuator substrate. The ink ejecting apparatus according to claim 1, wherein the ink is ejected in a direction perpendicular to the flat surface.

前記マニホールド部材の複数のインク流路およびマニホールド流路は、前記アクチュエータ基板と接合する側に開口して形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のインク噴射装置。 3. The ink ejecting apparatus according to claim 1, wherein the plurality of ink flow paths and the manifold flow paths of the manifold member are formed so as to open to a side to be joined to the actuator substrate.

前記側壁を構成する圧電材料は、該側壁の高さ方向に分極されており、かつインクは該分極方向と平行な方向に噴射することを特徴とする請求項２記載のインク噴射装置。 3. The ink ejecting apparatus according to claim 2, wherein the piezoelectric material constituting the side wall is polarized in a height direction of the side wall, and the ink is ejected in a direction parallel to the polarization direction.

少なくとも一部が分極された圧電材料で構成した複数の側壁間にインクを噴射する噴射チャンネルを含む複数のチャンネルを備え、前記側壁の両側面に形成された駆動電極をとおして前記側壁に電圧を印加することにより、前記側壁を変形させ前記噴射チャンネル内のインクに圧力を与えてそのインクを噴射するインク噴射装置において、
前記圧電材料製であって、その一つの平面部に開口して細長い溝形状に形成された前記複数のチャンネル、および、その各チャンネルを隔てる前記分極された側壁を有するアクチュエータ基板と、
前記アクチュエータ基板の複数の噴射チャンネルに対応した位置に複数のインク流路と、前記アクチュエータ基板の前記複数の側壁と対応した位置に、前記各インク流路を隔てる複数の側壁とが形成されたマニホールド部材とを備え、
前記アクチュエータ基板と前記マニホールド部材との間には前記噴射チャンネルにインクを分配するマニホールド流路が形成され、
前記アクチュエータ基板には、前記複数のチャンネル内であって、前記各側壁の両側面に形成された前記複数の駆動電極が形成されていて、前記複数のチャンネルが開口された面側の平面部に、一端が前記アクチュエータ基板の前記複数の側壁の一方の側面に形成された駆動電極と電気的に接続され、他端が制御回路または、その制御回路に接続されるコネクタに接続する給電パターンが形成されていて、
前記アクチュエータ基板の前記複数の側壁の他方の側面に形成された駆動電極は、前記マニホールド流路内の前記アクチュエータ基板側の面にある導電層と接続され、
前記側壁がその両側面の前記駆動電極に印加した前記電圧により変形するにしたがって、前記マニホールド部材の側壁が変形するように、前記アクチュエータ基板の複数の側壁と前記マニホールド部材の複数の側壁とを対応させて、前記アクチュエータと前記マニホールド部材とが接合されていることを特徴とするインク噴射装置。A plurality of channels including ejection channels for ejecting ink between a plurality of side walls made of a piezoelectric material polarized at least partially; and a voltage is applied to the side walls through drive electrodes formed on both side surfaces of the side walls. In the ink ejecting apparatus for ejecting the ink by applying pressure to the ink in the ejection channel by deforming the side wall by applying,
The plurality of channels made of the piezoelectric material and formed in an elongated groove shape opening in one flat portion thereof, and the actuator substrate having the polarized side walls separating the channels;
A manifold in which a plurality of ink flow paths are formed at positions corresponding to the plurality of ejection channels of the actuator substrate, and a plurality of side walls separating the ink flow paths are formed at positions corresponding to the plurality of side walls of the actuator substrate. With members,
A manifold channel for distributing ink to the ejection channel is formed between the actuator substrate and the manifold member,
In the actuator substrate, the plurality of drive electrodes formed on both side surfaces of the side walls are formed in the plurality of channels , and are formed on a plane portion on the surface side where the plurality of channels are opened. , One end is electrically connected to a drive electrode formed on one side surface of the plurality of side walls of the actuator substrate, and the other end is formed with a power supply pattern connected to a control circuit or a connector connected to the control circuit. Have been
The drive electrode formed on the other side surface of the plurality of side walls of the actuator substrate is connected to a conductive layer on the surface of the actuator substrate side in the manifold channel,
Corresponding to the plurality of side walls of the actuator substrate and the plurality of side walls of the manifold member such that the side wall of the manifold member is deformed as the side wall is deformed by the voltage applied to the drive electrodes on both side surfaces thereof. The ink ejecting apparatus is characterized in that the actuator and the manifold member are joined .

前記マニホールド流路は、前記アクチュエータ基板と前記マニホールド部材との少なくとも一方に凹状に形成された流路と他方との間に形成されていることを特徴とする請求項５に記載のインク噴射装置。 The ink ejecting apparatus according to claim 5, wherein the manifold channel is formed between a channel formed in a concave shape in at least one of the actuator substrate and the manifold member and the other.

前記給電パターンが形成された平面部は、前記複数のチャンネルが形成された面よりも、低い位置にあることを特徴とする請求項５または６に記載のインク噴射装置。 7. The ink ejecting apparatus according to claim 5, wherein the planar portion on which the power feeding pattern is formed is located at a position lower than the surface on which the plurality of channels are formed.

前記複数のチャンネルは、前記複数の噴射チャンネルと、その噴射チャンネルと交互に配置される複数のダミーチャンネルとからなり、前記マニホールド部材は、前記複数の噴射チャンネルに対応した前記複数のインク流路と、前記複数のダミーチャンネルに対応した前記複数の空間とを備え、
前記各インク流路は、前記空間を挟んだ前記マニホールド部材の側壁によって隔てられることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のインク噴射装置。The plurality of channels include the plurality of ejection channels and a plurality of dummy channels arranged alternately with the ejection channels, and the manifold member includes the plurality of ink flow paths corresponding to the plurality of ejection channels. The plurality of spaces corresponding to the plurality of dummy channels,
The ink ejecting apparatus according to claim 5, wherein each of the ink flow paths is separated by a side wall of the manifold member that sandwiches the space.

前記インク流路の天井面には、前記マニホールド部材の前記アクチュエータ基板とは反対側の面に開口するようにノズルが形成されていることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載のインク噴射装置。 9. The nozzle according to claim 5, wherein a nozzle is formed on the ceiling surface of the ink flow path so as to open on a surface of the manifold member opposite to the actuator substrate. Ink ejection device.

前記マニホールド部材は、合成樹脂材料により形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のインク噴射装置。 The ink ejecting apparatus according to claim 1, wherein the manifold member is made of a synthetic resin material.