JP2007525343A - 流体噴射装置 - Google Patents

Abstract

流体噴射装置（１００）が、チャンバ（１１０）と、チャンバとそれぞれ連通する第１の流体チャネル（１２０）及び第２の流体チャネル（１２２）と、第１の流体チャネルに沿って延在する第１の半島（１４０）及び第２の流体チャネルに沿って延在する第２の半島（１４２）と、第１の半島とチャンバとの間に延在する第１の側壁及び第２の半島とチャンバとの間に延在する第２の側壁（１５２）とを備える。第１の側壁はチャンバに対して第１の角度（１５４）を成して方向付けられ、第２の側壁はチャンバに対して第２の角度（１５６）を成して方向づけられ、第２の角度は第１の角度とは異なる。

Description

インクジェット印字システムは、流体噴射システムの一実施形態として、プリントヘッド、流体インクをプリントヘッドに供給するインク供給源、及びプリントヘッドを制御する電子コントローラを備え得る。プリントヘッドは、流体噴射装置の一実施形態として、複数のノズル又はオリフィスを通して紙等の印字媒体に向けてインク滴を噴射して、媒体上に印字する。通常、オリフィスは、プリントヘッドと印字媒体が互いに相対して移動する際に、オリフィスからの適切な順番でのインクの噴射により、キャラクタ又は他の画像が印字媒体上に印字されるように、１つ又は複数の列或いはアレイに配置される。

滴自体が、プリントヘッドから噴射されるときに印字画像の印字品質に影響を及ぼすことがある。これは、噴射される滴が常に単一の丸い（球形の）滴であるとは限らないためである。たとえば、噴射される滴は、噴射中に分離して、主滴から分離したより小さな滴を形成するテールを含むことがある。これらの小滴は、十分に小さく、且つ主滴から分離している場合、媒体上において主滴に隣接して落ち、はっきり言うと不揃いの飛沫、印字方向（たとえば、左から右へと右から左へ）に依存する光学濃度の変化、コントラストの低下、及び／又はそれらのサイズ、数、及び／又は主滴からの距離に依存する鮮鋭度の低下を発生させる恐れがある。したがって、この飛沫は印字品質を低下させる恐れがある。

さらに、滴噴射周波数もまた、飛沫及び不規則なエッジを発生させる恐れがある。噴射チャンバ設計が、噴射されて失われた滴量を十分に補充することができないことがある高周波数では、噴射チャンバは部分的にしか充填されず、その結果として滴の滴容量が小さくなる。逆に、噴射チャンバは、第１の、及びその次の滴噴射後に、小量だけ充填がオーバーすることがあり、結果として滴の滴容量が大きくなる。したがって、滴質量に応じて滴の形状がばらつき、意図しない軌跡を有し得る。こういった意図しない軌跡は、前の滴よりも先に奇妙な形状の滴を落としエッジの不規則性を生じさせ、又はより小さい滴に分離して飛沫を生じさせ得る。これもまた、印字品質を低下させ得る。不規則なエッジは、媒体でのインクの吸い上げによっても生じる恐れがあり、これはインク属性に依存し得る。 これら及び他の理由により、本発明が必要とされる。

本発明の一態様は、チャンバと、チャンバとそれぞれ連通する第１の流体チャネル及び第２の流体チャネルと、第１の流体チャネルに沿って延在する第１の半島及び第２の流体チャネルに沿って延在する第２の半島と、第１の半島とチャンバとの間に延在する第１の側壁及び第２の半島とチャンバとの間に延在する第２の側壁とを備える流体噴射装置を提供する。第１の側壁はチャンバに対して第１の角度を成し、第２の側壁はチャンバに対して第２の角度を成し、第２の角度は第１の角度と異なる。

本発明の別の態様は、チャンバと、それぞれチャンバと連通する第１の流体チャネル及び第２の流体チャネルと、第１の流体チャネルと第２の流体チャネルとを分離する島とを備える流体噴射装置を提供する。島はほぼ矩形であり、第１の流体チャネルに沿った第１の面取り角と、及び第２の流体チャネルに沿った第２の面取り角とを有し、第１の面取り角が第１の角度を成し、第２の面取り角が第１の角度と異なる第２の角度を成す。

以下の詳細な説明において、本明細書の一部を成し、本発明を実施することができる特定の実施形態を例として示す添付図面を参照する。この点に関して、「上」、「下」、「前」、「後」、「先端」、「後端」等の方向を表す用語は、説明している図（複数可）の向きを基準として用いる。本発明の実施形態の構成要素は複数の異なる向きに位置決めすることが可能なため、方向を表す用語は、限定ではなく例示を目的として用いられる。他の実施形態を利用してよく、本発明の範囲から逸脱することなく構造的又は論理的な変更を行ってよいことが理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は限定の意味で解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。

図１は、本発明によるインクジェット印字システム１０の一実施形態を示す。インクジェット印字システム１０は、プリントヘッドアセンブリ１２等の流体噴射装置、及びインク供給アセンブリ１４等の流体供給源を備える流体噴射システムの一実施形態を構成する。例示する実施形態では、インクジェット印字システム１０は、実装アセンブリ１６、媒体搬送アセンブリ１８、及び電子コントローラ２０も備える。

プリントヘッドアセンブリ１２は、流体噴射装置の一実施形態として、本発明の一実施形態により形成され、１つ又は複数のカラーインクを含むインク滴を、複数のオリフィスすなわちノズル１３を通して噴射する。以下の説明では、プリントヘッドアセンブリ１２からのインクの噴射を参照するが、他の液体、流体、又は流動性を有する材料がプリントヘッドアセンブリ１２から噴射されてもよいことが理解される。

一実施形態では、滴は、印字媒体１９上に印字するように印字媒体１９等の媒体に向けられる。通常、ノズル１３は１つ又は複数の列或いはアレイに配置され、プリントヘッドアセンブリ１２及び印字媒体１９が互いに相対して移動する際に、ノズル１３からの適切な順番でのインクの噴射によって、一実施形態ではキャラクタ、シンボル、及び／又は他のグラフィックス若しくは画像が印字媒体１９上に印字される。

印字媒体１９としては、たとえば、用紙、カードストック、封筒、ラベル、透明シート、マイラー、布等が上げられる。一実施形態では、印字媒体１９は連続した形、すなわち連続したウェブ印字媒体１９である。したがって、印字媒体１９としては未印字の連続ロール紙も挙げられる。

インク供給アセンブリ１４は、流体供給源の一実施形態として、インクをプリントヘッドアセンブリ１２に供給し、インクを貯蔵するリザーバ１５を備える。したがって、インクはリザーバ１５からプリントヘッドアセンブリ１２に流れる。一実施形態では、インク供給アセンブリ１４及びプリントヘッドアセンブリ１２は再循環インク送出システムを形成する。このため、インクはプリントヘッドアセンブリ１２からリザーバ１５に環流する。一実施形態では、プリントヘッドアセンブリ１２及びインク供給アセンブリ１４は、インクジェットカートリッジすなわち流体カートリッジ、又はペンに共に収容される。別の実施形態では、インク供給アセンブリ１４はプリントヘッドアセンブリ１２とは別体であり、供給管（図示せず）等の連通接続を通してインクをプリントヘッドアセンブリ１２に供給する。

実装アセンブリ１６は、プリントヘッドアセンブリ１２を媒体搬送アセンブリ１８に相対して位置決めし、媒体搬送アセンブリ１８は、印字媒体１９をプリントヘッドアセンブリ１２に相対して位置決めする。したがって、プリントヘッドアセンブリ１２がインク滴を塗布する領域の印字ゾーン１７は、ノズル１３に隣接して、プリントヘッドアセンブリ１２と印字媒体１９の間のエリアに画定される。印字媒体１９は、印字中に媒体搬送アセンブリ１８によって印字ゾーン１７を通して進められる。

一実施形態では、プリントヘッドアセンブリ１２は走査型プリントヘッドアセンブリであり、実装アセンブリ１６は、印字媒体１９上の帯状の範囲を印字している間、プリントヘッドアセンブリ１２を媒体搬送アセンブリ１８及び印字媒体１９に相対して移動させる。別の実施形態では、プリントヘッドアセンブリ１２は非走査型プリントヘッドアセンブリであり、印字媒体１９上の帯状の範囲の印字の際中に、媒体搬送アセンブリ１８が予め規定された位置を通過して印字媒体１９を進めるときに、実装アセンブリ１６はプリントヘッドアセンブリ１２を媒体搬送アセンブリ１８に対して予め規定された位置に固定する。

電子コントローラ２０は、プリントヘッドアセンブリ１２、実装アセンブリ１６、及び媒体搬送アセンブリ１８と通信する。電子コントローラ２０は、コンピュータ等のホストシステムからデータ２１を受け取り、データ２１を一時的に記憶するメモリを備える。通常、データ２１は、電子、赤外線、光学、又は他の情報転送経路に沿ってインクジェット印字システム１０に送られる。データ２１は、たとえば、印字される文書及び／又はファイルを表す。したがって、データ２１はインクジェット印字システム１０のプリントジョブを形成し、１つ又は複数のプリントジョブコマンド及び／又はコマンドパラメータを含む。

一実施形態では、電子コントローラ２０は、ノズル１３からのインク滴噴射のタイミング制御を含む、プリントヘッドアセンブリ１２の制御を提供する。したがって、電子コントローラ２０は、キャラクタ、シンボル、及び／又は他のグラフィックス若しくは画像を印字媒体１９上に形成する噴射インク滴パターンを画定する。タイミング制御、ひいては噴射インク滴パターンは、プリントジョブコマンド及び／又はコマンドパラメータによって決定される。一実施形態では、電子コントローラ２０の一部を形成するロジック回路及び駆動回路がプリントヘッドアセンブリ１２に配置される。別の実施形態では、電子コントローラ２０の一部を形成するロジック回路及び駆動回路は、プリントヘッドアセンブリ１２の外部に配置される。

図２は、プリントヘッドアセンブリ１２の一部の一実施形態を示す。プリントヘッドアセンブリ１２は、流体噴射装置の一実施形態として、滴噴射要素３０のアレイを備える。滴噴射要素３０は、流体（すなわちインク）供給スロット４２が内部に形成された基板４０上に形成される。このように、流体供給スロット４２は、流体（すなわちインク）供給を滴噴射要素３０に提供する。

一実施形態では、各滴噴射要素３０は薄膜構造５０、バリア層６０、オリフィス層７０、及び滴発生器８０を備える。薄膜構造５０は、基板４０の流体供給スロット４２と連通し、その内部に形成される流体（すなわちインク）供給開口５２を有し、バリア層６０は、その内部に形成される流体噴射チャンバ６２、及び１つ又は複数の流体チャネル６４を有し、流体噴射チャンバ６２が流体チャネル６４を介して流体供給開口５２と連通する。

オリフィス層７０は、前面７２、及び前面７２に形成されたオリフィスすなわちノズル開口７４を有する。ノズル開口７４が流体噴射チャンバ６２と連通するように、オリフィス層７０がバリア層６０上に延在する。一実施形態では、滴発生器８０は抵抗器８２を含む。抵抗器８２は流体噴射チャンバ６２内に位置決めされ、リード８４によって駆動信号（複数可）及び接地に電気的に結合される。

バリア層６０及びオリフィス層７０を別個の層として示すが、他の実施形態では、バリア層６０及びオリフィス層７０は、流体噴射チャンバ６２、流体チャネル６４、及び／又はノズル開口７４が単一層で形成されるように、物質の単一層として形成されてもよい。さらに、一実施形態では、流体噴射チャンバ６２、流体チャネル６４、及び／又はノズル開口７４の部分は、バリア層６０及びオリフィス層７０間で共有されてよく、又はバリア層６０及びオリフィス７０の両方に形成されてもよい。

一実施形態では、動作中、流体は流体供給スロット４２から流体供給開口５２及び１つ又は複数の流体チャネル６４を介して流体噴射チャンバ６２に流れる。ノズル開口７４は抵抗器８２と結び付いて動作し、抵抗器８２へのエネルギー印加によって、流体滴が、流体噴射チャンバ６２からノズル開口７４を通して（たとえば、抵抗器８２の平面にほぼ垂直に）印字媒体に向けて噴射される。

抵抗器８２は、電流を抵抗器８２に通すことによってエネルギー印加される。抵抗器に印加されるエネルギーは、固定電圧を或る時間にわたって抵抗器に印加することによって制御される。一実施形態では、抵抗器に印加されるエネルギーは以下の式によって表される。
エネルギー＝（（Ｖ^*Ｖ）^*ｔ）／Ｒ
式中、Ｖは印加される電圧であり、Ｒは抵抗器の抵抗であり、ｔはパルスの持続時間である。通常、パルスは方形パルスである。

一実施形態では、抵抗器８２はスイッチに接続され、スイッチは電源に直列接続される。一実施形態では、抵抗器８２は分割抵抗器であり、その２つの端子は直列接続される。しかし、他の構成を利用してもよい。例示的な一実施形態では、抵抗器の総抵抗はおよそ１２５Ωである。

一実施形態では、完全な滴を形成するための最小のエネルギーは、約２．５μＪである。一実施形態では、安定した動作を確保するために、およそ２５〜５０パーセントの過剰エネルギーが最小エネルギーに加えられる。たとえば、この実施形態では、１５Ｖ電源及び１２５Ω抵抗の場合、これはおよそ２５パーセントの過剰エネルギーでおよそ１．７マイクロ秒になる。提供されるパルス幅の変化に付随して他の電圧が印加されてもよいが、但しこれは、回路内の他の電子部品が故障せずにその電圧に耐えることができる場合である。他の実施形態では、噴射チャンバ内の流体は、およそ摂氏４５度に予熱されて周囲条件の変化に適応する。

一実施形態では、プリントヘッドアセンブリ１２は、完全に一体化されたサーマルインクジェットプリントヘッドである。したがって、基板４０は、たとえばシリコン、ガラス、又は安定ポリマーで形成され、薄膜構造５０は、たとえば二酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、タンタル、ポリシリコンガラス、又は他の材料で形成された１つ又は複数の保護層すなわち絶縁層を含む。薄膜構造５０は、抵抗器８２及びリード８４を画定する導電層も含む。この導電層は、たとえば、アルミニウム、金、タンタル、タンタルアルミニウム、又は他の金属若しくは合金によって形成される。さらに、バリア層６０は、たとえば、ＳＵ８等のフォトイメージング可能なエポキシ樹脂で形成され、オリフィス層７０は、たとえば、ニッケル、銅、鉄／ニッケル合金、パラジウム、金、又はロジウム等の金属材料を含む材料の１つ又は複数の層で形成される。しかし、他の材料がバリア層６０及び／又はオリフィス層７０に使用されてもよい。

図３は、オリフィス層を除去した状態の、プリントヘッド１２等の流体噴射装置の一部の一実施形態を示す。流体噴射装置１００は、流体噴射チャンバ１１０並びに流体チャネル１２０及び１２２を備える。一実施形態では、流体噴射チャンバ１１０は、端壁１１２並びに対向する側壁１１４及び１１６を備える。したがって、流体噴射チャンバ１１０の境界は概して端壁１１２並びに対向する側壁１１４及び１１６によって画定される。一実施形態では、側壁１１４及び１１６は互いにほぼ平行に方向づけられる。

流体チャネル１２０及び１２２は流体噴射チャンバ１１０と連通して、流体を流体供給スロット１２４（図中、その一端のみが示される）から流体噴射チャンバ１１０に供給する。抵抗器１３０は、滴発生器の一実施形態として、上述したように流体滴が抵抗器１３０の活性化によって流体噴射チャンバ１１０から噴射されるように、流体噴射チャンバ１１０内に位置決めされる。したがって、流体噴射チャンバ１１０の境界は、抵抗器１３０を包含する、すなわち取り囲むように画定される。一実施形態では、抵抗器１３０は分割抵抗器を含む。しかし、抵抗器１３０が単一の抵抗器又は複数の分割抵抗器を含むことは本発明の範囲内である。

一実施形態では、半島１４０が流体チャネル１２０に沿って延出し、半島１４２が流体チャネル１２２に沿って延在する。さらに、側壁１５０が半島１４０と流体噴射チャンバ１１０の間に延在し、側壁１５２が半島１４２と流体噴射チャンバ１１０の間に延在する。さらに、一実施形態では、島１６０が流体チャネル１２０と１２２とを隔てる。したがって、流体チャネル１２０の境界は半島１４０、側壁１５０、及び島１６０によって画定され、流体チャネル１２２の境界は半島１４２、側壁１５２、及び島１６０によって画定される。したがって、半島１４０及び１４２は３側面で、流体中に延出して流体に取り囲まれ、その一方で島１６０はすべての側面で流体に取り囲まれる。

一実施形態では、各流体チャネル１２０及び１２２の側壁１５０及び１５２はそれぞれ、流体噴射チャンバ１１０、より具体的には流体噴射チャンバ１１０の各側壁１１４及び１１６と角度を成して方向付けられる。さらに、半島１４０及び１４２はそれぞれ、流体噴射チャンバ１１０の各側壁１１４及び１１６にほぼ沿って方向付けられる。一実施形態では、流体チャネル１２０の側壁１５０は、流体噴射チャンバ１１０の側壁１１４に対して角度１５４を成して方向付けられ、流体チャネル１２２の側壁１５２は、流体噴射チャンバ１１０の側壁１１６に対して角度１５６を成して方向づけられる。一実施形態では、角度１５６は角度１５４より小さい。こうして、角度１５４と角度１５６を異なるようにすることで、流体チャネル１２０及び１２２は、流体噴射チャンバ１１０の異なるエリアに連通して、流体噴射チャンバ１１０の異なるエリアに異なる流体流速で流体を供給する。

一実施形態では、島１６０はほぼ矩形の形をしており、側面１６１、１６２、１６３、及び１６４を有する。一実施形態では、側面１６１は流体供給スロット１２４にほぼ沿って方向付けられ、対向する側壁１６３は流体噴射チャンバ１１０の端壁１１２にほぼ沿って方向付けられ、側壁１６２は半島１４０にほぼ沿って方向付けられ、対向する側壁１６４は半島１４２にほぼ沿って方向付けられる。

一実施形態では、島１６０は面取り角１６６及び１６８を有する。面取り角１６６は隣り合う側壁１６２と１６３の間に設けられ、面取り角１６８は隣り合う側面１６３と１６４の間に設けられる。一実施形態では、面取り角１６６は流体チャネル１２０の側壁１５０にほぼ沿って方向付けられ、面取り角１６８は流体チャネル１２２の側壁１５２にほぼ沿って方向づけられる。こうして、側壁１５０及び１５２は異なる角度１５４及び１５６を成し、面取り角１６６及び１６８は側壁１５０及び１５２に沿って方向付けられるため、面取り角１６６及び１６８は異なる角度を成して方向づけられる。したがって、一実施形態では、島１６０は非対称である。

一実施形態では、図３に示し図４の表に概説するように、流体噴射装置１００の各種パラメータが、流体噴射装置１００のパフォーマンスを最適化する、又は向上させるように、たとえば、飛沫を低減する、又は滴量及び／又は滴形状の一貫性を向上させるように選択される。たとえば、各流体チャネル１２０及び１２２の幅Ｗ₁及びＷ₂の組み合わせ、流体チャネル１２０及び１２２の長さＬの組み合わせ、並びに流体チャネル１２０及び１２２の角度１５４及び１５６の組み合わせが最適化される。さらに、半島１４０及び１４２の長さｌ並びに島１６０の幅ｗも最適化される。一実施形態では、上述したように、抵抗器１３０は分割抵抗器を含む。したがって、抵抗器１３０の各部分の長さｌ_r及び幅ｗ_rが最適化される。さらに、抵抗器１３０と、流体噴射チャンバ１１０の端壁１１２との間の間隙ｃも最適化される。

一実施形態では、流体チャネル１２０及び１２２の各幅Ｗ₁及びＷ₂は、島１６０の各側面１６２及び１６４と、半島１４０及び１４２との間で測定されるとともに、島１６０の各面取り角１６６及び１６８と側壁１５０及び１５２との間で測定される。したがって、幅Ｗ₁及びＷ₂は流体チャネル１２０及び１２２の最小幅を表す。一実施形態では、各半島１４０及び１４２の一部並びに各側壁１５０及び１５２に沿った流体チャネル１２０及び１２２の幅Ｗ₁及びＷ₂は、ほぼ一定である。一実施形態では、流体チャネル１２０及び１２２の長さＬは、流体噴射チャンバ１１０と島１６０の端との間で測定される。したがって、長さＬは流体チャネル１２０及び１２２の最小長さを表す。

一実施形態では、流体噴射チャンバ１１０の充填速度は、流体に対して提供される流体チャネルの断面積に正比例する。流体チャネルの断面積は、流体チャネルの高さすなわち深さ及び流体チャネルの幅によって画定される。そのようなものとして、一実施形態では、流体チャネルの断面積はほぼ矩形の形をしている。しかし、流体チャネルの断面積は他の形であってもよい。

流体チャネル１２０及び１２２の各幅Ｗ₁及びＷ₂を互いにほぼ等しいものとして示すが、他の実施形態では、流体チャネル１２０及び１２２の各幅Ｗ₁及びＷ₂は互いに異なっていてもよい。より具体的には、流体チャネル１２０及び１２２の各幅Ｗ₁及びＷ₂が互いに異なっていてもよいように、流体チャネル１２０及び１２２の総断面積が最適化される。したがって、流体チャネル１２０及び１２２の結合された幅（Ｗ₁＋Ｗ₂）が最適化される。このため、流体チャネル１２０及び１２２を通る流体流に対する総インピーダンスは同じままである。

一実施形態では、流体噴射チャンバ１１０への、流体チャネル１２０及び１２２を通る流体流に対する総インピーダンスは、流体噴射チャンバ１１０の過剰な充填を回避するように最適化される。したがって、流体噴射装置１００は、所望の動作範囲にわたって、流体噴射チャンバ１１０への流体の流れに対するほぼ一定なインピーダンスを保つように、最適化される。例示的な一実施形態では、流体噴射装置１００は最大で少なくともおよそ１８ｋＨｚの動作範囲にわたって、流体噴射チャンバ１１０への流体の流れに対するほぼ一定なインピーダンスを保つように、最適化される。

一実施形態では、流体噴射装置１００の流体噴射チャンバ１１０並びに流体チャネル１２０及び１２２は、バリア層６０（図２）等のバリア層に形成される。したがって、半島１４０及び１４２、側壁１５０及び１５２、並びに島１６０は、バリア層の材料によって形成される。さらに、オリフィス層７０及びオリフィス７４（図２）等のように、そこに形成されたオリフィスを有するオリフィス層は、バリア層上に延在する。したがって、一実施形態では、図４の表に概説するように、バリア層の厚さＴ、並びにオリフィス層の厚さｔ、及びオリフィス層のオリフィスの直径ｄも最適化される。一実施形態では、バリア層の厚さＴは、流体噴射チャンバ１１０並びに流体チャネル１２０及び１２２の高さすなわち深さを確立する。したがって、上述したように流体噴射装置１００の選択されたパラメータを最適化することにより、流体噴射チャンバ１１０に供給される流体の容量及び／又は速度が最適化される。

一実施形態では、図５に示すように、流体噴射装置１００は複数の滴噴射要素１０２を備える。各滴噴射要素１０２は、流体噴射チャンバ１１０、抵抗器１３０、並びに流体チャネル１２０及び１２２のそれぞれを備える。一実施形態では、滴噴射要素１０２は、実質的に滴噴射要素の列を形成するように配置される。

一実施形態では、滴噴射要素１０２は、各列内で互い違いに配置される。より具体的には、各流体噴射チャンバ１１０と流体供給スロット１２４のエッジ１２６との間の距離が、滴噴射要素１０２の列内で変動する。たとえば、或る滴噴射要素１０２の流体噴射チャンバ１１０はエッジ１２６から距離Ｄ１だけ離間しており、別の滴噴射チャンバ１０２の流体噴射チャンバ１１０はエッジ１２６から距離Ｄ２だけ離間しており、別の滴噴射要素１０２の流体噴射チャンバ１１０はエッジ１２６から距離Ｄ３だけ離間しており、別の滴噴射要素１０２の流体噴射チャンバ１１０はエッジ１２６から距離Ｄ４だけ離間している。一実施形態では、距離Ｄ１は距離Ｄ２よりも大きく、距離Ｄ２は距離Ｄ３よりも大きく、距離Ｄ３は距離Ｄ４よりも大きい。したがって、滴噴射要素１０２は流体供給スロット１２４から様々な距離で離間している。

一実施形態では、図５に示すように、複数の滴噴射要素１０２の半島１４０及び１４２の終端は、実質的に位置合わせされる。したがって、半島１４０及び１４２と、滴噴射要素１０２のための流体供給スロット１２４のエッジ１２６との間隔はほぼ一定である。このため、エッジ１２６に対する滴噴射要素１０２の互い違いの配置並びにエッジ１２６との半島１４０及び１４２の位置合わせを実現するために、複数の滴噴射要素１０２のそれぞれの各半島１４０及び１４２の長さがばらつく。

たとえば、一実施形態では、或る滴噴射要素１０２の半島１４０及び１４２は長さｌ１を有し、別の滴噴射要素１０２の半島１４０及び１４２は長さｌ２を有し、別の滴噴射要素１０２の半島１４０及び１４２は長さｌ３を有し、別の滴噴射要素１０２の半島１４０及び１４２は長さｌ４を有する。一実施形態では、長さｌ１は長さｌ２よりも長く、長さｌ２は長さｌ３よりも長く、長さｌ３は長さｌ４よりも長い。例示的な一実施形態では、滴噴射要素１０２の半島１４０及び１４２の長さは、およそ３０ミクロンからおよそ５２ミクロンの範囲内にある。滴噴射要素１０２の半島１４０及び１４２を流体供給スロット１２４のエッジ１２６と位置合わせすることにより、隣り合う流体噴射チャンバ１０２同士のクロストークが低減される。

図６の実施形態に示すように、滴噴射要素１０２の２つの列１０４及び１０６は、流体供給スロット１２４の両側に配置される。流体噴射チャンバ１１０、抵抗器１３０、並びに流体チャネル１２０及び１２２のそれぞれの他に、各滴噴射要素１０２は、各流体噴射チャンバ１１０と連通する各オリフィス１７０も備える。一実施形態では、列１０４及び列１０６は、互いに（たとえば、図では垂直に）互い違いに配置され、このため、列１０４の各滴噴射要素１０２の流体噴射チャンバの中心が、たとえば、列１０６の各滴噴射要素１０２の２つの流体噴射チャンバの中心のほぼ中間に位置決めされる。図６での流体供給スロット１２４の幅と、滴噴射要素１０２の列１０４及び列１０６の間隔との相対比率は、単に例示を目的とすることを理解されたい。

一実施形態では、滴噴射要素１０２のオリフィス１７０は、各流体噴射チャンバ１１０の中心からずれる。より具体的には、一実施形態では、オリフィス１７０は流体供給スロット１２４に向かっている、すなわち離れてずれる。たとえば、図６の実施形態に示すように、列１０４の各滴噴射要素１０２のオリフィス１７０及び列１０６の各滴噴射要素１０２のオリフィス１７０はそれぞれ、流体供給スロット１２４に向かってずれる。例示的な一実施形態では、オリフィス１７０の中心は、各流体噴射チャンバ１１０の中心からおよそ±２ミクロンの距離だけずれる。

一実施形態では、上述したように流体噴射装置１００のパラメータを最適化することに加えて、流体噴射装置１００から噴射される流体の属性も、流体噴射装置１００のパフォーマンスを最適化するように最適化される。たとえば、一実施形態では、流体噴射装置１００から噴射される流体の表面張力、粘度、及び／又はｐＨが、流体噴射装置１００から噴射される液滴の液滴重量及び流体噴射装置１００の周波数応答を最適化すること等を含め、流体噴射装置１００のパフォーマンスを最適化するように最適化される。例示的な一実施形態では、流体噴射装置１００から噴射される流体の表面張力は、およそ４２ｄｙｎｅｓ／ｃｍからおよそ４８ｄｙｎ／ｃｍの範囲内にあり、流体噴射装置１００から噴射される流体の粘度はおよそ２．２ｃｐからおよそ３．２ｃｐの範囲内にあり、流体噴射装置１００から噴射される流体のｐＨはおよそ７．８からおよそ８．４の範囲内にあり、表面張力、粘度、及びｐＨはおよそ摂氏２５度で測定される。

一実施形態では、流体噴射装置１００は、ほぼ均一すなわち一定の液滴重量の液滴を生成するように最適化される。例示的な一実施形態では、流体噴射装置１００から噴射される液滴の液滴重量は、およそ１０ｎｇからおよそ１６ｎｇの範囲内にある。例示的な一実施形態では、流体噴射装置１００から噴射される液滴の液滴重量はおよそ１５ｎｇである。さらに、一実施形態では、流体滴が流体噴射装置１００から噴射される周波数も、流体噴射装置１００のパフォーマンスを最適化するように最適化される。

一実施形態では、図７のグラフに示すように、流体噴射装置１００から噴射される液滴の液滴重量は、流体の粘度に伴って変化する。一実施形態では、液滴重量は粘度の線形関数である。したがって、例示的な一実施形態では、およそ２ｃｐからおよそ４ｃｐの範囲の粘度での液滴重量と粘度との関係は、以下の式によって表される。
液滴重量（ｎｇ）＝１７．３−０．７５^*粘度（ｃｐ）
したがって、液滴重量は粘度に反比例し、それにより、流体の粘度が高まるにつれ、流体噴射装置１００から噴射される液滴の液滴重量は下がる。

一実施形態では、図８のグラフに示すように、流体噴射装置１００の動作の周波数応答が、流体の粘度に伴って変化する。一実施形態では、周波数応答は粘度の線形関数である。したがって、例示的な一実施形態では、およそ２ｃｐからおよそ４ｃｐの範囲内の粘度の周波数応答と粘度との関係は、以下の式によって表される。
周波数（ｋＨｚ）＝１７．７−２．２^*粘度（ｃｐ）
したがって、周波数応答は粘度に反比例し、それにより、流体の粘度が高まるにつれ、流体の液滴が流体噴射装置１００から噴射される際の周波数は下がる。一実施形態では、上記式によって表される周波数応答は、流体噴射装置１００から噴射される液滴の液滴重量はほぼ一定のままである最高周波数を表す。

一実施形態では、図９のグラフに示すように、流体噴射装置１００から噴射される液滴の液滴重量が、流体噴射装置１００の動作周波数に対して記されている。一実施形態では、流体噴射装置１００は、流体噴射装置１００によって噴射される流体を含め、比較的広い動作範囲にわたってほぼ均一の液滴重量を有する流体滴を噴射するように最適化される。たとえば、一実施形態では、流体噴射装置１００の幾何学的形状は、滴の液滴重量が、定常状態液滴重量のおよそ７０パーセントからおよそ１００パーセントの範囲内にあるように調整される。

例示的な一実施形態では、流体噴射装置１００は、最大で少なくともおよそ１３ｋＨｚの周波数でおよそ１３ｎｇからおよそ１６ｎｇの範囲内の重量をそれぞれ有する流体滴を噴射する。例示的な一実施形態では、流体噴射装置１００は、最大で少なくともおよそ１８ｋＨｚの周波数でおよそ１０ｎｇからおよそ１６ｎｇの範囲内の重量をそれぞれ有する流体滴を噴射する。したがって、例示的な一実施形態では、およそ１５ｎｇの定常状態液滴重量で、流体噴射装置１００は、最大で少なくともおよそ１８ｋＨｚの周波数でおよそ１０．５ｎｇ（すなわち、７０パーセント）からおよそ１５ｎｇ（すなわち、１００パーセント）の範囲内の液滴重量を有する滴を噴射する。

したがって、流体噴射装置１００が１８ｋＨｚの周波数、すなわち１８，０００ドット／秒で印字するように動作する一実施形態では、流体噴射装置１００は、３０インチ／秒（ｉｐｓ）の速さで平行移動する場合、６００ドット／インチ（ｄｐｉ）の解像度を有する画像を生成することができる（６００ドット／インチ×３０インチ／秒＝１８，０００ドット／秒）。したがって、流体噴射装置１００は、比較的広い周波数範囲にわたって動作する際に、ほぼ一定の滴サイズを有する高品質画像を生成することができる。さらに、流体噴射装置１００が、１８ｋＨｚの周波数、すなわち１８，０００ドット／秒で印字するように動作する別の実施形態では、流体噴射装置１００は、６０インチ／秒（ｉｐｓ）の速さで平行移動する場合、３００ドット／インチ（ｄｐｉ）の解像度を有する画像を生成することができる（３００ドット／インチ×６０インチ／秒＝１８，０００ドット／秒）。したがって、流体噴射装置１００は、比較的広い周波数範囲にわたって動作する際に、ドラフトモードで、ほぼ一定の滴サイズでより速い印字速度すなわち処理速度で動作することができる。他の実施形態では、所望の解像度（すなわち、ｄｐｉ）×平行移動速度（すなわち、ｉｐｓ）が１８，０００ドット／秒である限り、解像度を変えたさらなるモードが可能である。さらに、他の実施形態では、流体噴射装置１００は、異なる周波数で単一パス印字又は多重パス印字で動作することが可能である。

特定の実施形態について本明細書に図示し説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の代替及び／又は均等の実施態様で、図示し説明した特定の実施形態を置き換えてもよいことが当業者により理解されよう。本願は、本明細書において考察した特定の実施形態のあらゆる適応形態又は変形形態を包含するものである。したがって、本発明は特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されるものである。

本発明によるインクジェット印字システムの一実施形態を示すブロック図である。 本発明による流体噴射装置の一部の一実施形態を示す概略断面図である。 本発明による流体噴射装置の一部の一実施形態を示す平面図である。 本発明による流体噴射装置の一実施形態のパラメータの例示的な寸法及び例示的な寸法範囲の一実施形態を概説した表である。 本発明による複数の滴噴射要素を備える流体噴射装置の一実施形態を示す平面図である。 本発明による２列の滴噴射要素を備える流体噴射装置の一実施形態を示す平面図である。 本発明による流体噴射装置から噴射される滴の液滴重量対流体粘度の一実施形態を示すグラフである。 本発明による流体噴射装置から噴射される滴の滴噴射周波数対流体粘度の一実施形態を示すグラフである。 本発明による流体噴射装置から噴射される滴の液滴重量対滴噴射周波数の一実施形態を示すグラフである。

Claims (12)

1. チャンバ（１１０）と、
   前記チャンバとそれぞれ連通する第１の流体チャネル（１２０）及び第２の流体チャネル（１２２）と、
   前記第１の流体チャネルに沿って延在する第１の半島（１４０）及び前記第２の流体チャネルに沿って延在する第２の半島（１４２）と、
   前記第１の半島と前記チャンバとの間に延在する第１の側壁（１５０）、及び前記第２の半島と前記チャンバとの間に延在する第２の側壁（１５２）とを備え、
   前記第１の側壁は前記チャンバに対して第１の角度（１５４）を成して方向付けられ、前記第２の側壁は前記チャンバに対して第２の角度（１５６）を成して方向付けられ、前記第２の角度は前記第１の角度とは異なることを特徴とする流体噴射装置（１００）。
2. 前記チャンバに形成される抵抗器（１３０）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
3. 前記第１の側壁と前記第１の半島の一部とに沿った前記第１の流体チャネルの幅（Ｗ₁）はほぼ一定であり、前記第２の側壁と前記第２の半島の一部とに沿った前記第２の流体チャネルの幅（Ｗ₂）はほぼ一定であることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
4. 前記第１の流体チャネルと前記第２の流体チャネルとを隔てる島（１６０）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
5. 前記島は、前記第１の半島にほぼ沿って方向付けられる第１の側面（１６２）と、前記第２の半島にほぼ沿って方向付けられる第２の側面（１６４）とを有することを特徴とする請求項４に記載の流体噴射装置。
6. 前記島は、前記第１の側壁にほぼ沿って方向付けられる第１の面取り角（１６６）と、前記第２の側壁にほぼ沿って方向付けられる第２の面取り角（１６８）とを有することを特徴とする請求項４に記載の流体噴射装置。
7. 前記第１の流体チャネルと前記第２の流体チャネルとの組み合わされた最小幅は、およそ３４ミクロンからおよそ４２ミクロンの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
8. 前記第１の流体チャネルと前記第２の流体チャネルとのそれぞれの最小長さは、およそ２９ミクロンからおよそ３１ミクロンの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
9. 前記第１の半島と前記第２の半島とのそれぞれの長さはおよそ３０ミクロンからおよそ５２ミクロンの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
10. 前記第１の側壁の前記第１の角度はおよそ４３度からおよそ４６度の範囲内にあり、前記第２の側壁の前記第２の角度はおよそ３０度からおよそ３４度の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
11. 基板（４０）と、
    前記基板上に形成されるバリア層（６０）と、
    前記バリア層の上に延在するオリフィス層（７０）とをさらに備え、
    前記バリア層は、前記チャンバ、前記第１の流体チャネル、及び前記第２の流体チャネルを含み、前記オリフィス層は、前記チャンバと連通するオリフィス（７４）を含み、
    前記バリア層はおよそ１２ミクロンからおよそ１６ミクロンの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
12. 最大で少なくともおよそ１８ｋＨｚの周波数で、およそ１０ｎｇからおよそ１６ｎｇの範囲の重量をそれぞれ有する流体滴を噴射するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。

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