(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴発生器アレイにおいて、
ａ）熱膨張係数を有し、合焦した音響波のアレイ（列）を提供するように配列され且つ構成されている第１の基体であって、前記合焦した音響波のアレイは幅と該幅より大きい長さとを有する第１基体と、
ｂ）前記第１基体から離間している第２の基体とを備え、前記第２基体は開口のアレイを有し、該第２基体は、前記第１基体に対し、前記各開口が前記第１基体からの前記合焦した音響波を受けることができるように配列されており、前記第１基体と前記第２基体との間の間隔は、入口及び出口を有する液体流チャンバの少なくとも一部分を形成し、前記液体流チャンバは前記液体の流れを受けて前記第２の基体内の各開口に前記液体の自由表面を形成させ、前記各開口によって受けられる前記合焦した音響波は前記開口内に形成された前記液体の自由表面において実質的に合焦し、前記液体の流れは前記入口を通って流入し、前記出口を通って流出し、そして前記液体の流れの少なくとも一部分は、実質的に前記合焦した音響波のアレイの幅と同一の方向に層流で流れるように構成され、
前記液体流チャンバは、前記入口及び前記出口が前記開口アレイの長さを越えて延びる細長いバッフル板で構成され、該バッフル板にはそれぞれ前記液体を通す細長い穴が形成され、該細長い穴は、前記開口アレイの長さにわたって延びる長さを有しており、前記入口の前記バッフル板の細長い穴を通り前記出口の前記バッフル板の細長い穴に至る前記液体の流れが、前記液体流チャンバの中で、前記バッフル板の前記細長い穴に対応して、前記開口アレイの長さにわたって延びる長さと前記第１基体及び前記第２基体の間の前記間隔の幅とに相当する横断面を有するシート状の層流に形成される、
ことを特徴とする液滴発生器アレイ。
【請求項２】
液滴発生器アレイにおいて、
ａ）熱膨張係数を有し、合焦した音響波のアレイを提供するように配列され且つ構成されている第１の基体を備え、前記合焦した音響波のアレイは、幅と該幅より大きい長さを有する第１基体と、
ｂ）前記第１基体から離間している第２の基体であって、該第２基体は開口のアレイを有し、且つ該第２基体は、前記第１の基体に対し、前記各開口が前記第１基体からの前記合焦した音響波を受けることができるように配列された第２基体と、
ｃ）少なくとも部分的に前記第１基体と前記第２基体との間に位置している液体流チャンバとを備え、該液体流チャンバは入口及び出口を有し、該液体流チャンバは、液体の流れを受けて前記第２基体内の各開口が前記液体の自由表面を形成するように構成され且つ配列されており、前記各開口によって受けられる前記合焦した音響波が前記開口内に形成された前記液体の自由表面において実質的に合焦し、前記液体の流れは前記入口を通って流入し、前記出口を通って流出し、そして前記液体の流れの少なくとも一部分は実質的に前記合焦した音響波のアレイの幅と同一の方向に流れるように構成されており、
前記液体流チャンバは、前記入口及び前記出口が前記開口アレイの長さを越えて延びる細長いバッフル板で構成され、該バッフル板にはそれぞれ前記液体を通す細長い穴が形成され、該細長い穴は、前記開口アレイの長さにわたって延びる長さを有しており、前記入口の前記バッフル板の細長い穴を通り前記出口の前記バッフル板の細長い穴に至る前記液体の流れが、前記液体流チャンバの中で、前記バッフル板の前記細長い穴に対応して、前記開口アレイの長さにわたって延びる長さと前記第１基体及び前記第２基体の間の前記間隔の幅とに相当する横断面を有するシート状の層流に形成される、
ことを特徴とする液滴発生器アレイ。
【請求項３】
液滴発生器アレイであって、
ａ）熱膨張係数を有し、合焦した音響波のアレイを提供するように配列され且つ構成されている第１の基体であって、前記合焦した音響波のアレイは、幅と該幅より大きい長さとを有する第１基体と、
ｂ）前記第１基体から離間している第２の基体であって、該第２基体は開口のアレイを有し、前記第２基体は、前記第１基体に対し、前記各開口が前記第１基体からの前記合焦した音響波を受けることができるように配列された、第２基体と、
ｃ）少なくとも部分的に前記第１の基体と前記第２の基体との間に位置している少なくとも１つの液体流チャンバとを備え、前記液体流チャンバは入口及び出口を有し、該液体流チャンバは、液体の流れを受けて前記第２基体内の各開口が前記液体の自由表面を形成するように構成され且つ配列されており、前記各開口によって受けられる前記合焦した音響波は、前記開口内に形成された前記液体の自由表面において実質的に合焦し、前記液体流チャンバは高さと幅とを有し、前記幅は前記高さの少なくとも５倍であるように構成されており、
前記液体流チャンバは、前記入口及び前記出口が前記開口アレイの長さを越えて延びる細長いバッフル板で構成され、該バッフル板にはそれぞれ前記液体を通す細長い穴が形成され、該細長い穴は、前記開口の前記長さにわたって延びる長さを有しており、前記入口の前記バッフル板の細長い穴を通り前記出口の前記バッフル板の細長い穴に至る前記液体の流れが、前記液体流チャンバの中で、前記バッフル板の前記細長い穴に対応して、前記開口アレイの長さにわたって延びる長さと前記第１基体及び前記第２基体の間の間隔の幅とに相当する横断面を有するシート状の層流に形成される、
ことを特徴とする液滴発生器アレイ。
【請求項４】
液滴を音響的に生成する方法において、
ａ）液滴発生器を提供するステップであって、該液滴発生器が、
ｉ）合焦した音響波のアレイを提供するように配列され且つ構成され且つ前記合焦した音響波のアレイは幅と該幅より大きい長さとを有する第１の基体と、
ｉｉ）前記第１基体から離間している第２の基体とを備え、前記第２基体が開口のアレイを有し、該第２基体は、前記第１基体に対し、前記各開口が前記第１基体からの前記合焦した音響波を受けることができるように配列されており、前記第１基体と前記第２基体との間の間隔は入口及び出口を有する液体流チャンバの少なくとも一部分を形成し、前記液体流チャンバは、液体の流れを受けて前記第２の基体内の各開口に前記液体の自由表面を形成し、前記各開口によって受けられる前記合焦した音響波は前記開口内に形成された前記液体の自由表面において実質的に合焦している、液滴発生器の提供ステップと、
ｂ）前記液体流チャンバを通して少なくとも毎分３５ｍｌの液体を流し、前記開口のアレイ内に複数の自由表面を形成させるステップと、
ｃ）音響波を少なくとも１つの前記開口内の１つの自由表面にほぼ合焦させて前記液体の液滴を形成させるステップとを包含し、
前記液体流チャンバは、前記入口及び前記出口が前記開口アレイの長さを越えて延びる細長いバッフル板で構成され、該バッフル板にはそれぞれ前記液体を通す細長い穴が形成され、該細長い穴は、前記開口アレイの前記長さにわたって延びる長さを有しており、前記入口の前記バッフル板の細長い穴を通り前記出口の前記バッフル板の細長い穴に至る前記液体の流れが、前記液体流チャンバの中で、前記バッフル板の前記細長い穴に対応して、前記開口アレイの長さにわたって延びる長さと前記第１基体及び前記第２基体の間の前記間隔の幅とに相当する横断面を有するシート状の層流に形成される、
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
液滴を音響的に生成する方法において、
ａ）液滴発生器アレイを成す液滴発生器を提供するステップであって、前記液滴発生器が、
ｉ）合焦した音響波のアレイを提供するように配列され且つ構成され且つ前記合焦した音響波のアレイは幅と該幅より大きい長さとを有する第１基体と、
ｉｉ）前記第１基体から離間している第２の基体であって、該第２基体は開口のアレイを有し、該第２基体は、前記第１基体に対し、前記各開口が前記第１の基体からの前記合焦した音響波を受けることができるように配列された、第２基体と、
iii）前記第１の基体と前記第２の基体との少なくとも１部が間に位置している液体流チャンバとを備え、前記液体流チャンバは入口及び出口を有し、前記液体流チャンバは、液体の流れを受けて前記第２の基体内の各開口に前記液体の自由表面を形成するように構成され且つ配列されており、前記各開口によって受けられる前記合焦した音響波が前記開口内に形成された前記液体の自由表面において実質的に合焦し、前記液体の流れは前記入口を通って流入し、前記出口を通って流出るように構成されている、液滴発生器の提供ステップと、
ｂ）前記液体流チャンバを通して少なくとも毎分３５ｍｌの液体を流し、前記開口のアレイ内に複数の自由表面を形成させるステップと、
ｃ）音響波を少なくとも１つの前記開口内の１つの自由表面にほぼ合焦させて前記液体の液滴を形成させるステップとを包含し、
前記液体流チャンバは、前記入口及び前記出口が前記開口アレイの長さを越えて延びる細長いバッフル板で構成され、該バッフル板にはそれぞれ前記液体を通す細長い穴が形成され、該細長い穴は、前記開口アレイの前記長さにわたって延びる長さを有しており、前記入口の前記バッフル板の細長い穴を通り前記出口の前記バッフル板の細長い穴に至る前記液体の流れが、前記液体流チャンバの中で、前記バッフル板の前記細長い穴に対応して、前記開口アレイの長さにわたって延びる長さと前記第１基体及び前記第２基体の間の間隔の幅とに相当する横断面を有するシート状の層流に形成される、
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
液滴を音響的に生成する方法において、
ａ）液滴発生器アレイを成す液滴発生器を提供するステップであって、前記液滴発生器が、
ｉ）熱膨張係数を有し、合焦した音響波のアレイを提供するように配列され且つ構成されている第１の基体であって、前記合焦した音響波のアレイは、幅と該幅より大きい長さとを有する、第１基体と、
ｉｉ）前記第１基体から離間している第２の基体であって、該第２基体は開口のアレイを有し、該第２基体は、前記第１基体に対し、前記各開口が前記第１基体からの前記合焦した音響波を受けることができるように配列された第２基体と、
ｉｉｉ）少なくとも部分的に前記第１基体と前記第２基体との間に位置している少なくとも１つの液体流チャンバとを備え、前記液体流チャンバは入口及び出口を有し、該液体流チャンバは、液体の流れを受けて前記第２基体内の各開口が前記液体の自由表面を形成するように構成され且つ配列されており、前記各開口によって受けられる前記合焦した音響波は、前記開口内に形成された前記液体の自由表面において実質的に合焦するようになっており、
ｉｖ）前記液体流チャンバは、オリフィス（開口）アレイの上流及び下流の両側において前記流れの方向に沿って仕切ることができ、前記オリフィスに最も近い端における前記仕切りの端は端行の外縁から前記液体流チャンバの高さの少なくとも５倍だけ除かれており、前記仕切り間の間隔は少なくとも前記流れの高さの５倍である、液滴発生器の提供ステップと、
ｂ）前記液体流チャンバを通して少なくとも毎分３５ｍｌの液体を流し、前記開口のアレイ内に複数の自由表面を形成させるステップと、
ｃ）音響波を少なくとも１つの前記開口内の１つの自由表面にほぼ合焦させて前記液体の液滴を形成させるステップとを包含し、
前記液体流チャンバは、前記入口及び前記出口が前記開口アレイの長さを越えて延びる細長いバッフル板で構成され、該バッフル板はそれぞれ、前記液体を通す細長い穴が形成され、該細長い穴は、前記開口アレイの前記長さにわたって延びる長さを有しており、前記入口の前記バッフル板の細長い穴を通り前記出口の前記バッフル板の細長い穴に至る前記液体の流れが、前記液体流チャンバの中で、前記バッフル板の前記細長い穴に対応して、前記開口アレイの長さにわたって延びる長さと前記第１基体及び前記第２基体の間の間隔の幅とに相当する横断面を有するシート状の層流に形成される、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的には液滴発生器’（ドロップレットエミッタ）に関し、更に詳細には、液体の、連続且つ高速度且つ層流を流すようにした音響作動の液滴発生器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、Hadimiogluらの米国特許第5,565,113号“Lithographically Defined Ejection Units”に開示されているような、音響的に作動するプリンタのための標準の液滴発生器（ドロップレットエミッタ）１０の断面図である。液滴発生器１０は、一方の表面にトランスデューサ１６を、または反対側の表面に音響レンズ１４を有するベース基体１２を有している。ベース基体１２の音響レンズと同一の側には、側壁２０によって限定され、流れる液体２２を保持するチャネルを有する上側支持体１８が取付けられている。上側支持体１８には、開口３０のアレイ２４を有するキャップ形成構造２６が支持されている。トランスデューサ１６、音響レンズ１４、及び開口３０は全て軸方向に整列しており、単一のトランスデューサ１６によって発生された音響波は、トランスデューサ１６と整列した音響レンズ１４によって、その整列した開口内の液体２２のほぼ自由表面２８において合焦（集束）する。十分なパワーが得られると、液滴が放出される。
【０００３】
図２は、図１に示した液滴発生器１０の斜視図である。開口３０のアレイ２４が、キャップ形成構造２６上に明示されている。各アレイ２４は、幅Ｗと長さＬとを有しており、アレイ２４の長さＬとは２つの寸法の大きい方をいう。矢印Ｌfは、上側支持体１８を通る流れる液体２２の流れの方向（長さＬの方向であり、側壁２０によってアレイ２４の長さＬに沿って形成されているチャネルの幅Ｗとは直交している）を示している。これは、流れる液体２２を各アレイの長さＬの方向に流すように、側壁２０によって形成されているチャネルが構成されていることによる。この形態は、多くの長所を有している。それはコンパクトであり、各アレイが異なる特性を有する液体に組合わされている場合に、開口３０の複数のアレイ２４を精密に整列させて生産することが可能である。例えば、カラー印刷応用を可能にするためには、各アレイは異なる色のインクに組合わせることができる。更に、この形態はセットアップ及びインクポンピングシステムへの取付けが容易である。しかしながら、チャネル長Ｌに沿う液体２２の圧力損失は、側壁２０及びチャネル長Ｌによって限定される断面積に依存する。チャネル長Ｌを増加させると、流れ方向に沿う圧力損失が増加する。流れ摩擦損に起因する圧力損失の部分は、チャネルの高さｈに依存しｈによって制限される。
【０００４】
流れ方向に沿うこの圧力損失が大きくなり始めると、流量が制限され得る。圧力損失及び制限された流量は、可能な３つの態様で液滴放出を制限して液滴発生器１０の性能に衝撃を与える。第１に、圧力損失は、長さＬに沿う開口内の流れる液体の自由表面２８のレベルを変化させる。液体レベルが異なると、少なくとも、音響レンズ１４によって合焦される音響エネルギに合焦誤差を生じさせ、放出された液滴はそれらの目標スポットに命中しなくなる。例えば、長さ1.7インチの図１及び２に示す型の形態を使用し、流れる液体の粘度が1.3センチポアズより小さければ、最初の発生器と最後の発生器との間のメニスカス位置の差が５ミクロンを越えるようになるので、流量が毎分10ｍｌを越えると音響レンズの合焦レベル許容差を越えるようになる。もし流量が35ｍｌを越えれば、システムは流れる液体２２の自由表面２８を開口３０内に維持できなくなる。これらの流量では、スピリング及び気泡吸込みの両方が同時に発生する。
【０００５】
第２に、流速が遅い場合も、射出されるドロップの運動エネルギ及び表面エネルギに変換されずに、流れる液体２２及び基体１２内に吸収される音響エネルギの部分によって、流れる流体２２及び基体１２が加熱される。放出された液滴が受入れ媒体上で誤位置に滴下されたことを示す前に、液体が支えることができる温度増加は数℃にしか過ぎない。最悪のシナリオでは、流れる液体２２は十分なエネルギを吸収して沸騰しかねない。実際的な対策は、流速を速めることを可能にするようにアレイ長Ｌを、従って液滴発生器長を極めて短くしなければならないか、又は液体が過剰のエネルギを吸収して受容できないレベルまで加熱されるのを防ぐように放出速度を極めて遅く保たなければならないかの何れかである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１及び２に示す形態と、1.7インチの長さＬとを有する上述した例を使用して、全ての発生器がほぼ30ワットで放出するような最大放出レートで動作させた場合、最初の発生器と最後の発生器との間の温度差はほぼ39℃乃至75℃である。この温度差は、将に数℃の好ましい範囲よりも明らかに上であり、液滴命中品質の精度に大きく影響する。このような結果を補正するためには、流れる液体の流量を増加させなければならないか、またはベース基体１２及び流れる液体２２内に生成される熱エネルギが小さくなるように、放出レートを大幅に低下させなければならない。しかしながら、図１及び２に示す設計を使用した場合、上述したように、流れる液体２２の流量を増加させると受容できない圧力損失、及びメニスカス位置変化がもたらされる。従って図１及び２に示す設計を使用する場合には、受容できるドロップ命中精度を達成するために、流れる液体２２の過剰な加熱を防ぐように放出レートを低く保たなければならない。
【０００７】
第３に、もし液滴発生器が高い放出レートで液滴を放出していれば、より大きい体積の流体が液滴放出のために失われ、これは遅い放出レートに置換されたと考えることができる。この場合も、実際的な対策は、流速を速めることを可能にするようにアレイ長Ｌを、従って液滴発生器長を極めて短くしなければならないか、または十分な補充時間を可能にするように放出速度を極めて遅く保たなければならないかの何れかである。
【０００８】
従って、液体流路の放出部分に沿う圧力を実質的に一定に維持し、また高い放出速度においても液体流れ温度の上昇を最小に抑え、十分な液体補充率を有していながら高速の流速を有する任意長Ｌの液滴発生器を設計できれば、それは高度に望ましいことである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
要約すれば、本発明による液滴発生器は、合焦した（集束した）音響波のアレイを発生するように構成された第１の基体を有している。合焦した音響波のアレイは、ある長さとある幅とを有し、長さは幅より大きい。液滴発生器は、第１の基体から離間している第２の基体を更に有している。第２の基体は開口のアレイを有しており、これらの開口は、合焦した音響波を各開口が受けることができるように配列されている。更に、少なくとも部分的に第１の基体と第２の基体との間に位置する液体流チャンバが存在している。液体流チャンバは入口及び出口を有し、液体の層流を受けるように構成され、配列されていて、液体の自由表面が第２の基体内の各開口によって形成されるようになっている。各開口によって受けられる合焦した音響波は、開口内に形成された液体の自由表面に実質的に合焦される。液体の層流は入口を通って流入し、出口から流出し、そして液体の層流の少なくとも一部分は合焦した音響波のアレイの長さと実質的に同一の方向に流れる。
【００１０】
【実施の形態】
図３は、本発明により構成された液滴発生器（ドロップレットエミッタ）４０を断面図で示している。液滴発生器４０はベース基体４２を有している。ベース基体４２は、一方の表面上にトランスデューサ４６を、また反対側の表面上に音響レンズ４４を有している。ベース基体４２から離間しているのは、液体レベル制御板５６である。ベース基体４２及び液体レベル制御板５６は、流れる液体５２を保持するチャネルを限定している。液体レベル制御板５６は、開口６０のアレイ５４を含んでいる。トランスデューサ４６、音響レンズ４４、及び開口６０は全て軸方向に整列しており、信号トランスデューサ４６によって発生された音響波は、その整列された音響レンズ４４によってその整列された開口６０内の液体５２の自由表面５８においてほぼ合焦（集束）するようになっている。十分なパワーが得られると、液滴が放出される。
【００１１】
図４は、図３に示した液滴発生器４０の斜視図である。開口６０のアレイ５４が、液体レベル制御板５６上に明示されている。矢印Ｌfは、ベース基体４２と液体レベル制御板５６との間の流れる液体５２の流れの方向を示している。流れる液体５２の流れの方向Ｌfが、図１及び２のようにアレイ５４の（長い方の）長さＬに沿うのではなく、（短い方の）幅Ｗに沿うように配列されていることに注目されたい。この形態では、液体５２の流れ速度は、チャネルを限定している側壁間の距離には実質的に無関係である。この点を更に説明するために、図２においては、アレイ２４の長さＬ、従ってチャネルの長さ（流れの方向Ｌfにおける距離）が、アレイ２４の幅Ｗ、従ってチャネルの幅（流れの方向Ｌfを横切る距離）よりも遙かに大きいことに注目されたい。しかしながら、図３においては、液体の流れの方向がアレイの長さＬと直交するように回転されているので、流れの方向Ｌfにおける距離は遙かに短い。従って、アレイ長を増加させても、流れの方向に沿う流量及び圧力損失は、流れの速度が同一であればアレイ長には実質的に無関係になる。
【００１２】
この形態を用いると、遙かに大きい流量を達成することができる。例えば、この形態で製造された1.7インチの長さＬを有する液滴発生器は、毎分150ｍｌの流量を維持し、最初の発生器と最後の発生器とのメニスカス位置の差は５ミクロンであった。これらの同じプリントヘッドは、毎分300ｍｌまでの流量も達成した。これらの高い流量は、例えば、流れる液体５２が液滴発生器４０の熱的均一性を維持するのを援助することができる。即ち、流れる液体５２自体は音響放出プロセス中に生成される過剰の熱のために加熱される機会が少ないだけではなく、流れる液体５２は基体４２と熱的に接触しているので動作中に基体４２内で生成される過剰の熱をも吸収し、基体４２自体が過剰に加熱されるのを防ぐことができる。特定的には、上記のように製造されたプリントヘッドを、全ての発生器が約30ワットで放出する最大放出レートで試験した結果、最初の発生器と最後の発生器との間の最大瞬時温度差は約2.9℃乃至５℃の間であることが解った。容易に理解できるように、これは従来技術の液滴発生器の性能を大きく改善している。
【００１３】
図５は、流れる液体５２を液滴発生器へ供給するために、どのようにして図３及び４の液滴発生器を、流体マニホルド６２とアセンブルすることができるかを示す断面図である。若干の環境においては単一構造の流体マニホルド６２が望ましいかも知れないが、この実施の形態では、流体マニホルド６２は２つの部分、即ち上側マニホルド９８及び下側マニホルド９２に分割されており、それらの間に可撓シール８４が設けられている。
【００１４】
ベース基体４２及び液体レベル制御板５６と直接接触している下側マニホルド９２は、ベース基体４２が作られている材料と比較的類似する熱膨張係数を有する材料、好ましくは±0.5×10-6／℃の範囲以内の熱膨張係数を有する材料で作らなければならない。これは、主として、下側マニホルド９２と液体レベル制御板５６とを整列させ、次いで結合させて硬化させるステップ中にベース基体４２が250℃までの大きい温度変化を受ける可能性があり、部品の熱膨張差が５ミクロンより大きい場合にはアセンブリが破壊する恐れがあるからである。ベース基体４２を構成するための最も一般的な材料は、約3.9×10-6／℃の熱膨張係数を有するガラスである。ベース基体４２がガラスで作られている場合には、下側マニホルド９２を構成する可能材料は、合金42、コバール、いろいろなセラミック、及びガラスを含み、これらは全て受容可能な熱膨張係数を有している。しかしながら液滴発生器４０の長さ、従ってベース基体４２及び液体レベル制御板５６の両方の長さが増加すると、熱膨張係数の許容できる変化、または最大温度変化の何れか、または両者を相応に減少させなければならない。
【００１５】
合金42、コバール、セラミック、及びガラスは高価であり、処理が難しくなり得るので、上側マニホルド９８は安価なプラスチックのような材料で作られる。プラスチックガラスとは異なる熱膨張係数を有しているので、下側マニホルド９２には不適である。可撓シール８４は、上側マニホルド９８と下側マニホルド９２との間の流体シールを可能にしながら、同時に、これらの部品が異なる熱膨張係数によって伸縮する際にこれらの間に柔軟性を与える。
【００１６】
下側マニホルド９２は、液体レベル制御間隙突起９４を有している。液体レベル制御板５６は、この液体レベル制御間隙突起９４に取付けられている。液体レベル制御間隙突起９４は、ベース基体４２及び液体レベル制御板５６を液滴発生器４０内にアセンブルし、下側マニホルド９２に取付ける時に、ベース基体４２と液体レベル制御板５６との間の精密な間隔を達成するために使用される。
【００１７】
液滴発生器４０を組立てて流体マニホルド６２に取付けると、マニホルド入口８６から始まって、ベース基体４２と液体レベル制御板５６との間の間隙を通り、マニホルド出口８８で終わる段液体シート流チャンバ９０が作られる。マニホルド入口８６及びマニホルド出口８８は共にシート流仕切り６４を有しており、この仕切り６４は液体シート流チャンバ９０を通って流れる液体のシート流を発生させ、維持する。
【００１８】
図３、４、及び５に示す実施の形態では、液体シート流チャンバ９０は流れの通路内に、特にベース基体４２と液体レベル制御板５６との間のシート流チャンバ９０の部分内に物理的な、または構造的な妨害物を有していないことに注目されたい。これは、アレイの全長にわたって全ての発生器に対して均一な流速を保証するので、好ましい実施の形態である。更に、これはプリントヘッドの充填中に、または液体流５２内の摂動によって発生する気泡が捕捉される可能性を低下させ、システム内へ導入され得る気泡を迅速に除去することを可能にする。しかしながら、液滴発生器の長さＬを大きくした場合には、液体レベル制御板５６に付加的な支持体を設けることが望ましいことに注目されたい。図６に示すように、このような液体レベル制御板支持体４８は、最小の底面積を有していること、及び液体流チャンバ９０の両端から、及び互いに、チャネル高ｈの少なくとも５倍の最小距離に配置されていることを条件として、液体流チャンバ９０内に配置することができる。更に、支持体は、開口６０からもチャネル高ｈの少なくとも５倍の距離だけ離間させなければならない。液体レベル制御板支持体４８は流れの方向に配置されており、それらが存在している液体シート流チャンバ９０の液体レベル制御板支持体４８の間の部分に、幾つかの大きい流れチャンバ５０を効果的に作っていることに注目されたい。
【００１９】
下側マニホルド９２及び液滴発生器スタック４０と共に組立てられている付加的な部品は、ブリッジ板８２である。ブリッジ板８２は、フレックスケーブル１００を取付けるために使用されている。フレックスケーブル１００は、フレックスケーブル１００上に取付けられていて合焦した（focussed（集束した））音響波を生成して制御するために使用される離散した回路成分７６のための接続を提供するために使用される。ボンドワイヤー９６は、フレックスケーブル１００と、ベース基体４２上に取付けられている回路チップ８０との間の電気接続を与える。液滴発生器のための制御回路は、例えば、1998年７月28日付Buhlerらの米国特許第5,786,722号“Integrated RF Switching Cell Built In CMOS Technology And Utilizing A High Voltage Integrated Circuit Diode With A Charge Injecting Node”、または1995年２月14日付Hadimiogluらの米国特許第5,389,956号“Techniques For Improving Droplet Uniformity In Acoustic Ink Printing”に開示されている。
【００２０】
図７は、図５に断面図で示した液滴発生器に、熱伝導成分を付加して示す斜視図である。即ち、熱伝導バックプレーン７２がフレックスケーブル１００とマニホルド６２との間に挿入されている。更に、熱伝導バックプレーン７２と、上側マニホルド９８との間には熱伝導接続７４がなされている。熱伝導バックプレーン７２とマニホルド６２との間の熱伝導によって、回路チップ８０が発生する熱をマニホルド６２を介して流れる液体５２へ転送できる。このアセンブリは、デバイスの出口部分において、即ち流れる液体５２が液体シート流チャンバ９０を通過した後に、マニホルド出口管６８から出て行く流れる液体５２へ過剰の熱を転送するように配列されていることに注目されたい。これにより、過剰の熱を、液滴発生器４０から遠去かるように運搬することができ、液滴発生器４０内の熱均一性を維持するのを援助する。
【００２１】
図７に示す別の特色は、ばねクリップ７８である。ばねクリップ７８はアセンブリ全体を確保するために使用されるが、上側マニホルド９８及び下側マニホルド９２の異なる熱膨張係数に起因する下側マニホルド９２に対する上側マニホルド９８の若干の運動を可能にしている。しかしながら、同じ機能を達成する他の締付け方法も公知である。例えば、上側マニホルド９８は、エラストマー張合せ継手を用いて下側マニホルド９２へ取付けることができる。エラストマー張合せ継手は、上側マニホルド９８を下側マニホルド９２に固定的に取付けるが、異なる熱膨張係数に起因する下側マニホルド９２に対する上側マニホルド９８の若干の運動は可能にする。しかしながら、ばねクリップ７８を使用する場合には、ばねクリップの数及び位置は、可撓シールが漏れを生じないように、またベース基体４２と液体レベル制御板５６との間の間隙の変形を最小にするように、シール力を液滴発生器４０のアレイ５４の長さＬに沿って均一に分布させるべきである。これを達成するために、２つの可撓シール８４は、図７に示す実施の形態においては２つの細長いＯリングであることに注目されたい。この型のＯリングシールのコンプライアンスまたはこわさ（剛さ）は、Ｏリングの両端を除いて、Ｏリングの長さに沿ってかなり均一である。この型のＯリングは、その両端において、Ｏリングの残余の長さに沿うよりも遙かにこわい。従って、シール力をシールの長さにわたって均一に分布させる、または、シールを実質的に均一に圧縮することを保証するためには、Ｏリングの両端においては、Ｏリングの残余の長さに沿うよりも多くの力が必要である。これを達成する１つの方法は図７に示すようすること、及び、ばねクリップ７８をＯリングのよりこわい両端上に配置することである。しかしながら、これが使用可能な唯一の方法ではなく、例えばＯリングの両端上に、Ｏリングの残余の長さよりも多くの締付け力を加える全長ばねクリップを使用することができる。また、小さい力を加える一連の小さいばねクリップをＯリングの長さに沿って配置し、一方、より大きい力を加えるより大きいばねクリップをＯリングの両端に使用することもできる。
【００２２】
図８及び９はそれぞれ、上側マニホルド９８及び下側マニホルド９２の分解図である。この場合も、多くの製造技術が知られているが、上側マニホルド９８を製造する１つの方法は、上側マニホルドを容易に製造可能な成分に分割し、それらを上側マニホルドに組立てることである。上側マニホルドは、上側部分９８ａと下側部分９８ｂとに分割され、それらの間に挿入される１対のバッフル１０２を用いて組立てられる。バッフル１０２は、上側マニホルド９８内への液体の流れを、シート流に変換するのを援助するために使用される。マニホルド入口管６６及び出口管６８を上側部分９８ａ内に挿入して、上側マニホルド９８のアセンブリを完成させることができる。
【００２３】
下側マニホルド９２は、同じような手法で部品を、フレックスケーブル７２、ベース基体４２、及び液体レベル制御板５６と共にスタックすることによって組立てることができる。下側マニホルド９２は、４つのシート状部分９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、及び９２ｄ内に製造されている。これは、各部分を、容易に入手可能なシート金属ストックのようなシート材料から容易に且つ正確にスタンプし、化学的にエッチングし、またはレーザカットできるので、下側マニホルド９２の製造を容易にすることができる。液体シート流チャンバは、部分９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、及び９２ｄをスタックし、ベース基体４２及び液体レベル制御板５６と共に組立てた時に、各部分から切除されているパターンによって限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】音響的に作動するプリンタのための従来技術の液滴発生器の断面図である。
【図２】図１に示す従来技術の液滴発生器の斜視図である。
【図３】本発明による液滴発生器の断面図である。
【図４】図３に示す液滴発生器の斜視図である。
【図５】図３に示す液滴発生器に、流体マニホルドを取付けて示す断面図である。
【図６】図４に示す液滴発生器に、液体レベル制御板支持体を追加して示す斜視図である。
【図７】図５に示す液滴発生器に、熱伝導成分追加して示す斜視図である。
【図８】上側マニホルドを組立てるために使用される部品の分解図である。
【図９】下側マニホルド及びフレックス回路を有する液滴発生器を組立てるために使用される部品の分解図である。
【符号の説明】
１０  標準液滴発生器
１２  ベース基体
１４  音響レンズ
１６  トランスデューサ
１８  上側支持体
２０  側壁
２２  流れる液体
２４  開口のアレイ
２６  キャップ形成構造
２８  液体の自由表面
３０  開口
４０  液滴発生器
４２  ベース基体
４４  音響レンズ
４６  トランスデューサ
４８  液体レベル制御板支持体
５０  分割された流れチャンバ
５２  液体
５４  開口のアレイ
５６  液体レベル制御板
５８  液体の自由表面
６０  開口
６２  流体マニホルド
６４  シート流仕切り
６６  マニホルド入口管
６８  マニホルド出口管
７２  熱伝導バックプレーン
７４  熱伝導接続
７６  離散した回路成分
７８  ばねクリップ
８０  回路チップ
８２  ブリッジ板
８４  シール
８６  マニホルド入口
８８  マニホルド出口
９０  シート流チャンバ
９２  下側マニホルド
９４  液体レベル制御間隙突起
９６  ボンドワイヤー
９８  上側マニホルド
１００  フレックスケーブル
１０２  バッフル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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