JPH06344550A - インク噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 矢印１０６の方向に分極処理を施した圧電セ
ラミックスプレート１０１の両表面に、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る電極１１
３と１１４とが形成される。次に、圧電セラミックスプ
レート１０１の電極１１４が形成された面とベースプレ
ート１０２とが接合層１０４を介して接合される。そし
て、研削加工等によって、圧電セラミックスプレート１
０１を貫通しベースプレート１０２に達する溝１１６が
形成され、圧電セラミックスプレート１０１の電極１１
３が形成された面とカバープレート１０３とが接合層１
０５を介して接合される。これで、側壁１１１により隔
てられた複数のインク液室１１２が形成される。

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６、図７、図８、図９及び図
１０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６によって、従来例の構成を具体
的に説明する。複数の溝１５（図８）及び該溝１５を隔
てる側壁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（図８）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
界印加用の電極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７
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８）からインク液滴が噴射さ
れる。また、駆動電圧の印加を徐々に停止すると、側壁
１１ｂ及び１１ｃが変形前の位置（図６参照）に戻るた
めインク液室１２ｂ内のインク圧力が徐々に低下し、イ
ンク供給口２１（図８）からマニホールド２２（図８）
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
元の状態（図６参照）に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８
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を作製する。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
行な溝１８となるよう作成される。この溝１５及び浅く
平行な溝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、浅く平行な溝
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３
１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
く平行な溝１８の底面の電極１３と導電層のパターン４
２とを、周知の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９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１０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６、図７及び図８
で説明した構成、動作をもつものである。

【００１１】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８）に連通し、ＬＳＩチップ５１（図９）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９
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６
１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８）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。

【００１２】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。

【００１３】

【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、インク液室１２
内部のインクに接するため、インク中に含まれる水分な
どによって電極１３が腐食される。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１
１の一部に電圧が伝わらなくなって側壁１１の一部が変
形しなくなったりして、噴射が不安定になるという問題
点があった。このため、インク噴射装置の信頼性が低い
という問題点があった。

【００１４】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。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明では、インクが充填されたインク液室と、前記
インク液室を隔て、少なくとも一部が分極された圧電部
で構成された側壁と、前記圧電部に形成された電極とを
有し、前記電極への電圧の印加により前記側壁を変形し
て、前記インク液室内のインクに圧力を与えてインクを
噴射するインク噴射装置であって、前記電圧部の前記電
極が形成される面が前記インク液室の内面と異なり、前
記電極への印加により発生する電界方向が前記圧電部の
分極方向に略直行し、且つ前記側壁の前記変形方向が前
記圧電部の分極方向に対して略平行であることを特徴と
する。

【００１６】

【作用】上記の構成を有する本発明のインク噴射装置で
は、前記電圧部の前記電極が形成される面が前記インク
液室の内面と異なり、前記電極への印加により発生する
電界方向が前記圧電部の分極方向に略直行し、且つ前記
側壁の前記変形方向が前記圧電部の分極方向に対して略
平行であるため、電極が前記インク液室内のインクにほ
とんど接しない。

【００１７】

【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。

【００１８】まず、製造途中のインク噴射装置の断面図
を示す図１及び完成した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構成を具体的に説明
する。図１に示すように、矢印１０６の方向に分極処理
を施した圧電セラミックスプレート１０１の両表面に、
アルミニウム、ニッケル、金等の金属や導電性樹脂等か
らなる電極１１３と１１４とを真空蒸着、スパッタリン
グ、化学メッキ等で形成する。次に、圧電セラミックス
プレート１０１の電極１１４が形成された面と、セラミ
ックス材料または樹脂材料等からなるベースプレート１
０２とを、エポキシ系接着剤等からなる接合層１０４を
介して接合する。

【００１９】次に、図２に示すように、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、圧
電セラミックスプレート１０１を貫通しベースプレート
１０２に達する溝１１６を形成する。その後、圧電セラ
ミックスプレート１０１の電極１１３が形成された面
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１０３とを、エポキシ系接着剤等からなる接合
層１０５を介して接合する。これで、複数の溝１１６及
び該溝１１６を隔てる側壁１１１を有し、かつ溝１１６
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はインク液室１１２の全長にわたって
伸びている。全てのインク液室１１２内には、インクが
充填される。

【００２０】次に、インク噴射装置の断面図を示す図３
によって、本発明の一実施例の動作を説明する。

【００２１】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１１２ｂが選択される
と、電極１１３ｂと１１４ｃに急速に正の駆動電圧が印
加され、電極１１３ｃと１１４ｂは接地される。これに
より側壁１１１ｂには矢印１１５ｂの方向の駆動電界
が、側壁１１１ｃには矢印１１５ｃの方向の駆動電界が
作用する。このとき駆動電界方向１１５ｂ及び１１５ｃ
と分極方向１０６とが直交しているため、側壁１１１ｂ
及び１１１ｃは、圧電厚みすべり効果によってインク液
室１１２ｂ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１１２ｂの容積が減少してインク液室１
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１１２ｂに連通するノズル３２（図８参
照）からインク液滴が噴射される。

【００２２】また、駆動電圧の印加を徐々に停止する
と、側壁１１１ｂ及び１１１ｃが変形前の位置（図２参
照）に戻るためインク液室１１２ｂ内のインク圧力が徐
々に低下し、インク供給口２１（図８参照）からマニホ
ールド２２（図８参照）を通してインク液室１１２ｂ内
にインクが供給される。

【００２３】上述したように、本実施例のインク噴射装
置では、電極１１３ｂ，１１４ｃへの印加により発生す
る電界方向が圧電セラミックスプレート１０１の分極方
向１０６に直行し、且つ側壁１１１ｂ，１１１ｃの変形
方向が圧電セラミックスプレート１０１の分極方向１０
６に対して略平行となるように構成されている。すなわ
ち、電極１１３が圧電セラミックスプレート１０１と接
合層１０５との間に、電極１１４が圧電セラミックスプ
レート１０１と接合層１０４との間に形成されている。
このため、電極１１３及び１１４のほとんどの部分がイ
ンク液室１１２の内部のインクに接しなくなり、電極１
１３及び１１４がインク中に含まれる水分などによって
腐食されることがなく、噴射が不安定になるということ
が防止される。従って、電極１１３及び１１４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。

【００２４】尚、前記実施例においては、電極１１３ｂ
と１１４ｃに正の駆動電圧が印加され、電極１１３ｃと
１１４ｂは接地されていたが、電極１１３ｂと１１４ｃ
を接地し、電極１１３ｃと１１４ｂに負の駆動電圧を印
加してもよいし、電極１１３ｂと１１４ｃに正の駆動電
圧を印加し、電極１１３ｃと１１４ｂに負の駆動電圧を
印加してもよい。いずれの場合にも前記実施例と同様
に、側壁１１１ｂには矢印１１５ｂの方向の駆動電界
が、側壁１１１ｃには矢印１１５ｃの方向の駆動電界が
作用する。

【００２５】また、前記実施例においては、まず駆動電
圧をインク液室１２の容積が減少する方向に印加してイ
ンク液滴を噴射し、次に駆動電圧の印加を停止しインク
液室１２の容積を自然状態にしてインク液室１２内にイ
ンクを供給していたが、まず駆動電圧をインク液室１２
の容積が増加する方向に印加してインク液室１２内にイ
ンクを供給し、次に駆動電圧の印加を停止しインク液室
１２の容積を前記増加状態から自然状態へと減少させて
インク液滴を噴射してもよい。

【００２６】また、前記実施例においては、側壁１１１
の上半分のみが圧電材料で構成されていたが、側壁の全
体が圧電材料で構成されていてもよい。図４に示すよう
に、側壁２１１は、矢印２０８の方向に分極処理を施し
た圧電セラミックスプレート２０１と矢印２０９の方向
に分極処理を施した圧電セラミックスプレート２０２と
が接合層２０７を介して接合され、圧電セラミックスプ
レート２０１の上面に電極２１３、圧電セラミックスプ
レート２０２の下面に電極２１４が形成されたものであ
る。側壁２１１の上部は接合層２０５を介してカバープ
レート２０４に接合され、側壁２１１の下部は接合層２
０６を介してベースプレート２０３に接合される。

【００２７】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２１２ｂが選択される
と、電極２１３ｃと２１４ｂに急速に正の駆動電圧が印
加され電極２１３ｂと２１４ｃは接地され、次に駆動電
圧の印加が停止される。これによりインク液室２１２ｂ
でインク液滴の噴射及びインク液室２１２ｂ内へのイン
クの供給が行われる。

【００２８】また、前記実施例においては、圧電セラミ
ックスプレート１０１とカバープレート１０３とを接合
層１０５を介して接合していたが、カバープレートと圧
電セラミックスプレートとが一体であってもよい。図５
に示すように、圧電セラミックスプレート３０１は矢印
３０４の方向に分極処理が施され、上面に電極３１３、
下面にインク液室３１２の一部を構成する溝３１５及び
電極３１４が形成される。さらに、圧電セラミックスプ
レート３０１の下面は、接合層３０３を介して上面にイ
ンク液室３１２の一部を構成する溝３１５が形成された
ベースプレート３０２に接合される。

【００２９】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３１２ｂが選択される
と、電極３１３を接地したまま、電極３１４ｂに急速に
正の駆動電圧、電極３１４ｃに負の駆動電圧が印加さ
れ、次に電極３１４ｂ及び３１４ｃへの駆動電圧の印加
が停止される。これによりインク液室３１２ｂでインク
液滴の噴射及びインク液室３１２ｂ内へのインクの供給
が行われる。

【００３０】

【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、前記電圧部の前記電極が形成される面が前
記インク液室の内面と異なり、前記電極への印加により
発生する電界方向が前記圧電部の分極方向に略直行し、
且つ前記側壁の前記変形方向が前記圧電部の分極方向に
対して略平行であるため、電極が前記インク液室内のイ
ンクにほとんど接しない。このため、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防止される。従って、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
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の製造途中のインク噴射装置
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を示す断面
図である。

【図３】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４】本発明の変形例のインク噴射装置を示す断面図
である。

【図５】本発明の変形例のインク噴射装置を示す断面図
である。

【図６】従来例のインク噴射装置を示す断面図である。

【図７】従来例のインク噴射装置の動作を示す説明図で
ある。

【図８】従来例のインク噴射装置を示す斜視図である。

【図９】従来例の制御部を示すブロック図である。

【図１０】従来例のプリンタを示す斜視図である。

【符号の説明】

１０６ 分極方向 １１１ 側壁 １１２ インク液室 １１３ 電極 １１４ 電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクが充填されたインク液室と、前記
   インク液室を隔て、少なくとも一部が分極された圧電部
   で構成された側壁と、前記圧電部に形成された電極とを
   有し、前記電極への電圧の印加により前記側壁を変形し
   て、前記インク液室内のインクに圧力を与えてインクを
   噴射するインク噴射装置であって、 前記圧電部の前記電極を形成する面がインク液室内の内
   面と異なり、前記電極への印加により発生する電界方向
   が前記圧電部の分極方向に略直行し、且つ前記側壁の前
   記変形方向が前記圧電部の分極方向に対して略平行であ
   ることを特徴とするインク噴射装置。