JPH1029311A - サーマルインクジェットプリントヘッド - Google Patents
サーマルインクジェットプリントヘッドInfo
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- JPH1029311A JPH1029311A JP9087791A JP8779197A JPH1029311A JP H1029311 A JPH1029311 A JP H1029311A JP 9087791 A JP9087791 A JP 9087791A JP 8779197 A JP8779197 A JP 8779197A JP H1029311 A JPH1029311 A JP H1029311A
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- Japan
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- taper
- fluid flow
- nozzle
- channel
- ink
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14016—Structure of bubble jet print heads
- B41J2/14145—Structure of the manifold
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
- B41J2/04—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
- B41J2/045—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by pressure, e.g. electromechanical transducers
- B41J2/055—Devices for absorbing or preventing back-pressure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14016—Structure of bubble jet print heads
- B41J2/14032—Structure of the pressure chamber
- B41J2/1404—Geometrical characteristics
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 各放出毎に液体インクの”逆流”対”前
進”のフローの比率を最小限にするフロー整流器を有す
るインクジェットエジェクタの設計を提案する。 【解決手段】 少なくとも一つのエジェクタを含むサ
ーマルインクジェットプリントヘッドが提供される。該
エジェクタは、液体インクが通過する流体フローチャネ
ル１２を画定する構造を含む。該流体フローチャネル
は、入口孔１６からノズル１８まで延びる軸１４に沿っ
て画定されている。加熱要素２０は、入口孔１６とノズ
ル１８との間の流体フローチャネル１２内にさらされ
る。該流体フローチャネル１２は、軸１４に沿った少な
くとも一次元で第一テーパー４０を画定し、該第一テー
パー４０は加熱要素と入口孔との間に配置され、ノズル
１８の方に向けて開いている。
進”のフローの比率を最小限にするフロー整流器を有す
るインクジェットエジェクタの設計を提案する。 【解決手段】 少なくとも一つのエジェクタを含むサ
ーマルインクジェットプリントヘッドが提供される。該
エジェクタは、液体インクが通過する流体フローチャネ
ル１２を画定する構造を含む。該流体フローチャネル
は、入口孔１６からノズル１８まで延びる軸１４に沿っ
て画定されている。加熱要素２０は、入口孔１６とノズ
ル１８との間の流体フローチャネル１２内にさらされ
る。該流体フローチャネル１２は、軸１４に沿った少な
くとも一次元で第一テーパー４０を画定し、該第一テー
パー４０は加熱要素と入口孔との間に配置され、ノズル
１８の方に向けて開いている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、最適なパフォーマ
ンスを提供するために各エジェクタの液体フローチャネ
ルが特にインピーダンスを制御するテーパーで形成され
ている、サーマルインクジェットプリンタのプリントヘ
ッドに関する。
ンスを提供するために各エジェクタの液体フローチャネ
ルが特にインピーダンスを制御するテーパーで形成され
ている、サーマルインクジェットプリンタのプリントヘ
ッドに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】サーマ
ルインクジェットプリントにおいて、インクの液滴は、
プリントヘッドにある複数の液滴エジェクタから選択的
に放出される。このエジェクタは、プリントヘッドを通
過して移動するプリントシート上に所望の画像を作成す
るためのデジタルインストラクションに従って作動され
る。プリントヘッドは、タイプライター式にシートに関
して左右に移動するか、又は直線アレイがシートの全幅
を横切って延びるサイズであって、単一パスにおいてシ
ート上に画像を配置する。
ルインクジェットプリントにおいて、インクの液滴は、
プリントヘッドにある複数の液滴エジェクタから選択的
に放出される。このエジェクタは、プリントヘッドを通
過して移動するプリントシート上に所望の画像を作成す
るためのデジタルインストラクションに従って作動され
る。プリントヘッドは、タイプライター式にシートに関
して左右に移動するか、又は直線アレイがシートの全幅
を横切って延びるサイズであって、単一パスにおいてシ
ート上に画像を配置する。
【０００３】イジェクタは、一つ以上の共通のインク供
給マニホルドに連結した毛細管チャネル若しくは他のイ
ンク通路を一般に含む。インクは、適切なデジタル信号
に応じて、チャネル内のインクがチャネル内の表面に配
置された加熱要素によって急速に加熱されるまで、各チ
ャネル内に保持される。チャネル付近のインクのこの急
激な気化によって気泡（bubble）が生成され、この気泡
によって多量の液体インクが該チャネルに関連する開口
を通ってプリントシートに放出される。気泡を生成する
急速な気化プロセスは、”核生成”として一般に知られ
ている。
給マニホルドに連結した毛細管チャネル若しくは他のイ
ンク通路を一般に含む。インクは、適切なデジタル信号
に応じて、チャネル内のインクがチャネル内の表面に配
置された加熱要素によって急速に加熱されるまで、各チ
ャネル内に保持される。チャネル付近のインクのこの急
激な気化によって気泡（bubble）が生成され、この気泡
によって多量の液体インクが該チャネルに関連する開口
を通ってプリントシートに放出される。気泡を生成する
急速な気化プロセスは、”核生成”として一般に知られ
ている。
【０００４】現在一般に使用されているインクジェット
のプリントヘッドにおけるエジェクタのデザインの多く
では、放出の直前に該液体インクを保持する毛細管チャ
ネルは一般に、その全有効長さに沿って均一な断面を有
するシンプルなチューブである。チャネルの断面は丸、
四角、又は三角でもよいが、その断面は該毛細管チャネ
ルの軸に沿った異なるポイントにおいて変化しない。液
体インクの気泡がこのようなチャネルにおいて核生成す
ると、その核生成の物理的本質により、膨張する気泡
は、全ての可能な方向に広がる。実際的内容として、こ
のような核生成は、加熱要素とノズルとの間のチャネル
内に配置された液体インクをノズルから押し出すだけで
なく、加熱要素と入口孔との間に配置された液体インク
を毛細管チャネルの方へ圧力を加える。換言すると、標
準設計のエジェクタにおいて、核生成はチャネルからあ
る量のインクを押し出すが、同様に多量のインクをイン
クの供給源に”逆流”させる。
のプリントヘッドにおけるエジェクタのデザインの多く
では、放出の直前に該液体インクを保持する毛細管チャ
ネルは一般に、その全有効長さに沿って均一な断面を有
するシンプルなチューブである。チャネルの断面は丸、
四角、又は三角でもよいが、その断面は該毛細管チャネ
ルの軸に沿った異なるポイントにおいて変化しない。液
体インクの気泡がこのようなチャネルにおいて核生成す
ると、その核生成の物理的本質により、膨張する気泡
は、全ての可能な方向に広がる。実際的内容として、こ
のような核生成は、加熱要素とノズルとの間のチャネル
内に配置された液体インクをノズルから押し出すだけで
なく、加熱要素と入口孔との間に配置された液体インク
を毛細管チャネルの方へ圧力を加える。換言すると、標
準設計のエジェクタにおいて、核生成はチャネルからあ
る量のインクを押し出すが、同様に多量のインクをイン
クの供給源に”逆流”させる。
【０００５】液体インクのこの逆流は、多くの実際的な
不利益のもとになる。先ず、加熱要素によって提供され
た運動エネルギーの半分はインクをプリントシートに放
出するのに使用されないという事実は、エネルギーの無
駄と液滴速度及び液滴量のロス（loss）を表す。更に、
液体インクが全ての放出毎にインク供給源に押し戻され
るという事実は、毛細管チャネルを液体インクで再充填
するための時間を更に必要とさせ、それによって個々の
エジェクタの動作周期に重大な制約を課す。短く言う
と、標準のエジェクタにおいてこのように全ての放出毎
にインクが二方向にフローすることにより、一方では液
滴速度及び／又は液滴量と、もう一方では再充填速度と
の間でのトレードオフにつながる。
不利益のもとになる。先ず、加熱要素によって提供され
た運動エネルギーの半分はインクをプリントシートに放
出するのに使用されないという事実は、エネルギーの無
駄と液滴速度及び液滴量のロス（loss）を表す。更に、
液体インクが全ての放出毎にインク供給源に押し戻され
るという事実は、毛細管チャネルを液体インクで再充填
するための時間を更に必要とさせ、それによって個々の
エジェクタの動作周期に重大な制約を課す。短く言う
と、標準のエジェクタにおいてこのように全ての放出毎
にインクが二方向にフローすることにより、一方では液
滴速度及び／又は液滴量と、もう一方では再充填速度と
の間でのトレードオフにつながる。
【０００６】本発明は、各放出毎に液体インクの”逆
流”対”前進”のフローの比率を最小限にするフロー整
流器を有するインクジェットエジェクタの設計を提案す
る。
流”対”前進”のフローの比率を最小限にするフロー整
流器を有するインクジェットエジェクタの設計を提案す
る。
【０００７】従来技術において、Stemme and Stemme に
よる記事”A Novel PiezoelectricValveless Fluid Pum
p, ”（The Seventh International Conference on Pro
cess Transducers, Yokohama, Japan (1993) pp. 110-1
13 ）（ＰＣＴ出願ＷＯ−Ａ−９４／１９６０９に関連
する）は、流体入口孔及び出口孔が逆方向のフローより
も一つのフロー方向に大きい加圧ドロップを有する抑制
要素を含む、隔膜タイプの圧電ポンプについて開示して
いる。
よる記事”A Novel PiezoelectricValveless Fluid Pum
p, ”（The Seventh International Conference on Pro
cess Transducers, Yokohama, Japan (1993) pp. 110-1
13 ）（ＰＣＴ出願ＷＯ−Ａ−９４／１９６０９に関連
する）は、流体入口孔及び出口孔が逆方向のフローより
も一つのフロー方向に大きい加圧ドロップを有する抑制
要素を含む、隔膜タイプの圧電ポンプについて開示して
いる。
【０００８】米国特許番号第４，３６８，４７７号は、
個々のエジェクタにそれぞれ斜めに延びるインク導管が
備えられたインクジェットプリントヘッドについて開示
している。各導管の下流端は楔形のテーパー部分で形成
されており、それぞれインクの液滴のための放出オリフ
ィスを有するリーディングエッジ壁を有する。
個々のエジェクタにそれぞれ斜めに延びるインク導管が
備えられたインクジェットプリントヘッドについて開示
している。各導管の下流端は楔形のテーパー部分で形成
されており、それぞれインクの液滴のための放出オリフ
ィスを有するリーディングエッジ壁を有する。
【０００９】米国特許番号第４，５５０，３２６号は、
その特許の図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に表されたような
該放出オリフィスがインクメニスカスの正面でテーパー
されている、”ルーフシューター（roofshooter ）”プ
リントヘッドのためのノズルプレートについて開示して
いる。
その特許の図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に表されたような
該放出オリフィスがインクメニスカスの正面でテーパー
されている、”ルーフシューター（roofshooter ）”プ
リントヘッドのためのノズルプレートについて開示して
いる。
【００１０】米国特許番号第４，６７５，６９３号
は、”射出口”の最小断面領域が、放出されようとする
液滴の量に関して最適に調整される、インクジェットプ
リントヘッドについて開示している。
は、”射出口”の最小断面領域が、放出されようとする
液滴の量に関して最適に調整される、インクジェットプ
リントヘッドについて開示している。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の態様に従
って、少なくとも一つのエジェクタを含むサーマルイン
クジェットプリントヘッドが提供される。該エジェクタ
は、液体インクが通過する流体フローチャネルを画定す
る構造を含む。該流体フローチャネルは、入口孔からノ
ズルまで延びる軸に沿って画定されている。加熱要素
は、入口孔とノズルとの間の流体フローチャネル内にさ
らされる。該流体フローチャネルは、軸に沿った少なく
とも一次元で第一テーパーを画定し、該第一テーパーは
加熱要素と入口孔との間に配置され、ノズルの方に向け
て開いていて、該第一テーパーが３０°に満たないテー
パ角度を画定する。本発明の第二の態様に従って、流体
フローチャネルが該軸方向に沿って少なくとも一次元に
おいて第二テーパーを画定し、該第二テーパーが加熱要
素とノズルとの間に配置されて入口孔の方向に開いてお
り、該第二テーパーが３０°以上のテーパ角度を画定す
る。本発明の第三の態様に従って、流体フローチャネル
が該軸方向に沿って少なくとも一次元において第三テー
パーを画定し、該第三テーパーが加熱要素と入口孔との
間に配置されて該入口孔の方向に開いており、該第三テ
ーパーが３０°以上のテーパ角度を画定する。
って、少なくとも一つのエジェクタを含むサーマルイン
クジェットプリントヘッドが提供される。該エジェクタ
は、液体インクが通過する流体フローチャネルを画定す
る構造を含む。該流体フローチャネルは、入口孔からノ
ズルまで延びる軸に沿って画定されている。加熱要素
は、入口孔とノズルとの間の流体フローチャネル内にさ
らされる。該流体フローチャネルは、軸に沿った少なく
とも一次元で第一テーパーを画定し、該第一テーパーは
加熱要素と入口孔との間に配置され、ノズルの方に向け
て開いていて、該第一テーパーが３０°に満たないテー
パ角度を画定する。本発明の第二の態様に従って、流体
フローチャネルが該軸方向に沿って少なくとも一次元に
おいて第二テーパーを画定し、該第二テーパーが加熱要
素とノズルとの間に配置されて入口孔の方向に開いてお
り、該第二テーパーが３０°以上のテーパ角度を画定す
る。本発明の第三の態様に従って、流体フローチャネル
が該軸方向に沿って少なくとも一次元において第三テー
パーを画定し、該第三テーパーが加熱要素と入口孔との
間に配置されて該入口孔の方向に開いており、該第三テ
ーパーが３０°以上のテーパ角度を画定する。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明を組み込んだサー
マルインクジェットに見られる単一エジェクタの平面図
である。よく知られているように、インクジェットのプ
リントヘッドは該直線インチ当り離間されて３００から
６００のエジェクタのようにエジェクタを１００以上含
むのが一般的である。また、よく知られているように、
各プリントヘッドは、液体インクのフローが通過する毛
細管チャネルを形成するためのエッチングされた多様な
穴を有する、シリコンチップのような大きなシリコン構
造で一般に形成されている。
マルインクジェットに見られる単一エジェクタの平面図
である。よく知られているように、インクジェットのプ
リントヘッドは該直線インチ当り離間されて３００から
６００のエジェクタのようにエジェクタを１００以上含
むのが一般的である。また、よく知られているように、
各プリントヘッドは、液体インクのフローが通過する毛
細管チャネルを形成するためのエッチングされた多様な
穴を有する、シリコンチップのような大きなシリコン構
造で一般に形成されている。
【００１３】図１を参照すると、プリントヘッドのチッ
プの一部（ここでは１０で図示）は、軸１４に沿って揃
えられた１２で一般に示された流体フローチャネルを画
定する。この流体フローチャネル１２は、入口孔１６か
らノズル１８まで延びている。サーマルインクジェット
のプリントヘッドの技術で公知であるように、外部供給
剤（図示されていない）から供給された液体インクは入
口孔１６を通って流体フローチャネル１２に誘導され、
ここでこの液体はノズル１８から放出されてプリントシ
ート上に方向付けられるまで大部分毛細管の圧力によっ
てチャネル１２内に保持される。
プの一部（ここでは１０で図示）は、軸１４に沿って揃
えられた１２で一般に示された流体フローチャネルを画
定する。この流体フローチャネル１２は、入口孔１６か
らノズル１８まで延びている。サーマルインクジェット
のプリントヘッドの技術で公知であるように、外部供給
剤（図示されていない）から供給された液体インクは入
口孔１６を通って流体フローチャネル１２に誘導され、
ここでこの液体はノズル１８から放出されてプリントシ
ート上に方向付けられるまで大部分毛細管の圧力によっ
てチャネル１２内に保持される。
【００１４】チャネル１２内に保持された液体インクを
ノズル１８を介してプリントシート上に放出するための
エネルギー源は、加熱要素２０である。サーマルインク
ジェットプリントヘッドの一般的な設計では、加熱要素
２０は、特定の抵抗率にドーピングされて種々の保護パ
ッシベーション層（図示されていない）で被覆されたポ
リシリコン領域の形で形成される。該加熱要素２０は、
導電性リード（図示されていない）によって電圧源に接
続されており、特定の瞬間にインクの液滴を放出したい
時に作動する。加熱要素２０は、こうして抵抗加熱器と
して作用し、電圧によって作動したときに加熱器の表面
の直ぐそばにある液体インクを核生成する。この核生成
によって気泡が生成され、この気泡の生成は該加熱要素
２０の表面で直接始まって気化が進むに従い広がり、こ
の気泡が壊れるまで加熱要素２０とノズル１８との間の
チャネル１２内に保持された液体インクを実際的に押し
出す。
ノズル１８を介してプリントシート上に放出するための
エネルギー源は、加熱要素２０である。サーマルインク
ジェットプリントヘッドの一般的な設計では、加熱要素
２０は、特定の抵抗率にドーピングされて種々の保護パ
ッシベーション層（図示されていない）で被覆されたポ
リシリコン領域の形で形成される。該加熱要素２０は、
導電性リード（図示されていない）によって電圧源に接
続されており、特定の瞬間にインクの液滴を放出したい
時に作動する。加熱要素２０は、こうして抵抗加熱器と
して作用し、電圧によって作動したときに加熱器の表面
の直ぐそばにある液体インクを核生成する。この核生成
によって気泡が生成され、この気泡の生成は該加熱要素
２０の表面で直接始まって気化が進むに従い広がり、こ
の気泡が壊れるまで加熱要素２０とノズル１８との間の
チャネル１２内に保持された液体インクを実際的に押し
出す。
【００１５】先に述べたように、加熱要素２０がその直
ぐそばにある液体インクの気泡を生成するとき、加熱要
素２０によって生成された膨張する気泡は、加熱要素２
０とノズル１８との間に保持された液体インクを実際に
押し出すが、気泡の表面の周りの圧力の釣合いの効力に
よって、加熱要素２０と入口孔１６との間に配置された
液体インクに対しても押し出す。このインクが気泡によ
って押されると、インクは入口孔１６からインク供給源
へと押し戻される。この液体インクの望ましくない逆流
を最小限にするために、本発明は、インクのフローを入
口孔１６と反対のノズル１８の方へ向けるために軸１４
に沿った相対的インピーダンスに影響する、様々なフロ
ー調整構造を提案する。
ぐそばにある液体インクの気泡を生成するとき、加熱要
素２０によって生成された膨張する気泡は、加熱要素２
０とノズル１８との間に保持された液体インクを実際に
押し出すが、気泡の表面の周りの圧力の釣合いの効力に
よって、加熱要素２０と入口孔１６との間に配置された
液体インクに対しても押し出す。このインクが気泡によ
って押されると、インクは入口孔１６からインク供給源
へと押し戻される。この液体インクの望ましくない逆流
を最小限にするために、本発明は、インクのフローを入
口孔１６と反対のノズル１８の方へ向けるために軸１４
に沿った相対的インピーダンスに影響する、様々なフロ
ー調整構造を提案する。
【００１６】インピーダンスのこの調整を行うために、
本発明は、軸１４に沿ってチャネル１２の断面に様々な
テーパーを提供する。本発明に従って、チャネル１２は
後部チャネルディフューザ３０及び前部チャネルディフ
ューザ３２を画定する。後部チャネルディフューザ３０
を見ると、ディフューザ３０は第一テーパー４０及び第
三テーパー４２を含むことが分かり、前部チャネルディ
フューザ３２を見ると、該ディフューザは第二テーパー
４６及び第四テーパー４４とを含むことが分かる。
本発明は、軸１４に沿ってチャネル１２の断面に様々な
テーパーを提供する。本発明に従って、チャネル１２は
後部チャネルディフューザ３０及び前部チャネルディフ
ューザ３２を画定する。後部チャネルディフューザ３０
を見ると、ディフューザ３０は第一テーパー４０及び第
三テーパー４２を含むことが分かり、前部チャネルディ
フューザ３２を見ると、該ディフューザは第二テーパー
４６及び第四テーパー４４とを含むことが分かる。
【００１７】後部チャネルディフューザ３０及び前部チ
ャネルディフューザ３２のそれぞれで、二つのテーパー
の目的は、ノズルの方向に開く比較的ゆるやかなテーパ
ー及び入口孔の方向に開く比較的急なテーパーが、該入
口孔１６に向かう方向へのインクのフローを大きく妨害
する機能、及びノズル１８の方向に向かうインクのフロ
ーを比較的緩やかに妨害する機能を有することである。
従って、後部チャネルディフューザ３０は、ノズル１８
を通って液体インクの液滴を放出する間のハイインピー
ダンス、及び再充填中の入口孔１６を通ってチャネル１
２へ入るインクのローインピーダンスを有する。前部チ
ャネルディフューザ３２に関して、該ディフューザを介
してノズル１８へ押し出されるインクへのローインピー
ダンスと、ノズル１８から内側へ引き入れられるインク
へのハイインピーダンスが見られ、これらのインピーダ
ンスは次に詳細に述べられるような形で見られるであろ
う。
ャネルディフューザ３２のそれぞれで、二つのテーパー
の目的は、ノズルの方向に開く比較的ゆるやかなテーパ
ー及び入口孔の方向に開く比較的急なテーパーが、該入
口孔１６に向かう方向へのインクのフローを大きく妨害
する機能、及びノズル１８の方向に向かうインクのフロ
ーを比較的緩やかに妨害する機能を有することである。
従って、後部チャネルディフューザ３０は、ノズル１８
を通って液体インクの液滴を放出する間のハイインピー
ダンス、及び再充填中の入口孔１６を通ってチャネル１
２へ入るインクのローインピーダンスを有する。前部チ
ャネルディフューザ３２に関して、該ディフューザを介
してノズル１８へ押し出されるインクへのローインピー
ダンスと、ノズル１８から内側へ引き入れられるインク
へのハイインピーダンスが見られ、これらのインピーダ
ンスは次に詳細に述べられるような形で見られるであろ
う。
【００１８】ここで、テーパーの”インピーダンス”と
テーパーの”テーパ角度”との間の関係について、イン
ピーダンスは、チャネルがパイプであるかのようにチャ
ネル内のインクのフローに直接関係するのではなく、む
しろ加熱要素２０で発生する成長気泡及び崩壊気泡の周
りに起こる毛細管作用に関与する。テーパー４０のよう
ななだらかなテーパ角度は、インクをチャネルの後部か
ら加熱要素２０を有するチャンバへ引き込む毛細管作用
の提供において優れている。４６のような広いテーパー
は、毛細管力によって簡単に液体を引き込むことができ
ないであろう。
テーパーの”テーパ角度”との間の関係について、イン
ピーダンスは、チャネルがパイプであるかのようにチャ
ネル内のインクのフローに直接関係するのではなく、む
しろ加熱要素２０で発生する成長気泡及び崩壊気泡の周
りに起こる毛細管作用に関与する。テーパー４０のよう
ななだらかなテーパ角度は、インクをチャネルの後部か
ら加熱要素２０を有するチャンバへ引き込む毛細管作用
の提供において優れている。４６のような広いテーパー
は、毛細管力によって簡単に液体を引き込むことができ
ないであろう。
【００１９】本発明の一つの実際的な実施の形態では、
４０、４４のようなハイ−インピーダンスのための好適
な角度は、全”テーパ角度”、即ちチャネル１２の一つ
の壁からもう一つの壁までの角度は、３０°にも満たな
い。一般に、インクジェットプリントにおいて、３０°
（これは液体インクがチャネル１２の壁から所与の速度
で解放される角度である）は所望のインピーダンス効果
のための臨界角度を超えることが分かった。インクの組
成物及び放出周期に一般に望まれる条件のもとに、前方
に面するテーパーの最適なテーパ角度は約１０°である
ことが分かった。テーパー４２及び４６に関しては、こ
れらのテーパーの好適なテーパ角度は３０°より大きい
が、９０°以上もあるであろう。
４０、４４のようなハイ−インピーダンスのための好適
な角度は、全”テーパ角度”、即ちチャネル１２の一つ
の壁からもう一つの壁までの角度は、３０°にも満たな
い。一般に、インクジェットプリントにおいて、３０°
（これは液体インクがチャネル１２の壁から所与の速度
で解放される角度である）は所望のインピーダンス効果
のための臨界角度を超えることが分かった。インクの組
成物及び放出周期に一般に望まれる条件のもとに、前方
に面するテーパーの最適なテーパ角度は約１０°である
ことが分かった。テーパー４２及び４６に関しては、こ
れらのテーパーの好適なテーパ角度は３０°より大きい
が、９０°以上もあるであろう。
【００２０】（本発明の請求の範囲に使用されているよ
うに、流体フローチャネルの断面が長方形である場
合、”テーパ角度”は、少なくとも一次元における流体
フローチャネルのテーパーを指し、このようなテーパ角
度の概念は、半円若しくは円形の断面にも同様に適用す
ることができる。更に、ある請求の範囲において、後部
チャネルディフューザ３０及び前部チャネルディフュー
ザ３２はそれぞれ、前方対面テーパー及び後部対面テー
パーを有し、前面対面テーパーはノズルに向かって、及
び後部対面テーパーは入口孔に向かってそれぞれ開いて
いるように、記載されている。）
うに、流体フローチャネルの断面が長方形である場
合、”テーパ角度”は、少なくとも一次元における流体
フローチャネルのテーパーを指し、このようなテーパ角
度の概念は、半円若しくは円形の断面にも同様に適用す
ることができる。更に、ある請求の範囲において、後部
チャネルディフューザ３０及び前部チャネルディフュー
ザ３２はそれぞれ、前方対面テーパー及び後部対面テー
パーを有し、前面対面テーパーはノズルに向かって、及
び後部対面テーパーは入口孔に向かってそれぞれ開いて
いるように、記載されている。）
【００２１】従って、加熱要素２０から発生した気化し
たインクの核生成気泡のために、この気泡から押し出さ
れた液体インクは、テーパー４０からのハイインピーダ
ンス、及びテーパー４６からの比較的ローインピーダン
スに面するであろう。前部チャネルディフューザ３２を
介するこのローインピーダンスによって、気泡が壊れる
前の放出の有限時間に、入口孔１６へ逆流するよりも多
くのインクがノズル１８を介して押し出されるであろ
う。こうして、入口孔１６へ向かう逆流は、全ての放出
において減少される。
たインクの核生成気泡のために、この気泡から押し出さ
れた液体インクは、テーパー４０からのハイインピーダ
ンス、及びテーパー４６からの比較的ローインピーダン
スに面するであろう。前部チャネルディフューザ３２を
介するこのローインピーダンスによって、気泡が壊れる
前の放出の有限時間に、入口孔１６へ逆流するよりも多
くのインクがノズル１８を介して押し出されるであろ
う。こうして、入口孔１６へ向かう逆流は、全ての放出
において減少される。
【００２２】液体インクがノズル１８から放出された
後、液体インクの新しい供給が入口孔１６を介してチャ
ネル１２へとロードされなければならない。後部ディフ
ューザ３０のテーパー４２の性質によって、チャネル１
２のバルクへのローインピーダンスフローが生成され
る。気泡が壊れる間、テーパー４４のハイインピーダン
ス特性は、前部チャネルディフューザ３２とノズル１８
との間のチャネル１２内のスペースからの液体インクの
フローにハイインピーダンスを提供し、こうすることに
よって、入口孔１６及びディフューザ３０を介して流体
フローチャネルを再充填するための気泡崩壊エネルギー
を最大限に再利用する。これによって、入口孔１６を介
した低速毛細管再充填動作によって供給されることが必
要な液体インクが少なくなり、従って充填時間を削減
し、プリント速度を最大化することができる。
後、液体インクの新しい供給が入口孔１６を介してチャ
ネル１２へとロードされなければならない。後部ディフ
ューザ３０のテーパー４２の性質によって、チャネル１
２のバルクへのローインピーダンスフローが生成され
る。気泡が壊れる間、テーパー４４のハイインピーダン
ス特性は、前部チャネルディフューザ３２とノズル１８
との間のチャネル１２内のスペースからの液体インクの
フローにハイインピーダンスを提供し、こうすることに
よって、入口孔１６及びディフューザ３０を介して流体
フローチャネルを再充填するための気泡崩壊エネルギー
を最大限に再利用する。これによって、入口孔１６を介
した低速毛細管再充填動作によって供給されることが必
要な液体インクが少なくなり、従って充填時間を削減
し、プリント速度を最大化することができる。
【００２３】本発明の好適な実施の形態に従って、チャ
ネル１２内の前部チャネルディフューザ３２のテーパー
４４とノズル１８との間に一般に５０で示された延長部
分が更に設けられる。ノズル１８を介した液体インクの
液滴の放出に続き、延長部分５０があることによって、
放出後も少量の液体インクがチャネル１２内に残る。一
般に延長部分５０の領域に内に残るこの少量の液体イン
クは、入口孔１６から液体インクを再充填する速度及び
効率を強化するための液体シールとして機能する。延長
部分５０によって残った少量の液体インクはまた、再充
填ステージの間に不慮に空気が入るのを防ぐ。再充填ス
テージの間に前部チャネルディフューザ３２の上に空気
が吸い戻されれば、放出前にこの不慮の気泡があること
によって、次の放出で放出されるインクの量に望ましく
ない影響をもたらし、また次の放出において加熱要素２
０に熱エネルギーを吸収するための液体インクが無けれ
ば、プリントヘッドにダメージを与えるであろう。チャ
ネル１２の残りに対する延長部分５０の長さは、特定の
デザインによって異なるが、一般的なガイドラインとし
ては、延長部分５０によってチャネル１２に提供される
インクの追加量が、加熱要素２０とテーパー４６との間
に含まれる量の約半分に等しいのが望ましい。実際的に
重要なことは、延長部分５０が液体インクの”橋”をも
たらし、ノズル１８を効果的にシーリングし、各放出後
にその内に液体インクを残すのに充分な長さであること
である。
ネル１２内の前部チャネルディフューザ３２のテーパー
４４とノズル１８との間に一般に５０で示された延長部
分が更に設けられる。ノズル１８を介した液体インクの
液滴の放出に続き、延長部分５０があることによって、
放出後も少量の液体インクがチャネル１２内に残る。一
般に延長部分５０の領域に内に残るこの少量の液体イン
クは、入口孔１６から液体インクを再充填する速度及び
効率を強化するための液体シールとして機能する。延長
部分５０によって残った少量の液体インクはまた、再充
填ステージの間に不慮に空気が入るのを防ぐ。再充填ス
テージの間に前部チャネルディフューザ３２の上に空気
が吸い戻されれば、放出前にこの不慮の気泡があること
によって、次の放出で放出されるインクの量に望ましく
ない影響をもたらし、また次の放出において加熱要素２
０に熱エネルギーを吸収するための液体インクが無けれ
ば、プリントヘッドにダメージを与えるであろう。チャ
ネル１２の残りに対する延長部分５０の長さは、特定の
デザインによって異なるが、一般的なガイドラインとし
ては、延長部分５０によってチャネル１２に提供される
インクの追加量が、加熱要素２０とテーパー４６との間
に含まれる量の約半分に等しいのが望ましい。実際的に
重要なことは、延長部分５０が液体インクの”橋”をも
たらし、ノズル１８を効果的にシーリングし、各放出後
にその内に液体インクを残すのに充分な長さであること
である。
【００２４】本発明のチャネルデザインを用いて、二つ
の主な利点が得られる。先ず、全ての放出毎に入口孔１
６を介してよりもノズル１８を介してより多いインクが
放出され、及び放出後にチャネル１２を再充填する液体
インクのフローが強調される。特定の放出の進行中の操
作において、これらの二つの利点は、（ａ）ノズルを介
して放出される各液滴の運動エネルギーを増大させ、及
び（ｂ）再充填の速度を上げ、それによって操作の最大
可能周期（即ち放出と放出の間の時間）を増幅させると
いう効果を有する。
の主な利点が得られる。先ず、全ての放出毎に入口孔１
６を介してよりもノズル１８を介してより多いインクが
放出され、及び放出後にチャネル１２を再充填する液体
インクのフローが強調される。特定の放出の進行中の操
作において、これらの二つの利点は、（ａ）ノズルを介
して放出される各液滴の運動エネルギーを増大させ、及
び（ｂ）再充填の速度を上げ、それによって操作の最大
可能周期（即ち放出と放出の間の時間）を増幅させると
いう効果を有する。
【００２５】本発明のエジェクタの特定の型を設計する
上で盛り込まれる様々なトレードオフは、次の等式で要
約されることができる。
上で盛り込まれる様々なトレードオフは、次の等式で要
約されることができる。
【００２６】
【数１】
【００２７】ここでＰmax ＝放出された液滴の最大運動
力（時間単位あたりの運動エネルギー）；ｍ＝放出され
た液滴の量；ｖ＝放出された液滴の速度；及びｆmax ＝
放出の最大周期（即ち放出＋充填時間の逆数）である。
力（時間単位あたりの運動エネルギー）；ｍ＝放出され
た液滴の量；ｖ＝放出された液滴の速度；及びｆmax ＝
放出の最大周期（即ち放出＋充填時間の逆数）である。
【００２８】一般に、上記の等式によって要約される液
滴の量と液滴の速度との間の設計トレードオフは、各デ
ィフューザの前方対面テーパーと後部対面テーパーとの
間のくび幅の選択によって表すことができる。３２のよ
うな前部チャネルディフューザがあることによって、類
似寸法の角形チャネル１２に対して放出された液滴のサ
イズを減らす効果がある。しかし、幾つかの面では、イ
ンクの液滴の放出がより少ないほうが、紙によるインク
吸収という観点からは望ましいであろう。
滴の量と液滴の速度との間の設計トレードオフは、各デ
ィフューザの前方対面テーパーと後部対面テーパーとの
間のくび幅の選択によって表すことができる。３２のよ
うな前部チャネルディフューザがあることによって、類
似寸法の角形チャネル１２に対して放出された液滴のサ
イズを減らす効果がある。しかし、幾つかの面では、イ
ンクの液滴の放出がより少ないほうが、紙によるインク
吸収という観点からは望ましいであろう。
【００２９】図２は、図１の平面図に表されたセクショ
ン１０に形成されるチャネル１２の尺度図ではなくて斜
視図である。インクジェットの組み立ての現在実用的な
技術に従って、本発明のチャネルはシリコンチップ等の
基体表面に形成され、長方形の断面を有するチャネル１
２につながる。円形の断面又は半円形の断面を有するノ
ズルを提供することが好ましいが、図２に表されたよう
な長方形の断面を使用することは、所望のインピーダン
スを得るのに効果的である。流体フローチャネル１２を
通るフローパスの断面領域は、長方形の断面を有する更
に深いチャネルを使用することによって、チャネルディ
フューザ３０及び３２の構成にもかかわらず、一定に保
たれることができる。
ン１０に形成されるチャネル１２の尺度図ではなくて斜
視図である。インクジェットの組み立ての現在実用的な
技術に従って、本発明のチャネルはシリコンチップ等の
基体表面に形成され、長方形の断面を有するチャネル１
２につながる。円形の断面又は半円形の断面を有するノ
ズルを提供することが好ましいが、図２に表されたよう
な長方形の断面を使用することは、所望のインピーダン
スを得るのに効果的である。流体フローチャネル１２を
通るフローパスの断面領域は、長方形の断面を有する更
に深いチャネルを使用することによって、チャネルディ
フューザ３０及び３２の構成にもかかわらず、一定に保
たれることができる。
【００３０】本発明に従って流体フローチャネル１２の
所望のプロフィルを得るために、シリコン又は他の物質
に反応性イオンエッチング等の乾燥エッチング技術を使
用することが好ましい。チャネルは、図２に示されるよ
うにシリコンチップの表面に形成されることができ、チ
ャネル１２を封じるために図２に表されるチップの主表
面６０上に他の層が加えられることができる。代替的な
技術は、ポリイミドの層にチャネル１２の所望のプロフ
ィルを形成し、二つのシリコンチップ（このうち一つ又
は両方がその中の適切な場所に画定された加熱要素２０
を含む）の間にポリイミドのこの層をはさむ。
所望のプロフィルを得るために、シリコン又は他の物質
に反応性イオンエッチング等の乾燥エッチング技術を使
用することが好ましい。チャネルは、図２に示されるよ
うにシリコンチップの表面に形成されることができ、チ
ャネル１２を封じるために図２に表されるチップの主表
面６０上に他の層が加えられることができる。代替的な
技術は、ポリイミドの層にチャネル１２の所望のプロフ
ィルを形成し、二つのシリコンチップ（このうち一つ又
は両方がその中の適切な場所に画定された加熱要素２０
を含む）の間にポリイミドのこの層をはさむ。
【００３１】本発明は開示された構造に言及して述べら
れたが、先述の詳細に制限するものではなく、請求の範
囲内に含まれるこのような修正、又は変更をカバーする
ことを意図するものである。
れたが、先述の詳細に制限するものではなく、請求の範
囲内に含まれるこのような修正、又は変更をカバーする
ことを意図するものである。
【００３２】
【発明の効果】上記のように、本発明のチャネルデザイ
ンを用いることによって、ノズルを介して放出される各
液滴の運動エネルギーを増大させ、再充填の速度を上
げ、それによって操作の最大可能周期（即ち放出と放出
の間の時間）を増幅させるという効果を有するプリント
ヘッドが提供される。
ンを用いることによって、ノズルを介して放出される各
液滴の運動エネルギーを増大させ、再充填の速度を上
げ、それによって操作の最大可能周期（即ち放出と放出
の間の時間）を増幅させるという効果を有するプリント
ヘッドが提供される。
【図１】 インクジェットのプリントヘッドに見られ
る、本発明に従った単一エジェクタの平面図である。
る、本発明に従った単一エジェクタの平面図である。
【図２】 本発明に従った単一エジェクタの構造の斜
視図であり、単独で表されている。
視図であり、単独で表されている。
１２ 流体フローチャネル １６ 入口孔 １８ ノズル ２０ 加熱要素 ４０ 第一テーパー ４２ 第三テーパー ４４ 第四テーパー ４６ 第二テーパー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アール．エンリケ ヴィテュッロ アメリカ合衆国 14628 ニューヨーク州 ロチェスター コハセット ドライブ 30 (72)発明者 ナラヤン ブイ．デシュパンデ アメリカ合衆国 14526 ニューヨーク州 ペンフィールド ハイレッジ ドライブ 101 (72)発明者 ジョエル エー．クビー アメリカ合衆国 14622 ニューヨーク州 ロチェスター スプリング ヴァレイ ドライブ 63 (72)発明者 リサ エー．デルイス アメリカ合衆国 14622 ニューヨーク州 ロチェスター スプリング ヴァレイ ドライブ 63
Claims (3)
- 【請求項１】 少なくとも一つのエジェクタを含むサー
マルインクジェットプリントヘッドであって、該エジェ
クタが、 液体インクが通るための流体フローチャネルを画定する
構造を含み、該流体フローチャネルが入口孔からノズル
まで延びる軸に沿って画定され、 該入口孔とノズルとの間の該流体フローチャネル内にさ
らされる加熱要素を含み、 該軸に沿って少なくとも一次元において第一テーパーを
画定する流体フローチャネルを含み、該第一テーパーが
該加熱要素と入口孔との間に配置されてノズルの方向に
開いており、該第一テーパーが３０°に満たないテーパ
角度を画定する、 サーマルインクジェットプリントヘッド。 - 【請求項２】 流体フローチャネルが該軸方向に沿って
少なくとも一次元において第二テーパーを画定し、該第
二テーパーが加熱要素とノズルとの間に配置されて入口
孔の方向に開いており、該第二テーパーが３０°以上の
テーパ角度を画定する、請求項１に記載のサーマルイン
クジェットプリントヘッド。 - 【請求項３】 流体フローチャネルが該軸方向に沿って
少なくとも一次元において第三テーパーを画定し、該第
三テーパーが加熱要素と入口孔との間に配置されて該入
口孔の方向に開いており、該第三テーパーが３０°以上
のテーパ角度を画定する、請求項１に記載のサーマルイ
ンクジェットプリントヘッド。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/632,293 US5751317A (en) | 1996-04-15 | 1996-04-15 | Thermal ink-jet printhead with an optimized fluid flow channel in each ejector |
| US632293 | 1996-04-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1029311A true JPH1029311A (ja) | 1998-02-03 |
Family
ID=24534927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9087791A Pending JPH1029311A (ja) | 1996-04-15 | 1997-04-07 | サーマルインクジェットプリントヘッド |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5751317A (ja) |
| EP (1) | EP0802055B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1029311A (ja) |
| DE (1) | DE69707043T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112601653A (zh) * | 2018-08-06 | 2021-04-02 | 特温特大学 | 3d打印多孔固体的方法 |
| WO2023280120A1 (zh) * | 2021-07-07 | 2023-01-12 | 上海傲睿科技有限公司 | 一种包含内部微流道的打印头 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DK1053104T3 (da) * | 1998-01-23 | 2004-02-02 | Benq Corp | Indretning og fremgangsmåde til anvendelse af luftbobler som virtuel ventil i et mikroindsprøjtningsudstyr til udsendelse af væske |
| US6062681A (en) * | 1998-07-14 | 2000-05-16 | Hewlett-Packard Company | Bubble valve and bubble valve-based pressure regulator |
| US6322208B1 (en) * | 1998-08-12 | 2001-11-27 | Eastman Kodak Company | Treatment for improving properties of ink images |
| US6527378B2 (en) * | 2001-04-20 | 2003-03-04 | Hewlett-Packard Company | Thermal ink jet defect tolerant resistor design |
| US6869273B2 (en) * | 2002-05-15 | 2005-03-22 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Microelectromechanical device for controlled movement of a fluid |
| US6540337B1 (en) | 2002-07-26 | 2003-04-01 | Hewlett-Packard Company | Slotted substrates and methods and systems for forming same |
| US6672712B1 (en) | 2002-10-31 | 2004-01-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Slotted substrates and methods and systems for forming same |
| KR100499141B1 (ko) * | 2003-01-15 | 2005-07-04 | 삼성전자주식회사 | 유체의 상변화에 의해 구동되는 마이크로 펌프 |
| CN100446977C (zh) * | 2004-08-11 | 2008-12-31 | 明基电通股份有限公司 | 流体喷射装置 |
| US7591548B2 (en) * | 2005-09-29 | 2009-09-22 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink cartridge |
| KR100754392B1 (ko) * | 2005-12-27 | 2007-08-31 | 삼성전자주식회사 | 잉크젯 프린트헤드의 잉크유로 구조체 및 이를 구비한잉크젯 프린트헤드 |
| KR20070097178A (ko) * | 2006-03-28 | 2007-10-04 | 삼성전자주식회사 | 역류 억제 수단을 구비한 잉크젯 프린트 헤드 |
| US20080061471A1 (en) * | 2006-09-13 | 2008-03-13 | Spin Master Ltd. | Decorative moulding toy |
| US7914125B2 (en) | 2006-09-14 | 2011-03-29 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid ejection device with deflective flexible membrane |
| US8042913B2 (en) * | 2006-09-14 | 2011-10-25 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid ejection device with deflective flexible membrane |
| US7651204B2 (en) * | 2006-09-14 | 2010-01-26 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid ejection device |
| US10967646B2 (en) | 2015-07-14 | 2021-04-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Jettable material firing chamber check valve |
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| DE3019822A1 (de) * | 1980-05-23 | 1981-12-03 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Anordnung fuer einen schreibkopf in tintenmosaikschreibeinrichtungen |
| US4514742A (en) * | 1980-06-16 | 1985-04-30 | Nippon Electric Co., Ltd. | Printer head for an ink-on-demand type ink-jet printer |
| JPS5729463A (en) * | 1980-07-30 | 1982-02-17 | Nec Corp | Liquid jet head |
| EP0049900B1 (en) * | 1980-10-15 | 1985-04-17 | Hitachi, Ltd. | Ink jet printing apparatus |
| JPS57167273A (en) * | 1981-04-09 | 1982-10-15 | Nec Corp | Printing head |
| US4496960A (en) * | 1982-09-20 | 1985-01-29 | Xerox Corporation | Ink jet ejector utilizing check valves to prevent air ingestion |
| DE3402683C2 (de) * | 1983-01-28 | 1994-06-09 | Canon Kk | Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf |
| US4550326A (en) * | 1983-05-02 | 1985-10-29 | Hewlett-Packard Company | Fluidic tuning of impulse jet devices using passive orifices |
| EP0145130B1 (en) * | 1983-08-31 | 1990-04-11 | Nec Corporation | On-demand type ink-jet print head having fluid control means |
| IT1178828B (it) * | 1984-01-20 | 1987-09-16 | Olivetti & Co Spa | Dispositivo di stampa a getto selettivo di inchiostro |
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-
1996
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1997
- 1997-04-07 JP JP9087791A patent/JPH1029311A/ja active Pending
- 1997-04-14 DE DE69707043T patent/DE69707043T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-04-14 EP EP97302529A patent/EP0802055B1/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0802055A2 (en) | 1997-10-22 |
| EP0802055B1 (en) | 2001-10-04 |
| US5751317A (en) | 1998-05-12 |
| EP0802055A3 (en) | 1997-11-05 |
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