JP3183010B2 - インク噴射装置 - Google Patents
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Description
るものである。
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上げられる。なか
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。
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。
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せん断モード型である。
インク噴射装置600は、底壁601、天壁602及び
その間のせん断モードアクチュエータ壁603からな
る。そのアクチュエータ壁603は、底壁601に接着
され、且つ矢印611方向に分極された下部壁607
と、天壁602に接着され、且つ矢印609方向に分極
された上部壁605とからなっている。アクチュエータ
壁603は一対となってその間にインク流路613を形
成し、且つ次の一対のアクチュエータ壁603の間に
は、インク流路613よりも狭い空間615を形成して
いる。
18を有するノズルプレート617が固着され、各アク
チュエータ壁603の両側面には電極619、621が
金属化層として設けられている。各電極619、621
はインクと絶縁するための絶縁層(図示せず)で覆われ
ている。そして、空間615に面している電極619、
621はアース623に接続され、インク流路613内
に設けられている電極619、621は、アクチュエー
タ駆動回路を与えるシリコン・チップ625に接続され
ている。
法を説明する。まず、矢印611に分極された圧電セラ
ミックス層を底壁601に接着し、矢印609に分極さ
れた圧電セラミックス層を天壁602に接着する。各圧
電セラミックス層の厚みは、下部壁607、上部壁60
5の高さに等しい。次に、圧電セラミックス層に、平行
な溝をダイヤモンドカッティング円板の回転等によって
形成して、下部壁607、上部壁605を形成する。そ
して、真空蒸着によって下部壁607の側面に電極61
9を形成し、その電極619上に前記絶縁層を設ける。
同様にして上部壁605の側面に電極621、前記絶縁
層を設ける。
頂部とを接着してインク流路613と空間615とを形
成する。次に、ノズル618が穿孔されているノズルプ
レート617を、ノズル618がインク流路613と対
応するように、インク流路613及び空間615の一端
に接着し、インク流路613と空間615との他端をシ
リコン・チップ625とアース623とに接続する。
9、621にシリコン・チップ625が電圧を印加する
ことによって、各アクチュエータ壁603がインク流路
613の容積を増加する方向に圧電厚みすべり変形し
て、所定時間後電圧印加が停止されてインク流路613
の容積が増加状態から自然状態となってインク流路61
3内のインクに圧力が加えられ、インク滴がノズル61
8から噴射される。
た構成のインク噴射装置600では、空間615に面し
ている電極619、621はアース623に接続され、
インク流路613内に設けられている電極619、62
1は、アクチュエータ駆動回路を与えるシリコン・チッ
プ625に接続されているが、特開昭63−24705
1号公報には、その電気的接続の具体的構成および方法
が開示されていない。そこで、例えば、インク流路61
3が50個あるとすると、空気室615は51個必要と
なり、電極619、621の電気的接続が101カ所で
あり、その101カ所は狭ピッチであるので、電気的接
続が難しく、そのための工程に時間がかかり、大量生産
性に劣るといった問題があった。
になされたものであり、大量生産性に優れ、容易に電気
的接続が行えるインク噴射装置を提供することを目的と
する。
に本発明の請求項1のインク噴射装置では、一方の面に
開口しインクを収容する噴射チャンネルとなる複数の溝
と、該溝の両側を形成し分極された圧電素子で少なくと
も一部が形成された複数の隔壁とを有するアクチュエー
タプレートと、前記複数の溝の開口部を覆って前記アク
チュエータプレートに固着されたカバー部材と、前記噴
射チャンネルとなる各溝間において該溝 とは前記隔壁を
隔てて形成され、前記アクチュエータプレートの前記一
方の面の側に開口して前記カバー部材により覆われ、前
記一方の面とは反対側を、前記アクチュエータプレート
の一部に平面部を残して開口した非噴射領域となる複数
の溝と、前記噴射チャンネルとなる複数の溝内面に形成
された第一電極、及び前記非噴射領域となる複数の溝内
面に形成された第二電極と、前記平面部に形成され、該
平面部側の前記開口部を介して前記複数の第二電極と接
続された第三電極とを備え、前記第一電極と第二電極と
の間に電圧を印加することにより、前記隔壁を変形さ
せ、前記噴射チャンネル内のインクを噴射する。
に開口しインクを収容する噴射チャンネルとなる複数の
溝と、該溝の両側を形成し分極された圧電素子で少なく
とも一部が形成された複数の隔壁とを有するアクチュエ
ータプレートと、前記複数の溝の開口部を覆って前記ア
クチュエータプレートに固着されたカバー部材と、前記
噴射チャンネルとなる各溝間において該溝とは前記隔壁
を隔てて形成され、前記カバー部材を貫通して開口した
非噴射領域となる複数の溝と、前記噴射チャンネルとな
る複数の溝内面に形成された第一電極、及び前記非噴射
領域となる複数の溝内面に形成された第二電極と、前記
カバー部材に形成され、該カバー部材の前記開口部を介
して前記複数の第二電極と接続された第三電極とを備
え、前記第一電極と第二電極との間に電圧を印加するこ
とにより、前記隔壁を変形させ、前記噴射チャンネル内
のインクを噴射する。
装置において、前記カバー部材の開口部が、該カバー部
材の一部に平面部を残して形成され、該平面部に前記第
三電極が形成されている。
では、アクチュエータプレートの溝の開口側がカバー部
材で覆われ、両者間に噴射チャンネルが形成される。該
噴射チャンネル間において、噴射チャンネルとは隔壁を
隔てて非噴射領域が形成 される。噴射チャンネルとなる
溝の内面に第一電極及び非噴射領域となる溝の内面に第
二電極が形成される。非噴射領域となる溝は、噴射チャ
ンネルとなる溝の開口側とは反対側のアクチュエータプ
レートの面に開口される。該面の開口部を介して複数の
第二電極に第三電極が接続される。また、請求項2のイ
ンク噴射装置では、非噴射領域となる溝が、カバー部材
を貫通して開口される。該カバー部材の開口部を介して
複数の第二電極に第三電極が接続される。そして、両構
成とも、複数の第一電極と第三電極を介して隔壁に電圧
が印加されることによって、隔壁が変形して噴射チャン
ネルからインクが噴射される。
〜図4を参照して説明する。
1の構成及び製造方法を説明する。インク噴射装置1
は、圧電セラミックスプレート2とカバープレート10
とノズルプレート14とから構成されている。
ジルコン酸鉛系(PZT)のセラミックス材料で形成さ
れ、圧電セラミックスプレート2には、ダイヤモンドブ
レード等により切削加工され、複数の溝19が形成され
る。また、その溝19の側面となる隔壁6は矢印5の方
向に分極されている。それらの溝19は同じ深さであ
り、かつ平行である。それら溝19の深さは、圧電セラ
ミックスプレート2の一端面15に近づくにつれて徐々
に浅くなって、浅溝7が形成されている。次に、溝19
の内面に、その両側面の上半分に金属電極8がスパッタ
リング等によって形成される。尚、浅溝7の内面には、
その側面及び底面に金属電極9がスパッタリング等によ
って形成される。これにより、溝19の両側面に形成さ
れた金属電極8は浅溝7に形成された金属電極9によっ
て電気的に接続される。そして、インクと金属電極8と
を絶縁する絶縁層(図示せず)が金属電極8上に形成さ
れる。
ホールド21が設けられたカバープレート10が、圧電
セラミックスプレート2の溝19加工側の面にエポキシ
系接着剤20によって接着される。これにより、溝19
が塞がれてインク室3が形成される。
19加工側と反対側の面において、溝19とハーフピッ
チずれた位置に、非噴射領域としての溝4がダイヤモン
ドブレード等により切削加工される。それら溝4の深さ
は、圧電セラミックスプレート2の一端面15に近づく
につれて徐々に浅くなって、平面部16となっている。
ここで溝4は、後述するマニホールド21と連通しない
ように、マニホールド21の直前で深さが浅くなるよう
に形成される。尚、溝19、隔壁6、溝4の各々の幅は
同じである。溝4の内面と圧電セラミックスプレート2
の溝4加工側の全面(平面部16を含む)とに、第二、
第三電極としての金属電極17がメッキ法などによって
同時に形成される。従って、全ての溝4内の金属電極1
7は電気的に接続される。
ルド21と連通する噴射チャンネルとしてのインク室
3、およびマニホールド21と連通しない非噴射領域と
しての溝4が構成される。尚、インク室3は長方形断面
の細長い形状であり、全てのインク室3はインクが充填
される領域である。尚、浅溝7からインク室3内のイン
クが漏れないように、浅溝7とカバープレート10の接
合部付近には、図示しないエポキシ系の接着剤などが設
けられている。
カバープレート10の端面に、各インク室3の位置に対
応した位置にノズル12が設けられたノズルプレート1
4が接着されている。このノズルプレート14は、ポリ
アルキレン(例えばエチレン)テレフタレート、ポリイ
ミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリ
エーテルスルホン、ポリカーボネイト、酢酸セルロース
等のプラスチックによって形成されている。
って、制御部の構成を説明する。フレキシブルプリント
基板23に設けられた導電層のパターン24は浅溝7の
金属電極9に接続し、パターン25は平面部16の金属
電極17に接続しており、両パターン24、25は各々
個々にLSIチップ51に接続され、クロックライン5
2、データライン53、電圧ライン54及びアースライ
ン55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12からインク滴の噴射を
行うべきかを判断し、駆動するインク室3内の金属電極
8に導通する導電層のパターン24に、電圧ライン54
の電圧Vを印加する。また、駆動するインク室3以外の
金属電極8に導通する導電層のパターン24及び溝4の
金属電極17に導通するパターン25をアースライン5
5に接続する。
を説明する。図3のインク室3bからインク滴を噴射す
るとすると、当該インク室3bに対し電圧パルスを与え
る(ここで、あるインク室3に対して電圧を与えること
は、そのインク室3に面する金属電極8に電圧を印加
し、指示しないインク室3に面する金属電極8及び溝4
の金属電極17を接地することを言う)。すると、隔壁
6bには矢印13b方向の電界が発生し、隔壁6cには
矢印13c方向の電界が発生する。このとき、分極方向
5と電界方向13とが直交しているので、隔壁6b、6
cが圧電厚みすべり変形して、隔壁6bと6cとが互い
に離れるように動く。インク室3bの容積が増えて、ノ
ズル12付近を含むインク室3b内の圧力が減少する。
この状態をL/aで示される時間だけ維持する。する
と、その間図示しないインク供給源からマニホールド2
1を介してインクが供給される。なお、上記L/aは、
インク室3内の圧力波が、インク室3の長手方向(マニ
ホールド21からノズルプレート14まで、またはその
逆)に対して、片道伝播するに必要な時間であり、イン
ク室3の長さLとインク中での音速aによって決まる。
げからちょうどL/aの時間経つとインク室3b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
わせてインク室3bに印加されている電圧を0Vに戻
す。すると、隔壁6bと6cは変形前の状態(図1)に
戻り、インクに圧力が加えられる。その時、前記正に転
じた圧力と、隔壁6b、6cが変形前の状態に戻って発
生した圧力とがたし合わされ、比較的高い圧力がインク
室3b内のインクに与えられて、インク滴がノズル12
から噴出される。
圧をインク室3bの容積が増加する方向に印加し、次に
駆動電圧の印加を停止しインク室3bの容積を自然状態
に減少してインク室3bからインク滴を噴射していた
が、まず駆動電圧をインク室3bの容積が減少するよう
に印加してインク室3bからインク滴を噴射し、次に駆
動電圧の印加を停止してインク室3bの容積を前記減少
状態から自然状態へと増加させてインク室3b内にイン
クを供給してもよい。
置1では、溝4が開口しているため、金属電極17が、
溝4の内面と圧電セラミックスプレート2の溝4加工側
の全面(平面部16を含む)とに、同時に且つ容易に形
成することができる。また、インク室3の浅溝7の金属
電極9が個々に電気的に独立し、溝4内面の全ての金属
電極17が電気的に接続されているので、全ての溝4内
面の金属電極17を接地するための電気的コネクトが少
なくとも一カ所で接続することができる。従って、LS
Iチップ51に接続するためのフレキシブルプリント基
板23のパターン24、25との接続が容易である。
ックスプレート2のカバープレート10接着側と反対の
面に開口して、マニホールド21と連通しないため、溝
4には空気が存在しているので、インク室3bからイン
ク滴を噴射するための隔壁6b、6cの変形が、他のイ
ンク3a、3c等に影響を及ぼすことがない。従って、
各インク室3から良好にインク滴が噴射され、印字品質
がよい。更に、溝4には、空気が存在するので、隔壁6
の変形がしやすく、電圧が低くてよい。
くすることによって、圧電セラミックスプレート2の幅
を小さくすることができる。
但し、第一実施例と同一の部材に付いては、同一の符号
を付し、その説明を省略する。
置100は、圧電セラミックスプレート102とカバー
プレート110とノズルプレート14とから構成されて
いる。
チタン酸ジルコン酸鉛系(PZT)のセラミックス材料
で形成され、圧電セラミックスプレート102には、ダ
イヤモンドブレード等により切削加工され、複数の溝1
19が形成される。また、その溝119の側面となる隔
壁6は矢印5の方向に分極されている。それらの溝11
9は同じ深さであり、かつ平行である。それら溝119
の深さは、圧電セラミックスプレート2の一端面15に
近づくにつれて徐々に浅くなって、浅溝7が形成されて
いる。そして、溝119の内面には、その両側面の上半
分に金属電極8がスパッタリング等によって形成されて
いる。また、浅溝7の内面には、その側面及び底面に金
属電極9がスパッタリング等によって形成されている。
これにより、溝119の両側面に形成された金属電極8
は浅溝7に形成された金属電極9によって電気的に接続
される。そして、インクと金属電極8とを絶縁する絶縁
層(図示せず)が金属電極8上に形成される。
クス材料で構成されており、マニホールド21が形成さ
れている。そして、圧電セラミックスプレート102の
溝119加工側の面とカバープレート110とがエポキ
シ系接着剤20によって接着される。これにより、噴射
チャンネルとしてのインク室3が形成される。
ラミックスプレート102の溝119とハーフピッチず
れた位置に、溝104が、インク室3と同じ深さまでダ
イヤモンドブレード等により切削加工される。それら溝
104の深さは、カバープレート102のマニホールド
21に近づくにつれて徐々に浅くなり、該マニホールド
21の手前にて、平面部116となっている。従って溝
104は前記マニホールド21と連通しない。そして、
溝104の内面およびカバープレート110の溝104
加工側の面に金属電極117が形成されている。従っ
て、全ての前記溝104の金属電極117は電気的に接
続される。
ルド21と連通する噴射チャンネルとしてのインク室
3、およびマニホールド21と連通しない非噴射領域と
しての溝104が構成される。尚、インク室3は長方形
断面の細長い形状であり、全てのインク室3内にはイン
クが充填される領域である。尚、浅溝7からインク室3
内のインクが漏れないように、浅溝7とカバープレート
110の接合部付近には、図示しないエポキシ系の接着
剤などが設けられている。
ープレート110の端面に、各インク室3の位置に対応
した位置にノズル12が設けられたノズルプレート14
が接着されている。
プリント基板23(図4)に設けられた導電層のパター
ン24(図4)は浅溝7の金属電極9に接続し、パター
ン25(図4)は平面部116の金属電極117に接続
しており、両パターン24、25は各々個々にLSIチ
ップ51(図4)に接続されている。
動作を説明する。図7のインク室3bからインク滴を噴
射するとすると、当該インク室3bに対し電圧パルスを
与える(ここで、あるインク室3に対して電圧を与える
ことは、そのインク室3に面する金属電極8に電圧を印
加し、指示しないインク室3に面する金属電極8及び溝
4の金属電極117を接地することを言う)。すると、
隔壁6bには矢印13b方向の電界が発生し、隔壁6c
には矢印13c方向の電界が発生し、隔壁6bと6cと
が互いに離れるように動く。インク室3bの容積が増え
て、ノズル12付近を含むインク室3b内の圧力が減少
する。この状態をL/aで示される時間だけ維持する。
すると、その間図示しないインク供給源からマニホール
ド21を介してインクが供給される。
げからちょうどL/aの時間経つとインク室3b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
わせてインク室3bに印加されている電圧を0Vに戻
す。すると、隔壁6bと6cは変形前の状態(図5)に
戻り、インクに圧力が加えられる。その時、前記正に転
じた圧力と、隔壁6b、6cが変形前の状態に戻って発
生した圧力とがたし合わされ、比較的高い圧力がインク
室3b内のインクに与えられて、インク滴がノズル12
から噴出される。
圧をインク室3bの容積が増加する方向に印加し、次に
駆動電圧の印加を停止しインク室3bの容積を自然状態
に減少してインク室3bからインク滴を噴射していた
が、まず駆動電圧をインク室3bの容積が減少するよう
に印加してインク室3bからインク滴を噴射し、次に駆
動電圧の印加を停止してインク室3bの容積を前記減少
状態から自然状態へと増加させてインク室3b内にイン
クを供給してもよい。
置100では、溝104が開口しているため、金属電極
117が、溝104の内面と圧電セラミックスプレート
102の溝104加工側の全面(平面部116を含む)
とに、同時に且つ容易に形成することができる。また、
インク室3の浅溝7の金属電極9が個々に電気的に独立
し、溝104の全ての金属電極117が電気的に接続さ
れているので、全ての溝104内面の金属電極117を
接地するための電気的コネクトが少なくとも一カ所で接
続することができる。従って、LSIチップ51に接続
するためのフレキシブルプリント基板23のパターン2
4、25との接続が容易である。
レート110側の面に開口し、マニホールド21と連通
しないため、溝104には空気が存在しているので、イ
ンク室3bからインク滴を噴射するための隔壁6b、6
cの変形が、他のインク室3a、3c等に影響を及ぼす
ことがない。従って、各インク室3から良好にインク滴
が噴射され、印字品質がよい。更に、溝104には、空
気が存在するので、隔壁6の変形がしやすく、電圧が低
くてよい。
小さくすることによって、圧電セラミックスプレート1
02の幅を小さくすることができる。
求項1のインク噴射装置によれば、アクチュエータプレ
ートの溝の開口側がカバー部材で覆われ、両者間に噴射
チャンネルが形成される。該噴射チャンネル間におい
て、噴射チャンネルとは隔壁を隔てて非噴射領域が形成
される。噴射チャンネルとなる溝の内面に第一電極及び
非噴射領域となる溝の内面に第二電極が形成される。非
噴射領域となる溝は、噴射チャンネルとなる溝の開口側
とは反対側のアクチュエータプレートの面に開口され
る。該面の開口部を介して複数の第二電極に第三電極が
接続される。また、請求項2のインク噴射装置では、非
噴射領域となる溝が、カバー部材を貫通して開口され
る。該カバー部材の開口部を介して複数の第二電極に第
三電極が接続される。それによって、上記両構成とも、
複数の第二電極が第三電極に接続されるので、制御部へ
の電気的コネクト数が少なくなり、また、電極の電気的
コネクトは、従来よりピッチが広くなって、制御部への
電気的接続が容易となる。
面図である。
る。
図である。
ロック図である。
面図である。
る。
図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 一方の面に開口しインクを収容する噴射
チャンネルとなる複数の溝と、該溝の両側を形成し分極
された圧電素子で少なくとも一部が形成された複数の隔
壁とを有するアクチュエータプレートと、 前記複数の溝の開口部を覆って前記アクチュエータプレ
ートに固着されたカバー部材と、前記噴射チャンネルとなる各溝間において該溝とは前記
隔壁を隔てて形成され、前記アクチュエータプレートの
前記一方の面の側に開口して前記カバー部材により覆わ
れ、前記一方の面とは反対側を、前記アクチュエータプ
レートの一部に平面部を残して開口した非噴射領域とな
る複数の溝と 、前記噴射チャンネルとなる複数の溝内面に形成された第
一電極、及び前記非噴射領域となる複数の溝内面に形成
された 第二電極と、前記平面部に形成され、該平面部側の前記開口部を介し
て前記複数の第二電極と接続された第三電極とを備え、
前記第一電極と第二電極との間に電圧を印加することに
より、前記隔壁を変形させ、前記噴射チャンネル内のイ
ンクを噴射する ことを特徴とするインク噴射装置。 - 【請求項2】 一方の面に開口しインクを収容する噴射
チャンネルとなる複数の溝と、該溝の両側を形成し分極
された圧電素子で少なくとも一部が形成された複数の隔
壁とを有するアクチュエータプレートと、 前記複数の溝の開口部を覆って前記アクチュエータプレ
ートに固着されたカバー部材と、前記噴射チャンネルとなる各溝間において該溝とは前記
隔壁を隔てて形成され、前記カバー部材を貫通して開口
した非噴射領域となる複数の溝と 、前記噴射チャンネルとなる複数の溝内面に形成された第
一電極、及び前記非噴射領域となる複数の溝内面に形成
された 第二電極と、前記カバー部材に形成され、該カバー部材の前記開口部
を介して前記複数の第 二電極と接続された第三電極とを
備え、前記第一電極と第二電極との間に電圧を印加する
ことにより、前記隔壁を変形させ、前記噴射チャンネル
内のインクを噴射する ことを特徴とするインク噴射装
置。 - 【請求項3】 前記カバー部材の開口部が、該カバー部
材の一部に平面部を残して形成され、該平面部に前記第
三電極が形成されていることを特徴とする請求項2記載
のインク噴射装置。
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|---|---|---|---|
| JP32699793A JP3183010B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | インク噴射装置 |
| US08/344,672 US5801731A (en) | 1993-12-24 | 1994-11-21 | Ink droplet ejecting device with a continuous electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32699793A JP3183010B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | インク噴射装置 |
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| JPH07178903A JPH07178903A (ja) | 1995-07-18 |
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Family
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
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-
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-
1994
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