(57)【要約】液滴吐出装置は、ノズルプレート内に２次元パターンで配置された３つ以上のオリフィスと、３つ以上のオリフィスに結合された流体管と、流体管内の流体を作動させて、３つ以上のオリフィスから分離した液滴を吐出するように構成されたアクチュエータとを含み、飛散中において液滴は分離したままである。別の側面では、液滴吐出装置は、ノズルプレート内の第１のオリフィスと、第１のオリフィスおよび複数の第２のオリフィスが、ノズルプレート内に２次元パターンで分布されるように、第１のオリフィスを囲む複数の第２のオリフィスと、第１のオリフィスおよび複数の第２のオリフィスに結合される流体管と、流体管内の流体を作動して、第１のオリフィスおよび複数の第２のオリフィスのうちの少なくとも１つから分離した液滴を吐出するように構成されるアクチュエータとを有し、飛散中において液滴は分離したままである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルプレート内に２次元パターンで配置される３つ以上のオリフィスと、
該３つ以上のオリフィスに結合される流体管と、
該流体管内の流体を作動して、該３つ以上のオリフィスから分離した液滴を吐出するように構成されるアクチュエータであって、該液滴は、飛散中において分離したままである、アクチュエータと
を備える、液滴吐出装置。
【請求項２】
前記３つ以上のオリフィスからの前記分離した液滴の吐出は、前記アクチュエータに受け取られる単一の電子パルスによって作動される、請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項３】
前記アクチュエータは、群内の前記３つ以上のオリフィスのうちの少なくとも１つから、異なる滴容積の液滴を吐出するように構成される、請求項２に記載の液滴吐出装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは、実質的に同時に、前記３つ以上のオリフィスから、前記分離した液滴を吐出するように構成される、請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項５】
分離したメニスカスが、前記３つ以上のオリフィスに形成される、請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項６】
前記３つ以上のオリフィスは、実質的に同一の寸法を有する、請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項７】
前記３つ以上のオリフィスは、異なる寸法を有する、請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項８】
前記３つ以上のオリフィスは、第１のオリフィスと、該第１のオリフィスを囲む複数の第２のオリフィスとを備える、請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項９】
前記第１のオリフィスの開口部は、第２のオリフィスの開口部よりも大きい、請求項８に記載の液滴吐出装置。
【請求項１０】
前記アクチュエータは、圧電変換器またはヒータを含む、請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項１１】
前記３つ以上のオリフィスは、円形、三角形、または多角形の形状である、請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項１２】
前記３つ以上のオリフィスの開口部は、１μｍ乃至１００μｍの範囲の幅を有する、請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項１３】
前記３つ以上のオリフィスは、６インチｗｇを上回る気泡圧を有する、請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項１４】
ノズルプレート内の複数のオリフィス群であって、少なくとも１つの群は、２次元パターンで配置される３つ以上のオリフィスを含む、オリフィス群と、
該３つ以上のオリフィスの群に結合される流体管と、
該流体管内の流体を作動して、該３つ以上のオリフィスから分離した液滴を吐出するように構成されるアクチュエータであって、該液滴は、少なくともレシーバーに衝突するまで分離したままである、アクチュエータと
を備える、液滴吐出装置。
【請求項１５】
前記３つ以上のオリフィスからの前記分離した液滴の吐出は、前記アクチュエータに受け取られる単一の電子パルスによって作動される、請求項１４に記載の液滴吐出装置。
【請求項１６】
前記アクチュエータは、前記群内の前記３つ以上のオリフィスのうちの少なくとも１つから、異なる滴容積の液滴を吐出するように構成される、請求項１４に記載の液滴吐出装置。
【請求項１７】
分離したメニスカスは、前記群内の前記３つ以上のオリフィスに形成される、請求項１４に記載の液滴吐出装置。
【請求項１８】
ノズルプレート内の第１のオリフィスと、
該第１のオリフィスを囲む複数の第２のオリフィスであって、該第１のオリフィスおよび複数の第２のオリフィスは、該ノズルプレート内に２次元パターンで分布する、複数の第２のオリフィスと、
該第１のオリフィスおよび該複数の第２のオリフィスに結合される流体管と、
該流体管内の流体を作動して、該第１のオリフィスおよび該複数の第２のオリフィスのうちの少なくとも１つから分離した液滴を吐出するように構成されるアクチュエータであって、該液滴は、少なくともレシーバーに衝突するまで分離したままである、アクチュエータと
を備える、液滴吐出装置。
【請求項１９】
前記第１のオリフィスは、第２のオリフィスの開口部よりも大きい開口部を有する、請求項１８に記載の液滴吐出装置。
【請求項２０】
分離したメニスカスは、前記第１のオリフィスおよび前記複数の第２のオリフィスに形成される、請求項１８に記載の液滴吐出装置。
【請求項２１】
前記アクチュエータは、前記第１のオリフィスおよび前記複数の第２のオリフィスのうちの１つ以上から、分離した異なる滴容積の液滴を吐出するように構成される、請求項１８に記載の液滴吐出装置。
【請求項２２】
前記アクチュエータは、前記複数の第２のオリフィスから液滴を吐出せずに、前記第１のオリフィスから液滴を吐出するように構成される、請求項１８に記載の液滴吐出装置。
【請求項２３】
前記アクチュエータは、前記第１のオリフィスおよび前記複数の第２のオリフィスから分離した液滴を同時に吐出するように構成される、請求項１８に記載の液滴吐出装置。
【請求項２４】
前記第１のオリフィスの開口部は、第２のオリフィスの開口部よりも大きい、請求項１８に記載の液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本願は、流体吐出の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタ等の流体送達装置は、典型的には、流体供給部からノズル路までの流路を含む。ノズル路は、液滴が吐出されるノズル開口部で終端する。液滴吐出は、例えば、圧電偏向器、サーマルバブルジェット（登録商標）発生装置、または静電偏向素子であってもよい、アクチュエータによって、流路内の流体を加圧することによって制御される。典型的な流体送達ヘッドは、対応するノズル開口部および付随するアクチュエータを備える流路のアレイを有し、各ノズル開口部からの液滴吐出は、独立して制御可能である。ドロップオンデマンド方式インクジェット印刷ヘッドの実施例では、各アクチュエータは、印刷ヘッドと被印刷物との相互移動に伴って、画像の特定の画素位置にインク滴を選択的に吐出するように駆動される。流体送達システムの流体管内の流体は、通常、陰圧に維持され、流体がノズルプレート上に滲出しないようにする。加えて、流体ノズルは、適切な液滴吐出のため、流体によって呼び水を差すことが必要とされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一側面では、液滴吐出装置は、ノズルプレート内に２次元パターンで配置された３つ以上のオリフィスと、３つ以上のオリフィスに結合された流体管と、流体管内の流体を作動させて、３つ以上のオリフィスから分離した液滴を吐出するように構成されたアクチュエータとを含み、少なくともレシーバーに衝突するまで、液滴は分離したままである。
【０００４】
別の側面では、液滴吐出装置は、ノズルプレート内の第１のオリフィスと、第１のオリフィスおよび複数の第２のオリフィスが、ノズルプレート内に２次元パターンで分布されるように、第１のオリフィスを囲む複数の第２のオリフィスと、第１のオリフィスおよび複数の第２のオリフィスに結合される流体管と、流体管内の流体を作動して、第１のオリフィスおよび複数の第２のオリフィスのうちの少なくとも１つから分離した液滴を吐出するように構成されるアクチュエータとを有し、飛散中において液滴は分離したままである。
【０００５】
さらに別の側面では、液滴吐出装置は、ノズルプレート内の第１のオリフィスと、第１のオリフィスおよび複数の第２のオリフィスが、ノズルプレート内に２次元パターンで分布されるように、第１のオリフィスを囲む複数の第２のオリフィスと、第１のオリフィスおよび複数の第２のオリフィスに結合される流体管と、流体管内の流体を作動して、第１のオリフィスおよび複数の第２のオリフィスのうちの少なくとも１つから分離液滴を吐出するように構成されるアクチュエータとを有し、少なくとも、レシーバーに衝突するまで、液滴は分離したままである。
【０００６】
システムの実装は、以下のうちの１つ以上を含んでもよい。３つ以上のオリフィスからの分離液滴の吐出は、アクチュエータに受波される単一電子パルスによって作動可能である。アクチュエータは、群内の３つ以上のオリフィスのうちの少なくとも１つから異なる滴容積の液滴を吐出するように構成することが可能である。アクチュエータは、実質的に同時に、３つ以上のオリフィスから分離液滴を吐出するように構成可能である。分離したメニスカスは、３つ以上のオリフィスに形成することが可能である。３つ以上のオリフィスは、実質的に同一の寸法を有することが可能である。３つ以上のオリフィスは、異なる寸法を有することが可能である。３つ以上のオリフィスは、第１のオリフィスと、第１のオリフィスを囲む複数の第２のオリフィスとを備えることが可能である。第１のオリフィスの開口部は、第２のオリフィスの開口部よりも大きくすることが可能である。アクチュエータは、圧電変換器またはヒータを含むことが可能である。３つ以上のオリフィスは、円形、三角形、または多角形の形状であることが可能である。３つ以上のオリフィスの開口部は、１μｍ乃至１００μｍの範囲の幅を有することが可能である。３つ以上のオリフィスは、６インチｗｇを上回る気泡圧を有することが可能である。
【０００７】
実施形態は、以下の利点のうちの１つ以上を含んでもよい。インクジェット印刷システムは、可変容積を有するインク滴を確実に提供することが可能である。インク滴の滴容積は、制御可能である。本システムは、インク被印刷物上に噴霧可能な霧状エアロゾルインク滴を生成可能である。本システムは、エアロゾル薬剤送達、空気保湿、および塗装等の幅広い用途に好適であることが可能である。本流体送達システムは、シリコンベースの加工技術を使用して加工可能である。本システムおよび方法は、圧電、熱、およびＭＥＭＳベースのインクジェット印刷システムに適合可能である。また、本システムおよび方法は、水性インク、溶剤型インク、熱溶融性インク、染料または顔料系インク、溶剤、あるいは水溶液に適用可能である。
【０００８】
１つ以上の実施形態の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載される。本発明の他の特徴、目的、および利点は、説明および図面、ならびに請求項から明白となるであろう。
【０００９】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載される。本発明の他の特徴、目的、および利点は、説明および図面、ならびに請求項から明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、流体吐出ノズルを有する流体吐出のブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、流体吐出ノズルの一実装の上面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａの流体吐出ノズルの横断面図を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、流体吐出ノズルの別の実装の上面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの流体吐出ノズルの横断面図を示す。
【図４】図４は、それぞれ複数の流体吐出オリフィスを備える、複数の流体吐出ノズルの上面図である。
【００１１】
種々の図面における同一の参照記号は、同一の素子を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、流体送達システムの実施例を示す。インクジェット印刷システム１００は、典型的には、ノズルプレート１２１上にアレイ状に配列される、複数のインクノズル１２０を有するインクジェット印刷ヘッドモジュール１１０と、インクをインクジェット印刷ヘッドモジュール１１０に供給するための流体管１３０と、流体管１３０に供給されるインクを格納するためのインクリザーバ１４０と、インクリザーバ１４０と流体管１３０との間の流体接続を提供するインク通路１５０とを含む。印刷中、インク滴は、画像データの入力に応じて、電子制御ユニット１９０の制御下、インクノズル１２０から吐出され、インク被印刷物１８０上にインクドットの画像パターンを形成する。インクジェット印刷システム１００は、それぞれ、１つ以上のインク吐出アクチュエータに付随する、複数のインクノズル１２０を含むことが可能である。インク吐出アクチュエータは、圧電変換器、ヒータ、またはＭＥＭＳ変換器装置を含むことが可能である。インクジェット印刷システム１００は、それぞれ、液滴が吐出される１つ以上のインクノズル１２０に付随する、インク吐出アクチュエータを選択可能な電子セレクタをさらに備えることが可能である。
【００１３】
図２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ、および４に示されるように、各インクノズル（例えば、２１０）は、複数の近接して分布されたオリフィス（例えば、２３０）を備える。インクノズルは、各インクノズル内の隣接オリフィス間の距離よりも大幅に大きい距離で分離される。流体管１３０内に含有されるインク流体は、制御ユニット１９０の制御下、各インクノズル１２０に対応するオリフィスから吐出される。オリフィスから吐出されるインク流体は、吐出後、少なくともオリフィス２３０から噴出する間と被印刷物へ飛散中の間は、分離インク滴のままである。吐出されるインク滴は、インク吐出アクチュエータに電子制御ユニット１９０によって印加される異なる駆動電圧波形に応じて、容積を変更可能である。
【００１４】
インクジェット印刷ヘッドモジュール１１０は、圧電、熱、およびＭＥＭＳベースのインクジェット印刷ヘッド、ならびに他の種類のインク作動機構の形態で存在可能である。例えば、参照することによって、全体として本願に援用される、Ｈｏｉｓｉｎｇｔｏｎらの米国特許第５，２６５，３１５号は、半導体印刷ヘッド本体と圧電アクチュエータとを有する印刷ヘッドを記載している。印刷ヘッド本体は、流体管を画定するためにエッチング可能なシリコンから作製可能である。ノズル開口部は、シリコン本体に付着される分離ノズルプレート１２１によって画定可能である。圧電アクチュエータは、印加された電圧に応じて、形状を変化または屈曲する圧電材料の層を有する。圧電層の屈曲によって、インクをインクオリフィスに供給する流体管内のインクを加圧する。
【００１５】
他のインクジェット印刷ヘッドは、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１０／１８９，９４７号、米国特許公報第ＵＳ２００４０００４６４９Ａ１号（名称「Ｐｒｉｎｔｈｅａｄ」、２００２年７月３日出願）、および米国特許出願第１０／９６２，３７８号（名称「Ｐｒｉｎｔｈｅａｄ  ｗｉｔｈ  ｔｈｉｎ  ｍｅｍｂｒａｎｅ」、２００４年１０月８日出願）に開示されている。これらの関連特許出願および公開の内容は、参照することによって本願に援用される。米国特許出願第１０／９６２，３７８号は、上面と下面とを備えるモノリシック半導体本体を有する印刷ヘッドを開示している。本体は、流体管を含む流路と、ノズル開口部とを画定する。ノズル開口部は、本体の下面内に画定され、ノズル流路は、アクセラレータ領域を含む。圧電アクチュエータは、流体管に付随する。アクチュエータは、厚さ約５０ミクロン以下を有する圧電層を含む。
【００１６】
インクリザーバ１４０は、インクをインクリザーバ１４０に供給する、インクフィルタ１６１を有するインク供給路１６０を含む。また、インクリザーバ１４０は、インクレベルをインクリザーバ１４０内で変化させる、空気フィルタ１５６を備える空気吸入口１５５を有する。
【００１７】
記載されたインクジェット印刷システムに適合するインク種は、水性インク、溶剤型インク、および熱溶融性インクを含む。インク流体は、染料または顔料等の着色剤を含んでもよい。また、流体は、着色剤を含んでいなくてもよい。本システムに適合する他の流体は、高分子溶液、ゲル溶液、粒子含有溶液、低分子量分子、香味料、栄養素、生体液、または電子流体を含有する溶液を含んでもよい。
【００１８】
流体管１３０、インクリザーバ１４０、およびインク通路１５０内の静水圧は、適切なインクジェット印刷およびヘッド保守動作のために制御される必要がある。インクジェットノズル１２０における不十分な静水圧は、ノズルにおけるインクメニスカスをインクジェットノズル１２０内に後退させる可能性がある。一方、インクジェットノズル１２０における過剰な静水圧は、インクジェットノズル１２０からインクを漏出させ、ノズルプレート１２１上へのインク滲出を生じさせる可能性がある。
【００１９】
インクリザーバ１４０内の流体上の空間１６５内の空気の圧力は、典型的には、ノズルにおける圧力が気圧を若干下回って（例えば、−１乃至−４水柱インチで）維持されるように制御される。空間１６５内の空気圧は、制御ユニット１９０の制御下において、空間１６５から空気を圧送可能な空気圧レギュレータ１７０によって調整される。
【００２０】
また、インクジェット印刷システム１００は、方向１８７に沿って、インク被印刷物１８０を移動させる機構１８５を含むことが可能である。一実施形態では、インクジェット印刷ヘッドモジュール１１０は、エンドレスベルトを介して、モータによって駆動される往復運動で移動可能である。該運動の方向は、高速走査方向と称される場合が多い。第２の機構は、第１の方向に垂直な第２の方向（一般に、低速走査方向と称される）に沿って、インク被印刷物１８０を輸送可能である。インクジェット印刷動作の際、インクジェット印刷ヘッドモジュール１１０は、インク滴を配置し、帯状のインクドットをインク被印刷物１８０上に形成する。別の実施形態では、ページ幅インクジェット印刷ヘッドモジュール１１０が、印刷ヘッドバーまたは印刷ヘッドモジュールのアセンブリによって形成される。インクジェット印刷ヘッドモジュール１１０は、印刷の際、静止したままである一方で、インク受液媒体が、インクジェット印刷ヘッドモジュール１１０の下方を低速走査方向に沿って移動させられる。本インクジェットシステムおよび方法は、当技術分野において周知の異なる印刷ヘッド配列に適合する。例えば、本システムおよび方法は、その内容が参照することによって本願に援用される、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，７７１，０５２号に開示される、オフセットインクジェットモジュールを有するシングルパスのインクジェットプリンタに適用可能である。
【００２１】
上述のように、インクジェット印刷システムのインク管内のインク圧力は、特に、インクジェット印刷ヘッドの高加速移動の際、ノズルプレート上にインクが滲出しないように、陰圧に維持される。加えて、インクノズルは、適切な液滴吐出のため、インク流体によって呼び水を差すことが必要とされる。
【００２２】
インクノズル等の開口部に呼び水を差すためのインクの能力は、気泡圧と呼ばれる特性によって決定される。気泡圧は、ノズル直径（または開口部寸法）とインクの表面張力の関数である。表１に示されるように、気泡圧は、ノズル直径の増加に伴って減少する。インク流体内の陰圧の大きさが、ノズルの気泡圧よりも大きい場合、インクは、ノズルから後退することになる。気泡は、流体管１３０のインクの中に取り込まれ、ノズルに適切に呼び水を差すことを阻止する。言い換えると、インク陰圧の大きさは、気泡圧よりも小さくなければならない。
【００２３】
【表１】
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一側面では、インクジェット印刷システム１００におけるインクジェット印刷ヘッドモジュール１１０は、高気泡圧を有するインクノズルを提供する一方、依然として、大容積のインク滴を送達可能である。別の側面では、滴容積の増加とノズル気泡圧の減少とは切り離される。
【００２４】
一実施形態では、図２Ａは、インクジェット印刷ヘッドモジュール１１０に適合する、ノズルプレート１２１上のインクノズル２１０の上面図を示す。インクノズル２１０は、３つ以上のオリフィス２３０の群を備えるノズル領域２２０を画定する。オリフィス２３０は、２次元パターン（すなわち、線形アレイで分布されない）で配置される。２次元パターンは、図２Ａに示される六角格子、正方格子等を含む。２次元パターンは、インクノズル２１０の中心に対し対称であることが可能である。オリフィス２３０は、ノズル領域２２０によって画定される実質的に円形の領域内に、密集構成で配置可能である。オリフィス２３０から吐出されるインク滴が、少なくとも、オリフィス２３０から噴出する間と、被印刷物へ飛散中の間とは、別個でかつ分離したままであるように、オリフィス２３０が十分に分離され、かつ駆動電圧波形が選択される。一つの実装において、群内のオリフィス２３０は、実質的に同一の寸法を有する六角形である。あるいは、オリフィスの群は、三角形、正方形、または円形等の他の形状であってもよい。各群内のオリフィスは、同一または異なる寸法を有することが可能である。ノズル領域２２０は、典型的には、１μｍ乃至３００μｍの範囲に及ぶ。オリフィス開口部寸法は、典型的には、１μｍ乃至１００μｍの範囲、好ましくは、３μｍ乃至５０μｍの範囲である。
【００２５】
隣接するオリフィス２３０間の距離は、吐出されるインク滴が分離したままであることが可能なように、典型的には、オリフィス２３０の開口部寸法よりも小さい、または大きい。
【００２６】
一実施形態では、吐出される液滴は、空気中に霧またはエアロゾルを形成する。インク滴のエアロゾルは、インク被印刷物１８０上に噴霧可能である。一定の有効時間周期の間、液滴を空気中に浮遊させるために、液滴の重量、したがって、サイズを小さくする必要がある。吐出される液滴のサイズは、オリフィスの開口部寸法およびアクチュエータに印加される電気パルスの波形によって、開示されるシステム内で制御される。
【００２７】
開示されるシステムは、幅広い流体送達用途に適用可能である。一実施形態では、塗料流体が吐出されて、エアロゾルを形成し、自動車の本体等の被印刷物上に噴霧可能である。静電場を印加し、空気中のエアロゾル塗料液滴の自動車本体の表面への移行を補助することが可能である。別の実施形態では、開示されるシステムは、エアロゾル薬剤送達、空気保湿、および塗装に適用可能である。霧状液滴のサイズは、制御ユニットから流体送達ヘッドに伝送される電気パルスの波形によって、正確に制御可能である。
【００２８】
図２Ｂは、２Ｂ−２Ｂの線に沿った、図２Ａのインクノズル２１０の横断面図を示す。インクノズル２１０は、ノズルプレート２１５で形成される。インクノズル２１０の横断面は、分離壁２３５によって分離されるオリフィス２３０の群を含む。インク流体は、方向２４０に沿って、流体管１３０から供給される。分離メニスカス２５０は、オリフィス２３０で形成される。非吐出状態では、メニスカス２５０は、インク本体に適用される陰圧によって、流体管１３０の方向へ湾曲する凹面形状を形成する。インク陰圧は、インクオリフィス２３０の内端でインクメニスカス２５０を保持し、インクがノズルプレート２１５上に滲出するのを防ぐ。
【００２９】
インク吐出前において、制御ユニット１９０の制御の下で、インクアクチュエータによって、外側への圧力波がインク流体内に生成される。制御ユニット１９０は、インクアクチュエータに電子的に結合され、電気パルスを伝送し、インクアクチュエータに流体管内の流体を作動させ、オリフィス２３０から液滴を吐出するように構成される。インク表面２７０によって囲まれたインク流体は、方向２６０に沿って外側に押される。
【００３０】
次いで、インク滴は、インクオリフィス２３０のそれぞれから出射される。インク滴は、エアロゾル形態で空気中に分離したまま、またはインク被印刷物１８０上に着面する。オリフィス２３０から吐出される流体が、分離したままであることが可能であるように、分離壁２３５の幅は、オリフィス２３０の幅と実質的に等しいか、またはより大きい。個々のオリフィスから吐出されるインク滴の容積は、オリフィス２３０の寸法、インク流体の粘度および表面張力、制御ユニット１９０によってアクチュエータに印加される波形等のいくつかの要因に依存し得る。一実施形態では、オリフィス２３０から吐出されるインク滴は、制御ユニット１９０からアクチュエータに伝送される単一の電気パルスによって作動される。言い換えると、個々のオリフィス２３０は、個々に電気的に対処される必要がなく、印刷ヘッドモジュールの設計および加工の複雑性を低減する。インク滴の容積は、制御ユニット１９０からアクチュエータに伝送される電気パルスの波形の関数として変化し得る。
【００３１】
オリフィス２３０、ノズルプレート２１５、および流体管１３０は、シリコン基板に形成可能である。オリフィスは、エッチング、レーザー切断、および電鋳法のうちの１つ以上を使用して加工される。
【００３２】
インクノズル２１０内の気泡圧は、オリフィス２３０のインク表面張力および寸法によって決定される。比較すると、同一のインク滴が、１つの開口部を有する１つのノズルから吐出される場合には、大きな単一の開口部ノズルが必要とされる。したがって、オリフィス２３０の気泡圧は、単一開口部ノズルの気泡圧よりも大幅に大きくなり得る。オリフィス２３０の気泡圧は、所定のインク圧力を上回るように設計可能である。例えば、表１に示されるように、どんなに大きなインク滴が吐出されても、直径５０μｍ以下のオリフィスは、表面張力３０ダイン／ｃｍのとき、８インチｗｇを上回る気泡圧を生じ得る。オリフィス２３０から吐出されるインク滴の全容積は、オリフィス２３０の数を増加させることによって、柔軟に増大させることが可能である。各オリフィスから吐出されるインク滴の容積は、制御ユニット１９０からインクアクチュエータに印加される波形を変化させることによって変更することが可能である。
【００３３】
別の実施形態では、図３Ａは、インクジェット印刷ヘッドモジュール１１０に適合する、インクノズル３１０の別の実装の上面図を示す。インクノズル３１０は、中心に第１のオリフィス３２５と、第１のオリフィス３２５を囲む複数の第２のオリフィス３３０とを備える、ノズル領域３２０を画定する。中心の第１のオリフィス３２５と、第２のオリフィス３３０は、六角格子、正方格子等を含み得る２次元パターンで配置される。中心の第１のオリフィス３２５と第２のオリフィス３３０とは、格子点に配置することが可能であって、より大きい第１のオリフィス３２５は１より大きい格子周期を占め得る。２次元パターンは、インクノズル３１０の中心に対し対称であることが可能である。オリフィス３２５、３３０は、ノズル領域３２０によって画定される実質的に円形の領域内に、密集隊形で配置可能である。オリフィス３２５および３３０は、六角形、三角形、正方形、円形、または多角形等の形状をとることが可能である。オリフィス３３０は、実質的に同一の寸法を有し、オリフィス３２５は、より広い寸法を有することが可能である。ノズル領域２２０は、典型的には、１μｍ乃至３００μｍの範囲に及ぶ。オリフィス開口部寸法は、典型的には、３μｍ乃至５０μｍ等の１μｍ乃至１００μｍの範囲である。
【００３４】
図３Ｂは、３Ｂ−３Ｂに沿った、図３Ａのインクノズル３１０の横断面図を示す。インクノズル３１０は、ノズルプレート３１５に形成される。インクノズル３１０の横断面は、分離壁３３５によって分離される、オリフィス３２５とオリフィス３３０とを含む。インク流体は、方向３４０に沿って、流体管１３０から供給される。非吐出状態では、分離メニスカス３５０および３５５は、オリフィス３２５およびオリフィス３３０で形成される。メニスカス３５０および３５５は、インク本体に適用される陰圧の結果、流体管１３０の方向へ湾曲する凹面形状をとる。インク陰圧は、インクオリフィス３２５、３３０の内側の端でインクメニスカス３５０、３５５を保持し、インクがノズルプレート３１５上に滲出するのを防ぐ。インク吐出前において、制御ユニット１９０の制御の下で、インクアクチュエータによって、外側への圧力波がインク流体内に生成される。インク流体は、方向３６０に沿って外側に押動され、インクオリフィス３２５、３３０から出射する。吐出されるインク滴は、エアロゾル形態で空気中に分離したまま、またはインク被印刷物１８０上に着面する。オリフィス３２５および３３０から吐出される液滴が、分離したインク滴のままであることが可能なように、分離壁３３５の幅は十分に広い。
【００３５】
比較的広いオリフィス３２５は、オリフィスが実質的に同一であるインクノズル２１０と比較して、いくつかの機能を果たす。第１に、オリフィス３２５は、ノズル領域３２０の中心に、より大量のインク流体を吐出させる。第２に、オリフィス３２５は、オリフィス３３０よりも低い気泡圧を有する。したがって、インクが、オリフィス３２５からのみ吐出され、オリフィス３３０からは吐出されないように、制御ユニット１９０によってインクアクチュエータに印加される波形は操作可能である。比較的小さなインク滴を吐出する能力は、特に、高分解能インク印刷用途に非常に望ましい。異なる寸法のオリフィス３２５および３３０と、ノズルプレート３１５は、シリコン基板に形成可能である。オリフィスは、エッチング、レーザー切断、および電鋳法のうちの１つ以上を使用して加工される。例えば、加工技術は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，２６５，３１５号、米国特許公報第ＵＳ２００４０００４６４９Ａ１号（名称「Ｐｒｉｎｔｈｅａｄ」、２００２年７月３日出願）、および米国特許出願第１０／９６２，３７８号（名称、「Ｐｒｉｎｔ  ｈｅａｄ  ｗｉｔｈ  ｔｈｉｎ  ｍｅｍｂｒａｎｅ」、２００４年１０月８日出願）に開示されている。これらの特許出願および公開の内容は、参照することによって本願に援用される。
【００３６】
別の実施形態では、印刷ヘッドは、それぞれ、図４に示されるノズルプレート４００上のオリフィス４３０、４７０の群を備える、複数のインクノズル４１０、４５０を含むことが可能である。インクノズル４１０は、ノズル領域４２０内に分布されるインクオリフィス４３０の群を含む。同様に、インクノズル４５０は、ノズル領域４６０内に配置されるインクオリフィス４７０の群を含む。隣接するインクノズル４１０、４５０の間の間隔は、各ノズル群内の隣接インクオリフィス４３０、４７０の間の距離よりも大幅に大きくすることが可能である。各ノズル群内のオリフィスから吐出されるインク滴は、ノズル群内のオリフィスに結合される流体管内の流体を作動可能な、１つ以上の共通アクチュエータによって作動される。
【００３７】
インクノズル４１０、４５０は、線形アレイ、またはインク滴の有効蒸着のための他のパターンを形成することが可能である。線形アレイ内のノズルは、インク被印刷物１８０に対し、印刷ヘッドモジュール１１０の高速走査方向に直交または斜めに整合可能である。それぞれがオリフィス群を備える異なるインクノズルは、異なる容積のインク滴を吐出するために好適であるように最適化されることが可能である。
【００３８】
ある実装では、複数のオリフィスを有するノズルを使用して、エアロゾル噴霧に類似する霧状流体を吐出することが可能である。個々のオリフィスから吐出される流体の容積は、オリフィスの寸法、流体の粘度および表面張力、制御ユニットによってアクチュエータに印加される波形等のいくつかの要因に依存し得る。また、これらの要因は、流体が空中に浮遊する時間の周期に影響を及ぼし得る。
【００３９】
霧状の流体の吐出は、コーティングの塗布、または吸入薬の投与等、いくつかの用途を有し得る。例えば、所定量の薬剤流体を空気中に霧状で吐出し、患者が、霧状の薬剤流体を吸入する。薬剤は、液体、または担体流体内に浮遊する固体の形態であることが可能である。アクチュエータに印加される波形は、単一電気パルスまたはマルチパルスの波形であることが可能である。
【００４０】
開示されるインクジェット印刷システムは、可変容積を有するインク滴を提供するために信頼性のある性能を提供する。インク滴の滴容積は、アクチュエータに印加される電気パルスの波形を変化させることによって制御することが可能である。流体送達システムは、シリコンベースの加工技術を使用して加工することが可能である。開示されるシステムおよび方法は、圧電、熱、およびＭＥＭＳベースのインクジェット印刷システムに適合する。また、開示されるシステムおよび方法は、水性インク、溶剤型インク、熱溶融性インク、染料または顔料系インク、溶剤、あるいは水溶液に適用可能である。
【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４】
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【国際調査報告】
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