JPH0516351A

JPH0516351A - インクジエツトヘツド

Info

Publication number: JPH0516351A
Application number: JP3198397A
Authority: JP
Inventors: Osamu Naruse; 修成瀬; Minoru Ameyama; 実飴山; Kenichi Ichikawa; 憲一市川; Itaru Otsuka; 到大塚; Toshikazu Hirakawa; 利和平川; Yuichiro Ishii; 雄一郎石井
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-07-12
Filing date: 1991-07-12
Publication date: 1993-01-26

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電素子を用いたインクジェットヘッドにお
いて、位置決め調整する対象となる材料が非透明材料の
ものに対しても適用でき、高速応答によって、位置調整
のための調整スピードを向上すること。【構成】複数の平行なスリット７により区分された駆
動部３と接合部６を有する圧電素子１と、前記駆動部３
に対応して設けられた流路溝４を有する流路板２とから
成るインクジェットヘッドにおいて、前記圧電素子１と
流路板２との、面の対向する位置に、流路板側の電極８
と、圧電素子側の電極９とを一定距離ｔを隔てて設けて
いる。電極間の静電容量が最大（最小）となるように、
前記静電容量と静電容量検出回路１１とピーク判定回路
１２とＸ・Ｙ・θ方向駆動回路１３とから成る閉ループ
を形成した位置調整機構１０によりフィードバック駆動
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、オンデマンド型のインクジェッ
トヘッドに関し、より詳細には、インクジェットヘッド
のアクチュエータと該アクチュエータの各々に対応する
流路とを精度良く位置決めするための位置調整機構を有
するインクジェットヘッドに関する。例えば、位置精度
が要求される箇所に応用可能である。

【０００２】

【従来技術】記録液滴を必要時のみ吐出するための圧電
素子を備えた記録ヘッドに電気信号を印加して圧力波に
変換し、該圧力波により液滴噴射するという液滴吐出圧
力制御方式のオンデマンド型インクジェット記録方式
は、電気信号に応じた圧力パルスを発生するので駆動回
路も簡易で、構造も単純であるという長所がある。図４
は、従来のインクジェットヘッドを説明するための図
で、図中、２１は圧電素子、２２はスリット、２３は駆
動部（アクチュエータ）、２５は流路板（上板）、２６
は溝（流路２８）、２７は隔壁部、２９ａは共通電極、
２９ｂは個別電極、３０は弾性体（充填剤）、３１は接
着剤である。

【０００３】図示において、圧電素子２１には複数の平
行なスリット２２が設けられて、凸部が形成され、該凸
部は駆動部２３と接合部２４とを構成し、これを交互に
配置される。該圧電素子２１は前記駆動部２３に対応し
て設けられた溝２６を有する流路板２５と接着される。
図示の接着の方法は、圧電素子２１の接合部２４の端面
と、流路板２５の溝２６を区画する隔壁部２７の端面と
で接着剤３１により接着する直接接合方法によるもの
で、前記スリット２２内には共通電極２９ａと固定電極
２９ｂとの間を絶縁し、また駆動部２３を補強するため
に弾性体３０が充填されている。弾性体３０は、充填性
がよいもので、且つ駆動部２３を駆動したとき駆動部２
３の変位が流路板２５の隔壁部２７を持上げないように
低ヤング率の弾性を有する絶縁材が使用される。

【０００４】図示のインクジェットヘッドは、圧電素子
２１と流路板２５とを接合することにより、溝２６は流
路２８となる。駆動は、駆動部２３に画像信号に基づい
た電圧パルスを印加することにより行われる。駆動部２
３に電圧を印加すると、該駆動部２３は厚み方向に変位
し、流路２８を加圧してノズル（図示せず）より液滴を
噴射し、印写するものである。図示のインクジェットヘ
ッドは、駆動部２３が変位しやすく、しかも、その変位
が他の部分、特に流路板２５に伝わらないようにしなが
ら集積度向上を図ったものである。このため、隔壁部２
７と圧電素子２１の非駆動部２４との結合力を十分大き
くしている。

【０００５】流路板２５には溝２６が設けられている
が、該溝２６は圧電素子２１と接着されて流路２８とな
る。通常部品点数を少なくするため前記流路２８のすべ
てにインクを供給する共通液室（図示せず）や、インク
液滴を噴射するためのノズル（図示せず）も流路板２５
内に一体に形成される。ここで、インクジェットヘッド
のチャンネル毎の駆動部２３と流路２８との位置関係は
重要である。特に圧電素子を用いて溝加工を施し高集積
化を図ったインクジェットヘッドにおいては、位置関係
の良否は特性に影響を及ぼすので特に重要である。しか
し、集積度が向上し、溝２６の数も多くなると、位置ず
れを生じ易くなる。

【０００６】インクジェットヘッドの特性としてあげら
れるものとして駆動効率と相互干渉とがある。駆動効率
は、駆動部２３に一定の駆動電圧を印加したときの流路
２８の容積変化量であらわされ、相互干渉は、特定され
た駆動チャンネルが駆動されたとき特定外の駆動チャン
ネルに及ぼす影響、および、特定外の駆動チャンネルが
駆動されたとき特定チャンネルに及ぼす影響によるもの
である。圧電素子２１の駆動部２３と流路板２５の流路
２８との位置ズレ等の位置関係が悪いと、まず、駆動効
率が低下する。例えば、一定の駆動電圧を印加しても、
吐出滴の噴射速度が低かったり、又、質量が小さくな
り、この結果、画素が小さくなるなどの不具合が生じ
る。

【０００７】又、相互干渉も増大し、その結果、特定チ
ャンネルの駆動部２３を単独で駆動したときの吐出滴の
噴射速度および質量よりも、該特定チャンネル以外の他
のチャンネルを同時駆動した場合の吐出滴の噴射速度お
よび質量は小さくなる。この原因として、流路板２５の
流路２８と、圧電素子２１の駆動部２３との位置関係が
あげられる。すなわち、流路板２５の隔壁部２７が、圧
電素子２１の駆動部２３に正しく接合されるのではな
く、溝２６上に接合されると、充填剤３０を介して流路
板２５も持ち上げられる。この状態で多くのチャンネル
を同時に駆動すると、それだけ顕著にこの相互干渉現象
が生じるからである。又、流路板２５と圧電素子２１と
の位置関係が悪いと、隣接するチャンネル間でインクが
リークするなどの不具合も生じる。

【０００８】上述のごとく、流路板２５と圧電素子２１
とを接合する場合、両者の位置関係が充分な位置精度を
保って行われなければならないことが理解される。従
来、インクジェットヘッドの流路板２５としてガラスや
樹脂の透明材料が多く用いられた。このような透明材料
が用いられる理由として、位置調整を光学的に行うため
であった。しかし、光学的に位置調整する方法では、目
視によるか、ＣＣＤ（Charge Cuppled Device：電荷接
合デバイス）などの電気的な読み取りから画像処理がな
されるので、位置決め精度が低く、調整に時間を要する
等、欠点が多かった。また、流路板２５として、不透明
材料を用いられる場合もあるが、この場合の位置決めの
方法として、一般には嵌合方式が採られているものが多
い。この方法は、集積度が低い場合のインクジェットヘ
ッドに採用することはできる。しかし、圧電素子２１と
流路板２５の相互の部品精度を考慮すると、高集積度の
インクジェットヘッドが要求する位置精度を満足するだ
けの精度の位置調整は不可能である。

【０００９】また、本発明に関連した公知文献として
「High-Volume Microassembly of Col-or Thermal Inkj
et Printheads and Cartridges」（HEWLETT-PACKARD JO
URNAL:AUGUST 1988年発行）がある。これは、位置決め
をするための透明なオリフィスプレートにアライメント
マーク（位置決めマーク）を印刷して、該アライメント
マークに基づいて光学的に位置合せを行うものである。
しかし、この方式によれば、位置決めの対象が透明の場
合には適用できるが、不透明の場合には適用できず、迅
速に位置決めすることは困難であるという問題点があ
る。

【００１０】

【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、位置決め調整する対象となる材料が非透明材料
のものに対しても適用でき、材料選定に対する自由度を
拡大すること、また、高速応答によって、位置調整のた
めの調整スピードを向上すること、さらに、位置決め精
度を向上するようにしたインクジェットヘッドを提供す
ることを目的としてなされたものである。

【００１１】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、
（１）、複数の平行な溝により交互に駆動部と接合部と
を形成した圧電体と、該圧電体の駆動部と対応し、隔壁
で区画された流路溝を有する流路板と、前記圧電素子と
前記流路板との相対する各々の面に設けられた電極と、
該相対する電極面間に一定の間隙を保持し、相対する位
置関係を調整可能とする位置調整機構と、該位置調整機
構に設けられた前記相対する電極間の静電容量を検知す
る検出手段とからなり、該検出手段の出力に基づいて、
前記圧電素子の接合部と前記流路板の隔壁部とを位置決
めして接合すること、更には、（２）前記（１）におい
て、前記位置調整機構が前記検出手段により検知された
出力に基づいて、前記静電容量が最大値又は最小値とな
るようにフィードバック制御回路を備えたこと、更に
は、（３）前記圧電素子および前記流路板の相対する各
々の面に設けられた前記電極の形状はパターニングされ
ていることを特徴としたものである。以下、本発明の実
施例に基づいて説明する。

【００１２】図１は、本発明のインクジェットヘッドの
一実施例を説明するための図で、図中、１は圧電素子、
２は流路板、３は駆動部（アクチュエータ）、４は流路
（流路溝）、５は隔壁部、６は接合部、７はスリット、
７ａは充填材、８は流路板側の電極、８ａはリード線、
９は圧電素子側の電極、９ａはリード線、１０は位置調
整機構、１１は静電容量検出回路、１２はピーク値判定
回路、１３はＸ・Ｙ・θ方向駆動回路である。

【００１３】図示において、圧電素子１には、複数の平
行なスリット７が設けられ、該スリット７により圧電素
子１は駆動部（アクチュエータ）３と接合部６とに交互
に区画される。スリット７内には充填剤７ａが充填され
ている。該充填剤７ａは充填性がよく、スリット７内に
インクが侵入することにより圧電素子１の駆動電極（図
示せず）間が導通しないような絶縁性の高い絶縁剤が用
いられる。また駆動部３の曲げ強度を補強する補強材で
もある。更には、駆動部３を駆動したとき、該駆動部３
の変位が流路板２を持上げることのない低ヤング率の弾
性材でもある。また、圧電素子１のスリット７が開口す
る側の面に、正しく位置決めされた圧電素子側の電極９
が蒸着等により固着されている。

【００１４】一方、流路板２には、圧電素子１の駆動部
３に対応し、流路の隔壁部５で区画された流路溝４が設
けられており、該流路溝４は、圧電素子１と接合される
ことにより流路４となる溝である。該流路板２の流路溝
４の開口面には正しく位置決めされた流路板側の電極８
が蒸着等により一定の面積をもって固着されている。前
記流路板側の電極８と前記圧電素子側の電極９とは対向
した位置に配設されており、各々は流路板２と圧電素子
１との位置決めをするための静電容量センサとなる電極
である。

【００１５】位置調整機構１０は、流路板２と圧電素子
１との間隙を疎調整して両電極間の距離ｔを一定とした
状態で流路板側の電極８と圧電素子側の電極９とで形成
された静電容量と、静電容量検出回路１１と、ピーク値
判定回路１２およびＸ・Ｙ・θ方向駆動回路１３等から
なる電気回路と、該電気回路の出力に基づいて流路板２
をＸとＹとθ方向に駆動する位置調整機構１０とより構
成される。上述の位置調整機構１０の動作を図２に基づ
いて説明する。

【００１６】図２は、本発明の位置調整機構の動作を説
明するための図で、図中、Ｘは流路板の幅方向、Ｙは流
路方向、θは電極間の角度で、図１と同じ作用する部分
に等しい符号を付している。流路板側の電極８と圧電素
子側の電極９との電極間の距離が互いに疎調整された一
定距離ｔで、両者の位置関係は図２のごとく表わされる
とする。この時の両電極間の静電容量ｃ₀は、ｃ₀＝ε・ε₀（ｓ₀／ｔ）ここで、ε：誘電率 ε₀：真空の誘電率ｔ：両電極間の距離ｓ₀：対向電極面積（重なり電極領域）と表わされる。

【００１７】上式に基づいて、対向電極面積ｓ₀で形成
される静電容量ｃ₀が、静電容量検出回路１１により検
出され、ピーク値判定回路１２により基準の値以下であ
ると判断すると、まず、Ｘ・Ｙ・θ方向駆動回路１３の
出力が最大となるように位相調整機構を駆動し、θ方向
の移動調整をする。すなわち、両部品である流路板側の
電極８と、電圧素子側の電極９との平行度を調整する。
これが、ピーク値であると判定すると、平行度は出たも
のと判断されＸ・Ｙ・θ方向駆動回路１３は位置調整機
構の駆動を停止する。次に、Ｘ方向、即ち、流路４の幅
方向を前記θ方向の平行度調整と同様の手段により調整
することで、流路４と駆動部３すなわち、流路隔壁５と
接合部６の位置関係が調整される。最後に、Ｙ方向、即
ち流路４に沿った方向を調整することで、ノズル（図示
せず）位置及び流路４の長さが決定される。この時の静
電容量の値ｃは、前述の各段階において調整されたθ，
Ｘ方向調整後の静電容量の値よりも大きく、最大値とな
る。

【００１８】図１に図示した説明図において、Ｘ，Ｙ，
θ方向駆動回路１３内に順序回路（図示せず）を設け、
該順序回路はθ方向において両電極間の静電容量ｃ₀を
最大（最小）とするように位置調整機構を駆動し、静電
容量ｃ₀が最大（最小）になったときθ方向の駆動を停
止し、次にＸ方向の静電容量ｃ₀を最大（最小）とし、
最後にＹ方向との静電容量ｃを最大（最小）とする測定
順を指令する回路である。各々の方向の位相調整機構１
０は、流路板側の電極８と圧電素子側の電極９とで形成
される静電センサと、静電容量検出回路１１と、ピーク
値判定回路１２およびＸ，Ｙ，θ方向駆動回路１３とを
有し、前記静電センサ容量が最大（最小）となるように
フィードバック制御回路を構成している。なお、静電容
量を最大とするか最小とするかは、電極のパターンによ
り定められる。

【００１９】図３は、本発明のインクジェットヘッドに
おけるパターニングされた電極の実施例を示す図で、図
（ａ）〜図（ｄ）は流路板側の電極８と圧電素子側の電
極９とを上段および下段とに対比して配列した代表的な
パターンのもので、図３（ａ）は流路板側の電極８と圧
電素子側の電極９とが等しいパターンで単一な電極を設
けて最大値を検出するまで調整を行なうパターンであ
る。図３（ｂ）は、単純形状にしてあるパターンであ
り、このパターンでは静電容量が最小となるように調整
駆動される。図３（ｃ）は、２ヶ所に設けて精度の向上
を図ったものである。図３（ｄ）はライン状でなく、４
箇所に分離パターンとして更に精度の向上を図った例で
あり、図３（ａ）、図３（ｄ）は各々流路板側の電極８
と圧電素子側の電極９とが各々等しい面積，形状の電極
が複数配設されたものであり、各々パターニングされた
電極を有している。この方法によれば、より微細な位置
調整が可能となる。

【００２０】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、以下のような効果がある。（１）請求項１に対応する効果：位置決め調整する対象
となる材料が非透明材料のものに対しても適用でき、材
料選定に対する自由度を拡大することができた。また、
高速応答によって、位置調整のための調整スピードを向
上することができた。また、位置決め精度を向上するこ
とができた。（２）請求項２に対応する効果：流路板と圧電素子とを
各々の対向する面に設けられた電極の静電容量が最大
（最小）となるように対向各度、幅方向、長さ方向と順
にフィードバック制御されるので迅速で正確な位置調整
が可能となる。（３）請求項３に対応する効果：対向する電極をパター
ニングしたので、検出感度の優れた電極形状のものを安
価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの一実施例を
説明するための図である。

【図２】本発明の位置調整機構の動作を説明するため
の図である。

【図３】本発明のインクジェットヘッドにおけるパタ
ーニングされた電極の実施例を示す図である。

【図４】従来のインクジェットヘッドを説明するため
の図である。

【符号の説明】

１…圧電素子、２…流路板、３…駆動部（アクチュエー
タ）、４…流路（流路溝）、５…流路隔壁部、６…接合
部、７…スリット、７ａ…充填材、８…流路板側の電
極、８ａ…リード線、９…圧電素子側の電極、９ａ…リ
ード線、１０…位置調整機構、１１…静電容量検出回
路、１２…ピーク値判定回路、１３…Ｘ・Ｙ・θ方向駆
動回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大塚到東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者平川利和東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者石井雄一郎東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の平行な溝により交互に駆動部と接
合部とを形成した圧電体と、該圧電体の駆動部と対応
し、隔壁で区画された流路溝を有する流路板と、前記圧
電素子と前記流路板との相対する各々の面に設けられた
電極と、該相対する電極面間に一定の間隙を保持し、相
対する位置関係を調整可能とする位置調整機構と、該位
置調整機構に設けられ、前記相対する電極間の静電容量
を検知する検出手段とからなり、該検出手段の出力に基
づいて、前記圧電素子の接合部と前記流路板の隔壁部と
を位置決めして接合することを特徴としたインクジェッ
トヘッド。
【請求項２】前記位置調整機構が前記検出手段により
検知された出力に基づいて、前記静電容量が最大値又は
最小値となるようにフィードバック制御回路を備えたこ
とを特徴とした請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】前記圧電素子および前記流路板の相対す
る各々の面に設けられた前記電極の形状はパターニング
されていることを特徴とした請求項１記載のインクジェ
ットヘッド。