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JPS63247051A - パルス滴付着装置およびパルス滴付着装置の製造方法 - Google Patents

パルス滴付着装置およびパルス滴付着装置の製造方法

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JPS63247051A
JPS63247051A JP63003663A JP366388A JPS63247051A JP S63247051 A JPS63247051 A JP S63247051A JP 63003663 A JP63003663 A JP 63003663A JP 366388 A JP366388 A JP 366388A JP S63247051 A JPS63247051 A JP S63247051A
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JP
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flow path
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walls
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JP63003663A
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ステファン　テンプル
ダブリュー　スコット　バーキィ
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AB Dick Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はパルス滴付着装置に関し、典型的には「摘出要
求」インクジェット・プリンターのようなパルス滴イン
クジェット・プリンターに関するものである。
〈従来の技術およびその問題点〉 インクジェット・プリンターは、たとえば米国特許第４
９４へ３９８号、第ミロ８３，２１２号、第４７４１１
２０号の明細書に開示されている。これらの技術におい
て、インク又は他の液体流路がインク噴出ノズルおよび
貯液槽に接続されている。圧電素子が流路の一部に設け
られ、電圧パルスの印加に応じて振動して流路内の液体
にパルスを発生するので、液体の圧力が変化して流路か
ら液滴が噴出することになる。
圧電素子の構造は、米国特許第３６８３．２１２号では
同軸円筒状のものが、また米国特許第３，９４６，３９
８号、第３．７４７；１２０号ではダイアフラムが開示
されている。しかし、ダイアフラム式ではたわみの間に
顕著な内部仕事によって作動するので効果的でない。ま
た、ダイアフラムのような壊れやすい薄膜の圧電素子は
、切られて２枚貼り合わされて液体流路に装着されるの
で大量生産にも向かない。
円筒構造の圧電素子も薄い円筒状をしているので内部応
力を発生し、圧電物質の量が相当多く使われているので
、液滴噴出毎の全仕事は相当大きくなる。円筒状圧電素
子の出力インピーダンスは、液体とノズル・アパーチャ
によって表される出力インピーダンスと、よくマツチン
グしない。
さらに、上記ダイアフラム形および円筒形の圧電素子は
、ともに、滴付着ヘッドが多流路配置になっているマル
チ・ノズル高解像滴付着装置を作ることはできない。
他の滴付着装置が米国特許第４５８４５９０号の明細書
に開示されている。この装置は、圧電物質のシート上に
設けられた直列の電極が、そのシートを電極間に伸びる
個々の変形可能なセクションに分割するという剪断モー
ドで作動する。そのシートはノーマル方向に極北されう
各セクションの偏移が極方向に生じる。しかしながら、
このような配置の素子は大量生産が困難である。また、
高級パルス滴インクジェット・プリンターのような高密
度での滴付着が要求される装置における、高密度流路配
置を達成できない。
〈発明の目的〉 本発明の目的は、圧電素子の効率を改善し、液とノズル
・アパーチャの出力インピーダンスにマツチした、シン
グル又はマルチ流路のパルス滴付着装置を提供すること
にある。
また、大量生産に適した圧電素子を有する同装置を提供
することにある。また、従来装置よシも容易に高密度の
マルチ流路配置を製造し得る同装置を提供することにあ
る。さらに、たとえば１關に２本以上の高密度の流路を
有するマルチ流路配置の同装置を提供することにある。
〈発明の構成〉 本発明のパルス滴付着装置は、液滴噴射ノズルと、該ノ
ズルがそこに接続されそこから液体を供給される圧力チ
ャンバーと、圧電物質およびそれに電界を印加するため
の電極からなる剪断モード・アクチュエータ（圧電素子
）と、該圧電素子の動作によりングルから噴射されて減
った液をチャンバー内に補充する給液手段とからなり、
電極間に印加された電界によって圧電素子が剪断モード
でチャンバ−に関して動き、チャンバー内の液圧を変え
ることによってノズルから液滴を噴射することを特徴と
するものである。
本発明の一実施例においては、圧電物質が剪断モー）Ｔ
偏移する水晶からなっている。マルチ流路配置の同装置
を作るために、多くの適用がある。この装置に圧電素子
を使うのは、その構造が簡単でエネルギー効率が比較的
よいためである。効率上、圧電素子の出力インピーダン
スが流路の液体およびノズル・アパーチャの出力インピ
ーダンスとマツチすることが必要である。マルチ流路配
置に対し、駆動電圧と電流が安価なＬＳＩシリコンチッ
プを用いてマツチして得られることが必要である。ま九
、高密度の滴付着ヘッドを作ることが有利なので、せい
ぜい１列か２列のノズル・アパーチャでよい。また、単
一の圧電部分を数百・数千の個々の流路に変換すること
により、マルチ流路配置の滴付着ヘッドを大量生産する
必要がある。
円筒状圧電素子のエネルギー効率が十分でないことは、
すでに述べた。高密度配置でダイアプラム形の圧電素子
を用いる装置を大量生産することは不可能である。また
、高密度配置は従来の剪断モードシステムでは達成でき
ない。
マルチ流路の滴付着ヘッドに対する要求は、ダイア７２
人形又は円筒形の圧電素子では満たされない。本発明の
目的は、上記従来技術よシも上記要求をよく満たすこと
のできる、改良されたマルチ流路配置の滴付着装置およ
びその製造方法を提供することにある。
この目的を達成するため、本発明は、大部・底部および
大部と底部の間に伸びる圧電物質の剪断モード壁一連続
する６対の壁が複数の個々の液体流路を区画する−と、
該流路にそれぞれ接続された複数のノズルを有するノズ
ル手段と、液を各チャネルに補充する給液手段と、剪断
モード壁に設けられ各電界を印加するための電極手段と
からなり、剪断モードの圧電素子壁が各電界によって横
に偏移するような方向に置かれて、流路内の液圧を変化
させることによす液滴を噴射させるマルチ流路配置のパ
ルス滴付着装置である。
また本発明は、圧電物質の層を有する底壁を形成し、該
底壁内に圧電物質の層を通して伸びる複数の平行な溝を
形成し、対向する６対の壁がそれぞれ液体流路を形成し
、壁の剪断モード偏移が流路に対し横になるような方向
に電界が印加されるように電極を設け、該電極に電源を
接続し、天壁を前記壁に設けて液体流路および給液手段
を封止するステップからなるマルチ流路配置のパルス滴
付着装置の製造方法からなる。
以下、図によって本発明を具体的に説明する。
第１（ａ）図は本発明の一実施例よりなるシングル流路
パルスインク滴プリントヘッドの側断面図、第１（ｂ）
図は第１（ａ）図のＡ−Ａ矢視断面図、第１　（ｃ）図
は電圧が印加された状態を示す同断面図である。
第１（ａ）〜１（Ｃ）図において、シングル流路パルス
インク滴プリントヘッド１０は底壁２０および天壁（カ
バー）２２からなり、その間にシングルインク流路２４
がサンドイッチ状に形成されている。流路は片側を硬壁
２６で、またもう一方の側を剪断モードのアクチュエー
タ３０によって閉じられている。硬壁２６、アクチュエ
ータ３０．底壁２０および天壁２２は、それぞれ流路２
４の全長だけ伸びている。
剪断モードアクチュエータは、第１（ｂ）図のように２
軸方向に分極された圧電セラミック、好ましくは鉛ジル
コニウム・チタネー）（ＰＺＴ）の壁３０からガってい
る。壁間は第１（ｃ）図の矢印３２０．３３０で示され
るように反対方向に分極された上部３２および下部３３
からなっている。
上部３２と下部３３は界面３４で互いに接合し、それぞ
れ天壁２２と底壁２０に堅く結合されている。上部３２
と下部３３は、圧電物質のモノリシック壁の部分を交互
になす。
壁面３５．３６は金属化されて、３５．３６の全高・全
長を覆う金属電極３８．３９をなす。
流路２４は一端をノズル４０を有するノズルプレート４
１で閉じられ、もう一端をチューブ４６でインク溜４４
（図示せず）に接続されているインク供給チューブ４２
で閉じられている。代表的には流路２４の断面積は（２
０〜２００）μｍＸ（１００〜１０００）μ、、で長さ
は１０〜４０Ｉｌ＆であるので、長い外観比を有してい
る。アクチュエータ壁３０は、流路の長方形断面の長辺
の一つを形成している。
壁３０の上部３２と下部３３は、電圧Ｖが印加されたと
き、底壁２０と天壁２２に平行で、固定縁にある軸の回
シに剪断モードで回転する多くの薄層として振舞う。こ
れが、固定縁からの距離が増すにつれ薄層が横に動くと
いう効果を生ずる。こうして、壁３０の上部３２と下部
３３は、第１（ｃ）図のように）形に偏移する。
シングル流路プリントヘッド１０は、電圧パルスｖを電
極３８．３９に印加することに応じて、インク滴を噴射
することができる。各パルスは、分極Ｚ軸に垂直なアク
チュエータ壁３０の二つの部分においてＹ軸方向に電界
を形成する。これにより圧電セラミック内に剪断変形を
引きおこし、第１　（ｃ）図のようにアクチュエータ壁
３０をＹ軸方向にインクジェット流路２４内に偏移させ
る。この偏移によって、流路２４の全長にわたってイン
クに圧力を与える。代表的には３０〜３００ＫＰａ（キ
ロパスカル）の圧力がプリントヘッド１０を作動するた
めに加えられ、これはアクチュエータ壁３０に垂直な小
さな平均偏移によってのみ得られるので、壁３０に垂直
な流路寸法も小さい。
このようにしてなされるインク内の圧力の分散は、もし
圧力が最低値を越えているなら、ノズル４０から噴射さ
れるべきインクの摘出をもたらす。これはインクおよび
アクチェータ内に貯えられたエネルギーを分散させるた
めに、流路長だけ動く音響圧ステップ波のせいによる。
この圧力波がノズルから遠ざかるにつれ、体積歪すなわ
ち圧縮は周期Ｌ／ａ（ａはインクの音響速度係数、Ｌは
流路長）でノズル出口アパーチャからインク流を生ずる
。この周期の間、インク滴が噴出する。時間Ｌ／ａ後に
、圧力が負になシ、インクの噴出が止み、印加電圧が除
かれる。次に、圧力波が弱められるので、流路から噴射
されたインクはインク供給手段から補充され、滴噴射サ
イクルがくシ返される。
上記の剪断モードアクチュエータは、アクチュエータと
流路の寸法が最適に選択されたときには、インク内の圧
力および噴射インク滴体積の点で最も効率がよい。アク
チュエータ壁３０を弾性率がセラミックのそれよりも大
きな物質の薄層で堅くすることにより、改良され得る。
たとえば、金属電極３８．３９の厚さが電極としてのみ
要求される厚さよりも大きく、かつ圧電セラミックの弾
性率よシも大きな弾性率をもった金属で構成されている
なら、壁３０は剪断硬さを顕著に増さないで靭性硬度を
実質的に増すことになる。この目的のために、ニッケル
又はロジウムが適する。
こうして、壁３０とインク流路２４の厚みが軽減され、
さらにコンパクトなプリントヘッドｌＯができる。同様
の効果が、酸化アルミニウムｈｔｚｏｓや窒化ケイ素Ｓ
ｉ３Ｎ４のような物質−圧電セラミックよりも硬い−を
壁面に塗ることにより得られる。
上記剪断モードアクチュエータは従来のダイアフラム形
や円筒形の圧電素子よりもよい点を多く有している。剪
断モードで使われる圧電セラミックは、他のモードの圧
電歪とは結合しない。剪断モードアクチュエータはプリ
ントヘッドの周囲にエネルギーを分散させることなく、
効率よ〈流路を変形できる。このようなアクチュエータ
のたわみはインク内に貯えられたエネルギーと結合した
エネルギーを保持し、液滴噴射に利用できるエネルギー
に貢献する。硬い金属電極から得られる利点が、上記ア
クチュエータの形状からくる利点を補強する。音響圧力
波を使って作動する長い外観比のインク流路内に上記ア
クチュエータが設けられると、アクチュエータのコンプ
ライアンスがインクのコンプライアンスと密接に結合し
、非常に小さなアクチュエータの偏移（５〜２００ｎｍ
）がインク滴の変形に十分な体積変形をひきおこす。こ
れらの理由により、剪断モードアクチュエータは物質の
使用およびエネルギーの点で非常に効率的であり、デザ
イン上で融通がきき、低電圧電子駆動回路を用いて集積
化できる。
シングル流路剪断モードアクチュエータ（圧電素子）は
、第２〜７図に示すようないろいろな形状に構成できる
。第２〜５図および第７図に示されている各アクチュエ
ータは、分極された物質から形成され、分極軸２が底壁
２０と天壁２２との間に伸びるアクチュエータ壁面に平
行であり、印加電界の方向が２軸および流路軸に垂直で
あることが特徴である。アクチュエータの偏移は電界軸
ＹＫ沿っている。
いずれの場合も、アクチュエータが長い外観比の音響流
路の一つの壁を形成しているので、流路側面に作用する
小さな壁の変形によって振動が達成される。液滴噴出は
音響移動波による圧力分散の結果である。
第２　（ａ）、２　（ｂ）図に、ストリップ・シール・
アクチュエータと呼ばれる剪断モードアクチュエータが
示されている。
この例において、インクジェット流路２４を囲んでいる
剪断モードアクチュエータは、ストリップ・シール５４
を有するカンチレバー・アクチュエータである。これは
、Ｚ軸方向に分極され、インクジェット流路の全長にわ
たって伸びる圧電セラミック５２の単片からなっている
。底壁２０と天壁２２との間に伸びるセラミックの壁面
５５．５６は金属電極５８．５９で全面覆われて金属化
している。セラミック５２は一端を底壁２０に堅く結合
され、ストリップ・シール５４によって天壁２２につな
がっている。
電界を印加することによりアクチュエータ内で剪断モー
ド歪が生じ、流路内のインクの圧力を変化させる。アク
チュエータと流路の寸法を慎重に選び、金属電極５８．
５９７）寸法とコンプライアンスをも最適に選ぶと、ア
クチュエータは最善の特性を発揮する。
第３（ａ）、３（ｂ）図においては、ス）　ＩＪツブ・
シール５４１が固定壁２６とアクチュエータ５０にわた
って天壁２２の全面に設けられている。この例のストリ
ップ・シール５４１は構造的には有利であるが、上記パ
ラメータを最適にした後では、第２（ａ）、２（ｂ）図
のス）　ＩＪツブ・シール５４よりも効率が劣る。
第４　（ａ）、４　（ｂ）図においては、剪断モードア
クチュエータ６０が天壁２２・・底壁２０に垂直なｚ軸
方向に分極された圧電セラミック６１の単片からなって
いる。セラミック片６１は底壁２０および天壁２２に堅
く接合されている。壁面６５．６６は下半分を金属電極
６８．６９で、上半分を金属電極６８’、６９’で覆わ
れて金属化し、下側の電極６８．６９と上側の電極６８
’、６９’には第４（ｂ）図のようにそれぞれ逆方向に
電圧Ｖが印加される。セラミック６１内の電界がそれぞ
れ破壊電圧未満になるように、電極６８と６８′の間、
および電極６９と６９′との間に十分なギャップが設け
られている。第４　（ａ）、４　（ｂ）図のアクチュエ
ータ６・０はセラミツクロ１の単片からできているが、
その下部と上部とで互いに逆方向の電界が印加されるよ
うな電極構造なので、第１（ａ）、１　（ｂ）図の二つ
のパー）ｆもつアクチュエータ３０の剪断変形とよく似
た剪断変形をする。
第５（ａ）、５（ｂ）図においては、アクチュエータ４
００は２軸方向に分極された上部変形部４０１、下部変
形部４０２、およびその間の非変形部４１０を有してい
る。電極４０３．４０４が上部変形部４０１０両側に、
電極４０５．４０６が下部変形部４０２０両側に設けら
れている。上部・下部変形部４０１・４０２が逆方向に
分極されているなら、電圧■は電極対４０３・４０４と
４０５・４０６を通してＹ軸方向に同一方向に印加され
るが、上部・下部変形部４０１・４０２が同一方向に分
極されているなら、電圧Ｖは互いに逆方向に印加される
。いずれの場合にも、アクチュエータ４００の変形は第
５（ｂ）図のようになる。
第１〜５図の例において、アクチュエータ壁３０が界面
３４で接合されている第１（ｂ）図の場合以外は、底壁
２０、側壁２６およびアクチュエータ壁は圧電セラミッ
クの単片又は１層以上の薄層のラミネートからなる長方
形断面の物質からな広溝を切って流路２４と側壁２６全
作シ、周知の方法でアクチュエータ壁を電気的に分極す
る。次に、天壁２２を直接又はストリップ・シールを介
して側壁の上面に設け、流路２４の大部を閉じる。その
後で、ノズル４０金有するノズルプレート４１が流路２
４の一端に固着される。
上記実施例中の圧電セラミックの代９に、ガドリニウム
・モリブデート（以下、ＧＭＯという）やロッシェル塩
のような物質を用いることもできる。これらの物質は特
定の結晶軸方向に切られて用いられる無極性の物質であ
り、印加電界に垂直な方向に剪断変形する。第６（ａ）
図に示すように、ＧＭＯの壁５００が上部壁５０２と下
部壁５０４を有し、これらは界面５０６で互いに固着さ
れている。上部・下部壁５０２・５０４はそれぞれ矢印
ａ、　ｂで示す面でカットされ、上部壁５０２内の矢印
ａ−ｂと下部壁５０４内の矢印ａ−ｂとはそれぞれ互い
に直交している。上部壁５０２の上面５０８と下部壁５
０４の下面５１０とがそれぞれ固定され、上部・下部壁
５０２・５０４にそれぞれ矢印５１２・５１４の方向に
電界が印加されると、横方向の剪断モードの変形が生じ
る。破［５１６，５１８，５２０で示すように、この変
形は界面５０６で最大であり、上面５０８、下面５１０
にむかってゼロに減衰している。第５（ａ）、５（ｂ）
図の例のように上部・下部壁５０２・５０４はその間に
非変形部分を設けてもよい。この配置は変形度がＰＺＴ
の１００倍あるＧＭＯにとって適切である。第６（ｂ）
図に、好ましい電極配置が示されている。すなわち、電
極５２２．５２４が壁５００の両側に設けられ、さらに
電極５２６．５２８が壁に沿って等間隔位置になるよう
に中間に設けられている。電極５２２．５２８は端子５
３０に、電極５２４．５２６は端子５３２に接続されて
いる。端子５３０−５３２間に電圧が印加されると、電
極５２２−５２６間には電界５３４．５４０が、電極５
２６−５２８間には電界５３６．５４２が、電極５２８
−５２４間には電界５３８．５４４がそれぞれ矢印の向
きに生じる。ロッシェル塩の場合も、上記ＧＭＯと同様
になる。
第７図（平面断面図）において、硬壁２６と対向する電
極付きのアクチュエータ壁（３０，５０，６０，４００
）は平面図で曲りくねった形状をしておシ、電極を厚く
したシコーティングしたりする代りに、そのわん曲形状
で補強することができる。これは第１〜６図の装置およ
び第９〜１０図の装置にも適用できる。
アクチュエータ壁を補強する別の手段として、単一壁か
らなる壁をテーパーにし、また二つの壁部分からなる壁
の各変形部を根元から先端までテーパーにすることがあ
る。
「根元」とは壁又は壁部分の固定位置をさす。テーパー
程度は、先端厚みが根元厚みの８０％以上になることが
好ましい。このようなテーパー配置においては、アクチ
ュエータ壁先端にかかる電界の方がアクチュエータ壁根
元にかがる電界よりも大きくなるので、根元よシも先端
の方がよシ大きな剪断変形が起きる。また、最大たわみ
モーメントがかかったとき、根元の方が厚いので壁又は
壁部分がよシ補強される。
今迄に説明したものと異なるシングル流路プリントヘッ
ドの形状も、本発明の範囲内でなされ得る。たとえば第
８図において、流路がカッティング又は他の方法によっ
て三角断面溝８０１を形成され、圧電セラミック又は圧
電物質薄層からなる二つの同じ圧電物質８０３に囲まれ
ている。
圧電物質８０３の層の界面８０５は、圧電物質８０３の
層に電極８０７を設けた後に、接合・固着されて流路を
形成する。このようにして作られたアクチュエータは第
１　（ａ）。
１ら）図のもののように二つの部分からなる壁を有して
いるが、各壁部分は流路の二つの隣接した側壁を形成し
ている。
第”　（ａ）、９　（ｂ）図において、パルス滴インク
ジェットプリントヘッド６００は底壁６０１、天壁６０
２、およびその間の剪断モードアクチュエータ壁６０３
からなり、アクチュエータ壁６０３は、矢印６０９．６
１１で示すように天壁・底壁に垂直な方向に互いに逆に
分極されている上部壁６０５、下部壁６０７からなって
いる。アクチュエータ壁６０３は一対となってその間に
流路６１３を形成し、かつ、次の一対のアクチュエータ
壁６０３の間には、流路６１３よシも狭い空間６１５を
形成している。各流路６１３の一端はノズル６１８を有
するノズルプレート６１７がそれぞれ固着され、各アク
チュエータ壁６０３の両側には電極６１９．６２１が金
属化層として設けられている。各電極は絶縁材（図示せ
ず）で受けられ、空間６１５に面している電極はアース
６２３に接続され、流路６１３内に設けられている電極
は、アクチュエータ駆動回路を与えるシリコン・チップ
６２５に接続されている。すでに第１〜５図で説明した
ように、電極を設けられるアクチュエータ壁の壁面は厚
みを増すかコーティングすることにより補強され、又は
第７図のように波形にわん曲させることにより補強され
得る。各流路の電極に印加された電圧によって、流路に
面した６壁が流路にむかって変形し、流路内のインクに
圧力が加えられる。この圧力分散によって、周期Ｌ／ａ
（ｔ。
：流路長、ａ：音響圧力波の速度）で流路からインク滴
が噴射される。音響波の圧縮が完全になされるために、
時間Ｌ　／　ａだけ、電圧パルスが電極に印加される。
時間Ｌ／ａが経過する前に電圧パルスを切るか、電圧の
大きさを変えることにより、インク滴の大きさはより小
さくなる。この技術はトーンおよびカラープリンティン
グにおいて有用である。
プリントヘッド６００は、まず、圧電セラミックの分極
層を底壁６０１・天壁６０２にラミネートすることによ
り作られる。各セラミック層の厚みは上部壁６０５・下
部壁６０７の高さに等しい。次に、平行な溝がダイアモ
ンド屑を平行に散らした円板の回転によってカットされ
、又は流路６１３と空間６１５の幅だけ指示されたレー
ザーによってカットされる。流路の線形密度に依存して
、円板の１以上の回転によりカッティングがなされる。
次に、真空蒸着によって電極が分極壁面に形成され、続
いて絶縁層が設けられ、上部壁６０５と下部壁６０７が
接合・固着されて流路６１３と空間６１５が形成される
。次に、その中にノズル６１８が穿孔されているノズル
プレート６１７が、流路と空間の一端に接合され、流路
と空間の他端がアース６２３とシリコン・チップ６２５
に接続される１、この構造によム　１ｍｍクシ２上の線
密度で流路を有するパルスインク滴プリントヘッドを作
シ得るので、従来のプリントヘッドよシも高密度が達成
される。プリントヘッドが、プリントの行を望ましい長
さだけ伸ばせられるように相並んで設けられ、プリント
の行にむかって方向づけられ密に詰められたプリントヘ
ッドの平行なうインが、高密度プリンティングを可能に
する。各流路はそれぞれ独立に作動され、流路をカット
して空間溝を間に設けた後、各流路の対応する側で壁を
脱分極することは可能であるけれども、通常は流路毎に
二つの変形可能な壁を有している。
これは通常、レーザーでキュリ一点以上に加熱する〃へ
適切なマスキングによって脱分極すべき壁を露出して残
し、放射熱によってその壁をキュリ一点以上に上げるか
することによってなされる。
第１０（ａ）、ｔｏ（ｂ）図において、各流路６１３を
変形可能な壁６０３の一つと非変形壁６３０の一つとに
よってそれぞれ区画される側壁をもつ二つの流路に縦に
分割する非変形壁６３０が形成され得る。壁６３０は既
述したように脱分極によって、又は第１０（ｂ）図のよ
うな電極配置、すなわち分極された壁６３０の両側の電
極が同電位なので壁６３０は変形され得す、変形可能な
壁６０３の両側の電極には電界が印加されるので剪断モ
ード変形が生ずるという電極配置によって、壁６３０が
非変形壁となる。
第１０（ａ）、１０（ｂ）図の構成のアクチュエータは
第９（ａ）、９（ｂ）図のそれよシも変形度が小さいの
で、作動にはよシ高い電圧とエネルギーが必要である。
剪断モードの変形は、混乱をひきおこすような顕著な縦
方向の応力と歪を流路内に発生しない。また、底壁およ
び天壁にラミネートされた圧電物質のシートに対し分極
方向が垂直なので、圧電物質はシート状で便利に装着さ
れる。
第９〜１０時において、対向分極層を互いに接合・固着
し、底壁と天壁に固着させ、その後で円板又はレーザー
によってカッティングすることにより流路６１３と空間
６１５の溝が作られ得る。その後で電極と絶縁層が設け
られ、次にノズルプレート６１７が固着され、最後にア
ースとシリコン・チップへの接続がなされる。
第９（ａ）、９（ｂ）図の構造の変形として、圧電物質
の単シートが垂直に分極され、分極は隣の上面と下面で
は逆方向になっている。逆方向に分極された中間域は非
変形域である。
シートが底層にラミネートされ、次に流路がカットされ
空間溝が間に設けられ、対向分極層が底層にラミネート
され、その中に溝が作られる。底壁と天壁は交互に、そ
れにラミネートされる圧電物質のシー１有し、圧電物質
はそれが固着されるべき天壁の底に対し垂直に分極され
ている。圧電物質の各シートにさらに非変形物質のシー
トがラミネートされるので、それぞれ３層のアセンブリ
ーが与えらね、その中で剪断モードアクチュ・エータ壁
を形成すべき溝が切られる。次に電極がアクチュエータ
壁に設けられ、アセンブリーが互いに溝同士を固着する
ことにより流路を形成し、流路の間に空間を形成する。
第１〜７図に示された剪断モードアクチュエータを採用
することにより、マルチ流路配置が実現される。
上記実施例ではインク供給手段がノズルプレートから離
れたインク流路の端に接続されているけれども、中間の
他の点にも接続できる。さらに、第１１図に示すように
、ノズルによってインク供給を効果的にすることもでき
る。ノズルプレート７４１は流路から離れた面内に、各
ノズル７４０の周囲に凹部７４３を有している。各凹部
７４３はインク溜７４４に開口している端部を有してい
る。流路がアクチュエータによって圧力変化をもたらさ
れると、音響波によってノズル直上の開いたインク面か
らインク滴が噴射される。流路内のインクはインク溜７
４４および凹部７４３を通して補充される。
上記実施例はパルス滴インクジェットプリンターに関す
るものであったが、本発明は他の形式のパルス滴付着装
置も含んでいる。例えば、動いているウェブ上に非接触
でコーティングを施す装置や、フォトレジスト、シーラ
ント、エツチング材、金沢剤、写真現像液、染料その他
の付着装置である。さらに、マルチ流路配置は圧電セラ
ミックの代、９に、ＧＭＯやロッシェル塩のような圧電
結晶を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
第４（ａ）図は本発明の一実施例よりなるシングル流路
パルスインク滴プリントヘッドの側断面図、第１［有］
）図はその人−Ａ矢視断面図、第１（ｃ）図は電圧印加
時の同断面図、第２（ａ）〜５（ｂ）図はそれぞれ本発
明の実施例よりなるプリントヘッドの断面図、第６（ａ
）図は圧電素子の斜視図、第６（ｂ）図は６（ａ）図の
圧電素子に電極を設けた場合の斜視図、第７図は変形例
よシなる流路の平面断面図、第８図は変形例よシなるプ
リントヘッドの断面図、第９（ａ）図はマルチ流路パル
スインクジェットプリントヘッドの断面図、第９０）図
は同プリントヘッドの平面断面図、第１０（ａ）図は変
形例よりなるマルチ流路プリントヘッドの断面図、第ｔ
ｏ（ｂ）図は電極を設けた状態を示す同断面図、および
第１１図は変形例よυなるノズルプレート付近の斜視図
である。 １０・・・シングル流路パルスインク滴プリントヘッド
２４・・・シングル流路　３０・・・剪断モードアクチ
ュエータ壁４０・・・ノズル　４１・・・ノズルプレー
ト　５０．　６０．４００゜５００、６０３・・・剪断
モードアクチュエータ壁　６０１・・・底壁　６０２・
・・天壁　６０５・・・上部壁　６０７・・・下部壁６
１３・・・流路　６１５・・・空間　６１７・・・ノズ
ルプレート６１８・・・ノズル　６１９，６２１・・・
電極図面の浄Ｖ＜内容に変更なし〕 ＦＩｏ、２ｔｏ）　　　　　　　　　　Ｆｔｏ、２ｒｂ
＞ＦＩｒｙ、、３（ｃＪ）　　　　　　　　　　　　Ｅ
ｔｏ、３ｔｂノＦｔｃｙ、４ｔｃｔノ　　　　　　　　
　　　Ｆｔｃｙ・４（ｂ）Ｆｔｃｔ、７　　　　　　　
　　　Ｆｔａ、８手続補正書 昭和６３年２月２５日 特許庁長官　小　川　邦　夫　段 １、事件の表示 昭和６３年特許願第３６６３号 ２、発明の名称 パルス滴付着装置およびパルス滴付着装置の製造方法３
補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人 別紙のとおり、但し明細書の内容の補正はない。−手続
補正書 昭和６３年３月３０日 特許庁長官　小　川　邦　夫　殿 １、事件の表示 昭和６３年特許願第３６６３号 ２、発明の名称 パルス滴付着装置およびパルス滴付着装置の製造方法３
、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名称　　エイエム　インターナショナル　インコーホレ
ーテッド ４代理人

Claims (60)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）液滴噴射ノズルと、該ノズルが接続され噴射され
    るべき液体をノズルに供給する圧力チャンバーと、圧電
    物質およびそれに電界を印加する電極手段からなる剪断
    モードアクチュエータと、該アクチュエータの作動によ
    りノズルから噴射された液体をチャンバー内に補充する
    給液手段とからなり、前記電極手段間に印加された電界
    によって前記アクチュエータが電界方向に剪断モードで
    前記チャンバー内に動き、該チャンバー内の液体の圧力
    を変化させることにより前記ノズルから液滴を噴射する
    ようにアクチュエータが設けられている、パルス滴付着
    装置。
  2. （２）前記チャンバーが、前記アクチュエータが少なく
    ともその一部を形成する側壁を有し、それによりチャン
    バーの液体とアクチュエータとが密接に結合する、特許
    請求の範囲第１項記載のパルス滴付着装置。
  3. （３）前記チャンバーが一対の対向する長辺の側壁と一
    対の対向する短辺の側壁とから形成される長方形の断面
    積を有し、前記アクチュエータが該長辺の側壁の少なく
    とも一つの部分をなす、特許請求の範囲第２項記載のパ
    ルス滴付着装置。
  4. （４）前記チャンバーが流路からなり、前記剪断モード
    アクュエータが前記流路に沿って伸びる内壁面と外壁面
    を有する圧電物質の壁内に設けられ、前記電極手段が該
    壁面に垂直な方向に電界を印加するために該壁面に設け
    られた電極からなり、前記圧電物質が流路を横切る電界
    方向に剪断モードで変形してノズルから液滴を噴射する
    ように設けられている、特許請求の範囲第１項記載のパ
    ルス滴付着装置。
  5. （５）前記アクチュエータがノズルから流路の大部分の
    長さだけ伸びている、特許請求の範囲第４項記載のパル
    ス滴付着装置。
  6. （６）前記アクチュエータが前記内・外壁面に垂直に伸
    びる対向する平行な端面を有し、該端面に沿ってアクチ
    ュエータが流路が液密状に接続され、該端面の一つが流
    路に堅く接続され、ストリップ・シールが該端面のもう
    一つを流路に接続している、特許請求の範囲第４項記載
    のパルス滴付着装置。
  7. （７）前記流路が対向する天壁と底壁および該天・底壁
    の間にはさまれた対向する側壁からなる長方形の断面を
    有し、該側壁の一つが前記アクチュエータを形成し、前
    記ストリップ・シールが側壁に隣接する天壁の面全体に
    広がっている、特許請求の範囲第６項記載のパルス滴付
    着装置。
  8. （８）前記流路が対向する天・底壁と対向する側壁とか
    らなる長方形断面を有し、該側壁の一つがアクチュエー
    タを形成し、側壁と底壁が圧電物質を含む単片から形成
    されている、特許請求の範囲第６項記載のパルス滴付着
    装置。
  9. （９）前記アクチュエータが逆方向に分極された上部・
    下部と、前記内・外壁面および流路の長辺に対し垂直に
    伸びる対向する端面とから形成され、該端面が流路に液
    密状に固着され、それによつて、印加された電界がアク
    チュエータを流路を横切る方向に変形させる、特許請求
    の範囲第４項記載のパルス滴付着装置。
  10. （１０）前記アクチュエータが前記逆方向に分極された
    上部と下部との中間に、非変形部を有する、特許請求の
    範囲第９項記載のパルス滴付着装置。
  11. （１１）前記アクチュエータが、内・外壁面および流路
    の長辺に対し垂直に伸び流路に固着された対向する端面
    から形成され、前記電極手段が二対の対向する電極から
    なり、各対の一つの電極が内・外壁面の各長辺に設けら
    れ、各壁面の同一面上の電極が横方向に間隔をあけられ
    、対向する各対の各電極間にそれぞれ逆方向の電界をア
    クチュエータに印加することにより、アクチュエータを
    流路を横切る方向に変形させる、特許請求の範囲第４項
    記載のパルス滴付着装置。
  12. （１２）前記アクチュエータが上部壁・下部壁とその間
    の非変形部からなる、特許請求の範囲第１１項記載のパ
    ルス滴付着装置。
  13. （１３）前記流路が対向する天壁・底壁と対向する側壁
    からなる長方形断面を有し、該側壁の一つがアクチュエ
    ータを与え、側壁と底壁が圧電物質を含む単片からなる
    、特許請求の範囲第９項記載のパルス滴付着装置。
  14. （１４）前記流路が圧電物質の二つの同様な片からなり
    、該片のそれぞれが三角断面の溝をもつた対応する辺に
    形成され、該片が溝とともに互いに面して固着されて流
    路を形成し、流路の二つの隣接する辺がそれぞれ圧電物
    質の同様の片によって与えられている、特許請求の範囲
    第９項記載のパルス滴付着装置。
  15. （１５）前記ノズルと前記給液手段がそれぞれ流路の反
    対端に設けられている、特許請求の範囲第４項記載のパ
    ルス滴付着装置。
  16. （１６）前記給液手段がノズルによって液体を補充する
    ために流路に接続されている、特許請求の範囲第４項記
    載のパルス滴付着装置。
  17. （１７）前記アクチュエータの内・外壁面が平面図で波
    形状になっている、特許請求の範囲第４項記載のパルス
    滴付着装置。
  18. （１８）前記アクチュエータの内・外壁面が平行に伸び
    ている、特許請求の範囲第１７項記載のパルス滴付着装
    置。
  19. （１９）前記電極がアクチュエータの弾性率よりも大き
    な弾性率を有する物質の層でコーティングされ、それに
    よりアクチュエータのたわみ剛性を剪断剛性よりも大き
    くしている、特許請求の範囲第１項記載のパルス滴付着
    装置。
  20. （２０）前記層が絶縁物質の層からなる、特許請求の範
    囲第１９項記載のパルス滴付着装置。
  21. （２１）前記電極が電極機能として必要とされる厚みよ
    りも厚く設けられている、特許請求の範囲第１項記載の
    パルス滴付着装置。
  22. （２２）前記圧電物質が鉛ジルコニウム・チタネート（
    ＰＺＴ）のような分極強誘電セラミックである、特許請
    求の範囲第１項記載のパルス滴付着装置。
  23. （２３）液滴噴射ノズルと、該ノズルがつながれノズル
    に噴射すべき液体を供給する圧力チャンバーと、圧電物
    質およびそれに電界を印加する電極手段からなる剪断モ
    ードアクチュエータと、該アクチュエータの作動により
    ノズルから噴射された液体をチャンバーに補充する給液
    手段とからなク、前記アクチュエータが前記電極手段に
    よる電界の印加の下で剪断モード変形するように方向づ
    けられた結晶物質からなり、電界印加時にチャンバー内
    で変形してチャンバー内の圧力を変化させ、それにより
    ノズルから液滴を噴射させるように設けられた、パルス
    滴付着装置。
  24. （２４）前記チャンバーが、アクチュエータが少なくと
    もその一部をなす側壁を有し、チャンバー内の液体とア
    クチュエータとが密接に結合している、特許請求の範囲
    第２３項記載のパルス滴付着装置。
  25. （２５）前記チャンバーが一対の対向する長辺側壁と一
    対の対向する短辺側壁とからなる長方形断面を有し、ア
    クチュエータが該長辺側壁の少なくとも一つを与える、
    特許請求の範囲第２４項記載のパルス滴付着装置。
  26. （２６）前記チャンバーが流路からなり、前記剪断モー
    ドアクチュエータが流路に沿って伸びる内・外面を有す
    る圧電物質の壁であり、前記電極が該壁の長手方向に電
    界を印加するために該面に垂直に置かれ、前記圧電物質
    が電界および流路を横切る方向に剪断モードで変形して
    ノズルから液滴を噴射するように配向されている、特許
    請求の範囲第２３項記載のパルス滴付着装置。
  27. （２７）前記アクチュエータ壁がノズルから流路の大部
    分の長さだけ伸びている、特許請求の範囲第２６項記載
    のパルス滴付着装置。
  28. （２８）前記アクチュエータ壁が、それに沿って流路に
    液密状に接続される内・外壁面に垂直に伸びる対向する
    平行な端面を有し、該端面の一つが流路および端面のも
    う一つを流路につないでいるストリップ・シールに固着
    されている、特許請求の範囲第２６項記載のパルス滴付
    着装置。
  29. （２９）前記流路が対向する天・底壁と対向する天・底
    壁の間の側壁とからなる長方形断面を有し、該側壁の一
    つがアクチュエータ壁をなし、ストリップ・シールが側
    壁とつながっている天壁の面全体に広がっている、特許
    請求の範囲第２８項記載のパルス滴付着装置。
  30. （３０）前記流路が対向する天・底壁と対向する側壁と
    からなる長方形断面を有し、該側壁の一つがアクチュエ
    ータ壁をなし、側壁と底壁が圧電物質を含む単片からな
    る、特許請求の範囲第２８項記載のパルス滴付着装置。
  31. （３１）前記アクチュエータ壁が長手方向に間隔をおか
    れた直列の電極を与えられ、該電極はそれぞれ内・外壁
    面に垂直に置かれ、壁の長手方向に互いに反対に電界を
    印加するような配置に電気的に接続されている、特許請
    求の範囲第２６項記載のパルス滴付着装置。
  32. （３２）前記アクチュエータ壁が互いに逆方向に配向さ
    れた上部・下部壁を有し、その内・外面および流路の長
    手方向に対して垂直に伸びるアクチュエータ壁の対向す
    る端面が流路に液密状に固着され、それにより電界がア
    クチュエータ壁を流路を横切る方向に変形させる、特許
    請求の範囲第２６項記載のパルス滴付着装置。
  33. （３３）前記上部・下部壁の各々が壁の長手に沿って対
    応して間隔をあけられた直列の電極を設けられ、各電極
    は内・外壁面に対し垂直に設けられ、電極は壁の長手方
    向に互いに逆方向に電界が印加されるような配置に電気
    的に接続され、対応する電極間の上部・下部壁に隣接す
    る電界の方向が互いに逆方向になっている、特許請求の
    範囲第３２項記載のパルス滴付着装置。
  34. （３４）前記流路が対向する天・底壁と対向する側壁と
    からなる長方形断面を有し、該側壁の一つがアクチュエ
    ータ壁をなし、側壁と底壁が圧電物質を含む単片からな
    っている、特許請求の範囲第３２項記載のパルス滴付着
    装置。
  35. （３５）前記流路が圧電物質を含む二つの同様な片から
    なり、各片が三角断面の溝をもった対応する辺に形成さ
    れ、該片が互いに対面して溝と共に固着されて流路を形
    成し、その二つの隣接辺がそれぞれ圧電物質の二つの同
    様の片によって与えられている、特許請求の範囲第３２
    項記載のパルス滴付着装置。
  36. （３６）前記アクチュエータ壁が、前記互いに逆方向に
    配向されている上部・下部壁の中間に非変形部を有して
    いる、特許請求の範囲第３２項記載のパルス滴付着装置
    。
  37. （３７）前記中間の非変形部が上部・下部壁のいずれよ
    りも上下方向に長い、特許請求の範囲第３６項記載のパ
    ルス滴付着装置。
  38. （３８）前記ノズルと前記給液手段がそれぞれ流路の反
    対端に設けられている、特許請求の範囲第２６項記載の
    パルス滴付着装置。
  39. （３９）前記給液装置がノズルによって液体を補充する
    ために流路につながれている、特許請求の範囲第２６項
    記載のパルス滴付着装置。
  40. （４０）前記アクチュエータの内・外面が平面でみて湾
    曲している特許請求の範囲第２６項記載のパルス滴付着
    装置。
  41. （４１）前記内・外面が平行にのびている特許請求の範
    囲第４０項記載のパルス滴付着装置。
  42. （４２）前記圧電物質がモリブデン酸ガトリニウム又は
    ロッシェル塩である、特許請求の範囲第２３項記載のパ
    ルス滴付着装置。
  43. （４３）対向する天壁と底壁と、前記天壁と底壁間にの
    びており且つ対になった連続したアクチュエータ壁中に
    これら対の各々の壁間に複数の分離した液体流路を生ず
    るように配された圧電物質の剪断モードアクチュエータ
    壁、前記流路から噴射された液滴の補充のために前記流
    路に液体を供給する液体供給手段及びその内に作動電界
    を形成するために前記アクチュエータ壁上に設けられた
    電界電極手段とからなり、前記アクチュエータ壁が前記
    作動電界によって偏向されるように配されていて前記流
    路内の液体に圧力変化をもたらしてそこから液滴の噴射
    を行なうようにしてなるマルチ流路アレイ・パルス液滴
    付着装置。
  44. （４４）前記流路が流路の巾より短かい長さで分けられ
    ている、特許請求の範囲第４３項記載の装置。
  45. （４５）前記底壁及びアクチュエータ壁が圧電物質を含
    む単一材料片でつくられている、特許請求の範囲第４３
    項記載の装置。
  46. （４６）前記アクチュエータ壁と面している前記天壁の
    表面上に密封細片がもうけられている、特許請求の範囲
    第４３項記載の装置。
  47. （４７）前記アクチュエータ壁の各々が上部と下部から
    なり、前記流路に対し剪断モードで変形してそこから液
    滴を噴射するように設けられてなる、特許請求の範囲第
    ４３項記載の装置。
  48. （４８）前記天壁と前記アクチュエータ壁の上部が圧電
    物質を含む単片でつくられており、前記底壁と前記アク
    チュエータ壁の下部が圧電物質を含む別の単片でつくら
    れている、特許請求の範囲第４７項記載の装置。
  49. （４９）各流路が天壁と底壁間にのびる不活性壁によつ
    て二つの流路に分かれている、特許請求の範囲第４３項
    記載の装置。
  50. （５０）前記圧電物質が、チタン酸鉛ジルコニウム（Ｐ
    ＺＴ）のような、前記天壁及び底壁を直角方向にポール
    した圧電セラミック物質であり、前記電極手段が前記天
    壁及び底壁と直角に配した前記アクチュエータ壁の対向
    面に設けた電極からなる、特許請求の範囲第４３項記載
    の装置。
  51. （５１）前記圧電物質がガドリニウム・モリブデート又
    はロッシェル塩のような結晶であり、前記電極手段がア
    クチュエータ壁および流路に対し垂直に設けられている
    電極からなる、特許請求の範囲第４３項記載のマルチ流
    路アレイ・パルス滴付着装置。
  52. （５２）ａ）圧電物質の層で底壁を形成し、ｂ）該底壁
    内に、該圧電物質の層を通して伸びる多数の平行な溝を
    形成し、連続する溝の間に圧電物質の壁を形成し、該壁
    の対向する対がその間にそれぞれ液体流路を画成し、 ｃ）該壁が流路を横切る方向に剪断モードで変形するよ
    うに電界が印加される位置の壁に電極を設け、ｄ）該電
    極に電気駆動回路手段を接続し、 ｅ）前記壁に天壁を固着して液体流路を閉じ、ｆ）ノズ
    ルと給液手段を該液体流路に設けるステップからなる、
    マルチ流路アレイ・パルス滴付着装置の製造方法。
  53. （５３）さらに、二層の圧電物質を前記底壁に供給し、
    直立壁を供給するために該二層の両方を通して伸びる溝
    を形成し、流路を横切る同一方向に剪断モードで変形さ
    せるために電極をそれぞれ設けて電界を印加するときに
    各直立壁の上部・下部を適合させるステップを有する、
    特許請求の範囲第５２項記載の方法。
  54. （５４）さらに、圧電物質の層を底・天壁のそれぞれに
    設け、該圧電物質の各層内の対応する空間に多数の平行
    な溝を形成して底・天壁に直立壁を設け、天壁に設けら
    れた直立壁を底壁に設けられた対応する直立壁に固着す
    ることにより天壁を底壁の直立壁に固着し、底・天壁上
    の直立壁が、電界を印加されたとき流路を横切る方向に
    変形するよりに適合されるステップを有する、特許請求
    の範囲第５２項記載の方法。
  55. （５５）さらに、その間に流路が画成されている各対の
    壁の間に直立非変形壁を設け、それにより各流路を縦に
    二つの流路に分割するステップを有する、特許請求の範
    囲第５３項記載の方法。
  56. （５６）さらに、電極をそれぞれ前記非変形壁に設け、
    動作の間、該電極を同電位に保つことにより該非変形壁
    に剪断モードの変形を起こさせないようにするステップ
    を有する、特許請求の範囲第５５項記載の方法。
  57. （５７）前記給液手段がノズルから離れた流路の端に設
    けられている、特許請求の範囲第５３項記載の方法。
  58. （５８）前記給液手段がノズルに隣接した流路の各端に
    設けられて、ノズルから噴射された流路内の液体を該ノ
    ズルを通して補充する、特許請求の範囲第５３項記載の
    方法。
  59. （５９）ＰＺＴが圧電物質として使用される、特許請求
    の範囲第５３項記載の方法。
  60. （６０）ガドリニウム・モリブデート又はロッシェル塩
    のような圧電結晶が圧電物質として使用される、特許請
    求の範囲第５３項記載の方法。
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