(57)【要約】  インクジェット・プリンティングモジュールの製造方法は、剛性が高められた表面を備えた圧電素子を形成することを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク室と、該インク室に隣接した領域を有する剛性が高められた圧電素子とを備え、該圧電素子が、前記インク室内のインクに吐出圧力を与えるために前記インク室上に配置されてなるインクジェット・プリントヘッドモジュールであって、
前記圧電素子の前記インク室に隣接した領域が、第１の方向および第２の方向に沿って前記インク室にほぼ跨る湾曲した表面を備えており、該湾曲した表面が、前記第１の方向に沿ったほぼ一定の曲率半径と前記第２の方向に沿ったほぼ一定の曲率半径とを備え、かつ前記第１および第２の方向が直交していることを特徴とするインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項２】
前記湾曲した表面が前記インク室に対して凹状であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項３】
前記剛性が高められた圧電素子と前記インク室との間に配置された膜をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項４】
前記膜が電気絶縁材料を含んでいることを特徴とする請求項３記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項５】
前記膜がカプトン膜であることを特徴とする請求項４記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項６】
前記膜がＳｉＯ２膜であることを特徴とする請求項４記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項７】
前記膜と前記剛性が高められた圧電素子との間に配置された一つまたは複数の電気接点をさらに備えていることを特徴とする請求項４記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項８】
前記膜が柔軟なプリント片であり、該プリント片は前記剛性が高められた圧電素子を越えて延びていることを特徴とする請求項４記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項９】
前記圧電素子を起動するために該圧電素子に対して配置された複数の電気接点をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項１０】
前記複数の電気接点の少なくとも一つが、他の電気接点に対して前記圧電素子の反対側にあることを特徴とする請求項９記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項１１】
前記第１の方向に沿った曲率半径が前記第２の方向に沿った曲率半径にほぼ等しいことを特徴とする請求項１記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項１２】
前記第１の曲率半径が前記第２の曲率半径に等しいかまたは該第２の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項１３】
前記第１の曲率半径が約５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１２記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項１４】
前記第１の曲率半径が約３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１２記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項１５】
前記第１の曲率半径が約５００μｍから約３０００μｍまでであることを特徴とする請求項１２記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項１６】
前記第１の曲率半径が約１０００μｍから約２８００μｍまでであることを特徴とする請求項１２記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項１７】
前記第１の曲率半径が約１５００μｍから約２６００μｍまでであることを特徴とする請求項１２記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項１８】
前記圧電素子が約５μｍから約３００μｍまでの厚さを有することを特徴とする請求項１記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項１９】
前記圧電素子が約１０μｍから約２５０μｍまでの厚さを有することを特徴とする請求項１記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項２０】
前記圧電素子が約１００μｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項１記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項２１】
前記インク室が、前記第１の方向に沿って約約１２００μｍ以下の幅を有することを特徴とする請求項１記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項２２】
前記インク室が、前記第１の方向に沿って約５０μｍから約１０００μｍまでの幅を有することを特徴とする請求項１記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項２３】
一連のインク室を備えていることを特徴とする請求項１記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項２４】
各インク室が前記圧電素子によって覆われていることを特徴とする請求項２３記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【請求項２５】
前記インク室が、該インク室に臨む前記圧電素子に対して９０°を超える角度で接する壁を備えていることを特徴とする請求項１記載のインクジェット・プリントヘッドモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低電圧インクジェット・プリンティングモジュールの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット・プリンティングモジュールはオリフィスからサブストレートの方向にインクを排出する。インクは圧電性インクジェット・プリンティングモジュールによって生成された小滴の流れとして排出される。特定のプリンティングモジュールの具体例は、各６４個の噴出口を備えた四つのグル−プからなる２５６個の噴出口を備えている。圧電式インクジェット・プリンティングモジュールは、モジュール本体と、圧電素子と、この圧電素子を駆動する電気接点とを備えている。一般に、モジュール本体は長方形の部材で、この本体の表面に、インクのためのポンピング室として機能する一連のインク室が精密に作られる。圧電素子は本体の表面上に配置されて、ポンピング室内のインクに圧力を加えてインクを排出する態様でポンピング室を覆っている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
総体的に、インクジェット・プリンティングモジュールは剛性が高められた圧電素子を備えている。この剛性が高められた圧電素子は、剛性が高められていない圧電素子に比較して低い電圧が圧電素子に印加されたときにインクを吐出するように改良されている。このことは、圧電素子が強化されているために、インクジェットモジュールの小型化を可能にもする。この剛性が高められた圧電素子は、平坦な圧電素子よりも少なくとも一方向に高い剛性を有する。この剛性が高められた圧電素子は、この素子を強化する湾曲した表面を備えている。このモジュールは、６０ボルト未満の電圧で駆動されたときにインクを吐出することができる。
【０００４】
一つの態様によれば、インクジェット・プリンティングモジュールの製造方法は、先駆物質を型内に射出して剛性が高められた圧電素子を形成する射出成形と、吐出電圧の印加によりインク室内のインクに吐出圧力を与えるために圧電素子をインク室上に配置することとを含む。
【０００５】
別の態様によれば、インクの排出方法は、インク室にインクを供給し、剛性が高められた圧電素子の一方の面上の第１接点および第２接点間に吐出電圧を印加して、インク室内のインクに吐出圧力を与え、これにより、インク室の出口オリフィスからインクを排出させることを含む。
【０００６】
他の態様によれば、インクジェット・プリンティングモジュールは、インク室と、このインク室に臨む領域を有する剛性が高められた圧電素子と、この圧電素子の一方の面に配置された複数の電気接点を備えており、電気接点に吐出電圧が印加されたときに圧電素子が起動される。圧電素子はインク室上に配置されてこの室内のインクに吐出圧力を与える。圧電素子のインク室に臨む領域は湾曲した表面を備えることができる。
【０００７】
他の態様によれば、本発明は、インク室と、このインク室に隣接した領域を有する剛性が高められた圧電素子とを備え、圧電素子はインク室上に配置されてインク室内のインクに吐出圧力を与え、剛性が高められた圧電素子のインク室に隣接した領域は、第１の方向および第２の方向に沿ってインク室にほぼ跨っている湾曲した表面を備えており、この湾曲した表面が、上記第１の方向に沿ったほぼ一定の曲率半径と上記第２の方向に沿ったほぼ一定の曲率半径とを備え、かつ上記第１および第２の方向が直交しているインクジェット・プリントヘッドモジュールに特徴がある。
【０００８】
本発明の実施の形態は下記一つまたは複数の特徴を有する。
【０００９】
湾曲した表面は、インク室に対して凹状であり得る。このインクジェット・プリントヘッドモジュールは、剛性が高められた圧電素子とインク室との間に配置された膜を備えることができる。この膜は電気絶縁材料（例えばカプトン（登録商標）またはＳｉＯ２）を含むことができる。このインクジェット・プリントヘッドモジュールは、上記膜と剛性が高められた圧電素子との間に配置された１個または複数の電気接点をさらに備えることができる。膜は柔軟なプリント片とすることができ、この柔軟なプリント片は、剛性が高められた圧電素子を越えて延びている。或る実施の形態においては、インクジェット・プリントヘッドモジュールが圧電素子の起動のために圧電素子に対して配置された複数の電気接点をさらに備えている。これら複数の電気接点の少なくとも一つは、他の電気接点に対して圧電素子の反対側に存在し得る。
【００１０】
上記第１の方向に沿った曲率半径は、上記第２の方向に沿った曲率半径とほぼ同じにすることができる。上記第１の方向に沿った曲率半径は、上記第２の方向に沿った曲率半径に等しくまたはそれよりも大きくすることができる。第１の曲率半径は５ｍｍ以下（例えば約３ｍｍ以下）にすることができる。或る実施の形態においては、第１の曲率半径が約５００μｍから約３０００μｍまで（例えば約１０００μｍから約２８００μｍまで）である。圧電素子の厚さは約５μｍから約３００μｍまで（例えば約１０μｍから約２５０μｍまで、約１００μｍ以下）とすることができる。インク室の上記第１の方向の幅は約１２００μｍ以下（例えば約５０μｍから約１０００μｍまで）にすることができる。
【００１１】
インクジェット・プリンティングモジュールは一連のインク室を備えることができる。各インク室は圧電素子によって覆われることができる。インク室は、インク室に臨む圧電素子に対し９０°を超える角度で接する壁を備えることができる。
【００１２】
プリントヘッド・モジュールは、比較的高い剛性を備えた圧電素子を有することができる。例えば、圧電素子は双方向に一定の曲率半径を有する湾曲した領域を有することができる。湾曲は、起動されたときに変形する能力を低下させることによって素子の剛性を増大させることができる。
【００１３】
詳細が添付図面および下記の記載に説明されている。その他の特徴および利点はその記載および図面ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
インクジェット・プリンティングモジュールは、本体の吐出領域上に配置された圧電素子を備えている。吐出領域は本体内のポンピング室の一部とすることができる。このポンピング室はシールすることができる。電極のような複数の電気接点は圧電素子の一方の表面上に配置可能である。圧電素子は各吐出領域に広がっている。電気接点に電圧が印加されると、吐出領域内の圧電素子の形状が変化し、これにより、対応するポンピング室内のインクが吐出圧力を受ける。インクはポンピング室から排出され、サブストレート上に付着される。
【００１５】
インクジェット・プリンティングモジュールの一つの実施の形態は、その全ての内容が引例として本明細書に組み入れられる米国特許第５,６４０,１８４号明細書に記載されたモジュールのようなシェアモード（shear mode）モジュールである。シェアモードモジュール内の電気接点は、インク室に隣接した圧電素子の側部に配置することができる。図１Ａ，図１Ｂおよび図２を参照すると、圧電インクジェットヘッド２は、カラー素子１０に組み付けられた１個または複数個のモジュール４を備え、上記カラー素子１０にマニフォルドプレート１２およびオリフィスプレート１４が取り付けられる。インクはカラー素子１０を通じてモジュール４内に導入される。モジュール４は、オリフィスプレート１４上のオリフィス１６からインクを排出するように作動される。インクジェット・プリンティングモジュール４は、焼成されたカーボンまたはセラミックのような材料から作成可能な本体２０を備えている。複数の室２２が本体２０に加工されてポンピング室を形成している。インクは、やはり本体２０に加工されたインク充填通路２６を通過する。本体２０の両面には、本体２０内の複数のポンピング室に亘って位置するように配置された一連の電気接点３１および３１′が設けられている。電気接点３１および３１′は、集積回路３３および３３′に接続可能なリード線に接続されている。部品はシールされてプリントモジュールを形成している。
【００１６】
図２を参照すると、圧電素子３４はこの圧電素子３４の一方の表面上に電極４０を有する。電極４０は電気接点３１と位置整合されており、駆動用集積回路によって電極が個々にアドレスされるのを可能にしている。電極４０は、圧電素子の表面に付着された導電性金属層を化学的にエッチングすることによって形成することができる。電極を形成するのに適当な方法は、その全ての内容が引例として本明細書に組み入れられる米国特許第６,０３７,７０７号明細書にも記載されている。電極は、銅、アルミニウム、チタン・タングステン、ニッケル・クロムまたは金などの導電体から形成することができる。各電極４０は、本体２０内の室２２に対応するように位置決めされかつサイズを有してポンピング室を形成している。各電極４０は、電極４０の周囲とポンピング室の側部および端部との間にギャップ４３が存在するような長さおよび幅を有する細長い部分４２を備えている。ポンピング室の中心に設けられたこれらの電極部分４２は、圧電素子３４の吐出領域を覆う駆動電極である。圧電素子３４上の第２の電極５２は、室２２の外側の本体２０に対応する領域にあり、したがってポンピング室の外側にある。電極５２は共通（接地）電極である。電極５２は櫛型（図示）または個々にアドレス可能な線状電極である。フィルム電極と圧電素子の電極とは、良好な電気接触と、フィルムと圧電素子との容易な整合のために十分に重複している。
【００１７】
圧電素子は単一のモノリシックチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）とすることができる。この圧電素子は、印加された電圧によって誘発された変位によりポンピング室からインクを押し流す。この変位は、一部は材料の分極の関数である。圧電素子は電場によって分極される。分極工程は、例えばその全ての内容が引例として本明細書に組み入れられる米国特許第５,６０５,６５９号明細書に記載されている。分極度合いは印加された電場の強度および持続時間に左右され、分極電圧が取り去られると、圧電ドメインが整列される。圧電素子は、５〜３００μｍ，１０〜２５０μｍ，１５〜１５０μｍ，１００μｍ未満または５０μｍ未満の厚さを有し得る。
【００１８】
電場の印加後、例えば吐出時に、印加された電場の強度に比例した形状変化が生じる。
【００１９】
圧電素子は、例えばインク室をカバーする素子部分に湾曲表面を導入することにより剛性を高めることができる。湾曲表面は、球面状または円筒面状のようなほぼ一定の曲率を持つことができる。図３を参照すると、圧電素子３４の領域１００が湾曲している。圧電素子３４の湾曲面はインク室１０２に対して凹状である。表面の凹んだ湾曲は吐出時に生じるおそれのある抵抗を低減することができる。インク室１０２の壁１０４は、剛性が高められた圧電素子３４に対し９０°を超える角度で接触するように向きにされている。インク室は１２００μｍ未満の幅、５０〜１０００μｍの幅、または１００〜８００μｍの幅を有することができる。電極４２および５２は圧電素子３４の表面１０６上にある。電極間に吐出電圧を印加することによって、インク室内のインクが吐出圧力を受け、この圧力がインク室の出口オリフィスからインクを吐出させる。例えば吐出電圧は６０ボルト未満とすることができる。
【００２０】
湾曲面はほぼ一定の曲率半径を備えることができる。湾曲度または曲率半径は、剛性およびモジュールの吐出特性に影響を与える。曲率半径は湾曲面を通って引かれた円の半径である。湾曲面は５ｍｍ未満または３ｍｍ未満の曲率半径を有し得る。湾曲面は、５００〜３０００μｍ、１０００〜２８００μｍまたは１５００〜２６００μｍの曲率半径を有し得る。湾曲面は円筒面の一部であっても球面の一部であってもよい。
【００２１】
剛性が高められた圧電素子を形成しかつインク室の上にその圧電素子を位置決めすることによりインクジェット・プリンティングモジュールが調製され、吐出電圧が印加されるとインク室内のインクが吐出圧力を受けることが可能になる。剛性が高められた圧電素子は、圧電材料の薄層を研削して湾曲面にすることによっても、あるいは圧電素子の湾曲面形状を備えた型内に対する先駆物質の射出成形によっても調製することができる。例えば、圧電材料粉末および有機バインダから混合物を調製することができる。この混合物は射出成形されて未焼成シートを形成し、この未焼成シートは加熱されてバインダが除去されて、１０〜５０μｍまたは２０〜４０μｍの厚さを有する薄いフィルムとなる。上記粉末は、例えば理論密度の少なくとも９５％まで焼成される。圧電物品を形成する射出成形については、そのすべてが引例として本明細書に組み入れられる米国特許第５,３４０,５１０号明細書に記載されている。
【００２２】
図１２Ａおよび図１２Ｂに実施の形態を参照すると、プリントヘッド・モジュール１２０１は、複数方向に湾曲した圧電素子１２３４の領域１２００を備えている。図１２Ａは圧電素子１２３４の一方向に沿った断面を示し、図１２Ｂは圧電素子１２３４の直角方向に沿った断面を示す。圧電素子１２３４の湾曲はインク室１２０２に対して凹状であり、湾曲領域１２００はインク室１２０２に対して両方向に跨っている。インク室１２０２の壁１２０４は、剛性が高められた圧電素子１２３４に対して９０°を超える角度をもって接する向きになっている。
【００２３】
一般的に、領域１２００の曲率は両方向が同じでも異なっていてもよい。各方向の曲率半径は一定でも変化していてもよい。
【００２４】
電極１２４２および１２５２は、剛性が高められた圧電素子１２３４の両面に配置されている。これら電極は、金、アルミニウムまたはその他の金属などの導電性金属で形成可能である。或る実施の形態においては、電極がチタン・タングステン合金（Ａｕ／Ｔｉ−Ｗ）などの導電性合金、またはＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）などの導電性酸化物から形成することも可能である。
【００２５】
プリントヘッド・モジュール１２０１は、圧電素子１２３４とインク室１２０２との間に配置された膜１２１０を備えている。膜１２１０は電極１２５２をインク室１２０２内のインクから防護している。一般的に、動作時の圧電素子１２３４の伸張に順応するように膜１２１０が可撓性材料から作成されている。或る実施の形態においては、膜１２１０が、ニッケル、銅、金、および／または他の材料、またはシリコンなどの半導体材料から形成される。あるいは膜１２１０が、二酸化シリコンまたは「カプトン」などの電気絶縁材料から形成される。膜１２１０はまた、ポリマーまたは、例えば窒化シリコンと二酸化シリコンの混合物などの二つ以上の材料の混合物から形成することもできる。或る実施の形態においては、膜１２１０が電極１２５２を担持する可撓性プリント片である。
【００２６】
一般的に、膜１２１０の厚さは希望に応じて変えることができる。或る実施の形態においては、膜１２１０が約１０μｍ以下（例えば、約０．５〜約５μｍ）のように比較的薄いこともあり得る。
【００２７】
湾曲は圧電素子の剛性を高め、かつ低い電圧が圧電素に印加されたときのインクの吐出性能を向上させる。これに比較して、平らな圧電素子を備えた比較例のインクジェット・プリンティングモジュールは、同量のインクを吐出するのに、より高い電圧の印加を必要とする。インク室に対して凹状の表面は、吐出時の負圧よりも高いインク室内の正圧を誘起することができ、例えば、吐出時の圧力を室に充填するときの圧力の２倍にまで高めることができる。インクジェット・プリンティングモジュールの寸法を低減すると、所定のインク滴体積を得るのにより高い電圧を必要とする。より小さい噴出口はプリントヘッドをより小型にする。剛性が高められた圧電素子は、少なくとも一方向における剛性が平らな圧電素子よりも高いために、インクジェットモジュールを小型に形成することをも可能にする。圧電素子が休止状態において湾曲している場合、平らなプレートよりも圧電素子の法線方向のたわみが増幅される。さらに、より薄いインク室は、優れた特性を有する小型の噴出口の作成を可能にする。
【００２８】
以上、インクジェット・プリントヘッドの実施の形態について説明したが、このモジュールの部品は他のモジュールにおける使用にも適している。例えば、湾曲した圧電素子のような部品は、その内容の全てが引例として本明細書に組み入れられる、「プリントヘッド」と題して２００２年７月３日付けで出願された米国特許出願第１０／１８９,９４７号明細書に記載されたプリントヘッド・モジュールに使用可能である。
【００２９】
円筒形（図３に示すような）で特定の曲率半径を有し、かつ伸張モードで動作する構造体の有限要素分析モデリングによれば、剛性が高められた圧電素子は、平らな素子に対して優れたポンピング特性を示すことが立証されている。このモデルにおいて、インク室の直径０．１０２ｃｍ、インク室の深さ０．１５２ｍｍ、厚さ方向に分極されたチタン酸ジルコン酸鉛（オハイオ州ベッドフォード所在のモーガン・エレクトロ・セラミツクス(Morgan Electro Ceramics)社のＰＺＴ  ５Ａ）、ＫＯＶＡＲ（登録商標）（カリフォルニア州シルマー所在のハイ・テンプ・メタルス(High Temp Metals)社から入手できる低膨張率の鉄・ニッケル・コバルト合金）製のキャビティプレート、圧電材料のランド部の幅（室間の距離）０．２５４ｍｍ、インクの密度１０００kg/ｍ３、パルス電圧５０ボルト、圧電素子の厚さの範囲２５．４μｍ（１ミル）から２５４μｍ（１０ミル）まで、曲率半径７６２μｍ（３０ミル）、１．０１６ｍｍ（４０ミル）、１．２７０ｍｍ（５０ミル）、２．５４０ｍｍ（１００ミル）または無限大（平坦）のパラメータを用いて、ＡＮＳＹＳマルチフィジックス結合電磁場分析（multiphysics coupled field analysis）（ＡＮＳＹＳヴァージョン５．７、ペンシルヴァニア州キャノンバーグ所在のＡＮＳＹＳ社）を実施した。特定の厚さと曲率半径を有する剛性が高められた圧電素子によって発生せしめられた圧力およびたわみは表１に示されている。圧電素子によって発生せしめられた圧力および全容積は図４および図５に示されている。吐出電圧１００ボルトにおけるシェアモードの平らな圧電素子の比較用サンプルが比較例として含まれている。
【表１】
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【００３０】
球形状で特定の曲率半径を有し、伸張モードで作動され、かつ一定の全室容積を有する図６に示された構造体の有限要素分析モデリングによれば、剛性が高められた圧電素子は、平坦な素子に比較して優れたポンピング特性をも有することが立証されている。このモデルにおいては、室径０．１０２ｃｍ、厚さ方向に分極されたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ  ５Ａ）、「ＫＯＶＡＲ」製のキャビティプレート、圧電材料のランド部の幅（室間の距離）０．２５４ｍｍ、インクの密度１０００kg/ｍ３、パルス電圧５０ボルト、圧電素子の厚さの範囲２５．４μｍ（１ミル）から２５４μｍ（１０ミル）まで、曲率半径５０８μｍ（２０ミル）、７６２μｍ（３０ミル）、１．０１６ｍｍ（４０ミル）、１．２７０ｍｍ（５０ミル）または無限大（平坦）のパラメータを用いて、ＡＮＳＹＳマルチフィジックス結合電磁場分析を実施した。ポンピング室の容積は、比較用サンプルの場合と同じ３．１４×１０−１０ｍ３に保たれた。室径は一定（０．１０２ｃｍ）で曲率半径が変化するので、室の深さは変数になる。各曲率半径についての室の深さは、Ｒ＝５０８μｍ（２０ミル），深さ＝５０．８μｍ（２ミル）；Ｒ＝７６２μｍ（３０ミル），深さ＝２８８μｍ（１１．３３ミル）；Ｒ＝１．０１６ｍｍ（４０ミル），深さ＝３２０μｍ（１２．５９ミル）；またはＲ＝１．２７０ｍｍ（５０ミル），深さ＝３３６μｍ（１３．２２ミル）であった。特定の厚さおよび曲率半径を有する剛性が高められた圧電素子によって発生せしめられた圧力およびインク滴体積が表２に示されている。剛性が高められた圧電素子によって発生せしめられたインク室圧力およびインク滴体積が図７および図８に示されている。比較のために、吐出電圧１００ボルトでシェアモードの平坦な圧電素子からなる比較例が含まれている。
【表２−１】
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【表２−２】
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球形状、特定の曲率半径および一定の容積を有し伸張モードで動作する図６に描かれた構造体のさらなる有限素子解析モデリングによれば、剛性が高められた圧電素子は平坦な素子に比較して優れたポンピング特性を有することも立証されている。このモデルにおいて、インク室径０．１０２ｃｍ、インク室の深さ０．１５２ｍｍ、厚さ方向に分極されたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ  ５Ａ）、「ＫＯＶＡＲ」製のキャビティプレート、圧電材料のランド部の幅（室間距離）０．２５４ｍｍ、インク密度１０００kg/ｍ３、パルス電圧５０ボルト、圧電素子の厚さの範囲２５．４μｍ（１ミル）から２０３μｍ（８ミル）まで、曲率半径５０８μｍ（２０ミル）、７６２μｍ（３０ミル）、１．０１６ｍｍ（４０ミル）または１．２７０ｍｍ（５０ミル）のパラメータを用いて、ＡＮＳＹＳマルチフィジックス結合電磁場分析を実施した。特定の厚さおよび曲率半径を有する剛性が高められた圧電素子によって生成されたインク滴体積が図９に示されている。
【００３１】
球形状、特定の曲率半径および一定の全室容積を有し伸張モードで動作する図６に描かれた構造体のさらなる有限素子解析モデリングによれば、剛性が高められた圧電素子は平坦な素子に比較して優れたポンピング特性を有することが立証されている。このモデルにおいて、インク室径０．１０２ｃｍ、インク室の深さ０．１５２ｍｍ、厚さ方向に分極されたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ  ５Ａ）、「ＫＯＶＡＲ」製のキャビティプレート、圧電材料のランド部の幅（室間距離）０．２５４ｍｍ、インクの密度１０００kg/ｍ３、５０ボルトのパルス電圧、圧電素子の厚さ１μｍ（０．０４ミル）、２．５μｍ（０．１０ミル）、７．５μｍ（０．３０ミル）、１２．５μｍ（（０．５０ミル）または２５４μｍ（１０ミル）、曲率半径７６２μｍ（３０ミル）、１．０１６ｍｍ（４０ミル）、または１．２７０ｍｍ（５０ミル）または無限大（平坦）のパラメータを用いて、別のＡＮＳＹＳマルチフィジックス結合電磁場分析を採用した。室径はまた一定（０．１０２ｃｍ）で曲率半径が変化するので、室の深さが変数になる。各曲率半径についての室の深さは、Ｒ＝５０８μｍ（２０ミル），深さ＝５０．８μｍ（２ミル）；Ｒ＝７６２μｍ（３０ミル），深さ＝２８８μｍ（１１．３３ミル）；Ｒ＝１．０１６ｍｍ（４０ミル），深さ＝３２０μｍ（１２．５９ミル）；またはＲ＝１．２７０ｍｍ（５０ミル），深さ＝３３６μｍ（１３．２２ミル）であった。特定の厚さおよび曲率半径を有する剛性が高められた圧電素子によって発生せしめられた圧力およびインク滴体積が表３に示されている。剛性が高められた圧電素子によって発生せしめられたインク室圧力およびインク滴体積が図１０および図１１に示されている。比較のために、吐出電圧１００ボルトでシェアモードの平坦な圧電素子からなる比較例が含まれている。
【表３】
2008503374.tif 000006
【００３２】
上述の実施の形態は一般にインクの吐出に関するものであるが、ここに記載されている実施の形態は他の液体の吐出にも同様に用いることができる。例えば、プリントヘッド・モジュールは、電子的ディスプレーの製造時における有機発光ポリマーおよび／または回路中の導電ワイヤに用いるための導電材料のような、光学的または電子的素子の用いられる材料の付着にも用いることができる。その他の実施例として、プリントヘッド・モジュールは、接着剤の付着に、特に、サブストレートに対する接着剤の精密な塗布が要求される用途に用いることができる。或る実施の形態においては、プリントヘッド・モジュールが、核酸または薬学的活性成分を含む液体のような生物学的材料の計量に用いることができる。
【００３３】
多くの実施の形態について説明したが、添付の請求項の範囲内でその他の実施の形態が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】インクジェット・プリンティングモジュールの概略図
【図１Ｂ】インクジェット・プリンティングモジュールの概略図
【図２】インクジェット・プリンティングモジュールの一部を示す概略図
【図３】圧電素子を示す概略図
【図４】圧電素子の厚さおよび曲率の変化に対するインク室内に発生する圧力変化を示すグラフ
【図５】圧電素子の厚さおよび曲率の変化に対するインク室内の容積変化を示すグラ    フ
【図６】圧電素子を示す概略図
【図７】圧電素子の厚さおよび曲率の変化に対するインク室内に発生する圧力変化を示すグラフ
【図８】圧電素子の厚さおよび曲率の変化に対するインク室によって生じるインク滴の体積変化を示すグラフ
【図９】圧電素子の厚さおよび曲率の変化に対するインク室によって生じるインク滴の体積変化を示すグラフ
【図１０】圧電素子の厚さおよび曲率の変化に対するインク室内に発生する圧力変化を示すグラフ
【図１１】圧電素子の厚さおよび曲率の変化に対するインク室によって生じるインク滴の体積変化を示すグラフ
【図１２Ａ】図１２Ｂの１２Ａ−１２Ａ線に沿った圧電素子の概略的断面図
【図１２Ｂ】図１２Ａの１２Ｂ−１２Ｂ線に沿った圧電素子の概略的断面図
【符号の説明】
【００３５】
２    圧電インクジェットヘッド
４    インクジェット・プリンティングモジュール
２２    インク室
３１，３１′    電気接点
３３，３３′    集積回路
３４    圧電素子
４０，５２    電極
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【国際調査報告】
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