JP7796030B2 - 液滴吐出ヘッド用のアクチュエータ構成要素およびその製造方法 - Google Patents

液滴吐出ヘッド用のアクチュエータ構成要素およびその製造方法

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Description

本開示は、液滴吐出ヘッド用のアクチュエータ構成要素、およびアクチュエータ構成要素の製造方法に関する。アクチュエータ構成要素は、ドロップオンデマンドインクジェットプリントヘッド、またはより一般的には、液滴吐出装置、特に、一つまたは複数のアクチュエータ構成要素を含む液滴吐出装置に特に好適であり得る。アクチュエータ構成要素は、流体チャンバのアレイを提供し、その各々が、圧電アクチュエータ素子およびノズルを有し、圧電アクチュエータ素子は、電気信号に応答して、ノズルを通る流体液滴の吐出方向への放出を引き起こすように動作可能である。
液滴吐出ヘッドは、インクジェット印刷などのより従来型の用途、もしくは3D印刷、または他のラピッドプロトタイピング技術であるかを問わず、現在広く使用されている。したがって、流体、例えば、インクは、新たな基材に付着し、かつ堆積した材料の機能性を増加させる新規の化学特性を有し得る。産業用途、例えば、セラミックタイルまたは織物などの基材上に直接印刷するため、またはフラットスクリーンテレビ用のLCDまたはOLEDディスプレイの色フィルタなどの素子を形成するために使用可能である液滴吐出ヘッドが開発されてきた。液滴吐出ヘッドを使用する、このような産業印刷技術により、短い生産工程、製品のカスタマイズ生産、さらには特注設計の印刷さえも可能である。したがって、液滴吐出ヘッドが進歩・専門化を続けて、新たな、かつ/またはますます課題の多い吐出用途に好適になることを理解されたい。しかしながら、液滴吐出ヘッドの分野において数々の開発が行われてきたものの、改善の余地は依然存在する。
近年、より高い頻度での印刷および/または水性もしくは導電性のインクおよび流体を使用する印刷に対する関心が高まっている。異なる機能性を有する異なる種類の液滴吐出ヘッドが、ベースアクチュエータ構成要素アーキテクチャ上のバリアントから生成され得るような、柔軟な設計への関心も高まっている。このような柔軟性は、生産の応答性や在庫要件にメリットがあるため、コスト削減に利点がある。しかしながら、これまでのところ、異なる種類の流体または性能要件に対処するバリアントを、単純かつ容易に製造できる、柔軟な液滴吐出ヘッドアーキテクチャの作製が困難であることは実証されている。
本発明は、単一の部品または限定数の部品の速やかなカスタマイズ生産を可能にして、より高い頻度で動作する、または水性もしくは導電性のインクで作動するなど、異なる市場および顧客に対する要件に対処するためのプリントヘッドのバリアントを生産する。
本発明の態様が、添付の独立請求項に記載される一方、本発明の特定の実施形態の詳細は、添付の従属請求項に記載されている。
本開示の第一の態様によれば、液滴吐出ヘッド用のアクチュエータ構成要素であって、前述のアクチュエータ構成要素は、基材と、前述の基材に固定して取り付けられた一つまたは複数の圧電材料のストリップと、を備え、前述の一つまたは複数の圧電材料のストリップは、一つまたは複数の圧電材料の層と、前述の一つまたは複数の圧電材料のストリップ内に画定され、アレイ方向に延在する、流体チャンバのアレイと、を含み、前述のアクチュエータ構成要素は、一つまたは複数のカバー部品をさらに備え、当該または各カバー部品は、前述のアレイ方向に延在し、圧電材料のストリップのうちの一つの側面および/または前述の基材の少なくとも一部分のうちの少なくとも一つに固定して取り付けられ、前述の一つまたは複数のカバー部品は、複数の開口部を備え、流体を、前述の開口部を通して前述の流体チャンバのうち選択された流体チャンバに供給可能である、液滴吐出ヘッド用のアクチュエータ構成要素が提供される。
特定の実施形態によれば、開口部は、ALA(Alternate Line Active)設計を提供する。
他の特定の実施形態によれば、開口部が流れ制限器を提供する、設計が提供される。
他の特定の実施形態によれば、開口部がALA設計および流れ制限器の両方を提供する、設計が提供される。
他の特定の実施形態によれば、流体チャンバのアレイが、主要領域を備え、また、流体チャンバのアレイの一方の端または両端に緩衝領域も備え、緩衝領域内の開口部および/または流体チャンバが、主要領域内のものと異なっている、設計が提供される。
本開示の第二の態様によれば、液滴吐出ヘッド用のアクチュエータ構成要素の製造方法が提供され、前述の方法は、
一つまたは複数の圧電材料のストリップを、基材に固定して取り付けるステップと、
流体チャンバの一つまたは複数のアレイを、前述の一つまたは複数の圧電材料のストリップ内に形成するステップと、
前述の一つまたは複数の圧電材料のストリップおよび前述の基材に適合するウエハを形成するステップであって、前述のウエハは、一つまたは複数の部品を含む、形成するステップと、
前述のウエハの少なくとも一部を前述の基材に、および前述のウエハの少なくとも一部を前述の一つまたは複数の圧電材料のストリップに固定して取り付けるステップと、
材料を前述のウエハから除去し、それによって、前述の圧電材料のストリップのうちの一つの面および前述の基材の少なくとも一部分に固定して取り付けられる一つまたは複数のカバー部品を形成するステップと、
複数の開口部を前述のカバー部品内に選択的に形成し、流体を、前述の開口部を通して前述の流体チャンバのうち選択された流体チャンバに供給可能にするステップと、を含む。
本開示の第三の態様によれば、液滴吐出ヘッド用のアクチュエータ構成要素の製造方法が提供され、前述の方法は、
一つまたは複数の圧電材料のストリップを、基材に固定して取り付けるステップと、
流体チャンバの一つまたは複数のアレイを、前述の一つまたは複数の圧電材料のストリップ内に形成するステップと、
形状を、前述の基材および前述の一つまたは複数の圧電材料のストリップの少なくとも一部の上に形成するステップと、
材料を前述の形状から除去し、それによって、前述の圧電材料のストリップのうちの一つの面および/または前述の基材の少なくとも一部分に固定して取り付けられる一つまたは複数のカバー部品を形成するステップと、
複数の開口部を前述のカバー部品内に選択的に形成し、流体を、前述の開口部を通して前述の流体チャンバのうち選択された流体チャンバに供給可能にするステップと、を含む。
本開示の第四の態様によれば、本開示の第一の態様に係るアクチュエータ構成要素を含み、本開示の第二の態様または第三の態様にしたがって製造される、液滴吐出ヘッドが提供される。
図1は、圧電材料のストリップの一つの側面へのカバー部品を含むある実施形態に係るアクチュエータ構成要素を示し、カバー部品は、流体チャンバよりも狭い開口部を含む。 図2aは、図1に記載のものなどの、流体チャンバおよび開口部の詳細図である。 図2bは、図2aのものと類似した流体チャンバおよび開口部の詳細図であるが、流体チャンバはコーティング層を含む。 図2cは、図1のA-A線に沿った、アクチュエータ構成要素の一部の断面図である。 図2dは、図2cの断面図に対応するが、アクチュエータ構成要素の作製の後の時点での断面図である。 図3は、図1に係るアクチュエータ構成要素を示し、ポートおよび境界部をさらに含み、液滴吐出ヘッドに取り付けられた場合のアクチュエータ構成要素を通る流体経路を示す。 図4は、図3に係るアクチュエータ構成要素を含み、カバーウエハをさらに含む、液滴吐出ヘッドの一部を示す。 図5は、圧電材料のストリップの一つの側面にカバー部品を含む、別の実施形態に係るアクチュエータ構成要素を示し、カバー部品は、流体チャンバよりも浅い開口部を含む。 図6は、圧電材料のストリップの両側にカバー部品を含む、別の実施形態に係るアクチュエータ構成要素を示し、前述のカバー部品は、流体チャンバよりも狭い開口部を含む。 図7は、圧電材料のストリップの各側面にそれぞれのカバー部品を含む、別の実施形態に係るアクチュエータ構成要素を示し、カバー部品は、代替の流体チャンバへの開口部を提供する。 図8は、別の実施形態に係るアクチュエータ構成要素を示し、カバー部品の開口部は、流体チャンバ当たり複数の副開口部を含む。 図9aは、カバー部品を取り付ける前に、二つの圧電材料のストリップを含むアクチュエータ構成要素を示す。 図9bおよび9cは、圧電材料の各ストリップの両側に、カバー部品が取り付けられた、図9aのアクチュエータ構成要素の詳細を示す。 同上。 図9dは、追加の成形を有するカバー部品を有する、図9bおよび9cのアクチュエータ構成要素の変形例を示す。 図10aは、カバー部品が層に組み込まれた材料を含む、別の配置に係るアクチュエータ構成要素を示す。 図10bは、材料の層の詳細を示す図10aのアクチュエータ構成要素の流体チャンバを通る断面図を示す。 図10cは、図10bのものと類似した流体チャンバの断面を示すが、カバー部品は、流体チャンバ内の柱部を含む。 図10dは、図10bのものと類似した流体チャンバの断面を示すが、カバー部品は、流体チャンバを充填する充填部を含む。 図11aは、アクチュエータ構成要素の製造工程を示すフローチャートである。 図11bは、アクチュエータ構成要素の製造工程を示す代替的なフローチャートである。 図12aは、図10a~10dの実施形態に係るアクチュエータ構成要素の製造プロセスステップを示す。 図12bは、図12aのものからのさらなるプロセスステップを示し、二つの圧電材料のストリップは面取りされて、台形輪郭を与え、流体チャンバのアレイは、圧電材料のストリップ内に形成される。 図12cは、図12bのアクチュエータ構成要素に取り付けるためのウエハを示す。 図12dは、図12bのアクチュエータ構成要素に取り付けられた図12cのウエハを示す。 図12eは、図12dのアクチュエータ構成要素の断面を示す。 図12fは、図12eのアクチュエータ構成要素の断面図を示し、材料がウエハから除去され、圧電材料のストリップの両側にカバー部品を形成する。 図12gは、カバー部品内に形成された面取り部を有する、図12fのアクチュエータ構成要素のさらなる断面を示す。 図13aは、アクチュエータ構成要素の代替的な製造方法の工程を示すフローチャートである。 図13bは、アクチュエータ構成要素の製造工程を示す、図13a記載の代替的なフローチャートである。
図面は原寸比に基づくものではなく、特定の特徴がより明瞭に可視化されるように、サイズを誇張して示す場合があることに留意されたい。
ここで、実施形態およびそれらの様々な実施を、図面を参照して説明する。以下の説明全体を通して、同じ要素には同じ参照番号が、必要に応じて使用される。
図1は、圧電ストリップ120の一つの側面へのカバー部品140を含むある実施形態に係る、アクチュエータ構成要素101を示す。図1は、より詳しくは、液滴吐出ヘッド用のアクチュエータ構成要素101を示し、該アクチュエータ構成要素101は、基材110および圧電材料のストリップ120、または基材110に固定して取り付けられた複数のこのような圧電材料のストリップを備える。当然のことながら、本明細書に記載されるこの実施形態およびすべての実施形態では、圧電材料の該または各ストリップ120は、単一層の圧電材料または複数の層の圧電材料を備えてもよく、例えば、一緒に固定して取り付けられた圧電材料の層を含む積層体を備えてもよい。このような層の圧電材料を一緒に固定する任意の好適な方法が利用され得る。基材110はまた、圧電材料から作製されてもよく、または別の方法として、他の任意の好適な材料を使用してもよい。
圧電材料のストリップ120は、圧電材料のストリップ120内に画定され、アレイ方向10に延在する流体チャンバのアレイ130をさらに含む。流体チャンバのアレイ130は、複数の流体チャンバ131を含む。流体チャンバ(131_i-131_n)は、アレイ方向10で、それぞれの第一の長手方向端部から、流体チャンバのアレイ130の第二の対向する長手方向端部まで並列に延在し、前述のアレイ方向10は、流体チャンバの高さ方向15に対して略垂直である。各流体チャンバ131は、アレイ方向10に対してある角度をなす流体チャンバ伸長方向5に細長で、各流体チャンバ131は、圧電材料のストリップ120内に開放チャネルを形成する(流体チャンバ高さ方向15で開き、流体チャンバ伸長方向5の一方の端で開く)。流体チャンバ131の内部形状をより容易に視覚化することを可能にするために、第一の流体チャンバ(131_i)の一側面が取り除かれた状態を図1(および同様に図3~8で)に示す。
この実装では、アレイ方向10は、流体チャンバ伸長方向5に垂直であるが、当然のことながら、これは決して必須ではなく、他の実装では、圧電材料のストリップ120は、基材110上で90°以外の角度で整列され得る。流体チャンバ131は、それらがアレイ方向10で互いに平行になるように横並びに延在し、このような配置により、流体チャンバ131の密封が可能になるが、これは決して必須ではなく、他の配置も想定され得る。流体チャンバ131は、流体チャンバ伸長方向5の長さL、アレイ方向10の幅W、および流体チャンバ高さ方向15の高さH、ならびに断面積Ac=H*Wを有する(図2aを参照)。
図1をさらに考慮すると、アクチュエータ構成要素101は、圧電材料のストリップ120に隣接して、アレイ方向10に延在する少なくとも一つのカバー部品140をさらに備える。該または各カバー部品140は、圧電材料のストリップ120の側面121aの少なくとも一つ、および/または基材110の少なくとも一部分111に固定して取り付けられる。当然のことながら、一部の配置では、カバー部品は、図1の配置のように固定して取り付けられてもよく、カバー部品140は、部分111および側面121aにそれぞれ固定して取り付けられる二つの内面145_i、145_iiを備える。カバー部品140は、圧電材料のストリップ120と同じ材料で作製されてもよいが、これは決して必須ではなく、他の材料を使用してもよい。
該または各カバー部品140は、複数の開口部141(141_i-141_n)をさらに備え、流体を、開口部141を通して流体チャンバ131のうち選択された流体チャンバに供給可能である。第一の流体チャンバ131_iに関しては、対応する第一の開口部141_iは、開口部141_iの内部が目に見えるように、一つの側面が取り除かれた状態で示されている。この実装では、アクチュエータ構成要素101は、各流体チャンバ131に対して、圧電材料のストリップ120当たり少なくとも一つの開口部141を備える。したがって、この実装では、使用時に、流体は、開口部141内を流れ、その後、流体チャンバ131を通って流れてもよい。図1から、および流体チャンバ131および開口部141の一部分を示す図2aから詳細に見られるように、この実装では、開口部141は、流体チャンバ高さ方向15における流体チャンバ131の高さHと同じ高さhを有するが、アレイ方向10ではそれらよりも狭い。図1においても明らかなように、開口部141は、流体チャンバ伸長方向5の流体チャンバ131よりも短い。したがって、開口部141は、高さh(h=H)、幅w(w<W)、長さl(l<L)、および断面積Ao=h*w(Ao<Ac)を有する。
図2aおよび2bは、図1に記載されるものなどの流体チャンバ131の一部分および開口部141の一部分を示す。図2cおよび図2dは、アクチュエータ構成要素101の構成の異なる段階で、図1に示す位置A-Aなど、典型的な断面に沿った圧電材料のストリップ120および基材110の一部分を示す。図2bに詳述されるように、流体チャンバ131は、一つまたは複数の層c1~cn(例えば、図2bの層c1およびc2)を、単一の金属層または複数の層などのそれらの内部表面の一部またはすべてに堆積して含み、圧電材料の作動を可能にし、単一のまたは複数の保護コーティング層を含み、インクなどの流体が金属層に損傷(例えば、腐食)させるのを防止し、および/または電子機器を不動態化させ得る。したがって、アクチュエータ構成要素101は、電気トラックおよび接続を含む。図2cに示すように、当然のことながら、金属層(この場合、単一層c1、ただしこれに限定されない)は、基材110および圧電材料のストリップ120の外面上に延在し得る。
このような層は、無電解めっきまたは金属スパッタリング/蒸発などの任意の好適な方法を使用して、例えば、基材110および圧電材料のストリップ120の上に、アクチュエータ構成要素101の外面の一部または全ての上に、一度に一つ構築される連続層として堆積され得る。次いで、切断またはその他の除去技術を使用して、金属層または層の一部を除去して、電気的に絶縁された電気トラックおよび接続部を形成してもよい。次に、カバー部品140は、電気トラックおよび接続部の少なくとも一部分が、基材とカバー部品の間、および/または圧電材料のストリップとカバー部品の間に位置するように、圧電材料のストリップ120および基材110に固定して取り付けられてもよい。追加の保護層は、カバー部品140を取り付ける前に、金属層の上に堆積されてもよく、それによって、アクチュエータ構成要素101は、一つまたは複数のコーティング層cをさらに含み、前述のコーティング層cは、基材110とカバー部品140との間に、および/または圧電材料のストリップ120とカバー部品140との間に少なくとも部分的に配置され、電気トラックおよび接続部を保護する。研削またはその他の除去技術は、後の段階で使用され、単層c1について図2dに示すように、層c1~cnの一部分、および必要に応じて、カバー部品140の上部の一部を除去し得る。このような配置では、カバー部品140および取り付け手段は、それを基材110および/または圧電材料のストリップ120に接合し、追加の物理的保護および電気的分離を電気トラックおよび接続部に提供し得る。
さらに当然かもしれないが、いくつかの実装(図示せず)では、任意の金属層および/またはコーティング層またはパッシベーション層c1、c2....cnの一部またはすべては、流体チャンバ131および開口部141の両方が形成された後、ある時点で堆積されてもよく、流体チャンバ131および開口部141の両方が、それらの内部表面および基材110の一部またはすべて上に層を備え、および圧電材料のストリップ120およびカバー部品140は、それらの外面の一部またはすべて上に層を含む。さらなるいくつかの層cは、流体チャンバ131のみに提供されてもよく、圧電材料のストリップ120およびいくつかの層c_の両方(図示せず)は、流体チャンバ131および開口部141の両方に、また場合によっては、製造プロセスにおいて提供されるタイミングおよびその方法に応じて、カバー部品140にも提供されてよい。これらの場合において、当然のことながら、流体チャンバ131の断面積Acおよび/または開口部141の断面積Aoは、それに提供される任意の層によって減少されること、および流体チャンバ131の断面積AcおよびAoと開口部141との間の関係をそれぞれ考慮する際に重要であるのは、流体が通過し得る最終開断面積である(図2b参照)。当然のことながら、このような金属層および保護層cおよび/または保護層cおよび/または保護層c_両方が存在する場合、本明細書で言及する流体チャンバ131の幅Wおよび高さH(および開口部がコーティングも含む場合の開口部141の幅wおよび高さh)は、開放断面積Ac(=H*W)およびAo(=h*w)の幅W、wおよび高さH、hである。
図3は、入口ポート211、入口マニホールドチャネル201、出口マニホールドチャネル202、および出口ポート212をさらに含む、図1に係るアクチュエータ構成要素101を示す。図3から明らかなように、アクチュエータ構成要素は、アクチュエータ構成要素101が、圧電材料のストリップ120に隣接する一つまたは複数のマニホールドチャネル201、202を備えるように、基材110の両側に境界部230を備え、前述の一つまたは複数のマニホールドチャネル201、202の各々は、それぞれのポート211、212に流体接続され、この配置では、境界部230によってそれらの外縁が境界となる。しかしながら、当然のことながら、この構成は、決して必須ではなく、マニホールドチャネル201、202を形成する他の配置および方法は、流体チャンバのアレイ130に流体を供給するために想定され得る。さらに、当然のことながら、液滴吐出ヘッドが流体チャンバの複数のアレイ130を含むように、複数の圧電材料のストリップ120が存在する場合、境界部230は、その中に開口部を含んで、流体が隣接するマニホールドチャネル間、すなわち、隣接する圧電材料のストリップ120間で流れることを可能にし得る。別の方法として、隣接する圧電材料のストリップ120がマニホールドチャネルを共有する構成が想定され得る。いくつかの実装では、境界部230は、例えば、入口マニホールドチャネル201および出口マニホールドチャネル202を分離し、および/またはアクチュエータ構成要素に追加的な構造的完全性を提供するために必要とされる場合、アクチュエータ構成要素101の外側境界上、または必要に応じて、アクチュエータ構成要素101内の選択された位置に配置され得る。
ここで図4を参照すると、これは、図3のアクチュエータ構成要素101(反転されている)を含み、それに固定して取り付けられたノズルウエハ220をさらに含む、液滴吐出ヘッド20の一部を示す。ノズルウエハ220は、流体チャンバのアレイ130(この図では、大部分が見えない)、開口部141、マニホールドチャネル201、202、および流体チャンバ高さ方向15の境界部230を流体的に封止するように作用する。ノズル221は、各流体チャンバ131が、一つまたは複数のノズル221をさらに備えるように、ノズルウエハ220内に形成され得る。
当然のことながら、図4は、液滴吐出ヘッド20を通る断面であり、境界部230は、マニホールドチャネル201、202をアレイ方向10のそれらの長手端部で封止するように形成されてもよく、または代替的に、液滴吐出ヘッド20は、マニホールドチャネル201、202の端部をアレイ方向10に流体的に封止するためのさらなる部品を含んでもよい。したがって、アクチュエータ構成要素101が液滴吐出ヘッド20内に組み立てられる場合、流体チャンバ131は、開口部141を介して入口マニホールドチャネル201の一方の端で流体接続され、他方の端で流体チャンバ131は、出口マニホールドチャネル202に流体接続される。この実装では、入口マニホールドチャネル201は、入口ポート211およびさらには流体経路(また図示せず)を介して入口(図示せず)に流体接続され、出口マニホールドチャネル202は、出口ポート212およびさらには流体経路(また図示せず)を介して出口(図示せず)に流体接続される。
図4の配置の使用中、入口ポート211から入口マニホールドチャネル201内へかつそれに沿って、各開口部141内を通り、その後、流体チャンバのアレイ130内の各流体チャンバ131を通り、流体チャンバの外へ、出口マニホールドチャネル202内へかつそれに沿って、その後、出口ポート212内を流体が流れる(一般に、この配置はスルーフロー設計と呼ばれる)。代替的な配置では、アクチュエータ構成要素101は、重力モードで供給されるように配置され得る液滴吐出ヘッド20内に組み立てられてもよく、この配置では、ポート211および212の両方が入口ポートとして動作し、それゆえ、当然のことながら、両方のマニホールドチャネル202、202が、流体チャンバ131の両端に、圧電材料のストリップ120の一方または両方の側面上の開口部141を介して流体を供給するように、入口マニホールドチャネルとして動作する。
流体チャンバ131は各々、一つまたは複数の圧電アクチュエータ素子を含む。圧電アクチュエータ素子は、電気信号に応答して、ノズル221を通り吐出方向30に流体液滴Dを吐出させるように動作可能である。吐出方向30は、図4に、液滴D_iが流体チャンバ131_iから吐出される様子を示すように、アレイ方向10に対して略垂直であり、チャンバ高さ方向15に平行である。
当然のことながら、図4に示す実装では、開口部141は、流体チャンバ131を通る流体流れをチョークまたはスロットル調整し、音響伝播圧力変動およびそれらの関連する音速場の妨害を減衰するための制限器として作用して、流体チャンバのアレイ130内の流体チャンバ131間のクロストーク効果を低減し、それによって、液滴吐出ヘッド20をより高い頻度で動作させる。クロストークは、実際には、(a)隣接または近隣チャネルの負荷サイクルに基づくチャネルのジェット性能の変動、および(b)極端な場合の望ましくない吐出事象として観察される。直接的なクロストーク効果は、隣接するチャネルを変形させるアクティブなチャネルの壁の歪みに由来する。最後に、流体クロストークは、流体チャンバから、マニホールドチャネル内に、その後、流体経路を介して周囲の流体チャンバ131内に放射される圧力波から生じる。制限剤を追加することで、流体クロストークが減少し、液滴速度と容量との相関、したがってトリミングがさらに改善し得る。
図4から明らかなように、ノズル221_iは、流体チャンバ伸長方向5の流体チャンバ131_iの中心に位置し、他のノズルも同様に位置付けられるが、これに決して限定されるものではなく、他の実装では、ノズルの平均位置は、液滴吐出ヘッド20の流体性能および音響性能に応じて、流体チャンバ伸長方向5の流体チャンバ131の一方または他の端部により近い場合がある。さらに当然かもしれないが、図4は、流体チャンバ伸長方向5の同じ位置にすべて整列されるノズルの列を含むが、これは必須ではなく、他の実装では、ノズル列は互いに対して互い違いの位置にノズルを含んでもよい。
ここで図5を参照すると、別の実施形態に係るアクチュエータ構成要素102が開示されており、これは図1のアクチュエータ構成要素101と非常に類似しており、したがって、同じ参照番号が適宜使用される。アクチュエータ構成要素102は、流体チャンバ131よりも浅い(開口部141が流体チャンバ131よりも狭い、図1に示すアクチュエータ構成要素101とは異なり)複数の開口部141を有するカバー部品140を備える。したがって、アクチュエータ構成要素102の複数の開口部141は、高さh<H、および幅w=Wを有する。この配置では、開口部141はまた、長さlを有し、流体チャンバ131は、長さLを有し、両方とも図1と同一であり、l<Lである。アクチュエータ構成要素102は、図4の液滴吐出ヘッド20の部分のアクチュエータ構成要素101の代わりに使用することができ、開口部141は、流体チャンバ131への制限器として作用する。
当然のことながら、いくつかの代替的な配置(図示せず)では、複数の開口部141を、流体チャンバのアレイ130の第一の側面121a上に配置するのではなく、代わりに第二の側面121b上に配置されてもよく、アクチュエータ構成要素101、102が、液滴吐出ヘッド20に実装され、図4に示すように、複数の開口部141は、流体チャンバのアレイ130を出口マニホールドチャネル202に接続し、流体チャンバ131を離れる流体流れを制限するように作用する。したがって、このような代替的な配置では、使用時に、流体は、流体チャンバ131内を通って、その後、開口部141内を通って流れてもよい。
ここで図6を考慮すると、これは図1~図5の以前の配置と類似しているが、この配置は、圧電材料のストリップ120に隣接する、アレイ方向10に延在する二つのカバー部品140a、140bを含むアクチュエータ構成要素103を示す。カバー部品140a、140bは、圧電材料のストリップ120の側面121a、121b、および基材110の部分111a、111bに固定して取り付けられる。カバー部品140a、140bは、部分111a、111bにそれぞれ固定して取り付けられる内面145a_i、145b_i、および側面121a、121bにそれぞれ固定して取り付けられる内面145a_ii、145b_iiを含む。図6は、圧電材料のストリップ120の各側面上にそれぞれのカバー部品140a、140bを含むアクチュエータ構成要素103を示し、両方の前述のカバー部品140a、140bは、それぞれ、複数の開口部141a、141bを含むことがさらに分かる。当然のことながら、図6の圧電材料のストリップ120は、図1~5のストリップと同一であり、結果として、図6の流体チャンバ131の高さH、幅Wおよび長さLが標識されていない。この実装では、開口部141a、141bは、流体チャンバ131よりも浅く、その結果、それらの高さhaおよびhbは、流体チャンバ131の高さHよりも小さい(ha<H、hb<H)一方、それらの幅は、流体チャンバ131のものと等しく(wa=wb=W)、そして上述同様に、それらの長さは、流体チャンバ131のものよりも小さい(la<L、lb<L)。
図6に示すものに対する代替的な配置では、開口部141a、141bの幅は、流体チャンバ131に対して変更されてもよく、その結果、(wa<W、wb<W)、これは、高さhaおよびhbを変更するのと同様、またはその代わりになり得る。当然のことながら、一部の配置では、図6に示すように、カバー部品140aおよび140bの開口部141a、141bは同じであり、同じ高さ(ha=hb)および長さ(la=lb)および幅(wa=wb)を有し、したがって、開口部の断面積(Aoa=ha*wa、Aob=hb*wb)は、同じであってもよく(Aoa=Aob)、圧電材料120の一つまたは複数のストリップの各側面上のカバー部品140a、140bの開口部141は、同じ長さおよび/または同じ幅および/または同じ高さおよび/または同じ断面積を有する。
さらなる代替的な配置では、一つまたは複数のカバー部品140a、140bの流体チャンバ伸長方向5の長さla、lbを変更することによって、アクチュエータ構成要素103は、前述のアレイ方向10に対して角度をなす流体チャンバ伸長方向5に細長である、流体チャンバ131を備えてもよく、流体チャンバ伸長方向5の複数の開口部141の長さlは、流体チャンバ131の長さL以下(l≦L)である。流体チャンバ伸長方向5の開口部141の長さlは、例えば、異なるサイズのカバー部品140を利用することによって、または異なるアクチュエータ構成要素設計101、102、103を生成するために、長さla、lbを減少するようにカバー部品140を切断、機械加工、もしくは別の方法で変更することによって、制御することができる。
ここで図7を参照すると、これは、図6に示すアクチュエータ構成要素103と類似したアクチュエータ構成要素104を示す。これは、流体チャンバのアレイ130内の流体チャンバが、図5および6と同じ高さH、長さLおよび幅Wを有し、開口部141a、141bは、図6と同じ高さha、hb、長さla、lbおよび幅wa、wbを有することを意味する。図6および図7に示す実施形態間の主な違いは、図7では、一つ置きの流体チャンバ131cが開口部141aおよび141bに接続されて、両端で開状態である(いわゆる「開」チャネルまたは「湿潤」チャネル)ように、カバー部品140a、140b内に開口部141aおよび141bが形成され、一つ置きの流体チャンバ131dは両端で遮断される(いわゆる「ダミー」チャネルまたは「乾燥」チャネル)。つまり、各カバー部品140a、140bにおける開口部141a、141bの数は、流体チャンバ131の半分の数であり(または代替的に記載され、「湿潤」流体チャンバ131cの数と等しくなる)、カバー部品140a、140bにおける開口部141a、141bは、流体チャンバ131cを選択的に交互に開になるように整列され、その結果、液滴吐出ヘッド20の一部に設置される場合、図4に従って、開口部は、流体がそれを通って流れることを可能にするように、入口マニホールドチャネル201および出口マニホールドチャネル202に流体接続される。
したがって、図7は、一つ置きの流体チャンバ131cに対して、圧電材料のストリップ当たり少なくとも一つの開口部141a、141bがあるアクチュエータ構成要素104を示す。これは、例えば、水性インク/流体などの水性流体、または導電性流体との使用に適する、いわゆる代替ラインアクティブ(ALA)設計であるが、これは、アクチュエータ構成要素104が、流体がノズルを通って吐出され得る開放または「射出」流体チャンバ131c、ならびに液滴を吐出できないように構成されたダミーまたは「非射出」チャンバ131dを含むためである。したがって、これは、圧電材料のストリップ120当たりの流体チャンバ131よりも、カバー部品140当たりの開口部141の数が少ないアクチュエータ構成要素104の一例である。射出チャンバおよび非射出チャンバは、典型的には交互に配置され、非射出チャンバでは、インクなどの流体がそれを通って移動することができず、ノズルが含まれない場合がある(非射出チャンバは、空気などの流体を含んでもよいが、入口または出口のマニホールドまたは流体経路に接続されていないため、「乾燥」状態のままである)。したがって、当然かもしれないが、図7に示すものなどの、ALAを有するアクチュエータ構成要素が、図4に示されるような液滴吐出ヘッド20の一部に組み込まれる場合、ノズルウエハ220のノズル221の数および位置は、開放流体チャンバ131cの数に合致し、適合するように調整される。さらに当然かもしれないが、非射出チャンバ131dは、駆動電極を含んでもよく、この方法では、インクなどの流体との接触から物理的に分離される。
この種類のALA設計には、いくつかの利点がある。例えば、この構成は、駆動電極を非射出チャンバ131dに配置することにより、水性インクを噴射できるようにするために使用できる。非射出チャンバ131dには、動作中、電気信号が送信される一方、流体が流れる射出チャンバ131cは、接地される。異なる電位の電極は流体と接触していないため、流体中のイオン種の存在によって引き起こされる故障のリスクは排除され、非射出チャンバ131d中の電極は不動態化を一切必要としない。このような設計はまた、流体チャンバ131cがアクチュエータ壁を共有しないため、流体チャンバ131c間の機械的クロストークを低減するために使用され得る。しかしながら、隣接するノズル間の距離を2倍にすることで解像度が失われるのが、不具合となる。解像度への制限は、音響作動特性を保持するために噴射チャンバ131cの寸法を同じに保ちながら、より薄い壁を作製するための圧電材料の機械加工性である。解像度の喪失は、より狭い非射出チャンバ131dを使用して、したがって、隣接する射出チャンバ131cとそれらのノズル221との間の距離を減少させることによって軽減されてもよい。例えば、非射出チャンバ131dは、射出チャンバ131c(wd=wc/2)の幅の半分、または他の任意の好適な比(wd:wc)であってもよい。ALA設計は、水性流体に有益であるだけでなく、より速い印刷速度(おそらくは、3倍)を非水性流体と共に使用することができ、生産性の改善につながる可能性がある。
図7をさらに考慮すると、この実施形態では、圧電材料のストリップ120の両側の開口部141aおよび141bは同一であり、wa=wb=Wおよびha=hb=Hになるように、流体チャンバ131の幅と等しい、幅waおよびwbおよび高さha、hbを有する。図6に示すように、開口部141a、141bは、長さlaおよびlbを有し、この実施形態では、これは、la=lb<Lのように、互いに同一であり、流体チャンバ131の長さよりも小さい。当然のことながら、他の実装では、ALAと、流体チャンバ131cの上流および/または下流の開放流体チャンバ131c当たり少なくとも一つの制限器の両方を有する設計を有することが望ましい場合があり、その結果、流体チャンバ131cを開放するだけと同様に、開口部141a、141bの一方または両方は、例えば、wa<W、wb<W(図1に示す配置に類似)のような、流体チャンバ131cよりも狭くてもよく、および/または、例えば、ha<H、hb<H(図5の配置に類似)のような、流体チャンバ131cよりも浅くてもよい。さらに、図6を参照して前述の通り、開口部141a、141bの同一要件はないが、一部の実施形態では、開口部141a、141bが同一であることが望ましい場合があり、その結果、カバー部品が圧電材料のストリップ120にわたって対称である(例えば、wa=wb、ha=hb、la=lb)。
当然のことながら、アクチュエータ構成要素102、103、104は、図4の液滴吐出ヘッド20の部分のアクチュエータ構成要素101の代わりに、本明細書に記載されるアクチュエータ構成要素の任意の変形例とすることができる。したがって、アクチュエータ構成要素は、圧電材料のストリップ当たり単一のカバー部品を備えてもよく、または圧電材料のストリップ120の各側面上にそれぞれのカバー部品を備えてもよく、前述のカバー部品140a、140bの各々は、複数の開口部を備える。さらに、各側面に単一のカバー部品またはカバー部品があるかどうかに関係なく、アクチュエータ構成要素が、複数の流体チャンバ131および複数の開口部141とを備えてよく、その両方ともアレイ方向10に幅を有し、開口部の幅wは、流体チャンバの幅W以下(w≦W)または流体チャンバの幅より小さく(w<W)、および/または流体チャンバ131および前述の複数の開口部141は、流体チャンバ高さ方向15に高さを有し得、開口部の高さhは、流体チャンバの高さH以下(h≦H)である。さらに、アクチュエータ構成要素は、流体チャンバ131と、アレイ方向10に断面積を有する複数の開口部141とを備えてもよく、開口部の断面積(Ao、この例ではAo=w*h)は、Ao≦Acとなるように、流体チャンバ(Ac=W*H)の断面積以下である。当然のことながら、圧電材料のストリップの一方または両方の側面上の複数の開口部が、流れを制限するように作用する制限器の設計に対して、ALA設計は、動作要件に応じて、制限器設計を含む場合とそうでない場合もある一方、アクチュエータ構成要素101、102、103、104は、開口部141の高さhおよび/または幅wのいずれかを修正することで、アレイ方向10の断面積Aoがアレイ方向の流体チャンバ131の断面積Acよりも小さい(Ao<Ac)複数の開口部141を備えてよい。
ここで図8を考慮すると、これは、図6~7のものと類似したアクチュエータ構成要素105を示し、カバー部品140a、140bが圧電材料のストリップ120の各側面上にある。主な違いは、開口部141a、141bが、複数の副開口部147a(i~iii)および同様に、断面積Asoを有する147b(i~iii)(非標識)を含むことである。この特定の実装では、各開口部141は、例えば、レーザーアブレーションを使用して有利に形成され得る、三つの円形の副開口部147(i~iii)の直径фを含む。当然のことながら、副開口部147を有する実装では、開口部141の断面積Aoは、例えば、三つの副開口部147(i:iii)Ao=3*Aso=3*(л/4)*ф2≦Acである、図8の実装では、全ての副開口部147の面積の総和である。したがって、アクチュエータ構成要素105は、流体チャンバ131および前述のアレイ方向10に断面積Aoを有する複数の開口部141を備え、開口部141の断面積Aoは、アレイ方向10の流体チャンバ131の断面積Ac以下であり、開口部141の断面積Aoは、副開口部147の面積の総和である。当然かもしれないが、副開口部147は、任意の形状または形態に特に限定されず、副開口部の面積Asoの計算は、その形状に従って調整されてよい。
また、図8の配置では、カバー部品140a、140bが以前の実装の場合よりも狭く、その結果、開口部141の長さlが流体チャンバ131の長さLよりもかなり小さい(l<<L)ことは観察され得る。図6を参照して前述した通り、カバー部品140の長さlは、カバー部品の初期寸法を変更する、または好適な切断方法などによってその場で変更することによってなど、様々な方法によって制御され得る。別の方法として、カバー部品は、例えば、接着剤または接着剤のストリップなどの任意の好適な方法を使用して、圧電材料のストリップ120に取り付けられ得る、Upilex50Sなどの可撓性フィルムストリップなどの材料から形成されてもよい。
図9aは、カバー部品140がまだ取り付けられていない時点での、別の実施形態に係るアクチュエータ構成要素106を示す。この実装では、二つの圧電材料のストリップ120_1および120_2は、基材110に固定して取り付けられ、面取り122は、それらの上縁に適用され、チャンバ拡張方向5の各圧電ストリップに台形断面を提供する。流体チャンバ130_1および130_2のアレイは、アレイ方向10に延在する圧電材料のストリップ120_1、120_2内に形成されている。明確にするために、流体チャンバ130_1、130_2のアレイは、圧電材料のストリップ120_1、120_2の長さに沿って、流体チャンバ131のいくつかの別個の領域として示されているが、当然のことながら、実際には、流体チャンバ131が、圧電材料のストリップ120_1、120_2の実質的にすべての長さに沿って延在する。この例では、圧電材料のストリップ120_1、120_2(およびそれゆえ、流体チャンバ)は、1500~2500マイクロメートルの流体チャンバ伸長方向5の長さL、300~500マイクロメートル、例えば、350~400マイクロメートルのチャンバ高さ方向15の高さH、および50~100マイクロメートルのアレイ方向10の幅Wを有してよい。非限定的な例では、L=1900マイクロメートル、H=380マイクロメートル、およびW=70マイクロメートルである。
また、図9aからは、この配置では、基材110は、複数の入口ポート211を1列に、複数の出口ポート212_1および212_2を2列に配置して、各列のポート211、212_1、212_2がアレイ方向10に延在することも確認することができる。アクチュエータ構成要素106が完全に組み立てられる場合、複数の入口ポート211は、流体チャンバ130_1および130_2のアレイ間に位置する共通入口マニホールド201に流体接続され、流体チャンバ130_1、130_2の各アレイは、別個の出口マニホールド202_1および202_2に流体接続され、その後、それぞれの列の各出口ポート212_1、212_2に流体接続される。
ここで図9bおよび9cを参照すると、これらは図9aのアクチュエータ構成要素106の一方の端での詳細を示す。アクチュエータ構成要素106は、基材110と、前述の基材110に固定して取り付けられた二つの圧電材料のストリップ120_1、120_2とを備え、圧電材料のストリップ120_1、120_2は、一つまたは複数の圧電材料の層を含むことが確認することができる。圧電材料のストリップ120_1、120_2は、前述の一つまたは複数の圧電材料のストリップ120_1、120_2内に画定され、アレイ方向10に延在する、流体チャンバ130_1、130_2のアレイを含む。アクチュエータ構成要素106は、カバー部品140_1a、140_1b、140_2a、140_2b(図9c参照)をさらに備え、前述のカバー部品140_1a、140_1b、140_2a、140_2bの各々は、アレイ方向10に延在し、前述の圧電材料120_1、120_2のストリップのうちの一つの側面、および/または前述の基材110の少なくとも一つの部分のうちの少なくとも一つに固定して取り付けられる。さらに、カバー部品140_1a、140_1b、140_2a、140_2bは、複数の開口部141_1a、141_1b、141_2a、141_2bを含み、流体を、前述の開口部141_1a、141_1b、141_2a、141_2bを通して前述の流体チャンバ131のうち選択された流体チャンバに供給可能である。
図9bおよび図9cの配置では、複数のカバー部品140_1a、140_1b、140_2a、140_2bが取り付けられて存在し、それぞれのカバー部品140が、圧電材料のストリップ120_1および120_2のそれぞれの各側面上に固定して取り付けられ、アレイ方向10に延在する。カバー部品140は、複数の開口部141_1a、141_1b、141_2a、141_2bを備える。図9bおよび9cの詳細図から、各カバー部品140_1a、140_1b、140_2a、140_2bが、アレイの実質的な部分の上に、一つ置きの流体チャンバ131cに対して少なくとも一つの開口部141_1a、141_1b、141_2a、141_2bを備えるように、流体チャンバ131よりも少ない開口部141があることが確認することができる。すなわち、これは、図7に示すものに類似するALA設計の一例である。さらに、この実施形態では、図7のように、開口部141は、流体流れに制限をもたらさず、例えば、該開口部は、同じ断面積Ao=Acを有する流体チャンバ131の形態および形状の連続体であることを確認することができる。
当然のことながら、図9a~9cの通り、圧電材料のストリップ120_1、120_2が台形形状を有し、それゆえ、流体チャンバ131が非立方体形状を有する場合、流体チャンバ131の断面積Acは、台形端部のテーパ領域の外側のチャンバ高さ方向15におけるチャンバ延長方向5に対して垂直に計算された断面積であってもよい。同様に、開口部141の断面積Aoは、チャンバ高さ方向15でチャンバ拡張方向5に垂直に計算された投影断面積である。このような設計では、開口部141_1a、141_1b、141_2a、141_2bが、代替の流体チャンバ131_1c、131_2cを選択的に開放するように作用し、カバー部品140_1a、140_1b、140_1c、140_1cが、開口部の長さlが流体チャンバの長さLよりも小さい(l<<L)ように、圧電材料のストリップ120_1、120_2の両側のアレイ方向10に延在する狭いストリップとして形成されている。
図9aおよび9bの詳細である図9cを考慮すると、流体チャンバ130_1、130_2および開口部141_1a、141_1b、141_2a、141_2bは、主要領域160および緩衝領域150を含み、緩衝領域150は、アレイ方向10において、圧電材料のストリップ120_1、120_2の長軸方向端に隣接していることを確認することができる。主要領域160は、緩衝領域150が終了後に開始し、アレイ方向10に延在する。類似の第二の緩衝領域150は、アレイ方向10の圧電材料のストリップ120_1、120_2の反対側の端に存在してもよく、主要領域160は、第二の緩衝領域150が始まる前に終了する(例えば、図9aを参照)。図9a~9cに示す配置では、主要領域160および緩衝領域150内の流体チャンバ131は、同じ断面積を有する。この配置では、緩衝領域150内の流体チャンバ131は、ノズル(図示せず)を有しないため、インクを吐出することはできないが、使用中は、流体がそれを通って移動できる。この配置により、アレイ方向10のアクチュエータ構成要素106に沿った流れの均一性が改善され、また、アレイ方向10のアクチュエータ構成要素106に沿った応力プロファイルの改善にも役立ち、それゆえ、液滴吐出性能および印刷品質が改善する(本明細書に記載のものなどのアクチュエータ構成要素の応力により、流れに不均一性がもたらされ、それが「裏抜け印刷」して、印刷画像または製品の観察可能な欠陥に陥る可能性があるため)と考えられる。
当然のことながら、他の配置では、緩衝領域150が、主要領域160のものとは異なるように構成される流体チャンバ131および/または開口部141を備えてもよい。例えば、緩衝領域150内の流体チャンバ131(およびそれゆえ開口部141)は、異なって離間(共により近くまたはさらに離れている)していてもよい。あるいは、緩衝領域150内の流体チャンバ131は、より広く/狭く、またはより高く/より浅くてもよく、または、Ac_150≠Ac_160のように、それらの中に単一のまたは複数の金属層を有しないことがある。さらに、緩衝領域150内の流体チャンバ131は、アクチュエータ構成要素106が、液滴吐出ヘッド20内に設置される場合、任意の駆動スキームで起動されなくてもよい/異なって駆動されてもよく、その結果、流体チャンバ131は、液滴を吐出する作用はない。さらに、一部の配置では、緩衝領域150内の流体チャンバ131は、ノズル221(図9cには図示せず)を備えない場合がある。
代替的な配置では、緩衝領域150の流体チャンバ131は、Ac_150=Ac_160となるように、主要領域160内の流体チャンバと同じであってもよいが、緩衝領域150内の開口部141は、主要領域160のものと異なってもよい。例えば、主要領域がALA(開口部141は一つ置きの流体チャンバ131に対する)である設計では、緩衝領域150内の流体チャンバ131は、各流体チャンバ131に対して開口部141を有してもよく、代替的に、主要領域160がALA設計であるか否かにかかわらず、緩衝領域150内に未開(ダミー)の流体チャンバ131が存在してもよく、その結果、アクチュエータ構成要素は、圧電材料のストリップ当たりの流体チャンバ131よりも少ない数のカバー部品140当たりの開口部141を備える。
一部の配置では、緩衝領域150内の開口部141は、主要領域160よりも広く/狭く、または高く/浅くてもよく、その結果、Ao_150_Ao_160となる。あるいは、(ALAの有無に関わらず)制限器として機能する開口部141を含む設計において、主要領域160内の開口部141は、断面積Ao_160<Ac_160を有し、流体チャンバのアレイ130の一方の端または両端の緩衝領域150は、緩衝領域150内の流体チャンバ131の幅W_150(w_150=W_150)または高さH_150(h_150=H_150)または断面積Ac(Ao_150=Ac_150)と等しい開口部141を備えてもよく、流体チャンバが含んでもよい任意のコーティング層の厚さを除外する流体チャンバ131の幅または高さまたは断面積と等しくてもよい(例えば、金属層およびコーティング層が形成されない場合があり、または、緩衝領域150内の流体チャンバ131から除去されてもよい)。別の方法として、開口部141は、緩衝領域150内の流体チャンバ131に対して異なる幅および/または高さおよび/または断面積を有してもよい。さらに、開口部141は、主要領域160内の開口部141とは異なる幅および/または高さおよび/または断面積を有してもよい。当然のことながら、一部の実装では、このような緩衝領域150は、液滴吐出ヘッド20内の流体流れ性能に有益であってもよく、またはアクチュエータ構成要素内の応力プロファイルを改善するために、その両方が液滴吐出性能に影響を与え得る。
さらに、緩衝領域150は、アクチュエータ構成要素の流体性能または応力緩和などのプリントヘッドの異なる要件に対処するために、二つ以上のサブ緩衝領域内の流体チャンバ131および/または開口部141の異なる配置を有する二つ以上のサブ緩衝領域を含んでもよい。
図9aをさらに考慮すると、アクチュエータ構成要素106が液滴吐出ヘッド20内に設置される場合、配置は、単一の入口マニホールドチャネル201および二重出口マニホールドチャネル202_1および202_2が存在するようなものであってもよいが、これは必ずしも必要ではなく、他の配置では、入口および出口マニホールドチャネルの他の構成であってもよいが、前述のマニホールドチャネルのうちの少なくとも一つは、一つまたは複数の入口に流体接続されていることを確認することができる。さらに、二つ以上のマニホールドチャネルがある場合、少なくとも一つは、一つまたは複数の出口に流体接続されてもよい。
一部の配置では、アクチュエータ構成要素が、例えば、緩衝領域150が、幅w_150が主要領域160内の開口部141とは異なる開口部141を備える場合、流体チャンバのアレイ130の異なる部分で幅wが異なる開口部141を備えるように、開口部141の幅wを修正することが望ましい場合がある。別の方法として、または同様に、一つまたは複数の圧電材料のストリップ120の一つまたは両方の側面上の開口部141の幅wは、前述の一つまたは複数の入口ポート211のそれぞれおよび/または前述の一つまたは複数の出口ポート212のそれぞれからの距離の増加と共に増加し得る。例えば、再び図9aを考慮すると、基材110は、複数の入口ポート211および複数の出口ポート212_1および212_2を備えることを確認することができる。圧電材料のストリップ120の一つまたは両方の側面上の開口部141の幅wが、入口211および/または出口ポート212_1および212_2からの距離が増加するにつれて増加する配置は、流体流れ性能を改善し得る。例えば、該配置は、ポート211、212_1および212_2により近いものが流体を優先的に供給されないように、流体チャンバ131の全てへの流体供給の一貫性を改善し得る。
図9bおよび図9cは、カバー部品140_1a、140_1b、140_2a、140_2bが、前述の圧電材料のストリップ120_1、120_2の一つの一部、または基材110の少なくとも一部に固定されていない一つまたは複数の外面を含むように成形され、前述の外面のうちの少なくとも一つが形状の輪郭を含む、アクチュエータ構成要素106を示す。図9bおよび9cの配置では、カバー部品は、面取り部144を含み、面取り部144は、圧電材料120_1、120_2の基となるストリップ上の面取り部122と略平行であるが、当然のことながら、これは決して必須ではなく、他の配置では、面取り部144は、面取り部122とは異なる角度であってもよい。
図9dは、図9bおよび9cのものと類似した代替的なアクチュエータ構成要素107を示し、主な違いは、カバー部品140_1a、140_1b、140_2a、140_2bの外面が、段付き輪郭143_1a、143_1b、143_2a、143_2bを有することである。このようなステップは、圧力波を開口部141から逸らし、それによって、流体チャンバ間のクロストークを低減するように作用し得る。当然のことながら、他の配置では、カバー部品140_1a、140_1b、140_2a、140_2bは、一つまたは複数のカバー部品140_1a、140_1b、140_2a、140_2bの外面のうちの一つまたは複数に、任意の好適で達成可能な形状の輪郭143を有してもよく、その結果、前述の形状の輪郭は、面取り部144、または凹部もしくは凸形状、またはアレイ方向10のカバー部品の長さに沿って延在する段付き輪郭を含む。
図10aは、カバー部品140_1a、140_2a、140_1b、140_2bが、流動性の可撓性材料の一層または一連の層を堆積することによって構築されているアクチュエータ構成要素107を示し、例えば、樹脂(例えば、Delo OB787接着剤)は、圧電材料のストリップ120_1、120_2および基材110に塗布されてもよい。当然のことながら、UV硬化性樹脂、高分子樹脂、または他の接着剤、または任意の好適な高分子、例えば、流動性および/または好適に変形可能な任意の材料など、他の材料が使用され得る。一例として、圧電材料のストリップ120の外側に、および基材110に付着されたカバー部品140_2ai-iii、140_2bi-iiiの層を有する単一の乾燥流体チャンバ131dを概略的に示す、図10bを考慮する。このようなカバー部品材料層140_2ai-iii、140_2bi-iiiは、その後、原位置で硬化し得または硬化され得る。例えば、一部の材料は、時間と共に硬化するか、またはUV硬化性または熱硬化性であり得る。層は、変形して、全体として均質な方向に融合してもよく、または別個であるが付着した層として残存してもよい。
図10aの配置をさらに考慮すると、当然のことながら、このようなカバー部品140_1a、140_2a、140_1b、140_2bが、接着、コンプライアンス、耐薬品性などの相補的な特性を提供する異なる層を有する多層固体ブロックを形成するために、異なる特性を有する層も含み得る。また、パルス減衰、誘電体の低絶縁性、およびコンプライアンスを可能にするエアギャップを組み込む多相ブロックを含み得る。カバー部品140_1a、140_2a、140_1b、140_2bのコンプライアンスは、化学的性質の変化および/または気泡の含有によって性能を最適化するように調整されてもよい。このような可撓性材料を使用する利点は、設計を容易に変更および実装することができ、アクチュエータ構成要素107の内部形状および流体流路を容易に高分解能で変更可能なことである。
ここで図10cおよび図10dを考慮すると、一部のALA配置では、カバー部品140は、代わりに、乾燥流体チャンバ131dの一部またはすべてを充填することを含み得る。例えば、カバー部品は、流体チャンバ131dの残存部分にエアギャップ249を有する(図10cの通り)、流体チャンバ131dの端部に柱部148_a、148_bを備えてもよく、またはそれらを完全に充填部149で充填してもよい(図10dの通り)。さらに、エアギャップ249は、流体チャンバ壁が動作中に偏向した場合に容易に変形するように、電気パッシベーションまたは高レベルの圧縮性などの選択された特性を有する充填部249で置換されてもよい。さらに当然かもしれないが、一部の配置では、図10aおよび図10bの実装は、外部カバー部品140_1a、140_2a、140_1b、140_2bを備えて、両方とも外部であり、かつ圧電材料のストリップ120に取り付けられるカバー部品を備えるように、図10cまたは図10dの配置と組み合わせてよく、また、柱部148または完全充填部149または柱部148および一つまたは複数の材料の充填部249など、乾燥流体チャンバ131dを部分的または完全に充填する部品も含む。さらに、内部充填部または柱部および充填部は、本明細書に記載されるアクチュエータ構成要素のいずれかと組み合わされてもよい。
ここで図11aを参照すると、これは、本明細書に記載の液滴吐出ヘッド20用のアクチュエータ構成要素の製造方法における主要なステップを要約する。図11bは、本明細書に記載のアクチュエータ構成要素の代替的な製造方法を示し、ステップの一部が再配置されている。図12a~12gは、以下の主なステップを示す。
ステップ300:図12aおよび12b(この場合、二つのストリップ120_1および120_2)に示すように、一つまたは複数の圧電材料のストリップ120を基材110に固定して取り付ける。このステップは、より大きな圧電材料片を基材110に固定して取り付け、次いで、一つまたは複数の圧電材料のストリップ120を形成するように、該より大きな圧電材料片を切断または形成または加工することを含み得る。図12aおよび図12bの例では、1列の入口ポート211および2列の出口ポート212が、基材110内に形成されている。当然かもしれないが、該ポートは、圧電材料のストリップ120が基材110に取り付けられる前や、圧電材料のストリップ120が取り付けられた後に形成されてもよく、またはこれらが製造工程の後の段階で好適に形成されてもよい。
ステップ300a:任意選択で、台形断面を形成するために、図12bに示すように、面取り部122を、前述の一つまたは複数の圧電材料のストリップ120の上端部上に形成する。このステップは、圧電材料のストリップの必要な断面形状に応じて、任意である。
ステップ310:図12bに示すように、一つまたは複数の圧電材料のストリップ120に複数の開放チャネルまたは流体チャンバ131を生成するために、流体チャンバ130_1および130_2の一つまたは複数のアレイを、前述の一つまたは複数の圧電材料のストリップ120内に形成し、流体チャンバ131は、一つまたは複数の圧電材料のストリップ120に沿ってアレイ方向10に整列される。各流体チャンバ131は、それが、流体チャンバ伸長方向5の両端部に開口部を有する圧電材料のストリップ120内に開放チャネルを備え、流体チャンバ131も、流体チャンバ高さ方向15の基材110と反対側のその程度に沿って開放されるように形成される。
レーザー切断、ダイシングブレードもしくはソーでの切断、またはウォータージェットカッターもしくは他の任意の好適な切断ツールの使用など、任意の好適な方法を使用して、流体チャンバ131を形成してもよい。一例として、ダイシングブレードは、3マイクロメートル~160マイクロメートルの幅であってもよい。必要な設計に応じて、流体チャンバ131は、選択されたダイシングブレードに応じて、任意の好適な幅Wで形成されてもよく、例えば、それらは、50マイクロメートルから100マイクロメートルの幅であってもよい。流体チャンバ131の高さHは、例えば、流体チャンバ131を任意の好適な高さHに形成するように、ダイシングブレードの経路および位置を変更することによって制御されてもよく、好適な高さHは、25マイクロメートル~600マイクロメートル、好ましくは100マイクロメートル~500マイクロメートル、より好ましくは300マイクロメートル~450マイクロメートル、さらにより好ましくは350マイクロメートル~410マイクロメートルの間であってもよい。例えば、流体チャンバ131は、公差+/-15マイクロメートルに対して、360マイクロメートル、370マイクロメートル、または380マイクロメートルの高さHを有し得る。流体チャンバ131を形成するために、ダイシングブレードは、基材110に向けて圧電材料のストリップの一つの側面に降下されてもよく、その後、アレイ方向10の所定の位置で流体チャンバ131の全てを形成するように、流体チャンバ伸長方向5の圧電材料のストリップ120にわたって移動されてもよい。次に、ダイシングブレードを持ち上げて元の位置に戻り、アクチュエータ構成要素をアレイ方向10に漸進的に移動させて、その結果、次の列の流体チャンバ131が形成され得る。
ステップ320:電気トラックおよび接続部(図示せず)を、複数の前述の流体チャンバ131内に形成する。このステップは、任意の好適な方法を使用して行われてもよい。例えば、金属層は、基材110、圧電ストリップ120、および流体チャンバのアレイ130上に堆積されてもよく、その後、金属層の一部を除去して、金属トラックおよび電極を形成してもよい(例えば、金属層の一部をアブレーションするためにレーザーを使用する)。別の方法として、フォトレジストまたはマスキングを使用してトラックおよび電極を形成するなど、他の方法を使用してもよい。ステップ320はまた、任意選択で、前述の電気トラックおよび接続部の不動態化および/または絶縁のために、一つまたは複数のコーティング層を堆積させることも含み得る。あるいは、コーティング層は、後段、例えば、電極が形成された後の任意の時点で形成されてもよい。
ステップ330:図12cに示すように、前述の一つまたは複数の圧電材料のストリップ120の少なくとも一部および前述の基材110の少なくとも一部に適合したウエハ142を形成することであって、前述のウエハ142は一つまたは複数の部品を含む、形成すること。例えば、ウエハ142は、単層の材料を含んでもよく、または一緒に固定して取り付けられる複数の層の材料から形成されてもよい。別の方法として、ウエハ142は、複数の構成要素部品、例えば、圧電材料のストリップ120または次に一緒に固定される基材110の特定の部分に適合するように予め成形されたいくつかの部品を含んでもよい。
ウエハ142は、機械加工もしくは成形もしくは任意の好適な製造技術によって成形されてもよく、または構成要素部品が形成され、その後、組み立てられ、その後、切断もしくは研削またはレーザーアブレーションなどの任意の好適な製造技術を使用してさらに成形されてもよい。カバーウエハ142の材料は、圧電材料のストリップと同じ材料であってもよく、または異なる材料であってもよい。カバーウエハ142の材料は、圧電材料のストリップ120および/または基材110と音響的に同一または類似の材料を含み得る。
代替的な方法では、ウエハ142は、適合可能な材料を含んでもよく、製造方法は、アクチュエータ構成要素101~107上にわたって現場でまたは外部形態のいずれかで、適合可能なフィルムを必要な形状に真空形成することを伴い、それによって、フィルムは、その後硬化され、必要に応じて、さらに機械加工または切断されて形状を形成し、外部形態上に形成されれば、アクチュエータ構成要素101~107に取り付けられる。
ステップ340:図12dに示すように、前述のウエハ142の少なくとも一部を前述の基材110に、および前述のウエハ142の少なくとも一部を前述の一つまたは複数の圧電材料のストリップ120に、および図12eの断面で固定して取り付ける。取り付け方法は、任意の好適な接着剤を使用して、接着剤接合を含んでもよい。接着剤接合方法は、接着剤を好適な位置に堆積または3D印刷することを含み得る。接着剤は、硬化性であってもよく、例えば、熱硬化性接着剤であってもよく、またはカバーウエハがUV透明材料から形成されれば、UV硬化性接着剤を使用してもよい。エポキシ接着剤は、PZT性能を損傷しないまたはそれ以外の方法で損なわない温度範囲で硬化可能な接着剤として使用されてよく、例えば、140℃未満、より好ましくは120℃未満で硬化可能である。
流動性の接着剤の代替物として、接着材料のフィルムは、ウエハ142と圧電材料のストリップ120と基材110との間の層として塗布されてもよく、次いで、フィルムは、接着を確保するために硬化されるか、または別の方法で処理されてもよい。
ステップ350:図12fに示すように、材料を前述のウエハ142から除去し、それによって、前述の圧電材料のストリップ120のうちの一つの面および前述の基材110の少なくとも一部分に固定して取り付けられる、一つまたは複数のカバー部品140を形成する。材料は、例えば、ウエハ142の切断および/または研削などの任意の好適な方法または方法の組み合わせによって除去されてもよく、例えば、それによって、材料をウエハ142から除去することは、一つまたは複数のカバー部品140を形成するために、前述のウエハを、基材110に固定して取り付けられた側面と反対の側面から研削または切断することを含む。図9aに示すような実施形態では、アクチュエータ構成要素の製造方法は、それぞれのカバー部品140を、前述の一つまたは複数の圧電材料120のストリップのそれぞれの側面上に形成することを含み得る。
ステップ350a:任意選択で、例えば、図12g(または図9dを参照して説明したように、例えば、前述の形状の輪郭が、面取り部144、またはアレイ方向10のカバー部品の長さに沿って延在する凹面もしくは凸面または段付き輪郭を含む、その他の形状)に示すように、面取り部122を、前述の一つまたは複数のカバー部品140の一部の上縁上に形成する、カバー部品を形成する。面取り部122は、圧電材料のストリップ120上の面取り部に対して平行に形成されてもよく、または異なる角度で傾斜してもよい。これらはまた、圧電材料のストリップ120が面取りされていない部位で形成されてもよい。面取りは、一部の実施では、プロセス中の後の段階でレーザートラック切断を行うことを容易にし得るため、望ましい場合がある。他の実装では、カバー部品140に対する面取り形成またはトリミングツールの位置を変更することによって、異なる長さの開口部141を形成するように、カバー部品140をトリミングおよび/または面取りしてもよい。例えば、流体チャンバ131が、アレイ方向10に対して角度をなす流体チャンバ伸長方向5に細長である場合、流体チャンバ伸長方向5の開口部141の長さlは、材料をある程度、カバー部品141から除去することによって(または別の方法として、そこからカバー部品141を形成するための異なる設計のウエハ142を使用することによって)制御することができる。
図12gをさらに考慮すると、チャネル143がウエハ142内に形成されたため(図12cを参照)、カバー部品140が基材にわたって一通り延在しないことを確認することができ、これは、ポート211がカバー部品140によって覆われていないことを意味する。これは、決して必須ではなく、他の配置では、カバー部品140は、圧電材料のストリップ120間の基材110の領域を追加的にカバーする部品を含むように、異なる形状であってもよい。この場合、ポート211/212は、基材110を作製する際にポート211/212を形成するのではなく、基材110およびカバー部品140の両方を通過するように、カバー部品140が形成された後に形成され得る。別の方法として、ポート211/212は、従前同様に基材110内に形成されてもよく、その後、ポート211/212を開くために、さらなる穴が、カバー部品140の関連する部分を通して形成されてもよい。
ステップ360:図9b~9dに示すように、アクチュエータ構成要素を形成するために、複数の開口部141を前述のカバー部品140内に形成する。開口部141_1a、141_1b、141_2a、141_2bは、レーザー切断、またはダイシングブレードもしくはカッターによる切断などの任意の好適な方法によって形成され得る。使用される方法に応じて、開口部141_1a、141_1b、141_2a~141_2bの幅および/または高さを制御してもよい。例えば、異なる幅のダイシングブレードを使用することにより、開口部141_1a、141_1b、141_2a~141_2bの異なる幅wを切断することができ、例えば、そのアレイ方向10の幅wが流体チャンバ131の幅W以下である、開口部141_1a、141_1b、141_2aから141_2bを形成することができる。
さらに、切込み深さは、開口部141_1a、141_1b、141_2a~141_2bの高さhを制御するように制御されてもよく、開口部141_1a、141_1b、141_2a、141_2bの高さは、流体チャンバ131の高さH以下となるように制御されてもよい。
さらに、開口部141_1a、141_1b、141_2a、141_2bの断面積Aoは、流体チャンバAcの断面積以下となるように制御されてもよい。さらに、流体チャンバ伸長方向5における開口部141_1a、141_1b、141_2a、141_2bの長さlは、流体チャンバ131の長さL以下となるように制御されてもよい。前述のコーティングを損傷しないように、流体チャンバ131の表面上の任意のコーティングc1~cnの位置および厚さを考慮に入れてもよい。したがって、一部の配置では、開口部141_1a、141_1b、141_2a~141_2bが流体チャンバ131よりもわずかに浅く、および/または、流体チャンバ131を形成するために使用されるものよりも狭い切断ツール(例えば、切断ブレード)を使用して、開口部を形成し得るように、開口部の切込み深さを制御してもよい。開口部141_1a、141_1b、141_2a~141_2bをこのような方法で形成することは、流体チャンバ131の内部表面に既に提供されている任意のコーティングまたは層c1...cnへの損傷を防止するために使用され得る。
製造パラメータの制御は、アクチュエータ構成要素101~107の所与の設計に対して、アレイ方向10の異なる位置で開口部141_1a、141_1b、141_2a~141_2bのサイズを変更するように行うことができる。別の方法として、製造パラメータの制御は、例えば、一つの製造ラインから異なるアクチュエータ構成要素を製造するためのものであってもよい。例として、切断ブレードは、30~400マイクロメートル幅であってもよく、例えば、この範囲内の任意の所望の幅で利用可能であってもよい。より厚いブレードは、任意の所望の幅で、例えば、最大2.2mmの幅で利用可能であってもよい。
非限定的な例として、流体チャンバ131は、例えば、75マイクロメートル幅、金属メッキ層c1の堆積後の65マイクロメートル幅、および保護コーティングまたはパッシベーション層c2の堆積後の55マイクロメートル幅であり得る。好適な単一又は複数のダイシングブレードは、開口部141_1a~141_2bを所望の幅w(w<55マイクロメートル)に切断するように選択されてもよい。別の非限定的な例では、65マイクロメートル幅のダイシングブレードは、流体チャンバ131の断面積Acが、金属メッキ層c1の堆積後、65マイクロメートルである場合、開口部を形成するように選択され得る。開口部141_1a~141_2bは切断されてもよく、その後、コーティング層c2..cn(例えば)は、開口部141_1a~141_2bが形成された後に、流体チャンバ131および開口部141_1a~141_2bの両方が、塗布される任意の保護コーティング層c2...cnの厚さにより狭くなるように、後の段階で堆積されてもよい。
別の方法として、その他のブレードの厚さは、開口部の幅wが流体チャンバ131の幅Wよりも小さい(w<W)、アクチュエータ構成要素101を形成するように、Ao<Acとなる制限器設計を形成するような設計に好適なものとして選択され得る。複数の開口部141_1a~141_2bは、複数の開放チャネル、開口部141_1a~141_2bを形成するために、例えば、ダイシングブレードをカバー部品140_1a~140_2に向かって降下させ、カバー部品140_1a~140_2bを通る経路を切断することによって形成されてもよい。切断プロセスの一部として、ダイシングブレードはまた、流体チャンバ131を通過してもよいが、それらに影響を与えない。
当然のことながら、開口部141_1a~141_2bがまた、例えば、より狭い開口部を形成するために使用され得る、レーザーアブレーションなどの技術を使用して形成されてもよい。また当然かもしれないが、開口部141の幅wは、流体チャンバ131の幅Wに比例し得るため、流体チャンバが75マイクロメートルよりも幅が広い場合、開口部141はそれに応じて幅が広くなる。流体チャンバ131の形成に関しては、開口部141_1a~141_2bの高さhは、例えば、基材110に対するダイシングブレードの垂直位置を変更することによって選択的に変更させられてもよい。
当然のことながら、製造されるアクチュエータ構成要素101、102、103、104、105、106(またはその変形例)の設計に応じて、開口部の数および位置を制御できる。例えば、緩衝領域150がある場合、および/またはALA設計を形成するために、一つ置きで流体チャンバ131が少なくとも主要領域で開いている場合、複数の開口部を形成する方法は、流体チャンバ131がある数よりも少ない開口部141を形成することを含み得る。さらに、アクチュエータ構成要素がALAを可能にする場合、アクチュエータ構成要素の製造方法は、流体チャンバのアレイ130の実質的な部分の上に、一つ置きの流体チャンバ131に対し少なくとも一つの開口部を形成することを含み得る。あるいは、アクチュエータ構成要素がALAを可能にしない場合、アクチュエータ構成要素の製造方法は、例えば、実質的な部分が少なくとも主要領域160を含んでもよい場合で、流体チャンバ当たり少なくとも一つの開口部141を、流体チャンバのアレイ130の実質的な部分の上に形成することを含み得る。
さらに、アクチュエータ構成要素を製造する場合、必要とされるアクチュエータ構成要素の種類に応じて、複数の開口部141は、開口部141の数、および開口部141の幅w、および/または長さl、および/または高さhを選択すること、および選択された要件を満たすために、カバー部品140をウエハ142から形成することを含む方法によって、カバー部品140内に形成され得る。例えば、アクチュエータ構成要素の製造方法は、
一つ置きの流体チャンバ131に対して少なくとも一つの開口部141を、流体チャンバの実質的にすべてのアレイ130の上に形成することによるALA設計と、および/または
流体チャンバのアレイ130の実質的にすべてにわたって、開口部141の幅wは、流体チャンバ131の幅Wよりも小さく、および/または開口部141の高さhは、流体チャンバ131の高さHよりも小さく、および/または開口部の断面積は、流体チャンバの断面積よりも小さい、開口部141を形成することによる制限器設計と、を選択することを伴い得る。
さらに、アクチュエータ構成要素が、圧電材料のストリップの両側にカバー部品141a、141bを含む場合、アクチュエータ構成要素の製造方法は、流体チャンバのアレイの実質的な部分の上に、各流体チャンバ131の各側面上の異なる幅wa、wb、および/または異なる高さha、hb、および/または異なる断面積の開口部141を形成することを含み得る。例えば、流体チャンバのアレイ130の一つの側面にある入口マニホールドチャネル201に隣接する開口部141は、流体チャンバ伸長方向5における流体チャンバのアレイ130の他方の側面にある出口マニホールドチャネル202に隣接する開口部とは異なってもよい。
さらに、開口部が副開口部を含む場合、該方法は、各開口部に対して複数の副開口部を形成することを含み得る。さらに、設計がALA設計である場合、および/または一つまたは複数の緩衝領域150を含む場合、該方法は、柱部および/または充填部を、特定の流体チャンバ131内に形成することを含み得る。
当然かもしれないが、上述の製造工程が実施されると、さらなる製造工程も実施されてもよく、その結果、該方法は、前述のマニホールドチャネル201、202および前述の開口部141および前述の流体チャンバ131のアレイを流体的に封止するために、ノズルウエハ220をアクチュエータ構成要素101、102、103、104、105、106、107に固定して取り付けることをさらに含んでもよい。次に、ノズルウエハ220は、例えば、流体チャンバ131に接続するノズル221を開くためにレーザーアブレーションを使用することによって、その中に形成されるノズル221を有してもよいが、当然のことながら、ノズル221を形成する任意の好適な方法を利用してもよく、ノズルウエハ220をアクチュエータ構成要素101、102、103、104、105、106、107、108に取り付ける前または後に形成されてもよい。さらなる製造工程は、アクチュエータ構成要素101、102、103、104、105、106、107、108の内部表面を、保護コーティング層cまたは層ci~nでコーティングするために、例えば、化学蒸着(CVD)または物理蒸着(PVD)などの蒸着方法、または電気泳動コーティングなどの液体コーティングを使用して、保護コーティング層の蒸着を含み得る。
さらなる工程は、本明細書に記載の一つまたは複数のアクチュエータ構成要素101、102、103、104、105、106、107、108を含む液滴吐出ヘッド20を製造および/または構築することを含み、アクチュエータ構成要素101、102、103、104、105、106、107、108は、本明細書に記載の好適な製造工程のいずれかに従って製造され得る。当然のことながら、液滴吐出ヘッド20の製造は、単一のまたは複数のアクチュエータ構成要素101、102、103、104、105、106、107、108を、入口ポート211および(存在する場合)出口ポート212が、液滴吐出ヘッド20の外面上にそれぞれ入口および出口に流体接続されるように、流体供給システムなどのさらなる部品へ流体接続することを含み得、また、液滴吐出ヘッド20を形成するために、電子機器の部品、カバー部品などのさらなる部品を組み立てることも含み得る。
代替的な配置では、流体チャンバ131は、空間の使用を最適化するように、異なる幅で形成されてもよい。例えば、本明細書に記載のALA設計は、流体チャンバの二つの幅W1およびW2を、主要領域160内に含んでもよい。このような配置では、例えば、開放流体チャンバ131cは、幅W1を有してもよく、ダミー(乾燥)流体チャンバ131dは、幅W2を有してもよく、W2<W1であって、例えば、W2は、W1の半分(W2=W1/2)であってもよい。より狭いダミー流体チャンバ131dを切断することは、射出流体チャンバと非射出流体チャンバとの間のピッチを変化させ得、所与のサイズの液滴吐出ヘッドに対するより大きな印刷解像度を可能にするであろう。
当然のことながら、流体チャンバを製造するためのプロセスステップは、流体チャンバ131c、131dの異なる幅があり、例えば、ステップ310を2ステッププロセスに変更し、前述の一つまたは複数の圧電材料のストリップ120で、幅W1の複数の開放チャネルまたは流体チャンバ131cおよび幅W2の複数の開放流体チャンバ131dを生成するために、流体チャンバの一つまたは複数のアレイ130を形成することによって、好適に調整され、流体チャンバ131c、131dは、一つまたは複数の圧電材料のストリップ120に沿ってアレイ方向10に整列される。このようなステップは、例えば、圧電材料のストリップに沿って、それぞれ、幅W1およびW2の代替的な流体チャンバ131c、131dを形成するために、異なる幅のダイシングブレードを使用することを伴い得る。例えば、幅W1の第一のブレードを使用して、幅W1の全ての流体チャンバ131cを切断してもよく、次に、幅W2の第二のブレードを使用して、幅W2の全ての流体チャンバ131dを切断してもよい。
別の方法として、このような流体チャンバ形成ステップは、異なる幅のW1およびW2の二つのダイシングブレードを整列させ、二つの流体チャンバ131c、131dを単一の切断パスで切断し、その後、アレイ方向10におけるブレードの位置を調整し、次の対の流体チャンバ131c、131dを切断することを伴い得る。いずれの方法も最終結果として、流体チャンバのアレイが、代替幅W1,W2の流体チャンバ131c、131dを、アレイ方向10に有することになる。次に、開口部141は、流体チャンバ131cと整列するように、w<W1の好適な幅wのダイシングブレードを使用して、それらの所望の位置に形成される。
ここで図11bを参照すると、これは、ステップ320がステップ360の後に移動したことを除いて、図11aのものと非常に類似した一連のプロセスステップを示し、金属層の堆積およびトラックおよび接続部の形成が、カバー部品140を取り付け、開口部141を形成した後、プロセスの後のステップで行われていることを示す。
図13aおよび13bは、図10aから10dを参照して示されるように、カバー部品がエポキシフィルムもしくは接着剤などの流動性材料、または他の任意の好適な材料から形成される、アクチュエータ構成要素の製造プロセスを記載する。図13aに記載されるステップは、ステップ330、340、および350がステップ330a、340a、および350aで置き換えられていることを除いて、図11aを参照して上述したものと類似しており、その結果、ステップ320(電気トラックおよび接続部を形成する)が完了すると、プロセスは、以下のステップに移動する。
ステップ330a:このステップは、形状を、基材および壁の端部上に形成する。これは、例えば、図10bに示すように、三つの層i~iiiがあるカバー部品140を形成するために、圧電材料のストリップの側面上に、接着剤などの流動性材料の層を堆積させることを伴い得る。好適な方法は、液滴吐出ヘッドまたは3Dプリンタを使用して、接着剤などの流動性材料を分注(例えば、ジェット)し、次いで、例えば、UV硬化、または時間を伴う硬化、または熱エネルギーで硬化することによって、または硬化するために一緒に反応する二つの材料を混合することによって、前述の材料を現場で硬化することを伴い得る。一部の配置では、接着剤は、滑らかな表面を提供するように、硬化後に平面化されてもよく、または別の方法で研磨、または処理されてもよい。
非限定的な例として、好適な方法は、30℃で、Delo OB787接着剤などの接着剤を分注し、次いで50℃に加熱して、層が均等に流れ、広がり、電気トラックおよび接続部のより大きな領域上に保護層を提供するために、Nordson Asymtekなどのデバイスを使用することを伴い得る。このステップの後は、任意選択で、例えば、接着剤を固定するためのUV硬化を行ってもよい。一部の配置では、接着剤は、電極の全てを不動態化(例えば、電気的腐食から保護する)するために使用されてもよく、そのため、濡れた表面全体(例えば、装置が動作している場合にインクなどの流体に曝露される表面)の上に延在してもよい。
任意選択で、ステップ340aを実施することができ、充填部は、ダミーまたは乾燥流体チャンバ131dである任意の流体チャンバ131の一部またはすべてで形成される。このような充填部は、流体チャンバ131dの残りの部分に空気ギャップ249を有する(図10cの通り)、流体チャンバ131dの端部に柱部148_a、148_bを備えてもよく、またはそれらを完全に充填部149で充填してもよい(図10dの通り)。さらに、エアギャップ249は、選択された特性を有する充填部249と置き換えられてもよく、ここで、前述の充填部249は、柱部148_a、148_bに対して異なる電気的特性または機械的特性を有してもよい。当然のことながら、柱部および/または充填部は、単一層として堆積されてもよく、または一連の層として構築されてもよい。さらに、複数の層が使用される場合、層は、例えば、UVまたは熱硬化方法を使用して、次の層が堆積する前に硬化されてもよい。追加的に、または代替的に、層は、それらのすべてが配置された後に硬化されてもよい。複数の種類の硬化の組み合わせが、一部の例では使用され得る。
カバー部品を形成するために、材料を形状から除去するステップ350は、上述のステップ350のものと類似している。例えば、ステップ350は、圧電材料のストリップ120の上部と水平なカバー部品140を形成するために、形状を再度粉砕または切断することを伴い得る。任意選択で、カバー部品を形成するステップ350aは、図9dを参照して前述したように、段、または凹面または凸面などの形状表面を提供するように、カバー部品の外面のうちの一つまたは複数を切断することを伴い得る。
ステップ360:本明細書に記載されるアクチュエータ構成要素を形成するために、複数の開口部141を前述のカバー部品140内に形成する。このプロセスは、例えば、開口部を形成するために、のこぎり切断または切断を含み得る。レーザーアブレーションなどの別の技術を使用してもよい。
まとめると、該ステップは、以下のステップを含む、液滴吐出ヘッド用のアクチュエータ構成要素の製造方法として要約することができ、
ステップ300:一つまたは複数の圧電材料のストリップを、基材に固定して取り付けるステップと、
ステップ300a:任意選択で、例えば、台形断面を形成するために、前述の一つまたは複数の圧電材料のストリップの上端を面取りするステップと、
ステップ310:流体チャンバの一つまたは複数のアレイを、前述の一つまたは複数の圧電材料のストリップ内に形成するステップと、
ステップ320:任意選択で、電気トラックおよび接続部を形成するステップと、
ステップ330a:形状を、前述の基材および前述の一つまたは複数の圧電材料のストリップの少なくとも一部の上に形成するステップと、
ステップ340a:任意選択で、充填部を、前述の流体チャンバのうち選択された流体チャンバの部分/すべてに形成するステップと、
ステップ350:材料を前述の形状から除去し、それによって、前述の圧電材料のストリップのうちの一つの表面および/または前述の基材の少なくとも一部分に固定して取り付けられる、一つまたは複数のカバー部品を形成するステップと、
ステップ350a:任意選択で、カバー部品の外面または表面を成形するステップと
ステップ360:複数の開口部を前述のカバー部品内に選択的に形成することであって、流体を、前述の開口部を通して前述の流体チャンバのうち選択された流体チャンバに供給可能である、形成するステップと、を含む、方法である。
ここで図13bを参照すると、これは、ステップ320がステップ360の後に移動したことを除いて、図13aのものと非常に類似した一連のプロセスステップを示し、金属層の堆積およびトラックおよび接続部の形成が、カバー部品140を取り付け、開口部141を形成した後、プロセスの後のステップで行われていることを示す。
当然かもしれないが、本明細書に記載される実装のいずれかは、必要に応じて、他の実装のいずれかと組み合わされてもよい。例えば、図1~6および図8を参照して記載されるように、制限器を有するがALAを有しないアクチュエータ構成要素は、アレイ方向10の一つまたは複数の圧電ストリップ120の両端部に、単一のまたは複数の緩衝領域150を備えてもよく、その結果、アクチュエータ構成要素は、流体チャンバのアレイ130の実質的な部分(例えば、主要領域160)の上に、流体チャンバ131当たり少なくとも一つの開口部141を備える。他の組み合わせも実施され得る。
さらに当然かもしれないが、カバー部品は、固体材料から作製される必要はないが、代わりに、それに応じて成形され得るバリアまたはゴムなどの粘弾性材料および等価物を形成する、可撓性または高粘性材料から作製され得る。
当然かもしれないが、本明細書に記載される実施形態は、アクチュエータ構成要素のモノリシック設計およびシェブロン設計の両方と共に使用され得る。さらに当然かもしれないが、図2a~図2dを参照して説明した電気トラックおよびコーティング層を形成する層が、本明細書に記載される実施形態のいずれかで実施され得る。別の方法として、電気トラックは、選択された流体チャンバが電気信号を受信し、所望に応じて流体の液滴を吐出するために駆動できるように、他の任意の好適な位置に位置付けられてもよい。電気パッシベーションおよび/または化学的防護のためのコーティング層およびそれに類するものも、製造工程中の任意の好適な段階で、およびそれらの所望の機能を実施するために任意の好適な場所で適用され得る。

Claims (14)

  1. 一つまたは複数の液滴吐出ヘッド用のアクチュエータ構成要素(101~105)を備える液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
    前記一つまたは複数の液滴吐出ヘッド用のアクチュエータ構成要素(101~105)のそれぞれは、
    一つまたは複数の圧電材料のストリップ(120)を、基材(110)に固定して取り付けるステップ(300)と、
    流体チャンバ(131)の一つまたは複数のアレイ(130)を、前記一つまたは複数の圧電材料のストリップ(120)内に形成するステップ(310)と、
    前記一つまたは複数の圧電材料のストリップ(120)および前記基材(110)に適合するウエハ(142)を形成するステップであって、前記ウエハ(142)は、一つまたは複数の部品を含む、形成するステップ(330)と、
    前記ウエハ(142)の少なくとも一部を前記基材(110)に、および前記ウエハ(142)の少なくとも一部を前記一つまたは複数の圧電材料のストリップ(120)に固定して取り付けるステップ(340)と、
    材料を前記ウエハ(142)から除去し(350)、それによって、前記圧電材料のストリップ(120)のうちの一つの面および前記基材(110)の少なくとも一部分に固定して取り付けられるそれぞれのカバー部品(140)を前記一つまたは複数の圧電材料のストリップ(120)のそれぞれの側面上に形成するステップと、
    複数の開口部(141)をそれぞれの前記カバー部品(140)内に選択的に形成し(360)、流体を、前記開口部(141)を通して前記流体チャンバ(131)のうち選択された流体チャンバに供給可能にするステップと、を含み、
    前記複数の開口部(141)を前記カバー部品(140)内に選択的に形成すること(360)は、必要とされる前記アクチュエータ構成要素(101~105)の種類に応じて、前記開口部(141)の数、前記開口部(141)の幅(w)、長さ(l)、高さ(h)、および断面積(Ao)のいずれかひとつ以上を選択することを含む方法により製造され、
    前記液滴吐出ヘッドは、流体チャンバの二つの幅W1およびW2を、主要領域(160)内に含む代替ラインアクティブ設計を備え、
    開放流体チャンバ(131c)は幅W1を有し、ダミー流体チャンバ(131d)は幅W2を有し、W2<W1である、
    方法。
  2. 一つまたは複数の液滴吐出ヘッド用のアクチュエータ構成要素(101~105)を備える液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
    前記一つまたは複数の液滴吐出ヘッド用のアクチュエータ構成要素(101~105)のそれぞれは、
    一つまたは複数の圧電材料のストリップ(120)を、基材(110)に固定して取り付けるステップ(300)と、
    流体チャンバ(131)の一つまたは複数のアレイ(130)を、前記一つまたは複数の圧電材料のストリップ(120)内に形成するステップ(310)と、
    流動性材料の層の形状を、前記基材(110)および前記一つまたは複数の圧電材料のストリップ(120)の少なくとも一部の上に形成するステップ(330a)と、
    材料を前記流動性材料の層の形状から除去し(350)、それによって、前記圧電材料のストリップ(120)のうちの一つの面および/または前記基材(110)の少なくとも一部分に固定して取り付けられるそれぞれのカバー部品(140)を前記一つまたは複数の圧電材料のストリップ(120)のそれぞれの側面上に形成するステップと、
    複数の開口部(141)をそれぞれの前記カバー部品(140)内に選択的に形成し(360)、流体を、前記開口部(141)を通して前記流体チャンバ(131)のうち選択された流体チャンバに供給可能にするステップと、を含み、
    前記複数の開口部(141)を前記カバー部品内(140)に選択的に形成すること(360)は、必要とされる前記アクチュエータ構成要素(101~105)の種類に応じて、前記開口部(141)の数、前記開口部(141)の幅(w)、長さ(l)、高さ(h)、および断面積(Ao)のいずれかひとつ以上を選択することを含む方法により製造され、
    前記液滴吐出ヘッドは、流体チャンバの二つの幅W1およびW2を、主要領域(160)内に含む代替ラインアクティブ設計を備え、
    開放流体チャンバ(131c)は幅W1を有し、ダミー流体チャンバ(131d)は幅W2を有し、W2<W1である、方法。
  3. 充填部(149)を、前記流体チャンバ(131)のうち選択された流体チャンバ(131)の部分/すべてに形成すること(340a)をさらに含む、請求項1または請求項2に記載の方法。
  4. 前記複数の開口部(141)を形成することは、その前記アレイ方向における前記幅(w)が前記流体チャンバ(131)の幅(W)以下である開口部を選択的に形成することを含み、
    および/または前記流体チャンバ(131)は、前記アレイ方向(10)に対して角度をなす流体チャンバ伸長方向(5)に細長であり、前記流体チャンバ伸長方向(5)の前記開口部(141)の前記長さ(l)は、前記流体チャンバ(131)の長さ(L)以下になるように制御され、
    および/または前記開口部(141)の前記高さ(h)は、前記流体チャンバ(131)の高さ(H)以下になるように制御され、
    および/または前記開口部(141)の前記断面積(Ao)は、前記流体チャンバ(131)の断面積(Ac)以下になるように制御される、請求項1~3のいずれかに記載の方法。
  5. 前記複数の開口部(141)を選択的に形成すること(360)は、カバー部品(140)当たり、流体チャンバ(131)があるよりも少ない数の開口部(141)を形成することを含む、請求項1~4のいずれかに記載の方法。
  6. 前記複数の開口部(141)を選択的に形成すること(360)は、前記流体チャンバ(131)のアレイ(130)の実質的な部分にわたって、カバー部品(140)当たり一つ置きの流体チャンバ(131)に対して少なくとも一つの開口部(141)を形成することを含む、請求項1~5のいずれかに記載の方法。
  7. 前記複数の開口部(141)を選択的に形成すること(360)は、前記流体チャンバ(131)のアレイ(130)の実質的な部分の上に、流体チャンバ(131)当たりのカバー部品(140)当たり少なくとも一つの開口部(141)を形成することを含む、請求項1~6のいずれかに記載の方法。
  8. 形成される前記アクチュエータ構成要素(101~105)は、
    前記流体チャンバ(131)のアレイ(130)の実質的にすべてにわたって、一つ置きの流体チャンバ(131)に対して少なくとも一つの開口部(141)を選択的に形成することによる、代替ラインアクティブ設計、および/または
    開口部(141)を選択的に形成することによる、制限器設計であって、前記流体チャンバ(131)のアレイ(130)の実質的にすべてにわたって、前記開口部(141)の前記幅(w)が、前記流体チャンバ(131)の前記幅(W)よりも小さい、および/または前記開口部(141)の前記高さ(h)が、前記流体チャンバ(131)の前記高さ(H)よりも小さい、および/または前記開口部(141)の前記断面積(Ao)が、前記流体チャンバ(131)の前記断面積(Ac)よりも小さい、制限器設計を有する、請求項1~7のいずれかに記載の方法。
  9. 前記方法は、各開口部(141)用の複数の副開口部(147)を形成することを含む、請求項1~8のいずれかに記載の方法。
  10. 前記カバー部品(140)の単一のまたは複数の外面を成形すること(350a)をさらに含む、請求項1~9のいずれかに記載の方法。
  11. 電気トラックおよび接続部を形成すること(320)をさらに含む、請求項1~10のいずれかに記載の方法。
  12. 一つまたは複数の液滴吐出ヘッド用のアクチュエータ構成要素(101~105)を備える液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
    前記一つまたは複数の液滴吐出ヘッド用のアクチュエータ構成要素(101~105)のそれぞれは、
    一つまたは複数の圧電材料のストリップ(120)を、基材(110)に固定して取り付けるステップ(300)と、
    流体チャンバ(131)の一つまたは複数のアレイ(130)を、前記一つまたは複数の圧電材料のストリップ(120)内に形成するステップ(310)と、
    前記一つまたは複数の圧電材料のストリップ(120)および前記基材(110)に適合するウエハ(142)を形成するステップであって、前記ウエハ(142)は、一つまたは複数の部品を含む、形成するステップ(330)と、
    前記ウエハ(142)の少なくとも一部を前記基材(110)に、および前記ウエハ(142)の少なくとも一部を前記一つまたは複数の圧電材料のストリップ(120)に固定して取り付けるステップ(340)と、
    材料を前記ウエハ(142)から除去し(350)、それによって、前記圧電材料のストリップ(120)のうちの一つの面および前記基材(110)の少なくとも一部分に固定して取り付けられるそれぞれのカバー部品(140)を前記一つまたは複数の圧電材料のストリップ(120)のそれぞれの側面上に形成するステップと、
    複数の開口部(141)をそれぞれの前記カバー部品(140)内に選択的に形成し(360)、流体を、前記開口部(141)を通して前記流体チャンバ(131)のうち選択された流体チャンバに供給可能にするステップと、を含み、
    前記複数の開口部(141)を前記カバー部品(140)内に選択的に形成すること(360)は、必要とされる前記アクチュエータ構成要素(101~105)の種類に応じて、前記開口部(141)の数、前記開口部(141)の幅(w)、長さ(l)、高さ(h)、および断面積(Ao)のいずれかひとつ以上を選択することを含む方法により製造され、
    前記液滴吐出ヘッドは、流体チャンバの二つの幅W1およびW2を、主要領域(160)内に含む代替ラインアクティブ設計を備え、
    開放流体チャンバ(131c)は幅W1を有し、ダミー流体チャンバ(131d)は幅W2を有し、W2<W1である、
    方法に従って製造される、一つまたは複数のアクチュエータ構成要素(101~105)を備える液滴吐出ヘッド。
  13. 流体チャンバ(131)の前記アレイ(130)内に主要領域(160)と、流体チャンバ(131)の前記アレイ(130)の一方の端または両端に緩衝領域(150)とがあり、前記緩衝領域(150)内の前記開口部(141)および/または前記流体チャンバ(131)は、前記主要領域(160)内のものと異なる、請求項12に記載の液滴吐出ヘッド。
  14. 一つまたは複数のポート(211、212)をさらに備え、前記開口部(141)の幅(w)は、前記一つまたは複数のポート(211、212)からの距離の増加と共に増加する、請求項12に記載の液滴吐出ヘッド。
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