JPH11216861A

JPH11216861A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH11216861A
Application number: JP2060398A
Authority: JP
Inventors: Osamu Naruse; 修成瀬; Michio Umezawa; 道夫梅沢; Seiji Nagaba; 誠治長場; Nobuyasu Nakane; 信保中根; Masayuki Iwase; 政之岩瀬; Hideyuki Makita; 秀行牧田; Tsutomu Sasaki; 勉佐々木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-02-02
Filing date: 1998-02-02
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】各色のインク滴着弾精度が十分でない。【解決手段】１枚の基板４上に各色のインク滴を吐出
させるエネルギーを発生する圧電素子５を配設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェットヘッ
ドに関し、特に複数の色のインク滴を吐出するインクジ
ェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置等に
用いられるインクジェット記録装置は、記録ヘッドであ
るインクジェットヘッドのノズルからインク滴を吐出さ
せて記録媒体（画像を記録するもの意味であり、普通
紙、光沢フィルム紙、コート紙等の「紙」に限定される
ものではなく、ＯＨＰシート等も含む。）に画像を記録
するものである。特に、インクジェット記録装置はカラ
ー化が容易なことから多用されるようになっている。

【０００３】このインクジェット記録装置としては、例
えば、副走査方向に配列した複数のノズルを有する記録
ヘッド（１又は複数のヘッドで構成）を主走査方向に移
動させ、記録媒体を主走査方向と直交する副走査方向に
移動させながら、各ノズルからイエロー（Ｙ）、マゼン
タ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のイン
ク滴を選択的に吐出させて、記録媒体上にカラー画像を
記録するシリアル型、或いは記録媒体の幅相当分の長さ
のヘッドを備えて、記録媒体を副走査方向に移動しなが
ら記録するライン型のカラーインクジェット記録装置が
知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように複数の
色のインク滴を吐出してカラー画像を記録する場合、ノ
ズルかた吐出する各色のインク滴が記録媒体上に精度良
く着弾することが高画質画像を記録する上で重要であ
る。このインク滴の着弾位置精度を決める要因として
は、大別すると、次の４因子がある。

【０００５】第１に、一色に対して複数のノズルを設け
ていることから、ノズル形成部材（ノズル板）には各ノ
ズルの間隔を高いピッチ精度で配列することが必要であ
る。この場合、当然ピッチ間隔方向だけでなく、ノズル
列の真直精度も要求される。第２に、ノズルの物理的な
位置精度でなくノズル自体の精度が要因となる。即ち、
ノズルの真円度やノズル出口の濡れ性である。これらが
ノズル間でばらつくと噴射方向がばらつき、ドット位置
精度が不良になる。この中には、ノズル内のゴミ等も一
種の真円度不良に含まれる。

【０００６】第３に、シリアルプリンタの場合にはキャ
リッジの送り方向（主走査方向）と記録媒体の送り方向
（副走査方向）のそれぞれの送り精度がある。第４に、
複数色を印字する際には、各色のヘッドの位置関係が重
要な要因になる。即ち、ある一色を基準に並び方向のピ
ッチ、長手方向のずれや傾きが色ずれという画像を乱す
大きな要因になる。位置が高精度に

【０００７】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、複数の色のインク滴を吐出させるインクジェット
ヘッドにおけるインク滴着弾位置精度を向上することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１のインクジェットヘッドは、複数の色のイ
ンク滴を吐出するインクジェットヘッドにおいて、複数
の色のインク滴を吐出させるエネルギーを発生するエネ
ルギー発生手段を１枚の基板上に配設している構成とし
た。

【０００９】請求項２のインクジェットヘッドは、上記
請求項１のインクジェットヘッドにおいて、前記基板に
は電極パターンを形成すると共に、この電極パターンを
前記基板の裏面側に電気的に接続するスルーホールを形
成している構成とした。

【００１０】請求項３のインクジェットヘッドは、上記
請求項１又は２のインクジェットヘッドにおいて、前記
基板上のエネルギー発生手段に対応して、ノズルを形成
したノズル形成部材、前記ノズルが連通するインク液
室、前記エネルギー発生手段のエネルギーを前記インク
液室に伝達する振動板を一体的に構成した液室ユニット
を接合している構成とした。

【００１１】請求項４のインクジェットヘッドは、上記
請求項３のインクジェットヘッドにおいて、前記液室ユ
ニットのノズル形成部材及び／又は振動板に位置合せ用
のアライメントマークを設け、前記基板上には位置合せ
用スリット溝を設けている構成とした。

【００１２】請求項５のインクジェットヘッドは、上記
請求項１乃至４のいずれかのインクジェットヘッドにお
いて、インク滴吐出面には各色の境界部に撥水性の異な
る領域或いは溝を設けている構成とした。

【００１３】請求項６のインクジェットヘッドは、上記
請求項１乃至６のいずれかのインクジェットヘッドにお
いて、前記エネルギー発生手段が電気機械変換素子から
なる構成とした。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は本発明を適用したイン
クジェットヘッドの一例を示す断面図、図２は同ヘッド
のアクチュエータユニットの平面図、図３は同アクチュ
エータユニットの裏面図、図４は同ヘッドの液室ユニッ
トの拡大図、図５は同液室ユニットの平面図である。

【００１５】このインクジェットヘッドは、アクチュエ
ータユニット１と液室ユニット２とを備え、これらのア
クチュエータユニット１及び液室ユニット２でブラック
（Ｂｋ）インクのインク滴を吐出するためのヘッド部３
ｋ、イエロー（Ｙ）インクのインク滴を吐出するための
ヘッド部３ｙ、マゼンタ（Ｍ）インクのインク滴を吐出
するためのヘッド部３ｍ、シアン（Ｃ）インクのインク
滴を吐出するためのヘッド部３ｃを一体的に形成してい
る、

【００１６】アクチュエータユニット１は、セラミック
ス基板、例えばチタン酸バリウム、アルミナ、フォルス
テライトなどの絶縁性の１枚の基板４上に、各色のイン
ク滴を吐出させるエネルギーを発生するエネルギー発生
手段である複数の積層型圧電素子５を、各ヘッド部３
ｋ，３ｙ，３ｍ，３ｃ毎に列状に配設している。また、
基板４上には、各ヘッド部３ｋ，３ｙ，３ｍ，３ｃの間
のヘッド間隔壁部及び外周隔壁部となるフレーム部材６
を配設している。

【００１７】圧電素子５としては、例えば１０層以上の
積層型圧電素子を用いる。この積層型圧電素子は、厚さ
１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡgＰ
d）からなる内部電極とを交互に積層したものである。
また、複数の圧電素子５は、４つの圧電素子部材を基板
４上に接合した状態で、図２に示すようにスリット加工
を施して基板４まで切込んだスリット溝７を形成するこ
とで複数個の圧電素子５に分割形成したものである。な
お、圧電定数の大きいチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）
を圧電素子５に用いてスリット加工する場合、圧電素子
５を接合する基板４にも圧電素子と同材質のチタン酸バ
リウム系セラミック材料を用いることで、スリット加工
が比較的容易になる。

【００１８】基板４上には各圧電素子５の端面電極に接
続するための共通電極パターン８及び個別電極パターン
９をＮi・Ａu蒸着、Ａuメッキ、ＡgＰtペースト印刷、
ＡgＰdペースト印刷等で形成している。これらの共通電
極パターン８及び個別電極パターン９は導電性接着剤等
を介して各圧電素子５の端面電極に接続する。また、基
板４の裏面側には各ヘッド部３ｋ，３ｙ，３ｍ，３ｃの
各圧電素子５に対して駆動波形を与えるための駆動ＩＣ
１０を取付けている。

【００１９】そして、基板４には各圧電素子毎の個別電
極パターン９と基板裏面側との導通を取るためのスルー
ホール１１を穿設し、このスルーホール１１及び基板裏
面の個別電極用パターン９Ｂを介して基板裏面側の駆動
ＩＣ１０と電気的に接続している。また、共通電極パタ
ーン８についても裏面側とのスルーホール１２を穿設し
て基板裏面側の共通電極用パターン８Ｂを介して駆動Ｉ
Ｃ１０と電気的に接続している。なお、スリット加工で
分割される共通電極パターン８は導電性膜を成膜して各
圧電素子５間を接続することができる。

【００２０】一方、液室ユニット２は、振動板１５と、
各ヘッド部３ｋ，３ｙ，３ｍ，３ｃの間のヘッド間隔壁
部及び外周隔壁部となるフレーム部材１６と、各圧電素
子５に対応する加圧液室１７、加圧液室１７にインクを
供給する共通液室１８及び共通液室１８と加圧液室１７
を連通する流体抵抗部を兼ねたインク供給路１９を形成
する液室隔壁部材２０と、各加圧液室１７に連通してイ
ンク滴を吐出するノズル２１を形成した１枚のノズル板
２２とを積層して接合している。

【００２１】この液室ユニット２は、図４に示すよう
に、振動板１５に液室隔壁部材２０の一部を形成する感
光性樹脂層によってフォトリソプロセスで高精度の微細
な所定の液室パターンを形成し、ノズル板２２にも液室
隔壁部材２０の残部を形成する感光性樹脂層によってフ
ォトリソプロセスで高精度の微細な所定の液室パターン
を形成して、感光性樹脂層同士を熱圧着で接合してユニ
ット化している。感光性樹脂材料の主成分はメタクリル
樹脂であるので、両者を１５０〜２００℃の温度で加熱
しながら、且つ、１〜２ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で加圧す
ることで容易に融着接合することができる。

【００２２】振動板１５には加圧液室１７に対応する部
分を薄くしたダイアフラム部を形成することができ、ダ
イアフラム部を有することで圧電素子５の変位を効率的
に加圧液室１７に伝幡することができる。また、ノズル
板２２のインク吐出面には、図５に示すように撥水膜２
４を成膜すると共に、各色の境界部、即ち、各ヘッド部
３ｋ，３ｙ，３ｍ，３ｃの境界部には撥水膜２４とは撥
水性の異なる撥水膜２５を成膜している。この場合、撥
水膜２４の濡れ性Ｐと撥水膜２５の濡れ性Ｑとは、Ｐ＞
Ｑでもよく、或いはＰ＜Ｑでもよい。また、撥水性の異
なる２つの撥水膜２４，２５を成膜することに代えて、
境界部には図６に示すようにスリット溝２６を形成して
もよい。

【００２３】なお、振動板１５やノズル板２２はＮｉ電
鋳工法などで形成して金属メッキ膜、或いは樹脂プレー
トなどで製作することができる。また、撥水膜２４，２
５は、例えば、ＰＴＦＥ−Ｎi共析メッキやフッ素樹脂
の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピ
ッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フ
ッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等で成膜することが
できる。

【００２４】そして、液室ユニット２の振動板１５とア
クチュエータユニット１の圧電素子５及びフレーム部材
６とを接着剤２７で接合して、インクジェットヘッドを
構成している。

【００２５】このように構成したインクジェットヘッド
においては、記録信号に応じて圧電素子５に駆動ＩＣ１
０から駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加す
ることによって、圧電素子５に積層方向の変位が生起し
て振動板１５を介して加圧液室１７内が加圧されて圧力
が上昇し、ノズル２１からインク滴が吐出される。

【００２６】そして、インク滴吐出の終了に伴い、加圧
液室１７内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性
と駆動パルスの放電過程によって加圧液室１７内に負圧
が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、イン
クタンクから供給されたインクは共通液室１８，１８に
流入し、共通液室１８，１８からインク供給路１９，１
９を経て加圧液室１７内に充填される。その後、ノズル
２１の出口付近のインクメニスカス面の振動が減衰し、
表面張力によってノズル２１の出口付近に戻されて（リ
フィル）安定状態に至れば、次のインク滴吐出動作に移
行する。

【００２７】ここで、このインクジェットヘッドにおい
ては、１枚の基板４上に各色のインク滴を吐出させるエ
ネルギーを発生する圧電素子５，５…を配設しているの
で、各色のヘッド部３ｋ，３ｙ，３ｍ，３ｃの位置合せ
が不要になり、ヘッド部の並び方向のピッチＬ（図１参
照）やノズル配列方向の傾きなどをヘッド部毎に同じに
することができ、インク滴着弾位置精度が向上して、画
像品質を向上することができる。

【００２８】また、基板４には電極パターン８，９を形
成すると共に、この電極パターン８，９を基板４の裏面
側に電気的に接続するスルーホール１１，１２を形成す
ることによって、複数色の液室１７を持つヘッドを１つ
の基板４上に構成することができるようになり、ヘッド
の小型化を図れる。

【００２９】さらに、基板４上のエネルギー発生手段
（圧電素子５）に対応して、ノズル２１を形成したノズ
ル板２２、ノズル２１が連通するインク液室（加圧液室
１７）、エネルギー発生手段のエネルギーをインク液室
に伝達する振動板１５を一体的に構成した液室ユニット
２を接合することによって、組立性が向上し、ヘッド全
体の組立前に液室ユニットの検査を行なうことが可能に
なり、コストを低減することができる。

【００３０】また、１枚のノズル板２２に各色のインク
滴を吐出するノズル２１を形成し、且つ境界部に撥水性
の異なる領域（撥水膜２５或いはスリット溝２６）を設
けることによって、隣接間ノズルから垂れたインクが他
の色のインクに混じり合う混色を防止することができ
る。或いは、インクジェットヘッドにおいてはインク吐
出面の残インク等を除去するためにワイピングを行なう
が、１つのノズル板に各色のインク滴を吐出するノズル
を形成した場合、ワイピングを行なうと、ワイピングブ
レードに付着したインクが他の色のノズル内に侵入する
などしてインクの混色が発生し、混色インクがなくなる
まで鮮明さに欠ける画像となるが、境界部に撥水性の異
なる領域があることで、ワイピングによって隣接ノズル
間のインクが混じり合うことを防止できる。

【００３１】次に、図７及び図８を参照して本発明の他
の実施形態について説明する。ここでは、液室ユニット
７のノズル板２２から振動板１５までを貫通する位置決
め用アライメントマーク（孔）２７ａ〜２７ｄを形成
し、一方アクチュエータユニット１の基板４上にも圧電
素子５のスリット加工時に位置決め用スリット溝２８，
２８を形成して位置決め用アライメントマーク２９ａ〜
２９ｄを設けている。

【００３２】なお、液室ユニット２側のアライメントマ
ーク２７ａ〜２７ｄは、液室ユニット２自体を組付ける
（ノズル板２２と振動板１５を接合する）ときに用いる
アライメントマークを兼用することができ、また、この
アライメントマーク２７ａ〜２７ｄはノズル板２２や振
動板１５を電鋳で形成するときに同時にパターニングし
ても良いし、或いはレーザーなどを用いて後に孔明け加
工して、形成してもよい。一方、アクチュエータユニッ
ト１側のアライメントマーク２９ａ〜２９ｄはスリット
溝とすることで、スリット加工を行なうダイシングソー
等の機械的精度が±５μｍ程度であり、スクリーン印刷
でマーキングするときの精度が±２０μｍであることに
比較しても高い位置精度で形成できる。

【００３３】そして、液室ユニット２をアクチュエータ
ユニット１に接合するときに、アライメントマーク２７
ａ〜２７ｄとアライメントマーク２９ａ〜２９ｄとを光
学的なマーク認識によって検出して合せることで、液室
ユニット２とアクチュエータユニット１とを高い位置精
度で接合することができる。

【００３４】これによってアクチュエータ１の圧電素子
５の変位が効率的に液室ユニット２の加圧液室１７に伝
幡されるので、変位が効率的に伝幡されないときに比べ
て圧電素子の駆動電圧を相対的に低くすることができ
る。すなわち、圧電素子の変位の伝幡効率が低いときに
は、圧電素子の駆動電圧を高くして変位を大きくする必
要が生じてくるが、このような駆動電圧の高電圧化が要
求されなくなる。また、振動板にダイアフラム部を設け
たときに生じる隣接チャンネル間での相互干渉を防止す
ることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１のインク
ジェットヘッドによれば、複数の色のインク滴を吐出す
るインクジェットヘッドにおいて、複数の色のインク滴
を吐出させるエネルギーを発生するエネルギー発生手段
を１枚の基板上に配設したので、各色のインク滴着弾位
置精度が向上して、画像品質を向上できる。

【００３６】請求項２のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１のインクジェットヘッドにおいて、前
記基板には電極パターンを形成すると共に、この電極パ
ターンを前記基板の裏面側に電気的に接続するスルーホ
ールを形成したので、複数色の液室を持つヘッドを１つ
の基板上に構成することができて、ヘッドの小型化を図
れる。

【００３７】請求項３のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１又は２のインクジェットヘッドにおい
て、前記基板上のエネルギー発生手段に対応して、ノズ
ルを形成したノズル形成部材、前記ノズルが連通するイ
ンク液室、前記エネルギー発生手段のエネルギーを前記
インク液室に伝達する振動板を一体的に構成した液室ユ
ニットを接合したので、組立性が向上すると共に、コス
トを低減できる。

【００３８】請求項４のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項３のインクジェットヘッドにおいて、前
記液室ユニットのノズル形成部材及び／又は振動板に位
置合せ用のアライメントマークを設け、前記基板上には
位置合せ用スリット溝を設けたので、液室ユニットを高
精度に圧電素子と接合することができる。

【００３９】請求項５のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１乃至４のいずれかのインクジェットヘ
ッドにおいて、インク滴吐出面には各色の境界部に撥水
性の異なる領域或いは溝を設けたので、インクの混色を
防止できる。

【００４０】請求項６のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１乃至６のいずれかのインクジェットヘ
ッドにおいて、前記エネルギー発生手段が電気機械変換
素子からなるので、各色のインク滴着弾位置精度が高い
電気機械変換素子を用いたインクジェットヘッドを得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したインクジェットヘッドの一例
を示す断面図

【図２】同ヘッドのアクチュエータユニットの平面図

【図３】同アクチュエータユニットの裏面図

【図４】同ヘッドの液室ユニットの拡大図

【図５】同液室ユニットの平面図

【図６】同液室ユニットの他のノズル板の断面図

【図７】本発明の他の実施形態を説明する液室ユニット
の平面図

【図８】同じくアクチュエータユニットの平面図

【符号の説明】

１…アクチュエータユニット、２…液室ユニット、３
ｋ，３ｙ，３ｍ，３ｃ…ヘッド部、４…基板、５…圧電
素子、６…フレーム部材、７…スリット溝、８…共通電
極パターン、９…個別電極パターン、１０…駆動ＩＣ、
１１，１２…スルーホール、１５…振動板、１７…加圧
液室、２０…液室隔壁部材、２１…ノズル、２２…ノズ
ル板、２４，２５…撥水膜、２６…スリット溝、２７ａ
〜２７ｄ，２９ａ〜２９ｄ…アライメントマーク。

フロントページの続き (72)発明者中根信保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)発明者岩瀬政之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)発明者牧田秀行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)発明者佐々木勉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】複数の色のインク滴を吐出するインクジ
ェットヘッドにおいて、複数の色のインク滴を吐出させ
るエネルギーを発生する各エネルギー発生手段を１枚の
基板上に配設したことを特徴とするインクジェットヘッ
ド。
【請求項２】請求項１に記載のインクジェットヘッド
において、前記基板には電極パターンを形成すると共
に、この電極パターンを前記基板の裏面側に電気的に接
続するスルーホールを形成したことを特徴とするインク
ジェットヘッド。
【請求項３】請求項１又は２に記載のインクジェット
ヘッドにおいて、前記基板上のエネルギー発生手段に対
応して、ノズルを形成したノズル形成部材、前記ノズル
が連通するインク液室、前記エネルギー発生手段のエネ
ルギーを前記インク液室に伝達する振動板を一体的に構
成した液室ユニットを接合したことを特徴とするインク
ジェットヘッド。
【請求項４】請求項３に記載のインクジェットヘッド
において、前記液室ユニットのノズル形成部材及び／又
は振動板に位置合せ用のアライメントマークを設け、前
記基板上には位置合せ用スリット溝を設けたことを特徴
とするインクジェットヘッド。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドにおいて、インク滴吐出面には各色の
境界部に撥水性の異なる領域或いは溝を設けたことを特
徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】請求項１乃至６のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドにおいて、前記エネルギー発生手段が
電気機械変換素子からなることを特徴とするインクジェ
ットヘッド。