(57)【要約】【課題】  要求式液滴インクジェットプリンタを提供する。【解決手段】  この液滴インクジェットプリンタは、夫々の噴出ノズル（１６）を有するインク噴出室（１２）を規定する受動部品と、開口部および開口部内に位置決めされたアクチュエータ構造体（８）を備えたボディ（２）とを有している。アクチュエータ構造体はスラリーからの成形または、燃焼除去される型を使用した可撓性シートの真空形成により圧電性材料で形成されている。一連のマスク使用の付着、エッチングおよび同様な処理工程を使用して前記構造体をシリコンウェファーに構成するのに、ＭＥＮ技術が用いられてもよい。
2006510506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
要求式液滴インクジェットプリンタ用のアクチュエータ部品であって、頂面を有するボディと、開口軸線に沿って前記ボディの中へ延びている前記頂面における開口部と、実質的に前記開口部内に位置決めされたアクチュエータ構造体と、電極手段とを具備しており、前記電極手段が、前記アクチュエータ構造体を変形させるように界を前記アクチュエータ構造体に印加することができるように配置されている、アクチュエータ部品。
【請求項２】
前記開口部は、前記頂面からこれと反対側の底面まで延びている、請求項１に記載の部品。
【請求項３】
前記アクチュエータ構造体は、分離されたアクチュエータ構造体である、請求項１または２に記載の部品。
【請求項４】
前記アクチュエータ構造体は、前記開口部を横切って不浸透性の壁部として延びている、前記全ての請求項のいずれか１つの請求項に記載の部品。
【請求項５】
前記アクチュエータ構造体は、前記開口軸線に沿ってテーパである、前記全ての請求項のいずれか１つの請求項に記載の部品。
【請求項６】
前記アクチュエータは、前記テーパの端部に平らな部分を備えており、前記平らな部分は、上面および下面を備えており、前記上面および下面は、前記頂面および底面と平行に位置している、請求項５に記載の部品。
【請求項７】
前記上面は、前記頂面の平面に位置している、請求項６に記載の部品。
【請求項８】
前記下面は、前記開口部内に位置している、請求項６または７に記載の部品。
【請求項９】
前記頂面および前記底面の両方は、前記開口方向に移動することができる、請求項６ないし８のうちのいずれか１つの請求項に記載の部品。
【請求項１０】
前記アクチュエータ構造体は、凸形である、請求項１ないし４のうちのいずれか１つの請求項に記載の部品。
【請求項１１】
複数の開口部が設けられており、これら開口部の各々は、夫々のアクチュエータ構造体を備えている、前記全ての請求項のいずれか１つの請求項に記載の部品。
【請求項１２】
前記開口部は、少なくとも１つの開口面により境界決めされており、前記の少なくとも１つの開口面の各々は前記頂面の平面と直交して位置している、前記全ての請求項のいずれか１つの請求項に記載の部品。
【請求項１３】
前記開口面は、前記開口部のまわりに半径方向に延びている、請求項１２に記載の部品。
【請求項１４】
複数の開口面が、設けられている請求項１２に記載の部品。
【請求項１５】
前記複数の開口面は、前記開口軸線と直交する方向に細長い開口部を規定している、請求項１４に記載の部品。
【請求項１６】
前記アクチュエータ構造体は、取付け箇所で開口面に取付けられている、請求項７ないし１０のうちのいずれか１つの請求項に記載の部品。
【請求項１７】
前記取付け箇所は、実質的に前記開口部のまわりに延びている、請求項１１に記載の部品。
【請求項１８】
前記アクチュエータは、電歪性材料で形成されている、前記全ての請求項のいずれか１つの請求項に記載の部品。
【請求項１９】
前記電歪性材料は、チタン酸ジルコン酸鉛セラミックである、請求項１８に記載の部品。
【請求項２０】
液滴飛び方向に液滴を噴出させるための部品であって、前記液滴飛び方向に作動により変位可能なアクチュエータ構造体を具備しており、前記アクチュエータは、噴出室を部分的に規定しており、そして前記液滴が噴出される際に通るポートを備えている、液滴を噴出させるための部品。
【請求項２１】
電極手段を更に具備しており、前記電極手段は、前記アクチュエータ構造体を変形させるように前記アクチュエータ構造体に界を印加することができるように配置されている、請求項２０に記載の部品。
【請求項２２】
前記アクチュエータ構造体は、細長いチャンネルを規定する細長いチャンネル壁部を備えている、請求項２０または２１に記載の部品。
【請求項２３】
前記アクチュエータ構造体は、チャンネルの長さと直角に横断面を取った場合、凸形の横断面を与えている、請求項２２に記載の部品。
【請求項２４】
前記ポートは、前記凸形の横断面の天井に設けられている、請求項２３に記載の部品。
【請求項２５】
前記アクチュエータ構造体は、水滴の飛沫の方向にテーパが形成されている、請求項２２に記載の部品。
【請求項２６】
前記アクチュエータ構造体は、前記テーパの端部に平らな部分を備えており、前記平らな部分は、上面および下面上面および下面を備えており、前記上面および下面は、前記液滴飛び方向と直角な平面に位置している、請求項２２に記載の部品。
【請求項２７】
前記アクチュエータ構造体は、均一である、請求項２０ないし２６のうちのいずれか１つの請求項に記載の部品。
【請求項２８】
前記アクチュエータ構造体は、基部に取付けられており、前記基部は前記噴出室の１つの壁部をなしている、請求項２０ないし２７にのうちのいずれか１つの請求項に記載の部品。
【請求項２９】
インクジェットプリントヘッド用の部品を形成する方法であって、a)モールド特徴を有するボディを用意する工程と、ｂ）形状が少なくとも部分的に前記モールド特徴により規定される変形可能なアクチュエータ構造体を形成する工程と、ｃ）前記モールド特徴の少なくとも一部を除去する工程と、ｄ）電極手段を設ける工程とを具備しており、前記電極手段は、前記アクチュエータ構造体がボディに取付けられている間、前記前記アクチュエータ構造体を変形させるように前記アクチュエータ構造体に界を印加することができるように配置される、インクジェットプリントヘッド用の部品を形成する方法。
【請求項３０】
前記モールド特徴は、前記ボディの表面に材料を付設することによって設けられる、請求項２９に記載に方法。
【請求項３１】
前記表面は、頂面である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記表面は、前記ボディの中へ延びている開口部を境界決めする表面である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記材料は、フォトレジストである、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記モールド特徴は、前記ボディの表面から材料を除去することによって設けられる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
前記材料は、エッチングにより除去される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記電極手段を形成する前記工程は、第１の電極層を形成する第１の工程と、第２の電極層を形成する第２の工程とよりなる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１の電極層は、前記変形可能なアクチュエータ構造体を形成する前に形成される、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１の電極手段は、分散された粒子を含有している懸濁液に浸漬されている、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記分散された粒子は、圧電性材料よりなる、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記電圧を間に印加し、それにより前記分散された粒子を前記第１の電極手段に付着するための付着電極が、前記第１の電極手段と共に前記懸濁液に浸漬されている、請求項３８または３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記第２の電極層は、前記変形可能なアクチュエータ構造体を形成した後に形成される、請求項３６ないし４０のうちのいずれか１つの請求項に記載の方法。
【請求項４２】
前記モールド特徴の少なくとも一部を除去する工程は、エッチングにより達成される、請求項２９に記載の方法。
【請求項４３】
前記モールド特徴の少なくとも一部を除去する工程は、洗浄により達成される、請求項２９に記載の方法。
【請求項４４】
前記前記モールド特徴の少なくとも一部を除去する工程は、熱の付与により達成される、請求項２９に記載の方法。
【請求項４５】
インクジェットプリントヘッド用の部品を形成する方法であって、a）頂面を有するボディを用意する工程と、ｂ）前記ボディの中へ延びる開口部を前記頂面に形成する工程と、ｃ）アクチュエータ構造体を前記開口部内に形成する工程とを具備しており、前記アクチュエータ構造体は、作動中、前記ボディに取付けられたままである、インクジェットプリントヘッド用の部品を形成する方法。
【請求項４６】
前記アクチュエータ構造体は、分離されたアクチュエータ構造体である、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
複数の開口部を形成する工程を具備している請求項４５または４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記開口部は、前記頂面から材料をエッチングすることによって形成される、請求項４５に記載の方法。
【請求項４９】
マスクをボディに付設し、かくして形成された開口部は、深さの増大に伴ってテーパが形成されている、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
電極手段を前記開口部の内面に付設する、請求項４５ないし４９にうちのいずれか１つの請求項に記載の方法。
【請求項５１】
前記電極手段は、分散された粒子を含有している懸濁液に浸漬されている、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記分散された粒子は、圧電性材料よりなる、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記電圧を間に印加し、それにより前記分散された粒子を前記第１の電極手段に付着するための付着電極が、前記第１の電極手段と共に前記懸濁液に浸漬されている、請求項５１または５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記付着された分散粒子を加熱して前記アクチュエータ構造体を形成する、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
粒子を含有するスラリーを前記開口部内に供給する工程を具備しており、前記スラリーは、前記開口部の形状に少なくとも部分的に一致する、請求項４５ないし４９のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項５６】
前記粒子は、圧電性材料のものである、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記スラリーを熱処理して前記アクチュエータ構造体を形成する、請求項５５又は５６に記載の方法。
【請求項５８】
圧力差を付与することにより前記圧電性材料の可撓性シートを前記開口部内に敷設し、前記シートは、前記開口部の形状に少なくとも部分的に一致する、請求項４５ないし４９のうちのいずれか１つの請求項に記載の方法。
【請求項５９】
前記シートを熱処理して前記アクチュエータ構造体を形成する、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
スパッタリング方法を使用して圧電性材料のフィルムを前記開口部内に付着させ、前記フィルムは、前記開口部の形状に少なくとも部分的に一致する、請求項４５ないし４９のうちのいずれか１つの請求項に記載の方法。
【請求項６１】
前記スパッタリング方法は、鉛、チタンおよびジルコニウムの３つの金属ターゲットを備えている、請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
前記フィルムを熱処理して前記アクチュエータ構造体を形成する、請求項６０ないし６１のうちのいずれか１つの請求項に記載の方法。
【請求項６３】
要求式液滴インクジェットプリンタ用のチャンネル付き部品であって、各々がチャンネル長さと直角な作動方向に弾性的に変形可能である１つの壁部を備えている複数の細長い液体チャンネルを規定する細長いチャンネル壁部と、前記チャンネルに沿って連続した液体の流れを与える液体供給源と、チャンネルの液体における音響波を反射させるのに役立つチャンネルの両端部における音響境界とを具備しており、前記音響境界のチャンネル間の間隔が、前記ノズルのチャンネル間の間隔と異なっている、チャンネル付き部品。
【請求項６４】
前記音響境界のチャンネル間の間隔は、前記ノズルのチャンネル間の間隔より小さい、請求項６３に記載のチャンネル付き部品。
【請求項６５】
チャンネルは、山形の形状になっている、請求項６３に記載のチャンネル付き部品。
【請求項６６】
一連の山形形状のチャンネルが、まっすぐなチャンネルの一方の側に配置されており、前記山形形状のチャンネルの角度は、前記まっすぐなチャンネルからの距離の増大に伴ってより鋭角になっている、請求項６５に記載のチャンネル付き部品。
【請求項６７】
逆の第２の一連の山形形状のチャンネルが、前記まっすぐなチャンネルの反対側に配置されている、請求項６６に記載のチャンネル付き部品。
【請求項６８】
前記チャンネルは、タイルに配置されており、ノズル列が、前記タイルを横切って線形に延びている、請求項６３ないし６７のうちのいずれか１つの請求項に記載のチャンネル付き部品。
【請求項６９】
複数の同様なタイルが、それぞれの縁部に沿って突合わされており、同様なタイルの幅に沿っておよび突合せ接合部を横切って等しい線形ノズル間隔を有するノズル列が設けられている、請求項６８に記載のチャンネル付き部品。
【請求項７０】
前記夫々の縁部は鋸歯付きである、請求項６９に記載のチャンネル付き部品。
【請求項７１】
前記夫々の縁部の鋸歯は、差し込まれている、請求項７０に記載のチャンネル付き部品。
【請求項７２】
図１ないし図２１を参照して実質的に説明した装置。
【請求項７３】
図１ないし図２１を参照して実質的に説明した製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴付着装置に関し、詳細には、要求式液滴インクジェットプリンタ、それ用の部品およびそれらの製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
要求式液滴インクジェットプリンタは、代表的には、２つの広い種類のうちの一方、すなわち、気泡ジェットまたは機械的種類に入る。気泡ジェットプリンタは、流体を選択的に加熱し、液滴を噴出するのに十分な値カルを与える気泡を発生させることによって液滴を噴出する。機械的プリンタは、室の容積を変化させて圧力を室内の流体に付与し、かくして液滴を噴出することによって液滴を噴出する。本発明は、主として、要求式機械的液滴インクジェットプリンタ、特に、圧電性材料を使用した機械的プリンタに関する。従って、気泡ジェット装置は詳細には説明しない。
【０００３】
インクジェット印刷の従来利用されている圧電性材料は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）セラミック材料である。ＰＺＴは、比較的脆く、焼結された材料のシートとして製造される。これらの原料シートは、機械的に、或いは或る他の方法により機械加工されて個々のアクチュエータを形成する。
【０００４】
アクチュエータの１つの特に細長い形態は、製品コードＸＪ５００で出願人の会社により製造され、市販されている。チャンネルが、いずれの側でも壁部により境界決めされるように圧電性材料に鋸引き形成されている。カバープレートが、チャンネルの頂面を閉じるように設けられており、ノズルプレートが、チャンネルの開放前面に取付けられている。ノズルプレートを通って延びるノズルが形成されており、これらのノズルは、チャンネルと連通している。壁部を横切って電圧を印加することにより、壁部を剪断で撓ませる。この撓みによりチャンネル内のインクを加圧し、ノズルを通して液滴を噴出する。
【０００５】
圧電プリントヘッドを成形することが提案されており、また或る構造体が提案されている。１つの構造体は、成形により形成された圧電性材料の下側壁部を有する円形室に関する特許第ＷＯ００／１６９８１号に提案されている。
【０００６】
成形によるアクチュエータの形成は速いが、慣例的な機械的鋸引き方法では、或る程度の精度が失われる。特に、圧電性材料は、焼成時にしばしば３０％まで収縮する。この収縮は、圧電性材料の横切って一様ではなく、これにより、列の長さに沿って異なるチャンネル間隔を有するアクチュエータが生じてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、この問題および他の問題に取り組もうするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様によれば、要求式液滴インクジェットプリンタ用のアクチュエータ部品が提供され、この部品は、頂面を有するボディと、開口軸線に沿って前記ボディの中へ延びている前記頂面における開口部と、実質的に前記開口部内に位置決めされたアクチュエータ構造体と、電極手段とを備えており、前記電極手段は、前記アクチュエータ構造体を変形させるように界を前記アクチュエータ構造体に印加することができるように配置されている。
【０００９】
好適な実施の形態では、ボディは、極値の熱にさらされるとき、その寸法を著しくは変えない。ボディの熱膨張率（ＴＣＥ）が、アクチュエータのものと同様であることが好ましく、圧電性または強磁性材料の場合、特に好ましい材料は、シリコンまたはアルミナである。他の適切な材料は、慣例的な実験により見つけられ得る。材料がシリコンである場合、開口部は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）または深反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）により形成されてもよい。材料がアルミナであれば、レーザ切断または機械加工のような他の技術も適切である。
【００１０】
アクチュエータ構造体が、分離アクチュエータ構造体であり、すなわち、各構造体が、隣接したアクチュエータ構造体から別体であって、異なっており、共通のアクチュエータ構造体の一部ではないことが好ましい。アクチュエータ構造体は、これに関連して、例えば、これらがアクチュエータ構造体の自己支持性シートよりなれば、分離されていない。それにもかかわらず、分離されたアクチュエータ構造体は、これらと同じ特性を有する材料の薄い層により連結されてもよい。
【００１１】
開口部は、頂面からこれと反対側の底面まで延びてもよい。頂面からボディの中へ延びている開口部は、頂面と直交する側部を有してもよい。変更低として、開口部の表面は、頂面に対して非直交角度で位置してもよく、すなわち、開口部は、頂面から延びるにつれて内方または外方にテーパになっていてもよい。
【００１２】
開口部の形状は、アクチュエータ要素の形状を定めるのに使用されてもよいし、或いは追加のモールド要素が、好ましくはほぼ凸形であるか、或いは錐台の輪郭をたどるアクチュエータ形状を定めるように開口部に形成されてもよい。アクチュエータは、前記開口軸線に沿ってテーパになっていてもよく、更に前記テーパの端部のところに平らな部分を備えてもよく、この平らな部分は、上面および下面を備えており、この上面および下面は、前記頂面および底面と平行に位置している。上面は、前記頂面の平面に位置していてもよい。下面は、前記開口部内に位置していてもよく、頂面および前記底面の両方は、前記開口方向に移動することができる。
【００１３】
好ましくは、アクチュエータがボディの少なくとも一部に取付けられたままであるが、アクチュエータの自由移動を可能にするようにアクチュエータが形成されたら、アクチュエータの形状を定めるボディの少なくとも一部およびモールド部分が除去される。この材料の除去は、頂面と反対側のボディの表面からのエッチングまたは或る他の技術により行なわれてもよい。この場合、開口部は、アクチュエータがこれを横切る不浸透性のバリアを規定した状態でボディを通って延びてもよい。
【００１４】
開口部は、円形であってもよいが、より好ましくは、形状が細長い。多数の開口部が、線形列またはマトリックス配列でボディを貫通して設けられてもよい。
【００１５】
アクチュエータを横切って界を印加することができるように配置されている電極は、例えば、アルミニウムまたはニッケルで形成されてもよい。電極のうちの１つが、接地電極を構成し、他の電極が能動電極をなすことが好ましく、またこれらの電極が、圧電構造体の両面にわたって延びていることが好ましい。
【００１６】
ボディの片面または両面にわたって延びるダイアフラムが設けられてもよい。アクチュエータ構造体は、このダイアフラムに作用し、それによりその少なくとも諸部分をそれぞれの表面から離れる方向に撓ませ得る。カバープレートがボディに取付けられ、それにより噴出室を規定する場合、アクチュエータは、噴出室内に収容される流体に圧力の乱れを生じるように配置されるべきである。ダイアフラムは、室の基部のための一様な壁部、ならびにインクからの化学的攻撃に対するアクチュエータの保護の両方をもたらすことができる。
【００１７】
ダイアフラムの代わりとして、或いはダイアフラムに加えて、アクチュエータ構造体と、開口部と、頂面または底面の平面との間にいずれの空間も、例えばシリコンまたはゴムのような圧縮可能な材料により充填される。
【００１８】
カバープレートの材料は、好ましくは、その熱膨張率に関してボディに似通っており、各室の形状は、好ましくは、開口部の形状に似通っており、すなわち、開口部が細長い場合、チャンネルは細長い。
【００１９】
本発明の第２の態様によれば、液滴飛び方向に液滴を噴出するための部品が提供され、この部品は、前記液滴飛び方向における作動により変位可能であるアクチュエータ構造体を備えており、このアクチュエータは、分部的に噴出室を規定しており、そして前記液滴が噴出される際に通るポートを備えている。
【００２０】
好適な実施の形態では、アクチュエータは、噴出室の少なくとも３つの壁部を規定している。室は、好ましくは、概ね凸形であるか、或いはポートが基部に設けられた状態で錐台の外形を辿っている。アクチュエータは、噴出飛び方向に変位され、それにより液滴を噴出する。
【００２１】
アクチュエータは、基部構造体に設けられる開口部に位置決めされてもよいし、或いは頂面に取付けされてもよい。インクは、基部構造体の頂面が室を閉じている状態のいずれかの端部から、或いは基部構造体に形成された開口部を通して室に供給され得る。
【００２２】
ノズルを備えたノズルプレートが、ノズルがポートと流体連通するようにアクチュエータ構造体の表面に付設されてもよい。
【００２３】
アクチュエータ構造体は、好ましくは、非平坦であり、そしてこの構造体は、概ね凸形であるか、或いは錐台の外形を辿る比較的複雑な３次元形状を形成している。
【００２４】
アクチュエータ構造体は、圧電性材料の可撓性シートから、圧電性粒子を含有するスラリーから、例えば、スパッタリング方法により形成されてもよい。圧電性粒子は、犠牲マトリックス、代表的には熱可塑性材料に設けられてもよいが、エポキシのような熱硬化性材料を含めて、他の材料も適している。
【００２５】
開口部はボディを貫通してエッチング形成されており、犠牲モールド要素が開口部に設けられる。これは、ボディと共に、公知のセラミック射出成形技術により圧電構造体を形成するために使用される。この場合、ボディは、圧電性材料を焼結するように高温にさらされる。犠牲モールド要素がポリマー材料である場合、この要素は、焼結工程中、焼き尽くされて除去される。
【００２６】
この方法の特に格調高い形態では、犠牲モールド要素は、ボディの一部である。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が、モールドとして使用されてもよいテーパ状の開口部を形成する。焼結工程後、ボディは、反対側からエッチングされて圧電構造体を解放し得る。ＲＩＥが選択的方法であるので、シリコンは、圧電構造体を除去することなしに除去されることができる。
【００２７】
この格調高い技術は、圧電性材料が薄い層単独として、或いは多数の層として付着される場合にも同様に使用され得る。これらの層は、スパッタ被覆により、或いは前述の薄い可撓性層として付着されてもよい。
【００２８】
好適な方法では、シリコンのボディは、反応性イオンエッチングされて開口部を形成する。圧電性材料は、平らなボディの一方の側に敷設される可撓性シートの形態で設けられる。次いで、このシートは、低い圧力が開口部内に存在する状態で、実質的に、開口部とシートの反対側との間の圧力差を受ける。成形特徴が、開口部内に設けられてもよい。
【００２９】
かくして、可撓性シートは、３次元構造体に成形され、そして焼成されて可撓性シートにおける圧電性粒子を焼結し、且つマトリックスキャリアを焼き尽くし得る。形成された圧電構造体の内面および外面には、電極が付着される。電極材料をインクから絶縁するために、ダイアフラムおよび／またはポリマー材料が付着されてもよい。
【００３０】
本発明の更なる態様によれば、インクジェットプリントヘッド用の部品を形成する方法であって、a)モールド特徴を有するボディを用意する工程と、ｂ）形状が少なくとも部分的に前記モールド特徴により規定される変形可能なアクチュエータ構造体を形成する工程と、ｃ）前記モールド特徴の少なくとも一部を除去する工程と、ｄ）電極手段を設ける工程とを具備しており、前記電極手段が、前記アクチュエータ構造体がボディに取付けられている間、前記前記アクチュエータ構造体を変形させるように前記アクチュエータ構造体に界を印加することができるように配置される、インクジェットプリントヘッド用の部品を形成する方法が提供される。
【００３１】
ボディは、製造時および使用時の両方においてアクチュエータに対する支持を行い、そして形状を部分的に規定するためのモールド特徴をもたらす。アクチュエータは、好ましくは、非平坦であり、ボディに設けられた開口部内に位置決めされてもよい。
【００３２】
本発明の更に他の態様によれば、インクジェットプリントヘッド用の部品を形成する方法であって、a）頂面を有するボディを用意する工程と、ｂ）前記ボディの中へ延びる開口部を前記頂面に形成する工程と、ｃ）アクチュエータ構造体を前記開口部内に形成する工程とを具備しており、前記アクチュエータ構造体が、作動中、前記ボディに取付けられたままである、インクジェットプリントヘッド用の部品を形成する方法が提供される。
【００３３】
本発明の更に他の態様によれば、要求式液滴インクジェットプリンタ用のチャンネル付き部品であって、各々がチャンネル長さと直角な作動方向に男性的に変形可能である１つの壁部を備えている複数の細長い液体チャンネルを規定する細長いチャンネル壁部と、前記チャンネルに沿って連続した液体の流れを与える液体供給源と、チャンネルの液体における音響波を反射させるのに役立つチャンネルの両端部における音響境界とを具備しており、前記音響境界のチャンネル間の間隔が、前記ノズルのチャンネル間の間隔と異なっている、チャンネル付き部品が提供される。
【００３４】
好適な実施の形態では、前記音響境界のチャンネル間の間隔は、前記ノズルのチャンネル間の間隔より小さい。チャンネルは、山形の形状になっていてもよく、山形の角度は、ほぼまっすぐであるチャンネルから距離が増すにつれてより鋭角になっている。
【００３５】
ほぼまっすぐなチャンネルが、モジュールに対して中央であり、逆の一連の山形形状のチャンネルが、反対側に配置されていることが好ましい。
【００３６】
チャンネルが、タイルに配置されており、ノズル列が、前記タイルを横切って線形に延びていることが好ましい。複数の同様なタイルが、それぞれの縁部に沿って突合わされており、同様なタイルの幅に沿っておよび突合せ接合部を横切って等しい線形ノズル間隔を有するノズル列が設けられている。
【００３７】
突合せ接合部の縁部は、鋸歯付きであってもよく、夫々の鋸歯は、差し込まれることが可能である。
【００３８】
異なる形状のチャンネルの各々と同様な形状を有するアクチュエータを備えたアクチュエータ部品が、インクジェットプリントヘッドを構成するようにチャンネル付き部品に積層されてもよい。
【００３９】
異なる寸法を有し、噴出流体を収容する複数の噴出室と、異なる寸法を有する複数のアクチュエータを備えたアクチュエータ部品とを備えている室部品が設けられてもよく、この場合、前記アクチュエータ部品は、噴出室およびアクチュエータが、前記室から液滴を噴出するためにアクチュエータにより前記流体に圧力の乱れを生じさせることができるように組み合わされるように、前記室部品に接合されており、前記噴出された液滴は、ほぼ同じ特性を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図面を参照して本発明を単に例として以下に説明する。
【００４１】
図において、同様な部分には、同じ参照符号が付されている。
【００４２】
まず図１Ａおよび図１Ｂ（図１Ｂは図１Ａの線Ｘ−Ｘに沿って切断された断面図である）を参照すると、パルス型液滴プリントヘッドは、カバー部品１４とアクチュエータ部品１とよりなり、これらの部品間には、噴出室１２が規定されている。
【００４３】
カバー部品１４は、主としてシリコンであるが、能動部分８を備えているアクチュエータ部品１の材料に熱的に匹敵した材料であるニッケル合金で形成されている。噴出室は、細長く、そしてアクチュエータ部品を貫通して形成されたインク供給ポート３間の距離により定められる音響距離ＡＬを有している。供給ポートでのインクの深さの変化が、インク内で移動する音波を効率的に反射させる音響境界をもたらす。
【００４４】
供給ポート３は、共に、インクを室内に供給するか、或いは流体を一方のポートを通して室内へ送って第２のポートを通してインクを室から取り出すことによって室を通る噴出流体の循環を許容するように配置されている。噴出流体の循環が望まれる場合、ノズルを通る最大容積流量の１０倍またはそれ以上の程度の室に沿った流量が望まれる。ポートは、チャンネルの全幅またはチャンネルの実質部分を横切って延びていることが望ましい。
【００４５】
作動中、アクチュエータの能動部分８は、噴出室に向かって、或いは噴出室から離れる方向に移動し、そしてチャンネルに沿って反対方向に長さ方向に移動する圧力波を開始する。これらの圧力波は、供給ポートに隣接した音響境界のところで反射され、ノズルところで集中する。
【００４６】
長さ方向に移動する音波を発生させるために、チャンネルの中へのアクチュエータの移動は、ＡＬ／ｃ（ｃは噴出流体の音速である）未満で、急速であるべきである。好ましくは、アクチュエータを噴出室に向かって、或いは噴出室から離れる方向に移動させるのにかかる時間は、多くともＡＬ／ｃの半分であり、より好ましくは、ＡＬ／ｃ未満の大きさの程度である。チャンネル内へのまたはチャンネルからの能動部分の移動の距離は大きい必要がなく、５０ｎｍまたはそれ以下、ときどき１０ｎｍほどの低いチャンネル内へのまたはチャンネルからの移動により十分な噴出力が発生され得る。これは、好ましくは長さが１ｍｍないし１０ｍｍ、深さが３０ないし６０ミクロン、幅が３０ないし１００ミクロンのチャンネルの関係におけるものである。従って、移動距離は、噴出室の最も小さい寸法の１０−２未満、実際、１０−３未満であることがわかる。
【００４７】
能動部分を連続して多数回、急速に作動することによって、ノズルから噴出される流体の液滴の量を増大することが可能である。選択される作動モードに応じて、液滴がノズルプレートのまだ付着されている間、追加量のインクを噴出するか、或いは追加の別々の液滴で追加量のインクを噴出することが可能である。空力学効果のため、これらの追加の液滴は、通常、先に噴出されたインクの液滴より速く移動する。プリントヘッドが第２のモードにより作動すれば、後で噴出された液滴は、基質への到達前または到達時に先に噴出されたインクの液滴と合流する。インクの噴出量を変える技術は、グレースケールと呼ばれており、ヨーロッパ特許第Ａ−０４２２８７０号（ここに組み入れられる）により詳細に述べられており、従って、この技術を詳細には説明しない。
【００４８】
図１Ａおよび図１Ｂの構造は、インクが噴出室の長さに沿って途中に位置決めされてノズルを通して付着され、噴出された液滴が移動する方向が室の延び方向と直角であるので、集合的に「サイドシューター」構造として知られている。しかしながら、この構造は、当業界で「エンドシューター」として知られ、図１Ｃに示される構造を構成するように変更されてもよい。図１Ａの実施の形態におけるように、プリントヘッドは、カバー部品１４およびアクチュエータ部品１を備えている。しかしながら、ノズルは、噴出された液滴が噴出室１２の延び方向と平行な方向に移動するように、噴出室１２の端壁部に位置決めされている。
【００４９】
能動部分８の移動方向も、噴出室に向かう或いは噴出室から離れる方向である。サイドシューター構成と同様に、この移動は、室の長さに沿って移動し、インク供給ポートにより形成された音響境界により反射される音波を開始する。反射された波は、ノズルのところで集中し、それにより液滴を噴出する。液滴を噴出するのに適切なこの噴出技術および波形は特許第ＷＯ／９５／２５０１１号（参照によりここに組み入れられる）に述べられている。
【００５０】
用紙に適切な色調の像を形成するために複数の液滴をたて続けに噴出するグレースケールプリントヘッドでは、約１ないし２ｍｍの室の長さが好適である。単一の寸法決めされた液滴を噴出する二元プリントヘッドでは、室は、好ましくは、１ｃｍ程度の長さを有している。
【００５１】
チャンネルパルス型プリントヘッドの更なる形態が図２Ａおよび図２Ｂに示されている。この状況では、アクチュエータ部品は、非能動基部１に設けられた能動部分８を備えている。
【００５２】
能動部分は、噴出室１２の容積を増減するために作動される。これにより、室内で長さ方向に移動し、そして能動部分８のいずれかの端部における噴出室の深さの段階的変化により規定される音響境界で反射される音波を開始する。
【００５３】
図１Ａおよび図１Ｂの作動に関して以上で述べたことは、全体的に図２Ａおよび図２Ｂに当てはまる。また、能動部分８が非能動基部の設けられた全体的に図１Ｃにしめされるようなエンドシューター構成を有することも可能である。
【００５４】
前述のような音響印刷は、機械的アクチュエータを使用して液滴を噴出する１つの機構である。更なる機構は、インピーダンス印刷である。インピーダンス印刷では、大きい音響境界が、高いインピーダンスを有する幅狭いインク入口により取って代わられる。作動時、機械的アクチュエータは噴出室の中へ偏向され、高いインピーダンスのインク入口により噴出室を去るのを防がれたインクは、練り歯磨きに類似したノズルから噴出される。インピーダンスプリントヘッドは、アクチュエータが噴出室に向かっておよび噴出室から音響プリントヘッドより大きい距離、移動することを必要とし、また一般に、偏向速度が低速であることを必要とする。噴出室もまた小さい。
【００５５】
噴出室は、列として並んで配置されていて、モジュール状に形成されている。図３に示されるモジュールは、４列の噴出チャンネルを平行な列状にタイルに配置している。このモジュールは、走査方向Ｓに印刷されるべき媒体の上方で走査するように配置されている。列の各々は、一定のピッチで配置されたノズルを有しており、各列は、走査方向と直角な方向に他の列からずらされている。
【００５６】
図３のモジュールは、１６個の噴出室１２の４つの列として配置された６４個のチャンネルを備えている。各列は、個々に、１００dpiと３６０dpiとの間の液滴密度で印刷することが可能であり、走査方向と直角な方向にｐ／ｎ（ｐはノズルピッチであり、ｎは列の合計数である）だけ隣接列からずらされている。これにより、列印刷密度のｎ倍のモジュール印刷密度を許容する。
【００５７】
モジュールは、（図でわかるような）垂直縁部が頂および底縁部に対してほぼ１２０°で傾斜されている平行四辺形として形成されている。この角度は、モジュール角度とみなされてもよい。チャンネルは、それらの長さ方向の延び方向が走査方向Ｓと平行であるように配置されている。各チャンネルは、長さが約１ｍｍで、幅が約６０μｍである。
【００５８】
図４では、チャンネルは、延び方向が走査方向Ｓと直交するように９０°回転されている。列は、図３に設けられたものと同じモジュール液滴密度を与えるように傾斜されているが、他の液滴密度を与えるために、他の角度が選択されてもよい。図４でわかるように、タイルの底縁部に対する列の角度はモジュール角度と同じである必要がない。
【００５９】
（走査方向に対して）平行および直交配向のチャンネルの両方についてのチャンネル長さと、チャンネル角度と、列角度と、モジュール角度と、所望のdpiとの関係は、全幅を横切った液滴間隔の顕著な変化無しで単一のモジュールより幅広いヘッドを構成するためにモジュールが並んだ関係で突合わされるように選択されるべきである。ノズル間の相対距離は、液滴間隔を定める。
【００６０】
図５は、並んで突合わされており、垂直方向に配置されたチャンネルを備えている２つのモジュールを示している。チャンネルの間隔は、モジュールの各々を横切っておよび突合せ接合部を横切って一定の液滴密度が達成されるような間隔である。しかしながら、これにより、モジュールの突合せ縁部のところで容認できないほど薄い壁部分が生じてしまう。チャンネルの長さが突合せ縁部に対して傾斜されている場合、この部分の厚さは、チャンネルの長さに沿って減少している。先に述べたように、音響液滴発生装置は、インピーダンス液滴発生装置より大きいチャンネルの長さを有している。従って、この問題は、音響装置では、特に厳しい。
【００６１】
最小の壁部分のこれらの箇所のいずれにもおける壁部の不良により、プリントヘッドに良くても漏れやすい噴出室、および悪くても作用不能の噴出室が生じてしまう。１つの作用不能の噴出室によりモジュール全体を解体することを必要とするので、このような不良は、製造収率に厳しい不利益な作用を及ぼす。
【００６２】
隣接したモジュールが（図６に示されるように）モジュール高さの半分に等しい距離だけずらされている図６に示されるように、モジュールをずらすことによって、突合せ縁部のところの最小の壁厚が増大されることがわかった。外側のチャンネルの各々は、それらの夫々のモジュールの縁部から差し込まれて、幅を横切る一定のノズルピッチを維持しながら、より頑丈なプリントヘッドをもたらす。
【００６３】
チャンネルの方向を９０°だけ回すことによって、図７にしめされるように、突合せ縁部をチャンネルの縁部のところの許容度の高い部分からチャンネルの端部のところのもっと許容度の或る部分へ移すことが可能である。従って、外側のチャンネルの外壁部は、走査方向と直交する方向におけるノズルのピッチに影響することなしにより厚く且つより頑丈に形成されることができる。
【００６４】
先に述べたように、チャンネルの勾配、平行四辺形の角度および列の長さは、すべて、突合せに有効な面積の量に効果をもたらす。図８は、モジュールの頑丈な突合せを見込んでチャンネルの更なる配置を示している。先の図すべてにおいては、チャンネルは、まっすぐであるものとして示されている。チャンネルが鋸引きによる以外の方法、例えば、エッチングまたは融蝕により形成される場合、上述の音響噴出原理を使用した噴出に特に適している別のチャンネルの形状が使用され得ることが、本出願人により発見された。
【００６５】
図８のチャンネルは、次第に鋭角になっている「山形」状で中間のチャンネルから外方に扇形になっている。従って、仮にチャンネルがまっすぐである場合よりわずかに低いピッチとはいえ、一定のノズルピッチが達成されることができる。外側のチャンネルは、内側のチャンネルより長く、チャンネル付き部品またはアクチュエータ部品に音響反射境界変更体を形成することによって、噴出特性のいずれの明らかな変化も改善され得る。これらの変更体は、室内のインサートまたは段部または或る他の特徴であってもよい。
【００６６】
アクチュエータを製造するための後述の技術のうちの１つを使用して、山形形状に同様に成形されているアクチュエータをアクチュエータ部品に形成することが可能である。これらのアクチュエータは、個々に、チャンネル付きの部品における山形と合致するように次第に鋭角な山形であるように成形されている。更に、アクチュエータは、例えば、チャンネル間の噴出特性のいずれの変化をも最小にするためにそれらの長さまたは幅を変化させることによって変更されることができる。
【００６７】
図９および図１０を参照して、山形に成形されたチャンネルの２つのモジュールが突合せられている構成を説明する。有利には、モジュールは、正方形または矩形の形状のタイルとして形成されてもよい。チャンネル付き備品およびアクチュエータ部品は、それらの突合せ縁部の大部分に沿って比較的厚い端壁部分を有している。この端壁部分は、より頑丈であって、モジュールを接合する際にさほど損傷しやすくない。
【００６８】
端壁部分の厚さは、図１０を参照して説明されるモジュールを使用して更に増大されることができる。モジュールの突合せ縁部は、鋸歯付きであって、差し込まれている。突合せ縁部およびより頑丈な接合部に追加の支持体を設けるためにモジュール間に接着剤５１を塗布するにもかかわらず、モジュールおよびモジュール接合部に沿った一定のノズルピッチが達成される。
【００６９】
アクチュエータ部品に戻って説明すると、本発明による代表的な装置が、図１１に示されている。
【００７０】
複数の細長い開口部４を有する平らなシリコンボディ２が設けられている。開口部の内側には、圧電材の構造体８が形成されている。参照容易のために、単一の開口部４および圧電構造体が示されている。
【００７１】
圧電材の構造体８は、対向縁部を支持する傾斜壁部８ｂ、８ｃを平らな領域８aを備えていることがわかる。図に示される配向では、平らな領域の頂面は、ボディの頂面と同じ平面にある。
【００７２】
電極材７が設けられており、この電極材７は、圧電構造体の頂面または外面にわたって延びており、更にボディの頂面にわたって延びており、そしてボディに位置決めされた隣接圧電構造体とつながっている。圧電構造体の内面または下面には、更なる電極６が位置決めされている。この電極は、能動電極として作用し、駆動回路に接続されており、そして、この電極は、駆動信号により選択的に作動されてもよい。
【００７３】
圧電材は、これを矢印５の方向に分極するために電極間に分極界を印加することによって分極される。平らな領域８aは、好ましくは、分極されない。かくして形成された分極化アクチュエータ構造体は、電極間に電圧を印加することによって液滴を噴出室から噴出するために偏向されることができる。
【００７４】
印加された界により、アクチュエータ構造体の壁部８ｂ、８ｃが、分極および印加界の相対方向に応じて薄く且つ長くなったり、厚く且つ短くなったりする。これは、アクチュエータ構造体の平らな表面をボディ部品２の平面から移動させる効果を有する。壁部の角度は、アクチュエータの噴出能力を改良する歯数比をもたらす。
【００７５】
図１２に示されるように、インク室１２を圧電構造体８から分離するために、ダイアフラムプレート１０が、ボディに取付けされることができる。シリコンボディ２によりもたらされる構造安定性を増すために、ポリマーまたはゴム材料１３が、圧電構造体とダイアフラム１０との間に設けられている。この材料はダイアフラムプレートの効率を維持するために比較的剛性であるべきである。シリコンゴムは、低い剪断弾性率および高い体積弾性率を有するので、特に適切であるとわかった。シリコンゴムがダイアフラムプレートなしで設けられる場合、パリレーンまたは或る他の不動態化材の薄い塗膜を付けることによってインクからの化学的攻撃に対して保護することが可能である。
【００７６】
カバープレート１４は、開口部に跨っており、ボディとともに噴出室１２を規定するのに役立つ。圧電構造体の壁部を横切って電圧を印加することにより、ダイアフラムを室の中へ歪めて液滴をノズル１６から噴出させる圧力波伝播を誘発する。ダイアフラムが移動する距離は、１０ｎｍ程度である。
【００７７】
図１３Ａないし図１３Ｄは、本発明による部品を製造する方法を示している。まず、図１３Ａにおいて、開口部が形成された好ましくは５００ミクロンから１ｍｍまでの厚さのシリコンボディ２を用意する。この開口部は、細長く、１ｍｍｘ６０μｍ程度の相対寸法を有している。
【００７８】
成形方法を助成するのに役立つインサート１８を用意する。これらのインサート１８は、圧電構造体の形成後または中に取出されるプラスチック材料であり、好ましくは、射出成形技術により形成されている。適切な輪郭を達成するために、更なる機械的または融蝕方法が必要とされることもある。開口部内に型２０を設け、この型２０は、これと取出し可能なインサートとの間に形成される圧電構造体に形状を与えるのに使用される。圧電性スラリーを、型に設けられたポート（図示せず）からキャビティに注入する。プレート２２を設けてキャビティを閉じる。取出し可能なインサート１８は、これが次の処理工程中に破壊されるかも知れない点で犠牲的である。
【００７９】
圧電性スラリーは、圧電性粒子が一般に接触状態であるようにエポキシ材料のマトリックスに懸濁されてなる。このエポキシは、熱の付与により（或いはこれがＵＶ硬化性エポキシである場合、ＵＶ光の使用により）キャビティ内で硬化されて初期の構造体を形成する。型２０およびプレート２２を取り出す。
【００８０】
次いで、ボディ、圧電構造体および取り出し可能なインサートを加熱して圧電粒子を焼結し、且つ取り出し可能なインサートおよびエポキシマトリックスを焼き尽くす。シリコンボディが圧電構造体を支持するので、各構造体は、著しく分離され、焼結中の圧電構造体の収縮が、ボディの幅前後に制御され得る。好ましくは１５ミクロンと７０ミクロンとの間の肉厚の作動可能な壁部が圧電構造体に形成される。
【００８１】
次いで、真空スパッタリング、無電極めっきまたは他の適切な技術により電極材料を圧電構造体の内面および外面に付着させる。付着された電極は、製造方法中に分極界を与え、並びにアクチュエータ構造体の作動中に駆動界を与えるために有利に使用される。
【００８２】
図１４Ａないし図１４Ｃは、本発明の部品を製造する更なる方法を示している。図１４Ａでは、シリコンボディを反応性イオンエッチングによりエッチングする。これにより、任意の公知な技術により拡大され得る自然テーパを有する開口部を形成する。
【００８３】
圧電構造体は、図１３を参照して前述したような成形技術により形成されてもよいし、或いは真空または加圧成形などによって圧電性材料の多数の薄いシートを敷設することにより形成されてもよい。
【００８４】
圧電構造体を焼結してアクチュエータ構造体を形成した後、図１４Ｂにおいて、ボディの諸部分をエッチング除去して図１４Ｃに示されるようにアクチュエータ構造体を解放にする。特に好適なエッチング方法は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）である。ＲＩＥは、アクチュエータ構造体に影響しないでシリコンを除去するので、選択的方法である。再び、公知な技術を使用して電極を付設する。
【００８５】
適切には、ＭＥＭＳ平行処理技術を使用して、部品を更に形成してもよい。図１５を参照してこのような方法を説明する。
【００８６】
図１５Ａにおいて、シリコンプレート１００を用意し、図１５Ｂにおいて、このシリコンプレート１００に種プレート１０２をスパッタリングする。図１５Ｃおよび図１５Ｄにおいて、２酸化シリコンの塗膜１０４を種プレート１０２にスパッタリングし、窒化シリコン層１０６をシリコンの未被覆面に付着させる。次いで、図１５Ｅにおいて、フォトレジスト１０８をスピン被覆方法などにより窒化シリコン層に付設する。
【００８７】
図１５Ｆにおいて、フォトレジスト１０８の一部１１０をマスクして露光し、次いで図１５Ｇにおいて、現像して除去する。図１５Ｈにおいて，窒化シリコン１０６の露光部分をエッチングしてシリコン１００を出現させる。次いで、図１５Ｉにおいて、残りのフォトレジスト１０８を除去する。
【００８８】
先に述べたように、新たなフォトレジスト層１１２を付着させ、露光し（１１４）、そして現像する。図１５Ｊ、図１５Ｋ、図Ｌおよび図Ｍに示されるように、現像されたフォトレジストにより出現された領域に、任意の方法により金属材料１１６を充填する。
【００８９】
図１５Ｎにおいて、未現像のフォトレジスト１１２を除去し、図１５Ｏにおいて、フォトレジスト層１２０により覆われた窒化シリコン層１１８を形成する。図１５Ｐにおいて、このフォトレジストを露光し（１２２）、現像する。図１５Ｑにおいて、窒化シリコンの未被覆部分をエッチングし、残りのフォトレジストを除去する。
【００９０】
図１５Ｒにおいて、下側トラック１１６のうちの幾つかの間に連結部を形成するように金属めっき１２４を基質にスパッタ被覆する。図１５Ｓにおいて、フォトレジストの更なる塗膜を付着し、そして露光して現像する。図１５Ｔにおいて、このときに露光されためっき層の部分をエッチングしてシリコンを出現させる。
【００９１】
図１５Ｕにおいて、残りのフォトレジストを除去し、湿式エッチング、反応性イオンエッチングまたは深反応性イオンエッチングによりシリコンをエッチングして溝１２８を形成する。
【００９２】
次いで、図１５Ｖおよび図１５Ｗにおいて、金属めっきマスクを取外し、エッチングされた溝の内面にわたって延びる更なる種プレート１３０を付設する。この種プレートは、能動電極と、図１５Ｘにおいて、凹形の横断面を有するアクチュエータを形成するために開口部に付着される圧電性材料用のキー止め箇所１３２との両方を形成することができる。図１５Ｙにおいて、圧電性材料を加熱して剛性のアクチュエータ構造体を形成し、次いで内側電極１３４を形成する。
【００９３】
図１５Ｚに示されるように、内側電極およびアクチュエータ部品の頂面を窒化シリコンの保護層１３６で被覆する。アクチュエータ部品の反対の下側にフォトレジスト層１３８を付設し、次いで、このフォトレジスト層を露光し（１４０）、そして現像する。図１５ＡＡ，図１５ＡＢおよび図ＡＣにおいて、マスクを使用して２酸化シリコンそう１０４をエッチングする。
【００９４】
次いで、図１５ＡＤ，図１５ＡＥおよび図１５ＡＦにおいて、新たなフォトレジスト塗膜１４２を付設し、露光し（１４４）、そして現像し、スパッタされたプレート１０２の一部を出現させ、次いで、この部分をエッチングにより除去する。
【００９５】
次に、シリコン系基質を下側からエッチングして圧電アクチュエータ構造体を解放する。図１５ＡＧ，図ＡＨおよび図ＡＩにおいて、２酸化シリコン層を除去し、可撓性ダイアフラムプレートを取付ける（１４６）。
【００９６】
図６Ａないし１６Ｃは、現在市販されているような可撓性の未処理の圧電テープまたはシートを使用して部品を製造する更なる方法を示している。可撓性シート２６をボディ２の底面に隣接して緩く設置し、ポート３０を有するカバープレート２８をボディの反対側に位置決めする。ポートを使用して、図１６Ｃにおけるように可撓性圧電シートを開口部の中へ変形させる低い圧力にボディの開口部４をさらす。変更例として、他の側を高い圧力にさらして可撓性シートを開口部内のモールド特徴の形状に変形させてもよい。
【００９７】
ボディおよびシートは、アクチュエータを形成するために開口部内の可撓性シートを曲げ、これを熱処理する工程を受ける。
【００９８】
電極材料を付着させる前に、開口部の外側に残っているシートの部分を（例えば、ラッピングにより）除去する。
【００９９】
図１７Ａないし図１７Ｃに関しては、更なる実施の形態が示されている。この実施の形態では、アクチュエータ構造体は、製造中、支持体およびモールド特徴として、更に液滴を噴出するのに使用される場合のアクチュエータ構造体の作動中、支持体としてボディを使用して形成される。まず、シリコンボディに突起３２を形成し、これらの突起は、均一なシリコンまたは追加の成形成分である。圧電性材料２６を突起のまわりに形成し、次いで焼結して圧電構造体２４を形成する。開口部３４を焼成された圧電構造体の背後でボディに形成して圧電構造体を解放し、そして突起を同様に除去する。先に述べたように、突起を除去する好適な方法は、突起がシリコンである場合には、反応性イオンエッチングである。
【０１００】
モールド特徴がシリコン以外の材料のものである場合、このモールド特徴は、構造体を付着するか或いは形成することによって設けられてもよい。この材料は、例えば、フォトレジストであってもよい。このような材料を使用することによって、シリコン材料のいずれも除去することなしにアクチュエータを解放することが可能である。形成された圧電構造体は、半管状であってもよく、フォトレジストが洗浄される際に通される開放端部を有してもよい。
【０１０１】
シリコンを除去するのに使用される反応性イオンエッチング技術の利点のうちの１つは、この技術が圧電構造体を除去しない選択的方法であると言う点である。
【０１０２】
次いで、インクを噴出室１２から噴出する際に通るノズル１６を有するカバープレート１４を取付ける。シリコンボディを使用する代わりに、金属ボディまたは他の材料を使用してもよい。このボディに、噴出流体を噴出する際に通るノズル特徴を形成することもできる。以上の実施の形態のすべてにおいて、カバープレート１４、ボディ２および圧電構造体２４が、噴出チャンネルを規定している。図１８Ａおよび図１８Ｂに示される別の実施の形態では、噴出チャンネルは、平らなカバープレートおよび圧電構造体により規定されている。
【０１０３】
圧電構造体６は、以上の図１３ないし図１６におけるように形成されるが、外面ではなく噴出チャンネルを規定する圧電構造体の内面である。
【０１０４】
平らなカバープレートは、金属プレートに支持されたポリイミドでもよいし、ポリアミド単独でもよいし、或いは電鋳されたノズルプレートでもよい。不動態化材が、アクチュエータ構造体の内面にわたって設けられ、かくして電極を化学的攻撃から保護するようにしてもよいことは理解されるであろう。
【０１０５】
噴出室１２は、両端に位置決めされた２つのポート１１、１３を備えていて細長い。作動中、一方のポートを通ってチャンネルに入り、他方のポートを経てチャンネルから出て行くインクの流れが発生される。このインクの流れは、好ましくは、チャンネルに捕獲された汚れおよび気泡を除去するのに十分である。この流れは、インクが噴出されているとき、およびインクが噴出されていないときの両方において室を通るという点で連続であってもよい。
【０１０６】
電圧を圧電構造体に印加してチャンネルの基部をノズル１６に向けておよびノズル１６から離れる方向に移動させる。これにより、音響圧力波がチャンネルを上ったり下ったり長さ方向に移動するのを開始する。インク供給ポート１１、１３の位置に対応する位置において、圧力波は、音響境界により反射され、チャンネルを上って戻り、ノズルのところで集中し、そして液滴を噴出する。
【０１０７】
構造体は、図１９Ａおよび図１９Ｂに示されるように変更されることもできる。この実施の形態では、図１８のカバープレートの代わりに、ノズルプレートを組み入れた可撓性ダイアフラムが使用されている。ダイアフラムおよびノズルプレートが別体の部品として図示されているが、これらを単一の部品として設けることも均等に適切である。
【０１０８】
圧電構造体が使用中に変形すると、可撓性ダイアフラムも変形する。インクは、図７を参照して説明したようにチャンネルを通って循環される。入口および出口ポートは別体のプレート１５に設けられている。
【０１０９】
図２０および図２１に示されるように、アクチュエータ構造を開口部に位置されないで基部に形成することは、もちろん可能である。
【０１１０】
図２０に示される構成は、図１９に示されるものと近い類似点を有しており、相違点は、圧電構造体６がポート１１、１３を規定するカバープレート１５として役立つ平らなボディに形成されていると言う点、およびノズルプレート９が圧電構造体に直接支持されていると言う点である。
【０１１１】
図２１に示される別の構成では、半円筒形の圧電構造体６が、カバープレートおよびノズルプレートの両方として役立つプレート１５に形成されている。この構造体６は、製造中、後で燃焼除去されるフォトレジストまたは他の犠牲材料に支持されて、例えば、先に述べた技術のうちの１つにより形成され得る。圧電構造体の外面および内面に形成された電極７、８は、製造中、圧電性材料を矢印方向に分極するのに役立ち、また使用中、作動界を印加するのに役立つ。圧電構造体の幅は、好ましくは、約１５ミクロンであり、チャンネル幅が約２００ミクロン、長さが約１ｍｍである。適切なら、ノズルは、いくらか厚いカバープレートに接合された別体のノズルプレートに形成されてもよい。
【０１１２】
圧電アクチュエータでは、直接モード、剪断モードまたは曲げモードを含めて、多数の異なる作動形態が可能である。直接モードは、圧電性材料のｄ３３およびｄ３１モードおよび剪断モードｄ１５を利用する。
【０１１３】
この説明および／または請求項および図面に開示された各特徴は、独立して設けられてもよいし、或いは任意の適切な組合せで設けられてもよい。実施の形態を構成するいずれもの単一の特徴が、他の実施の形態に含まれてもよい。従属請求項のいずれもの特徴が、この請求項が従属ではない請求項に組み入れられてもよい。
【０１１４】
また、任意の前述のチャンネル付きの部品および任意の前述のアクチュエータ部品が共に利用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１Ａ】本発明によるインクジェット部品を示す図である。
【図１Ｂ】本発明によるインクジェット部品を示す図である。
【図１Ｃ】本発明によるインクジェット部品を示す図である。
【図２Ａ】本発明による別のインクジェット部品を示す図である。
【図２Ｂ】本発明による別のインクジェット部品を示す図である。
【図３】モジュールにおけるチャンネル配列を示す図である。
【図４】モジュールにおけるチャンネルの別の配列を示す図である。
【図５】２つのモジュールが突合されているときの配列を示す図である。
【図６】別の突合せ構成を示す図である。
【図７】９０°だけ回転されたチャンネルを備えた突合されたモジュールの図である。
【図８】別のチャンネル配列の図である。
【図９】山形形状のチャンネルを備えた突合されたモジュールの図である。
【図１０】山形形状のチャンネルを備えたモジュールの別の突合せ構成を示す図である。
【図１１】本発明によるアクチュエータ部品を示す図である。
【図１２】図１の部品を組み入れたプリントヘッドを示す図である。
【図１３Ａ】１つの実施例による部品を製造する方法を示す図である。
【図１３Ｂ】１つの実施例による部品を製造する方法を示す図である。
【図１３Ｃ】１つの実施例による部品を製造する方法を示す図である。
【図１３Ｄ】１つの実施例による部品を製造する方法を示す図である。
【図１４Ａ】部品を製造する更なる方法を示す図である。
【図１４Ｂ】部品を製造する更なる方法を示す図である。
【図１４Ｃ】部品を製造する更なる方法を示す図である。
【図１５Ａ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｂ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｃ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｄ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｅ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｆ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｇ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｈ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｉ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｊ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｋ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｌ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｍ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｎ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｏ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｐ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｑ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｒ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｓ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｔ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｕ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｖ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｗ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｘ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｙ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５Ｚ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５ＡＡ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５ＡＢ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５ＡＣ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５ＡＤ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５ＡＥ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５ＡＦ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５ＡＧ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５ＡＨ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１５ＡＩ】アクチュエータ部品を製造する方法を示す図である。
【図１６Ａ】部品を製造する更なる方法を同様に示す図である。
【図１６Ｂ】部品を製造する更なる方法を同様に示す図である。
【図１６Ｃ】部品を製造する更なる方法を同様に示す図である。
【図１７Ａ】ボディがモールドおよび最終の支持部品として役立つような別の製造方法を示す図である。
【図１７Ｂ】ボディがモールドおよび最終の支持部品として役立つような別の製造方法を示す図である。
【図１７Ｃ】ボディがモールドおよび最終の支持部品として役立つような別の製造方法を示す図である。
【図１８Ａ】別のアクチュエータ構造体の図である。
【図１８Ｂ】別のアクチュエータ構造体の図である。
【図１９Ａ】別のアクチュエータ構造体の図である。
【図１９Ｂ】別のアクチュエータ構造体の図である。
【図２０】別のアクチュエータ構造体を示す図である。
【図２１】他の別のアクチュエータ構造体を示す図である。
【図１Ａ】
2006510506.tif 000003
【図１Ｂ】
2006510506.tif 000004
【図１Ｃ】
2006510506.tif 000005
【図２Ａ】
2006510506.tif 000006
【図２Ｂ】
2006510506.tif 000007
【図３】
2006510506.tif 000008
【図４】
2006510506.tif 000009
【図５】
2006510506.tif 000010
【図６】
2006510506.tif 000011
【図７】
2006510506.tif 000012
【図８】
2006510506.tif 000013
【図９】
2006510506.tif 000014
【図１０】
2006510506.tif 000015
【図１１】
2006510506.tif 000016
【図１２】
2006510506.tif 000017
【図１３Ａ】
2006510506.tif 000018
【図１３Ｂ】
2006510506.tif 000019
【図１３Ｃ】
2006510506.tif 000020
【図１３Ｄ】
2006510506.tif 000021
【図１４Ａ】
2006510506.tif 000022
【図１４Ｂ】
2006510506.tif 000023
【図１４Ｃ】
2006510506.tif 000024
【図１５Ａ】
2006510506.tif 000025
【図１５Ｂ】
2006510506.tif 000026
【図１５Ｃ】
2006510506.tif 000027
【図１５Ｄ】
2006510506.tif 000028
【図１５Ｅ】
2006510506.tif 000029
【図１５Ｆ】
2006510506.tif 000030
【図１５Ｇ】
2006510506.tif 000031
【図１５Ｈ】
2006510506.tif 000032
【図１５Ｉ】
2006510506.tif 000033
【図１５Ｊ】
2006510506.tif 000034
【図１５Ｋ】
2006510506.tif 000035
【図１５Ｌ】
2006510506.tif 000036
【図１５Ｍ】
2006510506.tif 000037
【図１５Ｎ】
2006510506.tif 000038
【図１５Ｏ】
2006510506.tif 000039
【図１５Ｐ】
2006510506.tif 000040
【図１５Ｑ】
2006510506.tif 000041
【図１５Ｒ】
2006510506.tif 000042
【図１５Ｓ】
2006510506.tif 000043
【図１５Ｔ】
2006510506.tif 000044
【図１５Ｕ】
2006510506.tif 000045
【図１５Ｖ】
2006510506.tif 000046
【図１５Ｗ】
2006510506.tif 000047
【図１５Ｘ】
2006510506.tif 000048
【図１５Ｙ】
2006510506.tif 000049
【図１５Ｚ】
2006510506.tif 000050
【図１５ＡＡ】
2006510506.tif 000051
【図１５ＡＢ】
2006510506.tif 000052
【図１５ＡＣ】
2006510506.tif 000053
【図１５ＡＤ】
2006510506.tif 000054
【図１５ＡＥ】
2006510506.tif 000055
【図１５ＡＦ】
2006510506.tif 000056
【図１５ＡＧ】
2006510506.tif 000057
【図１５ＡＨ】
2006510506.tif 000058
【図１５ＡＩ】
2006510506.tif 000059
【図１６Ａ】
2006510506.tif 000060
【図１６Ｂ】
2006510506.tif 000061
【図１６Ｃ】
2006510506.tif 000062
【図１７Ａ】
2006510506.tif 000063
【図１７Ｂ】
2006510506.tif 000064
【図１７Ｃ】
2006510506.tif 000065
【図１８Ａ】
2006510506.tif 000066
【図１８Ｂ】
2006510506.tif 000067
【図１９Ａ】
2006510506.tif 000068
【図１９Ｂ】
2006510506.tif 000069
【図２０】
2006510506.tif 000070
【図２１】
2006510506.tif 000071
【手続補正書】
【提出日】平成17年7月26日(2005.7.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットプリントヘッド用の部品を形成する方法であって、a）頂面を有するボディを用意する工程と、ｂ）前記ボディの中へ延びる複数の開口部を前記頂面に形成する工程と、ｃ）アクチュエータ構造体を各開口部内に形成する工程とを具備しており、各アクチュエータ構造体は、作動中、前記ボディに取付けられたままである、インクジェットプリントヘッド用の部品を形成する方法。
【請求項２】
前記アクチュエータ構造体は、夫々分離されたアクチュエータ構造体である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記開口部は、前記頂面から材料をエッチングすることによって形成される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
マスクをボディに付設し、かくして形成された開口部は、深さの増大に伴ってテーパが形成されている、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ボディを準備する工程は、モールド特徴を有するボディを用意する工程であって、前記アクチュエータ構造体の形状は、少なくとも部分的に前記モールド特徴により規定される工程を具備する請求項１ないし４のいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項６】
前記モールド特徴の少なくとも一部を除去する工程をさらに具備する請求項５の方法。
【請求項７】
前記モールド特徴は、前記ボディの表面に材料を与えることによって設けられる、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記材料は、フォトレジストである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記モールド特徴は、材料を除去することによって与えられる、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項１０】
前記材料は、エッチングにより除去される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
電極手段を用意する工程をさらに具備し、この電極手段は、前記アクチュエータ構造体が、前記ボディに取付けられたまま、前記アクチュエータ構造体を変形させるように界を前記アクチュエータ構造体に印加することができるように配置されている請求項の１ないし１０のいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項１２】
前記電極手段を用意する前記工程は、第１の電極層を形成する第１の工程と、第２の電極層を形成する第２の工程とよりなる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の電極層は、前記変形可能なアクチュエータ構造体を形成する前に形成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記アクチュエータ構造体を形成する工程で、前記電極手段は、分散された粒子を含有している懸濁液に浸漬されている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記分散された粒子は、圧電性材料よりなる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記電圧を電極手段間に印加して、前記分散された粒子を前記電極手段に付着する状態で、付着電極が、前記懸濁液に浸漬されている、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記付着された分散粒子を加熱して前記アクチュエータ構造体を形成する、請求項１４ないし１６のいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項１８】
前記モールド特徴の少なくとも一部を除去する工程は、エッチングにより達成される、請求項６に記載の方法。
【請求項１９】
前記モールド特徴の少なくとも一部を除去する工程は、洗浄により達成される、請求項６に記載の方法。
【請求項２０】
前記前記モールド特徴の少なくとも一部を除去する工程は、熱の付与により達成される、請求項６に記載の方法。
【請求項２１】
粒子を含有するスラリーを前記開口部内に供給する工程を具備しており、前記スラリーは、前記開口部の形状に少なくとも部分的に一致する、請求項１ないし１３のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項２２】
前記粒子は、圧電性材料でできている、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記スラリーを熱処理して前記アクチュエータ構造体を形成する、請求項２１又は２２に記載の方法。
【請求項２４】
圧力差を付与することにより前記圧電性材料の可撓性シートを前記開口部内に敷設し、前記シートは、前記開口部の形状に少なくとも部分的に一致する、請求項１ないし１３のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項２５】
前記シートを熱処理して前記アクチュエータ構造体を形成する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
スパッタリング方法を使用して圧電性材料のフィルムを前記開口部内に付着させ、前記フィルムは、前記開口部の形状に少なくとも部分的に一致する、請求項１ないし１３のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項２７】
前記フィルムを熱処理して前記アクチュエータ構造体を形成する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
要求式液滴インクジェットプリンタ用のアクチュエータ部品であって、頂面を有するボディと、開口軸線に沿って前記ボディの中へ延びている前記頂面に形成された開口部と、実質的に前記開口部内に位置決めされた凸形のアクチュエータ構造体と、電極手段とを具備しており、この電極手段は、前記アクチュエータ構造体を変形させるように界を前記アクチュエータ構造体に印加することができるように配置されている、アクチュエータ部品。
【請求項２９】
前記アクチュエータ構造体は、前記開口部を横切って不浸透性の壁部として延びている、請求項２８に記載の部品。
【請求項３０】
前記開口部は、インクジェット室を少なくとも部分的に規定している請求項２８又は２９に記載の部品。
【請求項３１】
前記アクチュエータ構造体は、前記開口軸線に沿ってテーパである、請求項２８ないし３０のいずれか１つの請求項に記載の部品。
【請求項３２】
前記アクチュエータ構造体は、前記テーパの端部に平らな部分を備えており、この平らな部分は、上面および下面を備えており、これら上面および下面は、前記頂面および底面と平行に位置している、請求項３１に記載の部品。
【請求項３３】
前記頂面と前記底面との両方は、前記開口部の方向に移動することができる、請求項３２に記載の部品。
【請求項３４】
複数の開口部が設けられており、これら開口部の各々は、分離された夫々のアクチュエータ構造体を備えている、請求項２８ないし３３のいずれか１つの請求項に記載の部品。
【請求項３５】
前記開口部は、前記開口軸線と直交する方向に細長い室である請求項２８ないし３４のいずれか１つの請求項に記載の部品。
【請求項３６】
前記ボディは、シリコンまたはアルミナで形成されている請求項２８ないし３５のいずれか１つの請求項に記載の部品。
【国際調査報告】
2006510506.tif 000072
2006510506.tif 000073
2006510506.tif 000074
2006510506.tif 000075
2006510506.tif 000076
2006510506.tif 000077
2006510506.tif 000078