JP2021121499A - 圧電板に貫通孔の設けられた圧電インクジェット印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高解像度及び高収率の印刷を実現するように、圧電インクジェット印刷装置上にある液滴エジェクタの配線構造を改善する。【解決手段】圧電インクジェット印刷装置を提供し、該装置は、圧電板と少なくとも１列の液滴エジェクタ１５０を有する基板を含む。各液滴エジェクタは、基板の第１の表面に配置された圧力室１１１と基板の第２の面に配置されたノズル１３２を含む。圧電板は、結合層によって基板接続される。第１の電極層２４０は、圧電板の第１の表面に配置され、該表面が基板の第１の表面に近づく。第１の電極層は、各圧力室に対応する信号線７５１と接地線２６１を含む。信号入力パッドと接地リターンパッドを含む第２の電極層７４０は、圧電板の外側の第２の表面に配置される。第１の電極層の信号線と接地線は、導電性貫通孔を介してそれぞれ第２の電極層における信号入力パッド７５５と接地リターンパッド７６５に接続される。【選択図】図６

Description

本発明は、圧電インクジェット印刷の分野に関し、より具体的には、圧電インクジェット印刷装置の構造に関する。

インクジェット印刷は、常に、ドロップオンデマンドインクジェット、又は連続的なインクジェット印刷によって完了される。ドロップオンデマンドインクジェット印刷では、液滴は、加圧（例えば、熱、又は圧電）アクチュエータを備えた液滴エジェクタによって記録媒体に吐出されるものである。選択的に、該アクチュエータを起動することで飛散するインク滴を形成及び吐出させ、飛散する該インク滴は、プリントヘッドと記録媒体との間のスペースを通過するとともに、記録媒体をインパクトする。印刷画像の形成は、印刷されるための画像の必要に応じて、各インク滴の形成を制御することで達成される。印刷されるための画像は、図形、又はテキスト画像のような画像データに対応する任意のドットパターンを含んでもよい。適切なインクを使用すると、実用的な機能デバイスを印刷するためのドットパターン、又は３次元構造をさらに含んでもよい。インクは、シアン、マゼンタ、イエロー、又はブラックなどの着色インクを含んでもよく、或いは、機能性印刷のための導電性材料、誘電体材料、磁性材料、又は半導体材料を含み、生物学的、化学的、又は医療用の材料をも含んでもよい。

液滴吐出中、記録媒体のプリントヘッドに対する動きは、プリントヘッドの静止状態を保つとともに、記録媒体が液滴を吐出する前に、プリントヘッドを通過させてもよく、又は記録媒体の静止状態を保つとともに、プリントヘッドを移動させてもよい。プリントヘッドにおけるインク滴エジェクタアレイは、記録媒体の幅全体で印刷関心のある印刷領域をカバーできる場合、第１の動き構造が適切である。このようなプリントヘッドは、ページ幅プリントヘッドと呼ばれることもある。２番目のプリンタ構造は、キャリッジプリンタであり、ここで、プリントヘッドの液滴エジェクタアレイが記録媒体に印刷関心のある印刷領域よりも小さいとともに、プリントヘッドがキャリッジに取り付けされる。キャリッジプリンタでは、記録媒体は、媒体の前進方向に沿って所定の距離を前進した後停止する。記録媒体が停止すると同時に、キャリッジは、ノズルが液滴を吐出しているプリントヘッドを運びキャリッジの走査方向に移動し、該キャリッジの走査方向は、ほとんど媒体の前進方向に垂直である。キャリッジに取り付けられたプリントヘッドが印刷媒体を横切り、１つのストリップ画像を印刷した後、記録媒体が前方に推進され、続いてキャリッジの動き方向が逆になり、これによって印刷される画像はストリップずつ形成される。

ドロップオンデマンドインクジェットプリントヘッドにおける液滴エジェクタは、インクを提供するためのインク供給路を有する圧力室及び液滴を該圧力室から噴出するためのノズルを含む。圧電インクジェット印刷装置では、圧力室壁の１つは、圧電素子を含み、電圧パルスが印加されると、圧電素子が該仕切り壁に偏向変形させ、インクで満たされた圧力室に引っ込むことにより、インクにノズルを通過させるように迫る。圧電インクジェットは、様々なインク（水性インク、溶剤ベースのイン、及び紫外線硬化インクを含む）との化学的適合性、及びインクの吐出可能性という著しい優勢を備えるとともに、電気パルスを変更することで異なるサイズのインク滴を吐出する機能を持つ。

圧電インクジェット印刷装置には、まだ解決すべき技術的課題がある。ボルトあたりの電圧の圧電変位は、極小さいため、有用な量の液滴を吐出するように、圧電室壁の面積は、必ずノズルの面積よりも遥かに大きくにし、各液滴エジェクタが比較的大きい。液滴エジェクタの列内の各液滴エジェクタの幅は、該列のノズルのピッチによって制限される。その結果、圧力室の長さのサイズは、常に幅のサイズよりも遥かに大きい。高解像度及び高スループットの印刷を要求する印刷アプリケーションでは、ノズルが密接に配置された多数の液滴エジェクタアレイが必要となる。各列の液滴エジェクタの吐出を適切にタイミングすることによって、交錯しているノズル列は記録媒体に短距離のドットに当たることができる。しかしながら、交錯している多くの列の場合、圧電インクジェット印刷装置のサイズは、非常に大きくなる。

もう１つの課題は、サーマルインクジェット印刷装置には、常に、デバイスのリード数を減らすための統合ロジックとドライブエレクトロニクスを含む。それと異なる圧電インクジェットプリントデバイスは、常に、各液滴エジェクタにはドライブ回路基板に接続する必要のある自分なりの複数のリードがある。各液滴エジェクタを跨る圧電素子に独立的に電圧を印加して、必要な場合に液滴を吐出するように、各液滴エジェクタに２つの電極が接続される必要がある。このような電極は、正極と負極、又は単一電極と共通電極と呼ばれることもある。

ある特定の圧電インクジェット印刷装置は、それぞれ圧電素子の反対側の表面にある２つのタイプの電極で構成される。圧電インクジェット印刷装置を駆動回路基板に電気的に接続するために、２つのタイプの電極を圧電インクジェット印刷装置の同じ外面に配置することが有利である。

米国特許第５，２５５，０１６号は、圧電板の外面に正極と負極が形成される圧電インクジェット印刷装置を開示している。少なくとも一部の領域では、その櫛の歯が液滴エジェクタの幅全体を跨る。正極の一部は、圧電板の一方の縁に沿って延在し、負極の一部は、圧電板の反対側の縁に沿って延在する。各液滴エジェクタには、単独の圧電板があり、この構造は、間隔の狭い液滴エジェクタの大規模なアレイの製造を困難にする。

米国特許第６，２４３，１１４号は、圧電板の外面にある共通電極が櫛形を呈し、その電極歯の１つが圧力室の各側壁に沿って延在し、中央の共通電極歯が圧力室の長さに沿って延在する圧電インクジェット印刷装置を開示している。２つの単一電極は、それぞれ中央の共通電極歯の両側に圧力チャンバの長さに沿って延在する。

米国特許第５，６４０，１８４号は、１列のノズルの圧力室が該列のノズルから反対方向に沿って交互に延在する圧電インクジェット印刷装置を開示している。圧電板表面の共通電極は、ノズルの行に沿って延在するとともに、圧力室の側壁には反対方向に沿って交互に延在する電極歯がある。共通電極の電極歯の間に交錯しているのは、圧力室の真上にある個々の電極の間隔を置いたアレイである。単一の電極に電圧を印加すると、圧電板は、せん断モードで機械的に変形して、対応する圧力室内に引っ込み、それによってインク滴の吐出を引き起こす。

中国の特許出願公開第１０７，３４４，４５３Ａ号は、図１及び図２に示される圧電インクジェット印刷装置を開示している。図１及び図２は、’４５３から得られたもので、分かりやすくするように、図１にいくつかのラベルが追加される。基板１００は、側壁１６１及び１６２によって境界が定められた１列の圧力室１１０が分布している第１の表面１０１を含む。チャネル１３０は、圧力室１１０から基板１００の第２の面１０２に設けられたノズル１３２に通じる。圧力室１１０は、側壁１６１と１６２との間の幅がＷである。インクを提供するように、インクタンク１２０は、各圧力室１１０の一端に流体的に接続される。複数の柱１４１を含む減衰構造１４０がインクタンク１２０とチャネル１３０との間の各圧力室１１０内に設けられる。駆動カバープレート２００は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛圧電セラミック（ＰＺＴ）材料で作製されてもよい圧電板２１０を含む。圧電板２１０の第１の表面２１１は、基板１００の第１の面１０１に結合される。電極層２２０は、圧電板２１０の外側にある第２の表面２１２に設けられる。この電極層２２０は、圧力室１１０の上にあり、長さに沿って設けられた正極２２１を含み、圧力室１１０間の側壁１６１と１６２の上にあり、長さに沿って設けられた負極２２２をも含む。インク供給口２３０は、圧電板２１０を通過して、インクを外側インク供給源から基板１００内におけるインクタンク１２０に案内する。ノズル１３２は、シリコン材料層３１０内における流路１３１から外へ延在して、酸化層３２０及びノズル層３３０（図２）を通過する。

２つの電極は、いずれも圧力室から離れる圧電板の外面にある圧電インクジェット印刷装置にあり、その圧力室壁の変位高さは、圧電板の厚さに依存することが見出された。例えば、厚さが４０ミクロンの板は、厚さが１００ミクロンの板と比べると、前者の板壁の総合変位は、後者よりも１０倍高い。対照的に、２つの電極がいずれも圧力室に近づく圧電板の内面にある圧電インクジェット印刷装置の場合、厚さが４０ミクロンの板は、厚さが１００ミクロンの板と比べると、前者の板壁の総合変位は、後者よりも僅か４％高い。また、厚さが４０ミクロンの板の場合、電極が圧電板の内面にあることは、電極が圧電板の外面にあることと比べると、前者の変位は、後者の変位よりも２倍大きい。したがって、電極が圧電板の内面にある液滴エジェクタ構造は、低い電圧、又はより小さな圧力室サイズでより高い効率で動作することができる。また、吐出されたインク滴の速度と体積は、圧電板厚さの製造上の変動性にあまりにも敏感ではなく、それによって印刷質を向上させる。

上記の溶接継手構造の設置は、圧電板の内面に近づく圧力室の電極との電気的接続を効果的に促進することができるが、いくつかの適用では、圧電インクジェット印刷装置の圧電板の外面に接続することが最も好ましい。必要なのは、電極及びワイヤ構造の設置であり、圧電板の内面の電極に電気的相互接続を促進するように、圧電板の外面の接続パッドを使用する。さらに、高解像度及び高収率の印刷を実現するように、省スペースの方法で、圧電インクジェット印刷装置上にある液滴エジェクタの配置構造を改善することも必要である。

本発明の第１の態様にて提供される圧電インクジェット印刷装置であって、圧電板と基板とを含み、各列が列方向に沿って整列するように、少なくとも１列の液滴エジェクタのアレイが基板に設けられる。各液滴エジェクタは、第１の側壁と第２の側壁によって境界を定め、基板の第１の表面に設けられた圧力室を含む。各液滴エジェクタは、第１の面に反対する基板の第２の面のノズル層に形成されるノズルを含む。圧電板には、圧力室に近づく第１の表面に設けられた第１の面を有し、第１の表面に反対して外にある第２の表面を有する。第１グループ及び第２グループの導電性貫通孔は、第１の表面から外の第２の表面まで延在する。結合層が圧電板と基板との間に設けられる。第１の電極層が圧電板の第１の表面に設けられる。第１の電極層は、各液滴エジェクタに対応する１本の第１の信号線を含み、各本の第１の信号線が第１グループの導電性貫通孔に対応する貫通孔に接続される。第１の電極層は、各圧力室両側に設けられた接地線をさらに含み、その接地線が少なくとも１つの第２グループの導電性貫通孔に対応する貫通孔に接続される。第２の電極層は、圧電板の第２の面にある。第２の電極層は、各本の第１の信号線に対応する信号入力パッドを含み、これによって、各信号入力パッドが第１グループの導電性貫通孔に対応する貫通孔に接続される。第２の電極層は、第２グループの導電性貫通孔における複数の貫通孔に電気的に接続される少なくとも１つの接地リターンパッドをさらに含む。少なくとも１つの共通接地線は、少なくとも１つの接地リターンパッドに接続される。

本発明の利点は、その電極の構造が効率の高い液滴吐出を実現するとともに、インク滴速度及び体積の可変性を低減できることにある。さらに、圧電インクジェットプリンタのワイヤ及び対応する接続パッド構造は、コンパクトで、且つ確実にプリントヘッドのパッケージに電気的相互接続をすることに役立つ。もう１つの利点は、この圧電液滴エジェクタが省スペースの方法で構築されるとともに、高い印刷解像度と高い印刷歩留まりを達成できる。

従来技術の圧電液滴エジェクタアレイ構造を示す分解概略図である。 図１に示されるタイプの単一液滴エジェクタを示す断面である。 圧電板の一部を示す断面である。 図３Ａに示される圧電板の一部に対応する基板の一部を示す断面である。 基板における３つの液滴エジェクタを示す上面図である。 図４Ａに示される液滴エジェクタに対応する圧電板上の回路を示す上面図である。 単一液滴エジェクタ及びいくつかの回路に対応する上面図である。 一実施例による圧電インクジェット印刷装置の一部を示す図である。 別の実施例による別の圧電インクジェット印刷装置の一部を示す図である。 窓付きのシールド層の一部を示す図である。 もう１つの実施例によるもう１つの圧電インクジェット印刷装置の一部を示す図である。

図面の目的は、本発明の概念を説明するために理解されるべきで、原寸に比例して描かれてはならない。可能な場合は、同じ参照番号を使用して、図面で共通の同じ特徴を指定してもよい。

本発明は、本明細書に記載の実施例の様々な組み合わせを含む。「特定の実施例」及び類似する言及の場合は、本発明の少なくとも１つの実施例に存在する特徴を意味する。「一実施例、」又は「特定の実施例」及び類似する別個の言及は、必ずしも同じ又は複数の実施例を意味するとは限らないが、特に明記され、又は当業者とって明らかでない限り、これらの実施例は、互いに排他的ではない。「１つの方法」、又は「複数の方法」及び同様の用語に言及される場合、単数、又は複数の使用は非限定的である。「又は」の使用は、特に明記され、又は文脈上で必要とされない限り、本明細書では排他的な意味を持たないことに特に注意すべきである。「…の上方」、「…の下方」、「…の上」、又は「…の下」などの用語は、異なる平面にあるフィーチャ間の位置関係を説明することを目的とするが、デバイスの方向では、１つのデバイスのフィーチャは、別のフィーチャの「上方」にあり、デバイスを上下逆にすると、デバイスのフィーチャは、別のフィーチャの「下方」にある。

本発明の実施例によれば、圧電インクジェット印刷装置は、信号線と接地線を有し、その信号線と接地線は、圧力室に近づく圧電板内面の第１の電極層内に設けられる。圧電インクジェット印刷装置の電気的相互接続を便利にするために、第２の電極層が圧電板の外面に設けられる。圧電板を貫通する導電性貫通孔を介して、第１の電極層内における信号線と接地線は、それぞれ第２の電極層内における信号入力パッドと少なくとも１つの接地リターンパッドに接続される。

図３Ａは、破線３−３（図６）に沿った圧電板２１０の断面を示している。図３Ｂは、基板１００の一部の対応する断面を示している。本明細書で言及されている圧電板は、常に、基板上に堆積された薄膜ではなく、基板上に組み立てられた独立した素子である。圧電板２１０の厚さＴは、１０ミクロン〜１００ミクロンである（常に、組み立て内における取り扱いを容易にするために４０ミクロン以上にする）。基板１００は、一対の圧力室１１１及び１１２を含み、その圧力室は、中央領域から外へ延在する。各圧力室１１１及び１１２は、ノズル層３３０に設けられたノズル１３２に通じるチャネル１３０を含む。圧電板２１０の内側の第１の表面２１１上にある第１の信号線２５１（第１の電極層２４０の一部）は、組み立てられた後の圧電インクジェット印刷装置内における圧力室１１１及び１１２の上に延在する。第１の電極層２４０は、共通接地線４６４をさらに含む。結合層２７０は、第１の信号線２５１及び圧電板２１０の第１の表面２１１の他の部分に設けられる。結合層２７０は、例えば、ポリマー接着剤であってもよい。結合層２７０は、圧電板２１０と基板１００との間に配置され、圧電板２１０を基板１００の第１の面１０１に結合する。また、結合層２７０は、圧力チャンバ１１１及び１１２内のインクをワイヤ及び圧電板２１０から隔離する。いくつかの実施例では、信頼性を向上させるように、結合層２７０と圧電板２１０との間に、又は結合層２７０と基板１００の第１の面１０１との間に追加の絶縁層（図示せず）を付加してもよい。追加の絶縁層は、例えば、酸化ケイ素、又は窒化ケイ素であってもよい。

図３Ａに示されるように、第２の電極層７４０は、圧電板２１０の外側の第２の表面２１２上に配置される。第２の電極層７４０は、複数の第２の信号線７５１及び信号入力パッド７５５、ならびに共通接地線７６４を含む。図３Ａに示される実施例では、第１の電極層２４０に共通接地線２６４を有し、及び第２の電極層７４０に共通接地線７６４をも有する。以下に説明する他の実施例では、共通接地線２６４、又は共通接地線７６４を有するが、両方ともあることではない。第１の電極層２４０及び第２の電極層７４０は、それぞれ、１つ又は複数の金層、銅層、及びクロム層を含んでもよい。

導電性貫通孔は、第１の電極層２４０及び第２の電極層７４０の対応する部分電気的に接続される。第１グループの導電性貫通孔は、第１の信号線２５１を第２の信号線７５１に接続するための信号貫通孔７７５を含む。図３Ａに示される例では、第２グループの導電性貫通孔は、共通接地線２６４を共通接地線７６４に接続するための接地線貫通孔７８４を含む。導電性貫通孔の形成は、まず、レーザーアブレーション、研磨ブラスト、又はエッチングなどのプロセスによって、圧電板２１０を通して適切なサイズの孔を開ける。簡単にするために、図３Ａは、圧電板２１を通る貫通孔７７５及び７８４が一定の直径を有するが、実際の貫通孔が常にテーパーになることを示し、これによって、第１の表面２１１若しくは第２の表面２１２のいずれかに大きな面積を有する。貫通孔の断面は円形であってもよいが、他の形状であってもよい。続いて、銅、ニッケル、又は金などの電気めっき及び／又は無電解めっきによって圧電板２１０を通過する孔をめっきする。いくつかの実施例では、孔の壁のみが金属でカバーされている。他の実施例では、孔は金属で満たされている。ここでは、この２つのタイプは、全て導電性貫通孔と呼ばれる。第１の信号線２５１は、第１の貫通孔接点７７１を介して信号貫通孔７７５に接続される。第２の信号線７５１は、第２の貫通孔接点７７２を介して信号貫通孔７７５に接続される。図３Ａに示される例では、共通接地線２６４は、第１の貫通孔接点７８１において接地線貫通孔７８４に接続され、共通接地線７６４は、第２の貫通孔接点７８２において接地線貫通孔７８４に接続される。

図４Ａは、基板１００（図３Ｂ）に一列に形成された３つの液滴エジェクタ１５０の上面図を示す。各液滴エジェクタ１５０は、圧力室１１０及びノズル１３２を含む。ノズル１３２（及び液滴エジェクタ１５０）は、行方向５１に沿って整列され、隣接するノズルの中心は、ピッチｐで間隔をあける。圧力室１１０は、列方向５１に沿って幅Ｗを有するとともに、側壁１６１及び１６２によって境界を定める。各側壁は、いずれも幅ｓを有するため、Ｗ＋ｓ＝ｐである。十分な大きさの圧力室１１０の面積を提供するために、多くの実施例では、Ｗを０．８ｐにするが有利である。言い換えると、ｓは、常に０．２ｐ未満である。ノズル１３２は、圧力室１１０の第１の端部１１５の近くに配置される。図４Ａに示される例では、インクは、インクタンク１２０（図１及び図２において、インク供給口２３０に接続される）から、インク供給経路１２１を通して、フィルタ１４６及びリストリクタ１４５を介して、圧力室１１０に入る。フィルタ１４６及びリストリクタ１４５は、圧力室１１０第２の端部１１６に近づき、その第２の端部１１６は、第１の端部１１５に相対するもう一方の端部である。インクタンク１２０は、複数の圧力室１１０にインクを提供する。以下に説明する他の例では、インクは、基板１００の縁から直接インク供給経路１２１に入る。フィルタ１４６は、図１に示される柱１４１と同様の柱を含んでもよい。リストリクタ１４５は、流れ抵抗（フィルタ１４６と同様である）を提供する。インク滴が圧力室１１０から噴出される場合、リストリクタ１４５は、インク供給経路１２１へのインクの流れを制限するのを助け、それによってインク滴を押すように、圧電板の変形による圧力をより多く案内する。

図４Ｂは、図４Ａに示される液滴エジェクタ１５０に対応する回路の上面図を示す。第１の信号線２５１及び接地線２６１は、第１の電極層２４０の一部として、圧電板２１０の第１の表面２１１（図３Ａ）に設けられる。第１の信号線２５１及び接地線２６１の幅及び間隔は、圧電板２１０を効率的に駆動するように設定される。第１の信号線２５１は、信号貫通孔７７５を介して第２の電極層７４０内における第２の信号線７５１に電気的に接続され、その第２の電極層７４０は、圧電板２１０の外の第２の表面１２１（図３Ａ）上に配置される。第２の信号線７５１に接続される信号入力パッド７５５は、第２の電極層７４０内に設けられる。図４Ｂ及び図７に示される例では、接地線２６１は、接地線貫通孔７８５を介して第２の電極層７４０内における接地線７６１に接続される。対照的に、図３Ａ及び図６に示される例では、接地線貫通孔７８４は、共通接地線２６４と共通接地線７６４を接続する。いくつかの実施例は、接地線貫通孔７８５は、接地線２６１を接地線７６１に接続する。他の実施例では、接地線貫通孔７８４は、共通接地線２６４と共通接地線７６４を接続する。他のいくつかの実施例では、接地線貫通孔７８４と７８５が同時に備える。

図５は、単一液滴エジェクタ１５０（破線）の上面図を示し、基板１００に設けられたエジェクタは、対応する圧電板２１０上における第１の信号線２５１及び接地線２６１の下に配置される。第１の信号線２５１は、対応する各圧力室１１０の上に配置されるとともに、行方向５１に垂直な方向５２へ延在する。図５に示される例では、第１の信号線２５１は、信号貫通孔７７５を介して対応する圧電板の外側の第２の表面１２１における第２の信号入力線７５１と信号入力パッド７５５に接続される。ノズル１３２は、圧力室１１０の第１の端部１１５の近くに配置され、信号貫通孔７７５に近づく。第１の信号線２５１の幅ｂ（図４Ｂ）は、圧力室１１０の幅Ｗ（図４Ａ）よりも０．１倍大きい。第１の信号線の幅ｂも、圧電板２１０の厚さＴ（図３Ａ）よりも０．２倍大きい。接地線２６１は、第１の側壁１６１及び第２の側壁１６２の上にあり、側壁と整列される。接地線２６１は、常に、対応する圧力チャンバ１１０の間に配置されるとともに、行方向５１に垂直な方向５２へ延在する。多くの実施例では、接地線２６１の幅ｃ（図４Ｂ）は、側壁１６１及び１６２の幅ｓよりも大きい（図４Ａ）。第１の信号線２５１と隣接する接地線２６１との間の距離ｄ（図４Ｂ）は、常に、０．１Ｗ（図４Ａ）よりも大きい。第１の信号線２５１と隣接する接地線２６１との間の距離ｄは、常に、０．５Ｔ〜２Ｔの間にある（図３Ａ）。

上面図６は、本発明の一実施例による圧電インクジェット印刷装置９の一部を示している。一対の液滴エジェクタ１５０の列１８１及び１８２（図３Ａから図５に示される液滴エジェクタの列と同様である）が基板１００に設けられる。各列の液滴エジェクタ１５０は、行方向５１に沿って整列する。第１の列１８１及び第２の列１８２は、行方向５１に垂直な方向５２に沿って互いに間隔を置いて配置される。第１の列１８１内における各液滴エジェクタ１５０は、圧力室１１１を含み、第２の列１８２内における各液滴エジェクタは、圧力室１１２を含む。これらの圧力室１１１及び１１２は、全て基板１００の第１の面１０１に設けられる。図６に示される例では、インクは、行方向５１に沿って延在する基板１００の縁から各液滴エジェクタ１５０のインク供給経路１２１に直接入る。圧力室１１１及び１１２は、第１の側壁１６１及び第２の側壁１６２によって境界を定める。各液滴エジェクタは、対応する圧力室１１１又は１１２と流体的に接続されたノズル１３２を含む。ノズル１３２は、基板１００の第２の面１０２のノズル層３３０に設けられる。第１の信号線２５１を含む第１の電極層２４０は、圧電板２１０の内側の第１の表面２１１に設けられ、各本第１の信号線２５１は、液滴エジェクタ１５０の列１８１及び１８２内における各液滴エジェクタ１５０に対応する。各本の第１の信号線２５１は、信号貫通孔７７５及び第２の信号線７５１を介して対応する信号入力パッド７５５に接続され、その入力パッド７５５は、圧電板の外側にある第２の表面２１２上における第２の電極層７４０内に配置される。第２の電極層７４０は、接地線貫通孔７８４を介して対応する第１の電極層２４０内における共通接地線２６４に接続される少なくとも１本の共通接地線７６４をさらに含む（図６では、共通接地線２６４が７６４に遮蔽される）。接地線２６１は、各圧力室の第１及び第２の側壁１６１及び１６２の上に配置され、側壁と整列するとともに、第１の電極層２４０内における共通接地線２６４に接続される。共通接地線７６４は、行方向５１に沿って延在するとともに、接地リターンパッド７６５に通じる。図６に示される例では、共通接地線７６４は、第１の交錯列１８１の液滴エジェクタ１５０の信号入力パッド７５５と第２の交錯列１８２の液滴エジェクタ１５０の信号入力パッド７５５との間に配置される。また、第１の交錯列１８１の液滴エジェクタの信号入力パッド７５５及び第２の交錯列１８２の液滴エジェクタの信号入力パッド７５５は、第１の交錯列１８１の液滴エジェクタノズル１３２と第２の交錯列１８２の液滴エジェクタノズル１３２との間に配置される。このような信号入力パッド７５５と接地リターンパッド７６５の構造の設置は、極コンパクトな領域で圧電インクジェット印刷装置９からプリントヘッドパッケージ（図示せず）までの電気的相互接続の提供を便利にする。

列１８１内におけるノズル１３２は、ピッチｐで間隔されるとともに、列１８２内におけるノズル１３２もピッチｐで間隔される。この２つの列は、行方向５１に沿って距離ｐ／２オフセットする。結果として、記録媒体（図示せず）は、方向５２に沿って圧電インクジェット印刷装置９に対して移動して、列１８１を列１８２内における液滴エジェクタのインク滴吐出に対して適当にタイミングすると、記録媒体上にｐ／２ドットピッチの１列の複合印刷ドットを印刷することができる。好ましくは、圧電インクジェット印刷装置９により小さな印刷領域を有し、即ち、列１８１内におけるノズル１３２と列１８２内におけるノズル１３２の方向５２に沿った間の距離が短い。これを達成するために、列１８１と１８２内における液滴エジェクタ１５０の配向画逆であり、第１の交錯列１８１のノズル１３２を第２の列１８２のノズル１３２に隣接させるとともに、第１の列１８１の圧力室１１１と第２の列１８２の圧力室１１２を自らのノズル１３２から方向５２において反対する方向に沿って延在させる。図９に示される実施例では、圧電インクジェット印刷装置９の印刷領域は、さらに縮小されてもよい。

図７は、例外を除いて、図６と同様の実施例を示す。共通接地線７６４は、接地線貫通孔７８４を介して対応する第１の電極層２４０内における共通接地線２６４（図６に示される）に接続されることと異なり、図７の例では、第１の電極層２４０上における接地線２６１は、接地線貫通孔７８５を介して第２の電極層７６０上における接地線７６１に接続される。接地線７６１は、共通接地線７６４に接続され、共通接地線７６４は、接地リターンパッド７６５に接続される。

図８の上面図に示されるように、信頼性がより高く、短絡のない電気的相互接続を提供するために、電極層７４０の上方に電気絶縁のマスク層２８０を設けてもよく、マスク層２８０は、信号入力パッド７５５の上方にある窓２８１及び接地リターンパッド７６５の上方にある窓２８２を含み、電気的相互接続をするために、パッドを露出させる。

図３Ａから図７に示されるように、圧電インクジェット印刷装置９は、基板１００、少なくとも一列１８１の液滴エジェクタ１５０アレイ、圧電板２１０、結合層２７０、第１の電極層２４０、第２の電極層７４０及び少なくとも共通接地線２６４又は７６４を含む。各列１８１と１８２の液滴エジェクタ１５０は、行方向５１に沿って整列される。各液滴エジェクタ１５０は、基板１００の第１の面１０１に配置される圧力室１１０又は１１１又は１１２を含む。圧力室は、第１の側壁１６１及び第２の側壁１６２によって境界を定める。各液滴エジェクタ１５０は、第１の面１０１に反対する基板１００第２の面１０２上におけるノズル層３３０に配置されるノズル１３２をさらに含む。圧電板２１０は、基板１００第１の面１０１に近づく第１の表面２１１、及び第１の表面２１１に反対する外側の第２の表面を有する。第１グループ及び第２グループの導電性貫通孔は、第１の表面２１１から外側の第２の表面２１２に延在する。結合層２７０は、圧力室１１０又は１１１又は１１２配置される。第１の電極層２４０は、圧電板の第１の表面２１１に配置される。第１の電極層２４０は、各圧力室１１０又は１１１又は１１２に対応する第１の信号線２５１を含む。各本の第１の信号線２５１が第１グループの導電性貫通孔に対応する信号貫通孔７７５に接続される。第１の電極層２４０は、各圧力室１１０又は１１１又は１１２の両側に配置される接地線２６１をさらに含む。接地線２６１が少なくとも１つの対応する第２グループの導電性貫通孔内における接地線貫通孔７８４又は７８５に接続される。第２の電極層７４０が圧電板２１０の第２の表面２１２に設けられる。第２の電極層７４０は、各本の第１の信号線２５１に対応する信号入力パッド７５５を含み、そのうち、各信号入力パッド７５５が第１グループの導電性貫通孔に対応する信号貫通孔７７５に接続される。第２の電極層７４０は、第２グループの導電性貫通孔内における複数の接地線貫通孔７８４又は７８５に接続される少なくとも１つの接地リターンパッド７６５をさらに含む。少なくとも１つの接地リターンパッド７６５が少なくとも１本の共通接地線２６４又は７６４に接続される。

図６及び図７に示される例では、少なくとも１つの共通接地線７６４が、圧電板２１０の第２の表面２１２上における第２の電極層７４０に設けられる。また、図６〜図７の例では、液滴エジェクタ１５０のアレイは、共通基板１００上に配置された液滴エジェクタ１５０の少なくとも２つの交錯列１８１及び１８２を含む。列１８１及び１８２内における各列の液滴エジェクタは、行方向５１に沿って整列されるとともに、行方向５１に垂直な方向５２に沿って他の列と分離される。また、図６〜図７の例では、アレイは、液滴エジェクタ１５０の少なくとも１対の交錯列１８１及び１８２を含み、そのうち、少なくとも１つの共通接地線２６４又は７６４が交錯列１８１と１８２との間に設けられる。さらに、図６〜図７の例では、第１の交錯列１８１のノズル１３２は、第２の交錯列１８２のノズル１３２に隣接し、第１の交錯列１８１の圧力室１１１と第２の交錯列１８２の圧力室１１２は、それぞれのノズル１３２から反対方向に沿って延在する。

図９は、本発明の別の実施例による圧電インクジェット印刷装置９の一部の上面図を示す。共通接地線２６４及び２６６が第１の電極層２４０に設けられ、設置方法が異なるほかに、図９に示される構造の設置は、図６及び図７に示されるものと同様である。図９に示される実施例では、第１共通接地線２６４が対応する第１の列１８１の圧力室１１１に近づく第２の端部１１６に設けられ、第２の共通接地線２６６が対応する第２の列１８２の圧力室１１２に近づく第２の端部１１６に設けられる。信号貫通孔７７５は、第１の信号線２５１を第２の信号線７５１と信号入力パッド７５５に接続し、図６及び図７の実施例と同様に、信号貫通孔７７５が列１８１及び１８２の圧力室１１１及び１１２に近づく第１の端部１１５に設けられる。第１の電極層２４０内における第１の共通接地線２６４は、接地線貫通孔７８６を介して第２の電極層７４０内における接地リターンパッド７６５に接続される。第１の電極層２４０内における第２の共通接地線２６６は、接地線貫通孔７８７を介して第２の電極層７４０内における接地リターンパッド７６７に接続される。図９に示される例では、図８に示されるものと同様に、電気的相互接続を利便にするために、マスク層２８０は、信号入力パッド７５５、及び接地リターンパッド７６５と７６７の露出に用いられてもよい。

図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図５、図６、図７及び図９に示されている上記した液滴エジェクタ１５０及びワイヤの配置構造は、局所的に偏向及び変形することができる圧電板２１０に非常に適し、圧力室１１０、又は１１１、若しくは１１２に対応する電極上に電圧パルスを印加する場合、圧電板２１０が１つ又は複数の圧力室１１０、又は１１１、若しくは１１２内の局所的な偏向を引き起こし、これによってインク滴を吐出する。そのような適用の場合、圧電板２１０は、第１の表面２１１に垂直な方向に沿って分極される。厚さがＴである圧電板２１０は、幅がＷである圧力室１１０、又は１１１、若しくは１１２に効果的に偏向させるように、Ｔが０．５Ｗ未満であることが有利であり、いくつかの実施例では、Ｔは０．３Ｗ未満である。

例示的な実施例では、各列のピッチｐは０．０１インチであり、各列のノズル１３２は、１インチあたり１００個を有するとともに、この２列の液滴エジェクタは、１インチあたり２００ドットの複合ドット行を印刷できるように設定させる。ピッチｐ＝０．０１インチ＝２５４μｍの場合、圧力室の幅Ｗは、２２４μｍであってもよく、側壁の幅ｓは、３０μｍであってもよい。これによって、図４Ａに示されるように、ｓは、０．２ｐ未満である。圧電板２１０自体の厚さは、約５０ミクロンであり、これは壊れにくいという点で有利である。このような例では、Ｔ〜０．２２Ｗである。図４Ａ及び図４Ｂから分かるように、ノズル穴ピッチｐは、信号線２５１の幅ｂと、接地線２６１の幅ｃと、信号線２５１と接地線２６１との間の距離ｄとの和の２倍であり、即ち、ｐ＝ｂ＋ｃ＋２ｄである。一例では、信号線２５１の幅ｂは、９０ミクロンであり、接地線２６１の幅ｃは、９０ミクロンであり、距離ｄは、３７ミクロンである。Ｗ＝２２４ミクロン、ｄ＝３７ミクロンの例では、信号線２５１と隣接する接地線２６１との間の距離ｄは、０．１Ｗ以上である。また、該例では、信号線２５１の幅ｂは、０．１Ｗである。別に、厚さＴが５０ミクロンである圧電板２１０の場合、信号線２５１と隣接する接地線２６１との間の距離は、ｄ＝３７ミクロンであり、０．５Ｔ〜２Ｔにあり、信号線２５１の幅ｂは、０．２Ｔ以上である。

図６、図７及び図９に示される実施例では、液滴エジェクタ１５０の１対の交錯列１８１及び１８２のみが存在する。他の実施例（図示せず）では、より高い印刷解像度を提供させ、又はインクカバー率を増加させるために、液滴エジェクタのより多くの対の交錯列を有してもよく、又は各対の交錯列を使用して、異なるタイプのインク（例えば、異なる色）を吐出してもよく、又は各対の交錯列を使用して、異なるサイズのインク滴を吐出してもよい。

本明細書は、特定の好ましい実施例を特に参照して本発明を詳細に説明されてきたが、本発明の精神及び範囲内で行われた変形及び修正も含まれることを理解すべきである。

Claims (15)

1. 圧電インクジェット印刷装置であって、
   基板と圧電板を含み、
   前記基板は、少なくとも１列の液滴エジェクタのアレイを有し、各列が行方向に沿って整列され、各液滴エジェクタは、
   基板の第１の表面に設けられ、第１の側壁及び第２の側壁によって境界を定める圧力室と、
   基板の第１の表面に反対する基板の第２の面のノズル層に設けられたノズルとを含み、
   前記圧電板は、
   基板の第１の面に近づく第１の表面と、
   第１の表面に反対する外側の第２の表面と、
   各貫通孔が第１の表面から外側の第２の表面に延在する第１グループ及び第２グループの導電性貫通孔とを含み、
   結合層が圧電板と基板との間に設けられ、
   圧電板の第１の表面に設けられた第１の電極層は、
   第１グループの導電性貫通孔に対応する貫通孔に接続され、各圧力室に対応する第１の信号線と、
   各圧力室の両側に設けられ、第２グループの導電性貫通孔に対応する少なくとも１つの貫通孔に接続された接地線を含み、
   圧電板の第２の表面に設けられた第２の電極層は、
   各本の第１の信号線に対応して、第１グループの導電性貫通孔に対応する貫通孔に接続される信号入力パッドと、
   第１グループの導電性貫通孔における複数の貫通孔に電気的に接続される少なくとも１つの接地リターンパッドと、
   少なくとも１つの接地リターンパッドに電気的に接続され少なくとも１つの共通接地線と、を含むことを特徴とする圧電インクジェット印刷装置。
2. 少なくとも１つの共通接地線が圧電板の第２の表面における第２の電極層内に設けられ、又は少なくとも１つの共通接地線が圧電板の第１の表面における第１の電極層内に設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電インクジェット印刷装置。
3. 第２グループの導電性貫通孔において、少なくとも一部の複数の貫通孔が第１の電極層内に配置された共通接地線から第２の電極層内に配置された共通接地線に延在する、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電インクジェット印刷装置。
4. 第１の電極層及び第２の電極層は、それぞれ、銅層及び少なくとも１つのクロム層を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電インクジェット印刷装置。
5. 前記導電性貫通孔は、銅、金、及びニッケルのうちの少なくとも１つを含み、各導電性貫通孔に１つの金属で満たされ、前記導電性貫通孔はテーパーを呈する、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電インクジェット印刷装置。
6. 結合層がポリマー接着剤層である、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電インクジェット印刷装置。
7. 液滴エジェクタアレイは、基板上に配置され、交錯して並べる少なくとも１対の液滴エジェクタ列を含み、各列は、行方向に沿って整列されるとともに、行方向に垂直な方向に沿って他の列と間隔される、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電インクジェット印刷装置。
8. 液滴エジェクタアレイは、交錯して並べる少なくとも１対の液滴エジェクタ列を含み、そのうち、各対の交錯列との間に少なくとも１つの共通接地線が設けられる、ことを特徴とする請求項７に記載の圧電インクジェット印刷装置。
9. 第１の交錯列のノズルは、第２の交錯列のノズルに隣接し、そのうち、第１の交錯列の圧力室と第２の交錯列の圧力室は、それぞれのノズルから反対する方向へ延在し、交錯する第１の液滴エジェクタ列の信号入力パッド及び第２の交錯する液滴エジェクタ列の信号入力パッドは、交錯する第１の液滴エジェクタ列のノズルと交錯する第２の液滴エジェクタ列のノズルとの間に設けられ、共通接地線が交錯する第１の液滴エジェクタ列の信号入力パッドと交錯する第２の交錯の液滴エジェクタ列の信号入力パッドとの間に設けられる、ことを特徴とする請求項７に記載の圧電インクジェット印刷装置。
10. 第１の信号線と隣接する接地線との間の距離は、圧力室の幅の１０分の１よりも大きく、又は圧電板の厚さの半分よりも大きく、その２倍未満である、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電インクジェット印刷装置。
11. 第１の信号線の幅は、圧力室の幅の１０分の１よりも大きい、又は圧電板の厚さの１０分の２よりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電インクジェット印刷装置。
12. 各信号線は、行方向に垂直な方向に沿って延在するとともに、対応する圧力室の中心に設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電インクジェット印刷装置。
13. 接地線が対応する圧力室との間の中間位置に設けられるとともに、行方向に垂直な方向に沿って延在し、接地線の幅が圧力室の側壁の幅よりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電インクジェット印刷装置。
14. 第２の電極層に設けられたマスク層をさらに含み、そのうち、マスク層は、信号入力パッドと少なくとも１つの接地リターンパッドに配置された窓を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電インクジェット印刷装置。
15. 圧電板が圧電板の第１の表面に垂直な方向に沿って分極され、圧電板が第１の表面と第２の表面との間の厚さは、１０ミクロンよりも大きく、且つ１００ミクロン未満である、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電インクジェット印刷装置。

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