(57)【要約】カンチレバ・メンブレンを圧電アクチュエータが備える。薄膜シート内において誘発される電界に応答して複数の方向に該メンブレンを曲げるために該カンチレバ・メンブレンの一方側に対して該薄膜シートが添付される。前記薄膜シート上に配置された、同一平面上の複数の電極が、互いに関して相互に噛み合わされており、相互に噛み合わされた電極間に電圧を印加中に前記電界を生成する。
2013533817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カンチレバ・メンブレンと、
前記メンブレンの一方の側に添付された薄膜シートであって、該薄膜シート内において誘発された電界に応答して、該メンブレンを複数の方向に曲げるための、薄膜シートと、
前記薄膜シート上に配置された、同一平面上の複数の電極であって、交互に配置された相互に噛み合わされた電極間に電圧を印加することによって前記電界を生成するために互いに関連して相互に噛み合わされた、同一平面上の複数の電極
とを備える、圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記同一平面上の複数の電極が、第３のコモン電極に関連して相互に噛み合わされた第１及び第２の電極を含むことからなる、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記同一平面上の複数の電極が、電極の複数対を含み、該対の各々は、互いに対向する第１及び第２の電極を有しており、及び互いに関連して相互に噛み合わされていることからなる、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
同一平面上の前記電極の各々が、前記薄膜シートの側部に平行に配置されており、及び
該側部から離れるように反対側の側部に向かって垂直に突き出ているフィンガーを含み、該フィンガーは、該反対側の側部に平行に配置される対向する同一平面上の電極のフィンガーと交互に配置されていることからなる、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記薄膜シートが圧電セラミック薄膜シートである、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記圧電セラミック薄膜シートが、互いに関して逆の極性に分極された第１及び第２のゾーンを有することからなる、請求項５に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
底部と上部と側壁とを有した液体チャンバと、
前記液体チャンバの前記上部を画定するノズルプレートであって、ノズル出口を有したノズルプレートと、
前記液体チャンバの側壁によって支持されたカンチレバ・メンブレンであって、付着された圧電セラミック薄膜シート上に配置された同一平面上の電極における相互に噛み合わされたフィンガー間に電圧を印加することによって該圧電セラミック薄膜シート内において誘発された電界に応答して複数の方向に該メンブレンを曲げるための該圧電セラミック薄膜シートを該カンチレバ・メンブレンが有しており、該メンブレンの曲げによって、前記ノズル出口を通じて液滴が吐出させられることからなる、カンチレバ・メンブレン
とを備える、圧電液体吐出アセンブリ。
【請求項８】
複数の並行なカンチレバ・メンブレンを前記圧電液体吐出アセンブリが含み、該メンブレンの各々は、前記液体チャンバ内における液体圧力を操作するための独立した動作が可能であることからなる、請求項７に記載の圧電液体吐出アセンブリ。
【請求項９】
複数のカンチレバ・メンブレンを前記圧電液体吐出アセンブリが含み、該メンブレンの各々は、前記液体チャンバにおける２つの対向する側壁のうちのいずれか一方によって支持されており、及び、該メンブレンの各々は、前記液体チャンバ内における液体圧力を操作するための独立した動作が可能であることからなる、請求項７に記載の圧電液体吐出アセンブリ。
【請求項１０】
前記メンブレンは、複数の曲げを含んだ元の事前吐出位置を有することからなる、請求項７に記載の圧電液体吐出アセンブリ。
【請求項１１】
前記メンブレンは、前記液体チャンバにおける対向する側壁によって２つの端部において支持されたビーム・メンブレンを含むことからなる、請求項７に記載の圧電液体吐出アセンブリ。
【請求項１２】
前記メンブレンは、互いに並行な複数のビーム・メンブレンを含み、該メンブレンの各々は、前記液体チャンバ内における液体圧力を操作するための独立した動作が可能であることからなる、請求項７に記載の圧電液体吐出アセンブリ。
【請求項１３】
前記底部における入口から前記上部における前記ノズル出口に向かって前記メンブレンの周囲を液体が流れることを可能にするために、前記メンブレンにおけるいずれかの側部にギャップを含む、請求項７に記載の圧電液体吐出アセンブリ。
【請求項１４】
複数のカンチレバ・メンブレンを前記圧電液体吐出アセンブリが含み、該メンブレンのうちの１つが、センサ・メンブレンであり、前記液体チャンバ内における液体コンディションを変更することによって引き起こされた前記センサ・メンブレンの曲げに応答して、該センサ・メンブレンの前記圧電セラミック薄膜シートは電界を生成する、請求項７に記載の圧電液体吐出アセンブリ。
【請求項１５】
液体吐出装置であって、
液体吐出アセンブリからの液体吐出を制御する電子コントローラと、
前記液体吐出アセンブリ
とを備え、
前記液体吐出アセンブリが、
ノズル出口を有する上部ノズルプレートと、液体入口を有する底床と、該底床から前記上部ノズルプレートを分離する側壁とにより画定された液体チャンバと、
前記液体チャンバの側壁により一方端において支持されたカンチレバ・アクチュエータであって、前記圧電薄膜シート上において相互に噛み合わされた手法で配置された同一平面上の電極間に電圧を印加することによって圧電薄膜シートを通じた電界の誘発時に複数の方向に該カンチレバ・アクチュエータを曲げるための該圧電薄膜シートを有する、カンチレバ・アクチュエータ
とを含むことからなる、液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
背景
インクジェット印刷装置は、液滴のドロップ・オン・デマンド吐出（射出）を提供する液体吐出（射出）装置の一例である。圧電インクジェットプリンタは、用紙などの印刷媒体上へと画像を印刷するために該印刷媒体に向かって液滴をノズルの外へ強制する圧電材料アクチュエータを有した液体吐出アセンブリを例えば使用する。より詳細には、圧電材料アクチュエータは、印加された電界に応答して変形するフレキシブルな圧電材料シートを含み、液体で満たされたチャンバの内側に圧力パルスを生成して、１つか又は複数の液滴を吐出（射出）する。液滴をノズルの外へと強制するために圧電アクチュエータは（熱ではなく）圧力を使用するので、圧電液体吐出アセンブリは、噴出可能材料の広範囲な選択に適応することができる。従って、圧電プリントヘッドは、様々な媒体下地上に印刷するのに広く利用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
概要
上述のように、圧電液体吐出アセンブリは、フレキシブルな圧電材料シート内に電界を印加することを通じて液滴を吐出する。従来の圧電液体吐出アセンブリでは、可動メンブレンか又はダイアフラムの下側に圧電シートが付着（又は接着）される。該メンブレンか又はダイアフラムの上側が、液体チャンバの底を概して画定する。該シート内の電極間にある電位を印加することによって圧電シート内に電界が誘発される。該電界によって、該シート内に物理的な変形が引き起こされて、液体で満たされたチャンバの領域内へと可動メンブレンの屈曲が結果として引き起こされる。チャンバ領域内へと可動メンブレンが侵入することによって、液体で満たされたチャンバ内において圧力パルスが生成される。該圧力パルスが、ノズルを通じて液滴を吐出する。
【０００３】
従来の圧電液体吐出アセンブリに関連した欠点は、高い製造コストである。圧電材料シートの上面及び底面に電極が概して接続されており、該電極間に電圧を印加することによって、該シートの物理的な変形が引き起こされる。電極接続部の位置と、繰り返されるシート変形イベントとが、シートの上面及び底面において強固な電極接続を維持することに関して課題を提示する。従って、堅牢なやり方でこれらの電極接続を維持するのを支援するために、製造コストがより高い。
【０００４】
製造コストを低減する一方法は、相互に噛み合わせる手法で圧電材料シートの同じ表面上に電極を配置することである。同じ表面上に両電極を有することによって、より容易な電気接続が可能になる。この配置は、電気的なバイア（スルーホール）の必要性を排除し、従って、製造中のエッチング工程の全体数を低減する。相互に噛み合わされた電極を、圧電セラミック薄膜シートの一方側のみの上に有することの更なる利点（利益）は、薄膜の成長中に結晶構造を位置合わせする、使用されることとなるより広範囲の種材料が提供されるということである。
【０００５】
しかしながら、このアプローチを妨げるものは、相互に噛み合わされた電極のコンフィギュレーションが、シートにおける対向する上面及び底面上の電極間に印加された同じ電圧について該圧電材料シート内において、より小さな物理応答を結果として生じさせるということであった。圧電材料シート内に誘発されるより小さな電界のせいで、相互に噛み合わされた電極間の比較可能な電圧を用いて、所望の液体吐出特性（例えば、滴の重さ、滴速度）を達成することが困難であった。従って、低減された機械的な応答が、圧電液体吐出アセンブリ内における、そのような相互に噛み合わされた電極の使用を妨げた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
概して、同一平面上の相互に噛み合わされた電極の複数セットを有した圧電作動カンチレバか又はビームを使用して、該カンチレバ又はビームの曲げを複数の方向に生成することを通じて、及び、液体吐出アセンブリ内の液体チャンバごとに複数のそのようなカンチレバか又はビームを使用することを通じて、本開示の実施形態はこの課題に対処する。アクチュエータ・カンチレバ／ビームを複数の方向に曲げる機能（能力）によって、アクチュエータ内のストレスを最小化することが可能となる。追加的には、液体チャンバ内における複数のアクチュエータ・カンチレバ／ビームを独立に制御する機能（能力）によって、チャンバ内における圧力分布（又は圧力配分）、メニスカスの形状、滴速度、滴の重さ、及び滴形状などの液体吐出特性を制御することにおいて、より大きな能力（機能）とフレキシビリティとが可能となる。
【０００７】
一実施形態において、圧電アクチュエータは、カンチレバ・メンブレンの一方側に付着された薄膜シートを有した該カンチレバ・メンブレンを含む。該薄膜シートは、該薄膜シート内において誘発される電界に応答して複数の方向にメンブレンを曲げるよう構成される。アクチュエータはまた、薄膜シート内において組み込まれた、複数の同一平面上の電極を含む。該電極は、互いに関連して相互に噛み合わされて、交互に相互に噛み合わされた電極間に電圧を印加することによって電界を生成する。
【０００８】
別の実施形態において、圧電液体吐出アセンブリは、底部と、上部と、側壁とを有した液体チャンバを含む。ノズルプレートが、該チャンバの該上部を画定し、ノズル出口を含む。カンチレバ・メンブレンは、該チャンバの側壁によって支持されており、シート内において誘発された電界に応答して、複数の方向にメンブレンを曲げてノズル出口を通じて液滴を吐出させるための、付着された該圧電セラミック薄膜シートを含む。薄膜シートと共に組み込まれた同一平面上の電極における相互に噛み合わされたフィンガー間に電圧を印加することによって、該電界が誘発される。
【０００９】
更に別の実施形態において、液体吐出装置は、液体吐出アセンブリからの液体吐出を制御するための電子コントローラを含む。該液体吐出アセンブリは、上部ノズルプレートによって画定される液体チャンバを含み、該上部ノズルプレートは、ノズル出口と、液体入口を有した底床と、該底床から該上部ノズルプレートを分離する側壁とを有する。該アセンブリはまた、液体チャンバの側壁によって一方の端部において支持されたカンチレバ・アクチュエータを含む。カンチレバ・アクチュエータは、圧電薄膜シートを通じた電界の誘発時に複数の方向に該カンチレバ・アクチュエータを曲げるための圧電薄膜シートを有する。圧電薄膜シート上に配置された同一平面上の相互に噛み合わされた電極間に電圧を印加することによって、該電界が誘発される。
【００１０】
例示を目的として、添付図面に関連して本実施形態が次に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態による、圧電液体吐出アセンブリ１００の断面側面図を示す図である。
【図２】一実施形態による、フレキシブルな圧電カンチレバ・アクチュエータの側面図と上面図とを示す図である。
【図３Ａ】一実施形態による、圧電カンチレバ・アクチュエータ内の複数の曲げの一例を示す図である。
【図３Ｂ】一実施形態による、圧電カンチレバ・アクチュエータ内の複数の曲げの一例を示す図である。
【図４】一実施形態による、フレキシブルな圧電カンチレバ・アクチュエータの側面図と上面図とを示す図である。
【図５Ａ】一実施形態による、様々なカンチレバ・アクチュエータ・コンフィギュレーションのうちの１つの圧電液体吐出アセンブリの上面図を示す図である。
【図５Ｂ】一実施形態による、様々なカンチレバ・アクチュエータ・コンフィギュレーションのうちの１つの圧電液体吐出アセンブリの上面図を示す図である。
【図５Ｃ】一実施形態による、様々なカンチレバ・アクチュエータ・コンフィギュレーションのうちの１つの圧電液体吐出アセンブリの上面図を示す図である。
【図５Ｄ】一実施形態による、様々なカンチレバ・アクチュエータ・コンフィギュレーションのうちの１つの圧電液体吐出アセンブリの上面図を示す図である。
【図５Ｅ】一実施形態による、様々なカンチレバ・アクチュエータ・コンフィギュレーションのうちの１つの圧電液体吐出アセンブリの上面図を示す図である。
【図５Ｆ】一実施形態による、様々なカンチレバ・アクチュエータ・コンフィギュレーションのうちの１つの圧電液体吐出アセンブリの上面図を示す図である。
【図６】一実施形態による、圧電液体吐出アセンブリの断面側面図を示す図である。
【図７Ａ】一実施形態による、圧電ビーム・アクチュエータ内の複数の曲げの一例を示す図である。
【図７Ｂ】一実施形態による、圧電ビーム・アクチュエータ内の複数の曲げの一例を示す図である。
【図８Ａ】一実施形態による、様々なビーム・アクチュエータ・コンフィギュレーションのうちの１つの圧電液体吐出アセンブリの上面図を示す図である。
【図８Ｂ】一実施形態による、様々なビーム・アクチュエータ・コンフィギュレーションのうちの１つの圧電液体吐出アセンブリの上面図を示す図である。
【図８Ｃ】一実施形態による、様々なビーム・アクチュエータ・コンフィギュレーションのうちの１つの圧電液体吐出アセンブリの上面図を示す図である。
【図８Ｄ】一実施形態による、様々なビーム・アクチュエータ・コンフィギュレーションのうちの１つの圧電液体吐出アセンブリの上面図を示す図である。
【図９】一実施形態による、複数のアクチュエータを有する圧電液体吐出アセンブリの断面側面図を示す図である。
【図１０】一実施形態による、液体吐出アセンブリ内において複数のアクチュエータを制御することの一例を示す図である。
【図１１】一実施形態による、複数のアクチュエータと、センサとを有する圧電液体吐出アセンブリの断面側面図を示す図である。
【図１２】一実施形態による、基本的な液体吐出装置のブロック図を示す図である。
【実施例】
【００１２】
例示的な実施形態
図１は、本開示の一実施形態による、圧電液体吐出アセンブリ１００の断面側面図を示す。該アセンブリは、固定（柔軟性の無い）床１０２と、ノズル出口１０６を有した固定上部ノズルプレート１０４と、を含む。該ノズル出口１０６を介して、液滴が吐出（射出）される。該アセンブリはまた、多くの側壁１０８Ａ及び１０８Ｂを含み、まとめて側壁１０８と呼ばれる。側壁１０８は、床１０２をノズルプレート１０４から分離する。ノズル出口１０６を通じて液体の滴を吐出する前に液体を収容するための液体チャンバ１１０を、固定床１０２と、ノズルプレート１０４と、側壁１０８とが画定する。側壁１０８Ａは、ノズル出口１０６を通じて滴として最終的に吐出させられる液体を受容するための液体入口１１２を有する。液体入口１１２の配置は、側壁１０８Ａに限定されない。異なる実施形態において、例えば、液体入口１１２は、他の側壁１０８内に配置され得るか、或いは、床１０２内に配置され得るか、或いは、様々な側壁１０８内にか又は床１０２内に配置された複数の液体入口とすることもできる。
【００１３】
圧電液体吐出アセンブリ１００はまた、フレキシブルな（柔軟性のある）圧電カンチレバ・アクチュエータ１１４を含む。アクチュエータ１１４は、液体チャンバ１１０の側壁１０８Ａにより一方の端部において支持されたカンチレバ・メンブレン１１６を含む。圧電セラミック薄膜シート１１８（例えば、ＰＺＴ、すなわち、チタン酸ジルコン酸鉛）が、カンチレバ・メンブレン１１６の一方の側に付着される。複数の電極１２０が、薄膜シート１１８上に配置される。電極１２０は、シート１１８の同じ側の上に全てあり、それらは、互いに同じ平面を共有する（すなわち、電極は同一平面上にある）。幾つかの実施例において、電極１２０は、薄膜シート１１８内において組み込まれる。下記においてより詳細に説明されるように、圧電セラミック薄膜シート１１８の分極（ポーリング；poling）と、複数の方向におけるアクチュエータ１１４の曲げとを容易にするために、異なるゾーン（例えば、ゾーン１及びゾーン２）に関連付けられた相互に噛み合わされた電極の複数セットとして電極１２０が概して示されている。
【００１４】
図２は、本開示の一実施形態による、図１のアクチュエータ１１４のようなフレキシブルな圧電カンチレバ・アクチュエータの側面図「Ａ」と上面図「Ｂ」とを示す。圧電カンチレバ・アクチュエータ１１４の側面図「Ａ」と共に、図２内にｘｙｚ軸が示されている。ｘ軸が、左から右へと走っており、アクチュエータ１１４の全長に平行している一方で、ｙ軸が、図１の平面内へと走っており、アクチュエータ１１４の幅に平行している。ｚ軸は、アクチュエータ１１４の高さに平行しており、図２内の底部から上部へと走っている。
【００１５】
同一平面上の電極１２０の一例の配置（レイアウト）が図２内に示されており、ここで、電極１２０は、複数の電極１２０Ａ、１２０Ｂ、及び１２０Ｃとして表されている。該複数の同一平面上の電極は、第２の１２０Ｂ電極及び第３の１２０Ｃ電極に関連して相互に噛み合わされている第１のコモン電極１２０Ａを含む。同一平面上の電極１２０の各々は、薄膜シート１１８の側部と平行に配置された一部分を有しており、シート１１８の該側部から離れるようにシート１１８の反対側の側部に向かって垂直に突き出ている電極フィンガーを含む。電極１２０の各々の電極フィンガーは、薄膜シート１１８の反対側の側部に配置された対向する同一平面上の電極の電極フィンガーと交互に配置（インターリーブ）される。より詳細には、図２の実施形態において、コモン電極１２０Ａの電極フィンガーは、ゾーン１内において電極１２０Ｂの電極フィンガーと交互に配置（インターリーブ）され、ゾーン２内において電極１２０Ｃの電極フィンガーと交互に配置（インターリーブ）される。
【００１６】
電極１２０Ａは、対向する電極１２０Ｂと１２０Ｃとの両方に共通（コモン）である。コモン電極１２０Ａは、圧電セラミック薄膜シート１１８の製造中に、２ステップのポーリング処理（又は分極処理）において、電極１２０Ｂと、及び電極１２０Ｃと、交互に使用される。そのようなポーリング処理は、一般的に周知であり、生（raw）の圧電材料内のランダムに配向されたダイポールを、加熱を通じて及び電極間に強い電界を印加することを通じて、より平行な配向へと配向することを含む。図２の実施形態において、圧電シート１１８のゾーン１は、電極１２０Ａと電極１２０Ｂとを用いて第１のステップにおいて分極され、圧電シート１１８のゾーン２は、電極１２０Ａと電極１２０Ｃとを用いて反転された極性で第２のステップにおいて分極される。その後、作動中に、圧電アクチュエータ１１４は、複数の方向に曲げるために、電極１２０Ａ、１２０Ｂ、及び１２０Ｃの間に電圧を印加することを通じて制御され得る。より詳細には、相互に噛み合わされた電極１２０のフィンガー間の電界は、電極フィンガー間における圧電シート１１８の拡張（又は膨張）か又は収縮を生成して、アクチュエータ１１４の所望の曲げ方向を結果として生じさせるために制御され得る。例えば、一実施形態において、アクチュエータ１１４内において誘発された電界が、ｘ軸及びｚ軸に沿った収縮を生じさせ、ｙ軸に沿った拡張（又は膨張）を生じさせる。
【００１７】
図３Ａ及び図３Ｂは、本開示の実施形態による、圧電カンチレバ・アクチュエータ１１４内の複数の曲げの例を示す。図３Ａ及び図３Ｂのアクチュエータ１１４内に示された曲げの量は、電極１２０Ａ、１２０Ｂ、及び１２０Ｃの間に印加された電圧を通じて圧電シート１１８内において誘発された電界によって引き起こされた複数の曲げの効果を説明することの目的のために誇張されている。図３Ａの実施形態において、上向きを指し示している矢印で示されているようにアクチュエータ１１４内に上向きの曲げを提供するためにアクチュエータ１１４のゾーン１領域が制御される一方、下向きを指し示している矢印で示されているようにアクチュエータ１１４内に下向きの曲げを提供するためにゾーン２領域が制御される。２つの曲げゾーンのみが、図内において図示され、及び本開示全体にわって説明されているが、追加的な曲げゾーンも考えられるということに留意されたい。
【００１８】
図３Ａ内において、アクチュエータ１１４の元の位置は、例えば図１内に示されているように、平らであるか又は真っすぐであるということが仮定される。従って、図３Ａは、作動中に２つの方向に（ゾーン１内において上向きに、及びゾーン２内において下向きに）曲がっているアクチュエータ１１４の一例を説明している。作動時に（すなわち、電界を誘発させるために、電極１２０Ａ、１２０Ｂ、及び１２０Ｃの間に電圧を印加した時に）、曲がっているアクチュエータ１１４は、チャンバ１１０からノズル出口１０６を通じて外へと液滴を強制する圧力パルスを生成する。カンチレバ・アクチュエータ１１４のエッジの周囲の（すなわち、側壁１０８とアクチュエータとの間の）ギャップ５００（図５を参照）は、入口１１２を通じてチャンバ１１０内に液体を補充するためのチャンバ１１０内における補充経路として機能する。アクチュエータ１１４が、その元の位置（すなわち、図１内のように平坦な位置）に戻ると、アクチュエータによって吐出（射出）された液体を補充するためにアクチュエータの周囲を液体がギャップを通って流れる。
【００１９】
図３Ｂ内において、複数の曲げの別の例が示されており、ここで、アクチュエータ１１４の元の位置は、曲がった位置である。すなわち、チャンバ１１０から液体を吐出することの前に、アクチュエータ１１４は、液体を吐出することに備えて事前吐出位置に曲げられている。示されている例では、下向きを指し示している矢印で示されているようにアクチュエータ１１４内に下向きの曲げを提供するためにアクチュエータ１１４のゾーン１領域が制御される一方、上向きを指し示している矢印で示されているようにアクチュエータ１１４内に上向きの曲げを提供するためにゾーン２領域が制御される。アクチュエータ１１４についてのそのような開始位置は、該アクチュエータをプレロードすることができ、及び、図３Ｂ内に示されるような元の開始位置から、図３Ａ内に示されるような位置へとアクチュエータ１１４が進行する場合のような噴出イベント中に、全体的な液体変位を増加させることができる。
【００２０】
図４は、本開示の一実施形態による、図１のアクチュエータ１１４のようなフレキシブルな圧電カンチレバ・アクチュエータの側面図「Ａ」と上面図「Ｂ」とを示す。図４内の同一平面上の電極１２０の例示的な配置（レイアウト）において、電極１２０は、圧電薄膜シート１１８上に配置される複数の電極対を構成する複数の電極１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、及び１２０Ｄである。同一平面上の電極１２０の各々は、薄膜シート１１８の側部と平行に配置された一部分を有しており、及び、シート１１８の該側部から離れるようにシート１１８の反対側の側部に向かって垂直に突き出ている電極フィンガーを含む。各電極対は、薄膜シート１１８上の対向する側部に配置された第１の電極と第２の電極とを有する。具体的には、図４の実施形態において、電極１２０Ａ及び電極１２０Ｂが、ゾーン１に関連付けられた電極対を形成し、それらは、それらの電極フィンガーが交互に配置（インターリーブ）された状態で薄膜シート１１８上において互いに向かい合って配置される。同様に、電極１２０Ｃ及び電極１２０Ｄが、ゾーン２に関連付けられた電極対を形成し、それらは、それらの電極フィンガーが交互に配置（インターリーブ）された状態で薄膜シート１１８上において互いに向かい合って配置される。２つの電極対のみが示されているが、追加的な電極対も可能である。図４の実施形態内の電極１２０の各々は、独立しており、独立に制御され得る。従って、ゾーン１のために電極対１２０Ａ及び１２０Ｂを用いて、及び、ゾーン２のために電極対１２０Ｃ及び１２０Ｄを用いて、ゾーン１とゾーン２とを異なるように（例えば、逆の極性で）分極するために、製造中に、単一ステップ内においてポーリング処理（又は分極処理）が実施され得る。追加的には、作動中、異なるゾーン内において電極対間に電圧を印加することは、複数の及び変動する方向においてアクチュエータ１１４の曲げを生成するために、独立に制御され得る。
【００２１】
図５（図５Ａ〜図５Ｆ）は、本開示の実施形態による、様々なカンチレバ・アクチュエータ・コンフィギュレーションの圧電液体吐出アセンブリ１００の上面図を示す。上面図内において、チャンバ１１０内における様々なカンチレバ・アクチュエータ・コンフィギュレーションをより良好に説明するためにノズルプレート１０４が示されていない。更に、アクチュエータ１１４と、チャンバ１１０の側壁１０８との間における、以前に言及したギャップ５００（及び複数のアクチュエータ間のギャップ５００）が、図５内において、より容易に理解される。ギャップ５００は、液体でチャンバを補充するための補充経路として作用する。作動後に、アクチュエータ１１４がその元の位置に戻ると、該アクチュエータによって吐出された液体を補充するために、該アクチュエータの周りをギャップを通じて液体が流れる。
【００２２】
圧電液体吐出アセンブリ１００内においてカンチレバ・アクチュエータを用いることの１つの潜在的な制限は、アクチュエータに、作動後にその元の形状に戻ることを可能にさせるために、アクチュエータの剛性が十分に頑丈ではない可能性があるということである。すなわち、圧電シート１１８を拡張（又は膨張）させるか又は収縮させるために電界が印加されて、アクチュエータ１１４に曲げを生じさせる時には、アクチュエータ・メンブレン１１６の剛性は、電界が排除されるか又は反転されるとすぐに、アクチュエータ１１４をその元の形状へと戻すようにスナップさせるには、十分に頑丈ではない可能性がある。従って、図５内に示された実施形態は、この潜在的な制限を克服するために、カンチレバ・アクチュエータ１１４の剛性が、如何にして調整（チューン）され得るのかの例を提供する。より詳細には、カンチレバ・アクチュエータ１１４の剛性が、該アクチュエータのアスペクト比（すなわち、幅に対する全長の比率（又は縦横比））を調節（アジャスト）することによって製造中に調整（チューン）され得る。カンチレバ・アクチュエータの剛性を調整（チューン）することと連携して、カンチレバ・アクチュエータのアスペクト比が低減される時に、液体吐出アセンブリ１００内において複数のアクチュエータがまた用いられ得る。更には、液体吐出後にギャップ５００を通じたチャンバ１１０内への液体補充の均一性とレートとを調整（チューン）するために、カンチレバ・アクチュエータ１１４のコンフィギュレーションが、調節（アジャスト）され得る。
【００２３】
例えば、図５Ａから開始すると、側壁１０８に接続された単一カンチレバ・アクチュエータ１１４であって、チャンバ１１０の長手寸法に沿って該チャンバ１１０内へと延在する該単一カンチレバ・アクチュエータ１１４を、液体吐出アセンブリ１００が含む。図５Ａ内のアクチュエータ１１４のアスペクト比が、図５Ｂ〜５Ｅ内のアクチュエータのアスペクト比よりもより高いということが明白である。何故ならば、アクチュエータの全長が、その幅よりもかなり長いからである。従って、図５Ａ内のアクチュエータ１１４の剛性はより低く、アクチュエータが作動後にその元の形状には戻らない場合があるというより大きな可能性が存在する。比較すると、図５Ｂの液体吐出アセンブリ１００は、対向する側壁１０８に接続された２つのカンチレバ・アクチュエータ１１４であって、チャンバ１１０の長手寸法に沿って該チャンバ１１０内へと延在する該２つのカンチレバ・アクチュエータ１１４を含む。図５Ｂ内のアクチュエータは、図５Ａ内のアクチュエータの約半分の全長であるが、同じ幅長を有している。従って、アスペクト比は、かなりより低く、図５Ｂ内のアクチュエータは、より堅く、作動後にそれらの元の形状に戻ることが良好にできる。別のコンフィギュレーションにおいて、図５Ｃは、アクチュエータ１１４を有する液体吐出アセンブリ１００を図示し、該アクチュエータ１１４の幅が、チャンバ１１０の長手寸法に接続されており、且つ、チャンバ１１０の長手寸法に沿って延在しており、該アクチュエータ１１４の全長が、チャンバ１１０の短手寸法へと延在している。従って、アスペクト比は、（すなわち、幅に対する全長の比率（又は縦横比））は、かなり低減され、アクチュエータ１１４は高い剛性を有する。アクチュエータの数と、アクチュエータの側壁取り付け位置と、液体吐出アセンブリ１００内において互いに対向しているアクチュエータとに関連して、異なるように調整（チューン）されたアスペクト比及び異なるコンフィギュレーションの状態におけるアクチュエータ１１４を有した液体吐出アセンブリ１００の追加的な例を図５Ｄ、図５Ｅ、図５Ｆが図示する。当業者であれば認識されるであろうように、更なる例のコンフィギュレーションが更に可能であり、本明細書内において予期される。
【００２４】
アクチュエータの剛性を高めるための別のやり方は、ビーム・コンフィギュレーションを用いることであり、ここで、該アクチュエータは、液体吐出アセンブリ内のチャンバの対向する側壁に両端において固定されるか又は接続される。このことに関して、図６は、本開示の一実施形態による、圧電液体吐出アセンブリ１００の断面側面図を示す。アセンブリ１００は、図１に関連して説明されたアセンブリ１００とほぼ同じに構成される。しかしながら、図６の実施形態では、アセンブリ１００は、アセンブリ１００における対向する側壁１０８に両端において固定されたフレキシブルな圧電ビーム・アクチュエータ６００を含む。
【００２５】
圧電ビーム・アクチュエータ６００は、液体チャンバ１１０における対向する側壁１０８Ａ及び１０８Ｂによって両端において支持されたビーム・メンブレン６０２を含む。圧電セラミック薄膜シート６０４（例えば、ＰＺＴ、すなわち、チタン酸ジルコン酸鉛）が、ビーム・メンブレン６０２の一方の側に付着される。該薄膜シート６０４は、複数の同一平面上の相互に噛み合された電極６０６であって、該シート上に配置されて、カンチレバ・アクチュエータ１１４に関連して上記において説明した電極１２０とほぼ同じ手法で構成された、該電極６０６を含む。従って、アクチュエータ６００全体にわたる多くのゾーン（図示せず）が、これらゾーン内において同一平面上の相互に噛み合された電極間に電圧を印加することを通じて、複数の方向に曲げを提供するよう構成され得る。
【００２６】
図７（図７Ａ及び図７Ｂ）は、本開示の一実施形態による、圧電ビーム・アクチュエータ６００内の複数の曲げの一例を示す。図７Ａ及び図７Ｂのアクチュエータ６００内に示された曲げの量は、電極６０６間に印加された電圧を通じて圧電シート６０４内において誘発された電界によって引き起こされた複数の曲げの効果を説明することの目的のために誇張されている。図７の実施形態において、ビーム・アクチュエータ６００における異なるゾーン（図示せず）が、複数の方向に（例えば、上向き及び下向きに）ビームの曲げを提供するために制御される。ビーム・アクチュエータ６００の動きが、圧力パルスを生成し、該圧力パルスが、ノズル出口１０６を通じてチャンバ１１０の外へと液滴を強制する。図８内に示されるように、ビーム・アクチュエータ６００とチャンバ側壁１０８との間のビーム・アクチュエータ６００のいずれかの側のギャップ５００（及び複数のビーム・アクチュエータ６００間のギャップ５００）が、入口１１２を通じてチャンバ１１０内に液体を補充するためのチャンバ１１０内における補充経路として機能する。作動後、ビーム・アクチュエータ６００が、その元の位置に戻ると、該ギャップを通じて該アクチュエータの周りに液体が流れて、該アクチュエータによって吐出された液体を補充する。
【００２７】
カンチレバ・アクチュエータ１１４に関連して上記において説明したような類似した手法において、図７Ｂは、ビーム・アクチュエータ６００の元の位置が、図６内に示されるような真っすぐの位置ではなく曲げられた位置である圧電ビーム・アクチュエータ６００内の複数の曲げの一例を示す。従って、チャンバ１１０から液体を吐出することの前に、ビーム・アクチュエータ６００が、液体を吐出することに備えて事前吐出位置に曲げられる。ビーム・アクチュエータ６００についてのそのような開始位置は、該アクチュエータをプレロードすることができ、及び、図７Ｂ内に示されるような元の開始位置から、図７Ａ内に示されるような位置へとアクチュエータ６００が進行する場合のような噴出イベント中に、全体的な液体変位を増加させることができる。
【００２８】
図８（図８Ａ〜図８Ｄ）は、本開示の実施形態による、様々なビーム・アクチュエータ・コンフィギュレーションの圧電液体吐出アセンブリ１００の上面図を示す。該上面図内において、チャンバ１１０内における、様々なビーム・アクチュエータ６００のコンフィギュレーションをより良好に説明するためにノズルプレート１０４が図示されていない。カンチレバ・アクチュエータ１１４のように、ビーム・アクチュエータ６００のアスペクト比が、アクチュエータの剛性を制御するために調整（チューン）され得る。ビーム・アクチュエータ６００のアスペクト比が変更されると、圧電液体吐出アセンブリ１００内におけるビーム・アクチュエータ６００の様々なコンフィギュレーションが可能である。更には、ビーム・アクチュエータ６００のコンフィギュレーションは、均一性と、液体吐出後にギャップ５００を通じたチャンバ１１０内への液体補充の速さ（レート）と、を調整（チューン）するために調節（アジャスト）され得る。
【００２９】
図８Ａ内において、液体吐出アセンブリ１００は、単一ビーム・アクチュエータ６００を含み、該単一ビーム・アクチュエータ６００は、チャンバ１１０の長手寸法の全体にわたって延在し、且つ、対向する側壁１０８に両端において接続されている。図８Ａ内のビーム・アクチュエータ６００の剛性は、図８Ｂ〜図８Ｄのアクチュエータの剛性よりも、より低い。何故ならば、図８Ａ内の該アクチュエータ６００のアスペクト比（すなわち、幅に対する全長の比率（又は縦横比））が、図８Ｂ〜図８Ｄ内のアクチュエータよりも、より高いからである。例えば、図８Ｂにおいて、ビーム・アクチュエータ６００が、チャンバ１１０の短手寸法間において、対向する側壁１０８に対して長手方向に接続されており、及び、ビーム・アクチュエータ６００の幅は、チャンバ１１０の長手寸法に沿って大部分が延在する。従って、図８Ｂ内のアクチュエータは、より低いアスペクト比とより高い剛性とを有する。図８Ｃ及び図８Ｄは、異なるアスペクト比を有したビーム・アクチュエータ６００の更なる例のコンフィギュレーションを示す。図示されているように、チャンバ１１０内において並行な手法で配置されるビーム・アクチュエータ６００の数を増加させることが、ビームのアスペクト比が低減するにつれて可能である。
【００３０】
図９は、本開示の一実施形態による、複数のアクチュエータを有する圧電液体吐出アセンブリ１００の断面側面図を示す。該アクチュエータは、カンチレバ・アクチュエータ１１４か又はビーム・アクチュエータ６００とすることができる。アセンブリ１００の図９の眺めは、図１内に示された類似のアセンブリの見え方に対して、垂直に配向される見え方である。従って、アクチュエータの全長は、視聴者（ビューア）から離れてページ内へと入ってきて、該視聴者（ビューア）に向かってページの外に出ていき、及び、アクチュエータがチャンバ側壁１０８へと接続する位置を見ることはできない。該アクチュエータは、一方の側に付着された圧電セラミック薄膜シート１１８／６０４と、該薄膜シート１１８／６０４上に配置された同一平面上の相互に噛み合わされた電極とを有したメンブレン１１６／６０２と共に以前に説明したように概して構成される。
【００３１】
図１０は、本開示の一実施形態による、液体吐出アセンブリ１００内において複数のアクチュエータを制御することの一例を示す。液体チャンバ１１０内の複数のアクチュエータを独立に操作する機能（能力）は、圧力分布（又は圧力配分）、液滴速度、液滴形状、液滴の重さ、及び、ノズル出口１０６におけるメニスカスの形状などの様々な液体特性にわたって制御することを可能にする。ノズル出口１０６の位置もまた、チャンバ１１０内のアクチュエータ・コンフィギュレーションと連携して所望の液体特性を容易にするために変動され得る。図１０内に示されるように、各々が独立に制御され得る３つのアクチュエータが存在する。該アクチュエータは、例えば、曲げるためにか或いはあるシーケンスにおいて作動させるために制御され得る。図１０内に示されたシーケンスでは、ステップ１において、上向き矢印により示されているように、ノズル出口から最も遠いアクチュエータが、最初にアクティブにされる。次いで、ステップ２において、アクチュエータは、ノズル出口に２番目に近いアクチュエータがアクティブにされる。次いで、ステップ３において、ノズル出口に最も近いアクチュエータがアクティブにされる。この手法でアクチュエータをアクティブにすることは、チャンバ１１０内の液体圧力を操作することができ、それにより、液体圧力が、左から右へとノズル出口に向かって増加することとなり、より効果的にエネルギーを集中させることができ、及び、ノズル出口を通じてより大きな圧力を達成することができる。ステップ４において、ノズル出口から最も遠いアクチュエータが、次いで弛緩（又は緩和）されて、その元の形状に戻される。そのようなアクチュエータの制御は、例えば、吐出される液滴（例えば、ドロップテール（drop tail））及び液体メニスカスの形状の制御を支援することが可能なプッシュプル手法においてチャンバ内の液体波形を操作することができる。
【００３２】
複数のアクチュエータを制御することの１つの例示的なシーケンスを説明してきたが、液体吐出アセンブリ１００内の複数のアクチュエータを制御することの多くの他の方法も可能であるということが明白なはずである。例えば、複数のアクチュエータが一度にアクティブにされるか又は非アクティブに（すなわち弛緩）され得るか、或いは、全てのアクチュエータが一度にアクティブにされるか又は非アクティブにされ得る。
【００３３】
図１１は、本開示の一実施形態による、複数のアクチュエータと、センサ１１００とを有した圧電液体吐出アセンブリ１００の断面側面図を示す。該アクチュエータ及びセンサ１１００は、カンチレバか又はビームとすることができる。一方の側に付着された圧電セラミック薄膜シートを有したメンブレンと、該薄膜シート上に配置された同一平面上の相互に噛み合わされた電極とを有するカンチレバ及びビーム・アクチュエータに関して以前に説明したようにセンサ１１００が概して構成される。センサ１１００は、チャンバ１１０内の１つか又は複数のアクチュエータの動作に関連して、液体の動き、変化する圧力、及びそのようなコンディションのタイミングなどのチャンバ１１０内の全般的な液体コンディションについてのフィードバックを提供する。液体コンディションを変更することがセンサ内に曲げを生じさせ、該曲げによって、電極を通じて電流が流れるようにさせられる。センサ電極を通じて流れる電流の量及びタイミングが、センサの曲げの量及びタイミングについての情報を提供し、そしてまた、該センサが、液体コンディションについての情報を提供する。
【００３４】
図１２は、本開示の一実施形態による、基本的な液体吐出装置のブロック図を示す。液体吐出装置１２００は、電子コントローラ１２０２と、圧電液体吐出アセンブリ１００とを備える。電子コントローラ１２０２は、典型的には、厳密な手法で液滴を吐出するために、アセンブリ１００と伝達し合うための及びアセンブリ１００を制御するためのプロセッサ、ファームウェア、及び他の電子回路素子を含む。
【００３５】
一実施形態において、液体吐出装置１２００は、インクジェット印刷装置とすることができる。従って、液体吐出装置１２００にはまた、液体吐出アセンブリ１００に液体を供給するための液体／インク供給部及びアセンブリ１２０４と、吐出された液滴のパターンを受容するための媒体を提供する媒体移送アセンブリ１２０６と、電力源１２０８とを含めることができる。概して、電子コントローラ１２０２は、コンピュータのようなホストシステムからデータを受け取る。該データは、例えば、印刷されることとなるドキュメント及び／又はファイルを表しており、１つか又は複数の印刷ジョブコマンド及び／又はコマンドパラメータを含む印刷ジョブを形成する。該データから、電子コントローラ１２０２は、吐出する滴のパターンを画定し、該パターンは、文字、記号、及び／又は他のグラフィックスか又は画像を形成する。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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