JPH08192515A

JPH08192515A - インク噴射装置

Info

Publication number: JPH08192515A
Application number: JP644195A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Takahashi; 高橋　　義和
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1995-01-19
Filing date: 1995-01-19
Publication date: 1996-07-30

Abstract

(57)【要約】【目的】大量生産性、信頼性に優れ、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。【構成】前記アクチュエータ板１０１は、例えば深さ４
００μｍ、幅２４０μｍの複数の溝１１７が形成されて
いる。また、その溝１１７の側面となる隔壁１１１は、
例えば幅８０μｍである。この溝１１７の内面にはその
側面の上半分のみに電極１２４が形成される。高さ４０
０μｍ、幅８０μｍ、長さ９ｍｍの側壁１１２と前記側
壁１１２に挟まれたキャビティ１１９とを有する樹脂製
のキャビティ板１０２を射出成形法にて作製する。前記
アクチュエータ板１０１と、前記キャビティ板１０２と
を、前記溝１１７の中央部に前記側壁１１２、前記キャ
ビティ１１９の中央部に前記隔壁１１１とが対応するよ
うに接着する。すると、溝１１７は、横方向に互いに間
隔を有する複数のインク液室１２１となる。

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、プリンタヘッドに圧電式インクジ
ェットを利用したものが提案されている。これは、ドロ
ップオンデマンド方式と呼ばれているものであり、且つ
圧電トランスデューサの圧電効果による形状変化によっ
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ある。そして、このような噴
射装置を複数互いに近接して配置し、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
や画像を形成するものである。

【０００３】この種の液滴噴射装置としては、例えば特
開昭６３−２４７０５１号公報および特開昭６３−２５
２７５０号公報に記載されているものがある。図１２お
よび図１３にそれら従来例の概略図を示す。以下、アレ
イの一部の断面図を示す図１２によって従来例を具体的
に説明すると、複数の側壁２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２
ｅを有し、かつ矢印５１の方向に分極処理を施した圧電
セラミックス板１と、金属材料、ガラス材料またはセラ
ミックス材料等からなるカバー板２１とを、接合層１２
を介して接合することで、横方向に互いに間隔を有する
多数のインク流路３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄが構
成される。インク流路３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ
は長方形断面の細長い形状であり、側壁２ａ、２ｂ、２
ｃ、２ｄ、２ｅは流路の全長にわたって伸び、流路軸お
よび分極方向に垂直方向に変形可能で流路内のインク圧
を変化させる。該側壁２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅの
表面には駆動電界印加用の金属電極１１ａ、１１ｂ、１
１ｃ、１１ｄが形成してあり、該金属電極１１ａ、１１
ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅの表面にはインクによる腐
食防止のための表面処理を施してある。

【０００４】該アレイにおいて、所定の印字データに従
って例えば噴射装置３１ｂが選択されると、金属電極１
１ａ、１１ｂと金属電極１１ｃ、１１ｄの各々の間に駆
動電界が印加される。このとき駆動電界方向と分極方向
とが直交しているため、側壁２ｂと側壁２ｃは圧電厚み
すべり効果によってインク流路３１ｂの内部方向に変形
する。この変形によってインク流路３１ｂ内の容積が減
少してインク圧が増大し、図示されていないオリフィス
からインク液滴が噴射される。また、駆動電界の印加を
停止すると、側壁は変形前の位置に戻るため流路内のイ
ンク圧が低下し、図示されていないインク供給部から流
路内にインクが供給される。

【０００５】前記アレイは以下の製造法によって製造さ
れる。図１３に示すように、矢印５１方向に分極処理を
施した圧電セラミックス板１に、ダイヤモンドカッティ
ング円板の回転による研削加工等によって、前記の形状
の流路を形成する平行な溝３を作製する。この溝３の表
面には、前記の金属電極をスパッタリング等によって形
成する。該圧電セラミックス板１の溝側の上面４ａにカ
バー板２１を接着する。また、圧電セラミックス板の溝
のインク噴射側の端面４ｂに、流路の位置に対応した位
置にオリフィス４２が設けられたオリフィス板４１を接
着する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の液滴噴射装置は、製造工程において圧電トラン
スデューサにインク流路を形成するために細かい溝加工
を行う必要があり、インク液滴の集積度を向上させるた
めに隣接するインク流路の間隔を小さくする場合に圧電
セラミックスの溝加工が困難となり、加工コストが著し
く高くなるという問題点があった。

【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、製造コストを低減したインク噴
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】この目的を達成するため
に本発明のインク噴射装置は、分極された圧電材料で少
なくとも一部が形成されたアクチュエータ壁と、圧電効
果を持たない非アクチエータ壁とを、交互に配設して構
成された側壁からなる複数の噴射チャンネルと、前記ア
クチュエータ壁に形成され、電圧印加によって前記圧電
材料に駆動電界を発生させるための電極とを有し、１つ
の前記アクチュエータ壁が、隣り合った２つの前記噴射
チャンネルより夫々インクを噴射させる圧力発生手段と
して構成されている。

【０００９】尚、前記電極には、立ち上がりが急峻で、
且つ立ち下がりが緩やかな電圧パルスが印加されるもの
でもよい。

【００１０】また、前記電極には、立ち上がりが緩やか
で、且つ立ち下がりが急峻な電圧パルスが印加されるも
のでもよい。

【００１１】尚、前記アクチュエータ壁は、その壁面の
起立方向へ分極された圧電材料により形成されており、
前記電極は、前記各アクチュエータ壁の側面両側に、前
記壁面の起立方向端部から略中央部までを覆うように設
けられていてもよい。

【００１２】尚、前記電圧パルスの印加方向を交互に切
り替えながら、前記電極に前記電圧パルスを印加させる
ことにより、前記隣り合った２つの噴射チャンネルの各
々からインクを独立して噴射させるものでもよい。

【００１３】

【作用】上記の構成を有する本発明の請求項１に係る
インク噴射装置おいては、複数の噴射チャンネルが形成
されており、その噴射チャンネルは、側壁の一方が分極
された圧電材料で少なくとも一部が形成されたアクチュ
エータ壁、もう一方が圧電効果を持たない非アクチエー
タ壁より構成され、前記アクチュエータ壁には、電圧印
加によって前記圧電材料に駆動電界を発生させる電極が
形成されている。そして、このアクチュエータ壁は隣合
った２つの噴射チャンネル双方にとっての圧力発生手段
として構成されており、前記電極から駆動電界を受けて
駆動し、前記２つの噴射チャンネルより夫々インクを噴
射させる。

【００１４】請求項２に係るインク噴射装置において
は、電極に、立ち上がりが急峻で、且つ立ち下がりが緩
やかな電圧パルスが印加される。よって、アクチュエー
タ壁は前記電圧パルスの印加を受けると、速やかに変形
を起こし、隣合った２つの噴射チャンネルの一方のチャ
ンネル内の圧力を急激に増大させ、インクの噴射を行わ
せる。その際、他方の噴射チャンネルには負圧が生じ、
その分インクが充填される。また、インク噴射の後、ア
クチュエータ壁は元の形状に戻り、インクを噴射した前
記噴射チャンネルは負圧によりインクを補給する。但
し、アクチュエータ壁はゆっくりと復元するので、前記
インクを充填した他方の噴射チャンネルには大きな圧力
が生じず、そのチャンネルから無用なインクが噴射され
ることが無い。

【００１５】請求項３に係るインク噴射装置において
は、電極には、立ち上がりが緩やかで、且つ立ち下がり
が急峻な電圧パルスが印加される。よって、アクチュエ
ータ壁は前記電圧パルスの印加を受けると、変形を起こ
し、隣合った２つの噴射チャンネルの一方のチャンネル
内に負圧を生じさせ、その分インクを充填させる。その
際、他方の噴射チャンネルは加圧されるが、アクチュエ
ータ壁はゆっくりと変形するので、前記他方の噴射チャ
ンネルには大きな圧力が生じず、そのチャンネルから無
用なインクが噴射されることが無い。また、インク充填
の後、アクチュエータ壁は速やかに元の形状に戻り、前
記インクを充填した前記噴射チャンネル内の圧力を急激
に増大させて、インクの噴射を行わせる。その際、他方
の噴射チャンネルには負圧が生じ、その分インクが補給
される。

【００１６】請求項４に係るインク噴射装置において
は、アクチュエータ壁は、その壁面の起立方向へ分極さ
れた圧電材料により形成され、前記電極は、前記各アク
チュエータ壁の側面両側に、前記壁面の起立方向端部か
ら略中央部までを覆うように設けられる。よって、簡易
な構成でもって、せん断モード型のインク噴射装置が構
成される。

【００１７】請求項５に係るインク噴射装置において
は、前記電圧パルスの印加方向を交互に切り替えなが
ら、前記電極に前記電圧パルスを印加させることによ
り、前記隣り合った２つの噴射チャンネルの各々からイ
ンクを独立して噴射させる。

【００１８】

【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。但し、従来技術と同一の部材につい
ては、同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００１９】図１に示すように、矢印１０５の方向に分
極されたアクチュエータ板１０１は、チタン酸ジルコン
酸鉛系（ＰＺＴ）の圧電セラミックス材料で形成されて
いる。

【００２０】前記アクチュエータ板１０１は、ダイヤモ
ンドブレード等により切削加工され、例えば深さ４００
μｍ、幅２４０μｍの複数の溝１１７が形成されてい
る。また、その溝１１７の側面となる隔壁１１１は、例
えば幅８０μｍである。前記溝１１７は、例えば互いに
平行に設けられた長さ１０ｍｍの溝であるが、その一端
面１１４に近づくにつれて徐々に浅くなり、端面１１４
付近では浅く平行な浅溝１１５となるように形成され
る。この溝１１７及び、浅溝１１５の内面には、図２に
示すように、電極１２４，１２５が、スパッタリング等
によって形成される。溝１１７の内面にはその側面の上
半分のみに電極１２４が形成されるが、浅溝１１５の内
面にはその側面及び底面全体に電極１２５が形成され
る。この時、各電極１２５は隣接する電極１２４とそれ
ぞれ導通している。尚、図中矢印１０５が本発明におけ
る壁面の起立方向に相当する。

【００２１】そして、図３に示すように、前記浅溝１１
５の幅方向中央部に前記浅溝１１５よりも幅が狭く、か
つ溝１１７の深さの半分よりも深い分割溝１１８をダイ
ヤモンドブレード等により切削加工する。本実施例にお
いては幅８０μｍを有する分割溝１１８が形成されてい
る。この浅溝１１５により、電極１２５は中央部で分割
され、その分割された各々は隣接する電極１２４と１対
１に対応して導通する駆動電極１２６となる。尚、キャ
ビティ１１９の幅は２４０μｍである。

【００２２】次に、図４に示すように、高さ４００μ
ｍ、幅８０μｍ、長さ９ｍｍの側壁１１２と前記側壁１
１２に挟まれたキャビティ１１９とを有する樹脂製のキ
ャビティ板１０２を射出成形法にて作製する。

【００２３】そして、図５に示すように、前記アクチュ
エータ板１０１と前記キャビティ板１０２とを、前記溝
１１７の中央部に前記側壁１１２が、前記キャビティ１
１９の中央部に前記隔壁１１１が対応するように、エポ
キシ系樹脂からなる接着層１２０（図６）を介して接着
する。このとき、前記浅溝１１５には、キャビティ板１
０２の側壁１１２が嵌合され、封止される。また、溝１
１７は横方向に互いに間隔を有する複数のインク液室１
２１となる。一方、前記溝１１７が浅溝１１５へと徐々
に浅くなる部分は、インク供給口１３０となる。

【００２４】前記アクチュエータ板１０１において、図
６に示すように、チャンネル方向で浅溝１１５が形成さ
れていない側の端面１１３側に、前記インク液室１２１
に対応する位置にノズル１３２を有するノズル板１３１
を図示しないエポキシ系接着剤にて接合する。このノズ
ルプレートは、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。

【００２５】これにより、インク液室１２１と、少なく
とも一部が圧電セラミックスからなる隔壁１１１と、電
極１２４とを複数備えたインク噴射装置１００が作製さ
れる。

【００２６】また前記アクチュエータ板１０１の下部
に、パターン電極１４２を形成した基板１４１を図示し
ないエポキシ樹脂系の接着剤にて接合する。接合後、図
６に示すように溝１１７内の駆動電極１２６と、前記基
板１４１上のパターン電極１４２とを、ワイヤボンディ
ング法などの既知の方法により電気的に結合する。

【００２７】次に、制御部のブロック図を示す図７によ
って、本実施例の制御部の構成を説明する。同図に示す
ように、前記基板１４１上のパターン１４２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１３２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、駆動するインク液室１２１内の電極１２４に導通す
る駆動電極パターン１４１に、電圧ライン５４の電圧Ｖ
を印加し、前記インク液室１２１以外のインク液室１２
１内の電極１２４に導通する駆動電極パターン１４１に
アースライン５５を接続して接地する。

【００２８】次に、本実施例によるインク噴射装置１０
０の動作を図８乃至図１１を用いて説明する。図８に示
すインク液室１２１ｃからインク液滴を噴射するため
に、当インク液室１２１ｃ内の電極１２４ｃに対し図１
１（ａ）に示すようなグランドから電圧Ｖまで、例え
ば、３μｓの立ち上がり部１０７、電圧Ｖを１５μｓ保
持する保持部１０８、電圧Ｖからグランドまで１５μｓ
の立ち下がり部１０９からなる電圧パルス１０３を与え
る（ここで、ある電極１２４対して電圧を与えること
は、その電極１２４に電圧パルス１０３を印加し、指示
しない電極１２４を接地することを言う）。すると、前
記立ち上がり部１０７のとき、図９に示すように、隔壁
１１１には矢印１０６方向の電界が発生し、隔壁１１１
ｂが圧電厚みすべり効果により、速やかに図中左方向
に”く”の字型に動く。すると、インク液室１２１ｃの
容積が減少して、ノズル１３２ｃ付近を含むインク液室
１２１ｃ内の圧力が急激に増加する。これにより、イン
ク液室１２１ｃ内のインクがインク液滴となり、ノズル
１３２ｃから噴射される。その際、隣接のインク液室１
２１ｄには負圧が生じ、その分インクが充填される。

【００２９】次に、前記保持部１０８の間だけ駆動電圧
が保持された後に、駆動電圧が、前記立ち下がり部１０
９のように、グランドに下がると、インク液室１２１ｃ
の容積を前記減少状態から自然状態へと緩やかに増加さ
せ、インク室１１２ｃ内に図示しないインク供給源から
図示しないマニホールドを介してインク液室１２１ｃに
インクが供給される。このとき、隔壁１１１ｂに隣接す
る、インク液室１２１ｄの容積は減少するが、前記立ち
上がり部１０７と比べて前記立ち下がり部１０９での前
記隔壁１１１ｂの動きは十分緩やかであるため、ノズル
１３２ｄからインク液滴が噴射することはない。

【００３０】次に、前記隔壁１１１ｂを共通の圧力発生
手段として有する、前記インク液室１２１ｄからインク
液滴を噴射する場合は、当インク液室１２１ｄ内の電極
１２４ｄに対し図１１（ａ）に示すようなグランドから
電圧Ｖまで、例えば、３μｓの立ち上がり部１０７、電
圧Ｖを１５μｓ保持する保持部１０８、電圧Ｖからグラ
ンドまで１５μｓの立ち下がり部１０９からなる電圧パ
ルス１０３を与える（ここで、ある電極１２４対して電
圧を与えることは、その電極１２４に電圧パルス１０３
を印加し、指示しない電極１２４を接地することを言
う）。すると、前記立ち上がり部１０７のとき、図１０
に示すように、隔壁１１１には矢印２０６方向の電界が
発生し、隔壁１１１ｂが圧電厚みすべり効果により、図
中右方向に逆”く”の字型に速やかに動く。すると、イ
ンク液室１２１ｄの容積が減少して、ノズル１３２ｄ付
近を含むインク液室１２１ｄ内の圧力が急激に増加す
る。これにより、インク液室１２１ｄ内のインクがイン
ク液滴となり、ノズル１３２ｄから噴射される。その
際、隣接のインク液室１２１ｃには負圧が生じ、その分
インクが充填される。

【００３１】次に、前記保持部１０８の間、駆動電圧が
保持された後に駆動電圧が、前記立ち下がり部１０９の
ように、グランドに下がると、インク液室１２１ｄの容
積を前記減少状態から自然状態へと緩やかに増加させ、
インク室１１２ｄ内に図示しないインク供給源から図示
しないマニホールドを介してインク液室１２１ｄにイン
クが供給される。このとき、隔壁１１１ｂに隣接する、
インク液室１２１ｃの容積は減少するが、前記立ち上が
り部１０７と比べて前記立ち下がり部１０９での前記隔
壁１１１ｂの動きは十分緩やかであるため、ノズル１３
２ｃからインク液滴が噴射することはない。

【００３２】共通の隔壁１１１ｂを有するインク液室１
２１ｃとインク液室１２１ｄからインク液滴を噴射する
場合は、図１１（ａ）の電圧パルス１０３をインク液室
１２１ｃに与えた後、同一形状でタイミングを例えば４
５μｓずらした、図１１（ｂ）に示すような電圧パルス
２０３を、インク液室１２１ｄに与えればよい。

【００３３】また、前記実施例においては、まず、駆動
電圧をインク液室１２１の容積が減少する方向に印加し
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１２１の容積を自然状態に増加してインク液室１
２１にインクを供給していたが、まず駆動電圧をインク
液室１２１の容積が増加するように印加してインク液室
１２１にインクを供給してから、駆動電圧の印加を停止
して、インク液室１２１の容積を前記増加状態から自然
状態へと減少させ、インク液室１２１内のインクをイン
ク液滴として噴射してもよく、この場合は、電圧パルス
１０３の立ち上がり部１０７を例えば１５μｓ、立ち下
がり部を５μｓとすればよい。

【００３４】上述したように、本実施例のインク噴射装
置１００は、隔壁１１１が形成され、圧電セラミックス
材料からなるアクチュエータ板１０１と、射出成形法に
より側壁１１２が形成された樹脂製のキャビティ板１０
２とを、前記隔壁１１１と側壁１１２とが交互に配列さ
れるように組み合わせた構成を有しているので、アクチ
ュエータ板１０１の溝加工の幅がインク液室１２１の幅
よりも大きくなり、インク液滴の集積度を向上させるた
めに隣接するインク流路の間隔を小さくする場合には、
従来の方法と比較して溝加工が容易となる共に加工部が
減少し、それに伴い加工コストも低減することができ
る。

【００３５】

【発明の効果】上述したように、本発明によるインク噴
射装置は、アクチュエータ壁の配置を従来の２倍にする
ことができるため、前記アクチュエータ壁形成のための
加工が容易となると共に加工コストを低減することがで
きる。よって、大量生産性に優れ、信頼性が向上する。
ひいては、インク液滴の集積度を更に向上させることも
可能となる。

【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製造工程
を示す斜視図である。

【図２】同インク噴射装置の製造工程を示す斜視図であ
る。

【図３】同インク噴射装置の製造工程を示す斜視図であ
る。

【図４】同インク噴射装置の製造工程を示す断面図であ
る。

【図５】本発明の一実施例のインク噴射装置の構成を示
す斜視図である。

【図６】同インク噴射装置の製造工程を示す断面図であ
る。

【図７】本発明の一実施例のインク噴射装置の制御部を
示すブロック図である。

【図８】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９】同インク噴射装置の動作を示す説明図である。

【図１０】同インク噴射装置の動作を示す説明図であ
る。

【図１１】本発明の一実施例の駆動電圧波形を示す説明
図である

【図１２】従来例のインク噴射装置を示す断面図であ
る。

【図１３】従来例のインク噴射装置の構成示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１００インク噴射装置１０１アクチュエータ板１０２カバー板１０３電圧パルス１１１隔壁１１２側壁１２１インク液室１２４電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分極された圧電材料で少なくとも一部が
形成されたアクチュエータ壁と、圧電効果を持たない非
アクチエータ壁とを、交互に配設して構成された側壁か
らなる複数の噴射チャンネルと、前記アクチュエータ壁に形成され、電圧印加によって前
記圧電材料に駆動電界を発生させるための電極とを有
し、１つの前記アクチュエータ壁が、隣り合った２つの前記
噴射チャンネルより夫々インクを噴射させる圧力発生手
段として構成されていることを特徴とするインク噴射装
置。
【請求項２】前記電極には、立ち上がりが急峻で、且
つ立ち下がりが緩やかな電圧パルスが印加されることを
特徴とする請求項１に記載のインク噴射装置。
【請求項３】前記電極には、立ち上がりが緩やかで、
且つ立ち下がりが急峻な電圧パルスが印加されることを
特徴とする請求項１に記載のインク噴射装置。
【請求項４】前記アクチュエータ壁は、その壁面の起
立方向へ分極された圧電材料により形成されており、前記電極は、前記各アクチュエータ壁の側面両側に、前
記壁面の起立方向端部から略中央部までを覆うように設
けられていることを特徴とする請求項１に記載のインク
噴射装置。
【請求項５】前記電圧パルスの印加方向を交互に切り
替えながら、前記電極に前記電圧パルスを印加させるこ
とにより、前記隣り合った２つの噴射チャンネルの各々
からインクを独立して噴射させることを特徴とする請求
項２または３に記載のインク噴射装置。