(57)【要約】  プリンターは、印字ヘッド（１５）と液体源（５５）を含む。印字ヘッドはノズル孔（１１）を含む。液体は、ノズル孔を通る液体の柱を噴出するのに十分な圧力下にある。液体はある温度を有する。熱変調器（１３）は、ノズル孔に関連する。熱変調器は、液体がノズルを通って噴出されるにつれて、液体の温度を過渡的に下げるために操作可能である。
2010500203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル孔を含む印字ヘッド；
ある温度を有し、ノズル孔を通り液体の柱を噴出させるために十分な圧力下にある液体の液体源；及び
前記液体が前記ノズル孔を通って噴出するにつれて、前記液体の温度を過渡的に下げるように操作可能である、ノズル孔に関連する熱変調器
を含むプリンター。
【請求項２】
前記液体の過渡的温度低下を制御する前記熱変調器に、ある波形を提供するように操作でき、前記熱変調器と電気的に通信する電気パルス源
を更に含む請求項１のプリンター。
【請求項３】
前記電気パルス源が直流バイアスを含む請求項２のプリンター。
【請求項４】
前記熱変調器が前記ノズル孔の近くに位置するヒーターを含む請求項１のプリンター。
【請求項５】
前記熱変調器が、前記ヒーターに隣接する流体チャネルを含む請求項４のプリンター。
【請求項６】
前記熱変調器が、前記流体チャネルに操作的に関連する気体圧縮熱ポンプを含む請求項５のプリンター。
【請求項７】
前記熱変調器が、前記ヒーターと操作的に関連する機械的片持ち梁を含む請求項４のプリンター。
【請求項８】
前記熱変調器が、熱電素子を含む請求項１のプリンター。
【請求項９】
前記印字ヘッドが、少なくともインチあたり６００ノズルの密度を有する配列に配置された複数のノズル孔を含む請求項１のプリンター。
【請求項１０】
前記熱変調器が、前記ノズル孔の２分の１に関連する請求項１のプリンター。
【請求項１１】
液滴を形成する方法であって：
ノズル孔を含む印字ヘッドを提供するステップ；
ある温度を有し、前記ノズル孔を通り前記液体の柱を噴出させるために十分な圧力下にある液体を提供するステップ；及び
熱変調器を用い前記液体が前記ノズル孔を通って噴出するにつれて、前記液体の温度を過渡的に下げるステップ
を含む方法。
【請求項１２】
前記熱変調器が、熱電素子を含む請求項１１の方法。
【請求項１３】
前記熱変調器が、気体圧縮熱ポンプを含む請求項１１の方法。
【請求項１４】
前記熱変調器が、機械的片持ち梁を含む請求項１１の方法。
【請求項１５】
熱変調器を用い前記液体が前記ノズル孔を通って噴出するにつれて、前記液体の温度を過渡的に下げるステップは、前記液体の温度を過渡的に下げるために吸熱化学反応を使うステップを含む請求項１１の方法。
【請求項１６】
熱変調器を用い前記液体が前記ノズル孔を通って噴出するにつれて、前記液体の温度を過渡的に下げるステップは、前記熱変調器と電気的に通信する電気パルス源を提供するステップ、及び前記液体の過渡的温度低下を制御する前記熱変調器に、ある波形を提供するように電気パルス源を操作するステップ、を含む請求項１１の方法。
【請求項１７】
前記熱変調器と電気的に通信する前記電気パルス源を提供するステップは、直流バイアスを含む電気パルス源を提供するステップを含む請求項１６の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にデジタル制御印刷装置の分野に関し、特に、単一基板上の多ノズルを一体化し、各ノズルから噴出した流体の柱に適用される熱変調器を通る液滴を作る連続インクジェット印字ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット印刷は、デジタル制御、電子印刷市場においてえり抜きの技術のため最も成功する候補の１つとして現在識別されてきた。この技術の２つの卓越した形は、ドロップオンデマンド（ＤＯＤ）と連続インクジェット（ＣＩＪ）である。ＣＩＪ技術は、１９２９年にHansellに発行された米国特許番号１，９４１，００１として識別される。１９６０年代に、静電気により適切に偏向されるインク液滴を取り除くために音響駆動印刷ヘッドを利用するＣＩＪ印刷機構は、発達した。この時以来、流体の柱を液滴にするために抵抗加熱要素を持つＣＭＯＳ／ＭＥＭＳの一体化した印刷ヘッドの使用を含む、ＣＩＪプリンターの実施において数多くの前進があった。熱パルスによって作られる液滴は、空気転向のような技術の使用を通して配置可能である。これらの概念は、米国特許番号６，０７９，８２１、６，４５０，６１９、６，８６３，３８５に開示されて来た。
【０００３】
印字ヘッドの全てのノズルで均一に液滴にするための音響制御の使用に対し、液滴にするために熱を使うことは、個々の流体流を制御する、より大きい自由度を可能とする。更に、静電気の代わりに空気転向を使うことは、インクの性質に基づいた要求事項、例えば伝導性要求を減少させる。時間に関し抵抗ヒーターに印加された電位を調整する事により、作られた液滴の大きさを制御できる。たびたび小さい液滴を作るために、印字ヘッドヒーターに供給される適切な電位を介して、流体に熱が適用可能である。米国特許番号６，５７５，５６６に記載の如く、熱パルスの頻度のより少ない適用は、より大きい液滴を作る。故に、必要に応じて印字ヘッドのヒーターに印加するために、特定の電気波形が、作成可能である。
【０００４】
熱パルスの適用はしかし、ある条件下望ましくない効果を有する。これらの効果は、より大きい液滴、例えば、時間的に広く離れた２つのパルスにより形成された液滴を取り扱う時顕著である。流体力学の専門家により評価可能なように、液体の不安定性は、より大きい液滴（それは連続していて且つ液滴を砕こうとする）の領域内に現れる。液滴量がうまく制御されず液滴が意図されたようには使えないので、大きい液滴の分解は一般に、高品質印刷に有害である。より大きい液滴がより小さい部分に分解するとき、流体力学技術で知られるとおり、液滴が結合により再形成される前に液滴は一般に、空間で追加距離を走行する。印刷において意図されたように使用可能な制御された液滴を形成するために印字ヘッド表面から流れが走行しなければならない全距離は、「合体長」と呼ばれる。一般に、合体長を最小にする事が望まれる。例えば、液滴を位置づけるために空気転向を用いる印刷方法（米国特許番号６，０７９，８２１、６，４５０，６１９、６，８６３，３８５）において、もしより大きい液滴がより小さい液滴になるか、又はもし合体長が長すぎれば、位置決めの正確度は落ちる。古典力学に通じている人により評価されるとおり、このことは、液滴は、それらの大きさにより空気中で、それぞれに偏向するからである；そしてインクジェット印刷技術において良く知られているとおり、長い合体長は、受液器(receiver)が印字ヘッドから離れている事を要し、更に液滴位置決め正確性を落とすからである。明らかに産業界にはインクジェット印刷がうまく制御された液滴を提供し印字ヘッドに対する受液器の距離を最小化する要請が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許番号１，９４１，００１
【特許文献２】米国特許番号６，０７９，８２１
【特許文献３】米国特許番号６，４５０，６１９
【特許文献４】米国特許番号６，８６３，３８５
【特許文献５】米国特許番号６，５７５，５６６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的の１つは、うまく制御され最小の合体長を有するＣＩＪ印刷における使用のためのより大きい液滴を作る方法を提供する事である。それにより、印字ヘッドは、印刷媒体により近く置かれることが可能で、作られた液滴の大きさ及び形のより大きい程度の制御が達成可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、より大きい液滴の意図しない分解は、噴出流体流の温度を選択的に下げる事により減少し又は予防さえされる。規則的に意図された熱パルスの適用後すぐ熱が取り除かれる時（又は温度が下げられるか又は「冷パルス」が適用される）大きい液滴の合体長は減少されうるという事が観察されてきた。冷却効果が、熱電発電装置、吸熱化学反応、機械的熱的片持ち梁、気体圧縮ポンプ及び他の方法の使用を通して生じうる。
【０００８】
本発明の１面によれば、プリンターは、印字ヘッドと液体源を含む。印字ヘッドは、ノズル孔を含む。液体は、ノズル孔を通り液体の柱を噴出させるために十分な圧力下にある。熱変調器は、ノズル孔に関連する；熱変調器は、液体がノズル孔を通って噴出するにつれて、液体の温度を過渡的に下げるように操作可能である。
【０００９】
本発明の１面によれば、液滴を形成する方法は、ノズル孔を含む印字ヘッドを提供する事；ノズル孔を通って液体の柱を噴出させるために十分な圧力下のある温度を有する液体を提供すること；及びその液体は熱変調器を用いノズル孔を通って噴出されるにつれてその液体の温度を過渡的に下げることを含む。
【００１０】
下に提供される本発明の実施例の詳細な記述において、参考文献は、以下の添付図面に示される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】ノズル孔配列を含む印字ヘッドの上面概略図を示す。
【図１Ｂ】電気パルス発生器に接続された本発明による印字ヘッドの上面概略図を示す。
【図２Ａ】熱電素子として構成された図１Ｂからの熱変調器の上面図を示す。
【図２Ｂ】素子電極に印加された電気波形のグラフを示す、熱電素子の制御図を示す。
【図２Ｃ】図２Ｂの電気パルスに対応する熱電素子を通る熱流のグラフを示す。
【図２Ｄ】図２Ｃに示される熱流の結果としての印字ヘッドから出てくる噴流の温度のグラフを示す。
【図２Ｅ】安定化冷パルスが印加された場合及びされない場合の噴流分解の代表例を示す。
【図３Ａ】吸熱化学反応を利用する図１Ｂの熱変調器の上面図を示す。
【図３Ｂ】図３Ａに示される熱変調器の異なる構成部品に印加された波形のグラフを示す制御図を示す。
【図４Ａ】流体を冷やすために機械的片持ち梁を利用する図１Ｂからの熱変調器の上面図を示す。
【図４Ｂ】流体を冷やすために機械的片持ち梁を利用する図１Ｂからの熱変調器の側面図を示す。
【図４Ｃ】図４Ａ及び４Ｂに示される熱変調器の異なる構成部品に印加された波形のグラフを示す制御図を示す。
【図５】気体圧縮熱ポンプを用いる図１Ｂからの熱変調器の上面図を示す。
【図６Ａ】図６Ｂから６Ｆの波形に表された実施例による本発明の上面概略図を示す。
【図６Ｂ】直流バイアスに加えられた正の熱パルスを用いた波形のグラフを示す。
【図６Ｃ】負の波形のグラフを示す。
【図６Ｄ】正の波形のグラフを示す。
【図６Ｅ】一定直流バイアスでの波形のグラフを示す。
【図６Ｆ】図６Ｂと６Ｃを組み合わせる波形のグラフを示す。
【図７】温度低下パルスのある場合と無い場合の液滴形成の実際に撮られた写真の比較を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の記述は特に、本発明による装置、の部品を形成する、又は、と直接に協力する要素を対象にする。特には示されない又は記述されない要素は、当業者に良く知られた種々の形を取ることができる事は理解されるべきである。
【００１３】
図１を参照して連続タイププリンターの印字ヘッド１０の上面が示される。印字ヘッド１０は、配列に典型的に配置されたノズル孔１１を含む。その配列は、線状か又は２次元で、且つその密度は少なくともインチあたり６００ノズルが可能である。液体源５５は、ノズル孔１１を通って液体の柱を噴出するために十分な圧力下の液体を提供する。その液体は、ある温度を持つ。印字ヘッドの各孔を囲んでいるのは、抵抗ヒーター１２で、それは印刷に必要なインク流を分解するためにＣＭＯＳ回路により制御される。ヒーター１２は、ノズル孔１１を囲む１以上の部分輪の形を取る。
【００１４】
熱変調器１３は、ノズル孔１１に関連する。熱変調器１３は、液体がノズル孔１１を通って噴出されるにつれて液体の温度を過渡的に下げるように操作できる。例えばヒーター１２を含む熱変調器１３は、電気パルス源１５からの電位を供給可能である。パルス源１５は、電気パルスコネクター１６を介し各熱変調器１３に接続される。熱変調器１３は、液体噴流温度を上げ、及び下げる事の両方ができる。液体噴流温度を下げる事は又、液体からの熱の除去として言及される。この意味において、ここに使われるこれらの術語は、交換可能である。
【００１５】
図１Ｂは、本発明による印字ヘッド１０の上面を示す。図１Ｂに示される印字ヘッドの各ノズル孔１１は、熱変調器１３により囲まれる。各熱変調器１３は、電気パルス源１５からの電位を供給される。パルス源１５は、電気パルスコネクター１６を介し各熱変調器１３に接続される。パルス源１５とコネクター１６は又、似たような方法で図１Ａに示される印字ヘッド１０の抵抗ヒーター１２にエネルギーを供給するのに使われる。熱変調器は、液体の温度を上げ下げできる。この熱変調器の数例は、図２―５に提供される。この形には限られないが、各図は、ノズル孔を取り囲む輪のちょうど半分として熱変調器１３を描く。
【００１６】
これから記述される如く、噴流に熱を加えることは、流体粘度を減少し且つマラニョーニ効果により流体流を分解する効果を有する。流体流からの熱の除去は、反対の効果を有すると信じられ、且つ流体流の直径を増加させると信じられている。結果できる液滴の合体長を減少させるために、熱パルスの適用後すぐ流体流から熱を除去することができる熱変調器について以下に記述される。
【００１７】
図２Ａは、熱電素子として構成される熱変調器の実施例を示す。熱伝導体２０は、流体流に直接接触する対象物である。その熱伝導体は、ポリシリコン又は金属のような非常に良い熱伝導物質で形成され、それは、抵抗ヒーター１２と同じ物質であり得る。ｎ型及びｐ型にドープされたペレット２３，２４はそれぞれ、伝導体２０に接触し、それは、流体流の方向に依存し本質的に加熱及び冷却の原因となる。ドープされてペレットを形成する物質は、これらに限られないが、ビスマス及びテルル化物であっても良い。ｎ型にドープされたペレット２３及びｐ型にドープされたペレット２４は、銅配線２１により結合され、導電路を提供し、且つペレットを直列に接続する事ができる。そこで、ｎ型にドープされたペレット中の電子とｐ型にドープされたペレット中の正孔は、同方向に（ノズル孔を通って流れる液体流から離れて又は、に向かって）熱を運ぶ事ができる。冷却操作において、ヒートシンク２５は、液体流から出て行く熱が発散可能な対象物を提供する。銅配線２１を介し接続されたペレットは、熱変調器のどちらか一方側の電極２２（a同様にb）を通り電源に接続される。最後に、各電極２２は、極性決定スイッチ２７を通り、直流電力供給２６に接続される。スイッチは、図２Ａに示される電源のどちらか一方側に現れる。図に示すようにもし両方のスイッチが下げられたら電力供給２６の正極がｎ型にドープされたペレット２３と接触し、ｐ型にドープされたペレット２４が、電力供給２６の負極に接続される。その結果、電子と正孔がヒートシンク２５に向かって流れるので、伝導体２０の内側部分は、冷やされる。同様に両方のスイッチを上げることは、電力供給２６の極性を反転し、反対のプロセスが起きる；即ち、ペルティエ冷却装置の技術において良く知られてるように伝導体２０の内側部分は加熱される。熱は、ヒートシンク２５の側から液体流に流れ、熱変調器は、ヒーター１２単独と同様の効果を有する。直流電源２６及び極性決定スイッチ２７は又、パルス源１５を代表する箱内に描かれる。というのは、スイッチを含む操作機構は、パルス源１５の、適切な電気波形を作ることができる、内部の仕組みと置き換えることができるからである。そこで、図２Ａに記述された熱変調器は、電気で完全に制御でき、熱又は冷パルスを噴出流に提供できる。熱電素子は、熱ポンプなので、余分の熱又は冷却物は、ヒートシンク２５により放出され、噴出流によっては感じられない。
【００１８】
図２Ｂは、意図された熱及び冷パルスの両方を作るために図２Ａの熱変調器を操作する電圧波形を提供する。これは、熱変調器１３を活性化する電気パルス源１５から出力される波形である。波形グラフで参照された電圧、Ｖ22a-22bは、電極２２bに関し電極２２aに印加された電圧、対、時間の独立変数（マイクロ秒で測定される）である。この波形は、極性決定スイッチ２７を用いて概略的に上述された同じ方法を記述する。即ち、Ｖ22a-22bが負で有るとき、それは、両方が上がったスイッチ２７に対応し、噴出流に熱が加えられる事に対応する。同様にＶ22a-22bが負で有ることは、スイッチが下がり、冷却が起こる状態に対応する。故に、直流電源２６及び極性決定スイッチ２７は、図２Ｂで示される波形で供給される電気パルス源１５及びコネクター１６の組み合わせにより交換できる。
【００１９】
図２Ｃは、図２Ｂの熱流に印加された電圧に対応する熱変調器１３を通る熱流のグラフを示す。図２Ｂにおいて、熱パルスの最初の２マイクロ秒は、波形の各周期において冷パルス２マイクロ秒を伴う。熱パルスの継続中、熱は、熱変調器１３から噴出流に流れ、冷パルスの継続中、熱は、流れ出る（負の流れ）。故に、熱変調器を通る流れは、同様に示される。図２Ｄにおいてノズル孔１１から出る噴出流の外表面の温度は、図２Ｃに与えられる熱の流れに関係して示される。グラフは、液体の周囲温度の周りに集中する。熱パルスの継続中、噴出流温度は、周囲温度の上少なくとも摂氏２度上がる。同様に、冷パルスは、噴出流温度を周囲温度の下少なくとも摂氏２度下げる。図２Ｅは、冷パルスの効果を示すために噴出流の代表例を示す。図は、隣り合う、３つの連続する熱パルスに応じて液体の中央部から分解されてきた、２つの大きい液滴又は液体の「塊」を描く。各々は、米国特許番号６，０７９，８２１、６，４５０，６１９、６，８６３，３８５に開示されているとおり、右の塊の右側、塊間、左の塊の左側で、各々くびれ切れたものである。右の塊は、噴出流から分解するために印加された熱パルスに加えて、図２ｂの水平軸の下の波形パルスに従い印加された冷パルスを有する。左の塊は、噴出流から分解するために印加された熱パルスのみ、即ち、図２ｂの水平軸の上に示されたパルスのみ受け取る。左側の液滴は、その長さに沿った半径における多くの目立つ変形例を有する事を我々は図２Ｅに見る。これらの変形又は「表面形状不安定性」は、ちぎれた部分を形成するために塊の終端部の分解を悪化させること及び主液滴と再結合するためにちぎれた部分の合体長を増加させる事は良く知られている。右側の液滴は対照に、冷パルス印加の結果として表面形状不安定性の減少を示し、右側の液滴の合体長は、左側のそれよりも２５％以上短いことがわかる。
【００２０】
図３Ａにおいて、ノズル孔１１から出る液体流を冷やすために吸熱化学反応からの生成物を利用できる熱変調器の第２実施例を示す。この熱変調器は、例えばポリシリコン又は金属薄膜熱良導体である抵抗ヒーター１２を利用する。しかし、冷流体チャネル３０は、ヒーターの中央部を通り走る。非常に冷たい流体がチャネル３０を通って送られるとき、熱は、抵抗ヒーター１２の熱伝導物質を通りノズル孔１１から出る噴出流から除かれる。冷流体は、取り入れ口３１を通ってくる化学物質１及び取り入れ口３２を通ってくる化学物質２の混合から結果起こる吸熱化学反応を通して作成可能である。代替的に、液体窒素に限られないが、のような本質的に冷たい流体は、取り入れ口３２は全然使われないが、取り入れ口３１を通って送られても良い。冷流体がチャネル３０に入りそしてその熱除去機能を実行する準備ができた後、冷流体は、バルブ３３を通ってチャネルに開放され得る。チャネル３０内の如何なる流体も、出口３４を通る吸引により一定に出て行く。故に、バルブ３３の手段によるチャネル３０を通る流体の開放の制御は、冷パルスが種々の印加継続時間印加されることを可能にする。前述の通り、熱パルスが、噴出流に配られる必要があるとき、冷パルス機能がバルブ３３により不活性化され、電気刺激が、抵抗ヒーター１２に印加される。代替的に、冷流体は、常に流し通しにされ、ヒーター１２の電気刺激は、冷流体の冷却効果を補償する事により噴出流表面の温度を上げ下げするようにタイミング良く調整可能である。
【００２１】
図３Ｂは、図３Ａに示す熱変調器を如何に制御するかを命令する電圧波形を提供する。図２Ｂに与えられた熱変調器の第２実施例活性化を示す略図に類似して、この波形セットは、１周期内の熱パルスに続く冷パルスを示す。図３Ｂの電圧波形の上半分は、ヒーター１２に印加された正電圧を示す。更に、バルブ３３は電子的に制御されることが想定される。即ち、正の電位が、パルス源１５及びコネクター１６の手段によりバルブ３３に与えられるとき、そのバルブは開きそして冷流体をチャネル３０から入れる。バルブ３３に何ら電位が与えられないとき、バルブは閉じたままである。図３Ａに記述された熱変調器において、冷流体が通り抜けられないように、そしてヒーター１２を活性化するように、加熱機能は、バルブ３３を閉じた状態で実行される。同様に、電位がヒーター１２に与えられないとき冷却が起き、そしてバルブ３３は、冷流体を通すように開く。故に噴出流を加熱するためにバルブ３３にパルスが与えられない間ヒーター１２には正のパルスが与えられるように図３Ｂの上下の波形は、共通時間軸を共有する。冷パルスが印加される時、上の波形はゼロ電位で、下の波形は正の値である。結果起きる熱変調器を通る熱流と噴出流の温度は、図２Ｃ及び２Ｄにそれぞれ与えられるグラフ中のそれらと同じに見える。
【００２２】
図４Ａ及び４Ｂは、流体を冷やすためにマイクロ電気機械的片持ち梁の利用を通じて冷パルスを作る熱変調器のもう１つの実施例の上面図及び側面図をそれぞれ示す。この熱変調器は又、ノズル孔１１を囲む熱伝導体から作られる抵抗ヒーター１２を利用する。故に、熱パルスは、再びヒーター１２の電気刺激により制御される。冷パルスは、ヒーターをオフにする事により作られ、片持ち梁４１端がヒーター１２に接触するまで片持ち梁４１端の偏向を刺激する。片持ち梁４１それ自身は、ポリシリコン又は金属に限られないが、それらのような熱伝導物質からなる。それは、当業者には良く知られた標準ＭＥＭＳ表面微細機械加工技術を通じて製作される。片持ち梁４１は、冷却化を行うための低温を供給する低温源４０に取り付けられる。この温度は、噴出流体の周囲温度のかなり下でなければならない。低温源４０は、熱電冷却装置に限られないがそれらのような種々の手段を通じてその状態を維持できる。従って、定低温源４０へヒーター１２を選択的に接続する事により冷パルスの噴出流への印加を達成するのは、片持ち梁４１の偏向である。片持ち梁４１自身の偏向は、静電気を通じて制御できる。電位が電極４２に印加されるとき、図４Ｂに示すとおり片持ち梁４１と電極４２との間の空間に電界が確立される。故に、冷パルスは、電極４２の電気的制御により制御可能である。代替的に、片持ち梁それ自身は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）に限られないが、そのような圧電物質から作成可能である。この場合、ＰＺＴは、片持ち梁４１の形で圧電バイモルフ(bimorph)を形成するために構成可能である。この場合、電極４２は、必要とされず、電位の印加を通じて偏向が制御できるように圧電片持ち梁への電極接触により電極４２は置き換えられる。この熱変調器を如何に制御するかを命令する電圧波形は、図４Ｃに示される。図３Ｂに与えられる波形に類似して、下のグラフは、電極４２に与えられる電圧を代表する一方、上のグラフは、ヒーター１２に与えられる電圧を代表する。電気パルス源１５をこのように出る波形は、熱パルスに続く冷パルスを作るために、ヒーター１２及びマイクロ電気機械片持ち梁４１を適切に活性化する。熱変調器を通る熱流と噴出流の温度は、図２Ｃ及び２Ｄにそれぞれ与えられるグラフと再び同じに見える。圧電片持ち梁は好ましくは、その熱伝導性を増加させるために少なくとも１つの厚い金属極を用いて作られる。
【００２３】
図５は、冷蔵システム中に用いられるような気体圧縮熱ポンプが採用された熱変調器を示す。熱変調器は、吸熱化学反応を利用して冷却する、それを貫いて走るチャネルを有する抵抗ヒーター１２が内部に存在するものに類似する。故に、加熱は、ヒーターへ電位を印加する従来の手段で完遂される。この熱変調器においてしかし、冷却チャネルは、冷蔵サイクル中に用いられる熱い気体用の気化コイル５２の部分を形成する。フレオン又は他の共通に使われる冷媒は、システムを通り供給される気体として使用可能である。気化コイルから来る熱蒸気は、コンプレッサー５３を通り送られ、凝縮コイル５０に入れられる。そこでは、冷媒は、今一度液体に戻され、熱を放出する。最後に、プロセスを繰り返すために膨張弁５１は、冷媒が今一度気化コイル５２に入ることを可能にする。冷媒がヒーターの中央部を通って送られる前に、バルブ３３は、開放されなければならない。従って、バルブ３３は、ノズル孔１１から出る流体噴流へ冷パルスを選択的に印加する制御機構である。この熱変調器の操作に対応する電圧波形は、図３Ｂに与えられるものと全く同じである。即ち、この熱変調器は、まさに第２実施例のように要素（この場合、冷媒）を冷却するためにヒーター１２及び気化コイル５２により制御される。ヒーター１２及びバルブ３３への正の電位の印加は、故に同様に時間を記録され且つ実行される。更に、熱変調器を通る熱流とノズル孔１１から出る流体噴出流の温度は、図２Ｃ及び２Ｄにそれぞれ与えられるグラフ中のそれらと同じに見える。
【００２４】
図６Ａは、本発明のもう１つの実施例を構成する熱変調器印字ヘッド１４と電気パルス源１５を示す。電気パルス源１５は、電気パルスコネクター１６を通じて、噴流に熱パルスを提供できるタイプの、例えば第２実施例による装置である流れ印字ヘッド１４に接続される。印字ヘッドが、パルス源１５に答えて噴流に熱パルスを提供できる限り、熱変調器印字ヘッド１４は、印字ヘッド１０を含む実施例に記述される如何なるタイプの印字ヘッドでも良い。波形図６Ｂに示すように、電気パルス源１５は、熱パルスをその上に重ねた一定直流バイアスを提供する。直流バイアス又は他のパルスが無い状態でノズル孔１１を出る流体の表面温度が周囲流体温度より高くなるように直流バイアスを与える。それにより直流バイアスは、温度が例えば周囲より約２度（噴流表面で測定された摂氏温度）だけ高く熱バイアスされた噴流を提供する。噴流の表面温度は一般に、直流バイアスにより、噴流中央部の温度より高い。本発明によれば、直流バイアスを提供することに加えてパルス源１５は又、図６Ｄに示される正の追加パルスと図６Ｃに示される負の追加パルスとを提供できる。図６Ｂ及び図６Ｃに示されるパルスを組み合わせることは、図６Ｆに示される波形を作り出す。故に、パルス源１５は、図６Ｂ及び図６Ｃに示される波形の組み合わせを通してバイアスされた噴流の表面温度を選択的に上げ下げできる。図２Ｃの流れ形状及び図２Ｄに示される温度形状により、これが、図７に示される合体長の減少の効果を有する事が、直前の実施例のように、示される。
【００２５】
図６、より詳しくは、図６Ｄに与えられるグラフの考慮は、ヒーター１２に印加される典型的な波形を示す。それは熱パルスを作ることのみに用いられる。ヒーターの休息レベル（又は直流バイアス）は、波形上０ボルトで特定される。４ボルトの大きさを持った熱パルスは、毎τ２マイクロ秒周期中τ１マイクロ秒継続して印加される。ヒーター１２に印加された図６Ｂの波形は、図６Ｄの波形と同様の効果を有する事は、しかし実験を通じて注意されてきた。図６Ｂにおいて直流バイアスレベルは、図６Ｅに示されるように、３ボルトに上がった。同様に、熱パルスの大きさは、５ボルトに上がった。図６Ｂの全ての他の面、即ち熱パルスが直流バイアスに関して印加された時間は、図６Ｄから保存される。図６Ｂに描かれる波形は、図６Ｄに描かれる波形と同様の効果を持つ。というのは、熱パルスからヒーターに与えられる電力の瞬時変化は、同様に維持されるからである。言い換えると、４ボルト熱パルスが、０ボルト直流バイアスレベルに関しエネルギーを与えるように、５ボルトの熱パルスが３ボルト直流バイアスレベルに関し同量のエネルギーを与える。故に、図６Ｃに示される波形に図６Ｂのそれを加えることは、図６Ｆに与えられる冷パルス波形を作る。図６Ｆの冷パルス波形において、τ３マイクロ秒継続の冷パルス波形（ゼロボルトのヒーター１２への印加）は、熱パルスに続きすぐ後に印加される。冷パルスが直前に記述されたように、そのような冷パルスが、表面形状不安定性を減少させ且つ合体長を減少させる同様の効果を有する事を我々は発見した。故に、図６Ｆに示される波形をヒーター１２又は熱変調器１３へ電気パルス源１５を介し印加することは、図２Ｅに示される合体長を減少させる。
【００２６】
図７は、図６に記述された実施例で実施された、図１Ａの印字ヘッド１０を出る噴流の２つの実際の時間経過写真を示す。左側の写真は、図６Ａに示される正の波形に代表された従来の熱パルス波形を用い、右側の写真は、図６Ｅにより示される冷パルス波形を含む。両方の写真は、液滴が流れを下るにつれて時間が毎２マイクロ秒経過した同じ噴流(jet)を示す。写真は、冷パルスの実施による合体長減少における改良を示すために含まれた。
【００２７】
術語印字ヘッドがここでは使われるが、印字ヘッドは今日、インクのみではなく他のタイプの流体を噴出させるために使われる事を認識する。例えば、薬、顔料、染料、伝導性及び半伝導性の有機物、金属粒、及び他の物質を含む種々の流体の噴出は、今日印字ヘッドを用い可能である。そのようなものとして、術語印字ヘッドは、インキを噴出するのみの装置に限られる事は意図されない。
【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２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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