JPH066375B2 - 高密度マルチ流路アレイ・パルス滴付着装置および同装置の製造方法 - Google Patents

高密度マルチ流路アレイ・パルス滴付着装置および同装置の製造方法

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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、さらに詳しくは複数
の滴付着流路を含む同装置に関するものである。このよ
うな装置の典型として、「ドロップ−オン−ディマン
ド」インクジェットプリンターと呼ばれているようなマ
ルチ流路パルス滴インクジェットプリンターがある。
〈従来の技術とその問題点〉 上記マルチ流路インクジェットプリンターの製造技術と
して、例えば米国特許出願第3,１７9,０４２号、英国特
許出願第2,００7,１６２号および英国特許出願第2,１０
6,０３９号が知られている。これらは入力電気信号に応
じて選択されたインク流路内に熱パルスを発生させ、そ
の流路のインクに気泡を生じさせる熱動作プリントヘッ
ドを開示している。これは次に圧力パルスを発生させ
て、流路端にあるノズルからインク滴を噴射させる。
しかしながら、上記熱作動プリントヘッドは、多くの顕
著な欠点を有している。まず、熱モード作動は圧電式に
比べて非効率的であり、インク滴を生じさせるのに１０
〜１００倍のエネルギーを要する。次に、インクジェッ
トプリントヘッドに必要な高信頼性と長寿命という点に
劣っている。例えば、熱作動プリントヘッドは熱電極上
にインク付着を行う。このような付着は、インク滴噴射
に必要な電気パルスの大きさを増すのに十分な絶縁効果
を有する。熱応力クラック、部品焼損およびキャビテー
ション損傷が避けられない。第三に、特別に開発された
耐熱サイクル用のインクのみが使用でき、従来のインク
と比べてこのインクは低い光学密度でしかない。
一方、圧電アクチュエータを用いたマルチ流路インクジ
ェットプリンターが、米国特許出願第4,５２5,７２８
号、第4,５４9,１９１号、第4,５８4,５９０号およびＩ
ＢＭ技術開示報告Vol.２３、No.１０（１９８１年３
月）に開示されている。圧電アクチュエータは熱作動式
のものに比べ、低エネルギーで作動するという利点を有
している。しかしながら、上記従来技術は所望のプリン
ト解像レベルまで達していない。プリント解像に重要な
因子は、ヘッドに関しプリント紙の移動に垂直な方向の
単位長当りの流路数およびノズル数である。上記従来技
術で開示されている圧電プリントヘッドは、流路密度が
最高で１〜２流路／mmである。しかし、このような流路
密度では、効果的な解像という点で不十分である。例え
ば、通常の読書距離で区別できるだけの横線を、インク
滴でプリントすることができない。
効果的な解像は、例えば、横方向に流路間の空間を減ら
すように、プリント紙面内にプリントヘッドの角度を付
けることによって増強できる。しかし、これはごまかし
の制御ロジックと、ある特定のプリント線に集まったす
べてのインク滴を単一の横線でプリント紙上に付着させ
るための遅延回路とを必要とする（でなければ、十分に
近接した線は肉眼で見分けられない）。解像度を増す第
三の方法は、プリント紙の移動方向に互いに間隔をあけ
られているが単一の横線を協力してプリントする２以上
の流路のバンクを設けることである。そのようなバンク
２つだけで、共通のプリント線内に両流路のノズルを配
置できる。さらに多くのバンクを用いて、プリント紙の
移動方向にノズル空間が設けられ、場所の一致が必要な
流路の時間間隔をあけられたアクチュエーション（変
形）を与えるために遅延回路が要る。しかし、遅延回路
を用いると、通常遅延時間に比例してコストが高くなる
ので、製造コストが上がる。
各バンクがそれ自身十分な単色解像度を有しているとし
ても、カラープリンティングには通常４バンクの流路が
要るということを知ることは、この点で有用である。単
色に対し所望の解像度を得るために多数のバンクが必要
なところでは、カラーアプリケーションが上記問題を調
合する。
プリント紙の移動方向に対し垂直な方向に流路間の空間
を減らすことの利点は、いまや明らかである。多くの場
合、特にカラープリンティングが要求されているところ
では、プリント紙の移動方向に沿って（すなわち、バン
ク間で）流路間の空間を減らすことには、さらに利点が
ある。それはすなわちプリントヘッドのバルク寸法（大
きさ）を減らすことであり、もっと重要なことは場所の
一致に必要な時間遅れを減らすことである。
〈発明の目的〉 本発明の目的は、低エネルギーレベルで作動し、プリン
ト紙の移動方向に垂直又は平行又は両方の単位長当りに
多数の流路を与えるマルチ流路パルス滴付着装置を提供
することにある。
〈発明の構成〉 本発明の高密なマルチ流路アレイ・パルス滴付着装置
は、横方向に互いに間隔を有する多数の平行な流路から
なり、該流路は流路の長手方向および長手方向と幅方向
の両方に垂直に伸びる側壁と、液滴を噴射するためのノ
ズルを有し、該流路を給液手段につなぐ接続手段と、あ
る流路のアクチュエーションが選択されたときにそれに
接続しているノズル流路からの液滴噴出に有効な流路内
圧力の変化を生じせしめる電気的アクチュエート手段を
有し、該電気的アクチュエート手段は各流路毎に均一な
圧電物質から形成される流路の長手の大部分に伸びる流
路側壁部分及び該側壁部分が剪断モードの流路に横向き
のそして一般にはアレイ方向に平行な変形をなすに有効
な電界をアクチュエーションに適用するよう該圧電物質
に関連して配置される電極から成る。
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「ドロップ・オ
ン・デマンド」インク・ジェット・アレイプリンターの
斜視図、第１(b)図はその断面図、第１(c)図はその１
(c)−１(c)矢視図である。高密度アレイの「ドロップ・
オン・デマンド」インクジェットプリンターは、多数の
平行なインク流路２からなっている。
ここでいう「高密度アレイ」とは、流路軸に垂直な線に
沿ってインク流路の密度が２／mm以上のアレイをいう。
流路２はインク４を含み、各流路に１つずつのノズル６
からなるノズルプレート５を端に有している。インク滴
７は流路２からの要求に応じて噴射され、プリント面９
のプリントライン８に付着される。
プリントヘッド１０は、ノズルプレート５から平行に後
方に伸びる底部２０を有している。流路２は長方形断面
の長くて狭いものであり、その長手方向に伸びる側壁１
１を有している。側壁１１は流路の全長にわたって伸
び、流路軸に垂直に変形可能で、ノズルから滴を噴射さ
せるように流路内のインク圧を変化させる。流路２は、
パイプ１４でインク溜（図示せず）につながる横流路１
３に、ノズルから離れた端で接続されている。側壁１１
を変形させる電気接続図（図示せず）が底部２０上のＬ
ＳＩチップ１６に作られている。多数の平行流路に対す
るワーク部を設計することにより、同時に多数の底部を
支持するジグ上で作動する一連の平行操作がなされる。
インク流路２およびノズル６の高密度パッキングは従来
のアレイプリントヘッドには見られない多くの特徴によ
って達成される。まず、流路２は長方形断面であり、流
路軸を含む面に垂直に伸びる側壁１１を有している。流
路断面の外観比、すなわち流路軸の面に垂直および平行
な大きさの比は、３〜３０である。流路は、電気的にア
クチュエートされてプリントする変形可能な側壁１１に
よってセパレートされている。
米国特許出願第4,５２5,７２８号、第4,５４9,１９１号
および第4,５８4,５９０号に、流路間にではなく、各流
路の端にある天壁にアクチュエータを設けた流路が開示
されている。しかし、このような「屋根」型のアクチュ
エータでは流路密度を制限することになり、せいぜい１
〜２流路／mmしかとれない。これに対し、本発明では流
路が変形可能な側壁と高外観比の断面を有しているの
で、２／mmよりも大きな密度のプリントヘッドを提供す
ることができる。これは熱バブル作動型のプリンターの
欠点を克服し、１流路当りのコストが安く、高解像度の
プリントヘッドの利点を与える。
前記ＩＢＭ技術開示報告Vol.２３、No.１０（１９８１
年３月）に開示されているアレイは、二つの隣接したチ
ャンバー間の壁に装置された円板状の圧電アクチュエー
タが、一つのチャンバーをたわみ変形させ、もう一つの
チャンバーを反対方向に変形させるように設けられてい
る。チャンバーの幅とチャンバー間の間隔は、ノズル間
の間隔を縮めるようにチャンバーが集まる結果として表
わしている。
本発明の一実施例では、ノズル６からインク供給マニフ
ォールドまで流路長全体にわたって伸びる電気的に作動
される変形可能な壁と結合して音響波が使用される。作
動されると、流路の片側又は両側の変形可能な側壁１１
は流路内のインクを圧縮する。この圧力はノズルから伝
播する音響圧力波によって分散される。流路長に沿って
圧力波が伝わる間、この波の圧縮がノズルからインク滴
を噴射する分配源として作用する。
このようにして音響ポンプによって流路とアクチュエー
タとが結合されると、アクチュエータの体積変形が分布
されるので、壁変形はどのセクションでも小さい。代表
的には、アクチュエータ壁は３〜３０又はそれ以上の外
観比（高さによる幅の比）を有している。同時に、平面
の平行流路配置は大量生産に適している。
実際には、音響波が伝わる流路の長さはインク滴噴射に
適切な時間および流路内の粘性境界層の成長によって
（のみ）制限される。代表的には、流路長は流路幅の３
０倍以上、好ましくは１００倍以上である。
平面アレイでの流路の線形密度が増すと、流路軸の面に
平行な狭い断面積と、共通の変形壁の同一面内の厚さと
が両方減る。これにより、流路内のインクのコンプライ
アンスが減り、一方、流路間の変形可能な壁のコンプラ
イアンスが増す。
高密度の流路ということは、流路間の壁のコンプライア
ンスがプリントヘッドの設計上重要な因子であることを
意味し、これは従来技術においては考慮されていなかっ
たことである。
壁のコンプライアンスは、例えば流路内のインク内の音
速に影響し、インク溶剤単独でよりも小さな音速にす
る。同時に、側壁１１がアクチュエートされたとき、小
さなコンプライアンスの壁の場合よりも大きなコンプラ
イアンスの壁の場合の方が、インク圧力が小さくなる。
さらに、コンプライアンスによって、圧力変化がアクチ
ュエートされていない周囲の流路にもたらされる。
第２(a)、２(b)、３(a)、３(b)および４〜７図に、本発
明の装置の側壁の種々の構造および作動方法が示されて
いる。
第２(a)、２(b)図に示されているプリントヘッドは、製
造のしやすさと電子的機械的な効率のよさにより、本発
明の好ましい実施例である。アレイは、変形可能な側壁
１１を底・天壁２５・２７の間にはさまれ、矢印３３・
３５のように互いに逆方向に分極された上部・下部壁２
９・３１からなる剪断モードアクチュエータ１５、１
７、１９、２１、２３の形に結合する。代表的には、隣
接側壁間の距離は0.０５mm、側壁の高さは0.０３mmであ
る。各流路長は１０mm以上である。電極３７、３９、４
１、４３、４５がそれぞれ対応する流路２の全内壁をお
おっている。ここで、例えばアクチュエータ２１、１９
間の流路２の電極４１に電圧を与えると、該電極４１の
両側の流路２の各電極３９、４３はアースされているの
で、アクチュエータ１９と２１に逆方向の電界が印加さ
れる。各アクチュエータの上部・下部壁２９・３１が逆
方向に分極されているので、上部・下部壁２９・３１は
破線４７、４９で示すようにくの字形にその間の流路２
に向かって剪断変形する。その結果、アクチュエータ１
９と２１の間の流路２内のインク４に圧力が加えられ、
流路長に沿って音響圧力波が伝えられ、ノズルからイン
ク滴７を噴射する。剪断モートアクチュエータの変形構
造例が、本発明と同時出願の明細書内に説明されてい
る。
第２(b)図において、電極３７〜４５がそれぞれ個々に
ＬＳＩチップ１６に接続され、クロックライン５１、デ
ータライン５３、電圧ライン５５およびアースライン５
７もＬＳＩチップ１６に接続されている。流路２が第
１、第２グループにアレンジされ、クロックライン５１
から供給された連続するクロックパルスがこの第１、第
２グループを続けてアクチュエートする。データライン
５３上に現れる多ビット・ワードの形式のデータが各グ
ループのうちのどの流路をアクチュエートすべきかを決
定し、ＬＳＩチップ１６の回路により、アクチュエート
されているグループの流路の電極に電圧ライン５５の電
圧Ｖを印加する。この電圧により選択された流路の両方
の側壁がアクチュエートされ、従って各グループにおい
てすべての側壁が流路を作動可能になる。アクチュエー
トされていない同一グループの流路の電極と、他のグル
ープに属するすべての流路の電極はアースされる。
第２(d)図に、滴噴射のために用いられる二つの異なる
電圧波形を示す。
同図の上の方の作動モードにおいて、アクチュエートさ
れた流路の電極は時間Ｌ／ａ（Ｌ：流路長、ａ：インク
内の音速）だけ正の電圧Ｖを印加されている。電圧は、
時間Ｌ／ａ経過後、ゆっくりとゼロに減衰する。電圧Ｖ
印加の時間Ｌ／ａの間、ノズルから流路内に伝わる音響
波は、液圧を高めてノズルからインク滴を噴射させ、一
方、隣の流路では負圧がメニスカスの後退運動をひきお
こす。その後で、電圧がゆっくりとゼロに減退するにつ
れ、アクチュエートされた流路の壁は元の位置に戻り、
一方、ノズル内のインク・メニカスの元の位置はインク
溜から流路へ給液することにより回復する。
第２(d)図の下の方の作動モードにおいて、負の電圧−
Ｖが時間Ｌ／ａ、アクチュエートされた流路の側壁にゆ
っくりと印加され、この印加の率は流路からの滴噴射を
ひきおこすよりも小さい。アクチュエートされた流路内
の波の残留圧力が隣の流路からのインクの流れによって
正になったとき、負の電圧−Ｖが時間２Ｌ／ａ保たれ
る。次に電圧が急にゼロになると、流路内の圧力は上昇
し、壁が急速に元の位置に回復するにつれインク滴が噴
射される。この作動モードでは、初期エネルギーのいく
らかが音響圧力波内に保たれて滴噴射を助ける。また、
電圧印加の間、アクチュエータの運動に抵抗する側壁の
弾性が滴噴射をおこすエネルギーを与える。インクと結
合した壁のコンプライアンスは、音響波の伝播の間、イ
ンク滴の噴射を助ける。
ある状況下では、ノズルプレートを流路の端に直接接触
させることは適切でない。例えば、２バンクアレイの流
路がシングルライン上にプリントするために要求されて
いるとき、又は２つの相並んだアレイモジュールがモジ
ュール境界を横切る一定滴下間隔を生ずるために要求さ
れているときには、各流路とそれにつながったノズルと
の間に短い接続用通路を設けることが必要である。この
接続用通路の体積は流路の体積の１０％以下であること
が重要とされている。
第２(c)図においては、第２(a)、２(b)図のものと異な
り、側壁１１の上部・下部壁２９・３１は天壁２７・底
壁２５からテーパーになっている。上部・下部壁２９・
３１の根元は、今迄の実施例のそれよりも広くなってい
る。この配置はアクチュエータ壁１５〜２３のコンプラ
イアンスを減らす一つの方法であり、又、同じことであ
るが、同一のコンプライアンスに対して壁の占める幅を
減らす一つの方法である。第２(c)図のアクチュエータ
を作動させるための電気的な配置は、第２(b)図のそれ
と同じである。
第２(a)、２(b)、２(c)図に示された構造はモディファ
イでき、上記の方法とは異なるモードでも作動できる。
アクチュエータ１５、１９、２３は電極を設けることで
アクチュエートされ、一方、アクチュエータ１７、２１
は脱分極されるか電極を設けられないかによって、アク
チュエートされない。この配置は後述する第３(a)、３
(b)図の電気的配置および作動方法と同じである。
第２(a)、２(c)図に示されているように、ノズル６は交
互に流路軸面に垂直に少しずつずれている。これは第
１、第２グループのノズルからの滴噴射における時間差
を補償するためであり、両グループのノズルからの滴が
予め定められた位置、適切には直線のプリントライン上
に付着させるためである。
第２(a)、２(b)、２(c)図のプリンターを製造する方法
は、まず、圧電セラミックの２シートの各々をシートに
垂直な方向に分極し、好ましくはガラスのような非活性
物質のシートをそれぞれ底壁２５と天壁２７にラミネー
トすることである。分極方向はどちらの場合もガラスに
向かっている。次に、圧電セラミックのシート内に、ダ
イアモンドカッティング円板の回転又はレーザーによっ
て平行な溝を切る。これらの溝は天壁又は底壁まで通し
て伸びるが、ある場合には流路の半分の長さだけ伸びる
こともある。第２(c)図の場合には溝はレーザー又は輪
郭カッティング円板によって切られている。平行溝は対
応するセラミックシートの一端にむかって開いている
が、他端に対してはストップ・ショートされている。内
部溝の端で、横溝が切られてインク・マニフォールドを
形成している。このインク・マニフォールドをインク溜
に接続するためのパイプ１４を受けるために、一つのセ
ラミックシートの側面に穴が穿孔される。圧電セラミッ
クの露出部分および隣接する天・底壁面が周知の方法で
金属蒸着されて電極を形成する。流路壁のすべてに電極
を設けるのではない場合には、マスキングによって選択
的に金属蒸着が行われる。側壁の一番上面（流路軸に平
行な面）の金属は取り去られ、このような各面同士が接
合されて、側壁１１の間に流路２を形成する。製造プロ
セスのある適当な段階で絶縁層が電極上に設けられる。
次にノズルプレート５が流路の一端に固着され、流路の
もう一端には側壁の電極からＬＳＩチップ１６へ電気的
接続がなされる。ＬＳＩチップ１６はセラミックシート
の一つに設けられた凹部に装着され、横流路１３の後部
がもう一方のセラミックシートに設けられる。
第１〜２図の装置の製造方法は、一つのアレイ面内で多
数の平行流路を同時に作る方法を用いる。すでに説明し
たように、これにより１流路当りの製造コストが安くな
る。
しかし、ある構造の場合には、サンドイッチ構造を用い
てアレイを組み立てることが便利になる。例えば、単一
プリントヘッド内に多バンク流路がアセンブルされてい
るところでは、サンドイッチの各層が各バンクの１又は
２流路を与える。
第３(a)、３(b)図において、多バンク流路プリントヘッ
ドにおけるサンドイッチ構造が示されている。第３(a)
図に示すように、非変形層６１が圧電物質６３と交互に
サンドイッチ状にはさまれている。圧電物質は厚み方
向、すなわち矢印６５方向に分極している。これらの層
が天部非変形層６９と底部非変形層７１とによって閉じ
られている。一群の平行溝７３が各非変形層６１および
天部非変形層６９の下面に切られている。同様に、一群
の平行溝７５が各非変形層６１および底部非変形層７１
の上面に切られている。こうして、三方を非変形物質に
囲まれ、残りの一方を圧電物質に区切られている長方形
の流路７７が形成される。
各流路７７内で、中央電極ストリップ７９が圧電物質の
界面上に設けられる。さらに、流路中間の非変形物質の
領域において、電極８１が各圧電層の面上に設けられ
る。一例では、電極８１はすべてアースされる。
流路７７は垂直アレイ方向における対にグループ分けさ
れる。次に、各対の流路は介在する圧電層によって形成
される共通の変形可能な側壁によって分割される。対の
両流路に対する中央電極ストリップ７９は相互接続さ
れ、これへの正又は負の電圧の印加が選択された流路の
圧力を増すのに適切な上方又は下方への変形をする圧電
物質の分極方向に垂直な電界を発生する。
この配置において、流路がそれらを分割する共通のアク
チュエータ壁を有する対にグループ分けされるところで
は、一つ以上の流路グループ分け方法が存在する。一例
として、偶数番の流路を一つのグループとし、奇数番の
流路を別のグループとすることができる。これは、ある
対の両方の流路はけっして同時には滴噴射をしないとい
う要求に合致する。しかし、この要求は他の方法によっ
ても満たされ、各流路グループが、連続する流路対の交
互に左手と右手の流路からなる場合には利点を有する。
例えば、 というグループ分けにおいて、流路２と３が同時にアク
チュエートされたとすると、流路２、３はそれらの間の
非変形層に等大で逆方向の圧力を加える。このような隣
接する二つの流路２、３の同時アクチュエートは、もち
ろん常におこるものではないが、上記利点が重要である
ために、この現象は十分おこりうる。
流路７７のノズルは図示されていないが、必要なら、二
グループの流路からの滴噴射の時間差を補償するため
に、垂直方向に流路間に交互にノズルのずれを導入する
ことができる。空間のずれはプリント面およびアレイ間
の相対運動の方向に生じ、この方向は垂直、水平又は斜
めである。
第３(b)図は電極がノズルから離れた流路端にいかに接
続されているかを示し、電極８１はリード線７８によっ
てアースされ、電極ストリップ７９はリード線８０によ
てチップ１６に接続されている。チップ１６は電圧ライ
ン８２（＋Ｖ）、８３（−Ｖ）、８４（ゼロ）を有し、
クロックライン８７、データライン８９を有している。
一つのアクチュエータが一対の流路を作動させ、この対
が非変形層１６によって垂直アレイ内の他の流路の作動
から絶縁されているので、対象はそれらの間のアクチュ
エータによって作動される隣接対の流路Ａ、Ｂ（第３
(a)図）に限定される。これらの流路を作動させる信号
は、特定のプリントサイクルにおいてデータトラテク８
９から駆動回路チップ１６に供給される２ビットデータ
ワードによって始められる。次に、これは電圧レンジ±
Ｖの四つの電圧パルス波形の一つを発生し、それらをト
ラック８０を通してアクチュエータに印加する。
２ビットデータワードは、駆動回路チップ１６に、流路
対が上方および下方両方からプリントすべきか、又はど
ちらの流路もプリントしないかに依存する四つの電圧信
号の一つを発生させる。この四つの電圧信号か(i)〜(i
v)は第３(c)図に示され、第１又は第２グループでアク
チュエートされるべき流路に交互に供給され、ライン８
７からのクロックパルスが、どのグループが特定の瞬間
に作動可能かを決定する。
第１流路Ａのみが滴を発生すべきときには、信号(i)が
発生する。信号(i)は時間２Ｌ／ａだけ＋Ｖになった
後、ゼロに戻るパルスからなる。アクチュエータの反応
と、信号(i)に対応するインク流路内の圧力波は、損失
のないゼロ粘性の場合に限定される。
電圧パルスＶが一対の流路Ａ、Ｂ内のアクチュエータに
印加されると、直ちに、一方の流路に正の単位圧力＋Ｐ
が、もう一方の流路に等大の負の単位圧力−Ｐが発生す
る。これらの圧力は、端から流路を伝わる音響圧力波に
よって分散される。第１流路のノズルから時間Ｌ／ａ内
にインク滴が噴射され、同時にインクがこの流路の背後
から回りこんで流路Ａ内に流れ、第２流路内のノズルの
インクメニスカスも内部に引かれる。時間Ｌ／ａ経過
後、第１流路内の圧力は負となり、第２流路内の圧力
は、流路端での圧力波の反射係数と音響波減衰とに依存
して、正となる。
第２周期Ｌ／ａにおいて、アクチュエータ壁が変形した
ままで残るので、圧力波は各流路内に伝わり続ける。第
１流路内のインクメニスカスは内部に引かれ、同時に負
圧によって第２流路から流路の後縁にインクが流れる。
インクが流れ去る間に、第２流路内のアパーチャに、お
よびその後縁から再補充されるので、時間２Ｌ／ａの後
で、第１流路内の圧力は再び＋Ｐとなり、第２流路内の
圧力は再び−Ｐとなる。
第１流路のノズル・アパーチャ内のインクメニスカス
は、滴噴射による初期状態から１滴の体積分だけ引っ込
んでいる。第２流路のアパーチャ内のインクメニスカス
は、引っ込んだ後、時間２Ｌ／ａ経つと初期位置に戻っ
ている。
時刻２Ｌ／ａにおいて、電圧信号は相殺され、アクチュ
エータがリセット位置に戻る。これにより各流路内の圧
力が実質的に消され、いずれかのノズル・アパーチャか
らのそれ以上のインク滴噴射が止められる。第３(c)図
の(i)の波形は、それゆえ、第１流路からのみのインク
滴噴射をもたらす。再補充時間Ｔ後に、インクは表面張
力によって平衡状態に戻るので、インクは各流路内でデ
ータ位置を回復し、それ以上のプリントが進行する。
第３(c)図の波形(ii)は、第２流路Ｂからのみの滴噴射
のために適用される。これは時間２Ｌ／ａの間の負電圧
パルス−Ｖの印加を表わし、第２(a)図の信号の印加に
等しい。
波形(iii)は両流路のアパーチャからの滴噴射に適用さ
れる。この波形は波形(i)と(ii)を順に印加した場合に
相当し、時間４Ｌ／ａ後にパルスが終る。波形(iv)はア
クチュエーション信号が何も印加されず、どちらの流路
からも滴が噴射されない場合に適用される。時間Ｌ／ａ
は比較的短いので、再補充時間Ｔはプリント・サイクル
の最短周期を区切る上で、伝播波形の時間Ｌ／ａよりも
大きな重要性を有している。
第４図において、第２(a)、２(c)図の装置と同じ作動を
し、従って第２(b)図の電気的配置を用いるが、第３(a)
図の剪断モードアクチュエータを用いる装置が開示され
ている。好ましくはガラスからなる天・底壁２７・２５
の間に、アクチュエータがアレイのすべての壁に設けら
れている。電極は、好ましくはタングステンのブロック
９５である、二つの堅い金属からなる。ブロック９５の
一つは天壁２７から伸びるアクチュエータ壁９７の先端
に、ブロック９５のもう一つは底壁２５から伸びるアク
チュエータ壁９９の先端に設けられている。電極１０３
が壁９７と天壁２７の間に、電極１０５が壁９９と底壁
２５の間に設けられている（これらは第３(a)図の電極
８１に相当する）。壁９７・９９の分極方向は底・天壁
に平行で、矢印１０７で示されている。従って、壁９７
・９９に印加される電界の方向は底・天壁２５・２７に
垂直である。電気的接続はコネクタ１０９・１１０を通
して、ノズル６から離れた流路の端で３点接続によって
なされる。コネクタ１０９はゼロ電位にある線を一つの
アクチュエータ壁の電極１０３、１０５および隣接する
アクチュエータ壁のブロック９５につなぎ、コネクタ１
１０は電位Ｖにある線を一つのアクチュエータ壁の電極
１０３、１０５および次に隣接するアクチュエータ壁の
ブロック９５につなぐ。
流路２は、第２(a)、２(b)図の場合と同様に、交互に第
１、第２グループに配置され、各アクチュエートされた
流路の両側壁を作動するために、電位Ｖ又はゼロを各グ
ループの選択された流路にスイッチするための電気的接
続が与えられている。
第４図の装置の製造は第２(a)、２(c)図の装置の場合と
同様に、アレイ面内においてなされる。まず、底・天壁
２５・２７の各々に、要求場所に金属蒸着を行うマスキ
ングによって金属層を設けられて、電極１０５・１０３
が作られる。次に、矢印１０７の方向に分極された圧電
セラミック層が底・天壁の各々に設けられる。次に、こ
の圧電層の各々に、タングステン又は他の堅い金属の面
が設けられる。平行溝がこの二つの多層構造の各々に切
られ、横溝が上記平行な流路溝の共通端をつなぐように
形成される。次に、底・天壁に平行な金属プレートの表
面が接合されて流路２を形成する。その後でノズルプレ
ート５が流路の一端に固着され、もう一端には３点電気
的コネクタが設けられ、既述したようにリード線がチッ
プ１６に接続される。
第５図において、圧電セラミックの平行ストリップ１５
８、１５９によってサンドイッチ構造にアセンブルされ
た壁１５２〜１５７が示されている。各流路２は隣接す
る側壁１１および一対の圧電ストリップ１５８、１５９
によって区切られている。壁は圧電ストリップに接触し
てその表面に電圧が印加される電極を有している。圧電
ストリップ１５８・１５９の分極方向は矢印１６０で示
される。従って、電界の印加により圧電ストリップが分
極に依存して厚みを増し、又は減じ、隣接する壁を引い
たり離したりする。
例えば、流路Ａの場合、その両側の壁１５４、１５５上
の各電極がそれぞれ＋Ｖ、−Ｖラインにつながれてい
る。それ以外の壁１５２・１５３、１５６・１５７上の
電極は、すべてアースされている。この電極配置で、＋
２Ｖの電位が流路Ａに結合した圧電ストリップに印加さ
れ、隣接する壁１５４と１５５を互いに引き合うように
させる。正のインク圧力が所望の流路内に発生する。壁
１５３と１５４の間、および壁１５５と１５６の間の圧
電ストリップが−Ｖの電位を受けるので、それらはプリ
ントヘッドの全体の大きさを実質的に変化させることは
なく、壁１５４と１５５の運動を許すように広がる。
もし、同一のグループで流路Ａの次の流路、例えばＣか
ら同時に滴噴射を要するなら、流路Ｃの両側の壁１５
６、１５７上の各電極がそれぞれ＋Ｖ、−Ｖラインにつ
ながれる。この場合、壁１５５と１５６の間の圧電スト
リップは、−２Ｖの電位を受けるので、壁１５５の左向
きの運動と壁１５６の右向きの運動の両方を受け入れて
広がる。残りの両側の壁の動作も上記と同様である。
上記実施例では３−３モードでの圧電素子の広がり又は
縮みを利用したが、３−１モードの変形を利用して交互
配置がなされ得る。いずれの場合にも、サンドイッチ構
造の使用が好ましい。
第６図において、分極された圧電物質からなる２層の壁
１７２〜１７９が示されている。これらの壁はゼロ電位
のスペーサブロック１７８〜１７９によって分割されて
いる。各流路２は隣接する２層の壁とスペーサブロック
によって囲まれている。各２層圧電壁はそれぞれ電位＋
Ｖ、０、−Ｖラインにつながっている中央電極１８０を
有している。例えば流路Ａから滴噴射をさせたいとする
と、流路Ａの両側の壁１７４、１７５の各中央電極１８
０にそれぞれ＋Ｖ、−Ｖ電位のラインがつながれる。こ
の電圧印加により、流路Ａに向かっての互いに逆方向に
たわみ変形がおきる。この様子が第６図の破線で示され
ている。その結果、流路Ａ内に正のインク圧力が生じ
て、滴噴射が行われる。
次に第７図において、二つの圧電セラミック１９０、１
９１のシートが厚み方向に分極され、それらの間に平行
な一群の壁１９２〜１９７を支持している。各圧電セラ
ミックシート１９０、１９１は電極１９８（例えば平行
溝の圧電セラミック上に金属を蒸着したもの）を有して
いる。電極１９８は壁と流路の界面に設けられ、圧電セ
ラミック１９０、１９１における対応する電極は相互接
続されている。
作動モードとして、対象の流路の両側の壁にたわみモー
メントを印加する圧電セラミックの断面の剪断運動によ
り、壁が流路の内側にたわむ。例えば壁１９４と１９５
の間の流路Ａから滴噴射する場合を考える。流路Ａの両
側の電極１９８は−Ｖの電位に保たれ、その一つ外側の
各電極１９８は＋Ｖの電位に保たれ、他のすべての電極
１９８はゼロ電位に保たれている。壁１９３と１９４の
間の圧電セラミック断面を考えると、これらは電位＋Ｖ
を受けて矢印のような方向の回転を受ける。壁１９４の
圧電セラミック断面は電位−２Ｖを受け、互いに逆方向
の二つの回転を受ける。壁１９４と１９５の間の圧電セ
ラミック断面は、隣の断面の回転により外側に変形する
けれども、電界を受けず、したがってそれ自身は回転し
ない。壁１９４の上端と下端はたわみモーメントをも
ち、壁１９４を破線で示す位置にたわませる。同様にし
て、壁１９５は壁１９４と逆方向にたわませられる。
もし、同一グループの次の流路Ｃからも同時に滴噴射を
させたいのなら、流路Ｃの両側の壁の電極を電位−Ｖに
保ち、その一つ外側の各電極を＋Ｖに保つようにする。
壁１９５と１９６の間の圧電断面がゼロ電位を受ける以
外は、壁の動作は上記と同様である。したがって、この
断面はもはやそれ自身は回転を受けず、ただ隣の回転を
受けて横に動くだけである。
ここで、いままでに説明した実施例同士を比較するのが
都合よい。構造上の変化はさておいて、選択された流路
の活性化方法によってこれまでの実施例を二つの大きな
グループに分類できる。
第１のグループは第２図および第４〜７図の実施例であ
り、流路アレイのすべての壁が変形可能であり、選択さ
れた各流路内の必要な圧力変化が流路の両側の側壁の横
方向変形を通してもたらされるという点が共通してい
る。これはいわゆる「全ライン変形」モードであり、多
くの利点を有している。第２図の例では、各流路の両側
の側壁の電極を同電位に保って、流路の全内面を蒸着す
ることにより共通の電極が各流路に対し形成できる。製
造という点で、この方法は、流路の両側の側壁に別々の
電極を形成する方法よりもはるかに簡単である。さら
に、流路の両側の側壁を用いて滴噴射を行わせるので、
圧電物質を最大限に有効利用でき、アクチュエーション
・エネルギーが低いということが利点である。
壁作動の交互モードは、各流路の片側の側壁だけが変形
可能で、もう一方の側壁は固定されて非変形のモードで
ある。これはいわゆる「交互ライン変形」モードであ
る。これは第３図の例であり、また脱分極等により変形
可能壁が交互に非変形にされた場合の第２図のモディフ
ァイ例である。
「交互ライン変形」モードはユニポーラー、すなわち一
方をアースさせもう一方をアース以外の電位（＋Ｖが−
Ｖ）につなぐ方法、又はアースと＋Ｖ、−Ｖラインを有
するバイポーラーによって駆動される、ユニポーラーの
駆動回路の方が簡単であるが、バイポーラー駆動回路を
用いた方がトラックコネクターの数は減る。
特定の壁構造が「全ライン変形」又は「交互ライン変
形」モードのいずれかで駆動され、状況に応じて設計選
択がなされる。
既述したように、流路密度の高さとともに、流路間の壁
のコンプライアンスの高さが重要なファクターである。
ここで「コンプライアンス」とは、インク圧力に対応す
る平均の変形をいう。インクのコンプライアンスに対す
る壁の相対コンプライアンスは、多数の一連の方法でプ
リントヘッドの作動に影響する。隣接流路間のクロスト
ーク（混線）の度合がコンプライアンスによって厳密に
影響されるのと同様に、エレクトロ−メカニカル結合係
数もまたコンプライアンスによって厳密に影響される。
エネルギー効率という点で、インクのコンプライアンス
を壁のコンプライアンスとマッチングさせ、これらを他
の流路パラメーター、特にノズルに関し最適化すること
が重要である。
しかし、エネルギー効率だけが、コンプライアンスの重
要性の設計基準ではない。関係する壁コンプライアンス
が増すにつれ、流路間のクロストークも著しく増す。明
らかに、インク滴噴射は選択された流路からのみ行わ
れ、クロストークを通じて隣接する流路内に生じた圧力
が滴噴射に関係するレベルよりも安全に下に保たれると
いうことが重要である。
本発明がなされるまでは、クロストークの問題が流路密
度の上限を決めるファクターであった。例えば、ＩＢＭ
技術開示報告Vol.２３、No.１０（１９８１年３月）に
開示されているアレイは、チャンバー対間の壁の厚さ
が、アクチュエータ壁の厚さよりも大きいということは
興味がある。これが当時のクロストークを減らす方法で
あった。
壁コンプライアンスを減らす方法については既述したよ
うに、各壁の形が堅さと厚みを増すように変えられ、こ
の壁に印加される電極層の性質も堅さを増すように変え
られる。また、炭化ケイ素や炭化タングステン（ともに
ＰＺＴよりも約１３倍堅い）のような堅い絶縁体を各ア
クチュエータ壁にコーティングすることも実用的であ
る。さらにアクチュエータ壁を堅くする方法として、ア
クチュエータ壁を波形状に設けることにより、流路を直
線状でなく波形状にすることも有効である。この例が第
８図に示されている。すなわち、アクチュエータ壁（側
壁）１１が波形状に形成され、その間の流路２は一定幅
を保っている。たわみ剛性は独立に増すので、この方法
は特に剪断モードで変形する壁に有効に適用できる。剪
断モードでの変形を生じさせるために必要な電圧を増す
物質は存在しない。
壁コンプライアンスを減らす代りのものとして、本発明
ではインクのコンプライアンスを増す技術を提案する。
この技術の一つが、第９図に示されている。その作動特
性は、第２(a)図の例とよく似ている。しかし、第９図
の例では、流路がガラス基板の方に著しく延長されてい
る。すなわち、各流路が交互に底板２５および天壁２７
に向かって拡張されている。この構造は圧電シート内に
流路を作るためのダイアモンドカッティング円板、レー
ザー又は他のカッティング装置のカット深さを増して、
圧電シートのみならず、その下層のガラス基板にも溝を
刻むことにより、容易に得られる。
このようにして各流路を拡張することにより、壁を堅く
して壁コンプライアンスＣＷを減らすのと同じ効果で、
インクコンプライアンスＣＩを増して比ＣＩ／ＣＷを上
げることができる。壁コンプライアンスを増すことが同
一コンプライアンスに対しては壁の厚みを減らすことに
なり、プリントヘッドの流路密度を増すことになる。
上記の比ＣＩ／ＣＷの影響が第１０図を用いて説明され
る。第１０図は、両側の側壁が活性化されたとき、単一
流路Ｐ0の活性化の際に隣接する流路内に起る流体圧力
のグラフである。ここでＰ-1とＰ1はすぐ隣の流路をさ
し、Ｐ-2とＰ2は次の隣の流路をさす。壁が完全に堅い
理想的な場合には、比ＣＩ／ＣＷは無限大になる。第１
０(a)図において、流路Ｐ0内に＋２（任意単位）の正圧
が生じ、隣の流路Ｐ-1とＰ1には−１の負圧が生じてい
る。流路Ｐ-2とＰ2は圧力がゼロなので、流路Ｐ0とクロ
ストークしない。第１０(b)〜１０(c)図は、比ＣＩ／Ｃ
Ｗがそれぞれ１８、８、３および１の場合である。これ
は、比ＣＩ／ＣＷが小さくなるにつれ、すなわち壁コン
プライアンスＣＷが相対的に大きくなるにつれ、流路Ｐ
-2とＰ2内の圧力が相対的に増すことを示している。ま
た、流路Ｐ0内の圧力とインクのエネルギーを減らし、
壁に貯えられるエネルギーを増すことを示している。流
路Ｐ2から噴射されるインク滴の大きさと速度は、特に
流路Ｐ0とＰ4が同時にアクチュエートされたときに、小
さくなる。しかし、壁コンプライアンスＣＷがインクコ
ンプライアンスＣＩに等しい（ＣＩ／ＣＷ＝１）として
も、クロストーク効果は実質的にすぐ隣のグループの流
路に限定される。この幾分驚くべき結果が、管理可能な
比率を残すクロストークの問題を伴って、高密度アレイ
を生じさせる。
補償方法が第９図を用いて説明される。拡張流路２５４
が正圧Ｐにアクチュエートされると、隣の流路２５３と
２５５は負圧−Ｐ／ａになり、さらに隣の流路２５２と
２５６は負圧−Ｐ／ｂになる。物質と大きさを適切に選
ぶことにより、流路２５４とその隣のグループの流路２
５２、２５６の間におかれる片持ち梁基板が、流路間の
差圧によって変形し、正圧＋Ｐ／ｂを生じて負圧−Ｐ／
ｂを相殺する。このようにしてクロストークの問題は解
消され、それによって変形可能な壁を用いたアレイから
生ずると考えられる不利を除くことができる。従って、
一グループ内の流路間のクロストークを考慮することな
く、流路密度とエネルギー効率に基づいて装置設計を選
択することができる。
上記説明は本発明の実施例によるものであり、本発明の
範囲を逸脱することなくモディファイすることが可能で
ある。例えば、圧電物質については、ＰＺＴが好ましい
が、チタン酸バリウムのような他のセラミック、又はモ
リブデン酸ガドリニウムやロッシェル塩のような圧電結
晶を用いることもできる。圧電層の下の基板としては、
一例としてガラスが用いられるが、他の多くの物質も使
い得る。圧電物質のブロックが、圧電壁の層又はラミネ
ート構造に代わって用いられ得る。圧電壁がガラス又は
他の電気絶縁物質の上に装着されている構造の利点は、
流路間の電気的クロストークが、圧電物質からなる底壁
の望まない変形をひきおこす漂遊電界が減るのと同様
に、減ることである。
本発明の装置における流路は平行であるが、流路軸は正
確に同一面内にある必要はない。オフセットを有する流
路がいかに利点をもつかは既述した。一般に、平行な流
路はアレイ方向に間隔を設けられる。２次元アレイ流路
を与える装置においては、アレイ方向は必ずしも相対運
動の方向に垂直である必要がない。実際、プリント紙面
の相対運動の方向に平行なアレイ方向において、流路密
度が増すことを既に説明した。
本発明の記述は主に、パルス滴インクジェットプリンタ
ーに限定されてきた。インク滴を付着すべき対象を
「紙」と記述してきたが、この用語は紙以外のプリント
可能な多くの面に拡大解釈されるべきである。
さらに一般的には、本発明は他の形式のパルス滴付着装
置を含んでいる。例えば、フォトレジスト、シーラン
ト、エッチング剤、希釈剤、写真現像液、染料その他の
付着装置である。
【図面の簡単な説明】
第１(a)図は本発明の一実施例よりなるプリントヘッド
の斜視図、第１(b)図は第１(a)図のプリントヘッドの断
面図、第１(c)図は第１(b)図の１(c)−１(c)矢視断面
図、第２(a)、２(b)、２(c)、３(a)、３(b)、４、５、
６、７、８、９図はそれぞれ本発明の異なる実施例より
なるプリントヘッドの断面図、第２(d)、３(c)図は電圧
波形図、および第１０図はマルチ流路に対する流体圧力
の図である。 ２…流路、４…インク、５…ノズルプレート、６…ノズ
ル、１０…プリントヘッド、１１…側壁、１６…ＬＳＩ
（駆動回路）チップ、２５…底壁、２７…天壁、１５，
１７，１９，２１，２３…アクチュエータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ステファン テンプル イギリス国ケンブリッジ シービー３ オ ーエルエヌ ギルトン ロード 66 (72)発明者 ダブリュー スコット バーキィ アメリカ合衆国イリノイ州 60640 シカ ゴ エヌ シヤリダン ロード 5445 (56)参考文献 特開 昭59−159358（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−280942（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−62060（ＪＰ，Ａ)

Claims (58)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】流路の長手に対し垂直なアレイ方向に互い
    に間隔をあけられた多数の平行な流路からなり、該流路
    が、それぞれ流路の長手方向、および該長手方向とアレ
    イ方向の双方に垂直な方向に伸びる側壁と、液滴噴射の
    ために流路に接続された各ノズルと、流路を給液手段に
    つなぐための接続手段と、ある流路のアクチュエーショ
    ンが選択されたときに、それに接続しているノズル流路
    からの液滴噴出に有効な流路内圧力の変化を生じせしめ
    る電気的アクチュエート手段を有し、該電気的アクチュ
    エート手段は各流路毎に均一な圧電物質から形成される
    流路の長手の大部分に伸びる流路側壁部分及び該側壁部
    分が剪断モードの流路に横向きのそして一般にはアレイ
    方向に平行な変形をなすに有効な電界をアクチュエーシ
    ョンに適用するよう該圧電物質に関連して配置される電
    極から成る高密度マルチ流路アレイ・パルス滴付着装
    置。
  2. 【請求項２】前記側壁が実質的にすべて二つの流路に隣
    接している、特許請求の範囲第１項に記載の装置。
  3. 【請求項３】前記側壁のコンプライアンスが、ある選択
    された流路のアクチュエーションの際に、側壁コンプラ
    イアンスの結果として隣接する流路内におこる圧力変化
    の大きさが、その選択された流路内の圧力変化の大きさ
    の重要な比率を表すようなものである、特許請求の範囲
    第２項記載の装置。
  4. 【請求項４】前記電気的アクチュエート手段の各々が、
    ある流路の選択的アクチュエーションの際に、その流路
    の両側の側壁の少なくとも一部にそれぞれ逆の横変形を
    生じさせる、特許請求の範囲第１項記載の装置。
  5. 【請求項５】前記電気的アクチュエート手段が、各流路
    の側壁の少なくとも一部をなす圧電物質からなり、共通
    の電極が側壁の圧電物質に電界を印加するために、各流
    路当り一つずつ設けられている、特許請求の範囲第４項
    記載の装置。
  6. 【請求項６】前記共通の電極が、対応する流路の内面を
    実質的にすべて覆う電極層からなる、特許請求の範囲第
    ５項記載の装置。
  7. 【請求項７】前記圧電物質が、流路の長手方向に共軸に
    伸びアレイ方向に垂直に互いに間隔をとられた二つの領
    域に設けられ、この各領域内の印加電界に関し分極方向
    が壁がくの字形の変形を受けるようなものである、特許
    請求の範囲第１項記載の装置。
  8. 【請求項８】前記二つの領域が相接している特許請求の
    範囲第７項記載の装置。
  9. 【請求項９】前記二つの領域が、非変形壁を通して接続
    されている、特許請求の範囲第７項記載の装置。
  10. 【請求項１０】前記各流路の長さがアレイ方向の流路の
    平均寸法（幅）よりも少なくとも３０倍大きい、特許請
    求の範囲第１項記載の装置。
  11. 【請求項１１】前記各流路の長さがアレイ方向の流路の
    平均寸法（幅）よりも少なくとも１００倍大きい、特許
    請求の範囲第１項記載の装置。
  12. 【請求項１２】前記各流路の断面積において、アレイ方
    向に垂直な方向において横変形可能な側壁の長さが、ア
    レイ方向の流路の平均寸法よりも大きな、特許請求の範
    囲第１項記載の装置。
  13. 【請求項１３】前記横変形可能な側壁の長さが流路の前
    記寸法よりも３〜３０倍大きな、特許請求の範囲第１２
    項記載の装置。
  14. 【請求項１４】前記側壁の断面積において、アレイ方向
    に垂直な方向の側壁の長さがアレイ方向の側壁の平均寸
    法よりも大きな、特許請求の範囲第２項記載の装置。
  15. 【請求項１５】前記側壁の長さが側壁の幅よりも３〜３
    ０倍大きな、特許請求の範囲第１４項記載の装置。
  16. 【請求項１６】前記各側壁が、アレイ方向の同一平均幅
    の角筒側壁に比較して、側壁に隣接する流路間の圧力差
    に対応してアレイ方向の平均変形を減らすような形状に
    されている、特許請求の範囲第１４項記載の装置。
  17. 【請求項１７】前記各側壁のアレイ方向の寸法（幅）が
    流路断面の内側に減る、特許請求の範囲第１６項記載の
    装置。
  18. 【請求項１８】前記側壁が流路長およびアレイ方向両方
    を含む面において波形状である、特許請求の範囲第１６
    項記載の装置。
  19. 【請求項１９】前記各側壁が、アレイ方向に同一平均寸
    法をもつ角筒側壁に比較して、側壁に隣接する流路間の
    圧力差に対応してアレイ方向の平均変形を減らす手段を
    設けられている、特許請求の範囲第１４項記載の装置。
  20. 【請求項２０】前記手段が、圧電物質の剪断におけるコ
    ンプライアンスに影響を与えることなく、圧電物質のた
    わみにおける流路内圧力に対するコンプライアンスを減
    らすために、圧電物質上に設けられた圧電物質よりも堅
    い物質の表面層からなる、特許請求の範囲第１９項記載
    の装置。
  21. 【請求項２１】前記表面層が電極上に設けられた絶縁物
    質からなる、特許請求の範囲第２０項記載の装置。
  22. 【請求項２２】前記電極が電極機能として要求されるよ
    りも厚く作られている、特許請求の範囲第２０項記載の
    装置。
  23. 【請求項２３】前記側壁がアレイに共通な天壁と底壁の
    間に伸びる、特許請求の範囲第１項記載の装置。
  24. 【請求項２４】前記側壁が天・底壁に関し、側壁断面の
    回転運動を抑えるために、天・底壁に堅く接続されてい
    る、特許請求の範囲第２３項記載の装置。
  25. 【請求項２５】前記電気的アクチュエート手段が天壁か
    ら底壁まで伸びる圧電物質からなる、特許請求の範囲第
    ２３項記載の装置。
  26. 【請求項２６】前記天・底壁が電気的絶縁物質からな
    る、特許請求の範囲第２５項記載の装置。
  27. 【請求項２７】前記各流路の延長が天・底壁の一方又は
    両方につながって形成されている、特許請求の範囲第２
    ３項記載の装置。
  28. 【請求項２８】実質的に全流路の延長が天・底壁と同一
    に形成されている、特許請求の範囲第２７項記載の装
    置。
  29. 【請求項２９】前記連続する流路の流路延長が交互に天
    壁と底壁内に形成されている、特許請求の範囲第２７項
    記載の装置。
  30. 【請求項３０】前記ノズルが各流路に直接つながってい
    る、特許請求の範囲第１項記載の装置。
  31. 【請求項３１】前記各流路が静止状態で体積Ｖの液体を
    含み、該各流路に対し、流路をそれぞれのノズルに接続
    する手段が設けられ、該接続手段によって区切られる内
    部液体の体積が０．１Ｖよりも小さな、特許請求の範囲
    第１項記載の装置。
  32. 【請求項３２】前記横変形可能な側壁が、流路が対応す
    るノズルにつながっている各流路内の位置から伸びてい
    る、特許請求の範囲第３０項記載の装置。
  33. 【請求項３３】流路の各対で第１・第２グループに分け
    られて配置された多数の平行な流路と、該各流路にそれ
    ぞれつながっているノズルと、各対の流路に対して設け
    られ各対の流路を分割する長手方向の側壁と、第１又は
    第２グループ内のある流路を選択したときに、時間的に
    交互の第１・第２の作動モードで適用される電気的アク
    チュエート手段とからなり、該電気的アクチュエート手
    段によって前記選択された流路を含む対の流路に関係し
    た側壁の少なくとも一部を横変形させ、該選択された流
    路内に圧力変化を生じさせ、その流路につながっている
    ノズルから滴を噴射させ、第１グループの流路につなが
    っているノズルが、第２グループの流路につながってい
    るノズルに対し、前記第１・第２作動モードの時間間隔
    に等しい量だけ、滴が付着されるべき面の相対運動の方
    向にずれている、アレイに対し相対的に運動する面上へ
    の滴付着に対するマルチ流路アレイ・パルス滴付着装
    置。
  34. 【請求項３４】前記流路対の各流路が、長手方向の固定
    壁によって次の連続する対の隣接流路から分離されてい
    る、特許請求の範囲第３３項記載の装置。
  35. 【請求項３５】前記流路対の各流路が変形可能な長手方
    向の側壁によって次の対の隣接流路から分離され、前記
    電気的アクチュエート手段が流路の選択の際に適用され
    て、該選択された流路の対向する側壁の互いに一方から
    他方への横変形をもたらす、特許請求の範囲第３３項記
    載の装置。
  36. 【請求項３６】前記各流路が、流路から横に伸び対応す
    る側壁によって制限されない体積を与える拡張流路にそ
    れぞれつながっている、特許請求の範囲第３３項記載の
    装置。
  37. 【請求項３７】前記各流路が、それぞれ逆方向に伸びる
    第１・第２グループの流路の拡張流路につながってい
    る、特許請求の範囲第３５項記載の装置。
  38. 【請求項３８】前記各グループの流路の拡張流路が共通
    の基板を通して伸び、各グループの隣接する拡張流路間
    に定められる基板部分は変形可能で、前記隣接する拡張
    流路間に圧力の伝播を生じさせる、特許請求の範囲第３
    ７項記載の装置。
  39. 【請求項３９】前記各グループの流路の拡張流路が共通
    の基板内に伸び、該グループの隣接する拡張流路間の片
    持ち梁基板部分を画成する、特許請求の範囲第３７項記
    載の装置。
  40. 【請求項４０】ある流路の前記拡張流路を制限している
    二つの基板部分が、該流路内の圧力変化の下で変形し
    て、側壁の変形から生ずる圧力変化に対し、隣接する流
    路において相殺する、特許請求の範囲第３９項記載の装
    置。
  41. 【請求項４１】前記各拡張流路の体積が、それぞれ対応
    する流路の体積よりも大きな、特許請求の範囲第３６項
    記載の装置。
  42. 【請求項４２】前記各拡張流路が、それぞれ対応する流
    路の長手方向の側壁面と共通である境界面を有してい
    る、特許請求の範囲第３６項記載の装置。
  43. 【請求項４３】交互に第１と第２のグループに割りふら
    れた連続する多数の平行な流路と、該流路とそれぞれつ
    ながっているノズルと、該流路を隣の流路と分割する長
    手方向の側壁と、それぞれ第１又は第２グループのある
    流路を選択したとき時間的に交互する第１と第２の作動
    モードに適用される電気的アクチュエート手段とからな
    り、該電気的アクチュエート手段が前記選択された流路
    に関する両側の側壁の少なくとも一部を横変形させ、該
    流路内に圧力変化を生じさせてそれにつながっているノ
    ズルから滴噴射をさせ、該電気的アクチュエート手段は
    各流路毎に均一な圧電物質から形成される流路の長手の
    大部分に伸び流路側壁部分及び該側壁部分が剪断モード
    の流路に横向きのそして一般にはアレイ方向に平行な変
    形をなすに有効な電界をアクチュエーションに適用する
    よう該圧電物質に関連して配置される電極から成るマル
    チ流路アレイ・パルス滴付着装置。
  44. 【請求項４４】前記第１グループの流路につながってい
    るノズルが、第２グループの流路につながっているノズ
    ルに対し、前記第１・第２作動モード間の時間間隔に等
    しい量だけずれている、特許請求の範囲第４３項記載の
    装置。
  45. 【請求項４５】前記連続する流路が、流路の長手および
    幅方向の双方に垂直な方向に、交互に逆方向にずれてい
    る、特許請求の範囲第４３項記載の装置。
  46. 【請求項４６】前記流路群が一体に形成され、該一体の
    各部分がそれぞれの流路で区画され、同一グループの隣
    接する流路が圧力変化の下で側壁の変形を通しておこる
    隣接流路の圧力変化を相殺するように変形する、特許請
    求の範囲第４５項記載の装置。
  47. 【請求項４７】天壁と、底壁と、該天・壁の間に垂直に
    伸び一平面内に各長手方向軸をもつ多数の平行流路を区
    切る側壁と、流路からの液滴噴射のために各流路のそれ
    ぞれ対応する点に設けられた各ノズルと、流路から噴射
    された滴の補充のために流路を給液手段につなぐ各接続
    手段とからなり、前記側壁の少なくともいくつかが圧電
    物質からなり、流路に平行で前記平面に垂直に伸びる壁
    の各反対面に電極を有し、該電極が該面に垂直な電界を
    印加して前記平面に平行な流路にそれぞれ逆方向の剪断
    モード変形を与える、マルチ流路アレイ・パルス滴付着
    装置。
  48. 【請求項４８】前記側壁が実質的にすべて変形可能であ
    り、前記電極が第１作動モードにおいて適用されて第１
    グループの選択された流路の対向する側壁の一つから他
    方へ互いに向かう横変形をおこし、該第１グループの選
    択された流路から滴を噴射させ、一方、第２作動モード
    においては第２グループの選択された流路の対向する側
    壁の互いに一方から他方へ向かう横変形をおこし、第１
    グループの流路と交互に各流路が第２グループの前記選
    択された流路から滴を噴出させる、特許請求の範囲第４
    ７項記載の装置。
  49. 【請求項４９】前記第１グループの流路のノズルが第１
    の平面内にその軸を平行にもって設けられ、第２グルー
    プの流路のノズルが第２の平面にその軸を平行にもって
    設けられ、該第２の平面は前記の第１の平面と平行で、
    かつ第１・第２グループの流路からの滴噴射における時
    間差を相殺する量だけ、第１の平面から隔たって、噴射
    滴を予め定められた方法で付着させる、特許請求の範囲
    第４８項記載の装置。
  50. 【請求項５０】前記平行な流路の長手方向の軸は一平面
    内に配置されて、各断面は該平面に垂直に伸びる長方形
    であって、そして各圧電物質の壁が前記流路軸の平面に
    垂直に伸びる流路の側面を形成し、該平面に平行な方向
    に分極され、電極が該圧電物質の壁の各々に装着されて
    前記分極の方向に垂直な電界を印加し、圧電物質の壁を
    流路軸に垂直に変形させることを特徴とする、特許請求
    の範囲第１項記載の装置。
  51. 【請求項５１】前記流路が連続する対として配置され、
    該流路の各対の間に流路軸の面に垂直な方向に分極され
    た圧電物質の壁が設けられ、該壁が流路軸の面に垂直に
    伸びる対応する対の流路の共通の側壁を提供し、前記電
    極が該圧電物質の壁の各々に設けられて第１作動モード
    で流路の一つに向かって該壁を変形させ、かつ、該壁を
    第２作動モードで流路のもう一つに向かって変形させ
    る、特許請求の範囲第５０項記載の装置。
  52. 【請求項５２】前記流路の全側壁が、その全長を通して
    伸び流路軸に垂直で面に垂直な方向に分極された圧電物
    質を少なくとも一部有し、前記電極が該分極方向に垂直
    な電界を印加するために側壁の各々に装着され、該電極
    を活性化する手段が、第１作動モードでは、互いに一方
    から他方へ動く第１グループの流路の側壁を横変形させ
    て第１グループの流路から滴噴射させ、第２作動モード
    では、第１グループの流路と交互に、互いに一方から他
    方へと動く第２グループの側壁を横変形させて第２グル
    ープの流路から滴噴射させるように設けられている、特
    許請求の範囲第５０項記載の装置。
  53. 【請求項５３】前記面に垂直に伸びる側壁のすべてが、
    中央の非変形部と、面に平行な方向および流路軸に垂直
    な方向のそれぞれに分極された外壁部とからなる、特許
    請求の範囲第５２項記載の装置。
  54. 【請求項５４】ａ）圧電物質の層を有する底壁を形成
    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、該連続する溝の間に圧電物質の壁を
    設け、該対向する壁の対がそれらの間に流路を延長し、 ｃ）該壁が流路に垂直に変形するような電界を印加する
    ための電極を該溝に設け、 ｄ）該電極に電気的駆動回路手段を接続し、 ｅ）該圧電物質の壁に天壁を固着して流路を閉じ、 ｆ）該流路にノズルと給液手段とを設ける 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。
  55. 【請求項５５】さらに、 ａ）圧電物質の層を有する天壁を形成し、 ｂ）該天壁内に該圧電物質の層を通じて伸びる多数の平
    行な溝を形成するステップを含み、 前記天壁の固着ステップが、該天壁の圧電物質を底壁の
    圧電物質に固着することからなる、特許請求の範囲第５
    ４項記載の方法。
  56. 【請求項５６】前記電極の装着ステップが、前記溝の全
    表面に導電層を設けることからなる、特許請求の範囲第
    ５４項記載の方法。
  57. 【請求項５７】前記底壁が電気的絶縁基板および圧電物
    質層表面からなり、前記溝形式のステップが少なくとも
    溝の一部を基板内に伸ばすことからなる、特許請求の範
    囲第５４項記載の方法。
  58. 【請求項５８】前記溝が交互に基板内に伸ばされる、特
    許請求の範囲第５７項記載の方法。
JP63003664A 1987-01-10 1988-01-11 高密度マルチ流路アレイ・パルス滴付着装置および同装置の製造方法 Expired - Lifetime JPH066375B2 (ja)

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