JP5914304B2 - インクジェット印字ヘッド - Google Patents

Description

本教示は、インクジェット印刷装置の分野に関し、さらに詳細には、高密度圧電インクジェット印字ヘッド、および高密度圧電インクジェット印字ヘッドの製造方法に関する。

印刷業ではドロップ・オン・デマンドのインクジェット技術が広く使用されている。ドロップ・オン・デマンドのインクジェット技術を用いるプリンタが、サーマル・インク・ジェット技術または圧電技術のどちらかを使用できる。圧電インクジェットはサーマル・インク・ジェットよりも製造するのに費用がかかるが、さまざまなインクを使用できるとともに、コゲーション問題を削減できるため、圧電インクジェットが一般に好まれている。

圧電インクジェット印字ヘッドは、柔軟なダイヤフラムと、ダイヤフラムに取り付けた圧電素子と、を通常含んでいる。電圧源に電気的に接続された電極との電気的接続を、通常、介して圧電素子に電圧を印加すると、圧電素子が湾曲してダイヤフラムをノズル（開口またはジェット）の方へ屈曲させ、それにより、インクチャンバ内の圧力を高めて、ノズルを通してインクチャンバから多量のインクを吐出する。ダイヤフラムが弛緩状態に戻ると、ダイヤフラムはノズルから離れる方向に屈曲して、それにより、インクチャンバ内の圧力を低下させて、主要なインク容器から穴を介してインクチャンバ内にインクを吸い込み、吐出されるインクを入れ替える。

圧電インクジェット技術を使用するインクジェットプリンタの印刷分解能を向上させることが、設計技師の目標である。圧電インクジェット印字ヘッドのジェット密度を上げることにより、印刷分解能を向上させることができる。ジェット密度を上げる１つの方法は、ジェットスタックの内部にあるマニホルドを無くすことである。この設計では、各ジェットに対するジェットスタックの後ろを通る単一のポートを有することが好ましい。ポートは、主要なインク容器から、各インク・ジェット・チャンバにインクを移送するための経路として働く。高密度印字ヘッド内には多数のジェットがあるため、多数のポートが各ジェットに対して１つずつあるが、それらのポートがダイヤフラムと、圧電素子の間と、を通って垂直に走らなければならない。

外部マニホルドを有する高密度のインクジェット印字ヘッドアセンブリを製造するには、新しい処理方法が必要である。より少ない機器、より少ない処理段階、および減らされた材料を使用する印字ヘッドを製造するための方法と、この方法によりもたらされる印字ヘッドとが、望ましいであろう。

本教示の一実施形態では、インクジェット印字ヘッドを形成するための方法が、複数の貫通孔を含むダイヤフラムを提供することを含むことができ、複数の圧電アクチュエータを含む圧電アレイをダイヤフラムに取り付けることを含むことができ、隣接する圧電アクチュエータの間の所定の位置で直接に、あらかじめ形成された膜スペーサをダイヤフラムに取り付けることを含むことができ、あらかじめ形成された膜スペーサはダイヤフラムに取り付ける前にあらかじめ形成されており、膜スペーサは高分子層を含み、膜スペーサは複数の圧電アクチュエータを覆って直接その上に位置してはいない。方法は、電気相互接続と、複数の圧電アクチュエータとを電気的に接続することをさらに含むことができ、膜スペーサと複数の圧電アクチュエータとは、ダイヤフラムと電気相互接続との間に直接挿入されている。

他の実施形態では、インクジェット印字ヘッドが、複数の貫通孔を含むダイヤフラムを含むことができ、ダイヤフラムに取り付けた圧電アクチュエータアレイを含むことができ、隣接する圧電アクチュエータの間の所定の位置で直接に、ダイヤフラムに取り付けたあらかじめ形成された膜スペーサを含むことができ、あらかじめ形成された膜スペーサは高分子層を含み、膜スペーサは複数のアクチュエータを覆って直接その上に位置してはいない。インクジェット印字ヘッドは、複数のアクチュエータに電気的に接続された電気相互接続をさらに含むことができ、膜スペーサと複数の圧電アクチュエータとは、ダイヤフラムと電気相互接続との間に直接挿入されている。

他の実施形態では、プリンタが、複数の貫通孔を含むダイヤフラムを有するインクジェット印字ヘッドを含むことができ、ダイヤフラムに取り付けた圧電アクチュエータアレイを含むことができ、隣接する圧電アクチュエータの間の所定の位置で直接に、ダイヤフラムに取り付けたあらかじめ形成された膜スペーサを含むことができ、あらかじめ形成された膜スペーサは高分子層を含み、膜スペーサは複数のアクチュエータと、複数のアクチュエータに電気的に接続された電気相互接続と、を覆って直接その上に位置してはおらず、膜スペーサと複数の圧電アクチュエータとは、ダイヤフラムと電気相互接続との間に直接挿入されている。プリンタは、インクジェット印字ヘッドを入れるハウジングをさらに含むことができる。

図１は、本教示の一実施形態を用いて形成できるインクジェット印字ヘッドの一部分の中間製造過程の構造を示す横断面である。 図２は、本教示の一実施形態を用いて形成できるインクジェット印字ヘッドの一部分の中間製造過程の構造を示す横断面である。 図３は、本教示の一実施形態を用いて形成できるインクジェット印字ヘッドの一部分の中間製造過程の構造を示す横断面である。 図４は、本教示の一実施形態を用いて形成できるインクジェット印字ヘッドの一部分の中間製造過程の構造を示す横断面である。 図５は、本教示の一実施形態を用いて形成できるインクジェット印字ヘッドの一部分の中間製造過程の構造を示す横断面である。 図６は、本教示の一実施形態を用いて形成できるインクジェット印字ヘッドの一部分の中間製造過程の構造を示す横断面である。 図７は、本教示の他の実施形態を用いて形成できるインクジェット印字ヘッドの一部分の中間製造過程の構造を示す横断面である。 図８は、本教示による印字ヘッドを含むことができるプリンタの斜視図である。 図９は、一実施形態による中間製造過程の構造を示す横断面である。 図１０は、一実施形態による中間製造過程の構造を示す横断面である。

図のいくつかの細部が単純化されており、厳密な構造的正確さ、細部、および縮尺を維持するようにではなく、むしろ本教示の理解を促進するように描かれていることに留意されたい。

本明細書で使用する場合、特別の定めのない限り、単語「プリンタ」は、デジタルコピー機、製本機械、ファクシミリ装置、多機能機、プロッタなどの、目的に応じてプリント出力機能を実行する任意の装置を含んでいる。単語「高分子」は、ポリカーボネート、エポキシ樹脂、および技術的に知られている関連する化合物などの熱硬化性樹脂、熱可塑性プラスチック、樹脂を含む長鎖分子から形成されるさまざまな炭素系化合物のうちのいずれか１つを含んでいる。

本明細書の図９は、インクジェット印字ヘッドの形成時に使用できる１つのＰＺＴ製造過程の印字ヘッド構造８００を示している。図９の構造は、パターン形成したステンレス製ダイヤフラム８０４上の１つの部分的な圧電アクチュエータ（すなわち、アクチュエータ、変換器、圧電素子、または圧電変換器）８０２と、２つの完全な圧電アクチュエータ８０２と、ステンレス製ボディプレート８０６と、ボディプレート８０６にダイヤフラム８０４を貼り付ける連続的なダイヤフラム接着剤８０８と、ステンレス製入り口／出口プレート８１０と、を示している。変換器８０２をダイヤフラム８０４に取り付けた後に、構造全体を覆って液体ポリマまたはペーストポリマなどの誘電性間隙材料を分配して、図示のように誘電性間隙層８１２を提供する。プロセスのこの段階で、ダイヤフラム接着剤８０８はダイヤフラム８０４を貫通する穴を覆って、間隙層８１２の形成中に、流動性を有する高分子間隙材料を塗布する間に間隙材料が穴の中を通って流れないようになっている。脱気チャンバ内で間隙層８１２の脱気プロセスを実行でき、平坦面と加熱されたプレス機とを用いて間隙層８１２を平坦化でき、その後、オーブンの中の昇温状態で硬化できる。

次に、アクチュエータ８０２の上端を露出するプロセスを実行できる。このプロセスでは、圧電アクチュエータ８０２を露出する貫通孔８１６を有するフォトレジスト層などのパターン形成したマスク８１４が、例えば、フォトリソグラフィプロセスを用いて図示のように形成できる。図９の構造は、単純化のため図示していない接着剤層などの他の要素を含むことができる。

続いて、各圧電アクチュエータ８０２の上面を露出するために、例えば、エッチングチャンバ内のプラズマエッチングを用いて図９の間隙層８１２の露出した位置８１６をエッチングして、その後、パターン形成したマスク８１４を除去する。間隙層８１２を圧電アクチュエータの上面からきれいにエッチングすることは困難な課題である可能性があるが、圧電素子８０２への十分な電気的接続を確保するために極めて重要である。その後、図９の構造上に追加処理を完了して、図１０の構造を形成できる。例えば、変換器８０２の上面を露出するように、間隙層８１２に対して、パターン形成したスタンドオフ層９００を塗布して、変換器８０２の上面に導体９０２を塗布する。隣接するアクチュエータ８０２との短絡を防止するために、スタンドオフ層９００はアクチュエータ８０２を横切る形で導体９０２の流れを含んでいる。導体９０２を介して導電パッド９０６と圧電アクチュエータ８０２とを電気的に接続するように、構造の上面に、複数の導電パッド９０６を有するプリント基板９０４を取り付けることができる。その後、適切な硬化プロセスを用いて導体９０２を硬化できる。

次に、図１０の構造の下端側からレーザ・アブレーション・プロセスを実行して、ダイヤフラム貼り付け接着剤８０８、間隙層８１２、およびダイヤフラム８０４の中の穴を覆うスタンドオフ層９００を含む材料を除去して複数のインクポート９０８を提供し、ダイヤフラム８０４内の穴を通ってインクが流れるようにすることができる。インクポート９０８は、図９に示す構造の下端側から、ダイヤフラム貼り付け接着剤８０８、間隙層８１２、およびスタンドオフ層９００を除去するレーザを用いて形成できる。

第１のレーザ・アブレーション・プロセスでは、エッチング時に自動位置合わせされたインクポート９０８を形成するために、入り口／出口プレート８１０を通る穴、ボディプレート８０６を通る穴、および／またはダイヤフラム８０４自体を通る穴をマスクとして使用できる。入り口／出口プレート８１０、ボディプレート８０６、およびダイヤフラム８０４のうちの１つ以上の上にレーザビームを導くように、この実施形態では、ダイヤフラム８０４を貫く穴の幅よりも広いレーザビームの使用を採用できる。このレーザ・アブレーション・プロセスでは、レーザ・アブレーション・プロセスの間にダイヤフラム８０４を露出して、印字ヘッドの使用中にインクがインクポート９０８を通って流れるとき、インクがダイヤフラム８０４に接触するようにできる。

第２のレーザ・アブレーション・プロセスでは、構造８１０、８０６、８０４のうちの１つ以上との接触は望ましくない。このプロセスでは、レーザビームはマスクを通り抜けて、ダイヤフラム８０４内の穴の直径よりも小さい直径までビームを狭くすることができる。レーザが構造８０８、８１２、および９００だけと接触するように、ダイヤフラム穴を通ってレーザビームを導くことができる。この実施形態では、レーザが最初にダイヤフラム貼り付け接着剤８０８に接触し、その後、間隙層８１２に接触し、その後、スタンドオフ層９００に接触する。この実施形態では、インクポート穴９０８の側壁が、ダイヤフラム貼り付け接着剤８０８、間隙層８１２、およびスタンドオフ層９００を含むことができるが、ダイヤフラム８０４を貫く穴のステンレス製側壁も、ステンレス製ダイヤフラム８０４の他の部分も、どちらもインクポート９０８により露出されることはなく、印字ヘッドの使用中にインクがインクポート９０８を通って流れるとき、インクはダイヤフラム８０４に接触することはない。

インクポート穴９０８を形成した後で、図１０の製造過程の印字ヘッド構造９１０が完成する。

製造プロセスの複雑さを低減することにより、より高い歩留まりが得られる。さらに、より少ない製造設備を使用し、より少ない材料を必要とし、製造時間を短縮するプロセスにより、より低価格の製品が得られる。例えば、図１０の構造を形成するのに使用するプロセスは、間隙材料層を脱気して同伴空気を除去するための脱気チャンバ内での高分子脱気段階と、間隙層を平坦化するために、加熱されたプレス機の中で平板を用いる平担化段階と、液体間隙材料層またはペースト間隙材料層を硬化させて固体間隙層にするための硬化オーブン内での高分子硬化と、固体間隙層を除去して圧電アクチュエータを露出するためのエッチングチャンバ内でのプラズマ・エッチング・プロセスと、の使用を含むことができる。いくつかの印字ヘッド設計およびプロセスでは、これらの工具および材料を必要としてもよい。本教示の実施形態が、インクジェット印字ヘッドを形成するための方法、この方法に基づいて形成されたインクジェット印字ヘッド、インクジェット印字ヘッドの形成を含む、プリンタを形成するための方法、およびインクジェット印字ヘッドを含むプリンタを含むことができる。プロセスは、減らされた工具セット、簡略化した製造プロセス、印字ヘッドを形成するのに必要な減らされた個数の構造要素の使用を含むことができる。

図１は、本教示の実施形態に基づいて形成できる中間製造過程の構造１００を示す横断面である。この実施形態は、ステンレス製ダイヤフラムのようなパターン形成したダイヤフラム１０４に取り付けた複数の圧電アクチュエータ１０２を示している。図１は、ステンレス製ボディプレートのようなパターン形成したボディプレート１０６と、ダイヤフラム１０４と複数のアクチュエータ１０２とをボディプレート１０６に物理的に連結するダイヤフラム接着剤１０８と、パターン形成した入り口／出口プレート１１０、例えば、ステンレス製入り口／出口プレートなどと、をさらに示している。図１の構造の描写が印字ヘッドアセンブリのほんの一部分に過ぎず、圧電アクチュエータアレイの一部としての圧電アクチュエータ１０２の個数が数百または数千に達する可能性があることが理解されるであろう。この実施形態では、複数の穴１１２が、ダイヤフラム１０４と、ダイヤフラム接着剤１０８と、ボディプレート１０６と、入り口／出口プレート１１０と、を貫通している。この実施形態では、図９の構造とは対照的に、穴１１２はダイヤフラム接着剤１０８（図９の８０８）によりふさがれてはいないが、穴１１２が覆われて、その後のレーザ・アブレーション・プロセスの間にきれいにされる他の実施形態が想定される。ダイヤフラム１０４をボディプレート１０６に貼り付ける前に、ダイヤフラム接着剤１０８を貫く穴１１２を形成するために、例えば、レーザアブレーション、スタンピングプロセスにおける打ち抜き型、またはエッチングプロセスにおけるマスキングしたエッチングを用いて、ダイヤフラム接着剤１０８をパターン形成できる。他の実施形態では、ダイヤフラム接着剤１０８が、選択的に塗布されて、後で硬化される液体である可能性がある。

図１に示すのと同様の構造を形成した後に、図２に示すように膜スペーサ２００をダイヤフラム１０４に結合したり、または取り付けたりする。隣接するアクチュエータの間に位置する状態で、または、例えば、アクチュエータの間の１つおきの空間の中などに位置する状態で複数のリブを含むように、膜スペーサ２００をあらかじめ形成できる。この実施形態では、膜スペーサ２００はアクチュエータ１０２を覆ってその上に位置してはおらず、したがって、膜スペーサ２００をアクチュエータ１０２の上面２０４から除去する必要はない。この実施形態では、膜スペーサ２００の上面２０２が各アクチュエータ１０２の上面２０４を超えた高さにある。言い換えれば、２つの上面２０２、２０４は同一平面上にはない。さらに、膜スペーサ２００は、隣接するアクチュエータ１０２の間に、ダイヤフラム１０４の上面と平行な方向に直接挿入されている。実施形態では、アクチュエータ１０２と膜スペーサ２００の両方の下面がダイヤフラム１０４上にある。実施形態では、圧電アクチュエータ１０２の厚さが約５μｍ〜約１５０μｍの間である可能性があり、他方、膜スペーサ２００の厚さが約５μｍ〜約５００μｍの間である。膜スペーサ２００は、例えば、宇部興産から入手できるＵｐｉｌｅｘ（ユーピレックス）（登録商標）などのポリイミドフィルムを含む可能性がある。熱硬化性接着剤などの接着剤を用いてポリイミドフィルムの上端側と下端側の両方の表面を覆うことができ（単純化のため、図６に示す）、下端接着剤はダイヤフラム１０４にポリイミドフィルムを貼り付けるために使用されている。他の実施形態では、膜スペーサ２００が熱硬化性樹脂などの接着剤を高分子コアの底面にのみ含み、ダイヤフラム１０４に膜スペーサ２００を貼り付けるために接着剤を使用し、また、ダイヤフラム１０４に圧電アクチュエータ１０２を貼り付けるために接着剤を使用してもよい。他の実施形態では、ダイヤフラム１０４の上端面に接着剤を塗布し、この上端面を使用してダイヤフラム１０４に圧電変換器１０２と膜スペーサ２００との両方を貼り付ける。

本実施形態では、膜スペーサ２００は図２に示すようにダイヤフラム１０４の至る所にある穴１１２を覆うが、他の実施形態では、膜スペーサ２００を十分正確に設置できる場合には、膜スペーサ２００を貫く穴をあらかじめ形成できる。しかしながら、異なる印字ヘッド設計では、後述するように、膜スペーサ２００で穴１１２を覆うことが、後続の接着剤が穴１１２をふさぐのを防止する可能性がある。図２に示すように、膜スペーサ２００はダイヤフラム１０４の至る所にある穴１１２を覆うが、この実施形態では、ダイヤフラム接着剤１０８がダイヤフラム１０４の至る所にある穴１１２を覆うことはない。

図２に示すのと同様の構造を形成した後に、多量の接着剤３００を図３に示すように各変換器１０２の上面２０４に分配できる。実施形態では、接着剤３００が、例えば、はんだ、導体で満たされた導体ペースト、またはｚ−軸の導体などの導体である。他の実施形態では、接着剤がエポキシ樹脂のような不導体（誘電体）である。後述のさらに他の実施形態では、接着剤を使用しない。

その後、図３の構造に接着剤３００を用いてプリント基板（ＰＣＢ）などの電気相互接続４００、柔軟な（フレックス）回路、またはフレックス・ケーブル・アセンブリを貼り付けることができ、その結果、図４の構造が得られる。電気相互接続４００は、複数の突起４０２およびトレース４０４を含むことができる。突起４０２は、導電性の突起、導電パッド、またはあらかじめ形成された突起である可能性がある。この実施形態では、膜スペーサ２００とアクチュエータ１０２とが、電気相互接続４００とダイヤフラム１０４との間に、ダイヤフラム１０４の上面に対して垂直な方向に直接挿入されているが、膜スペーサ２００は電気相互接続４００とアクチュエータ１０２との間に直接挿入されてはいない。例えば、既知の技術に基づく印字ヘッドドライバ基板との電気的接続を提供するために、トレース４０４は電気相互接続４００上の他の位置に信号を送ることができる。トレース４０４を介してドライバ基板（単純化のため、１つ１つ示さず）から突起４０２に電気信号を送り、その後、圧電アクチュエータ１０２に送ることができ、各圧電アクチュエータ１０２に対して個別にアドレス指定できるようになっている。

一実施形態では、接着剤３００が導電性であり、導電性の接着剤３００を通じて、各突起４０２と、圧電アクチュエータ１０２のうちの１つとの電気的接続を確立する。また、この実施形態では、導電性の接着剤３００は、電気相互接続４００を圧電アクチュエータ１０２に物理的に固定できるとともに、各圧電アクチュエータ１０２と突起４０２の間の電気通信を可能にする。導電性の接着剤３００を用いるこの実施形態では、導電性の接着剤３００を介して電気通信を確立できるため、各突起４０２は圧電アクチュエータ１０２のうちの１つと物理的に接触していてもよく、または接触していなくてもよい。

他の実施形態では、接着剤３００が不導体である可能性がある。この実施形態では、各突起４０２と、圧電アクチュエータ１０２のうちの１つとの間の物理的接触を通じて、例えば、複数の凹凸を用いて、各突起４０２と、圧電アクチュエータ１０２のうちの１つとの間の電気的接続を確立できる。この実施形態では、各突起４０２は圧電アクチュエータ１０２のうちの１つと物理的に接触する。各突起４０２と、圧電アクチュエータ１０２のうちの１つとの間の電気的接触は、２つの構造の間の物理的接触を通じて確立される。この実施形態では、非導電性の接着剤３００は、電気相互接続４００を複数の圧電アクチュエータ１０２に物理的に固定できる。

さらに他の実施形態では、各突起４０２と、圧電アクチュエータ１０２のうちの１つとの間の接着剤３００の使用を省略できる。この実施形態では、電気相互接続４００と膜スペーサ２００の間の隣接する機械的結合により、各突起４０２を圧電アクチュエータ１０２のうちの１つと物理的に接触した状態に保持できる。この実施形態では、各突起４０２と、その各突起４０２と関連する圧電アクチュエータ１０２との間の電気的接触は、２つの構造４０２、１０２の間の物理的接触を通じて確立され、この電気的接触は、電気相互接続４００を膜スペーサ２００に機械的に取り付けることにより固定される。

その後、図５に示すように、レーザ５０２によるレーザビーム５００出力を用いて、印字ヘッドの動作時にインクが通る穴１１２をきれいにできる。膜スペーサ２００および電気相互接続４００の一部分を除去することにより、穴１１２が、図６に示すのと同様の膜スペーサ２００と電気相互接続４００とを貫通する複数のインクポートを形成する構造が得られる。印字ヘッドの設計に応じて、レーザ５０２は、ダイヤフラム１０４、ならびに／またはボディプレート１０６および入り口／出口プレート１１０を、ダイヤフラム１０４の至る所にある穴１１２を覆う膜スペーサ３００のアブレーション時のマスクとして使用できる。この実施形態では、膜スペーサ２００と電気相互接続４００とを貫く穴１１２は、ダイヤフラムを貫く穴に自動位置合わせされる。その後、処理が、完成した印字ヘッドを引き続き形成できる。

完成した印字ヘッドは、さまざまな構造を含むことができる。例えば、図６は、複数のノズル６０２を有し、開口プレート接着剤６０６を用いて入り口／出口プレート１１０に貼り付けた開口プレート６００を示している。図６は、図２の膜スペーサ２００の少なくとも一部分を形成するポリイミドフィルム層などの高分子層６０８と、ダイヤフラム１０４に高分子層６０８を貼り付ける第１の接着剤層６１０と、相互接続層４００に高分子層６０８を貼り付ける第２の接着剤層６１２と、をさらに示している。最初に、ダイヤフラム１０４または高分子層６０８のどちらか一方に第１の接着剤層６１０を貼り付け、その後、ダイヤフラム１０４または高分子層６０８の残りの一方に第１の接着剤層６１０を貼り付けて、高分子層６０８にダイヤフラム１０４を固定できる。また、第１の接着剤層６１０は、各圧電アクチュエータ１０２と、ダイヤフラム１０４とを接続するのに使用できる。

最初に、相互接続層４００または高分子層６０８のどちらか一方に第２の接着剤層６１２を貼り付け、その後、相互接続層４００または高分子層６０８の残りの一方に第２の接着剤層６１２を貼り付けて、高分子層６０８に電気相互接続４００を固定できる。他の実施形態では、電気相互接続４００と膜スペーサ２００の間に接着剤を形成せず、その場合には、接着剤３００を用いて圧電アクチュエータに電気相互接続４００を物理的に取り付ける。完成した印字ヘッドは、単純化のため図示していない追加構造を有することができ、図示のさまざまな構造は取り除いたり、または変更したりできることが理解されるであろう。

図７は、膜スペーサ６５０の上面が、圧電アクチュエータ１０２の上面とほぼ同一平面上にある（すなわち、ほぼ同じ高さにある）他の実施形態を示している。図示のように膜スペーサ６５０が圧電アクチュエータ１０２とほぼ同じ高さになるように、接着剤６５２を用いてダイヤフラム１０４に膜スペーサ６５０を貼り付けることができる。図７は、膜スペーサ６５０と、圧電アクチュエータ１０２との上面に固着するスタンドオフ層６５４をさらに示している。例えば、接着剤などのスタンドオフ層６５４は、電気相互接続４００と膜スペーサ６５０との、および電気相互接続４００と圧電アクチュエータ１０２との、機械的結合を提供できる。また、この機械的結合は各突起４０２を圧電アクチュエータ１０２のうちの１つと物理的に接触した状態に保持でき、突起４０２と圧電アクチュエータ１０２とを電気的に接続するのに追加の導電的および機械的な取り付けを必要としないようになっている。この実施形態では、各突起４０２は導電性の接着剤または非導電性の接着剤のどちらとも物理的に接触していない。トレース４０４は、接着剤である可能性があるスタンドオフ層６１２と物理的に接触できる。突起４０２と圧電アクチュエータとの電気的接続は、上述のように、例えば、１つ以上の凹凸を用いて確立できる。他の実施形態では、図７の実施形態とともに、上述の材料３００と同様の導体または不導体を使用でき、その場合には、スタンドオフ層６５４の中の穴が、突起４０２から離れる方向の接着剤の流れを含むことができる。この実施形態では、スタンドオフ層は、ダイヤフラムの上面に対して垂直な方向に、複数の圧電アクチュエータを覆って直接その上に位置しているが、膜スペーサは、ダイヤフラムの上面に対して垂直な方向に、複数の圧電アクチュエータを覆って直接その上に位置してはいない。

図７は、インクポートを形成するために個別のマスクを使用して、接着剤６５２と、膜スペーサ６５０と、スタンドオフ層６１２と、電気相互接続４００と、を貫く穴６５６を形成できる実施形態をさらに示している。各穴６５６は、ダイヤフラム１０４を貫く穴１１２の直径（幅）よりも小さい直径（円形の穴の場合）または幅（非円形の穴の場合）を有することができる。

さらに、ダイヤフラム貼り付け接着剤６５８が、ダイヤフラム１０４に貼り付ける前にパターン形成できる。この実施形態では、ダイヤフラム貼り付け接着剤６５８を貫く穴６６０の幅の方が、ダイヤフラム１０４を貫く穴１１２の幅よりも広い可能性がある。さらに、ダイヤフラム１０４を貫く穴１１２の幅は、層６５２、６５０、６５４、および４００を貫く穴６５６の幅よりも広い。ダイヤフラム貼り付け接着剤６５８を貫く複数の穴６６０は、ダイヤフラムを貫く複数の穴１１２と一直線になっており、複数の穴６６０は、複数の穴１１２と同心になるように調整されている。

図７の実施形態では、開口プレート６００を取り付ける前に、複数の穴を有するマスク（単純化のため図示せず）を印字ヘッド構造と一直線に並べることができ、マスクをレーザとダイヤフラム貼り付け接着剤６５８との間に挿入できる。ダイヤフラム１０４内の穴１１２は、マスクと印字ヘッド構造とを位置合わせするときの位置合わせのしるしとして使用できる。レーザにより出力されたレーザビームが、マスク内の穴の中を通って、ダイヤフラム貼り付け接着剤６５８内の穴６６０の中を通って、およびダイヤフラム内の穴１１２の中を通って延びることができ、接着剤６５２上でエッチングを開始できる。いくつかの先行プロセスと対照的に、ダイヤフラム貼り付け接着剤６５８は、穴６６０があらかじめ形成されているため、レーザでエッチングする必要がない。穴６５６はあらかじめ形成でき、その理由は、例えば、液体間隙材料はダイヤフラム１０４の上面には分配されず、その結果、ダイヤフラムを貫く穴１１２を覆って、間隙材料が穴１１２を通って流れるのを防止する必要がないためである。ダイヤフラム貼り付け接着剤６５８内に穴６６０があらかじめ形成されていることの利点は、レーザエッチングが、ダイヤフラム貼り付け接着剤６５８の位置からではなく、接着剤６５２の位置から開始できることである。レーザでエッチングされた穴は通常先細になるため、あらかじめ形成された層６５８のために、より少ない材料厚さがレーザでエッチングされる。したがって、レーザ出口穴を形成するためにレーザビームが構造４００の上端を出るとき、層４００の上端にあるレーザ出口穴の直径は、仮にダイヤフラム貼り付け接着剤６５８が穴１１２を覆っており、エッチングする必要があった場合の直径よりも大きくなる。実施形態では、穴６５６、１１２、および６６０により形成されたインクポートを通ってインクが流れる間、ダイヤフラム１０４がインクにさらされるが、レーザは、ダイヤフラム貼り付け接着剤６５８、ダイヤフラム１０４、ボディプレート１０６、または入り口／出口プレート１１０のうちのいずれとも接触する必要がない。

一実施形態では、ダイヤフラム貼り付け接着剤１０８を貫く穴６６０の幅が、約１００μｍ〜約２５０μｍの間、または約１２５μｍ〜約２２５μｍの間、または約１５０μｍ〜約２００μｍの間である可能性があり、例えば、約１７５μｍである可能性がある。ダイヤフラム１０４を貫く穴１１２の幅が、約７５μｍ〜約２２５μｍの間、または約１００μｍ〜約２００μｍの間、または約１２５μｍ〜約１７５μｍの間である可能性があり、例えば、約１５０μｍである可能性がある。接着剤６５２と、膜スペーサ６５０と、スタンドオフ層６５４と、導電性の相互接続４００と、を貫く穴６５６の幅が、約２５μｍ〜約１７５μｍの間、または約５０μｍ〜約１５０μｍの間、または約７５μｍ〜約１２５μｍの間である可能性があり、例えば、約１００μｍである可能性がある。

また、さらに、望ましいサイズに合わせて選択的に形成でき、ダイヤフラム１０４の中の穴１１２よりも小さい穴６５６は、ダイヤフラム１０４を再設計することなく、印字ヘッド内のインクの流れを調節するための（すなわち、流体回路を調節するための）機構を提供するのに役立つ可能性がある。穴６５６を形成した後に、接着剤６０６を用いて入り口／出口プレート１１０に開口プレート６００を貼り付けることができる。

いったん印字ヘッドの製造が完了すると、本教示に記載の１つ以上の印字ヘッドをプリンタに取り付けることができる。図８は、本教示の実施形態の、１つ以上の印字ヘッド７０２と、１つ以上のノズル６０２から射出されるインク７０４と、を含む（例えば、図６および図７など）プリンタ７００を示している。各印字ヘッド７０２は、紙シート、プラスチックなどの印刷媒体７０６上に望ましい画像を作り出すために、デジタル命令に基づいて作動するように構成されている。各印字ヘッド７０２は、スワス毎に印字図形を生成するために、走査動作において印刷媒体７０６に対して前後に動いてもよい。あるいは、プリントヘッド７０２を固定した状態で保持して、プリントヘッド７０２に対して印刷媒体７０６を動かして、単一の通過でプリントヘッド７０２と同じ幅の画像を生成してもよい。印字ヘッド７０２の幅は、印刷媒体７０６よりも狭いか、または印刷媒体７０６と同じである可能性がある。印字ヘッド７０２を含むプリンタハードウェアをプリンタハウジング７０８内に入れることができる。他の実施形態では、印字ヘッド８０２が回転ドラムまたは回転ベルト（単純化のため図示せず）などの中間表面に印刷し、その後に印刷媒体へ転写できる。

本明細書の開示により明らかなように、本教示の実施形態の印字ヘッドは、液体間隙材料層またはペースト間隙材料層を脱気するための脱気チャンバ内での高分子脱気段階と、間隙材料層を平坦化するために、加熱されたプレス機の中で平板を用いる平担化段階と、液体間隙材料またはペースト間隙材料を硬化させて固体間隙層にするための硬化オーブン内での高分子硬化と、固体間隙層を除去して圧電アクチュエータを露出するためのエッチングチャンバ内でのプラズマ・エッチング・プロセスと、を必要とせずに形成できる。ポリイミドフィルムまたは他の高分子などの、膜スペーサの材料の方が、間隙層を形成できる２成分ペーストなどの他の材料よりも、印字ヘッドの使用中、インクと相性がよい可能性がある。

また、例えば、図５に示すように、膜スペーサ２００と、複数の圧電アクチュエータ１０２とは物理的に接触しない。このことは、例えば、複数圧電アクチュエータ８０２と物理的に接触する図１０の間隙層８１２と対照的である。物理的接触は、圧電アクチュエータ８０２に対して湿し効果を与える可能性がある。例えば、圧電アクチュエータ１０２のたわみによりダイヤフラムを介してインクに伝達される圧力パルスが、間隙層と圧電アクチュエータ１０２との接触の結果、減少する可能性がある。したがって、本教示の実施形態では、例えば、膜スペーサ２００と複数の圧電素子１０２の間に物理的接触がないため、インクに伝達される圧力パルスのスパイクを改善する可能性がある。

Claims (4)

1. インクジェット印字ヘッドであって、
   複数の貫通穴と、第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面とを含むダイヤフラムと、
   複数の圧電アクチュエータを含む圧電アクチュエータアレイであって、該印字ヘッド内の前記複数の圧電アクチュエータの各々が前記ダイヤフラムの前記第１の面に取り付けられている圧電アクチュエータアレイと、
   前記ダイヤフラムの前記第１の面の隣接する圧電アクチュエータの間に直接挟まれた位置に取り付けられ、高分子層を含み、前記複数の圧電アクチュエータの真上に位置しない、あらかじめ形成された膜スペーサと、
   前記複数の圧電アクチュエータに電気的に接続された電気相互接続部分であって、前記膜スペーサと前記複数の圧電アクチュエータとが、前記ダイヤフラムの前記第１の面に対して垂直方向において前記ダイヤフラムと該電気相互接続部分との間に直接挟まれている、電気相互接続部分と、
   複数のノズルを含む開口プレートと、
   を含み、
   前記ダイヤフラムの前記第２の面が、該印字ヘッド内の各圧電アクチュエータと前記開口プレートとの間の高さに位置し、
   前記膜スペーサを貫通する複数の貫通穴をさらに含み、この複数の貫通穴の位置が前記ダイヤフラムを貫通する前記複数の貫通穴の位置と一致しており、これにより複数のインクポートが設けられ、
   前記電気相互接続部分を貫通する複数の貫通穴をさらに含み、この複数の貫通穴の位置が前記膜スペーサを貫通する前記複数の貫通穴の位置および前記ダイヤフラムを貫通する前記複数の貫通穴の位置と一致しており、これにより複数のインクポートが設けられ、
   前記電気相互接続部分を貫通する前記複数の貫通穴の各々の直径または幅と前記膜スペーサを貫通する前記複数の貫通穴の各々の直径または幅とが前記ダイヤフラムを貫通する前記複数の貫通穴の各々の直径または幅よりも小さく、
   ダイヤフラム貼り付け接着剤を貫通する複数の貫通穴の直径または幅が前記ダイヤフラムを貫通する前記複数の貫通穴の各々の直径または幅よりも大きく、
   前記複数のインクポートは少なくともその一部が前記ダイヤフラム貼り付け接着剤を貫通する前記複数の貫通穴と、前記ダイヤフラムを貫通する前記複数の貫通穴と、前記膜スペーサを貫通する前記複数の貫通穴と、前記電気相互接続部分を貫通する前記複数の貫通穴とによって形成されている、インクジェット印字ヘッド。
2. 請求項１に記載のインクジェット印字ヘッドであって、
   前記膜スペーサが前記ダイヤフラムの上面に対して垂直方向において前記複数の圧電アクチュエータの真上に位置しない、インクジェット印字ヘッド。
3. 請求項１に記載のインクジェット印字ヘッドであって、
   前記膜スペーサがポリイミド層を含み、さらに、
   前記ポリイミド層を前記ダイヤフラムに貼り付け、前記複数の圧電アクチュエータを前記ダイヤフラムに貼り付ける第１の接着剤層と、
   前記ポリイミド層を前記電気相互接続部分に貼り付ける第２の接着剤層と、
   を含む、インクジェット印字ヘッド。
4. 請求項３に記載のインクジェット印字ヘッドであって、
   前記あらかじめ形成された膜スペーサの上面および各圧電アクチュエータの上面に取り付けられたスタンドオフ層をさらに含み、
   前記あらかじめ形成された膜スペーサの上面が各圧電アクチュエータの上面とほぼ同一平面上にあり、
   前記スタンドオフ層が前記ダイヤフラムの上面に対して垂直方向において前記複数の圧電アクチュエータの真上に位置し、
   前記膜スペーサが前記ダイヤフラムの上面に対して垂直方向において前記複数の圧電アクチュエータの真上に位置しない、インクジェット印字ヘッド。
   

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