特表 2024-523975 液滴吐出ヘッドのためのノズルプレート、液滴吐出装置、及びそれを動作させるための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-05

(54)【発明の名称】液滴吐出ヘッドのためのノズルプレート、液滴吐出装置、及びそれを動作させるための方法

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20240628BHJP

   B41J 2/16 20060101ALI20240628BHJP

   B41J 2/155 20060101ALI20240628BHJP

   B05B 1/02 20060101ALI20240628BHJP

   B05B 1/14 20060101ALI20240628BHJP

   B05C 5/00 20060101ALI20240628BHJP

   B05C 13/02 20060101ALI20240628BHJP

   B05D 1/26 20060101ALI20240628BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240628BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14 501

B41J2/16 401

B41J2/155

B05B1/02 102

B05B1/14 Z

B05C5/00 101

B05C13/02

B05D1/26 Z

B33Y30/00

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023569624

(86)(22)【出願日】2022-06-23

(85)【翻訳文提出日】2023-11-09

(86)【国際出願番号】 GB2022051598

(87)【国際公開番号】W WO2022269258

(87)【国際公開日】2022-12-29

(31)【優先権主張番号】2109076.6

(32)【優先日】2021-06-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521442590

【氏名又は名称】ザール テクノロジー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100116850

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 隆行

(74)【代理人】

【識別番号】100165847

【弁理士】

【氏名又は名称】関 大祐

(72)【発明者】

【氏名】クバン ルーカス

【テーマコード（参考）】

2C057

4D075

4F033

4F041

4F042

【Ｆターム（参考）】

2C057AF21

2C057AG03

2C057AG09

2C057AJ01

2C057AJ10

4D075AC06

4D075AC07

4D075AC09

4D075AC71

4D075AC88

4D075AC93

4D075DA04

4D075DA06

4D075DB14

4D075DB18

4D075DB20

4D075EA33

4F033AA01

4F033BA03

4F033CA07

4F033DA01

4F033DA05

4F033EA01

4F033LA13

4F033NA01

4F041AA01

4F041AA02

4F041AB01

4F041BA01

4F041BA10

4F041BA12

4F041BA13

4F041BA34

4F042AA01

4F042AA02

4F042AA12

4F042AB00

4F042BA04

4F042BA08

4F042CB04

4F042CB18

4F042DF19

4F042DF28

4F042DF32

(57)【要約】

液滴吐出デバイスのためのノズルプレートであって、第１の媒体に面する表面、及びそれに対向する第２の裏表面と、少なくとも１つのノズルと、を備え、当該少なくとも１つのノズルが、第２の表面から第１の表面までノズルプレートを通過し、当該少なくとも１つのノズルが、出口穴中心線を有する出口穴を備え、出口穴中心線が、第１の表面に対して斜めの傾斜角θで傾斜しており、かつ使用時に、１つ以上の液滴が、第１の表面に対して鋭い傾斜角θでノズルから吐出されるように適合されている、ノズルプレート。ノズルプレートを備える液滴吐出デバイス。少なくとも１つの液滴吐出デバイスと堆積媒体移動装置とを備える液滴吐出装置及び液滴吐出装置を動作させる方法。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液滴吐出デバイスのためのノズルプレートであって、
第１の媒体に面する表面、及び前記第１の媒体に面する表面に対向する第２の裏表面と、
少なくとも１つのノズルと、を備え、
前記少なくとも１つのノズルが、前記第２の表面から前記第１の表面まで前記ノズルプレートを通過し、
前記少なくとも１つのノズルが、出口穴中心線を有する出口穴を備え、前記出口穴中心線が、前記第１の表面に対して斜めの傾斜角θで傾斜しており、かつ使用時に、１つ以上の液滴が前記第１の表面に対して鋭い傾斜角θで前記ノズルから吐出されるように適合されている、ノズルプレート。

【請求項2】

前記ノズルプレートが、前縁及び後縁を有し、前記出口穴中心線が、前記後縁に向かう方向に傾斜している、請求項１に記載のノズルプレート。

【請求項3】

前記傾斜角θが、７４°～６８°である、請求項１又は２に記載のノズルプレート。

【請求項4】

前記傾斜角θが、７２°～７０°である、請求項３に記載のノズルプレート。

【請求項5】

前記出口穴中心線に沿った前記出口穴の少なくとも一部分が、円形断面を有する、先行請求項のいずれか一項に記載のノズルプレート。

【請求項6】

前記ノズルプレートが、複数の前記ノズルを備える、先行請求項のいずれか一項に記載のノズルプレート。

【請求項7】

前記複数の前記ノズルの前記出口穴中心線が、互いに平行である、請求項６に記載のノズルプレート。

【請求項8】

前記複数の前記ノズルの出口穴が、互いに実質的に同一である、請求項６又は７に記載のノズルプレート。

【請求項9】

前記ノズルプレートが、１つ以上のノズルのアレイを備える、先行請求項のいずれか一項に記載のノズルプレート。

【請求項10】

先行請求項のいずれか一項に記載のノズルプレートを備える液滴吐出デバイス。

【請求項11】

後縁を備え、液滴吐出ヘッドの前記後縁が、前記ノズルプレートの前記後縁に平行である、請求項１０に記載の液滴吐出デバイス。

【請求項12】

前記液滴吐出デバイスが、少なくとも１つのノズルに隣接して位置し、かつ流体接続されており、使用時に、前記少なくとも１つのノズルを通して吐出される流体を供給するように適合されている少なくとも１つの流体チャンバを備える、請求項１０又は１１に記載の液滴吐出デバイス。

【請求項13】

請求項６～９のいずれか一項に従属する場合、前記複数のノズルの各々が、それぞれの流体チャンバに流体接続されている、請求項１０又は１１に記載の液滴吐出デバイス。

【請求項14】

請求項１０～１３のいずれか一項に記載の少なくとも１つの液滴吐出デバイスと堆積媒体移動装置とを備える液滴吐出装置。

【請求項15】

前記堆積媒体移動装置は、動作時に、前記堆積媒体の少なくとも一部分が、前記堆積媒体移動装置によって移動される間に第１の表面に平行に位置決めされるように配置されている、請求項１４に記載の液滴吐出装置。

【請求項16】

前記液滴吐出装置が、シングルパスプリンタとして配置されている、請求項１４又は１５に記載の液滴吐出装置。

【請求項17】

第１の表面に対して鋭い傾斜角θで少なくとも１つのノズルから液滴を吐出することを含む、請求項１４～１６のいずれか一項に記載の液滴吐出装置を動作させる方法。

【請求項18】

前記傾斜角θが７４°～６８°である、請求項１７に記載の液滴吐出装置を動作させる方法。

【請求項19】

前記装置が、ｙ方向の幅を有し、液滴が、前記ｙ方向に延在する複数のノズルから吐出され、前記ｙ方向における前記堆積媒体上の吐出された前記液滴の着地位置の標準偏差が、８．３未満である、請求項１７又は１８に記載の液滴吐出装置を動作させる方法。

【請求項20】

前記液滴吐出装置が、シングルパスプリントモードで動作する、請求項１７～１９のいずれか一項に記載の液滴吐出装置を動作させる方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液滴吐出デバイスのためのノズルプレート、液滴吐出デバイス、及び液滴吐出デバイスを備える液滴吐出装置に関し、液滴吐出装置を動作させる方法に更に関する。ノズルプレートは、高解像度の画像を、テクスチャ加工された表面又は柔軟な表面上に高速でプリントする必要がある用途で特に有利に使用され得る。ノズルプレートは、ドロップオンデマンド型インクジェットプリントヘッドに特に好適であり得る。

【背景技術】

【0002】

液滴吐出ヘッドは、インクジェットプリントなどのより従来型の用途、若しくは３Ｄプリント、及び他の敏速なプロトタイピング技術であるかを問わず、現在広く使用されている。産業用途、例えば、セラミックタイル又はテキスタイルなどの基材上、又は瓶上又は他の３Ｄ物体などに直接プリントするために、使用可能である液滴吐出ヘッドが開発されてきた。液滴吐出ヘッドを使用する、このような産業プリント技術により、短い生産工程、製品のカスタマイズ生産、更には特注設計のプリントさえも可能である。

【0003】

したがって、液滴吐出ヘッドは、新しい、及び／又はますます困難な用途に適するように、進化及び特殊化し続けている。しかしながら、液滴吐出ヘッドの分野において数々の開発が行われてきたものの、改善の余地は依然存在する。

【0004】

近年、プリントヘッドと堆積媒体との間のより高い相対的動きを伴う高速プリントへの関心が高まっているが、そうすることで、「木目調」と称される一般的な問題につながる可能性がある。この問題を説明するために、最初に、図１Ａの試験装置などの公知の試験装置を参照すると、搬送機構５によって移動可能な堆積媒体３の上方に取り付けられた液滴吐出ヘッド２などの液滴吐出デバイスを備える液滴吐出装置１を通る概略断面図が示されている。液滴吐出ヘッド２は、コントローラ４によって送信される信号に応答して、液滴を堆積媒体３上に吐出するためのノズル１１を有するノズルプレート６を備える。ノズルプレート６は、堆積媒体３に対向している媒体に面する表面１８を有し、吐出された流体の液滴は、媒体に面する表面１８におけるそれぞれのノズル出口を通してノズル１１を出る。液滴吐出ヘッド２は、堆積媒体３と液滴吐出ヘッド２との間にギャップＧがあるように取り付けられる。ノズルプレート６は、図１Ｂの概略断面により詳細に示されており、ノズル１１はノズル入口１５とノズル出口１４とを有し、ノズル１１は媒体に面する表面１８に対して垂直であることが分かる。

【0005】

いくつかの状況によっては、高いプリント速度で液滴吐出ヘッド２内のノズルプレート６を使用して試験装置１を動作させるときに、「木目調」現象が経験されることがある。本明細書で使用される場合、「木目調」現象は、液滴吐出ヘッド２と堆積媒体３との間の相対的な動きに起因して、液滴吐出ヘッド２のノズルプレート６とプリントされる堆積媒体３との間のギャップＧ内に、誘発されるか、又は強制空気流１２１の結果であると考えられる望ましくないプリントのアーティファクトである。液滴吐出ヘッドと堆積媒体との間の高速運動に起因する強制空気流１２１は、液滴がノズル１１を離れる際の液滴の移動の初期方向ｔｉ（図１Ａ及び図１Ｂの矢印で示す通り）が堆積媒体に向かって垂直下向きとなるように、吐出された液滴の軌道１２０（図１Ａの点線で概略的に示す）において著しくかつ制御不能な偏差を引き起こす可能性がある。強制空気流１２１は、液滴がギャップＧを横断する際に、液滴によって取られる軌道１２０に影響を与え、ｘ及び／又はｙ方向における液滴の着地位置を変更し、並びに噴霧及び付随体を堆積媒体上の予測不可能な場所に蓄積させる。噴霧及び付随体はまた、ノズル１１を囲む液滴吐出ヘッド２の部分に着地し得る。１つの視覚的現象は、波打つ「木目調」模様の現象である場合があるが、その現象により、プリントされた画像に他の不規則な模様が目に見えて現れる場合がある。木目調は、例えば、堆積媒体３の表面が、テキスタイル、カートン、又はダンボールパッケージなどの粗いか、柔軟であるか、又はテクスチャ加工されている、より大きなギャップＧを必要とする用途で特に経験される可能性がある。

【0006】

典型的な木目調模様のイラストを、図１Ｃの試験プリントサンプルに示す。試験プリントサンプルは、図１Ａのヘッド配置を使用して、ノズル間隔８４．７μｍ（３００ノズル／インチ）及びギャップＧ距離３ｍｍで、フルデューティ（全てのノズルプリンティング）で吐出した結果をシミュレートしたＯｐｅｎＦＯＡＭ（商標）計算流体力学（ＣＦＤ）モデリングツールを使用して達成された。このサンプルの媒体速度は８０ｍ／分であり、ノズルプレートから１ｍｍの距離で測定された落下速度は６．１ｍｓ－１であった。木目調現象の非存在下で予想される模様は、均一なカバレッジの模様であろう。例えば、ノズル１１が、液滴吐出ヘッド２に沿ってｙ方向に列状に配置されている場合、堆積媒体３をまたぐように、全て同じｘ位置ｘ１に位置決めされ、全てが同時ｔ１に液滴を吐出するものであり、均一なカバレッジのために、それらの液滴は全て同じｘ位置ｘ２で堆積媒体３上に着地し、及び液滴が由来するノズル１１と同じｙ位置で、例えば、ノズル１１をｙ位置ｙ１で離れた液滴は、堆積媒体３上の同じｙ位置ｙ１に着地する。ｘ又はｙでの、同じ位置によって、これは、肉眼では識別できないように、意図された標的に非常に近い位置を包含し得ることが理解されよう。

【0007】

シミュレートされた模様は、図１Ｃに示すように、主液滴（ここで、「主液滴」は所望の目標体積の液滴又はその近くの液滴を示す）の偏差によって生じるものであり、ｙ方向で、及び媒体搬送方向ｘに沿って画像にわたって不規則で、分岐し、及び波打つ模様を形成し、並びに木目調模様に似た、暗い「不規則な縞」となる。この主液滴の偏差は、ギャップＧでの誘導された流れによる可能性があり、いくつかの液滴がｘ２の位置から外れ、いくつかの液滴がそれを克服し、その結果、図１Ａに示すように、液滴吐出ヘッドのｙ方向にまたぐノズル１１の列が、同じｘ位置ｘ１から液滴を同時に吐出するときでさえも、それらがｘ位置ｘＲの範囲にわたって堆積媒体３上に着地する。同様に、ｙ方向に液滴の偏差があり得る。木目調は、主液滴の偏差によるだけでない。様々な流れはまた、噴霧又は付随体をもたらし、それらに「木目調」と認識される密度の目に見える変化を形成させる。

【0008】

いくつかの用途では、液滴吐出ヘッド２が強固に取り付けられ、かつプリントされる堆積媒体３がその下を通過する、図１Ａに示すような液滴吐出装置１を使用することが望ましい。これは多くの場合、シングルパスプリンティングと呼ばれる。この装置のセットアップでは、移動堆積媒体３は、シングルパスプリンティング状況に特有な速度プロファイルで、ギャップＧ内に強制空気流（図１Ａでは水平矢印１２２）を生成する。より全般的には、液滴吐出ヘッド２が堆積媒体３に対して移動されるか、又は堆積媒体３が液滴吐出ヘッド２に対して移動されるかに関わらず、液滴吐出ヘッド２と堆積媒体３との間に速度差が存在し、それにより液滴吐出ヘッド２の周りに、及び／又はヘッド液滴吐出２と堆積媒体３との間のギャップＧに強制空気流が生じ、木目調現象をもたらす。本発明は、木目調現象を低減又は除去することを目的とする。

【発明の概要】

【0009】

本発明の態様は添付の独立請求項に記載され、本発明の特定の実施形態の詳細は添付の従属請求項に記載されている。

【0010】

本発明の第１の態様によると、液滴吐出デバイスのためのノズルプレートであって、第１の媒体に面する表面、及びそれに対向する第２の裏表面と、少なくとも１つのノズルと、を備え、当該少なくとも１つのノズルが、第２の表面から第１の表面までノズルプレートを通過し、当該少なくとも１つのノズルが、出口穴中心線を有する出口穴を備え、出口穴中心線が、第１の表面に対して斜めの傾斜角θで傾斜しており、かつ使用時に、１つ以上の液滴が、第１の表面に対して鋭い傾斜角θでノズルから吐出されるように適合されている、ノズルプレートが提供される。

【0011】

特定の実施形態によると、第１の態様によるノズルプレートであって、ノズルプレートが前縁及び後縁を有し、出口穴中心線が当該後縁に向かう方向に傾斜している、ノズルプレートが提供される。

【0012】

特定の実施形態によると、第１の態様によるノズルプレートであって、傾斜角θが７４°～６８°であることが好ましく、傾斜角θが７２°～７０°であることがより好ましい、ノズルプレートが提供される。

【0013】

特定の実施形態によると、第１の態様によるノズルプレートであって、出口穴の中心線に沿った出口穴の少なくとも一部分が、円形断面を有する、ノズルプレートが提供される。

【0014】

特定の実施形態によると、第１の態様によるノズルプレートであって、ノズルプレートが、複数の当該ノズルを備える、ノズルプレートが提供される。

【0015】

特定の実施形態によると、第１の態様によるノズルプレートであって、ノズルプレートが、複数の当該ノズルを備え、複数の当該ノズルの出口穴中心線が、相互に平行である、ノズルプレートが提供される。

【0016】

特定の実施形態によれば、第１の態様によるノズルプレートであって、ノズルプレートが、複数の当該ノズルを備え、複数の当該ノズルの出口穴が、互いに実質的に同一である、ノズルプレートが提供される。

【0017】

特定の実施形態によると、第１の態様によるノズルプレートであって、ノズルプレートが、１つ以上のノズルのアレイを備える、ノズルプレートが提供される。

【0018】

本発明の第２の態様によると、本発明の第１の態様によるノズルプレートを備える液滴吐出デバイスが提供される。

【0019】

特定の実施形態によると、第２の態様による液滴吐出デバイスであって、後縁を備え、液滴吐出ヘッドの後縁が、ノズルプレートの後縁に平行である、液滴吐出デバイスが提供される。

【0020】

特定の実施形態によると、第２の態様による液滴吐出装置であって、少なくとも１つのノズルに隣接して位置し、かつ流体接続されており、使用時に、当該少なくとも１つのノズルを通して吐出される流体を供給するように適合されている少なくとも１つの流体チャンバを備える、液滴吐出装置が提供される。

【0021】

本発明の第３の態様によると、液滴吐出装置であって、本発明の第２の態様による少なくとも１つの液滴吐出デバイスと堆積媒体移動装置とを備える液滴吐出装置が提供される。

【0022】

特定の実施形態によると、第３の態様による液滴吐出装置であって、堆積媒体移動装置は、動作時に、堆積媒体の少なくとも一部分が、堆積媒体移動装置によって移動される間にノズルプレートの第１の表面に平行に位置決めされるように配置されている、液滴吐出装置が提供される。

【0023】

特定の実施形態によると、第３の態様による液滴吐出装置であって、当該液滴吐出装置が、シングルパスプリンタとして配置されている、液滴吐出装置が提供される。

【0024】

本発明の第４の態様によると、本発明の第３の態様による液滴吐出装置を動作させる方法であって、第１の表面に対して鋭い傾斜角θで少なくとも１つのノズルから液滴を吐出することを含む、方法が提供される。

【0025】

特定の実施形態によると、第４の態様による液滴吐出装置を動作させる方法であって、傾き角度θが７４°～６８°である、方法が提供される。

【0026】

特定の実施形態によると、第４の態様による液滴吐出装置を動作させる方法であって、装置が、ｙ方向に幅を有し、液滴が、ｙ方向に延在する複数のノズルから吐出され、ｙ方向における堆積媒体上の吐出された液滴の着地位置の標準偏差が、８．３未満である、方法が提供される。

【0027】

特定の実施形態によると、第４の態様による液滴吐出装置を動作させる方法であって、液滴吐出装置が、シングルパスプリントモードで動作する、方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1A】試験装置の概略断面図である。

【図1B】図１Ａの試験ノズルプレートの概略断面図である。

【図1C】図１Ａの試験装置によってプリントされた画像のシミュレーションである。

【図2】図２Ａは、本発明の一実施形態によるノズルプレートの概略断面図である。図２Ｂは、図２Ａのノズルプレートの一部の概略断面図である。

【図3A】本発明の別の実施形態によるノズルプレートの概略断面図である。

【図3B】本発明の別の実施形態によるノズルプレートの概略断面図である。

【図4A】図２Ａのノズルプレートを備える液滴吐出装置の概略図である。

【図4B】図４Ａの液滴吐出装置などの液滴吐出装置での使用に好適な、本発明の実施形態による液滴吐出装置の一部分の概略図である。

【図5A】従来の設計（試験ケース）の液滴吐出装置の計算流体力学（ＣＦＤ）を使用して生成されたプリント画像のシミュレーションである。

【図5B】本発明の実施形態による液滴吐出装置（実施形態ケース）の計算流体力学（ＣＦＤ）を使用して生成されたプリント画像のシミュレーションである。

【図6A】図５Ａと同じシミュレーション条件下での、試験ケースのギャップＧのｚ－ｘ平面における断面の流体流のシミュレーションである。

【図6B】図５Ｂと同じシミュレーション条件下での、実施形態ケースのギャップＧにおけるｚ－ｘ平面における断面の流体流のシミュレーションである。

【0029】

図面は原寸比に基づくものではなく、特定の特徴がより明瞭に可視化されるように、サイズを誇張して示す場合があることに留意されたい。

【発明を実施するための形態】

【0030】

ここで、実施形態及びそれらの様々な実施を、図面を参照して説明する。以下の説明全体を通して、同じ要素には同じ参照番号が、必要に応じて使用される。

【0031】

ノズルプレート
図２Ａは、液滴吐出デバイスのためのノズルプレート１０６を描き、図２Ｂは、図２Ａのノズルプレート１０６の拡大した詳細を描写する。ノズルプレート１０６は、第１の媒体に面する表面１１８と、それに対向する第２の裏表面１１９とを有する。ノズルプレート１０６は、ノズルプレート１０６が第２の裏表面１１９上にノズル入口１１５及び第１の媒体に面する表面１１８上にノズル出口１１４を有するように、第２の裏表面１１９から第１の媒体に面する表面１１８までノズルプレート１０６を通過するノズル１１１を更に備える。ノズル１１１は、第１の媒体に面する表面１１８に対して鋭い（９０°未満）傾斜角θで傾斜し、使用時に液滴又は一連の液滴などの流体が、鋭い傾斜角θで第１の媒体に面する表面１１８に移動するノズル１１１から吐出されるように適合された出口穴中心線１１３を有する出口穴１１２を有する。別の言い方をすると、液滴（又は一連の液滴）がノズル出口１１４を離れる際の移動の初期方向ｔｉ２は、中心線１１３に平行であり、出口穴中心線１１３は、第１の媒体に面する表面１１８に対して斜めの傾斜角θで傾斜していると言える。図２Ｂから分かるように、出口穴１１２は、ノズル出口１１４の前のノズル１１１の最終部分であるように、第１の媒体に面する表面１１８に隣接するノズル１１１の部分である。

【0032】

図２Ａ及び図２Ｂに示す実施形態では、ノズル１１１の穴は、ノズル１１１全体の穴が全体を通して同じ断面形状を有するように、その全長に沿って出口穴中心線１１３に垂直な一定の断面を有するが、これは必須ではないことが理解され得る。更に、図２Ｂから、ノズル１１１は、出口穴中心線１１３の長さに沿って、半径Ｒの円形断面を有する円筒形状を有することが分かる。この場合も、これは決して必須ではないことが理解され得、他の配置では、他の断面が使用され得る。他の配置では、他の断面形状及び断面積が、穴の一部分に沿って、又は穴の全体に沿って使用されてもよく、又は断面形状は、連続的又は不連続的仕様に変化してもよいことが更に理解されよう。

【0033】

図２Ａを更に考慮すると、この配置では、ノズルプレート１０６は、前縁１１６及び後縁１１７を有し、出口穴中心線１１３は後縁１１７に向かう方向に傾斜していることが分かる。言い換えれば、出口穴中心線１１３と第１の媒体に面する表面１１８との間の傾斜角θは、出口穴中心線１１３が後縁１１７に向かって角度付けられるように鋭角にある。ノズルプレートが液滴吐出デバイス内に設置されるとき、前縁は、堆積媒体移動方向に上流に配向されるノズルプレートの縁であり、後縁は、堆積媒体移動方向に下流にある。好ましくは、傾斜角θは、７４°～６８°であり得る。より好ましくは、傾斜角θは、７２°～７０°であり得る。いくつかの配置では、好ましい傾斜角θは７０°であり得る。

【0034】

ここで図３Ａを参照すると、これは、図２Ａ及び図２Ｂの実施形態と類似した本発明のノズルプレートの別の実施形態を図示するが、出口穴１１２に加えて、ノズル１１１ａは入口部分１１０を有する。出口穴１１２は、図２Ａ及び２Ｂの出口穴と類似しており、半径Ｒの出口穴中心線１１３と直角を成す円形断面を有する。いくつかの配置では、出口穴１１２は、全体を通して同じ断面を有してもよく、他の配置では、出口穴の一部分のみが、同じ断面を有してもよい。いくつかの配置では、出口穴１１２、又はその少なくとも一部分は、出口穴中心線１１３に垂直な円形断面を含み得る。いくつかの配置では、この部分は、ノズル出口１１４に最も近い出口穴１１２の部分であってもよい。入口部分１１０は、任意の形状又は形態を有してもよく、流体がノズル入口１１５からノズル出口１１４にノズル１１１、１１１ａを通って流れることができるような流体経路があることを条件として、製造することができる円形断面又は任意の他の適切な断面を備えてもよい。

【0035】

ここで図３Ｂを考慮すると、これは、図２Ａ、２Ｂ及び３Ａの実施形態と同様に、本発明のノズルプレートの別の実施形態を図示するが、ノズル１１１ｂは、円錐形状を備え、ノズル断面積がノズル入口１１５からノズル出口１１４まで減少する。様々な配置では、ノズル１１１ｂの一部又は全てが円錐形状を有してもよく、例えば、出口穴１１２は円錐形状を有してもよく、ノズル１１１ｂの残りの部分は、図３Ａの入口部分１１０とは異なる形状を有してもよいことが理解されよう。

【0036】

簡略化のために、図２Ａ～図３Ｂのノズルプレート１０６は、断面がシングルのノズル１１１、１１１ａ、１１１ｂで示されているが、ノズルプレート１０６は、複数のこのようなノズル１１１、１１１ａ、１１１ｂを備えてもよいことが理解されよう。いくつかの配置では、複数のノズル１１１、１１１ａ、１１１ｂの出口穴中心線１１３は、互いに平行であってもよい。いくつかの配置では、複数のノズル１１１、１１１ａ、１１１ｂの出口穴は、互いに実質的に同一であってもよい。いくつかの配置では、ノズル１１１、１１１ａ、１１ｂは、製造公差に応じて、互いに実質的に同一であってもよい。いくつかの配置では、ノズル１１１、１１１ａ、１１１ｂは、一列に、又はｙ方向に（図２Ａ～３Ｂのページ内に）延在する千鳥状の列に配置されてもよいし、又は任意の他の適切な配置、例えばノズルプレート１０６は、１つ以上のノズル１１１、１１１ａ、１１１ｂのアレイを備えてもよい。

【0037】

装置
ここで図４Ａを参照すると、これは実施形態による液滴吐出装置１０１を図示する。図１Ａの公知の試験装置と類似の配置を有するが、図２Ａ及び図２Ｂの配置によるノズルプレート１０６を備える、液滴吐出ヘッドなどの液滴吐出デバイス１０２があることが分かる。異なるノズル１１１、１１１ａ、１１１ｂ、又は本明細書に記載の任意の他のノズルを参照して本明細書に記載の他のノズルプレート１０６のいずれかはまた、液滴吐出デバイス１０２で好適に使用され得ることが理解され得る。

【0038】

液滴吐出デバイス１０２は、搬送機構１０５によって移動可能な堆積媒体１０３の上方に取り付けられる。液滴吐出デバイス１０２は、コントローラ１０４によって送信される信号に応答して、液滴を堆積媒体１０３上に吐出するためのノズル１１１を有するノズルプレート１０６を備える。ノズルプレート１０６は、堆積媒体１０３に対向している媒体に面する表面１１８を有し、流体の液滴は、媒体に面する表面１１８のノズル出口を通してノズル１１１から出る。液滴吐出デバイス１０２は、ギャップ方向１４２（これは負のｚ方向である）で、堆積媒体１０３と液滴吐出デバイス１０２との間にギャップＧがあるように取り付けられる。図４Ａから、出口穴中心線１１３が液滴吐出デバイス１０２の後縁１０８に向かう方向に傾斜し、後縁が堆積媒体移動方向に下流にあるように、液滴吐出デバイス１０２がノズルプレート１０６の後縁１１７に平行な後縁１０８を有することが更に分かる。

【0039】

液滴吐出デバイス１０２は、ノズル１１１に流体接続された流体チャンバ１３１を更に備えており、ノズル１１１に流体を供給し、流体チャンバ１３１の１つ以上の壁が作動したときに液滴を吐出し得る。流体チャンバ１３１に流体を供給するために、液滴吐出デバイスは、流体チャンバ１３１と流体源又は流体供給部（図示せず）の両方に流体接続された入口マニホールド（図示せず）を更に備えてもよい。液滴吐出デバイス１０２は、各々が流体チャンバ１３１に流体接続されている、複数のノズル１１１を備えてもよい。この場合、入口マニホールドは、複数の流体チャンバ１３１に流体接続されてもよい。

【0040】

液滴吐出装置１０１は、本明細書に記載の通り、液滴吐出デバイス１０２内に配置された、本明細書に記載の配置のいずれかによる少なくとも１つのノズルプレート１０６と、堆積媒体１０３を移動させるための堆積媒体移動装置１０５とを備える。いくつかの配置では、液滴吐出装置１０１は、堆積媒体の全幅が一度に対処され得るように、ｙ方向に堆積媒体１０３にまたがるように、１つ以上の液滴吐出デバイス１０２（インクジェットプリントヘッドなど）を備え得ることが理解されよう。

【0041】

図４Ａの液滴吐出装置１０１では、堆積媒体１０３は、媒体に面する表面１１８に平行である。しかしながら、液滴吐出デバイス１０２は、大部分が平面であるが完全には平坦ではない媒体、例えば、準平坦な媒体、例えば、テクスチャ加工されたセラミックタイル、又は他のテクスチャ加工された表面の媒体上に堆積するために流体を吐出することができることが理解されよう。このような場合、媒体に面する表面１１８は、堆積媒体１０３が輸送される表面と平行であり、堆積媒体１０３と実質的に平行であることが理解され得る。概して、平坦又は準平坦な媒体に対しては、液滴堆積装置１０１は、ノズルプレート１０６の媒体に面する表面１１８に平行に位置決めされた堆積媒体１０３の部分が、ノズルプレート１０６の前縁１１６から後縁１１７までの距離の実質的に全てを含むように配置されてもよい。図４Ａの液滴吐出装置の配置では、媒体移動方向１０９は、媒体に面する表面１１８に平行であり、例えば、ノズルプレート１０６の前縁１１６から後縁１１７に引き出された線に平行である。図４Ａの実施例では、媒体移動方向１０９はまた、ｘ方向に平行であり、媒体に面する表面１１８に対して下流に移動する（下流方向Ｄは、媒体に面する表面１１８に平行な線とみなされ、ノズルプレート１０６の前縁１１６から後縁１１７に引き出され得る）。

【0042】

更に、他の配置では、例えば、生地又は紙の丈にプリントする場合、堆積媒体１０３の一部分のみが、堆積媒体移動装置１０５の設計に起因して、媒体に面する表面１１８に平行であり得ることが理解され得る。更に、堆積媒体１０３は、媒体に面する表面１１８に平行な部分を有するように移動され得ることが理解され得る。例えば、瓶は、液滴堆積デバイス１０２に対して回転されてもよく、堆積媒体移動装置１０５は、吐出された液滴が選択された場所で瓶上に着地し、回転するにつれて瓶の周りにプリントされた画像を構築するように、瓶を移動させるように配置されてもよい。したがって、瓶又は他の物体などの曲面上にプリントするときに、又は複雑な３Ｄ形状に対処するときに、堆積媒体移動装置１０５は、動作時に、堆積媒体移動装置１０５によって移動される堆積媒体１０３の少なくとも一部分がノズルプレート１０６の媒体に面する表面１１８に平行に位置決めされるように配置されてもよい。配置は、堆積媒体１０３のこの部分が、液滴が着地することが望まれる少なくともｘ位置ｘ２を含むような配置であることが理解されよう。

【0043】

したがって、このような堆積媒体１０３を使用するときに、液滴吐出装置１０１は、液滴吐出デバイス１０２によって吐出された液滴が堆積媒体１０３の所望の部分上に着地するように、かつこれは、軌道１２０が堆積媒体１０３と交差するｘ位置ではあり得ないように配置されてもよい。液滴着地点は、ギャップＧ内の液滴の下流への移動に起因して、ノズル出口１１４の下流にあり得ることが更に理解され得る。使用時に、したがって、流体の複数の液滴が、ノズル１１１から鋭い傾斜角θで媒体に面する表面１１８に吐出され、液滴が所望の位置で媒体上に着地するように下流方向Ｄに傾斜してもよく、このため媒体の幅を横切って媒体表面上に液滴が着地するときに、液滴の位置の均一性が改善されるようになる。言い換えれば、ｙ方向（図４Ａのページ内）に配置された複数のノズル１１１がある場合、それらが吐出する液滴は、堆積媒体１０３上のより一貫したｘ位置に着地する。液滴は、ｘ位置ｘ２に、又はｘ位置ｘ２の近くに着地することがより好ましく、その結果、ｘ位置ｘ２からのいかなる偏差も大幅に低減され、好ましくは肉眼では見えない。いくつかの配置では、流体の液滴は、７４°～６８°、より好ましくは７２°～７０°の傾斜角θでノズル１１１から吐出され得る。

【0044】

複数のノズル１１１から発する液滴間の許容可能な偏差の程度は、用途及びプリントされる画像で必要とされる解像度の程度に依存し得ることが理解されよう。例えば、より大きな視覚的忠実度が必要とされるいくつかの配置では、４．４未満のｙ方向の平均標準偏差が好ましい場合があり、一方で、精度がより低いことを必要とする他の用途では、５．２未満又は７．２未満の標準偏差が適切である場合がある。更に低い精度を必要とする更なる用途では、８．３未満の標準偏差が許容され得る。

【0045】

複数のノズル１１１がある場合、媒体上に必要な画像を生成するために、プリント命令に応じて、液滴が１つ以上のノズル１１１から吐出されてもよいことが更に理解されよう。例えば、異なる時点で、コントローラ１０４は、異なる信号を液滴吐出デバイス１０２に送信し得る。コントローラ１０４によって送信される異なる信号に応答して、液滴吐出デバイス１０２は、必要な画像を生成するために、複数のノズル１１１の全てから堆積媒体上に液滴、１つ以上の液滴、又は液滴を排出しない場合がある。

【0046】

図４Ｂは、アクチュエータ構成要素１７０及びノズルプレート１０６を備える液滴吐出デバイス１０２ａの一部の詳細を描写する。図４Ｂから分かるように、ノズルプレート１０６の列１６１に配置された番号付けされた１１１＿ｉ、１１１＿ｉｉなどの複数のノズル１１１がある。ノズルプレート１０６は、基材１７２、圧電材料の細片１７３、及び境界セクション１７１を備えるアクチュエータ構成要素１７０に固定的に取り付けられている。各ノズル１１１は、圧電材料の細片１７３内に形成された対応する流体チャンバ１３１＿ｉ、１３１＿ｉｉなどに流体接続される。流体チャンバ１３１は、境界セクション１７１及び基材１７２によって境界付けられるマニホールドチャンバ１５１、１５２に流体接続される。マニホールドチャンバ１５１、１５２の各々は、それぞれのポート１５３、１５４に流体接続される。この配置は、両側から流体チャンバ１３１に流体を供給するために、又はいわゆる貫通流配置で使用することができ、一方のポート及びマニホールドチャンバは入口ポート及び入口マニホールドチャンバとして機能し、他方のポート及びマニホールドチャンバは出口ポート及び出口マニホールドチャンバとして機能する。

【0047】

列１６１の複数のノズル１１１は、図４Ｂの出口穴中心線１１３上の平行な線の対によって示されるように、それらのそれぞれの出口穴中心線１１３が互いに平行であってもよいように配置される。いくつかの配置では、複数のノズル１１１の出口穴は、互いに実質的に同一であってもよい。いくつかの配置では、ノズル１１１は、製造公差に応じて、互いに実質的に同一であってもよい。

【0048】

動作中、貫通流配置は、流体が入口マニホールドチャンバ（例えば、マニホールドチャンバ１５１）から出口マニホールドチャンバ（例えば、マニホールドチャンバ１５２）へと流体チャンバ１３１を通過するのを確かめる。流体チャンバ（例えば、１３１＿ｉ）の１つ以上の壁が作動するときに、流体チャンバ１３１＿ｉ内の流体のいくらかは、出口穴中心線１１３の傾斜角θでそれぞれのノズル１１１＿ｉを通して吐出されて、液滴（例えば、Ｄ＿ｉ）を形成する。言い換えれば、液滴吐出デバイスは、使用時に、少なくとも１つのノズル１１１を通して吐出される流体を供給するように、当該少なくとも１つのノズル１１１に隣接して位置し、かつ流体接続された少なくとも１つの流体チャンバ１３１を備える。１つ以上のノズル１１１のノズル入口１１５は、流体チャンバ幅方向（流体チャンバ幅方向は、図４Ａのページ内であり、図４Ｂの列方向１４３に平行である）で、流体チャンバ１３１の中心に位置し得、これによって、ノズルは、開口部が流体チャンバ幅方向の流体チャンバ１３１において中央に位置する、流体チャンバ１３１内に、開口部、又は流体入口１１５を備える。

【0049】

例示的なデータ
図５Ａ及び図５Ｂは、ＯｐｅｎＦＯＡＭ（商標）を使用して行われた２つのＣＦＤシミュレーションの結果を描写し、両方ともＸａａｒ（商標）１００３プリントヘッドを使用したシングルパスプリンティングのシミュレーションである。図５Ａは、ノズル出口穴中心線１１３が媒体に面する表面１１８に対して垂直である従来の設計の試験液滴吐出デバイス（試験ケース）に基づくシミュレーションを描写し、図５Ｂは、本発明の実施形態による液滴吐出デバイス（実施形態ケース）に基づくシミュレーションを描写しており、そこでは、出口穴中心線１１３は、下流方向Ｄにおいて媒体に面する表面１１８に対して傾斜角θ＝７０°で傾斜している（例えば、媒体に面する表面１１８に対して垂直な線に対して２０°の角度で下流に傾斜しており、言い換えれば、試験ケースデバイスのノズル出口穴中心線に対して２０°傾斜している）。両方の場合において、プリント周波数は６ｋＨｚであり、液滴吐出デバイスと堆積媒体との間のギャップＧは５ｍｍであり、初期液滴速度は８ｍｓ－１であり、解像度はプリント（ｘ方向）及びクロスプリント（ｙ方向）において３６０ＤＰＩ（１インチ当たりのドット）であり、液滴体積は１２ピコリットル（ｐＬ）である。シミュレーションパターンは、主液滴偏差によって引き起こされるプリント画像のシミュレーションを描写するという点で、図１Ｃのものと類似している。図５Ａ及び図５Ｂの陰影は、「０」がゼロ偏差である、正及び負のｙ方向（ｙ変位）の液滴偏差を描写する。より明確にするために、負のｙ方向の最大レベルの液滴偏差は、白色のハッチングでオーバーレイされ、正のｙ方向の最大レベルの液滴偏差は、それぞれａ及びｂで示される黒色のハッチングでオーバーレイされている。

【0050】

図５Ａでは、試験ケースのシミュレーションを描写し、画像内に目に見える木目調現象をもたらす、ｙ方向に著しいレベルの液滴偏差があることが分かる。図５Ｂでは、実施形態ケースのシミュレーションを描写すると、画像の大部分は、はるかに低いレベルの液滴偏差を有し、ハッチ付きのオーバーレイａ及びｂは、ｙ方向で画像のエッジの狭い領域に制限される。図５Ａ（試験ケース）及び図５Ｂ（実施形態ケース）を比較することによって、出口穴中心線１１３が傾斜角θ＝７０°で傾斜しているノズル１１１を使用して、下流方向Ｄの媒体に面する表面１１８に対して木目調現象を著しく低減したことが明確に分かる。

【0051】

図６Ａは、図５Ａ（すなわち、試験ケース）を生成するために使用されるものと同じＣＦＤ計算からのｚ－ｘ平面の断面を示し、図６Ｂは、図５Ｂを生成するために使用されるＣＦＤ計算からの実施形態ケースの図６Ａと同じ断面を描写する。陰影は、ｘ方向における空気速度（Ｕ．ａｉｒ Ｘ（ｍｓ－１））を示し、黒色の矢印は、それらの長さが空気速度に比例する流れ方向を示す。

【0052】

任意の特定の理論に束縛されることを望むものではないが、発明者らは、図５Ａに示す通り、シングルパスプリンティングにおける木目調現象の可能な説明が、以下の文章に記載されるように、吐出された液滴の動きによって生成される衝突噴流とギャップＧ内の強制空気流との間の相互作用であると仮定する。液滴がノズルから吐出されると、液滴は堆積媒体３に移動し、空気をそれ自体の前に押し出す。これにより、液滴から周囲空気への運動エネルギーの伝達が生じる。結果として、衝突空気噴射が生成される。この噴射が堆積媒体に衝突すると、「スプラッシュ」し、運動エネルギーがあらゆる方向に伝達される。図６Ａに示すように、このような噴射を２次元で考慮する場合、左と右の２つの渦が作り出されることがわかる。この衝突空気噴射は、移動する堆積媒体３によって引き起こされるギャップＧ（図１Ａ（及び図４Ａ）の水平矢印１２２によって示される、Ｃｏｕｅｔｔｅフロー）内の強制空気流と相互作用する。媒体移動方向１０９及び下流方向Ｄを参照すると、左右の渦は、上流（ｕ）及び下流（ｄ）の渦として標識され得る。

【0053】

堆積媒体３で輸送される空気は、衝突噴射の下流側に何らかの方法で送達されなければならない（複数のノズル及びそれゆえに複数の液滴がある場合、これは「ドロップカーテン」としても知られる）。ドロップカーテンは障害物として作用するため、移動堆積媒体３で輸送される空気は、カーテンの上流に閉じ込められる。また、衝突噴射によって引き起こされる上流渦と相互作用する。これにより、渦に堆積媒体３が入ってくる空気が常に供給される。これは結果として上流渦の成長をもたらし、これは最終的にはドロップカーテンを貫通するほど大きくなり、吐出された液滴を偏向させ、従って木目調として知られる視覚的現象をもたらす。発明者らは、液滴がノズル１１１から第１の表面へと鋭い傾斜角θで吐出されたときに、図４Ａに示すように、下流方向Ｄでは、上流渦（ｕ１）の強度が著しく低減され（図６Ｂにて分かるように）、結果として木目調現象が低減され得ると仮定する。下流渦（ｄ１）も強度が著しく低減される。

【0054】

ここで表１及び表２を参照すると、これらは、ｙ方向における液滴着地変位の標準偏差を示す。標準偏差は、図５Ａ及び図５Ｂを参照して上述した試験ケース及び実施形態ケースに対して一連のＣＦＤシミュレーションを実行することによって決定された。様々な液滴速度（ｍｓ－１）及び液滴体積（ｐＬ）を、６ｋＨｚのプリント周波数、５ｍｍのギャップＧを有するプリント方向及びクロスプリント方向に３６０ＤＰＩで動作するＸａａｒ １００３プリントヘッドのモデルに使用した。各液滴速度及び体積について、ｙ方向（クロスプリント方向）における液滴の標準偏差（μｍ）を計算し、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、及び図６Ｂに関して上述したように、表１は、試験ケースのデータを有し、表２は、実施形態ケースのデータを有する。液滴速度及び液滴体積の両方が標準偏差に影響を与えることが表１及び表２の両方から分かるが、全体として、実施形態ケースは、５ｍｓ－１及び６ｐＬでの最小及び最も遅い液滴を除いて、試験ケースと比較して標準偏差を低減させた。

【0055】

当然のことながら、本明細書に記載のノズル配置のいずれかは、本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の液滴吐出ヘッド及び／又は液滴吐出装置で使用されてもよい。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【国際調査報告】