(57)【要約】装置は、圧送チャンバと、第１の端部と第２の端部とを有するディセンダとを含む。ディセンダの第１の端部は、圧送チャンバに対して中心に置かれ、圧送チャンバとディセンダの第２の端部に配置されたノズルとの間の第１の流体流路を画定する。１つ以上の第２の流体流路が、ディセンダの第２の端部において画定される。一実施形態において、装置は、圧送チャンバを通してノズルに向かって流体を圧送するように動作可能である圧電性アクチュエータをさらに備えている。
2020514118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、前記装置は、
圧送チャンバと、
第１の端部と第２の端部とを有するディセンダと
を備え、
前記ディセンダの前記第１の端部は、前記圧送チャンバに対して中心に置かれ、前記圧送チャンバと前記ディセンダの前記第２の端部に配置されたノズルとの間の第１の流体流路を画定し、
１つ以上の第２の流体流路が、前記ディセンダの前記第２の端部において画定されている、装置。
【請求項２】
前記圧送チャンバを通して前記ノズルに向かって流体を圧送するように動作可能である圧電性アクチュエータをさらに備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記圧送チャンバは、リザーバから流体を受け取るための第１の入口を備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記圧送チャンバは、前記リザーバから流体を受け取るための第２の入口を備えている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ディセンダの幅は、前記第１の入口と前記第２の入口との間の距離の１０％〜９０％である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の入口および前記第２の入口は、前記ディセンダの前記第１の端部に対して等距離である、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の入口は、第１のリザーバに接続されるように構成され、前記第２の入口は、第２のリザーバに接続されるように構成されている、請求項４に記載の装置。
【請求項８】
前記圧送チャンバは、前記ディセンダの前記第１の端部および前記第２の端部を通して延びている縦軸に対して対称的である、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記ノズルは、前記ディセンダを通した前記圧送チャンバからの流体流の第１の部分が前記ノズルを通して排出されるように構成され、前記１つ以上の第２の流体流路は、前記ノズルを通して排出されない流体流の第２の部分を受け取るように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記１つ以上の第２の流体流路は、前記ディセンダを通した前記圧送チャンバからの流体流の一部を受け取るための複数の流体流路を備え、前記流体流路のうちの第１のものは、前記第１のリザーバに接続され、前記流体流路のうちの第２のものは、前記第２のリザーバに接続され、
前記流体流の前記一部は、前記ノズルを通して排出されない、請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記１つ以上の第２の流体流路は、再循環流体流路である、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記再循環流体流路は、前記ディセンダの前記第２の端部に近接した第１の端部と、リザーバに接続されるように構成されている第２の端部とを備えている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
システムであって、前記システムは、
リザーバと、
前記リザーバから流体を受け取るための入口を備えている圧送チャンバと、
第１の端部と第２の端部とを有するディセンダと
を備え、
前記ディセンダの前記第１の端部は、前記圧送チャンバに対して中心に置かれ、前記圧送チャンバと前記ディセンダの前記第２の端部に配置されたノズルとの間の第１の流体流路を画定し、
１つ以上の第２の流体流路が、前記ディセンダの前記第２の端部において画定されている、システム。
【請求項１４】
前記圧送チャンバは、前記ディセンダの前記第１の端部および前記第２の端部を通して延びている縦軸に対して対称的である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記圧送チャンバを通して前記ノズルに向かって流体を圧送するように動作可能である圧電性アクチュエータをさらに備えている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記入口は、第１の入口であり、前記圧送チャンバは、前記リザーバから流体を受け取るための第２の入口を備えている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ディセンダの幅は、前記第１の入口と前記第２の入口との間の距離の１０％〜９０％である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１の入口および前記第２の入口は、前記ディセンダの前記第１の端部に対して等距離である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１の入口は、第１のリザーバに接続されるように構成され、前記第２の入口は、第２のリザーバに接続されるように構成されている、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ノズルは、前記ディセンダを通した前記圧送チャンバからの流体流の第１の部分が前記ノズルを通して排出されるように構成され、前記１つ以上の第２の流体流路は、前記ノズルを通して排出されない流体流の第２の部分を受け取るように構成されている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２１】
前記１つ以上の第２の流体流路は、前記ディセンダを通した前記圧送チャンバからの流体流の一部を受け取るための複数の流体流路を備え、前記流体流路のうちの第１のものは、前記第１のリザーバに接続されており、前記流体流路のうちの第２のものは、前記第２のリザーバに接続されており、
前記流体流の前記一部は、前記ノズルを通して排出されない、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記１つ以上の第２の流体流路は、再循環流体流路である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２３】
前記再循環流体流路は、前記ディセンダの前記第２の端部に近接した第１の端部と、リザーバに接続されるように構成されている第２の端部とを備えている、請求項２２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、米国仮出願第６２／４４５，９７８号（２０１７年１月１３日出願）に対する優先権の利益を主張し、上記出願の内容は、参照により本明細書に引用される。
【０００２】
（技術分野）
本明細書は、流体送達システムのためのアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００３】
インクジェット印刷は、複数のノズルを含むインクジェット印刷ヘッドを使用して実施されることができる。印刷ヘッドは、ノズルを通してインクを排出する流体エジェクタを含むことができる。流体エジェクタは、流体をリザーバからノズルに輸送するための流路を画定することができる。ある場合、流体エジェクタは、ノズルから排出されない流体を再循環経路に輸送する追加の流路を画定することができる。再循環経路を通して流動する流体は、その後の排出動作において排出されることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ある側面では、装置は、圧送チャンバと、第１の端部と第２の端部とを有するディセンダとを含む。ディセンダの第１の端部は、圧送チャンバに対して中心に置かれ、圧送チャンバとディセンダの第２の端部に配置されたノズルとの間の第１の流体流路を画定する。１つ以上の第２の流体流路が、ディセンダの第２の端部において画定される。
【０００５】
別の側面では、システムは、リザーバと、リザーバから流体を受け取るための入口を含む圧送チャンバと、第１の端部と第２の端部とを有するディセンダとを含む。ディセンダの第１の端部は、圧送チャンバに対して中心に置かれ、圧送チャンバとディセンダの第２の端部に配置されたノズルとの間の第１の流体流路を画定する。１つ以上の第２の流体流路が、ディセンダの第２の端部において画定される。
【０００６】
実装は、下記または本明細書の他所において説明される特徴のうちの１つ以上のものを含む。
【０００７】
いくつかの実装では、装置またはシステムは、流体を、圧送チャンバを通してノズルに向かって圧送するように動作可能である圧電性アクチュエータを含む。
【０００８】
いくつかの実装では、圧送チャンバは、リザーバから流体を受け取るための第１の入口を含む。ある場合、圧送チャンバは、リザーバから流体を受け取るための第２の入口を含む。ある場合、ディセンダの幅は、第１の入口と第２の入口との間の距離の１０％〜９０％である。ある場合、第１の入口および第２の入口は、ディセンダの第１の端部に対して等距離である。ある場合、第１の入口は、第１のリザーバに接続されるように構成され、第２の入口は、第２のリザーバに接続されるように構成される。
【０００９】
いくつかの実装では、圧送チャンバは、ディセンダの第１の端部および第２の端部を通して延びている縦軸に対して対称的である。
【００１０】
いくつかの実装では、圧送チャンバ、ディセンダ、およびノズルは、圧送チャンバの入口と圧送チャンバの出口との間の流体流路における共鳴周波数が、少なくとも１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚであるように構成される。
【００１１】
いくつかの実装では、ノズルは、ディセンダを通した圧送チャンバからの流体流の第１の部分が、ノズルを通して排出され、１つ以上の第２の流体流路が、ノズルを通して排出されない流体流の第２の部分を受け取るように構成される。
【００１２】
ある場合、１つ以上の第２の流体流路は、ディセンダを通した圧送チャンバからの流体流の一部を受け取るための複数の流体流路を含む。流体流路のうちの第１のものは、例えば、第１のリザーバに接続され得、流体流路のうちの第２のものは、第２のリザーバに接続され得る。流体流の一部は、例えば、ノズルを通して排出されない。
【００１３】
いくつかの実装では、１つ以上の第２の流体流路は、再循環流体流路である。ある場合、再循環流体流路は、ディセンダの第２の端部に近接した第１の端部と、リザーバに接続されるように構成されている第２の端部とを含む。
【００１４】
前述の利点は、限定ではないが、下記および本明細書の他所において説明されるものを含み得る。流路構成は、流体が印刷ヘッドから排出され得る率を増加させることができる。特に、流路構成は、印刷ヘッドにおける流路の共鳴周波数を増加させ、それによって、圧送チャンバが流体を印刷ヘッドから排出するように作動させられ得る周波数を増加させることができる。より高い共鳴周波数を用いて、印刷ヘッドは、より高い最大流率を達成することができる。流路構成は、より低い電圧が圧送チャンバを駆動するアクチュエータに印加されるときでさえ、流体が排出されることをさらに可能にする。
【００１５】
本明細書において説明される主題の１つ以上の実装の詳細が、添付図面および下記の説明内に記載される。他の潜在的特徴、側面、および利点も、説明、図面ならびに請求項から明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、流体送達システムの側面図である。
【００１７】
【図２】図２は、印刷ヘッドの横断面図である。
【００１８】
【図３】図３は、印刷ヘッドの一部の横断面図である。
【００１９】
【図４Ａ】図４は、流体エジェクタの横断面図である。
【００２０】
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの線４Ｂ−４Ｂに沿って得られる図４Ａの流体エジェクタの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
種々の図面における同様の参照番号および記号は、同様の要素を示す。
【００２２】
例えば、インクジェットプリンタのための流体エジェクタは、アクチュエータが急速に（例えば、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、０〜２５０ｋＨｚ、０〜１ＭＨｚ、またはそれより高い率で）作動させられることを可能にする流路を含むことができる。いくつかの例では、流体エジェクタのディセンダが、流体がリザーバから流体エジェクタのノズルまで進行する距離を減少させるために、位置付けられることができる。いくつかの例では、流体エジェクタは、リザーバとノズルとの間に複数の流体流路を含む。リザーバとノズルとの間に単一の流体流路を有する流体エジェクタと比較して、複数の流路を有する流体エジェクタは、比較的により低いインピーダンスを有することができる。流体エジェクタは、代替として、または加えて、流体エジェクタから再循環システムへの複数の流体流路を含むことができる。本明細書に説明される流体エジェクタおよび他のもののそのような構成は、流体エジェクタに関連付けられるアクチュエータが急速に駆動され、流体エジェクタから流体を排出することを可能にすることができる。
【００２３】
図１は、例えば、図２に示される印刷ヘッド２００のための流体エジェクタ１０１を含む流体送達システム１００のある例を描写し、流体エジェクタ１０１は、流体エジェクタ１０１の圧送チャンバ１０２からの流体のより急速な排出を可能にする流路構成を有する。流体エジェクタ１０１は、流体をリザーバから流体エジェクタのノズル１１４に輸送するための流路を含む。流体エジェクタ１０１は、第１の端部１０６と、第２の端部１０８とを有するディセンダ１０４を含む。第１の端部１０６が、圧送チャンバ１０２とノズル１１４との間の第１の流体流路１１２を画定する。ノズル１１４が、ディセンダ１０４の第２の端部１０８に配置される。第２の流体流路１１６が、ディセンダ１０４の第２の端部１０８に画定される。第２の流体流路１１６は、例えば、排出動作、例えば、印刷動作において流体を再循環させるための再循環経路に対応する。再循環させられる流体は、例えば、リザーバに戻され、その後の排出動作、例えば、その後の印刷動作のために再利用される。流体エジェクタ１０１は、圧送チャンバ１０２を通してノズル１１４に向かって流体を圧送するように動作可能であるアクチュエータ１１８を含む。
【００２４】
第１の流体流路１１２は、例えば、圧送チャンバ１０２から外に圧送される流体のための流体流路に対応する。圧送チャンバが、複数の流体流路から流体を受け取る場合、第１の流体流路１１２は、複数の流体流路から流体を受け取り、単一の流体流が、ディセンダ１０４を通して向かわせられる。
【００２５】
図１に示される例では、ディセンダ１０４は、圧送チャンバ１０２に対して中心に置かれ、例えば、ディセンダ１０４の第１の端部１０６が、圧送チャンバ１０２に対して中心に置かれる。ある場合、圧送チャンバ１０２は、複数の流体流路から流体を受け取り、ディセンダ１０４は、流体流路が圧送チャンバ１０２に接続される場所が、ディセンダ１０４からほぼ均等に離されているように中心に置かれる。ある場合、圧送チャンバ１０２からディセンダ１０４への第１の流体流路１１２が、圧送チャンバ１０２に対して中心に置かれる。ディセンダ１０４が、圧送チャンバ１０２に対して中心に置かれているので、排出されるべき流体の起点（例えば、リザーバ）とノズル１１４との間の距離が、減少させられる。減少させられた距離は、流体流路を通した流体の一部の減少させられた進行時間をもたらす。減少させられた進行時間は、ひいては、リザーバとノズル１１４との間の流路の共鳴周波数がより高く、それによって、流体エジェクタ１０１が流体をより急速に排出することを可能にすることを示す。加えて、または代替として、いくつかの実装では、複数の流路が（例えば、供給チャンバから）流体エジェクタ１０１に進入するよときに集中し、および／または、複数の流路が流体エジェクタ１０１から退出するときに分岐し、それによって、流体エジェクタを通して輸送される流体の量を減少させることなく、流路の共鳴周波数を増加させる。加えて、アクチュエータ１１８のたわみの量が、維持され得、アクチュエータ１１８の剛度も、維持され得る。
【００２６】
流体エジェクタ１０１は、例えば、図２に描写されるような印刷ヘッド２００の一部を形成する。印刷ヘッド２００は、インク、生物学的液体、ポリマー、電子構成要素を形成するための液体、または他のタイプの流体等の流体の液滴を、表面上に排出する。印刷ヘッド２００は、図１に関して説明されるように、１つ以上の流体エジェクタ１０１を含み、各流体エジェクタは、対応するアクチュエータ１１８を含む。
【００２７】
図２−４Ｂを参照すると、印刷ヘッド２００は、流体エジェクタ１０１の変形可能膜３０３およびインターポーザアセンブリ２１４に結合される基板３００を含む。基板３００は、ある場合、それを通して形成される通路を有するシリコン基板等のモノリシック半導体本体であり、通路は、基板３００を通した流体のための流路を画定する。いくつかの実装では、基板３００と膜３０３とは、圧送チャンバ１０２を一緒に画定する。基板３００は、例えば、流体エジェクタ１０１の流体導管（例えば、圧送チャンバ１０２、ディセンダ１０４、ノズル１１４等）を画定する。
【００２８】
印刷ヘッド２００は、流体供給チャンバ２０４および流体帰還チャンバ２０６に分割された内部容積を有するケーシング２０２を含む。ある場合、内部容積は、分割構造２０８によって分割される。分割構造２０８は、例えば、上側分割器２１０と、下側分割器２１２とを含む。流体供給チャンバ２０４および流体帰還チャンバ２０６の底部は、インターポーザアセンブリ２１４の上面によって画定される。
【００２９】
流体供給チャンバ２０４は、印刷ヘッド２００から排出されるべき（例えば、エジェクタ１０１を通して排出されるべき）流体の供給物を含むためのリザーバを含む。流体供給チャンバ２０４のリザーバは、流体を圧送チャンバ１０２に供給する。流体帰還チャンバ２０６は、図１に関して説明される第２の流体流路１１６を通した、印刷ヘッド２００を通して再循環させられる流体を含むためのリザーバを含む。
【００３０】
インターポーザアセンブリ２１４は、接合または別の取り付け機構等によって、ケーシング２０２に取り付け可能である。インターポーザアセンブリ２１４は、例えば、上側インターポーザ２１６と、下側インターポーザ２１８とを含む。下側インターポーザ２１８は、上側インターポーザ２１６と基板３００との間に位置付けられる。
【００３１】
流路２２６が、流体供給チャンバ２０４を流体帰還チャンバ２０６に接続するために（例えば、流体的に接続するために）形成される。上側インターポーザ２１６は、流路２２６への入口３３０と、流路２２６からの出口３３２とを含む。入口３３０および出口３３２は、例えば、上側インターポーザ２１６における開口として形成される。流路２２６は、例えば、上側インターポーザ２１６、下側インターポーザ２１８、および基板３００内に形成される。流路２２６は、供給チャンバ２０４から基板３００を通した入口３３０の中への流体流、および印刷ヘッド２００から流体の排出のための流体エジェクタ１０１への流体流を可能にする。エジェクタ１０１のアクチュエータ１１８は、駆動されると、圧送チャンバ１０２からノズル１１４を通して流体を排出する。流路２２６は、流体エジェクタ１０１から出口３３２の中への流体流、および帰還チャンバ２０６の中への流体流も可能にする。図２は、流路２２６を一直線の通路を形成する単一の流路として描写するが、いくつかの実装では、印刷ヘッド２００は、複数の流路を含む。代替として、または加えて、流路のうちの１つ以上のものは、一直線ではない。流路２２６において、基板入口３１０は、供給チャンバ２０４から入口３３０を通して流体を受け取る。基板入口３１０は、基板３００を通して、特に、膜３０３を通して延び、入口を通して流体エジェクタ１０１に流体を供給する１つ以上の入口給送チャネル３０４に流体を供給する。
【００３２】
図１に関して説明されるように、流体エジェクタ１０１は、ノズル１１４を含む。流体は、流体エジェクタ１０１のノズル１１４から選択的に排出される。流体は、例えば、ある表面上に画像を印刷するために表面上に排出されるインクである。ノズル１１４は、基板３００のノズル層３１２内に、例えば、基板３００の底面上に形成される。いくつかの例では、ノズル層３１２は、基板３００の一体型部分である。いくつかの例では、ノズル層３１２は、基板３００の表面上に堆積されたある層である。
【００３３】
流体は、エジェクタ流路４００に沿って流体エジェクタ１０１を通して流動し、例えば、エジェクタ１０１のエジェクタ流路４００を通して流動する。エジェクタ流路４００は、リザーバから流体を輸送し、流体を排出するために、および／または、その後の排出動作中に排出されるべき流体を再循環させるために、複数の流路をさらに含む。エジェクタ流路４００は、例えば、１つ以上のエジェクタ入口と、１つ以上の再循環出口と、１つ以上のノズルとを含む。
【００３４】
図１、４Ａ、および４Ｂに示されるように、ディセンダ１０４は、圧送チャンバ１０２に対して中心に置かれる。ディセンダ１０４の第１の端部１０６は、圧送チャンバ１０２の中心１１０（例えば、圧送チャンバ１０２の周辺の幾何中心等）に近接して位置付けられる。代替として、または加えて、圧送チャンバ１０２は、ディセンダ１０４の第１の端部１０６および第２の端部１０８を通して延びている縦軸１２２に対して対称的である。
【００３５】
一例では、印刷ヘッド２００から排出されるために、流体の一部が、流体エジェクタ１０１の入口２２２を通り、圧送チャンバ１０２を通り、ディセンダ１０４の第１の端部１０６を通り、ディセンダ１０４を通り、流体エジェクタ１０１を通り、ノズル１１４を通って印刷ヘッド２００から外に流動する。再循環させられるために、流体の一部は、入口２２２を通り、圧送チャンバ１０２を通り、ディセンダ１０４の第１の端部１０６を通り、ディセンダ１０４を通り、流体エジェクタ１０１の出口２２４を通って流動する。入口２２２は、例えば、圧送チャンバ１０２への入口である。出口２２４は、例えば、ディセンダ１０４からの出口である。
【００３６】
入口２２２は、例えば、排出動作中、リザーバ、例えば、供給チャンバ２０４からエジェクタ流路４００への流体流を可能にするために、リザーバに接続される。入口給送チャネル３０４は、供給チャンバ２０４を流体エジェクタ１０１の入口２２２に接続する。入口２２２は、入口流体チャネル３０４を通して供給チャンバ２０４に接続される第１の端部と、圧送チャンバ１０２に接続される第２の端部とを含む。
【００３７】
入口２２２は、いくつかの例では、入口給送チャネル３０４に接続されるディセンダ４１０を含む。ディセンダ４１０は、圧送チャンバ１０２にも接続される。圧送チャンバ１０２は、ノズル１１４に接続されるディセンダ１０４に接続される。
【００３８】
ディセンダ１０４は、出口２２４を含む。第１の流体流路１１２は、ある場合、入口２２２を通した圧送チャンバ１０２への入口流路１２４に対して垂直である。特に、ディセンダ１０４の縦軸１２２は、入口流路１２４を通して流動する流体の流動方向に対して垂直である。
【００３９】
ディセンダ１０４は、出口２２４を通して出口給送チャネル３２２に接続される。出口２２４は、例えば、別のリザーバに接続され、排出動作中、エジェクタ流路４００から他のリザーバ、例えば、帰還チャンバ２０６のリザーバの中への再循環流体流を促進する。出口給送チャネル３２２は、出口２２４を帰還チャンバ２０６に接続する。この点について、出口２２４は、ディセンダ１０４に接続される第１の端部と、帰還チャンバ２０６に接続される第２の端部、例えば、出口給送チャネル３２２とを含む。ある場合、１つ以上の他の流体チャネルが、出口給送チャネル３２２を帰還チャンバ２０６に接続する。いくつかの例では、基板出口（図示せず）が、出口給送チャネル３２２を帰還チャンバ２０６に接続する。いくつかの実装では、出口２２４を通した第２の流体流路１１６は、ディセンダ１０４によって画定される第１の流体流路１１２に対して垂直である。出口２２４は、第２の流体流路１１６の少なくとも一部を形成する。
【００４０】
いくつかの実装では、アクチュエータ１１８は、第１および第２の電極を含む圧電性アクチュエータである。圧電層３１４が、第１の電極と第２の電極との間に位置付けられる。第１の電極は、例えば、駆動電極３１６であり、第２の電極は、例えば、接地電極３１８である。駆動電極３１６および接地電極３１８は、例えば、銅、金、タングステン、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、チタン、白金、または伝導性材料の組み合わせ等の伝導性材料（例えば、金属）から形成される。駆動電極３１６および接地電極３１８の厚さは、例えば、約２μｍまたはそれ未満、約１μｍ、約０．５μｍ等である。
【００４１】
膜３０３は、アクチュエータ１１８と圧送チャンバ１０２との間に位置付けられ、それによって、接地電極３１８を圧送チャンバ１０２内の流体から絶縁する。いくつかの例では、膜３０３は、基板３００と別個のある層である。いくつかの例では、膜３０３は、基板３００と一体化されている。図３は、膜３０３と圧電層３１４との間に位置付けられる接地電極３１８を描写するが、いくつかの実装では、駆動電極３１６は、膜３０３と圧電層３１４との間に位置付けられる。
【００４２】
圧電性アクチュエータ１１８を作動させるために、電圧が、駆動電極３１６と接地電極３１８との間に印加され、圧電層３１４に電圧を印加することができる。印加された電圧は、圧電性アクチュエータ上に極性を誘起し、それは、圧電層３１４をたわませ、ひいては、膜３０３を変形させる。膜３０３のたわみは、圧送チャンバ１０２の容積の変化を生じさせ、圧送チャンバ１０２内に圧力パルスを生成する。本明細書に説明される流体エジェクタ１０１の構成において、圧送チャンバ１０２の容積の変化に対する所与の値に対して、圧電性アクチュエータ１１８が作動させられると、共鳴周波数がより高くなり、それによって、アクチュエータ１１８が流体を排出するためにより急速に作動させられることを可能にすることができる。特に、アクチュエータ１１８の作動周波数も、より高くなり得る。
【００４３】
印刷ヘッド２００は、いくつかの実装では、膜３０３を変形させるための電圧を駆動電極３１６に印加するためのコントローラを含む。コントローラは、例えば、駆動部、例えば、駆動電極３１６に印加される電圧を変調するための制御可能な電圧源を動作させる。印加された電圧は、膜３０３を選択可能な量だけ変形させる。いくつかの実装では、電圧は、膜３０３が圧送チャンバ１０２から離れるように変形するような様式で、駆動電極３１６に印加される。印加された電圧は、例えば、電圧差、例えば、接地電極３１８と駆動電極３１６との間に極性をもたらし、それは、圧電層３１４を駆動電極３１６に向かってたわませる。この点について、接地電極３１８が、膜３０３と圧電層３１４との間に位置付けられる場合、膜３０３は、圧送チャンバ１０２から離れるように変形する。
【００４４】
いくつかの実装では、膜３０３は、シリコン、例えば単結晶シリコンの単一の層から形成される。いくつかの実装では、膜３０３は、別の半導体材料、酸化アルミニウム（ＡｌＯ２）または酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等の酸化物、ガラス、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、他のセラミックもしくは金属の１つ以上の層、シリコン・オン・インシュレータ、もしくは他の材料から形成される。膜３０３は、例えば、膜３０３が、アクチュエータ１１８が駆動されると、流体の液滴を排出するように十分に曲がるようにコンプライアンスを有する不活性材料から形成される。いくつかの例では、膜３０３は、接着剤部３０２を用いてアクチュエータ１１８に固定される。いくつかの例では、基板３００、ノズル層３１２、および膜３０３のうちの２つ以上のものが、一体化本体として形成される。
【００４５】
本明細書に説明されるように、エジェクタ流路４００は、より高い共鳴周波数を有し、それによって、より高い圧送最大率を可能にするように構成されることができる。特に、アクチュエータ１１８は、共鳴周波数がより高いとき、急速に作動させられ、それによって、流体のより多くの数の液滴が、所与の期間にわたって流体エジェクタ１０１から排出されることを可能にすることができる。エジェクタ流路４００の全体的な共鳴周波数は、アクチュエータ１１８が作動させられるとき、アクチュエータ１１８によって生成される圧力パルスのための通過時間を減少させることによって増加されることができる。各経路を通した通過時間は、ある場合、供給チャンバ２０４と流体エジェクタ１０１との間の経路長、流体エジェクタと帰還チャンバ２０６との間の経路長、流体を１つ以上の入口から流体エジェクタ１０１のノズル１１４に輸送するための流体エジェクタ１０１内の経路長等に依存する。共鳴周波数を増加させるため、エジェクタ流路４００の区分のうちの１つ以上のものを通した圧力パルスの進行時間は、例えば、区分の長さを減少させることによって減少させられることができる。一例では、通過時間は、入口２２２とノズル１１４との間の進行長を減少させることによって減少させられることができる一方、圧電性アクチュエータ１１８の各作動を用いた圧送チャンバ１０２の容積の変化は、維持される。
【００４６】
中心に置かれているディセンダ１０４は、圧力パルスの通過長を低減させることができる。本明細書に説明されるように、いくつかの例では、圧送チャンバ１０２の中への複数の入口が、圧送チャンバ１０２の容積の変化が同一のレベルに維持されることを確実にすることができる。圧電性アクチュエータ１１８の各作動に伴う圧送チャンバ１０２の容積の変化を維持するために、区分が、流動を互いに平行に向かわせるように配列されることができる。例えば、２つの区分は、２つの区分が、エジェクタ流路４００に沿った単一の流体流を形成するように組み合わされる別個の流体流を輸送するとき、エジェクタ流路４００において流体を互いに平行に向かわせる。
【００４７】
エジェクタ流路４００の剛度が増加すると、共鳴周波数も、増加し得、同一量のアクチュエータ１１８のたわみを達成するために、より多くの電圧が、必要となり得る。この点について、アクチュエータ１１８は、共鳴周波数が、硬質の構成要素を通して増加されると、あまり効率的に動作せず、例えば、印加される電圧あたりのより低い排出体積を有し得る。共鳴周波数は、流体の所与の体積を排出するために印加される電圧の量を増加させることなく、増加されることができる。特に、共鳴周波数は、流体流路４００を通してアクチュエータ１１８によって生成される圧力パルスの進行時間を減少させることによって、増加されることができる。
【００４８】
圧力パルスの進行時間を減少させながら、圧力パルスに関連付けられる容積の変化を維持する一例では、流体エジェクタ１０１は、流体エジェクタ１０１の中への複数の入口、例えば、１つ以上のリザーバから圧送チャンバ１０２の中への複数の入口を含む。入口の各々は、流体を圧送チャンバ１０２に供給する。入口の各々は、この点について、他の入口によって形成される流路に平行して延びる別個の流路を形成する。流路は、ディセンダ１０４においてまたはその近傍において単一の流動に再結合する。再結合された流動は、次いで、ディセンダ１０４を通って進行する。ある場合、入口は、流体を圧送チャンバ１０２の中心１１０に向かわせるように位置付けられる。各入口のための圧送チャンバ１０２の中への流動の軸は、圧送チャンバ１０２の中心と交差する。ディセンダ１０４は、圧送チャンバ１０２の周辺内および入口の間に位置付けられる。ディセンダ１０４は、例えば、入口の各々に対して等距離である。
【００４９】
具体的な例では、入口２２２は、圧送チャンバ１０２の中への第１の入口２２２ａであり、エジェクタ流路４００は、圧送チャンバ１０２の中への第２の入口２２２ｂを含む。第１の入口２２２ａおよび第２の入口２２２ｂは、ある場合、ディセンダ１０４の第１の端部１０６に対して等距離である。ディセンダ１０４の幅は、例えば、第１の入口２２２ａと第２の入口２２２ｂとの間の距離の１０％〜９０％である。
【００５０】
第１の入口２２２ａおよび第２の入口２２２ｂは、流体を平行な流路に沿って向かわせる。図１に戻って参照すると、第１の入口２２２ａは、第１の入口経路１２４ａを画定し、第２の入口２２２ｂは、第２の入口経路１２４ｂを画定する。第１の入口経路１２４ａおよび第２の入口経路１２４ｂは、平行な流路である。いくつかの実装では、第１の入口２２２ａおよび第２の入口２２２ｂは、流体を圧送チャンバ１０２の中に反対方向に向かわせるように位置付けられ、例えば、流体は、入口経路１２４ｂに沿って流動する流体の方向と反対の方向に、入口経路１２４ａに沿って流動する。入口経路１２４ａおよび入口経路１２４ｂは、圧送チャンバ１０２内で再結合し、結合された流動として、第１の端部１０６を通してディセンダ１０４に進入する。ディセンダ１０４は、流体が入口２２２ａからディセンダ１０４に進行する距離が、流体が入口２２２ｂからディセンダ１０４に進行する距離に等しくなるように位置付けられる。
【００５１】
第１の入口２２２ａは、例えば、第１のリザーバに接続され、第２の入口２２２ｂは、例えば、第２のリザーバに接続される。この点について、エジェクタ流路４００が、複数の流体リザーバから流体を受け取る。エジェクタ流路４００が複数の流体リザーバから流体を受け取る場合、印刷ヘッド２００は、例えば、複数の供給チャンバ、例えば、供給チャンバ２０４に接続される。ある場合、第１の入口２２２ａおよび第２の入口２２２ｂが、同一のリザーバから流体を受け取る。そのような場合、エジェクタ流路４００は、単一のリザーバから流体を受け取るが、エジェクタ流路４００は、単一のリザーバからの複数の進入流動を含む。リザーバは、例えば、供給チャンバ２０４のリザーバである。
【００５２】
結合された流動は、ディセンダ１０４を通して進行し、エジェクタ流路４００が、その後の排出動作において使用されるべき流体を再循環するための経路を含む場合、結合された流動の第１の部分が、ノズル１１４を通して排出され、ディセンダ１０４からの結合された流動の第２の部分が、出口２２４を通して輸送される。ディセンダ１０４は、圧送チャンバ１０２からの結合された流動を受け取り、結合された流動の第１の部分をノズル１１４に輸送し、かつ結合された流動の第２の部分を出口２２４を通して輸送するように構成される。第２の部分は、例えば、排出動作中にノズル１１４を通して排出されていない流体に対応し、代わりに、その後の排出動作中の排出のために再循環させられる。一例では、エジェクタ流路４００は、ディセンダ１０４において、例えば、ディセンダ１０４の第２の端部１０８の近傍において、再循環させられるべき流体のための経路および印刷ヘッド２００から排出されるべき流体のための別の経路に分岐する。再循環させられるべき流体は、出口２２４を通してディセンダ１０４から退出し、印刷ヘッド２００から排出されるべき流体は、流体エジェクタ１０１のノズル１１４を通して退出する。
【００５３】
一例では、図１に戻って参照すると、第２の流体流路１１６は、複数の再循環流体流路のうちの１つである。第２の流体流路１１６は、第１の再循環経路１１６ａであり、エジェクタ１０１は、第２の再循環経路１１６ｂを含む。第１の出口２２４ａは、例えば、第１の流体流路１１６ａを形成し、第２の出口２２４ｂは、第２の流体流路１１６ｂを形成する。ディセンダ１０４は、第１および第２の流体流路１１６ａ、１１６ｂが両方、ノズル１１４を通した経路に加えて形成されるように、複数の経路に分割される。
【００５４】
複数の再循環経路１１６ａ、１１６ｂの各々は、１つ以上のリザーバ、例えば、１つ以上の帰還チャンバに接続される。図４Ａおよび４Ｂに示される例では、第１の出口２２４ａは、第１のリザーバに接続され、第２の出口２２４ｂは、第２のリザーバに接続される。この点について、エジェクタ流路４００は、再循環させられるべき流体を複数のリザーバに輸送する。エジェクタ流路４００が、流体を複数のリザーバに輸送する場合、印刷ヘッド２００は、例えば、複数の帰還チャンバ、例えば、帰還チャンバ２０６に接続される。ある場合、第１の出口２２４ａおよび第２の出口２２４ｂは、流体を同一のリザーバに輸送する。そのような場合、エジェクタ流路４００は、単一のリザーバに再循環させられるべき流体を輸送するが、エジェクタ流路４００は、単一のリザーバの中への複数の退出流動を含む。リザーバは、例えば、帰還チャンバ２０６のリザーバである。
【００５５】
いくつかの実装が、説明されている。但し、種々の修正が、他の実装に存在する。
【００５６】
図３および４Ａに示される例は、共通平面内の基板入口３１０および出口給送チャネル３２２等の流路を描写するが、いくつかの例では、いくつかの実装において、基板入口３１０および出口給送チャネル３２２は、共通平面内に存在しない。入口給送チャネル３０４および基板入口３１０は、ある場合、共通平面内に存在する。代替として、基板入口３１０、出口給送チャネル３２２、および入口給送チャネル３０４が全て、共通平面内に存在する。第１の入口経路１２４ａおよび第２の入口流路１２４ｂが、共通平面内に存在するものとして図１に示されるが、ある場合、入口流路１２４ａおよび入口流路１２４ｂは、共通平面内に存在しない。入口流路１２４ａ、１２４ｂは、例えば、互いに対して角度付けられ、例えば、互いに垂直である平面内に存在する。同様に、第１の再循環経路１１６ａおよび第２の再循環経路１１６ｂが、共通平面内に存在するものとして示されるが、ある場合、第１の再循環経路１１６ａおよび第２の再循環経路１１６ｂは、共通平面内に存在しない。いくつかの実装では、再循環経路１１６ａ、１１６ｂのうちの１つ以上のものおよび入口流路１２４ａ、１２４ｂのうちの１つ以上のものは、共通平面内に存在しない。
【００５７】
流体エジェクタ１０１は、単一の流体エジェクタとして説明されているが、いくつかの実装における流体送達システムは、複数の流体エジェクタを含む。図３に戻って参照すると、流体エジェクタ１０１は、例えば、多くの流体エジェクタ、例えば、流体エジェクタ１０１ａおよび流体エジェクタ１０１ｂのうちの１つである。流体エジェクタ１０１ａ、１０１ｂは、各々、流体エジェクタ１０１ｂに関して説明されるエジェクタ流路４００に類似するエジェクタ流路を含む。この点について、流体エジェクタ１０１ａ、１０１ｂは、対応する入口と、圧送チャンバと、ディセンダと、出口と、それらのエジェクタ流路を通して流体を駆動するためのアクチュエータとも含む。
【００５８】
印刷ヘッド２００は、例えば、互いに平行に延びている複数の入口給送チャネルを含む。各入口給送チャネルは、入口給送チャネルから延びている基板入口と流体連通する。複数の出口給送チャネルが、基板３００内に形成され、ある場合、互いに平行に延びている。各出口給送チャネルは、出口給送チャネルのうちの１つから延びている少なくとも１つの基板出口と流体連通する。いくつかの例では、入口給送チャネルおよび出口給送チャネルは、交互行に配列される。
【００５９】
いくつかの実装では、流体エジェクタは、アレイに配列される。アレイの所与の列内の流体エジェクタは、同一の入口給送チャネルおよび同一の出口給送チャネルに接続されることができる。アレイの異なる列の流体エジェクタは、異なる入口給送チャネルおよび異なる出口給送チャネルに接続されることができる。いくつかの例では、隣接する列内の流体エジェクタは、同一の入口給送チャネルまたは同一の出口給送チャネルの全てに接続されることができるが、両方に接続されることはできない。
【００６０】
流体エジェクタ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃが、複数の入口を含む場合、ある場合、流体エジェクタ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの第１の入口の全てが、第１の供給チャンバのリザーバに接続され、流体エジェクタ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの第２の入口の全てが、第２の供給チャンバのリザーバに接続される。ある場合、流体エジェクタ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの入口全てが、同一のリザーバに接続される。流体エジェクタ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃが、複数の出口を含む場合、ある場合、流体エジェクタ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの第１の出口の全てが、第１の帰還チャンバのリザーバに接続され、流体エジェクタ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの第２の出口の全てが、第２の帰還チャンバのリザーバに接続される。いくつかの実装では、互いに隣接する流体エジェクタ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの入口は、同一のリザーバに接続され、例えば、流体エジェクタ１０１ａの第２の入口および流体エジェクタ１０１ｂの第１の入口は、同一のリザーバに接続される。同様に、いくつかの実装では、互いに隣接する流体エジェクタ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの出口は、同一のリザーバに接続され、例えば、流体エジェクタ１０１ａの第２の出口および流体エジェクタ１０１ｂの第１の出口は、同一のリザーバに接続される。
【００６１】
本明細書に説明されるアクチュエータは、いくつかの実装では、ユニモルフである。この点について、そのような実装におけるアクチュエータは、単一の活性層と、単一の不活性層とを含む。アクチュエータ１１８は、例えば、膜３０３を含む。この点について、圧電層３１４は、活性層および膜３０３に対応し、例えば、膜３０３は、不活性層に対応する。
【００６２】
１つの具体的な例では、印刷ヘッドは、１６個の流体エジェクタ（故に、給送チャネルに関連付けられた１６個のメニスカスが、存在する）としての役割を果たす、給送チャネル（例えば、入口給送チャネル３０４または出口給送チャネル３２２）を有する。給送チャネルは、０．３９ｍｍの幅、０．２７ｍｍ奥行、および６ｍｍの長さを有する。シリコンノズル層３１２の厚さは、３０μｍである。各メニスカスの半径は、５〜３０μｍである。水性インクの典型的な体積弾性率は、約Ｂ＝２Ｅ９Ｐａであり、典型的な表面張力は、約０．０３５Ｎ／ｍである。
【００６３】
流体エジェクタ１０１は、アクチュエータ１１８および膜３０３の両方を含むように説明されているが、いくつかの例では、流体エジェクタ１０１は、膜３０３を含まない。接地電極３１８は、例えば、圧電層３１４が圧送チャンバ１０２内の流体に直接暴露されるように、圧電層３１４の背面上に形成される。アクチュエータ１１８が、本明細書に説明されるような１つ以上の溝を含む場合、１つ以上の溝は、部分的に圧電層３１４を通して、例えば、圧電層３１４の深度の５０％〜９５％を通して延びている。
【００６４】
故に、他の実装も、請求項の範囲内である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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