(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体化インク供給マニフォルド及び一体化インク孔と流動連絡する一体化インク室を有する圧電プレートを有し、前記インク室が前記インク供給マニフォルドを前記インク孔に接続する主チャネルを有し、複数の圧電アクチュエータが前記主チャネルから延びかつ前記主チャネルと流動連絡するインクサブチャネルによって互いに離間した、圧電モジュールと、
前記複数の圧電アクチュエータの各々の第一の端と接する接地電極と、
前記インク室及び前記マニフォルドをシールするために前記圧電プレートに接合され、かつ制御電極と接して前記制御電極から前記複数の圧電アクチュエータに制御信号を伝えるように構成されているカバープレートとを備えたインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
前記モジュールは、前記圧電プレートに配置される複数のインク室を備え、連続するインク室が室壁によって分離されている請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
前記インク室は、共通のインク供給マニフォルドと流体的に連通している請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
前記室壁は、連続するインク室の間のカットによって分離されている請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項５】
弾性膜が前記カバープレートと前記圧電プレートの間に配置されている請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
前記弾性膜が導電性を有する請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
インク液滴サイズを調節するために前記複数の圧電アクチュエータを選択的に起動できる請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
前記マニフォルドと前記主チャネルとの間に配置されているレストリクタをさらに備えている請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
プリントヘッド上に共に積み重ねられた多数のモジュールをさらに備えている請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１０】
前記積み重ねられた多数のモジュールは互いに偏移している請求項９に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１１】
前記複数の圧電アクチュエータが前記主チャネルと直角に配置されている請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１２】
前記複数の圧電アクチュエータは、インク孔に向かうにつれて長くなる請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１３】
前記アクチュエータのベースの隅の周りに複数のさらなるカットが形成されている請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１４】
前記複数の圧電アクチュエータは、前記複数の圧電アクチュエータを囲んでいる前記室壁よりも短い請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１５】
前記複数のアクチュエータは、互いに平行に配置されている請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリントヘッドなどの圧電流体射出装置及びその製造方法に関する。とりわけ、本発明は、液滴体積を調節できる流体射出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
液滴体積を調節できる圧電プリントヘッドが必要とされている。この種のプリントヘッドは、アクチュエータと電極の間の内部接点並びに外部接点に簡単にアクセスできるように構成されることが望ましい。この種のプリントヘッドは、高解像度の印刷の質を得られるように「積み重ね」構成で製造できることが最も望ましい。この装置は、接着剤などのインク以外の流体を射出するために使用できることも想定されている。本発明は、上記のニーズを満たし、下に詳しく説明するように、さらなる付加的利点を有する。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
１つの実施態様において、本発明は、所与の流体室内の複数のアクチュエータを使用して流体滴形成及び射出を行なう。各アクチュエータは、流体室の体積変化及び液滴の射出に寄与する全ての複数の方向に変形可能である。最新の実施態様においては、この種の装置は、インク液滴の形成及び射出のために構成されるが、接着剤などの他の流体も想定される。
【０００４】
さらに、複数のアクチュエータは、例えばグレースケール印刷を行なうために液滴体積を変動させるように選択的に変形できる。これまで、印刷中の液滴体積を変動させることは、これまでサーマルインクジェット印刷を含めてほとんどのインクジェット印刷法にとって実現が困難であった。また、複数のアクチュエータにより、綴じ合わせなしに大きな高さの印刷を可能にする。
【０００５】
さらに、本発明は、脆弱で圧電プリントヘッドの一般的な故障原因となることが多いダイアフラムを必要としない。典型的な圧電プリントヘッドにおいて、ダイアフラムは柔軟な材料で作られており、圧電素子に接続される。圧電素子は、信号に応答して形状を変える時にダイアフラムを操作し、ダイアフラムは圧力波がインク室内で伝播するようにし、その結果、孔を通じてインクを射出する。
【０００６】
本発明の１つ以上の実施態様のさらなる利点としては、低コストの製造のために高度に統合された構造、高解像度印刷のための積み重ねやすい設計、圧電材料とダイアフラムの間の熱膨張の問題が皆無である又はほとんどないこと、及び優れたインクコンパティビリティ及び耐食性が挙げられる。
【０００７】
１つの実施態様において、本発明は、一体化インク供給マニフォルド及び一体化インク孔と流動連絡する一体化インク室を持つプレートを有する圧電モジュールを有するインクジェットプリントヘッドを想定している。インク室は、インク供給マニフォルドをインク孔に接続する主チャネル、及び主チャネルから延びかつ主チャネルと流動連絡するインクサブチャネルによって互いに離間した複数の圧電アクチュエータを有する。この実施態様は、さらに、各アクチュエータの第一の端と接する接地電極及び圧電プレートに接合されるカバープレートを有する。カバープレートは、インク室及びマニフォルドをシールする。カバープレートは制御電極と接しており、制御電極からアクチュエータに制御信号を伝えるように構成される。
【０００８】
本発明のこの実施態様及び別の実施態様は、圧電モジュールは、圧電プレートに配置される複数のインク室を有することができ、連続するインク室は室壁によって分離されるという特徴、インク室は共通インク供給マニフォルドと流動連絡できるという特徴、及び、室壁は連続するインク室間のカットによって分離できるという特徴の中の少なくとも一つを有しうる。
【０００９】
また、カバープレートと圧電プレートの間に弾性膜を配置することができる。アクチュエータの配列に基づき、弾性膜を導電性とするか、又は弾性膜の一部を導電性とすることができる。アクチュエータは、インク液滴サイズを調節するために選択的に起動できる。マニフォルドと主チャネルの間にレストリクタを配置することができる。
【００１０】
プリントヘッド上に多数のモジュールを積み重ねることができる。積み重ねられたモジュールは、相互に偏倚させることができる。アクチュエータは主チャネルに対して垂直に配置することができる。アクチュエータはインク孔に向かうにつれて長くすることができる。各アクチュエータの第一の端は先細りにすることができる。アクチュエータは周囲室壁より短くすることができる。アクチュエータは相互に平行に配列することができる。
【００１１】
別の実施態様において、本発明は、インクマニフォルドからインク射出孔にインクを供給するための手段と直接的に通信する垂直及び水平の両方の方向に変形可能な圧電作動手段、及び圧電作動手段に信号を与えるための制御手段を有するインクジェットプリントヘッドを想定している。
【００１２】
また、このインクジェットプリントヘッドは、また、インク供給手段とマニフォルドの間のインクの流れを制限するための手段も有することができる。インクジェットプリントヘッドは、また、単一のプリントヘッド上に一緒に積み重ねられる複数の圧電作動手段を有することができる。積み重ねられた作動手段は相互に偏倚させることができる。
【００１３】
別の実施態様において、本発明は、インク源内を伝播し、かつ起動されるアクチュエータの数に応じた体積のインク液滴を射出する圧力波を生成するためにインク源と直接的に通信する圧電アクチュエータ配列の中の１つ以上の圧電アクチュエータを選択的に起動する段階を備えた、インクジェットプリントヘッドにおけるインク液滴体積を制御するための方法を想定している。
【００１４】
この方法において、アクチュエータに電気的に接続される制御電極によってアクチュエータを選択的に起動することができる。導電性弾性膜も、アクチュエータを選択的に起動するために制御電極からアクチュエータに信号を送ることができる。
【００１５】
別の実施態様において、本発明は、前述の圧電プリントヘッドを有するインクジェットプリンタを想定している。
【００１６】
本発明の上記及びその他の特徴及び利点は、クレームと共に下記の詳細な説明から容易に明らかになるだろう。
【００１７】
本発明の長所及び利点は、以下の詳細な説明及び添付図面を検討することにより関連技術の当業者にはより簡単に明らかになるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は様々な形態の実施態様が可能であるが、本開示は本発明の例証と見なされるものであり、本発明を例示される特定の実施態様に限定するためのものではないと理解して、図面には現在好適な実施態様が示されており、これについて以下に説明する。
【００１９】
図１を参照すると、１つの実施態様において、本発明は、一体化インク供給マニフォルド６と流動連絡する複数の一体化インク室４ａ、４ｂ、４ｃを有する圧電プレート２を有するインクジェットプリンタ用インクジェットプリントヘッドに関するものである。インク室４ａ、４ｂ、４ｃは、それぞれ、主チャネルの一端のインク供給マニフォルド６をその反対端のインク孔１０ａ、１０ｂ、１０ｃに接続する主チャネル８ａ、８ｂ、８ｃを有する。
【００２０】
特定のインク室、例えばインク室４ａにおいて、複数の圧電アクチュエータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃは主チャネルから延び、櫛状の配列に配置され、隣接するアクチュエータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、主チャネル８ａと流動連絡するインクサブチャネル１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄによって互いに離間している。特定のインク室の中のアクチュエータの数は２から２０以上までの範囲であることが好ましく、アクチュエータは、液滴サイズを調節し、グレースケール印刷を行なうために、別個に選択的に作動できる。サイズが大きくなるとコストが大幅に上がる従来のシリコンベースのプリントヘッドに比べて、比較的大きく安価なセラミックプレートに同じ室のパターンを容易に反復することができるので、綴じ合わせなしの大型印刷（５センチ（２インチ）〜２０センチ（８インチ）程度）も可能である。
【００２１】
レストリクタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、インク供給マニフォルド６と主チャネル８ａ、８ｂ、８ｃの間に配置されている。レストリクタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、マニフォルド６と主チャネル８ａ、８ｂ、８ｃの間のインクの流れを制御し、インク室４ａ、４ｂ、４ｃからマニフォルド６に戻るインクの流れを軽減するのに役立つ。これは、主チャネル８ａ、８ｂ、８ｃがインク供給マニフォルド６に接近するとバルブ又はその他の流量制御装置によって主チャネルを狭めることによって実現することができる。
【００２２】
次に図２を参照すると、共通電極又はアース１８がアクチュエータの第一の端１９と接しているのが分かる。カバープレート２０は、インク室４及びマニフォルド６を封止する。カバープレートは導電性弾性材料２２を使って圧電プレート２に接合することができる。カバープレート２０は、また、制御電極２４に接しており、孔１０からインク液滴を射出するようにアクチュエータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃを起動できるように、制御電極２４からアクチュエータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃの第二の端にある個々の電極２５ａ、２５ｂ、２５ｃに制御信号を伝える。この第二の端は、例えばアクチュエータの上端とすることができる。好適な実施態様において、個々のアクチュエータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、結果として得られるインク液滴の体積を制御するために選択的に起動できる。インク液滴の体積は、起動されるアクチュエータの数に比例して増大する。
【００２３】
制御電極２４とアース１８の間に電圧が加えられると、アクチュエータ１４は垂直方向に縮む（カバープレートから離れる）が、図２において点線で示されるように、隣接するサブチャネル１６の中に向かって水平方向に膨張する。この例において、電界は圧電ポーリング方向に平行の方向に加えられる。この作動段階の間、弾性材料２は、アクチュエータ１４に沿って下に引っ張られる。アクチュエータ１４の間のインクは、このようにして絞られ、インク室からそれぞれの孔に向かって押し出されてインク液滴を排出する。
【００２４】
カバープレート２０は、圧電材料と両立する適切な材料であればどのようなものでもよく、これが電極の好ましい設置位置であれば金属で被覆又はめっきすることができる。次いで、金属層は、各インク室に１つずつ個別の電極２５ａ、２５ｂ、２５ｃを形成するために分離される。１つのインク室４内で個々のアクチュエータ１４を選択的に起動できるように金属パターンを配列することができる。例えば、図２において、３つのアクチュエータ１４を同時に変形させるか、又はアクチュエータ１４のうち２つ又は１つだけでも特定の時点で変形させることができる。このようにして、単にいくつのどのアクチュエータ１４を変形するかを選択するだけで、液滴体積を変えることができる。このアクチュエータの選択的な変形により、グレースケール印刷が可能となる。図１及び２には３つのアクチュエータしか示されていないが、１つのインク室に２０以上のアクチュエータが存在することができ、その結果、単位センチ当りのドットが４０（単位インチ当りのドット（「ＤＰＩ」）が１００）のプリントヘッドの場合、１０〜４０ｐＬ程度の液滴体積が得られる。
【００２５】
次に図３を参照すると、孔３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを有する複数のインク室３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを有するプレート３０及びカバープレート３６を有する第一の圧電モジュール２９は、同様に孔４２ａ、４２ｂ、４２ｃを有する複数のインク室４０ａ、４０ｂ、４０ｃを有するプレート３８及びカバープレート４４を有する第二の圧電モジュール３１の下に重ねられていることが分かる。インク室３２ａ〜ｄ及び４０ａ〜ｄは、プリント密度を増すことができるように偏倚している。各モジュールは約５００μｍ〜２ｍｍ程度の厚みを有するので、層間距離が大きいために印刷の質を犠牲にすることなく、数個のモジュールを積み重ねることができる。
【００２６】
次に図４を参照すると、別の実施態様において、アクチュエータ５０ａ、５０ｂ、５０ｃを図１に示されるような一定角度にではなくインク室５２ａ〜ｃに対して垂直に配列できることが分かる。これはカット及び製造を容易にすることを考慮している。
【００２７】
次に図５を参照すると、さらに別の実施態様において、インク室７４の容量を増すためにアクチュエータ６０ａ〜ｅが孔７０に向かうにつれて長くなることが分かる。
【００２８】
次に図６を参照すると、アクチュエータ８２ａ〜ｃを連続する室壁８４から分離するために浅いカット８０を利用できることが分かる。このカット８０は、隣接するインク室間のクロストークを生じる可能性のある室壁８４の変形を防ぐのにも役立つ。
【００２９】
次に図７を参照すると、さらに別の実施態様において、アクチュエータ９０ａ〜ｃが周囲壁より短いことが分かる。アクチュエータ９０ａ〜ｃは、全てのインク室が形成される前に切除によって周囲壁９２ａ〜ｄに関して短くすることができる。周囲壁９２ａ〜ｄに関してアクチュエータ９０ａ〜ｃを短くすることにより、個々のアクチュエータ９０ａ〜ｃの自由を犠牲にすることなくカバープレート９４とチェンバープレート９６の接合の堅さを増す。また、接地電極９１、レストリクタ９３、インクマニフォルド９５、制御電極９９、及びカバープレートを圧電プレートに接合し制御電極から個々のアクチュエータ９０ａ〜ｃに電気を伝える弾性材９７も図に示されている。点線は、制御電極からの信号に応答して垂直方向に収縮して水平方向に膨張している圧電材料を示している。
【００３０】
次に図８を参照すると、他の実施態様において、アクチュエータが室壁１０４と接するアクチュエータ１００ａ〜ｃのベースの隅の周りにさらなるカット１０２ａ〜ｂが作られる。その結果、先細りとなるアクチュエータ１００ａ〜ｃは変形スペースを付加し、したがってインク排出量が大きくなる。
【００３１】
以上のことから、本発明の新規の概念の真の精神及び範囲から逸脱することなく多数の修正及び変形を実施できることが分かるだろう。例示される特定の実施態様に関して限定することが意図されると解釈されるものではなく、このような限定を推測すべきではない。開示は、付属のクレームによってクレームの範囲内に属する全ての修正を対象とするためのものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプリントヘッドの１つの実施態様の斜視図である。
【図２】アクチュエータの作動メカニズムの断面図を示している。
【図３】高解像度用の積み重ね配列の前面図を示している。
【図４】カットしやすいようにアクチュエータがインクチャネルと直交する別の実施態様を示している。
【図５】より大きなインク室を形成するためにアクチュエータが孔に向かうにつれて長くなる別の実施態様を示している。
【図６】アクチュエータを壁から分離するための浅いカットを示している。
【図７】アクチュエータが周囲壁より短い別の実施態様を示している。
【図８】アクチュエータのさらなる変形を可能にするためにカバーの周りにさらなるカットを有する別の実施態様を示している。
【符号の説明】
２…圧電プレート
４…一体化インク室
６…一体化インク供給マニフォルド
８…主チャネル
１０…一体化インク孔
１４…圧電アクチュエータ
１６…インクサブチャネル
１８…接地電極
２０…カバープレート
２４…制御電極
２９…圧電モジュール
３１…圧電モジュール
３８…プレート
【図１】
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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】
0004602640.tif 000008
【図８】
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