(57)【要約】第一のプリントヘッドおよび第一の流体源を含む第一の液滴噴射堆積システムからの第一の堆積を有する液体の噴射と、第一の液滴噴射堆積システムのために様々な噴射条件における液体の挙動についての情報の収集と、選択された噴射条件における第二のプリントヘッドおよび第二の流体源を含む第二の液滴噴射堆積システムからの第一の物質組成を有する液体の噴射とを含む方法である。第一のプリントヘッドは少数の流路を有し、第一の流体源は少量の液体を保持するよう構成されている。第二のプリントヘッドは複数の、実質的に同一の流路を有しており、各流路は少数の流路の少なくとも一つと実質的に同一であり、第二のプリントヘッドには第一のプリントヘッドよりも大幅に多い流路が存在する。
2009501082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一のプリントヘッドおよび第一の流体源を含む第一の液滴噴射堆積システムからの第一の組成物を有する液体を噴射するステップであり、該第一のプリントヘッドは少数の流路を有し、該第一の流体源は内蔵され、第一の液体体積を保持するように構成されている、ステップと、
該第一の液滴噴射堆積システムのために様々な噴射条件における液体の挙動についての情報を収集するステップと、
該情報に基づいて噴射条件を選択するステップと、
該選択された噴射条件において第二のプリントヘッドおよび第二の流体源を含む第二の液滴噴射堆積システムからの該第一の組成物を有する液体を噴射するステップであって、該第二のプリントヘッドは複数の実質的に同一の流路を有しており、該流路の各々は該少数の流路の少なくとも一つと実質的に同一であり、該第一のプリントヘッドよりも該第二のプリントヘッドに大幅に多数の流路が存在し、該第二の流体源は内蔵されていないか、または該第一の体積よりも多い第二の液体体積を保持するよう構成されているステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記少数とは最大で１０である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少数とは１である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第二のプリントヘッドには前記第一のプリントヘッドの少なくとも十倍の数の流路がある、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第二のプリントヘッドには前記第一のプリントヘッドの少なくとも百倍の数の流路がある、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
第一の流路および第二の流路はそれぞれ、ノズルおよび取り入れ口を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第一のプリントヘッドおよび前記第二のプリントヘッドは、各流路のためのアクチュエータを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
噴射条件を選択するステップは前記第二の液滴噴射堆積システムからの液滴噴射のために少なくとも十分な噴射条件を決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
噴射条件を選択するステップは前記第一の液滴噴射堆積システムからの液滴噴射のために少なくとも十分な噴射条件を選択するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記情報に基づいて前記第二のプリントヘッドを設計するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第一の液滴噴射堆積システムに取り外し可能に取り付け可能なカートリッジを形成するためにプリントヘッドユニットに流体供給ユニットを接続するステップをさらに含み、該流体供給ユニットは前記第一の流体源を提供する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記流体供給ユニットへ液体を供給するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記流体供給ユニットおよび前記プリントヘッドユニットは一度接続すると実質的に切り離し不可能である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記カートリッジは使い捨て用である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第二のプリントヘッドは再使用可能である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記流体供給ユニットは内蔵されている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第二の流体源は内蔵されている、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第一の液滴噴射堆積システムからの異なる組成物を有する複数の液体を噴射するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
提案された用途における有効性のために前記複数の液体を試験するステップと、該有効性に基づいて前記異なる堆積から前記第一の組成物を選択するステップとをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記複数の液体の挙動についての情報を収集するステップと、液滴噴射の適合性に基づいて前記異なる組成物から前記第一の組成物を選択するステップとをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
本願は、２００５年７月１３日に出願された米国特許出願第６０／６９９，１１１号に対する優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、流体の液滴の噴出を使用する製造技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
様々な業種において、流体の噴出モジュールから流体の液滴を噴出することによって基板に流体を制御可能に堆積することが有益である。例えば、インクジェット印刷では、電子的なデジタル信号に応答して、イメージを形成するために、基板（紙や透明フィルムなど）上に堆積されるインクの液滴を生じさせるためにプリントヘッドを使う。
【０００４】
インクジェットプリンターは、典型的には、インク供給部から、インク滴が噴出されるノズルを含むプリントヘッドまでのインク経路を含む。インク滴の噴出は、アクチュエータ（例えば、圧電偏向器、熱気泡ジェット発生器、または静電的に偏向されたエレメントであり得る）を用いて、インク経路においてインクを加圧することで制御され得る。典型的なプリントヘッドには、対応するインク経路のアレイおよび関連付けられたアクチュエータと共にノズルのラインがあり、各ノズルからの液滴の噴出は個別に制御され得る。いわゆる「ドロップオンデマンド（ｄｒｏｐ−ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）」のプリントヘッドにおいては、プリントヘッドおよび印刷媒体が互いに相対的に移動するため、イメージの特定の画素位置において選択的に液滴を噴出するように、各アクチュエータは作動される。高性能のプリントヘッドでは何百ものノズルを有し得、ノズルは５０マイクロメートル以下の直径（例えば、２５マイクロメートル）を有し得、１インチあたり１００から３００個のノズルの間隔で分離され得、およそ１から７０ピコリットル（ｐｌ）以下の液滴サイズを提供し得る。液滴噴出の周波数は典型的には１０ｋＨｚ以上である。
【０００５】
プリントヘッド（例えば、Ｈｏｉｓｉｎｇｔｏｎらの特許文献１に記載されているプリントヘッド）には、半導体本体および圧電アクチュエータを含むことができる。プリントヘッド本体はシリコン製であり得、インク室を規定するようエッチング加工され得る。ノズルはシリコンの本体に取り付けられた別個のノズル板によって規定され得る。圧電アクチュエータは、印加電圧に応じて形状が変化したり屈曲したりする圧電物質の層を有し得る。圧電層の屈曲により、インク経路に沿って配置されているポンプ室のインクが加圧される。
【特許文献１】米国特許第５，２６５，３１５号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
異なる材料の組成物を有する非常に幅広い種類の流体が使用可能であり、新たな材料および組成物が研究されるにつれ、こうした流体の数は増加し続けている。多くの場合、流体は提案された用途においてその有効性を試験する必要がある。例えば、医薬品に最適な対象を決定するためには、生物学的化合物の活性を計測しなければならない場合がある。さらに、材料の特性が異なることを理由に、流体は同じ液滴噴射条件において異なった反応を示すことがある。このため、液滴噴射条件を、特定の流体の最適な堆積のために、個々に決定しなければならない場合がある。本発明では、小規模な試験中にわかった流体についての情報を、例えば、商業用または大量の液滴噴出条件などの大規模な流体の使用への移行時において、効率的に応用できるようにする拡張性のある技術を実現することができる。
【０００７】
概して、一局面において、本発明は、第一のプリントヘッドおよび第一の流体源を含む第一の液滴噴射堆積システムからの第一の組成物を有する液体を噴射するステップと、第一の液滴噴射堆積システムのためのさまざまな噴出条件下における液体の挙動についての情報を収集するステップと、選択された噴出条件における第二のプリントヘッドおよび第二の流体源を含む第二の液滴噴射堆積システムからの第一の材料の組成物を有する液体を噴出するステップとを含む方法について説明する。
【０００８】
第一のプリントヘッドは少数の流路を有しており、第一の流体源は第一の液体体積を保持するよう構成されている。第二のプリントヘッドは複数の実質的に同一の流路を有しており、各流路は少数の流路の少なくとも一つと実質的に同一であり、第二のプリントヘッドには第一のプリントヘッドよりも大幅に多い流路がある。第二の流体源は内蔵されていないか、または第一の体積よりも多い第二の液体体積を保持するよう構成されている。
【０００９】
本発明のインプリメンテーションには、次の特徴を一つ以上含むことがある。少数とは、最大で１０であり得る（例えば、１）。第二のプリントヘッドには第一のプリントヘッドよりも少なくとも１０倍の数の（例えば、１００倍の数の）流路が存在し得る。第一の流路および第二の流路にはそれぞれノズルおよび取り入れ口を含み得、第一のプリントヘッドおよび第二のプリントヘッドは、各流路のためにアクチュエータを含み得る。噴射条件を選択するステップは第一の液滴噴射堆積システムまたは第二の液滴噴射堆積システムからの液滴噴射に少なくとも十分な噴射条件を決定するステップを含むことができる。第二のプリントヘッドを、情報に基づいて設計することができる。プリントヘッドユニットに流体供給ユニットを接続し、第一の液滴噴射堆積システムに取り外し可能に取り付け可能なカートリッジを形成することができる。流体供給ユニットには液体を供給することができる。流体供給ユニットおよびプリントヘッドユニットは、一度接続すると実質的に切り離し不可能である。カートリッジは使い捨てであり得、第二のプリントヘッドは再使用可能であり得る。流体供給ユニットは内蔵とすることができ、第二の流体源は内蔵とすることはできない。第一の液滴噴射堆積システムから、異なる堆積を有する複数の液体を噴射することができる。複数の液体を、提案された用途の有効性について試験することができ、有効性に基づいて異なる組成物から第一の組成物を選択することができる。複数の液体の挙動についての情報を収集することができ、液滴噴射の適合性に基づいて、第一の組成物を異なる組成物から選択することができる。
【００１０】
本発明は、以下の利点の一つまたは複数を実現するために実施することができる。少量の液体に適した液滴噴射装置を使用して流体を試験することが可能であり、これによって貴重な試験用液体を節約することができるため、試験の費用が削減される。流体の流路の構成は、小規模および大規模の液滴噴射モジュールで同様または同一であるため、特定の液滴噴射条件セットにおいて流体は同様に反応するはずである。このため、小規模の試験中において流体についてわかった情報は、大規模な、例えば、商業用または多量の液滴噴出条件における流体使用に移行する場合に効率的に応用することができる。大規模な液滴噴射モジュールはこれより数の少ない（またはゼロの）試験数で設計することが可能であり、その他の液滴噴射条件を決定するための試験時間を劇的に削減することができる。結果として、適切な流体の決定からその流体の実用化までの時間を大幅に削減することができる。全体的に、本発明によって、メーカーは、液滴噴射を使用する応用技術をより短期間で、また研究開発コストをより安価に、市場に提供することが可能になる。
【００１１】
本発明の一つ以上の実施例の詳細を、添付の図面および以下の記述において説明する。本発明のその他の特徴、目的、および利点は、記載内容および図面、ならびに請求項から明白であろう。
【００１２】
様々な図面における同様の参照記号は、同様のエレメントを示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上述するように、異なる材料の組成物を有する非常に広範囲の液体が使用可能であり、新しい材料および組成物が研究されるにつれ、こうした液体の数は増加し続けている。液体は提案された用途において、それらの有効性について試験されなければならない場合があり、液滴噴出条件は、特定の液体の最適な堆積のために個々に決定されなければならない場合がある。
【００１４】
試験の必要があり得る典型的な液体はインクであり、例示の目的のために、技術および液滴噴出モジュールは、以下に、液体としてインクを使用するプリントヘッドモジュールを参照して説明される。しかし、例えばディスプレイの製造に使用される電界ルミネッセンス材料および液晶材料、回路製造（例えば、集積回路または回路基板などの製造）に使用される金属、半導体または有機材料、および薬品などの有機材料もしくは生物学的物質などの他の液体も使用され得ることが理解されるべきである。
【００１５】
まず図１を参照すると、実験用堆積システムが提供される（ステップ１０）。実験用堆積システムは試験プリンターを含む。図２を参照すると、試験プリンター３０は一つ以上のプリントカートリッジ３８がその上に取り外し可能に固定され得るプラットフォーム３２を含む。各カートリッジは流体供給ユニット４０およびプリントヘッドユニット５０を含む。試験プリンター３０はさらに、カートリッジのプリントヘッドからインクの滴３９を受ける基板３６を保持するためのサポート３４、およびカートリッジ３８と基板３６との間の相対的な動きを提供するためのメカニズムを含む。試験プリンター３０はさらに、カートリッジ上の電気接触を駆動装置（プログラム可能なデジタルコンピュータなど）に電子的に結合するインターフェースを含む。試験プリンターはさらに、カートリッジのプリントヘッドにおいてメニスカスを制御するために制御可能な負の圧力を提供するように、カートリッジに流体的に結合され得る圧力制御ラインを含み得る。しかし、試験プリンター３０は別個のインク源またはインク源への結合のための接続を含まず、インク供給はプラットフォーム３２に固定されるカートリッジ内に含まれることが予期される。
【００１６】
適切な試験プリンターは、共有に係る２００５年７月１３日出願の米国仮特許出願番号第６０／６９９，４３６号に記載されており、この開示の内容全体が参照により援用される。このインプリメンテーションにおいて、プラットフォーム３２はＸ軸に沿って移動可能であり、サポート３４はＺ軸を中心に回転可能であり、Ｙ軸に沿って移動可能である。しかし、別のインプリメンテーションでは、サポート３４は一般的に移動不可能であり得るか、もしくは回転のみが可能であり得、プラットフォーム３２は、Ｘ軸およびＹ軸の双方に沿って移動可能であり得る。あるいは、プラットフォーム３２は一般的に移動不可能であり、サポートはＸ軸とＹ軸の両方に沿って回転可能および移動可能である。
【００１７】
実験用堆積システムは、脆弱な基板のための基板取り扱いシステム、堆積された液体を硬化させるための硬化装置、または基板の汚染を防ぐため、もしくは堆積する液体からの危険化合物の放出を防ぐための密閉環境などの、その他のコンポーネントを含み得る。実験用堆積システムは、共有に係る２００５年７月１３日出願の米国仮特許出願番号第６０／６９９，４３７号に記載されており、この開示の内容全体は参照により援用される。
【００１８】
図１を再び参照すると、実験用堆積システムに加えて、複数の流体供給ユニットおよび複数のプリントヘッドユニットが提供されている（ステップ１２）。流体供給ユニットおよびプリントヘッドユニットは実験用堆積システムの前または後（またはその両方）に設けることができる。特に、流体供給ユニットおよびプリントヘッドユニットは、各タイプのユニットの５０または１００などのキットに設けることができる。
【００１９】
図３Ａを参照すると、流体供給ユニット４０は流体供給ハウジング４２およびリザーバ４４を含み、一方でプリントヘッドユニット５０はプリントヘッド５４を支持するプリントヘッドハウジング５２を含む。図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、流体供給ユニット４０およびプリントヘッドユニット５０を結合させて、プラットフォーム上に取り外し可能に設置することのできるカートリッジ３８を形成することができる。カートリッジ３８はプラットフォームから取り外し可能であるが、流体供給ユニット４０およびプリントヘッドユニット５０は一般的に、一度接続すると相互に切り離すことができない、例えば、カートリッジのコンポーネントを物理的に破損させることなく切り離すことができない。例えば、一実施例において、流体供給ハウジング４２およびプリントヘッドハウジング５２は、スナップフィット機構にすることができる。さらに、プリントヘッドユニット５０を、一度流体供給ユニット４０を取り付けると、プリントヘッドユニット５０がパージされ得ないように実施することができる。
【００２０】
流体供給ユニット４０は限られた液体体積として構成される。例えば、リザーバ４４は、高価な材料または少量のみを塗布できる用途に適した、２．０ｍｌ未満（例えば１．５ｍｌなど）といった少量の個別の体積を有するコンテナであり得る。さらに、流体供給ユニット４０は内蔵型とすることができる。つまり、カートリッジを形成するために流体供給ユニット４０がプリントヘッドユニット５０に結合された後には、液体は追加されない。あるいは、流体供給ユニット４０は、カートリッジ取り付け後も液体を追加可能であるが、カートリッジが試験プリンターに設置されている間は液体が追加されないように構成することができる。一実施例においては、リザーバ４４は可撓性の容器、例えば袋や小袋にすることができる。
【００２１】
プリントヘッドユニット５０のプリントヘッド５４は、例えばチップまたはダイなどの、液滴噴射のための微小電気機械装置（ＭＥＭＳ）を含む本体である。特に、プリントヘッド５４は、一つ以上の流路６２が取り入れ口６４からノズル６６に形成されているシリコン本体６０を含むことができる。さらに、プリントヘッド５４は、本体の対応するノズル６６からインク滴を制御可能に噴射するために圧力パルスを生じさせるよう各流路６２と接続されている、圧電アクチュエータなどのアクチュエータ６８を含むことができる。プリントヘッドハウジング５２を通じて、通路５６は、流体供給ユニット４０からプリントヘッド５４へ液体を提供可能である。
【００２２】
プリントヘッド５４は、正確に形成された機能を有するように主に半導体産業の加工技術を使用して製作され得、その結果、各プリントヘッドが実質的に同一の流路、材料特性、および信号制御のための応答性を有し得る。一般的に、プリントヘッド５４は小規模な動作のために構成される。特に、プリントヘッド５４は、インク滴が噴射される限定された数（例えば、１つのみなど、１０以下のノズル）のノズル６６を含む。
【００２３】
典型的にはプリントヘッドハウジング５２であるカートリッジはさらに、試験プリンターのプラットフォーム上のインターフェースに接続される電気接触を含む。例えばフレックス回路などによって、駆動システムから制御信号を提供するために、プリントヘッド５４に電気接触が接続される。例えばプリントヘッドハウジング５２などのカートリッジは、駆動システムからの制御シグナルをプリントヘッド５４により適した駆動パルスなどの形態に変換するために、マイクロプロセッサまたは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの信号処理回路をサポートすることができる。さらに、カートリッジは、プリントヘッドにおけるメニスカスを制御するために、負の圧力を提供するようプラットフォーム上の圧力制御ラインに流体的に接続可能な通路を含むことができる。
【００２４】
一般的にカートリッジ３８は使い捨てと考えることができる。新しいカートリッジのコストは、新しい試験液体を受けるために古いカートリッジのクリーニングのコストと同程度またはそれ未満であると考えられる。このため、典型的にはカートリッジの寿命期間を超えると、試験流体は一度のみリザーバで交換され、流体供給ユニット４０はカートリッジ３８を形成するためにプリントヘッドユニット５０に固定され、試験液体をもう使用しないと決定されるまで、またはリザーバが実質的に枯渇するまで、カートリッジを使用してから、カートリッジは廃棄される。当然ながら、カートリッジは、同じプリンターで他の液体を試験するために他のカートリッジと入れ替えることが可能であり、カートリッジを廃棄することを決定する前に同じまたは異なるプリンターで複数回使用することができる。さらに、流体の供給およびプリントヘッドは共に使い捨て装置の一部であるため、プリンターには、異なる液体の試験の間にクリーニングが必要となるような、インク供給路などの内部コンポーネントは含まない（それでも、例えば、スプラッシュバックによって堆積する場合など、汚染を防ぐため、試験流体を取り除くために使用後にプリンターの外側をクリーニングすることは有益であり得る）。
【００２５】
カートリッジを形成するために接続可能な流体供給ユニット４０およびプリントヘッドユニット５０は、２００４年１２月１７日出願の米国特許出願番号第６０／６３７，２５４号、および２００５年７月１３日出願の米国特許出願番号第６０／６９９，１３４号、および２００５年１２月１６日出願の米国特許出願番号第１１／３０５，８２４号（各カートリッジはプリントヘッドモジュールと称する）に記載されており、この全開示内容は参照によって援用される。
【００２６】
図４Ａから図４Ｃは、カートリッジの流体の流路の３つのインプリメンテーションについて概略的に示すものである。図４Ａに示すインプリメンテーションにおいて、プリントヘッド５４は単一のノズル６６を有する単一の流路６２を含むことができ、流体供給ユニットは単一のリザーバ４４を含むことができる。
【００２７】
図４Ｂに示すインプリメンテーションにおいて、プリントヘッドは、複数の流路（例えば１０以下の流路）６２―１、６２―２、…、６２―ｎ、を含み、各流路は流体供給ユニット４０の同じリザーバ４４と同様に流体的に連通されているノズル６６を含む。システムは各流路６２のための別個の取り入れ口へのハウジング分岐において通路５６と共に示されているが、プリントヘッド５４は単一の共通取り入れ口を有することができ、シリコン本体６０内で分岐することができる。流路６２―１、６２―２、…、６２―ｎは構造上同一であり得、または該流路は異なり得る。例えば、ノズルまたはポンプ室の物理的な寸法を異なるものとしたり、異なる材料特性を持つようにしたりすることができる（例：ある流路では非ウェットコーティングを存在させるようにさせ別の流路では存在しないようにさせる）。異なる流路の使用は、特定の試験液体の液滴噴射に最も適する流路構造を決定するために複数の流路構造を同時に試験するという点で有益である場合がある。
【００２８】
図４Ｃに示すインプリメンテーションにおいて、プリントヘッドは、複数の流路（例えば１０以下の流路）６２―１、６２―２、…、６２―ｎを含む。各流路は流体供給ユニット４０において関連付けられたリザーバ４４に流体的に結合するノズル６６を有する。各リザーバ４４は、異なる試験液体を含むことが可能である。これは同一の噴出条件において複数の試験液体を同時に試験するという点で有益である場合がある。
【００２９】
再び図１を参照して、一つ以上の液体に、実験用堆積システムを使った試験を実施する（ステップ１４）。特に、試験過程の一環として、目的の各試験液体を流体供給ユニットに提供することができる（ステップ１４ａ）。流体供給ユニットは次にプリントヘッドユニットに結合されて、カートリッジが形成され（ステップ１４ｂ）、カートリッジは取り外し可能に試験プリンターに取り付けられる（ステップ１４ｃ）。試験液体は次に、試験基板へとプリントヘッドによって液滴として噴射される（ステップ１４ｄ）。
【００３０】
オプションとして、試験過程の一環として、基板上に堆積されている試験液体の、提案された用途における有効性を試験することができる（ステップ１４ｅ）。例えば、医薬品のための最適の対象を決定するために生物学的化合物の活性を計測する必要がある場合がある。別の例として、回路における伝導性または誘電性の層の最適の対象を決定するために金属製、半導体または絶縁材料の伝導性を計測する必要がある場合がある。別の例として、有機または無機材料の混濁を、マスク材料の最適な対象を決定するために計測する必要がある場合がある。試験過程に基づいて、さらなる研究のためまたは使用のために有効性の基準を満たす試験液体を選択することが可能である（ステップ１４ｆ）。
【００３１】
少なくとも使用するよう選択された液体について、噴出条件における試験液体の挙動についてのデータを収集する（ステップ１４ｇ）。試験過程中に収集されたデータを用いて、商業用のまたは大規模な液滴噴射堆積に少なくとも十分な液体の噴出条件を決定する（ステップ１６）。実際に、これは、試験装置における十分な液滴の挙動を提供する条件が決定されるまで、さまざまな噴出条件における試験液体を噴出することを意味することがある。
【００３２】
大規模の液滴噴射の噴出条件の適切性を決定するための小規模の試験中に計測可能なパラメータには、液滴特性、例えば、明確な液滴の存在またはテールの不在またはサテライト小滴（ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  ｄｒｏｐ）の欠落、および滴量、滴速度、または液滴の滴周波数、さらに、例えば、スプラッシュバックの度合い、液滴の基板への粘着度、湿潤性または基板上の液滴の拡散などを含むことができる。（例えば、連続的に異なる条件にプリントヘッドを合わせることで）試験中に変更可能な噴出条件のパラメータは、駆動パルス形状、振幅および周波数、プリントヘッドの基板からのスタンドオフの高さ、ならびにインク、基板および環境の温度を含むことができる。（例えば異なるプリントヘッドによって同時にもしくは順次複数のカートリッジを使用することによって、または異なる特性を有する複数の流路を持つカートリッジを使用することによって）試験可能な流路のパラメータは、例えばノズルの寸法、ポンプ室および接続通路などの流路の寸法を含む。（例えば、異なる試験液体によって同時または順次に複数のカートリッジを使用することによって、または異なる液体を含む、異なるリザーバに接続する複数の流路を持つカートリッジを使用することによって）試験時に変更可能な液体のパラメータは、粘度、表面張力および密度などの結果的な特性を含む構成を含む。
【００３３】
大規模な液滴噴射に適したプリントヘッドユニットは、試験ステップ中に収集された情報に基づいて設計可能である（ステップ１８）。特に、このプリントヘッドユニットには、試験プリントヘッドにおける流路と実質的に同一の複数の流路を有するプリントヘッドを含めることができる。
【００３４】
図５および図６を参照すると、商業用のプリントヘッドユニット７０は、プリントヘッド７４を支持するプリントヘッドハウジング７２を含む。プリントヘッド７４は、例えば数ダースまたは数百もの流路７６といった多数の流路７６を含む。典型的には、プリントヘッド７４は、試験プリントヘッド５４の少なくとも十倍の数の流路７６を有する。各流路７６は、例えば、対応するノズル６６からインク滴を制御可能に噴射するよう圧力パルスを生じさせるための取り入れ口６４、ノズル６６、および圧電アクチュエータなどのアクチュエータ６８を持つ構造と実質的に同一である。各流路７６は、試験プリントヘッド５４から選択した流路６２と実質的に同一であり得る。各ノズルは、プリントヘッドハウジング７２の共通の通路７８（および同じ流体供給）と流体的に結合させることができる。さらに、各流路７６の別々の取り入れ口に分岐するハウジング７２の通路７８と共に装置が図示されているが、プリントヘッド７４は、単一の共通の取り入れ口およびシリコン本体６０内で生じる可能性のある分岐を有することができる。
【００３５】
図１を再び参照すると、商業用プリンターと共に商業用液滴噴射堆積システムが提供されている（ステップ２０）。プリントヘッドユニットは、以前決定した動作条件で商業用のプリンターで使用することができる（ステップ２２）。オプションとして、動作条件を微調整するためにさらなる試験を実行可能である（ステップ２４）。しかし、プリントモジュールの流路構成および液体組成物は試験条件と同一であり、動作条件の最小の変更のみが必要である。微調整の実行後は、装置は商業用の動作のために準備可能となるはずである（ステップ２６）。
【００３６】
商業用の液滴噴射プロセスも限られた液体体積のみを使用する場合、商業用の構成は試験構成と類似であり得る。例えば、流体供給ユニットおよびプリントヘッドユニットは、プリンター上のプラットフォームに取り外し可能に設置可能な使い捨てカートリッジを形成するよう結合することができ、リザーバは少量の容器とすることができ、流体供給ユニットは内蔵とすることができる。当然ながら、上述したように、商業用の構成は、商業用のプリントヘッドが試験プリントヘッドよりも多くの流路およびノズルを有するという点で異なり、プリントヘッドと基板の間の相対的な動きを提供するためのプリンターの構成も同様に異なるものとすることができる。さらに、商業用の液滴噴射堆積システムの流体供給ユニットは、実験用堆積システムの流体供給ユニットよりも多い流体体積を保持するよう構成することができる。
【００３７】
あるいは、商業用装置用の流体供給ユニットは内蔵型にすることができ、リザーバは少量の容器とすることができるが、プリントヘッドユニットは（カートリッジの使い捨て可能な一部ではなく）再使用可能な装置としてプリンタープラットフォーム上に取り付けることが可能である。この場合、流体供給ユニットはプリントヘッドユニットに取り外し可能に固定することが可能である。
【００３８】
しかし、商業用の液滴噴射プロセスでは、大量の液体体積を使用することがある。この場合、図７を参照すると、商業用のプリンター８０は、一つ以上のプリントヘッドユニット７０が取り付けられているプラットフォーム８２、プリントヘッドユニット７０をインクなどの流体８７を含む別個の流体源８６に流体的に接続するための流体ライン８４を含むことができる。流体源８６はオープンにすることができる、すなわち、液体を、例えば、ポート８８を介して流体源８６に追加することが可能である。実際に、プリント操作間またはプリント時などの、流体源８６がプリントヘッドユニット７０に接続されている間に流体源に液体を追加することが可能である。このインプリメンテーションにおいて、プリントヘッドユニットは使い捨てではなく、プリントヘッドは、流体源が枯渇した場合に、または新しい液体が液滴を噴射する場合に、クリーニングされて再使用されることがある。
【００３９】
商業用のプリンター３０はさらに、プリントヘッド７４からインクの滴３９を受ける基板３６を保持するためのサポート９０と、プリントヘッド７４および基板３６の間の相対的な動きを提供するためのメカニズムとを含む。プリンター８０はさらに、プログラム可能なデジタルコンピュータなどのプリントヘッドユニット上の電気接触を駆動装置に電気的に接続させるインターフェースも含む。さらに、プリンターは、カートリッジのプリントヘッドのメニスカスを制御するために制御可能な負の圧力を提供するよう、プリントヘッドユニットに流体的に接続可能な圧力制御ラインを含むことができる。
【００４０】
例示のプリントヘッドユニットは、共有に係る２００５年４月２８日出願の米国特許出願第１１／１１９，３０８号に記載されており、その全開示内容は参照によって援用される。プリンターのプリントヘッドユニットを保持しインクをプリントヘッドに供給するための例示の取り付け装置は、共有に係る２００５年４月２７日出願の米国特許出願第１１／１１７，１４６号に記載されており、その全開示内容は参照によって援用される。
【００４１】
本発明によって、小規模な試験中に流体についてわかった情報を商業用のまたは大量の液滴噴出条件などの大規模な流体の使用に移行する場合に効果的に応用できるようにする、拡張可能な技術が実現可能となる。上述したように、プリントヘッドの流路構成および液体堆積は試験条件と同一であるため、同じ動作条件においてはほぼ同一の挙動が生じるはずであり、このため商業用の装置の動作条件を決定するためにさらなる試験を実行する必要が低減され、または不要となる。さらに、試験は、より安価なプリントヘッドを使って実施することができる。
【００４２】
しかし、試験プリントヘッドおよび商業用のプリントヘッドにおける流路構成を同一にするためには、プリントヘッドは、拡張可能かつ高い許容性および低いプリントヘッド間変動をもって正確に作成可能な構造を有する必要がある。こうしたプリントヘッドの一インプリメンテーションを以下に示す。
【００４３】
プリントヘッド１００内の単一のジェッティング構造の流路の断面図である、図８を参照すると、供給路１１２を通じてインクがプリントヘッド１００に入り、次にアセンダー１０８を通じてインピーダンス機能１１４およびポンプ室１１６に向かう。インクはアクチュエータ１２２によりポンプ室において加圧され、ディセンダー１１８を通じて、インク滴が噴射されるノズル開口１２０に向かう。
【００４４】
流路の機能は本体１２４において規定される。本体１２４は、ベース部、ノズル部および膜を含む。ベース部は、シリコンのベース層（ベースシリコン層１３６）を含む。ベース部は、供給路１１２、アセンダー１０８、インピーダンス機能１１４、ポンプ室１１６およびディセンダー１１８の機能を規定する。ノズル部はシリコン層１３２で形成される。ノズルシリコン層１３２は、ベース部のベースシリコン層１３６に融着され（点線）、ディセンダー１１８からノズル開口１２０へとインクを方向付けするテーパーされた壁１３４を規定する。膜には、ノズルシリコン層１３２と反対側のベースシリコン層１３６に融着される膜シリコン層１４２が含まれる。
【００４５】
アクチュエータ１２２は圧電層１４０を含む。圧電層１４０の下の導電層は、接地電極１５２などの第一の電極を形成可能である。圧電層１４０上の上部導電層は、駆動電極１５６などの第二の電極を形成可能である。ラップアラウンド接続１５０は、圧電層１４０の上部表面の接地接触１５４に接地電極１５２を接続可能である。電極ブレーク１６０は、接地電極１５２を駆動電極１５６から電気的に絶縁させる。金属化圧電層１４０は、接着層１４６によってシリコン膜１４２に固着可能である。接着層は、重合ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を含むことが可能である。
【００４６】
金属化圧電層１４０は、活性圧電領域またはアイランドをポンプ室に対して規定するためにセクション分けすることができる。金属化圧電層１４０は、絶縁領域１４８を提供するためにセクション分けすることができる。絶縁領域１４８において、圧電材料は、ディセンダー１１８上の領域から取り除くことが可能である。この絶縁領域１４８は、ノズルアレイのいずれかの側のアクチュエータのアレイを分離することができる。
【００４７】
プリントヘッド１００は、一般的に矩形の固体である。一インプリメンテーションにおいて、プリントヘッド１００は長さ約３０から７０ｍｍであり、幅は４から１２ｍｍであり、厚さは４００から１０００マイクロメートルである。プリントヘッドの寸法は様々であり、例えば、以下に説明されているように、流路がエッチング加工されている半導体基板の寸法以内にすることができる。例えば、プリントヘッドの幅および長さは１０ｃｍ以上とすることができる。
【００４８】
図９を参照すると、上面図は、流路に対応する上部電極１５６を示す。上部電極１５６は、狭い電極部１７０を通じて、駆動パルスを供給するために電気接続がなされている駆動電極接触１６２に接続される。狭い電極部１７０はインピーダンス機能１１４上に配置させることが可能であり、作動が必要でないアクチュエータ１２２の部分について電流のロスを削減することができる。フレックス回路（図示せず）は、例えば、インク噴出を制御する駆動信号を提供するための駆動電極接触１６２および接地電極１５２に対してなど、アクチュエータ１２２の後部面に固定可能である。
【００４９】
こうしたプリントヘッドを製造する技術は、２００４年１０月２１日出願の米国特許出願第６０／６２１，５０７号（該出願において、プリントヘッドはモジュールと称する）、２００４年１０月８日出願の米国特許出願第１０／９６２，３７８号、および２００２年７月３日出願の米国特許出願第１０／１８９，９４７号に記載されており、これらの全開示内容は参照により援用される。
【００５０】
このジェッティング構造の一利点は、簡単に拡張可能であるということである。すなわち、異なる数のジェッティング構造をダイに取り付け可能である。図１０Ａおよび図１０Ｂを参照すると（図１０ＡのＡ−Ａの線に沿った断面図は図８と実質的に同じとなるはずである）、プリントヘッドダイ１００は、単一のノズル１２０および単一のアクチュエータへとつながる単一の流路を持つ、単一の液滴エジェクタだけを有することが可能である。あるいは、図１１Ａから図１１Ｃを参照すると、プリントヘッドダイ１００は複数の液滴エジェクタを有することができる（図１１Ｃのインプリメンテーションは、図１１Ａから図１１Ｂとは、取り入れ口１１２が駆動接触の反対側のダイ側にあり、接地電極がダイのエッジ上に位置するという点で異なっている）。２から１０までなどの少数の液滴エジェクタを有するプリントヘッドのダイでは、液滴エジェクタは、平行なインク流路およびアクチュエータを単一の列で配置することができる。図１２Ａから図１２Ｂを参照すると、多くの液滴エジェクタ、例えば３０６のエジェクタなどの、数百などのエジェクタが一つのダイ上に形成される場合、ノズルをダイの中心付近に一列に、交互のノズルの流路をダイの反対側のエッジに配置して、液滴エジェクタは二つの平行な列で位置することができる（図１２ＢのＢ―ＢおよびＣ―Ｃの両方の線に沿った断面図は両方とも図８とほぼ同じになるはずである）。同様の構成の説明が、前述の米国特許出願第１０／１８９，９４７号にも見受けられる。あるいは、隣接するノズルは、図１３に図示されているように互いに少々オフセットにすることができる。
【００５１】
本発明の多くの実施形態について説明した。しかしながら、本発明の精神および範囲を逸脱しない限り様々な修正例が実施可能であることが理解されるであろう。このため、その他の実施例は次の請求項の範囲内となる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、液滴噴射技術を実用化させるための方法を図示するフローチャートである。
【図２】図２は、試験用液体の小規模の液滴噴射印刷のためのプリンターの概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、流体供給ユニットおよびプリントヘッドユニットの概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図２のプリンターで使用するカートリッジを形成するよう結合された、図３Ａの流体供給ユニットおよびプリントヘッドユニットの概略図である。
【図４】図４Ａから図４Ｃは、小規模な印刷システムの三つのインプリメンテーションにおける流路の概略図である。
【図５】図５は、拡大された印刷システムのプリントヘッドユニットの概略図である。
【図６】図６は、拡大された印刷システムにおける流路の概略図である。
【図７】図７は、拡大した液滴噴射印刷のプリンターの概略図である。
【図８】図８は、プリントヘッドの断面図である。
【図９】図９は、プリントヘッドからの電極の上面図である。
【図１０】図１０Ａおよび図１０Ｂは、単一の流路および単一のノズルを有するプリントヘッドの上面図および底面図である。
【図１１】図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１１Ｃは、複数の流路および複数のノズルを有するプリントヘッドの上面図、底面図および斜視図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、交互に繰り返すノズルの流路がダイの反対側のエッジに向かって延伸している、複数のノズルを有するプリントヘッドの上面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａのプリントヘッドの部分底面図である。
【図１３】図１３は、隣接するノズル開口がわずかにオフセットしているプリントヘッドの底面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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