JP7086998B2 - 材料を分配するためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、材料を分配するためのシステム及び方法に関する。本発明は具体的には、熱噴射システムを使用することによって材料を分配するためのシステム及び方法に関する。

搬送ジェットを形成するための揮発性担体の加熱によって材料を分配することは周知である。サーマルインクジェットシステムは、基材上にインク液滴を生成し、正確に付着させるための手段を提供するものである。熱駆動型システムもまた、同様に担体又は分配される実際の材料を揮発させることによって、他の材料の分配又は分散を促進するために使用されることがある。

環境内に芳香を拡げる目的で揮発性油を環境内に分散させるための「霧化」もまた知られている。典型的な分散システムは、環境内に分散する一連の油滴を生成する。期待以下の性能の分配ノズルは、特定のノズルがもはや完全に分配しない点、又は場合によっては全く分配しないという点で、システムの分配性能を低下させ得る。これは、システムが所望に応じて流体を効果的に分配する能力を低下させ得る。

材料が環境内に容易に分散され得ると共に、ノズル性能の低下を軽減し、かつ期待以下の性能のノズルの動作上の影響を減らすように、環境内に材料を分散させるための改善されたシステム及び方法が求められている。

一態様では、流体分配方法は、流体リザーバと流体連通している複数のノズルを備えるドロップオンデマンド装置を用意する工程と、複数のうちのサブセットを選択する工程と、複数のうちの選択されたサブセットを介して流体を分配する工程と、流体の全ての分配を停止する工程と、複数のうちの第２のサブセットを選択する工程と、複数のうちの選択された第２のサブセットを介して流体を分配する工程と、を含む。

本発明の一実施形態の概略図である。 図１の断面線ＡＡに沿った、本発明の一実施形態のチャンバの概略的断面図である。

本開示は、熱又は圧電マイクロ流体ダイから作動流体を噴出するように構成された流体送達システムを対象とする。ダイは、基材内に形成された１つ以上の活性化要素を含む。活性化要素は、熱性又は圧電性のいずれかであってもよい。基材は、システムによる噴出を目的とする作動流体との直接的な接触から活性化要素を保護する誘電層によって被覆されていてもよい。各活性化要素は、流体チャンバに隣接して、そしてその流体チャンバに隣接して配設されたノズルに隣接して配設されている。電子部品に関連する周知の構造及び半導体製造の詳細は、説明には含められていない。

作動流体は、溶媒及び可溶化活性剤を含んでもよい。溶媒としては、水、アルコール、及び熱又は超音波エネルギー源のいずれかを使用して容易に揮発され得る他の流体が挙げられる。１つの実施形態において、活性剤は芳香剤を含む。芳香剤は、１つ以上の芳香元素を含んでもよく、そのため、全体的な剤は、複数の芳香ノートを組み合わせて含んだ複合的な芳香をもたらすことができる。

一態様では、本発明は、環境の中に液体を分配するための装置を含む。装置は、液体を収容するリザーバを備える。リザーバは、分配要素又はプリントヘッドと流体連通する。リザーバと分配要素との連結は、流体がリザーバから流出し分配要素のチャンバへと流入することを可能にする。装置ダイは、流体が分配される複数のノズルを更に備える。各分配サイクルに関して、ノズルの総数のサブセットの活性化要素は通電されて、それぞれのノズルから流体を分配する試みをもたらす。サブセットは、わずか１つのノズルであってもよく、又は利用可能なノズル全てであってもよい。サブセットは、ノズルの総数のうちの特定のノズルとして予め定義されてもよく、又はサブセットは、ノズルの総数内の番号付けされたノズルを、既定の又はランダムに選択された数量のノズルが選択されるまで選択するために乱数関数を使用して選択されてもよい。

それぞれのサブセットのサイズは、ランダムに、又は分配される所望の体積に従って選ばれてもよい。１つの実施形態では、各サブセットは、その数のノズルから分配される流体の総体積が、既定の所望の流体体積と少なくともおよそ等しいように選択される。所望の体積の選択は、ノズル構成の噴出効率、並びにノズルに供給する流体チャンバの再充填時間に対するノズルの発射速度、並びにノズルが故障している割合又はさもなければ期待以下の性能の見込みを考慮に入れてもよい。このようにして、それぞれのサブセットの発射は、装置からの所望の量の流体の実際の分配をもたらす可能性がより高い。

一旦選択されると、選ばれた又は規定されたノズルは、活性化要素に通電することによって発射される。発射は、所望の量の流体が選択されたノズルを介して装置から分配される分配事象をもたらす。装置は、分配事象と分配事象との間は停止される。装置の停止後、第２のサブセットが、次の事象のために発射される。第２のサブセットはまた、上述のように、既定されてもよく、又はランダムに選択されてもよい。既定のサブセットは、サブセット間に重複がないように選択されてもよい。この選択により、サブセットが順に通電されることを可能にし、ノズルのサブセットは、ノズルの他の各サブセットが介在時間間隔で発射された後まで再び発射されない発射パターンをもたらす。一例として、ダイは、４つのサブセット、つまりノズル１～２０、２１～４０、４１～６０及び６１～８０に細分された８０個のノズルを含んでもよい。ノズル１～２０を発射させ、続いてノズル２１～４０、次いで４１～６０、次いで６１～８０を発射させ、ノズル１～２１に戻ることができる。

それぞれのサブセットの発射順序は、固定又はランダム化されてもよい。ランダムな発射シーケンスについては、ランダム化は、前の発射順序を考慮してもよく、又は考慮しなくてもよい。換言すれば、ランダムな発射順序は、全ての他のサブセットが発射されるまで再び発射されるノズルサブセットがないことを確実にするために前の発射順序を考慮してもよく、又はランダム化は、この情報を考慮することなく進行させてもよい。

発射事象及び停止の持続時間は、似て非なるものであってもよい。１つの実施形態では、停止の持続時間は、発射事象の持続時間よりも実質的に長い。

一構成例では、８０個のノズルを有するサーマルインクジェットダイが、約２０ｍＬの容量を有するリザーバに連結されている。分配される液体は、９５％の香油混合物及び５％のプロピレングリコール（プロパン－１，２－ジオール）を含む芳香組成物であり、この組成物は、比重０．８５を有する。インクジェットヒータの各作動によって噴出される体積は、約１１ｐＬである。経時的な所望の分配速度は、６０ｍｇ／時である。生活空間への液滴の投射を最大化するように選ばれた所望の発射頻度は、３０００Ｈｚである。個々のサーマルインクジェットヒータを作動するために必要とされる電気パルスは２．５μｓであり、連続的なヒータ作動間の２μｓの停止を伴う。インクジェットダイのノズルは、個別にアドレス指定可能であり、電源のサイズ及び電流供給容量を最小化するように部分的に選ばれた構成である。

上記構成では、ノズル数、それらの必要とされる発射パルスタイミング、及び３０００Ｈｚの繰り返し速度で利用可能な時間に起因して、インクジェットアレイ内の全てのノズルを所望の発射頻度で順々に発射することは不可能である。その代わりに、一構成では、２０個のノズルのサブセットが、３０００Ｈｚで０．５秒間繰り返し発射され、続いて９．５秒の休止期間が続く。次のバーストでは、２０個のノズルの異なるサブセットが発射される。この構成は、一連のノズルがバースト事象中にファームウェアによって再構成される必要はないため、制御アルゴリズムの簡略化をもたらすが、むしろ、休止期間中に再構成され得る。アレイ全体におけるバーストからバーストへのノズルのサブセットのローテーションは、アレイ内に少数の欠陥ノズルが存在する場合でも、所望の６０ｍｇ／時の分配速度が著しく低減されないことを確実にする。この構成では、液滴の流れの運動量、ひいては生活環境への液滴の投射が最大化されるように、２０個のノズルのサブセットが隣接する群として選択される。

この構成では、パルスタイミング、ノズル配列決定、及び発射タイミングは、マイクロコントローラ、ＳＴＭ３２Ｌ４７６ＺＧ（ＳＴ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）上で動作するファームウェアによって決定される。１つの実施形態では、システムは、同一又は異なる流体のいずれかを含む複数の流体リザーバを備えてもよい。各リザーバは、上述のようにノズルのセットにグループ化された複数のノズルを備える分配ダイと流体連通している。各リザーバのために単一の共通ダイ又は独立ダイのいずれかが使用されてもよい。ノズルの少なくとも一部は、各分配サイクルに必要とされる又は望ましいと考えられる流体の体積を考慮して、本方法に記載される手法で動作されてもよい。

図１に示すように、デバイス１０００は、複数の分配要素１００と、分配要素と連通する流体リザーバ３００と、分配要素と電気通信する制御要素２００とを備えている。

図２は、線ＡＡに沿った、図１の一部分の断面図を示すものであり、チャンバ１５０と、ノズル１２０と、活性化要素１６０とを有する分配要素１００の内部構造を示している。

本明細書にて開示された寸法及び値は、列挙された正確な数値に厳密に限定されるものとして理解されるべきではない。その代わりに、特に指示がない限り、このような寸法はそれぞれ、列挙された値とその値を囲む機能的に同等な範囲との両方を意味することが意図されている。例えば、「４０ｍｍ」と開示された寸法は、「約４０ｍｍ」を意味するものとする。

相互参照される又は関連する全ての特許又は特許出願、及び本願が優先権又はその利益を主張する任意の特許出願又は特許を含む、本願に引用される全ての文書は、除外又は限定することを明言しない限りにおいて、参照によりその全容が本明細書に援用される。いかなる文献の引用も、本明細書中で開示又は特許請求される任意の発明に対する先行技術であるとはみなされず、あるいはそれを単独で又は他の任意の参考文献（単数又は複数）と組み合わせたときに、そのような発明全てを教示、示唆又は開示するとはみなされない。更に、本文書における用語の任意の意味又は定義が、参照することによって組み込まれた文書内の同じ用語の意味又は定義と矛盾する場合、本文書におけるその用語に与えられた意味又は定義が適用されるものとする。

本発明の特定の実施形態を例示及び説明してきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更及び修正を行うことができる点は当業者には明白であろう。従って、本発明の範囲内に含まれるそのような全ての変更及び修正は、添付の特許請求の範囲にて網羅することを意図したものである。

Claims (18)

1. 流体を分配する方法であって、
   ａ）流体リザーバと流体連通している複数のノズルを備えるドロップオンデマンド装置を用意する工程と、
   ｂ）前記複数のうちのサブセットを選択する工程と、
   ｃ）前記複数のうちの、第１のバーストにおいて、選択された前記サブセットを介して流体を繰り返し分配する工程と、
   ｄ）流体の全ての分配を停止する工程と、
   ｅ）前記複数のうちの第２のサブセットを選択する工程と、
   ｆ）前記複数のうちの、第２のバーストにおいて、選択された前記第２のサブセットを介して流体を繰り返し分配する工程と、を含む、方法。
2. 流体リザーバと流体連通している複数のノズルを備えるドロップオンデマンド装置を用意する前記工程が、サーマル方式のドロップオンデマンド装置を用意することを含む、請求項１に記載の方法。
3. ｇ）前記複数のうちの重複しない多数のサブセットを選択する工程と、
   ｈ）前記多数のサブセットのうちの１つを介する流体の前記分配と停止とを交互に行う工程であって、流体を分配する前記多数のうちの任意の第１のサブセットについて、前記第１のサブセットが流体を再び分配する前に、前記多数のうちの他の各サブセットが流体を分配する、工程と、を更に含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 流体リザーバと流体連通している複数のノズルを備えるドロップオンデマンド装置を用意する前記工程が、芳香組成物を含む流体を用意することを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記複数のノズルのうちの前記第１のサブセットが、ランダムに選択されている、請求項３に記載の方法。
6. 流体を分配する前記工程がそれぞれ、同様の体積の流体出力をもたらす、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
7. 発射事象の持続時間が、分配の前記停止の持続時間よりも実質的に短い、請求項１～６いずれか一項に記載の方法。
8. 流体リザーバと流体連通している複数のノズルを備えるドロップオンデマンド装置を用意する前記工程が、複数のノズルセットを備えるドロップオンデマンド装置であって、各ノズルセットが複数の流体リザーバのうちの１つのリザーバと流体連通している、ドロップオンデマンド装置を用意することを含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 流体を分配する方法であって、
   ａ）流体リザーバと流体連通している複数のノズルを備えるドロップオンデマンド装置を用意する工程であって、前記装置が８０個の分配ノズルを備えている、用意する工程と、
   ｂ）前記複数のうちの第１のサブセットを選択する工程であって、前記第１のサブセットが２０個のノズルを含む、選択する工程と、
   ｃ）前記複数のうちの選択された前記第１のサブセットを介して流体を分配する工程と、
   ｄ）流体の全ての分配を停止する工程と、
   ｅ）前記複数のうちの第２のサブセットを選択する工程であって、前記第２のサブセットが２０個のノズルを含み、前記第２のサブセットが、前記第１のサブセットと共通のノズルを含まない、選択する工程と、
   ｆ）前記複数のうちの選択された前記第２のサブセットを介して流体を分配する工程と、
   ｇ）前記複数のうちの第３のサブセットを選択する工程であって、前記第３のサブセットが２０個のノズルを含み、前記第３のサブセットが、前記第１のサブセットとも前記第２のサブセットとも共通のノズルを含まない、選択する工程と、
   ｈ）前記複数のうちの選択された前記第３のサブセットを介して流体を分配する工程と、
   ｉ）流体の全ての分配を停止する工程と、
   ｊ）前記複数のうちの第４のサブセットを選択する工程であって、前記第４のサブセットが２０個のノズルを含み、前記第４のサブセットが、前記第１のサブセットとも、前記第２のサブセットとも、前記第３のサブセットとも共通のノズルを含まない、選択する工程と、
   ｋ）前記複数のうちの選択された前記第４のサブセットを介して流体を分配する工程と、を含む、方法。
10. 流体リザーバと流体連通している複数のノズルを備えるドロップオンデマンド装置を用意する前記工程が、サーマル式のドロップオンデマンド装置を用意することを含む、請求項９に記載の方法。
11. ｌ）前記複数のうちの多数の重複しないサブセットを選択する工程と、
    ｍ）前記多数のサブセットのうちの１つを介する流体の前記分配と停止とを交互に行う工程であって、流体を分配する前記多数のうちの任意の第１のサブセットについて、前記第１のサブセットが再び流体を分配する前に、前記多数のうちの他の各サブセットが流体を分配する、工程と、を更に含む、請求項９又は１０に記載の方法。
12. 流体リザーバと流体連通している複数のノズルを備えるドロップオンデマンド装置を用意する前記工程が、芳香組成物を含む流体を用意することを含む、請求項９～１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 流体を分配する前記工程がそれぞれ、同様の体積の流体出力をもたらす、請求項９～１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 各流体分配工程と関連する時間が、分配の前記停止と関連する時間よりも実質的に短い、請求項９～１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 流体リザーバと流体連通している複数のノズルを備えるドロップオンデマンド装置であって、８０個の分配ノズルを備えている装置を用意する前記工程が、複数のノズルセットを備えるドロップオンデマンド装置であって、各ノズルセットが、複数の流体リザーバのうちの１つのリザーバと流体連通しており、各ノズルセットが８０個のノズルを備えている、装置を用意することを含む、請求項１に記載の方法。
16. 前記複数のうちのサブセットは、前記複数のうちの他の各サブセットが発射された後まで再び発射されない、請求項１に記載の方法。
17. 流体を分配する方法であって、
    ａ）流体リザーバと流体連通している複数のノズルを備えるドロップオンデマンド装置を用意する工程と、
    ｂ）前記複数のうちのサブセットを選択する工程と、
    ｃ）前記複数のうちの選択された前記サブセットを介して流体を分配する工程と、
    ｄ）流体の全ての分配を停止する工程と、
    ｅ）前記複数のうちの第２のサブセットを選択する工程と、
    ｆ）前記複数のうちの選択された前記第２のサブセットを介して流体を分配する工程と、
    ｇ）前記複数のうちの重複しない多数のサブセットを選択する工程と、
    ｈ）前記多数のサブセットのうちの１つを介する流体の前記分配と停止とを交互に行う工程であって、流体を分配する前記多数のうちの任意の第１のサブセットについて、前記第１のサブセットが流体を再び分配する前に、前記多数のうちの他の各サブセットが流体を分配する、工程と、を含み、
    前記各サブセットの発射順序は、ランダム化されている、方法。
18. 流体を分配する方法であって、
    ａ）流体リザーバと流体連通している複数のノズルを備えるドロップオンデマンド装置を用意する工程であって、前記装置が８０個の分配ノズルを備えている、用意する工程と、
    ｂ）前記複数のうちの第１のサブセットを選択する工程であって、前記第１のサブセットが２０個のノズルを含む、選択する工程と、
    ｃ）前記複数のうちの選択された前記第１のサブセットを介して流体を分配する工程と、
    ｄ）流体の全ての分配を停止する工程と、
    ｅ）前記複数のうちの第２のサブセットを選択する工程であって、前記第２のサブセットが２０個のノズルを含み、前記第２のサブセットが、前記第１のサブセットと共通のノズルを含まない、選択する工程と、
    ｆ）前記複数のうちの選択された前記第２のサブセットを介して流体を分配する工程と、
    ｇ）前記複数のうちの第３のサブセットを選択する工程であって、前記第３のサブセットが２０個のノズルを含み、前記第３のサブセットが、前記第１のサブセットとも前記第２のサブセットとも共通のノズルを含まない、選択する工程と、
    ｈ）前記複数のうちの選択された前記第３のサブセットを介して流体を分配する工程と、
    ｉ）流体の全ての分配を停止する工程と、
    ｊ）前記複数のうちの第４のサブセットを選択する工程であって、前記第４のサブセットが２０個のノズルを含み、前記第４のサブセットが、前記第１のサブセットとも、前記第２のサブセットとも、前記第３のサブセットとも共通のノズルを含まない、選択する工程と、
    ｋ）前記複数のうちの選択された前記第４のサブセットを介して流体を分配する工程と、を含み、
    前記第１のサブセットについて、前記第１のサブセットが流体を再び分配する前に、前記他の各サブセットが流体を分配し、
    前記各サブセットの発射順序は、ランダム化されている、方法。

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