特許 5731712 流体変位アクチュエータを備える流体吐出デバイス及び関連方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5731712

(24)【登録日】2015年4月17日

(45)【発行日】2015年6月10日

(54)【発明の名称】流体変位アクチュエータを備える流体吐出デバイス及び関連方法

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20150521BHJP

【ＦＩ】

   B41J2/14 601

   B41J2/14 607

   B41J2/14 305

【請求項の数】19

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-528342(P2014-528342)

(86)(22)【出願日】2011年8月31日

(65)【公表番号】特表2014-527490(P2014-527490A)

(43)【公表日】2014年10月16日

(86)【国際出願番号】US2011050072

(87)【国際公開番号】WO2013032471

(87)【国際公開日】20130307

【審査請求日】2014年2月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】511076424

【氏名又は名称】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．

【氏名又は名称原語表記】Ｈｅｗｌｅｔｔ‐Ｐａｃｋａｒｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｌ．Ｐ．

(74)【代理人】

【識別番号】100087642

【弁理士】

【氏名又は名称】古谷 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100121061

【弁理士】

【氏名又は名称】西山 清春

(72)【発明者】

【氏名】ゴフヤディノフ，アレキサンドル

(72)【発明者】

【氏名】ナエリ，キアノウシュ

(72)【発明者】

【氏名】クルス−ウリベ，トニー，エス

【審査官】 大熊 靖夫

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０６２４４６９４（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開平０２−０８８２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１５７１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３２２０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０８８５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０８７４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０１１３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第２８５８９５８（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ４１Ｊ ２／０１−２／２１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の流体供給穴、第２の流体供給穴、ノズル、及び前記ノズルに対応するチャンバを有する流体チャネルと、
前記第１の流体供給穴と前記ノズルとの間で前記流体チャネル内に非対称的に配置され、前記流体チャネル内の体積を増減して前記流体チャネル内に膨張流体変位および圧縮流体変位をそれぞれ生じさせるように構成された第１の流体変位アクチュエータと、
前記第２の流体供給穴と前記ノズルとの間で前記流体チャネル内に非対称的に配置され、前記流体チャネル内の体積を増減して前記流体チャネル内に膨張流体変位および圧縮流体変位をそれぞれ生じさせるように構成された第２の流体変位アクチュエータと、
前記第１及び第２の流体変位アクチュエータが前記ノズルを通して液滴を吐出するための液滴吐出装置として、及び前記流体チャネル中で流体を循環させるための流体循環要素として機能するように、前記第１及び第２の流体変位アクチュエータを制御するように構成されたコントローラとを含む、流体吐出デバイス。

【請求項2】

前記流体チャネルの壁の一部を画定するフレキシブルな膜を含み、前記第１及び第２の流体変位アクチュエータのそれぞれが、前記フレキシブルな膜に付着されている、請求項１に記載の流体吐出デバイス。

【請求項3】

前記第１のアクチュエータ又は前記第２のアクチュエータの一方を活性化して前記チャネルを通る方向性のある流体の流れを生じさせるための単一活性化モジュールを更に含む、請求項１又は２に記載の流体吐出デバイス。

【請求項4】

前記アクチュエータの双方を交互に活性化して前記チャネルを通るが、前記ノズルを通らない方向性のある流体の流れを生じさせるために前記コントローラで実行可能なマルチパルス活性化モジュールを更に含む、請求項１〜３の何れかに記載の流体吐出デバイス。

【請求項5】

前記チャンバ内であるが、前記第１の流体供給穴、前記第２の流体供給穴、又は前記ノズルを通らないで流体を循環させるために、前記第１及び第２のアクチュエータを同時に活性化すると共に、前記第１及び第２のアクチュエータの一方が、長い持続時間の前記圧縮流体変位が後続する短い持続時間の前記膨張流体変位を生じること、及び他方が短い持続時間の前記圧縮流体変位が後続する長い持続時間の前記膨張流体変位を生じることを繰り返し交互に行うための、前記コントローラで実行可能なチャンバ内循環モジュールを更に含む、請求項１〜４の何れかに記載の流体吐出デバイス。

【請求項6】

前記ノズルを通して液滴を吐出し、前記チャネルを通る方向性のある流体の流れを生じさせるために、前記第１及び第２のアクチュエータの一方により生じる前記圧縮流体変位が他方よりも大きくなるように前記第１及び第２のアクチュエータを同時に及び同じ圧縮流体変位の段階で活性化するための前記コントローラで実行可能な小滴吐出循環モジュールを更に含む、請求項１〜５の何れかに記載の流体吐出デバイス。

【請求項7】

請求項１〜６の何れかに記載された前記流体吐出デバイス中で流体を循環させる方法であって、
前記第１のアクチュエータから異なる持続時間の前記圧縮流体変位および前記膨張流体変位を生じさせる一方で、前記第２のアクチュエータから流体変位を生じさせないことを含む、方法。

【請求項8】

前記第２のアクチュエータから異なる持続時間の前記圧縮流体変位および前記膨張流体変位を生じさせる一方で、前記第１のアクチュエータから流体変位を生じさせないことを更に含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

双方のアクチュエータから前記圧縮流体変位および前記膨張流体変位を生じさせるために、前記第１及び第２のアクチュエータの活性化を交互にすることを更に含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記第１及び第２のアクチュエータの活性化を交互にすることは、
前記第１のアクチュエータを活性化する一方で、前記第２のアクチュエータを活性化せず、
前記第１のアクチュエータを活性化する間に時間遅延を実行し、その時間遅延が、前記第１のアクチュエータの活性化の間に少なくとも続き、
前記時間遅延が終了した後、前記第２のアクチュエータを活性化することを含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記第１及び第２のアクチュエータの活性化を交互にすることは、
前記第２のアクチュエータの活性化中、前記時間遅延により前記第１のアクチュエータの活性化を遅延させ、
前記第２のアクチュエータの活性化後、前記第１のアクチュエータを活性化することを更に含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記異なる持続時間の圧縮および膨張の流体変位を生じさせることが、
第１の持続時間の前記圧縮流体変位を生じさせ、
前記第１の持続時間と異なる第２の持続時間の前記膨張流体変位を生じさせることを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項13】

前記第１の持続時間が前記第２の持続時間より短く、前記流体変位により、流体が前記第１のアクチュエータから前記第２のアクチュエータの方へ前記チャネルを通って流れる、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記第１の持続時間が前記第２の持続時間より長く、前記流体変位により、流体が前記第２のアクチュエータから前記第１のアクチュエータの方へ前記チャネルを通って流れる、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記圧縮流体変位を生じさせることは、前記チャネル内の体積が低減されるように前記第１のアクチュエータを前記チャネル内へと撓めることを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項16】

前記膨張流体変位を生じさせることは、チャネル内の体積を増大させるように前記チャネルの外へ前記第１のアクチュエータを撓めることを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項17】

前記異なる持続時間の圧縮および膨張の流体変位を生じさせることが、コントローラに前記第１のアクチュエータの活性化を駆動する波形を制御させる機械可読ソフトウェアモジュールを実行することを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項18】

請求項１〜６の何れかに記載された前記流体吐出デバイス中で流体を循環させる方法であって、
前記圧縮流体変位および前記膨張流体変位を生じるように前記第１及び第２のアクチュエータを同時に活性化し、前記第１及び第２のアクチュエータが前記圧縮流体変位と前記膨張流体変位との間で交互になり、そのためそれらが同時に前記圧縮流体変位または前記膨張流体変位を生じないようになっていることを含み、
前記同時に活性化することが、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとの間で前記チャンバ内において局所的な流体循環ループを形成する、方法。

【請求項19】

請求項１〜６の何れかに記載された前記流体吐出デバイス中で流体を循環させる方法であって、
前記ノズルから液滴を吐出して前記チャネルを通る方向性のある流体の流れを生じさせるために、異なる圧縮変位の大きさを有する同時の圧縮流体変位を生じさせるために前記第１及び第２のアクチュエータを同時に活性化することを含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

背景
インクジェットプリンタの流体吐出デバイスは、液滴のドロップオンデマンドの吐出を行う。インクジェットプリンタは、１枚の用紙のような印刷媒体上に、複数のノズルを通してインク滴を吐出することによりイメージを生成する。ノズルは一般に、ノズルからインク滴を適切に順序付けて吐出することによって、プリントヘッド及び印刷媒体が互いに対して移動する際に文字または他のイメージが印刷媒体上に印刷されるように、１つ又は複数のアレイに配列される。特定の例において、サーマルインクジェットプリントヘッドは、加熱素子に電流を通電して熱を発生させ、発射チャンバ内の流体のごく一部を気化させることにより、ノズルから小滴を吐出する。蒸気泡により変位した流体の一部は、ノズルから吐出される。別の例において、圧電インクジェットプリントヘッドは、ノズルからインク滴を押し出す圧力パルスを生成するために圧電材料のアクチュエータを使用する。

【0002】

インクジェットプリンタは、合理的コストで高い印字品質を提供するが、それらの継続した改善は、様々な動作の問題を克服することに部分的に依存する。例えば、印刷中にインクからの気泡の解放（放出）は、インク流れの閉塞、小滴を吐出するのに十分でない圧力、及び誤った方向に行く小滴のような問題の原因となる可能性がある。顔料インクビヒクル分離（pigment-ink vehicle separation：ＰＩＶＳ）は、顔料系インクを用いる際に生じる可能性がある別の問題である。ＰＩＶＳは一般に、ノズル領域のインクからの水分蒸発、及び水に対する顔料のより高い親和性に起因したノズル領域近くのインクの顔料濃度の低下の結果である。保管または不使用の期間中、顔料粒子も沈殿またはインクビヒクルから析出する可能性があり、それによりプリントヘッドの発射チャンバ及びノズルへのインク流れが阻害または遮断される可能性がある。水または溶剤の蒸発のような、「デキャップ（decap：キャッピングしないこと）」に関する他の要因は、ＰＩＶＳ及び粘性のあるインクプラグ（詰め物）の形成の原因となる可能性がある。デキャップは、インクジェットノズルがキャッピングされない状態のままであり且つ吐出されるインク滴の劣化を生じずに周囲環境にさらされる時間である。デキャップの影響は、小滴の飛翔軌道、速度、形状および色を変更する可能性があり、それらの全ては、インクジェットプリンタの印字品質に悪影響を及ぼす可能性がある。

【0003】

さて、本実施形態が、添付図面に関連して一例として説明される。

【図面の簡単な説明】

【0004】

【図1】一実施形態による、本明細書で開示されたような流体吐出デバイスを組み込み且つ流体吐出デバイス中で流体を循環させる方法を実現するのに適したインクジェット印刷システムを示す図である。

【図2】一実施形態による、例示的な流体吐出デバイスの部分側断面図である。

【図3a】一実施形態による、通常の小滴吐出モードの流体吐出デバイスを示す図である。

【図3b】一実施形態による、通常の流体補充モードの流体吐出デバイスを示す図である。

【図3c】一実施形態による、小滴吐出および対応する流体補充を引き起こすアクチュエータの撓み（Ｘ）を達成するためにアクチュエータに印加される例示的な電圧波形（Ｖ）のグラフである。

【図4a】一実施形態による、チャネル内で圧縮流体変位を引き起こす順方向ポンピング行程において、アクチュエータが流体チャネルへと撓んでいる状態の通常の小滴吐出モードの流体吐出デバイスを示す図である。

【図4b】一実施形態による、アクチュエータが初期状態または静止状態に戻った状態の通常の流体補充モードの流体吐出デバイスを示す図である。

【図4c】一実施形態による、小滴吐出および対応する流体補充を引き起こすアクチュエータの撓み（Ｘ）を達成するためにアクチュエータに印加される例示的な電圧波形（Ｖ）のグラフである。

【図5a】一実施形態による、単一アクチュエータポンピングモードにおいて動作する流体変位アクチュエータを備える流体吐出デバイスの断面図、及びアクチュエータに印加される例示的な電圧波形（Ｖ）のグラフである。

【図5b】一実施形態による、単一アクチュエータポンピングモードにおいて動作する流体変位アクチュエータを備える流体吐出デバイスの断面図、及びアクチュエータに印加される例示的な電圧波形（Ｖ）のグラフである。

【図6】一実施形態による、交互するマルチパルス活性化モードにおいて動作する流体変位アクチュエータを備える流体吐出デバイスの断面図である。

【図7】一実施形態による、交互するマルチパルス活性化モードにおいて動作する流体変位アクチュエータを備える流体吐出デバイスの断面図である。

【図8】一実施形態による、同時マルチパルス活性化モードにおいて動作する流体変位アクチュエータを備える流体吐出デバイスの断面図である。

【図9】一実施形態による、同時マルチパルス活性化モードにおいて動作する流体変位アクチュエータを備える流体吐出デバイスの断面図である。

【図10】一実施形態による、同時同相活性化モードにおいて動作する流体変位アクチュエータを備える流体吐出デバイスの断面図である。

【図11】一実施形態による、流体吐出デバイスの流体を循環させる例示的な方法の流れ図である。

【図12】一実施形態による、流体吐出デバイスの流体を循環させる例示的な方法の流れ図である。

【0005】

詳細な説明
問題点および解決策の概要
上述したように、インクジェット印刷システムの開発において、様々な問題が依然として克服されている。例えば、そのようなシステムで使用されるインクジェットプリントヘッドは時として、インクの閉塞および／または目詰まりに関連する問題を有する。インク閉塞の１つの原因は、プリントヘッドの中で気泡として蓄積する過剰の空気である。インクがインクリザーバに貯蔵されている間のように、インクが空気にさらされる場合、追加の空気がインクに溶解する。プリントヘッドの発射チャンバからインク滴を吐出する後続の動作は、インクから過剰な空気を解放し、次いでそれは気泡として蓄積する。当該気泡は、発射チャンバからプリントヘッドの他の領域へ移動し、この場合、当該気泡はプリントヘッドへの及びプリントヘッド内のインクの流れを阻止する可能性がある。チャンバ内の気泡は、圧力を吸収し、ノズルを通って押し出される流体に対する力を低減し、それにより小滴の速度が低減される又は吐出が妨げられる。

【0006】

また、顔料系インクは、プリントヘッドにおけるインクの閉塞または目詰まりの原因となる可能性もある。インクジェット印刷システムは、顔料系インク及び染料インクを使用するが、インクの双方のタイプには利点および欠点が存在し、顔料系インクが一般に好ましい。染料インクにおいて、染料粒子は液体に溶解され、そのためインクが用紙内へより深く染み込む傾向がある。これは、染料インクの効率を悪くし、インクがイメージのエッジにおいて、にじむので印字品質を低減する可能性がある。一方、顔料系インクは、インクビヒクル、及びインクビヒクルに顔料粒子を懸濁した状態を維持することを可能にする分散剤でコーティングされた高濃度の不溶性顔料粒子からなる。これは、顔料インクが、用紙へ染み込むのではなくて用紙の表面にいっそう多くとどまることに役立つ。従って、顔料インクは、印刷されるイメージにおいて同じ色強度を生成するのに必要とされるインクがより少ないので、染料インクよりも効率的である。また、顔料インクは、染料インクよりも耐久性があり永久的である傾向もあり、そのため顔料インクは、水に接触した場合に染料インクよりも汚くならない。

【0007】

しかしながら、顔料系インクに関する１つの欠点は、インクジェットペンの常識破りの貧弱な性能という結果になる可能性がある、長期の保管および他の環境的危機のような要因に起因したインクの閉塞がインクジェットプリントヘッドに生じる可能がある点である。インクジェットペンは、インク供給部に内部で結合された一端部に固定されたプリントヘッドを有する。インク供給部は、プリントヘッドアセンブリ内に内蔵され得るか、又はペンの外側のプリンタに設けられ、プリントヘッドアセンブリを介してプリントヘッドに結合され得る。保管の長期にわたって、大きな顔料粒子に対する重力の影響、ランダムな変動、及び／又は分散剤の劣化により、顔料の凝集、沈殿、又は析出を生じる可能性がある。１つの場所での顔料粒子の蓄積は、プリントヘッドの発射チャンバ及びノズルへのインクの流れを妨げる又は完全に阻止する可能性があり、プリントヘッドによる常識破りの貧弱な性能およびプリンタからの印字品質の低下という結果になる。また、インクからの水および溶剤の蒸発のような他の要因も、ＰＩＶＳ、及び／又はインク粘性の増加および粘性のあるプラグ（詰め物）の形成に寄与する可能性があり、それはデキャップの性能を低減し、不使用の期間後の即時の印刷を妨げる可能性がある。

【0008】

従来の解決策は主として、プリントヘッドを使用する前後にプリントヘッドを保守（サービス）すること、並びにプリントヘッドを介してインクを循環するための様々なタイプの外部ポンプを使用することを含む。例えば、プリントヘッドは一般に、ノズルが乾燥したインクで詰まることを防止するために不使用の間にキャッピングされる（蓋を被される）。また、プリントヘッドを使用する前に、ノズルは、ノズルを通してインクを吐き出すことにより準備され得る、又は外部ポンプを用いてインクの連続した流れでもってプリントヘッドを浄化することもできる。これら解決策の欠点には、保守時間に起因して即座に（即ち、オンデマンドで）印刷することができないこと、及び保守中にインクを消費することに起因した総所有コストの増加が含まれる。プリントヘッドを介してインクを循環するための外部ポンプの使用は一般に、扱いにくくてコストが高くつき、ノズルの入口における背圧を維持するために複雑な圧力調整器を必要とする。従って、デキャップの性能、ＰＩＶＳ、空気および微粒子の蓄積、及びインクジェット印刷システムにおけるインクの閉塞および／または目詰まりの他の原因は、全体的な印字品質を劣化させ、所有コスト、製造コスト又は双方を増加させる可能性がある基本的な問題であり続けている。

【0009】

本開示の実施形態は、一般に流体吐出デバイス（例えば、インクジェットプリントヘッド）の流体チャネル及び／又はチャンバ内に流体の微量循環を提供する圧電流体アクチュエータ及び他のタイプの機械的に制御可能な流体アクチュエータの使用を通じて、インクジェット印刷システムにおけるインク閉塞および／または目詰まりを低減する。流体チャネル内に非対称的に（即ち、中心を外れて又は偏心して）配置された流体アクチュエータ、及びコントローラは、圧縮流体変位（即ち、順方向のポンプ行程）及び膨張または引張り流体変位（即ち、逆方向ポンプ行程）を生じる順方向および逆方向の活性化行程（即ち、ポンプ行程）の持続時間を制御することにより、流体チャネルを通る及び当該流体チャネル内での方向性のある流体の流れを可能にする。

【0010】

一実施形態において、流体吐出デバイスは、入口、出口、及びノズルを有する流体チャネルを含む。第１の流体変位アクチュエータが、入口とノズルとの間でチャネル内に非対称的に配置される。第２の流体変位アクチュエータが、出口とノズルとの間でチャネル内に非対称的に配置される。コントローラは、少なくとも１つのアクチュエータとは異なる持続時間の圧縮および膨張の流体変位を生じさせることにより、チャネルを通る流体の流れを制御する。

【0011】

一実施形態において、流体吐出デバイス中で流体を循環させる方法は、入口とノズルとの間で流体チャネル内に非対称的に配置された第１のアクチュエータから異なる持続時間の圧縮および膨張の流体変位を生じさせる一方で、ノズルと出口との間でチャネル内に非対称的に配置された第２のアクチュエータから流体変位を生じさせないことを含む。一具現化形態において、方法は、第２のアクチュエータから異なる持続時間の圧縮および膨張の流体変位を生じさせる一方で、第１のアクチュエータから流体変位を生じさせないことを含む。別の具現化形態において、方法は、双方のアクチュエータから圧縮および膨張の流体変位を生じるように第１及び第２のアクチュエータの活性化を交互にすることを含む。

【0012】

一実施形態において、流体吐出デバイス中で流体を循環させる方法は、圧縮および膨張の流体変位を生じるために第１及び第２のアクチュエータを同時に活性化することを含み、この場合、第１及び第２のアクチュエータは、圧縮流体変位と膨張流体変位との間で交互になり、そのためそれらは同時に圧縮または膨張の流体変位を生じない。第１のアクチュエータが、入口とノズルとの間で流体チャネル内に非対称的に配置され、第２のアクチュエータが、ノズルと出口との間でチャネル内に非対称的に配置される。ノズル及びチャンバがアクチュエータ間に配置され、アクチュエータの同時活性化は、アクチュエータ間で前後の流体の流れを生じさせる。一具現化形態において、第１及び第２のアクチュエータを同時に活性化することは、ノズルから液滴を吐出してチャネルを通る正味の方向性のある流体の流れを生じさせるものと異なる圧縮変位の大きさを有する同時の圧縮流体変位を生じるように第１及び第２のアクチュエータを活性化することを含む。

【0013】

例示的な実施形態
図１は、本開示の一実施形態による、本明細書で開示されたような流体吐出デバイスを組み込み且つ流体吐出デバイス中で流体を循環させる方法を実現するのに適したインクジェット印刷システム１００を示す。この実施形態において、流体吐出デバイス１１４は、液滴噴射プリントヘッド１１４として開示される。インクジェット印刷システム１００は、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２、インク供給アセンブリ１０４、取り付けアセンブリ１０６、媒体搬送アセンブリ１０８、電子コントローラ１１０、及びインクジェット印刷システム１００の様々な電気コンポーネントに電力を供給する少なくとも１つの電源１１２を含む。インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２は、印刷媒体１１８上に印刷するように、複数のオリフィス又はノズル１１６を通してインク滴を印刷媒体１１８へ向けて吐出する少なくとも１つのプリントヘッド１１４を含む。印刷媒体１１８は、用紙、カードのストック、透明媒体、マイラー（登録商標）、ポリエステル、合板、発泡板、布、キャンバス（生地）などのような、任意のタイプの適切なシート又はロール材料とすることができる。ノズル１１６は一般に、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２及び印刷媒体１１８が互いに対して移動する際に、ノズル１１６からの適切に順序付けられたインクの吐出によって文字、記号、及び／又は他のグラフィックス又はイメージが印刷媒体１１８上に印刷されるように、１つ又は複数の列またはアレイに配列されている。

【0014】

インク供給アセンブリ１０４は、供給管のようなインターフェース接続を介してインク貯蔵リザーバ１２０からプリントヘッドアセンブリ１０２へ流体インクを供給する。リザーバ１２０は、取り外され得る、交換され得る、及び／又は補充され得る。一実施形態において、図１ａに示されるように、インク供給アセンブリ１０４及びインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２は、一方向のインク供給システムを形成する。一方向のインク供給システムにおいて、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２に供給されたインクのほぼ全ては、印刷中に消費される。別の実施形態において、図１ｂに示されるように、インク供給アセンブリ１０４及びインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２は、再循環インク供給システムを形成する、再循環インク供給システムにおいて、プリントヘッドアセンブリ１０２に供給されるインクの一部のみが印刷中に消費される。印刷中に消費されなかったインクは、インク供給アセンブリ１０４に戻される。

【0015】

一実施形態において、インク供給アセンブリ１０４は、ポンプ及び圧力調整器（特に図示せず）を含み、それによりインク供給アセンブリ１０４が、圧力をかけてプリントヘッドアセンブリ１０２にインクを供給することを可能にする。一実施形態において、インクは、インク調整アセンブリ１０５を介してプリントヘッドアセンブリ１０２に供給される。インク調整アセンブリ１０５における調整には、フィルタリング、予熱、サージ圧力吸収、及びガス抜き（脱ガス）が含まれ得る。印刷システム１００の通常動作中、インクが負圧下でプリントヘッドアセンブリ１０２からインク供給アセンブリ１０４に吸い出される。プリントヘッドアセンブリ１０２に対する入口と出口との間の圧力差は、ノズル１１６で適切な背圧を提供し、その背圧は通常、およそ水（Ｈ_２Ｏ）の−２．５４ｃｍ（１インチ）から−２５．４ｃｍ（１０インチ）である。

【0016】

取り付けアセンブリ１０６は、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２を媒体搬送アセンブリ１０８に対して位置決めし、媒体搬送アセンブリ１０８は印刷媒体１１８をインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２に対して位置決めする。従って、印刷区域１２２が、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２と印刷媒体１１８との間の領域においてノズル１１６に隣接して画定される。一実施形態において、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２は、走査型プリントヘッドアセンブリである。そういうものだから、取り付けアセンブリ１０６は、印刷媒体１１８を走査するために媒体搬送アセンブリ１０８に対してインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２を移動させるためのキャリッジを含む。別の実施形態において、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２は、非走査型プリントヘッドアセンブリである。そういうものだから、取り付けアセンブリ１０６は、媒体搬送アセンブリ１０８に対して所定位置にインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２を固定する一方で、媒体搬送アセンブリ１０８はインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２に対して印刷媒体１１８を位置決めする。

【0017】

電子プリンタコントローラ１１０は一般に、プロセッサ、ファームウェア、ソフトウェア、揮発性および不揮発性メモリ構成要素を含む１つ又は複数のメモリ構成要素、並びにインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２、取り付けアセンブリ１０６及び媒体搬送アセンブリ１０８と通信し且つそれらアセンブリを制御するための他のプリンタ電子回路を含む。電子コントローラ１１０は、コンピュータのようなホストシステムからデータ１２４を受け取り、データ１２４を一時的にメモリに格納する。一般に、データ１２４は、電子、赤外線、光または他の情報伝達経路に沿ってインクジェット印刷システム１００に送られる。例えば、データ１２４は、印刷されるべき文章および／またはファイルを表す。そういうものだから、データ１２４は、インクジェット印刷システム１００の印刷ジョブを形成し、１つ又は複数の印刷ジョブコマンド及び／又はコマンドパラメータを含む。

【0018】

一実施形態において、電子プリンタコントローラ１１０は、ノズル１１６からのインク滴の吐出のためにインクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２を制御する。従って、電子コントローラ１１０は、印刷媒体１１８に文字、記号、及び／又は他のグラフィックス又はイメージを形成する、吐出されたインク滴のパターンを定義する。吐出されたインク滴のパターンは、印刷ジョブコマンド及び／又はコマンドパラメータにより決定される。一実施形態において、電子コントローラ１１０は、流体吐出デバイス１１４内に組み込まれた１つ又は複数の流体変位アクチュエータの動作を制御するために、メモリに格納されてコントローラ１１０（即ち、コントローラ１１０のプロセッサ）で実行可能なソフトウェア命令モジュールを含む。ソフトウェア命令モジュールは、単一活性化モジュール１２６、マルチパルス活性化モジュール１２８、チャンバ内循環モジュール１３０、及び小滴吐出循環モジュール１３２を含む。一般に、モジュール１２６、１２８、１３０及び１３２は、流体吐出デバイス１１４の流体変位アクチュエータにより生じる圧縮および膨張の流体変位（即ち、それぞれ順方向および逆方向のポンピング行程）のタイミング、持続時間および振幅を制御するためにコントローラ１１０で実行する。コントローラ１１０でのモジュール１２６、１２８、１３０及び１３２の実行は、流体吐出デバイス１１４内での流体の流れの方向、速度およびタイミングを制御する。

【0019】

説明された実施形態において、インクジェット印刷システム１００は、ドロップオンデマンドの圧電インクジェット印刷システムであり、この場合、流体吐出デバイス１１４は圧電インクジェット（ＰＩＪ）プリントヘッド１１４を含む。ＰＩＪプリントヘッド１１４は、制御回路および駆動回路と共に薄膜圧電流体変位アクチュエータを含む多層のＭＥＭＳダイスタックを含む。アクチュエータは、流体チャネル及び／又はチャンバ内で流体変位を生じるように制御される。流体変位は、ノズル１１６を通してチャンバから液滴を押し出す、並びにチャネルを通る正味の方向性のある流体の流れ及び／又はチャンバ内での後退したり前進したりする流体の移動を引き起こすことができる。一具現化形態において、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２は、単一のＰＩＪプリントヘッド１１４を含む。別の具現化形態において、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１０２は、幅広いアレイのＰＩＪプリントヘッド１１４を含む。

【0020】

本明細書において流体吐出デバイス１１４が圧電流体変位アクチュエータを備えるＰＩＪプリントヘッド１１４として説明されるが、流体吐出デバイス１１４は、この特定の具現化形態に限定されない。様々な他のタイプの流体変位アクチュエータを実現する他のタイプの流体吐出デバイス１１４が企図される。例えば、流体吐出デバイス１１４は、静電（ＭＥＭＳ）アクチュエータ、機械／衝撃駆動型アクチュエータ、音声コイルアクチュエータ、磁気歪み駆動型アクチュエータなどを実装することができる。

【0021】

図２は、本開示の一実施形態による、例示的な流体吐出デバイス１１４の部分側断面図を示す。図３〜図１０に関連して後述される、流体吐出デバイス１１４ａの引き伸ばした簡易化部分は、図２において点線で区別される。一般に、流体吐出デバイス１１４は、それぞれが異なる機能を有するダイの複数の層を備えるダイスタック２００を含む。ダイスタック２００の層は、第１の（即ち、下側）基板ダイ２０２、第２の回路ダイ２０４（又はＡＳＩＣダイ）、第３のアクチュエータ／チャンバダイ２０６、第４のキャップダイ２０８、及び第５のノズル層２１０（又はノズルプレート）を含む。幾つかの実施形態において、キャップダイ２０８及びノズル層２１０は、単一の層として一体化される。また、通常、ノズル１１６の周囲にインクのたまりができるのを防止するのに役立つ疎水性コーティングを含む乾燥層（図示せず）が、ノズル層２１０の上に存在する。ダイスタック２００の各層は一般に、乾燥層および場合によってはノズル層２１０を除いて、シリコンから形成される。幾つかの実施形態において、ノズル層２１０は、ステンレス鋼、或いはポリイミド又はＳＵ８のような耐久性のある化学的に不活性のポリマーから形成され得る。層は、エポキシ樹脂（図示せず）のような化学的に不活性の接着剤で互いに結合される。例示された実施形態において、ダイの層は、圧力チャンバ２１２への及び圧力チャンバ２１２からのインクを伝えるためのスロット、チャネル又は穴のような流体通路を有する。各圧力チャンバ２１２は、チャンバの床２１８（即ち、チャンバのノズル側の反対側に位置する）に位置し、インク分配マニホルドと流体連絡する第１の流体供給穴２１４及び第２の流体供給穴２１６を含み、インク分配マニホルドは、第１の流体マニホルド２２０及び第２の流体マニホルド２２２を含む。圧力チャンバ２１２の床２１８は、回路層２０４の表面により形成される。第１の流体供給穴２１４及び第２の流体供給穴２１６は、チャンバ２１２の床２１８の両側にあり、この場合、それらは回路層２０４のダイを貫通し、インクがチャンバ２１２中を循環されることを可能にする。流体変位アクチュエータ２２４（即ち、圧電アクチュエータ）は、チャンバ２１２に対する屋根としての機能を果たすフレキシブルな膜上にあり、チャンバの床２１８に向かい合って位置する。従って、流体変位アクチュエータ２２４は、チャンバ２１２の、ノズル１１６と同じ側（即ち、チャンバの屋根または上面）に位置する。

【0022】

下側基板ダイ２０２は、流体が第１の流体マニホルド２２０及び第２の流体マニホルド２２２を通って圧力チャンバ２１２に対して流入および流出することができる流体通路２２６を含む。基板ダイ２０２は、例えば、始動の過渡事象および隣接ノズルの流体吐出に起因した流体分配マニホルドを通る脈動する（パルス状）流体の流れからの圧力サージを緩和するように構成された薄いコンプライアンス薄膜２２８を支持する。コンプライアンス薄膜２２８は、マニホルドの流体圧力サージに応答してそれが自由に膨張することを可能にするためにコンプライアンス薄膜の裏面にキャビティ又は空間２３０を形成する、基板ダイ２０２のギャップにまたがる。

【0023】

回路ダイ２０４は、ダイスタック２００の第２のダイであり、基板ダイ２０２の上に位置する。回路ダイ２０４は、第１及び第２の流体マニホルド２２０及び２２２を含む流体分配マニホルドを含む。第１の流体マニホルド２２０は、第１の流体供給穴２１４を通るチャンバ２１２への及びチャンバ２１２からの流体の流れを提供するが、第２の流体供給穴２１６は、流体が第２の流体マニホルド２２２へとチャンバ２１２を出ることを可能にする。また、回路ダイ２０４は流体バイパスチャネル２３２も含み、その流体バイパスチャネル２３２は、第１の流体マニホルド２２０へ入る流体の一部が圧力チャンバ２１２をバイパスして、流体バイパスチャネル２３２を通って第２の流体マニホルド２２２へと直接的に流れることを可能にする。回路ダイ２０４は、ＡＳＩＣ２３４において実現され且つアクチュエータ／チャンバダイ２０６に隣接するその上面に製造されたＣＭＯＳ電気回路２３４を含む。ＡＳＩＣ２３４は、流体変位アクチュエータ２２４（即ち、圧電アクチュエータ）の圧力の脈動を制御する吐出制御回路を含む。また、回路ダイ２０４は、ボンディングワイヤ２３８の外側のダイ２０４のエッジに製造された圧電アクチュエータ駆動回路／トランジスタ２３６（例えば、ＦＥＴ）も含む。駆動トランジスタ２３６は、ＡＳＩＣ２３４の制御回路により制御（即ち、ターンオン及びターンオフ）される。

【0024】

回路ダイ２０４の上に位置するダイスタック２００の次の層は、アクチュエータ／チャンバダイ２０６（以降、「アクチュエータダイ２０６」）である。アクチュエータダイ２０６は、回路ダイ２０４に付着され、隣接する回路ダイ２０４を含むチャンバの床２１８を有する圧力チャンバ２１２を含む。上述したように、チャンバの床２１８は更に、チャンバの床２１８を形成する回路ダイ２０４上に製造されたＡＳＩＣ２３４のような制御回路を含む。アクチュエータダイ２０６は更に、チャンバの屋根としての機能を果たす、チャンバの床２１８の反対側に位置する二酸化ケイ素のような薄膜のフレキシブルな膜２４０を含む。流体変位アクチュエータ２２４が、フレキシブルな膜２４０の上に且つ当該膜２４０に付着される。本実施形態において、流体変位アクチュエータ２２４は、印加された電圧に応答して機械的に応力を加える圧電セラミック材料のような薄膜の圧電材料を含む。付勢される場合、圧電アクチュエータ２２４は物理的に膨張または収縮し、それにより圧電セラミックの積層板および膜２４０が撓む。この撓みは、チャンバ２１２内の流体を変位させ、ノズル１１６を通して液滴を吐出する及び／又はチャンバ２１２内で及びチャンバ２１２と第１及び第２の流体供給穴２１４及び２１６とを通じて流体を循環させる圧力波を圧力チャンバ２１２内に生成する。フレキシブルな膜２４０及び流体変位アクチュエータ２２４（圧電アクチュエータ２２４）は、圧力チャンバ２１２とノズル１１６との間に広がる下垂部２４２により分割される。従って、流体変位アクチュエータ２２４は、流体変位アクチュエータ２２４を有する分割アクチュエータ２２４、又はチャンバ２１２のそれぞれの側にある流体変位アクチュエータ２２４のセグメントである。

【0025】

キャップダイ２０８は、アクチュエータダイ２０６の上に付着され、流体変位アクチュエータ２２４を封じ込めて保護する封止キャップキャビティ２４４を圧電アクチュエータ２２４の上に形成する。キャップダイ２０８は、上述した下垂部２４２を含み、下垂部２４２は、圧力チャンバ２１２とノズル１１６との間に広がり、且つ流体変位アクチュエータ２２４からの圧力波により生じる小滴吐出事象の間に流体がチャンバ２１２からノズル１１６の外へ移動することを可能にするキャップダイ２０８のチャネルである。ノズル層２１０又はノズルプレートは、キャップダイ２０８の上に付着され、内部に形成されたノズル１１６を有する。

【0026】

図３ａは、本開示の一実施形態による、通常の小滴吐出モードにおいて、図２のような流体吐出デバイス１１４ａの断面図の引き伸ばした簡易化部分を示す。この実施形態において、双方の流体変位アクチュエータ２２４は、圧力チャンバ２１２からノズル１１６を通して所望の速度と体積の液滴を吐出するために十分に外側へ（即ち、凸状）の撓み及び変位と共に同時に動作する。双方の流体変位アクチュエータ２２４は、圧力チャンバ２１２内および周囲の体積を一時的に低減する順方向ポンピング行程において外に向かって湾曲し、圧縮流体変位を生じる。双方のアクチュエータ２２４の同時の圧縮流体変位からの圧力波により、流体がノズル１１６から吐出し、並びにそれぞれ第１及び第２の流体供給穴２１４及び２１６を通るマニホルド２２０及び２２２への流体の流れが生じる（流体の流れの矢印により示されるように）。

【0027】

図３ｂは、本開示の一実施形態による、通常の流体充填モードにおいて、流体吐出デバイス１１４ａの断面図の引き伸ばした簡易化部分を示す。この実施形態において、アクチュエータ２４２の平らな状態または中立状態へ戻るアクチュエータ２２４の逆の又は内向きの同時の撓みは、圧力チャンバ２１２へと流体を引き戻し、次の小滴吐出に備えてチャンバを補充する。幾つかの具現化形態において、アクチュエータ２２４の逆の又は内向きの撓みは、アクチュエータの平らな状態または中立状態を過ぎてキャップキャビティ２４４へと凹形の歪曲に撓む。図３ｂに示されているように、双方の流体変位アクチュエータ２２４は、それらの最初の平らな状態または中立状態（即ち、静止状態）へ戻るように撓んでいる。最初の状態に戻る撓みは、チャンバ領域の体積を増加させて膨張流体変位を生じる逆方向ポンピング行程において、圧力チャンバ２１２内およびその周囲の空間からアクチュエータ２２４を引き戻す。膨張流体変位は、それぞれマニホルド２２０及び２２２から第１及び第２の流体供給穴２１４を通ってチャンバ２１２へと戻る流体の流れ（流体の流れの矢印により示されるように）を生じ、次の小滴吐出事象に備えてチャンバ２１２を流体で補充する。図３ａ及び図３ｂに示されるように通常の小滴吐出および流体補充の間に、圧力チャンバ２１２を補充するための流体の移動以外に、流体の微量の循環は生じない。

【0028】

図３ｃは、本開示の実施形態による、小滴吐出および対応する流体補充を生じる図３ａ及び図３ｂに示されたアクチュエータの撓み（Ｘ）を達成するためにアクチュエータ２２４に印加される例示的な電圧波形（Ｖ）のグラフ３０２を示す。印加された電圧が増大する場合、アクチュエータ２２４は、圧縮流体変位（即ち、チャンバ２１２内およびその周囲の領域内で流体が圧縮される際に流体が変位する）を生じる外向き（即ち、凸状）の撓みにおいて撓む。印加された電圧が減少する場合、アクチュエータ２２４は、その最初の平らな状態または中立状態（即ち、静止状態）へ戻るように撓み、それにより膨張流体変位（即ち、チャンバ２１２内およびその周囲の体積を増加させるように引き戻される際に流体が変位する）を生じる。図３ｃの点線の電圧波形は、交番する電圧駆動波形を表し、その負電圧の振れは、アクチュエータ２２４をその通常の静止状態を過ぎてキャップダイ２０８のキャップキャビティ２４４（図２を参照）へと内向き（即ち、凹形）に撓ませ、一時的にチャンバ２１２内およびその周囲の体積を更に増大させ、より大きな膨張流体変位を生じさせる。従って、点線の電圧波形は、チャネル５００へと外へ撓むようにアクチュエータ２２４を駆動して圧縮流体変位を生じ、次いでアクチュエータ２２４をキャップキャビティ２４４へと達する逆方向においてその通常の静止位置を過ぎて戻り、より大きな膨張流体変位を生じる。図３ｃの電圧波形により示されていないが、圧電アクチュエータが平らな位置または中立位置より上に撓む（即ち、凸形）ときはいつも、電圧は実際には、アクチュエータのチャンバへの撓みに対するものよりもかなり低い（ポンピング又は再循環に関わらず）。これは、圧電セラミックの分極に対抗して作用する電場が後続の撓みを減少させる可能性がある分極（脱分極）を劣化させること、印刷およびポンピング性能を劣化させることを防止するためである。

【0029】

流体変位アクチュエータ２２４がチャンバ２１２のノズル側に（即ち、チャンバ２１２の、ノズル１１６と同じ側のキャップダイ層２０８に）位置しているように全体にわたって説明されたが、図４に示された別の実施形態において、アクチュエータ２２４は、ノズルの側とは反対側である回路ダイ層２０４（図２を参照）上に位置することができる。更に別の実施形態（図示せず）において、流体変位アクチュエータ２２４は、チャンバ２１２のノズル側およびノズル１１６の反対側の双方に位置することができる。図４は、本開示の一実施形態による、ノズル１１６の反対側にある回路ダイ層２０４に位置する流体変位アクチュエータ２２４を備える流体吐出デバイス１１４ａの簡易化断面図を示す。

【0030】

図４ａにおいて、流体吐出デバイス１１４ａは、図３ａに関して説明されたものと類似する通常の小滴吐出モードで示され、この場合、アクチュエータ２２４は、本開示の一実施形態による、圧縮流体変位を生じる外向き（即ち、凸状）の撓み又は順方向ポンピング行程において撓む。図４ｂにおいて、流体吐出デバイス１１４ａは、図３ｂに関して説明されたものと類似する通常の流体補充モードで示され、この場合、アクチュエータ２２４は、本開示の一実施形態による、最初の平らな状態または中立状態（即ち、静止状態）に戻るように撓む。アクチュエータは、膨張流体変位を生じる逆方向ポンピング行程において引き戻されて、チャンバ２１２を流体で補充する。

【0031】

図４ｃは、本開示の一実施形態による、小滴吐出および対応する流体補充を生じる図４ａ及び図４ｂに示されたアクチュエータの撓み（Ｘ）を達成するためにアクチュエータ２２４に印加される例示的な電圧波形（Ｖ）のグラフ４００を示す。印加された電圧が増大する場合、それは、圧縮流体変位を生じるアクチュエータ２２４の外向き（即ち、凸状）の撓みを生じ、印加された電圧が減少する場合、それは、アクチュエータ２２４の最初の平らな状態または中立状態へ戻るアクチュエータ２２４の内向き（即ち、凹状）の撓みを生じて、膨張流体変位を生じる。図４ｃの点線の電圧波形は、交番する電圧駆動波形を表し、その負電圧の振れは、アクチュエータ２２４をその通常の静止状態を過ぎて回路層２０４のキャビティ（図示せず）内へと撓ませ、一時的にチャンバ２１２内およびその周囲の体積を増大させ、膨張流体変位を生じさせる。従って、点線の電圧波形は、外へ撓むようにアクチュエータ２２４を駆動して圧縮流体変位を生じさせ、次いでアクチュエータ２２４を回路層２０４へと達する逆方向においてその通常の静止位置を過ぎて戻り、膨張流体変位を生じさせる。図３ａ及び図３ｂに関連して上述されたように、図４ａ及び図４ｂに示されるように通常の小滴吐出および流体補充の間に、圧力チャンバ２１２を補充するための流体の移動以外に、流体の微量の循環は生じない。

【0032】

図５〜図１０は、流体吐出デバイス１１４（例えば、インクジェットプリントヘッド）の流体チャネル及び／又はチャンバ内で流体の微量の循環を行う流体変位アクチュエータ２２４の動作モードを示す。一般に、流体アクチュエータ２２４は、流体チャネル内に非対称的に（即ち、中心を外れて又は偏心して）配置され、持続時間が非対称である圧縮流体変位および膨張流体変位を生じるように（例えば、コントローラ１１０）により制御され、ノズル１１６を通して液滴を吐出するための液滴吐出装置として機能し、且つ流体チャネル中で及び流体チャネル内で流体を循環させるための流体循環要素（即ち、ポンプ）として機能する。従って、この説明を容易にするために、流体チャネル５００が、図５〜図１０のそれぞれの流体吐出デバイス１１４ａ内に定義されて示される。流体チャネル５００は、第１の流体供給穴２１４における第１の流体マニホルド２２０からおおよそ第２の流体供給穴２１６における第２の流体マニホルド２２２まで広がる流体体積（容積）を流体吐出デバイス１１４ａ内に含む。チャンバ２１２は流体チャネル５００の一部であり、流体チャネル５００はチャンバ２１２を通過する。従って、本明細書における流体チャネル５００に対する参照は、チャネル５００の一部および一区分としてチャンバ２１２も含む。２つの流体変位アクチュエータ２２４のそれぞれは、チャネル５００の長さに対して非対称的に（即ち、中心を外れて又は偏心して）流体チャネル５００内に配置される。チャンバ２１２は、２つのアクチュエータ２２４間に位置する。

【0033】

図５は、本開示の一実施形態による、単一アクチュエータポンピングモードで動作する流体変位アクチュエータ２２４を備える流体吐出デバイス１１４ａの簡易化断面図を示す。図５ａ及び図５ｂにおいて、図面の右側にある単一のアクチュエータ２２４は、チャネル５００を通る正味の流体の流れを達成するための流体ポンプとしてアクチュエータが動作するように任意に示されて説明される。逆の流れの効果は、図面の左側にある単一のアクチュエータ２２４が流体ポンプとして動作する場合に達成される。コントローラ１１０は、単一活性化モジュール１２６のソフトウェア命令を実行することにより、図５のアクチュエータ２２４の単一アクチュエータポンピングモード動作を制御する。従って、モジュール１２６の実行を介したコントローラ１１０は、単一アクチュエータ流体ポンピング効果を提供するためにいつでも、どのアクチュエータ２２４（左側または右側）を動作させるかを決定する。また、図５ａ及び図５ｂは、ポンピング効果を引き起こし、流体の流れ方向の矢印により示されたチャネル５００を通る結果としての正味の流体の流れを生じる例示されたアクチュエータの撓み（Ｘ）を達成するためにアクチュエータ２２４に印加される例示的な電圧波形（Ｖ）のグラフも示す。ノズル１１６の上部にある大きな×は、ノズル１１６を通る流体の流れが存在しないことを示すことが意図されている。

【0034】

一般に、慣性ポンピングメカニズムは、２つの要因に基づいて流体チャネル５００の流体変位アクチュエータ２２４からのポンピング効果を可能にする。これらの要因は、チャネルの長さに対する、チャネル５００のアクチュエータ２２４の非対称的（即ち、中心を外れて又は偏心して）配置、及びアクチュエータ２２４の非対称的動作である。図５に示されるように、２つの流体変位アクチュエータ２２４のそれぞれは、チャネルの長さに対してチャネル５００において非対称的（即ち、中心を外れて又は偏心して）配置される。アクチュエータ２２４の非対称的動作（即ち、流体変位のタイミング、持続時間および振幅の制御）と共に、この非対称的なアクチュエータの配置により、アクチュエータ２２４の慣性ポンピングメカニズムを可能にする。

【0035】

図５ａ及び図５ｂを全般的に参照すると、流体チャネル５００におけるアクチュエータ２２４の非対称的位置は、第１の流体供給穴２１４からアクチュエータ２２４まで延びるチャネル５００の短い方、及びアクチュエータ２２４から第２の流体供給穴２１６まで延びるチャネル５００の長い方を生じる。チャネル５００内でのアクチュエータ２２４の非対称的位置は、チャネル５００内で流体ダイオード特性（即ち、流体の一方方向への流れ）（正味の流体の流れ）を駆動する慣性メカニズムを生じさせる。アクチュエータ２２４からの流体変位は、２つの相対する方向に流体を押し動かす、チャネル５００内で伝播する波動を生成する。チャネル５００の長い方に収容されている流体の極めて大量の部分は、順方向流体アクチュエータポンプ行程（即ち、アクチュエータ２２４のチャネル５００への撓みが圧縮流体変位を生じる）の終端において、より大きな力学的慣性を有する。従って、このより大きな流体の固まりは、チャネル５００の短い方の流体に比べてゆっくり方向を逆転する。チャネル５００の短い方の流体は、逆方向流体アクチュエータポンプ行程（即ち、アクチュエータ２２４の最初の静止状態またはそれ以上まで戻るアクチュエータ２２４の撓みが、膨張流体変位を生じる）の間に力学的運動量を獲得するためのより多くの時間がある。従って、逆方向行程の終端において、チャネル５００の短い方の流体は、チャネル５００の長い方の流体よりも大きな力学的運動量を有する。この結果、正味の流体の流れは、図５ａ及び図５ｂの黒い方向矢印により示されるように、チャネル５００の短い方からチャネル５００の長い方への方向に移動する。正味の流体の流れは、２つの流体要素（即ち、チャネル５００の短い方と長い方）の等しくない慣性特性の結果である。

【0036】

チャネル５００内のアクチュエータ２２４の非対称的動作は、流体変位アクチュエータ２２４の慣性ポンピングメカニズムを可能にする第２の要因である。図５ａにおける流体吐出デバイス１１４ａの右側のアクチュエータ２２４の動作は、アクチュエータ２２４のより短い圧縮変位（即ち、変位は、より少ない持続時間を有し、チャネル５００内へのアクチュエータ２２４の撓みがより多い）、及びより長い膨張変位（即ち、変位は、持続時間がより長く、チャネル５００の外へのアクチュエータ２２４の撓みがより少ない）を示す。一実施形態において、アクチュエータ２２４の非対称的動作は、グラフ５０２の共役したランプ電圧波形を通じてコントローラ１１０により制御される。類似の共役したランプ電圧波形がアクチュエータ２２４の非対称的な動作を制御するように全体にわたって説明されるが、アクチュエータ２２４の動作を非対称に制御することは、他のタイプの駆動波形を用いて達成され得る。アクチュエータ２２４とグラフ５０２の共役したランプ電圧波形との間の図５ａにおける点線の矢印は、より強い圧縮変位が時間的に短くより急峻な傾斜の電圧変化に関連付けられ、より小さい膨張変位が時間的により長くなだらかな傾斜の電圧変化に関連付けられることを示す。波形の持続時間および振幅は、アクチュエータ２２４による変位の持続時間および大きさを制御する。従って、コントローラ１１０により制御される非対称の持続時間および振幅を有する電圧駆動波形は、アクチュエータ２２４の非対称動作を駆動する。非対称動作のアクチュエータ２２４のこの態様を用いて、チャネル５００を通る正味の流体の流れの方向は、第１の流体供給穴２１４における短い方から第２の流体供給穴２１６における長い方へ向かう。留意すべきは、非対称動作のこの同じ態様が図５ａの左側のアクチュエータ２２４に関して実現される場合、チャネル５００を通る正味の流体の流れの方向は逆転される。

【0037】

流体吐出デバイス１１４ａの右側の、図５ｂのアクチュエータ２２４が、図５ａに示されたものと比べて逆に動作するように示される。即ち、図５ｂの右側のアクチュエータ２２４の動作は、アクチュエータ２２４のより長い圧縮変位（即ち、変位は、より長い持続時間を有し、チャネル５００内へのアクチュエータ２２４の撓みがより少ない）、及びより短い膨張変位（即ち、変位は、持続時間がより短く、チャネル５００の外へのアクチュエータ２２４の撓みがより多い）を示す。グラフ５０２の共役したランプ電圧波形および点線の矢印は、より長い／より弱い圧縮変位が時間的により長くなだらかな傾斜の電圧変化に関連付けられ、より小さい膨張変位が時間的に短くより急峻な傾斜の電圧変化に関連付けられていることを示す。非対称動作のアクチュエータ２２４のこの態様を用いて、チャネル５００を通る正味の流体の流れの方向は、図５ａに示されたものから逆転する。チャネル５００を通る正味の流体の流れの方向は、第２の流体供給穴２１６における長い方から第１の流体供給穴２１４における短い方へ向かう。留意すべきは、非対称動作のこの同じ態様が図５ａの左側のアクチュエータ２２４に関して実現される場合、チャネル５００を通る正味の流体の流れの方向は逆転される。

【0038】

図６は、本開示の一実施形態による、交互するマルチパルス活性化モードにおいて動作する流体変位アクチュエータ２２４を備える流体吐出デバイス１１４ａの簡易化断面図を示す。コントローラ１１０で実行するマルチパルス活性化モジュール１２８は、異なる圧縮および膨張流体変位の組み合わせでアクチュエータを活性化するためにマルチパルス活性化でアクチュエータ２２４を制御する。マルチパルス活性化は、チャネル５００を通るより強い正味の方向性のある流体の流れという結果になる、対になっているポンピング動作を提供する。

【0039】

図６に示されるように、マルチパルス活性化モジュール１２８は、右側および左側のアクチュエータ２２４を制御し、それらが交互するように活性化されるようになっている。例えば、最初に左側のアクチュエータが圧縮流体変位および膨張流体変位を生じさせる。左側アクチュエータのより強い圧縮変位およびより大きな撓みは、時間的に短くより急峻な傾斜である、グラフ６００の共役したランプ電圧波形における電圧変化に関連付けられ（点線の矢印により）、左側アクチュエータの膨張変位およびより少ない撓みは、時間的により長くてよりなだらかな傾斜の電圧変化に関連付けられる。図５の説明において上述されたように、左側アクチュエータのこの動作は、第２の流体供給穴２１６におけるチャネル５００の短い方（左側アクチュエータに関して）から第１の流体供給穴２１４における長い方に向かう方向で、チャネル５００を通る正味の流体の流れという結果になる。

【0040】

左側アクチュエータが活性化されている間の時間遅延後、マルチパルス活性化モジュール１２８は、右側アクチュエータを活性化して圧縮流体変位および膨張流体変位を生じさせる。当該時間遅延は、左側アクチュエータの活性化を包含するのに少なくとも十分な長さの持続時間であるが、幾つかの実施形態において右側アクチュエータの活性化が左側アクチュエータの活性化直後に始まらないように、より長い持続時間とすることができる。グラフ６００は、右側アクチュエータのより強い膨張変位が、時間的により長くてよりなだらかな傾斜の電圧変化に関連付けられた圧縮変位に比べて、時間的に短くより急峻な傾斜である電圧変化に関連付けられる（点線の矢印により）ことを示す。図５の説明において上述されたように、右側アクチュエータのこの動作は、第２の流体供給穴２１６におけるチャネル５００の長い方（右側アクチュエータに関して）から第１の流体供給穴２１４における短い方に向かう方向で、チャネル５００を通る正味の流体の流れという結果になる。グラフ６００及び以下の式により定義された位相で左側および右側アクチュエータからの対になっているポンピング動作は、１つのアクチュエータのみがポンプとして動作する場合に得られるものに比べて、チャネル５００を通るより強い正味の流体の流れという結果になる。即ち、
時間遅延：ｔ＝ｄ／ｖ
（ｖ：循環の流量／速度、ｄ：左側アクチュエータと右側アクチュエータとの間の平均距離）
位相遅延：Φ＝２πｔ／Ｔ
（Ｔ：活性化期間＝１／（活性化の頻度））。

【0041】

マルチパルス活性化モジュール１２８は、右側および左側アクチュエータ２２４及び活性化状態（例えば、持続時間、振幅、頻度（周波数））を制御して、チャネル５００、並びに第１及び第２の流体供給穴２１４及び２１６を通る流体の流れを何れの方向にも制御する。一例のみが説明されたが、このマルチパルスモードに関する多数の異なる動作の組み合わせが利用可能である。

【0042】

図７は、本開示の一実施形態による、交互するマルチパルス活性化モードにおいて動作する流体変位アクチュエータ２２４を備える流体吐出デバイス１１４ａの簡易化断面図を示す。この実施形態において、コントローラ１１０で実行するマルチパルス活性化モジュール１２８は、図６に関連して説明されたものとは反対である流体変位を有する交互する態様で左側および右側アクチュエータを活性化するマルチパルス活性化でアクチュエータ２２４を制御する。従って、マルチパルス活性化は、図６の実施形態とは反対の方向にチャネル５００を通る強い正味の方向性のある流体の流れという結果になる、対になっているポンピング動作を提供する。

【0043】

図７のグラフ７００に示されるように、マルチパルス活性化モジュール１２８は、右側および左側のアクチュエータ２２４を制御し、それらが交互するように活性化されるようになっている。しかしながら、図７の実施形態において、膨張および圧縮の流体変位は逆転している。図７は、時間的により短くより急峻な傾斜である電圧変化に（点線の矢印により）関連付けられた左側アクチュエータのより強い膨張変位およびより大きな撓みを示す。図７は、時間的により長くてなだらかな傾斜である電圧変化に（点線の矢印により）関連付けられた左側アクチュエータの弱い圧縮変位およびより少ない撓みを示す。左側アクチュエータのこの動作は、第１の流体供給穴２１４におけるチャネル５００の長い方（左側アクチュエータに関して）から第２の流体供給穴２１６における短い方に向かう方向で、チャネル５００を通る正味の流体の流れという結果になる。グラフ７００及び上述した時間および位相遅延の式により定義された位相で左側および右側アクチュエータからの対になっているポンピング動作は、１つのアクチュエータのみがポンプとして動作する場合に得られるものに比べて、チャネル５００を通るより強い正味の流体の流れという結果になる。

【0044】

図８は、本開示の一実施形態による、同時マルチパルス活性化モードにおいて動作する流体変位アクチュエータ２２４を備える流体吐出デバイス１１４ａの簡易化断面図を示す。この実施形態において、マルチパルス活性化モジュール１２８は、右側および左側のアクチュエータ２２４を制御し、それらが同時に（即ち、時間遅延なしに）活性化されるが、互いに反対である変位を有するようになっている。即ち、右側アクチュエータはより大きな撓みと共に短い膨張流体変位を有するが、左側アクチュエータはより大きな撓みと共に短い圧縮流体変位を有する。同様に、右側アクチュエータはより少ない撓みと共に長い膨張流体変位を有するが、左側アクチュエータはより少ない撓みと共に長い圧縮流体変位を有する。上述したように、これら流体変位は、第１の流体供給穴２１４から第２の流体供給穴２１６までのチャネル５００を通る正味の方向性のある流体の流れを生じさせる。

【0045】

図９は、本開示の一実施形態による、同時マルチパルス活性化モードにおいて動作する流体変位アクチュエータ２２４を備える流体吐出デバイス１１４ａの簡易化断面図を示す。この実施形態において、チャンバ内循環モジュール１３０は、右側および左側のアクチュエータ２２４を制御し、それらが同時に及び異なる変位の段階（phase：位相、相）で活性化されるようになっている。従って、図９に示されるように、左側アクチュエータは、長い持続時間の圧縮流体変位が後続する短い持続時間の膨張流体変位を有するが、右側アクチュエータはそれぞれ、短い持続時間の圧縮変位が後続する長い持続時間の膨張変位を有する。時間遅延後、アクチュエータの動作は、グラフ９００で示されるように圧縮および膨張流体変位を逆転して続ける。このようにアクチュエータの動作は、圧縮および膨張の流体変位を繰り返し交互に行い、左側アクチュエータと右側アクチュエータとの間で流体を前後にバッシャバッシャ動かすチャネル５００（より具体的には、チャネル５００のチャンバ２１２の部分）内の流体の移動を引き起こし、チャンバ２１２内で局所的な流体循環ループ９０２を形成する。

【0046】

図１０は、本開示の一実施形態による、同時同相活性化モードにおいて動作する流体変位アクチュエータ２２４を備える流体吐出デバイス１１４ａの簡易化断面図を示す。この実施形態において、小滴吐出循環モジュール１３２は、右側および左側のアクチュエータ２２４を制御し、それらが同時に及び同じ圧縮変位の段階（位相）で活性化されるようになっている。図３ａに関連して上述されたように、このタイプの、左側および右側アクチュエータ２２４の同時で同じ段階（同相）の圧縮変位駆動は一般に、小滴吐出という結果になる。また、これは、図１０の本実施形態の場合である。しかしながら、図１０の実施形態において、左側および右側アクチュエータ２２４を駆動する電圧波形の振幅は、グラフ１０００で示されるように異なる。従って、左側アクチュエータよりも右側アクチュエータにより生じる流体変位は大きい。小滴吐出循環モジュール１３２は、右側および左側アクチュエータ２２４を制御して、ノズル１１６を通して液滴を吐出するのに十分なエネルギーを有する同時の圧縮流体変位を引き起こす。更に、右側アクチュエータからの余分な圧縮流体変位は、第１の流体供給穴２１４から第２の流体供給穴２１６へ向かう正味の方向性のある流体の流れをチャネル５００内に生じさせる。別の実施形態（図示せず）において、左側アクチュエータは右側アクチュエータよりも大きな電圧波形で駆動されることができ、第２の流体供給穴２１６から第１の流体供給穴２１４へ向かうチャネル５００における正味の方向性のある流体の流れを生じさせる左側アクチュエータからの追加の圧縮流体変位を生じさせる。

【0047】

図１１は、本開示の一実施形態による、流体吐出デバイス１１４（例えば、プリントヘッド）の中で流体を循環させる例示的な方法１１００の流れ図を示す。方法１１００は、図１〜図１０に関連して本明細書で説明された実施形態に関連する。方法１１００は、第１のアクチュエータ２２４からの異なる持続時間の圧縮および膨張の流体変位を生じる一方で、第２のアクチュエータ２２４からの流体変位を生じないブロック１１０２から始まる。第１のアクチュエータは、第１の流体供給穴２１４とノズル１１６との間で流体チャネル５００内に非対称的に配置され、第２のアクチュエータはノズルと第２の流体供給穴２１６との間でチャネル内に非対称的に配置される。

【0048】

一具現化形態において、圧縮および膨張の流体変位を生じることは、第１の持続時間の圧縮流体変位、及び第１の持続時間とは異なる第２の持続時間の膨張流体変位を生じることを含む。一具現化形態において、第１の持続時間は、第２の持続時間よりも短く、流体変位により、流体が第１の方向にチャネルを流れる。一具現化形態において、第１の持続時間は、第２の持続時間よりも長く、流体変位により、流体が第２の方向にチャネルを流れる。一具現化形態において、異なる持続時間の圧縮および膨張の流体変位を生じることは、第１のアクチュエータの活性化を駆動する電圧波形をコントローラに制御させる機械可読ソフトウェアモジュールを実行することを含む。

【0049】

一具現化形態において、圧縮流体変位を生じることは、チャネル内の領域を低減するように第１のアクチュエータをチャネル内へと撓める（曲げる）ことを含む。一具現化形態において、膨張流体変位を生じることは、チャネル内の領域を増大させるようにチャネルの外へ第１のアクチュエータを撓めることを含む。

【0050】

方法１１００は、第２のアクチュエータからの異なる持続時間の圧縮および膨張の流体変位を生じる一方で、第１のアクチュエータからの流体変位を生じないブロック１１０４で継続する。

【0051】

方法１１００のブロック１１０６では、双方のアクチュエータからの圧縮および膨張の流体変位を生じるために第１及び第２のアクチュエータの交互する活性化である。一具現化形態において、交互する活性化は、第１のアクチュエータを活性化する一方で、第２のアクチュエータを活性化しないことを含む。具現化形態は、第１のアクチュエータを活性化する間に時間遅延を実行することを含み、この場合、時間遅延は、少なくとも第１のアクチュエータを活性化する間に続く。時間遅延が終了した後、方法は、第２のアクチュエータを活性化することを含む。一具現化形態において、第２のアクチュエータの活性化の間、第１のアクチュエータの活性化は、時間遅延により遅延する。第２のアクチュエータの活性化後、第１のアクチュエータが活性化される。

【0052】

図１２は、本開示の一実施形態による、流体吐出デバイス１１４（例えば、プリントヘッド）の中で流体を循環させる別の例示的な方法１２００の流れ図を示す。方法１２００は、図１〜図１０に関連して本明細書で説明された実施形態に関連する。方法１２００は、圧縮および膨張の流体変位を生じるために第１及び第２のアクチュエータの同時活性化を生じるブロック１２０２から始まり、この場合、第１及び第２のアクチュエータは、圧縮流体変位と膨張流体変位との間で交互になり、そのためそれらは同時に圧縮または膨張の流体変位を生じない。

【0053】

一具現化形態において、第１のアクチュエータは、第１の流体供給穴２１４とノズル１１６との間で流体チャネル５００内に非対称的に配置され、第２のアクチュエータはノズル１１６と第２の流体供給穴２１６との間でチャネル内に非対称的に配置される。一具現化形態において、ノズル１１６とチャンバ２１２は、アクチュエータ間に位置し、同時の活性化は、アクチュエータ間で前後の流体の流れを生じさせる。

【0054】

方法１２００のブロック１２０４において、第１及び第２のアクチュエータは、ノズルから液滴を吐出してチャネルを通る正味の方向性のある流体の流れを生じさせるものと異なる圧縮変位の大きさを有する同時の圧縮流体変位を生じるように活性化される。

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図5a】

【図5b】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】