(57)【要約】【課題】流体液滴吐出中の供給チャンネル及び回収チャンネルにおけるクロストークの低減装置を提供する。【解決手段】流体液滴吐出装置は、流体入口通路と、複数のノズルと、各々が流体入口通路を複数のノズルのうちの関連するノズルに流体接続する複数の流路と、を有する基板を備える。各流路は、関連するノズルに接続されたポンプ室と、流体入口通路とポンプ室との間に流体接続された上昇部と、を備える。上昇部は、流体入口通路の外側縁端に近接した位置にある。【選択図】図１Ｂ
2010241120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口通路と、
複数のノズルと、
各々が前記流体入口通路を前記複数のノズルのうちの関連するノズルに流体接続する複数の流路であって、前記複数の流路の各流路が、前記関連するノズルに接続されたポンプ室と、前記流体入口通路と前記ポンプ室との間に流体接続された上昇部と、を含み、前記上昇部が、前記流体入口通路の外側縁端に近接した位置にある、複数の流路と、
を含む基板、
を備える流体液滴吐出装置。
【請求項２】
ポンプ室入口が、前記上昇部から前記ポンプ室まで水平に延在する、請求項１に記載の流体液滴吐出装置。
【請求項３】
第１側面と第２側面とを有する流体入口通路と、
第１の複数のノズルと、
第２の複数のノズルと、
各々が前記流体入口通路を前記第１の複数のノズルのうちの関連するノズルに流体接続する第１の複数の流路と、
各々が前記流体入口通路を前記第２の複数のノズルのうちの関連するノズルに流体接続する第２の複数の流路と、
を含む基板、
を備える流体液滴吐出装置であって、
前記第１の複数の流路及び前記第２の複数の流路の各流路が、前記関連するノズルに接続されたポンプ室と、前記流体入口通路と前記ポンプ室とを流体接続するポンプ室入口通路と、を含み、
前記第１の複数の流路の各ポンプ室が、前記流体入口通路の前記第２側面より前記第１側面に近い位置にあり、
前記第２の複数の流路の各ポンプ室が、前記流体入口通路の前記第１側面より前記第２側面に近い位置にあり、
前記第１の複数の流路の各ポンプ室入口通路が、前記流体通路の前記第１側面より前記第２側面の近くで前記流体入口通路に接続され、
前記第２の複数の流路の各ポンプ室入口通路が、前記流体通路の前記第２側面より前記第１側面の近くで前記流体入口通路に接続される、
流体液滴吐出装置。
【請求項４】
各ポンプ室入口通路が、前記ポンプ室と上昇部との間に流体接続されたポンプ室入口を含み、
前記上昇部が前記流体入口通路に流体接続される、
請求項３に記載の流体液滴吐出装置。
【請求項５】
前記第１の複数の流路のポンプ室入口が、前記第２の複数の流路のポンプ室の縁端を越えて延在し、
前記第２の複数の流路のポンプ室入口が、前記第１の複数の流路のポンプ室の縁端を越えて延在する、
請求項４に記載の流体液滴吐出装置。
【請求項６】
前記第１の複数の流路のポンプ室が、前記流体入口通路の前記第１側面に近接した外縁端と、前記流体入口通路の中心近傍の内縁端と、を備え、
前記第２の複数の流路のポンプ室が、前記流体入口通路の前記第２側面に近接した外縁端と、前記流体入口通路の中心近傍の内縁端と、を備える、
請求項３乃至５のいずれかに記載の流体液滴吐出装置。
【請求項７】
前記第２の複数の流路の上昇部が、前記第１の複数の流路の前記ポンプ室の前記内縁端より、前記第１の複数の流路のポンプ室の前記外縁端に近く、
前記第１の複数の流路の上昇部が、前記第２の複数の流路の前記ポンプ室の前記内縁端より、前記第２の複数の流路のポンプ室の前記外縁端に近い、
請求項６に記載の流体液滴吐出装置。
【請求項８】
前記第２の複数の流路の上昇部が、前記第１の複数の流路のポンプ室の前記外縁端と水平に整列し、
前記第１の複数の流路の上昇部が、前記第２の複数の流路のポンプ室の前記外縁端と水平に整列する、
請求項６又は７に記載の流体液滴吐出装置。
【請求項９】
前記ポンプ室が、前記ポンプ室と前記関連するノズルとに流体接続された下降部を介して前記関連するノズルに接続される、請求項３乃至８のいずれかに記載の流体液滴吐出装置。
【請求項１０】
前記第１の複数の流路の上昇部が、別の上昇部に対するより前記第２の複数の流路の下降部に対して近く、
前記第２の複数の流路の上昇部が、別の上昇部に対するより前記第１の複数の流路の下降部に対して近い、
請求項９に記載の流体液滴吐出装置。
【請求項１１】
前記上昇部が、前記流体入口通路から前記ポンプ室入口まで垂直に延在する、請求項４乃至１０のいずれかに記載の流体液滴吐出装置。
【請求項１２】
前記ポンプ室入口が、前記上昇部と垂直である、請求項１１に記載の流体液滴吐出装置。
【請求項１３】
前記ポンプ室入口が、前記ポンプ室から前記上昇部まで水平に延びる、請求項４乃至１２のいずれかに記載の流体液滴吐出装置。
【請求項１４】
それぞれの流路の前記ポンプ室入口が、互いに平行に延びる、請求項４乃至１３のいずれかに記載の流体液滴吐出装置。
【請求項１５】
前記基板と圧力連通するアクチュエータを更に備える、請求項３乃至１４のいずれかに記載の流体液滴吐出装置。
【請求項１６】
複数の流体入口通路が存在し、前記流体入口通路が互いに平行に延びる、請求項３乃至１５のいずれかに記載の流体液滴吐出装置。
【請求項１７】
前記ノズルが一列に配置される、請求項３乃至１６のいずれかに記載の流体液滴吐出装置。
【請求項１８】
前記第１の複数の流路の前記ポンプ室が第１列に配置され、
前記第２の複数の流路の前記ポンプ室が第２列に配置され、
前記第１列と前記第２列とが平行である、
請求項３乃至１７のいずれかに記載の流体液滴吐出装置。
【請求項１９】
各流路が、流体ポンプ室と、前記流体ポンプ室に流体接続された上昇部と、を含む複数の流路と、
前記複数の流路に流体接続された流体入口通路であって、側壁を有するチャンネルを備え、複数の突出部が前記側壁から延在する、流体入口通路と、
を含む基板、
を備える流体液滴吐出装置。
【請求項２０】
前記複数の流路の前記上昇部が、前記突出部を垂直に貫通して延在する、請求項１９に記載の流体液滴吐出装置。
【請求項２１】
前記複数の突出部が、前記流体入口通路の高さ全体に延在する、請求項１９又は２０に記載の流体液滴吐出装置。
【請求項２２】
前記複数の突出部が、横方向外側に延在する、請求項１９乃至２１のいずれかに記載の流体液滴吐出装置。
【請求項２３】
前記複数の突出部の各々が一対の下降部の間に入り込んで延在し、
前記下降部の各々が、前記複数の流路の対応する流路の一部であり、
前記下降部の各々が、前記対応するポンプ室と流体接続している、
請求項１９乃至２２のいずれかに記載の流体液滴吐出装置。
【請求項２４】
前記複数の突出部の各々が、ほぼ同じ長さを有する、請求項１９乃至２３のいずれかに記載の流体液滴吐出装置。
【請求項２５】
前記ポンプ室と前記上昇部とに流体接続されたポンプ室入口を更に備え、
前記複数の流路の前記ポンプ室入口が、前記突出部の中に水平に延在する、
請求項１９乃至２４のいずれかに記載の流体液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に流体吐出デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ある種の流体吐出デバイスにおいて、流体液滴が一つ又は複数のノズルから媒体上に吐出される。ノズルは、流体ポンプ室を有する流体路と流体接続される。流体ポンプ室はアクチュエータによって作動させることができ、その作動によって流体液滴が吐出される。媒体は、流体吐出デバイスに対して移動させることができる。特定のノズルからの流体液滴の吐出は、媒体上の所望の場所に流体液滴を位置させるために、媒体の移動するタイミングに合わせて調整される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような流体吐出デバイスでは、通常、媒体上への流体液滴の均一な付着をもたらすため、均一なサイズ及び速度の流体液滴を同じ方向に吐出することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概して、一態様において、流体液滴吐出装置は、流体入口通路と、複数のノズルと、各々が流体入口通路を複数のノズルのうちの関連するノズルに流体接続する複数の流路と、を含む基板を備える。各流路は、関連するノズルに接続されたポンプ室と、流体入口通路とポンプ室との間に流体接続された上昇部と、を備える。上昇部は、流体入口通路の外側縁端に近接した位置にある。
【０００５】
この及び他の実施形態は、任意に、以下の特徴のうちの一つ又は複数を有することができる。ポンプ室入口は、上昇部からポンプ室まで水平に延在することができる。
【０００６】
概して、一態様において、流体液滴吐出装置は、第１側面と第２側面とを有する流体入口通路と、第１の複数のノズルと、第２の複数のノズルと、各々が流体入口通路を第１の複数のノズルのうちの関連するノズルに流体接続する第１の複数の流路と、各々が流体入口通路を第２の複数のノズルのうちの関連するノズルに流体接続する第２の複数の流路と、を含む基板を備える。第１の複数の流路及び第２の複数の流路の各流路は、関連するノズルに接続されたポンプ室と、流体入口通路とポンプ室とを流体接続するポンプ室入口通路と、を備える。第１の複数の流路の各ポンプ室は、流体入口通路の第２側面より第１側面に近い位置にあり、第２の複数の流路の各ポンプ室は、流体入口通路の第１側面より第２側面に近い位置にある。第１の複数の流路の各ポンプ室入口通路は、流体入口通路の第１側面より第２側面の近くで流体入口通路に接続され、第２の複数の流路の各ポンプ室入口通路は、流体入口通路の第２側面より第１側面の近くで流体入口通路に接続される。
【０００７】
この及び他の実施形態は、任意に、以下の特徴のうちの一つ又は複数を有することができる。各ポンプ室入口通路は、ポンプ室と上昇部との間に流体接続されたポンプ室入口を備えることができ、上昇部は流体入口通路に流体接続される。第１の複数の流路のポンプ室入口は、第２の複数の流路のポンプ室の縁端を越えて延在することができ、第２の複数の流路のポンプ室入口は、第１の複数の流路のポンプ室の縁端を越えて延在することができる。
【０００８】
第１の複数の流路のポンプ室は、流体入口通路の第１側面に近接した外縁端と、流体入口通路の中心近傍の内縁端と、を備えることができ、第２の複数の流路のポンプ室は、流体入口通路の第２側面に近接した外縁端と、流体入口通路の中心近傍の内縁端と、を含むことができる。第２の複数の流路の上昇部は、第１の複数の流路のポンプ室の内縁端より、第１の複数の流路のポンプ室の外縁端に近くてもよく、第１の複数の流路の上昇部は、第２の複数の流路のポンプ室の内縁端より、第２の複数の流路のポンプ室の外縁端に近くてもよい。第２の複数の流路の上昇部は、第１の複数の流路のポンプ室の外縁端と水平に整列することができ、第１の複数の流路の上昇部は、第２の複数の流路のポンプ室の外縁端と水平に整列することができる。
【０００９】
ポンプ室は、ポンプ室と関連するノズルとに流体接続された下降部を介して関連するノズルに接続することができる。第１の複数の流路のある上昇部は、別の上昇部に対するより第２の複数の流路の下降部に対して近くてもよく、第２の複数の流路のある上昇部は、別の上昇部に対するより第１の複数の流路の下降部に対して近くてもよい。
【００１０】
上昇部は、流体入口通路からポンプ室入口まで垂直に延在することができる。ポンプ室入口は、上昇部と垂直であってもよい。ポンプ室入口は、ポンプ室から上昇部まで水平に延びることができる。それぞれの流路のポンプ室入口は、互いに平行に延びることができる。
【００１１】
流体液滴吐出装置は、基板と圧力連通するアクチュエータを更に備えることができる。複数の流体入口通路が存在してもよく、これらの流体入口通路は、互いに平行に延びることができる。ノズルは一列に配置することができる。第１の複数の流路のポンプ室は第１列に配置することができ、第２の複数の流路のポンプ室は第２列に配置することができ、第１列と第２列とは平行であってもよい。
【００１２】
概して、一態様において、流体液滴吐出装置は、各流路が流体ポンプ室と、流体ポンプ室に流体接続された上昇部とを備える複数の流路、を備える基板を備える。流体液滴吐出装置は、複数の流路に流体接続された流体入口通路を更に備えることができる。流体入口通路は、側壁を有するチャンネルを備えることができ、複数の突出部が側壁から延在することができる。
【００１３】
この及び他の実施形態は、任意に、以下の特徴のうちの一つ又は複数を有することができる。複数の流路の上昇部は、突出部を垂直に貫通して延在することができる。複数の突出部は、流体入口通路の高さ全体に延在することができる。複数の突出部は、横方向外側に延在することができる。複数の突出部の各々は、一対の下降部の間に入り込んで延在することができ、下降部の各々は、複数の流路にある対応する流路の一部であってもよく、下降部の各々は、対応するポンプ室と流体接続していてもよい。複数の突出部の各々は、ほぼ同じ長さを有することができる。流体液滴吐出装置は、ポンプ室と上昇部とに流体接続されたポンプ室入口を更に備えることができ、複数の流路のポンプ室入口は、突出部の上に水平に延在することができる。
【００１４】
特定の実施態様は、以下の利点のうちの一つ又は複数を有し得る。流体液滴吐出中の供給チャンネル及び回収チャンネルにおけるクロストークを低減することができる。第１の複数の流路のポンプ室入口通路が、流体通路の第１側面より第２側面の近くで流体入口通路に接続される場合、入口におけるインピーダンスが増加し、ポンプ室の圧力波が流体入口通路の中まで伝播するのを防止することができる。第１の複数の流路の上昇部が、互いに対するより第２の複数の流路の下降部に対して近い場合、各流路からの圧力波の相互作用を軽減することができる。更に、上昇部が複数の突出部の中の各突出部を貫通して延在する場合、圧力波からのエネルギーの一部は、流体入口通路それ自体ではなく、流体入口通路の壁に消散させることができる。
【００１５】
本発明の一つ又は複数の実施形態の詳細を、添付図面及び以下の説明において示す。本発明の他の特徴、目的及び利点は、説明、図面及び特許請求の範囲から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】プリントヘッドの断面図である。
【図１Ｂ】プリントヘッドの一部の断面側面図である。
【図１Ｃ】図１Ｂの線Ｂ−Ｂに沿って矢印の方向に見たときの断面平面図である。
【図１Ｄ】図１Ｂの線Ｃ−Ｃに沿って矢印の方向に見たときの断面平面図である。
【図２】図１Ｃの線２−２に沿って矢印の方向に見たときの断面側面図である。
【図３】流体の再循環用システムの概略図である。
【図４Ａ】駆動パルスを表すグラフである。
【図４Ｂ】図４Ａに示される駆動パルスに対する圧力応答を表すグラフである。
【００１７】
それぞれの図面における同様の参照番号及び名称は同様の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
流体液滴吐出中、ポンプ室の上方に位置するアクチュエータが駆動されると、圧力波がポンプ室を通じて上昇部に伝播する。圧力波からのエネルギーの一部は、上昇部を通じて流体入口通路に伝播することができる。同様に、エネルギーの一部は、下降部を通じて再循環通路まで伝播することができる。この伝播によって流体入口通路内及び再循環通路内に圧力波が生じ、隣接する流路の間にクロストークが発生して、流体液滴の吐出性能に悪影響を及ぼすことがある。流体の吐出性能は、プリントヘッドの構成、例えば、上昇部、下降部及びポンプ室の構成を変えることによって制御することができる。例えば、いかなる特定の理論にも限定されないが、流体入口通路の側壁上の突出部は、圧力波を消散させることができる。別の例として、上昇部とポンプ室との間の通路を長くすると、流体インピーダンスが増加して、ポンプ室から流体入口通路への圧力波の伝播が低減される。
【００１９】
流体液滴吐出は、流路体と膜とノズル層とを備える基板によって実現することができる。流路体は、その中に形成された流路を有し、流路は、流体ポンプ室と下降部と上昇部とを備えることができる。流路は微細加工することができる。アクチュエータが、流路体と反対側の膜の表面上に、流体ポンプ室に近接して位置することができる。アクチュエータを作動させると、アクチュエータは流体ポンプ室に駆動パルスを伝え、出口から流体の液滴を吐出させる。再循環通路は、ノズル及び出口にごく近接して、例えばノズルと面一にして下降部と流体接続することができる。流体は流路中を常に循環させることができ、出口から吐出されない流体は再循環通路を通じて送ることができる。多くの場合に、流路体は複数の流路及びノズルを備える。
【００２０】
流体液滴吐出システムは、前記の基板を備えることができる。このシステムはまた、基板用の流体源と、基板を通じて流れるが基板のノズルから吐出されない流体の回収路と、も備えることができる。吐出用に流体、例えばインクを基板に供給するための流体リザーバを、基板に流体接続することができる。基板から流れる流体は、流体回収タンクに送ることができる。流体は、例えば、化学物質、生物学的物質、又はインクであってもよい。
【００２１】
図１Ａにおいて、流体の液滴を吐出するためのプリントヘッド１００は、プリントヘッドを供給チャンバ４３２と回収チャンバ４３６とに仕切るための上部ディバイダ５３０と下部ディバイダ４４０とを備える。流体供給チャンバ４３２及び流体回収チャンバ４３６の底面は、上部インターポーザ４２０によって画成される。上部インターポーザ４２０は上部インターポーザ流体供給入口４２２と上部インターポーザ流体回収出口４２８とを備え、これらは、上部インターポーザ４２０の上面のうち、それぞれ、流体供給チャンバ４３２及び流体回収チャンバ４３６に露出した部分における開口として形成することができる。上部インターポーザ４２０は、例えば、接着、摩擦又は他の何らかの好適な機構によって、下部プリントヘッドケーシング４１０に取り付けることができる。上部インターポーザ４２０と基板１１０との間に、下部インターポーザ４３０が位置決めされる。基板１１０は基板流路４７４を有し、これは例示のため、１本の直線状の通路として簡略化して図示される。図１Ａには１本の流路４７４しか示されないが、基板１１０は複数の基板流路４７４を備えることができる。
【００２２】
図１Ｂにおいて、基板１１０は、複数の流路４７４と（図１Ｂの断面図には１本しか示されない）、ノズル層１１と、膜６６と、を有する流体路体１０を備える。基板入口１２が、流体入口通路１４に流体を供給する。
【００２３】
ノズル層１１は、流路体１０の底面に固定される。ノズル層１１を貫通して複数のノズル２２が形成される。図示されないが、ノズル２２はノズル層１１に沿って平行線列状に、例えば、複数列のノズルとして配置することができる。各ノズル２２は、関連する流路４７４によって隣接する流体入口通路１４に流体接続される。各流路４７４は、ポンプ室１８と、下降部２０と、ポンプ室入口通路１７（図２参照）と、を備える。ポンプ室入口通路１７は、以下に更に説明するとおり、ポンプ室入口１５と上昇部１６とを備えることができ、これらはポンプ室１８を流体入口通路１４に流体接続する。
【００２４】
流体ポンプ室１８は下降部２０に流体接続され、下降部２０はノズル２２に流体接続される。再循環通路２６が、ノズル２２の近傍の位置で下降部２０に流体接続される。再循環通路２６は再循環チャンネル２８にも流体接続され、したがって再循環通路２６は下降部２０と再循環チャンネル２８との間に延在する。実施態様によっては、上昇部１６、流体ポンプ室１８、下降部２０、再循環通路２６及び基板の他の機構は、微細加工することができる。
【００２５】
各流体ポンプ室１８はアクチュエータ３０にごく近接している。アクチュエータ３０は、圧電層３１、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の層と、導電線６４と、接地電極６５と、を備えることができる。アクチュエータ３０の導電線６４と接地電極６５との間に電圧を印加してアクチュエータ３０に電圧を印加し、それによってアクチュエータ３０を作動させることができる。アクチュエータ３０と流体ポンプ室１８との間には膜６６がある。接着層６７がアクチュエータ３０を膜６６に固定する。アクチュエータ３０は図１Ｂでは連続的なものとして示されるが、圧電層３１は、製造中にエッチング又は切断工程によって非連続的に作製されてもよい。また、図１Ｂは、再循環チャンネル２８、流体入口通路１４及び基板入口１２などの様々な通路を示すが、これらの構成要素は、共通の平面上になくともよい（これらは、図１Ｃ及び図１Ｄに示される実施態様では共通の平面上にない）。実施態様によっては、二つ又はそれより多くの流体路体１０、ノズル層１１及び膜が単一体として形成されてもよい。
【００２６】
図１Ｃは、図１Ｂの線Ｂ−Ｂに沿ったプリントヘッド１００の一部の例示的な断面図である。図１Ｄは、図１Ｂの線Ｃ−Ｃに沿ったプリントヘッド１００の一部の例示的な断面図である。図１Ｃ及び図１Ｄにおいて、流路体１０は、その中に形成され、かつ互いに平行に延在する複数の入口通路１４を備える。複数の入口通路１４は、基板入口１２と流体連通している。流路体１０はまた、その中に形成され、かつ基板出口（不図示）と流体連通している複数の再循環チャンネル２８も備える。再循環チャンネル２８は、互いに平行に延在することができ、かつ入口通路１４と平行に延在することができる。入口通路１４と再循環チャンネル２８とは、行方向に交互に配置することができる。隣接するノズルの列は、同じ入口通路１４、又は同じ再循環チャンネル２８に接続されるが、双方に接続されることはない。交互に並ぶノズルの列は、交互に並ぶパターンで同じ入口通路１４、又は同じ再循環チャンネル２８に接続することができる。
【００２７】
上記のとおり、流路体１０は複数の流路を備え、各流路が、上昇部１６、流体ポンプ室１８及び下降部２０を備える。上昇部１６と流体ポンプ室１８とは平行な列状に位置決めされ、下降部２０もまた平行な列状に位置決めされる。関連する流路を有する所与のノズルの列について、各上昇部１６は共通の流体入口通路１４に流体接続される。更に、各上昇部１６は、ポンプ室入口１５を介して対応する流体ポンプ室１８に接続される。ポンプ室入口１５は、以下に更に説明するとおり、上昇部１６に接続される。ポンプ室入口１５及び上昇部１６は、まとめてポンプ室入口通路１７（図２参照）と称される。図示の各ポンプ室１８は、関連するノズル２２につながる対応する下降部２０に流体接続される。流路体１０に形成される再循環通路２６は、各下降部２０を少なくとも一つの対応する再循環チャンネル２８に流体接続する。
【００２８】
図１Ｃにおいて、流体入口通路１４は、側壁を有するチャンネルを備えることができる。複数の突出部２１が側壁から横方向外側に延在することができ、流体入口通路の高さ全体に延在することができる。すなわち、各流体入口通路１４は、側壁に沿って、突出部２１を作り出すノッチ１１を有することができる。各突出部２１は、ほぼ同じ寸法を有することができ、例えば、チャンネルの縁端と平行な線から突出部の先端までの長さが約１００〜３００μｍ、例えば１７０μｍであり、突出部の中央近傍の幅が約１５０〜３００μｍ、例えば２１０〜２５０μｍである。或いは、突出部及びノッチの寸法は、例えばポンプ室、流体入口通路及び再循環チャンネルの配置に応じて、所与のモジュール内で突出部ごとに異なってもよい。突出部は、流体入口通路の全幅の約２０〜５０％、例えば３０％の長さを有することができる。突出部２１は、チャンネルに沿って規則的なパターン、例えば、ノズルのピッチに等しいピッチで延在することができる。上昇部１６は、突出部２１を垂直に貫通して延在することができ、ポンプ室入口１５は、突出部２１の中を水平に延在することができる。したがって、各ポンプ室入口は、入口通路１４の幅の、例えば３０〜８０％、例えば６０％又は７０％の長さで延在することができる。各突出部２１は、隣接するポンプ室１８の下降部２０の間に延在することができる。
【００２９】
図１Ｄにおいて、各ポンプ室１８は、上昇部１６に流体接続されたポンプ室入口１５を含む、ポンプ室入口通路１７に流体接続されることができる。ポンプ室入口１５は水平に、例えば、入口通路１４及び再循環通路２８と垂直に、ポンプ室１８から上昇部１６まで延在することができる。ポンプ室入口１５は、長さが約２００〜４００μｍ、例えば３１０μｍ、幅が約５〜１５μｍ、例えば１０μｍ、及び高さが約３５〜７５μｍ、例えば４０〜５０μｍであってもよい。
【００３０】
更に図１Ｄにおいて、各ポンプ室１８は、流体入口通路１４の第２側面、例えば側面２９より、第１側面、例えば側面２７に近い位置にあることができる。例えば、各ポンプ室は、流体入口通路１４の側面に近接した外縁端と、流体入口通路１５の中心に近接した内縁端と、を有することができる。ポンプ室入口通路１５は、その中心に近接したポンプ室の縁端から延在する。流体入口通路の第１側面、例えば側面２７に最も近いポンプ室１８は、流体入口通路の第１側面より第２側面、例えば側面２９の近くで流体入口通路１４に接続されるポンプ室入口通路１７に流体接続される。同様に、第２側面、例えば側面２９に最も近いポンプ室１８は、第２側面より第１側面、例えば側面２７の近くで流体入口通路１４に接続されるポンプ室入口通路１７に流体接続される。ポンプ室入口１５は、隣接するポンプ室１８の縁端を越えて、例えば、隣接するポンプ室１８の内縁端を越えて延在することができ、例えば、隣接するポンプ室１８の内縁端より外縁端に近いように延在することができる。以下に説明するとおり、このポンプ室入口１５の長さの増加により、流路４７４を通じて流れる流体のインピーダンスを増加させることができる。上昇部１６は、ポンプ室の内縁端より外縁端に近い位置にあることができ、例えば、上昇部１６の中心を、隣接するポンプ室１８の外縁端と水平に整列させることができる。各上昇部１６は、他のいずれの上昇部１６より下降部２０に近くてもよい。
【００３１】
図２は、図１Ｃの線２−２に沿った例示的な断面図を示す。流体入口通路１４、上昇部１６、流体ポンプ室１８、下降部２０、ノズル２２及び出口２４が、図１Ｂと同じように配置される。簡単のために、接着層６７は図示されない。各上昇部１６は、ポンプ室入口１５と垂直であってもよい。上昇部１６は垂直に延在することができ、流体入口通路１４をポンプ室入口１５に流体接続することができる。図示されないが、上昇部入口は、例えば、上昇部１６から流体入口通路１４まで、水平に延在することができる。
【００３２】
プリントヘッド１００は、供給チャンバ４３２と回収チャンバ４３６とを流体接続するように構成されたディバイダ通路３１０（図１Ａ参照）も備えることができる。ディバイダ通路３１０は、ディバイダ支持体（不図示）によって分離されることができる。ディバイダ支持体は、下部ディバイダ４４０を上部インターポーザ４２０に接続するための場所を提供することができる。ディバイダ支持体は、ディバイダ通路３１０のサイズ、特にその断面積の調整に役立つことができる。ディバイダ通路３１０の断面積の正確な調整は、流体と基板１１０、ひいてはノズル２２との間の熱伝達率の調整に重要となることができる。いかなる特定の理論にも限定されないが、熱伝達は、ディバイダ通路３１０を通じた流体の流速に従うことができ、ひいてはその断面積に従うことができる。或いは、ディバイダ支持体は省略され、単一のディバイダ通路３１０が提供されてもよい。例えば、上部インターポーザ４２０を下部プリントヘッドケーシング４１０に接続することができ、下部ディバイダ４４０はディバイダ支持体に固定されず、したがって動作中、流体は下部ディバイダ４４０の全体の下を流れることが可能となる。
【００３３】
実施態様によっては、ディバイダ通路３１０の高さは約７０〜１５０μｍ、例えば１００μｍであってもよい。ディバイダ通路３１０の高さは、基板１１０を通じた流体の流れの要件、例えば、流体をノズル２２に維持すること、及び／又は基板１１０の温度を維持することに基づき決定することができる。例えば、ポンプ室入口１５及び再循環チャンネル２８のインピーダンスが増加すると、基板１１０を通じた流速は減少する。したがって、ディバイダ通路３１０より、基板１１０を通じてより多くの流体が流れるようにするため、ディバイダ通路３１０の高さを減少させることができる。ディバイダ通路３１０が上部インターポーザ４２０と面一な実施態様では、ディバイダ通路３１０の高さは、上部インターポーザ４２０と下部ディバイダ４４０との間の距離であることができる。実施態様によっては、ディバイダ通路３１０はディバイダ支持体によって６つのディバイダ通路セグメントに隔てられ、各セグメントは約４．６ｍｍ×約５．８ｍｍで、約１６０μｍの高さを有する。ディバイダ通路３１０は上部インターポーザ４２０と面一であってもよい。或いは、ディバイダ通路３１０はその他の形でノズル２２と熱連通していてもよい。例えば、ディバイダ通路３１０は、プリントヘッド１００の高さの中央により近いところに、上部インターポーザ４２０からある距離を隔てて位置決めされてもよい。
【００３４】
ディバイダ通路３１０は、ノズル２２と吐出される流体との間の熱交換器として機能することができる。ディバイダ通路３１０の寸法の構成は、部分的には、ディバイダ通路３１０の熱交換器としての達成可能な最小の、望ましい、又は最大の効率ｅｎに依存することができる。効率ｅｎは、ディバイダ通路３１０における流体の滞留時間Ｔｒを、この熱交換器の熱拡散時定数Ｔで除したものに等しくてよい。滞留時間Ｔｒは、ディバイダ通路３１０の流体容積を、ディバイダ通路３１０を通じる流体の流速で除したものに等しくてよい。熱拡散時定数Ｔは、ディバイダ通路３１０の高さＤ及びその中の流体の拡散率α、例えば、Ｔ＝Ｄ２／αに依存することができる。流体の拡散率αは、流体の熱伝導率ＫＴ、流体の密度ρ及び流体の比熱ＣＰ、例えば、関係式：α＝ＫＴ／（ρ・ＣＰ）に依存することができる。ディバイダ通路３１０及びその中の流体の流速は、ノズル２２を所望の温度に、又は所望の温度範囲内に維持するのに十分に高い効率ｅｎを実現するように構成することができる。
【００３５】
図３において、上述したプリントヘッド１００の一部は、流体圧送システムの実施態様に接続される。簡単のため、プリントヘッド１００の一部しか示されない。再循環チャンネル２８は流体回収タンク５２に流体接続される。回収高さＨ１と称することができる、流体回収タンク５２における流体の高さを制御するリザーバポンプ５８に、流体リザーバ６２が流体接続される。流体回収タンク５２は、供給ポンプ５９によって流体供給タンク５４に流体接続される。供給ポンプ５９は、供給高さＨ２と称することができる、流体供給タンク５４における流体の高さを制御する。或いは、実施態様によっては、供給ポンプ５９は、回収高さＨ１と供給高さＨ２との間に所定の高さの差を維持するように構成することができる。回収高さＨ１及び供給高さＨ２は、例えば、図３の流体回収タンク５２と流体供給タンク５４との間の破線によって示されるとおり、共通の基準レベルに対して計測される。流体供給タンク５４は、流体入口通路１４に流体接続される。実施態様によっては、ノズル２２における圧力は、大気圧をわずかに下回るように保たれてもよく、それによって流体の漏出又は流体の乾燥を防止又は軽減することができる。これは、流体回収タンク５２及び／又は流体供給タンク５４の流体レベルをノズル２２未満にするか、又は流体回収タンク５２及び／又は流体供給タンク５４の表面上にかかる空気圧を真空ポンプで低減することによって達成することができる。流体圧送システムの構成要素間の流体接続は、硬質又は軟質の配管を含むことができる。
【００３６】
流体供給タンク５４と流体入口通路１４との間に、脱ガス部６０を流体接続することができる。脱ガス部６０は、或いは、再循環チャンネル２８と流体回収タンク５２との間、流体回収タンク５２と流体供給タンク５４との間、又は他の何らかの好適な位置に接続されてもよい。脱ガス部６０は、気泡を取り除き、流体から空気をなくすことができ、例えば、脱ガス部６０は流体を脱気することができる。脱ガス部６０から出た流体は、脱気流体と称され得る。脱ガス部６０は、真空タイプ、例えば、アメリカ合衆国ノースカロライナ州シャルロットのＭｅｍｂｒａｎａから入手可能なＳｕｐｅｒＰｈｏｂｉｃ（登録商標）Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｃｏｎｔａｃｔｏｒであってもよい。任意に、システムは、流体からの汚染物質を取り除くフィルタ（不図示）を備えることができる。システムは、流体を所望の温度に維持するためのヒータ（不図示）又は他の温度制御デバイスも備えることができる。フィルタ及びヒータは、流体供給タンク５４と流体入口通路１４との間に流体接続されることができる。或いは、フィルタ及びヒータは、再循環チャンネル２８と流体回収タンク５２との間、流体回収タンク５２と流体供給タンク５４との間、又は他の何らかの好適な位置に流体接続されることができる。更に任意に、流体の特性又は組成を監視、制御、及び／又は調整するための構成セクション（不図示）を提供することができる。かかる構成セクションは、例えば、流体の蒸発によって（例えば、長期間にわたり使用しないか、限定的にしか使用しないか、又は断続的に使用するとき）、流体の粘度に変化が生じ得る場合に望ましい。構成セクションは、例えば、流体の粘度を監視することができ、かつ構成セクションは、流体に溶剤を添加して所望の粘度を実現することができる。構成セクションは、流体供給タンク５４とプリントヘッド１００との間、流体回収タンク５２と流体供給タンク５４との間、流体供給タンク５４の内部、又は他の何らかの好適な位置に流体接続することができる。
【００３７】
動作中、流体リザーバ６２はリザーバポンプ５８に流体を供給する。リザーバポンプ５８は、流体回収タンク５２の回収高さＨ１を制御する。供給ポンプ５９は、流体供給タンク５４の供給高さＨ２を制御する。供給高さＨ２と回収高さＨ１との高さの差により、脱ガス部６０、プリントヘッド１００、及び流体供給タンク５４と流体回収タンク５２との間に流体接続される任意の他の構成要素を通じて流体が流れ、この流体の流れは、流体をプリントヘッド１００に、又はプリントヘッド１００から直接圧送することなしに生じさせることができる。すなわち、流体供給タンク５４とプリントヘッド１００との間、又はプリントヘッド１００と流体回収タンク５２との間にポンプはない。流体供給タンク５４からの流体は、脱ガス部６０を通り、基板入口１２（図１Ｂ）を通じて流体入口通路１４へと流れる。流体入口通路１４から、流体は上昇部１６を通り、ポンプ室入口１５を通じて流体ポンプ室１８へと流れる。次に流体は、下降部２０を通り、出口２４又は再循環通路２６のいずれかに流れる。ほとんどの流体は、ノズル２２の近傍領域から再循環通路２６を通じて再循環チャンネル２８へと流れる。再循環チャンネル２８から、流体は流体回収タンク５２に戻ることができる。図３には示されないが、流体は、ディバイダ通路３１０（図１Ａ参照）を通じて再循環することで流体回収タンク５２に戻ることもできる。
【００３８】
実施態様によっては、流体の流れが、出口２４から流体を吐出するのに十分ではない。例えば、図１Ｂにおいて、アクチュエータ、例えば圧電トランスデューサ又は抵抗加熱器が流体ポンプ室１８又はノズル２４に隣接して提供され、液滴吐出を生じさせることができる。アクチュエータ３０は、圧電層３１、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の層を備えることができる。電圧を圧電層３１に印加すると、層の形状を変化させることができる。アクチュエータ３０と流体ポンプ室１８との間の膜６６（図１Ｂ参照）が、圧電層３１の形状変化によって動くことが可能な場合、アクチュエータ３０に印加される電圧により、流体ポンプ室１８の容積を変化させることができる。この容積変化によって圧力パルスを生成することができ、これは本明細書では駆動パルスと称される。駆動パルスは、下降部２０を通じてノズル２２及び出口２４まで圧力波を伝播させることができる。したがって駆動パルスにより、出口２４から流体を吐出することができる。
【００３９】
図４Ａは、アクチュエータ３０に印加される電圧の経時的なグラフを示す。アクチュエータ３０が駆動されていないとき、アクチュエータ３０にバイアス電圧Ｖｂが印加されている。図４Ｂは、流体ポンプ室１８における圧力の経時的なグラフを示す。図４Ａにおいて、駆動パルスは駆動パルス幅Ｗを有する。この駆動パルス幅Ｗは、低電圧Ｖ０までの電圧降下に要する時間及び低電圧Ｖ０を保つ時間によってほぼ定義される時間の長さである。アクチュエータ３０と電気的に連通している回路（不図示）は、駆動パルス周波数及び駆動パルス幅Ｗの大きさを含め、駆動パルスの波形を制御するように構成されたドライバを備えることができる。回路はまた、駆動パルスのタイミングを制御することもできる。回路は自動的であってもよく、又は、流体液滴吐出を制御するように構成されたコンピュータソフトウェアを備えたコンピュータによるか、若しくは他の何らかの入力によるなどして、手動で制御されてもよい。別の実施形態では、駆動パルスはバイアス電圧Ｖｂを含まない場合もある。実施形態によっては、駆動パルスは、電圧の上昇、電圧の上昇及び低下、又は他の何らかの電圧変化の組み合わせを含み得る。
【００４０】
図４Ｂにおいて、駆動パルスは、駆動パルス周波数に対応する周波数で流体ポンプ室１８における圧力の変動を生じさせる。流体ポンプ室１８の圧力は、まず、駆動パルス幅Ｗに対応する時間の間、常圧Ｐ０未満に降下する。次に流体ポンプ室１８の圧力は、流体ポンプ室の圧力が常圧Ｐ０に戻るまで、又はアクチュエータ３０が再び圧力をかけるまで、常圧Ｐ０をまたいで上下に、振幅を狭めながら振動する。流体ポンプ室１８の圧力の各振動における、圧力が常圧Ｐ０を上回ったり、又は下回ったりする時間の長さは、駆動パルス幅Ｗに対応する。駆動パルス幅Ｗは、特定の流体路設計（例えば、ポンプ室１８のサイズなどの流体圧力経路の寸法、及び、流体路が上昇部１６又は下降部２０を備えるかどうか）及び／又は吐出される液滴量に依存することができる。例えば、ポンプ室のサイズが小さくなると、ポンプ室の共振周波数が上昇し、したがって駆動パルスの幅は減少することができる。約２ｐｌの液滴量を吐出するポンプ室については、パルス幅Ｗは、例えば約２〜３μｓであってもよく、約１００ｐｌの液滴量の吐出を行うポンプ室１８については、パルス幅Ｗは約１０〜１５μｓであってもよい。
【００４１】
実施態様によっては、アクチュエータが駆動されると、ポンプ室１８の圧力波からのエネルギーの一部は、上昇部１６を通じて流体入口通路１４へと伝播することができる。ポンプ室１８の圧力波は、下降部２０を下り、再循環通路２６を通じて再循環チャンネル２８へと伝播することもできる。したがって流体入口通路１４及び再循環チャンネル２８に圧力波が発生し得るが、これは流体の吐出に悪影響を及ぼすことがあり、流体入口通路１４及び再循環チャンネル２８における圧力の変動は、噴出の速度変化を引き起こし、液滴の位置誤差をもたらすことがある。個々の噴出によって引き起こされるかかる変動は、「流体クロストーク」と称することができる。
【００４２】
図１Ｃにおいて、ポンプ室入口１５を、それが流体入口通路１４の中央より側面の近くに延在するように長くし、かつポンプ室入口１５の幅を狭くすることにより、ポンプ室入口１５のインピーダンスを増加させ、それによって流体入口通路１４に伝播するエネルギーを減少させることができる。同様に、隣接する上昇部１６の間隔を、例えば、別の上昇部１６より下降部２０に近くなるよう互いに更に離間させることにより、各流路からの圧力波の相互作用を軽減することができる。更に、いかなる特定の理論にも限定されないが、上昇部１６が流体入口通路１４の突出部２１を貫通して延在する場合、圧力波からのエネルギーは、流体入口通路１４ではなく流体入口通路の壁で消散することができ、及び／又は突出部が、上昇部からの圧力波の隣接する上昇部との相互作用を防止する障壁のような働きをすることができる。インピーダンスは、再循環通路２６の幅を減少させることによっても増加させることができる。結果として、流路体を通じたインピーダンスが増加し得るため、流路体を通じた流速が減少する。したがって、例えばディバイダ通路３１０の幅を減少させることによって、プリントヘッド１００までの流体供給経路と流体回収経路との間の圧力差を増加させることにより、流路体を通じた流速を、インピーダンスが増加する前の流速と同じ流速に維持することができる。
【００４３】
位置及び配向の用語（例えば、上、垂直）は、インク液滴吐出装置内の構成要素の相対的な位置及び配向を説明するために用いられているが、装置それ自体は垂直若しくは水平の配向、又は他の何らかの配向で保持されてもよいことは理解されなければならない。
【００４４】
本発明は、本明細書において特定の実施形態を参照して説明されたが、本発明の他の特徴、目的及び利点は、説明及び図面から明らかであろう。そうした変形例は全て、以下の特許請求の範囲によって定義されるとおりの本発明の意図される範囲内に含まれる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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