JP3663660B2 - インク噴射装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【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】
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中で、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。中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。
【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、特開昭６３−２５２７５０号公報及び特開平２−１５０３５５号公報に開示されているせん断モード型である。図２、図３、図４、図５及び図６に、それら従来例の概略図を示す。
【０００５】
以下、インク噴射装置の断面図を示す図２によって、従来例の構成を具体的に説明する。インク噴射装置１は、アクチュエータプレート２とカバープレート３とノズルプレート３１（図４）とから構成されている。アクチュエータプレート２は、強誘電性を有する圧電材料、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料等で形成され、矢印５方向に分極処理が施されており、複数の溝１５及び該溝１５を隔てる側壁１１を有する。カバープレート３はセラミックス材料または樹脂材料等で形成される。前記アクチュエータプレート２とカバープレート３とを、接着剤、例えばエポキシ系接着剤等からなる接合層４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の接合層４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。インク液室１２には、インク供給口２１（図４）からマニホールド２２（図４）を通してインク８１が導入される。
【０００６】
次に、インク噴射装置１の断面図を示す図３によって、従来例の動作を説明する。該インク噴射装置１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１３ｃと１３ｄに急速に正の駆動電圧が印加され、電極１３ｂと１３ｅは接地される。これにより側壁１１ａには矢印１４ａの方向の駆動電界が、側壁１１ｂには矢印１４ｂの方向の駆動電界が作用する。このとき駆動電界方向１４ａ及び１４ｂと分極方向５とが直交しているため、側壁１１ａ及び１１ｂ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内部のインク８１の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４）からインク８１の一部がインク液滴となって噴射される。また、駆動電圧の印加を停止すると、側壁１１ａ及び１１ｂが変形前の位置（図２参照）に戻るため、インク液室１２ｂ内部のインク８１の圧力が低下し、インク供給口２１（図４）からマニホールド２２（図４）を通してインク液室１２ｂ内にインク８１が供給される。
【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、まず駆動電圧をインク液室１２ｂの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１１ａ及び１１ｂを変形前の位置（図２参照）に戻してインクを噴射させることもある。
【０００８】
該インク噴射装置１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、インク液室１２ｂ及び１２ｄに連通するノズルからインク液滴を噴射した後、インク液室１２ｃに連通するノズルからインク液滴を噴射し、次に再びインク液室１２ｂ及び１２ｄに連通するノズル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。
【０００９】
次に、インク噴射装置１の斜視図を示す図４によって、従来例の構成及び製造法を説明する。分極処理を施したアクチュエータプレート２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１５を作製する。溝１５はアクチュエータプレート２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となるよう作製される。この溝１５及び浅溝１８の内面には、電極が真空蒸着やスパッタリング等によって形成される。この電極形成時には、側壁１１の天頂部にも電極が形成されるため、側壁１１の両側の電極を分離する必要があり、そのために側壁１１の天頂部の電極をラッピング等により除去している。それにより、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、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。
【００１０】
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３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。
【００１１】
次に、アクチュエータプレート２の溝１５加工側の面とカバープレート３のマニホールド２２加工側の面とを、エポキシ系接着剤等からなる接合層４（図２）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、アクチュエータプレート２及びカバープレート３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。アクチュエータプレート２の溝１５加工側と反対側の面には、各浅溝１８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。
【００１２】
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。
【００１３】
次に、制御部のブロック図を示す図５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する。そして、ＬＳＩチップ５１は、インクを噴射するインク液室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、ＬＳＩチップ５１は、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を接続する。
【００１４】
次に、プリンタの斜視図を示す図６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１及びノズルプレート３１は、図２、図３、図４及び図５で説明した構成、動作をもつものである。インク噴射装置１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４）に連通し、ＬＳＩチップ５１（図５）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５に示したクロックライン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７１に対して、ノズルプレート３１に設けられたノズル３２（図４）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。
【００１５】
また、記録紙７１はインク噴射装置１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が所定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１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。
【００１６】
次に、特開平５−９２５６１号公報に開示されている他の従来例のインク噴射装置を図７及び図８を用いて説明する。インク噴射装置１０１は、アクチュエータプレート１０２及び１０３とノズルプレート（図示せず）とから構成されている。アクチュエータプレート１０２は、強誘電性を有する圧電材料で形成され、矢印１０５方向に分極処理が施されており、複数の溝１１５及び該溝１１５を隔てる側壁１１１を有する。側壁１１１の両側面及び天頂部の一部には、駆動電圧印加用の電極１１３が形成されている。また、アクチュエータプレート１０３は、強誘電性を有する圧電材料で形成され、矢印１０６方向に分極処理が施されており、複数の溝１１７及び該溝１１７を隔てる側壁１１６を有する。側壁１１６の両側面及び天頂部の一部には、駆動電圧印加用の電極１１４が形成されている。
【００１７】
前記アクチュエータプレート１０２の側壁１１１の天頂部とアクチュエータプレート１０３の側壁１１６の天頂部とを、接着剤からなる接合層１０４を介して接合することで、溝１１５及び１１７は横方向に互いに間隔を有する複数のインク液室１１２となる。また側壁１１１の天頂部に形成された電極１１３と側壁１１６の天頂部に形成された電極１１４とが接触し、導電関係を形成する。インク液室１１２は長方形断面の細長い形状であり、側壁１１１及び１１６はインク液室１１２の全長にわたって伸びている。インク液室１１２には、インク供給口（図示せず）からマニホールド（図示せず）を通してインク１８１が導入される。電極１１３及び１１４と駆動回路との電気的接続については説明を省略する。
【００１８】
該インク噴射装置１０１において、噴射するインク液室１１２の両側の側壁１１１及び１１６の表面の電極１１３及び１１４に駆動電圧を印加することにより、側壁１１１及び１１６に駆動電界が作用する。このとき駆動電界方向と分極方向１０５及び１０６とが直交しているため、側壁１１１及び１１６は、圧電厚みすべり効果によってインク液室１１２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１１２の容積が減少してインク液室１１２内部のインク１８１の圧力が急速に増大し、圧力波が発生して、インク液室１１２に連通するノズル（図示せず）からインク１８１の一部がインク液滴となって噴射される。また、駆動電圧の印加を停止すると、側壁１１１及び１１６が変形前の位置に戻るため、インク液室１１２内部のインク１８１の圧力が低下し、インク供給口（図示せず）からマニホールド（図示せず）を通してインク液室１１２内にインク１８１が供給される。
【００１９】
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、まず駆動電圧をインク液室１１２の容積が増加する方向に印加し、先にインク液室１１２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１１１及び１１６を変形前の位置に戻してインクを噴射させることもある。
【００２０】
【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１では、電極１３に印加された駆動電圧により側壁１１の上半分のみが圧電厚みすべり変形し、下半分は上半分の変形により変位されるので、電極１３に印加された電気エネルギーと比較して側壁１１の変形量が小さく、インク液室１２の容積の減少量が少ない。このため、噴射されるインク液滴の速度及び体積がインク噴射装置１と対向する紙面上等に文字や画像を形成するには、駆動電圧を高くしなければならなかった。このため、駆動回路が複雑化、大型化するため、装置の低コスト化、小型化に限界があった。
【００２１】
そして、上記のような従来のインク噴射装置１０１では、電極１１３に印加された駆動電圧により側壁１１１及び１１６の両方が駆動されるので、インク噴射装置１の半分の駆動電圧でインク噴射装置１と同じインクの圧力を発生することができる。よって、駆動電圧を噴射装置１より低くすることができる。
【００２２】
しかしながら、インク噴射装置１０１では、側壁１１１に形成された電極１１３と側壁１１６に形成された電極１１４との電気的接続が、側壁１１１の天頂部と側壁１１６の天頂部とを接合することによって行なわれているので、この接触による電気的接続では、側壁１１１及び１１６の天頂部の表面粗さやうねりが大きいと確実に接続されないなど、信頼性が低いという問題点があった。さらに、側壁１１１の天頂部と側壁１１６の天頂部とを接着する接着剤のはみ出しによって、電極１１３と電極１１４とが接続しないといった問題があった。また、電極１１３と１１４との接触面にインク１８１が入り込んで電気的接続を阻害したり、側壁１１１及び１１６の駆動による振動により電極１１３と１１４との接触面に摩耗が生じ、電気的接続が切れたりして、インク液滴の噴射が使用途中で停止し、信頼性が低いという問題点があった。
【００２３】
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、低い駆動電圧で文字や画像を形成するのに十分な速度及び体積のインク液滴を噴射することが可能で、電気的結合の信頼性が高いインク噴射装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００２４】
【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、複数の第一溝と、前記第一溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第一壁とを有する第一アクチュエータプレートと、前記第一溝に対応して設けられた複数の第二溝と、前記第二溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第二壁とを有する第二アクチュエータプレートと、前記第一壁の側面に形成された第一電極と、前記第二壁の側面に形成された第二電極とを備え、前記第一アクチュエータプレートの第一壁の天頂部と前記第二アクチュエータプレートの第二壁の天頂部とを接合して、前記第一溝及び第二溝からなるインク液室を構成するインク噴射装置において、前記インク液室内に前記第一電極と前記第二電極とを被覆して形成され、前記第一電極と前記第二電極とを相互に接続する第三電極を有する。
【００２５】
請求項２では、複数の第一溝と、前記第一溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第一壁とを有する第一アクチュエータプレートと、前記第一溝に対応して設けられた複数の第二溝と、前記第二溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第二壁とを有する第二アクチュエータプレートと、前記第一壁の側面に形成された第一電極と、前記第二壁の側面に形成された第二電極とを備えたインク噴射装置の製造方法において、前記第一アクチュエータプレートの第一壁の天頂部と前記第二アクチュエータプレートの第二壁の天頂部とを接合して、前記第一溝及び第二溝からなるインク液室を形成する工程と、前記インク液室内に金属物質を導入して、前記第一電極と前記第二電極とを被覆し前記第一電極と前記第二電極とを相互に接続する第三電極を形成する工程とからなることを特徴とする。
【００２６】
【作用】
上記の構成を有する本発明のインク噴射装置では、前記インク液室内に形成される第三電極が、前記第一電極及び前記第二電極上に被覆して形成されて、前記第一電極と前記第二電極とが電気的に接続される。
【００２７】
また、本発明のインク噴射装置の製造方法では、まず、前記第一アクチュエータプレートの第一壁の天頂部と前記第二アクチュエータプレートの第二壁の天頂部とを接合し、次に、前記第一溝及び第二溝からなるインク液室を形成する工程と、前記インク液室内に金属物質を導入することによって、前記インク液室内の前記第一電極及び前記第二電極上に被覆して第三電極が形成され、前記第一電極と前記第二電極とが電気的に接続される。
【００２８】
【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。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。
【００２９】
インク噴射装置２０１の一部の断面図を示す図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。インク噴射装置２０１は、アクチュエータプレート１０２及び１０３とノズルプレート（図示せず）とから構成されている。アクチュエータプレート１０２は、強誘電性を有する圧電材料で形成され、矢印１０５（図７）方向に分極されており、複数の溝１１５及び該溝１１５を隔てる側壁１１１を有する。側壁１１１の両側面及び両側面と連続する天頂部の一部には、駆動電圧印加用の電極１１３が形成されている。また、アクチュエータプレート１０３は、強誘電性を有する圧電材料で形成され、矢印１０６（図７）方向に分極されており、複数の溝１１７及び該溝１１７を隔てる側壁１１６を有する。側壁１１６の両側面及び両側面と連続する天頂部の一部には、駆動電圧印加用の電極１１４が形成されている。
【００３０】
電極１１３及び１１４は、側壁１１１の天頂部の一部及び側壁１１６の天頂部の一部にパターニング等によってレジスト層等を形成した後、ニッケル、アルミニウム、金、カーボン等の導電材料の薄層を真空蒸着、スパッタリング、メッキ、スクリーン印刷等で側壁１１１及び１１６の全面に形成し、前記レジスト層を機械的な剥離または化学的な溶解などによって除去することによって形成される。
【００３１】
次に、アクチュエータプレート１０２の側壁１１１の天頂部とアクチュエータプレート１０３の側壁１１６の天頂部とを、接着剤からなる接合層１０４を介して接合することで、溝１１５及び１１７は横方向に互いに間隔を有する複数のインク液室１１２となる。インク液室１１２は長方形断面の細長い形状であり、側壁１１１及び１１６はインク液室１１２の全長にわたって伸びている。
【００３２】
次に、ニッケル、金、銅、銀、パラジウム等の金属物質をインク液室１１２内に導入して、金属層２１３を、電解メッキ、無電解メッキ等のメッキ法で、電極１１３及び１１４を被覆するように形成する。これで、電極１１３と電極１１４とは、金属層２１３によって電気的に接続される。
【００３３】
本実施例のインク噴射装置２０１では、電極１１３と電極１１４とが、それぞれを被覆するように形成された金属層２１３によって導電関係を形成するので、側壁１１１及び１１６の天頂部の表面粗さやうねりに関係なく確実な電気的接続が得られ、接合層１０４の接着剤のはみ出しや、インク液室１１２内に導入されたインクにより電気的接続が阻害されたり、側壁１１１及び１１６の駆動による振動による摩耗で電気的接続が切れたりすることがなく、電気的接続の信頼性が著しく高くなる。
【００３４】
また、側壁１１１及び側壁１１６の変形によってインクを噴射するので、低い駆動電圧で文字や画像を形成するのに十分な速度及び体積のインク液滴を噴射することが可能である。
【００３５】
尚、本実施例では、インク液室１１２が隣接していたが、各インク液室の間に空気が充填された空気室を設けてもよい。この場合、全て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る。
【００３６】
また、本実施例では、側壁１１１の天頂部の一部及び側壁１１６の天頂部の一部にレジスト層等を形成した後、導電材料の薄層を側壁１１１及び１１６の全面に形成し、前記レジスト層を機械的な剥離または化学的な溶解などによって除去することによって、側壁１１１の両側面及び天頂部の一部に電極１１３、側壁１１６の両側面及び天頂部の一部に電極１１４を形成していたが、先に導電材料の薄層を側壁１１１及び１１６の全面に形成した後、側壁１１１の天頂部及び側壁１１６の天頂部を機械加工して、電極１１３及び１１４の一部を除去してもよい。
【００３７】
また、本実施例では、側壁１１１の両側面及び両側面と連続する天頂部の一部に電極１１３、側壁１１６の両側面及び両側面と連続する天頂部の一部に電極１１４が形成されていたが、電極１１３及び１１４は、それぞれ側壁１１１及び１１６の側面全体または側面の一部に形成し、天頂部に形成されなくてもよい。
【００３８】
また、本実施例では、金属層２１３が、側壁１１１及び１１６の側面の全面に形成されていたが、側壁１１１及び１１６の側面の一部に形成されていてもよい。
【００３９】
また、本実施例では、接合層１０４が電極１１３及び１１４を被覆していなかったが、接合層１０４が電極１１３及び１１４の一部を被覆した場合、溶剤等によって被覆した接合層１０４を溶解して除去してもよい。また、接合層１０４を形成する接着剤に金属等の導電材料の粉末を添加することにより、被覆した接合層１０４を除去せずに、被覆した接合層１０４の表面に金属層２１３の形成を促進させてもよい。
【００４０】
また、本実施例では、側壁１１１及び１１６がそれぞれ１つの圧電材料の部材（アクチュエータプレート１０２及び１０３）で形成されていたが、分極方向に平行に積層された複数の圧電材料の部材や、非圧電材料と圧電材料とが分極方向に平行に積層された部材で形成されていてもよい。
【００４１】
また、本実施例では、インク液室１１２を３個示していたが、５０個、１００個等いくつであってもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したことから明かなように本発明によれば、前記第一アクチュエータプレートの第一壁の天頂部と前記第二アクチュエータプレートの第二壁の天頂部とを接合してインク液室を形成し、前記インク液室内に、前記第一電極と前記第二電極とを被覆する第三電極が形成されるので、前記第一電極と前記第二電極とが電気的に接続される。よって、第一壁及び第二壁の天頂部の表面粗さやうねり、接合のための接着剤等のはみ出しに関係なく確実な電気的接続が得られ、インク液室内に導入されたインクにより電気的接続が阻害されたり、第一壁及び第二壁の駆動による振動による摩耗で電気的接続が切れたりすることがなく、電気的接続の信頼性が著しく高くなる。また、第一壁及び第二壁の変形によってインクを噴射するので、低い駆動電圧で文字や画像を形成するのに十分な速度及び体積のインク液滴を噴射することが可能である。
【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の一部の断面図である。
【図２】 従来例のインク噴射装置を示す断面図である。
【図３】 従来例のインク噴射装置の動作を示す説明図である。
【図４】 従来例のインク噴射装置を示す斜視図である。
【図５】 従来例の制御部を示すブロック図である。
【図６】 従来例のプリンタを示す斜視図である。
【図７】 従来例のインク噴射装置を示す断面図である。
【図８】従来例のインク噴射装置の一部の断面図である。
【符号の説明】
２０１ インク噴射装置
１１１ 側壁
１１６ 側壁
１１２ インク液室
１１３ 電極
１１４ 電極
２１３ 金属層
【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】
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中で、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。中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。
【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、特開昭６３−２５２７５０号公報及び特開平２−１５０３５５号公報に開示されているせん断モード型である。図２、図３、図４、図５及び図６に、それら従来例の概略図を示す。
【０００５】
以下、インク噴射装置の断面図を示す図２によって、従来例の構成を具体的に説明する。インク噴射装置１は、アクチュエータプレート２とカバープレート３とノズルプレート３１（図４）とから構成されている。アクチュエータプレート２は、強誘電性を有する圧電材料、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料等で形成され、矢印５方向に分極処理が施されており、複数の溝１５及び該溝１５を隔てる側壁１１を有する。カバープレート３はセラミックス材料または樹脂材料等で形成される。前記アクチュエータプレート２とカバープレート３とを、接着剤、例えばエポキシ系接着剤等からなる接合層４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の接合層４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。インク液室１２には、インク供給口２１（図４）からマニホールド２２（図４）を通してインク８１が導入される。
【０００６】
次に、インク噴射装置１の断面図を示す図３によって、従来例の動作を説明する。該インク噴射装置１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１３ｃと１３ｄに急速に正の駆動電圧が印加され、電極１３ｂと１３ｅは接地される。これにより側壁１１ａには矢印１４ａの方向の駆動電界が、側壁１１ｂには矢印１４ｂの方向の駆動電界が作用する。このとき駆動電界方向１４ａ及び１４ｂと分極方向５とが直交しているため、側壁１１ａ及び１１ｂ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内部のインク８１の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４）からインク８１の一部がインク液滴となって噴射される。また、駆動電圧の印加を停止すると、側壁１１ａ及び１１ｂが変形前の位置（図２参照）に戻るため、インク液室１２ｂ内部のインク８１の圧力が低下し、インク供給口２１（図４）からマニホールド２２（図４）を通してインク液室１２ｂ内にインク８１が供給される。
【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、まず駆動電圧をインク液室１２ｂの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１１ａ及び１１ｂを変形前の位置（図２参照）に戻してインクを噴射させることもある。
【０００８】
該インク噴射装置１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、インク液室１２ｂ及び１２ｄに連通するノズルからインク液滴を噴射した後、インク液室１２ｃに連通するノズルからインク液滴を噴射し、次に再びインク液室１２ｂ及び１２ｄに連通するノズル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。
【０００９】
次に、インク噴射装置１の斜視図を示す図４によって、従来例の構成及び製造法を説明する。分極処理を施したアクチュエータプレート２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１５を作製する。溝１５はアクチュエータプレート２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となるよう作製される。この溝１５及び浅溝１８の内面には、電極が真空蒸着やスパッタリング等によって形成される。この電極形成時には、側壁１１の天頂部にも電極が形成されるため、側壁１１の両側の電極を分離する必要があり、そのために側壁１１の天頂部の電極をラッピング等により除去している。それにより、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、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。
【００１０】
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３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。
【００１１】
次に、アクチュエータプレート２の溝１５加工側の面とカバープレート３のマニホールド２２加工側の面とを、エポキシ系接着剤等からなる接合層４（図２）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、アクチュエータプレート２及びカバープレート３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。アクチュエータプレート２の溝１５加工側と反対側の面には、各浅溝１８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。
【００１２】
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。
【００１３】
次に、制御部のブロック図を示す図５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する。そして、ＬＳＩチップ５１は、インクを噴射するインク液室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、ＬＳＩチップ５１は、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を接続する。
【００１４】
次に、プリンタの斜視図を示す図６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１及びノズルプレート３１は、図２、図３、図４及び図５で説明した構成、動作をもつものである。インク噴射装置１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４）に連通し、ＬＳＩチップ５１（図５）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５に示したクロックライン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７１に対して、ノズルプレート３１に設けられたノズル３２（図４）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。
【００１５】
また、記録紙７１はインク噴射装置１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が所定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１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。
【００１６】
次に、特開平５−９２５６１号公報に開示されている他の従来例のインク噴射装置を図７及び図８を用いて説明する。インク噴射装置１０１は、アクチュエータプレート１０２及び１０３とノズルプレート（図示せず）とから構成されている。アクチュエータプレート１０２は、強誘電性を有する圧電材料で形成され、矢印１０５方向に分極処理が施されており、複数の溝１１５及び該溝１１５を隔てる側壁１１１を有する。側壁１１１の両側面及び天頂部の一部には、駆動電圧印加用の電極１１３が形成されている。また、アクチュエータプレート１０３は、強誘電性を有する圧電材料で形成され、矢印１０６方向に分極処理が施されており、複数の溝１１７及び該溝１１７を隔てる側壁１１６を有する。側壁１１６の両側面及び天頂部の一部には、駆動電圧印加用の電極１１４が形成されている。
【００１７】
前記アクチュエータプレート１０２の側壁１１１の天頂部とアクチュエータプレート１０３の側壁１１６の天頂部とを、接着剤からなる接合層１０４を介して接合することで、溝１１５及び１１７は横方向に互いに間隔を有する複数のインク液室１１２となる。また側壁１１１の天頂部に形成された電極１１３と側壁１１６の天頂部に形成された電極１１４とが接触し、導電関係を形成する。インク液室１１２は長方形断面の細長い形状であり、側壁１１１及び１１６はインク液室１１２の全長にわたって伸びている。インク液室１１２には、インク供給口（図示せず）からマニホールド（図示せず）を通してインク１８１が導入される。電極１１３及び１１４と駆動回路との電気的接続については説明を省略する。
【００１８】
該インク噴射装置１０１において、噴射するインク液室１１２の両側の側壁１１１及び１１６の表面の電極１１３及び１１４に駆動電圧を印加することにより、側壁１１１及び１１６に駆動電界が作用する。このとき駆動電界方向と分極方向１０５及び１０６とが直交しているため、側壁１１１及び１１６は、圧電厚みすべり効果によってインク液室１１２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１１２の容積が減少してインク液室１１２内部のインク１８１の圧力が急速に増大し、圧力波が発生して、インク液室１１２に連通するノズル（図示せず）からインク１８１の一部がインク液滴となって噴射される。また、駆動電圧の印加を停止すると、側壁１１１及び１１６が変形前の位置に戻るため、インク液室１１２内部のインク１８１の圧力が低下し、インク供給口（図示せず）からマニホールド（図示せず）を通してインク液室１１２内にインク１８１が供給される。
【００１９】
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、まず駆動電圧をインク液室１１２の容積が増加する方向に印加し、先にインク液室１１２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１１１及び１１６を変形前の位置に戻してインクを噴射させることもある。
【００２０】
【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１では、電極１３に印加された駆動電圧により側壁１１の上半分のみが圧電厚みすべり変形し、下半分は上半分の変形により変位されるので、電極１３に印加された電気エネルギーと比較して側壁１１の変形量が小さく、インク液室１２の容積の減少量が少ない。このため、噴射されるインク液滴の速度及び体積がインク噴射装置１と対向する紙面上等に文字や画像を形成するには、駆動電圧を高くしなければならなかった。このため、駆動回路が複雑化、大型化するため、装置の低コスト化、小型化に限界があった。
【００２１】
そして、上記のような従来のインク噴射装置１０１では、電極１１３に印加された駆動電圧により側壁１１１及び１１６の両方が駆動されるので、インク噴射装置１の半分の駆動電圧でインク噴射装置１と同じインクの圧力を発生することができる。よって、駆動電圧を噴射装置１より低くすることができる。
【００２２】
しかしながら、インク噴射装置１０１では、側壁１１１に形成された電極１１３と側壁１１６に形成された電極１１４との電気的接続が、側壁１１１の天頂部と側壁１１６の天頂部とを接合することによって行なわれているので、この接触による電気的接続では、側壁１１１及び１１６の天頂部の表面粗さやうねりが大きいと確実に接続されないなど、信頼性が低いという問題点があった。さらに、側壁１１１の天頂部と側壁１１６の天頂部とを接着する接着剤のはみ出しによって、電極１１３と電極１１４とが接続しないといった問題があった。また、電極１１３と１１４との接触面にインク１８１が入り込んで電気的接続を阻害したり、側壁１１１及び１１６の駆動による振動により電極１１３と１１４との接触面に摩耗が生じ、電気的接続が切れたりして、インク液滴の噴射が使用途中で停止し、信頼性が低いという問題点があった。
【００２３】
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、低い駆動電圧で文字や画像を形成するのに十分な速度及び体積のインク液滴を噴射することが可能で、電気的結合の信頼性が高いインク噴射装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００２４】
【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、複数の第一溝と、前記第一溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第一壁とを有する第一アクチュエータプレートと、前記第一溝に対応して設けられた複数の第二溝と、前記第二溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第二壁とを有する第二アクチュエータプレートと、前記第一壁の側面に形成された第一電極と、前記第二壁の側面に形成された第二電極とを備え、前記第一アクチュエータプレートの第一壁の天頂部と前記第二アクチュエータプレートの第二壁の天頂部とを接合して、前記第一溝及び第二溝からなるインク液室を構成するインク噴射装置において、前記インク液室内に前記第一電極と前記第二電極とを被覆して形成され、前記第一電極と前記第二電極とを相互に接続する第三電極を有する。
【００２５】
請求項２では、複数の第一溝と、前記第一溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第一壁とを有する第一アクチュエータプレートと、前記第一溝に対応して設けられた複数の第二溝と、前記第二溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第二壁とを有する第二アクチュエータプレートと、前記第一壁の側面に形成された第一電極と、前記第二壁の側面に形成された第二電極とを備えたインク噴射装置の製造方法において、前記第一アクチュエータプレートの第一壁の天頂部と前記第二アクチュエータプレートの第二壁の天頂部とを接合して、前記第一溝及び第二溝からなるインク液室を形成する工程と、前記インク液室内に金属物質を導入して、前記第一電極と前記第二電極とを被覆し前記第一電極と前記第二電極とを相互に接続する第三電極を形成する工程とからなることを特徴とする。
【００２６】
【作用】
上記の構成を有する本発明のインク噴射装置では、前記インク液室内に形成される第三電極が、前記第一電極及び前記第二電極上に被覆して形成されて、前記第一電極と前記第二電極とが電気的に接続される。
【００２７】
また、本発明のインク噴射装置の製造方法では、まず、前記第一アクチュエータプレートの第一壁の天頂部と前記第二アクチュエータプレートの第二壁の天頂部とを接合し、次に、前記第一溝及び第二溝からなるインク液室を形成する工程と、前記インク液室内に金属物質を導入することによって、前記インク液室内の前記第一電極及び前記第二電極上に被覆して第三電極が形成され、前記第一電極と前記第二電極とが電気的に接続される。
【００２８】
【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。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。
【００２９】
インク噴射装置２０１の一部の断面図を示す図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。インク噴射装置２０１は、アクチュエータプレート１０２及び１０３とノズルプレート（図示せず）とから構成されている。アクチュエータプレート１０２は、強誘電性を有する圧電材料で形成され、矢印１０５（図７）方向に分極されており、複数の溝１１５及び該溝１１５を隔てる側壁１１１を有する。側壁１１１の両側面及び両側面と連続する天頂部の一部には、駆動電圧印加用の電極１１３が形成されている。また、アクチュエータプレート１０３は、強誘電性を有する圧電材料で形成され、矢印１０６（図７）方向に分極されており、複数の溝１１７及び該溝１１７を隔てる側壁１１６を有する。側壁１１６の両側面及び両側面と連続する天頂部の一部には、駆動電圧印加用の電極１１４が形成されている。
【００３０】
電極１１３及び１１４は、側壁１１１の天頂部の一部及び側壁１１６の天頂部の一部にパターニング等によってレジスト層等を形成した後、ニッケル、アルミニウム、金、カーボン等の導電材料の薄層を真空蒸着、スパッタリング、メッキ、スクリーン印刷等で側壁１１１及び１１６の全面に形成し、前記レジスト層を機械的な剥離または化学的な溶解などによって除去することによって形成される。
【００３１】
次に、アクチュエータプレート１０２の側壁１１１の天頂部とアクチュエータプレート１０３の側壁１１６の天頂部とを、接着剤からなる接合層１０４を介して接合することで、溝１１５及び１１７は横方向に互いに間隔を有する複数のインク液室１１２となる。インク液室１１２は長方形断面の細長い形状であり、側壁１１１及び１１６はインク液室１１２の全長にわたって伸びている。
【００３２】
次に、ニッケル、金、銅、銀、パラジウム等の金属物質をインク液室１１２内に導入して、金属層２１３を、電解メッキ、無電解メッキ等のメッキ法で、電極１１３及び１１４を被覆するように形成する。これで、電極１１３と電極１１４とは、金属層２１３によって電気的に接続される。
【００３３】
本実施例のインク噴射装置２０１では、電極１１３と電極１１４とが、それぞれを被覆するように形成された金属層２１３によって導電関係を形成するので、側壁１１１及び１１６の天頂部の表面粗さやうねりに関係なく確実な電気的接続が得られ、接合層１０４の接着剤のはみ出しや、インク液室１１２内に導入されたインクにより電気的接続が阻害されたり、側壁１１１及び１１６の駆動による振動による摩耗で電気的接続が切れたりすることがなく、電気的接続の信頼性が著しく高くなる。
【００３４】
また、側壁１１１及び側壁１１６の変形によってインクを噴射するので、低い駆動電圧で文字や画像を形成するのに十分な速度及び体積のインク液滴を噴射することが可能である。
【００３５】
尚、本実施例では、インク液室１１２が隣接していたが、各インク液室の間に空気が充填された空気室を設けてもよい。この場合、全て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る。
【００３６】
また、本実施例では、側壁１１１の天頂部の一部及び側壁１１６の天頂部の一部にレジスト層等を形成した後、導電材料の薄層を側壁１１１及び１１６の全面に形成し、前記レジスト層を機械的な剥離または化学的な溶解などによって除去することによって、側壁１１１の両側面及び天頂部の一部に電極１１３、側壁１１６の両側面及び天頂部の一部に電極１１４を形成していたが、先に導電材料の薄層を側壁１１１及び１１６の全面に形成した後、側壁１１１の天頂部及び側壁１１６の天頂部を機械加工して、電極１１３及び１１４の一部を除去してもよい。
【００３７】
また、本実施例では、側壁１１１の両側面及び両側面と連続する天頂部の一部に電極１１３、側壁１１６の両側面及び両側面と連続する天頂部の一部に電極１１４が形成されていたが、電極１１３及び１１４は、それぞれ側壁１１１及び１１６の側面全体または側面の一部に形成し、天頂部に形成されなくてもよい。
【００３８】
また、本実施例では、金属層２１３が、側壁１１１及び１１６の側面の全面に形成されていたが、側壁１１１及び１１６の側面の一部に形成されていてもよい。
【００３９】
また、本実施例では、接合層１０４が電極１１３及び１１４を被覆していなかったが、接合層１０４が電極１１３及び１１４の一部を被覆した場合、溶剤等によって被覆した接合層１０４を溶解して除去してもよい。また、接合層１０４を形成する接着剤に金属等の導電材料の粉末を添加することにより、被覆した接合層１０４を除去せずに、被覆した接合層１０４の表面に金属層２１３の形成を促進させてもよい。
【００４０】
また、本実施例では、側壁１１１及び１１６がそれぞれ１つの圧電材料の部材（アクチュエータプレート１０２及び１０３）で形成されていたが、分極方向に平行に積層された複数の圧電材料の部材や、非圧電材料と圧電材料とが分極方向に平行に積層された部材で形成されていてもよい。
【００４１】
また、本実施例では、インク液室１１２を３個示していたが、５０個、１００個等いくつであってもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したことから明かなように本発明によれば、前記第一アクチュエータプレートの第一壁の天頂部と前記第二アクチュエータプレートの第二壁の天頂部とを接合してインク液室を形成し、前記インク液室内に、前記第一電極と前記第二電極とを被覆する第三電極が形成されるので、前記第一電極と前記第二電極とが電気的に接続される。よって、第一壁及び第二壁の天頂部の表面粗さやうねり、接合のための接着剤等のはみ出しに関係なく確実な電気的接続が得られ、インク液室内に導入されたインクにより電気的接続が阻害されたり、第一壁及び第二壁の駆動による振動による摩耗で電気的接続が切れたりすることがなく、電気的接続の信頼性が著しく高くなる。また、第一壁及び第二壁の変形によってインクを噴射するので、低い駆動電圧で文字や画像を形成するのに十分な速度及び体積のインク液滴を噴射することが可能である。
【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の一部の断面図である。
【図２】 従来例のインク噴射装置を示す断面図である。
【図３】 従来例のインク噴射装置の動作を示す説明図である。
【図４】 従来例のインク噴射装置を示す斜視図である。
【図５】 従来例の制御部を示すブロック図である。
【図６】 従来例のプリンタを示す斜視図である。
【図７】 従来例のインク噴射装置を示す断面図である。
【図８】従来例のインク噴射装置の一部の断面図である。
【符号の説明】
２０１ インク噴射装置
１１１ 側壁
１１６ 側壁
１１２ インク液室
１１３ 電極
１１４ 電極
２１３ 金属層
Claims (2)
- 複数の第一溝と、前記第一溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第一壁とを有する第一アクチュエータプレートと、
前記第一溝に対応して設けられた複数の第二溝と、前記第二溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第二壁とを有する第二アクチュエータプレートと、
前記第一壁の側面に形成された第一電極と、
前記第二壁の側面に形成された第二電極と、を備え、
前記第一アクチュエータプレートの第一壁の天頂部と前記第二アクチュエータプレートの第二壁の天頂部とを接合して、前記第一溝及び第二溝からなるインク液室を構成するインク噴射装置において、
前記インク液室内に前記第一電極と前記第二電極とを被覆して形成され、前記第一電極と前記第二電極とを相互に接続する第三電極を有することを特徴とするインク噴射装置。 - 複数の第一溝と、前記第一溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第一壁とを有する第一アクチュエータプレートと、
前記第一溝に対応して設けられた複数の第二溝と、前記第二溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第二壁とを有する第二アクチュエータプレートと、
前記第一壁の側面に形成された第一電極と、
前記第二壁の側面に形成された第二電極と、
を備えたインク噴射装置の製造方法において、
前記第一アクチュエータプレートの第一壁の天頂部と前記第二アクチュエータプレートの第二壁の天頂部とを接合して、前記第一溝及び第二溝からなるインク液室を形成する工程と、
前記インク液室内に金属物質を導入して、前記第一電極と前記第二電極とを被覆し前記第一電極と前記第二電極とを相互に接続する第三電極を形成する工程とからなることを特徴とするインク噴射装置の製造方法。
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP8105795A JP3663660B2 (ja) | 1995-04-06 | 1995-04-06 | インク噴射装置及びその製造方法 |
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-
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