(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴堆積装置であって、当該液滴堆積装置は、
複数個の流体チャンバからなるアレイであって、それぞれの流体チャンバは、当該流体チャンバのオリフィスから液滴の射出を行わせるために電気信号によって駆動可能な駆動手段を有しているアレイと、
共通の流体入口マニホルドと共通の流体出口マニホルドとを含む流体導管手段と、
当該流体入口マニホルドに入り、当該アレイに於けるそれぞれの流体チャンバを通って当該流体出口マニホルドに入る流体の流れを発生させる流体流発生手段と、
当該オリフィスから液滴の射出を行わせるために当該流体チャンバと関連付けられているアクチュエータ手段及び、
当該電気信号を供給するための駆動回路手段
とから構成されており、且つ当該駆動回路手段は、熱的接続状態で当該流体導管手段に搭載されており、それによって、当該駆動回路手段の駆動中に当該駆動回路手段から発生された熱の量が当該流体導管手段内の当該流体に移動する様に構成されている事を特徴とする液滴堆積装置。
【請求項２】
当該アクチュエータ手段は、当該流体の流れがそれぞれの流体チャンバ内を流れる間に当該液滴の射出を実行する様に駆動可能に構成されている事を特徴とする請求項１に記載の液滴堆積装置。
【請求項３】
当該駆動回路手段は、熱的接続状態で当該流体出口マニホルドに搭載されている事を特徴とする請求項１又は２に記載の液滴堆積装置。
【請求項４】
液滴堆積装置は、更に、前記流体入口マニホルドと前記流体出口マニホルドとからなる当該流体導管手段が内部に形成されている単一の支持構造体を含んでいる事を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の液滴堆積装置。
【請求項５】
当該流体チャンバアレイは、複数個の当該流体チャンバが、それぞれ相互に並列された状態で所定の方向に直線状に延展せしめられており、その使用に際しては、当該流体導管手段を通して流れる当該流体の流れは、当該アレイが延展する方向と平行である事を特徴とする請求項４に記載の液滴堆積装置。
【請求項６】
当該流体チャンバからなる当該直線状のアレイは、平坦状の基板上に搭載されている事を特徴とする請求項５に記載の液滴堆積装置。
【請求項７】
当該平坦状の基板はアルミナで構成されている事を特徴とする請求項６に記載の液滴堆積装置。
【請求項８】
当該支持構造体は、アルミニウムで構成されている事を特徴とする請求項６又は７に記載の液滴堆積装置。
【請求項９】
当該駆動回路手段は、当該支持構造体に熱伝導性接着材によって接着されている事を特徴とする請求項４に記載の液滴堆積装置。
【請求項１０】
当該アクチュエータ手段は、当該流体チャンバとして機能する圧電素子材料内に形成されたチャネルの壁部で構成されている事を特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の液滴堆積装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体の小滴を堆積するための装置に関し、流体チャンバの配列からなり、各チャンバは小滴射出用オリフィス、共通の流体入口マニホルドおよび共通の流体出口マニホルドにつながり、該流体入口マニホルド内に流体を発生させるための部材とともに、配列内の各チャンバを通って、流体出口マニホルド内に流体を送る。さらに詳しくは、本発明は上記構造をもち、流体がインクであるインクジェット・プリントヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記したようなインクジェット・プリントヘッドは参考文献の国際公開第ＷＯ９１／１７０５１号パンフレットから公知である。図１は該国際公開第ＷＯ９１／１７０５１号パンフレットから取られ、圧電物質のベース１２内に形成されたプリントヘッド・チャネル１１の縦軸に沿う断面を示している。チャネルからのインク射出はカバー６０内のオリフィス２２を通して行われ、インクはチャネルの各端にある流体マニホルド３２，３３によって供給される。たとえばＥＰ−Ａ−０２７７７０３やＥＰ−Ａ−０２７８５９０から公知のように、圧電アクチュエータ壁は一連のチャネルの間に形成され、各壁の対向側にある電極間に印加される電極によって作動して剪断モードで横に偏向する。その結果、インク内に生じた圧力波によってオリフィスから小滴が射出する。また公知のように、インクはマニホルド３２，３３の一方のマニホルドに供給され、チャネルを通り、他方のマニホルドから出ると共に、オリフィスから射出されるインク流を生じる。これによって、埃、乾燥インクあるいは他の異物がオリフィス内に溜まるのを防ぎ、インク小滴の射出を可能にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
オリフィス内に異物が集まるのを防ぐのに十分な流量（ｒａｔｅ）でインクが供給される上記プリントヘッドを用いた実験において、小滴射出特性（特に射出小滴の大きさと速度）がアレイに沿って変化することがわかった。この変化は各チャンバ内のインク・メニスカスの静止位置（ｒｅｓｔ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）の変化、および次には各チャンバ内のオリフィスの静圧の変化の結果であることがわかった。
【０００４】
本発明者らは、圧力のこの変化はインクの連続流、特に、（少なくとも当該各マニホルドの入口部と出口部に於いて）当該アレイ中の全てのチャネルを通るインク流の合計量に等しいインク流であって、チャネルのアレイの方向に沿って流れる当該マニホルド内のインク流によるものであることを発見した。このようなインク流は、流体入口マニホルドおよび流体出口マニホルドの双方に沿って重大な粘性圧力損をもたらす。
この粘性圧力損が、各チャンバに対し入口と出口で静圧に影響を与え、したがってオリフィスでの静圧にも影響を与える。
更に、上記した形式の液滴堆積装置にあっては、アクチュエータを駆動させる駆動回路から発生される熱の影響によって、インク温度が上昇し、その結果インク粘度が変化するので、プリントヘッドから滴下するインク量が変化し、たとえば小滴の大きさの好ましくない変化をもたらすという問題があった。
【０００５】
好ましい実施態様において、本発明はこれらおよび他の問題の解決法を探る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記した問題点を解決するものであって、その基本的技術構成は、液滴堆積装置であって、当該液滴堆積装置は、複数個の流体チャンバからなるアレイであって、それぞれの流体チャンバは、当該流体チャンバのオリフィスから液滴の射出を行わせるために電気信号によって駆動可能な駆動手段を有しているアレイと、共通の流体入口マニホルドと共通の流体出口マニホルドとを含む流体導管手段と、当該流体入口マニホルドに入り、当該アレイに於けるそれぞれの流体チャンバを通って当該流体出口マニホルドに入る流体の流れを発生させる流体流発生手段と、当該オリフィスから液滴の射出を行わせるために当該流体チャンバと関連付けられているアクチュエータ手段及び、当該電気信号を供給するための駆動回路手段とから構成されており、且つ当該駆動回路手段は、熱的接続状態で当該流体導管手段に搭載されており、それによって、当該駆動回路手段の駆動中に当該駆動回路手段から発生された熱の量が当該流体導管手段内の当該流体に移動する様に構成されている液滴堆積装置である。
本発明に於いては、上記した基本的な技術態様に加えて、以下に示す様な各構成態様が併用されるものであっても良い。
第１の構成態様においては、本発明は、小滴堆積装置であって、当該小滴堆積装置は、各々の流体チャンバが、小滴射出用オリフィスと、共通の流体入口マニホルドと、共通の流体出口マニホルドとにそれぞれ連結されている、複数の流体チャンバで構成されているアレイ、および該流体入口マニホルド内に入り、該アレイを構成するそれぞれのチャンバを通り、流体出口マニホルド内に入るような流体の流れを発生させるための部材であって、且つ当該チャンバは、当該流体流が当該チャンバを介して流れると同時に当該オリフィスから小滴を射出する為の部材を含んでいる、流体流発生部材と、を含んでおり、当該小滴堆積装置は、更に、少なくとも当該流体入口マニホルドと当該流体出口マニホルドの一方の断面積が、当該各チャンバを流れる当該流体流の流量が、当該オリフィス内に流体内の異物が溜まるのを防止する様に設定されており、且つ当該流体の流れに起因して発生する、当該アレイ内の何れかのチャンバに於ける当該オリフィスでの負の静圧が、任意の２つのチャンバ間に於いて、当該アレイ内における当該２個のチャンバのそれぞれから射出される小滴の液量に可視的な変化を与える様な量よりも少ない量だけ変化する様に設定されている小滴堆積装置を提供する。
【０００７】
ある閾値以下に流体入口・出口マニホルドの１つの流れ抵抗を下げることにより、インク循環の結果として生じる粘性圧力損失がアレイの幅にわたる小滴射出特性の均一性に悪影響させなくする。その結果、基板の印刷幅にわたる均一な印字品質がより容易に達成される。
【０００８】
１つの好ましい構成において、流体入口マニホルドはアレイの２つのチャンバ間に重大な小滴射出特性の差を生じる十分な入口間の静圧の変化をもたらすよりも小さな流れ抵抗を有する。
【０００９】
他の好ましい構成では、当該流体出口マニホルドの流れ抵抗が、当該アレイに於ける何れかのチャンバの流体入口部に於ける圧力が、当該アレイ内にある何れか２のチャンバー間に於ける小滴射出特性に重大な差をもたらす様な圧力の変化よりも少ない圧力だけ変化する様に、選択される。
【００１０】
好ましくは、流体入口・出口マニホルドの各流れ抵抗は、当該アレイに於ける何れかのチャンバの流体入口部に於ける圧力が、当該アレイ内にある何れか２のチャンバー間に於ける小滴射出特性に重大な差をもたらす様な圧力の変化よりも少ない圧力だけ変化する様に、選択される。
オリフィスに於ける当該圧力は、当該チャンバへの入口及び出口の双方に於ける静圧によって影響されるので、（当該圧力は、液滴射出に起因する所定のチャンバに流入する流体の量と所定のチャンバから流出する流体の量の間の全ての相違を無視すれば、一般的には当該両者の中間となる）、双方の流体マニホルドの流れ抵抗を、適切な閾値以下に減らすことにより、入口圧力も出口圧力も、アレイにおける連続しているチャンバのオリフィス間で、重大な圧力差を生ずるような方法では変化しなくなるという事を確実にする事が出来る。したがって、プリントヘッドの幅にわたる印字品質の変動は問題にならないレベルまで低減される。
【００１１】
したがって、第２の構成態様において、本発明は、各チャンバが小滴射出用オリフィス、共通の流体入口マニホルドおよび共通の流体出口マニホルドにつながっている流体チャンバ・アレイ、及び流体入口マニホルド内および各チャンバを通って流体出口マニホルド内に流体の流れを生じるための部材とから構成されており、且つ、各チャンバを通る当該流体流れが、流体内に含まれる異物が、当該オリフィス内に溜まるのを防ぐのに十分である小滴射出装置を提供するものである。そして当該小滴射出装置は、更に、各チャンバは、チャンバを通る流体流れと同時にオリフィスから小滴を射出する部材と結合しており、流体入口マニホルド及び流体出口マニホルドの流れ抵抗が、当該流体流に起因する、当該アレイに於ける何れかのチャンバのオリフィスに於ける静圧が、当該アレイ内にある何れか２のチャンバー間に於いて、小滴射出特性に重大な差をもたらす様な静圧の変化よりも少ない量だけ静圧の変化を生ずる様に、選択される。
【００１２】
１つの好ましい配列において、流体入口マニホルド及び流体出口マニホルドの少なくとも１つの断面積は、圧力が、何れか２つのチャンバ間で、当該アレイ内にある２のチャンバー間に於いて、小滴射出特性に重大な差をもたらす様な圧力の変化よりも少ない量だけ変化する様になっている。
【００１３】
チャンバ・アレイは、各チャンバが所定の間隔を持って配列され、２つのチャンバはアレイ内で互いに隣接して置かれる。
【００１４】
アレイは水平に対して角度を有する様に配置され、流体入口マニホルドはアレイに平行に配置され、その特性は、流体入口マニホルド内の粘性損失による圧力損失率を重力によって流体入口マニホルドに沿った静圧の増加率に実質的に合わせるように、アレイに平行な方向に変化する。その結果、印字品質が、当該アレイの頂部に位置するチャンバと当該アレイの底部に位置するチャンバ間にあるインク・ヘッド（液位）の差にもかかわらず、アレイの全高さにわたって均一に保たれる。
【００１５】
好ましい配列において、流体入口マニホルドの断面積はチャンバ・アレイの長手方向、つまりアレイの配列方向（Ｌ）に対して垂直な方向（Ｗ）に変化する。
【００１６】
装置はチャンバ・アレイ用の共通の流体出口マニホルドを含む。その場合、流体出口マニホルドの断面積は、チャンバ・アレイの長手方向、つまりアレイの配列方向（Ｌ）に対して垂直な方向（Ｗ）に変化する。
【００１７】
好ましい配列において、チャンバ・アレイは実質的に垂直に配列されている。こうして、均一な印字品質はＡ３サイズ基板用の垂直プリントヘッドの場合、１２．８インチ（３２ｃｍ）にわたって伸びる。
【００１８】
上記のような装置において、インクは一般にプリントヘッド上方に配列された流体容器から供給され、プリントヘッド下方に配列された流体容器に流れ、ここからポンプによって上方流体容器にもどされる。プリントヘッドがアイドル状態でポンプのスイッチが切られているとき、インクは上方流体容器からプリントヘッドを経て下方流体容器に流れるので、プリントヘッドが再作動するとき、上方流体容器内のインク・レベルは印刷開始前に再設定されなければならない。これはポンプの大きさにより、いくらか時間をとる。
【００１９】
第４の構成態様において、本発明は少なくとも１つのチャンバの上方に位置する上方流体容器およびチャンバ下方に位置する下方流体容器とつながった少なくとも１つの小滴流体チャンバ、下方流体容器から上方流体容器へ流体を運ぶためのポンプおよびポンプが作動していないとき上方流体容器から下方流体容器への流体の流れを阻止するための部材からなる小滴堆積装置を提供する。
【００２０】
本発明者らは上記のようなインク供給システムを確立し、そのシステムにおいて当該流体容器は大気に開放され、各流体容器内の流体レベルの制御はプリントヘッドの動作に決定的である。上方流体容器、即ち、前記チャンバ・アレイの上方に位置する流体容器、の流体レベルは一般にチャンバ入口とオリフィス間のチャンバ部分のインク流れに対する粘性抵抗に打ち勝つのに十分な静圧を与えるように選ばれる。同時に、オリフィスでの圧力がインク・メニスカスの表面張力に打ち勝ち、インクをオリフィスから「滴らせる」（ｗｅｅｐ）ほど大きくてはいけない。実際、オリフィスでのわずかな負圧が好ましい。下方流体容器、即ち、前記チャンバ・アレイの下方に位置する流体容器、はチャンバ出口で十分な負圧を働かせてインクを流すようにしなければならない。しかし、前記上方流体容器に関してのように、負圧はオリフィス内のインク・メニスカスを壊すほど大きくしてはいけない。
【００２１】
したがって、好ましい実施態様において、本装置は上方流体容器内の流体レベルに依存してポンプを制御するためのポンプ制御部材を有する。
【００２２】
こうして、第５の構成態様において、本発明は少なくとも１つのチャンバの上方に位置する上方流体容器およびチャンバの下方に位置する下方流体容器につながった少なくとも１つの小滴流体チャンバ、下方流体容器から上方流体容器へ流体を運ぶためのポンプ、および上方流体容器内の流体レベルに依存してポンプを制御するためのポンプ制御部材からなる小滴堆積装置を提供する。
【００２３】
ポンプ制御部材は、上方流体容器内に位置する流体レベルにセンサを有し、該センサからの出力に依存してポンプを制御する。
【００２４】
本装置は、下方流体容器から上方流体容器へ運ばれる流体の温度を制御するための温度制御部材を有する。これにより、インクは最適温度で、したがって周囲温度にかかわらず最適粘度で装置から射出する。
【００２５】
第６の構成態様において、本発明は少なくとも１つのチャンバの上方にある上方流体容器およびチャンバ下方にある下方流体容器とつながった少なくとも１つの小滴流体チャンバ、下方流体容器から上方流体容器に流体を運ぶための部材、および該運ばれた流体の温度を制御するための温度制御部材からなる小滴堆積装置を提供する。
【００２６】
インク温度はプリントヘッドを通り抜けるとき、ヘッドの駆動回路から発せられる熱によって上昇する。したがって、好ましい実施態様では、温度制御部材は下方流体容器から上方流体容器に運ばれる流体の温度を下げる部材を含む、これにより、最適温度よりも高温にあるインクはプリントヘッドまで運ばれない。
【００２７】
本装置は、上方流体容器から少なくとも１つの小滴流体チャンバへ流体を運ぶための導管を有し、温度制御部材は該導管内に置かれた温度センサを有し、該センサからの出力に応じて下方流体容器から上方流体容器へ運ばれる流体の温度を制御する。
【００２８】
１つの好ましい配列において、本装置は上方流体容器内の流体レベルが、ある与えられたレベルを越えるとき、上方流体容器から下方流体容器へ流体を運ぶための部材を有する。これにより上方流体容器の「オーバーフロー」を防げる。
【００２９】
したがって第７の構成態様において、本発明は少なくとも１つのチャンバの上方にある上方流体容器およびチャンバ下方にある下方流体容器につながった少なくとも１つの小滴流体チャンバ、下方流体容器から上方流体容器へ流体を運ぶための部材および上方流体容器内の流体レベルが、ある与えられたレベルを越えるとき、上方流体容器から下方流体容器へ流体を運ぶための部材からなる小滴堆積装置を提供する。
【００３０】
上方流体容器から下方流体容器へ流体を運ぶための部材は、上方・下方流体容器間に伸びた導管を有する。
【００３１】
第１の構成態様において、本装置は下方流体容器に流体を供給するための部材を有し、かつ、下方流体容器内の流体レベルに応じて下方流体容器への流体供給を制御するための部材を有する。これにより下方流体容器はオーバーフローしない。
【００３２】
第８の構成態様において、本発明は少なくとも１つのチャンバの上方にある上方流体容器およびチャンバ下方にある下方流体容器につながった少なくとも１つの小滴流体チャンバ、下方流体容器から上方流体容器へ流体を運ぶための部材、下方流体容器へ流体を供給するための部材、および下方流体容器内の流体レベルに応じて下方流体容器への流体供給を制御するための部材からなる小滴堆積装置を提供する。
【００３３】
流体供給制御部材は下方流体容器におかれた流体レベルセンサを有し、該センサからの出力に応じて下方流体容器への流体供給を制御する。
【００３４】
１つの配列において、本装置は下方流体容器につながった第３流体容器、および下方流体容器内の流体レベルに応じて第３流体容器から下方流体容器へ流体を運ぶための部材を有する。
【００３５】
第９の構成態様において、本発明は少なくとも１つのチャンバの上方にある上方流体容器およびチャンバ下方にある下方流体容器とつながった少なくとも１つの小滴流体チャンバ、下方流体容器から上方流体容器へ流体を運ぶための部材、下方流体容器とつながった第３流体容器、および下方流体容器内の流体レベルに応じて第３流体容器から下方流体容器へ流体を運ぶための部材からなる小滴堆積装置を提供する。
【００３６】
本装置は下方流体容器から少なくとも１つの小滴流体チャンバへ流体を運ぶための部材を有する。
【００３７】
こうして、第１０の構成態様において、本発明は、少なくとも１つのチャンバの上方にある上方流体容器およびチャンバ下方にある下方流体容器につながった少なくとも１つの小滴流体チャンバ、下方流体容器から上方流体容器へ、および下方流体容器から少なくとも１つの小滴流体チャンバへ流体を運ぶためのポンプからなる小滴堆積装置を提供する。
【００３８】
好ましい配列において、本装置は、前記流体を上方流体容器から少なくとも１つのチャンバへ流れるのを停止させるための部材を有する。
【００３９】
各チャンバは、図５、図６、図７及び図８等に示す様に、それぞれの第１の端３２（６４０）が、流体入口マニホルド１０１０（２０３０）を介して上方流体容器２０４０に１０３０のように接続され、一方、それぞれの第２の端３３（６３０又は６５０）が、流体出口マニホルド１０２０（２０３５）を介して下方流体容器２０５０に１０４０のように接続され、かつ、当該第１端３２（６４０）と第２端３３（６３０又は６５０）との間の中間の点で小滴射出オリフィス（８７０又は８８０）に接続されたチャネル１１を有する。
【００４０】
チャネルを通過する流体流れをバイパスするため、チャネルの各端の間、即ち、図１０に示す様に、前記流体入口マニホルドの端部と前記流体出口マニホルドの端部との間に、接続されたバイパス弁５０１２を有するバイパス通路５０１０を有しうる。
【００４１】
好ましくは、下方流体容器はその高さに比べて大きな表面積を有し、それにより流体容積の大きな変化を、流体容器内のヘッド（液深さ）のわずかな変動のみによって調整し得る。これにより、チャンバ内に負圧変化を減らし得る。
尚、本願発明に於いては、チャンバは、図５に示す様に、流体が流れる溝或いは通路１１と当該通路を被覆しているオリフィスが設けられた部材とから構成される構造を有するものであり、チャネルは、当該流体が流れる溝或は通路１１そのものを指すものである。
【発明の効果】
【００４２】
本発明は、上記のように構成したので、当該液滴堆積装置が駆動している間、当該駆動回路から発生する熱は、常に当該流体導管内を流れるインク流によって吸収されることによりインク温度が適正に制御される事になるので、インク温度が上昇してインクの粘度に変化を及ぼす事が効果的に回避される他、粘性圧力損を改善し、印字品質を良好にすることを可能にした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、図面を用いて本発明を具体的に説明する。
【００４４】
即ち、図２乃至図５は本発明に係る当該液滴堆積装置の基本的な態様を示す第１の実施例の構成を説明する図であって、図２は、本発明の当該第１の実施例に対応するプリントヘッド１０の構成例を示す。図示しているのは「ページ幅」の装置で、紙の１片の幅（矢印１００の方向）に伸びる２列のオリフィス２０、３０を有し、これにより１回のパスでページの全幅にわたってインクが堆積される。オリフィスからのインクの射出はたとえばＥＰ−Ａ−０２７７７０３、ＥＰ−Ａ−０２７８５９０およびさらに詳しくはＵＫ９７１０５３０、９７２１５５５から公知なように、オリフィスとつながったチャンバと結合したアクチュエータへ電気信号を送ることにより達成される。製造を簡単にして効率を上げるため、オリフィスの「ページ幅」列が多数のモジュールから構成される。そのうちの１つがモジュール４０に示され、各モジュール４０はチャンバおよびアクチュエータと結合し、たとえばフルキシブル回路６０によって駆動回路（集積回路ＩＣ）５０に接続されている。プリントヘッドへ、およびそれからのインク供給は端キャップ９０内の各穴（図示せず）を通して行われる。
【００４５】
図３は図２の端キャップ９０を取り除いたときの後端からみたプリントヘッドの斜視図で、幅方向に伸びる流体入口マニホルド２２０、流体出口マニホルド２１０、２３０と結合したプリントヘッドの支持構造２００を示す。端キャップ９０の１つにおける穴を通して、インクはプリントヘッドおよび矢印２１５に示すように流体入口マニホルド２２０に入る。通路に沿ってインクが流れると、図４に示すように、インクは各チャンバ（例えば図５に示されたチャネル１１の６００と６１０）内に供給される。流体入口マニホルド２２０から、インクは、支持部２００に形成された開口部３２０を経て、個々に３００と３１０として示されているインクチャンバの互いに平行に配置されている第１列（例えば図５に示されたチャネル１１の６００の列に対応する）と第２列（例えば図５に示されたチャネル１１の６１０の列に対応する）にそれぞれ流入する。
【００４６】
次にインクは開口部３３０、３４０を経て流出し、第１・第２インク出口通路である流体出口マニホルド２１０、２３０に沿ってインク流に合流する。端キャップ内に形成された共通のインク出口（図示せず）で合流し、それらは入口穴が形成されるプリントヘッドの対向端あるいは同一端に位置する。
【００４７】
チャンバの各列３００、３１０はそれぞれ駆動回路３６０、３７０と結合している。これらの駆動回路は流体導管手段として作用する支持構造２００の部分と実質的に熱接触して装着され、流体導管手段は当該インク流の通路を規定し、それによって、当該駆動回路がその作動中に発生した熱の実質的な量を当該支持構造を介してインクに伝達する事を可能にする。
図４に示す様に、当該駆動回路３６０、３７０は、当該流体導管手段の内の流体出口マニホルド２１０、２３０の外壁部と接触している。
【００４８】
このため、支持構造２００は熱をよく伝える性質の物質からなる。そのような物質は、アルミニウムが押出加工によって容易に安価に作られるので特に好ましい。駆動回路３６０、３７０は、支持構造２００の外面に位置し、熱接触する。熱伝導パッド又は接着剤を駆動回路と支持構造の間の熱交換に対する抵抗を減らすのに用い得る。
又、本発明に於いては、当該流体入口マニホルドに入り、当該アレイに於けるそれぞれの流体チャンバを通って当該流体出口マニホルドに入る流体の流れを発生させる流体流発生手段を設けるものであって、具体的には、図８に示す様なポンプ２０６０を使用する事が可能である。
更に、本発明に於いては、図５に示す様に、流体チャンバは圧電素子物質のベース８６０内に形成されたチャネル１１を含むものであり、ＥＰ−Ａ−０２７７７０３に開示されているように、チャネル１１の壁部に電極が塗布されてチャネル壁アクチュエータを形成すると共に、当該圧電チャネル壁がチャネルを区切る。各チャネルは半分がカバー６２０の各部分８２０、８３０によって長手６００、６１０に沿って閉じられ、カバー６２０もそれぞれ流体入口マニホルド２２０、流体出口マニホルド２１０、２３０とつながったポート６４０、６５０、６３０を伴って形成されている。
【００４９】
次に、上記した本発明にかかる当該液滴堆積装置に付加されて構成される幾つかの構成態様の例を以下に説明する。
即ち、本発明に係る当該液滴堆積装置に於いて、インクを循環させることによりチャンバを効果的にきれいにするため、特に埃粒子のようなインク内の異物がオリフィス内に入らずに、オリフィスを通過させるため、チャンバを通るインク流量は高く、たとえばチャネルからのインク最大射出量の１０倍高くなければならない。これはインクをチャンバへ、またチャンバから供給する流体マニホルド内の高い流量を要求する。本発明によれば、流体入口および／または流体出口マニホルドはそのような高いインク流量でも、粘性効果によるチャンバ長さに沿う圧力損失が問題ではないようにさせるに十分な断面積を有している。
【００５０】
上に説明したように、どちらか一方あるいは双方の流体マニホルド内の重大な圧力損失は、当該アレイ中の異なるチャンバ間のオリフィスでの静圧に重大な差をもたらす。これにより、チャンバ間のインク・メニスカスの位置に重大な差が生じ、したがってチャネル間の体積変化および速度変動をもたらす。公知なように、これらの変動は特に印刷される像に依存して印刷欠陥をもたらす。本発明ではマニホルド特性はそのような欠陥を避けるように選ばれている。たとえば、図２〜４のようなプリントヘッドは一般に５０ｐｌ（ピコリットル）の小滴を生じ、この小滴は一般に約６ｋＨｚの最高射出周波数で、３００ナノリットル／秒の各チャンバのオリフィスを通る流量に相当する。３６０ドット／インチの標準解像度でページ幅印刷（一般に１２．８インチ）を供給するのに必要な４６０４オリフィスを積算すると、約８３ｍｌ／分のプリントヘッドのオリフィスからの最高射出量になる。
【００５１】
図５のプリントヘッドチャンバとオリフィスをさらに詳細に述べる。流体チャンバは圧電素子物質のベース８６０内に形成されたチャネル１１で構成されたものであり、ＥＰ−Ａ−０２７７７０３に開示されているように、チャネル１１の壁部に電極が塗布されてチャネル壁アクチュエータを形成すると共に、当該圧電チャネル壁がチャネルを区切る。各チャネルは半分がカバー６２０の各部分８２０、８３０によって長手６００、６１０に沿って閉じられ、カバー６２０もそれぞれ流体入口マニホルド２２０、流体出口マニホルド２１０、２３０とつながったポート６４０、６５０、６３０を伴って形成されている。８１０での電極の途切れによって、チャネルの各半分のチャネル壁が電気信号によって独立に作動する。各チャネルのからのインク射出はベースの対向面につながった開口部８４０、８５０を通して行われる。オリフィス８７０、８８０は圧電部材に付属したオリフィス板８９０内に形成される。
【００５２】
信頼性を考慮すると、プリントヘッドを通るインクの循環量が射出量よりも約１０倍程度大きいことを要する。これにより、異物をインク内に閉じ込めてオリフィス詰まりを減らす。その結果、プリントヘッドを通る全流量は８３０ｍｌ／分のオーダーになる。オリフィスからのインク射出は、プリントヘッドに流入するインク量に対して流出するインク量を減らす。しかし、この差は全インク循環量に比べて小さめで、各チャンバを通る流量は実質的に一定と言い得る。
【００５３】
端キャップ９０から離れるにつれて、流体入口マニホルドに沿う流量は、アレイに沿って距離とともに減る。同様に、流体出口マニホルド内の流量はインクを消耗するチャネルの数がふえると、アレイに沿って距離とともにふえる。
【００５４】
アレイ内の異なるチャネルによって印刷された印字品質の重大な変動なく流体入口・出口マニホルド双方で最高流量にするため、流体入口・出口マニホルドはそれぞれ１．６×１０−４ｍ２および１．２×１０−４ｍ２の断面積をもつ。これにより、流体入口マニホルドの長手にわたって１３６Ｐａのオーダーの全圧力降下を与える。流体出口マニホルドでの圧力降下は１６１Ｐａのオーダーである。最高流量および最大圧力降下は、それぞれ流体入口・出口マニホルドの入口・出口接続部で生じる。実施例では、これらの位置での圧力降下は一連のチャネル間の印字品質の差が重大になるレベルを越えなかった。
【００５５】
図６は、本発明に係る当該液滴堆積装置に於ける第２実施例の断面図である。図４の第１実施例と同様にプリントヘッドの支持構造９００はヘッドの幅方向に伸びるインク流通路９１０（図４の流体出口マニホルド２１０及び２３０に対応する）、９２０（図４の流体入口マニホルド２２０に対応する）と合体している。インクはプリントヘッドに入り、９１５で示すようにインク供給通路９２０に入る。通路に沿ってインクが流れると、支持構造９００内に形成された開口部９３０を通って各インク・チャンバ９２５内に供給される。チャンバを通って流れたインクは開口部９４０、９５０を通って９３５で示すように、インク流通路９１０に沿ってインク流と合流する。
【００５６】
フラットなアルミナ基板９６０は、アルミナ介挿層９７０を介して支持構造９００に装着されている。アルミナ介挿層９７０は約１００μｍ厚みの熱伝導接着剤を使って支持構造９００に結合されるのが好ましい。
【００５７】
駆動回路のＩＣチップ９８０は低密度フレキシブル回路板９８５上に実装されている。プリントヘッドの製造を容易にし、かつ安価にするため、ＩＣチップ９８０を載せる回路板の各部はアルミナ基板９６０の表面に直接実装される。駆動回路の過熱を避けるため、抵抗器９９０のような他の熱発生部品は導管として作用する支持構造９００と実質的に熱伝導接触で実装され、抵抗器９９０によって発生する熱を、支持構造９００を通してインクに移させる。
【００５８】
アルミナ基板およびアルミナ介挿層に加え、アルミナ板９９５が支持構造９００の下側に設けられてこの位置で支持構造９００の膨張を制限することにより、熱膨張による支持構造９００の歪みを実質的に防止する。
【００５９】
図８はスルーフロー・プリントヘッド２０１０を使うのに適するインク供給システム２０００を示している。プリントヘッド２０１０は、チャネル・アレイが水平方向に配置されており、オリフィス２０２０が下方に向いているが、本システムはすでに説明した様に、当該アレイが非水平方向に配列されている場合にも等しく適用できる。
【００６０】
インクはエアフィルタ２０４１を経て大気に開放されている上方流体容器２０４０からプリントヘッドの中央流体入口マニホルド２０３０に入り、ポンプ２０６０によって下方流体容器２０５０からインクを供給される。ポンプ２０６０は上方流体容器内のセンサ２０７０によって、オリフィスの面Ｐの上にあるオリフィスの面Ｐからの一定の高さＨＵに流体レベル２０８０を維持するように制御される。制限器２０９０によって過度の流量が防止されるので、ポンプ循環は流体レベル２０８０によって作られた圧力を乱さない。フィルタ２０９５によって、特に貯蔵タンクを経てインク供給内に入り得る異物がトラップされる。約５０ｐｌ体積の小滴を射出するプリントヘッドは一般に、８μｍ以上の粒子をトラップするフィルタを要し、それにより約２５μｍの最小外径をもつオリフィスを詰まらせないようにする。たとえば、いわゆる「マルチパルス」印刷用に使われるより小さな小滴は、より小さなオリフィス（一般に２０μｍ径）およびより密なフィルタを要する。
【００６１】
下方流体容器２０５０において、流体レベル３０００はインク貯蔵タンク（図示せず）に接続されたポンプ３０３０を制御するセンサ３０１０によってオリフィス面Ｐの下にあるオリフィスの面Ｐからの一定の高さＨＬに保たれる。フィルタ３０２０と制限器３０４０は、上方流体容器２０４０に設けられたフィルタ２０４１及び制限器２０９０の場合と同じ目的に使われる。下方流体容器２０５０はプリントヘッドの流体出口マニホルド２０３５につながれている。
【００６２】
下方流体容器により流体出口マニホルドに加えられる負圧とともに、上方流体容器により流体入口マニホルドに加えられる正圧によって、チャンバ・アレイを通って、オリフィスに不適当な圧力を加えることなく異物の滞留を防止するのに十分な流れを生じる。上記のプリントヘッドを使うと、ＨＵが約２８０ｍｍ、ＨＬが３２０ｍｍで、オリフィスに約−２００Ｐａの圧力を与える。このような装置に於いては、当該プリントヘッドが操作されている間に通常発生される緩い正圧パルスがチャンバに印加されている場合であっても、わずかな負圧は、インク・メニスカスを壊さないという事を確実にするものである。
流体容器内の自由面レベルを実質的に一定の値に維持する為に、種々の供給ポンプを制御する手段は、上記した操作に役立つ。
【００６３】
弁３０５０、３０６０がインク供給ラインに配列されている。ポンプ２０６０、３０３０およびセンサ２０７０、３０１０とともにプリントヘッド制御器に電気的に接続され、プリントヘッドの作動中、弁は開いているが、ヘッドが停止すると弁は閉じて上方流体容器から下方流体容器へインクが逆流するのを防ぐ。その結果、次にプリントヘッドが作動したとき、印刷が速やかに再開される。逆止弁３０７０がポンプ２０６０への供給ラインに設けられている。
【００６４】
図９（Ａ）は図８のインク供給配列の変形を示している。ポンプ２０６０を連続運転させることにより制御回路が簡略化され、流体容器内の流体レベルが出口レベル４０００を越えるとインクは下方流体容器にもどる。気密のインク貯蔵タンク４０１０が下方流体容器２０５０の上方に装着され、供給パイプ４０２０によって接続されている。さらにパイプ４０３０の一端がタンク上部のエアスペース４０４０につながり、他端は所望のインクレベルＡの高さに位置している。下方流体容器内の実際のインクレベル３０００がレベルＡよりも下がると、パイプ４０３０の前記他端がインクレベルよりも上に現れるので、空気がエアスペース４０４０内に流れ込み、供給パイプ４０２０を経てタンクからインクが流出して下方流体容器内に入るので、インクレベルは所定レベルＡにもどる。図８のように、常閉弁と逆止弁により印刷の急速展開が可能になる。
【００６５】
図９（Ａ）のより簡略された変形を図９（Ｂ）に示す。単一の大径チューブ４０１２が封止流体容器４０１０と下方流体容器２０５０の間に伸びている。このチューブは、どの部分も水平でない様に配置されており、好ましくは先端が角度を切られている下端４０１４が下方流体容器内の流体と接している。インクレベルは上記下端部に設定される。まず、スペース４０４０内が真空になるまでインクが封止流体容器４０１０から流出する。下方流体容器からインクが少なくなるとチューブの下端４０１４が露出し、空気を封止流体容器まで流し上げ、そこの真空度合を減らす。次にインクは、真空度合がインクレベルを保つに十分な以前のレベルまで増すまで封止流体容器から下に流れる。
【００６６】
図８、９の装置において、プリントヘッドの流体入口マニホルドは上方流体容器によってインクを供給される。しかし、初期のインク供給は容易でない。第一に、プリントヘッド内の空気が下方に流出させられなければならない。第二に、空気がプリントヘッド内にトラップされ、下方流体容器内の「サイフォン」効果の設定を妨げる。
【００６７】
インク系から空気をすっかり排出することが正および負の流体圧力を発生させるのに重要で、インク系を空（から）から充填するとき、プリントヘッド・マニホルドおよびチューブから大量の空気を出さなければならない。このため、図１０（Ａ）、１０（Ｂ）に示す２つの方法を開発した。
【００６８】
図１０（Ａ）、１０（Ｂ）において、図６のようにプリントヘッド２０１０は単一の流体入口マニホルド２０３０および単一の流体出口マニホルド２０３５をもつように示されている。これらの流体マニホルドはバイパス弁５０１２を有するバイパス５０１０によってつながれている。
【００６９】
通常の印刷の間、インクはエアフィルタ２０４１を経て大気に開放された上方流体容器２０４０から流体入口マニホルド２０３０に入る。弁５０１２は閉じているので、インクは流体入口マニホルドからチャネルに入り、流体出口マニホルドに入って、下方流体容器に運ばれる。上方流体容器はポンプ２０６０によって下方流体容器２０５０からインクを供給される。図９のシステムのように、ポンプ２０６０は連続運転され、上方流体容器の流体レベルがレベル４０００を越えた時、下方流体容器にインクがもどされる。フィルタ２０９５は異物をトラップする。
【００７０】
インクはフィルタ２０９５から２つの位置の１つを選択する転換弁５０００に流れる。転換弁５０００は通常印刷の間、図１０（Ａ）の第１位置５００２を取るので、インクは上方流体容器２０４０に供給される。
【００７１】
プリントヘッドの初期充填の間、弁３０５０は閉じ、転換弁５０００は図１０ｂの第２位置５００４を取る。これにより、プリントヘッドは、下方流体容器からポンプアップされたインクにより逆向きに充填される。その間、バイパス弁５０１２は開いている。開くと、この弁は流体入口・出口マニホルドを接続パイプの対向端で接続し、チャネルを介さずに、互いにインクと空気を通させる。これは、抵抗がより低い通路なので、より高い流体速度で流体を通し、空気も通過させる。
【００７２】
図８で説明したように、弁３０５０、３０６０はインク供給ラインに配置され、印刷の間開いたままで、弁３０５０は充填操作の間、閉じてインクがプリントヘッドから下方流体容器内に排出するのを防ぐ。弁３０５０、３０６０は接続パイプ（当該弁の両端部に設けられているバイパス５０１０）の口径（ｂｏｒｅ）と等しい口径（ｂｏｒｅ）を有し、気泡が弁入口に溜まるのを防ぐ。逆止弁も供給ラインに設けられる。
【００７３】
図８に示されている実施例では、ポンプ２０６０により、上方流体容器２０４０は、インクを下方流体容器２０５０から有効に充填されるが、図１０に示されている実施例では、バイパス弁５０１２と転換弁５０００とが併用して使用されることから、初期充填操作の間は、ポンプ２０６０を運転させ、弁３０５０を閉じ、バイパス弁５０１２と弁３０６０を明けることによりインクを上方流体容器２０４０に充填する。
流体はプリントヘッド内に流入し、空気を下方接続パイプ内に圧縮する。これが生じると、弁３０５０は開き、インクの高流量によって空気が排出される。空気がすべて除かれると、バイパス弁は閉じ、プリントヘッドは作動準備に入る。
【００７４】
バイパス弁を使うことの利点は、プリントヘッドが充填の間、オリフィスからインクを滴下しないことである。
【００７５】
他の利点は、少量の空気がバイパス弁５０１２を瞬間的に開けることにより、容易に排出されることである。
前記プリントヘッドから排出された空気は、大気に開放されている上方流体容器或は下方流体容器から大気に向けて放出される。
【００７６】
亦、他の利点は、バイパス弁５０１２を開けてプリントヘッドをつないだ後、チャネルを流れる異物を除くように一掃することである。
【００７７】
さらに他の利点は、当該プリントヘッドに接続されている接続パイプ５０１０であって、当該接続パイプ５０１０は、当該接続パイプ５０１０内を下降する許容できる圧力降下に一致する最小の実効内部口径を持つ当該接続パイプ５０１０と結合されたバイパス弁５０１２を使用することである。
小さい内径を有する当該接続パイプは、高速な流速が得られ、それは、当該空気泡が淀むような大口径の接続パイプに比べて、当該空気泡を下方に移動させ、且つ当該システムから外部に排出するに際してより効率的である。
【００７８】
図１０に示す本願発明の具体例のシステムでは、通常印刷操作の間では、転換弁５０００のみが使用され、一方、初期充填操作の間では、転換弁５０００及びバイパス弁５０１２が使用される。インク温度は、たとえば周囲温度およびプリントヘッド作動条件によって変動する。それにより、インク粘度が変化するので、プリントヘッドから滴下するインク量が変化し、たとえば小滴の大きさの好ましくない変化をもたらす。したがって、インク温度を制御することが望ましい。
【００７９】
図１１は、インク温度調整配置を示す。図１０と同様だが、説明上、転換弁５０００、バイパス５０１０およびバイパス弁５０１２を省いてある。
【００８０】
図１１のシステムは、上方流体容器２０４０内のインクを加熱するためのヒーター６０００を有する。ヒーター６０００は、たとえば上方流体容器２０４０内に配置される。その出力は制御器（図示せず）によって制御され、温度センサ６０２０からの出力によって温度指示を受ける。
【００８１】
たとえばインクの周囲温度が１５℃で、プリントヘッドが最適温度４０℃で作動すると仮定すると、ヒーターはインクを２５℃だけ加熱しなければならない。しかし、プリントヘッドの作動の間、当該プリントヘッドの駆動回路からの発熱によって、インクの周囲温度が３０℃に変化するならば、当該プリントヘッドを通る流体も又、３０℃まで加熱されるので、ヒーターはインクを１０℃だけ加熱すればよい。これにより、下方流体容器から上方流体容器に流れる熱が最適温度よりも上がる。したがって、制御可能な冷却用熱交換器６０１０がポンプ２０６０とフィルタ２０の間に設けられ、流体温度を下げる。
【００８２】
本明細書および図面に開示された各特徴は、他の特徴とは独立して、本発明の中に含まれる。
【００８３】
たとえば、図８〜１１に開示された特徴は、いかなる適切な配列とも一緒になり得る。また、図１１の加熱・冷却配列は、図８、９のシステム内に用いられ得る。同様に、図１０の下方流体容器２０５０を用いるプリントヘッド充填用配列は、図８、９のシステム内に用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】従来技術によるプリントヘッドの断面図である。
【図２】本発明の第１の面による「ページ幅」プリントヘッドの斜視図である。
【図３】図２のプリントヘッドの後部および頂部からの斜視図である。
【図４】図２、３のプリントヘッドの断面図である。
【図５】図１のプリントヘッドのチャネルに沿う断面図である。
【図６】本発明の第２実施例のプリントヘッドの断面図である。
【図７】本発明のプリントヘッドの概略説明図である。
【図８】図１〜７のプリントヘッドに適する流体供給システムの説明図である。
【図９】図１〜７のプリントヘッドに適する流体供給システムの説明図である。
【図１０】図１〜７のプリントヘッドに適する流体供給システムの説明図である。
【図１１】図１〜７のプリントヘッドに適する流体供給システムの説明図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０：  プリントヘッド
２０、３０：  オリフィス
２２０：  流体入口マニホルド
２１０、２３０：  流体出口マニホルド
９００：  支持構造
９２５：  インク・チャンバ
１０００：  単一リニア・アレイ
１０１０：  流体入口マニホルド
１０２０：  流体出口マニホルド
１０５０：  介挿材
２０００：  インク供給システム
２０１０：  プリントヘッド
２０３０：  流体入口マニホルド
２０３５：  流体出口マニホルド
２０４０：  上方流体容器
２０５０：  下方流体容器
４０００：  出口レベル
４０１０：  インク貯蔵タンク
５０００：  転換弁
５０１０：  バイパス
５０１２：  バイパス弁
６０００：  ヒーター
６０１０：  冷却用熱交換器
【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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