(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ５ｍｍ未満のポリマー材料からなるフィルムの表面に形成された複数の長形流路を有する少なくとも１層の微細構造化フィルムであって、各長形流路は約３００μｍ以下の水力半径（hydrauric radius)と少なくとも約１０：１のアスペクト比を有し、ここに水力半径とは流路の湿潤可能な断面積を湿潤可能な流路周囲長で除算した値であり、アスペクト比は（流路の長さ）対（水力半径）の比であり、微細構造化フィルム層の流路に液体を保存することができる微細構造化フィルムと、
前記構造化表面に隣接するキャップ層と
を含む貯蔵器。
【請求項２】
液体を保存および分配するための液体分配器であって、
それぞれが厚さ５ｍｍ未満のポリマー材料からなる微細構造化フィルムの重畳層から形成された複数の長形流路を備える貯蔵器であって、各微細構造化フィルム層は該フィルム層の構造化表面に形成された複数の長形流路と分配縁部を有し、各長形流路は分配縁部に出口を有し、各長形流路は約３００μｍ以下の水力半径（hydrauric radius)と少なくとも約１０：１のアスペクト比を有し、ここに水力半径とは流路の湿潤可能な断面積を湿潤可能な流路周囲長で除算した値であり、アスペクト比は（流路の長さ）対（水力半径）の比であり、微細構造化フィルム層の流路に液体を保存することができる貯蔵器と、
貯蔵器の分配縁部と液体連通し、貯蔵器の流路に保存された液体を調整可能に分配できる場所を提供する移送要素と
を含む液体分配器。
【請求項３】
開口部を有するハウジングと、
それぞれが厚さ５ｍｍ未満のポリマー材料からなる微細構造化フィルムの重畳層から形成された複数の長形流路を備える貯蔵器であって、各微細構造化フィルム層は該フィルム層の構造化表面に形成された複数の長形流路と分配縁部を有し、各長形流路は分配縁部に出口を有し、各長形流路は約３００μｍ以下の水力半径（hydrauric radius)と少なくとも約１０：１のアスペクト比を有し、ここに水力半径とは流路の湿潤可能な断面積を湿潤可能な流路周囲長で除算した値であり、アスペクト比は（流路の長さ）対（水力半径）の比であり、微細構造化フィルム層の流路に液体を保存することができる貯蔵器と、
貯蔵器の分配縁部と流体連通し、ハウジング内に配置され、前記開口部を介してアクセス可能であることで、貯蔵器の流路内に保存されている液体を調節可能に分配できる位置を提供する移送要素と、
を含むインクジェットカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、一般に、微細構造支持フィルム表面に関する。本発明は、特に、液体を保存および分配する貯蔵器として微細構造化フィルム表面の層を有する装置、およびこうした層を使用する方法に関する。
【０００２】
〔背景技術〕
微細構造化フィルム表面は、様々な製品および方法に使用される。たとえば、米国特許第５，０６９，４０３号および第５，１３３，５１６号は、表面を流れる流体の抗力抵抗を減少させるために使用される微細構造支持フィルム表面に関する。特に、一連の平行な頂点が一連の平行な谷によって互いに分離されているパターン化第１表面を使用した馴染みやすいシート材料が開示されている。
【０００３】
また、微細構造支持フィルム表面は、流体を搬送するために使用されてきた。たとえば、米国特許第５，５１４，１２０号および第５，７２８，４４６号は、液体を液体透過性の表面シートから吸収コアに迅速かつ均一に搬送する液体処理フィルムを有する吸収製品、たとえばおむつに関する。液体処理フィルムは、上に複数の溝つまり流路が形成された少なくとも１つの微細構造支持親水性表面を有する一般に可撓性のシートである。
【０００４】
それにも関わらず、微細構造化フィルム表面のその他の新規かつ有用な応用例が望まれる。
【０００５】
〔発明の開示〕
本発明は、流路または溝がフィルムの第１主面に形成された微細構造化フィルムは、積み重ねてキャップを取り付けるか、および／またはその他の方法で層を形成した場合、液体を閉じ込めて搬送するための毛管の配列を形成することができるという認識に基づく。液体は、多くの方法で貯蔵器内に保存し、その後貯蔵器から分配するかもしくは抽出するか、または他の方法で取り出すことができる。たとえば、フィルム材料を湿潤させることができる液体中に流路の開口部を挿入すると、毛管作用によって、液体は流路の配列内に移動する。流路の開口部を液体から取り出すと、液体と流路の内面との間の吸引力によって、液体は流路内に残り、流路の配列内に効果的に閉じ込められる。吸引力を克服するのに十分なポテンシャルを流路の開口部に加えると、液体は流路の開口部方向に移動して流路から出て行き、一度閉じ込められた液体が流路から分配される。流路が形成されている層は、調節可能な方法で必要に応じて液体の異方性（つまり方向に依存する）分配、抽出または除去を促進する線形かつ均一な形態で組み立てて積み重ねるか、キャップを取り付けるか、および／またはその他の方法で層状にすることができる。
【０００６】
本発明の貯蔵器は、貯蔵器内に保存される多量の割合の液体を最終的に分配、抽出またはその他の方法で取り出すのに効果的であり、比較的安価な可撓性または剛性ポリマーなどのような様々な材料から容易かつ経済的に製造することができる。貯蔵器の構造化表面の形状構成は、高度に調節可能、予測可能かつ規則正しく、公知の微細複製またはその他の技術を用いて高度の信頼性かつ再現性で成形することができる。貯蔵器は、特定用途の保存および分配、抽出またはその他の取出し要件に適合するきわめて多様な構成で製造することができる。こうした多様性は、構造化表面形状構成の可能性（たとえば、離散または開放流路）、流路構成（たとえば、広い、狭い、「Ｖ」形、矩形、一次および／または二次流路）、スタック構成（たとえば、接合または非接合対面、非対面層、付加層、整列流路、偏位流路および／または流路パターン）、並びに流路出口（たとえば、サイズ、構成またはパターン）などの形状構成で明らかである。さらに、層は、構造化表面の湿潤性を増加もしくは低下させるか、またはその他の目的で処理することができる。
【０００７】
本発明の貯蔵器は、複数の長形流路が微細構造化フィルムの構造化表面に形成された微細構造化フィルムの少なくとも１つの層を備える。この貯蔵器は、微細構造化フィルムの構造化表面に隣接するキャップ層をさらに備える。
【０００８】
本発明による液体分配器は、微細構造化フィルムの重畳層から形成された複数の長形流路内に液体を保存できる貯蔵器を備える。微細構造化フィルムの少なくとも１つの層は分配縁部を有し、少なくとも１つの長形流路は、分配縁部に出口を有する。液体分配器は、貯蔵器の分配縁部に流体連通するとともに、貯蔵器内に保存されている液体を調節可能に分配できる位置を提供する移送要素（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｅｌｅｍｅｎｔ）をさらに備える。
【０００９】
一実施態様では、本発明の液体分配器は、開口部を有するハウジングと、ハウジング内に位置する貯蔵器とを含むインクジェットカートリッジの形態を取ることができる。貯蔵器は、微細構造フィルムの重畳層から形成された複数の長形流路を備える。少なくとも１つの層は分配縁部を有し、少なくとも１つの長形流路は、分配縁部に出口を有する。液体、たとえばインクは、貯蔵器の流路内に保存できる。インクジェットカートリッジは、貯蔵器の分配縁部と流体連通する移送要素をさらに備える。移送要素は、開口部から移送要素にアクセス可能にハウジング内に配置され、貯蔵器内に保存されている液体を調節可能に分配できる位置を提供する。
【００１０】
もう１つの実施態様では、本発明の液体分配器は、筆記用具の形態を取ることができる。この筆記用具は、貯蔵器が配置されている一方の端部に開口部を有する長形の管状ハウジングを含む。貯蔵器は、液体、たとえばインクを保存できる微細構造化フィルムの重畳層から形成される複数の長形の流路を備える。微細構造化フィルムの少なくとも１つの層は分配縁部を有し、少なくとも１つの長形流路は、分配縁部に出口を有する。貯蔵器は、開口部から分配縁部にアクセス可能に長形管状ハウジング内に配置される。また、この筆記用具は、開口部から長形管状ハウジングの端部内に挿入される部分を有するペン先を備えており、ペン先は分配縁部と連通し、ペン先を介して貯蔵器から液体を調節可能に分配することができる。
【００１１】
さらに、本発明は、液体分配方法に関する。この液体分配方法は、微細構造化フィルムの重畳層から形成されている複数の長形流路を有する貯蔵器を提供し、貯蔵器の流路内に液体を保存し、貯蔵器の流路内に保存された液体を調節可能に分配することを含む。
【００１２】
本発明によるもう１つの方法は、複数の長形流路が微細構造化フィルムの構造化表面に形成された微細構造化フィルムの少なくとも１つの層を備える貯蔵器を提供し、貯蔵器の流路内に液体を保存し、貯蔵器の流路内に保存された液体を必要に応じて取り出すことを含む。
【００１３】
〔好適な実施態様の詳細な説明〕
本発明による液体分配器１０を単純化した略図で図１に示す。図２を参照すると最も良く分かるとおり、分配器１０は、各々の層１４が２つの主面の少なくとも一方に構造化表面１６を有する、材料の重畳層（ｏｖｅｒｌａｙｉｎｇ  ｌａｙｅｒｓ；オーバーレイ層）１４から形成される貯蔵器１２を含む。構造化表面１６を有する層１４は、一般に微細構造化フィルムとして周知されている。図２に示すとおり、構造化表面１６は、複数の流路（つまり溝）１８が層１４内に形成されており、これら溝は、実質的に各々の流路の長さに沿って流路全体で均一かつ規則的である。流路１８は、構造化表面１６の一方の縁部から他方の縁部まで完全に延在するが、１つまたは複数の構造化表面１６の一部分に沿ってのみ流路１８を延在させても良いことが分かるであろう。各々の流路１８は、１つまたは複数の出口２０を有することができる。出口２０は、各々の層１４の縁部に沿って形成することができ、各々の層１４は、液体を通すことができる分配縁部２２を有することができる。しかし、１つまたは複数の流路１８は、出口２０がないように形成しても良いことが分かるであろう。
【００１４】
層１４は、液体分配器１０の特定の用途に応じて選択した可撓性、判剛性または剛性の材料から構成される。層１４は、正確に形成して微細構造化表面１６を生成することができるという点で、ポリマー材料から構成する。ポリマー材料は、様々な必要性に適する多くの異なる特性を有するため、実質的に多様性がある。ポリマー材料は、たとえば可撓性、剛性、浸透性などに基づいて選択する。ポリマー層１４を使用すると、構造化表面１６を一貫して製造し、多数かつ高密度の流路１８を形成することができる。したがって、高度に規則正しい液体分配器１０をきわめて正確かつ経済的に製造しやすい。
【００１５】
層１４を積み重ねて貯蔵器１２を形成する場合、流路１８は、液体を取得および保存し、必要に応じて分配、抽出またはその他の方法で取り出すための毛管として作用することができる。流路１８の断面は、他の流路１８に関係なくどの流路１８にも液体を容易に充填できるように、非常に小さいことが好ましい。つまり、１つの流路１８にたとえば第１の液体を完全に充填し、隣接する流路１８が空気または第２の液体のみを含むようにすることができる。流路１８は、所望の毛管作用を提供する断面輪郭にすることができ（用途によっては、所望の毛管作用は最小限であるか、または毛管作用がない）、容易に複製しやすいことが好ましい。
【００１６】
図２および図３に示すように、構造化表面１６に使用できる１つの流路の輪郭は、一連の隣接する尖った頂点２４であって、各々の頂点２４が２つの平坦な側壁２６から形成される頂点の間にＶ形流路１８を形成する。谷２８は、２つの側壁２６が交差する頂点２４の間に形成される。角度幅３０は、図３に示すように、流路１８を形成する２つの平坦な側壁２６間の角度であり、約１０°〜約１２０°、好ましくは約１０°〜約９０°、最も好ましくは約２０°〜約６０°である。角度幅３０がより狭い流路１８は毛管作用がより大きいが、角度幅３０が狭すぎると、毛管作用は著しく低下することが観察された。角度幅３０が広すぎる場合、流路１８は所望の毛管作用を提供することができない。また、角度幅３０が狭くなるにつれて、液体による構造化表面１６の湿潤性は、角度幅３０がより大きい流路の構造化表面の湿潤性ほど高くなくても、類似の毛管作用が得られることが観察された。
【００１７】
本発明による液体分配器１０に使用できる微細構造化フィルムのもう１つの実施態様である層１１４を図４に示す。層１１４の断面輪郭は、層１１４の構造化表面１１６に形成された流路１１８を備える。流路１１８は、尖った頂点１２４が平坦な床１３０によって分離されており、各々の流路１１８には、側壁１２６と平坦な床１３０との交点にノッチ１２８が形成されている。ノッチ１２８は、開先角度１３２が９０°を超え約１５０°まで、好ましくは約９５°〜約１２０°のノッチである。ノッチの開先角度１３２は、一般に、ノッチ１２８から、ノッチ１２８を形成する側壁１２６および平坦な床１３０上にノッチ１２８から約２μｍ〜約１０００μｍの位置まで測定して得られた割線角度であり、側壁１２６および平坦な床１３０上のほぼ中間の位置で測定した割線角度であることが好ましい。
【００１８】
本発明による液体分配器１０に使用できる微細構造化フィルムのもう1つの実施態様である層２１４を図５に示す。層２１４の断面輪郭は、層２１４の構造化表面２１６上に形成された流路２１８を備える。流路２１８は、一次および二次Ｖ形溝２２４および２２６を含む。一次溝２２４は、２つの尖った一次頂点２２８の間に位置する。各々の一次頂点２２８は、２つの平坦な一次側壁２３０の頂上に形成される。二次溝２２６は、一次頂点２２８と尖った二次頂点２３２との間、および２つの二次頂点２３２の間にある。各々の二次頂点２３２は、２つの平坦な二次側壁２３４の頂上に形成される。一次溝の角度幅２３６は、一次溝２２４を形成する２つの平坦な一次側壁２３０間の角度であり、それほど重要ではないが、一次溝２２４が液体を導く上で効果的ではなくなるほど広くてはならない。概して、一次溝の最大幅２４０は、約３０００μｍ未満であり、好ましくは約１５００μｍ未満である。Ｖ形一次溝２２４の一次角度幅２３６は、概して約１０°〜約１２０°、好ましくは約３０°〜約９０°である。一次溝２２４の一次角度幅２３６が狭すぎる場合、一次溝２２４は、一次溝の基部の幅が不十分で、適切な数の二次溝２２６を収容できなくなる。概して、一次溝２２４の一次角度幅２３６は、二次溝２２６を形成する２つの平坦な側壁２３４間の角度である二次角度幅２３８より大きく、一次溝２２４の基部に２つ以上の二次溝２２６を収容できることが好ましい。概して、二次溝２２６は、Ｖ形一次溝の場合、一次溝２２４の一次角度幅２３６より少なくとも２０％小さい二次角度幅２３８を有する。一次溝の深さ２４２および二次溝２２６の深さ２４４は、一般に実質的に均一である。
【００１９】
本発明による液体分配器１０に使用できる微細構造化フィルムのもう１つの実施態様である層３１４を図６に示す。層３１４の断面輪郭は、層３１４の構造化表面３１６に形成された流路３１８を備える。流路３１８は、平坦な床３２６によって分離される平坦な上面を有する頂点３２４の間に形成される。頂点３２４は、平坦な上面３２８と２つの平坦な側壁３３０とを有する。ノッチ３３２は、平坦な側壁３３０と平坦な床３２６との交点に形成される。流路３１８は、９０°を超えて約１５０°までの範囲、好ましくは約９５°〜約１２０°のノッチ開先角度３３４で形成される。
【００２０】
本発明による液体分配器１０に使用できる微細構造化フィルムのさらにもう１つの実施態様である層４１４を図７〜図８に示す。層４１４の断面輪郭は、層４１４の構造化表面４１６に形成された流路４１８を備える。流路４１８は、一次および二次溝４２４および４２６を有し、一次溝４２４は、２つの平坦な上面を有する一次頂点４２８間に位置し、二次溝４２６は、一次頂点４２８と平坦な上面を有する二次頂点４３０との間、および２つの二次頂点４３０の間に位置する。各々の一次頂点４２８は、平坦な一次上面４３２と２つの平坦な一次側壁４３４とを有し、各々の二次頂点４３０は、平坦な二次上面４３６と２つの平坦な二次側壁４３８とを有する。平坦な床４４０は、一次および二次頂点４２８および４３０を互いに分離する。ノッチ４４４は、平坦な床４４０と平坦な一次側壁４３４との交点、および平坦な床４４０と平坦な二次側壁４３８との交点に位置する。流路４１８は、図８に示すように、９０°を超えて約１５０°までの範囲、好ましくは約９５°〜約１２０°の範囲のノッチ開先角度４４６で形成される。
【００２１】
本発明による液体分配器１０に使用できる微細構造化フィルムのさらにもう１つの実施態様である層５１４を図９に示す。層５１４の断面輪郭は、層５１４の構造化表面５１６に形成された流路５１８を備える。流路５１８は矩形であり、平坦な床５２６によって分離された矩形の頂点５２４間に形成される。頂点５２６は、平坦な上面５２８および２つの平坦な側壁５３０を有する。ノッチ５３２は、平坦な側壁５３０と平坦な床５２６との交点に形成される。好ましくは、流路５１８は、約９０°のノッチ開先角度５３４で形成される。
【００２２】
構造化表面１６、１１６、２１６、３１６、４１６および５１６は、アスペクト比（つまり、流路の長さ対水力半径の比率）が１０：１、実施態様によっては１００：１を超え、また実施態様によっては少なくとも１０００：１である流路１８、１１８、２１８、３１８、４１８または５１８を画定する微細構造化表面である。頂部端ではアスペクト比は明らかに大きいが、一般的には約１，０００，０００：１より小さいであろう。流路の水力半径（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  ｒａｄｉｕｓ、つまり、流路の湿潤可能な断面積を湿潤可能な流路周囲長（ｗｅｔｔａｂｌｅ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｃｅ）で除算した値）は、約３００μｍ以下である。多くの実施態様では、水力半径は１００μｍ未満で良いが、１０μｍ未満の場合もある。水力半径は、多くの用途では小さい方が概してより良いが（場合によってはミクロン以下のサイズのこともある）、殆どの実施態様では１μｍ以上である。
【００２３】
構造化表面は、非常に低い輪郭で形成することもできる。したがって、構造化ポリマー層の厚さが５０００μｍ未満、場合によっては１５００μｍ未満の貯蔵器１２が考えられる。そのためには、流路は、高さが約５〜１２００μｍ、頂点間の距離が約１０〜２０００μｍの頂点によって画定される。
【００２４】
本発明による微細構造化表面は、貯蔵器１２の体積が高度に分散している（つまり、大面積上に分散している）貯蔵器１２をさらに提供する。流路がこれらのパラメーター内で画定されている貯蔵器１２は、体積が少なくとも約１．０μｌだが、用途によっては少なくとも約２ｍｌ、さらに他の用途によっては少なくとも約１００ｍｌである。貯蔵器１２は、流路全体で測定して、直線ｃｍ当たり約１０個（１インチ当たり２５個）〜直線ｃｍ当たり１，０００個（１インチ当たり２５００個）以下の微細構造流路を有することが好ましい。
【００２５】
流路１８がこれらのパラメーター内で画定された分配器１０は、漏出が最小の状態で液体を取得および保存するのに適する。さらに、流路１８は、貯蔵器に所望の有効容積並びに液体の速度および表面張力などの多くの要素に応じて、保存および分配される特定の液体に適応させることができる。たとえば、液体が、懸濁粒子（たとえば、従来の光輝顔料インク）を有する２相液体である場合、流路１８の幅は、粒子が流路１８を通過できるだけの広さがなければならない。
【００２６】
図１〜図９は、長形の線形構成の流路を示すが、流路は、他の多くの構成で形成することができる。たとえば、流路は、流路の長さに沿って断面の幅が異なっても良い。つまり、流路は、流路の長さに沿って散開および／または収束させることができる。流路の側壁は、流路の延在方向または流路の高さに沿って直線以外の輪郭にすることもできる。一般に、所望の毛管作用を提供できるどの流路構成でも良い。
【００２７】
構造化表面、特に微細構造化表面をポリマーフィルムなどのようなポリマー層上に形成することは、ともにＭａｒｅｎｔｉｃ等に付与された米国特許第５，０６９，４０３号および第５，１３３，５１６号に開示されている。構造化層は、Ｂｅｎｓｏｎ  Ｊｒ．等に付与された米国特許第５，６９１，８４６号に記載されている原理またはステップを使用して連続的に微細複製することもできる。微細構造表面について記載しているその他の特許としては、Ｊｏｈｎｓｔｏｎ等に付与された米国特許第５，５１４，１２０号、Ｎｏｒｅｅｎ等に付与された第５，１５８，５５７号、Ｌｕ等に付与された第５，１７５，０３０号およびＢａｒｂｅｒ等に付与された第４，６６８，５５８号がある。この段落で引用する特許はすべて、引用することにより本明細書に包含する。たとえば、構造化表面１６を有する層１４は、所望のパターンの負の痕跡および構造化表面１６の流路輪郭を有する工具を使用して、微細複製工程により形成することができる。この工具は、所望の微細構造パターンを形成するためのダイヤモンド製刻み目形成工具を使って滑らかなアクリル表面に賦形してから構造を電鋳して、微細複製に適するニッケル工具を形成して製造される。次に、構造化表面１６は、このニッケル工具を使ってコーティングまたは熱エンボス加工することにより、熱可塑性材料から形成することができる。
【００２８】
こうした技術により製造される構造化ポリマー層は、微細複製することができる。微細構造化層を形成すると、製品ごとに実質的に変化しない状態で、比較的複雑な処理技術を使用しなくても、表面を大量生産できるという点で有利である。「微細複製または微細複製された」とは、構造化表面の形状構成が、製造時に製品ごとに、約５０μｍ以下しか変化しない状態で個々の形状構成の忠実度を維持する工程により、微細構造化表面を製造することを意味する。微細複製表面は、構造化表面の形状構成が、製造時に製品ごとに、２５μｍ以下しか変化しない状態で、個々の形状構成の忠実度を維持するように製造されることが好ましい。
【００２９】
本発明では、微細構造化表面は、個々の形状構成の忠実度が約５０μｍ〜０．０５μｍ、さらに好ましくは２５μｍ〜１μｍの最小変位で維持されるトポグラフィ（物体、物体の場所または領域の表面形状構成）を含む表面から成る。
【００３０】
本発明によるどの実施態様の層も、熱可塑性、熱硬化性および硬化性ポリマーなど、様々なポリマーまたはコポリマーから形成することができる。本明細書で使用する場合、熱可塑性物質は、熱硬化性物質と異なり、熱を加えたときに軟化および融解し、冷却したときに最凝固し、何度も融解および凝固することができるポリマーを意味する。一方、熱硬化性ポリマーは、加熱して冷却したときに不可逆的に凝固する。ポリマー鎖が相互連結するかまたは架橋する硬化済みポリマー系は、化学薬剤または電離放射線を使って室温で形成することができる。
【００３１】
本発明による構造化表面を有する層を形成するのに有用なポリマーとしては、ポリエチレンおよびポリエチレンコポリマーなどのようなポリオレフィン、ポリ二フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が挙げられるが、これらだけに限らない。その他のポリマー材料としては、アセテート、セルロースエーテル、ポリビニルアルコール、多糖、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリ（塩化ビニル）、ポリウレタン、ポリウレア、ポリカーボネート、およびポリスチレンがある。構造化層は、アクリレートまたはエポキシ樹脂などのような硬化性樹脂材料から成型することができ、熱、紫外線または電子ビーム放射線に暴露することにより化学的に促進された遊離基重合過程から硬化させることができる。
【００３２】
以下にさらに詳しく説明するように、可撓性層１４が望ましい用途がある。可撓性は、Ｓｍｉｔｈ等に付与された米国特許第５，４５０，２３５号およびＢｅｎｓｏｎ， Ｊｒ．等に付与された第５，６９１，８４６号に記載されているポリマーを使用して構造化ポリマー層に与えることができ、これら特許は、引用することにより本明細書に包含する。ポリマー層全体を可撓性ポリマー材料から製造する必要はない。たとえば、ポリマー層の主要部分を可撓性ポリマーから構成し、構造化部分または構造化部分の一部分をより剛性のポリマーから構成しても良い。この段落で引用する特許は、ポリマーをこのように使用して、微細構造化表面を有する可撓性製品を製造することを記載している。
【００３３】
ポリマーブレンドを含むポリマー材料は、界面活性剤または抗菌剤などのような可塑化活性剤を溶融ブレンドして変性させることができる。構造化表面の表面変性は、電離線を使用して官能性部分を蒸着するか、または共有グラフト結合して行うことができる。たとえば電離線によりモノマーをポリプロピレン上にグラフト重合させる方法および技術は、米国特許第４，９５０，５４９号および第５，０７８，９２５号に開示されており、これら特許は、引用することにより本明細書に包含する。ポリマーは、様々な特性をポリマー構造化層に与える添加剤をさらに含むことができる。たとえば、可塑剤を添加すると、弾性率を低下させて可撓性を改善することができる。
【００３４】
本発明の好ましい実施態様は、微細構造を支持する要素として平行な線形トポグラフィを有する薄い可撓性ポリマーフィルムを使用する。本発明の目的上、「フィルム」は、ポリマー材料の薄い（５ｍｍ厚未満）ほぼ可撓性のシートであると考える。高度に画定された微細構造支持フィルム表面を有する安価なフィルムを使用する経済的価値は大きい。可撓性フィルムは、様々なキャップ形成材料と組み合わせて使用できる。
【００３５】
本発明の装置は、微細構造化流路を備えているので、１つの装置に付き複数の流路を一般に使用する。以下に示す実施態様のいくつかに示すように、本発明の装置は、１つの装置当たり１０個または１００個を超える流路を容易に有することができる。用途によっては、１つの層当たり１，０００個または１０，０００個を超える流路を有する場合がある。
【００３６】
図１に示す実施態様では、分配器１０の貯蔵器１２は、１つの層１４の上に別の層１４を積み重ねて形成される。この方法では、任意の数の層１４を一緒に積み重ねて、特定の用途に所望の液体容量（流路１８内の有効容積によって画定される）を有する貯蔵器１２を形成することができる。層１４を互いの上に直接積み重ねる１つの利点は、各層１４の第２の主要表面がより下の隣接層１４の流路１８にキャップを提供できる点である。したがって、各々の流路１８は、貯蔵器１２内のその他の流路１８に関係ない方法で、液体を取得、保存および分配することができる離散毛管になり得る。こうした貯蔵器１２には、異なる領域の流路１８に異なる液体を充填することにより、複数種類の液体を保存することも当然可能である。
【００３７】
また、層１４は、隣接層１４のいくつかまたはすべての構造化表面１６の頂点２４に接合すると、離散流路１８を確実に形成することができる。これは、層１４の材料と相溶性の従来の接着剤を使用して行うか、または熱接合、超音波接合、機械的装置などを使用して行うことができる。接合部は、頂点２４全体に沿って隣接表面１６に設けるか、または規則正しいパターンに従うかまたは不規則に形成されたスポット接合部でも良い。あるいは、層１４を互いの上に単に積み重ねると、たとえば層１４の上かまたはスタックを囲むハウジングの上に作用する重力により、スタックの圧縮力で離散流路１８が適切に形成される。しかし、用途によっては、層１４を互いに封止して、流路１８内に所望の毛管作用を生じさせる必要はない。
【００３８】
一番上の層１４の流路１８のいくつか、好ましくはすべてを閉鎖するには、図１に示すようにキャップ層３８を設けることができる。キャップ層３８は、上記の中間層の接合と同じかまたは異なる方法で接合するか、または接合以外の方法で取り付けることができる。キャップ層３８の材料は、層１４の材料と同じでも異なっても良く、貯蔵器内に保存される液体に対して実質的に不浸透性でも浸透性でも良い。あるいは、キャップ層３８は、貯蔵器１２または液体分配器１０を囲むハウジング（図１に示さない）と一体成形することもできる。キャップ層３８の厚さは、一般的に約０．０１ｍｍ〜約１ｍｍ、さらに一般的には０．０２ｍｍ〜０．５ｍｍである。
【００３９】
図２に示すように、貯蔵器１２の層１４は、流路１８が、各々の層１４の流路１８が他の層１４の流路１８と一列に並んだ状態で正確な配列で整列し、層１４の分配縁部２２が同一平面上になっている状態で一定の規則正しい整列した毛管パターンを示し、複数の出口２０を含む分配表面４０を形成するように積み重ねるか、キャップを取り付けるか、および／またはその他の方法で層をなすことができる。あるいは、これらの流路１８は、規則的な反復する方法で偏位させるか、または調節された方法で偏位させることができる。さらに、その他の流路および層構成も考えられる。さらに、層１４は、少なくともいくつかの層１４が、他の層１４のいくつかの流路１８と平行ではない流路１８を有し（たとえば、第１群の層１４の流路１８を第２群の層１４の流路１８に垂直に整列させる）、互いに平行ではない少なくとも２つの分配表面４０を画定するように積み重ねることができる。
【００４０】
図１に示す実施態様では、少なくとも１つの移送要素４２は、貯蔵器１２の分配表面４０およびこの表面に含まれる分配縁部２２と流体連通する。移送要素４２は、流路１８の壁部と流路１８内に保存された液体との間の吸引力を克服するのに十分なポテンシャルを付与するかまたは発生させて、移送要素４２を介して流路１８から液体を抽出することにより、貯蔵器１２内に保存された液体を調節可能に分配できる場所を提供する。移送要素４２は、こうしたポテンシャルを付与するかまたは発生することができる任意の構造から構成することができる。たとえば、移送要素４２は、第２の毛管構造を含むことができる。この構造を貫通する液体の等方性の展開（つまり、液体が全方向に同じ速度で展開する）を促進する毛管構造、たとえば連続気泡フォーム、繊維状素材および焼結材料を移送要素４２として使用することができる。こうした等方性移送要素４２は、いくつかの流路１８から液体を収集および結合して分配する一種のマニホールドとして使用することができる。また、２つ以上の別個の移送要素４２を１つの分配表面４０に使用することができ、この場合、たとえば異なる液体が貯蔵器１２内の流路１８の異なる領域に保存される。こうした例では、各々の流路領域の流路１８と連通する別個の移送要素４２があることになり、移送要素４２は互いに分離される（つまり、実質的に連通しない）。
【００４１】
貯蔵器１２の分配表面４０の少なくとも一部分を液体中に挿入することにより（または、さもなければ分配表面４０を流体連通させることにより）、適切な液体を貯蔵器１２内に保存することができる。適切な液体は、流路１８の内面を実質的に湿潤させることができ、液体の一部分が、毛管作用によって流路１８内に移動し、流路１８内の液体と流路１８の壁部との間に吸引力が生じる液体で良い。分配表面４０を液体から取り出すと（または、さもなければ分配表面４０と液体との間の流体連通を妨げると）、液体と流路１８との間の吸引力が十分になり、液体は流路１８内に保持される。あるいは、液体（たとえば、構造化表面１６を実質的に湿潤させることができない液体）は、圧力またはその他の力で貯蔵器１２の流路１８内に圧入され、層１４が封止されて漏れを防ぐか、または、たとえば、液体で湿潤された流路１８を有する層１４を積み重ねることにより、流路１８内に既に液体が含まれている貯蔵器１２を形成することができる。
【００４２】
流路１８内の液体は、吸引力を克服するとともに、液体を流路１８から抽出できるポテンシャルを生じさせることにより、貯蔵器１２から調節可能に分配することができる。貯蔵器１２の分配表面４０に連通している移送要素４２は、ポテンシャルを付与または発生して、液体を貯蔵器１２から調節可能に分配することができる場所を提供するために使用できる。たとえば、液体を流路１８から抽出するためのポテンシャルは、アスピレータを移送要素４２と連通させて、液体を流路１８から吸収する移送要素４２内に真空を生じさせて発生させることができる。あるいは、ポテンシャルは、たとえば移送要素４２をある外面に圧迫して移送要素４２を変形させるか、またはたとえば移送要素４２に界面活性剤を飽和させて移送要素４２の湿潤性を増加させることにより、移送要素４２の特性を変えて、流路１８によって生じる毛管力に比べて移送要素４２によって生じる毛管力を増加させて液体を流路１８から抽出することで発生させることができる。また、ポテンシャルは、流体、たとえば加圧ガスを流路１８の一方の端部に圧入して、液体を他方の端部から噴出させることにより発生させることができる。さらに、液体は、移送要素４２を使用するか使用しないかに関わらず、たとえば、シリンジの針を貯蔵器１２内に挿入し、液体を貯蔵器１２からシリンジ内に移送することにより、貯蔵器１２から分配、抽出、またはさもなければ他の方法で取り出すことができる。
【００４３】
本発明の貯蔵器１２および液体分配器１０は、様々な用途に使用することができる。たとえば、本発明による液体分配器は、インクを従来のインクジェット式プリンタに分配するために使用できるインクジェットカートリッジ５０の形態で製造することができる。図１０〜図１２に示すように、インクジェットカートリッジ５０は、複数の流路５８が上に形成された少なくとも１つの構造化表面５６を有する材料の重畳層５４から形成された貯蔵器５２を含む。移送要素６０は、貯蔵器５２の表面に形成された分配表面（図１０〜図１２に示さない）と流体連通する。貯蔵器５２、層５４、構造化表面５６、流路５８、移送要素６０および貯蔵器５２の分配表面は、図１〜図９に示す一般化された液体分配器１０に関して上記に説明した貯蔵器１２、層１４、構造化表面１６、流路１８、移送要素４２および分配表面４０にそれぞれ対応する。たとえば第１および第２ハウジング部分６６および６８を含むハウジング６４は貯蔵器５２および移送要素６０を囲み、インクジェット式プリンタの従来のプリントヘッド（図示しない）に挿入される。第１開口部７０は、移送要素６０とプリントヘッドとの間が流体連通して、インクジェットカートリッジ５０からインクを抽出するのに十分なポテンシャルを付与または発生することができるようにハウジング６４内に形成される。一般に、第２開口部７２は、インクジェットカートリッジ５０内に空気の流れを促進し、インクの除去を促進するようにハウジング６４内に形成される。
【００４４】
インクは、たとえば、分配表面をインク中に挿入して、毛管作用によってインクを流路５８内に移動させることにより、カートリッジ５０の貯蔵器５２内に保存される。あるいは、インクは、圧力またはその他の力で流路５８内に圧入することができる。次に、移送要素を分配表面に取り付けると、貯蔵器５２はハウジング６４内に挿入されて、ハウジング６４によって囲まれる。インクは、カートリッジ５０を従来のインクジェットプリントヘッド内に挿入し、印刷過程で第１開口部７０を介して流路５８からインクを抽出するのに十分なポテンシャルを発生させることにより、カートリッジ５０から調節可能に分配される。カートリッジ５０の貯蔵器５２は、約７ｍｌ〜約１０ｍｌの液体容量を有することが好ましいが、液体容量がこの範囲外である貯蔵器５２を有するカートリッジ５０も考えられる。
【００４５】
本発明による液体分配器は、インクを保存および分配する筆記用具７６の形態で製造することも可能である。図１３〜図１５に示すように、筆記用具７６は、本発明による貯蔵器８０を囲むハウジング７８を含む。ハウジング７８は、長形の円筒状中空形を一般に有する。図１３〜図１５に示す実施態様では、貯蔵器８０は、少なくとも１つの構造化表面８４（図１５に示す）を有する材料から成る単一の螺旋状に巻かれた層８２から形成される。構造化表面８４は、層８２が周囲に螺旋状に撒かれた軸と整列する複数の流路８６（図１５に示す）を有する。各々の流路８６は、少なくとも１つの出口（図１３〜図１５に示さない）が層８２の縁部に配置されている。複数の出口が上に配置された分配表面９０（図１４に示す）は、層８２を螺旋状に巻いて形成される。筆記用具７６は、ハウジング７８の第１開口部９６内に挿入されたペン先９４の形態の移送要素を有し、ペン先９４の一部分は貯蔵器８０の分配表面９０と流体連通する。端部キャップ１００は、ハウジング７８の第２開口部１０２内に挿入され、貯蔵器８０をハウジング７８内に固定する。貯蔵器８０、層８２、構造化表面８４、流路８６、ペン先９４および分配表面９０は、図１〜図９に示す一般化された液体分配器１０に関して上記で説明した貯蔵器１２、層１４、構造化表面１６、流路１８、移送要素４２および分配表面４０にそれぞれ対応する。
【００４６】
インクは、たとえば、分配表面９０をインク中に挿入して、インクが毛管作用により流路８６内に抽出されることにより、筆記用具７６内に保存される。次に、分配表面９０をインクから取り出す。あるいは、圧力またはその他の力により、インクを流路８６内に圧入することができる。ペン先９４は、ペン先９４が分配表面９０と連通するように第１開口部９６内に挿入する。インクを貯蔵器８０から抽出するのに十分なポテンシャルは、たとえば、ペン先９４をある表面に圧迫して、インクでその表面に跡を付けることにより発生させることができる。その他の液体容量を有する貯蔵器８０を備える筆記用具７６も考えられるが、筆記用具７６の貯蔵器８０は、約２ｍｌの液体容量を有することが好ましい。
【００４７】
本発明のもう１つの実施態様は、図１６に示す単一層の液体分配器６１０である。液体分配器６１０は、キャップ層６３８で覆われて液体を保存する毛管を形成する長形流路６１８の構造化表面６１６を有する単一層６１４から形成される貯蔵器６１２を有する。各々の流路６１８には、少なくとも１つの出口６２０が層６１４の分配縁部６２２に沿って形成されている。キャップ層６３８は、もう１つの層６１４、または貯蔵器６１２を囲むことができるハウジング（図示しない）の一部分を含む任意のタイプの層を含むことができる。また、液体分配器６１０は、移送要素を設けずに形成するか（図１６に示す）、または移送要素を設けて形成することができる（図示しない）。貯蔵器６１２、層６１４、構造化表面６１６、流路６１８、出口６２０、分配縁部６２２およびキャップ層６３８は、図１〜図９に示す一般化された液体分配器１０に関して上記で説明した貯蔵器１２、層１４、構造化表面１６、流路１８、出口２０、分配縁部２２およびキャップ層３８にそれぞれ対応する。
【００４８】
液体は、一般化された液体分配器１０に関して上記で説明したように、単一層分配器６１０内に保存し、単一層分配器６１０から分配、抽出またはその他の方法で取り出すことができる。分配器６１０は、結合化学、保管用小型液体保存装置、または携帯用小型液体供給装置など、少量の液体が関わる用途に有用な小型液体収容装置として使用することができる。たとえば、分配器６１０は、幅１ｃｍ、長さ３ｃｍの層６１４を含む貯蔵器６１２を有するように形成することができ、約５μｍ〜約１２００μｍの流路サイズを有すると、少なくとも約１．０μｌ、好ましくは約２５μｌの液体量を保存することができる。
【００４９】
実施例１
図１０〜図１２に示すタイプのインクジェットカートリッジ５０は、上に線形流路５８を有する４０ｍｍ×３０ｍｍの微細複製フィルムの１４層から組み立てた。ブローマイクロファイバの薄い層を等方性移送要素６０として使用した。次に、この組立体を従来のインクジェットカートリッジのハウジング６４内に収納した。この原型カートリッジは、１００％ポリオレフィン材料から構成した。カートリッジ５０に使用した微細構造支持フィルム層は、一般に米国特許第５，５１４，１２０号および第５，７２８，４４６号に開示されている工程に従い、溶融ポリマーを微細構造化ニッケル工具上に流延して、流路５８を含む連続フィルムを構造化表面５６上に形成して形成した。流路５８は、流延フィルムの連続する長さに形成した。ニッケル製流延工具は、ダイヤモンド製刻み目形成工具を使って滑らかなアクリル表面に賦形し、所望の構造を製造してから電鋳ステップを行い、ニッケル工具を形成して製造した。フィルムを形成するために使用した工具は、フィルム層５４上に微細構造化表面５６を形成し、図７に示すタイプの流路輪郭は、一次溝角度幅が１０°、一次溝間隔が２２９μｍ、一次溝深さが２０３μｍおよびノッチ開先角度が９５°の一次溝と、二次溝角度が９５°、二次溝間隔が５０μｍおよび二次溝深さが４１μｍの二次溝とを有していた。流路５８は、一次頂点上面の幅が２９μｍ、二次頂点上面の幅が１６３μｍであり、一次溝基部の幅が１６３μｍ、二次溝基部の幅が１３μｍだった。また、流路５８は、一次溝壁部の角度幅が１０°だった。フィルムを形成するために使用したポリマーは、Ｅａｓｔｍａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙが市販している低密度ポリエチレンであるＴｅｎｉｔｅ（登録商標）１５５ＯＰだった。Ｕｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが市販している非イオン界面活性剤であるＴｒｉｔｏｎ  Ｘ−１０２をベースポリマー中に溶融ブレンドして、フィルムの表面エネルギーおよび湿潤性を高めた。ブローマイクロファイバ移送要素６０は、３Ｍ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｒｂｅｎｔの２ｍｍの層だった。使用したハウジング６４は、Ｃａｎｏｎ  Ｉｎｋ  Ｃａｒｔｒｉｄｇｅが市販しているＢＪＩ−２０１Ｙであり、フォームおよび仕切りを含む内部のすべての要素を取り外した。
【００５０】
インクジェットカートリッジ５０がインクを保持して効果的に分配する能力は、７ｇの従来のプリンタインクをユニットに充填して評価した。充填時、インクジェットカートリッジ５０を様々な向きに保持して、漏れを生じるようにした。向きに関係なく、インクジェットカートリッジ５０は、カートリッジハウジング６４の開口部７０からインクを自発的に分配しなかった。調節された液体分配効果は、小型アスピレータを使ってインクをインクジェットカートリッジ５０から抽出して評価した。２ｍｍの先端開口部を有するアスピレータは、移送要素６０付近に配置し、インクジェットカートリッジの開口部７０中に突出させた。次に、アスピレータに真空を与え、インクジェットカートリッジ５０の流路５８からインクを抽出した。この方法を使用して、６．４ｇのインクをインクジェットカートリッジ５０から抽出した。
【００５１】
実施例１に記載した原型カートリッジ５０は、微細複製フィルムの複数の層５４が、流体の収容手段および分配手段の両方として効果的に使用することができ、インクジェットタイプのプリンタの必要性に特に適することを示した。
【００５２】
実施例２
図１３〜図１５に示すタイプの筆記用具であるマーカー７６は、実施例１のように形成した微細構造化フィルム層８２であって、溝角度幅が９０°、溝間隔が１６μｍおよび溝深さが８μｍのＶ形流路８６を含む図３に示すタイプの流路輪郭を有する構造化表面８４を含むフィルム層８２から螺旋状に巻かれた貯蔵器８０を形成して作った。層８２は、直径１ｃｍの緻密な螺旋形に巻いて、従来のマーキングペンの内部部品を取り出して得たハウジング７８内に挿入した。従来の繊維状マーカーのペン先９４を移送要素として使用した。マーカー７０には、マーカー７０の端部をインク容器内に配置してインクを充填した。インクは、貯蔵器８０に接触すると、流路８６内に汲み上げられて流路８６が充填された。次に、ペン先９４をハウジングの開口部９６内に挿入し、従来のペンのキャップを使用して、マーカーを使用しないときにペン先９４を覆った。
【００５３】
キャップをを取り外してペン先９４を表面（紙）に圧迫すると、マーカー７０からインクが分配された。マーカー７０は十分に機能し、飛んだ部分がない連続線が生じた。マーカー７０は、衝撃を加えた場合にマーカー７０からインクが噴出するかどうかを判定する落下試験にも合格した。この落下試験では、キャップをペン先９４にかぶせたマーカー７０をキャップを下にして約３ｆｔの位置から硬質の表面に落下させた。この試験を５回繰り返してから、インクが出たかどうかキャップを検査した。キャップ内にインクは観察されなかった。
【００５４】
好ましい実施態様に関して本発明を説明してきたが、当業者には、本発明の製品および範囲を逸脱せずに形態および詳細に変更を加えることができることが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による液体分配器の略断面斜視図である。
【図２】  図１に示した液体分配器の貯蔵器の略断面斜視図である。
【図３】  Ｖ形流路が隣接する尖った頂点の間に形成され、本発明による液体分配器に組み込むことができる微細構造化層の断面輪郭である。
【図４】  流路が、平坦な床によって分離されている尖った頂点の間に形成され、本発明による液体分配器に組み込むことができる微細構造化層の断面輪郭である。
【図５】  一次溝と二次溝とを備える流路が尖った一次頂点と二次頂点との間に形成され、本発明による液体分配器に組み込むことができる微細構造化層の断面輪郭である。
【図６】  平坦な床によって互いに分離されている平坦な先端を有する頂点の間に流路が形成され、本発明による液体分配器に組み込むことができる微細構造化層の断面輪郭である。
【図７】  一次溝と二次溝とが、平坦な床によって互いに分離されているとともに平坦な上面を有する一次頂点と二次頂点との間に形成され、本発明による液体分配器に組み込むことができる微細構造化層の断面輪郭である。
【図８】  図７に示す微細構造化層の一部分の詳細図である。
【図９】  平坦な床によって互いに分離されている矩形の頂点の間に矩形の溝が形成されており、本発明による液体分配器に組み込むことができる微細構造化層の断面輪郭である。
【図１０】  インクジェットカートリッジの形態の本発明による液体分配器の斜視図である。
【図１１】  図１０に示すインクジェットカートリッジの分解斜視図である。
【図１２】  図１０に示したインクジェットカートリッジを平面１２−１２に沿って切った詳細断面図である。
【図１３】  筆記用具の形態の本発明による液体分配器の斜視図である。
【図１４】  図１３に示す筆記用具の拡大斜視図である。
【図１５】  図１３に示した筆記用具を平面１５−１５に沿って切った詳細断面図である。
【図１６】  本発明による貯蔵器の斜視図であり、構造化表面の一部分を示すためにキャップ層の一部分を切り取ってある。
これらの図面は、理想化したものであって、一定の寸法に比例して拡大縮小してあるのではなく、具体的に示すだけで制限することを意図する図ではない。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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