(57)【要約】      （修正有）【課題】インク流路内のインクから粒子を除去するための装置を提供する。【解決手段】粒子分離器４００はインク流路４９１において非球形粒子４１０をそれらの長寸法に沿って整列させる整列領域を含む。案内領域はインク流路の第１の流線領域へ向かって、かつ、インク流路の第２の流線領域から離間されて、非球形粒子を方向づけるように配置されている。インクジェットプリンタの動作中、粒子リッチなインクは第１の流線領域内を流れ、粒子フリーなインクは第２の流線領域内を流れる。案内領域の下流に配置された分割領域はインク流路を第１と第２の流路ブランチ４３１、４３２へ分割する。第１の流路ブランチ４３１は粒子リッチなインクを運搬するように配置され、第２の流路ブランチ４３２は粒子フリーなインクを運搬するように配置されている。【選択図】図４Ｂ
2014117953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットプリンタのインク流路内のインクから粒子を除去するための装置であって、
インク流路の双曲線収縮と、
前記双曲線収縮から下流のインク流路内に配置されかつインク流路の幅方向に少なくとも部分的に延在する１つ以上の障害物を含む案内領域であって、障害物が粒子リッチなインクを運搬するように配置された第１の流線領域へ向かってかつ前記粒子リッチなインクよりも少ない粒子を含む粒子フリーなインクを運搬するように配置された第２の流線領域から離間されて粒子を方向づけるように配置されている、案内領域と、
前記案内領域の下流に配置されている分割領域であって、前記インク流路を第１および第２の流路ブランチへ分割するように構成されており、前記第１の流路ブランチが前記粒子リッチなインクを運搬するように配置されており、前記第２の流路ブランチが粒子リッチなインクを運搬するように配置されている分割領域と、
を含む装置。
【請求項２】
前記インク流路の前記双曲線収縮が２つの対向する双曲線状壁を含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
直交軸ｘ、ｙ、ｚ軸を有するデカルト座標系に基づいて、前記双曲線収縮は、
ｙ軸に沿って約４００μｍの幅ＷＣ−ｉを有する入力と、
ｙ軸に沿って約４０μｍ〜約１４０μｍの幅ＷＣ−Ｏを有する出力と、
約３０μｍ〜約１３０μｍのｘ方向に沿った入力と出力の間の長さＬＣと、
ｚ軸に沿った約１００μｍ〜約２５０μｍの高さＨＣと、
を含む請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記双曲線収縮は該双曲線収縮のヘンキー（Ｈｅｎｃｋｙ）歪み全体εＨ＝ｌｎ（ＷＣ−ｉ／ＷＣ−Ｏ）は約１〜約２であるように構成される請求項３に記載の装置。
【請求項５】
ＷＣ−Ｏが粒子の長さ未満かまたはこれに等しい請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記１つ以上の障害物が少なくとも２つの障害物を含む請求項１に記載の装置。
【請求項７】
直交軸ｘ、ｙ、ｚ軸を有するデカルト座標系に基づいて、前記インク流路におけるインク流れ方向はｘ軸に沿った方向であり、前記インク流路の幅はｙ軸に沿った幅であり、前記インク流路の高さはｚ軸に沿った高さであり、前記ｘ軸に沿った２つの障害物の中心間の距離は約５０μｍである請求項６に記載の装置。
【請求項８】
直交軸ｘ、ｙ、ｚ軸を有するデカルト座標系に基づいて、前記インク流路におけるインク流れ方向はｘ軸に沿った方向であり、前記インク流路の幅はｙ軸に沿った幅であり、前記インク流路の高さはｚ軸に沿った高さであり、前記インク流路の高さに沿った２つの障害物の中心間距離は約５０μｍである請求項６に記載の装置。
【請求項９】
直交軸ｘ、ｙ、ｚ軸を有するデカルト座標系に基づいて、前記インク流路におけるインク流れ方向はｘ軸に沿った方向であり、前記インク流路の幅はｙ軸に沿った幅であり、前記インク流路の高さはｚ軸に沿った高さであり、前記障害物は前記ｘ‐ｚ平面において約２５μｍ×約２５μｍの断面寸法を有している請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
非球形粒子の回転を誘導するように構成されている回転領域を更に含む請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は一般にインクジェットプリンタにおける粒子分離器の使用による技法に関する。また、本出願はこのような技法に係る構成要素、装置、システム、および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタは、液体インクの小さい液滴を所定のパターンに従って印刷媒体上へ吐出することによって動作する。インプリメンテーションによっては、インクは、用紙等の最終印刷媒体上へ直に吐出される。インプリメンテーションによっては、インクは、例えば印刷ドラムである中間印刷媒体上へ吐出され、次いで中間印刷媒体から最終印刷媒体へ転写される。インクジェットプリンタの中には、インクジェットを供給するために液体インクのカートリッジを使用するものがある。固体インクプリンタは、室温では固体であって、印刷媒体表面上へ噴射される前に溶融される相変化インクを使用するケイパビリティを有する。室温で固体であるインクは、効果的には、インクが、液体インクの場合に典型的に用いられるパッケージまたはカートリッジなしに固形で移送されかつインクジェットプリンタ内へ装填されることを可能にする。インプリメンテーションによっては、固体インクは、溶融インクを中間ドラム上へページ幅のパターンで噴射するページ幅プリントヘッド内で溶融される。中間ドラム上のパターンは、加圧ニップを介して用紙上へ転写される。
【０００３】
液体状態では、インクは、インクジェット経路の通過を遮る可能性のある粒子を含む場合がある。インク内の粒子は、インク流路の形成に使用される材料からはげて取れる際にインク内へ導入されるか、あるいは、プリントヘッドへ再利用するために循環された廃棄用インクから除去されなかった汚染から生じる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示において説明される実施形態はインクジェットプリンタにおけるインクから粒子を除去するためのアプローチに係る。
【０００５】
いくつかの実施形態はインクジェットプリンタのインク流路内のインクから粒子を除去するための装置に係る。装置はインク流路の双曲線収縮を含む。双曲線収縮の下流のインク流路内に配置された案内領域はインク流路の幅方向に延在する１つ以上の障害物を含む。障害物は「粒子フリーな（粒子非含有）インク」を運搬するように配置されたインク流路の第１の流線領域から離間されて、かつ、粒子フリーなインクより多い粒子を含む「粒子リッチな（粒子含有）インク」を運搬するように配置されたインク流路の第２の流線領域へ向かって、粒子を方向づけるように配置されている。分割（分流）領域は案内領域の下流に配置されている。分割領域はインク流路を第１および第２の流路ブランチへ分割するように構成されており、第１の流路ブランチは第１の流線領域内を流れる粒子リッチなインクを運搬するように配置され、第２の流路ブランチは第２の流線領域内を流れる粒子リッチなインクを運搬するように配置されている。
【０００６】
いくつかの態様によれば、インク流路の双曲線収縮は２つの対向する双曲線形状の壁を含む。直交軸ｘ、ｙ、ｚ軸を有するデカルト座標系に基づいて、双曲線収縮は、
ｙ軸に沿って約４００μｍの幅ＷＣ−ｉを有する入力と、
ｙ軸に沿って約４０μｍ〜約１４０μｍの幅ＷＣ−Ｏを有する出力と、
約３０μｍ〜約１３０のｘ方向に沿った入力と出力の間の長さＬＣと、
ｚ軸に沿った約１００μｍ〜約２５０μｍの高さＨＣと、
を含む。
【０００７】
双曲線収縮は、双曲線収縮のヘンキー（Ｈｅｎｃｋｙ）歪み全体、εＨ＝ｌｎ（ＷＣ−ｉ／ＷＣ−Ｏ）は約１〜約２であるようにされてよい。
【０００８】
いくつかのインプリメンテーションにおいて、ＷＣ−Ｏは粒子の長さ未満かまたはこれに等しい。例えば、粒子の長さは約４０μｍである。
【０００９】
いくつかのインプリメンテーションによれば、１つ以上の障害物は少なくとも２つの障害物であってよい。直交軸ｘ、ｙ、ｚ軸を有するデカルト座標系に基づいて、インク流路におけるインク流れ方向はｘ軸に沿った方向であり、インク流路の幅はｙ軸に沿った幅であり、インク流路の高さはｚ軸に沿った高さであり、ｘ軸に沿った２つの障害物の中心間距離は約５０μｍであり、および／または、インク流路の高さに沿った２つの障害物の中心間距離は約５０μｍであり、および／または、障害物はｘ‐ｚ平面において約２５μｍ×２５μｍの断面寸法を有している。
【００１０】
いくつかの構成において、粒子除去装置は非球形粒子の回転を誘導するように構成された回転領域を更に含む。例えば、回転領域は、収縮と案内障害物との間に配置され、かつ、インク流路の壁面に沿って１つ以上の起伏を含むことができる。
【００１１】
いくつかの実施形態は、インクジェットプリンタのインク流路内に配置され、かつ、インクから粒子を除去するように構成された装置に係る。この装置はインク流路内のその長寸法に沿って非球形粒子を整列されるように構成された整列領域を含む。案内領域は整列領域の下流のインク流路内に配置されている。案内領域はインク流路の第１の流線領域に向かってかつインク流路の第２の流線領域から離間するように粒子を方向づけるように構成されている。インクジェットプリンタの動作中、粒子リッチな（粒子含有の）インクは第１の流線領域内を流れ、粒子フリーな（粒子非含有の）インクは第２の流線領域内を流れる。分割領域は案内領域から下流に配置される。分割領域はインク流路を第１と第２の流路ブランチへ分割する。第１の流路ブランチは第１の流線領域内を流れる粒子リッチなインクを運搬するように配置され、第２の流路ブランチは第２の流線領域内を流れる粒子フリーなインクを運搬するように配置されている。
【００１２】
場合によっては、回転領域は整列領域と案内領域の間でインク流路内に配置されており、回転領域は非球形粒子の回転を誘導するように構成された特徴を含む。
【００１３】
インク流路は多層積層体として形成することができる。
【００１４】
直交軸ｘ、ｙ、ｚ軸を有するデカルト座標系に基づいて、インク流路におけるインク流れ方向はｘ軸に沿った方向であり、インク流路の幅はｙ軸に沿った幅であり、インク流路の高さはｚ軸に沿った高さである。即ち、整列領域の出力におけるインク流路の高さはｘ‐ｚ平面内の非球形粒子の回転を可能にするように構成することができ、および／または整列領域の出力と案内領域内の１つ以上の案内特徴との間のインク流路の幅はｘ‐ｙ平面内の非球形粒子の回転を阻止するように構成され、および／または、案内領域内のインク流路の幅は非球形粒子の長寸法より短くなるように構成することができる。
【００１５】
いくつかの実施形態は、インクジェットプリンタ内のインクから非球形粒子を除去するための方法を含む。非球形粒子は、インク流路を介して粒子が流れるにつれてその長寸法に沿って整列される。整列された非球形粒子は、粒子リッチなインクを運搬する第１の流線領域へ向かって、かつ、粒子フリーなインクを運搬する第２の流線領域から離間されて、案内される。粒子リッチなインクはインク流路の第１のブランチに沿って方向づけられ、粒子フリーなインクはインク流路の第２のブランチに沿って方向づけられる。
【００１６】
非球形粒子は短寸法Ｐｍｉｎと長寸法Ｐｍａｊとを有しており、整列された非球形粒子は整列した非球形粒子を案内する前にｘ‐ｚ平面内で回転される。この回転によって非球形粒子が有効粒径Ｐｅｆｆを有する案内領域に接近させられ、ここで、Ｐｍｉｎ≦Ｐｅｆｆ≦Ｐｍａｊである。
【００１７】
いくつかの実施形態によれば、インクジェットプリンタ内のインクから非球形粒子を除去するための装置は粒子がインク流路を介して流れるにつれてその長寸法に沿って非球形粒子を整列するための手段を含む。装置は、粒子リッチなインクを運搬する第１の流線領域に向かって、かつ、粒子フリーなインクを運搬する第２の流線領域から離間されて、整列された非球形粒子を案内するための手段を含む。方向づけ手段は、インク流路の第１のブランチに沿って粒子リッチなインクを方向づけ、インク流路の第２のブランチに沿って粒子フリーなインクを方向づける。
【００１８】
非球形粒子は短寸法Ｐｍｉｎおよび長寸法Ｐｍａｊを有している。装置は整列手段と案内手段との間に配置されるｘ‐ｚ平面内で整列された非球形粒子を回転させるための手段を更に含む。この回転手段によって非球形粒子が有効粒径Ｐｅｆｆを有する案内領域に遭遇し、ここで、Ｐｍｉｎ≦Ｐｅｆｆ≦Ｐｍａｊである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】図１Ａは、粒子除去装置を含むインクジェットプリンタの部分を示す内部ビューである。
【図１Ｂ】図１Ｂは、粒子除去装置を含むインクジェットプリンタの部分を示す内部ビューである。
【図２Ａ】図２Ａは、例示的なプリントヘッドを示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、例示的なプリントヘッドを示す図である。
【図３】図３は、インクジェットプリンタのプリントヘッドのインク流路内の粒子除去装置のための可能性のあるロケーションを示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本明細書に記載されている実施形態に係る粒子分離器のｘ‐ｙ平面断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの粒子分離器を示すｘ‐ｚ断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、いくつかの実施形態に係る回転特徴を含む粒子分離器を示すｘ‐ｚ断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、いくつかの実施形態に係る案内領域における任意の更なる障害物を含む粒子分離器を示すｘ‐ｚ断面図である。
【図５】図５は、いくつかの実施形態に係る粒子分離器の回転および案内領域を横切るときに粒子が通過する可能性のある流路を概略的に示す図である。
【図６】図６は、本明細書中に説明されているいくつかの粒子分離器の層状構造を示す図である。
【図７】図７は、インクジェットプリンタのインクからの粒子を分離させる方法を示す流れ図である。  同様の参照番号が同様の構成要素に付される。図面は特に指示がない限り必ずしも原寸に比例したものではない。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
インクジェット経路に入った粒子は、結果として最終印刷パターンに望ましくない目に見えるキズを生じさせる的外れの、断続的な、欠けたまたは貧弱なインク噴射を引き起こす可能性がある。インクジェットプリンタの中には、プリントヘッドの噴射領域に粒子が到達しないようにフィルタにインクを通すものがある。しかしながら、これらの技法はいくつかの問題を提示する。フィルタリングは、フィルタがプリンタの稼働寿命期間中に詰まってくる可能性があるので最適ではない。合着された粒子がフィルタを詰まらせないことを保証するためには、かなりの工作が要求される。更に、フィルタエレメントはインクの流れをある程度妨害し、プリントヘッドの動作には望ましくない場合がある圧力降下という不利益を誘発する。この圧力降下はフィルタ表面がインクから濾過された粒子で覆われていくにつれて悪化される。主要インク流路から粒子を動的に分離する特徴を用いて別のトラップ特徴に粒子を取り除く方がよい。また、インクジェットプリンタに一般的に使用される単純な篩（ふるい）を用いた場合も篩が非球形の粒子に対して脆弱であるという更なる問題が提示されている。つまり、篩の孔径より小なる寸法の粒子が整列して篩の穴を通り抜け、その後、インクジェットを詰まらせる可能性がある。
【００２１】
本開示に記載されている実施形態は、印刷媒体へインクを噴射する前にインクジェットプリンタのインクから粒子を取り除くための手法（アプローチ）を含む。特に、例えば、繊維糸または固形インクである細長い粒子は問題になりやすい。細長い非球形の粒子は、図４Ａの粒子４１０に示したように、短寸法Ｐｍｉｎおよび長寸法Ｐｍａｊを有するとして特徴づけられる。本明細書に記載の実施形態は、インクジェットプリンタのインク流路から単純な幾何学的特徴を有する非球形粒子を取り除くために低圧アプローチを提供する。例えば、以下に説明するいくつかのアプローチは、インクの流れ方向における非球形粒子の整列を誘導するための整列領域と、この整列領域の下流に配置されかつ単軸に対して非球形粒子の回転を拘束するとともに粒子リッチなインクを運搬する流線に沿って非球形粒子を方向づけおよび／または流すように構成された案内領域と、を使用するインクジェットプリンタのための粒子分離器を含む。この粒子分離器はインクジェットから離間されて粒子リッチなインクを運搬する案内領域の下流に配置された分流領域を含む。いくつかのインプリメンテーションにおいて、粒子分離器は、粒子が案内領域に近づくにつれて粒子の回転を誘導するために、整列領域と案内領域の間に配置された回転領域を含む。
【００２２】
いくつかの実施例において、整列領域は、収縮、例えば、インク流路の双曲線収縮を含む。いくつかの実施例における収縮は、流路の第１の流線領域に向かっておよび流路の第２の流線領域から離間するように非球形粒子を方向づけるように構成された障害物アレイを含む案内領域と組み合わせて使用される。運転中、粒子は、粒子リッチなインクの第１の流線に沿って方向づけられる。第２の流線は、粒子フリーな（粒子を含まない）インクを含む。障害物は、双曲線収縮と分流領域のインク流路のＴまたはＹ字型のブランチとの間に配置される。分流領域において、インク流路は、第１および第２のサブブランチに分割される。ブランチは、流路の第１の流線領域に沿って流れる粒子リッチなインクが第１のサブブランチに流入する一方、流路の第２の流線領域に沿って流れる実質的に粒子フリーなインクが第２のサブブランチに流入するように配置される。第１のサブブランチはインクジェットから離間されて第１の流線に沿って（例えば、粒子トラップに向かって）流れる粒子リッチなインクを運搬し、第２のサブブランチはインクジェットに向けて第２の流線に沿って流れる粒子フリーなインクを運搬する。整列領域、案内領域、任意の回転領域、および／または分流領域を含む非球形粒子に対する粒子分離器の実施例は、分流領域（ＴまたはＹ字形のチャンネルブランチ特徴）の上流に配置された障害物配置（案内領域）の上流に配置された双曲線収縮（整列領域）という面において以下に記載される。当業者は、本明細書中に説明されている特定の特徴（双曲線収縮、障害物配置、およびブランチ特徴）は例示目的のためだけに提供され、本明細書に記載されている粒子の整列、案内および分流へのアプローチは、非球形粒子の整列、案内および分流の機能性を提供する他のタイプの特徴にまで拡張されることができることを理解するであろう。
【００２３】
図１Ａおよび図１Ｂは、本明細書に記載したように非球形の粒子分離器を設けた例示的なインクジェットプリンタ１００の部分の内部を示す図である。プリンタ１００は、プリントヘッド１３０に相対してドラム１２０を移動させかつドラム１２０に相対して用紙１４０を移動させるように構成されている搬送機構１１０を含む。プリントヘッド１３０はドラム１２０の長さ全体または一部に沿って延在して数多くのインクジェットを含むことができる。搬送機構１１０によってドラム１２０が回転すると、プリントヘッド１３０のインクジェットは、図１Ｂの差し込み円に図示したように、ドラム１２０上にインクジェット開孔を介して所望のパターンでインク液滴を付着させる。用紙１４０がドラム１２０周りを移動すると、ドラム１２０上のインクのパターンは加圧ニップ１６０を介して用紙１４０に転写される。
【００２４】
図２Ａおよび図２Ｂは例示的なプリントヘッドをより詳細に示している。最初はインク溜めに含まれる溶融インクの経路は、ポート２１０を介して、プリントヘッドの主要マニホールド２２０へ流れ込む。図２Ｂに最もよく示されているように、いくつかの場合、１色のインクカラーに付き１つのマニホールド２２０でオーバーレイされる４つの主要なマニホールド２２０が提供され、これらのマニホールド２２０の各々は織成されたフィンガーマニホールド２３０に連結される。インクはフィンガーマニホールド２３０を通過してその後インクジェット２４０内に流れ込む。図２Ｂに図示されているマニホールドとインクジェットの幾何学形状は矢印方向に繰り返され、所望されるプリントヘッドの長さ、例えば、ドラムの全幅を達成する。図１〜２に示したインクジェットプリンタ１００とプリントヘッドの具体的な形状が例として提供され、インクジェットプリンタおよび／またはインクジェットプリントヘッドは、本明細書に説明された粒子分離器へ適用可能な多様な形状を有することが理解されよう。
【００２５】
各インクジェットは、インクジェットノズルを介して、印刷媒体、例えば、ドラムへ、インク液滴の吐出をコントロールするアクチュエータを含む。いくつかのインプリメンテーションにおいて、プリントヘッドはインク液滴吐出のために圧電トランスデューサ（ＰＺＴ）を使用するが、他のインク液滴吐出方法も知られておりこの種のプリンタは本明細書に記載されている粒子分離器を使用することもできる。図３は、主要マニホールド３６０、フィンガーマニホールド３４１およびインクジェット３００を示すプリントヘッドの断面図である。ＰＺＴ３４２を起動すると、インクをインク入口３４４へ引き込みインクジェットノズル３４３から開孔３４５を介して排出するポンプ作用を生じる。本明細書中に説明された粒子分離器３４０は、インク中の粒子と相互作用し様々なサイズの粒子の流路をコントロールするために使用することができる特徴を含む。臨界粒径を超える大部分の粒子は粒子ベント３７１および／または粒子トラップ３７２へ迂回されることができることから、臨界粒径を超える粒径を有する粒子を実質的に含有しない「クリーンな」インクがジェット入口３４４内へ流れることが可能となる。
【００２６】
図３はフィンガーマニホールド３４１内の粒子分離器３４０が配設される可能性のあるロケーションを示す。例えば、様々な構成において、粒子分離器３４０はインクジェット３００の上流のプリントヘッドマニホールド内に配置される。いくつかのインプリメンテーションにおいて、インクジェットプリンタは、インクジェットの上流に位置づけられた「ロックスクリーン」などのインク経路内の篩要素を使用する。篩要素はジェット口径よりも小なる切欠きを有する材料の単層を用いることができる。これらの開孔の粒径より小なる粒径を有する非球形粒子は篩要素を貫通し、ジェットの目詰まりを生じる。本明細書中に説明するところの粒子分離器は、ジェットの目詰まりを低減または防止するために（篩要素３５０とインクジェット入口３４４の間の）篩要素３５０の下流のインク流路に沿ってプリントヘッド内に位置づけることができる。プリントヘッドの通路内の粒子分離器３４０の案内特徴、例えば、バンプ、切欠き、またはバーは、ロックスクリーンや多層ロックスクリーンにおける極めて小なる孔の他の案内特徴に比較して適度な圧力降下を生じやすい。プリントヘッドは、１つ以上のロケーション、例えば、１つ以上のインクジェット入口またはインクジェット入口の各々において１つ以上のロケーションに位置決めされた複数の粒子分離器を含むことができる。
【００２７】
図４Ａおよび図４Ｂはいくつかの構成に基づいて粒子分離器４００のｘ‐ｙとｘ‐ｚ断面の各々を示している。いくつかの配向において、図４Ａの断面図を頂面図と称し図４Ｂを側面図と称してもよい。他の配向も可能であるが、この定義は粒子分離器能を説明するために使用される。粒子分離器４００は、インク流路４９１内に配置された整列領域（例えば、双曲線収縮）案内領域（例えば、障害物の配置）および分流器（例えば、Ｔ字形ブランチ）を含む。インク４９２は、１つ以上の流路壁４９３によってインク流路４９１内に含有され、流路４９１に沿って矢印４９９で示される方向に流れる。インク４９２は、細長い、非球形、ロッド状および／またはファイバ形状の粒子４１０を含む様々な形状を有し得る非球形粒子４１０で汚染されている。本明細書に記載の粒子分離器はジェットへ流れるクリーンなインクからファイバや他の非球形粒子を整列させ案内し分離させるために特に有用である。図４Ａに示したように、このような非球形粒子４１０は長寸法Ｐｍａｊと短寸法Ｐｍｉｎによって特徴づけられ、Ｐｍａｊ＞Ｐｍｉｎである。Ｐｍａｊは粒子の長さを指し、Ｐｍｉｎは粒径を指す。
【００２８】
図４Ａおよび図４Ｂに示したように、粒子４１０は、双曲的に流路を狭小させる少なくとも１つの流路壁によって形成された流路の双曲線収縮において粒子分離器に流入する。図４Ａは、ｘ‐ｙ平面における流路４９１と境を接している互いに対向する双曲線流路壁部４５０ａ、４５０ｂによって形成された双曲線収縮を示す頂面図である。いくつかの実施形態において、双曲線収縮は流路の一方の側の双曲線流路壁と流路の対向する側の直壁（または双曲型以外の形状を有する壁）によって形成することができる。流路壁は、流路壁の曲率が形状ｙ＝１／ｘの等式によって近似できるならば、双曲線形状であるとみなされる。いくつかの実施形態において、流路壁はｙ＝Ｃ／（ａ＋ｘ）によって近似され、ここで、Ｃとａは収縮の幾何学的形状に依存する定数である。図４Ａと図４Ｂに示したように、収縮の入力においてｙ軸に沿った収縮の幅はＷＣ−ｉであり、収縮の出力におけるｙ軸に沿った収縮の幅はＷＣ−Ｏであり、ｘ軸に沿った収縮の長さはＬＣである。約３０〜約５０μｍの長寸法Ｐｍａｊを有する粒子を効果的に整列させる収縮に適したパラメータは、例えば、約４００μｍに等しいＷＣ−ｉ、約３０〜約１３０μｍのＬＣ、約１４０〜４０μｍのＷＣ−Ｏ、約１００〜約２５０μｍの収縮の入力高さＨＣ、および約１００μｍの収縮の出力高さＨＳである。粒子分離器の全体長ＬＰＳは、例えば、約５００〜１０００μｍであってよい。ヘンキー（Ｈｅｎｃｋｙ）歪みは収縮において流体要素が経験する対数歪みであり、約１〜２の範囲であってよいεＨ＝ｌｎ（ＷＣ−ｉ／ＷＣ−ｏ）で表すことができる。
【００２９】
いくつかの実施形態において、収縮ＷＣ−Ｏの出力における流路の幅はｘ‐ｙ平面内の粒子の回転を抑制する程度に狭くなるように選択され、これにより、粒子は、図４Ａに示した粒子４１０ａによって表示するように、ｘ‐ｙ平面のｘ軸に沿って実質的に整列されるようになる。収縮の出力における流路高さＨＳは、図４Ｂに示した回転された粒子４１０ｂによって表示するように、ｘ‐ｚ平面の粒子を回転可能にする程度に大きくなるように選択される。ｘ‐ｚ平面の細長い粒子の配向が障害物に提示される粒子Ｐｅｆｆの有効な大きさを決定することに留意されたい（Ｐｍｉｎ≦Ｐｅｆｆ≦Ｐｍａｊ）。
【００３０】
案内機能（障害物）はｙ軸に沿った流路を横切って延在するバーを含み、様々な断面形状を有することができる。場合によっては、障害物は、インク流れ（フロー）方向４９９に対して略垂直に配向することができる。障害物４１１、４１２の構成は、第１の軌跡４２１に沿って（即ち、第１の流線領域に沿って）臨界粒径ＤＣより大なるＰｍａｊを有する粒子４１０を方向転換し、第２の軌跡４２２に沿って（即ち、第２流線領域に沿って）Ｐｍａｊ＞ＤＣを有する粒子４１０を含まない（あるいはより少ない粒子を含む）インクのフローを可能にするように設計されている。障害物４１１、４１２は、Ｐｍａｊ＞ＤＣを有する非球形粒子４１０を含む相対的に「汚れた」インクが第１の流線４２１に沿って流れ、「クリーンな」インクが第２の流線４２２に沿って流れるように配置される。
【００３１】
約３０〜約５０μｍのＰｍａｊを有する粒子を効果的に分離するために約２５×２５μｍの断面積を有する障害物を使用した設計もある。換言すれば、図４Ｂを参照するに、断面上、障害物はｘ軸に沿って約２５μｍの距離ＤＸ延出しまたはｚ軸に沿って約２５μｍの距離ＤＺ延出することができる。しかしながら、障害物は矩断面を有する必要はない。例えば、場合によっては、障害物は断面が矩形であってよく、例えば、障害物のｚ軸の寸法はｘ軸寸法より大なるかまたはその逆であってよい。障害物の構成は、場合によっては、１つだけの障害物を含み、図４Ａ〜４Ｃによって示されているように、複数の障害物を含むことができる。図４Ａおよび図４Ｂに示されている２つの障害物４１１、４１２によって図示したように、複数の障害物を含む構成の場合、障害物４１１、４１２の構成をアレイ（配列）に関して説明することができる。場合によっては、アレイは２つより多い障害物を含むことができることに留意されたい。
【００３２】
アレイの列（ロー）は、第１のローが次のローからオフセット距離Δだけオフセットされるように、ｘ軸に沿って配置される。図４Ｂを参照するに、第１のローがｘ軸に沿ってロケーションｘ１において障害物４１１を含み、第２のローがｘ軸に沿ってロケーションｘ２において障害物４１２を含み、ｘ２−ｘ１＝Δである。いいかえれば、Δは互いに隣り合って配設されたローにおいて互いの障害物の中心間の距離である。アレイの行（コラム）は、第１のコラムはｚ軸に沿ったロケーションｚ１において障害物４１１を含み、第２のコラムはｚ軸に沿ってロケーションｚ２において障害物４１２を含むようにｚ軸に沿って配置され、ｚ２−ｚ１＝λは互いに隣り合って配設されたコラムにおいて互いの障害物の中心間の距離である。ｚ軸に沿った障害物の寸法をＤｚとし、ｘ軸に沿った障害物の寸法をＤｘとした場合、互いに隣り合って配設されているローにおける２つの障害物４１１、４１２の互いの間の間隙ｇはｇ＝λ−Ｄｚである。（障害物の構成が粒子リッチなインクの流線内へ方向転換するように設計されているＰｍａｊの最小値に相当する）臨界粒径ＤＣは、ＤＣ＝１．４ｇ（λ／Δ）−０．４８として表される。例えば、この等式に応じて、２５×２５μｍの断面を有する障害物を用いて約４０μｍのＰｍａｊを有する粒子を分離するように設計されている障害物の構成はλ＝５０μｍ、Δ＝５０μｍとなる。粒子が臨界粒径ＤＣを下回る粒径を有している場合、障害物の配置を介してジグザグ経路を辿るかおよび／または第１または第２の流線のいずれかを辿る。
【００３３】
障害物４１１、４１２の構成を介して移動した後、第１の流線４２１内へ流れるインクは、第２の流線４２２内に存在し得る粒子に比べて、Ｐｍａｊ＞ＤＣを有する非球形粒子を相対的に多く含む。例えば、第１の流線は、Ｐｍａｊ＞ＤＣを有する細長い粒子の過半数（５０％以上）、ほぼ多数（７５％以上）または大部分（９０％以上）を含むことができる。分流領域は、障害物からインクの流れ方向下流に位置決めされ、流路の主要ブランチ４３０のフローを２つのサブブランチ４３１、４３２へ分流するように構成されている。図４Ｂに示した２つのサブブランチは、この実施例では、主要ブランチ４３０とＴ字形連結を形成する。場合によっては、２つのサブブランチおよび主要ブランチはＹ字形または他の構成において配置することができる。図４Ｂに示したように、第１の流線４２１に沿って移動する粒子リッチなインクは第１のサブブランチ４３１内へ掃引され、第２の流線４２２に沿って移動する相対的にクリーンな粒子フリーなインクは第２のサブブランチ４３２内へ掃引される。第１のサブブランチ４３１は、粒子リッチなインクを、インクジェットから離間して、例えば、粒子トラップやゴミ容器に向かって、方向づけることができる。第２のサブブランチ４３２は、粒子フリーなインクを、インクジェットに向かって、方向づける。いくつかの構成において、第１のサブブランチ４３１の幅Ｗｂ１は、第２のサブブランチ４３２の幅Ｗｂ２と異なることもある。例えば、場合によっては、第２のサブブランチは、Ｐｍａｊより小なる幅を有することで、第２のサブブランチが小さすぎて非球形粒子を取り込むことができない。
【００３４】
いくつかの状況において、ｘ‐ｚ平面内で回転し切れなかった粒子は障害物アレイへ十分に小なるＰｅｆｆを提供することで、障害物によって第１の流線へ案内されるのではなく、粒子は障害物を通り抜けることができる。これらの場合、整列領域と案内領域との間で粒子分離器に回転領域を設けることが有用である。回転領域は粒子が障害物アレイによってより有効に案内されることができるように、（図４Ｃの粒子４１０ｂによって表されるように）ｘ‐ｚ平面における非球形粒子の回転を促進する特徴を含むことができる。回転領域を含む例示的な粒子分離器４０１を図４Ｃに示し、これは幾らかの点で図４Ｂに類似している。図４Ｃの粒子分離器４０１は、粒子分離器４０１が少なくとも１つの流路壁に沿って、好ましくは、図４Ｃの配向に応じて「底」壁に沿って配置された起伏を設けた回転領域を含む（障害物に最近接配置された流路壁）を含む点で、図４Ｂの粒子分離器４００とは異なる。各起伏は谷部とインク流路に突出する隆起部を含む。約５〜６個の起伏は、インクの流れ方向４９９に沿って配置されている。起伏は、図４Ｃに示したように、矩形の隆起部と矩形の谷部を含んでもよく、または起伏の隆起部および／または谷部が丸みを帯びてもよい（面取りされる）。これらの起伏により、回転領域内のインクの流れは、（ｚ方向に沿って）いくらかの「垂直な」成分を有し、これにより、粒子は、それらの長さに沿ってより均一でない流速分布を経験する。これらの粒子は、少なくとも粒子長さ程度に深く（例えば、約３０〜１００μｍ）および２倍長い（例えば、約６０〜３００μｍ）。
【００３５】
図５は、インク流路４９１内に配置された粒子分離器の収縮／回転領域と案内領域の部分を示している。図５に示したように、起伏４７９の隆起部４７９ａと谷部４７９ｂの寸法は、粒子５１０が起伏４７９を移動するにつれて、粒子５１０の回転を促進するように選択される。図５は、流路４９１の回転および案内部分に沿った６つの位置（ポジション）における粒子５１０を示している。図５のポジション１において、粒子５１０は整列部分から抜け出て、粒子５１０が起伏の隆起部４７９ａに接近するにつれて、ｘ‐ｚ面とｘ‐ｙ平面において整列される。ポジション２において、粒子５１０の前縁は起伏４７９の谷部４７９ｂへ沈降する。谷部４７９ｂへ沈降することによって、粒子５１０は、ポジション３に示すように、ｘ‐ｚ平面内で回転させられる。粒子５１０は、インク流路を通って案内領域へ流入すると、更なる起伏に遭遇する。回転部分において開始された粒子５１０の回転によって粒子５１０は、障害物４１１、４１２に接近させられ、ｘ‐ｚ平面において回転させられ、ポジション４ではｘ‐ｙ平面において実質的に整列される。粒子は、ｘ‐ｚ平面内で回転するので、間隙ｇより大なる有効粒径Ｐｅｆｆを有する障害物４１１、４１２に接近する。このように、障害物４１１、４１２と遭遇することによって粒子５１０はポジション５に示したように再び回転させられる。障害物はポジション６の粒子リッチなインクの流線へ粒子５１０を案内する。図５に提供された描写は、粒子がインク流路の回転および案内部分を通過する際に取り得る１つの可能な流路を表している。粒子を粒子リッチなインクの流線内へ案内するインク流路を通過する際に粒子が取り得る可能性のある流路が数多く存在することが理解されよう。
【００３６】
図４Ｄは、粒子分離器４００についての更に他の構成を示している。図４Ｄに示した粒子分離器４００は幾らかの点で図４Ｂの粒子分離器に類似している。図４Ｄの粒子分離器４００は、少なくとも、インク流路４９１の案内領域内のロケーション（ｘ３、ｚＡ）および（ｘ４、ｚ２）に配置された更なる障害物４１３、４１４を含むという点で図４Ｂと異なる。更なる障害物は、それによって粒子リッチなインクを運搬する流線内に案内されるよりむしろ、粒子が障害物アレイを通り抜ける可能性を減じるように構成することができる。例えば、粒子は、障害物アレイに提供される有効粒径Ｐｅｆｆが間隙ｇより小さい場合、粒子は障害物アレイを通す可能性がある。図４Ｄに示した実施例において、更なる障害物４１３、４１４は、障害物４１１、４１２より下流に配置される。障害物４１３は障害物４１１、４１２の間のｚ軸に沿って位置決めされ、障害物４１１と障害物４１２の間の間隙を通り抜ける粒子を遮断する。例えば、いくつかのインプリメンテーションにおいては、ｚＡはｚ１とｚ２の間の中心に配置され、粒子４１２と４１４はｚ軸に沿って整列され、ここで、ｘ３‐ｘ２およびｘ４−ｘ３＝ｘ２−ｘ１である。
【００３７】
本明細書に説明されている分離器は、多層構造として製造することができる。場合によっては、粒子分離器は、材料のいくつかの平面や層の積層体として構成することができる。図６は、起伏６７９の隆起部６７９ａと谷部６７９ｂを形成する回転特徴６８１、６８２を含む回転部分を備えた粒子分離器の一部を示している。粒子分離器の一部は案内障害物６１１、６１２を含む案内部分をも含む。回転特徴６８１、６８２および障害物６１１、６１２は材料の層６０１〜６０５のスタック（積層体）によって形成することができる。例えば、回転特徴６８１、６８２は、流路の「底部」のｙ方向に沿って延びる切欠き、バンプ、またはバーを含むことができる。案内特徴も、切欠き、バンプ、またはバーとすることもできる。図６に示したように、層６０１は回転特徴６８１、６８２および障害物６１１を形成するように形づけられる。層６０３は障害物６１２を形成するように形づけられる。回転および案内特徴６８１、６８２、６１１、６１２は層状のプリントヘッド製造技術を用いた製作に適している。例えば、インプリメンテーションによっては、層６０１〜６０５は、材料の約２５〜約１５０μｍの厚さｔを有することができる。層６０１〜６０５は、金属またはプラスチック等の任意の適切な材料で、レーザ切断、打抜き、機械加工、エッチング、蒸着、成形および／またはプリント等の方法によって作られてもよい。これらの層は、例えば貼り合わせ、拡散接合、プラズマ接着、接着剤、溶接、化学結合および機械的接合のうちの任意の組合せである任意の適切な方法によって互いに付着されることが可能である。
【００３８】
図７は、本明細書で説明された実施形態に係る粒子分離方法を例示している流れ図である。非球形粒子が整列され（ステップ７１０）、その長寸法がインクの流れの方向に沿って配向されるように制約される。粒子はインク流路の第１の流線へ向かってかつこれに沿って方向転換される（ステップ７２０）。いくつかのインプリメンテーションにおいて、粒子は整列された後で、かつ、第１の流線に向かって粒子を方向転換する案内特徴と遭遇する前に、粒子のｘ‐ｚの回転を引き起こす回転特徴に遭遇する。第１の流線は粒子フリーなインクを運搬するインク流路の第２の流線から離間して粒子リッチなインクを運搬する。粒子フリーなインクはインクジェットに向かって方向づけられ（ステップ７３０）、粒子リッチなインクはインクジェットから離間されて方向づけられる（ステップ７４０）。粒子リッチなインクは廃棄ポートおよび／または廃棄チャンバへ送られ、および／または、更なる粒子除去プロセスを受けることができる。
【００３９】
本明細書に開示されているシステム、装置、または方法は、本明細書に記述されている特徴、構造、方法、またはこれらの組合せの１つ以上を含むことができる。例えば、装置または方法は、以下に記載されている特徴および／またはプロセスの１つ以上を含むようにインプリメントされる。このような装置または方法は、本明細書に記述されている全ての特徴および／またはプロセスを含む必要はないが、有用な構造および／または機能性を提供する選択された特徴および／またはプロセスを含むようにインプリメントされるように意図されている。
【００４０】
様々な変形および追加が上記に説明される好ましい実施例に対して行うことができる。従って、本開示の範囲は上記されている特定の実施形態によって制限されるべきではないが、後述される特許請求の範囲およびこれらに等価なものによってのみ定義されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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