JP2007522971A - プリントヘッド - Google Patents

Abstract

液滴吐出装置において液体をガス抜きするのに用いられる方法および物品が開示されている。

Description

本発明はプリントヘッドに関する。

インクジェットプリンタは、通常、インク供給源からノズル経路までのインク経路を備えている。ノズル経路はノズル開口部で終端し、そこからインク液滴が吐出される。インク液滴吐出は、アクチュエータによりインク経路内のインクを加圧することによって制御される。このアクチュエータは、例えば、圧電式デフレクタ、サーマルバブルジェット（登録商標）発生器、または静電偏向素子であってよい。一般的なプリントヘッドは、対応するノズル開口部と関連するアクチュエータを備えたインク経路のアレイを有し、したがって、各ノズル開口部からの液滴吐出が独立して制御できる。ドロップ・オン・デマンド式プリントヘッドにおいて、各アクチュエータは、プリントヘッドと印刷基体が互いに対して相対的に動かされながら、画像の特定のピクセル位置で一滴を選択的に吐出するように動作される。高性能プリントヘッドにおいて、ノズル開口部は、直径が、一般に、５０マイクロメートル以下、例えば、約３５マイクロメートルであり、１００〜３００ノズル／インチ（２．５４ｃｍ）のピッチで隔てられ、解像度が１００から３０００ｄｐｉ以上であり、液滴サイズが約１から７０ピコリットル以下である。液滴吐出周波数は、一般に、１０ｋＨｚ以上である。

ホイジントン(Hoisington)等の特許文献１には、半導体本体と圧電アクチュエータを有するプリントヘッド・アセンブリが記載されている。この本体はシリコンから製造され、シリコンはインク室を画成するようにエッチングされている。ノズル開口部は別々のノズルプレートにより画成され、このプレートはシリコン本体に取り付けられている。圧電アクチュエータは圧電材料の層を有し、この層は、印加された電圧に応答して、外形を変化させたり、曲がったりする。圧電層の曲がりにより、インク経路に沿って位置するポンプ室内のインクが加圧される。圧電式インクジェットプリントアセンブリが、ここにその内容全てを引用する、フィッシュベック(Fishbeck)等の特許文献２、ハイン(Hine)の特許文献３、モイニハン(Moynihan)等の特許文献４、およびホイジントンの特許文献５にも記載されている。

プリントヘッド、特に高性能プリントヘッドの印刷精度は、プリントヘッド内のノズルから吐出される液滴のサイズおよび速度均一性を含む、多くの要因の影響を受ける。転じて、液滴のサイズおよび速度均一性は、例えば、溶解ガスや気泡によるインク流路の汚染などの多くの要因の影響を受ける。インクの脱気が、ここにその内容全てを引用する、ハイン等の特許文献６、ホイジントンの特許文献７、モイニハン等の特許文献８、およびハインの特許文献９に記載されている。
米国特許第５２６５３１５号明細書 米国特許第４８２５２２７号明細書 米国特許第４９３７５９８号明細書 米国特許第５６５９３４６号明細書 米国特許第５７５７３９１号明細書 米国特許第４９４０９５５号明細書 米国特許第４９０１０８２号明細書 米国特許第５７０１１４８号明細書 米国特許第５７４２３１３号明細書

ある態様において、本発明は、例えば、プリントヘッド・デバイスなどの液滴吐出デバイスを特徴とする。液滴吐出デバイスは、ノズル開口部から液滴を吐出するためにその中の流体が加圧される流路と、流体貯留領域、真空領域および流体貯留領域と真空領域との間の仕切りを含む脱気器とを備えている。脱気器の仕切りは、湿潤層、非湿潤層、および湿潤層と非湿潤層とを通って延在する１つ以上の通路を含む。湿潤層は流体貯留領域に露出されている。

実施の形態は、以下を１つ以上含んでよい。仕切り内の通路の幅は、約０．１マイクロメートルから約５マイクロメートルである。通路はスルーホールである。流路と脱気器は、シリコン材料本体内にある。仕切りの湿潤層の表面エネルギーは、ダインの試験(dynes test)にしたがって決定して、約４０ダイン／ｃｍ（４００μＮ／ｃｍ）以上である。湿潤層はシリコン材料である。非湿潤層は、ダインの試験にしたがって決定して、約２５ダイン／ｃｍ（２５０μＮ／ｃｍ）以下の表面エネルギーを有する。非湿潤層はポリマーである。非湿潤層はフルオロポリマーである。非湿潤層の厚さは約２マイクロメートル以下である。湿潤層の厚さは約２５マイクロメートル以下である。

実施の形態は、以下を１つ以上含んでよい。前記デバイスは圧電アクチュエータを含む。デバイス内のノズル開口部の幅は、約２００マイクロメートル以下である。デバイスは、複数の流路と複数の対応する脱気器を備えている。

ある態様においては、本発明は、ノズル開口部から液滴を吐出するためにその中の流体が加圧される流路と、流体貯留領域と真空領域との間に少なくとも１つの孔を有する仕切りを含む脱気器とを備えている。デバイスの流路の少なくとも一部分は、シリコン材料により画成され、脱気器はシリコン材料を含んでいる。

実施の形態は、以下を１つ以上含んでよい。脱気器の仕切りは二酸化ケイ素を含む。流路を画成するシリコン材料および脱気器のシリコン材料は、シリコン材料の共通体内にある。シリコン材料の共通体はＳＯＩ構造である。仕切りはポリマー材料を含む。脱気器内の流路は圧力室を含む。

ある態様において、本発明は、ダインの試験にしたがって決定された約４０ダイン／ｃｍ（４００μＮ／ｃｍ）以上の表面エネルギーを有する第１の層、ダインの試験にしたがって決定された約２５ダイン／ｃｍ（２５０μＮ／ｃｍ）以下の表面エネルギーを有する第２の層、および約５マイクロメートル以下の直径を持つ複数の通路を備えた流体脱気部分を特徴とする。

実施の形態は、以下を１つ以上含んでよい。脱気部分の第１の層はシリコン材料である。脱気部分の第２の層はフルオロポリマーである。

ある態様において、本発明は、液滴吐出方法を特徴とする。この方法は、ノズルから液滴を吐出するために流体が中で加圧される流路を提供する工程を有してなる。流体を加圧する前に、流体は脱気器に露出される。脱気器は、流体貯留領域、真空領域、および貯留領域と真空領域との間の仕切りを含んでおり、この仕切りは、湿潤層、非湿潤層および湿潤層と非湿潤層とを通る１つ以上の通路を備えている。この方法の次の工程は、流体を貯留領域中に向け、流体が通路を通って真空領域中に流れるのを妨げる真空を真空領域に与える各工程を含む。

実施の形態は、以下を１つ以上含んでよい。仕切り中の通路の内の１つの半径は、流体の表面エネルギーを真空圧力で割ったものを２倍することにより定義された値よりも小さい。その真空圧力は、約１０から２７ｍｍＨｇ（１．３から３．６ｋＰａ）である。

ある態様において、本発明は、脱気仕切りを形成する方法を特徴とする。この方法は、シリコン材料を提供し、シリコン材料上のポリマー層を形成し、シリコン材料とポリマー層を通る１つ以上の通路を形成する各工程を有してなる。

実施の形態は、以下を１つ以上含んでよい。提供されるシリコン材料は二酸化ケイ素である。ポリマーは、ポリマーまたはモノマーの堆積により形成される。通路はレーザ穴あけにより形成される。通路はエッチングにより形成される。この方法は、シリコン材料をエッチングしてその厚さを減少させる工程をさらに含む。この方法は、二酸化ケイ素構造体上にシリコンを提供し、二酸化ケイ素上のポリマー層を形成し、シリコンを二酸化ケイ素層までエッチングする各工程を含む。

ある態様において、本発明は、プリントヘッドを形成する方法を特徴とする。この方法は、シリコン材料の本体を提供し、シリコン材料の本体に、その中で流体が加圧される流路の少なくとも一部分を画成し、シリコン材料の本体に、脱気仕切りの少なくとも一部分を画成する各工程を有してなる。

ある態様において、流体貯留領域と真空領域との間に延在する少なくとも１つのスルーホールを有する仕切りを備えた脱気器を特徴とする。少なくとも１つのスルーホールの少なくとも一部分は、非湿潤表面を有する。

実施の形態は、以下を１つ以上含んでよい。仕切りは単一層を含んで差し支えない。仕切りは二つ以上の層を含んで差し支えない。スルーホールの直径は、約１マイクロメートル以下、特に、約２００ナノメートルから約８００ナノメートルであって差し支えない。

実施の形態は、以下を１つ以上含んでよい。仕切りをプリントヘッドの流体供給路中に組み込んで、ポンプ室に密接に近接したところでインクを脱気することができる。その結果、インクを効率的に脱気でき、これにより、プリントヘッド内のパージ・プロセスが改善され、また高周波数動作が改善される。さらにその結果、インク供給路内の仕切りを組み込み、別個の脱気デバイスをなくしたことによって、プリントヘッドのサイズを減少させることができる。脱気器は、シリコンまたは他の半導体材料を用いて形成しても差し支えない。

他の態様、特徴、および利点は、説明と図面、および特許請求の範囲から明らかとなるであろう。

様々な図面の同じ参照番号は、同じ要素を示す。

図１を参照する。インクジェットプリントヘッド１０は、その上に画像が印刷されるシート２４またはシートの一部分に亘るような様式で保持されたプリントヘッドユニット２０を備えている。画像は、プリントヘッド１０およびシート２４が互いに対して相対的に移動しながら（矢印）、ユニット２０からインクを選択的に噴射することによって印刷できる。図１に実施の形態において、３組のプリントヘッドユニット２０が、例えば、約１２インチ（約３０ｃｍ）以上の幅に亘り示されている。各組は、プリントヘッド１０とシート２４の間の相対運動の方向に沿って、多数の、この場合は３つのプリントヘッドユニットを含む。これらのユニットは、解像度および／または印刷速度を増加させるようにノズル開口部をずらすように配列しても差し支えない。あるいは、またはそれに加えて、各組における各ユニットに、異なるタイプまたは色のインクを供給しても差し支えない。この配列は、プリントヘッドがシートを一回通過したときに、シートの全幅に亘りカラー印刷するために使用できる。

図２を参照する。各プリントヘッドユニット２０は、対応するノズル開口部からインクを吐出するようにその中で流体を加圧できる複数の流路を含む。図示した実施の形態において、流路は、ポンプ室２２０、ノズル経路２２２、およびノズル２１５を含む。流体は、ポンプ室２２０内で圧電アクチュエータ２２４により加圧される。流路の特徴構造は、湿式またはプラズマエッチング技法によりエッチングできる材料の本体内に形成される。湿式またはプラズマエッチング技法を用いてエッチングできる材料の例としては、シリコン材料（例えば、シリコンウェハー、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウェハー）およびセラミック材料（例えば、サファイア基板、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板）が挙げられる。図２に示した実施の形態において、流路は、上側シリコン層２２６、埋没二酸化ケイ素層２２８、および下側シリコン層２３０を含むＳＯＩウェハーにエッチングされている。シリコン材料中に流路の特徴構造を有するプリントヘッドが、ここにその内容全てを引用する、２００２年７月３日に出願された米国特許出願第１０／１８９９４７号および２００２年１０月１０日に出願された米国仮特許出願第６０／５１０４５９号の各明細書にさらに説明されている。

インク流路に沿ったポンプ室２２０の上流には、脱気器４５がある。脱気器４５は、流体貯留領域４７、仕切り５０、および真空源７０と連絡した真空領域４９を含む。仕切り５０は、貯留領域４７と真空領域４９の間の通路６０を含む。仕切り５０は、湿潤層５２および非湿潤層５４も含む。流体貯留領域４７は、供給経路４０から流体を受け取り、その流体を仕切り５０に露出させる、インク流路に沿った領域である。真空領域４９において、圧力は、真空源７０によって、貯留領域内の圧力（例えば、６００ｍｍＨｇから８００ｍｍＨｇ（８０ｋＰａから１０８ｋＰａ））よりも低い圧力（例えば、１０から２７ｍｍＨｇ（１．３から３．６ｋＰａ））に維持される。

図３Ａと３Ｂも参照する。貯留領域４７内の流体は、仕切り５０と接触し、通路６０に進入する。この通路で、湿潤層５２と非湿潤層５４との間の界面にメニスカス８０が形成される。貯留領域内の流体は、通路６０を通って、真空領域４９内の低圧に露出され、この低圧により、空気と他のガスが流体から引き出される。貯留領域からの流体はポンプ室２２０に進入し、ここで、吐出のために加圧される。通路のサイズ、真空の大きさ、および仕切り層の材料は、流体が通路中に引き込まれるが、通路を通して真空領域４９中には引き込まれないように選択される。

平衡時の液体、固体、蒸気の界面の形状は、存在する境界に関する最小の全界面エネルギーに従う。界面の形状を描写する接触角θは、競合する界面エネルギー（液体−蒸気界面の界面エネルギーであるγ_lv、液体−固体界面の界面エネルギーであるγ_sl、および固体−蒸気界面の界面エネルギーであるγ_sv）の力のバランスにより決定される。

接触角は以下の式：

により記載される。接触角の９０°の値は、湿潤と非湿潤との間の差として一般に定義される。例えば、９０°より大きい接触角は、液体が固体表面を濡らさず、むしろ表面上で丸くなる界面を定義する。９０°未満の接触角は、液体が表面を濡らす界面を定義する。

湿潤層５２および非湿潤層５４に用いられる材料は、式（１）を心に留めて選択され、したがって、通路における湿潤層と流体との間の接触角は９０°未満になり、非湿潤層と流体との間の接触角は９０°より大きくなる。その結果、流体が、湿潤層と非湿潤層との間の界面５６と交わるまで、貯留領域４７内の流体が湿潤層５２に沿って通路６０を濡らす。界面では、液体と非湿潤層５４により形成された通路の壁との間の接触角の変化のために、インクがメニスカス８０を形成する。

通路６０内でメニスカス８０を維持するために、メニスカスの圧力Ｐ_mは、インクからガスと気泡を除去するのに用いられる真空圧力Ｐ_vよりも大きくなければならない（すなわち、Ｐ_m＞Ｐ_v）。メニスカスの圧力は：

として定義される。すなわち、メニスカスにより生じる圧力は、液体の表面エネルギーγ_lvにメニスカスの主半径ｒ₁＋ｒ₂を掛けたものに等しい。主半径は、メニスカスの局部表面曲率を記述し、それ自体、メニスカスの表面の外形を定義する。

２Ｒの直径を持つ円筒状通路内のメニスカスについて、メニスカスの湾曲表面は、ｒ₁＝ｒ₁＝Ｒ／ｓｉｎ（θ−９０°）により記載され、メニスカス圧力の式は：

に換算できる。

通路内のメニスカスを維持するために、真空圧力Ｐ_vは：

であるべきである。

それゆえ、Ｐ_vの真空圧力が脱気器４５内に生じる場合、インクは、通路内に引き込まれて、メニスカス８０を形成するであろう。通路の半径Ｒは、以下の式：

により定義される。完全に非湿潤性である層について（例えば、θ＝１８０°）、上記式は：

に換算される。その結果、仕切り５０を持ち、３０ダイン／ｃｍ（３００μＮ／ｃｍ）の表面エネルギーを有する流体の脱気に用いられる脱気器において、通路の半径は、１気圧でメニスカスを支持するために約０．６マイクロメートル未満である。

通路の半径は、非湿潤層５４の固体−液体界面と固体−蒸気界面の表面エネルギーに関して記載することもできる。ｓｉｎ（θ−９０°）を−ｃｏｓ（θ）で置換し、ｃｏｓ（θ）を式（１）で置換した後、式（５）は：

に換算できる。表面エネルギーおよび関連する熱力学計算のさらなる議論が、ここに引用するRobert T.DeHoffによる"Thermodynamics in Materials Science"の第１２章、McGraw-Hill,Inc. New York, 1993に見つけられる。

実施の形態において、通路の半径は、１気圧以下である真空圧力について、約５マイクロメートル以下、例えば、約５マイクロメートルから約０．１マイクロメートル、好ましくは約１．０マイクロメートルから約０．５マイクロメートルである。数平方センチメートルの流体露出表面積を持つ仕切りは、一般に、数千の通路を含み、したがって、仕切りの１０％から９０％（例えば、２０％から８０％、３０％から７０％、４０％から５０％）が、開放通路から構成されている。

実施の形態において、流体、例えば、インクは、約２５ダイン／ｃｍ（２５０μＮ／ｃｍ）から約４０ダイン／ｃｍ（約４００μＮ／ｃｍ）の表面エネルギーを有する。湿潤層５２は、ダインの試験にしたがって決定した４０ダイン／ｃｍ（４００μＮ／ｃｍ）以上の表面エネルギー（例えば、γ_sl−γ_sv）を有する。一般に、ダインの試験は、それぞれ異なる表面エネルギーレベル（例えば、＋１ダイン／ｃｍの増分で、３０ダイン／ｃｍ（約３００μＮ／ｃｍ）から７０ダイン／ｃｍ（約７００μＮ／ｃｍ））を持つ一連の流体の適用により固体表面の表面エネルギーを決定するために用いられる。その一連の流体の内の１つの液滴が固体表面に適用される。液滴が表面を濡らす場合、次のより高い表面エネルギーレベルの流体の液滴が固体表面に適用される。このプロセスは、流体の液滴が固体表面を濡らさなくなるまで続けられる。その固体表面の表面エネルギーが、固体表面を濡らさない一連の最初の流体の表面エネルギーと同じと決定される。ダインの試験を行うための機器および取扱説明書は、ニューハンプシャー州、クレアモント所在のディバーシファイド・エンタープライゼス(Diversified Enterprises)から得られる。湿潤層５２に適した材料の例は、シリコン層または二酸化ケイ素などの酸化物層である。実施の形態において、湿潤層の厚さは、約２５マイクロメートル以下、例えば、１マイクロメートル以下である。

実施の形態において、非湿潤層５４は、ダインの試験にしたがって決定された２５ダイン／ｃｍ（２５０μＮ／ｃｍ）などの、約４０ダイン／ｃｍ以下の表面エネルギーを有する。ある実施の形態において、非湿潤層５４は、ダインの試験にしたがって決定した約２０ダイン／ｃｍ（約２００μＮ／ｃｍ）から約１０ダイン／ｃｍ（１００μＮ／ｃｍ）である表面エネルギーを有する。非湿潤層５４に適した材料の例は、フルオロポリマー、例えば、テフロン（登録商標）などのポリマーである。実施の形態において、非湿潤層５４の厚さは、約２マイクロメートル以下、例えば、約１マイクロメートルまたは約０．５マイクロメートルである。特別な実施の形態において、インクは、約２から４０ｃｐｓの粘度を有する。プリントヘッドは、約２００マイクロメートル以下、例えば、１０から５０マイクロメートルのノズル幅を持つノズルを備えた圧電式インクジェットプリントヘッドであり、液滴容積は約１から７００ｐｌである。実施の形態において、非湿潤コーティングがノズル開口部の周りに設けられている。非湿潤コーティング材料は、脱気器の仕切りにおける非湿潤層に用いられるのと同じ材料であって差し支えない。

実施の形態において、接触角は、通路を画成する壁、特に、非湿潤層５４上にモルホロジーを提供することによって、形成される。例えば、通路の壁は、"Nanostructured Surfaces for Dramatic Reduction of Flow Resistance in Droplet-Based Microfluidics" by Joonwon Kim et al., IEEE publication number 0-7803-7185-2/02 pp.479-482に記載されたような、複数の密接な間隔の尖った先端のナノ構造などの微構造表面を含むように粗くして差し支えない。実施の形態において、通路内の流体の接触角は１７０°以上である。

図４Ａ〜４Ｆを参照すると、脱気器の製造が示されている。図４Ａを参照すると、基板１００が提供される。この基板は、ポンプ室（図示せず）などの流路の特徴構造がその中に画成されるシリコンウェハーである。図４Ｂを参照すると、湿潤材料の層５２が基板１００の一方の側に形成される。湿潤材料は、例えば、蒸着により堆積されられるまたは熱的に成長させられる二酸化ケイ素層である。代わりの実施の形態において、二酸化ケイ素層は、シリコン・オン・インシュレータウェハーを提供することによって、提供される。図４Ｃを参照すると、基板１００は、流体貯留領域４７を形成し、湿潤層の背面を露出させるようにエッチングされる。図４Ｄを参照すると、非湿潤材料の層５４が、貯留領域４７と反対の湿潤材料の上に堆積される。非湿潤材料は、例えば、溶液流延または熱蒸着により形成され、その後、架橋が行われるポリマーである。図４Ｅを参照すると、通路６０が仕切り５０に形成される。通路６０は、例えば、非湿潤層と湿潤層の両方を通った、機械的穴あけまたはエキシマレーザ穴あけもしくは高密度プラズマエッチングにより形成される。図４Ｆを参照すると、基板２００，３００、例えば、シリコン基板が提供されて（例えば、基板１００に接着されて）、貯留領域４７および真空領域４９を完了する。

特定の実施の形態を記載したが、他の実施の形態も可能である。例えば、図５Ａおよび５Ｂを参照すると、仕切り５０は、非湿潤層５４が貯留領域に隣接し、湿潤層５２が真空領域に隣接するように向けられている。

図６を参照すると、実施の形態において、脱気器３４５は、インク貯留領域３４７と真空領域３４９の間に配置された仕切り３５０を備えている。仕切り３５０は、インク貯留領域３４７から真空領域３４９まで延在するスルーホール３６０を含む層３５５を含む。層３５５は、シリコン材料（例えば、シリコンウェハー、二酸化ケイ素）、高分子材料（例えば、フルオロポリマー）および／またはセラミック材料（例えば、アルミナ、サファイア、ジルコニア、窒化アルミニウム）から形成できる。さらに、層３５５は、スルーホール３６０に沿って非湿潤表面を提供する材料から形成しても差し支えない。非湿潤材料（例えば、フルオロポリマー）のコーティング３６５を、スルーホール３６０の壁が被覆されるように層３５５上に堆積しても差し支えない。

実施の形態において、層３５５の厚さは約５マイクロメートル以下であり、スルーホール３６０の直径は約１マイクロメートル以下、好ましくは約２００ナノメートルから８００ナノメートルであり、コーティング３６５の厚さは約１０ナノメートルから８０ナノメートルである。その結果、ある実施の形態において、コーティング３６５を含むスルーホール３６０を通る通路の内径は、約４０ナノメートルから約７８０ナノメートルである。仕切り３５０を形成するために、層３５５は、スルーホール３６０を備えるようにプラズマエッチングされる。スルーホール３６０が層３５５に形成された後、蒸着技法を用いてコーティング３６５を層３５５上に堆積させて、層３５５およびスルーホール３６０の壁を非湿潤材料で被覆する。ある実施の形態において、層３５５は非湿潤材料（例えば、フルオロポリマー）から形成され、仕切り３５０は、層３５５およびスルーホール３６０（例えば、コーティング３６５は含まれない）を含む。

実施の形態において、各ポンプ室について、別個の脱気器が設けられる。他の実施の形態において、多数のポンプ室について、単独の脱気器が設けられる。実施の形態において、仕切りは３つ以上の層を含む。例えば、同じまたは異なる湿潤材料、例えば、シリコンと酸化ケイ素の多数の層を用いて、複合湿潤層を提供しても差し支えない。実施の形態において、仕切りは、複数の交互の湿潤材料と非湿潤材料を含む。交互の層は、異なる真空圧力でおよび／または異なる表面エネルギーの流体について、メニスカスを提供し、維持するように選択された隣接する湿潤材料と非湿潤材料の組合せを提供する。

さらに別の実施の形態を以下に挙げる。例えば、インクは、プリントヘッド内で脱気し、そこから噴射できるが、プリントヘッドユニットを用いて、インク以外の流体を吐出するのに用いても差し支えない。例えば、付着される液滴は、紫外線または他の放射線硬化性材料または液滴として供給できる他の材料、例えば、化学的または生物的流体であってもよい。例えば、記載されたプリントヘッドユニット２０は、精密分配装置の一部であっても差し支えない。

ここに開示された特徴の全てはいかなる組合せで用いてもよい。開示された各特徴は、同じ、同等な、または類似の目的を果たす代わりの特徴により置き換えてもよい。それゆえ、明白に別記されていない限り、開示された各特徴は、同等または類似の特徴の一般的な一連の単なる例示である。

本出願に引用された全ての出版物、出願、および特許は、各個別の出版物または特許が、全部が参照により含まれるように特別に個別に示されているのと同じ程度に含まれる。

さらに他の実施の形態が特許請求の範囲に記載されている。

印刷装置の斜視図 印刷装置の一部分の断面図 脱気器の一部分の断面図 図３ＡでＡと印付けた区域の拡大図 脱気器の製造を示す断面図 脱気器の製造を示す断面図 脱気器の製造を示す断面図 脱気器の製造を示す断面図 脱気器の製造を示す断面図 脱気器の製造を示す断面図 脱気器の一部分の断面図 図５ＡでＢと印付けた区域の拡大図 脱気器の一部分の断面図

符号の説明

１０ プリントヘッド
２０ プリントヘッドユニット
４５，３４５ 脱気器
４７，３４７ 流体貯留領域
４９，３４９ 真空領域
５０，３５０ 仕切り
５２ 湿潤層
５４ 非湿潤層
６０ 通路
７０ 真空源
８０ メニスカス
１００，２００，３００ 基板
２１５ ノズル
２２０ ポンプ室
２２２ ノズル経路
２２４ 圧電アクチュエータ

Claims (39)

1. ノズル開口部から液滴を吐出するために中で流体が加圧される流路、および
   流体貯留領域、真空領域、および該流体貯留領域と該真空領域との間の仕切りを備えた脱気器、
   を含む液滴吐出装置であって、
   前記仕切りが、湿潤層、非湿潤層、および該湿潤層と該非湿潤層とを通って延在する１つ以上の通路を含み、前記湿潤層が前記流体貯留領域に露出されていることを特徴とする装置。
2. 前記１つ以上の通路の幅が約０．１マイクロメートルから約５マイクロメートルであることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記１つ以上の通路がスルーホールであることを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 前記流路および前記脱気器がシリコン材料本体内にあることを特徴とする請求項１記載の装置。
5. 前記湿潤層がダインの試験にしたがって決定して約４０ダイン／ｃｍ（４００μＮ／ｃｍ）以上の表面エネルギーを有することを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 前記湿潤層がシリコン材料であることを特徴とする請求項１記載の装置。
7. 前記非湿潤層がダインの試験にしたがって決定して約２５ダイン／ｃｍ（２５０μＮ／ｃｍ）以下の表面エネルギーを有することを特徴とする請求項１記載の装置。
8. 前記非湿潤層がポリマーであることを特徴とする請求項１記載の装置。
9. 前記ポリマーがフルオロポリマーであることを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 前記非湿潤層の厚さが約２マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項１記載の装置。
11. 前記湿潤層の厚さが約２５マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項１記載の装置。
12. 圧電アクチュエータを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
13. 前記ノズル開口部の幅が約２００マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項１記載の装置。
14. 複数の流路および複数の対応する脱気器を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
15. ノズル開口部から液滴を吐出するために中で流体が加圧される流路であって、該流路の少なくとも一部分がシリコン材料により画成されている流路、および
    流体貯留領域と真空領域との間に少なくとも１つの孔を有する仕切りを備えた脱気器であって、シリコン材料を含む脱気器、
    を含む液滴吐出装置。
16. 前記仕切りが二酸化ケイ素を含むことを特徴とする請求項１５記載の液滴吐出装置。
17. 前記流路を画成するシリコン材料および前記脱気器内のシリコン材料が、シリコン材料の共通体内にあることを特徴とする請求項１５または１６記載の液滴吐出装置。
18. 前記共通体がＳＯＩ構造であることを特徴とする請求項１７記載の液滴吐出装置。
19. 前記流路が圧力室を含むことを特徴とする請求項１７記載の液滴吐出装置。
20. 前記仕切りがポリマー材料を含むことを特徴とする請求項１５記載の液滴吐出装置。
21. ダインの試験にしたがって決定して約４０ダイン／ｃｍ（４００μＮ／ｃｍ）以上の表面エネルギーを有する第１の層、
    ダインの試験にしたがって決定して約２５ダイン／ｃｍ（２５０μＮ／ｃｍ）以下の表面エネルギーを有する第２の層、および
    約５マイクロメートル以下の直径を持つ複数の通路、
    を備えた流体脱気部分。
22. 前記第１の層がシリコン材料であることを特徴とする請求項２１記載の部分。
23. 前記第２の層がフルオロポリマーであることを特徴とする請求項２１記載の部分。
24. 液滴吐出方法であって、
    ノズルから液滴を吐出するために中で流体が加圧される流路を提供する工程、
    前記流体の加圧前に、該流体を脱気器に露出させる工程であって、前記脱気器が、流体貯留領域、真空領域、および該貯留領域と該真空領域との間の仕切りを備え、該仕切りが、湿潤層、非湿潤層、および該湿潤層と該非湿潤層を通る１つ以上の通路を含むものである工程、
    流体を前記貯留領域に向ける工程、および
    流体が前記通路を通って前記真空領域中に流れ込むのを防ぐ、前記真空領域中に真空を提供する工程、
    を有してなる方法。
25. 前記１つ以上の通路の半径が、以下の式：２（前記流体の表面エネルギー）／（前記真空圧力）により定義される値より小さいことを特徴とする請求項２４記載の方法。
26. 前記真空の圧力が約１０から２７ｍｍＨｇ（１．３から３．７ｋＰａ）であることを特徴とする請求項２４記載の方法。
27. 脱気仕切りを形成する方法であって、
    シリコン材料を提供する工程、
    前記シリコン材料上にポリマー層を形成する工程、および
    前記シリコン材料および前記ポリマー層を通る１つ以上の通路を形成する工程、
    を有してなる方法。
28. 前記シリコン材料をエッチングしてその厚さを減少させる工程を含むことを特徴とする請求項２７記載の方法。
29. 前記シリコン材料が二酸化ケイ素であることを特徴とする請求項２７記載の方法。
30. 二酸化ケイ素構造体上にシリコンを提供する工程、および
    前記シリコンを前記二酸化ケイ素構造体までエッチングする工程、
    を含むことを特徴とする請求項２９記載の方法。
31. 前記ポリマー層を、ポリマーまたはモノマーを堆積させることによって形成する工程を含むことを特徴とする請求項２７または３０記載の方法。
32. 前記通路をレーザ穴あけにより形成する工程を含むことを特徴とする請求項２７記載の方法。
33. 前記通路をエッチングにより形成する工程を含むことを特徴とする請求項２７記載の方法。
34. プリントヘッドを形成する方法であって、
    シリコン材料の本体を提供する工程、
    前記シリコン材料の本体内に、流体が中で加圧される流路の少なくとも一部分を画成する工程、および
    前記シリコン材料の本体内に、脱気仕切りの少なくとも一部分を画成する工程、
    を有してなる方法。
35. 流体貯留領域と真空領域との間で延在する少なくとも１つのスルーホールを有する仕切りを備えた脱気器であって、
    前記少なくとも１つのスルーホールの少なくとも一部分が非湿潤表面を有することを特徴とする脱気器。
36. 前記仕切りが単一層を含むことを特徴とする請求項３５記載の脱気器。
37. 前記仕切りが２つ以上の層を含むことを特徴とする請求項３５記載の脱気器。
38. 前記少なくとも１つのスルーホールの直径が約２００ナノメートルから約８００ナノメートルであることを特徴とする請求項３５記載の脱気器。
39. 前記少なくとも１つのスルーホールを画成する壁が微構造表面を有することを特徴とする請求項３５記載の脱気器。

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