JP2008513254A - 流体滴吐出のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

滴吐出装置は、圧力室ごとにいくつかの孔を含む。これらのいくつかの孔から吐出される流体は、流体滴に合流する。前記いくつかの孔は非線形に配列される。これらは、中心に比較的大きな孔と、当該比較的大きな孔を囲む比較的小さな孔とを備え、円形部分に形成され得る。滴吐出装置であって、流体滴を吐出するように適合された孔群と、前記孔群に流動的に連結された流体管と、前記孔のうちの少なくとも二つを通って前記流体管内の流体を吐出することができるアクチュエータと、前記アクチュエータに連結されたコントローラと、を備え、前記孔および前記コントローラは、前記孔から吐出される流体が流体滴に合流するように構成される、滴吐出装置。

Description

本出願は、流体滴吐出の分野に関連する。

インクジェットプリンターは通常、インク供給部からノズル経路までのインク経路を含む。ノズル経路は、インク滴が吐出されるノズル開口部で終了する。例えば圧電偏向器、熱気泡ジェット発生器または静電的に下向きに湾曲される要素であってもよいアクチュエータを使用して、インク滴吐出はインク経路内のインクを加圧することにより制御される。典型的なプリントヘッドは、対応するノズル開口部および関連するアクチュエータを備えるインク経路のアレイを有し、それぞれのノズル開口部からの滴吐出は単独で制御することができる。ドロップオンデマンドのプリントヘッドでは、プリントヘッドおよび印刷基板がお互いに関連して動くように、アクチュエータはそれぞれイメージの特定のピクセル位置で選択的に滴を吐出するよう発射される。インクジェットプリントシステムのインク導管内のインクは通常、インクがノズル板に流出しないように陰圧に保たれる。さらに、インクノズルは、適切にインク滴が吐出できるようにインク流体によって用意されることが要求される。

一つの側面では、滴吐出装置は、流体滴を吐出するように適合された孔群と、前記孔群に流動的に連結している流体管と、前記孔のうち少なくとも二つを通って前記流体管内に含まれる流体を吐出するアクチュエータと、前記アクチュエータに連結しているコントローラとを有する。前記孔から吐出される前記流体が流体滴に合流するように前記孔および前記コントローラは構成される。

別の側面では、滴吐出装置は、流体滴を吐出するように適合された孔の複数の群と、各孔群に流動的に連結している流体管と、孔の各郡に関連するアクチュエータとを含む。前記アクチュエータは前記流体管から孔を通して流体を吐出することができる。前記孔は、異なる群の孔より同じ郡内の他の孔に近く、群内の前記孔は実質的に非線形に配置される。

さらに別の側面では、インクジェットプリントヘッドは、インク滴を吐出するように適合された孔群と、前記孔群に流動的に連結している流体管と、前記孔のうちの少なくとも二つを通って流体管内のインク流体を吐出することができるアクチュエータと、前記アクチュエータに連結しているコントローラとを有する。前記孔から吐出されたインク流体がインク滴に合流するように、前記孔と前記コントローラは構成される。

さらに別の側面では、インクジェットプリントヘッドは、インク滴を吐出するように適合された複数の孔群と、孔のそれぞれの群に流動的に連結している流体管と、および孔のそれぞれの群に関連するアクチュエータとを有している。前記アクチュエータは流体管から前記孔を通してインク流体を吐出することができる。前記孔は、異なる群の孔へより同一群内の他の孔に近く、群内の前記孔は実質的に非線形に配置される。

別の側面では、流体を吐出するための方法は、孔群に流動的に連結している流体管を提供するステップと、導管から導管内、前記群内の少なくとも二つの孔を通って流動的に流体を吐出するステップと、流体滴へ吐出された流体を合流させるステップとを含む。

別の側面では、流体を吐出するための方法は、流体滴を吐出するように適合された複数の孔群を提供するステップと、実質的に非線形に群内の前記孔を配置するステップと、および孔のそれぞれの群に流体管を連結するステップとを含む。前記孔は異なる群の孔より同じ群内の他の孔に近い。

実施形態は下記の一つ以上を含んでもよい。滴吐出装置は、流体滴を吐出するように適合された孔群と、前記孔群に流動的に連結している流体管と、前記孔のうち少なくとも二つを通して流体管に含まれる流体を吐出するアクチュエータと、前記アクチュエータに連結しているコントローラとを有し、そこでは前記孔から吐出される流体が流体滴に合流するよう前記孔および前記コントローラが構成される。滴吐出装置は、実質的に同じ寸法または異なる寸法を有する少なくとも二つの孔を含んでもよい。前記孔群は第一の孔および複数の第二の孔を含んでもよく、第一の孔は複数の第二の孔に囲まれる。前記第一の孔の開口部は、前記第二の孔の開口部より広くてもよい。前記孔群内のすべての孔から吐出される流体は、単一の流体滴の中に合流されもよい。前記孔を隔てるノズル板の部分は、前記孔から吐出される流体の幅と実質的に等しいかまたはそれより狭くてもよい。滴吐出装置は、前記孔を通って流体吐出を作動させることができる流体吐出アクチュエータを含んでもよい。流体吐出アクチュエータは圧電変換器またはヒーターを含んでもよい。電子制御装置は流体吐出アクチュエータに制御を提供することができる。電子制御装置は、基板上でイメージを形成する流体滴を吐出する流体吐出アクチュエータを制御できる。

滴吐出装置は、流体の吐出を作動させることができる電子セレクターをさらに含んでもよい。流体滴は、電子制御装置によって流体吐出アクチュエータに適用される、異なる駆動電圧波形に応じて量を変えてもよい。流体滴は流体受け用基材上に実質的に単一の流体点を形成できる。個別のメニスカスは、前記孔群内の異なる孔に形成されてもよい。前記孔は、円、六角形、三角形または多角形の形状であってもよい。前記孔群はノズル板の実質的に円形の部分に形成されてもよい。前記コントローラは複数の異なる駆動電圧波形のうちの一つを選択するように構成されてもよい。第一の前記複数の異なる駆動電圧波形は、前記孔のうち少なくとも一つから流体を吐出させず、また第二の前記複数の異なる駆動電圧波形は、前記孔のうち少なくとも一つから流体を吐出させることができる。

前記孔は、１μｍから１００μｍの範囲、または３μｍから５０μｍの範囲の開口部寸法を有してもよい。前記孔は、６インチｗｇまたは８インチｗｇを超える気泡圧力を有してもよい。前記滴吐出装置はシリコン基板をさらに含んでもよい。前記孔はエッチング、レーザー切断および電鋳法のうち一つ以上を使用して加工されてもよい。前記流体は、任意に染料または色素を含む少なくとも一つの着色剤を含んでもよい。

実施形態はまた、下記の一つ以上を含んでもよい。滴吐出装置は、流体滴を吐出するように適合された複数の孔群と、孔のそれぞれの群に流動的に連結している流体管と、孔のそれぞれの群と関連するアクチュエータと、および前記流体管から前記孔を通して流体を吐出することができるアクチュエータとを含んでもよい。前記孔は、異なる群の前記孔より同一群内の他の孔に近く、群内の前記孔は実質的に非線形に配置される。孔群内の二つ以上の孔から吐出される流体は、流体滴に合流できる。孔群内の孔は実質的に同じ寸法を有してもよい。孔群内の孔は異なる寸法を有してもよい。群内の孔は第一の孔、および前記第一の孔を囲む複数の第二の孔を含む。流体吐出アクチュエータは圧電変換器またはヒーターを含んでもよい。前記滴吐出装置は、流体吐出アクチュエータを制御する電子制御装置をさらに含み、流体滴を吐出し、また基板上でイメージを形成できる。前記滴吐出装置は、流体滴の吐出を作動させる流体吐出アクチュエータを選択できる電子セレクターをさらに含んでもよい。流体滴は、電子制御装置によって流体吐出アクチュエータに適用される、異なる駆動電圧波形に応じて量を変えてもよい。個別のメニスカスは、孔のそれぞれの群内の異なる孔に形成されてもよい。孔群はそれぞれノズル板上で実質的に密集した範囲に形成されてもよい。少なくとも一つの孔群はノズル板上で実質的に円形の部分に形成されてもよい。前記孔は、円、六角形、三角形または多角形の一つ以上の形状であってもよい。前記孔は、１μｍから１００μｍの範囲に開口部寸法、例えば、３μｍから５０μｍの範囲の開口部寸法、を有してもよい。前記孔は、６インチｗｇを超える気泡圧力、例えば、８インチｗｇを超える気泡圧力、を有してもよい。前記滴吐出装置はシリコン基板をさらに備えてもよい。前記孔はエッチング、レーザー切断および電鋳法の一つ以上を使用して加工されてもよい。流体は少なくとも一つの着色剤を含んでもよい。

実施形態は、次の利点のうち一のつ以上を含むことができる。開示されたインクジェットプリントシステムは、広範囲の作動条件の下で信頼性のある性能を提供する。開示されたシステムは大きなインク滴を吐出することができる。インク流体がノズル板に流出しないように保たれると同時に、前記インクノズルは適切に用意される。前記インクジェットプリントヘッドは、一貫したインク吐出方向、ひいてはインク受液器上で正確なインク点配置を提供できる。開示されたインクジェットプリントシステムは、プリントヘッドの高加速により上記の性能を提供することができる。

開示されたインクジェットプリントヘッドの別の利点は、プリントヘッドが大幅な加速の影響を受ける環境にある、または受ける場合、機械的振動の存在下で堅牢な性能を提供することである。プリントヘッドが環境的影響力によって不安定になる場合でも、インクメニスカスはインク孔の内側の位置に維持できる。

さらに別の利点は、開示されたインクジェットプリントヘッドは、シリコンに基づいた加工技術を使用して加工されてもよいことである。開示されたシステムおよび方法はまた、圧電インクジェットプリントシステム、熱インクジェットプリントシステムおよびＭＥＭＳ（メムス）に基づいたインクジェットプリントシステムと互換性を有する。開示されたシステムおよび方法はまた、水性インク、溶剤型インク、ホットメルトインクに適用でき、それらは、着色剤を含まない他の流体と同様に、染料または色素など着色剤を含んでもよい。

一つ以上の実施形態の詳細は、添付の図面および以下の記述で説明される。本発明の他の特徴、目的および利点は、かかる記述と図面から、また特許請求の範囲から明白になるであろう。

（詳細な説明）
図１は、通常ノズル板１２１上のアレイに配置される複数のインクノズル１２０を有するインクジェットプリントヘッドモジュール１１０、インクジェットプリントヘッドモジュール１１０にインクを供給するための流体管１３０、流体管１３０に供給されるインクを保存するためのインク容器１４０、およびインク容器１４０および流体管１３０との間の流体接続を提供するインク通路１５０を含むインクジェットプリントシステム１００を説明する。印刷中に、インク滴は、インク受液器１８０上のインク点のイメージパターンを形成する入力イメージデータに応じて、電子制御装置１９０の制御の下でインクノズル１２０から吐出される。インクジェットプリントシステム１００は複数のインクノズル１２０を含んでもよく、それぞれのノズルは一つ以上のインク吐出アクチュエータと関連している。インク吐出アクチュエータは圧電変換器、ヒーターまたはＭＥＭＳ変換器装置を含んでもよい。インクジェットプリントシステム１００は、流体滴が吐出されであろうインクノズル１２０と関連するインク吐出アクチュエータを選択できる電子セレクターをさらに備えてもよい。

図１、図２Ａおよび図２Ｂで示されるように、インクノズル１２０はそれぞれ複数の密接に分配された孔２３０を含む。インクノズル１２０は、それぞれのインクノズル内の近隣している孔２３０同士の間の距離より著しく大きな距離によって分離される。流体管１３０に含まれるインク流体は、制御装置１９０の制御の下でそれぞれのインクノズル１２０に対応する孔から吐出される。孔から吐出されたインク流体は、吐出の後にインク滴の中に合流できる。吐出されたインク滴は、電子制御装置１９０によってインク吐出アクチュエータに適合された、異なる駆動電圧波形に応じて量を変えることができる。

インクジェットプリントヘッドモジュール１１０は、圧電インクジェットプリントヘッド、熱インクジェットプリントヘッド、ＭＥＭＳに基づいたインクジェットプリントヘッドおよび他のタイプのインク作動装置の形式を取ってもよい。例えば、参照することによって全内容が本明細書よって組み込まれる、Ｈｏｉｓｉｎｇｔｏｎらによる米国特許５，２６５，３１５号は、半導体プリントヘッド主部および圧電アクチュエータを有するプリントヘッドを説明している。プリントヘッド主部はシリコンで作られ、流体管を定めるためにエッチングされる。ノズル開口部は個別のノズル板１２１によって定められ、シリコン主部に接続されている。圧電アクチュエータは、印加電圧に応じて、形状を変える、または曲がる圧電材料の層を有する。圧電層を曲げることにより、インク孔にインクを供給する流体管内のインクを加圧する。

他のインクジェットプリントヘッドは、同一出願人による、２００２年７月３日に出願され「Ｐｒｉｎｔｈｅａｄ」と表題の付いた、米国特許出願１０／１８９，９４７号、米国特許公報ＵＳ２００４０００４６４９Ａ１号、および２００３年１０日１０日に出願され「Ｐｒｉｎｔ ｈｅａｄ ｗｉｔｈ ｔｈｉｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ」と表題の付いた、米国仮特許出願６０／５１０，４５９号に開示されている。これらの関連する特許出願および公報の内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる。米国仮特許出願６０／５１０，４５９号は、上位面および下位面を備えた単体半導体主部を有するプリントヘッドを開示している。主部は、流体管を含む流体通路、およびノズル開口部を規定する。ノズル開口部は主部の下位面に規定され、ノズル流路は加速器部位を含む。圧電アクチュエータは流体管と関連している。アクチュエータは、厚さが約５０ミクロン以下である圧電層を含む。

インク容器１４０は、インク容器１４０にインクを供給するインクフィルター１６１を有するインク供給経路１６０を含む。インク容器１４０はまた、インクレベルがインク容器１４０内で変化することを可能にするエアフィルター１５６を有する空気入り口１５５を有する。

説明したインクジェットプリントシステムと互換性を有するインクのタイプは、水性インク、溶剤型インク、ホットメルトインクを含む。インク流体は、染料または色素などの着色剤を含んでもよい。流体はまた、着色剤を含まなくてもよい。前記システムと互換性を有する他の流体は、高分子溶液、ゲル溶液、粒子または低い分子量の分子を含む溶液を含んでもよい。

流体管１３０、インク容器１４０およびインク通路１５０内の静水圧は、適切なインクジェットプリントおよびヘッド整備動作のために制御される必要がある。インクジェットノズル１２０の不十分な静水圧は、ノズルでのインクメニスカスをインクジェットノズル１２０内に引き込ませる場合がある。他方では、インクジェットノズル１２０での過度の静水圧は、インクジェットノズル１２０からインクが漏れる原因となり、インクのノズル板１２１上への流出を引き起こす。

インク容器１４０内の流体上の空間１６５内の空気圧は、通常、ノズルでの圧力を気圧をやや下回るよう（例えば、水の−１インチから−４インチまで）に維持するよう制御される。空間１６５内の気圧は、制御装置１９０の制御下にある空間１６５から空気をくみ上げることができる気圧調整装置１７０によって調整される。

インクジェットプリントシステム１００はまた、方向１８７に沿ったインク受液器１８０を運ぶ装置１８５を含んでもよい。一実施形態では、インクジェットプリントヘッドモジュール１１０は、エンドレスベルトを通したモーターによって駆動する往復運動により移動できる。運動の方向はしばしば高速走査方向と称される。第二の装置は、第一の方向に垂直な第二の方向（一般に低速走査方向と称される）に沿ったインク受液器１８０を運ぶことができる。インクジェットプリント動作中に、インクジェットプリントヘッドモジュール１１０は、インク受液器１８０上で帯状のインク点を形成するインク滴を配置する。別の実施形態では、ページ幅のインクジェットプリントヘッドモジュール１１０は、プリントヘッドバーまたはプリントヘッドモジュールの組立部によって形成される。インクを受ける媒体が、インクジェットプリントヘッドモジュール１１０下で低速走査方向に沿って運ばれる一方、インクジェットプリントヘッドモジュール１１０は印刷中にも静止したままである。前記インクジェットシステムおよび前記方法は、当技術で既知の異なるプリントヘッドの配列と互換性を有する。例えば、前記システムと前記方法は、参照することによって内容が本明細書に組み込まれ、同一出願人による米国特許５，７７１，０５２号に開示されているオフセットインクジェットモジュールを備えた単一パスインクジェットプリンターに適用できる。

すでに説明したように、インクジェットプリントシステムのインク導管内のインク圧力は、インクがノズル板上で流出しないようにするために、特にインクジェットプリントヘッドが高加速度で移動する間は、陰圧に保たれる。さらに、インクノズルは、適切にインク滴が吐出するようにインク流体によって用意されることが必要である。特定のシステム構成および特定の動作条件の下では、インクノズルが用意されている間に、インクがノズル板上に流出しないようにできる、動作圧力を検出できない。プリントヘッドが大量のインク滴を産生し、高加速度で移動する必要がある場合に、そのような状況が起こり得る。ノズルの直径は大きなインク滴を吐出するために大きくある必要がある。加速または減速の間、インクがノズル板上に流出しないようにするには、大きな陰圧が必要である。しかし、ノズル開口部は、インクがノズルで用意されるのを防ぐ。

一実施形態では、インクジェットプリントシステム１００は、適切にインクノズルを用意すると同様に大量のインク滴を提供することにより、上記に説明された問題を克服する。インクノズルなどの開口部を用意するインクの能力は、気泡圧力と呼ばれる性質によって決定される。気泡圧力は、ノズルの直径（または、開口部の寸法）およびインクの表面張力の作用である。表Ｉで示されるように、気泡圧力はノズルの直径が増加につれて減少する。インク流体内の陰圧の大きさがノズルの気泡圧力より高い場合、インクはノズルから引き戻される。気泡は流体管１３０内のインク主部の中へ吸い込まれるであろう。ノズルは適切に用意されていない。言い換えれば、インクの陰圧の大きさは気泡圧力より小さくなければならない。

＊３０ダイン／ｃｍのインク表面張力時
一側面では、インクジェットプリントシステム１００内のインクジェットプリントヘッドモジュール１１０は、高い気泡圧力を有しているインクノズルを提供し、その上なお大量のインク滴を供給することができる。別の側面では、滴の量の増加とノズルの気泡圧力の減少は分断されている。

一実施形態では、図２Ａは、インクジェットプリントヘッドモジュール１１０と互換性を有するノズル板１２１上のインクノズル２１０の平面図を示す。インクノズル２１０は、孔群２３０を含むノズル部位２２０を規定する。一実施形態では、孔２３０は、ノズル部位２２０によって規定された実質的に円形の部分の内側に密集した構造で配置される。一実施形態では、群内の孔２３０は、実質的に同じ寸法を有している六角形である。代案として、孔群は三角形、正方形または円などの他の形であってもよい。それぞれの群内の孔は同じまたは異なる寸法であってもよい。ノズル部位２２０は通常、１μｍから３００μｍの範囲にわたる。孔の開口部の寸法は通常、１μｍから１００μｍの範囲にあり、好ましくは３μｍから５０μｍの範囲にある。

図２Ｂは、２Ｂ〜２Ｂの線に沿った図２Ａのインクノズル２１０の断面図を示す。インクノズル２１０はノズル板２１５内で形成される。インクノズル２１０の断面は、分離壁２３５によって分離された孔２３０の群を含む。インク流体は、方向２４０に沿って流体管１３０から供給される。個別のメニスカス２５０は孔２３０に形成される。非吐出状態では、メニスカス２５０は、インク主部に加えられる陰圧により、流体管１３０の方向へ向かって曲がる凹面の形を形成する。インクの陰圧は、インク孔２３０の内端にインクメニスカス２５０を維持し、インクがノズル板２１５上に流出するのを防ぐ。インクを吐出する前に、外からの圧力波は、制御装置１９０の制御の下でインクアクチュエータによってインク流体内で生成される。インク流体は方向２６０に沿って外側に押し出される。個別の孔２３０から吐出されたインク流体は、共有インク表面２７０を形成するように合流し、外方向２８０に沿って移動する。その後、インク受液器１８０に最終的にたどり着くためにインク滴は分割される。従って、本実施形態では、吐出されたインクは異なる孔２３０から出るように合流する。

一実施形態では、異なる孔２３０から吐出されたインクは、飛行中に個別のインク滴を形成し、インク受液器１８０上にインク点として合流してもよい。インクが合流する場所は、インク滴の量、孔２３０同士の間隔、および制御装置１９０によってアクチュエータに適合される波形など多くの要因によって決められてもよい。図４に関して以下に説明されるように、近隣しているノズル内の孔同士が著しく長い間隔を有するので、インク受液器１８０に到着する前に、異なるノズルに属する孔から吐出されたインク流体は合流できない。

別の実施形態では、飛行中に一つ以上のインク滴へ合流する前に、異なる孔２３０から吐出されたインクは最初に個別のインク滴を形成してもよい。孔２３０から吐出された流体が流体滴の中へ合流されることができるように、分離壁２３５の幅は、孔２３０から吐出された流体の幅と実質的に等しいかまたはそれより狭い。インク流体の合流は、インク流体が孔から出た直後、または個々のインク滴が空中で形成された後の「飛行中」に生じる可能性がある。

孔２３０、ノズル板２１５および流体管１３０は、シリコン基板内で形成されてもよい。孔はエッチング、レーザー切断および電鋳法のうち一つ以上を使用して加工される。例えば、加工技術は、同一出願人による、２００２年７月３日に出願され「Ｐｒｉｎｔｈｅａｄ」と表題の付いた、米国特許５，２６５，３１５号、米国特許出願１０／１８９，９４７号、米国特許公報ＵＳ２００４０００４６４９Ａ１号、および２００３年１０日１０日に出願され「Ｐｒｉｎｔ ｈｅａｄ ｗｉｔｈ ｔｈｉｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ」と表題の付いた、米国仮特許出願６０／５１０，４５９号に開示されている。これらの特許出願および公報の内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる。

インクノズル２１０内の気泡圧力は、インク表面張力および孔２３０の寸法によって決定される。合流されたインク滴の量は、ノズル部位２２０内のいくつかのまたはすべての孔２３０から集団的に吐出されたすべてのインクによって決定される。相対的に、同じインク滴が一つの開口部を有する一つのノズルから吐出される場合、大きな単一開口部のノズルが必要となる。従って、孔２３０の気泡圧力は、単一開口部のノズルの気泡圧力より著しく高くなる可能性がある。孔２３０の気泡圧力は、既定のインク圧力を超えるように設計されてもよい。例えば、表１で示されるように、５０μｍまたはそれより小さな直径の孔により、どんなに大きなインク滴が吐出されても、結果的に３０ダイン／ｃｍの表面張力で８インチｗｇを超える気泡圧力が得られる。合流されたインク滴の量は、孔２３０の数を増やすことにより柔軟に増加できる。一定の孔２３０の群については、合流されたインク滴の量はまた、制御装置１９０からのインクアクチュエータに適合された波形を変えることにより変化してもよい。

別の実施形態では、図３Ａは、インクジェットプリントヘッドモジュール１１０と互換性を有するインクノズル３１０の別の実施様態の平面図を示す。インクノズル３１０は、中心に第一の孔３２５、および第一の孔３２５を囲む複数の第二の孔３３０を含むノズル部位３２０を規定する。孔３２５、３３０は、ノズル部位３２０によって規定された実質的に円形の部分の内側に密集した構造で配置される。孔３２５および３３０は、六角形、三角形、正方形、円または多角形などの形であってもよい。孔３２５がより幅広い寸法を有しているのに対して、孔３３０は実質的に同じ寸法を有してもよい。ノズル部位２２０は通常、１μｍから３００μｍの範囲にわたる。孔の開口部の寸法は通常、１μｍから１００μｍの範囲にあり、好ましくは３μｍから５０μｍの範囲にある。

図３Ｂは、３Ｂ〜３Ｂに沿った図３Ａのインクノズル３１０の断面図を示す。インクノズル３１０はノズル板３１５内で形成される。インクノズル３１０の断面は、孔３２５および分離壁３３５によって分離された孔３３０を含む。インク流体は、方向３４０に沿って流体管１３０から供給される。非吐出状態では、個別のメニスカス３５０およびメニスカス３５５は、孔３２５および孔３３０に形成される。メニスカス３５０およびメニスカス３５５は、インク主部に加えられる陰圧の結果、流体管１３０の方向へ向かって曲がる凹面の形となる。インクの陰圧は、インク孔３２５、インク孔３３０の内端にインクメニスカス３５０、インクメニスカス３５５を維持し、インクがノズル板３１５上に流出するのを防ぐ。インクを吐出する前に、外からの圧力波は、制御装置１９０の制御の下でインクアクチュエータによってインク流体内で生成される。インク流体は方向３６０に沿って外側に押し出される。個別のインク孔３２５、インク孔３３０から吐出されたインク流体は、共有インク表面３７０を形成するように合流し、外方向３８０に沿って移動する。その後、インク受液器１８０に最終的にたどり着くためにインク滴は分割される。

一実施形態では、飛行中またはインク受液器１８０上の一つ以上のインク滴へ合流する前に表面に出ると同時に、異なる孔３２５および孔３３０から吐出されたインクは最初に個別のインク滴を形成してもよい。別の実施形態では、孔３２５および孔３３０から吐出された流体が流体滴の中へ合流されることができるように、分離壁３３５の幅は、孔３２５および孔３３０から吐出された流体の幅と実質的に等しいかまたはそれより狭い。

比較的幅広い孔３２５は、孔が実質的に等しいインクノズル２１０と比較していくつかの機能を果たす。第一に、孔３２５はノズル部位３２０の中心に比較的多量の吐出されたインク流体を産生し、合流されたインク滴の左右対称の方向をよりよく規定する。第二に、孔３２５は孔３３０より低い気泡圧力を有する。従って、制御装置１９０によってインクアクチュエータに適合された波形は操作され、これによりインクは孔３２５からのみ吐出され、孔３３０からは吐出されない。比較的小さなインク滴を吐出できることは、特に高解像度のインクプリントの適用には非常に望ましい。

異なる寸法の孔３２５および孔３３０ならびにノズル板３１５は、シリコン基板内で形成されてもよい。孔はエッチング、レーザー切断および電鋳法のうち一つ以上を使用して加工される。例えば、加工技術は、同一出願人による、２００２年７月３日に出願され「Ｐｒｉｎｔｈｅａｄ」と表題の付いた、米国特許５，２６５，３１５号、米国特許出願１０／１８９，９４７号、米国特許公報ＵＳ２００４０００４６４９Ａ１号、および２００３年１０日１０日に出願され「Ｐｒｉｎｔ ｈｅａｄ ｗｉｔｈ ｔｈｉｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ」と表題の付いた、米国仮特許出願６０／５１０，４５９号に開示されている。これらの特許出願および公報の内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる。

一つの実施形態では、プリントヘッドは、図４Ａで示されるようなノズル板４００上の孔４３０、孔４７０の群をそれぞれ備える、複数のインクノズル４１０、インクノズル４５０を含んでもよい。インクノズル４１０は、ノズル部位４２０で分配されたインク孔４３０の群を含む。同様に、インクノズル４５０は、ノズル部位４６０に配置されたインク孔４７０の群を含む。ノズル部位４２０、ノズル部位４６０は通常円形であってもよい。

隣接したインクノズル４１０とインクノズル４５０との間隔は、それぞれのノズル群内の近隣しているインク孔４３０とインク孔４７０との間の距離より著しく大きく、それによりノズル群内の異なる孔から吐出されたインクが合流できる。対照的に、同じノズル内の隣接している孔同士の間の距離よりも隣接しているノズルの間の比較的大きな距離のために、インク流体がインク受液器１８０に到着する前に、異なるノズルから吐出されたインク流体は合流できる。インクノズル４１０、インクノズル４５０は、インク滴が効率よく沈着するために、直線配列または他のパターンを形成できる。直線配列内のノズルは、インク受液器１８０に対するプリントヘッドモジュール１１０の高速走査方向と直角または斜めに整列されてもよい。それぞれの群の孔を含む、異なるインクノズルは、異なる量のインク滴を吐出するのに適切となるよう最適化されてもよい。

シリコン主部４０５内に形成された流体管４４０、流体管４８０は、ノズル４１０、ノズル４５０にそれぞれインクを供給する。導管４４０、導管４８０のうちどちらかにある流体が、関連するノズル４１０、ノズル４５０から単独で吐出されることができるように、流体管４４０、流体管４８０はそれぞれ独自の関連するアクチュエータ４４５、アクチュエータ４８５をおのおの有してもよい。示されるように、特定のノズルを規定する孔のすべては、同じ導管に流動的に結合されるが、それぞれの特定のノズルは独自の導管を有する。代案として、複数のノズルからの二つ以上のノズルは、共有のアクチュエータにより共有の導管に流動的に結合されることもあり得る。さらに別の代案として、ノズルを形成する孔群からのいくつかの孔は、個別のアクチュエータにより異なる導管に接続されることもあり得る。この場合、規定のノズルに関連するアクチュエータが発射すると同時に、孔から出るインクが流体滴の中へ合流できるように、アクチュエータの作用はコントローラによって調整されることもあり得る。

本発明の多くの実施形態を説明した。それでもなお、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な修正を行えることが理解されるであろう。従って、他の実施形態も以下の特許請求の範囲内である。

図１は、インクノズルを有するインクジェットプリントシステムのブロック図である。 図２Ａはインクノズルの一つの実施形態の平面図である。 図２Ｂは、図２Ａのインクノズルの断面図を示す。 図３Ａはインクノズルの別の実施形態の平面図である。 図３Ｂは、図３Ａのインクノズルの断面図を示す。 図４Ａは、複数のインク孔を有するそれぞれのインクノズルを備えた複数のインクノズルの平面図である。 図４Ｂは、図４Ａのインクノズルの断面図を示す。

Claims (48)

1. 滴吐出装置であって、
   流体滴を吐出するように適合された孔群と、
   該孔群に流動的に連結された流体管と、
   該孔のうちの少なくとも二つを通って該流体管内の流体を吐出することができるアクチュエータと、
   該アクチュエータに連結されたコントローラと、
   を備え、該孔および該コントローラは、該孔から吐出される流体が流体滴に合流するように構成される、滴吐出装置。
2. 前記孔群の孔は実質的に同じ寸法を有している、請求項１に記載の滴吐出装置。
3. 前記孔群のうちの少なくとも二つの孔は異なる寸法を有している、請求項１に記載の滴吐出装置。
4. 前記孔群は第一の孔と複数の第二の孔を含み、該第一の孔は該複数の第二の孔によって囲まれる、請求項３に記載の滴吐出装置。
5. 前記第一の孔の前記開口部は前記第二の孔の前記開口部より広い、請求項４に記載の滴吐出装置。
6. 前記孔群内のすべての孔から吐出される流体は、単一の流体滴へ合流される、請求項１に記載の滴吐出装置。
7. 前記孔を隔てる物体部分は、前記孔から吐出される前記流体の幅と実質的に等しいかまたはそれより狭い、請求項１に記載の滴吐出装置。
8. 前記アクチュエータは圧電変換器またはヒーターを含む、請求項１に記載の滴吐出装置。
9. 前記コントローラは、複数の異なる駆動電圧波形のうちの一つを選択するように構成される、請求項１に記載の滴吐出装置。
10. 前記複数の異なる駆動電圧波形の第一の波形は、前記孔のうちの少なくとも一つから流体を吐出させず、また前記複数の異なる駆動電圧波形の第二の波形は、該孔のうちの少なくとも一つから流体を吐出させる、請求項１に記載の滴吐出装置。
11. 前記孔は、個別のメニスカスが前記孔群内の異なる孔に形成されるように構成される、請求項１に記載の滴吐出装置。
12. 前記孔は、円、六角形、三角形または多角形のうちの一つ以上の形状である、請求項１に記載の滴吐出装置。
13. 前記孔群は実質的に円形部分に位置する、請求項１に記載の滴吐出装置。
14. 前記孔は６インチｗｇを超える気泡圧力を有する、請求項１に記載の滴吐出装置。
15. 滴吐出装置であって、
    流体滴を吐出するように適合された複数の孔群であって、該孔は、異なる群の孔より同じ群内の他の孔に近く、群内の該孔は実質的に非線形に配置される複数の孔群と、
    各孔群に流動的に連結される流体管と、
    各孔群と関連付けられたアクチュエータであって、該流体管から該孔を通して流体を吐出することができるアクチュエータと、
    を備える、滴吐出装置。
16. 前記アクチュエータに連結されたコントローラをさらに備え、前記孔および該コントローラは、同一孔群のうちの二つ以上の孔から吐出される流体が流体滴へ合流するように、構成される、請求項１５に記載の滴吐出装置。
17. 孔群内の前記孔は実質的に同じ寸法を有する、請求項１５に記載の滴吐出装置。
18. 孔群内の前記孔は異なる寸法を有する、請求項１５に記載の滴吐出装置。
19. 群内の前記孔は、第一の孔と、該第一の孔を囲む複数の第二の孔とを含む、請求項１８の滴吐出装置。
20. 前記アクチュエータは圧電変換器またはヒーターを含む、請求項１５に記載の滴吐出装置。
21. 各孔群の異なる孔に個別のメニスカスが形成される、請求項１５に記載の滴吐出装置。
22. 各孔群はノズル板上の実質的に密集した領域で形成される、請求項１５に記載の滴吐出装置。
23. 少なくとも一つの孔群は、ノズル板上の実質的に円形の部分で形成される、請求項１５に記載の滴吐出装置。
24. 前記孔は、円、六角形、三角形または多角形のうちの一つ以上の形状である、請求項１５に記載の滴吐出装置。
25. 前記孔は１μｍから１００μｍの範囲の開口部寸法を備える、請求項１７に記載の滴吐出装置。
26. 前記孔は３μｍから５０μｍの範囲の開口部寸法を備える、請求項１７に記載の滴吐出装置。
27. インクジェットプリントヘッドであって、
    インク滴を吐出するように適合された孔群と、
    該孔群に流動的に連結された流体管と、
    該孔のうちの少なくとも二つを通って、該流体管内のインク流体を吐出することができるアクチュエータと、
    該アクチュエータに連結されたコントローラと、
    を備え、該孔および該コントローラは、該孔から吐出される該インク流体がインク滴に合流するように構成される、インクジェットプリントヘッド。
28. インクジェットプリントヘッドであって、
    インク滴を吐出するように適合された複数の孔群であって、該孔は、異なる群の孔より同じ群内の他の孔に近く、群内の該孔は実質的に非線形に配置される複数の孔群と、
    各孔群に流動的に連結される流体管と、
    各孔群と関連付けられたアクチュエータであって、該流体管から該孔を通してインク流体を吐出することができるアクチュエータと、
    を備える、インクジェットプリントヘッド。
29. 流体を吐出するための方法であって、
    孔群に流動的に連結された流体管を提供するステップと、
    該群の少なくとも二つの孔を通して、流動的に該導管から流体を吐出するステップと、
    流体滴へ該吐出された流体を合流させるステップと、
    を含む、方法。
30. 前記孔群内の前記孔に個別の流体メニスカスを形成するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
31. アクチュエータによって前記流体管内の前記流体を作動させるステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
32. 前記アクチュエータを制御することにより、前記流体滴の量を変えるステップをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
33. 流体を受ける基材上に点を形成するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
34. 前記孔群は第一の孔と複数の第二の孔とを含み、該第一の孔は該複数の第二の孔によって囲まれている、請求項２９に記載の方法。
35. 前記第一の孔は前記第二の孔より広い開口部を有する、請求項３５に記載の方法。
36. 前記孔群は、ノズル板上の実質的に円形の部分に配置される、請求項２９に記載の方法。
37. 前記群内の前記孔は、ノズル板上で実質的に非線形に分配される、請求項２９に記載の方法。
38. インク吐出システムを形成するための方法であって、
    本体に流体滴を吐出するように適合された複数の孔群を形成するステップであって、該孔は異なる群の孔より同じ群内の他の孔に近く、また群内の該孔は実質的に非線形に配置されるステップと、
    該複数の孔群に複数の流体管を連結させるステップと、
    を含む、方法。
39. 前記複数の孔群から流体を吐出するために、前記複数の流体管に関連付けられた複数のアクチュエータを形成するステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
40. 前記複数のアクチュエータにコントローラを接続するステップをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
41. 同一群内の前記二つ以上の孔から吐出される流体が、単一の流体滴へ合流するように、前記コントローラを構成するステップをさらに含む、請求項４０に記載の方法。
42. 前記孔は、前記同一孔群の前記異なる孔に個別のメニスカスが形成されるように、形成される、請求項３９に記載の方法。
43. 第一の孔および一つ以上の第二の孔を形成するステップをさらに含み、該第一の孔は該第二の孔より広い開口部を有する、請求項３８に記載の方法。
44. 実質的に円、六角形、三角形、正方形または多角形の形状に孔を形成するステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
45. 前記ノズル板上の実質的に円形の部分に孔群を配置するステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
46. １μｍから１００μｍの範囲の開口部寸法を有する孔を形成するステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
47. シリコン基板に流体管を加工するステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
48. エッチング、レーザー切断および電鋳法のうちの一つ以上を使用して孔を加工するステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。

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