JP2964672B2 - 圧電式液滴噴射装置 - Google Patents

圧電式液滴噴射装置

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JP2964672B2 JP5466991A JP5466991A JP2964672B2 JP 2964672 B2 JP2964672 B2 JP 2964672B2 JP 5466991 A JP5466991 A JP 5466991A JP 5466991 A JP5466991 A JP 5466991A JP 2964672 B2 JP2964672 B2 JP 2964672B2
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piezoelectric
ink flow
ink
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ejecting apparatus
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雅彦 鈴木
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    • B41J2202/00Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/10Finger type piezoelectric elements

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】 本発明は圧電式液滴噴射装置に
係わり、さらに詳しくは圧電トランスデューサの変形を
利用した圧電式液滴噴射装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、プリンタヘッドに圧電式インクジ
ェットを利用したものが近年提案されている。これは、
圧電アクチュエータの寸法変位によってインク流路の容
積を変化させることにより、その容積減少時にインク流
路内のインクをオリフィスから噴射し、容積増大時に他
方の弁からインク流路内にインクを導入するようにした
もので、ドロップオンデマンド方式と呼ばれている。そ
して、このような噴射装置を多数互いに近接して配設
し、所定の位置の噴射装置からインクを噴射させること
により、所望する文字や画像を形成するのである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧電式液滴噴射装置は一つの噴射装置に一つの圧電アク
チュエータが用いられているため、高解像度で広い範囲
の印字を行うために多数の噴射装置を密集して配置しよ
うとすると、その構造が複雑で製造工数が多く、高価に
なるという問題がある。
【0004】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、構造が簡単で製造コストが安
く、しかも高い解像度が得られる圧電式液滴噴射装置を
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の圧電式液滴噴射装置は圧電トランスデューサ
を用いてインク流路の容積を変化させることによりイン
ク流路のインクを噴射する噴射装置を多数備えており、
その圧電トランスデューサが、分極方向と平行方向に貫
してのびる複数のインク流路を有する圧電材料であ
り、かつ駆動電界方向が前記分極方向と垂直となるよう
構成してある。好ましくは、前記圧電トランスデューサ
が板状であり、その板厚方向に分極され、かつその板厚
方向に前記複数のインク流路が貫通するように構成す
る。 さらに、前記圧電トランスデューサが、分極方向が
相互に反対な2枚の前記圧電材料を接合したものであ
り、前記複数のインク流路が前記両圧電材料を貫通して
延びるように構成する。 また、前記インク流路が前記圧
電トランスデューサの平面に沿って複数の対称軸をもっ
て幾何学図形状に配置されるように構成する。
【0006】
【作用】上記の構成を有する本発明の圧電式液滴噴射装
置によれば、所定の噴射装置に対応するインク流路の周
囲の圧電材料が、圧電厚みすべり効果の変形をし、流路
内のインクが噴射装置から噴射される。
【0007】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を、図1
乃至図10を参照して詳細に説明する。図10は、本発
明の一実施例である圧電式液滴噴射装置を搭載するイン
クジェットプリンタの要部を示す図であり、紙58を支
持するプラテン36は、軸38によりフレーム40に回
転可能に取り付けられており、モータ42によって駆動
される。プラテン36に対向して圧電式液滴噴射装置4
4が設けられている。圧電式液滴噴射装置44は、イン
ク供給装置46と共にキャリッジ48上に載置されてい
る。キャリッジ48はプラテン36の軸線平行に配設さ
れた2本のガイドロッド50に摺動可能に支持されると
共に、一対のプーリ52に巻き掛けられたタイミングベ
ルト56が結合させられている。そして、一方のプーリ
52がモータ54によって回転させられ、タイミングベ
ルト56が送られることによりキャリッジ48はプラテ
ン36に沿って移動させられる。
【0008】図1は、前記圧電式液滴噴射装置44に用
いられるアレー1の断面図である。また、図2は、該ア
レー1の縦断面図(図1におけるx−x’縦断面図)で
ある。アレー1は、矢印26の方向に分極処理を施し、
かつ直径が0.5mmの貫通孔を中心間距離0.75m
mで図1のように六回対称軸をもつ幾何学的図形状に配
置した厚さ1.25mmの上部圧電セラミックス板2
と、矢印28の方向に分極処理を施し、かつ前記上部圧
電セラミックス板2と同様に直径が0.5mmの貫通孔
を中心間距離0.75mmで図1のように六回対称軸を
もつ幾何学的図形状に配置した厚さ1.25mmの下部
圧電セラミックス板3とを、接着層14を介して接合し
てなる。ここで前記貫通孔により形成されるインク流路
4は直径0.5mmの円形断面であり、流路長さは2.
5mm、流路を分ける両圧電セラミックス2、3の壁の
横幅は最小で0.25mmである。全てのインク流路4
の内壁表面には電極6を形成し、さらに該電極6の表面
はインクとの絶縁の為の絶縁処理が施してある。また、
上部圧電セラミックス板2の上部表面には各インク流路
4に対応するオリフィス10を有するオリフィスプレー
ト8、下部圧電セラミックス板4の下部表面には、各イ
ンク流路4に対応する上述したインク供給装置46に連
結するインク供給路13を有する底プレート12が接合
してある。噴射装置34は液滴を噴射するオリフィス1
0と、インク流路4と、インク供給路13、及び流路内
容積を変えインクに圧力を与えるための圧電セラミック
ス2、3からなり、アレー1は9個の噴射装置34を有
する前記圧電式液滴噴射装置44を構成している。
【0009】前記アレー1は以下の製造法によって製造
される。
【0010】図5に示すように、まず強誘電性を有する
チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料
にて、上述したようなインク流路4を形成する貫通孔を
有する圧電セラミックス板2、3の成形体を射出成形を
利用し作製する。その後脱脂工程、焼結工程、板の厚み
方向への分極処理、無電解銅(またはニッケル)めっき
処理による電極形成、および電極の絶縁処理を行う。そ
して図に示したように貫通孔の中心を通る波線に沿った
切断工程と板上下表面に付着した余分な電極を除きかつ
平面度をよくするための上下端面加工を経て圧電セラミ
ックス板2、3を得る。このとき成形法として押し出し
成形法を用いてもよいし、または予め焼結した圧電セラ
ミックス板に機械加工により穴をあけてもよい。
【0011】また電極形成法として銅、またはニッケル
のスパッタ法(穴の内部表面に電極形成するために穴の
軸と金属原子の平行ビームとを傾斜させると良い)を用
いても同様な圧電セラミックス板2、3が得られる。こ
のようにして得た上部圧電セラミックス板2と下部圧電
セラミックス板3と、各インク流路4に対応するオリフ
ィス10を形成したオリフィスプレート8と、各インク
流路4に対応するインク供給路13を形成しかつ流路内
の電極と駆動用LSIチップ16とを電気的に連結する
ための配線を下部表面に施した底プレート12とを前記
圧電セラミックス2、3の分極が低下しないように該圧
電セラミックス板2、3のキュリー温度より十分低い温
度で図6のように接合する。そして前記駆動用LSIチ
ップ16を装着しアレー1が得られる。
【0012】各アレー1には、それぞれ図4に示されて
いる電気回路が設けられている。この電気回路におい
て、切断によりインク流路4を形成できなくなった端部
貫通孔5の内部表面の電極6dは全て接地してある。電
極6a〜6cがそれぞれ別々に駆動用LSIチップ16
に接続され、クロックライン18、データライン20、
電圧ライン22およびアースライン24も駆動用LSI
チップ16に接続されている。
【0013】インク流路4は図1に示したような隣合わ
ないA、B、Cのグループに分けられており、クロック
ライン18から供給された連続するクロックパルスがこ
のA、B、Cのグループを続けて駆動する。データライ
ン20上に現れる多ビット・ワード形式のデータが各グ
ループのうちのどちらのインク流路4を作動すべきかを
決定し、駆動用LSIチップ16の回路により選ばれた
グループの流路の電極6に電圧ライン22の電圧Vを印
加する。このとき作動されていない同一グループのイン
ク流路4の電極4と、他のグループに属する全てのイン
ク流路4の電極8は接地される。これにより選ばれたイ
ンク流路4と隣合う6個のインク流路4の各々の電極間
に両圧電セラミックス板2、3の分極方向と垂直な方向
に電界が印加され、電界の印加された両圧電セラミック
ス板2、3の流路壁が圧電厚みすべり効果による変形を
し、選ばれたインク流路4の容積を変える。従って各グ
ループに於て全てのインク流路4が作動可能になる。
【0014】図3、図4は所定の印字データに従って、
噴射装置34bが選択された場合を示しており、図4は
図3のx−x’縦断面図である。インク流路4b内の電
極6bに電圧ライン22の電圧Vが印加され、他の電極
6a、6cをはじめとするインク流路4bと隣合う流路
の電極6は全て接地され、圧電セラミックス2b、3
b、2c、3cをはじめとするインク流路4bを囲む全
ての圧電セラミックス2、3の壁に矢印32の方向に駆
動電界が印加される。
【0015】駆動電界と分極方向とが直交しているため
圧電厚みすべり効果の変形により圧電セラミックス2
b、3b、2c、3cをはじめとするインク流路4bを
囲む全ての圧電セラミックス2、3の壁がくの字形にイ
ンク流路4b内に向かってから変形する。このため前記
インク流路4bの容積が減少しインク30がオリフィス
10bから噴射される。また、電圧の印加が遮断され圧
電セラミックス2b、3b、2c、3cをはじめとする
インク流路4bを囲む全ての圧電セラミックス2、3の
壁が元の位置まで戻されると、その時のインク流路4b
の容積増加に伴ってインク供給路13bを経て前記イン
ク供給装置46からインクが補充される。
【0016】尚、例えば他の噴射装置34cが選択され
た場合には、圧電セラミックス2c、3c、2d、3d
をはじめとするインク流路4cを囲む全ての圧電セラミ
ックス2、3の壁がくの字形にインク流路4c内に向か
って変形しインク流路4c内のインクが噴射される。
【0017】このように、本実施例の圧電式液滴噴射装
置においては、9個の噴射装置34を駆動するための圧
電トランスデューサが2枚の圧電セラミックス板2、3
からなり、アレー1の構造が簡略化されているので、ア
レー1、さらにはそのアレー1を多数組み付けることに
よって圧電式液滴噴射装置の製造工程が少なくなり製造
コストも低減されるのである。また、圧電セラミックス
2、3に貫通孔からなるインク流路4を多数密集させる
ことにより、噴射装置34の数を増やすこと、アレー1
を小型にすること、印字の解像度を上げることが出来
る。例えば、本実施例と同じ寸法のインク流路4を同じ
中心距離で96個(縦8*横12)に配置したときのア
レー1の外形寸法は10mm*6mmx5mm以下でよ
い。
【0018】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなくその趣旨を逸脱しない範囲において数々の変形
を加えることもできる。例えばインク流路4の配置は六
回対称軸をもつ幾何学的図形状である必要はなく、二、
三、四等の対称軸でもよい。図7のように四回対称軸を
もつ幾何学的図形状の場合、インク流路4はA、Bの二
つのグループに分けるだけでよく駆動回路の設計が簡単
となる。また、インク流路を形成する貫通孔は内径が一
定である必要はなく、例えば図8に示すように貫通孔の
内径を細い部分をオリフィス10、及びインク供給路1
3とし、太い部分をインク流路4とすればさらに部品点
数を減らすことが出来る。このときに、図に示したよう
に圧電セラミックス2、3のインク流路4の天井部、底
部にも電極6を形成すれば駆動時に該天井部、底部の圧
電縦効果の変形もおこるので低電圧で駆動することが出
来る。またインク流路4の断面は円形である必要はなく
楕円や多角形状でもよい、例えば図9に示したように六
角形状にするとインク流路4を分ける圧電セラミックス
2、3の壁の厚みが一定となり理想的な電界分布が得ら
れるため、駆動電圧が低下する。
【0019】
【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の圧電式液滴噴射装置は、射出成形または圧電材料
に機械加工により穴をあけることで製造することができ
るから、従来に比較して構造が簡単で製造工数が少ない
ため製造コストが低減される。また、圧電材料の平面に
沿って、インク流路を平面状に多数貫通形成することが
できるから、インク流路の集積度を上げることが容易で
あり噴射装置の小型化、印字の解像度を向上させること
が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】圧電式液滴噴射装置の一部を構成するアレーの
断面図である。
【図2】図1のアレーのx−x’縦断面図である。
【図3】アレーに電気回路が設けられた状態を示す図で
ある。
【図4】図3のアレーのx−x’縦断面図である。
【図5】圧電セラミックス板の正面図である。
【図6】アレーの組立行程を示す斜視図である。
【図7】他の実施例に於ける圧電式液滴噴射装置の一部
を構成するアレーの断面図である。
【図8】他の実施例に於ける圧電式液滴噴射装置の一部
を構成するアレーの縦断面図である。
【図9】他の実施例に於ける圧電式液滴噴射装置の一部
を構成するアレーの断面図である。
【図10】圧電式液滴噴射装置を搭載するインクジェッ
トプリンタの要部を示す斜視図である。
【符号の説明】
2 圧電セラミックス(上部圧電セラミックス板) 3 圧電セラミックス(下部圧電セラミックス板) 4 インク流路 26 分極方向 28 分極方向 34 噴射装置
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−263650(JP,A) 特開 平2−150355(JP,A) 特開 昭63−252750(JP,A) 特開 昭63−247051(JP,A) 特開 平3−256746(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電トランスデューサを用いてインク流
    路の容積を変化させることにより該インク流路のインク
    を噴射する噴射装置を多数備えた圧電式液滴噴射装置に
    於て、 前記圧電トランスデューサが、分極方向と平行方向に貫
    してのびる複数のインク流路を有する圧電材料であ
    り、かつ駆動電界方向が前記分極方向と垂直であること
    を特徴とする圧電式液滴噴射装置。
  2. 【請求項2】 前記圧電トランスデューサが板状であ
    り、その板厚方向に分極され、かつその板厚方向に前記
    複数のインク流路が貫通していることを特徴とする請求
    項1に記載の圧電式液滴噴射装置。
  3. 【請求項3】 前記圧電トランスデューサが、分極方向
    が相互に反対な2枚の前記圧電材料を接合したものであ
    り、前記複数のインク流路が前記両圧電材料を貫通して
    延びていることを特徴とする請求項2に記載の圧電式液
    滴噴射装置。
  4. 【請求項4】 前記インク流路が前記圧電トランスデュ
    ーサの平面に沿って複数の対称軸をもって幾何学図形状
    に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の圧
    電式液滴噴射装置。
JP5466991A 1991-03-19 1991-03-19 圧電式液滴噴射装置 Expired - Lifetime JP2964672B2 (ja)

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EP92302387A EP0505188B1 (en) 1991-03-19 1992-03-19 Piezoelectric ink droplet ejecting device
DE69203901T DE69203901T2 (de) 1991-03-19 1992-03-19 Piezoelektrische Vorrichtung zur Erzeugung eines Strahles aus Tintentröpfchen.

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