(57)【要約】【課題】流体吐出装置のノズルプレートのメンテナンスを容易にする。【解決手段】インクジェットプリントヘッドは、流体液滴を吐出方向に吐出するように構成された少なくとも一つのノズルを下面に備える、ノズルプレートと、複階層構造を有するメンテナンス構造体であって、メンテナンス構造体の一部とノズルプレートの下面との間に間隙が存在するようにノズルプレートに連結された、メンテナンス構造体と、を備える。メンテナンス構造体は、ノズルプレートの下面から第一の距離だけ離れて懸架された第一の上面を有する、第一部分と、第一部分と連結された第二部分であって、ノズルプレートの下面から第一の距離よりも大きな第二の距離だけ離れて懸架され第一の上面に対して横方向にずれた第二の上面を有する、第二部分と、備える。【選択図】図３Ｂ
2014083849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体液滴を吐出方向に吐出するように構成された少なくとも一つのノズルを下面に備える、ノズルプレートと、
複階層構造を有するメンテナンス構造体であって、メンテナンス構造体の一部と前記ノズルプレートの前記下面との間に間隙が存在するように前記ノズルプレートに連結された、メンテナンス構造体と、
を備えるインクジェットプリントヘッドであって、
前記メンテナンス構造体は、
前記ノズルプレートの前記下面から第一の距離だけ離れて懸架された第一の上面を有する、第一部分と、
前記第一部分と連結された第二部分であって、前記ノズルプレートの前記下面から前記第一の距離よりも大きな第二の距離だけ離れて懸架され前記第一の上面に対して横方向にずれた第二の上面を有する、第二部分と、
を備え、
前記メンテナンス構造体の前記第一部分及び前記第二部分のそれぞれは、前記吐出方向に伸びる少なくとも一つの開口部を画成し、前記少なくとも一つの開口部は、前記少なくとも一つのノズルと前記吐出方向において位置合わせされ、前記少なくとも一つのノズルによって吐出された流体液滴が前記メンテナンス構造体を通過することができるように構成されている、
インクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
前記第一の距離は、前記少なくとも一つのノズルから余分な流体液滴を引き離す毛細管現象を生じさせるように構成された狭領域を前記ノズルプレートの前記下面と前記第一の上面との間に存在させる寸法である、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
前記間隙と流体的に接続され、前記吐出方向に対して略垂直な方向のメンテナンス流体の流れを前記間隙に注入するように構成された、メンテナンス流体源を更に備える、請求項１又は２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
前記少なくとも一つのノズルは、規則的な列状に配置されたノズル配列を含み、
前記メンテナンス構造体の前記第二部分によって画成された前記少なくとも一つの開口部は、前記ノズル配列中のノズルとそれぞれ位置合わせされた閉じた形状の複数の開口部を含む、
請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項５】
前記メンテナンス構造体の前記第一部分は、一列の複数のノズルの全体にわたるチャネルを画成するように横方向に距離をあけて離間した独立した複数のセグメントを備え、前記チャネルは、前記メンテナンス構造体の前記第一部分によって画成された前記少なくとも一つの開口部を含む、請求項４に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
前記メンテナンス構造体の前記第一部分は、前記ノズル配列の前記ノズルと位置合わせされた閉じた形状の独立した複数の開口部を画成する平坦部分を備え、
前記第一部分の前記閉じた形状の開口部は、前記第二部分の前記閉じた形状の開口部よりも大きい、
請求項４に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
前記第二の上面は非湿潤性の表面を備える、請求項１乃至６のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
流体液滴を吐出方向に吐出するように構成された少なくとも一つのノズルを備える、ノズルプレートと、
前記ノズルプレートの下面との間に間隙が存在するように前記ノズルプレートに直接に取り付けられたメンテナンス構造体であって、少なくとも一つの開口部を画成し、前記少なくとも一つの開口部は前記少なくとも一つのノズルと前記吐出方向において位置合わせされて前記少なくとも一つのノズルによって吐出された流体液滴が前記メンテナンス構造体を通過することができるように構成されている、メンテナンス構造体と、
前記間隙と接続され、メンテナンス流体の流れを前記間隙に前記メンテナンス流体が前記吐出方向に対して略垂直な方向に流れるように注入するように構成された、メンテナンス流体源と、
を備える、インクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
前記メンテナンス流体は、溶剤を含んだ蒸気を含む、請求項８に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１０】
前記蒸気の前記溶剤は、前記間隙内で乾燥抑止環境を維持するのに十分な濃度である、請求項９に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１１】
前記メンテナンス流体は、洗浄用流体を含む、請求項８乃至１０のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１２】
前記メンテナンス流体は、加圧されたガスを含む、請求項８乃至１１のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１３】
前記メンテナンス構造体の下面に取り外し可能に連結されて前記メンテナンス構造体の前記少なくとも一つの開口部を実質的に密閉する、密閉キャップを更に備える、請求項８乃至１２のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１４】
前記メンテナンス構造体は、前記ノズルプレートから見て外向きの外部赤外線反射面を更に備える、請求項８乃至１３のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１５】
ノズルプレートの少なくとも一つのノズルからプリント用流体を吐出する工程と、
前記ノズルプレートと前記ノズルプレートに直接に取り付けられたメンテナンス構造体との間の間隙に蒸気を選択的に注入することにより、前記少なくとも一つのノズルの近傍に乾燥抑止環境を維持する工程と、
前記少なくとも一つのノズルから吐出された前記プリント用流体を、前記メンテナンス構造体に形成された少なくとも一つの開口部を通過させる工程と、
を含む、インクジェットプリント方法。
【請求項１６】
前記少なくとも一つのノズルから前記プリント用流体を吐出する工程を中断する工程と、
前記間隙に前記プリント用流体の吐出方向と略垂直な方向の洗浄用流体の流れを導入する工程と、
を更に含む、請求項１５に記載のインクジェットプリント方法。
【請求項１７】
前記少なくとも一つのノズルから前記プリント用流体を吐出する工程中に前記プリント用流体の吐出方向と略垂直なガス流を前記間隙に導入する工程を更に含む、請求項１５又は１６に記載のインクジェットプリント方法。
【請求項１８】
前記間隙の全域で圧力レベルがほぼ一定である、請求項１７に記載のインクジェットプリント方法。
【請求項１９】
前記ガス流の圧力は、前記メンテナンス構造体の前記少なくとも一つの開口部における気泡圧力よりも低い、請求項１７又は１８に記載のインクジェットプリント方法。
【請求項２０】
前記乾燥抑止環境を維持する工程は、飽和又は過飽和環境を維持する工程を含む、請求項１５乃至１９のいずれかに記載のインクジェットプリント方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に流体吐出装置のノズルプレートのメンテナンスに関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの流体吐出装置においては、流体液滴が少なくとも一つのノズルから媒体上に吐出される。ノズルは、流体ポンプ室を備える流路に流体的に接続されている。アクチュエータによって流体ポンプ室を作動させて、流体液滴の吐出を引き起こすことができる。媒体を、流体吐出装置に対して相対的に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を媒体の動きに合わせることにより、媒体上の所望の場所に流体液滴を配置する。このタイプの流体吐出装置は、適切に機能させるために、連続的又は断続的なメンテナンスを必要とする場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４，６１３，８７５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、流体吐出装置のノズルプレートのメンテナンスを容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様では、本発明は、流体液滴を吐出方向に吐出するように構成された少なくとも一つのノズルを下面に備える、ノズルプレートと、複階層構造を有するメンテナンス構造体であって、メンテナンス構造体の一部とノズルプレートの下面との間に間隙が存在するようにノズルプレートに連結された、メンテナンス構造体と、を備えるインクジェットプリントヘッドを特徴とする。メンテナンス構造体は、ノズルプレートの下面から第一の距離だけ離れて懸架された第一の上面を有する、第一部分と、第一部分と連結された第二部分であって、ノズルプレートの下面から第一の距離よりも大きな第二の距離だけ離れて懸架され第一の上面に対して横方向にずれた第二の上面を有する、第二部分と、を備える。メンテナンス構造体の第一部分及び第二部分のそれぞれは、吐出方向に伸びる少なくとも一つの開口部を画成し、少なくとも一つの開口部は、少なくとも一つのノズルと吐出方向において位置合わせされ、少なくとも一つのノズルによって吐出された流体液滴がメンテナンス構造体を通過することができるように構成されている。
【０００６】
様々な実施形態において、第一の距離は、少なくとも一つのノズルから余分な流体液滴を引き離す毛細管現象を生じさせるように構成された狭領域をノズルプレートの下面と第一の上面との間に存在させる寸法である。
【０００７】
様々な実施形態において、インクジェットプリントヘッドは、間隙と流体的に接続され、吐出方向に対して略垂直な方向のメンテナンス流体の流れを間隙に注入するように構成された、メンテナンス流体源を更に備える。
【０００８】
様々な実施形態において、少なくとも一つのノズルは、規則的な列状に配置されたノズル配列を含み、メンテナンス構造体の第二部分によって画成された少なくとも一つの開口部は、ノズル配列中のノズルとそれぞれ位置合わせされた閉じた形状の複数の開口部を含む。様々な実施形態において、メンテナンス構造体の第一部分は、一列の複数のノズルの全体にわたるチャネルを画成するように横方向に距離をあけて離間した独立した複数のセグメントを備え、チャネルは、メンテナンス構造体の第一部分によって画成された少なくとも一つの開口部を含む。様々な実施形態において、メンテナンス構造体の第一部分は、ノズル配列のノズルと位置合わせされた閉じた形状の独立した複数の開口部を画成する平坦部分を備え、第一部分の閉じた形状の開口部は、第二部分の閉じた形状の開口部よりも大きい。
【０００９】
様々な実施形態において、第二の上面は非湿潤性の表面を備える。
【００１０】
別の一態様では、本発明は、流体液滴を吐出方向に吐出するように構成された少なくとも一つのノズルを備える、ノズルプレートと、ノズルプレートの下面との間に間隙が存在するようにノズルプレートに直接に取り付けられたメンテナンス構造体であって、少なくとも一つの開口部を画成し、少なくとも一つの開口部は少なくとも一つのノズルと吐出方向において位置合わせされて少なくとも一つのノズルによって吐出された流体液滴がメンテナンス構造体を通過することができるように構成されている、メンテナンス構造体と、間隙と接続され、メンテナンス流体の流れを間隙にメンテナンス流体が吐出方向に対して略垂直な方向に流れるように注入するように構成された、メンテナンス流体源と、を備える、インクジェットプリントヘッドを特徴とする。
【００１１】
いくつかの実施形態では、メンテナンス流体は、溶剤を含んだ蒸気を含む。
【００１２】
いくつかの実施形態では、蒸気の溶剤は、間隙内で乾燥抑止環境を維持するのに十分な濃度である。
【００１３】
いくつかの実施形態では、メンテナンス流体は、洗浄用流体を含む。
【００１４】
いくつかの実施形態では、メンテナンス流体は、加圧されたガスを含む。
【００１５】
いくつかの実施形態では、インクジェットプリントヘッドは、メンテナンス構造体の下面に取り外し可能に連結されてメンテナンス構造体の少なくとも一つの開口部を実質的に密閉する、密閉キャップを更に備える。
【００１６】
いくつかの実施形態では、メンテナンス構造体は、ノズルプレートから見て外向きの外部赤外線反射面を更に備える。
【００１７】
更なる別の一態様では、本発明は、ノズルプレートの少なくとも一つのノズルからプリント用流体を吐出する工程と、ノズルプレートとノズルプレートに直接に取り付けられたメンテナンス構造体との間の間隙に蒸気を選択的に注入することにより、少なくとも一つのノズルの近傍に乾燥抑止環境を維持する工程と、少なくとも一つのノズルから吐出されたプリント用流体を、メンテナンス構造体に形成された少なくとも一つの開口部を通過させる工程と、を含む、インクジェットプリント方法を特徴とする。
【００１８】
いくつかの実施形態では、インクジェットプリント方法は、少なくとも一つのノズルからプリント用流体を吐出する工程を中断する工程と、間隙にプリント用流体の吐出方向と略垂直な方向の洗浄用流体の流れを導入する工程と、を更に含む。
【００１９】
いくつかの実施形態では、インクジェットプリント方法は、少なくとも一つのノズルからプリント用流体を吐出する工程中にプリント用流体の吐出方向と略垂直なガス流を間隙に導入する工程を更に含む。いくつかの実施形態では、間隙の全域で圧力レベルがほぼ一定である。いくつかの実施形態では、ガス流の公称圧力は、メンテナンス構造体の少なくとも一つの開口部における気泡圧力よりも低い。
【００２０】
いくつかの実施形態では、乾燥抑止環境を維持する工程は、飽和又は過飽和環境を維持する工程を含む。
【００２１】
本明細書で説明されている発明の一つ又は複数の実施形態の詳細は、添付図面及び以下の説明で述べられる。発明の他の特徴、態様及び利点は、本説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】流体液滴吐出を実行する基板の側断面図である。
【図２Ａ】メンテナンス構造体を有するノズルプレートの側断面図である。
【図２Ｂ】キャップをかぶせた、図２Ａに示すメンテナンス構造体を有するノズルプレートの側断面図である。
【図３Ａ】ノズルプレートの洗浄を支援するように構成された第一の例に係るメンテナンス構造体を有するノズルプレートの平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線に沿った側断面図である。
【図３Ｃ】図３Ａの３Ｃ−３Ｃ線に沿った側断面図である。
【図４Ａ】ノズルプレートの洗浄を支援するように構成された第二の例に係るメンテナンス構造体を有するノズルプレートの平面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの４Ｂ−４Ｂ線に沿った側断面図である。
【図４Ｃ】図４Ａの４Ｃ−４Ｃ線に沿った側断面図である。
【図５Ａ】圧力損失を軽減するように設計されたメンテナンス構造体の斜視図である。
【図５Ｂ】圧力損失を分配するように設計されたメンテナンス構造体の平面図である。
【００２３】
特徴、工程段階及び結果を見やすくするために、階層構造、部分及び形状の多くが誇張されている。様々な図面中の類似の参照番号及び指示記号は、類似の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
流体の液滴の吐出は、流体流路体と薄膜とノズルプレートとを含む基板（例えば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ））を用いて実行することができる。流体流路体は、その内部に形成された流体流路を有する。ある特定の構成において、流体流路は、流体充填流路と、流体ポンプ室と、下降流路と、出口を有するノズルと、を含む。当然ながら、他の好適な流体流路の構成とすることも可能である。いくつかの例では、アクチュエータが、薄膜の流路体と反対側の表面上に、流体ポンプ室に隣接して配置される。アクチュエータは、駆動されると、圧力パルスを流体ポンプ室に与えて、出口を介する流体の液滴の吐出を引き起こす。多くの場合、流体流路体は、複数の流体流路及びノズルを含む。
【００２５】
流体液滴吐出システムは、上述の基板を含むことができる。このシステムは、基板に供給される流体の流体源も含むことができる。流体タンクが、吐出用の流体を供給するために、基板に流体的に接続されることができる。流体は、例えば、化学的混合物、生物学的物質又はインクであってもよい。
【００２６】
図１に、一実施形態におけるプリントヘッドのような微小電気機械装置の一部の断面概略図を示す。プリントヘッドは、基板１００を備える。基板１００は、流体流路体１０２、ノズルプレート１０４及び薄膜１０６を含む。流体タンクが、流体充填流路１０８にプリント用流体を供給する。流体充填流路１０８は、上昇流路１１０に流体的に接続されている。上昇流路１１０は、流体ポンプ室１１２に流体的に接続されている。流体ポンプ室１１２は、アクチュエータ１１４に近接している。アクチュエータ１１４は、駆動電極と接地電極との間に挟まれたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のような圧電体を含むことができる。アクチュエータ１１４の駆動電極と接地電極との間に電圧を印加してアクチュエータに電圧を印加することにより、アクチュエータを作動させることができる。薄膜１０６は、アクチュエータ１１４と流体ポンプ室１１２との間にある。接着剤層（不図示）が、アクチュエータ１１４を薄膜１０６に固定することができる。
【００２７】
ノズルプレート１０４は、流体流路体１０２の下面に固定されていて、約１μｍ以上約１００μｍ以下（例えば、約５μｍ以上約５０μｍ以下、又は約１５μｍ以上約３５μｍ以下）の厚みを有することができる。出口１２０を有するノズル１１８が、ノズルプレート１０４の外表面１２２に形成されている。流体ポンプ室１１２は下降流路１１６に流体的に接続されていて、下降流路１１６はノズル１１８に流体的に接続されている。流体充填流路、流体ポンプ室及び下降流路などの様々な流路を図１に示しているが、これらの要素の全てが共通平面上にある必要はない。いくつかの実施形態では、流体流路体、ノズルプレート及び薄膜のうちの二つ又はそれ以上を、一体に形成することができる。
【００２８】
プリントヘッドのノズルを適切に動作させ続けるために、経常的なメンテナンスがしばしば必要とされる。例えば、加熱された環境においては、通常用いられている溶剤及び水溶性インクのような揮発性のインクを用いるプリントヘッドは、ノズル内でインクが乾燥しないように注意深く管理される必要がある。例えば、プリントヘッドが長時間休止する場合、ノズルプレートの外表面にキャップをつけてもよい。キャップは、ノズルの出口を密閉して、インクが乾燥したりノズルを詰まらせたりすることを防止する。キャップの内側の小さな密閉された空間内では、溶剤蒸気濃度が上がって飽和又は過飽和状態に近づくことができる。しかし、インクの乾燥を防ぐためにノズルプレートに直接に接触する部材でプリントヘッドをキャップすることには、いくつかの不利益がある。一つの難点は、キャップされたノズルプレートは、一般的には直ぐにプリントを開始できないということである。通常、キャップされたノズルプレートは、密閉領域周辺のインク残留物を拭い落とす必要がある。
【００２９】
プリントヘッドの動作におけるメンテナンス上の他の懸念事項として、典型的には、ノズルプレートを定期的に洗浄して、例えば、インク又はその他のデブリのような吐出能力に影響を与える恐れがある堆積した残留物を除去する必要があるということがある。例えば、ノズルプレートの表面を、洗浄用流体で洗浄した後に吸収材又は弾性ブレードで拭うことができる。しかし、ノズルプレートへの接触は、ノズルやノズルプレートに付けられた被膜（例えば、非湿潤性被膜）を損傷することがある。
【００３０】
図２Ａに、ノズルプレート２０４の外表面２２２に隣接して配置されたメンテナンス構造体２２４を有する、ノズルプレート２０４（例えば、図１に示す流体液滴吐出システムのノズルプレート１０４）を示す。ノズルプレート２０４は、流体液滴２３４を吐出又は噴出する出口２２０を有する複数のノズル２１８を含む。メンテナンス構造体２２４は、ノズルプレート２０４の外表面２２２に対して、ノズルプレート２０４とメンテナンス構造体２２４の少なくとも一部との間に間隙２２６が保たれるように構成され配置される。いくつかの実施形態では、メンテナンス構造体２２４は、例えば接着剤又は適切な融着技術を用いて、ノズルプレート２０４に固着されている。他のいくつかの実施形態では、メンテナンス構造体２２４は、例えばメンテナンス構造体の端及び基板におけるクランプのような、機械的な留め具によって保持されている。メンテナンス構造体２２４は、モノリシック体（例えば、単一のシリコン体）であってもよく、又は複数の要素からなる構造体（例えば、積層構造体）であってもよい。
【００３１】
メンテナンス構造体２２４の全体の厚みは、約１０μｍ以上約２００μｍ以下であってもよい。メンテナンス構造体の厚みは、いくつかの異なる要因に支配されうる。例えば、実用上の問題として、製造工程及び耐久性の懸念から、メンテナンス構造体がある程度の厚みを有することが要求される。その一方、多くの場合、流体液滴の噴出直進性を乱さないように、メンテナンス構造体はできるだけ薄いことが望ましい。メンテナンス構造体がより厚いと、妨げとなるメンテナンス構造体を流体液滴が通過できるように、より大きな開口部（例えば、以下に説明する開口部２３２）を必要とする。より大きな開口部を用いると、ノズルプレートとメンテナンス構造体との間の間隙内で高溶剤濃度環境を維持することがより困難になる。更に、メンテナンス構造体がより厚いと、流体液滴の移動距離が実質的に長くなるので、流体液滴の配置誤差が大きくなる場合がある。メンテナンス構造体２２４は、内部に形成された複数の開口部２３２を有する。各開口部２３２は、メンテナンス構造体２２４の端によって完全に囲まれている（そのため、開口部は「閉じた形状」を有するといえる）。本実施形態では開口部２３２は円形であるが、他の閉じた形状を用いることもできる。図示するように、開口部２３２は、メンテナンス構造体２２４の上面２３３から下面２３５までメンテナンス構造体２２４を貫通して伸びている。開口部２３２は、適切な微細加工技術を用いてメンテナンス構造体２２４に形成することができる。メンテナンス構造体２２４がノズルプレート２０４に取り付けられると、開口部２３２がノズル出口２２０と位置合わせされるので、吐出された流体液滴２３４はメンテナンス構造体を通過してプリント媒体（不図示）に至ることができる。位置合わせの許容誤差（例えば、Ｘ−Ｙ方向におけるノズルプレートとの位置合わせの許容誤差）及び動作の許容誤差（例えば、液滴の直径の大きさ及び／又は噴出の直進性の許容誤差）を考慮して、開口部２３２を対応するノズル出口２２０よりも大きくすることができる。例えば、メンテナンス構造体の開口部２３２を、ノズル出口２２０に比べて、少なくとも２倍広く、例えば、約２倍以上約４倍以下広くすることができる。例えば、ノズル出口２２０の有効幅が約１２．５μｍであって、メンテナンス構造体２２４の開口部２３２の幅が約３０μｍ以上約５０μｍであってもよい。
【００３２】
溶剤蒸気２３０（例えば、比較的高濃度の溶剤と空気との混合物）の流れを間隙２２６に導入するために、蒸気源２２８が設けられる。蒸気２３０に含まれる溶剤は、吐出される流体で用いられている溶剤と同種（又は同一）であってもよい。また、吐出される流体が溶剤を含まない場合には、蒸気２３０は、吐出される流体に対して溶剤として機能する成分を含むことができる。図示するように、間隙２２６は、各ノズル出口２２０の周囲の領域が蒸気２３０で満たされるように、複数のノズル出口２２０にわたって連続的に伸びている。蒸気２３０が間隙２２６内に存在することにより、ノズル出口２２０の近傍に、ノズル２１８内のインクの乾燥を抑制又は完全に防止する環境を作ることができる。この環境を、以下の説明において「乾燥抑止環境」と称する。例えば、蒸気の存在により、インクの溶剤濃度が間隙内の空気における溶剤の分圧と平衡近傍状態になる環境を作ることができる（溶剤が水である場合、この種の含水率の平衡は相対湿度によって表される）。平衡近傍状態では、間隙内の空気とインクとの間で溶剤の移動が殆ど又は全く無いので、インクの乾燥が防止される。いくつかの場合では、特に速乾インクに対応するために、蒸気の存在により間隙内に飽和又は過飽和環境を作ることができるように、システムを設計することができる。間隙２２６は、乾燥抑止環境を維持するように設計することができる。例えば、間隙２２６の開放領域は、蒸気２３０の高濃度レベルを維持するために十分狭いと同時に、後述するように、間隙の一方の端から他方の端までに著しい圧力損失が生じないように十分大きいことができる。本実施形態では、間隙２２６の大きさをその高さ（即ち、ノズルプレートとメンテナンス構造体との間の距離であり、「間隙高さ」と称する）で規定し、間隙高さは約５０μｍ以上約５００μｍ以下であってもよい。
【００３３】
使用中、プリントヘッドが休止及び／又はプリント動作中に、蒸気源２２８は蒸気を間隙２２６に供給するように動作することができる。プリント中の噴出の均一性及び液滴サイズの整合性を維持するために、間隙２２６の全域にわたってノズル出口２２０において比較的一定の圧力レベル（例えば、圧力損失が２０００Ｐａ以下）を与えるように流体液滴吐出システムを設計することができる。いくつかの実施形態では、比較的一定の圧力レベルを有するシステムを作るように、間隙２２６の寸法（例えば、間隙の高さ、幅及び長さ）のうち少なくとも一つを選択することができる。ある特定の例では、間隙は高さ１００μｍ及び幅２００μｍである。間隙２２６内で一定の圧力レベルを得るために、他の変数（例えば、メンテナンス構造体の開口部２３２の寸法、ノズルプレート２０４やメンテナンス構造体２２４の表面粗さ、及び蒸気２３０の粘度）を選択することもできる。いくつかの例では、圧力損失を軽減するために、ノズルプレート２０４の外表面２２２及び／又はメンテナンス構造体２２４の内表面２３３に非湿潤性被膜が設けられている。
【００３４】
ノズル２１８内のインクの乾燥を抑制するための乾燥抑止環境を醸成するのに加えて、メンテナンス構造体２２４によって設けられる間隙２２６は、プリントヘッドを断続的に洗浄するために使用することができる。例えば、図２Ｂに示すように、ノズル２１８を洗浄するために、洗浄用流体２４２を間隙２２６内に（例えば、洗浄用流体源２２９によって）注入することができる。図示するように、開口部２３２を密閉するように、キャップ２４４をメンテナンス構造体２２４の外表面２４６に一時的に取り付けることができ、これにより、間隙２２６から洗浄用流体２４２が漏洩することを抑制することができる。洗浄動作は、メンテナンス構造体２２４にキャップをしないで実行することもできる。例えば、間隙２２６内の圧力が、開口部２３２での「気泡圧力」を超えない場合、キャップはしなくてもよい。気泡圧力は、洗浄用流体２４２の表面張力の２倍を開口部２３２の半径で割った商として定義される。したがって、メンテナンス構造体の開口部２３２の半径が１５μｍで洗浄用流体２４２の表面張力が６０ｍＮ／ｍである場合、気泡圧力は８０００Ｐａとなる。そこで、５０％の工学的安全範囲を考慮すると、洗浄用流体２４２を間隙２２６に、最大４０００Ｐａの圧力で注入することができる。メンテナンス構造体２２４の内表面に非湿潤性被膜を設けることは、洗浄用流体２４２が開口部２３２を通って漏洩しないようにすることにも役立つ。
【００３５】
いくつかの場合では、洗浄動作中にノズル２１８内のインクの圧力を調整することができる。例えば、ノズル２１８内のインクを洗浄用流体２４２とほぼ同じ圧力に加圧して、インクと洗浄用流体との混合を抑制することができる。又は、ノズル２１８内のインクを洗浄用流体２４２よりも低圧に維持することもできる。この場合、洗浄用流体２４２の一部が、押し上げられてノズル２１８内に入る可能性がある。したがって、進入した洗浄用流体を除去するために、洗浄動作の後（及びプリントの前）に、ノズル２１８をしばらくの時間動かす必要がある。更なる別の方策としては、ノズル２１８内のインクを洗浄用流体２４２よりも高圧になるように加圧することが挙げられる。この場合、ノズルプレート表面２２２上に有害な残留物を残すほど洗浄用流体２４２内のインク濃度が高くならないように、圧力差を調整する必要がある。
【００３６】
メンテナンス構造体２２４を、いくつかの他のユーティリティ機能（つまり、インク乾燥防止や断続的洗浄というメンテナンス機能以外の付加的な機能）を備えるように構成することができる。例えば、メンテナンス構造体２２４がサテライト液滴を捕獲するユーティリティ機能を備えるように構成することもできる。一般的に、吐出流体液滴の形成は、大まかに、液滴の頭部と尾部との間の速度差によって決まる。多くの場合、液滴の頭部は尾部よりもずっと速い速度で移動する。この効果によって、液滴の長さが飛翔中に伸び、その結果として、液滴は頭部と少なくとも一つの小さなサテライト液滴とに分裂する。これらのサテライト液滴は主液滴よりも速度が遅いので、プリント速度がより速いと、サテライト液滴は主液滴からより離れてプリント媒体上に着弾して、著しい画像劣化（例えば、縁部のぎざぎざや色ずれ）を起こすことがある。このような望ましくない効果を低減するために、メンテナンス構造体は、金属層２３６（及び金属層２３６の下の絶縁層２４０）と金属層２３６に接続された電圧源２３８とを備えることができる。電圧源２３８は、金属層２３６を正に帯電させることができる。流体液滴がノズル２１８によって吐出される際、流体液滴のうち大きな頭部は電磁場によってあまり影響を受けない一方で、サテライト液滴（本来、負に帯電している）はメンテナンス構造体に引き寄せられて捕獲される。
【００３７】
また、ノズルプレート２０４から熱を逸らす追加ユーティリティ機能を備えるようにメンテナンス構造体２２４を設計することもできる。例えば、ノズルプレート２０４の下方の領域から放射される赤外線（ＩＲ）熱を反射するように、メンテナンス構造体２２４の外表面２４６を、赤外線（ＩＲ）反射面（例えば、金表面）で被覆することができる。
【００３８】
いくつかの実施形態では、ノズルプレートの断続的洗浄を更に支援するようにメンテナンス構造体を適合させることができる。一般的に、ノズルプレートが（上述のように）洗浄用流体で洗い流される場合、洗浄用流体の一部がメンテナンス構造体とノズルプレートとの間の間隙内部に残存する傾向があり、これがプリント中のノズルの動作を妨げることがある。残存する洗浄用流体をノズルプレートから除去するために、ノズル出口の近く又は周囲に配置された狭領域を間隙内に備えるように、取り付けられるメンテナンス構造体を設計することができる。狭領域の寸法は、残存する洗浄用流体をノズル出口から引き離す毛細管現象を生じさせるのに十分であればよい。例えば、狭領域での間隙高さを、約１０μｍ以上約５０μｍ以下とすることができる。
【００３９】
図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃに、ノズルプレート３０４の外表面３２２に隣接して配置された第一の例に係るメンテナンス構造体３２４を有する、ノズルプレート３０４（例えば、図１に示すノズルプレート１０４又は図２Ａ及び２Ｂに示すノズルプレート２０４）を示す。図示するように、メンテナンス構造体３２４は、ノズルプレート３０４の外表面３２２に対して、ノズルプレート３０４とメンテナンス構造体３２４の少なくとも一部との間に間隙３２６が保たれるように配置される。ノズルプレート３０４は、流体液滴を吐出方向に噴出する出口３２０を有するノズル３１８の配列を含む。本実施形態では、メンテナンス構造体３２４は、ノズル３１８の配列の洗浄を支援するように適合している。メンテナンス構造体３２４は、接続階層部３５０、第一階層部３５２（接続階層部の下）及び第二階層部３５４（第一階層部の下）を含む複階層体である。前述の実施形態と同様に、メンテナンス構造体３２４は、モノリシック体であってもよく、又は、構造のうちの一つ以上の部分が別々の部品として形成されている、複数の要素からなる構造体であってもよい。
【００４０】
本実施形態では、接続階層３５０は、ノズルプレート３０４の外表面３２２上の帯状部３２５に直接に接着された、長手方向に連続する一組のレールを含む。図示するように、接続階層３５０は、間隙３２６を、ノズルプレート３０４の長さ方向に沿って互いに平行に伸びる複数の分離したチャネル３２７（図示例では三つの分離したチャネル）に分割する。間隙３２６のチャネル３２７は、ノズル３１８の配列に対してそれぞれ位置合わせされている。
【００４１】
第一階層部３５２は、接続階層３５０と連結されていて、ノズルプレート３０４の下に外表面３２２から離れて懸架されている。本実施形態では、第一階層部３５２は、ノズルプレート３０４の全体にわたって連続して伸びる、比較的平坦な部材である。第一階層部３５２の上面３５６は、ノズルプレートの外表面３２２から吐出方向に第一の距離ｄ１（例えば、約１０μｍ以上約５０μｍ以下）だけ離れた位置にあり、間隙３２６の狭領域３４８を形成する。残存する洗浄用流体の少なくとも一部をノズル出口３２０から引き離す毛細管現象を狭領域３４８が生じさせるように、距離ｄ１を選択することができる。更に、図示するように、第一階層部３５２は、ノズル３１８の配列と位置合わせされた複数の閉じた形状（例えば円形）の開口部３６０を含む。
【００４２】
メンテナンス構造体３２４の第二階層部３５４は、第一階層部３５２に連結されている。第二階層部３５４は、第一階層部３５２と同様に、比較的平坦であってノズルプレート３０４の全体にわたって連続して伸びる。第二階層部３５４の上面３５８は、ノズルプレートの外表面３２２から吐出方向に第一の距離ｄ１よりも大きな第二の距離ｄ２だけ離れた位置にあり、間隙３２６の拡大領域を形成する。第二階層部３５４も、ノズル３１８の配列と位置合わせされた複数の閉じた形状（例えば円形）の開口部３６２を含む。開口部３６０及び開口部３６２は共同して、ノズル３１８によって吐出された流体液滴がメンテナンス構造体３２４を通過してプリント媒体（不図示）に至ることを可能とする。本実施形態では、第二階層部３５４の開口部３６２は、第一階層部３５２の開口部３６０よりも小さい。しかし、開口部３６０及び３６２の設計及び配置は、実施形態によって変えることができる。例えば、開口部３６０及び３６２は、同じ又は異なる形状及び大きさを有していてもよいし、同心であっても互いから部分的にずれていてもよい。
【００４３】
図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃは、ノズルプレート４０４の外表面４２２に隣接して配置された第二の例に係るメンテナンス構造体４２４を有する、ノズルプレート４０４（例えば、図１に示すノズルプレート１０４又は図２Ａ及び２Ｂに示すノズルプレート２０４）を示す。図示するように、メンテナンス構造体４２４は、ノズルプレートの外表面４２２に対して、ノズルプレート４０４とメンテナンス構造体４２４の少なくとも一部との間に間隙４２６が保たれるように配置される。ノズルプレート４０４は、流体液滴を噴出する出口４２０を有するノズル４１８の配列を含む。メンテナンス構造体４２４は、ノズル４１８の配列の洗浄に役立つように適合している。
【００４４】
メンテナンス構造体４２４は、メンテナンス構造体３２４と類似していて、接続階層４５０、第一階層部４５２及び第二階層部４５４を含む。また、接続階層４５０は、ノズルプレート４０４の外表面４２２上の帯状部４２５に直接に接着された、長手方向に連続する一組のレールを含む。図示するように、接続階層４５０は、間隙４２６を、ノズル４１８の列に対してそれぞれ位置合わせされた複数の分離したチャネル４２７に分割する。第一階層部４５２は、第一階層部４５２の上面４５６がノズルプレート４０４から第一の距離ｄ１だけ離れてノズルプレートの外表面４２２と共同して狭領域４４８を形成するように、接続階層４５０と連結されている。残存する洗浄用流体の少なくとも一部をノズル出口４２０から引き離す毛細管現象を狭領域４４８が生じさせるように、距離ｄ１を選択することができる。
【００４５】
本実施形態では、第一階層部４５２は、ノズルプレート４０４の長手方向にわたって互いに平行に伸びる複数の独立したセグメントを含む。独立したセグメントは、接続階層のレールに隣接して、ノズルプレート４０４に沿って帯状に伸びる狭領域４４８を形成する。第一階層部４５２のセグメント間の横方向の間隔が、ノズル４１８の列に位置合わせされたチャネル４６０をそれぞれ形成する。前述の実施形態と同様に、第二階層部４５４は、比較的平坦であってノズルプレート４０４の全体にわたって伸びる。第二階層部４５４の上面４５８は、ノズルプレート４０４から第一の距離ｄ１よりも大きな第二の距離ｄ２だけ離れた位置にあり、間隙４２６の拡大領域を形成する。図示するように、拡大領域は、狭領域４４８の間に帯状に伸びる。第二階層部４５４も、ノズル４１８の配列と位置合わせされた複数の閉じた形状（例えば円形）の開口部４６２を含む。開口部４６０及び４６２は共同して、ノズル４１８によって吐出された流体液滴がメンテナンス構造体４２４を通過してプリント媒体（不図示）に至ることを可能とする。
【００４６】
いくつかの場合において、例えば図３Ａ乃至３Ｃ又は図４Ａ乃至４Ｃについて、ノズルプレート上で洗浄用流体のいくつかの小さな液滴が合体して大きな液滴を形成した場合は、ノズルプレートとメンテナンス構造体との間の間隙の例えば３４８又は４４８のような狭領域で引き起こされた毛細管現象によっては、残存する洗浄用流体の全てを除去することはできない。この問題に対処するために、残存する洗浄用流体の大きな液滴を狭領域へ移動させる助けとなるように、加圧ガス（例えば空気）を間隙内に注入することができる。また、加圧空気を、メンテナンス構造体の開口部からあらゆる流体を除去するために用いることもできる。メンテナンス構造体の開口部から流体を除去するために、ガスは開口部における洗浄用流体の気泡圧力よりも高い圧力に加圧されていて、残存する流体と加圧ガスとが一緒に開口部の外に流れ出る。これにより、粒子及び塵の間隙内への進入並びにノズルの汚染を防ぐという更なる利点を得ることができる。いくつかの例では、プリント動作中に、加圧空気が連続的に間隙内に注入される。したがって、（上述したように）間隙の一方端から他方端まで比較的一定の圧力レベルを維持するように、システムを設計する必要がある。
【００４７】
図５Ａに、ノズルプレートの外表面に取り付けられることができるメンテナンス構造体５２４の更なる実施形態を示す。前述の実施形態と同様に、メンテナンス構造体は、ノズルの開口部へメンテナンス用の流体を導入するための間隙を設けるように設計されている。メンテナンス構造体５２４は、特徴として、マニフォールド形状を画成する基部５７０を含む。例えば、メンテナンス構造体５２４は、吐出された流体液滴がメンテナンス構造体を通過することができるようにノズルプレートのノズルと位置合わせされた開口部の配列５７２を特徴として有する。また、メンテナンス構造体５２４は、入口流路５７４と、開口部５７２の配列上に形成されたいくつかの分配流路５７６と、対向する出口流路５７８と、を含む。入口流路５７４は、メンテナンス構造体とノズルプレートとの間の間隙内にメンテナンス流体を注入するように構成された流体源と位置合わせされている。メンテナンス流体は、入口流路５７４から流れ出し、様々な分配流路５７６を介して循環し、最終的には対向する出口流路５７８に至る。
【００４８】
分配流路５７６は、隣接する流体流隔壁５８０の間に形成されている。図示するように、隔壁５８０は、幅広な頭部５８２に両端が挟まれた細い頚部５８１を画成している砂時計形を有する。当然ながら、隔壁５８０の形状は、分配流路５７６の形状を規定する。したがって、分配流路５７６は、隔壁５８０の幅広な頭部５８２に並ぶ位置に狭い喉部５８４を有し、隔壁５８０の細い頚部５８１に並ぶ位置に幅広な中央部５８６を有する。各分配流路５７６の中央部５８６は、対応する開口部５７２と位置合わせされている。
【００４９】
各分配流路５７６は、入口流路５７４から出口流路５７８まで、メンテナンス構造体とノズルプレートとの間の間隙の全域にわたって、流れ抵抗又は圧力損失を与える。前述の通り、噴出の均一性及び液滴サイズの整合性を維持するために、圧力損失を最小限に抑えることにより、間隙の全域にわたって比較的一定の圧力レベルを与えるように、流体液滴吐出システムを設計することができる。本実施形態では、分配流路５７６同士の間に入口流路５７４を形成し、分配流路５７６の両側に出口流路５７８を形成することにより、圧力損失を軽減する。この構成により、分配流路５７６の全てが平行に一列に形成された場合と比べて、全体の圧力損失を１０分の１から１００分の１に低減することができる。
【００５０】
流路によって生じる全体の圧力損失が大きすぎて噴出の均一性及び液滴サイズの整合性を十分に維持することができない場合、各分配流路の喉部のサイズを調整することによって、間隙の全域にわたって圧力損失を不均一に分散させるように、メンテナンス構造体を設計することができる。これによると、間隙の入口端（圧力が比較的高い）では圧力損失が大きく、間隙の出口端（圧力が比較的低い）では圧力損失が小さい。結果として、両端の圧力は同程度となるはずである。図５Ｂに示すメンテナンス構造体は、この技術を取り入れて設計されている。例えば、図示するように、メンテナンス構造体５２４’は、各分配流路５７６’の喉部５８４’のサイズが入口流路５７４’から出口流路５７８’に向かって間隙に沿って徐々に大きくなるように、設計されている。間隙の入口端では比較的狭い喉部が比較的大きな圧力損失を生じ、間隙の出口端では比較的広い喉部が比較的小さな圧力損失を生じる。
【００５１】
本明細書及び特許請求の範囲の全体を通して、「前」、「後」、「上」、「下」、「・・・の上」、「・・・より上」及び「・・・より下」などの表現は、システム、プリントヘッド及び本明細書で説明されている他の要素の様々な構成部品の相対的な位置を説明するために使用される。同様に、要素を説明するための水平や垂直という表現も、システム、プリントヘッド及び本明細書で説明されている他の要素の様々な構成部品の相対的な配向を説明するために使用される。特に断りのない限り、このような表現の使用は、地球の重力の方向、地球の地表面や、システム、プリントヘッド及び他の要素が操作、製造及び輸送の際に配置されうる他の特定の位置又は配向について、プリントヘッド又は他の構成要素の特定の位置や配向を意味するものではない。
【００５２】
多くの実施形態が説明された。それにもかかわらず、説明されている思想及び範囲を逸脱することなく他の様々な変更がなされ得ることが理解されるであろう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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