液滴射出装置
【課題】カバー部材の可撓性を周知の限界以下に低下させ、それにより印刷方向におけるノズル密度を増大しそしてプリントヘッドの印刷速度をも速めることを可能にする液滴射出装置の提供。
【解決手段】各流体チェンバーがチェンバー壁間隔で互いに分離された相対する一対のチェンバー壁によって画成されそしてそれからの液滴射出のためのノズルと流体連絡している複数の流体チェンバーからなる列；および該複数のチェンバー壁の端へ接合しそれにより該チェンバーの１つの側面をシールするカバー部材をもち、該カバー部材の厚さ対該チェンバー壁間隔の比が１以下対１である液滴射出装置。
【解決手段】各流体チェンバーがチェンバー壁間隔で互いに分離された相対する一対のチェンバー壁によって画成されそしてそれからの液滴射出のためのノズルと流体連絡している複数の流体チェンバーからなる列；および該複数のチェンバー壁の端へ接合しそれにより該チェンバーの１つの側面をシールするカバー部材をもち、該カバー部材の厚さ対該チェンバー壁間隔の比が１以下対１である液滴射出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴射出装置用のコンポーネントに関し、そしてさらに特に液滴射出装置用のカバー部材に関する。本発明は、ドロップ・オン・デマンドインクジェット印刷の領域に特に応用される。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットのプリントヘッドの周知の構成は、ピエゾ電気作動要素を用いて、流体射出チェンバー中に圧力波を生じさせそしてそれを操作する。信頼できる操作および十分な小滴の射出速度のために、最低の圧力は、典型的な例では１バールであるが、チェンバー中に発生させねばならない。このような圧力を生じさせるために、チェンバーは、適切な硬さ（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）（または可撓性のなさ）を示さねばならないことは理解されるだろう。流体射出チェンバーの可撓性は、それゆえ、チェンバーのデザインにおいて重要な基準であり、そして流体射出チェンバーの可撓性を最低に保つために数多くの技術が従来提案されてきた。
【０００３】
例えば、特許文献１は、可撓性が低い接着結合を提供する結合技術を記述している。特許文献２は、正確なノズル形成を可能にしつつ、硬さを改善するための複合構造を有するノズル板を提案している。
【０００４】
周知のピエゾ電気アクチュエーター構造では、細長いチャンネルの列は、ピエゾ電気材料のブロックの表面に並んで形成される。カバー板は、次に表面に取り付けられ、チャンネルを囲み、そして流体射出用のオリフィスが形成されているノズル板も取り付けられる。ノズル板は、カバー板に重ねられ、オリフィスはノズル板を経て形成され、カバー板を経て下のチャンネルにつながる。この構造は、ノズルがチャンネルの側面に形成されるので、「サイド・シューター」として知られている。いわゆる「エンド・シューター」構造でチャンネルの末端にノズル板を取り付けることも知られている。
【０００５】
特許文献３および４は、特に好ましいプリントヘッドの構成を記述しており、チェンバー壁の相対する側面上の電極間の電場の適用が、ピエゾ電気壁をせん断モードで変形させ、そしてチャンネル中のインクに圧力をかける。このような構成では、変位は、典型的な例では、５０ナノメートルのオーダーのものであり、そしてチャンネルの可撓性に基づくチャンネルのディメンジョンの対応する変化が、適用した圧力の急速な損失を招き、そしてそれに対応して性能が低下することが理解されるだろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ヨーロッパ特許０７１２３５５
【特許文献２】ＷＯ０２／９８６６６
【特許文献３】ヨーロッパ特許Ａ０２７７７０３
【特許文献４】ヨーロッパ特許Ａ０２７８５９０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者は、驚くべきことに、或る構成では、チェンバーの可撓性は許容され、かえって利益になることすらあるということを見いだした。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の局面では、本発明は、各流体チェンバーがチェンバー壁間隔で互いに分離された相対する一対のチェンバー壁によって画成されそしてそれからの小滴射出のためのノズルと流体連絡している複数の流体チェンバーからなる列；および該複数のチェンバー壁の端へ接合しそれにより該チェンバーの１つの側面をシールするカバー部材をもち、該カバー部材の厚さ対該チェンバー壁間隔の比が１以下対１である小滴付着装置を提供する。
【０００９】
好ましくは、カバー部材は１００×１０９Ｎ／ｍ２以下のヤング率を有する。
【００１０】
この構成は、可撓性のカバー部材を提供し、そのため、チャンネルの硬さを最大にするという共通の目的をともにする従来の教示とは、まさに反することになる。
【００１１】
好ましくは、ノズルは該カバー部材中に形成される。この構成は、ノズルが、カバー板の開口を経ることよりもチャンネルに直接連絡する利点をもたらす。これは、次にチェンバーからノズルへの流体流に対する抵抗を減らすことになり、その低下した抵抗性は、増加したチャンネルの可撓性により生ずる性能のどんな損失も相殺することが分かった。
【００１２】
本発明の第２の局面は、各流体チェンバーがチェンバー壁間隔で互いに分離された相対する一対のチェンバー壁によって画成されそしてそれからの小滴射出のためのノズルと流体連絡している複数の流体チェンバーからなる列；および該複数のチェンバー壁の端へ接合しそれにより該チェンバーの１つの側面をシールするカバー部材をもち、該カバー部材の厚さ対該チェンバー壁間隔の比が１以下対５であり、且つ該カバー部材が１００×１０９Ｎ／ｍ２以下のヤング率を有する小滴付着装置を提供する。
【００１３】
「サイド・シューター」および「エンド・シューター」の両者のプリントヘッドについて行われた実験は、１５０μｍより薄いカバーの厚さが射出の性質に顕著に影響することなく利用できるという驚くべき発見を導く。周知のアクチュエーターは、典型的な例では、従来技術で教示された必要な硬さを確保するために、約９００μｍの厚さを使用する。
【００１４】
そのため、本発明の第３の局面は、各流体チェンバーがチェンバー壁間隔で互いに分離された相対する一対のチェンバー壁によって画成されそしてそれからの小滴射出のためのノズルと流体連絡している複数の流体チェンバーからなる列；および該複数のチェンバー壁の端へ接合しそれにより該チェンバーの１つの側面をシールするカバー部材をもち、その場合カバーの厚さが１５０μｍより薄い小滴付着装置を提供する。
【００１５】
好ましくは、カバーの厚さは、１００μｍより薄く、さらに好ましくは７５μｍより薄く、より好ましくは５０μｍより薄く、なお好ましくは２５μｍより薄い。
【００１６】
好ましくは、カバーの厚さは、６μｍより厚く、さらに好ましくは８μｍより厚く、より好ましくは１０μｍより厚い。
【００１７】
それゆえ、本発明の第４の局面は、少なくとも１つの流体チェンバー；および該少なくとも１つの流体チェンバーと境を接し少なくとも１つのノズルを有する可撓性のカバー部材をもち；該チェンバーは、該チェンバーから該ノズルを経て流体の射出を行わせるように電気作動作用によって体積の変化を行い、且つカバー部材の厚さは、流体の射出に必要な最低の作動電圧を生ずる値かまたはそれに近い値である小滴付着装置を提供する。
【００１８】
カバー部材は、好ましくは、流体の射出に必要な最低の作動信号電圧を生ずるのより厚いが７５μｍ以下、さらに好ましくはそれより厚いが５０μｍ以下そしてより好ましくはそれより厚いが２５μｍ以下の厚さを有する。
【００１９】
本発明の教示に従って最低の作動電圧を達成することにより、ピエゾ電気材料の寿命そしてプリントヘッドのそれは、製造プロセスにおける簡単な変化により延長できる。事実、使用される可撓性の材料は、それら自体製造プロセスを単純化できる。
【００２０】
或る態様では、カバー部材の最低の厚さは、使用される材料に密接に関係し、そして厚さはその材料により達成可能である。或る態様では、カバー材料は、好ましくは流体の射出に必要な最低の作動信号電圧を生ずるのより下であるが５０μｍ以上、さらに好ましくはそれより下であるが２０μｍ以上、そしてなお好ましくはそれより下であるが１０μｍ以上の厚さを有する。
【００２１】
チェンバーは、好ましくは、作動作用により体積の変化を行うピエゾ電気要素から構成され、そして作動要素はカバー部材と異なることが好ましいが、カバー部材は作動要素として構成できる。
【００２２】
本発明のさらなる利点は、流体がチャンネルを通って連続的に流れる態様にカバー板を排除することにより、チャンネルを通る流れはノズル入口に隣接して直接通過し、ノズル中の屑または泡の随伴の可能性は低くなる。さらに、比較的薄い部材により形成されるノズルにより、ノズルの所定の直径では、入口から出口へのノズルの長さは短くなる。泡がノズルの出口で消滅するとき、これらはチャンネルを通る流れによって取り除かれそうである。
【００２３】
金属カバー部材または金属複合カバー部材が使用される態様では、１０μｍより薄いそしてさらに５μｍより薄い厚さでも考えられる。
【００２４】
好ましくは、カバー部材は、該チェンバーの末端を越えて延在して、構成の単純化の点で顕著な利点をもたらす上下続きの構成のような流体マニホールド域と境を接する。
【００２５】
この方法で、同じコンポーネントは、作動時にチャンネルにおける圧力を維持するように働くが、また可撓性のためにマニホールド域で減衰器として有利に働くことができる。このような減衰は、従って、残存する音波が最も顕著なチェンバーに直接隣接してもたらさられる。チェンバーからさらに離れて、カバー部材のスパンがより長く構成されるとき、それに応じて、より大きな減衰が達成できる。これは、例えばインク供給において発生する圧力パルスを減衰させるように有利に働くことができる。
【００２６】
本発明のさらなる局面は、各流体チェンバーがそれからの小滴射出のためのノズルと流体連絡している複数の流体チェンバーからなる列；および該チェンバーと境を接するように配置された可撓性のカバー部材を持ち、該可撓性のカバー部材は、該チェンバーから離れて延在し、さらに流体マニホールド域と境を接して構成されている小滴付着装置を提供する。
【００２７】
本発明の態様は、異なる材料から形成されるカバー部材を用いる。本発明の利点は、高い硬さが要求されないので、比較的低いヤング率を有する材料が使用できることである。ポリマーまたはプラスチック材料は、製造を単純にするのに有利である。ノズルは、レーザー切断によりまたはフォトリトグラフィーにより比較的容易にこれらの材料で形成できる。特に好ましい材料は、ポリイミドおよびＳＵ−８フォトレジストである。ＳＵ−８は、それが溶液で加工可能であり、そして厚さがわずか数ミクロンの層を形成できるスピンコーティングが可能なため、有利である。ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）は、また、熱および化学的劣化に対するそれらの高い抵抗性および優れた機械的性質のために、使用できる。
【００２８】
従って、本発明のさらなる局面は、小滴付着装置用のコンポーネントを製造する方法を提供し、その方法は、その上に複数のチェンバー壁を形成した可撓性の基材を用意し；
該可撓性の基材上に電導性トラックを形成して該チェンバー壁上に形成された電極への電導性接続をもたらす。
【００２９】
この態様において、可撓性の基材は可撓性の回路ボードであり、そしてその上に形成された電導性のトラックは、チェンバー壁を駆動回路へ接続するのに有利に使用される。
【００３０】
本発明のさらなる局面は、小滴射出のためのノズルと流体連絡している少なくとも１つの流体チェンバー；および該少なくとも１つのチェンバーと境を接する可撓性のカバー部材を持ち；該チェンバーが該ノズルを経て該チェンバーから流体の射出を起こさせるように作動作用によって体積の変化を行い、且つカバー部材がポリマーからすべて形成される小滴付着装置を提供する。
【００３１】
好ましくは、カバー部材は、厚さが１００μｍより薄く、より好ましくは５０μｍより薄く、そしてなお好ましくは２０μｍより薄い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来技術の「エンド・シューター」構造を示す。
【図２】従来技術の「エンド・シューター」構造を示す。
【図３】従来技術の「サイド・シューター」構造を示す。
【図４】従来技術の「サイド・シューター」構造を示す。
【図５】本発明の態様を示す。
【図６】本発明の態様を示す。
【図７ａ】本発明の局面によるアクチュエーターのカバーの厚さによる作動電圧の変化を示す。
【図７ｂ】本発明の局面によるアクチュエーターのカバーの厚さによる作動電圧の変化を示す。
【図８】本発明の局面によるアクチュエーターのカバーの厚さによる作動電圧の変化を示す。
【図９】本発明の態様を示す。
【図１０ａ】本発明の態様の衝撃応答特性を示す。
【図１０ｂ】本発明の態様の衝撃応答特性を示す。
【図１１】本発明の局面によるアクチュエーターのカバーの厚さおよびヤング率による作動電圧における変化を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明は、図面に従って例示により以下に説明される。
【００３４】
図１は、せん断モードで操作されるピエゾ電気壁アクチュエーターを組み入れた周知のジェットプリントヘッドを分解斜視図として示す。それは、接続トラック１４を示す部分のみが画かれた回路ボード１２の上に設けられたピエゾ電気材料の基材１０からなる。複数の細長いチャンネル２９が基材中に形成される。組み立て中に基材１０へ結合されたカバー１６は、その組み立てられた位置に示される。ノズル板１８は、また、その中に形成された複数のノズル（図示せず）を有するプリントヘッド基材に隣接して示される。これは、典型的な例として、低エネルギー表面コーティング２０によりその外側の表面上が被覆されるポリマーシートである。
【００３５】
図１に画かれたカバー部材１６は、基材１０へ熱的に適合する材料から形成される。これに対する１つの解決策は、カバーが基材へ結合するとき、界面の結合層中に誘導される応力が最低になるように、基材について使用されるそれに類似のピエゾ電気セラミックを用いることである。窓３２は、チェンバー２９中への液体インクの供給のための供給マニホールドを提供するカバー中に形成される。窓からチャンネルの前方の端へのカバーの前方の部分は、チャンネル壁の頂部へ結合したとき、活性チャンネルの長さを決定し、それは射出されるインクの小滴の体積を支配する。
【００３６】
ＷＯ９５／０４６５８は、図１および２のプリントヘッドの構築方法を開示し、そしてアクチュエーター壁がカバー１６へ確保されている場合、それらが回転およびせん断から実質的に阻止されるように、基材およびカバーを接続する結合が好ましくは低い可撓性で形成されることを述べている。カバーが、それらの移動を阻止できるほど、それ自体実質的に硬くなければならないことを理解するだろう。
【００３７】
図２は、組み立て後の図１の構成をチャンネルに平行して取り去った断面を示す。それぞれのチャンネルは、均一に共平面の頂部表面を有する相対するアクチュエーター壁２２により分離されているインクチャンネル２０を提供する比較的深い前方の部分、並びに接続トラックのための配置２３を提供する比較的浅い後方の部分から構成される。前方および後方の部分は、チャンネルの「ランナウト（ｒｕｎｏｕｔ）」部分により接続され、その半径はチャンネルを形成するのに使用されるカッティングディスクの半径により決定される。ノズル板１８は、それが接着剤結合層によりプリントヘッド本体へ取り付けられた後で、そしてＵＶエキシマーレーザー切断によるノズル板中のノズル３０の形成の次に、この図で示される。図１および２の構成は、ノズルがチャンネルの末端に配置されるため、「エンド・シューター」構成と通常よばれる。
【００３８】
操作では、チャンネル壁はせん断モードで変形し、そしてマニホールド２７に隣接して音波を発生する。これらの波は、チャンネルの長さ方向に沿ってノズル３０へ移動し、そこでそれらは流体の小滴の射出を起こす。
【００３９】
このような「エンド・シューター」の構成により、いくつかの同じアクチュエーター構成を積み重ねてノズルの多数の平行な列を得るのが望ましい。本発明の教示によれば、カバー部材の可撓性は、カバー部材１６の厚さを減らすことにより、周知の限界以下に低下できる。これは、アクチュエーターが、より密に積み重ねられて、それにより印刷方向におけるノズル密度を増大しそしてプリントヘッドの印刷速度も速めることを可能にする。
【００４０】
図３および４は、ＷＯ０３／０２２５８５から引用した。図３は、「サイド・シューター」としてよばれる別の従来技術のプリントヘッド構造を画いている。列方向に細長いピエゾ電気部材２８中に形成されるチャンネルの列は、開口２９を有するカバー部材２６により閉じられている。ノズル板は、開口２９と連絡しているノズル３０を有するカバー部材へ取り付けられている。この構成では、両端のチャンネルを有することが知られており、インクはマニホールド域３２から供給されそしてチャンネル２８に沿ってその中間に配置されたノズル３０から射出される。このやり方では、流体はチャンネルの側面から射出される。連続する流れは、入口マニホールド３２と２つの出口マニホールド３４（この図では、ただ１つのみを見ることができる）との間に形成される。
【００４１】
チャンネルは、典型的な例では、ピエゾ電気セラミックのブロックでそして特にＰＺＴでダイアモンド含浸丸鋸を使用して挽いて作られる。ＰＺＴは、チャンネルの延長方向に垂直でチャンネルと境を接している壁の表面に平行に配置される。電極は、適切な方法により壁の何れの側面にも形成され、そして電気コネクターによってドライバーチップ（図示せず）へ接続する。壁の相対する側面上の電極間に場が生ずると、壁はせん断モードで変形して、チャンネル中のインクへ圧力をかける。この圧力の変化は、チャンネル中に圧力音波を生じさせ、そして小滴の射出を生ずるのはこれらの圧力波であり、いわゆるアコースティックファイアリングである。
【００４２】
図４は、図３の原理に基づいて操作されるプリントヘッドの切開斜視図である。ノズル板２４は、カバー部材２６へ結合され、後者は、射出チャンネルが形成される細長いピエゾ電気材料２８の上表面へさらに結合される。カバー部材は、ノズル３０（図４では図示せず）と接続する直定規状開口２９および射出チャンネルを有する。インクは、基材３６中に形成されるマニホールド３２および３４からチャンネルを通って流れる。マニホールド３２は、たとえ印刷中でも、２つのピエゾ電気部材２８のチャンネルを通る流体の入口として働き、そしてマニホールド３４は流体の出口として働く。ただ１つの入口および２つの出口を有する２つの列のチャンネルが記述されてきたが、チャンネルの列を通る連続的な流体の流れを可能にする多くの別の構造も可能であり、例えばただ１つの列のチャンネルも利用可能である。
【００４３】
ＷＯ０３／０２２５８５に述べられたように、カバー部材は、ノズルの閉塞の原因であるが、ノズルへ構造上の安定性をもたらす。この明細書は、また、分離にノズル板を使用する試みは、可撓性のない作動作用においてチェンバー内に圧力を維持するのに不十分な硬さを生じ勝ちであると教示している。
【００４４】
図５は、本発明の局面による構成を示す。基体５０２には、ピエゾ電気チャンネル５０４の２つの列が設けられている。基体中の開口５０６は、マニホールド域５０８を出入するインクの通路を提供する。チャンネルおよびマニホールド域は、カバー部材５１０により頂部で閉じられている。カバー部材は、比較的薄いことが分かり、そしてポリイミドから作られる。ノズル５１２は、カバー板中に形成され、そしてチャンネル５０４と直接連絡する。音波を形成する作動方法は、上述した通りである。走査の方向がカバー部材の平面に平行であるとき、プリントヘッドの走査により生ずる加速は、有利なことに可撓性のカバー部材を変形しようとするものではない。
【００４５】
図６は、図５の構成をチャンネルに沿って取り去った図である。基材６０２は、チャンネルの間隔に比べて比較的厚いが、カバー部材６１０の厚さがチャンネルの間隔より薄いことが分かる。作動すると、壁要素６１４は、点線で示されるように山形に変形する。この作動方法は、ヨーロッパ特許０２７７７０３に詳述されており、本明細書では詳述しないが、ただし壁の頂部および底部が相対して変形するので、カバー部材へ適用される得られる応力が低下することに注目したい。
【００４６】
図７は、図５および６に画かれたようなアクチュエーターに関する操作電圧対カバーの厚さのグラフを示す。図７ａは、厚さ１００μｍのポリイミドカバー部材を最初有するアクチュエーターに関する結果をプロットし、それは、１サブ小滴あたり４ｐｌを伝達する６ｍ／秒での操作について従来の技術に従って最適化されたとき、２２．６Ｖの駆動電圧を要する。この開始点から、カバーの厚さは変化し、そして必要な電圧は再最適化されてその厚さで６ｍ／秒の射出速度を維持する。図７ｂは、Ｎｉ／Ｆｅ合金であるＡｌｌｏｙ ４２から製造されたカバー部材に関する同様なグラフを示す。
【００４７】
値は、異なるカバー材料について変化するが、グラフの形は同じであることが両方のグラフから分かり、信頼できる射出を達成する必要な操作電圧は、対応する最適な厚さの値で最低を示す。
【００４８】
グラフの形は、能率に関するカバー部材の厚さの２つの逆の作用により決定される。第１の作用は、カバーの厚さの低下が、ノズルを通る流れに対する抵抗を低くし、射出の能率を高めることである。第２のものは、カバーの厚さの低下が、チャンネルの可撓性を低下させ、射出の能率を低下させる。これらの２つの作用の組み合わせは、作動電圧の点で最適な厚さをもたらす。この厚さより顕著に低い値で、低いチャンネルの可撓性が支配し、そして能率が急速に低下する。この厚さより大きな値で、ノズルの抵抗は、次第に顕著になり、そして能率は再び低下する。
【００４９】
図８は、図５および６に画かれたようなアクチュエーターに関する最適化操作電圧対カバーの厚さのグラフである。図８は、たとえ他のアクチュエーターのパラメーターが最適化されて所定のカバーの厚さについて最低の操作電圧をもたらすときでも、十分に規定されていないが、グラフは、また最適なカバーの厚さＴ＊で最低の電圧を示す。
【００５０】
それゆえ、厚さの値の好ましい範囲が存在する。グラフの非対称性のために、最適な厚さの１０％以内または２０％薄い厚さでも有利であり、一方最適な厚さより２５％以内またはたとえ５０％厚い厚さでも好ましい範囲内にある。
【００５１】
図９は、エンド・シューターの構成の本発明の態様を示す。ここでは、ＰＺＴの本体７１０は、チャンネル７２０と形成される。可撓性のカバー部材７２２は、チャンネルの頂部を閉じ、そしてノズル板７２４は、アセンブリの末端へ結合する。開口７２６は、マニホールド域７２８へインクを供給するための本体に設けられている。この構成は、それゆえ、図２に示される従来のエンド・シューターの構造の逆のバージョンと考えることができ、可撓性の部材７２２は有効に基材を形成し、その基材の上にチャンネルおよびマニホールド構造が設けられる。駆動エレクトロニックス７３０は、可撓性部材７２２の上に設けられ、それは可撓性の回路ボードであって、トラックに沿ってチャンネル電極へ電気的な接続をする。
【００５２】
図１０は、エンド・シューターのアクチュエーターに関するシミュレーションされた応答曲線を示す。図１０ａは、厚いピエゾ電気カバー部材を用いる衝撃応答曲線を示し、一方図１０ｂは、５０μｍの厚さを有するポリマーカバーによる同様な衝撃応答を示す。
【００５３】
ポリマーカバーに関するより長いサンプル期間へのシフトが存在しそして電圧において上方へのシフトが存在するが、曲線の形は実質的に同じであり、特に約０．３μｓの通常の操作域に近い点でそうである。
【００５４】
組み立てられたプリントヘッドにおいて、チャンネルの長さは、チャンネルに沿って移動する音波について採られる時間を決定し、そして連続する射出間の時間すなわちプリントヘッドの操作頻度を制限する。望ましい頻度でプリントヘッドを駆動するために、チャンネルの長さは、それゆえ、固定した範囲に維持されねばならない。チャンネルの幅は、ノズルの間隔、従ってプリントヘッドにより達成可能な鮮明度に密接に関連する。そのため、チャンネルの長さおよび幅は、それらが操作および製造パラメーターにより決定されることから、一定とされる。
【００５５】
従って、カバー部材の可撓性は、実際には、カバー部材の厚さおよびヤング率によって決定される。
【００５６】
図１１は、図５および６に画かれたアクチュエーターに関するカバーの厚さおよびヤング率に対する最適な操作電圧のグラフを示す。ヤング率に関する５つのデータのシリーズは、それぞれポリイミド（４．８ＧＰａ）、アルミニウム（７０ＧＰａ）、ＰＺＴ（１１０ＧＰａ）およびニッケル（２３０ＧＰａ）に相当し、それらはカバー板の構造に通常使用されるすべての材料である。図１１は、ヤング率が変えられたときでも、最低の作動電圧を達成するカバーの厚さは、１０−１５ミクロンの間でほぼ一定に維持されることを示す。周知のプリントヘッドアクチュエーターでは、カバーの厚さは９００ミクロンであり、従って５−１５０ミクロンの間のどんな厚さでも、作動電圧を最低にするのに顕著な改善を示す。
【００５７】
カバー部材用の好適な材料としてポリイミドおよびＳＵ−８について本明細書では述べられてきたが、当業者は、薄いフィルムを形成できる多くのポリマー、金属および合金が使用できることを理解すべきである。可撓性の回路ボード材料は、特に電気トラックが製造工程中に形成される場合、有利に使用できる。
【００５８】
（付記１）
各流体チェンバーがチェンバー壁間隔で互いに分離された相対する一対のチェンバー壁によって画成されそしてそれからの液滴射出のためのノズルと流体連絡している複数の流体チェンバーからなる列；および
該複数のチェンバー壁の端へ接合しそれにより該チェンバーの１つの側面をシールするカバー部材をもち、該カバー部材の厚さ対該チェンバー壁間隔の比が１以下対１であることを特徴とする液滴射出装置。
【００５９】
（付記２）
各流体チェンバーがチェンバー壁間隔で互いに分離された相対する一対のチェンバー壁によって画成されそしてそれからの液滴射出のためのノズルと流体連絡している複数の流体チェンバーからなる列；および
該複数のチェンバー壁の端へ接合しそれにより該チェンバーの１つの側面をシールするカバー部材をもち、該カバー部材の厚さ対該チェンバー壁間隔の比が１以下対５であり、且つ該カバー部材が１００×１０９Ｎ／ｍ２以下のヤング率を有することを特徴とする液滴射出装置。
【００６０】
（付記３）
各流体チェンバーがチェンバー壁間隔で互いに分離された相対する一対のチェンバー壁によって画成されそしてそれからの液滴射出のためのノズルと流体連絡している複数の流体チェンバーからなる列；および
該複数のチェンバー壁の端へ接合しそれにより該チェンバーの１つの側面をシールするカバー部材をもち、その場合カバーの厚さが１５０μｍより薄いことを特徴とする液滴射出装置。
【００６１】
（付記４）
該ノズルが該カバー部材中に形成される付記１−３の何れか１つの装置。
【００６２】
（付記５）
該カバー部材が、該チェンバーから離れて延在して流体マニホールド域と境を接している付記１−４の何れか１つの装置。
【００６３】
（付記６）
該カバー部材がポリマーから形成される付記１−５の何れか１つの装置。
【００６４】
（付記７）
該カバー部材がポリイミドから形成される付記１−６の何れか１つの装置。
【００６５】
（付記８）
該カバー部材が合金から形成される付記１−５の何れか１つの装置。
【００６６】
（付記９）
該カバー部材が１００μｍ以下の厚さを有する付記１−８の何れか１つの装置。
【００６７】
（付記１０）
該カバー部材が５０μｍ以下の厚さを有する付記１−９の何れか１つの装置。
【００６８】
（付記１１）
該カバー部材が複合構造のものである付記１−１０の何れか１つの装置。
【００６９】
（付記１２）
該ノズルがレーザー切断により該カバー部材中に形成される付記１−１１の何れか１つの装置。
【００７０】
（付記１３）
該ノズルがフォトリトグラフ方法により該カバー部材中に形成される付記１−１２の何れか１つの装置。
【００７１】
（付記１４）
少なくとも１つの流体チェンバー；および
該少なくとも１つの流体チェンバーと境を接し少なくとも１つのノズルを有する可撓性のカバー部材をもち；
該チェンバーは、該チェンバーから該ノズルを経て流体の射出を行わせるように電気作動作用によって体積の変化を行い、且つカバー部材の厚さは、流体の射出に必要な最低の作動電圧を生ずる値かまたはそれに近い値であることを特徴とする液滴射出装置。
【００７２】
（付記１５）
カバー部材が、５０μｍ以下であるが、流体の射出に必要な最低の作動信号電圧を生ずる厚さよりも大きい厚さを有する付記１４の装置。
【００７３】
（付記１６）
カバー部材が、流体の射出に必要な最低の作動信号電圧を生ずる厚さのプラスまたはマイナス１０％以内の厚さを有する付記１５または１６の装置。
【００７４】
（付記１７）
チェンバーが、作動作用によって体積の変化を行うピエゾ電気要素から構成される付記１−１６の何れか１つの装置。
【００７５】
（付記１８）
ピエゾ電気要素がカバー部材とは異なる付記１７の装置。
【００７６】
（付記１９）
各流体チェンバーがそれからの液滴射出のためのノズルと流体連絡している複数の流体チェンバーからなる列；および
該チェンバーと境を接するように配置された可撓性のカバー部材を持ち、該可撓性のカバー部材は、該チェンバーから離れて延在し、さらに流体マニホールド域と境を接して構成されていることを特徴とする液滴射出装置。
【００７７】
（付記２０）
その上に複数のチェンバー壁を形成した可撓性の基材を用意し；
該可撓性の基材上に電導性トラックを形成して該チェンバー壁上に形成された電極への電導性接続をもたらすことを特徴とする液滴射出装置のためのコンポーネントを製造する方法。
【００７８】
（付記２１）
該基材の厚さ対チェンバー壁の厚さの比が１以下対１の比である付記２０の方法。
【００７９】
（付記２２）
液滴射出のためのノズルと流体連絡している少なくとも１つの流体チェンバー；および
該少なくとも１つのチェンバーと境を接する可撓性のカバー部材を持ち；
該チェンバーが該ノズルを経て該チェンバーから流体の射出を起こさせるように作動作用によって体積の変化を行い、且つカバー部材がポリマーからすべて形成されることを特徴とする液滴射出装置。
【００８０】
（付記２３）
該ノズルが該カバー部材中に形成される付記２２の装置。
【００８１】
（付記２４）
該カバー部材が１００μｍ以下の厚さを有する付記２２または２３の装置。
【符号の説明】
【００８２】
１０ 基材
１２ 回路ボード
１４ 接続トラック
１６ カバー
１８ ノズル板
２０ コーティング
２２ アクチュエーター壁
２３ 配置
２４ ノズル板
２６ カバー部材
２７ マニホールド
２８ ピエゾ電気部材
２９ チャンネル（開口）
３０ ノズル
３２ マニホールド
３４ マニホールド
３６ 基材
５０２ 基体
５０４ ピエゾ電気チャンネルの列
５０６ 開口
５０８ マニホールド域
５１０ カバー部材
５１２ ノズル
６１０ カバー部材
６１４ 壁要素
７１０ ＰＺＴの本体
７２０ チャンネル
７２２ カバー部材（可撓性部材）
７２４ ノズル板
７２６ 開口
７２８ マニホールド域
７３０ 駆動エレクトロニックス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴射出装置用のコンポーネントに関し、そしてさらに特に液滴射出装置用のカバー部材に関する。本発明は、ドロップ・オン・デマンドインクジェット印刷の領域に特に応用される。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットのプリントヘッドの周知の構成は、ピエゾ電気作動要素を用いて、流体射出チェンバー中に圧力波を生じさせそしてそれを操作する。信頼できる操作および十分な小滴の射出速度のために、最低の圧力は、典型的な例では１バールであるが、チェンバー中に発生させねばならない。このような圧力を生じさせるために、チェンバーは、適切な硬さ（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）（または可撓性のなさ）を示さねばならないことは理解されるだろう。流体射出チェンバーの可撓性は、それゆえ、チェンバーのデザインにおいて重要な基準であり、そして流体射出チェンバーの可撓性を最低に保つために数多くの技術が従来提案されてきた。
【０００３】
例えば、特許文献１は、可撓性が低い接着結合を提供する結合技術を記述している。特許文献２は、正確なノズル形成を可能にしつつ、硬さを改善するための複合構造を有するノズル板を提案している。
【０００４】
周知のピエゾ電気アクチュエーター構造では、細長いチャンネルの列は、ピエゾ電気材料のブロックの表面に並んで形成される。カバー板は、次に表面に取り付けられ、チャンネルを囲み、そして流体射出用のオリフィスが形成されているノズル板も取り付けられる。ノズル板は、カバー板に重ねられ、オリフィスはノズル板を経て形成され、カバー板を経て下のチャンネルにつながる。この構造は、ノズルがチャンネルの側面に形成されるので、「サイド・シューター」として知られている。いわゆる「エンド・シューター」構造でチャンネルの末端にノズル板を取り付けることも知られている。
【０００５】
特許文献３および４は、特に好ましいプリントヘッドの構成を記述しており、チェンバー壁の相対する側面上の電極間の電場の適用が、ピエゾ電気壁をせん断モードで変形させ、そしてチャンネル中のインクに圧力をかける。このような構成では、変位は、典型的な例では、５０ナノメートルのオーダーのものであり、そしてチャンネルの可撓性に基づくチャンネルのディメンジョンの対応する変化が、適用した圧力の急速な損失を招き、そしてそれに対応して性能が低下することが理解されるだろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ヨーロッパ特許０７１２３５５
【特許文献２】ＷＯ０２／９８６６６
【特許文献３】ヨーロッパ特許Ａ０２７７７０３
【特許文献４】ヨーロッパ特許Ａ０２７８５９０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者は、驚くべきことに、或る構成では、チェンバーの可撓性は許容され、かえって利益になることすらあるということを見いだした。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の局面では、本発明は、各流体チェンバーがチェンバー壁間隔で互いに分離された相対する一対のチェンバー壁によって画成されそしてそれからの小滴射出のためのノズルと流体連絡している複数の流体チェンバーからなる列；および該複数のチェンバー壁の端へ接合しそれにより該チェンバーの１つの側面をシールするカバー部材をもち、該カバー部材の厚さ対該チェンバー壁間隔の比が１以下対１である小滴付着装置を提供する。
【０００９】
好ましくは、カバー部材は１００×１０９Ｎ／ｍ２以下のヤング率を有する。
【００１０】
この構成は、可撓性のカバー部材を提供し、そのため、チャンネルの硬さを最大にするという共通の目的をともにする従来の教示とは、まさに反することになる。
【００１１】
好ましくは、ノズルは該カバー部材中に形成される。この構成は、ノズルが、カバー板の開口を経ることよりもチャンネルに直接連絡する利点をもたらす。これは、次にチェンバーからノズルへの流体流に対する抵抗を減らすことになり、その低下した抵抗性は、増加したチャンネルの可撓性により生ずる性能のどんな損失も相殺することが分かった。
【００１２】
本発明の第２の局面は、各流体チェンバーがチェンバー壁間隔で互いに分離された相対する一対のチェンバー壁によって画成されそしてそれからの小滴射出のためのノズルと流体連絡している複数の流体チェンバーからなる列；および該複数のチェンバー壁の端へ接合しそれにより該チェンバーの１つの側面をシールするカバー部材をもち、該カバー部材の厚さ対該チェンバー壁間隔の比が１以下対５であり、且つ該カバー部材が１００×１０９Ｎ／ｍ２以下のヤング率を有する小滴付着装置を提供する。
【００１３】
「サイド・シューター」および「エンド・シューター」の両者のプリントヘッドについて行われた実験は、１５０μｍより薄いカバーの厚さが射出の性質に顕著に影響することなく利用できるという驚くべき発見を導く。周知のアクチュエーターは、典型的な例では、従来技術で教示された必要な硬さを確保するために、約９００μｍの厚さを使用する。
【００１４】
そのため、本発明の第３の局面は、各流体チェンバーがチェンバー壁間隔で互いに分離された相対する一対のチェンバー壁によって画成されそしてそれからの小滴射出のためのノズルと流体連絡している複数の流体チェンバーからなる列；および該複数のチェンバー壁の端へ接合しそれにより該チェンバーの１つの側面をシールするカバー部材をもち、その場合カバーの厚さが１５０μｍより薄い小滴付着装置を提供する。
【００１５】
好ましくは、カバーの厚さは、１００μｍより薄く、さらに好ましくは７５μｍより薄く、より好ましくは５０μｍより薄く、なお好ましくは２５μｍより薄い。
【００１６】
好ましくは、カバーの厚さは、６μｍより厚く、さらに好ましくは８μｍより厚く、より好ましくは１０μｍより厚い。
【００１７】
それゆえ、本発明の第４の局面は、少なくとも１つの流体チェンバー；および該少なくとも１つの流体チェンバーと境を接し少なくとも１つのノズルを有する可撓性のカバー部材をもち；該チェンバーは、該チェンバーから該ノズルを経て流体の射出を行わせるように電気作動作用によって体積の変化を行い、且つカバー部材の厚さは、流体の射出に必要な最低の作動電圧を生ずる値かまたはそれに近い値である小滴付着装置を提供する。
【００１８】
カバー部材は、好ましくは、流体の射出に必要な最低の作動信号電圧を生ずるのより厚いが７５μｍ以下、さらに好ましくはそれより厚いが５０μｍ以下そしてより好ましくはそれより厚いが２５μｍ以下の厚さを有する。
【００１９】
本発明の教示に従って最低の作動電圧を達成することにより、ピエゾ電気材料の寿命そしてプリントヘッドのそれは、製造プロセスにおける簡単な変化により延長できる。事実、使用される可撓性の材料は、それら自体製造プロセスを単純化できる。
【００２０】
或る態様では、カバー部材の最低の厚さは、使用される材料に密接に関係し、そして厚さはその材料により達成可能である。或る態様では、カバー材料は、好ましくは流体の射出に必要な最低の作動信号電圧を生ずるのより下であるが５０μｍ以上、さらに好ましくはそれより下であるが２０μｍ以上、そしてなお好ましくはそれより下であるが１０μｍ以上の厚さを有する。
【００２１】
チェンバーは、好ましくは、作動作用により体積の変化を行うピエゾ電気要素から構成され、そして作動要素はカバー部材と異なることが好ましいが、カバー部材は作動要素として構成できる。
【００２２】
本発明のさらなる利点は、流体がチャンネルを通って連続的に流れる態様にカバー板を排除することにより、チャンネルを通る流れはノズル入口に隣接して直接通過し、ノズル中の屑または泡の随伴の可能性は低くなる。さらに、比較的薄い部材により形成されるノズルにより、ノズルの所定の直径では、入口から出口へのノズルの長さは短くなる。泡がノズルの出口で消滅するとき、これらはチャンネルを通る流れによって取り除かれそうである。
【００２３】
金属カバー部材または金属複合カバー部材が使用される態様では、１０μｍより薄いそしてさらに５μｍより薄い厚さでも考えられる。
【００２４】
好ましくは、カバー部材は、該チェンバーの末端を越えて延在して、構成の単純化の点で顕著な利点をもたらす上下続きの構成のような流体マニホールド域と境を接する。
【００２５】
この方法で、同じコンポーネントは、作動時にチャンネルにおける圧力を維持するように働くが、また可撓性のためにマニホールド域で減衰器として有利に働くことができる。このような減衰は、従って、残存する音波が最も顕著なチェンバーに直接隣接してもたらさられる。チェンバーからさらに離れて、カバー部材のスパンがより長く構成されるとき、それに応じて、より大きな減衰が達成できる。これは、例えばインク供給において発生する圧力パルスを減衰させるように有利に働くことができる。
【００２６】
本発明のさらなる局面は、各流体チェンバーがそれからの小滴射出のためのノズルと流体連絡している複数の流体チェンバーからなる列；および該チェンバーと境を接するように配置された可撓性のカバー部材を持ち、該可撓性のカバー部材は、該チェンバーから離れて延在し、さらに流体マニホールド域と境を接して構成されている小滴付着装置を提供する。
【００２７】
本発明の態様は、異なる材料から形成されるカバー部材を用いる。本発明の利点は、高い硬さが要求されないので、比較的低いヤング率を有する材料が使用できることである。ポリマーまたはプラスチック材料は、製造を単純にするのに有利である。ノズルは、レーザー切断によりまたはフォトリトグラフィーにより比較的容易にこれらの材料で形成できる。特に好ましい材料は、ポリイミドおよびＳＵ−８フォトレジストである。ＳＵ−８は、それが溶液で加工可能であり、そして厚さがわずか数ミクロンの層を形成できるスピンコーティングが可能なため、有利である。ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）は、また、熱および化学的劣化に対するそれらの高い抵抗性および優れた機械的性質のために、使用できる。
【００２８】
従って、本発明のさらなる局面は、小滴付着装置用のコンポーネントを製造する方法を提供し、その方法は、その上に複数のチェンバー壁を形成した可撓性の基材を用意し；
該可撓性の基材上に電導性トラックを形成して該チェンバー壁上に形成された電極への電導性接続をもたらす。
【００２９】
この態様において、可撓性の基材は可撓性の回路ボードであり、そしてその上に形成された電導性のトラックは、チェンバー壁を駆動回路へ接続するのに有利に使用される。
【００３０】
本発明のさらなる局面は、小滴射出のためのノズルと流体連絡している少なくとも１つの流体チェンバー；および該少なくとも１つのチェンバーと境を接する可撓性のカバー部材を持ち；該チェンバーが該ノズルを経て該チェンバーから流体の射出を起こさせるように作動作用によって体積の変化を行い、且つカバー部材がポリマーからすべて形成される小滴付着装置を提供する。
【００３１】
好ましくは、カバー部材は、厚さが１００μｍより薄く、より好ましくは５０μｍより薄く、そしてなお好ましくは２０μｍより薄い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来技術の「エンド・シューター」構造を示す。
【図２】従来技術の「エンド・シューター」構造を示す。
【図３】従来技術の「サイド・シューター」構造を示す。
【図４】従来技術の「サイド・シューター」構造を示す。
【図５】本発明の態様を示す。
【図６】本発明の態様を示す。
【図７ａ】本発明の局面によるアクチュエーターのカバーの厚さによる作動電圧の変化を示す。
【図７ｂ】本発明の局面によるアクチュエーターのカバーの厚さによる作動電圧の変化を示す。
【図８】本発明の局面によるアクチュエーターのカバーの厚さによる作動電圧の変化を示す。
【図９】本発明の態様を示す。
【図１０ａ】本発明の態様の衝撃応答特性を示す。
【図１０ｂ】本発明の態様の衝撃応答特性を示す。
【図１１】本発明の局面によるアクチュエーターのカバーの厚さおよびヤング率による作動電圧における変化を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明は、図面に従って例示により以下に説明される。
【００３４】
図１は、せん断モードで操作されるピエゾ電気壁アクチュエーターを組み入れた周知のジェットプリントヘッドを分解斜視図として示す。それは、接続トラック１４を示す部分のみが画かれた回路ボード１２の上に設けられたピエゾ電気材料の基材１０からなる。複数の細長いチャンネル２９が基材中に形成される。組み立て中に基材１０へ結合されたカバー１６は、その組み立てられた位置に示される。ノズル板１８は、また、その中に形成された複数のノズル（図示せず）を有するプリントヘッド基材に隣接して示される。これは、典型的な例として、低エネルギー表面コーティング２０によりその外側の表面上が被覆されるポリマーシートである。
【００３５】
図１に画かれたカバー部材１６は、基材１０へ熱的に適合する材料から形成される。これに対する１つの解決策は、カバーが基材へ結合するとき、界面の結合層中に誘導される応力が最低になるように、基材について使用されるそれに類似のピエゾ電気セラミックを用いることである。窓３２は、チェンバー２９中への液体インクの供給のための供給マニホールドを提供するカバー中に形成される。窓からチャンネルの前方の端へのカバーの前方の部分は、チャンネル壁の頂部へ結合したとき、活性チャンネルの長さを決定し、それは射出されるインクの小滴の体積を支配する。
【００３６】
ＷＯ９５／０４６５８は、図１および２のプリントヘッドの構築方法を開示し、そしてアクチュエーター壁がカバー１６へ確保されている場合、それらが回転およびせん断から実質的に阻止されるように、基材およびカバーを接続する結合が好ましくは低い可撓性で形成されることを述べている。カバーが、それらの移動を阻止できるほど、それ自体実質的に硬くなければならないことを理解するだろう。
【００３７】
図２は、組み立て後の図１の構成をチャンネルに平行して取り去った断面を示す。それぞれのチャンネルは、均一に共平面の頂部表面を有する相対するアクチュエーター壁２２により分離されているインクチャンネル２０を提供する比較的深い前方の部分、並びに接続トラックのための配置２３を提供する比較的浅い後方の部分から構成される。前方および後方の部分は、チャンネルの「ランナウト（ｒｕｎｏｕｔ）」部分により接続され、その半径はチャンネルを形成するのに使用されるカッティングディスクの半径により決定される。ノズル板１８は、それが接着剤結合層によりプリントヘッド本体へ取り付けられた後で、そしてＵＶエキシマーレーザー切断によるノズル板中のノズル３０の形成の次に、この図で示される。図１および２の構成は、ノズルがチャンネルの末端に配置されるため、「エンド・シューター」構成と通常よばれる。
【００３８】
操作では、チャンネル壁はせん断モードで変形し、そしてマニホールド２７に隣接して音波を発生する。これらの波は、チャンネルの長さ方向に沿ってノズル３０へ移動し、そこでそれらは流体の小滴の射出を起こす。
【００３９】
このような「エンド・シューター」の構成により、いくつかの同じアクチュエーター構成を積み重ねてノズルの多数の平行な列を得るのが望ましい。本発明の教示によれば、カバー部材の可撓性は、カバー部材１６の厚さを減らすことにより、周知の限界以下に低下できる。これは、アクチュエーターが、より密に積み重ねられて、それにより印刷方向におけるノズル密度を増大しそしてプリントヘッドの印刷速度も速めることを可能にする。
【００４０】
図３および４は、ＷＯ０３／０２２５８５から引用した。図３は、「サイド・シューター」としてよばれる別の従来技術のプリントヘッド構造を画いている。列方向に細長いピエゾ電気部材２８中に形成されるチャンネルの列は、開口２９を有するカバー部材２６により閉じられている。ノズル板は、開口２９と連絡しているノズル３０を有するカバー部材へ取り付けられている。この構成では、両端のチャンネルを有することが知られており、インクはマニホールド域３２から供給されそしてチャンネル２８に沿ってその中間に配置されたノズル３０から射出される。このやり方では、流体はチャンネルの側面から射出される。連続する流れは、入口マニホールド３２と２つの出口マニホールド３４（この図では、ただ１つのみを見ることができる）との間に形成される。
【００４１】
チャンネルは、典型的な例では、ピエゾ電気セラミックのブロックでそして特にＰＺＴでダイアモンド含浸丸鋸を使用して挽いて作られる。ＰＺＴは、チャンネルの延長方向に垂直でチャンネルと境を接している壁の表面に平行に配置される。電極は、適切な方法により壁の何れの側面にも形成され、そして電気コネクターによってドライバーチップ（図示せず）へ接続する。壁の相対する側面上の電極間に場が生ずると、壁はせん断モードで変形して、チャンネル中のインクへ圧力をかける。この圧力の変化は、チャンネル中に圧力音波を生じさせ、そして小滴の射出を生ずるのはこれらの圧力波であり、いわゆるアコースティックファイアリングである。
【００４２】
図４は、図３の原理に基づいて操作されるプリントヘッドの切開斜視図である。ノズル板２４は、カバー部材２６へ結合され、後者は、射出チャンネルが形成される細長いピエゾ電気材料２８の上表面へさらに結合される。カバー部材は、ノズル３０（図４では図示せず）と接続する直定規状開口２９および射出チャンネルを有する。インクは、基材３６中に形成されるマニホールド３２および３４からチャンネルを通って流れる。マニホールド３２は、たとえ印刷中でも、２つのピエゾ電気部材２８のチャンネルを通る流体の入口として働き、そしてマニホールド３４は流体の出口として働く。ただ１つの入口および２つの出口を有する２つの列のチャンネルが記述されてきたが、チャンネルの列を通る連続的な流体の流れを可能にする多くの別の構造も可能であり、例えばただ１つの列のチャンネルも利用可能である。
【００４３】
ＷＯ０３／０２２５８５に述べられたように、カバー部材は、ノズルの閉塞の原因であるが、ノズルへ構造上の安定性をもたらす。この明細書は、また、分離にノズル板を使用する試みは、可撓性のない作動作用においてチェンバー内に圧力を維持するのに不十分な硬さを生じ勝ちであると教示している。
【００４４】
図５は、本発明の局面による構成を示す。基体５０２には、ピエゾ電気チャンネル５０４の２つの列が設けられている。基体中の開口５０６は、マニホールド域５０８を出入するインクの通路を提供する。チャンネルおよびマニホールド域は、カバー部材５１０により頂部で閉じられている。カバー部材は、比較的薄いことが分かり、そしてポリイミドから作られる。ノズル５１２は、カバー板中に形成され、そしてチャンネル５０４と直接連絡する。音波を形成する作動方法は、上述した通りである。走査の方向がカバー部材の平面に平行であるとき、プリントヘッドの走査により生ずる加速は、有利なことに可撓性のカバー部材を変形しようとするものではない。
【００４５】
図６は、図５の構成をチャンネルに沿って取り去った図である。基材６０２は、チャンネルの間隔に比べて比較的厚いが、カバー部材６１０の厚さがチャンネルの間隔より薄いことが分かる。作動すると、壁要素６１４は、点線で示されるように山形に変形する。この作動方法は、ヨーロッパ特許０２７７７０３に詳述されており、本明細書では詳述しないが、ただし壁の頂部および底部が相対して変形するので、カバー部材へ適用される得られる応力が低下することに注目したい。
【００４６】
図７は、図５および６に画かれたようなアクチュエーターに関する操作電圧対カバーの厚さのグラフを示す。図７ａは、厚さ１００μｍのポリイミドカバー部材を最初有するアクチュエーターに関する結果をプロットし、それは、１サブ小滴あたり４ｐｌを伝達する６ｍ／秒での操作について従来の技術に従って最適化されたとき、２２．６Ｖの駆動電圧を要する。この開始点から、カバーの厚さは変化し、そして必要な電圧は再最適化されてその厚さで６ｍ／秒の射出速度を維持する。図７ｂは、Ｎｉ／Ｆｅ合金であるＡｌｌｏｙ ４２から製造されたカバー部材に関する同様なグラフを示す。
【００４７】
値は、異なるカバー材料について変化するが、グラフの形は同じであることが両方のグラフから分かり、信頼できる射出を達成する必要な操作電圧は、対応する最適な厚さの値で最低を示す。
【００４８】
グラフの形は、能率に関するカバー部材の厚さの２つの逆の作用により決定される。第１の作用は、カバーの厚さの低下が、ノズルを通る流れに対する抵抗を低くし、射出の能率を高めることである。第２のものは、カバーの厚さの低下が、チャンネルの可撓性を低下させ、射出の能率を低下させる。これらの２つの作用の組み合わせは、作動電圧の点で最適な厚さをもたらす。この厚さより顕著に低い値で、低いチャンネルの可撓性が支配し、そして能率が急速に低下する。この厚さより大きな値で、ノズルの抵抗は、次第に顕著になり、そして能率は再び低下する。
【００４９】
図８は、図５および６に画かれたようなアクチュエーターに関する最適化操作電圧対カバーの厚さのグラフである。図８は、たとえ他のアクチュエーターのパラメーターが最適化されて所定のカバーの厚さについて最低の操作電圧をもたらすときでも、十分に規定されていないが、グラフは、また最適なカバーの厚さＴ＊で最低の電圧を示す。
【００５０】
それゆえ、厚さの値の好ましい範囲が存在する。グラフの非対称性のために、最適な厚さの１０％以内または２０％薄い厚さでも有利であり、一方最適な厚さより２５％以内またはたとえ５０％厚い厚さでも好ましい範囲内にある。
【００５１】
図９は、エンド・シューターの構成の本発明の態様を示す。ここでは、ＰＺＴの本体７１０は、チャンネル７２０と形成される。可撓性のカバー部材７２２は、チャンネルの頂部を閉じ、そしてノズル板７２４は、アセンブリの末端へ結合する。開口７２６は、マニホールド域７２８へインクを供給するための本体に設けられている。この構成は、それゆえ、図２に示される従来のエンド・シューターの構造の逆のバージョンと考えることができ、可撓性の部材７２２は有効に基材を形成し、その基材の上にチャンネルおよびマニホールド構造が設けられる。駆動エレクトロニックス７３０は、可撓性部材７２２の上に設けられ、それは可撓性の回路ボードであって、トラックに沿ってチャンネル電極へ電気的な接続をする。
【００５２】
図１０は、エンド・シューターのアクチュエーターに関するシミュレーションされた応答曲線を示す。図１０ａは、厚いピエゾ電気カバー部材を用いる衝撃応答曲線を示し、一方図１０ｂは、５０μｍの厚さを有するポリマーカバーによる同様な衝撃応答を示す。
【００５３】
ポリマーカバーに関するより長いサンプル期間へのシフトが存在しそして電圧において上方へのシフトが存在するが、曲線の形は実質的に同じであり、特に約０．３μｓの通常の操作域に近い点でそうである。
【００５４】
組み立てられたプリントヘッドにおいて、チャンネルの長さは、チャンネルに沿って移動する音波について採られる時間を決定し、そして連続する射出間の時間すなわちプリントヘッドの操作頻度を制限する。望ましい頻度でプリントヘッドを駆動するために、チャンネルの長さは、それゆえ、固定した範囲に維持されねばならない。チャンネルの幅は、ノズルの間隔、従ってプリントヘッドにより達成可能な鮮明度に密接に関連する。そのため、チャンネルの長さおよび幅は、それらが操作および製造パラメーターにより決定されることから、一定とされる。
【００５５】
従って、カバー部材の可撓性は、実際には、カバー部材の厚さおよびヤング率によって決定される。
【００５６】
図１１は、図５および６に画かれたアクチュエーターに関するカバーの厚さおよびヤング率に対する最適な操作電圧のグラフを示す。ヤング率に関する５つのデータのシリーズは、それぞれポリイミド（４．８ＧＰａ）、アルミニウム（７０ＧＰａ）、ＰＺＴ（１１０ＧＰａ）およびニッケル（２３０ＧＰａ）に相当し、それらはカバー板の構造に通常使用されるすべての材料である。図１１は、ヤング率が変えられたときでも、最低の作動電圧を達成するカバーの厚さは、１０−１５ミクロンの間でほぼ一定に維持されることを示す。周知のプリントヘッドアクチュエーターでは、カバーの厚さは９００ミクロンであり、従って５−１５０ミクロンの間のどんな厚さでも、作動電圧を最低にするのに顕著な改善を示す。
【００５７】
カバー部材用の好適な材料としてポリイミドおよびＳＵ−８について本明細書では述べられてきたが、当業者は、薄いフィルムを形成できる多くのポリマー、金属および合金が使用できることを理解すべきである。可撓性の回路ボード材料は、特に電気トラックが製造工程中に形成される場合、有利に使用できる。
【００５８】
（付記１）
各流体チェンバーがチェンバー壁間隔で互いに分離された相対する一対のチェンバー壁によって画成されそしてそれからの液滴射出のためのノズルと流体連絡している複数の流体チェンバーからなる列；および
該複数のチェンバー壁の端へ接合しそれにより該チェンバーの１つの側面をシールするカバー部材をもち、該カバー部材の厚さ対該チェンバー壁間隔の比が１以下対１であることを特徴とする液滴射出装置。
【００５９】
（付記２）
各流体チェンバーがチェンバー壁間隔で互いに分離された相対する一対のチェンバー壁によって画成されそしてそれからの液滴射出のためのノズルと流体連絡している複数の流体チェンバーからなる列；および
該複数のチェンバー壁の端へ接合しそれにより該チェンバーの１つの側面をシールするカバー部材をもち、該カバー部材の厚さ対該チェンバー壁間隔の比が１以下対５であり、且つ該カバー部材が１００×１０９Ｎ／ｍ２以下のヤング率を有することを特徴とする液滴射出装置。
【００６０】
（付記３）
各流体チェンバーがチェンバー壁間隔で互いに分離された相対する一対のチェンバー壁によって画成されそしてそれからの液滴射出のためのノズルと流体連絡している複数の流体チェンバーからなる列；および
該複数のチェンバー壁の端へ接合しそれにより該チェンバーの１つの側面をシールするカバー部材をもち、その場合カバーの厚さが１５０μｍより薄いことを特徴とする液滴射出装置。
【００６１】
（付記４）
該ノズルが該カバー部材中に形成される付記１−３の何れか１つの装置。
【００６２】
（付記５）
該カバー部材が、該チェンバーから離れて延在して流体マニホールド域と境を接している付記１−４の何れか１つの装置。
【００６３】
（付記６）
該カバー部材がポリマーから形成される付記１−５の何れか１つの装置。
【００６４】
（付記７）
該カバー部材がポリイミドから形成される付記１−６の何れか１つの装置。
【００６５】
（付記８）
該カバー部材が合金から形成される付記１−５の何れか１つの装置。
【００６６】
（付記９）
該カバー部材が１００μｍ以下の厚さを有する付記１−８の何れか１つの装置。
【００６７】
（付記１０）
該カバー部材が５０μｍ以下の厚さを有する付記１−９の何れか１つの装置。
【００６８】
（付記１１）
該カバー部材が複合構造のものである付記１−１０の何れか１つの装置。
【００６９】
（付記１２）
該ノズルがレーザー切断により該カバー部材中に形成される付記１−１１の何れか１つの装置。
【００７０】
（付記１３）
該ノズルがフォトリトグラフ方法により該カバー部材中に形成される付記１−１２の何れか１つの装置。
【００７１】
（付記１４）
少なくとも１つの流体チェンバー；および
該少なくとも１つの流体チェンバーと境を接し少なくとも１つのノズルを有する可撓性のカバー部材をもち；
該チェンバーは、該チェンバーから該ノズルを経て流体の射出を行わせるように電気作動作用によって体積の変化を行い、且つカバー部材の厚さは、流体の射出に必要な最低の作動電圧を生ずる値かまたはそれに近い値であることを特徴とする液滴射出装置。
【００７２】
（付記１５）
カバー部材が、５０μｍ以下であるが、流体の射出に必要な最低の作動信号電圧を生ずる厚さよりも大きい厚さを有する付記１４の装置。
【００７３】
（付記１６）
カバー部材が、流体の射出に必要な最低の作動信号電圧を生ずる厚さのプラスまたはマイナス１０％以内の厚さを有する付記１５または１６の装置。
【００７４】
（付記１７）
チェンバーが、作動作用によって体積の変化を行うピエゾ電気要素から構成される付記１−１６の何れか１つの装置。
【００７５】
（付記１８）
ピエゾ電気要素がカバー部材とは異なる付記１７の装置。
【００７６】
（付記１９）
各流体チェンバーがそれからの液滴射出のためのノズルと流体連絡している複数の流体チェンバーからなる列；および
該チェンバーと境を接するように配置された可撓性のカバー部材を持ち、該可撓性のカバー部材は、該チェンバーから離れて延在し、さらに流体マニホールド域と境を接して構成されていることを特徴とする液滴射出装置。
【００７７】
（付記２０）
その上に複数のチェンバー壁を形成した可撓性の基材を用意し；
該可撓性の基材上に電導性トラックを形成して該チェンバー壁上に形成された電極への電導性接続をもたらすことを特徴とする液滴射出装置のためのコンポーネントを製造する方法。
【００７８】
（付記２１）
該基材の厚さ対チェンバー壁の厚さの比が１以下対１の比である付記２０の方法。
【００７９】
（付記２２）
液滴射出のためのノズルと流体連絡している少なくとも１つの流体チェンバー；および
該少なくとも１つのチェンバーと境を接する可撓性のカバー部材を持ち；
該チェンバーが該ノズルを経て該チェンバーから流体の射出を起こさせるように作動作用によって体積の変化を行い、且つカバー部材がポリマーからすべて形成されることを特徴とする液滴射出装置。
【００８０】
（付記２３）
該ノズルが該カバー部材中に形成される付記２２の装置。
【００８１】
（付記２４）
該カバー部材が１００μｍ以下の厚さを有する付記２２または２３の装置。
【符号の説明】
【００８２】
１０ 基材
１２ 回路ボード
１４ 接続トラック
１６ カバー
１８ ノズル板
２０ コーティング
２２ アクチュエーター壁
２３ 配置
２４ ノズル板
２６ カバー部材
２７ マニホールド
２８ ピエゾ電気部材
２９ チャンネル（開口）
３０ ノズル
３２ マニホールド
３４ マニホールド
３６ 基材
５０２ 基体
５０４ ピエゾ電気チャンネルの列
５０６ 開口
５０８ マニホールド域
５１０ カバー部材
５１２ ノズル
６１０ カバー部材
６１４ 壁要素
７１０ ＰＺＴの本体
７２０ チャンネル
７２２ カバー部材（可撓性部材）
７２４ ノズル板
７２６ 開口
７２８ マニホールド域
７３０ 駆動エレクトロニックス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピエゾ電気材料から形成され、相対して配置された一対のチェンバー壁によって画成され、チェンバー壁間隔で互いに分離された複数の細長い流体チェンバーからなる列と、液滴用ノズルとの流体連絡において電場の適用を受けて変形する前記相対するチェンバー壁と、
カバー部材が厚さを有し、前記ノズルが前記カバー部材に形成され、該複数のチェンバー壁の延出方向に並行な面に接合されて該チェンバーの１つの側面をシールするカバー部材と、を備え、
該カバー厚さは、該チェンバー壁間隔よりも薄く、
該カバー部材は、１００×１０９Ｎ／ｍ２以下のヤング率を有する、ことを特徴とする液滴射出装置。
【請求項２】
該カバー部材が、該チェンバーから離れるように延出して流体マニホールド域と境を接している請求項１の装置。
【請求項３】
該チェンバーに流体入口と流体出口とが設けられ、使用中に流体が該チェンバーの長さ方向に沿って流れ得る、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
該装置の使用中に該チェンバーを通る流体の一定流をもたらす手段をさらに備える、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
該チェンバーの前記流体入口と連絡する入口マニフォールドと、該チェンバーの流体出口と連絡する相対する出口マニフォールドと、をさらに備える、請求項３または４に記載の装置。
【請求項６】
該カバー部材が該チェンバーから離れるように延出して該入口マニフォールドと境を接し、かつ、該チェンバーから離れるように延出して該出口マニフォールドと境を接する、ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
該カバー部材が複合構造を有し、ポリマーから形成された部分と、金属または合金から形成された部分とを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
該カバー部材がポリマーから形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
該カバー部材がポリイミドから形成されている、ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
該カバー部材がポリエーテルエーテルケトンから形成されている、ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
該カバー部材がフォトレジスト材料を備える、ことを特徴とする請求項１−６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
該フォトレジスト材料がＳＵ−８である、ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
該作動チェンバーがすべりモードで変形する、ことを特徴とする請求項１−１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
該カバー部材の厚さは、該チェンバー壁間隔の５分の１以下である、ことを特徴とする請求項１−１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１】
ピエゾ電気材料から形成され、相対して配置された一対のチェンバー壁によって画成され、チェンバー壁間隔で互いに分離された複数の細長い流体チェンバーからなる列と、液滴用ノズルとの流体連絡において電場の適用を受けて変形する前記相対するチェンバー壁と、
カバー部材が厚さを有し、前記ノズルが前記カバー部材に形成され、該複数のチェンバー壁の延出方向に並行な面に接合されて該チェンバーの１つの側面をシールするカバー部材と、を備え、
該カバー厚さは、該チェンバー壁間隔よりも薄く、
該カバー部材は、１００×１０９Ｎ／ｍ２以下のヤング率を有する、ことを特徴とする液滴射出装置。
【請求項２】
該カバー部材が、該チェンバーから離れるように延出して流体マニホールド域と境を接している請求項１の装置。
【請求項３】
該チェンバーに流体入口と流体出口とが設けられ、使用中に流体が該チェンバーの長さ方向に沿って流れ得る、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
該装置の使用中に該チェンバーを通る流体の一定流をもたらす手段をさらに備える、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
該チェンバーの前記流体入口と連絡する入口マニフォールドと、該チェンバーの流体出口と連絡する相対する出口マニフォールドと、をさらに備える、請求項３または４に記載の装置。
【請求項６】
該カバー部材が該チェンバーから離れるように延出して該入口マニフォールドと境を接し、かつ、該チェンバーから離れるように延出して該出口マニフォールドと境を接する、ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
該カバー部材が複合構造を有し、ポリマーから形成された部分と、金属または合金から形成された部分とを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
該カバー部材がポリマーから形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
該カバー部材がポリイミドから形成されている、ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
該カバー部材がポリエーテルエーテルケトンから形成されている、ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
該カバー部材がフォトレジスト材料を備える、ことを特徴とする請求項１−６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
該フォトレジスト材料がＳＵ−８である、ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
該作動チェンバーがすべりモードで変形する、ことを特徴とする請求項１−１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
該カバー部材の厚さは、該チェンバー壁間隔の５分の１以下である、ことを特徴とする請求項１−１３のいずれか１項に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−４９２７４（Ｐ２０１３−４９２７４Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２２０８２３（Ｐ２０１２−２２０８２３）
【出願日】平成２４年１０月２日（２０１２．１０．２）
【分割の表示】特願２００９−５０３６４６（Ｐ２００９−５０３６４６）の分割
【原出願日】平成１９年４月３日（２００７．４．３）
【出願人】（３０１０５５６０８）ザール テクノロジー リミテッド (31)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月２日（２０１２．１０．２）
【分割の表示】特願２００９−５０３６４６（Ｐ２００９−５０３６４６）の分割
【原出願日】平成１９年４月３日（２００７．４．３）
【出願人】（３０１０５５６０８）ザール テクノロジー リミテッド (31)
【Ｆターム（参考）】
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