▶ フジフィルム ディマティックス， インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-03-30
(45)【発行日】2022-04-07
(54)【発明の名称】流体送達システムのためのアクチュエータ
(51)【国際特許分類】
B41J 2/14 20060101AFI20220331BHJP
F04B 43/04 20060101ALI20220331BHJP
【ＦＩ】
B41J2/14 305
F04B43/04 B
【請求項の数】
28
(21)【出願番号】P 2019532714
(86)(22)【出願日】2017-12-18
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-01-23
(86)【国際出願番号】 US2017067016
(87)【国際公開番号】W WO2018118774
(87)【国際公開日】2018-06-28
【審査請求日】2020-12-18
(31)【優先権主張番号】62/436,276
(32)【優先日】2016-12-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】502122794
【氏名又は名称】フジフィルム ディマティックス， インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100073184
【弁理士】
【氏名又は名称】柳田 征史
(72)【発明者】
【氏名】リウ， ウェイン
(72)【発明者】
【氏名】メンゼル， クリストフ
(72)【発明者】
【氏名】スギモト， シンヤ
(72)【発明者】
【氏名】オットソン， マッツ ジー．
【審査官】長田 守夫
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－１０４０４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第０１／０４２０１８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００８／０１６５２２８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００７－１０５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００７／０１２０８９８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ４１Ｊ ２／０１－２／２１５
Ｆ０４Ｂ ４３／００－４７／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
印刷ヘッドであって、圧送チャンバの少なくとも上面を画定する変形可能部分を備える支持構造と、
前記支持構造の変形可能部分上に配置されるアクチュエータであって、溝が、前記アクチュエータの上面内に画定され、前記アクチュエータの上面の中央領域から離れるように放射状に延在する、アクチュエータと
を備え、
前記溝は、前記変形可能部分の周の一部から内向きにオフセットされたループの少なくとも一部を画定し、
前記アクチュエータが活性層と不活性層を含み、前記溝が前記アクチュエータの厚さを通して延在する、印刷ヘッド。
【請求項2】
前記アクチュエータへの電圧の印加は、前記アクチュエータを前記溝に沿って変形させ、それによって、前記変形可能部分の変形部に、流体の液滴を前記圧送チャンバから吐出させる、請求項１に記載の印刷ヘッド。
【請求項3】
複数の放射状の溝を備え、前記複数の放射状の溝のそれぞれは、前記アクチュエータの上面の中央領域から離れるように放射状に延在する、請求項１に記載の印刷ヘッド。
【請求項4】
前記複数の放射状の溝の内の放射状の溝は、前記放射状の溝が前記溝に出会う点において前記溝に対して垂直に配向される、請求項３に記載の印刷ヘッド。
【請求項5】
前記溝と前記変形可能部分の周との間の距離は、前記溝と前記変形可能部分の前記上面の中央領域との間の距離よりも大きい、請求項１に記載の印刷ヘッド。
【請求項6】
前記溝と前記変形可能部分の周との間の距離は、前記溝と前記変形可能部分の前記上面の中央領域との間の距離よりも小さい、請求項１に記載の印刷ヘッド。
【請求項7】
前記溝は、第１の溝であり、さらに、前記アクチュエータの前記上面内に画定される第２の溝を備え、前記第２の溝は、前記第１の溝から放射状に延在する、請求項１に記載の印刷ヘッド。
【請求項8】
前記第２の溝の第１の端部は、前記第１の溝に接続され、前記第２の溝の第２の端部は、前記アクチュエータの前記上面内に画定される第３の溝に接続され、前記第３の溝は、丸みを帯びた形状を有する、請求項７に記載の印刷ヘッド。
【請求項9】
前記溝の幅は、０．１マイクロメートル～１０マイクロメートルである、請求項１に記載の印刷ヘッド。
【請求項10】
前記溝は、前記アクチュエータの前記上面から前記支持構造の前記変形可能部分の上面まで延在する、請求項１に記載の印刷ヘッド。
【請求項11】
前記溝は、前記変形可能部分の周の少なくとも一部に重複する、請求項１に記載の印刷ヘッド。
【請求項12】
前記溝は、第１のループの少なくとも一部を画定する第１の溝であり、第２の溝が、前記アクチュエータの前記上面内に形成され、前記第２の溝は、前記第１のループから分離される第２のループの少なくとも一部を画定する、請求項１に記載の印刷ヘッド。
【請求項13】
前記溝は、第１の溝であり、第２の溝が、前記アクチュエータの前記上面内に形成され、さらに、前記第１の溝および前記第２の溝は、前記アクチュエータの前記上面の中央領域から離れるように放射状に延在し、かつ相互に平行である、請求項１に記載の印刷ヘッド。
【請求項14】
前記溝は、第１の溝であり、第２および第３の溝が、前記アクチュエータの前記上面内に形成され、前記第１の溝は、前記アクチュエータの前記上面の中央領域から放射状に延在し、かつ前記第２の溝を前記第３の溝に接続し、前記第２の溝および前記第３の溝は、前記アクチュエータの前記上面の少なくとも一部の周囲に円周方向に延在する、請求項１に記載の印刷ヘッド。
【請求項15】
前記溝は、前記アクチュエータの前記上面の中央領域から離れるように放射状に延在する、第１の溝であり、第２、第３、および第４の溝が、前記アクチュエータの前記上面内に形成され、前記第２の溝は、前記アクチュエータの前記上面の少なくとも一部の周囲に円周方向に延在し、前記第３の溝は、前記アクチュエータの前記上面の前記中央領域から離れるように放射状に延在し、前記第４の溝は、前記アクチュエータの前記上面の少なくとも一部の周囲に円周方向に延在し、
前記第１の溝および前記第２の溝は、相互に接続され、前記第３の溝および前記第４の溝は、相互に接続され、前記第１および第２の溝は、前記第３および第４の溝から分離される、
請求項１に記載の印刷ヘッド。
【請求項16】
前記圧送チャンバを含む複数の圧送チャンバと、前記アクチュエータを含む複数のアクチュエータと、
をさらに備え、
前記複数のアクチュエータの各々が、前記複数の圧送チャンバの対応する圧送チャンバと揃えられている、請求項１に記載の印刷ヘッド。
【請求項17】
装置であって、リザーバと、
印刷ヘッドであって、前記印刷ヘッドは、
圧送チャンバの少なくとも上面を画定する変形可能部分を備える支持構造と、
前記リザーバから前記圧送チャンバに流体を移送するために前記リザーバから前記圧送チャンバに延在する流路と、
前記支持構造の前記変形可能部分上に配置されるアクチュエータであって、溝が、前記アクチュエータの上面内に画定され、前記アクチュエータの前記上面の中央領域から離れるように放射状に延在し、活性層および不活性層を含み、前記溝が前記アクチュエータの厚さを通して延在する、アクチュエータと
を備え、
前記溝は、前記変形可能部分の周の一部から内向きにオフセットされたループの少なくとも一部を画定し、
前記アクチュエータへの電圧の印加は、前記アクチュエータを前記溝に沿って変形させ、それによって、前記支持構造の前記変形可能部分の変形部に、流体の液滴を前記圧送チャンバから吐出させる、印刷ヘッドと
を備える、装置。
【請求項18】
前記溝は、第１の溝であり、さらに、前記アクチュエータの前記上面内に画定される第２の溝を含み、前記第２の溝は、前記第１の溝から放射状に延在する、請求項１７に記載の装置。
【請求項19】
前記溝は、前記アクチュエータの前記上面の中央領域から離れるように放射状に延在する、請求項１７に記載の装置。
【請求項20】
前記溝は、前記アクチュエータの前記上面から前記支持構造の前記変形可能部分の上面まで延在する、請求項１７に記載の装置。
【請求項21】
前記溝は、第１のループの少なくとも一部を画定する第１の溝であり、第２の溝が、前記アクチュエータの前記上面内に形成され、前記第２の溝は、前記第１のループから分離される第２のループの少なくとも一部を画定する、請求項１７に記載の装置。
【請求項22】
前記溝は、第１の溝であり、第２の溝が、前記アクチュエータの上面内に形成され、前記第１の溝および前記第２の溝は、前記アクチュエータの前記上面の中央領域から離れるように放射状に延在し、かつ相互に平行である、請求項１７に記載の装置。
【請求項23】
前記印刷ヘッドは、前記圧送チャンバを含む複数の圧送チャンバと、
前記アクチュエータを含む複数のアクチュエータと、
を備え、
前記複数のアクチュエータの各々が、前記複数の圧送チャンバの対応する圧送チャンバと揃えられている、請求項１７に記載の装置。
【請求項24】
方法であって、圧電性アクチュエータを印刷ヘッドの支持構造上に配置することであって、前記支持構造は、前記印刷ヘッドの圧送チャンバを画定する、ことと、
前記圧電性アクチュエータの上面内に溝を、前記溝が、前記圧電性アクチュエータの前記上面の中央領域から離れるように放射状に延在するように形成することと
前記溝を形成することは、前記溝が、前記支持構造の変形可能部分の周の一部から内向きにオフセットされたループの少なくとも一部を画定するように、前記溝を形成することと、
を含む、方法。
【請求項25】
前記溝は、第１の溝であり、本方法はさらに、前記圧電性アクチュエータの前記上面内に第２の溝を形成することを含み、前記第２の溝は、前記第１の溝から放射状に延在する、請求項２４に記載の方法。
【請求項26】
複数の放射状の溝を形成することをさらに含み、前記複数の放射状の溝のそれぞれは、前記圧電性アクチュエータの前記上面の中央領域から離れるように放射状に延在する、請求項２４に記載の方法。
【請求項27】
前記溝を形成することは、前記圧電性アクチュエータの上面から前記支持構造の変形可能部分の外部上面まで前記溝を形成することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項28】
前記溝が、前記アクチュエータの外周囲長内に位置する、請求項１の印刷ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（優先権主張）
本願は、２０１６年１２月１９日に出願された米国仮出願第６２／４３６，２７６号に対する優先権を主張するものであり、該米国仮出願の全内容は、参照により本明細書中に援用される。
本願は、２０１６年１２月１９日に出願された米国仮出願第６２／４３６，２７６号に対する優先権を主張するものであり、該米国仮出願の全内容は、参照により本明細書中に援用される。
【0002】
本明細書は、流体送達システムのためのアクチュエータに関する。
【背景技術】
【0003】
インクジェット印刷は、複数のノズルを含むインクジェット印刷ヘッドを使用して実施されることができる。インクは、アクティブ化されると、インクジェット印刷ヘッドの中にもたらされ、ノズルは、インクの液滴を吐出し、基材上に画像を形成する。印刷ヘッドは、印刷ヘッドの圧送チャンバから流体を吐出するための変形可能なアクチュエータを伴う流体送達システムを含むことができる。アクチュエータは、変形され、圧送チャンバの容積を変化させることができる。アクチュエータが駆動されるにつれて、容積における変化は、流体を流体送達システムから吐出させることができる。アクチュエータは、変形されると、材料応力を被り得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
ある側面において、印刷ヘッドは、圧送チャンバの少なくとも上面を画定する変形可能部分を備える支持構造と、支持構造の変形可能部分上に配置されるアクチュエータであって、溝が、アクチュエータの上面内に画定される、アクチュエータとを含む。
【0005】
実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上のものを含むことができる。
【0006】
アクチュエータへの電圧の印加は、アクチュエータを溝に沿って変形させ、それによって、変形可能部分の変形部に、流体の液滴を圧送チャンバから吐出させる。
【0007】
アクチュエータは、第１および第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間の圧電層とを備え、印刷ヘッドは、第１および第２の電極の一方に電圧を印加し、変形可能部分を変形させるためのコントローラを備える。
【0008】
コントローラは、変形可能部分が圧送チャンバから離れるように変形するように、第１および第２の電極の一方に電圧を印加するように構成される。
【0009】
溝は、アクチュエータの上面の中央領域から離れるように半径方向外向きすなわち放射状に延在する。
【0010】
印刷ヘッドは、それぞれ、アクチュエータの上面の中央領域から離れるように半径方向外向きすなわち放射状に延在する、複数の半径方向すなわち放射状の溝を含む。
【0011】
半径方向の溝はそれぞれ、半径方向の溝が溝に出会う点において溝に対して垂直に配向される。
【0012】
溝と変形可能部分の周との間の距離は、溝と変形可能部分の上面の中央領域との間の距離よりも大きい。
【0013】
溝と変形可能部分の周との間の距離は、溝と変形可能部分の上面の中央領域との間の距離よりも小さい。
【0014】
溝と支持構造の変形可能部分の周との間の距離は、変形可能部分の中心と変形可能部分の周との間の距離の２０％～８０％である。
【0015】
溝は、溝が、変形可能部分の周から内向きにオフセットされるように、アクチュエータの上面に沿って延在する。
【0016】
溝は、変形可能部分の周の一部から内向きにオフセットされた、ループの少なくとも一部を画定する。
【0017】
溝は、第１の溝であり、さらに、アクチュエータの上面内に画定される、第２の溝を備え、第２の溝は、第１の溝から半径方向外向きに延在する。
【0018】
第２の溝の第１の端部は、第１の溝に接続され、第２の溝の第２の端部は、アクチュエータの上面内に画定される第３の溝に接続され、第３の溝は、丸みを帯びた形状を有する。
【0019】
溝の幅は、０．１マイクロメートル～１０マイクロメートルである。
【0020】
溝は、第１の端部と、第２の端部とを有する曲線を画定し、曲線は、変形可能部分の周の一部から内向きにオフセットされる。
【0021】
溝は、アクチュエータの上面から支持構造の変形可能部分の上面までのアクチュエータの厚さを通して延在する。
【0022】
変形可能部分は、酸化物層を含み、溝は、酸化物層の上面まで延在する。
【0023】
溝は、変形可能部分の周の少なくとも一部に重複する。
【0024】
溝は、第１のループの少なくとも一部を画定する、第１の溝であり、第２の溝が、アクチュエータの上面内に形成され、第２の溝は、第１のループから分離される第２のループの少なくとも一部を画定する。
【0025】
溝は、第１の溝であり、第２の溝が、アクチュエータの上面内に形成され、さらに、第１の溝および第２の溝は、アクチュエータの上面の中央領域から離れるように半径方向外向きに延在し、かつ相互に平行である。
【0026】
溝は、第１の溝であり、第２および第３の溝が、アクチュエータの上面内に形成され、第１の溝は、アクチュエータの中央領域から半径方向外向きに延在し、かつ第２の溝を第３の溝に接続し、第２の溝および第３の溝は、外部表面を横断して円周方向に延在する。
【0027】
溝は、アクチュエータの中心から離れるように半径方向外向きに延在する、第１の溝であり、アクチュエータはさらに、第２、第３、および第４の溝を画定し、第２の溝は、外部表面を横断して円周方向に延在し、第３の溝は、アクチュエータの中心から離れるように半径方向外向きに延在し、第４の溝は、外部表面を横断して円周方向に延在し、第１の溝および第２の溝は、相互に接続され、第３の溝および第４の溝は、相互に接続され、第１および第２の溝は、第３および第４の溝から分離される。
【0028】
一般的側面において、本装置は、リザーバと、印刷ヘッドとを備え、該印刷ヘッドは、圧送チャンバの少なくとも上面を画定する変形可能部分を備える、支持構造と、リザーバから圧送チャンバに流体を移送するためにリザーバから圧送チャンバに延在する、流路と、支持構造の変形可能部分上に配置されるアクチュエータであって、溝が、アクチュエータの上面内に画定される、アクチュエータとを含み、アクチュエータへの電圧の印加は、アクチュエータを溝に沿って変形させ、それによって、支持構造の変形可能部分の変形部に、流体の液滴を圧送チャンバから吐出させる。
【0029】
実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上のものを含むことができる。
【0030】
アクチュエータは、第１および第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間の圧電層とを備え、印刷ヘッドは、第１および第２の電極の一方に電圧を印加し、変形可能部分を変形させるためのコントローラを備える。
【0031】
コントローラは、変形可能部分が圧送チャンバから離れるように変形するように、第１および第２の電極の一方に電圧を印加するように構成される。
【0032】
溝は、溝が、変形可能部分の周から内向きにオフセットされるように、アクチュエータの上面に沿って延在する。
【0033】
溝は、第１の端部と、第２の端部とを有する曲線を画定し、曲線は、変形可能部分の周の一部から内向きにオフセットされる。
【0034】
溝は、変形可能部分の周の一部から内向きにオフセットされたループの少なくとも一部を画定する。
【0035】
溝は、第１の溝であり、さらに、アクチュエータの上面内に画定される、第２の溝を備え、第２の溝は、第１の溝から半径方向外向きに延在する。
【0036】
第２の溝は、第１の溝に接続される、第１の端部と、第３の溝に接続される、第２の端部とを備え、第３の溝は、アクチュエータの上面上に丸みを帯びた周を画定する。
【0037】
溝は、アクチュエータの上面の中央領域から離れるように半径方向外向きに延在する。
【0038】
本装置は、複数の半径方向の溝を含み、該複数の半径方向の溝のそれぞれは、アクチュエータの上面の中央領域から離れるように半径方向外向きに延在する。
【0039】
半径方向の溝のそれぞれの経路は、溝に対して垂直である。
【0040】
溝と変形可能部分の周との間の距離は、溝とアクチュエータの上面の中央領域との間の距離よりも小さい。
【0041】
溝は、アクチュエータの上面から支持構造の変形可能部分の上面までのアクチュエータの厚さを通して延在する。
【0042】
溝の幅は、０．１マイクロメートル～１０マイクロメートルである。
【0043】
溝と変形可能部分の周との間の距離は、溝とアクチュエータの上面の中央領域との間の距離よりも大きい。
【0044】
溝と変形可能部分の周との間の距離は、アクチュエータの上面の中央領域と変形可能部分の周との間の距離の２０％～８０％である。
【0045】
溝は、変形可能部分の周に重複する。
【0046】
溝は、第１のループの少なくとも一部を画定する、第１の溝であり、第２の溝が、アクチュエータの上面内に形成され、第２の溝は、第１のループから分離される第２のループの少なくとも一部を画定する。
【0047】
溝は、第１の溝であり、第２の溝が、アクチュエータの上面内に形成され、第１の溝および第２の溝は、アクチュエータの上面の中央領域から離れるように半径方向外向きに延在し、かつ相互に平行である。
【0048】
溝は、第１の溝であり、第２および第３の溝が、アクチュエータの上面内に形成され、第１の溝は、アクチュエータの上面の中央領域から半径方向外向きに延在し、かつ第２の溝を第３の溝に接続し、第２の溝および第３の溝は、アクチュエータの上面を横断して円周方向に延在する。
【0049】
溝は、アクチュエータの上面の中央領域から離れるように半径方向外向きに延在する、第１の溝であり、アクチュエータはさらに、第２、第３、および第４の溝を画定し、第２の溝は、アクチュエータの上面を横断して円周方向に延在し、第３の溝は、アクチュエータの上面の中央領域から離れるように半径方向外向きに延在し、第４の溝は、上面を横断して円周方向に延在し、第１の溝および第２の溝は、相互に接続され、第３の溝および第４の溝は、相互に接続され、第１および第２の溝は、第３および第４の溝から分離される。
【0050】
一般的側面において、本方法は、変形可能な支持構造上に配置される圧電性アクチュエータの電極に電圧を印加するステップであって、支持構造は、印刷ヘッドの圧送チャンバを画定する、ステップと、電圧の印加に応答して、圧電性アクチュエータの上面内に画定される溝に沿って圧電性アクチュエータを変形させるステップと、圧電性アクチュエータの変形によってもたらされる支持構造の変形可能部分の変形によって、圧送チャンバから流体の液滴を吐出するステップとを含む。
【0051】
実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上のものを含むことができる。
【0052】
電圧を印加するステップは、圧送チャンバの容積が増加されるように、アクチュエータを変形させるように電圧を印加するステップを含む。
【0053】
一般的側面において、本方法は、圧電性アクチュエータを印刷ヘッドの支持構造上に配置するステップであって、支持構造は、印刷ヘッドの圧送チャンバを画定する、ステップと、アクチュエータの上面内に溝を形成するステップとを含む。
【0054】
実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上のものを含むことができる。
【0055】
溝を形成するステップは、溝が、変形可能部分の周から内向きにオフセットされるように、溝を形成するステップを含む。
【0056】
溝を形成するステップは、溝が、第１の端部と、第２の端部とを有する曲線を画定し、かつ曲線が、変形可能部分の周の一部から内向きにオフセットされるように、溝を形成するステップを含む。
【0057】
溝を形成するステップは、溝が、変形可能部分の周の一部から内向きにオフセットされたループの少なくとも一部を画定するように、溝を形成するステップを含む。
【0058】
溝は、第１の溝であり、本方法はさらに、アクチュエータの上面内に第２の溝を形成するステップを含み、第２の溝は、第１の溝から半径方向外向きに延在する。
【0059】
本方法は、外部表面上に丸みを帯びた周を画定する、第３の溝を形成するステップを含み、第２の溝を形成するステップは、第２の溝が、第１の溝に接続される第１の端部から第３の溝に接続される第２の端部まで延在するように、第２の溝を形成するステップを含む。
【0060】
溝を形成するステップは、溝が、アクチュエータの上面の中央領域から離れるように半径方向外向きに延在するように、溝を形成するステップを含む。
【0061】
本方法は、複数の半径方向の溝を形成するステップを含み、該複数の半径方向の溝のそれぞれは、アクチュエータの上面の中央領域から離れるように半径方向外向きに延在する。
【0062】
半径方向の溝を形成するステップは、半径方向の溝のそれぞれの経路が溝に対して垂直であるように、複数の溝を形成するステップを含む。
【0063】
溝を形成するステップは、溝と変形可能部分の周との間の距離が、溝とアクチュエータの上面の中央領域との間の距離よりも小さいように、溝を形成するステップを含む。
【0064】
溝を形成するステップは、アクチュエータの上面から支持構造の変形可能部分の外部上面までのアクチュエータの厚さを通した溝を形成するステップを含む。
【0065】
溝を形成するステップは、溝の幅が、０．１マイクロメートル～１０マイクロメートルであるように、溝を形成するステップを含む。
【0066】
溝を形成するステップは、溝と変形可能部分の周との間の距離が、溝とアクチュエータの上面の中央領域との間の距離よりも大きいように、溝を形成するステップを含む。
【0067】
溝を形成するステップは、溝と変形可能部分の周との間の距離が、アクチュエータの上面の中央領域と変形可能部分の周との間の距離の２０％～８０％であるように、溝を形成するステップを含む。
【0068】
溝を形成するステップは、溝が、変形可能部分の周に重複するように、溝を形成するステップを含む。
【0069】
溝を形成するステップは、アクチュエータの外部表面をエッチングし、溝を形成するステップを含む。
【0070】
本明細書において説明される主題の１つ以上の実装の詳細が、添付図面および下記の説明内に記載される。他の潜在的特徴、側面、および利点は、説明、図面、および請求項から明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0071】
【発明を実施するための形態】
【0072】
種々の図面における同様の参照番号および記号は、同様の要素を示す。
【0073】
例えば、インクジェットプリンタのための流体送達システムは、０．１ピコリットル～１００ピコリットルの体積を伴う液滴等の流体の大きい液滴を吐出することが可能である、高出力アクチュエータを有することができる。高出力アクチュエータはまた、流体吐出器のサイズが低減されながら、流体送達システムから所与の液滴サイズを吐出するための能力を維持することができる。より小型の流体吐出器は、概して、それらが流体吐出器が形成される原材料上の空間をあまり占めないため、生産するためにあまり費用がかからない。さらに、より小型の流体吐出器は、より高い共振周期を有し得、故に、より急速な吐出を達成することができる。本明細書に説明される高出力アクチュエータを伴う流体送達システムは、その中に形成される１つ以上の溝を含むことにより流体吐出器からの増加された流体送達出力を促進するアクチュエータを利用する。
【0074】
図１は、例えば、図２に示される印刷ヘッド２００のための、高流体送達出力に対応する流体送達システム１００のある実施例を描写する。特に、図１は、印刷ヘッド２００の支持構造１０２と、アクチュエータ１０８とを含む、流体送達システム１００の横断面斜視図を示す。支持構造１０２の、変形可能膜等の変形可能部分１０４が、圧送チャンバ１０６を画定する。アクチュエータ１０８が、支持構造１０２の変形可能部分１０４上に位置付けられる。アクチュエータ１０８は、支持構造１０２の変形可能部分１０４を変形させ、したがって、流体の液滴を圧送チャンバ１０６から吐出させる。
【0075】
アクチュエータ１０８は、アクチュエータ１０８の外部表面１１２上等、アクチュエータ１０８内に形成される１つ以上の溝を含む、溝配列を含む。アクチュエータ１０８は、アクチュエータ１０８が、支持構造１０２の変形可能部分１０４の外側の領域内に固定されるように位置付けられることができる。この点について、アクチュエータ１０８が作動されると、アクチュエータ１０８は、変形可能部分１０４の領域内で変形するが、変形可能部分１０４の外側の領域においては変形を実質的に被らない。溝１１０は、所与の電圧によってアクチュエータ１０８が駆動されると、変形可能部分１０４のより高い変形を促進することができる。
【0076】
いくつかの実装では、流体送達システム１００は、図２に描写されるような印刷ヘッド２００の一部を形成する。印刷ヘッド２００は、インク、生物学的液体、ポリマー、電子構成要素を形成するための液体、または他のタイプの流体等の流体の液滴を表面上に吐出する。印刷ヘッド２００は、１つ以上の流体送達システム１００を含み、各流体送達システムは、図１に関して説明されるように、対応する支持構造１０２およびアクチュエータ１０８を含む。
【0077】
図２－４を参照すると、印刷ヘッド２００は、流体送達システム１００の支持構造１０２およびインターポーザアセンブリ２１４に結合される、基板３００を含む。基板３００は、ある場合には、基板３００を通した流体のための流路を画定する通路がそれを通して形成される、シリコン基板等のモノリシック半導体本体である。いくつかの実装では、基板３００および特定の流体送達システム１００の支持構造１０２は、その流体送達システムの圧送チャンバ１０６をともに画定する。いくつかの実装では、支持構造１０２は、基板３００の一部である。
【0078】
印刷ヘッド２００は、流体供給チャンバ２０４および流体帰還チャンバ２０６に分割される内部容積を有する、ケーシング２０２を含む。ある場合には、内部容積は、分割構造２０８によって分割される。分割構造２０８は、例えば、上側分割部２１０と、下側分割部２１２とを含む。流体供給チャンバ２０４および流体帰還チャンバ２０６の底部は、インターポーザアセンブリ２１４の上面によって画定される。
【0079】
インターポーザアセンブリ２１４は、接合、摩擦、または別の取付機構等によって、ケーシング２０２に取り付け可能である。インターポーザアセンブリ２１４は、例えば、上側インターポーザ２１６と、下側インターポーザ２１８とを含む。下側インターポーザ２１８は、上側インターポーザ２１６と基板３００との間に位置付けられる。上側インターポーザ２１６は、流体供給入口２２２と、流体帰還出口２２４とを含む。流体供給入口２２２および流体帰還出口２２４は、例えば、上側インターポーザ２１６内の開口として形成される。
【0080】
流路２２６が、流体供給チャンバ２０４を流体帰還チャンバ２０６に接続するように形成される。流路２２６は、例えば、上側インターポーザ２１６、下側インターポーザ２１８、および基板３００内に形成される。流路２２６は、供給チャンバ２０４から基板３００を通した流体供給入口２２２の中への流体流を可能にし、そして図３に示されるように、印刷ヘッド２００からの流体の吐出のための１つ以上の流体吐出部３０６への流体流を可能にする。いくつかの実装では、流体送達システム１００は、流体吐出器３０６のうちの１つ以上のものを含み、流体送達システム１００のアクチュエータ１０８は、駆動されると、圧送チャンバ１０６から流体吐出器３０６を通して流体を吐出する。流路２２６はまた、流体吐出部３０６から流体帰還出口２２４の中への、および帰還チャンバ２０６の中への流体流も可能にする。図２は、流路２２６を一直線の通路を形成する単一の流路として描写するが、いくつかの実装では、印刷ヘッド２００は、複数の流路を含む。代替として、または加えて、流路のうちの１つ以上のものは、一直線ではない。
【0081】
流路２２６では、基板入口３１０が、供給チャンバ２０４から流体を受容し、基板３００を通して、特に、支持構造１０２を通して延在し、１つ以上の入口給送チャネル３０４に流体を供給する。各入口給送チャネル３０４は、対応する入口通路を通して複数の流体吐出器３０６に流体を供給する。
【0082】
各流体吐出器３０６は、単一のノズル等の、１つ以上のノズル３０８を含む。ノズル３０８は、基板３００のノズル層３１２内、例えば、基板３００の底部表面上に形成される。いくつかの実施例では、ノズル層３１２は、基板３００の一体型部分である。いくつかの実施例では、ノズル層３１２は、基板３００の表面上に堆積される層である。流体は、流体吐出器３０６のうちの１つ以上のもののノズル３０８から選択的に吐出される。流体は、例えば、表面上に画像を印刷するために表面上に吐出されるインクである。
【0083】
流体は、吐出部流路４００に沿って各流体吐出部３０６を通して流動する。吐出部流路４００は、例えば、圧送チャンバ入口通路４０２、圧送チャンバ１０６、ディセンダ４０４、および出口通路４０６を含む。圧送チャンバ入口通路４０２は、圧送チャンバ１０６を入口給送チャネル３０４に接続する、例えば、流体的に接続する。圧送チャンバ入口通路４０２は、いくつかの実施例では、アセンダ４１０および圧送チャンバ入口４１２を含む。ディセンダ４０４は、対応するノズル３０８に接続される。出口通路４０６は、ディセンダ４０４を出口給送チャネル４０８に接続する。いくつかの実施例では、基板出口（図示せず）は、出口給送チャネル４０８を帰還チャンバ２０６に接続する。
【0084】
図３および４に示される実施例では、基板入口３１０、入口給送チャネル３０４、および出口給送チャネル４０８等の通路が、共通平面内に存在する。いくつかの実施例では、基板入口３１０、入口給送チャネル３０４、および出口給送チャネル４０８のうちの１つ以上のものは、他の通路との共通平面内に存在しない。
【0085】
図５Ａおよび５Ｂを参照すると、基板３００は、その中に形成され、相互に平行に延在する、複数の入口給送チャネル３０４を含む。各入口給送チャネル３０４は、入口給送チャネル３０４から延在する、例えば、入口給送チャネル３０４から垂直に延在する少なくとも１つの基板入口３１０と流体連通する。複数の出口給送チャネル４０８が、基板３００内に形成され、ある場合には、相互に平行に延在する。各出口給送チャネル４０８は、出口給送チャネル４０８から延在する、例えば、出口給送チャネル４０８から垂直に延在する少なくとも１つの基板出口（図示せず）と流体連通する。いくつかの実施例では、入口給送チャネル３０４および出口給送チャネル４０８は、交互行に配列される。
【0086】
基板は、複数の流体吐出器３０６を含む。流体は、各流体吐出器３０６を通して、アセンダ４１０と、圧送チャンバ入口４１２と、圧送チャンバ１０６と、ディセンダ４０４とを含む、対応する吐出器流路４００に沿って流動する。各アセンダ４１０は、入口給送チャネル３０４のうちの１つに接続される。各アセンダ４１０もまた、圧送チャンバ入口４１２を通して、対応する圧送チャンバ１０６に接続される。圧送チャンバ１０６は、関連付けられたノズル３０８に接続される、対応するディセンダ４０４に接続される。各ディセンダ４０４はまた、対応する出口通路４０６を通して、出口給送チャネル４０８のうちの１つに接続される。例えば、図４の流体吐出器３０６の横断面図が、図５Ａの線４－４に沿って得られる。
【0087】
特定の流路構成は、いくつかの実装において変動し得る。いくつかの実施例では、印刷ヘッド２００は、平行な列５００内に配列される、複数のノズル３０８を含む。所与の列５００内のノズル３０８は全て、同一入口給送チャネル３０４および同一出口給送チャネル４０８に接続されることができる。すなわち、例えば、所与の列内のアセンダ４１０は全て、同一入口給送チャネル３０４に接続されることができ、所与の列内のディセンダは全て、同一出口給送チャネル４０８に接続されることができる。
【0088】
いくつかの実施例では、隣接する列内のノズル３０８は、同一の入口給送チャネル３０４または同一の出口給送チャネル４０８に接続されることができるが、両方に接続されることはできない。別の実施例では、列５００ａ内の各ノズル３０８は、入口給送チャネル３０４ａおよび出口給送チャネル４０８ａに接続される。隣接する列５００ｂ内のノズル３０８もまた、入口給送チャネル３０４ａに接続されるが、出口給送チャネル４０８ｂには接続されない。
【0089】
いくつかの実施例では、ノズル３０８の列は、交互パターンにおいて同一入口給送チャネル３０４または同一出口給送チャネル４０８に接続されることができる。印刷ヘッド２００についてのさらなる詳細は、米国特許第７，５６６，１１８号（その内容は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に見出されることができる。
【0090】
再び、図３を参照すると、各流体吐出器３０６は、圧電性アクチュエータ、抵抗加熱器、または別のタイプのアクチュエータ等の、対応するアクチュエータ１０８を有する。各流体吐出器３０６の圧送チャンバ１０６は、対応するアクチュエータ１０８に接近している。各アクチュエータ１０８は、例えば、圧送チャンバ１０６を加圧するような様式で変形することによって、対応する圧送チャンバ１０６を加圧するように選択的に作動されるように構成される。圧送チャンバ１０６が加圧されると、流体が、加圧された圧送チャンバに接続されるノズル３０８から吐出される。
【0091】
図６Ａおよび６Ｂを参照すると、アクチュエータ１０８は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の層等の圧電層３１４を含む。圧電層３１４は、約５０μｍ以下、例えば、約１μｍ～約２５μｍ、例えば、約２μｍ～約５μｍの厚さを有することができる。図３の実施例では、圧電層３１４は、連続的である。いくつかの実施例では、圧電層３１４は、不連続的である。圧電層３１４は、不連続的である場合、例えば、加工の間のエッチングまたは鋸切断ステップによって形成される、２つ以上の非連結部分を含む。
【0092】
いくつかの実装では、アクチュエータ１０８は、第１の電極と、第２の電極とを含む。圧電層３１４は、第１の電極と第２の電極との間に位置付けられる。第１の電極は、例えば、駆動電極３１６であり、第２の電極は、例えば、接地電極３１８である。駆動電極３１６および接地電極３１８は、例えば、銅、金、タングステン、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、チタン、白金、または伝導性材料の組み合わせ等の伝導性材料（例えば、金属）から形成される。駆動電極３１６および接地電極３１８の厚さは、例えば、約３μｍ以下、約２μｍ以下、約０．２３μｍ、約０．１２μｍ、約０．５μｍである。いくつかの実装では、駆動電極３１６および接地電極３１８は、異なるサイズである。接地電極３１８は、例えば、駆動電極３１６の厚さの１００％～３００％である厚さを有する。一実施例では、接地電極３１８は、０．２３μｍの厚さを有し、駆動電極３１６は、０．１２μｍの厚さを有する。
【0093】
支持構造１０２は、アクチュエータ１０８と圧送チャンバ１０６との間に位置付けられ、それによって、接地電極３１８を圧送チャンバ１０６内の流体から隔離する。いくつかの実施例では、支持構造１０２は、基板３００と別個である層である。いくつかの実施例では、支持構造１０２は、基板３００と一体化されている。図６Ａおよび６Ｂは、支持構造１０２と圧電層３１４との間に位置付けられる接地電極３１８を描写するが、いくつかの実装では、駆動電極３１６は、支持構造１０２と圧電層３１４との間に位置付けられる。
【0094】
圧電性アクチュエータ１０８を作動させるために、電圧が、駆動電極３１６と接地電極３１８との間に印加され、電圧を圧電層３１４に印加することができる。印加された電圧は、圧電性アクチュエータ上に極性を誘起し、これは、圧電層３１４を偏向させ、ひいては、支持構造１０２を変形させる、例えば、支持構造１０２の変形可能部分１０４を変形させる。支持構造１０２の変形可能部分１０４の偏向は、圧送チャンバ１０６の容積の変化をもたらし、圧送チャンバ１０６内に圧力パルスを産出する。圧力パルスは、ディセンダ４０４を通して対応するノズル３０８に伝搬し、したがって、流体の液滴をノズル３０８から吐出させる。
【0095】
印刷ヘッド２００は、いくつかの実装では、支持構造１０２の変形可能部分１０４を変形させるように駆動電極３１６に電圧を印加するための、コントローラ６００を含む。コントローラ６００は、例えば、駆動部６０２、例えば、駆動電極３１６に印加される電圧を変調させるための制御可能な電圧源を動作させる。印加された電圧は、支持構造１０２の変形可能部分１０４を選択可能な量だけ変形させる。いくつかの実装では、電圧は、支持構造１０２の変形可能部分１０４が圧送チャンバ１０６から離れるように変形するような様式で、駆動電極３１６に印加される。印加された電圧は、例えば、電圧差、例えば、圧電層３１４を駆動電極３１６に向かって偏向させる接地電極３１８と駆動電極３１６との間の極性をもたらす。この点について、接地電極３１８が、変形可能部分１０４と圧電層３１４との間に位置付けられる場合、変形可能部分１０４は、圧送チャンバ１０６から離れるように変形する。
【0096】
いくつかの実装では、支持構造１０２は、シリコン、例えば、単結晶シリコンの単一の層から形成される。いくつかの実装では、支持構造１０２は、別の半導体材料の層、酸化アルミニウム（ＡｌＯ２）または酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等の酸化物、ガラス、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、他のセラミックまたは金属の１つ以上の層、シリコン・オン・インシュレータ、または他の材料から形成される。支持構造１０２は、例えば、支持構造１０２の変形可能部分１０４が、アクチュエータ１０８が駆動されると、流体の液滴を吐出するように十分に撓曲するような弾性を有する不活性材料から形成される。いくつかの実施例では、支持構造１０２は、接着部３０２を用いてアクチュエータ１０８に固着される。いくつかの実施例では、基板３００、ノズル層３１２、および変形可能部分１０４のうちの２つ以上のものが、一体化本体として形成される。
【0097】
いくつかの実装では、アクチュエータは、アクチュエータの外部表面内に形成される１つ以上の溝を含む、溝配列を含む。溝は、図７－９に示されるもの等の種々の形状を呈することができる。本明細書に説明される溝の実施例は、より多くの量の流体が、アクチュエータ上により大きいフープ応力をもたらすことなく、アクチュエータの動作の間に圧送チャンバから吐出されることを可能にすることができる。図１０は、流体送達システム１０００のアクチュエータ１００２の動作のある実施例を描写する。駆動されると、アクチュエータ１００２は、圧送チャンバ１００４からノズル（図示せず）を通して流体を吐出するような様式で偏向する。アクチュエータ１００２が変形されると、圧送チャンバ１００４が、流体を吐出するように膨張する。ある場合には、本明細書に説明されるように、アクチュエータ１００２上に形成された溝が、流体を吐出するための圧送チャンバ１００４の容積膨張の量を前提として、アクチュエータ１００２内のフープ応力の量を低減させる。
【0098】
図１０の挿入部１００６に示されるように、溝１００８が、支持構造１０２の変形可能部分１０４の周１０１０内に形成される。いくつかの実装では、溝１００８は、アクチュエータ１００２の外部表面１０１４から変形可能部分１０４の外部表面１０１６まで延在する。いくつかの実装では、変形可能部分１０４は、酸化物層１０１８を含み、変形可能部分１０４の外部表面１０１６は、酸化物層１０１８の外部表面である。
【0099】
アクチュエータ１００２が駆動され、変形可能部分１０４を変形させる、アクチュエータ１００２の動作の間、溝１００８は、円周方向に延在することによって、ヒンジとしての役割を果たす。特に、溝１００８の位置は、アクチュエータ１００２が偏向されるときのアクチュエータ１００２の湾曲の変曲点の場所を決定する。変曲点は、アクチュエータ１００２の湾曲が符号を変更する点、例えば、アクチュエータ１００２が内向きの曲線から外向きの曲線または外向きの曲線から内向きの曲線になる点に対応する。溝１００８は、この点について、変形可能部分１０４の周１０１０に近接してまたはその中心１０２０に近接して位置付けられる。本様式で位置付けられることによって、アクチュエータ１００２のより多くの部分が、同一の方向に湾曲される、例えば、内向きに湾曲される、または外向きに湾曲される。結果として、アクチュエータ１００２は、より大きい変形を達成し、それによって、圧送チャンバ１００４のより大きい達成可能な容積膨張をもたらすことができる。溝１００８が、周１０１０の近傍に位置付けられる場合、溝１００８と中心１０２０との間の領域における変形可能部分１０４の変形は、溝を伴わない変形可能部分の変形より大きい。溝１００８が、中心１０２０の近傍に位置付けられる場合、周１０１０と溝１００８との間の領域における変形可能部分１０４の変形は、溝を伴わない変形可能部分の変形より大きい。溝１００８は、したがって、アクチュエータ１００２が駆動されるとき、圧送チャンバ１００４から吐出され得る流体の量を増加させることができる。特に、圧送チャンバ１００４から吐出される流体の各液滴は、０．０１ｍＬ～８０ｍＬの体積を有する。
【0100】
本明細書に説明されるように、アクチュエータ１００２は、電圧差、例えば、その電極１０２２と１０２４との間で維持される極性に応答して変形する、圧電性アクチュエータである。図１０に示されるように、アクチュエータ１００２を動作させるために、第１の電圧Ｖ１が、アクチュエータ１００２の電極１０２２に印加される。第２の電圧Ｖ２が、アクチュエータ１００２の電極１０２４に印加され、電極１０２２と１０２４との間の極性を維持する。コントローラ１０２５は、例えば、第１の電圧Ｖ１を印加するように駆動部１０２７を動作させ、コントローラ１０２５は、第２の電圧Ｖ２を印加するように駆動部１０２７を動作させる。極性は、支持構造１０２によって画定された圧送チャンバ１００４が、例えば、流体吐出器３０６を通して流体の液滴を吐出するように、溝１００８に沿ってアクチュエータ１００２を変形させる。
【0101】
ある場合には、第１の電圧Ｖ１は、接地電圧であり、第２の電圧Ｖ２は、電圧源、例えば、駆動部１０２７によって印加される電圧である。この点について、電極１０２２は、接地電極に対応し、電極１０２４もまた、接地電極に対応する。
【0102】
いくつかの実装では、第２の電圧Ｖ２は、印加されると、圧送チャンバ１００４の容積を増加させる様式でアクチュエータ１００２を変形させる。第２の電圧Ｖ２が低減されると、圧送チャンバ１００４の容積が、減少し、それによって、流体の液滴を吐出させる。
【0103】
図１０は、溝１００８を円周方向に延在する溝として描写する一方、いくつかの実装では、溝１００８を含むことに加えて、アクチュエータ１００２は、半径方向に延在する溝、丸みを帯びた溝、または本明細書に説明されるような他の溝を含む。本明細書に説明されるように、溝の種々の配列が、所与の電圧によって駆動されると、アクチュエータの偏向の量を増加させ、アクチュエータの偏向の所与の量によって引き起こされるフープ応力を低減させることが可能である。図７を参照すると、ある実施例では、アクチュエータ７００は、溝７０２を含む、溝配列を含む。溝７０２は、半径方向に延在する溝、例えば、支持構造の変形可能部分の中心７０４から離れるように半径方向外向きに延在する溝等である。本明細書に説明されるように、半径方向に延在する溝７０２は、それを通して溝７０２が延在するアクチュエータ７００を通したフープ応力を低減させることができる。
【0104】
いくつかの実装では、溝配列は、複数の半径方向に延在する溝を含む。溝７０２は、例えば、複数の半径方向に延在する溝７０２のうちの１つである。半径方向に延在する溝７０２は、例えば、相互に対して角度付けられる。半径方向に延在する溝７０２はそれぞれ、例えば、中心７０４から離れるように半径方向外向きに延在する。中心７０４は、例えば、変形可能部分１０４の幾何中心に対応する。
【0105】
溝配列が複数の溝を含む実装において、アクチュエータ７００を通した溝７０２の分布は、いくつかの実施例では、変形可能部分の周７１２の曲率に依存する。溝７０２はそれぞれ、周７１２を通過する対応する軸に沿って延在する。対応する軸は、例えば、変形可能部分の中心７０４から、周７１２を通して延在する。いくつかの実装では、周７１２が、より低い曲率部分と、より高い曲率部分とを含む場合、アクチュエータ７００は、より低い曲率部分における単位長さあたりの溝の数と異なる、より高い曲率部分における単位長さあたりの溝の数を有する。特に、より高い曲率部分における単位長さあたりの溝の数は、より低い曲率部分における単位長さあたりの溝の数よりも多いことができる。周７１２の最も高い曲率部分は、最も高いフープ応力を有する変形可能部分の部分に対応することができる。より高い曲率部分に近接するより多い溝７０２の数は、したがって、これらの部分の近傍のより高いフープ応力を低減させることができる。
【0106】
いくつかの実装では、アクチュエータ７００の溝配列は、円周方向の溝等の溝７０８を含む。溝７０８は、例えば、周７１２から内向きに（例えば、変形可能部分の中心７０４に向かって）オフセットされる。溝７０８は、周７１２の一部から内向きにオフセットされる、ループを画定する。いくつかの実施例では、溝７０８によって画定されるループの形状は、変形可能部分の周７１２を辿ることができる。いくつかの実装では、溝７０８の中心は、変形可能部分の中心７０４と一致し、例えば、溝７０８によって囲まれる面積の幾何中心は、変形可能部分の幾何中心と一致する。溝７０８は、中心７０４から延在する半径に沿ったアクチュエータ７００の変形が、そのような溝を伴わないアクチュエータにおいて予期される変形より周７１２から溝７０８において大きくなるように位置付けられる。
【0107】
溝７０８によって画定されたループは、アクチュエータ７００の中心７０４を囲繞する連続的なループであり得る。この点について、溝７０８は、アクチュエータ７００を、中心内側部分７１１ａと、中心内部部分７１１ｂを囲繞する外側部分７１１ｂとに分割する。溝７０２は、外側部分７１１ｂを通して半径方向に延在する。中心内側部分７１１ａは、外側部分７１１ｂに対して不連続的であり、溝７０８によって外側部分７１１ｂから分離されている。
【0108】
ある場合には、溝７０８と変形可能部分の周７１２との間の距離７１４は、溝７０８と変形可能部分の中心７０４との間の距離７１６よりも大きい。ある場合には、溝と周７１２との間の距離７１４は、溝７０８と中心７０４との間の距離７１６の２０％～８０％である。
【0109】
いくつかの実装では、アクチュエータ７００の電極、例えば、駆動電極３１６は、アクチュエータ７００の外部表面上かつ溝７０８と変形可能部分の周７１２との間に位置付けられる。この点について、アクチュエータ７００の電極は、内周囲長および外周囲長を有するリングである。リング電極の厚さ（例えば、内周囲長と外周囲長との間の距離）は、溝７０８と変形可能部分の周７１２との間の距離７１４以下であり得る。アクチュエータ７００の溝配列は、アクチュエータ７００の電極が、アクチュエータ７００が溝配列を有していない場合より変形可能部分の中心７０４に近接して位置付けられることを可能にすることができる。
【0110】
図７に描写されるように、いくつかの実装では、アクチュエータ７００の溝配列は、溝７０２および溝７０８の両方を含む。溝７０２は、例えば、溝７０２が溝７０８に出会う点において溝７０８に対して垂直である。アクチュエータ７００が、複数の溝７０２を含む場合、複数の溝７０２はそれぞれ、溝７０２が溝７０８に出会う点において溝７０８に対して垂直である。いくつかの実装では、アクチュエータ７００は、円周方向の溝７０８を伴わずに１つ以上の半径方向に延在する溝７０２のみを含む。いくつかの実施例では、アクチュエータ７００は、半径方向に延在する溝７０２を伴わずに円周方向の溝７０８のみを含む。
【0111】
図７のアクチュエータ７００と同様に、図８に示されるアクチュエータ８００の実施例は、１つ以上の半径方向に延在する溝８０２を含む溝配列を含む。半径方向に延在する溝８０２はそれぞれ、第１の端部８０４と、第２の端部８０６とを含む。第１の端部８０４は、例えば、周８１０によって画定される変形可能部分の中心８０８に近接する。第２の端部８０６は、例えば、変形可能部分の周に近接する。アクチュエータ７００の溝配列は、アクチュエータ８００の外部表面８１３上に丸みを帯びた周を有する、溝８１２を含む。溝８０２は、周８１０に向かってある長さに沿って半径方向に延在し、溝８１２は、例えば、溝８０２の幅よりも大きい幅を有する。溝８１２の幅は、例えば、溝８１２が接続される溝８０２の幅よりも大きい。溝８１２は、例えば、アクチュエータ８００の外部表面８１３上に円形または楕円形の周を有する。溝８１２が、円形または楕円形の周を有する場合、ある場合には、周は、溝８０２の幅よりも大きい直径を有する。
【0112】
溝８０２の第２の端部８０６における溝８１２は、溝８０２の第２の端部８０６に近接するアクチュエータ８００によって被られる応力を低減させることができる。例えば、溝８１２の丸みを帯びた幾何学形状は、アクチュエータ８００が変形されるとき、溝８０２の第２の端部８０６における応力集中の大きさを低減させることができる。
【0113】
いくつかの実装では、溝８１２は、複数の溝８１２のうちの１つであり、例えば、溝配列は、複数の溝８１２を含む。溝８１２はそれぞれ、対応する半径方向に延在する溝８０２の第２の端部に位置付けられる。いくつかの実施例では、アクチュエータ８００は、図７に関して説明される溝７０８に類似する、溝８１４を含む。この点について、アクチュエータ８００の溝配列は、３つの相互接続された溝、例えば、溝８０２と、溝８１２と、溝８１４とを含む。
【0114】
いくつかの実装では、溝８０２、８１４の幅は、０．１～１０マイクロメートル、例えば、０．１～１マイクロメートル、および１～１０マイクロメートルである。いくつかの実装では、溝８１２の幅は、０．１～１００マイクロメートル、例えば、０．１～１マイクロメートル、１～１０マイクロメートル、および１０～１００マイクロメートルである。
【0115】
アクチュエータ７００、８００の実施例が、それぞれ、変形可能部分の周よりも変形可能部分の中心に近接している溝７０８、８１４を含む一方、いくつかの実装では、図９に示されるように、アクチュエータ９００は、変形可能部分の中心９０６よりも変形可能部分の周９０４に近接している溝９０２を含む溝配列を含む。図９に示されるように、溝９０２は、変形可能部分の周９０４の外側に位置付けられる。代替として、または加えて、溝９０２は、周９０４の内側に位置付けられる。いくつかの実装では、周９０４および溝９０２は、相互に重複する。
【0116】
溝９０２および周９０４は、ある場合には、重複する。溝９０２は、溝９０２が、変形可能部分の周９０４を辿るまたはそれに重複するように、アクチュエータ９００上に配列される。周９０４に沿って位置付けられることによって、溝９０２は、変形可能部分の周９０４が支持し得るモーメントの量を減少させることができる。結果として、変形可能部分は、所与の電圧に応答してより大きい量変形する。いくつかの実装では、アクチュエータ９００の電極、例えば、駆動電極３１６は、アクチュエータ７００の外部表面上かつ溝９０２と変形可能部分の周９０４との間に位置付けられる。この点について、アクチュエータ９００の電極は、距離９１３にほぼ等しい半径を有する、例えば、周９０４から距離９１１をあけて位置付けられる周を有する、円形プレートである。
【0117】
ある場合には、溝９０２は、第１の端部９０８と、第２の端部９１０とを有する、曲線を画定する。第１の端部９０８は、例えば、電極９１４に電圧を印加するために、電極９１４を電気システム９１５に接続し、例えば、電極９１４を図６に関して説明されるコントローラ６００および駆動部６０２に接続する、電気コネクタ９１２に近接する。この点について、電極９１４は、変形可能部分の中心９０６においてアクチュエータの外部表面９２２上に位置付けられる。第２の端部９１０は、例えば、圧送チャンバ入口９３０、例えば、圧送チャンバ入口４１２に近接する。圧送チャンバ入口は、例えば、基板、例えば、溝９０２の第２の端部９１０に近接する場所において、基板３００を通して延在し、圧送チャンバ９３２、例えば、圧送チャンバ１０６に接続する。
【0118】
いくつかの実装では、溝９０２は、溝９０２と、別の溝９１６とを含む溝配列の一部である。溝配列は、例えば、溝が、周９０４の部分からオフセットされるように延在する、不連続的な溝のセットを含む。溝９０２および溝９１６は、例えば、外部表面９２２および外部領域９２６上に内部領域９２４を画定する。ある場合には、電極９１４は、内部領域９２４内に位置付けられ、溝９０２および溝９１６は、電気コネクタ９１２が内部領域９２４から外部領域９２６に通過することを可能にするように位置付けられる。溝９０２および溝９１６は、中心９０６から延在する半径に沿ったアクチュエータ９００の変形が、外部領域９２６から内部領域９２４に急激に増加するように位置付けられる。より大きな変形が、溝および溝９１６に近接する領域に限局化される。この点について、ある場合には、溝９０２および溝９１６は、より大きな変形の領域が、圧送チャンバ入口９３０から隔離されるように位置付けられる。
【0119】
溝９１６は、第１の端部９１８と、第２の端部９２０とを有する。溝９１６の第１の端部９１８は、例えば、圧送チャンバ入口９３０に近接し、溝９１６の第２の端部９２０は、例えば、電気コネクタ９１２に近接する。溝９１６の第１の端部９１８および溝９０２の第２の端部は、アクチュエータの外部表面９２２上に間隙を画定する。電気コネクタ９１２は、間隙を通過する。電気コネクタ９１２は、変形に起因する損傷が生じやすくあり得る。間隙は、電気コネクタ９１２の領域内の変形を低減させ、それによって、アクチュエータ９００が駆動されるときの電気コネクタ９１２の損傷のリスクを低減させることができる。溝９１６の第２の端部９２０および溝９０２の第１の端部９０８は、アクチュエータの外部表面９２２上に間隙を画定する。基板の圧送チャンバ入口９３０は、間隙の場所において基板を通して延在する。圧送チャンバ入口９３０の近傍の領域における変形は、圧送チャンバから吐出される流体の量を低減させる、流動動態をもたらすことができる。本間隙は、圧送チャンバ入口９３０の近傍の領域における変形可能部分の変形を低減させ、それによって、圧送チャンバから吐出される流体の出力を増加させることができる。いくつかの実装では、アクチュエータ９００は、溝の第１の端部９０８および第２の端部９１０が両方、電気コネクタ９１２および／または圧送チャンバ入口９３０に近接する、単一の溝９０２を含む。
【0120】
図１１は、流体送達システム、例えば、圧電性アクチュエータおよび支持構造を含む、本明細書に説明される流体送達システムのうちの１つを製造するためのプロセス１１００を描写する。動作１１０２において、圧電性アクチュエータが、支持構造上に位置付けられる。動作１１０４において、溝が、アクチュエータの外部表面上に形成される。例えば、溝は、乾式または湿式エッチング、機械的鋸切断、または他のプロセスによって形成されることができる。
【0121】
いくつかの実装が、説明されている。但し、種々の修正が、他の実装において存在する。
【0122】
図７－９は、アクチュエータの外部表面上に形成される溝の種々の配列を示すが、他の実装では、溝の配列は、変動し得る。例えば、図１２－１９は、代替の溝配列を示す。図１２－１８に描写されるアクチュエータは、支持部材、例えば、アクチュエータの内側部分をアクチュエータの外側部分に接続するコネクタを含む。これらの支持部材は、アクチュエータとアクチュエータが接着されている下層の支持構造との間の接続を強化することができる。特に、これらの支持部材は、アクチュエータが変形されるとき、層間剥離を防止することができる。加えて、支持部材は、破損に対してアクチュエータを強化することができる。例えば、支持部材の存在は、アクチュエータの中央領域が破損することを防止することができる。
【0123】
図１２において、アクチュエータ１２００は、アクチュエータ１２００の中心１２０４から半径方向外向きに延在する、複数の半径方向に延在する溝１２０２ａ、１２０２ｂ、１２０２ｃ、１２０２ｄ、および１２０２ｅ（集合的に溝１２０２と称される）を含む。いくつかの実施例では、アクチュエータ１２００を中心とした半径方向に延在する溝１２０２の分布は、図７に関して説明される半径方向に延在する溝７０２の分布に類似し得る。アクチュエータ１２００は、半径方向に延在する溝１２０２を相互に接続する、１つ以上の円周方向に延在する溝１２０８ａ、１２０８ｂを含む。アクチュエータ１２００の中心１２０４のまわりに閉ループを形成するアクチュエータ７００の溝７０８とは異なり、溝１２０８ａ、１２０８ｂは、相互に接続しない。この点について、アクチュエータ１２００は、連続的なループである溝を含まない。図１２の実施例では、円周方向に延在する溝１２０８ａは、半径方向に延在する溝１２０２ａ、１２０２ｅに接続され、円周方向に延在する溝１２０８ｂは、半径方向に延在する溝１２０２ｂ、１２０２ｃに接続されるが、他の配列もまた、可能性として考えられる。図１２に示されるように、いくつかの実装では、溝のうちの１つ以上のもの、例えば、溝１２０２ｄは、他の半径方向に延在する溝１２０２ｂ－ｅのうちのいずれにも接続されず、他の円周方向に延在する溝のうちのいずれにも接続されない、例えば、溝１２０８ａ、１２０８ｂには接続されない。
【0124】
アクチュエータ１２００は、連続的なループを形成する溝を含まないため、アクチュエータ１２００の中心内側部分１２１１ａが、溝１２０８ａと１２０８ｂとの間に延在するコネクタ１２１３ａ、１２１３ｂによって、アクチュエータ１２００の外側部分１２１１ｂに接続される。図１２の実施例では、コネクタ１２１３ａは、溝１２０８ａ、１２０２ｂから溝１２０２ｄを分離し、コネクタ１２１３ａ、１２１３ｂはさらに、溝１２０８ａ、１２０８ｂを相互から分離するが、コネクタはまた、溝に対して他の場所に設置されることができる。外側部分１２１１ｂに接続されることによって、中心部分１２１１ａは、中心部分１２１１ａを外側部分１２１１ｂに接続するコネクタ１２１３ａ、１２１３ｂによって提供される支持のため、より容易に下層の支持構造に付着されたままであることができる。いくつかの実装では、コネクタ１２１３ａ、１２１３ｂの幅は、本明細書に説明される他の溝に類似する幅を有するアクチュエータ１２００の溝の幅の０．５～１０倍である。
【0125】
図１３では、アクチュエータ１３００は、アクチュエータ１３００の中心１３０４から半径方向外向きに延在する、複数の半径方向に延在する溝１３０２ａ、１３０２ｂ、１３０２ｃ、１３０２ｄ、および１３０２ｅ（集合的に溝１３０２と称される）を含む。いくつかの実施例では、アクチュエータ１３００は、円周方向に延在する溝１３０８ａ、１３０８ｂが、相互に接続せず、半径方向に延在する溝１３０２から分離されているという点において、アクチュエータ１２００と異なる。いくつかの実施例では、アクチュエータ１２００の溝１２０２とは異なり、半径方向に延在する溝１３０２はそれぞれ、他の半径方向に延在する溝１３０２のうちの少なくとも１つに接続されることができる。アクチュエータ１３００は、半径方向に延在する溝１３０２を相互に接続する、接続溝１３０９ａ、１３０９ｂを含む。例えば、接続溝１３０９ｂは、半径方向に延在する溝１３０２ａ、１３０２ｂを相互に接続し、接続溝１３０９ａもまた、半径方向に延在する溝１３０２ｃ－１３０２ｅを相互に接続するが、他の配列もまた、可能性として考えられる。いくつかの実装では、接続溝１３０９ａ、１３０９ｂは、円周方向に延在する溝である一方、他の実装では、接続溝１３０９ａ、１３０９ｂは、アクチュエータ１３００の中心１３０４から離れるように湾曲する。
【0126】
いくつかの実施例では、アクチュエータ１２００の中心部分１２１１ａと同様に、アクチュエータ１３００の中心部分１３１１ａは、コネクタ１３１３ａ、１３１３ｂ、１３１３ｃ、１３１３ｄによって、アクチュエータ１３００の外側部分１３１１ｂに接続されることができる。コネクタ１３１３ａは、溝１３０８ａと接続溝１３０９ａとの間に延在し、コネクタ１３１３ｂは、溝１３０８ｂと接続溝１３０９ａとの間に延在し、コネクタ１３１３ｃは、溝１３０８ｂと接続溝１３０９ｂとの間に延在し、コネクタ１３１３ｄは、溝１３０８ａと接続溝１３０９ｂとの間に延在する。外側部分１３１１ｂに接続されることによって、中心部分１３１１ａは、中心部分１３１１ａを外側部分１３１１ｂに接続するコネクタ１３１３ａ、１３１３ｂ、１３１３ｃ、１３１３ｄによって提供される支持のため、より容易に下層の支持構造に付着されたままであることができる。
【0127】
図１４では、アクチュエータ１４００は、アクチュエータ１４００の中心１４０４から半径方向外向きに延在する、複数の半径方向に延在する溝１４０２ａ、１４０２ｂ、１４０２ｃ、１４０２ｄ、および１４０２ｅ（集合的に溝１４０２と称される）を含む。いくつかの実施例では、アクチュエータ１４００は、円周方向に延在する溝１４０８ａ、１４０８ｂが相互に対して不連続的である点において、アクチュエータ１３００に類似し得る。いくつかの実施例では、アクチュエータ１３００の円周方向に延在する溝１３０８ａ、１３０８ｂとは異なり、溝１４０８ａ、１４０８ｂは、それぞれ、半径方向に延在する溝１４０２のうちの少なくとも１つに接続されることができる。例えば、半径方向に延在する溝１４０２ｅが、円周方向に延在する溝１４０８ａに接続され、半径方向に延在する溝１４０２ｃが、円周方向に延在する溝１４０８ｂに接続される。半径方向に延在する溝１４０２ａ、１４０２ｂは、接続溝１４０９によって、相互に接続される。図１４に示されるように、半径方向に延在する溝１４０２ｄは、任意の他の半径方向に延在する溝に接続されず、円周方向の溝１４０８ａのうちのいずれのものにもまた接続されない。本溝配列を用いて、コネクタ１４１３ａ、１４１３ｂ、１４１３ｃは、アクチュエータ１４００の中心内側部分１４１１ａをアクチュエータ１４００の外側部分１４１１ｂに接続する。コネクタ１４１３ａは、円周方向の溝１４０８ａ、１４０８ｂから半径方向に延在する溝１４０２ｄを分離し、円周方向の溝１４０８ａ、１４０８ｂを相互から分離する。コネクタ１４１３ｂは、円周方向の溝１４０８ａから溝１４０２ａ、１４０２ｂ、および接続溝１４０９を分離し、コネクタ１４１３ｃは、円周方向の溝１４０８ｂから溝１４０２ａ、１４０２ｂ、および接続溝１４０９を分離する。
【0128】
図１５の実施例では、アクチュエータ１５００は、円周方向の溝１５０８ａが、接続溝１５０９ａに接続され、ひいては、円周方向の溝１５０８ａを半径方向に延在する溝１５０２ａ、１５０２ｂに接続する点において、アクチュエータ１４００と異なる。これらの溝は、溝の第１のセットを形成する。円周方向の溝１５０８ｂは、接続溝１５０９ｂに接続され、ひいては、円周方向の溝１５０８ｂを半径方向に延在する溝１５０２ｃ、１５０２ｄ、１５０２ｅに接続する。これらの溝は、溝の第２のセットを形成する。いくつかの実施例では、アクチュエータ１４００の円周方向の溝１４０８ａ、１４０８ｂと同様に、円周方向の溝１５０８ａ、１５０８ｂは、相互から分離されることができる。この点について、溝の第１のセットは、溝の第２のセットから分離される。コネクタ１５１３ａ、１５１３ｂは、アクチュエータ１５００の外側部分１５１１ｂからのアクチュエータ１５００の中心内側部分１５１１ａを接続し、溝の第２のセットから溝の第１のセットを分離する。
【0129】
図１６の実施例では、アクチュエータ１６００は、アクチュエータ１６００が、溝の第１のセットを溝の第２のセットに接続する、接続溝１６０９ｃを含むという点において、アクチュエータ１５００と異なる。溝の第１のセットは、円周方向の溝１６０８ａを半径方向に延在する溝１６０２ａ、１６０２ｂに接続する接続溝１６０９ａに直接接続される、円周方向の溝１６０８ａを含む。溝の第２のセットは、円周方向の溝１６０８ｂを半径方向に延在する溝１６０２ｃ、１６０２ｄ、１６０２ｅに接続する接続溝１６０９ｂに直接接続される、円周方向の溝１６０８ｂを含む。接続溝１６０９ｃは、円周方向の溝１６０８ａを円周方向の溝１６０８ｂに直接接続し、それによって、溝の第１のセットを溝の第２のセットに接続する。いくつかの実装では、接続溝１６０９ｃは、複数の半径方向において中心１６０６から円周方向の溝１６０８ａ、１６０８ｂまで半径方向外向きに延在するアクチュエータ１６００の中心１６０６を通して延在する。この点について、コネクタ１６１３ａ、１６１３ｂは、コネクタ１５１３ａ、１５１３ｂの幅よりも大きい、例えば、コネクタ１５１３ａ、１５１３ｂの幅よりも２～１５倍大きい幅を有する。さらに、アクチュエータ１５００の内側部分１５１１ａとは異なり、アクチュエータ１６００の内側部分は、接続溝１６０９ｃによって、第２の内側部分１６１１ｂから分離された、第１の内側部分１６１１ａに分割される。コネクタ１６１３ａは、第１の内側部分１６１１ａをアクチュエータ１６００の外側部分１６１１ｃに接続し、コネクタ１６１３ｂは、第２の内側部分１６１１ｂを外側部分１６１１ｃに接続する。
【0130】
図１７の実施例では、アクチュエータ１７００は、半径方向に延在する溝１７０２ａ－１７０２ｉと、接続溝１７０９ａ、１７０９ｂとを含む。いくつかの実施例では、半径方向に延在する溝１７０２ａ－１７０２ｅは、図１３に関して説明される半径方向に延在する溝１３０２ａ－１３０２ｅに類似し得、接続溝１７０９ａ、１７０９ｂは、接続溝１３０９ａ、１３０９ｂに類似する。円周方向の溝１３０８ａ、１３０８ｂと同様に、円周方向の溝１７０８ａ、１７０８ｂは、半径方向に延在する溝１７０２ａ－１７０２ｅから分離される。いくつかの実施例では、円周方向の溝１３０８ａ、１３０８とは異なり、円周方向の溝１７０８ａ、１７０８ｂは、半径方向に延在する溝１７０２ｆ－１７０２ｉに接続されることができる。特に、円周方向の溝１７０８ａは、半径方向に延在する溝１７０２ｆおよび半径方向に延在する溝１７０２ｉに接続され、円周方向の溝１７０８ｂは、半径方向に延在する溝１７０２ｇおよび半径方向に延在する溝１７０２ｈに接続される。半径方向に延在する溝１７０２ｆ－１７０２ｉは、それぞれ、半径方向に延在する溝１７０２ａ－１７０２ｃ、１７０２ｅに平行に、半径方向外向きに延在する。コネクタ１７１３ａ－１７１３ｄは、半径方向に延在する溝１７０２ｆ－１７０２ｉと半径方向に延在する溝１７０２ａ－１７０２ｃ、１７０２ｅとの間に位置付けられ、アクチュエータ１７００の中心内側部分１７１１ａをアクチュエータ１７００の外側部分１７１１ｂに接続する。この点について、コネクタ１７１３ａ－１７１３ｄは、半径方向外向きに延在し、アクチュエータ１７００の周１６１２に近接して終端する。
【0131】
図１８の実施例では、アクチュエータ１８００は、アクチュエータ１７００の半径方向に延在する溝１７０２ｃ－１７０２ｉに類似する、半径方向に延在する溝１８０２ａ－１８０２ｇを含む。いくつかの実施例では、アクチュエータ１８００は、円周方向の溝１７０８ａ、１７０８ｂに類似する、円周方向の溝１８０８ａ、１８０８ｂを含むことができる。いくつかの実施例では、アクチュエータ１８００は、アクチュエータ１７００の接続溝１７０９ａに類似する接続溝を含まず、アクチュエータ１７００の接続溝１７０８ｂに類似する接続溝１８０９を含む。アクチュエータ１８００は、アクチュエータ１８００が、アクチュエータ１７００の半径方向に延在する溝１７０２ａ、１７０２ｂに類似する溝を含まないという点において、アクチュエータ１７００と異なり得る。結果として、アクチュエータ１８００は、アクチュエータ１７００のコネクタ１７１３ｃ、１７１３ｄに類似するコネクタ１８１３ｂ、１８１３ｃを含むが、アクチュエータ１８００は、コネクタ１７１３ａ、１７１３ｂに類似するコネクタを含まない。むしろ、アクチュエータ１８００は、アクチュエータ１８００の内側部分１８１１ａをアクチュエータ１８００の外側部分１８１１ｂに接続する、コネクタ１８１３ａを含む。コネクタ１８１３ａは、アクチュエータ１２００のコネクタ１２１３ｂに類似する。
【0132】
図１９は、アクチュエータ１２００の半径方向に延在する溝１２０２ａ－１２０２ｅに類似する、半径方向に延在する溝１９０２ａ、１９０２ｂ、１９０２ｃ、１９０２ｄ、１９０２ｅ（集合的に半径方向に延在する溝１９０２と称される）を含む、アクチュエータ１９００のある実施例を示す。いくつかの実施例では、溝１２０２とは異なり、溝１９０２が、中心溝１９０３によって相互に接続される。アクチュエータ１２００の中心内側部分１２１１ａのような中心内側部分を含む代わりに、アクチュエータ１９００は、半径方向に延在する溝１９０２を相互に接続する、中心溝１９０３を含む。結果として、アクチュエータ１９００は、下層の支持構造からの層間剥離のリスクがあり得る、中心内側部分を含まない。
【0133】
本明細書に説明されるアクチュエータは、いくつかの実装では、ユニモルフである。この点について、そのような実装におけるアクチュエータは、単一の活性層と、単一の不活性層とを含む。アクチュエータ１０８は、例えば、支持構造１０２を含む。この点について、圧電層３１４は、活性層に対応し、支持構造１０２、例えば、支持構造１０２の変形可能部分１０４は、不活性層に対応する。
【0134】
１つの具体的な実施例では、印刷ヘッドは、１６個の流体吐出器としての役割を果たす（故に、給送チャネルと関連付けられた１６のメニスカスが、存在する）、給送チャネル（例えば、入口給送チャネル３０４または出口給送チャネル４０８）を有する。給送チャネルは、０．３９ｍｍの幅、０．２７ｍｍの深度、および６ｍｍの長さを有する。シリコンノズル層３１２の厚さは、３０μｍであり、ノズル層３１２の弾性係数は、１８６Ｅ９Ｐａである。各メニスカスの半径は、例えば、７～２５μｍである。水系インクのための典型的体積弾性係数は、約Ｂ＝２Ｅ９Ｐａであり、典型的表面張力は、約０．０３５Ｎ／ｍである。
【0135】
故に、他の実装もまた、本請求項の範囲内である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】