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JP2990887B2 - 液滴噴射装置 - Google Patents
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JP2990887B2 - 液滴噴射装置 - Google Patents

液滴噴射装置

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JP2990887B2
JP2990887B2 JP23918391A JP23918391A JP2990887B2 JP 2990887 B2 JP2990887 B2 JP 2990887B2 JP 23918391 A JP23918391 A JP 23918391A JP 23918391 A JP23918391 A JP 23918391A JP 2990887 B2 JP2990887 B2 JP 2990887B2
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雅彦 鈴木
宏人 菅原
隆弘 鐘ヶ江
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    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • 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、液滴噴射装置に係り、
特に駆動電圧を低下させた液滴噴射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、プリンタヘッドに圧電式インクジ
ェットを利用したタイプのものが提案されている。これ
は、圧電アクチュエータの寸法変位によりインク室の容
積を変化せしめて、その容積減少時にインク室内のイン
クを噴射し、容積増大時にインク室内にインクを導入す
るようにしている(ドロップオンデマンド方式)。
【0003】前記従来の液滴噴射装置のアレイの断面図
の例を図4に示す。
【0004】図4に示すように、アレイ1は、矢印A方
向に分極処理がなされた圧電セラミックス板2に、横方
向に一定間隔の複数のインク流路4用の凹溝を形成して
複数の側壁5を形成し、前記凹溝側に蓋6を接合するこ
とにより作成される。側壁5は、紙面に垂直方向に延び
ていて、これにより細長いインク流路4が形成される。
インク流路4は、その長手軸方向に垂直(即ち、分極方
向Aに直角)方向に変形可能であり、この変形によりイ
ンク流路内のインク圧を変化せしめる。
【0005】前記側壁5の表面には駆動電界印加用の駆
動電極7が形成され、駆動電極7の表面にはインクと電
極とを絶縁せしめる絶縁処理が施されている。インク流
路4の一端に連通された噴射口(図示せず)と、インク
流路4の他端に連通されたインク供給部(図示せず)
と、インク流路4を形成する側壁5とにより噴射装置3
4が構成される。
【0006】図5に示すように、駆動電極7a〜7eが
それぞれ別個に駆動用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2
2、アースライン24が駆動用LSIチップ16に接続
されている。
【0007】かかる構成の噴射装置34において、所定
の印字データに従い例えば噴射装置34bが選択される
と、駆動電極7b、7cと駆動電極7c、7dのそれぞ
れの間に駆動電界(横方向矢印で示す)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5b、5cは圧電厚みすべり効果によりインク
室4bの内部方向に「ハの字」形に変形する。この変形
によりインク室4b内のインク圧が大となり、前記噴射
口からインクが噴射される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
液滴噴射装置は、圧電セラミックス板が、圧電アクチュ
エータであると同時に、インク流路の側壁および底壁を
形成しているために幾つかの問題点を有している。
【0009】即ち、インク流路の側壁の幅と高さの比率
(幅/高さ)が大きいほど圧電厚みすべり効果の効率が
向上し、また側壁の幅が小さいほど電極間距離が小さく
なるので駆動電圧を低減できるのであるが、側壁幅を小
さくし、側壁高さを大きくすることは非常に困難であ
る。即ち、前記インク流路の凹溝は、厚み方向に分極処
理を施した圧電セラミックス板に、ダイヤモンドカッテ
ィング円盤の回転、またはレーザ光等により平行な溝を
形成する。しかし、圧電セラミックス材料は、元来脆い
性質を有しているため、溝と溝との間隔(側壁幅)が小
さすぎたり、溝の深さ(側壁高さ)が深すぎると、溝加
工時の歩留まりが悪化し、強度が低下して信頼性が低く
なる等の問題点がある。
【0010】そこで、本発明は上記問題点を解決するた
めになされたものであり、製造時の歩留まりが良く、強
度および信頼性が高く、低電圧駆動が可能な液滴噴射装
置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、圧電トランスデューサの変形により液体流
路の容積を変化させその液体流路内に貯溜された液体を
噴射せしめる液滴噴射装置において、変形可能な圧電ト
ランスデューサの第1側壁と、この第1側壁より長く突
出するとともに前記第1側が係合する側面を有し、前
記液体流路の容積を変化させる方向に変形可能な第2側
壁とを備え、前記第1側壁の変形動に応じて前記第2側
壁を拡大駆動させて前記液体流路の容積を変化せしめる
ようにしたことを特徴とする。
【0012】上記構成において、好ましくは、複数の平
行溝によって形成した複数の前記第1側壁と、複数の平
行溝によって形成した複数の前記第2側壁とによって、
前記液体流路を複数個平行に形成する。
【0013】また、前記第1側壁を有する圧電セラミッ
クス板と、その第1側壁の伸びる方向とは逆方向に伸び
る前記第2側壁を有する蓋とを備え、複数の第1側壁と
第2側壁とをそれぞれ係合し、その圧電セラミックス板
と蓋の間に前記インク流路を形成する
【0014】
【作用】本発明によれば、第1側壁に電圧を印加して当
該第1側壁を第2側壁側に変形させる。この変形によっ
て第2側壁が液体流路側に拡大変形する。この際、第1
側壁と第2側壁との間を、例えば、梃の原理が働くよう
に構成しておけば、第1側壁の小さな変形により、第2
側壁は拡大して変形される。従って、液体流路の容積変
化を大きくとれる。
【0015】上記構成において、複数の平行溝によって
形成した複数の前記第1側壁と、複数の平行溝によって
形成した複数の前記第2側壁とによって、前記液体流路
を複数個平行に形成することで、複数の液体流路を高密
度に平行に配置することができる。
【0016】また、前記第1側壁を有する圧電セラミッ
クス板と、その第1側壁の伸びる方向とは逆方向に伸び
る前記第2側壁を有する蓋とを備え、複数の第1側壁と
第2側壁とをそれぞれ係合し、その圧電セラミックス板
と蓋の間に前記インク流路を形成する構成とすることに
よって、圧電セラミックス板と蓋を組み合わせることで
上記液滴噴射装置を形成することができる。
【0017】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。なお、図5で説明した部分と同一部分・均等部分
には、同一符号を付し、重複記載を省略する。
【0018】図1に液滴噴射装置を構成するアレイ1の
断面図を示す。
【0019】アレイ1は、圧電セラミックス板2と、樹
脂系材料からなる蓋8とにより構成されている。即ち、
圧電セラミックス2は、矢印A方向に分極処理が施さ
れ、第1側壁5により形成される上方向開口の複数の平
行溝を有している。蓋8は、第1側壁5の約1.3倍の
高さの第2側壁9により形成される下方向開口の複数の
平行溝を有している。そして、第1側壁5と第2側壁9
とが互いに側面において接触し、かつ、第2側壁9の下
端部が圧電セラミックス板2に形成された溝底部に接す
るように係合して長方形断面のインク流路4が形成され
る。
【0020】前記第1側壁5の側面には駆動電極7が形
成され、駆動電極7の表面はインクとの接触による腐食
や電源供給時の短絡を防止するための処理が施されてい
る。インク流路4と第1側壁5と第2側壁9と、インク
流路4の一端に連通する噴射口(図示せず)と他端に連
通されたインク供給部(図示せず)とにより噴射装置3
4が構成される。
【0021】次にアレイ1の製造方法を図3に基づいて
説明する。
【0022】図3に示すように、圧電セラミックス板2
を作製するには、先ず、強誘電性を有するチタン酸ジル
コン酸塩(PZT)系のセラミックス材料に矢印A方向
に分極処理を施した板を用意し、ダイヤモンドカッティ
ング円盤の回転またはレーザ光等により平行溝をカット
してインク流路4を形成し、第1側壁5を形成する。そ
して、第1側壁5の側面に駆動電極(図示せず)をスパ
ッタ法あるいはメッキ法により形成する。圧電セラミッ
クス板2のインク流路後方部に駆動用LSIチップ16
を配設し、駆動ライン(図示せず)により前記駆動電極
と駆動用LSIチップ16とを電気的に接続する。
【0023】また、蓋8を作製するには、樹脂材料から
なる板に、ダイヤモンドカッティング円盤の回転または
レーザ光等により、前記圧電セラミックス板2と同一ピ
ッチで約1.3倍の深さの平行な複数溝をカットし第2
側壁9を形成する。
【0024】アレイ1を作製するには、以上のようにし
て作製した圧電セラミックス板2と蓋8とを、第1側壁
5と第2側壁9とが互いに側面にて接触し、かつ、第2
側壁9の下端部が圧電セラミックス板2の溝底部に接す
るように係合せしめて細長いインク流路4を形成する。
このインク流路4の手前側に、個々のインク流路に対応
する噴射口12を有するオリフィスプレート10を接合
してアレイ1を得る。アレイ1には図2に示す電気回路
が設けられている。駆動電極7a〜7jがそれぞれ別個
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、アースライ
ン24が駆動用LSIチップ16に接続されている。噴
射装置34は、隣接しない第1、第2グループに分けら
れ、クロックライン18から供給される連続クロックパ
ルスが前記第1、第2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
が各グループのいずれの噴射装置34を作動させるべき
かを決定し、駆動用LSIチップ16の回路により選択
されたグループの噴射装置34の駆動電極7に電圧ライ
ン22の電圧Vを印加する。この印加電圧により選択さ
れた噴射装置34の第1側壁5が圧電効果によって変形
する。この変形により各グループにおける全ての噴射装
置34が作動可能になる。このとき作動されていない同
一グループの噴射装置34の駆動電極7と、他のグルー
プに属する全ての噴射装置34の駆動電極7は接地され
る。
【0025】図2は所定の印字データに従って噴射装置
34が選択された場合を示し、駆動電極7fに電圧ライ
ン22の電圧Vが印加され、他の駆動電極7a〜7e、
7g〜7jは接地されている。第1側壁5cには分極方
向28と直交する電界(横方向矢印)が印加されるの
で、圧電厚みすべり効果の変形により第1側壁5cがイ
ンク流路4d内方向に向けて剪断変形する。このとき同
時に第1側壁5cと側面接触していた第2側壁9cは、
第1側壁5cに押されてインク流路4d内側方向に変形
する。このためインク流路4dの容積が減少し、インク
流路内のインクが図示しない噴射口から噴射される。な
お、例えば他の噴射装置34cが選択された場合は、第
1側壁5bが変形し、同時に第2側壁9bが変形してイ
ンク流路4c内のインクが噴射される。
【0026】この第1側壁5a〜5eの変形の際に、第
2側壁9a〜9dの高さが第1側壁5a〜5eの1.3
倍であることから、梃の原理により第2側壁9a〜9d
の変形量は第1側壁5a〜5eの変形量の約4.3倍
(1.3/0.3)となる。従って、インク流路4内の
体積変化量を前記図5に示した従来例と等しくすれば、
第1側壁5a〜5eの駆動電圧は約1/2.15でよ
い。なお、従来は、1個のインク流路4の体積を変形さ
せるのに2個の側壁5を駆動していたが、本実施例では
1個の側壁(例えば、5c)のみを駆動するため1/
(4.3/2)となる。このように、駆動電圧を低減す
るために第1側壁の幅と高さの比率(幅/高さ)を大き
くして電極間距離を小さくする必要がなくなるので、加
工時の歩留まりの悪化・強度の信頼性の低下等の問題点
を生じない。
【0027】なお、本実施例では第1側壁5a〜5eと
第2側壁9a〜9dとの比率は、1:1.3である必要
はなく、必要な駆動電圧に応じて自由に変えることがで
きる。
【0028】また、本実施例では蓋8の材質に樹脂系材
料を用いたが、弾性変形する材質であればよく、例えば
表面絶縁処理を施した金属材料でもよい。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、
圧の印加により変形する圧電トランスデューサの第1側
壁の変形量を拡大する第2側壁を配設したので、低電圧
でもインク流路の体積変化を十分に確保でき、圧電トラ
ンスデューサの高さを大きくしないで済むので、製造時
の歩留まりが良好になり、強度および信頼性がよくな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の側断面図である。
【図2】前記実施例の動作状態を示す断面図である。
【図3】前記実施例の分解斜視図である。
【図4】従来のアレイの側断面図である。
【図5】前記従来例の動作状態を示す断面図である。
【符号の説明】
1…アレイ 2…圧電セラミックス板 4…インク流路 5…第1側壁 7…駆動電極 8…蓋 9…第2側壁 34…噴射装置 A…分極方向
フロントページの続き (72)発明者 鐘ヶ江 隆弘 愛知県名古屋市瑞穂区苗代町15番1号 ブラザー工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−108549(JP,A) 特開 平2−208050(JP,A) 特開 平2−263650(JP,A) 特開 平1−160651(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電トランスデューサの変形により液体
    流路の容積を変化させその液体流路内に貯溜された液体
    を噴射せしめる液滴噴射装置において、変形可能な圧電
    トランスデューサの第1側壁と、 この第1側壁より長く突出するとともに前記第1側
    係合する側面を有し、前記液体流路の容積を変化させる
    方向に変形可能な第2側壁とを備え、 前記第1側壁の変形動に応じて前記第2側壁を拡大駆動
    させて前記液体流路の容積を変化せしめるようにしたこ
    とを特徴とする液滴噴射装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、複数の平行溝によっ
    て形成した複数の前記第1側壁と、複数の平行溝によっ
    て形成した複数の前記第2側壁とによって、前記液体流
    路を複数個平行に形成したことを特徴とする液滴噴射装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2において、前記第1側
    壁を有する圧電セラミックス板と、その第1側壁の伸び
    る方向とは逆方向に伸びる前記第2側壁を有する蓋とを
    備え、複数の第1側壁と第2側壁とをそれぞれ係合し、
    その圧電セラミックス板と蓋の間に前記インク流路を形
    成したことを特徴とする液滴噴射装置
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