流体噴射装置
流体噴射装置が、複数の流体チャネル１６０を有する基板１２０、１２０’と、基板によって支持されると共に、流体チャネルそれぞれの長さをそれぞれ延びる複数の可撓性膜部分１３２を含む可撓性膜１３０と、可撓性膜部分それぞれの第１の部分１３４上にそれぞれ設けられると共に、可撓性膜部分それぞれの第１の部分を流体チャネルのそれぞれに対して撓ませるように構成されている複数のアクチュエータ１４０と、可撓性膜上に設けられると共に可撓性膜部分それぞれの第２の部分１３６を支持する補強部材１５０とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、本願と同日付けで出願され、代理人整理番号が２００６０２４２２であり、本発明の譲受人に譲渡され、参照によって本明細書に援用される米国特許出願第１１／５２０，８７６号に関し、また、本願と同日付けで出願され、代理人整理番号が２００６０２８２５であり、本発明の譲受人に譲渡され、参照によって本明細書に援用される米国特許出願第１１／５２０，８７７号に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体噴射システムの一実施の形態としてのインクジェットプリントシステムは、プリントヘッドと、プリントヘッドに液体インクを供給するインク供給源と、プリントヘッドを制御する電子コントローラとを含み得る。流体噴射装置の一実施の形態としてのプリントヘッドは、複数のノズル又はオリフィスを通して、紙のシート等のプリント媒体に向かってインク滴を噴射することによってプリント媒体にプリントする。通常、オリフィスは１つ又は複数の列すなわちアレイで配置され、このことによって、プリントヘッド及びプリント媒体が互いに対して移動しながら、インクが適切に順序付けてオリフィスから噴射されて、文字又は他の画像がプリント媒体上にプリントされる。
【０００３】
１つのタイプのプリントヘッドとして、ピエゾ作動式プリントヘッドが挙げられる。ピエゾ作動式プリントヘッドは、流体チャンバを画定する基板と、流体チャンバ上に基板によって支持される可撓性膜と、可撓性膜上に設けられるアクチュエータとを含む。１つの構成では、アクチュエータは、電圧が印加されると変形する圧電材料を含む。したがって、圧電材料が変形すると、可撓性膜が撓むことによって、流体が流体チャンバから、当該流体チャンバと連通しているオリフィスを通って噴射される。そのようなプリントヘッドの作製及び動作は種々の課題を呈する。これらの理由及び他の理由から、本発明が必要である。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一態様は流体噴射装置を提供する。流体噴射装置は、複数の流体チャネルを有する基板と、基板によって支持されると共に、流体チャネルそれぞれの長さをそれぞれ延びる複数の可撓性膜部分を含む可撓性膜と、可撓性膜部分それぞれの第１の部分上にそれぞれ設けられると共に、可撓性膜部分それぞれの第１の部分を流体チャネルのそれぞれに対して撓ませるようになっている複数のアクチュエータと、可撓性膜上に設けられると共に可撓性膜部分それぞれの第２の部分を支持する補強部材とを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明によるインクジェットプリントシステムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明によるプリントヘッドアセンブリの一部の一実施形態を示す概略図である。
【図３】図２のプリントヘッドアセンブリの一部の一実施形態を示す概略的な断面図である。
【図４】本発明によるプリントヘッドアセンブリの一部の一実施形態を示す概略的な分解斜視図である。
【図５】本発明によるプリントヘッドアセンブリの一部の一実施形態を示す概略的な図である。
【図６】図５のプリントヘッドアセンブリの一部の一実施形態を示す概略的な断面図である。
【図７Ａ】本発明によるプリントヘッドアセンブリの動作の一実施形態を示す概略的な断面図である。
【図７Ｂ】本発明によるプリントヘッドアセンブリの動作の一実施形態を示す概略的な断面図である。
【図７Ｃ】本発明によるプリントヘッドアセンブリの動作の一実施形態を示す概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下の詳細な説明において、本明細書の一部を成し、本発明を実施することができる特定の実施形態の例として示される添付の図面を参照する。これに関して、方向を示す用語、例えば、「上」、「下」、「前」、「後」、「先端」、「後端」等は、説明されている図（複数可）の向きに関して用いられる。本発明の実施形態の構成要素は複数の異なる向きで位置決めすることができるため、方向を示す用語は、例示のために用いられ、決して限定するものではない。本発明の範囲から逸脱することなく他の実施形態を使用し、構造的又は論理的な変更を行ってもよいことを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は、限定するものとして捉えられるべきではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。
【０００７】
図１は、本発明によるインクジェットプリントシステム１０の一実施形態を示す。インクジェットプリントシステム１０は、プリントヘッドアセンブリ１２等の流体噴射装置と、インク供給アセンブリ１４等の流体供給源とを含む、流体噴射システムの一実施形態を構成する。図示の実施形態では、インクジェットプリントシステム１０はまた、取り付けアセンブリ１６と、媒体搬送アセンブリ１８と、電子コントローラ２０とを含む。
【０００８】
流体噴射装置の一実施形態としてのプリントヘッドアセンブリ１２は、本発明の一実施形態に従って形成され、１つ又は複数のカラーインクを含むインク滴を、複数のオリフィス又はノズル１３を通して噴射する。以下の説明はプリントヘッドアセンブリ１２からのインクの噴射に言及するが、他の液体、流体又は流動性材料をプリントヘッドアセンブリ１２から噴射してもよいことが理解される。
【０００９】
一実施形態では、滴は、プリント媒体１９の媒体上にプリントするためにプリント媒体１９等の方へ向けられる。通常、ノズル１３は一実施形態では１つ又は複数の列又はアレイで配置され、このことによって、プリントヘッドアセンブリ１２及びプリント媒体１９が互いに対して移動しながらインクが適切に順序付けてノズル１３から噴射されて、文字、記号及び／又は他の図形若しくは画像がプリント媒体１９上にプリントされる。
【００１０】
プリント媒体１９には、例えば紙、カードストック、封筒、ラベル、透明フィルム、厚紙、剛性パネル等が挙げられる。一実施形態では、プリント媒体１９は、一続きの形態すなわち一続きのウェブのプリント媒体１９である。したがって、プリント媒体１９は、プリントされていない紙の一続きのロールを含み得る。
【００１１】
流体供給源の一実施形態としてのインク供給アセンブリ１４は、プリントヘッドアセンブリ１２にインクを供給し、インクを貯蔵するリザーバ１５を含む。したがって、インクはリザーバ１５からプリントヘッドアセンブリ１２へ流れる。一実施形態では、インク供給アセンブリ１４及びプリントヘッドアセンブリ１２は再循環インク送出システムを形成する。したがって、インクはプリントヘッドアセンブリ１２からリザーバ１５へ流れて戻る。一実施形態では、プリントヘッドアセンブリ１２及びインク供給アセンブリ１４は、インクジェットカートリッジ又は流体ジェットカートリッジ、すなわちペン内に共に収容されている。別の実施形態では、インク供給アセンブリ１４は、プリントヘッドアセンブリ１２から分離されており、供給管（図示せず）等のインタフェース接続を通してプリントヘッドアセンブリ１２にインクを供給する。
【００１２】
取り付けアセンブリ１６は、媒体搬送アセンブリ１８に対してプリントヘッドアセンブリ１２を位置決めし、媒体搬送アセンブリ１８は、プリントヘッドアセンブリ１２に対してプリント媒体１９を位置決めする。したがって、プリントヘッドアセンブリ１２がインク滴を堆積させるプリントゾーン１７が、プリントヘッドアセンブリ１２とプリント媒体１９との間の領域においてノズル１３に隣接して画定される。プリント媒体１９は、プリント中、媒体搬送アセンブリ１８によってプリントゾーン１７を通って前進する。
【００１３】
一実施形態では、プリントヘッドアセンブリ１２は走査型プリントヘッドアセンブリであり、取り付けアセンブリ１６は、プリント媒体１９へのスワスのプリント中、媒体搬送アセンブリ１８及びプリント媒体１９に対してプリントヘッドアセンブリ１２を移動させる。別の実施形態では、プリントヘッドアセンブリ１２は非走査型プリントヘッドアセンブリであり、取り付けアセンブリ１６は、プリント媒体１９へのスワスのプリント中に媒体搬送アセンブリ１８がプリント媒体１９を所定位置を越えて前進させるときに、プリントヘッドアセンブリ１２を媒体搬送アセンブリ１８に対してこの所定位置に固定する。
【００１４】
電子コントローラ２０は、プリントヘッドアセンブリ１２、取り付けアセンブリ１６、及び媒体搬送アセンブリ１８と通信を行う。電子コントローラ２０は、コンピュータ等のホストシステムからデータ２１を受信し、データ２１を一時的に記憶するメモリを含む。通常、データ２１は、電子的経路、赤外線経路、光学的経路又は他の情報伝達経路に沿ってインクジェットプリントシステム１０に送信される。データ２１は、例えばプリントする文書及び／又はファイルを表す。したがって、データ２１は、インクジェットプリントシステム１０のプリントジョブを形成し、１つ又は複数のプリントジョブコマンド及び／又はコマンドパラメータを含む。
【００１５】
一実施形態では、電子コントローラ２０は、インク滴をノズル１３から噴射するためのタイミング制御を含む、プリントヘッドアセンブリ１２の制御を提供する。したがって、電子コントローラ２０は、プリント媒体１９上に文字、記号、及び／又は他の図形若しくは画像を形成する、噴射されるインク滴のパターンを画定する。タイミング制御、したがって噴射されるインク滴のパターンは、プリントジョブコマンド及び／又はコマンドパラメータによって決定される。一実施形態では、電子コントローラ２０の一部を形成する論理及び駆動回路がプリントヘッドアセンブリ１２に位置する。別の実施形態では、電子コントローラ２０の一部を形成する論理及び駆動回路はプリントヘッドアセンブリ１２から離れて位置する。
【００１６】
図２〜図４は、プリントヘッドアセンブリ１２の一部の一実施形態を示す。流体噴射装置の一実施形態としてのプリントヘッドアセンブリ１２は、基板１２０と、可撓性膜１３０と、アクチュエータ１４０と、補強部材１５０とを含む。基板１２０、可撓性膜１３０、アクチュエータ１４０、及び補強部材１５０は、以下で説明するように、プリントヘッドアセンブリ１２から流体滴を噴射するように配置されると共に相互作用する。
【００１７】
一実施形態では、基板１２０には複数の流体チャネル１６０が画定されている。流体チャネル１６０は流体の供給源と連通し、一実施形態では、流体入口１６２と、流体プレナム１６４と、流体噴射チャンバ１６６と、流体出口１６８とをそれぞれ含む。したがって、流体プレナム１６４は流体入口１６２と連通し、流体噴射チャンバ１６６は流体プレナム１６４と連通し、流体出口１６８は流体噴射チャンバ１６６と連通する。一実施形態では、流体入口１６２、流体プレナム１６４、流体噴射チャンバ１６６、及び流体出口１６８は同軸である。一実施形態では、流体チャネル１６０は実質的に矩形のプロファイルを有し、流体プレナム１６４及び流体噴射チャンバ１６６がそれぞれ平行な側壁によって形成されている。
【００１８】
一実施形態では、基板１２０はシリコン基板であり、流体チャネル１６０はフォトリソグラフィ技法及びエッチング技法を用いて基板１２０に形成される。
【００１９】
一実施形態では、流体の供給源は、流体供給通路１７０を介して各流体チャネル１６０の流体入口１６２に分散しており、これらと連通している。一実施形態では、流体供給通路１７０は、各流体チャネル１６０の流体入口１６２と連通している単一すなわち共通の流体供給通路である。したがって、流体は、流体供給通路１７０から流体入口１６２を通ってプレナム１６４に分散し、また流体プレナム１６４を通って各流体チャネル１６０の流体噴射チャンバ１６６に分散する。一実施形態では、各流体チャネル１６０の流体出口１６８は、プリントヘッドアセンブリ１２の流体ノズル又はオリフィスを形成し、それによって、以下で説明するように、流体が流体噴射チャンバ１６６から流体出口／ノズル１６８を通って噴射されるようにする。
【００２０】
一実施形態では、流体チャネル１６０はそれぞれ狭窄部１６５を含む。一実施形態では、狭窄部１６５は、各流体チャネル１６０を流体プレナム１６４と流体噴射チャンバ１６６との間で狭くすることによって形成される。より詳細には、一実施形態では、狭窄部１６５における流体チャネル１６０の幅は、流体プレナム１６４及び流体噴射チャンバ１６６に沿う流体チャネル１６０の幅よりも小さい。したがって、一実施形態では、狭窄部１６５は、各流体チャネル１６０において流体プレナム１６４と流体噴射チャンバ１６６との間に首部を形成する。
【００２１】
一実施形態では、各流体チャネル１６０の狭窄部１６５は、各流体チャネル１６０内に突出する１対の対向する突出部１６９によって形成される。一実施形態では、突出部１６９の高さは流体チャネル１６０の深さと実質的に等しい。よって、一実施形態では、以下で説明するように、突出部１６９、したがって狭窄部１６５は可撓性膜１３０と接触し、流体プレナム１６４と流体噴射チャンバ１６６との間で可撓性膜１３０を支持する。突出部１６９の形状及びサイズは、例えば、図示されているもののような弓形形状から、台形形状、又は可撓性膜１３０を機械的に十分に支持する他の水力学的に好ましい形状までさまざまであり得る。
【００２２】
一実施形態では、狭窄部１６５の幅、したがって突出部１６９の幅は、流体チャネル１６０から噴射される滴の滴速度及び滴サイズ等の特性に実質的に影響を与えないように選択される。例示的な一実施形態では、流体チャネル１６０の深さは約９０ミクロンであり、流体チャネル１６０の幅は約３００ミクロン〜約６００ミクロンの範囲内にあり、（流体チャネル１６０の側壁に対して垂直に測定した）各突出部１６９の幅は約１００ミクロンである。
【００２３】
一実施形態では、流体チャネル１６０はそれぞれ収束部１６７を含む。一実施形態では、収束部１６７は流体噴射チャンバ１６６と流体出口１６８との間に設けられている。したがって、収束部１６７は、流体を、流体噴射チャンバ１６６から流体出口１６８へ向ける。したがって収束部１６７は、流体すなわち流れを収束させる構造を形成する。プリントヘッドアセンブリ１２の動作中、収束部１６７は、流体チャネル１６０が直角のみによって形成された場合に生成されるであろう可能性のある乱流を低減する。加えて、収束部１６７は、流体出口１６８内への空気の取り込みを防止する。
【００２４】
一実施形態では、図２に示すように、収束部１６７は、それぞれ流体噴射チャンバ１６６の側壁から約４５の角度で延びて流体出口１６８に向かって収束する２つの面によって形成される。別の実施形態では、図４に示すように、収束部１６７は、流体噴射チャンバ１６６の側壁から流体出口１６８に向かって延びる弓状のセクションによって形成される。
【００２５】
図２〜図４の実施形態に示すように、可撓性膜１３０は、基板１２０によって支持されると共に流体チャネル１６０上に延びる。一実施形態では、可撓性膜１３０は、複数の流体チャネル１６０上に延びる単一の膜である。一実施形態では、可撓性膜１３０は流体チャネル１６０の長さを延びる。したがって、可撓性膜１３０は、各流体チャネル１６０の流体入口１６２から流体出口１６８まで延びる。
【００２６】
一実施形態では、可撓性膜１３０はそれぞれ１つの流体チャネル１６０上に画定されている可撓性膜部分１３２を含む。一実施形態では、各可撓性膜部分１３２は、それぞれの流体チャネル１６０の長さを延びる。したがって、各可撓性膜部分１３２は、流体噴射チャンバ１６６上に延びる第１の部分１３４と、流体プレナム１６４上に延びる第２の部分１３６とを含む。この場合、可撓性膜部分１３２の第１の部分１３４は流体チャネル１６０の狭窄部１６５から第１の方向に延び、可撓性膜部分１３２の第２の部分１３６は、流体チャネル１６０の狭窄部１６５から第１の方向とは反対の第２の方向へ延びる。
【００２７】
一実施形態では、それぞれの流体チャネル１６０の長さをそれぞれ延びる可撓性膜部分１３２の場合、可撓性膜部分１３２はそれぞれ、流体出口１６８に隣接する第１の位置及び流体入口１６２と流体出口１６８との間又はこれらの中間の第２の位置においてそれぞれの流体チャネル１６０に沿って支持される。例えば、上述したように、可撓性膜部分１３２はそれぞれ、流体入口１６２と流体出口１６８との間で狭窄部１６５によって支持されている。より詳細には、可撓性膜部分１３２は、それぞれの流体チャネル１６０の流体プレナム１６４と流体噴射チャンバ１６６との間に設けられている狭窄部１６５によってそれぞれ支持されている。したがって、狭窄部１６５は、流体プレナム１６４と流体噴射チャンバ１６６との間で可撓性膜部分１３２を支持する。
【００２８】
一実施形態では、可撓性膜１３０は、例えば窒化ケイ素若しくは炭化ケイ素の可撓性薄膜、又はケイ素の可撓性薄層等、可撓性材料から形成される。例示的な一実施形態では、可撓性膜１３０はガラスから形成される。一実施形態では、可撓性膜１３０は、陽極接合又は同様の技法によって基板１２０に取り付けられる。
【００２９】
図２〜図４の実施形態に示すように、アクチュエータ１４０は可撓性膜１３０上に設けられる。より詳細には、各アクチュエータ１４０はそれぞれの可撓性膜部分１３２の第１の部分１３４上に設けられる。一実施形態では、アクチュエータ１４０は、可撓性膜１３０の、流体チャネル１６０とは反対の側上に設けられるか又は形成される。したがって、アクチュエータ１４０は、流体チャネル１６０内に収容されている流体と直接接触していない。したがって、腐食又は電気的短絡等の、流体がアクチュエータ１４０と接触して影響を与える可能性が低減する。
【００３０】
一実施形態では、アクチュエータ１４０は、電気信号に応答して形状を変える（例えば拡張及び／又は収縮する）圧電材料を含む。したがって、電気信号に応答して、アクチュエータ１４０はそれぞれの可撓性膜部分１３２に力を加え、この力によって、可撓性膜部分１３２、より詳細には可撓性膜部分１３２の第１の部分１３４が撓む。圧電材料の例としては、酸化亜鉛、又は圧電セラミック材料、例えばチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）若しくはチタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）が挙げられる。アクチュエータ１４０は、静電気アクチュエータ、静磁気アクチュエータ、及び／又は熱膨張アクチュエータを含む、可撓性膜部分１３２の移動又は撓みを引き起こす任意のタイプの装置を含み得ることが理解される。
【００３１】
一実施形態では、図４に示すように、アクチュエータ１４０は単一すなわち共通の圧電材料から形成される。より詳細には、単一すなわち共通の圧電材料は可撓性膜１３０上に設けられ、圧電材料の選択的な部分を除去することによって圧電材料の残りの部分がアクチュエータ１４０を画定するようにする。
【００３２】
一実施形態では、以下で説明するように、アクチュエータ１４０は、可撓性膜部分１３２、より詳細には可撓性膜部分１３２の第１の部分１３４を撓ませる。したがって、可撓性膜１３０の可撓性膜部分１３２が撓むと、流体滴がそれぞれの流体出口１６８から噴射される。
【００３３】
図２及び図３の実施形態に示すように、補強部材１５０が可撓性膜１３０上に設けられると共に流体チャネル１６０上に延びる。より詳細には、補強部材１５０は可撓性膜部分１３２の第２の部分１３６上に設けられ、流体チャネル１６０の流体プレナム１６４上に延びる。一実施形態では、補強部材１５０は、可撓性膜１３０の、流体チャネル１６０とは反対の側上に設けられる。したがって、補強部材１５０は、可撓性膜部分１３２の第２の部分１３６を流体チャネル１６０の流体プレナム１６４上で支持する。より詳細には、補強部材１５０は、可撓性膜部分１３２の第２の部分１３６を支持するか又は強化することによって、プリントヘッドアセンブリ１２の動作中に、撓性膜１３０の第２の部分１３６の撓み又は振動が低減されるか又は防止される。
【００３４】
一実施形態では、補強部材１５０は、可撓性膜１３０と、流体チャネル１６０の流体入口１６２とを越えて延びる。したがって、補強部材１５０は流体供給通路１７０にわたって延びる。よって、一実施形態では、補強部材１５０は、流体供給通路１７０の一部若しくは境界を形成するか又は画定する。一実施形態では、補強部材１５０は、複数の可撓性膜部分１３２の第２の部分１３６を支持する単一の部材である。
【００３５】
図５及び図６は、プリントヘッドアセンブリ１２の別の実施形態を示す。図５及び図６の実施形態では、プリントヘッドアセンブリ１２’は、基板１２０’と、基板１２０’の両側に設けられている可撓性膜１３０と、可撓性膜１３０上に設けられているアクチュエータ１４０と、可撓性膜１３０上に設けられている補強部材１５０と、支持構造体１８０内に画定されている流体供給通路１７０とを含む。
【００３６】
基板１２０’は、上記で示し説明したように、第１の側及び第２の側に形成され、且つ流体供給通路１７０と連通する流体チャネル１６０と同様の流体チャネルを含む。加えて、可撓性膜１３０は、可撓性膜１３０及び基板１２０を参照して上記で示し説明したものと同様の、基板１２０’の第１の側及び第２の側上に設けられると共にこれらによって支持される。さらに、アクチュエータ１４０は、上記で示し説明したように可撓性膜１３０上に設けられ、補強部材１５０は、上記で示し説明したように可撓性膜１３０上に設けられる。
【００３７】
一実施形態では、基板１２０’、可撓性膜１３０、アクチュエータ１４０及び補強部材１５０は、流体供給通路１７０と連通し、一実施形態では流体供給通路１７０をさらに画定するように、補強部材１５０において支持構造体１８０と接合される。よって、補強部材１５０は、支持構造体１８０への取り付けを容易にする。したがって、プリントヘッドアセンブリ１２’の構成は、流体を噴射する２列の流体ノズルすなわちオリフィスを提供する。
【００３８】
図７Ａ〜図７Ｃは、プリントヘッドアセンブリ１２（プリントヘッドアセンブリ１２’を含む）の動作の一実施形態を示す。一実施形態では、図７Ａに示すように、プリントヘッドアセンブリ１２を動作させるために、可撓性膜１３０は最初に撓んだ状態にある。より詳細には、可撓性膜１３０の第１の部分１３４は流体チャネル１６０に向かって内方へ撓んでいる。一実施形態では、上述したように、アクチュエータ１４０への電気信号の印加によって可撓性膜１３０が撓む。一実施形態では、上述したように、可撓性膜１３０の第２の部分１３６上に設けられている補強部材１５０を用いて、可撓性膜１３０の第２の部分１３６の撓みが、プリントヘッドアセンブリ１２の動作中に低減するか又は防止される。
【００３９】
次に、図７Ｂの実施形態に示すように、プリントヘッドアセンブリ１２の動作は可撓性膜１３０が撓んでいない状態を確立することを含む。一実施形態では、アクチュエータ１４０への電気信号の印加を中断することによって可撓性膜１３０の撓んでいない状態がもたらされる。一実施形態では、可撓性膜１３０が撓んでいない状態に戻ると、負圧パルス（すなわち真空）が流体噴射チャンバ１６６内に生成される。したがって、負圧波が流体入口１６２に達すると、負圧波が流体チャネル１６０を通って伝播するとき、流体が流体入口１６２から流体チャネル１６０内へ引き込まれる。この場合、プリントヘッドアセンブリ１２は発射前充填モードで動作する。一実施形態では、負圧波は、流体入口１６２から反射されることによって流体チャネル１６０内に反射正圧波を生成する。
【００４０】
次いで、図７Ｃの実施形態に示すように、プリントヘッドアセンブリ１２の動作は、可撓性膜１３０の第２の撓み状態を確立することによって続く。より詳細には、可撓性膜１３０の第１の部分１３４は流体チャネル１６０に向かって内方へ撓んでいる。一実施形態では、上述したように、アクチュエータ１４０へ電気信号を印加することによって可撓性膜１３０が撓んだ状態をもたらす。可撓性膜１３０が撓んだ状態をとるか又は確立するため、流体噴射チャンバ１６６内で正圧パルスが生成される。したがって、正圧波が流体チャネル１６０を通って伝播する。
【００４１】
一実施形態では、正圧パルスのタイミングは、正圧波が、（可撓性膜が非撓み状態に戻ったときに開始する）先に生成された反射正圧波と一体化され、流体噴射チャンバ１６６内で一体化された正圧波を生じるようなものである。したがって、一体化された正圧波は流体噴射チャンバ１６６を通って伝播し、このことによって、一体化された正圧波が流体出口１６８に達すると流体滴が流体出口１６８から噴射される。図７Ａ及び図７Ｃの実施形態に示される可撓性膜１３０の撓みの程度は、本発明を分かりやすくするために誇張されていることが理解される。
【００４２】
補強部材１５０を可撓性膜部分１３２の第２の部分１３６上に設けることによって、補強部材１５０は、可撓性膜１３０が流体プレナム１６４上で振動するのを防止し、流体入口１６２の流体供給通路１７０への境界面で正反射が起こることを確実にする。さらに、補強部材１５０を可撓性膜部分１３２の第２の部分１３６上に設けることによって、負圧パルス又は反射正圧パルスを弱めるコンプライアンスが存在しないことも確実にする。
【００４３】
可撓性膜１３０が流体プレナム１６４上で振動することを防止することに加えて、補強部材１５０はまた、基板１２０、可撓性膜１３０及びアクチュエータ１４０を含むサブアセンブリと、サブアセンブリの支持構造体１８０（図５及び図６）とが共に接合されるときに、これらの異なる材料（したがって熱膨張係数が異なる）に対応する中間材料を提供する。例えば、上述したように、基板１２０及び可撓性膜１３０はシリコン及び／又はガラスから形成されてもよく、支持構造体１８０はプラスチックから形成されてもよい。したがって、例えば温度負荷下で結合することによってサブアセンブリ及び支持構造体を共に接合する場合、支持構造体のプラスチックは、基板１２０及び可撓性膜１３０のシリコン及び／又はガラスとは異なって変形し、それによって、シリコン及び／又はガラス内で応力を誘起し得る。したがって、一実施形態では、基板１２０並びに可撓性膜１３０のシリコン及び／又はガラスと、支持構造体のプラスチックとの間に配置される補強部材１５０は、この応力を吸収するのに役立つ。
【００４４】
本明細書において示し説明するように、流体チャネル１６０の構造は、低い流体抵抗及び比較的均等な流体流を生成するため、流体流は、流体の通常の流れを妨げる可能性のある水圧反射を生じない。したがって、より高い動作周波数及び滴噴射周波数が可能になる。加えて、本明細書において示し説明するように、流体チャネル１６０の構造は、隣接する流体チャネル間のクロストークを低減する。さらに、本明細書において示し説明するように、例えば狭窄部１６５による可撓性膜１３０の支持は、特定の支持されていないセクションに加わる応力を低減するため、膜の亀裂によって生じる故障を低減する。したがって、プリントヘッドアセンブリ１２の生産収率が高まる。加えて、本明細書において示し説明するように、プリントヘッドアセンブリ１２の作製は、動作中にピエゾ駆動電圧が低下することを可能にする。
【００４５】
特定の実施形態を本明細書において示し説明したが、当業者は、さまざまな代替的及び／又は均等な実施態様を、本発明の範囲から逸脱することなく、示し説明した特定の実施形態の代わりに用いてもよいことを理解するであろう。本願は、本明細書において説明されている特定の実施形態のいかなる適合形態又は変形形態も包含することが意図される。したがって、本発明は、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されることが意図される。
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、本願と同日付けで出願され、代理人整理番号が２００６０２４２２であり、本発明の譲受人に譲渡され、参照によって本明細書に援用される米国特許出願第１１／５２０，８７６号に関し、また、本願と同日付けで出願され、代理人整理番号が２００６０２８２５であり、本発明の譲受人に譲渡され、参照によって本明細書に援用される米国特許出願第１１／５２０，８７７号に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体噴射システムの一実施の形態としてのインクジェットプリントシステムは、プリントヘッドと、プリントヘッドに液体インクを供給するインク供給源と、プリントヘッドを制御する電子コントローラとを含み得る。流体噴射装置の一実施の形態としてのプリントヘッドは、複数のノズル又はオリフィスを通して、紙のシート等のプリント媒体に向かってインク滴を噴射することによってプリント媒体にプリントする。通常、オリフィスは１つ又は複数の列すなわちアレイで配置され、このことによって、プリントヘッド及びプリント媒体が互いに対して移動しながら、インクが適切に順序付けてオリフィスから噴射されて、文字又は他の画像がプリント媒体上にプリントされる。
【０００３】
１つのタイプのプリントヘッドとして、ピエゾ作動式プリントヘッドが挙げられる。ピエゾ作動式プリントヘッドは、流体チャンバを画定する基板と、流体チャンバ上に基板によって支持される可撓性膜と、可撓性膜上に設けられるアクチュエータとを含む。１つの構成では、アクチュエータは、電圧が印加されると変形する圧電材料を含む。したがって、圧電材料が変形すると、可撓性膜が撓むことによって、流体が流体チャンバから、当該流体チャンバと連通しているオリフィスを通って噴射される。そのようなプリントヘッドの作製及び動作は種々の課題を呈する。これらの理由及び他の理由から、本発明が必要である。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一態様は流体噴射装置を提供する。流体噴射装置は、複数の流体チャネルを有する基板と、基板によって支持されると共に、流体チャネルそれぞれの長さをそれぞれ延びる複数の可撓性膜部分を含む可撓性膜と、可撓性膜部分それぞれの第１の部分上にそれぞれ設けられると共に、可撓性膜部分それぞれの第１の部分を流体チャネルのそれぞれに対して撓ませるようになっている複数のアクチュエータと、可撓性膜上に設けられると共に可撓性膜部分それぞれの第２の部分を支持する補強部材とを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明によるインクジェットプリントシステムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明によるプリントヘッドアセンブリの一部の一実施形態を示す概略図である。
【図３】図２のプリントヘッドアセンブリの一部の一実施形態を示す概略的な断面図である。
【図４】本発明によるプリントヘッドアセンブリの一部の一実施形態を示す概略的な分解斜視図である。
【図５】本発明によるプリントヘッドアセンブリの一部の一実施形態を示す概略的な図である。
【図６】図５のプリントヘッドアセンブリの一部の一実施形態を示す概略的な断面図である。
【図７Ａ】本発明によるプリントヘッドアセンブリの動作の一実施形態を示す概略的な断面図である。
【図７Ｂ】本発明によるプリントヘッドアセンブリの動作の一実施形態を示す概略的な断面図である。
【図７Ｃ】本発明によるプリントヘッドアセンブリの動作の一実施形態を示す概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下の詳細な説明において、本明細書の一部を成し、本発明を実施することができる特定の実施形態の例として示される添付の図面を参照する。これに関して、方向を示す用語、例えば、「上」、「下」、「前」、「後」、「先端」、「後端」等は、説明されている図（複数可）の向きに関して用いられる。本発明の実施形態の構成要素は複数の異なる向きで位置決めすることができるため、方向を示す用語は、例示のために用いられ、決して限定するものではない。本発明の範囲から逸脱することなく他の実施形態を使用し、構造的又は論理的な変更を行ってもよいことを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は、限定するものとして捉えられるべきではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。
【０００７】
図１は、本発明によるインクジェットプリントシステム１０の一実施形態を示す。インクジェットプリントシステム１０は、プリントヘッドアセンブリ１２等の流体噴射装置と、インク供給アセンブリ１４等の流体供給源とを含む、流体噴射システムの一実施形態を構成する。図示の実施形態では、インクジェットプリントシステム１０はまた、取り付けアセンブリ１６と、媒体搬送アセンブリ１８と、電子コントローラ２０とを含む。
【０００８】
流体噴射装置の一実施形態としてのプリントヘッドアセンブリ１２は、本発明の一実施形態に従って形成され、１つ又は複数のカラーインクを含むインク滴を、複数のオリフィス又はノズル１３を通して噴射する。以下の説明はプリントヘッドアセンブリ１２からのインクの噴射に言及するが、他の液体、流体又は流動性材料をプリントヘッドアセンブリ１２から噴射してもよいことが理解される。
【０００９】
一実施形態では、滴は、プリント媒体１９の媒体上にプリントするためにプリント媒体１９等の方へ向けられる。通常、ノズル１３は一実施形態では１つ又は複数の列又はアレイで配置され、このことによって、プリントヘッドアセンブリ１２及びプリント媒体１９が互いに対して移動しながらインクが適切に順序付けてノズル１３から噴射されて、文字、記号及び／又は他の図形若しくは画像がプリント媒体１９上にプリントされる。
【００１０】
プリント媒体１９には、例えば紙、カードストック、封筒、ラベル、透明フィルム、厚紙、剛性パネル等が挙げられる。一実施形態では、プリント媒体１９は、一続きの形態すなわち一続きのウェブのプリント媒体１９である。したがって、プリント媒体１９は、プリントされていない紙の一続きのロールを含み得る。
【００１１】
流体供給源の一実施形態としてのインク供給アセンブリ１４は、プリントヘッドアセンブリ１２にインクを供給し、インクを貯蔵するリザーバ１５を含む。したがって、インクはリザーバ１５からプリントヘッドアセンブリ１２へ流れる。一実施形態では、インク供給アセンブリ１４及びプリントヘッドアセンブリ１２は再循環インク送出システムを形成する。したがって、インクはプリントヘッドアセンブリ１２からリザーバ１５へ流れて戻る。一実施形態では、プリントヘッドアセンブリ１２及びインク供給アセンブリ１４は、インクジェットカートリッジ又は流体ジェットカートリッジ、すなわちペン内に共に収容されている。別の実施形態では、インク供給アセンブリ１４は、プリントヘッドアセンブリ１２から分離されており、供給管（図示せず）等のインタフェース接続を通してプリントヘッドアセンブリ１２にインクを供給する。
【００１２】
取り付けアセンブリ１６は、媒体搬送アセンブリ１８に対してプリントヘッドアセンブリ１２を位置決めし、媒体搬送アセンブリ１８は、プリントヘッドアセンブリ１２に対してプリント媒体１９を位置決めする。したがって、プリントヘッドアセンブリ１２がインク滴を堆積させるプリントゾーン１７が、プリントヘッドアセンブリ１２とプリント媒体１９との間の領域においてノズル１３に隣接して画定される。プリント媒体１９は、プリント中、媒体搬送アセンブリ１８によってプリントゾーン１７を通って前進する。
【００１３】
一実施形態では、プリントヘッドアセンブリ１２は走査型プリントヘッドアセンブリであり、取り付けアセンブリ１６は、プリント媒体１９へのスワスのプリント中、媒体搬送アセンブリ１８及びプリント媒体１９に対してプリントヘッドアセンブリ１２を移動させる。別の実施形態では、プリントヘッドアセンブリ１２は非走査型プリントヘッドアセンブリであり、取り付けアセンブリ１６は、プリント媒体１９へのスワスのプリント中に媒体搬送アセンブリ１８がプリント媒体１９を所定位置を越えて前進させるときに、プリントヘッドアセンブリ１２を媒体搬送アセンブリ１８に対してこの所定位置に固定する。
【００１４】
電子コントローラ２０は、プリントヘッドアセンブリ１２、取り付けアセンブリ１６、及び媒体搬送アセンブリ１８と通信を行う。電子コントローラ２０は、コンピュータ等のホストシステムからデータ２１を受信し、データ２１を一時的に記憶するメモリを含む。通常、データ２１は、電子的経路、赤外線経路、光学的経路又は他の情報伝達経路に沿ってインクジェットプリントシステム１０に送信される。データ２１は、例えばプリントする文書及び／又はファイルを表す。したがって、データ２１は、インクジェットプリントシステム１０のプリントジョブを形成し、１つ又は複数のプリントジョブコマンド及び／又はコマンドパラメータを含む。
【００１５】
一実施形態では、電子コントローラ２０は、インク滴をノズル１３から噴射するためのタイミング制御を含む、プリントヘッドアセンブリ１２の制御を提供する。したがって、電子コントローラ２０は、プリント媒体１９上に文字、記号、及び／又は他の図形若しくは画像を形成する、噴射されるインク滴のパターンを画定する。タイミング制御、したがって噴射されるインク滴のパターンは、プリントジョブコマンド及び／又はコマンドパラメータによって決定される。一実施形態では、電子コントローラ２０の一部を形成する論理及び駆動回路がプリントヘッドアセンブリ１２に位置する。別の実施形態では、電子コントローラ２０の一部を形成する論理及び駆動回路はプリントヘッドアセンブリ１２から離れて位置する。
【００１６】
図２〜図４は、プリントヘッドアセンブリ１２の一部の一実施形態を示す。流体噴射装置の一実施形態としてのプリントヘッドアセンブリ１２は、基板１２０と、可撓性膜１３０と、アクチュエータ１４０と、補強部材１５０とを含む。基板１２０、可撓性膜１３０、アクチュエータ１４０、及び補強部材１５０は、以下で説明するように、プリントヘッドアセンブリ１２から流体滴を噴射するように配置されると共に相互作用する。
【００１７】
一実施形態では、基板１２０には複数の流体チャネル１６０が画定されている。流体チャネル１６０は流体の供給源と連通し、一実施形態では、流体入口１６２と、流体プレナム１６４と、流体噴射チャンバ１６６と、流体出口１６８とをそれぞれ含む。したがって、流体プレナム１６４は流体入口１６２と連通し、流体噴射チャンバ１６６は流体プレナム１６４と連通し、流体出口１６８は流体噴射チャンバ１６６と連通する。一実施形態では、流体入口１６２、流体プレナム１６４、流体噴射チャンバ１６６、及び流体出口１６８は同軸である。一実施形態では、流体チャネル１６０は実質的に矩形のプロファイルを有し、流体プレナム１６４及び流体噴射チャンバ１６６がそれぞれ平行な側壁によって形成されている。
【００１８】
一実施形態では、基板１２０はシリコン基板であり、流体チャネル１６０はフォトリソグラフィ技法及びエッチング技法を用いて基板１２０に形成される。
【００１９】
一実施形態では、流体の供給源は、流体供給通路１７０を介して各流体チャネル１６０の流体入口１６２に分散しており、これらと連通している。一実施形態では、流体供給通路１７０は、各流体チャネル１６０の流体入口１６２と連通している単一すなわち共通の流体供給通路である。したがって、流体は、流体供給通路１７０から流体入口１６２を通ってプレナム１６４に分散し、また流体プレナム１６４を通って各流体チャネル１６０の流体噴射チャンバ１６６に分散する。一実施形態では、各流体チャネル１６０の流体出口１６８は、プリントヘッドアセンブリ１２の流体ノズル又はオリフィスを形成し、それによって、以下で説明するように、流体が流体噴射チャンバ１６６から流体出口／ノズル１６８を通って噴射されるようにする。
【００２０】
一実施形態では、流体チャネル１６０はそれぞれ狭窄部１６５を含む。一実施形態では、狭窄部１６５は、各流体チャネル１６０を流体プレナム１６４と流体噴射チャンバ１６６との間で狭くすることによって形成される。より詳細には、一実施形態では、狭窄部１６５における流体チャネル１６０の幅は、流体プレナム１６４及び流体噴射チャンバ１６６に沿う流体チャネル１６０の幅よりも小さい。したがって、一実施形態では、狭窄部１６５は、各流体チャネル１６０において流体プレナム１６４と流体噴射チャンバ１６６との間に首部を形成する。
【００２１】
一実施形態では、各流体チャネル１６０の狭窄部１６５は、各流体チャネル１６０内に突出する１対の対向する突出部１６９によって形成される。一実施形態では、突出部１６９の高さは流体チャネル１６０の深さと実質的に等しい。よって、一実施形態では、以下で説明するように、突出部１６９、したがって狭窄部１６５は可撓性膜１３０と接触し、流体プレナム１６４と流体噴射チャンバ１６６との間で可撓性膜１３０を支持する。突出部１６９の形状及びサイズは、例えば、図示されているもののような弓形形状から、台形形状、又は可撓性膜１３０を機械的に十分に支持する他の水力学的に好ましい形状までさまざまであり得る。
【００２２】
一実施形態では、狭窄部１６５の幅、したがって突出部１６９の幅は、流体チャネル１６０から噴射される滴の滴速度及び滴サイズ等の特性に実質的に影響を与えないように選択される。例示的な一実施形態では、流体チャネル１６０の深さは約９０ミクロンであり、流体チャネル１６０の幅は約３００ミクロン〜約６００ミクロンの範囲内にあり、（流体チャネル１６０の側壁に対して垂直に測定した）各突出部１６９の幅は約１００ミクロンである。
【００２３】
一実施形態では、流体チャネル１６０はそれぞれ収束部１６７を含む。一実施形態では、収束部１６７は流体噴射チャンバ１６６と流体出口１６８との間に設けられている。したがって、収束部１６７は、流体を、流体噴射チャンバ１６６から流体出口１６８へ向ける。したがって収束部１６７は、流体すなわち流れを収束させる構造を形成する。プリントヘッドアセンブリ１２の動作中、収束部１６７は、流体チャネル１６０が直角のみによって形成された場合に生成されるであろう可能性のある乱流を低減する。加えて、収束部１６７は、流体出口１６８内への空気の取り込みを防止する。
【００２４】
一実施形態では、図２に示すように、収束部１６７は、それぞれ流体噴射チャンバ１６６の側壁から約４５の角度で延びて流体出口１６８に向かって収束する２つの面によって形成される。別の実施形態では、図４に示すように、収束部１６７は、流体噴射チャンバ１６６の側壁から流体出口１６８に向かって延びる弓状のセクションによって形成される。
【００２５】
図２〜図４の実施形態に示すように、可撓性膜１３０は、基板１２０によって支持されると共に流体チャネル１６０上に延びる。一実施形態では、可撓性膜１３０は、複数の流体チャネル１６０上に延びる単一の膜である。一実施形態では、可撓性膜１３０は流体チャネル１６０の長さを延びる。したがって、可撓性膜１３０は、各流体チャネル１６０の流体入口１６２から流体出口１６８まで延びる。
【００２６】
一実施形態では、可撓性膜１３０はそれぞれ１つの流体チャネル１６０上に画定されている可撓性膜部分１３２を含む。一実施形態では、各可撓性膜部分１３２は、それぞれの流体チャネル１６０の長さを延びる。したがって、各可撓性膜部分１３２は、流体噴射チャンバ１６６上に延びる第１の部分１３４と、流体プレナム１６４上に延びる第２の部分１３６とを含む。この場合、可撓性膜部分１３２の第１の部分１３４は流体チャネル１６０の狭窄部１６５から第１の方向に延び、可撓性膜部分１３２の第２の部分１３６は、流体チャネル１６０の狭窄部１６５から第１の方向とは反対の第２の方向へ延びる。
【００２７】
一実施形態では、それぞれの流体チャネル１６０の長さをそれぞれ延びる可撓性膜部分１３２の場合、可撓性膜部分１３２はそれぞれ、流体出口１６８に隣接する第１の位置及び流体入口１６２と流体出口１６８との間又はこれらの中間の第２の位置においてそれぞれの流体チャネル１６０に沿って支持される。例えば、上述したように、可撓性膜部分１３２はそれぞれ、流体入口１６２と流体出口１６８との間で狭窄部１６５によって支持されている。より詳細には、可撓性膜部分１３２は、それぞれの流体チャネル１６０の流体プレナム１６４と流体噴射チャンバ１６６との間に設けられている狭窄部１６５によってそれぞれ支持されている。したがって、狭窄部１６５は、流体プレナム１６４と流体噴射チャンバ１６６との間で可撓性膜部分１３２を支持する。
【００２８】
一実施形態では、可撓性膜１３０は、例えば窒化ケイ素若しくは炭化ケイ素の可撓性薄膜、又はケイ素の可撓性薄層等、可撓性材料から形成される。例示的な一実施形態では、可撓性膜１３０はガラスから形成される。一実施形態では、可撓性膜１３０は、陽極接合又は同様の技法によって基板１２０に取り付けられる。
【００２９】
図２〜図４の実施形態に示すように、アクチュエータ１４０は可撓性膜１３０上に設けられる。より詳細には、各アクチュエータ１４０はそれぞれの可撓性膜部分１３２の第１の部分１３４上に設けられる。一実施形態では、アクチュエータ１４０は、可撓性膜１３０の、流体チャネル１６０とは反対の側上に設けられるか又は形成される。したがって、アクチュエータ１４０は、流体チャネル１６０内に収容されている流体と直接接触していない。したがって、腐食又は電気的短絡等の、流体がアクチュエータ１４０と接触して影響を与える可能性が低減する。
【００３０】
一実施形態では、アクチュエータ１４０は、電気信号に応答して形状を変える（例えば拡張及び／又は収縮する）圧電材料を含む。したがって、電気信号に応答して、アクチュエータ１４０はそれぞれの可撓性膜部分１３２に力を加え、この力によって、可撓性膜部分１３２、より詳細には可撓性膜部分１３２の第１の部分１３４が撓む。圧電材料の例としては、酸化亜鉛、又は圧電セラミック材料、例えばチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）若しくはチタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）が挙げられる。アクチュエータ１４０は、静電気アクチュエータ、静磁気アクチュエータ、及び／又は熱膨張アクチュエータを含む、可撓性膜部分１３２の移動又は撓みを引き起こす任意のタイプの装置を含み得ることが理解される。
【００３１】
一実施形態では、図４に示すように、アクチュエータ１４０は単一すなわち共通の圧電材料から形成される。より詳細には、単一すなわち共通の圧電材料は可撓性膜１３０上に設けられ、圧電材料の選択的な部分を除去することによって圧電材料の残りの部分がアクチュエータ１４０を画定するようにする。
【００３２】
一実施形態では、以下で説明するように、アクチュエータ１４０は、可撓性膜部分１３２、より詳細には可撓性膜部分１３２の第１の部分１３４を撓ませる。したがって、可撓性膜１３０の可撓性膜部分１３２が撓むと、流体滴がそれぞれの流体出口１６８から噴射される。
【００３３】
図２及び図３の実施形態に示すように、補強部材１５０が可撓性膜１３０上に設けられると共に流体チャネル１６０上に延びる。より詳細には、補強部材１５０は可撓性膜部分１３２の第２の部分１３６上に設けられ、流体チャネル１６０の流体プレナム１６４上に延びる。一実施形態では、補強部材１５０は、可撓性膜１３０の、流体チャネル１６０とは反対の側上に設けられる。したがって、補強部材１５０は、可撓性膜部分１３２の第２の部分１３６を流体チャネル１６０の流体プレナム１６４上で支持する。より詳細には、補強部材１５０は、可撓性膜部分１３２の第２の部分１３６を支持するか又は強化することによって、プリントヘッドアセンブリ１２の動作中に、撓性膜１３０の第２の部分１３６の撓み又は振動が低減されるか又は防止される。
【００３４】
一実施形態では、補強部材１５０は、可撓性膜１３０と、流体チャネル１６０の流体入口１６２とを越えて延びる。したがって、補強部材１５０は流体供給通路１７０にわたって延びる。よって、一実施形態では、補強部材１５０は、流体供給通路１７０の一部若しくは境界を形成するか又は画定する。一実施形態では、補強部材１５０は、複数の可撓性膜部分１３２の第２の部分１３６を支持する単一の部材である。
【００３５】
図５及び図６は、プリントヘッドアセンブリ１２の別の実施形態を示す。図５及び図６の実施形態では、プリントヘッドアセンブリ１２’は、基板１２０’と、基板１２０’の両側に設けられている可撓性膜１３０と、可撓性膜１３０上に設けられているアクチュエータ１４０と、可撓性膜１３０上に設けられている補強部材１５０と、支持構造体１８０内に画定されている流体供給通路１７０とを含む。
【００３６】
基板１２０’は、上記で示し説明したように、第１の側及び第２の側に形成され、且つ流体供給通路１７０と連通する流体チャネル１６０と同様の流体チャネルを含む。加えて、可撓性膜１３０は、可撓性膜１３０及び基板１２０を参照して上記で示し説明したものと同様の、基板１２０’の第１の側及び第２の側上に設けられると共にこれらによって支持される。さらに、アクチュエータ１４０は、上記で示し説明したように可撓性膜１３０上に設けられ、補強部材１５０は、上記で示し説明したように可撓性膜１３０上に設けられる。
【００３７】
一実施形態では、基板１２０’、可撓性膜１３０、アクチュエータ１４０及び補強部材１５０は、流体供給通路１７０と連通し、一実施形態では流体供給通路１７０をさらに画定するように、補強部材１５０において支持構造体１８０と接合される。よって、補強部材１５０は、支持構造体１８０への取り付けを容易にする。したがって、プリントヘッドアセンブリ１２’の構成は、流体を噴射する２列の流体ノズルすなわちオリフィスを提供する。
【００３８】
図７Ａ〜図７Ｃは、プリントヘッドアセンブリ１２（プリントヘッドアセンブリ１２’を含む）の動作の一実施形態を示す。一実施形態では、図７Ａに示すように、プリントヘッドアセンブリ１２を動作させるために、可撓性膜１３０は最初に撓んだ状態にある。より詳細には、可撓性膜１３０の第１の部分１３４は流体チャネル１６０に向かって内方へ撓んでいる。一実施形態では、上述したように、アクチュエータ１４０への電気信号の印加によって可撓性膜１３０が撓む。一実施形態では、上述したように、可撓性膜１３０の第２の部分１３６上に設けられている補強部材１５０を用いて、可撓性膜１３０の第２の部分１３６の撓みが、プリントヘッドアセンブリ１２の動作中に低減するか又は防止される。
【００３９】
次に、図７Ｂの実施形態に示すように、プリントヘッドアセンブリ１２の動作は可撓性膜１３０が撓んでいない状態を確立することを含む。一実施形態では、アクチュエータ１４０への電気信号の印加を中断することによって可撓性膜１３０の撓んでいない状態がもたらされる。一実施形態では、可撓性膜１３０が撓んでいない状態に戻ると、負圧パルス（すなわち真空）が流体噴射チャンバ１６６内に生成される。したがって、負圧波が流体入口１６２に達すると、負圧波が流体チャネル１６０を通って伝播するとき、流体が流体入口１６２から流体チャネル１６０内へ引き込まれる。この場合、プリントヘッドアセンブリ１２は発射前充填モードで動作する。一実施形態では、負圧波は、流体入口１６２から反射されることによって流体チャネル１６０内に反射正圧波を生成する。
【００４０】
次いで、図７Ｃの実施形態に示すように、プリントヘッドアセンブリ１２の動作は、可撓性膜１３０の第２の撓み状態を確立することによって続く。より詳細には、可撓性膜１３０の第１の部分１３４は流体チャネル１６０に向かって内方へ撓んでいる。一実施形態では、上述したように、アクチュエータ１４０へ電気信号を印加することによって可撓性膜１３０が撓んだ状態をもたらす。可撓性膜１３０が撓んだ状態をとるか又は確立するため、流体噴射チャンバ１６６内で正圧パルスが生成される。したがって、正圧波が流体チャネル１６０を通って伝播する。
【００４１】
一実施形態では、正圧パルスのタイミングは、正圧波が、（可撓性膜が非撓み状態に戻ったときに開始する）先に生成された反射正圧波と一体化され、流体噴射チャンバ１６６内で一体化された正圧波を生じるようなものである。したがって、一体化された正圧波は流体噴射チャンバ１６６を通って伝播し、このことによって、一体化された正圧波が流体出口１６８に達すると流体滴が流体出口１６８から噴射される。図７Ａ及び図７Ｃの実施形態に示される可撓性膜１３０の撓みの程度は、本発明を分かりやすくするために誇張されていることが理解される。
【００４２】
補強部材１５０を可撓性膜部分１３２の第２の部分１３６上に設けることによって、補強部材１５０は、可撓性膜１３０が流体プレナム１６４上で振動するのを防止し、流体入口１６２の流体供給通路１７０への境界面で正反射が起こることを確実にする。さらに、補強部材１５０を可撓性膜部分１３２の第２の部分１３６上に設けることによって、負圧パルス又は反射正圧パルスを弱めるコンプライアンスが存在しないことも確実にする。
【００４３】
可撓性膜１３０が流体プレナム１６４上で振動することを防止することに加えて、補強部材１５０はまた、基板１２０、可撓性膜１３０及びアクチュエータ１４０を含むサブアセンブリと、サブアセンブリの支持構造体１８０（図５及び図６）とが共に接合されるときに、これらの異なる材料（したがって熱膨張係数が異なる）に対応する中間材料を提供する。例えば、上述したように、基板１２０及び可撓性膜１３０はシリコン及び／又はガラスから形成されてもよく、支持構造体１８０はプラスチックから形成されてもよい。したがって、例えば温度負荷下で結合することによってサブアセンブリ及び支持構造体を共に接合する場合、支持構造体のプラスチックは、基板１２０及び可撓性膜１３０のシリコン及び／又はガラスとは異なって変形し、それによって、シリコン及び／又はガラス内で応力を誘起し得る。したがって、一実施形態では、基板１２０並びに可撓性膜１３０のシリコン及び／又はガラスと、支持構造体のプラスチックとの間に配置される補強部材１５０は、この応力を吸収するのに役立つ。
【００４４】
本明細書において示し説明するように、流体チャネル１６０の構造は、低い流体抵抗及び比較的均等な流体流を生成するため、流体流は、流体の通常の流れを妨げる可能性のある水圧反射を生じない。したがって、より高い動作周波数及び滴噴射周波数が可能になる。加えて、本明細書において示し説明するように、流体チャネル１６０の構造は、隣接する流体チャネル間のクロストークを低減する。さらに、本明細書において示し説明するように、例えば狭窄部１６５による可撓性膜１３０の支持は、特定の支持されていないセクションに加わる応力を低減するため、膜の亀裂によって生じる故障を低減する。したがって、プリントヘッドアセンブリ１２の生産収率が高まる。加えて、本明細書において示し説明するように、プリントヘッドアセンブリ１２の作製は、動作中にピエゾ駆動電圧が低下することを可能にする。
【００４５】
特定の実施形態を本明細書において示し説明したが、当業者は、さまざまな代替的及び／又は均等な実施態様を、本発明の範囲から逸脱することなく、示し説明した特定の実施形態の代わりに用いてもよいことを理解するであろう。本願は、本明細書において説明されている特定の実施形態のいかなる適合形態又は変形形態も包含することが意図される。したがって、本発明は、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されることが意図される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の流体チャネル（１６０）を有する基板（１２０、１２０’）と、
前記基板によって支持されると共に、前記流体チャネルそれぞれの長さをそれぞれ延びる複数の可撓性膜部分（１３２）を含む可撓性膜（１３０）と、
前記可撓性膜部分それぞれの第１の部分（１３４）上にそれぞれ設けられると共に、前記可撓性膜部分それぞれの前記第１の部分を前記流体チャネルのそれぞれに対して撓ませるように構成されている複数のアクチュエータ（１４０）と、
前記可撓性膜上に設けられると共に前記可撓性膜部分それぞれの第２の部分（１３６）を支持する補強部材（１５０）とを備えることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項２】
前記可撓性膜は、第１の側と、前記第１の側と対向する第２の側とを有し、
前記可撓性膜の前記第１の側は前記流体チャネルと連通し、
前記複数のアクチュエータ及び前記補強部材は前記可撓性膜の前記第２の側上に設けられることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
【請求項３】
前記流体チャネルのそれぞれは、流体入口（１６２）と、前記流体入口と連通する流体プレナム（１６４）と、前記流体プレナムと連通する流体噴射チャンバ（１６６）と、前記流体噴射チャンバと連通する流体出口（１６８）とを含むことを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
【請求項４】
前記可撓性膜部分はそれぞれ、前記流体チャネルそれぞれの前記流体入口から前記流体出口まで延びることを特徴とする請求項３に記載の流体噴射装置。
【請求項５】
前記可撓性膜部分それぞれの前記第１の部分は前記流体チャネルそれぞれの前記流体噴射チャンバにわたって延び、前記可撓性膜部分それぞれの前記第２の部分は前記流体チャネルそれぞれの前記流体プレナムにわたって延びることを特徴とする請求項３に記載の流体噴射装置。
【請求項６】
前記補強部材は、前記流体チャネルそれぞれの前記流体プレナムにわたって、前記可撓性膜及び前記流体チャネルそれぞれの前記流体出口を越えて延びることを特徴とする請求項３に記載の流体噴射装置。
【請求項７】
前記流体チャネルそれぞれの前記流体入口と連通する流体供給通路（１７０）をさらに備え、
前記補強部材は前記流体供給通路にわたって延びることを特徴とする請求項３に記載の流体噴射装置。
【請求項８】
前記補強部材は、前記流体供給通路の境界を画定することを特徴とする請求項７に記載の流体噴射装置。
【請求項９】
前記流体チャネルはそれぞれ、前記流体プレナムと前記流体噴射チャンバとの間に狭窄部（１６５）を含み、
前記狭窄部は、前記可撓性膜部分それぞれの前記第１の部分と前記第２の部分との間で前記可撓性膜部分のそれぞれを支持することを特徴とする請求項３に記載の流体噴射装置。
【請求項１０】
前記狭窄部の高さは、前記流体チャネルそれぞれの深さと略等しいことを特徴とする請求項９に記載の流体噴射装置。
【請求項１１】
前記アクチュエータはそれぞれ、前記可撓性膜部分のそれぞれを第１の方向に撓ませるように構成されており、
前記流体噴射装置は、前記第１の方向に対して略垂直な第２の方向に流体滴を噴射するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
【請求項１２】
前記基板は、第１の側に第１の複数の流体チャネルと、第２の側に第２の複数の流体チャネルとを有し、
前記可撓性膜は、前記基板の前記第１の側上に設けられる第１の可撓性膜と、前記基板の前記第２の側上に設けられる第２の可撓性膜とを含み、
前記アクチュエータは、前記第１の可撓性膜上に設けられる第１の複数のアクチュエータと、前記第２の可撓性膜上に設けられる第２の複数のアクチュエータとを含み、
前記補強部材は、前記第１の可撓性膜上に設けられる第１の補強部材と、前記第２の可撓性膜上に設けられる第２の補強部材とを含むことを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
【請求項１】
複数の流体チャネル（１６０）を有する基板（１２０、１２０’）と、
前記基板によって支持されると共に、前記流体チャネルそれぞれの長さをそれぞれ延びる複数の可撓性膜部分（１３２）を含む可撓性膜（１３０）と、
前記可撓性膜部分それぞれの第１の部分（１３４）上にそれぞれ設けられると共に、前記可撓性膜部分それぞれの前記第１の部分を前記流体チャネルのそれぞれに対して撓ませるように構成されている複数のアクチュエータ（１４０）と、
前記可撓性膜上に設けられると共に前記可撓性膜部分それぞれの第２の部分（１３６）を支持する補強部材（１５０）とを備えることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項２】
前記可撓性膜は、第１の側と、前記第１の側と対向する第２の側とを有し、
前記可撓性膜の前記第１の側は前記流体チャネルと連通し、
前記複数のアクチュエータ及び前記補強部材は前記可撓性膜の前記第２の側上に設けられることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
【請求項３】
前記流体チャネルのそれぞれは、流体入口（１６２）と、前記流体入口と連通する流体プレナム（１６４）と、前記流体プレナムと連通する流体噴射チャンバ（１６６）と、前記流体噴射チャンバと連通する流体出口（１６８）とを含むことを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
【請求項４】
前記可撓性膜部分はそれぞれ、前記流体チャネルそれぞれの前記流体入口から前記流体出口まで延びることを特徴とする請求項３に記載の流体噴射装置。
【請求項５】
前記可撓性膜部分それぞれの前記第１の部分は前記流体チャネルそれぞれの前記流体噴射チャンバにわたって延び、前記可撓性膜部分それぞれの前記第２の部分は前記流体チャネルそれぞれの前記流体プレナムにわたって延びることを特徴とする請求項３に記載の流体噴射装置。
【請求項６】
前記補強部材は、前記流体チャネルそれぞれの前記流体プレナムにわたって、前記可撓性膜及び前記流体チャネルそれぞれの前記流体出口を越えて延びることを特徴とする請求項３に記載の流体噴射装置。
【請求項７】
前記流体チャネルそれぞれの前記流体入口と連通する流体供給通路（１７０）をさらに備え、
前記補強部材は前記流体供給通路にわたって延びることを特徴とする請求項３に記載の流体噴射装置。
【請求項８】
前記補強部材は、前記流体供給通路の境界を画定することを特徴とする請求項７に記載の流体噴射装置。
【請求項９】
前記流体チャネルはそれぞれ、前記流体プレナムと前記流体噴射チャンバとの間に狭窄部（１６５）を含み、
前記狭窄部は、前記可撓性膜部分それぞれの前記第１の部分と前記第２の部分との間で前記可撓性膜部分のそれぞれを支持することを特徴とする請求項３に記載の流体噴射装置。
【請求項１０】
前記狭窄部の高さは、前記流体チャネルそれぞれの深さと略等しいことを特徴とする請求項９に記載の流体噴射装置。
【請求項１１】
前記アクチュエータはそれぞれ、前記可撓性膜部分のそれぞれを第１の方向に撓ませるように構成されており、
前記流体噴射装置は、前記第１の方向に対して略垂直な第２の方向に流体滴を噴射するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
【請求項１２】
前記基板は、第１の側に第１の複数の流体チャネルと、第２の側に第２の複数の流体チャネルとを有し、
前記可撓性膜は、前記基板の前記第１の側上に設けられる第１の可撓性膜と、前記基板の前記第２の側上に設けられる第２の可撓性膜とを含み、
前記アクチュエータは、前記第１の可撓性膜上に設けられる第１の複数のアクチュエータと、前記第２の可撓性膜上に設けられる第２の複数のアクチュエータとを含み、
前記補強部材は、前記第１の可撓性膜上に設けられる第１の補強部材と、前記第２の可撓性膜上に設けられる第２の補強部材とを含むことを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【公表番号】特表２０１０−５０３５５６（Ｐ２０１０−５０３５５６Ａ）
【公表日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５２８２６６（Ｐ２００９−５２８２６６）
【出願日】平成１９年９月１１日（２００７．９．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０１９７８２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０３３３８０
【国際公開日】平成２０年３月２０日（２００８．３．２０）
【出願人】（５０３００３８５４）ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． (1,145)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１１日（２００７．９．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０１９７８２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０３３３８０
【国際公開日】平成２０年３月２０日（２００８．３．２０）
【出願人】（５０３００３８５４）ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． (1,145)
【Ｆターム（参考）】
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