JP2002526301A - オンデマンド滴下インクジェット印刷装置 - Google Patents
オンデマンド滴下インクジェット印刷装置Info
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- Ink Jet (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 改良されたオンデマンド滴下インクジェット印刷装置を提供する。
【解決手段】 ノズル軸上のノズル（１９）、該ノズルとつながったインク・チャンバー（２２，１２２）、ノズル軸の周りにノズル軸方向に伸びる圧電アクチュエート構造体（３１，１３１）、ノズルに面したアクチュエート面、前記構造体は該アクチュエート面をノズル軸方向に動かしてノズルから小滴に射出させるようにアクチュエート可能でありおよびアクチュエート電界をアクチュエート構造体に印加するための電極（２４・２５，１２４・１２５）からなるオンデマンド滴下インクジェット印刷装置。
Description
【０００１】
本発明はオンデマンド滴下インクジェット印刷装置に関するものであり、一例
として、２次元配列のインク・チャンバーを有するオンデマンド滴下インクジェ
ット印刷装置に関するものである。
として、２次元配列のインク・チャンバーを有するオンデマンド滴下インクジェ
ット印刷装置に関するものである。
【０００２】
出願人が出願中のＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ９８／０１９５５号は、に剪
断モードに偏向するように並べられた圧電アクチュエート−ディスクを用いるオ
ンデマンド滴下インクジェット装置を開示している。この装置はインク・チャン
バーを区切るように配列された複数のラミネート板からなる。アクチュエータは
チャンバーの一方の側をなし、チャンバーの他方の側をなすノズル板内に設けら
れたノズルに向かって偏向する。アクチュエータ上に設けられた電極間に電圧が
加えられると、剪断モードでノズル板に向かって圧電ディスクが偏位する。チャ
ンバー内を放射状に伝わる音響圧力波は、チャンバーの両側壁から反射してイン
ク内とアクチュエータ内にたまったエネルギーを消費し、再びチャンバーの中心
に収束してチャンバーからインクを放出させる。ノズルから圧力波が退くときの
体積歪すなわち圧縮により、時間Ｒ／ｃだけノズル出口開口部からインク流が発
生する。ここでｃはチャンバー内のインクの有効音響速度およびＲはチャンバー
の壁までの半径方向の距離である。この時間だけ、インク小滴が放出される。時
間Ｒ／ｃがたつと、圧力が負になってインク放出がやみ、印加電圧を除き得る。
次に、圧力波が弱まると、チャンバーから放出されたインクが補充され、小滴放
出サイクルがくり返される。短時間に続けていくつかのパルスを加えることによ
り、放出小滴の大きさを増していくつかの灰色レベルを増強することができる。
断モードに偏向するように並べられた圧電アクチュエート−ディスクを用いるオ
ンデマンド滴下インクジェット装置を開示している。この装置はインク・チャン
バーを区切るように配列された複数のラミネート板からなる。アクチュエータは
チャンバーの一方の側をなし、チャンバーの他方の側をなすノズル板内に設けら
れたノズルに向かって偏向する。アクチュエータ上に設けられた電極間に電圧が
加えられると、剪断モードでノズル板に向かって圧電ディスクが偏位する。チャ
ンバー内を放射状に伝わる音響圧力波は、チャンバーの両側壁から反射してイン
ク内とアクチュエータ内にたまったエネルギーを消費し、再びチャンバーの中心
に収束してチャンバーからインクを放出させる。ノズルから圧力波が退くときの
体積歪すなわち圧縮により、時間Ｒ／ｃだけノズル出口開口部からインク流が発
生する。ここでｃはチャンバー内のインクの有効音響速度およびＲはチャンバー
の壁までの半径方向の距離である。この時間だけ、インク小滴が放出される。時
間Ｒ／ｃがたつと、圧力が負になってインク放出がやみ、印加電圧を除き得る。
次に、圧力波が弱まると、チャンバーから放出されたインクが補充され、小滴放
出サイクルがくり返される。短時間に続けていくつかのパルスを加えることによ
り、放出小滴の大きさを増していくつかの灰色レベルを増強することができる。
【０００３】
本発明の好ましい実施態様は、上記の概念を拡張して、オンデマンド滴下イン
クジェット印刷における一層の改良を提供するものである。第１の面において、
本発明はノズル軸上のノズル、該ノズルと連通するインク・チャンバー、ノズル
軸の周りにノズル軸方向に伸びる圧電アクチュエート構造体、チャンバーを区切
ってノズルに向かって面するアクチュエート面、前記構造体が該アクチュエート
面をノズル軸の方向に動かしてノズルから小滴を放出することができるようにア
クチュエート可能でありおよび該アクチュエート構造体にアクチュエート電界を
印加するための電極からなるオンデマンド滴下インクジェット印刷装置を提供す
る。
クジェット印刷における一層の改良を提供するものである。第１の面において、
本発明はノズル軸上のノズル、該ノズルと連通するインク・チャンバー、ノズル
軸の周りにノズル軸方向に伸びる圧電アクチュエート構造体、チャンバーを区切
ってノズルに向かって面するアクチュエート面、前記構造体が該アクチュエート
面をノズル軸の方向に動かしてノズルから小滴を放出することができるようにア
クチュエート可能でありおよび該アクチュエート構造体にアクチュエート電界を
印加するための電極からなるオンデマンド滴下インクジェット印刷装置を提供す
る。
【０００４】 好ましくは、電極はインク・チャンバーに接するアクチュエート構造体の面上
にある第１電極およびインク・チャンバーと離れているアクチュエート構造体の
対向面上にある第２電極からなる。 第２の面において、本発明はノズル軸上のノズル、該ノズルに連通するインク
・チャンバー、ノズル軸の方向に伸びる圧電アクチュエート構造体、チャンバー
を横切るノズルに向かって面するアクチュエート面、前記構造体が該アクチュエ
ート面をノズル軸の方向に向かってノズルから小滴を放出することができるよう
に、アクチュエート可能でありおよび該アクチュエート構造体に電界を印加する
ための電極からなり、該電極がインク・チャンバーに接するアクチュエート構造
体の面上にある第１電極およびインク・チャンバーから離れているアクチュエー
ト構造体の対向面上にある第２電極からなるオンデマンド滴下インクジェット印
刷装置を提供する。第１電極はアースされていることが好ましい。
にある第１電極およびインク・チャンバーと離れているアクチュエート構造体の
対向面上にある第２電極からなる。 第２の面において、本発明はノズル軸上のノズル、該ノズルに連通するインク
・チャンバー、ノズル軸の方向に伸びる圧電アクチュエート構造体、チャンバー
を横切るノズルに向かって面するアクチュエート面、前記構造体が該アクチュエ
ート面をノズル軸の方向に向かってノズルから小滴を放出することができるよう
に、アクチュエート可能でありおよび該アクチュエート構造体に電界を印加する
ための電極からなり、該電極がインク・チャンバーに接するアクチュエート構造
体の面上にある第１電極およびインク・チャンバーから離れているアクチュエー
ト構造体の対向面上にある第２電極からなるオンデマンド滴下インクジェット印
刷装置を提供する。第１電極はアースされていることが好ましい。
【０００５】 インク・チャンバーはノズル軸の周りに放射状に伸び、アクチュエート構造体
はノズル軸の方向にアクチュエート面を動かして、ノズル軸の周りに放射状にイ
ンク・チャンバー内を伝わる音響波によって、ノズルから小滴を放出させるよう
にアクチュエート可能である。 好ましくは、インク・チャンバーはノズルに軸から半径方向の距離Ｒだけ伸び
、アクチュエート構造体は最長Ｒ／ｃの半分の時間内、ノズル軸の方向に動くよ
うにアクチュエート可能である。ここでｃはインク・チャンバー内のインクを通
る音の速さである。 インク・チャンバーは一般に円形の構造体によって区切られ、この構造体はノ
ズル軸の周りに放射状にインク・チャンバー内を伝わる音響波を反射するのに使
われる音響インピーダンスを変化させる。このインピーダンスの変化は、ノズル
軸の方向のインク深さの変化によって生じる。
はノズル軸の方向にアクチュエート面を動かして、ノズル軸の周りに放射状にイ
ンク・チャンバー内を伝わる音響波によって、ノズルから小滴を放出させるよう
にアクチュエート可能である。 好ましくは、インク・チャンバーはノズルに軸から半径方向の距離Ｒだけ伸び
、アクチュエート構造体は最長Ｒ／ｃの半分の時間内、ノズル軸の方向に動くよ
うにアクチュエート可能である。ここでｃはインク・チャンバー内のインクを通
る音の速さである。 インク・チャンバーは一般に円形の構造体によって区切られ、この構造体はノ
ズル軸の周りに放射状にインク・チャンバー内を伝わる音響波を反射するのに使
われる音響インピーダンスを変化させる。このインピーダンスの変化は、ノズル
軸の方向のインク深さの変化によって生じる。
【０００６】 円形構造体はインク・チャンバーの周りにインクの環を作って、この環はノズ
ル軸の方向にインク・チャンバーの深さとは異なる深さを有する。 好ましくは、本装置はさらに、インク・チャンバーと液状で連通し、小滴放出
を続けるインク・チャンバーの補充をするためのインク供給部材からなる。 このインク供給部材は、インク・チャンバーの周りに周囲に配置される複数の
位置に配置され得る。 インク供給部材は実質的にインク・チャンバーの全周において、インク・チャ
ンバーにインクを供給し得る。 アクチュエート構造体はノズル軸に向かってテーパー状であり得る。
ル軸の方向にインク・チャンバーの深さとは異なる深さを有する。 好ましくは、本装置はさらに、インク・チャンバーと液状で連通し、小滴放出
を続けるインク・チャンバーの補充をするためのインク供給部材からなる。 このインク供給部材は、インク・チャンバーの周りに周囲に配置される複数の
位置に配置され得る。 インク供給部材は実質的にインク・チャンバーの全周において、インク・チャ
ンバーにインクを供給し得る。 アクチュエート構造体はノズル軸に向かってテーパー状であり得る。
【０００７】 １つの好ましい実施態様においてアクチュエート構造体は均質で直接モードで
偏向するようにアクチュエート電界に対する極性を有する。アクチュエート構造
体はその面に対して横切る方向に極性をかけられ、電界はアクチュエート構造体
の面に対し横切る方向に印加される。 あるいは、アクチュエート構造体は均質で、剪断モードで偏向するように電界
に対する極性を有する。アクチュエート構造体はノズル軸に向かって収束する方
向に極性を有し、電界がアクチュエート構造体の面に対し横切る方向に印加され
る。 アクチュエート構造体は圧電物質のディスクからなり、この圧電ディスクはノ
ズル軸の方向に極性を有して、電界が印加されるとすぐ直接モードで偏位する。
偏向するようにアクチュエート電界に対する極性を有する。アクチュエート構造
体はその面に対して横切る方向に極性をかけられ、電界はアクチュエート構造体
の面に対し横切る方向に印加される。 あるいは、アクチュエート構造体は均質で、剪断モードで偏向するように電界
に対する極性を有する。アクチュエート構造体はノズル軸に向かって収束する方
向に極性を有し、電界がアクチュエート構造体の面に対し横切る方向に印加され
る。 アクチュエート構造体は圧電物質のディスクからなり、この圧電ディスクはノ
ズル軸の方向に極性を有して、電界が印加されるとすぐ直接モードで偏位する。
【０００８】 本装置は、それぞれ平行なノズル軸をもつ複数のノズル、それぞれノズル軸の
周りに伸びる複数のインク・チャンバーおよびそれぞれ該インク・チャンバーと
結合したアクチュエート構造体の２次元配列を有する均質な圧電シートからなる
。 第３の面において、本発明はノズル軸をもつノズルにつながってノズル軸の周
りに放射状に伸びるインクの平面体を作り、ノズル軸の周辺に伸びるインピーダ
ンス境界を該インク体内に供給しおよびノズル軸の周りに該ノズル軸方向に伸び
て、インク・チャンバー内でノズル軸の周りに放射状に伝わってインピーダンス
境界によって反射されることによりノズルからインク小滴を放出させる音響波を
作るように、ノズル軸方向にアクチュエート面を動かす圧電アクチュエート構造
体を選択的にアクチュエートするステップからなるインクジェット印刷方法を提
供する。
周りに伸びる複数のインク・チャンバーおよびそれぞれ該インク・チャンバーと
結合したアクチュエート構造体の２次元配列を有する均質な圧電シートからなる
。 第３の面において、本発明はノズル軸をもつノズルにつながってノズル軸の周
りに放射状に伸びるインクの平面体を作り、ノズル軸の周辺に伸びるインピーダ
ンス境界を該インク体内に供給しおよびノズル軸の周りに該ノズル軸方向に伸び
て、インク・チャンバー内でノズル軸の周りに放射状に伝わってインピーダンス
境界によって反射されることによりノズルからインク小滴を放出させる音響波を
作るように、ノズル軸方向にアクチュエート面を動かす圧電アクチュエート構造
体を選択的にアクチュエートするステップからなるインクジェット印刷方法を提
供する。
【０００９】 第４の面において本説明は、それぞれ平行なノズル軸をもつノズルの２次元配
列を有するノズル・プレートを形成し、それぞれ各ノズル軸の周りに各ノズル軸
方向に伸び、それぞれノズルと結合しているアクチュエート構造体の２次元配列
を基板上に形成し、アクチュエート面が各アクチュエート構造体に対して与えら
、各壁の選択作動を可能にする電極をアクチュエート構造体に付けおよびノズル
・プレートと基板を積層するステップからなり、該積層された構造体がそれぞれ
各ノズル軸の周りに伸びて各ノズルとつながり、製造された装置において選択さ
れた構造体の作動によってノズルからインク滴が射出されるオンデマンド滴下イ
ンクジェット印刷装置の製造方法を提供する。 本発明の装置面について述べた上記特性は方法面にも適用され、その逆もいえ
る。
列を有するノズル・プレートを形成し、それぞれ各ノズル軸の周りに各ノズル軸
方向に伸び、それぞれノズルと結合しているアクチュエート構造体の２次元配列
を基板上に形成し、アクチュエート面が各アクチュエート構造体に対して与えら
、各壁の選択作動を可能にする電極をアクチュエート構造体に付けおよびノズル
・プレートと基板を積層するステップからなり、該積層された構造体がそれぞれ
各ノズル軸の周りに伸びて各ノズルとつながり、製造された装置において選択さ
れた構造体の作動によってノズルからインク滴が射出されるオンデマンド滴下イ
ンクジェット印刷装置の製造方法を提供する。 本発明の装置面について述べた上記特性は方法面にも適用され、その逆もいえ
る。
【００１０】 本発明はノズル軸上のノズル、ノズル軸の周りに放射状に伸びるインク・チャ
ンバー、該インク・チャンバーにつながったインク供給部材、アクチュエート面
およびノズル軸方向に伸びる長さをもつアクチュエート面に対するアクチュエー
タからなり、該アクチュエータがノズル軸方向にアクチュエート面を動かして、
ノズル軸の周りに放射状にインク・チャンバー内に伝わる音響波によってノズル
からインク滴を射出させ、インク・チャンバーにインクを補充するように作動す
るオンデマンド滴下インクジェット印刷装置も提供する。 また本発明は、それぞれ並列のノズル軸をもつ２次元配列のノズル、それぞれ
各ノズル軸の周りに伸びて各ノズルとつながった複数のディスク状インク・チャ
ンバー、それぞれ各ノズル軸方向に伸びる長さをもち、各インク・チャンバーと
結合し、各円対称壁が各ディスク状ルーフ材によって架橋された２次元配列の円
対称アクチュエート構造体をもつ均質な圧電シートおよび各壁と選択的に作動で
きることによりノズルから小滴を射出する圧電シート上の電極からなるオンデマ
ンド滴下インクジェット印刷装置も提供する。
ンバー、該インク・チャンバーにつながったインク供給部材、アクチュエート面
およびノズル軸方向に伸びる長さをもつアクチュエート面に対するアクチュエー
タからなり、該アクチュエータがノズル軸方向にアクチュエート面を動かして、
ノズル軸の周りに放射状にインク・チャンバー内に伝わる音響波によってノズル
からインク滴を射出させ、インク・チャンバーにインクを補充するように作動す
るオンデマンド滴下インクジェット印刷装置も提供する。 また本発明は、それぞれ並列のノズル軸をもつ２次元配列のノズル、それぞれ
各ノズル軸の周りに伸びて各ノズルとつながった複数のディスク状インク・チャ
ンバー、それぞれ各ノズル軸方向に伸びる長さをもち、各インク・チャンバーと
結合し、各円対称壁が各ディスク状ルーフ材によって架橋された２次元配列の円
対称アクチュエート構造体をもつ均質な圧電シートおよび各壁と選択的に作動で
きることによりノズルから小滴を射出する圧電シート上の電極からなるオンデマ
ンド滴下インクジェット印刷装置も提供する。
【００１１】 また本発明は、それぞれ並列なノズル軸をもつ２次元配列のノズルを有するノ
ズル・プレートを形成し、それぞれ各ノズル軸方向に伸びる長さをもちノズルと
結合し、各円対称壁が各ディスク状ルーフ材によって架橋された２次元配列の円
対称アクチュエート構造体をもつ均質な圧電シートを形成し、各壁を選択的に作
動できる圧電シート上に電極を付けおよびノズル・プレートと圧電シートを積層
するステップからなり、該積層された構造体がそれぞれ各ノズル軸の周りに伸び
て各ノズルとつながる複数のディスク状インク・チャンバーを、製造された装置
において圧電シートの選択された壁の作動によってノズルから滴を射出させるよ
うに供給するオンデマンド滴下インクジェット印刷装置の製造方法も提供する。
ズル・プレートを形成し、それぞれ各ノズル軸方向に伸びる長さをもちノズルと
結合し、各円対称壁が各ディスク状ルーフ材によって架橋された２次元配列の円
対称アクチュエート構造体をもつ均質な圧電シートを形成し、各壁を選択的に作
動できる圧電シート上に電極を付けおよびノズル・プレートと圧電シートを積層
するステップからなり、該積層された構造体がそれぞれ各ノズル軸の周りに伸び
て各ノズルとつながる複数のディスク状インク・チャンバーを、製造された装置
において圧電シートの選択された壁の作動によってノズルから滴を射出させるよ
うに供給するオンデマンド滴下インクジェット印刷装置の製造方法も提供する。
【００１２】 複数のインク・チャンバーは圧電シート内に形成された２次元配列の円対称凹
部によって供給され、各ルーフ材は各円対称凹部の少なくとも一部の底壁からな
る。個々の電極への電気接続は、圧電シート上に装着された相互接続プレート上
でなされる。ノズル・プレートと相互接続プレートは、圧電物質からなる。ある
いは、それらは圧電シートと熱的に互換性のある物質からなる。 インク・チャンネルの配列は、インク・チャンバーにインクを供給するための
圧電シート内に形成される。 各インク・チャンバーは、一般に円形の構造体によって境界を区切られ、この
構造体は各ノズル軸の周りに放射状に伸びるインク・チャンバー内に伝わる音響
波を反射するための音響インピーダンスの変化を与える。
部によって供給され、各ルーフ材は各円対称凹部の少なくとも一部の底壁からな
る。個々の電極への電気接続は、圧電シート上に装着された相互接続プレート上
でなされる。ノズル・プレートと相互接続プレートは、圧電物質からなる。ある
いは、それらは圧電シートと熱的に互換性のある物質からなる。 インク・チャンネルの配列は、インク・チャンバーにインクを供給するための
圧電シート内に形成される。 各インク・チャンバーは、一般に円形の構造体によって境界を区切られ、この
構造体は各ノズル軸の周りに放射状に伸びるインク・チャンバー内に伝わる音響
波を反射するための音響インピーダンスの変化を与える。
【００１３】
以下、図によって本発明の実施例を説明する。 図１（ａ）は、本発明の第１実施例よりなるオンデマンド滴下インクジェット
印刷装置の圧電シート１４内に形成された単一のアクチュエータ３０の部分断面
図である。圧電シート１４、介挿プレート１７およびノズルプレート１８がイン
ク・チャンバー２２を画成し、インク・チャンバー２２はノズル・プレート１８
内に形成されたノズル１９の軸の周りに放射状に伸びている。インク・チャンバ
ー２２は、介挿プレート１７内に形成されたオリフィス２０を経てノズル１９に
つながっている。図１（ａ）に示すように、圧電シート１４は介挿プレート１７
、ノズル・プレート１８および基板４４を含む積層構造体の一部を示している。 インク・チャンバー２２は、圧電シート内に形成されたインク・チャンバー２
２の周りに置かれた一対のインク・チャンネル１５によってインクを供給される
。図（ｂ）に示すように、インク・チャンネル１５は圧電シート１４内に形成さ
れたマニホルド１０２と液状でつながり、次にダクト３６を経てインク溜め（図
示せず）から供給される。
印刷装置の圧電シート１４内に形成された単一のアクチュエータ３０の部分断面
図である。圧電シート１４、介挿プレート１７およびノズルプレート１８がイン
ク・チャンバー２２を画成し、インク・チャンバー２２はノズル・プレート１８
内に形成されたノズル１９の軸の周りに放射状に伸びている。インク・チャンバ
ー２２は、介挿プレート１７内に形成されたオリフィス２０を経てノズル１９に
つながっている。図１（ａ）に示すように、圧電シート１４は介挿プレート１７
、ノズル・プレート１８および基板４４を含む積層構造体の一部を示している。 インク・チャンバー２２は、圧電シート内に形成されたインク・チャンバー２
２の周りに置かれた一対のインク・チャンネル１５によってインクを供給される
。図（ｂ）に示すように、インク・チャンネル１５は圧電シート１４内に形成さ
れたマニホルド１０２と液状でつながり、次にダクト３６を経てインク溜め（図
示せず）から供給される。
【００１４】 さらに、インク・チャンネル１５をインク・チャンバー２２の対向端につなげ
ることにより、一般に当業界で知られているように、ごみと空気を取り除くため
、インクが一列のチャンバー２２を通って循環する。これは図１（ｂ）に一層明
瞭で、２次元配列のアクチュエータの斜視図であり、図１（ａ）は図１（ｂ）の
Ａ−Ａ矢視断面図である。また図１（ｂ）はインク流れ特性を変えるために設け
られた任意方向で支持壁１０１も示している。 図１（ａ）に示すように、アクチュエータ３０の壁３１は中央空洞３２の周り
に実質的にノズル内の軸を同軸に伸び、半径ｒ１の円形ルーフ部３４に覆われて
いる。好ましくは、ルーフ部はモールドによって壁３１と一体成形され、このた
め壁３１はチャンバー軸に対してテーパ状になっている。加熱や機械研磨のよう
な他の加工法も、適切に用いることができ、ルーフ部３４を円形ディスクから作
り、組立の間にそれを壁３１の頂に取り付けることはもちろん可能である。
ることにより、一般に当業界で知られているように、ごみと空気を取り除くため
、インクが一列のチャンバー２２を通って循環する。これは図１（ｂ）に一層明
瞭で、２次元配列のアクチュエータの斜視図であり、図１（ａ）は図１（ｂ）の
Ａ−Ａ矢視断面図である。また図１（ｂ）はインク流れ特性を変えるために設け
られた任意方向で支持壁１０１も示している。 図１（ａ）に示すように、アクチュエータ３０の壁３１は中央空洞３２の周り
に実質的にノズル内の軸を同軸に伸び、半径ｒ１の円形ルーフ部３４に覆われて
いる。好ましくは、ルーフ部はモールドによって壁３１と一体成形され、このた
め壁３１はチャンバー軸に対してテーパ状になっている。加熱や機械研磨のよう
な他の加工法も、適切に用いることができ、ルーフ部３４を円形ディスクから作
り、組立の間にそれを壁３１の頂に取り付けることはもちろん可能である。
【００１５】 電極２４・２５はスパッタリングや他の適当な方法により、圧電シート１４の
両側に形成され、電極が必要でない部分のシートはスピン・コーティングで付け
られる従来のリソグラフィーレジストによって保護され、硬化し、非硬化レジス
トを取り除くため洗浄される。図１（ａ）に示すように、電極２４はノズル軸方
向に伸びる空洞３２の表面に形成され、電極２５はインク・チャンバー２２に接
するアクチュエータ３０の面上に形成されている。 この実施例において、電極はルーフ部３４の頂を除く圧電シート１４の実質的
に全頂面にわたって伸び、圧電シート１４の下側で壁３１の底部１０の一部およ
び内面にわたっている。 電極２４・２５により、分極と作動の双方のため、電界が壁３１の圧電物質に
印加される。分極の場合、図１（ａ）の矢印３０′で示すように、圧電物質の双
極子を整列させるように高い波の電位差が印加される。このようなプロセスは当
業界においてよく知られており、これ以上詳しい説明はしない。しかし、ルーフ
部が実質的に分極せず、小滴射出には寄与しないことには注意すべきである。ル
ーフ部３４を分極させることはもちろん可能であるが、これは製造を複雑にする
。
両側に形成され、電極が必要でない部分のシートはスピン・コーティングで付け
られる従来のリソグラフィーレジストによって保護され、硬化し、非硬化レジス
トを取り除くため洗浄される。図１（ａ）に示すように、電極２４はノズル軸方
向に伸びる空洞３２の表面に形成され、電極２５はインク・チャンバー２２に接
するアクチュエータ３０の面上に形成されている。 この実施例において、電極はルーフ部３４の頂を除く圧電シート１４の実質的
に全頂面にわたって伸び、圧電シート１４の下側で壁３１の底部１０の一部およ
び内面にわたっている。 電極２４・２５により、分極と作動の双方のため、電界が壁３１の圧電物質に
印加される。分極の場合、図１（ａ）の矢印３０′で示すように、圧電物質の双
極子を整列させるように高い波の電位差が印加される。このようなプロセスは当
業界においてよく知られており、これ以上詳しい説明はしない。しかし、ルーフ
部が実質的に分極せず、小滴射出には寄与しないことには注意すべきである。ル
ーフ部３４を分極させることはもちろん可能であるが、これは製造を複雑にする
。
【００１６】 電極２４・２５は次に、分極した圧電壁を作動させるために導通する。 導電性の介挿プレート１７によって、電極２５は共通アースにつながれ、一方
電圧は基板４４内に形成されたコンタクト４０とトラック４３を通じて電極２４
に選択的に印加される。図１（ｃ）は図１（ｂ）の配列の後面透視図で、基板に
つながれる電極２４の環部が明確に見て取れる。 電極２４と２５の間に電界を印加すると、壁３１はいわゆる「直接モード」で
作用するので、極性方向に対する電界方向に依存して、壁はノズル１９に向かっ
て狭まり長くなるか、あるいはノズル１９から離れて厚くなり収縮する。この動
きにより、インク・チャンバー２２内にチャンバー内を放射状に伝わる音響波が
生じ、インク・チャンネル１５内で反射され、インク・チャンバー２２の中央に
収束してノズル１９からインクを射出する。圧力波がノズルから退くときの体積
歪すなわち圧縮により、時間Ｒ／ｃだけノズル出口開口部からインク流を生ずる
。ここでｃはチャンバー内のインクの有効音響速度、Ｒはチャンバーの壁までの
半径方向距離である。インク小滴がこの時間だけ出される。時間Ｒ／ｃ後、圧力
は負となり、インク放出が止み、印加電圧が除かれる。次に、圧力波が弱まると
、インク・チャンバー２２から射出されたインクはインク・チャンネル１５から
補充され、小滴サイクルがくり返される。速く続けられるいくつかのパルスが印
加されて対応する大きさのインク小滴を当業界で知られているように基板上に堆
積する。
電圧は基板４４内に形成されたコンタクト４０とトラック４３を通じて電極２４
に選択的に印加される。図１（ｃ）は図１（ｂ）の配列の後面透視図で、基板に
つながれる電極２４の環部が明確に見て取れる。 電極２４と２５の間に電界を印加すると、壁３１はいわゆる「直接モード」で
作用するので、極性方向に対する電界方向に依存して、壁はノズル１９に向かっ
て狭まり長くなるか、あるいはノズル１９から離れて厚くなり収縮する。この動
きにより、インク・チャンバー２２内にチャンバー内を放射状に伝わる音響波が
生じ、インク・チャンネル１５内で反射され、インク・チャンバー２２の中央に
収束してノズル１９からインクを射出する。圧力波がノズルから退くときの体積
歪すなわち圧縮により、時間Ｒ／ｃだけノズル出口開口部からインク流を生ずる
。ここでｃはチャンバー内のインクの有効音響速度、Ｒはチャンバーの壁までの
半径方向距離である。インク小滴がこの時間だけ出される。時間Ｒ／ｃ後、圧力
は負となり、インク放出が止み、印加電圧が除かれる。次に、圧力波が弱まると
、インク・チャンバー２２から射出されたインクはインク・チャンネル１５から
補充され、小滴サイクルがくり返される。速く続けられるいくつかのパルスが印
加されて対応する大きさのインク小滴を当業界で知られているように基板上に堆
積する。
【００１７】 図２（ａ）と２（ｂ）は本発明の第２実施例によるオンデマンド滴下インクジ
ェット印刷装置を示す。本質的に、これらの装置の層と物質は第１実施例のそれ
らと同様である。しかし、この第２実施例では、アクチュエータ３０の分極方法
と分極方向が第１実施例のそれらと異なっており、正確な分極配列を達成するた
め次のステップを要する。 図２（ａ）において、初期分極電極３８・３９がルーフ部３４の頂面と底面に
置かれている。ここで前記と同様の分極方法を用い、圧電シートは矢印４０の度
合に分極している。底電極３９は次に取り除かれ、新電極４２が壁３１の底に取
り付けられ、矢印４１方向に壁列に対して分極電位差が印加される。分極電極は
次に双方とも除かれ、射出電極２４・２５が図２（ｂ）のように組み立てられた
プリントヘッドと圧電シート２４の頂・底面のすべてにわたって取り付けられる
。
ェット印刷装置を示す。本質的に、これらの装置の層と物質は第１実施例のそれ
らと同様である。しかし、この第２実施例では、アクチュエータ３０の分極方法
と分極方向が第１実施例のそれらと異なっており、正確な分極配列を達成するた
め次のステップを要する。 図２（ａ）において、初期分極電極３８・３９がルーフ部３４の頂面と底面に
置かれている。ここで前記と同様の分極方法を用い、圧電シートは矢印４０の度
合に分極している。底電極３９は次に取り除かれ、新電極４２が壁３１の底に取
り付けられ、矢印４１方向に壁列に対して分極電位差が印加される。分極電極は
次に双方とも除かれ、射出電極２４・２５が図２（ｂ）のように組み立てられた
プリントヘッドと圧電シート２４の頂・底面のすべてにわたって取り付けられる
。
【００１８】 操作の間、壁３１はいわゆる「剪断モード」で中央空洞３２の中央に対して近
づいたり離れたりして偏位し、一方ルーフ部３４は直接モードでノズルに対して
近づいたり離れたりして広がるので、インク内に放射状の音響波が発生する。 第１実施例と同様に、このアクチュエータ３０は２つの異なった部材からなる
。図１−２の実施例において、インク・チャンバー２２は介挿プレート１７内の
オリフィス２０を通して、ノズルプレート１８内のノズル１９へと広がっている
。介挿プレート１７は好ましくは圧電シート１４の膨張係数とよく似た係数をも
つ金属プレートである。オリフィス２０はフォトリソグラフィ法を使って、ある
いはドリルや空気化学的エッチングによって作られることが好ましい。ノズル・
プレート１８はポリイミド、たとえば宇部興産のＵｐｉｌｅｘ（商標）から作ら
れることが好ましく、介挿プレート１７に取り付けられる。ポリイミド製ノズル
・プレートが好ましいけれど、他のポリマーや金属成分も適当に使い得る。ノズ
ル・プレートは非濡れ性を改善する撥水性コーティング剤をコートすることがで
きる。
づいたり離れたりして偏位し、一方ルーフ部３４は直接モードでノズルに対して
近づいたり離れたりして広がるので、インク内に放射状の音響波が発生する。 第１実施例と同様に、このアクチュエータ３０は２つの異なった部材からなる
。図１−２の実施例において、インク・チャンバー２２は介挿プレート１７内の
オリフィス２０を通して、ノズルプレート１８内のノズル１９へと広がっている
。介挿プレート１７は好ましくは圧電シート１４の膨張係数とよく似た係数をも
つ金属プレートである。オリフィス２０はフォトリソグラフィ法を使って、ある
いはドリルや空気化学的エッチングによって作られることが好ましい。ノズル・
プレート１８はポリイミド、たとえば宇部興産のＵｐｉｌｅｘ（商標）から作ら
れることが好ましく、介挿プレート１７に取り付けられる。ポリイミド製ノズル
・プレートが好ましいけれど、他のポリマーや金属成分も適当に使い得る。ノズ
ル・プレートは非濡れ性を改善する撥水性コーティング剤をコートすることがで
きる。
【００１９】 これらの実施例において、支持壁の下にあるルーフ部の頂面の凹部がインク・
チャンバー２２を形成する。あるいは、図３のように、ルーフ部３４と支持壁３
６のそれぞれ頂面が平面で、重なって平面性を確保する。インク・チャンバー２
２はこのようにして、介挿プレート１７内のオリフィス２０の直径を支持壁３６
の内面の空間の直径と実質的に等しくなるように広げることによって形成される
。好ましくは支持壁の該直径は９００μｍで、これは介挿プレートのオリフィス
の直径と同一である。 このような構造において、インク・チャンバーの高さはルーフ部と支持壁の相
対寸法よりもむしろ介挿プレートの厚みによって決められる。これにより、イン
ク・チャンバーの大きさをインク射出配列全体にわたって正確に、かつ均一にす
ることができる。なぜなら、介挿プレートはモールドされる圧電シート１４より
も自由度が高く製造することができるからである。第２の利点は、介挿プレート
の厚みを変えることにより、簡単にインク・チャンバーの高さを変えられ、した
がってチャンバーから射出される小滴の速度を変えることができることである。
これにより、プリントヘッドを狭く高速インク射出を要する印刷に対して仕立て
ることができる。 介挿プレートの厚みは１００μｍのオーダーが好ましいが、２５〜１５０μｍ
の範囲ならよい。
チャンバー２２を形成する。あるいは、図３のように、ルーフ部３４と支持壁３
６のそれぞれ頂面が平面で、重なって平面性を確保する。インク・チャンバー２
２はこのようにして、介挿プレート１７内のオリフィス２０の直径を支持壁３６
の内面の空間の直径と実質的に等しくなるように広げることによって形成される
。好ましくは支持壁の該直径は９００μｍで、これは介挿プレートのオリフィス
の直径と同一である。 このような構造において、インク・チャンバーの高さはルーフ部と支持壁の相
対寸法よりもむしろ介挿プレートの厚みによって決められる。これにより、イン
ク・チャンバーの大きさをインク射出配列全体にわたって正確に、かつ均一にす
ることができる。なぜなら、介挿プレートはモールドされる圧電シート１４より
も自由度が高く製造することができるからである。第２の利点は、介挿プレート
の厚みを変えることにより、簡単にインク・チャンバーの高さを変えられ、した
がってチャンバーから射出される小滴の速度を変えることができることである。
これにより、プリントヘッドを狭く高速インク射出を要する印刷に対して仕立て
ることができる。 介挿プレートの厚みは１００μｍのオーダーが好ましいが、２５〜１５０μｍ
の範囲ならよい。
【００２０】 図３の実施例では、ポリイミド製ノズルプレートが比較的広く伸びているが、
このノズル・プレートを支持固定するため、さらに介挿材を用いてもよい。その
ような介挿プレートを図４に示す。図４で、ノズル・プレート１８、第１介挿層
５、第２介挿層１７、圧電層１４および電気接続基板層４４が５層の積層体をな
している。この積層体は支持プレート８のチューブ６を通してインク供給装置に
つながっている。これらはアルミニウム・シャーシ９に取り付けられている。 ノズル・プレート１８は、第１介挿層を第２介挿層に取り付ける前が後に、第
１介挿層に結合される。第１、第２介挿層はともに、標準光リソグラフィ法によ
ってその中にオリフィスを作るようにエッチングされる金属プレートであること
が好ましい。介挿層双方の厚みは５０μｍが好ましいが、射出粒性に応じて変え
得る。第２介挿層内のオリフィスは直径９００μｍが好ましいが、これはインク
・チャンバー２２の直径に対応している。
このノズル・プレートを支持固定するため、さらに介挿材を用いてもよい。その
ような介挿プレートを図４に示す。図４で、ノズル・プレート１８、第１介挿層
５、第２介挿層１７、圧電層１４および電気接続基板層４４が５層の積層体をな
している。この積層体は支持プレート８のチューブ６を通してインク供給装置に
つながっている。これらはアルミニウム・シャーシ９に取り付けられている。 ノズル・プレート１８は、第１介挿層を第２介挿層に取り付ける前が後に、第
１介挿層に結合される。第１、第２介挿層はともに、標準光リソグラフィ法によ
ってその中にオリフィスを作るようにエッチングされる金属プレートであること
が好ましい。介挿層双方の厚みは５０μｍが好ましいが、射出粒性に応じて変え
得る。第２介挿層内のオリフィスは直径９００μｍが好ましいが、これはインク
・チャンバー２２の直径に対応している。
【００２１】 ノズル・プレート内のノズルは、２つの介挿層とインク・チャンバー内のオリ
フィスの直径に関して中央にあり、スキャン方向において１／３６０インチだけ
離れ、紙フィード方向において１７／２５６インチだけ離れていることが好まし
い。このＸ−Ｙ方向における不等間隔により、チップ上の過負荷と電力サージが
軽減される。もちろん、インク・チャンバーの中心間距離を変えることによって
簡単に１／３６０インチ以外のドット間隔にすることもできる。しかし、このド
ット間隔を２だけ増すことは、ヘッドの増加する数のパスが紙上の同一ドット濃
度を達成するのに必要なことを意味している。一方向にドット間隔を増すと他方
向のドット間隔に影響を与えるので、必要なパスの数が２よりも多く増えるので
、ページを印刷し終えるのが遅くなる。ドット間隔の最適範囲は１／７２０〜１
／１８０インチであると考えられている。
フィスの直径に関して中央にあり、スキャン方向において１／３６０インチだけ
離れ、紙フィード方向において１７／２５６インチだけ離れていることが好まし
い。このＸ−Ｙ方向における不等間隔により、チップ上の過負荷と電力サージが
軽減される。もちろん、インク・チャンバーの中心間距離を変えることによって
簡単に１／３６０インチ以外のドット間隔にすることもできる。しかし、このド
ット間隔を２だけ増すことは、ヘッドの増加する数のパスが紙上の同一ドット濃
度を達成するのに必要なことを意味している。一方向にドット間隔を増すと他方
向のドット間隔に影響を与えるので、必要なパスの数が２よりも多く増えるので
、ページを印刷し終えるのが遅くなる。ドット間隔の最適範囲は１／７２０〜１
／１８０インチであると考えられている。
【００２２】 各アクチュエータのルーフ部３４は直径７００μｍであることが好ましい。ノ
ズル軸方向のアクチュエータの高さは７００μｍが好ましく、壁３１の厚みは７
０μｍが好ましい。アクチュエータの大きさがこのようであれば、２０Ｖ入力に
対するノズル・プレートの方向にアクチュエータを３０ｎｍ変位させることがで
きる。 第１〜第３実施例のアクチュエータは、単一のインク・マニホルド１０２と流
体につながり、それゆえ、単色（のインク）を射出する。もちろん、２以上のマ
ニホルドおよび多色ヘッドを製造するための分割壁を供給することは可能である
。 図５は、オンデマンド滴下インクジェット印刷装置と結合した駆動回路の間の
好ましい電気接続方法を示している。
ズル軸方向のアクチュエータの高さは７００μｍが好ましく、壁３１の厚みは７
０μｍが好ましい。アクチュエータの大きさがこのようであれば、２０Ｖ入力に
対するノズル・プレートの方向にアクチュエータを３０ｎｍ変位させることがで
きる。 第１〜第３実施例のアクチュエータは、単一のインク・マニホルド１０２と流
体につながり、それゆえ、単色（のインク）を射出する。もちろん、２以上のマ
ニホルドおよび多色ヘッドを製造するための分割壁を供給することは可能である
。 図５は、オンデマンド滴下インクジェット印刷装置と結合した駆動回路の間の
好ましい電気接続方法を示している。
【００２３】 圧電シート１４、介挿プレート１７およびノズル・プレート１８が、厚膜ハイ
ブリッド回路板４４の頂に装着されている。このような回路板は、当業者に知ら
れている。集積回路（チップ）１０５が回路板４４の反対側に装着され、そこで
導電パッド５０と接続されている。この導電パッド５０は、回路板４４の多層構
造のため（端部においてよりも）チップの台の全体にわたって分布されている。
チップ面の配置の一例を図７に示す。２５の入力が中央に位置する導電パッドを
通して行われるが、一度、３２のアクチュエータに対する出力がチップ周辺に位
置する２列の各々によって行われる。このことは、チップが厚膜ハイブリッド濃
度において相互接続され、すべての接続がノズル配列の領域の範囲内で行われ、
図５の実施例ではインクとの直接接触によって着色され得ることを意味している
。
ブリッド回路板４４の頂に装着されている。このような回路板は、当業者に知ら
れている。集積回路（チップ）１０５が回路板４４の反対側に装着され、そこで
導電パッド５０と接続されている。この導電パッド５０は、回路板４４の多層構
造のため（端部においてよりも）チップの台の全体にわたって分布されている。
チップ面の配置の一例を図７に示す。２５の入力が中央に位置する導電パッドを
通して行われるが、一度、３２のアクチュエータに対する出力がチップ周辺に位
置する２列の各々によって行われる。このことは、チップが厚膜ハイブリッド濃
度において相互接続され、すべての接続がノズル配列の領域の範囲内で行われ、
図５の実施例ではインクとの直接接触によって着色され得ることを意味している
。
【００２４】 回路板４４にカバー１０６が付けられて、チップ１０５を保護するとともに、
入口１１０と穴１０８との間にあり、圧電シート１４のマニホールド１０２とつ
ながっているインク用導管として作用する。これにより、インクによってチップ
が冷却され、このため、チップはたとえばパラレンを塗布してインクによる化学
侵食に対し保護することが好ましい。あるいは、穴１０８へのインク供給がカバ
ー１０６およびその中の電子部材に無関係に保持されるように信頼性が必要であ
る。 図６は厚膜ハイブリッド４の背面上のチップの可能な配置を示す。入力コンタ
クト５１が、それぞれ２つのチップ１０５を有するプラスチック・マニホルドの
外側に位置している。インクは供給チューブの１つおよび他の供給チューブの出
口を通して供給され、プリントヘッドを通して連続インク循環を行う。インクは
プリントヘッドにもどってリサイクルする前に、冷却され、加熱され、排ガスさ
れ、あるいは濾過される。
入口１１０と穴１０８との間にあり、圧電シート１４のマニホールド１０２とつ
ながっているインク用導管として作用する。これにより、インクによってチップ
が冷却され、このため、チップはたとえばパラレンを塗布してインクによる化学
侵食に対し保護することが好ましい。あるいは、穴１０８へのインク供給がカバ
ー１０６およびその中の電子部材に無関係に保持されるように信頼性が必要であ
る。 図６は厚膜ハイブリッド４の背面上のチップの可能な配置を示す。入力コンタ
クト５１が、それぞれ２つのチップ１０５を有するプラスチック・マニホルドの
外側に位置している。インクは供給チューブの１つおよび他の供給チューブの出
口を通して供給され、プリントヘッドを通して連続インク循環を行う。インクは
プリントヘッドにもどってリサイクルする前に、冷却され、加熱され、排ガスさ
れ、あるいは濾過される。
【００２５】 アクチェエータはほとんど完全に予備テスト可能である。圧電シート１４の裏
面上でチップ・パッドを作ることにより、射出特性がチップ装着の前にテスト・
測定され、同様にチップが圧電シートを付加する前に一度テストされる。回路板
４４および圧電シート１４が試験され、結合すると、この２つは完全に自己含有
モジュールを形成し、電気的・機械的双方のシャーシに接続する仕方に依存して
交換可能である。このことは、特にそのようないくつかのモジュールからなるペ
ージ幅の配列の場合、有利である。 図８（ａ）は、オンデマンド滴下インクジェット印刷装置の単一アクチュエー
タの第４実施例の断面図である。このアクチュエータの斜視図を図８（ｂ）に示
す。この第４実施例において、アクチュエータ１３０はノズル・プレート１８の
ノズル１９の軸方向に伸びる圧電物質の壁１３１からなる。壁１３１の底は基板
４４に結合している。図８（ｂ）にさらに明確に示すように、壁１３１は壁１３
１内の空洞１３２を囲み、この空洞は壁１３１がノズル軸の周りに伸びるように
ノズル軸と同軸である。
面上でチップ・パッドを作ることにより、射出特性がチップ装着の前にテスト・
測定され、同様にチップが圧電シートを付加する前に一度テストされる。回路板
４４および圧電シート１４が試験され、結合すると、この２つは完全に自己含有
モジュールを形成し、電気的・機械的双方のシャーシに接続する仕方に依存して
交換可能である。このことは、特にそのようないくつかのモジュールからなるペ
ージ幅の配列の場合、有利である。 図８（ａ）は、オンデマンド滴下インクジェット印刷装置の単一アクチュエー
タの第４実施例の断面図である。このアクチュエータの斜視図を図８（ｂ）に示
す。この第４実施例において、アクチュエータ１３０はノズル・プレート１８の
ノズル１９の軸方向に伸びる圧電物質の壁１３１からなる。壁１３１の底は基板
４４に結合している。図８（ｂ）にさらに明確に示すように、壁１３１は壁１３
１内の空洞１３２を囲み、この空洞は壁１３１がノズル軸の周りに伸びるように
ノズル軸と同軸である。
【００２６】 壁１３１は円形ディスク状のルーフ部１３４によって頂を覆われている。この
ディスクは組み立ての間、壁頂部に付けられ、図８（ｂ）のＹ軸に伸びる。すな
わちノズル軸に対して実質的に直交する方向に伸びる壁の長さと同等かそれ以上
長い直径をもつ。このディスク（１３４）も、圧電物質あるいはその逆部の間た
わまないだけ十分に剛性のある他の適当な物質からなる。 電極１２４は壁１３１の空洞１３２内に形成される。チャンネル１３６が基板
４４内に形成されて、電極１２４を電源に接続し、電極１２４に電圧を選択的に
印加させるようにする。電極１２５はインク・チャンバー２２に接して基板４４
の上面にわたる壁１３１の双方の側でスパッタあるいは他の適当な方法で形成さ
れる。電極１２５は一般にアースされる。
ディスクは組み立ての間、壁頂部に付けられ、図８（ｂ）のＹ軸に伸びる。すな
わちノズル軸に対して実質的に直交する方向に伸びる壁の長さと同等かそれ以上
長い直径をもつ。このディスク（１３４）も、圧電物質あるいはその逆部の間た
わまないだけ十分に剛性のある他の適当な物質からなる。 電極１２４は壁１３１の空洞１３２内に形成される。チャンネル１３６が基板
４４内に形成されて、電極１２４を電源に接続し、電極１２４に電圧を選択的に
印加させるようにする。電極１２５はインク・チャンバー２２に接して基板４４
の上面にわたる壁１３１の双方の側でスパッタあるいは他の適当な方法で形成さ
れる。電極１２５は一般にアースされる。
【００２７】 電極１２４・１２５により分極および作動プロセス双方のため、電界が壁１３
１の圧電物質に印加される。分極の場合、図８（ａ）の矢印１３０′のように圧
電物質の双極子を整列させるため、高い値の電位層が印加される。このようなプ
ロセスは当業界で公知であり、これ以上詳細に述べない。しかし、、ディスク１
３４は突然的に分極せず、小滴射出に寄与しないことに注意すべきである。もち
ろん、ディスク１３４を分極させることはできるが、製造を複雑にする。 図８（ｂ）において、電極１２４・１２５は分極した圧電壁を作動させるため
に導通する。電界が電極１２４・１２５間に印加されると、壁１３１はいわゆる
「直接モード」で作用するので、分極方向に対する電界方向に依存して、ノズル
１９に対して狭まって伸びるか、厚くなって縮む。これにより、チャンバー１２
２と流体でつながるインク射出チャンバー１４０内に音響波が発生する。このチ
ャンバー１４０内を放射状に伝わる音響波は、介挿プレート１７・１１６によっ
てチャンバー１２２（４０間に区画されたインク・チャンネル１４２によって反
射され、ノズル１９の下方で収束し、ノズル１９からインクを射出させる。ノズ
ルから圧力波が退くとき、体積歪すなわち圧縮により時間Ｒ／ｃだけノズル出口
開口部からインク流を出させる。ここでは、ｃはチャンバー１４０内のインクの
有効音響速度およびＲはチャンバー１４０の壁１１６までの半径方向の距離であ
る。インク小滴がこの時間だけ射出される。時間Ｒ／ｃの後、圧力が負になり、
インク放出が止み、印加電圧が除かれる。次に、圧力波が弱まると、インク・チ
ャンバー１４０から射出されたインクがインク・チャンバー１２２から補充され
、小滴サイクルがくり返される。速く続けられるいくつかのパルスが印加されて
、当業界で知られているように、対応する大きさのインク小滴が基板上に堆積さ
れる。
１の圧電物質に印加される。分極の場合、図８（ａ）の矢印１３０′のように圧
電物質の双極子を整列させるため、高い値の電位層が印加される。このようなプ
ロセスは当業界で公知であり、これ以上詳細に述べない。しかし、、ディスク１
３４は突然的に分極せず、小滴射出に寄与しないことに注意すべきである。もち
ろん、ディスク１３４を分極させることはできるが、製造を複雑にする。 図８（ｂ）において、電極１２４・１２５は分極した圧電壁を作動させるため
に導通する。電界が電極１２４・１２５間に印加されると、壁１３１はいわゆる
「直接モード」で作用するので、分極方向に対する電界方向に依存して、ノズル
１９に対して狭まって伸びるか、厚くなって縮む。これにより、チャンバー１２
２と流体でつながるインク射出チャンバー１４０内に音響波が発生する。このチ
ャンバー１４０内を放射状に伝わる音響波は、介挿プレート１７・１１６によっ
てチャンバー１２２（４０間に区画されたインク・チャンネル１４２によって反
射され、ノズル１９の下方で収束し、ノズル１９からインクを射出させる。ノズ
ルから圧力波が退くとき、体積歪すなわち圧縮により時間Ｒ／ｃだけノズル出口
開口部からインク流を出させる。ここでは、ｃはチャンバー１４０内のインクの
有効音響速度およびＲはチャンバー１４０の壁１１６までの半径方向の距離であ
る。インク小滴がこの時間だけ射出される。時間Ｒ／ｃの後、圧力が負になり、
インク放出が止み、印加電圧が除かれる。次に、圧力波が弱まると、インク・チ
ャンバー１４０から射出されたインクがインク・チャンバー１２２から補充され
、小滴サイクルがくり返される。速く続けられるいくつかのパルスが印加されて
、当業界で知られているように、対応する大きさのインク小滴が基板上に堆積さ
れる。
【００２８】 図８（ｃ）は、この第４実施例によるアクチュエータ配列を単純化して示す図
である。隣接するアクチュエータが共通のインク・チャンバー１２２を共有して
いる。隣接するアクチュエータ間でのクロストークはディスク１３４にわたるイ
ンクの局在化した流れによって最小化される。インク・チャンバー１２２の大き
さは２次元配列の両端の間の圧力差を減らすように供され、より大きな印刷幅に
わたってより多量のインクが堆積するテキスタイル印刷を改善する。 図８（ｄ）はアクチュエータ１３０の１製造方法を説明する。まず、未加工の
鋳造ＰＺＴのテープのような圧電物質の層２００が置かれる。２番目に、電極ト
ラック２０２のパターンがスクリーン印刷、あるいはそれと同様の技術によって
層２００上に形成される。３番目に、圧電物質の第２層２０４が各電極トラック
２０２が圧電物質によって囲まれるように層２００と２０４の頂に置かれる。さ
らに別の電極トラックのパターンが層２０４上に形成され、必要な数の圧電物質
の層を有する積層ブロックを形成する必要のあるとき、このプロセスがくり返さ
れる。次にこのブロックは焼成されて直方体のブロック（一般に１８ｍｍ×２５
ｍｍ×１００ｍｍ）を形成し、線２０８−２１０−２１２に沿って加工され、個
々のあるいは結合したアクチュエータを形成する。
である。隣接するアクチュエータが共通のインク・チャンバー１２２を共有して
いる。隣接するアクチュエータ間でのクロストークはディスク１３４にわたるイ
ンクの局在化した流れによって最小化される。インク・チャンバー１２２の大き
さは２次元配列の両端の間の圧力差を減らすように供され、より大きな印刷幅に
わたってより多量のインクが堆積するテキスタイル印刷を改善する。 図８（ｄ）はアクチュエータ１３０の１製造方法を説明する。まず、未加工の
鋳造ＰＺＴのテープのような圧電物質の層２００が置かれる。２番目に、電極ト
ラック２０２のパターンがスクリーン印刷、あるいはそれと同様の技術によって
層２００上に形成される。３番目に、圧電物質の第２層２０４が各電極トラック
２０２が圧電物質によって囲まれるように層２００と２０４の頂に置かれる。さ
らに別の電極トラックのパターンが層２０４上に形成され、必要な数の圧電物質
の層を有する積層ブロックを形成する必要のあるとき、このプロセスがくり返さ
れる。次にこのブロックは焼成されて直方体のブロック（一般に１８ｍｍ×２５
ｍｍ×１００ｍｍ）を形成し、線２０８−２１０−２１２に沿って加工され、個
々のあるいは結合したアクチュエータを形成する。
【００２９】 図９（ａ）はオンデマンド滴下インクジェット印刷装置の単一アクチュエータ
の第５実施例の斜視図である。第４実施例と似ており、異なる点はアクチュエー
タがノズルに対してテーパ状の一種の円錐台体（ｆｒｕｓｔｒｏ−ｃｏｎｉｃａ
ｌ）アクチュエート構造体２３１に替えられている点である。このアクチュエー
ト構造体２３１は基板４４に一体化し、あるいは基板に接続されている。第４実
施例と同様にアクチュエート構造体はノズル軸の周りに伸び、電極（図９（ａ）
には図示せず）が空洞２３２内に設けられ、アクチュエート構造体２３１の外面
によって電界が分極と作動双方のため、アクチュエート構造体２３１の圧電物質
に印加される。 図９（ｂ）はオンデマンド滴下印刷装置内のそのようなアクチュエータの配列
を示し、この配列は図８（ａ）に示されているものと同様である。 空洞２３２は、たとえばレーザーを使って図９（ａ）のようにアクチュエート
構造体２３１と基板４４を通して実質的に円形断面の空洞を穿孔することにより
、あるいは代わりに図８（ｂ）のようなトレンチ状の空洞を形成することにより
、適当な方法でアクチュエート構造体２３１内に形成される。次に電極が、空洞
を通してメッキされ、固化されることにより、このようにして形成された空洞内
に形成される。
の第５実施例の斜視図である。第４実施例と似ており、異なる点はアクチュエー
タがノズルに対してテーパ状の一種の円錐台体（ｆｒｕｓｔｒｏ−ｃｏｎｉｃａ
ｌ）アクチュエート構造体２３１に替えられている点である。このアクチュエー
ト構造体２３１は基板４４に一体化し、あるいは基板に接続されている。第４実
施例と同様にアクチュエート構造体はノズル軸の周りに伸び、電極（図９（ａ）
には図示せず）が空洞２３２内に設けられ、アクチュエート構造体２３１の外面
によって電界が分極と作動双方のため、アクチュエート構造体２３１の圧電物質
に印加される。 図９（ｂ）はオンデマンド滴下印刷装置内のそのようなアクチュエータの配列
を示し、この配列は図８（ａ）に示されているものと同様である。 空洞２３２は、たとえばレーザーを使って図９（ａ）のようにアクチュエート
構造体２３１と基板４４を通して実質的に円形断面の空洞を穿孔することにより
、あるいは代わりに図８（ｂ）のようなトレンチ状の空洞を形成することにより
、適当な方法でアクチュエート構造体２３１内に形成される。次に電極が、空洞
を通してメッキされ、固化されることにより、このようにして形成された空洞内
に形成される。
【００３０】 図１０（ａ）は第６実施例よりなるオンデマンド滴下印刷装置内の同様のアク
チュエータ配列を示す。これらのアクチュエータは、第５実施例のそれらと同様
だが、異なる点は第５実施例のそれらに対してアクチュエート構造体が逆さにな
っている点である。これらの構造体は基板と一体化し、あるいは基板と結合する
。構造体は各空洞が作られる前に基板に結合され、あるいは電極が空洞内に作ら
れた後、結合される。この配列において図１０（ｂ）に示すように、各構造体３
３１は空洞内の電極３２４と基板内のコンタクト３４０の間に導通を許す非等方
性にかわ３００によって基板４４に結合されるが、電極３２４・３２５間の短絡
は防ぐ。 本明細書（特許請求の範囲を含む）内に開示された各特徴および／または図面
に示された各特徴は、他の開示されたおよび／または図示された特徴とは無関係
に本発明において具体化される。
チュエータ配列を示す。これらのアクチュエータは、第５実施例のそれらと同様
だが、異なる点は第５実施例のそれらに対してアクチュエート構造体が逆さにな
っている点である。これらの構造体は基板と一体化し、あるいは基板と結合する
。構造体は各空洞が作られる前に基板に結合され、あるいは電極が空洞内に作ら
れた後、結合される。この配列において図１０（ｂ）に示すように、各構造体３
３１は空洞内の電極３２４と基板内のコンタクト３４０の間に導通を許す非等方
性にかわ３００によって基板４４に結合されるが、電極３２４・３２５間の短絡
は防ぐ。 本明細書（特許請求の範囲を含む）内に開示された各特徴および／または図面
に示された各特徴は、他の開示されたおよび／または図示された特徴とは無関係
に本発明において具体化される。
【図１】 本発明のオンデマンド滴下インクジェット印刷装置を示す。（ａ）は単一アク
チュエータの第１実施例よりなる破断断面図、（ｂ）は圧電シート内のアクチュ
エータ配列の破断斜視図、（ｃ）は（ｂ）の裏面の破断斜視図。
チュエータの第１実施例よりなる破断断面図、（ｂ）は圧電シート内のアクチュ
エータ配列の破断斜視図、（ｃ）は（ｂ）の裏面の破断斜視図。
【図２】 同装置の単一アクチュエータの第２実施例よりなる破断断面図。
【図３】 同装置の単一アクチュエータの第３実施例よりなる破断断面図。
【図４】 図３のアクチュエータ配列を含む同装置の分解斜視図。
【図５】 同装置の空気接続を説明するための一部破断断面図。
【図６】 厚膜ハイブリッドの後面上のチップの配置を示す平面図。
【図７】 チップ面のコンタクトの配置を示す平面図。
【図８】 同装置の単一アクチュエータの第４実施例よりなる破断断面図（ａ）、（ｂ）
は（ａ）のアクチュエータの斜視図、（ｃ）は（ａ）のアクチュエータの配列を
単純化した破断断面図、（ｄ）は（ａ）のアクチュエータの製造方法を説明する
ための斜視図。
は（ａ）のアクチュエータの斜視図、（ｃ）は（ａ）のアクチュエータの配列を
単純化した破断断面図、（ｄ）は（ａ）のアクチュエータの製造方法を説明する
ための斜視図。
【図９】 同装置の単一アクチュエータの第５実施例よりなる斜視図（ａ）、（ｂ）は（
ａ）のアクチュエータの配列を単純化した破断断面図。
ａ）のアクチュエータの配列を単純化した破断断面図。
【図１０】 同装置の第６実施例よりなるアクチュエータの配列を単純化した破断断面図（
ａ）、（ｂ）は（ａ）のアクチュエータを基板に結合する技術を提供するための
断面図。
ａ）、（ｂ）は（ａ）のアクチュエータを基板に結合する技術を提供するための
断面図。
１４ 圧電シート １５ インク・チャンネル １７ 介挿プレート １８ ノズル・プレート １９ ノズル ２２ インク・チャンバー ２４・２５ 電極 ３０ アクチュエータ ３１ 壁 ３４ ルーフ部 ４４ 基板 １０２ マニホルド １０５ 集積回路（チップ） １３０ アクチュエータ ２３１ アクチュエート構造体 ３３１ アクチュエート構造体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，Ｓ Ｌ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ
Claims (33)
- 【請求項１】 ノズル軸上のノズル、該ノズルにつながったインク・チャン
バー、ノズル軸の周りにノズル軸方向に伸びる圧電アクチュエート構造体、チャ
ンバーを区切りノズルに面したアクチュエート面、ここで該アクチュエート面を
前記構造体がノズル軸方向に動かしてノズルから小滴を射出させるようにアクチ
ュエート可能である、およびアクチュエート電界をアクチュエート面に印加する
ための電極からなることを特徴とするオンデマンド滴下インクジェット印刷装置
。 - 【請求項２】 前記電極がインク・チャンバーに隣接するアクチュエート構
造体の面上にある第１電極およびインク・チャンバーから離れたアクチュエート
構造体の対向面上にある第２電極からなる請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 ノズル軸上のノズル、該ノズルにつながったインク・チャン
バー、ノズル軸方向に伸びる圧電アクチュエート構造体、チャンバーを区切りノ
ズルに面したアクチュエート面、ここで該アクチュエート面を前記構造体がノズ
ル軸方向に動かしてノズルから小滴を射出させるようにアクチュエート可能であ
る、およびアクチュエート電界をアクチュエート面に印加するための電極、ここ
で該電極はインク・チャンバーに隣接するアクチュエート構造体の面上にある第
１電極およびインク・チャンバーから離れたアクチュエート構造体の対向面上に
ある第２電極からなることを特徴とするオンデマンド滴下インクジェット印刷装
置。 - 【請求項４】 第１電極がアースされている請求項２又は３記載の装置。
- 【請求項５】 インク・チャンバーがノズル軸の周りに放射状に伸び、アク
チュエータ構造体がアクチュエート面をノズル軸方向に動かすようにアクチュエ
ート可能で、ノズル軸に対し放射状にインク・チャンバー内に伝わる音響波によ
ってノズルから小滴を射出させる請求項１〜４のいずれか１項記載の装置。 - 【請求項６】 インク・チャンバーがノズル軸から半径方向距離Ｒだけ広が
り、アクチュエート構造体が最長時間Ｒ／ｃ（ｃはインク・チャンバー内のイン
クを通る音の速さ）の半分の時間で、ノズル軸方向に動くようにアクチュエート
可能である請求項５記載の装置。 - 【請求項７】 インク・チャンバーが、ノズル軸に対し放射状にインク・チ
ャンバー内を伝わる音響波を反射する働きをする音響インピーダンスの変化を与
えるほぼ円形の構造体によって境界を区切られている請求項５又は６記載の装置
。 - 【請求項８】 音響インピーダンスの変化がノズル軸方向におけるインク深
さの変化によって生じる請求項７記載の装置。 - 【請求項９】 円形の構造体が、インク・チャンバーの深さとは異なるノズ
ル軸方向における深さであるインク・チャンバーの周りのインクの環を区切る請
求項７又は８記載の装置。 - 【請求項１０】 さらに、次の小滴射出のためインク・チャンバーにインク
を補充するため、インク・チャンバーと液状でつながるインク供給部材を有する
請求項１〜９のいずれか１記載の装置。 - 【請求項１１】 インク供給部材がインク・チャンバーの周りの円周状の複
数の位置に置かれている請求項１０の装置。 - 【請求項１２】 インク供給部材がインク・チャンバーの実質的に全円周に
わたってインク・チャンバーにインクを供給する請求項１０又は１１記載の装置
。 - 【請求項１３】 アクチュエート構造体がノズル軸に対してテーパ状である
請求項１〜１２のいずれか１項記載の装置。 - 【請求項１４】 アクチュエート構造体が均質であり、直接モードで偏位す
るようにアクチュエート電界に対して分極する請求項１〜１３のいずれか１項記
載の装置。 - 【請求項１５】 アクチュエート構造体がその面に対し横切る方向に分極し
、電界がアクチュエート構造体の面に対して横切る方向に印加される請求項１４
記載の装置。 - 【請求項１６】 アクチュエート構造体が均質であり、剪断モードで偏位す
るようにアクチュエート電界に対して分極する請求項１〜１３のいずれか１項記
載の装置。 - 【請求項１７】 アクチュエート構造体ノズル軸に対して収束する方向に分
極し電界がアクチュエート構造体の面に対して横切る方向に印加される請求項１
６記載の装置。 - 【請求項１８】 アクチュエート面が圧電物質のディスクからなり、該圧電
ディスクがノズル軸方向に分極して、電界の印加によって直接モードで偏位する
請求項１７記載の装置。 - 【請求項１９】 それぞれ並列な各ノズル軸を有する複数のノズル、それぞ
れ各ノズル軸の周りに伸びる複数のインク・チャンバーおよびそれぞれ各インク
・チャンバーと結合したアクチュエート構造体の２次元配列を有する均質な圧電
シートからなる請求項１〜１８のいずれか１項記載の装置。 - 【請求項２０】 ノズル軸を有するノズルとつながったノズル軸に対して放
射状に伸びるインクの平面体を作り、ノズル軸に対して円周状に伸びるインピー
ダンス境界を該インク平面内に供給し、そしてノズル軸の周りにノズル軸方向に
伸びる圧電アクチュエート構造体を選択的にアクチュエートして、ノズル軸方向
にアクチュエート面を動かし、インク・チャンバー内をノズル軸に対して放射状
に伝わる音響波を作り、インピーダンス境界により反射されることによってノズ
ルからインク小滴を射出させることを特徴とするインクジェット印刷方法。 - 【請求項２１】 前記インクの平面体がノズル軸から半径方向距離Ｒだけ広
がり、アクチュエート構造体が最長時間Ｒ／ｃ（ここでｃはインク・チャンバー
内のインクを通る音の速さ）の半分の時間で、ノズル軸方向に動かされる請求項
２０の方法。 - 【請求項２２】 電極が、アクチュエート構造体にアクチュエート電界を印
加してノズル軸方向にアクチュエート構造体を動かすために供給されている請求
項２０または２１の方法。 - 【請求項２３】 アクチュエート構造体がノズル軸に対してテーパ状である
請求項２２の方法。 - 【請求項２４】 アクチュエート構造体がアクチュエート電界に対して直接
モードで偏位するように分極している請求項２０〜２３のいずれか１項記載の方
法。 - 【請求項２５】 アクチュエート構造体がその面に対して横切る方向に分極
し、アクチュエート電界がアクチュエート構造体の面に対して横切る方向に印加
される請求項２４記載の方法。 - 【請求項２６】 アクチュエート構造体がアクチュエート電界に対して剪断
モードで偏位するように分極する請求項２０〜２３のいずれか１項記載の方法。 - 【請求項２７】 アクチュエート構造体がノズル軸に対して収束する方向に
分極し、アクチュエート電界がアクチュエート構造体の面に対して横切る方向に
印加される請求項２６の方法。 - 【請求項２８】 アクチュエート面が圧電物質のディスクからなり、該ディ
スクがノズル軸方向に分極してアクチュエート後、直接モードで偏位する請求項
２０〜２７のいずれか１項記載の方法。 - 【請求項２９】 さらに、インク小滴射出に続いてインクを供給することに
よってインクの平面体を補充する工程を有する請求項２０〜２８のいずれか１項
記載の方法。 - 【請求項３０】 インクがインクの平面体の周りに円周状に置かれた複数の
位置で供給される請求項２９の記載の方法。 - 【請求項３１】 インクがインクの平面体の実質的に全円周状にあたって供
給される請求項３０の方法。 - 【請求項３２】 インピーダンス境界がノズル軸方向にインクの平面体内の
インク深さを変えることによって供給される請求項２０〜３１のいずれか１項記
載の方法。 - 【請求項３３】 それぞれ平行なノズル軸を有する２次元配列のノズルを有
するノズル・プレートを形成し、それぞれ各ノズル軸の周りにノズル軸方向に伸
びかつ各ノズルと結合した２次元配列のアクチュエート構造体を基板上に形成し
、該各アクチュエート構造体にアクチュエート面が供給され、各壁を選択的にア
クチュエートし得る電極をアクチュエート構造体上に取り付け、そしてノズル・
プレートと基板を積層することからなり、該積層された構造体が製造された装置
において選択された構造体の作動によって結合ノズルからインク滴を射出させる
ように、それぞれ各ノズル軸の周りに伸びて各ノズルにつながった複数のディス
ク状インク・チャンバーを供給することを特徴とするオンデマンド滴下インクジ
ェット印刷装置の製造方法。
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|---|---|---|---|
| GBGB9820755.8A GB9820755D0 (en) | 1998-09-23 | 1998-09-23 | Drop on demand ink jet printing apparatus |
| GB9820755.8 | 1998-09-23 | ||
| PCT/GB1999/003173 WO2000016981A1 (en) | 1998-09-23 | 1999-09-23 | Drop on demand ink jet printing apparatus |
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|---|---|---|---|
| JP2000573917A Expired - Fee Related JP3776317B2 (ja) | 1998-09-23 | 1999-09-23 | オンデマンド滴下インクジェット印刷装置及びインクジェット印刷方法 |
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