JP4119131B2

JP4119131B2 - 二層印刷ヘッド構成を使用する音響インキ印刷を行うための小滴噴射装置

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Publication number: JP4119131B2
Application number: JP2002017962A
Authority: JP
Inventors: ロイジョイ; エイエルロッドスコット; エルスミスドナルド; エルキンジェリー; エスフィッチジョン
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Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2008-07-16
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二層構成を使用する音響インキ印刷を行うための小滴噴射装置および小滴噴射方法に関し、特に小滴として噴射される液体が滞留するプールの他に、連続した、高速の、層流である冷却液の流れを提供する音響的に作動する小滴噴射装置および小滴噴射方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は、特に音響インキ印刷に関するものであるので、音響インキ印刷を特に参照しながら説明するが、本発明が、他の分野および用途にも有用であることも理解することができるだろう。例えば、本発明は、その内部において、溶融金属等のような他のタイプの流体が、噴射装置のアレーにより噴射される他の音波発生器でも使用することができる。
【０００３】
背景について説明すると、音響小滴噴射装置は当業者にとって周知のものであり、流体の小滴を噴射するために焦点を合わせた音響エネルギーを使用する。音響小滴噴射装置は、広い範囲の流体を小滴として噴射することができるので、種々の用途に役に立つ。例えば、マーキング流体を使用する場合には、音響小滴噴射装置をプリンタ内の印刷ヘッドとして使用することができる。音響小滴噴射装置は、小滴の大きさおよび量を制御するために、詰まり易いノズルを用いないで、音響小滴噴射装置で多くの他の流体を使用することができ、種々の用途に役に立つ。例えば、１９９６年１０月１５日付け米国特許第５，５６５，１１３号（ハディミオグル他、「リソグラフィにより形成した噴射ユニット」）は、マイラ触媒、溶融半田、高温溶融ワックス、カラー・フィルタ材料、抵抗および化学的および生物学的化合物が、すべて、音響小滴噴射装置で使用することができる材料であると開示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
音響小滴噴射装置で高速な流体を使用する場合の１つの問題は、粘度の高い流体で使用した場合、音響エネルギーの減衰が大きいことである。減衰率が高いので、高粘度の流体から小滴を噴射するためには、大きな音響エネルギーが必要になる。１９９６年１０月１５日付け米国特許第５，５６５，１１３号（ハディミオグル他、「リソグラフィにより形成した噴射ユニット」）は、図１に示すような、この問題に対する１つの解決方法を開示している。
【０００５】
図１は、米国特許第５，５６５，１１３号（ハディミオグル他、「リソグラフィにより形成した噴射ユニット」）が開示しているような音響により作動するプリンタ用の個々の小滴噴射装置１０である。小滴噴射装置１０は、１つの表面上の２つの電極１７の間に位置するトランスジューサ１６と、対向する表面上に位置する音響レンズ１４とを備える基部基板１２を持つ。減衰の小さい液体２３が入っている、側壁２０により形成されている液体セル２２を含む頂部支持体１８が、音響レンズとして基部基板１２の同じ側面に取り付けられている。液体セル２２の頂面を形成していて、減衰の小さい液体２３を密封している音響的に薄いキャッピング構造体２６が、頂部支持体１８により支持されている。
【０００６】
小滴噴射装置１０は、さらに、噴射液３２が入っている音響的に薄いキャッピング構造体２６上に位置しているタンク２４を含む。図１に示すように、タンク２４は、側壁３４に形成している開口部３０を含む。側壁部３４は、噴射液３２が通る複数の丸窓３６を含む。圧力手段は、音響的に薄いキャッピング構造体２６上に自由面２８を持つ噴射液３２のプールを形成するために、丸窓３６を通して噴射液３２を強制的に送る。
【０００７】
トランスジューサ１６、音響レンズ１４、および開口部３０は、すべて軸方向に整合していて、そのため、トランスジューサ１６が発生する音波は、その整合している開口部３０内の噴射液３２の自由面２８にほぼ位置する、その整合している音響レンズ１４により焦点を結ぶ。十分なエネルギーが得られた場合、マウンド３８が形成され、小滴３９が上記マウンド３８から噴射される。音響エネルギーは、音響的に薄いキャッピング構造体２６および減衰の小さな液体２３を容易に通過することができる。噴射液３２の非常に薄いプールを維持することにより、噴射流体３２の高い減衰率による音響エネルギーの損失が、最小限度に抑えられる。
【０００８】
図２は、図１の小滴噴射装置１０の２つのアレーの斜視図である。開口部３０のアレー３１は、２つのタンク２４上に離して設置することができる。各アレー３１は、幅Ｗおよび長さＬを持つ。この場合、アレー２４の長さＬは、幅Ｗより長い。小滴噴射装置１０の複数のアレーを持っているので、カラー印刷を行うのに役に立つ。この場合、各アレーは、異なる色のインキと関連することができる。アレーの構成がこのようになっているので、個々の各小滴噴射装置１０を正確に位置させることができ、アレー３１相互の整合を正確に行うことができ、その結果、とりわけ、小滴の噴射位置を正確にすることができる。
【０００９】
しかし、減衰の小さな液体２３、噴射液３２および基板１２は、減衰の小さな液体２３、噴射液３２および基板１２に吸収される音響エネルギーの一部により加熱される。上記音響エネルギーは、噴射した小滴３９の運動エネルギーおよび表面エネルギーに変換されない。これにより、噴射液３２が過度に加熱される。噴射液３２は、噴射された小滴が、印刷媒体上の間違った位置に噴射される前に、摂氏温度でわずか数度だけ温度の温度上昇を招くだけで温度を維持することができる。最悪の場合には、減衰の小さな液体２３は、十分なエネルギーを吸収して沸騰し、小滴噴射装置１０を損傷してしまう。実際には、減衰の小さな液体２３が、短時間で過度のエネルギーを吸収し、許容できないレベルまで加熱するのを防止するために、噴射速度を非常に低く維持しなければならない。
【００１０】
それ故、早い噴射速度で、均一な動作温度を維持しながら動作するように小滴噴射装置１０を設計することができれば、それは非常に望ましいことである。１９９９年７月２３日出願、２０００年１０月１７日公告の米国特許第６，１３４，２９１号（「音響インキ噴射印刷ヘッドの設計、および流動する冷却剤および噴射流体を使用する動作方法」）は、そのような従来技術の１つを開示している。
【００１１】
図３について説明すると、上記米国特許が開示しているように、この図は、小滴噴射装置４０の断面図である。小滴噴射装置４０は、一方の表面上にトランスジューサ４６を備え、対向する表面上に音響レンズ４０を備える基部基板４２を持つ。基部基板４２から間隔を置いて、音響的に薄いキャッピング構造体５０が設置されている。音響的に薄いキャッピング構造体５０は、例えば、シリコンからできている硬質の構造体であってもよいし、例えば、パリレン、マイラまたはカプトンからできている膜状の構造体であってもよい。音響伝送特性を維持するために、音響的に薄いキャッピング構造体５０は、好適には、膜状材料内を伝わる音響エネルギーの波長の約１／１０のような非常に薄い厚さを持つか、または膜状材料内を伝わる音響エネルギーの波長の１／２の倍数にほぼ等しい厚さを持つことが好ましい。音響的に薄いキャッピング構造体５０が、硬質の材料でできていても、または膜でできていても、このキャッピング構造体は、比較的薄く、もろくて壊れやすい傾向がある。音響的に薄いキャッピング構造体５０を、さらに安定にするために、この構造体は、キャッピング構造体支持体５１により支持されている。キャッピング構造体支持体５１は、基部基板４２と音響的に薄いキャッピング構造体５０の間に有り、基部基板４２から間隔を置いて位置された音響的に薄いキャッピング構造体５０に隣接して位置する。キャッピング構造体支持体５１は、レンズ・アレー４４に同様の態様で位置する一連の間隔を置いた開口部４９を備えていて、そのため、焦点が合っている音響エネルギーは、ほとんど妨害を受けずにキャッピング構造体支持体５１を通過することができる。開口部４９の直径は、キャッピング構造体支持体の開口部の直径ｄ₁と同じである。キャッピング構造体支持体５１を追加することにより、音響的に薄いキャッピング構造体５０として、さらに種々の材料を使用することができ、音響的に薄いキャッピング構造体５０の強度および安定性がさらに改善される。
【００１２】
基部基板４２と音響的に薄いキャッピング構造体５０との間の空間により形成されたチャンバは、減衰の小さな流体５２により満たされる。上記チャンバは、減衰の小さな液体５２で満たすことができ、図１のところで説明したように密封されるが、上記チャンバを密封しないで、減衰の小さな流体５２が、チャンバを通って流れることができれば、種々の利点を持つことができる。図３は、図の面に対して直角であり、図の面から突き出る、減衰の小さな流体の流れの方向Ｆ₂を示す。しかし、この方向に、すなわち、減衰の小さな流体の流れの方向Ｆ₂の方向に噴射する小滴噴射装置４０は、恐らく最も容易に作ることができるが、流れの方向を他の方向にすることもでき、ある環境下では、そうすることが好ましい場合もある。例えば、小滴噴射装置４０は、また、減衰の小さな液体の流れの方向Ｆ₂が、図の面内で「右」または「左」の方向に流れるように作ることもできる。
【００１３】
減衰の小さな液体５２が流れることにより、減衰の小さな液体５２は、小滴噴射装置４０の熱を均一に維持するのを助けることができる。より詳細に説明すると、音響噴射プロセス中に発生した過度の熱により、減衰の小さな液体５２自身が加熱される機会を少なくするばかりでなく、減衰の小さな液体５２が、基板４２と熱的に接触しているので、減衰の小さな液体５２は、動作中に基板４２内で発生した過度の熱を吸収して、基板４２が過度の加熱されるのを防止することもできる。さらに、比較的硬質のキャッピング支持体上の、薄いキャッピング構造体のこの構造により流体工学的に密封された流れのチャンバが形成され、焦点があっている音響ビームに対するキャッピング構造体の位置を変更しないで、減衰の小さな流体の流速を比較的速くすることができる。従って、過度に発生した熱および温度を急速に均等に除去することができる。
【００１４】
音響的に薄いキャッピング構造体５０から間隔を置いて、液体レベル制御プレート５６が設置されている。音響的に薄いキャッピング構造体５０および液体レベル制御プレート５６は、噴射流体４８を保持するチャネルを形成する。液体レベル制御プレート５６は、開口部６０のアレー５４を含む。トランスジューサ４６、音響レンズ４４、開口部４９および開口部６０は、すべて軸方向に整合していて、そのため、１つのトランスジューサ４６が発生した音波は、その整合している開口部６０内の噴射液４８の自由面５８付近に位置する、整合している音響レンズ４４により焦点が合わせられる。十分なエネルギーが得られた場合には、小滴が噴射される。液体レベル制御プレート５６内の開口部６０の直径は、液体レベル制御プレート開口部の直径ｄ₂と同じであることに留意されたい。トランスジューサが発生した音波が確実に、キャッピング構造体支持体内の開口部４９を通してほとんど妨害を受けないで伝播することができるように、開口部の直径ｄ₁は、それが開口部４９を通過する際の、音響ビームの直径より大きくなければならない。
【００１５】
図４は、図３の小滴噴射装置４０の斜視図である。開口部６０のアレー５４は、液体レベル制御プレート５６上に明示されている。基部基板４２と音響的に薄いキャッピング構造体５０との間の減衰の小さな流体の流れの方向Ｆ₂は、および音響的に薄いキャッピング構造体５０と液体レベル制御プレート５６との間の噴射流体の流れの方向Ｆ₁を明示している。図４は、アレー５４の長さＬおよび幅Ｗを示し、また幅Ｗが長さＬより短いことも示している。噴射流体の流れの方向Ｆ₁は、噴射流体４８が、アレー５４の長い方の長さＬに沿ってではなく、アレー５４の短い方の幅Ｗに沿って流れるような方向を向いている。噴射流体の流れの方向Ｆ₁は、減衰の小さな液体の流れの方向Ｆ₂に直角になっているが、これは好適には、噴射流体が拘束要因に影響を受けやすいために、噴射流体４８が、長い方の長さＬに沿ってではなく、アレー５４の短い方の幅Ｗに沿って流れるように噴射流体の流れの方向Ｆ₁を配置することが好ましいためである。例えば、アレー５４に沿った噴射流体４８の小さな圧力の変動が、噴射された小滴の方向を間違った方向に向けてしまう恐れがある。しかし、この構成の場合には、噴射流体４８の流速は、多くの拘束要因によりほとんど影響を受けない。
【００１６】
しかし、小滴噴射装置４０が、噴射流体の流れの方向Ｆ₁、および減衰の小さな液体の流れの方向Ｆ₂が、相互に垂直にではなく、ほぼ平行であるような構造になっている場合には、好適には、噴射流体の流れの方向Ｆ₁および減衰の小さな流体の流れの方向Ｆ₂が、上記理由によりアレーの幅に沿った方向を向くことが好ましい。
【００１７】
図５は、噴射流体４８を小滴噴射装置に供給するために、流体マニフォールド６２と一緒に、図３および図４の小滴噴射装置を組み立てる方法を示す断面図である。ある状況下では、流体マニフォールド６２を単体構造にすることが望ましいが、この実施形態の場合には、流体マニフォールド６２は、柔軟なシール８４を間において、２つの部分、すなわち、上部マニフォールド９８および下部マニフォールド９２に分割されている。
【００１８】
下部マニフォールド９２は、液体レベル制御ギャップ突起９４を持つ。液体レベル制御プレート５６は、液体レベル制御ギャップ突起９４に取り付けられる。液体レベル制御ギャップ突起９４は、部品が小滴噴射装置４０に組み立てられ、下部マニフォールド９２に取り付けられた場合に、基部基板４２と液体レベル制御プレート５６との間に正確な間隔を置くために使用される。
【００１９】
下部マニフォールド９２および小滴噴射装置スタック４０と一緒に組み立てられた追加部品は、図６に示すように、ブリッジ・プレート８２である。ブリッジ・プレート８２は、柔軟なケーブル１００を装着するために使用される。柔軟なケーブル１００は、柔軟なケーブル１００上の装着される個々の回路部材７６を接続するために使用され、焦点が合っている音波を発生し、制御するために使用される。ボンド・ワイヤ９６は、柔軟なケーブル１００と基部基板４２上に装着されている回路チップ８０との間を電気的に接続する。
【００２０】
図６は、減衰の小さな流体５２を小滴噴射装置に供給するために、流体マニフォールド６２と一緒に、図３および図４の小滴噴射装置を組み立てる方法を示す断面図である。ある状況下では、流体マニフォールド６２を単体構造にすることが望ましいが、この実施形態の場合には、流体マニフォールド６２は、ここでも、柔軟なシール１６を間において、上記２つの部分、すなわち、上部マニフォールド９８および下部マニフォールド９２に分割されている。
【００２１】
キャッピング支持体プレート５１は、基板４２の下に位置していて、部品が小滴噴射装置４０に組み立てられ、下部マニフォールド９２に取り付けられた場合に、基部基板４２と音響的に薄いキャッピング構造体５０との間に正確な間隔ができるような方法で基板の周囲を密封する。
【００２２】
小滴噴射装置４０を組み立て、流体マニフォールド６２に取り付けると、マニフォールド入り口８６、１２０から始まって、基部基板４２と音響的に薄いキャッピング構造体５０との間のギャップを通って延び、マニフォールド出口８８、１２２のところで終わる液体が流れるチャンバ１２８が形成される。
【００２３】
しかし、これら周知の音響インキ印刷ヘッド構成の中のどれを使用しても、流動する冷却材の温度をシステムの温度および連続的に流れなくてもよいインキ・タンクの温度と同じにすることはできない。（容易に流動しない）高粘度のインキおよび流動する冷却材の両方を使用するいくつかの利点を１つの有利な装置で実現するために、このような構成を使用することが望まれている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、二層印刷ヘッド構成を使用する音響インキ印刷を行うための方法および装置を提供する。
【００２５】
本発明は、音波の焦点を合わせるためのフォーカス装置の第１のアレーが上面に配置された基板と、オリフィスの第２のアレーが内部に配置されたプレートであって、前記第２のアレーのオリフィスと前記フォーカス装置の前記第１のアレーとが整合しているプレートと、前記プレートと前記基板との間に位置する膜と、前記基板と前記膜により形成された空間であり、当該空間の側面に連通する入口ポート、及び、当該空間の側面に連通する出口ポートを備える第１の流体チャンバと、前記膜と前記プレートとにより形成された空間であり、第２の流体を保持する第２の流体チャンバとを含んで成り、前記オリフィスを通して前記第２の流体の小滴が噴射され、供給源から前記第２の流体が引き出されるまで前記量の第２の流体の滞留を維持し、前記噴射が前記第１のアレーのフォーカス装置による音波の発生および焦点合わせに依存する小滴噴射装置である。
【００２６】
また、本発明の第１の流体は冷却材である小滴噴射装置。
【００２７】
また、本発明の第２の流体はインキである小滴噴射装置。
【００２８】
また、本発明の方法は、第１のアレーを横切る第１のチャンバ内の冷却材の連続的な流れを容易にするためのステップと、オリフィスを通してインキの小滴が噴射され、第２の流体チャンバ内のインキの滞留を維持し、第２のチャンバ内にインキを供給するステップとを含み、前記噴射は第１のアレーのレンズによる音波の発生および焦点合わせに依存する小滴噴射装置である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明は、種々の流体と一緒に効果的に使用できる音響インキ印刷ヘッド、または小滴噴射装置を供給し、優れた熱制御を行うことが周知の改善である。この点に関して、本発明の印刷ヘッドは、例えば、高温溶融インキのような粘度の高いインキの使用に関連する特定の用途に使用することができる。これらのインキは、少なくともその一部についてはすでに説明したように、通常、熱制御をするのが難しいが、本発明は、連続的に流れる二層の、または減衰の小さな流体を追加使用することによりこの問題を克服する。
【００３０】
より詳細に説明すると、本発明を使用すれば、連続的に流れないが、その代わり、流れないまたは停滞しているプール内に収容することが、もっと容易な粘度の高いインキを有利に使用することができる。通常の状態では、このような実行の際には熱的な問題が起こる。何故なら、流動しないインキは、印刷ヘッドの動作中に発生する望ましくない熱を保持する傾向があるからである。さらに、高温の溶融インキの場合には、印刷できるようにするために、上記インキに熱を加えなければならない。
【００３１】
しかし、本発明の印刷システムは、印刷ヘッドの動作中に発生し、インキ内に溜まった望ましくないすべての熱を除去するために連続的に流動する二層の流体を使用するためのものでもある。そのため、印刷ヘッドは、ほとんどの状況下で、冷却材として機能するが、（ある状況の下では、インキを加熱するために使用することができる）二層流体により冷却される。
【００３２】
以下にさらに詳細に説明する好適な構成の場合には、二層流体は、インキおよび噴射アレーに非常に近いところに位置する等温流体として機能する。この機能の利点は、上記冷却および熱的制御を助長することである。それと同時に、二層流体を使用しているために、印刷ヘッドの質量が低減することである。何故なら、加熱部材を使用しているために、部品の数が少なくてすむからである。さらに、噴射前にシステム内に貯えられている間、インキの温度が低温状態に維持される。粘度の高いインキを低温で貯蔵すると、通常、インキの寿命が長くなり、安定性が向上する。
【００３３】
音響インキ印刷システムの通常の動作および構造についての上記説明は、本発明に対しても同様に適用されることを理解されたい。上記の周知の構造とは異なる本発明のすべての点について、以下にさらに詳細に説明する。
【００３４】
図面について説明するが、図面は、本発明の好適な実施形態を説明するためだけのものであって、本発明を制限するものではない。図７は、本発明の好適なシステム全体の構造の部分図である。この図に示すように、小滴噴射装置または音響インキ印刷ヘッド２００は、その上に位置し、音波の焦点を合わせるための装置２０６のアレー２０４を持つ基部基板２０２を備える。上記装置は、好適には、フレネル・レンズから形成することが好ましい。しかし、任意の音波発生装置で十分である。噴射装置は、さらに、その内部に配置されているオリフィス２１２のアレー２１０を持つプレート２０８を含む。プレート２０８は、また、液体レベル制御プレートと呼ばれることもある。レンズまたは焦点を合わせるための装置のアレー２０４は、焦点を合わせるための各装置またはレンズ２０６が、オリフィス２１２と整合するようにオリフィスのアレー２１０と整合していることを理解されたい。それ故、（レンズ、オリフィスおよびトランスジューサを備える）複数の個々の噴射装置は、１つの噴射装置または噴射アレーを形成する。
【００３５】
図７は、またプレート２０８と基板２０２との間に位置している膜またはキャッピング構造体２１４も示す。好適には、膜２１４は、音響的に薄いものであることが好ましい。音響的に薄いという用語は、通常、そこを通して伝播する波の波長より短い波長を持つ構造体を形成することを意味する。それ故、膜は、インキの表面に焦点を結ぶ膜を通してレンズから伝送される波の伝播を妨害しない。図７には示していないが、膜は、また、図３−図４に示す支持構造体類似の支持構造体を備えることができることを理解されたい。
【００３６】
重要なことは、第１の流体チャンバ２２０は、基板２０２および膜２１４により形成される。第１の流体チャンバ２２０は、レンズ・アレー２１４を横切って、第１の流体（二層流体）の連続的な流れを容易にするためのものであることである。この点に関して、第１の流体は、好適には、減衰の小さな流体か、（水性インキ用の）水のような冷却材、または（相変化インキ用の）ヂエチレン・グリコールであることが好ましい。しかし、十分な熱消散特性を持つ粘度の低い任意の流体も使用することができる。二層流体の流れの方向は、図９および図１０を参照しながら、以下にさらに詳細に説明する。
【００３７】
第２の流体チャンバ２３０は、すなわち、膜２１４およびプレート２０８により形成される。第２の流体チャンバ２３０は、第２の流体の滞留を維持するためのものである。好適には、第２の流体は、インキのような噴射流体であることが好ましい。上記量のインキは、インキが、インキ供給源またはシステム用のタンクから引き出される時まで第２のチャンバ内にほぼ停滞している。本発明のこの実施形態の場合には、オリフィス２１２を通してインキの小滴が噴射された場合に、インキが引き出される。上記噴射は、対応する焦点を結ぶための装置またはレンズによる音波の発生および焦点合わせには、影響されないことを理解されたい。
【００３８】
図７は、また、基板２０２上のレンズ２０６に対向する側面上に位置するトランスジューサ２４０も示す。上記トランスジューサ２４０は、好適には、基板２０２を通って伝播し、レンズ２０６により焦点を結び、最終的にはオリフィス２１２を通して、インキの小滴を噴射する音波を発生することが好ましいことを理解されたい。
【００３９】
印刷ヘッド２００は、マニフォールド構造体２５２内に形成されているインキ供給チャネル２５０を有する。好適には、インキ・チャネル２５０は、システム内の適当なインキ・タンク（図示せず）からチャンバ２３０にインキを供給することが好ましい。インキは、インキ・チャンバの狭い幅を収容するように、層流の形で供給される。しかし、インキは循環しない。インキは、単にチャンバ内に溜められ、チャンバから小滴が噴射された場合に、新しいインキが供給される。この点に関して、各インキ・オリフィスのメニスカス内の毛細管現象による力により、インキ滴の噴射中にインキが除去された後で、再充填または置き換えが容易に行われる。
【００４０】
図７は、また、この図には示していないが、（点線で示す）矢印Ｘの方向に、チャンバ２２０内で第１の流体の流れを容易にする例示としてのチャネル２７０の構造体の一部を示す代表的な横断面の一部の拡大図も示す。チャネル２７０は、例えば、（図８および図９に出口ポートとして示した）ポート２６４に連絡していることを理解されたい。ポート２６０のような入り口ポートの場合には、流れの方向は反対になる。
【００４１】
図７に印刷ヘッドの一部を示す。８列の噴射装置しか示していないが、１６列の噴射装置を持つもっと大きな印刷ヘッドの約半分であることを理解されたい。もちろん、図に示す噴射装置も、もっと小型の印刷ヘッド用の全アレーを構成することもできる。しかし、１６列の噴射装置が必要な場合には、実施形態は、図に示すように、基板２０２から噴射装置の他のアレーおよび対応する構造体に延びる印刷ヘッドのほぼ同一または相補の部分を含む。印刷ヘッドの対向側面上には、別のマニフォールドも設置されていることを理解されたい。さらに、インキ・チャンバは、対向アレーには延びていないことを理解されたい。何故なら、噴射装置の２つのアレーの間のオリフィス・プレートに十分な支持構造体を設置しなければならないからである。それ故、対向側面上に設けられているが、噴射装置アレー（図示せず）に別のインキ・チャンバが設置され、２つのチャンバ間にはインキは流れない。もちろん、１６列の噴射装置を収容するのに、支持体を必要としないように、印刷ヘッドに、十分に安定しているオリフィス、または液体レベル制御プレートを設置できる場合には、１つのインキ・チャンバおよびマニフォールドで両方のアレーにインキを容易に供給することもできる。しかし、印刷ヘッドの好適な実施形態の場合には、そのような構成になっていない。
【００４２】
図８について説明すると、この図は、マニフォールド２５２のインキ・チャネル２５０が、インキ供給源（図示せず）と連絡するために動作するスロット状の開口部２５４を持つことを示している印刷ヘッド２００の斜視図である。さらに、第１のチャンバは、第１のチャンバ２２０内に保持され、このチャンバを通って循環する冷却材用の入り口として機能するポート２６０を備える。同様に、図の実施形態内で冷却材用の出口として機能するポート２６２および２６４は、噴射装置アレーの入り口ポート２６０と同じ側面に沿って設置されている。入り口ポートおよび出口ポートは、噴射装置アレーの全長に沿って、交互に位置されることを理解されたい。また、入り口ポートおよび出口ポートは、印刷ヘッド・システムを通して冷却材が循環できるように、冷却材の連続的な流れを、第１のチャンバ、および印刷ヘッドに関連する適当な冷却材の流れ用の構造体（図示せず）に供給するために、適当なマニフォールド構造体（図示せず）と連絡させるために動作することを理解されたい。
【００４３】
当業者であれば、循環経路に沿って冷却材の温度を制御するために、適当な温度制御装置を設置できることを理解することができるだろう。もちろん、好適な構成の場合には、第１の流体は、動作中に、噴射アレーの温度を下げる冷却材である。それ故、循環経路に沿って使用することができる温度制御素子は、冷却構造体の形をとる。しかし、同様に、印刷ヘッドを加熱し、（それにより、例えば、高温溶融インキのような噴射流体を加熱するために）循環経路に沿って加熱構造体を設置したほうが好ましい場合もある。本発明のある種の実施形態の場合には、二層流体だけが、追加の構造体を使用しないで印刷ヘッドの温度特性を制御する。
【００４４】
図９は、入り口ポート２６０が、第１のチャンバ２２０に流体を供給する様子を示すオリフィス・プレートと膜を除去した印刷ヘッドの平面図である。供給された流体は、それぞれ、最も近い出口ポート２６２および２６４に向かってＦ１およびＦ２の方向に流れる。この図に示すように、流れは、好適には、入り口ポートおよび出口ポートの付近を除いて、印刷ヘッドの全長にほぼ沿って流れることが好ましい。それ故、流れは、第１のチャンバ内でほぼ「Ｕ」字形になる。もちろん、これらの流れの経路は、全印刷ヘッドに沿ってまた横切って繰り返し同じ形になる。流体が、ポート２６２および２６４を通ってチャンバから流出すると、上記インキはシステムを通って再循環する。このような流体の連続的な流れは、印刷ヘッドの熱を制御する。
【００４５】
図９の実施形態を見れば分かるように、ほぼ「Ｕ」形の流れの経路が形成されるのは、１６列の実施形態の構造体が、８列の噴射装置のアレーの間に位置する支持構造体を持っているからである。その結果、印刷ヘッドの一方の側面から他方の側面に、印刷ヘッドの幅の方向に連続的な流れを形成することはできない。
【００４６】
しかし、本発明の別な実施形態の場合には、噴射装置の８列のアレーしか使用していない。それ故、図１０に示すように、（図９類似の図においては）印刷ヘッド４００は、噴射装置４０２の１つの８列のアレーしか含んでいない。便宜上、噴射装置は、詳細に示していない。この構成の場合には、入り口ポート４０４は、アレー４０２の一方の側面上にしか設置されていないし、出口ポート４０６は、アレーの対向側面上に設置されている。チャンバに流入した流体は、例えば、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６、Ｆ７およびＦ８のような、図に示す流れのラインに沿って連続的に流れる。図を見れば分かるように、液体の流れは、チャンバに流体を層流の形で供給するために、各入り口ポートから扇の形で流れる。その後で、液体は、種々の適当な出口ポートのところで、チャンバから流出し、上記のように循環する。
【００４７】
図９または図１０のいずれかの実施形態の場合には、流体が実際に流れない領域、いわゆる「停滞領域」が結果として形成される湾曲している流れのラインにより衝撃を受ける入り口ポートと出口ポートとの間の領域を考慮に入れることが好ましい。インキ・チャンバ内においては、インキのプールが、（インキが置換される場合を除いて）停滞することが望ましいが、噴射装置のアレーをカバーしている第１のチャンバ内の領域には停滞しないことが望ましい。流れが停滞するために、この領域は冷却されない。そのため、図９にＸ１で示す領域、および図１０にＸ２およびＸ３で示す領域のような潜在的に停滞している領域は、好適には、印刷ヘッドの構成部材の大きさおよび設置位置を決定する際には、使用しないことが好ましい。それ故、流動する流体は、例えば、停滞を防止するために、扇状に広がることが望ましい。所与の設計の際に、上記領域を全面的に避けることができない場合には、任意の上記停滞領域を、噴射装置が設置されていない縁部に沿うように、噴射装置のアレーに衝突しないチャンバ内の領域に制限すべきである。
【００４８】
この点に関して、他の関連考慮事項としては、１つのアレー（または複数のアレー）で実行する噴射装置の数、相互間および噴射装置のアレーに対する入口ポートおよび出口ポートの間の間隔等がある。また、何処に位置していても、流れ経路は、冷却流体が、熱を除去するのに十分な側で流れることができ、その結果、印刷ヘッドを効果的に冷却できるように、流れを妨害しない流れラインを形成することが望ましい。
【００４９】
実施形態の一部として、その内部に印刷ヘッドおよび任意の関連する構造体が設置されるプリンタ内の空間の一定の部分だけしか使用できないことを理解されたい。しかし、同時に、噴射流体および二層の流体の両方用の入口ポートおよび出口ポートのような関連素子を収容するために、印刷ヘッドは十分な大きさを持っていなければならない。
【００５０】
それ故、上記考慮事項は、印刷ヘッドの長さおよび幅に影響を与える。しかし、印刷ヘッドの高さもシステムの動作特性の関数である。これらのラインに沿って、印刷ヘッド・アレーに層流の形で供給される流体の大きさも複数の要因となる。当業者であれば、このことを考慮に入れて、印刷ヘッドを実行する場合には、種々の設計上の折り合いが絡んでくることを理解することができるだろう。例えば、インキが非常に薄い場合には、システム内に圧力勾配が形成され、それにより、メニスカスがずれて、システムのパワーの均一性が悪影響を受ける場合がある。反対に、二層の流体が、非常に薄いシートの形で供給された場合には、システム内で温度勾配が発生する場合がある。このこともまた、パワーを非均一にする。
【００５１】
一例を挙げると、約１２センチポイズの粘度を持つ相変化インキと一緒に使用する８列の噴射装置を含む印刷ヘッドの場合には、第１および第２の流体用のチャンバは、その高さは約５ミル（０．０５インチ）でなければならない。噴射装置が８列の場合には、入口ポートと出口ポートとの間の間隔は、好適には、５〜１０ミリであることが好ましい。結果として得られる噴射滴は、好適には、その量が２ピコリットルであり、２５キロヘルツの頻度で噴射できることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】音響的に作動するプリンタ用の、従来技術の小滴噴射装置の断面図である。
【図２】図１の従来技術の小滴噴射装置のアレーの斜視図である。
【図３】従来技術の小滴噴射装置の断面図である。
【図４】図３の小滴噴射装置の斜視図である。
【図５】噴射流体マニフォールドが取り付けられている、図３の小滴噴射流体の断面図である。
【図６】減衰の小さな液体流体マニフォールドが取り付けらている、図３の小滴噴射流体装置の断面図である。
【図７】本発明の小滴噴射流体装置の断面図である。
【図８】図７の小滴噴射装置の斜視図である。
【図９】図７の小滴噴射装置の例の平面図である。
【図１０】図７の小滴噴射装置の別の例の平面図である。
【符号の説明】
１０小滴噴射装置、１２基部基板、１４音響レンズ、１６トランスジューサ、１８頂部支持体、２０側壁、２２液体セル、２３減衰の小さい液体、２４タンク、２６キャッピング構造体、２８自由面、３０開口部、３１アレー、３２噴射液、３４側壁、３６丸窓、３８マウンド、３９小滴、４０小滴噴射装置、４２基部基板、４４音響レンズ、４６トランスジューサ、４８噴射流体、４９開口部、５０キャッピング構造体、５１キャッピング構造体支持体、５２減衰の小さな液体、５４アレー、５６液体レベル制御プレート、５８自由面、６０開口部、６２流体マニフォールド、７６回路部材、８０回路チップ、８２ブリッジ・プレート、８４シール、８６マニフォールド入口、８８マニフォールド出口、９２下部マニフォールド、９４液体レベル制御ギャップ突起、９６ボンドワイヤ、９８上部マニフォールド、１００柔軟なケーブル、１１６シール、１２０マニフォールド入口、１２２マニフォールド出口、１２８チャンバ、２００音響インキ印刷ヘッド、２０２基部基板、２０４アレー、２０６デバイス、２０８プレート、２１０アレー、２１２オリフィス、２１４膜、２２０第１の流体チャンバ、２３０第２の流体チャンバ、２４０トランスジューサ、２５０インキ供給チャネル、２５２マニフォールド構造体、２５４開口部、２６０入口ポート、２６２ポート、２６４ポート、２７０チャネル、４００印刷ヘッド、４０２噴射装置、４０４入口ポート、４０６出口ポート。

Claims

小滴噴射装置であって、
音波の焦点を合わせるためのフォーカス装置の第１のアレーが上面に配置された基板と、
オリフィスの第２のアレーが内部に配置されたプレートであって、前記第２のアレーのオリフィスと前記フォーカス装置の前記第１のアレーとが整合しているプレートと、
前記プレートと前記基板との間に位置する膜と、
前記基板と前記膜により形成された空間であり、当該空間の側面に連通する入口ポート、及び、当該空間の側面に連通する出口ポートを備える第１の流体チャンバと、
前記膜と前記プレートとにより形成された空間であり、第２の流体を保持する第２の流体チャンバとを含んで成り、
前記オリフィスを通して前記第２の流体の小滴が噴射され、供給源から前記第２の流体が引き出されるまで前記量の第２の流体の滞留を維持し、前記噴射が前記第１のアレーのフォーカス装置による音波の発生および焦点合わせに依存する小滴噴射装置。
請求項１記載の小滴噴射装置において、前記第１の流体が冷却材である小滴噴射装置。
請求項１記載の小滴噴射装置において、前記第２の流体がインキである小滴噴射装置。
請求項１〜３のいずれか一項記載の小滴噴射装置において、
前記入口ポートと前記出口ポートは、前記第１の流体チャンバの前記空間の同じ側面に沿って交互に配置されていることを特徴とする小滴噴射装置。
請求項１〜３のいずれか一項記載の小滴噴射装置において、
前記入口ポートは、前記第１の流体チャンバの前記空間の第１の側面に沿って配置され、
前記出口ポートは、前記第１の流体チャンバの前記空間における前記第１の側面に対向する側面に沿って配置されていることを特徴とする小滴噴射装置。