JPH08508672A - 液体飛沫装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 液体の飛沫を生成するための装置は、液体供給源またはタンク（９，１０）と、電気機械的トランスデューサ（２）とを備えている。作用する電界に垂直な次元に、トランスデューサの膨張または収縮が生じるように、電極（３，４）を配置する。飛沫を生成するために、素子（５）を、前記次元の方向に、トランスデューサの膨張／収縮とともに移動するように結合するとともに、前記液体供給手段からの液体と接触するように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】 液体飛沫装置 本発明は、電気機械的なアクチュエータによって飛沫を生成する装置及び方法 に関する。 電気機械的に起動する飛沫生成方法は多数存在する。これらのシステムの多く は、設備の全体の大きさがかなり大きく、直径が２０ｍｍまたはそれ以上である （参照、トダ EP-A-0 408 615，マエハラEP-A-0 049 636及びEP-A-0 077 636） 。 このように設備が大きいために製品が不適合または不便である例は多数ある。 例えば、鼻内部に薬品を施す場合、発生器が鼻孔内にフィットすることが望まし い。例えば、インクジェットペン、エアーブラシ、点眼器、香水噴霧器などの、 手で持つタイプの飛沫生成器の関連分野において、軽量且つコンパクトな、ユー ザが容易に操作・保存できる構造が望ましい。 本発明の目的は、コンパクトで、且つ全体の直径が比較的小さな飛沫生成器を 提供することである。 本発明の他の目的は、電気的効率が比較的高い、より明確な飛沫パターンを生 成する装置を提供することである。 本発明の更に他の目的は、コンパクトな電気回路及び電源で駆動される装置を 提供することである。 本発明の第１の態様によれば、液体の飛沫を発生させるための装置において、 液体供給手段と、 作用する電界と垂直な次元に、トランスデューサを膨張または収縮させるよう に配置された電極を有する電気機械的トランスデューサと、 前記次元の方向に、トランスデューサの膨張／収縮とともに移動するように結 合され、前記液体供給手段からの液体と接触するように配置された素子と、を備 えている。 本発明の第２の態様によれば、液体の飛沫を発生させるための装置において、 電気機械的なトランスデューサと、 液体供給手段と、 前記トランスデューサとともに移動するように結合され、前記液体供給手段か らの液体と接触するように配置された素子と、 を備え、前記移動可能素子が、取外し可能な状態で、前記トランスデューサに取 り付けられている。 前記移動可能な素子を多孔プレートとすることもできるが、前記移動可能な素 子を無孔とすること、例えば、前記移動可能な素子に所定形状の面を設けること ができる。 前記トランスデューサが膨張または収縮可能な次元の寸法が、前記トランスデ ューサの少なくとも一つの他の次元の寸法よりも大きいことが好ましい。 前記トランスデューサが管状であり、その中心軸の方向へ膨張可能または収縮 可能とすることができる。当該構成（及び本発明による他の構成）によって、一 様な電界が厚さ方向または放射方向に生成され、厚さと全く無関係な歪が発生す る。このため、トランスデューサまたはアクチュエータは、伸縮モード動作する 。 代案として、トランスデューサをディスク形状または環状とし、且つ放射方向 へ膨張可能または収縮可能とすることができる。 前記供給手段が、部分的に液体を接続する折り畳み式の薄壁構造であると有利 であり、液体タンクを有することができる。 前記移動可能な素子を前記液体供給手段及び／またはタンクと接続し、交換可 能なサブアセンブリまたは液体カートリッジアセンブリを形成することが好まし い。 液体タンクを、折り畳み式の薄壁構造とすることができる。 本発明は、要求に応じて、明確な飛沫パターンを生成する比較的コンパクトな 装置を提供する。 例えば、電子回路及び電気回路などの必要な全ての手段を備えているアクチュ エータ／トランスデューサ用の好適な電源を設け、アクチュエータを必要に応じ て電気的に駆動する。 手動スイッチを設け、電子回路を起動することができる。このス イッチを、機械式または電気式にすることができる。このような電気式のスイッ チは、タイマーまたはセンサまたは他の手段によって起動される。 本発明による装置が、２面が最短電極間距離を構成するように配置されている トランスデューサ電極を備え、且つ前記トランスデューサの長さを、前記電極間 距離よりもかなり長く構成し、多孔薄膜を振動させるのに使用されるアクチュエ ータの長さと一致させることができる。 圧電（または電歪素子）アクチュエータ／トランスデューサの形態としては、 プレート状部材、長方形断面の棒材、及び内側円弧と外側円弧との間隔よりも長 い中空チューブがある。中空チューブの場合、内側壁と外側壁とに電極を設け、 当該装置は放射状に支持されている。長方形断面の棒材の場合、電極は、最も近 接する２面に設けられる。この特徴の利点は、アクチュエータの所定の線形配置 がより小さな供給電圧で実現されることである。都合の良いことに、アクチュエ ータのより長い次元の変位が機械的に共振する周波数で、装置を連続的に駆動さ せることができる。これは、装置が音響共振モードまたは超音波共振モードで共 振する周波数である。多孔構造がアクチュエータの電気機械的特性に対してのみ 摂動する場合（または、その相補的な場合で、電気機械的なアクチュエータが多 孔膜の機械的な特性に対してのみ摂動する場合）、装置は、圧電素子共振のいづ れか付近または多孔構造共振のいづれか付近で駆動できる。代案として、装置を 、（要求に応じて飛沫を生成させる）単一パルスモードで駆動させることができ る。 多孔構造は、電気的に形成されたニッケル、エッチングされたシリコン、ステ ンレス鋼またはプラスチックを含む種々の材料から形成される。これを、可撓性 または硬質とすることができる。可撓性多孔構造設計の場合には、多孔構造の振 動モードの振幅が、電気機械的なアクチュエータの振幅と比較して大きく、この 動きが、飛沫生成工程に大きな効果を生ぜしめる。硬質多孔構造設計の場合、多 孔構造の振動モードの振幅が、電気機械的なアクチュエータの振幅と等しいか、 或いはこれよりも小さく、且つこの動きが、アクチュエータの動きに追従してい る。可撓性は、材料及び厚さを選択することによって調整される。この設計の利 点は、曲げモードに依存する装置とは異なり、硬質な多孔構造によって、全体的 な動きを鈍らせることなく、その表面にわたって均一な飛沫射出を提供できるこ とである。 可撓性の薄膜が使用される場合、スプレーパターンは駆動周波数を選択するこ とによって制御される。例えば、中空チューブのトランスデューサに取り付けら れ、その動きに摂動のみを発生させる可撓性膜の場合、膜の面の共振に近接して 圧電素子を駆動させると、主に膜の中心から射出される。代案として、電気機械 的なアクチュエータの縦共振で圧電素子を駆動させると、膜の周囲付近の領域か ら主に射出される。 多孔構造をドーム化または他の形状に成形することによって、スプレーを更に 調整できる。 動作原理は、以下に示すとおりである。 液体が、小滴としてまたはある程度連続的に、多孔部材の一面に供給される。 好適な供給機構は、当該出願人の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＧＢ９２／０２２６ ２に開示されている。液体の圧力を、周囲の圧力、または周囲の圧力よりもわず かに低く若しくは高く設定できる。 その後、電気機械的アクチュエータは、駆動電子回路を使用して駆動される。 連続な正弦波形、他の連続的な波形、単一パルス、パルス列、単一の合成波形、 単一の合成波形の列で駆動することができる。 線形的なアクチュエータの動きに対応して、多孔構造が線形的に移動し振動す る。多孔構造がこのように移動することによって、飛沫が多孔構造から形成され 、移動する。 多孔構造が液体内に移動することによって、多孔構造のすぐ後方の液体内に生 じる過渡圧力によって飛沫射出が生じる。このことは、ゾルタン（Zoltan）（US -A-3 683 212）によって開示されているような他のインクジェット生成機構とは 対照的である。ゾルタンの場合、圧力は、圧電素子によって液体体積が圧縮され ることによって液体内に発生する。提案された機構の利点は、液体圧力がオリフ ィスに対して局所的に発生すること、及びオリフィスの移動と圧力発生との間に 殆どタイムラグがないことである。このことによって、ゾルタンの装置よりも早 い反復速度で、要求に応じて飛沫を生成することができる。 以下図面を参照して種々の実施例について説明する。 図１は、本発明による第１の実施例の動作を説明するための断面図である。 図２は、簡易な液体供給チューブを有している第２の実施例を示す断面図であ る。 図２ａは、図２の設計の変形例を示している。 図３は、更に他の実施例を示す断面図である。 図４は、２つのセクションを有する更に他の実施例を示す断面図である。 図５は、分割されている装置の第２の実施例を示す断面図である。 図６及び７は、分割されている装置の第３及び第４の実施例を示す断面図であ る。 図８乃至１０は、鼻内部薬品射出装置の実際の設計を示す断面図である。 図１１は、他のアクチュエータを図式的に示している。 図１２は、図１１のアクチュエータの変形例を示している。 図１３は、筆記具として使用するのに好適なペンヘッドを示している。 図１４及び１５は、筆記具を更に詳細に示している。 図１６乃至１９は、他のタイプのアクチュエータ及びその使用配置を略図的に 示している。 図２０は、共通のシートに形成された多数のノズルプレートの構成を示してい る。 アクチュエータ１は、圧電セラミック材からなる中空のチューブ２から構成さ れる。当該チューブ２は、その内壁及び外壁に独立の電極３，４を備え、放射状 に支持されている。電極３，４は、チュ ーブを縦モードで振動、または多孔構造モードで振動させることができる。すな わち、動作中、装置は、ノズルプレート、圧電セラミックまたは合成構造のいづ れかの共振に対応する周波数で駆動される。このようにして、比較的小さな電圧 を供給することによって、多孔薄膜５（以下参照）が大きく変位及び加速される 。 所望のモードへの電気機械的結合を最小にするために、駆動電極を好適に形成 することが有効である。 検出電極を設計に組み込むことも有効である。この検出電極は、位相及び振幅 情報を提供し、好適な電気回路が、正確な共振モードを連続追跡できるようにし ている。また、好適な電気機械的結合を実現できるように、検出電極を成形する と有利である。 「駆動」電極と「検出」電極とを一体化させるように、電極をパターン化でき る。駆動電極及び検出電極は、電気的に絶縁されているが、圧電素子自体を介し て機械的に結合されている。駆動電圧が駆動電極に供給され、その結果としての 動きによって、検出電極に電圧が発生する。この電圧は、モニタされるとともに 、アナログまたはディジタルフィードバック回路を介して、駆動制御に使用され る。励起される電圧は、駆動信号に関連する振幅及び位相を有している。この電 気的なレスポンスは、位相追跡、振幅最大化または他の手段によって、特定の共 振を連続追跡するのに使用される。このようにして、当該デバイスは、内部デバ イスの変更または液体負荷とは無関係に、縦共振状態に保持される。 例えばパーマボンド（Permabond）E34エポキシ等の接着剤を使用 して、多孔薄膜５がアクチュエータ１の一端部に接合される。当該多孔薄膜５は 、電気的に形成されるニッケル等の種々の材料から形成される。当該多孔薄膜５ は、六方格子状に配置された（先細り形状とし得る）オリフィス６を備えている 。飛沫の大きさは、オリフィスの直径を通常３ないし２００ミクロンの範囲で変 化させることによって決定される。一般的に、多孔薄膜は、飛沫として分配され るべき液体量７が、より大きなオリフィスを有する構造の方に存在するように配 置される。 動作中、チューブは液体７によって満たされ、多孔薄膜と、チューブの他方の 開放端部８における液体と空気とのメニスカス（接触面）との間の液体に気泡が 存在しないようにすることが好ましい。圧電アクチュエータは、システムの共振 周波数の一つにおける発振電圧、またはドロップオン（drop on）ディマンド（ 要求に応じて飛沫を生成する）動作を提供する波形を用いて駆動される。結果的 に、多孔薄膜５のすぐ後方の液体に圧力が発生し、このことによって、オリフィ ス６に液体が供給され、飛沫が形成される。同様に、単一パルスによる駆動によ り、必要に応じて個々のまたは複数の飛沫を生成する。飛沫が生成されると、液 体がチューブ内を上昇し、チューブ内の液体がなくなるまで、連続的に制御され た動作が可能である。 一般的な装置において、圧電チューブは、イギリス国のモルガンユニレータ（ Morgan Unilator）製の圧電セラミック材（ＰＣ５）からなり、その内径が３． ２ｍｍであり、外形が４．２ｍｍであり、全長が１１．７ｍｍである。オリフィ スプレートは、電気的に形成されたニッケルからなり、その直径が４．０ｍｍで あり、厚さが６ ０ミクロンである。当該オリフィスプレートは、先細り形状のオリフィスを備え 、その「入口」直径が１００ミクロンで、「出口」直径が１０ミクロンであり、 格子間隔が１４０ミクロンの六方格子上に配置されている。 当該デバイスは、多数の共振モードの合成構造で駆動される。上記例の場合、 モード結合が小さく、これらのモードは、圧電素子のモードまたはノズルプレー トのモードと考えられる。上記例の場合、好適なモードは、約１０６ｋＨｚにお ける圧電素子縦モード、または約１３０ｋＨｚにおけるノズルプレートモードで ある。 多くの適用例の場合、連続的な液体供給が必要となる。このことは、図２に示 すような簡単な供給チューブ９によって行われる。ここで、液体は、薄膜からの 飛沫生成作用によって、液体タンク１０から供給チューブを介して吸い上げられ る。空気は、液体の表面張力によってオリフィスを通過しないようになっている 。 図２ａは、インクジェットペンまたはこれと同様のデバイスに好適な設計を示 し、ここでは、多孔構造５が液体タンク１０の下に配置されている。ここで、液 体は、周囲よりも十分に低い所定の圧力に保持され、多孔構造のオリフィスから それが漏れないようにしている。空気は、インクジェット印刷及び筆記具の分野 で良く知られているバブラー（bubbler）またはこれと同様のデバイス１１によ って収容され、タンクと周囲の空気との圧力差を一定に保つ。 他の例では、図３に示すように、液体が、毛管ウィック（capillary wick）１ ２を使用する多孔構造５に供給される。 例えば、鼻内部に単位投与量の薬品射出する場合などのいくつかの適用例の場 合、前記単位投与量を２つの部分に分割することが望ましい場合もある。まず、 例えば、液体、その容器及び多孔構造から成る部分を使い捨て可能とすることも できる。次に、駆動回路及び電源を有するアクチュエータから成る部分を再使用 可能にする事もできる。 図４は、このような分割の一例を示している。この場合、使い捨て可能な部分 １３は、液体７、容器１４、多孔構造５及び空気透過可能サブミクロン膜１５か ら成り、密閉された殺菌容器内に保持される。 動作中、これは、再使用可能なアクチュエータ１内に配置され、多孔構造周囲 においてアクチュエータに対して把持される。液体を供給するためにアクチュエ ータが駆動され、好適な取付構造１６を介して多孔構造を振動させる。飛沫１７ は、矢印１８の方向へ生成され、空気が、サブミクロン膜１５を介して容器内に 吸い込まれる。駆動時間は、投与量が一つの連続する投与量となるように、また は２投与システムの場合２つの別々の投与となるように設定される。 図５は、このような分割の第２の例を示している。ここで、アクチュエータ１ の動作は、使い捨てのケース１４の壁を介して多孔構造５に結合されている。 図６は、このような分割の第３の例を示している。ここで、液体容器は、折り 畳み式のバッグ１９から成っている。液体が供給され ると、バッグは折り畳まれ、殆ど完全に空の容器となる。アクチュエータを、図 ６に示すように、多孔構造に直接結合させること、または、図７に示すように、 薄壁ショート若しくはリングチューブ２０を介して多孔構造に接合し、液体バッ グを包囲することができる。 図８、９及び１０は、図７の設計をどの様にして実際の鼻内部薬品射出デバイ スに適用するのかを示している。図８は、使い捨て可能なセクションを示し、図 ９は、組み立てられた射出装置を示し、図１０は、保護端部キャップを取り外し ている状態の組み立てられた装置を示している。 使い捨て部分２１は、円筒形の鼻射出チューブ２２と、密封してシールされて いるキャップ２３を備えている。当該キャップは、端部止め２４を備え、キャッ プが取り外されるまで電気的なスイッチが起動しないようにしている。この端部 止めを設けることによって、キャップが吸い込まれないようにしている。 実際使用する場合、ユーザは、使い捨て部分２１を駆動ユニット２５にネジ止 めし、キャップ２３を使い捨て部分から取り外す。その後、ユーザは、鼻射出チ ューブ２２を一方の鼻孔に挿入し、使い捨て部分の下部をマイクロスイッチ２６ に押圧させることでアクチュエータを起動する。その後、装置は、薬品をエアロ ゾルとして鼻孔内に射出する。 駆動ユニット２５は、バッテリー２８及び電気的駆動回路２９を有するハウジ ング２７と、上向きに延在するチューブ３１上に取り付けられた管状圧電アクチ ュエータ３０とを備えている。隔壁３２ は、使い捨て部分２１の液体含有部を、駆動ユニット内部から分離する。電気的 な接続線が、当該隔壁を介して駆動回路２９からアクチュエータ３０に接続され ている。フィンガーグリップ部３４によって、片手で動作させることができ便利 である。このようにして、起動スイッチをハウジング２７に設けることによって 、装置を鼻孔に挿入し、フィンガーグリップ部を押圧し、投与量を供給すること ができる。 図１１は、他のアクチュエータの例を示している。アクチュエータ４１は、そ の厚さが直径よりもかなり薄い圧電ディスク４２から形成される。２つの表面を 金属化し、電極を設ける。多孔構造４３は環状形態であり、中心平面の回りのア クチュエータの周囲に固定される。使用するに際して、液体が供給管４４を介し て多孔構造に供給される。当該多孔構造は、アクチュエータを駆動することによ って放射状に振動させられる。 図１２は、同様の構造を示している。ここで、２つのディスク４２を備え、多 孔構造４３がその端部においてアクチュエータの周囲に取り付けられている。液 体は、アクチュエータの一方に開けられた中心孔４５を介して、多孔構造４３の 内面に供給される。また、飛沫は、アクチュエータを振動させ、多孔構造を放射 状に駆動させることによって生成される。 図１３に、インクジェットペン、手持ちタイプのマーキング器具、手持ちタイ プのプリンタ、またはコンパクトグラフィックツールに好適なデバイスの一部（ ペンヘッド５０）を示している。当該ペンヘッドは、管状圧電アクチュエータ５ １、単一のノズル５６を有し ているノズルプレート５２、及びキャピラリーフォームインク供給器（capillar y foam ink feed）５３から成っている。これは、電極５４，５５によって、導 体５７を介して連続的に駆動され、連続的なインク飛沫ストリームを生成する。 連続的な駆動信号を、連続的な正弦波形または他の連続波形とすることができる 。デバイスは、パルスを用いて駆動され、要求に応じて小滴を生成する。このパ ルスを、１つの１／２周期、または１つの全周期、または一連の１／２周期若し くは全周期、または１つの合成波形、または一連の合成波形とすることもできる 。パルスを用いて駆動する場合、パルス周期を、合成トランスデューサの固有振 動周波数に対応するように選択することができる。 検出電極５８を設け、そこからの信号を導体５９を介して供給する。 ノズルプレート５２に、（図に示すように）単一のオリフィス５６を設けるこ と、または例えば線状、円状若しくは他のパターンのオリフィスを設けることが できる。プレート５２は、起動時に全てのノズルが小滴を放出できるように、ま たは駆動信号に応じて色々なノズルが小滴を放出するように設計することができ る。例えば、いくつかの動作周波数において、好適なノズルプレート上に線状の ノズルパターンを設けた場合、中心ノズルは、圧電アクチュエータが比較的弱い 駆動信号によって駆動される時、小滴を生成する。駆動信号が増加するにつれて 、隣接するノズルが作動し、このため、より幅の広い線が生成される。したがっ て、この設計は、ライン幅が可変のインクジェットペンを提供することができる 。駆動信号は、ペンに作用する指の圧力、または基板上のセンサに作用する圧力 、 またはその他の手段のいづれかによって制御される。 ペンは、小滴発生の周波数及び各ＤＯＤ射出における小滴量を変化させること によってグレイレベルを変化させることもできる。これらは、ライン幅を変化さ せるのにも有効である。 図１４に、ペンヘッドを筆記具６０に設けた場合の例を示している。筆記具６ ０は、ペンヘッド５０、インクをペンヘッドに供給するためのインクタンク６１ 、駆動電子回路６２及びバッテリー６３を備え、これらはすべてケース６４内に 保持されている。ペンは、ペンケース上に図示されているフィンガースイッチ６ ５によって起動され、インクが出口開口部６６を介して射出される。 好適例の場合、ペンヘッド５０は、モルガンモトラックユニレーター（Morgan Matroc Unilator）製のＰＣ５Ｈジルコン酸・チタン酸鉛セラミックから成る圧 電チューブ５１を備えている。その内径は３．２ｍｍで、外径は４．２ｍｍで、 高さは１２．７ｍｍである。ノズルプレートはニッケルから成り、その直径は４ ．０ｍｍであり、厚さは０．２３ｍｍであり、中心に配置された５０ミクロンの オリフィスを有している。毛管ウィック５３は、ＢＡＳＦ社から供給されるバソ テクト（Basotect）から成る。使用されるインクは、ヒューレットパッカードデ ィスクジェット社製である。 動作中、圧電セラミックは、７５ｋＨｚで連続的に駆動され、７５ｋＨｚの飛 沫の連続的ストリームを射出する。これを、ドロップオンディマンド（要求に応 じて飛沫を生成する）モードで駆動させることもできる。ドロップオンディマン ド（ＤＯＤ：Drop-on-dema nd）モードで駆動される場合、圧電素子が駆動され、ノズルプレートに振幅及び 加速度が生じ、単一の小滴が発生する。このことは、多数の方法で行われる。例 えば、圧電素子は、例えば、２００Ｖ、６．４μＳの好適な高さ及び幅を有する 単一の方形パルスで駆動される。代案として、例えば、高さ１００Ｖ、周期１２ ．８μＳの、例えば２つの全方形波周期等の、低振幅の多数の周期または１／２ 周期を用いて駆動することによって、好適な振幅まで圧電素子を動かすことがで きる。圧電セラミックと直列に、好適なインダクタンスを有するインダクタを配 置することによって、駆動電圧をさらに低減できる。例えば、同一の実施例にお いて、圧電素子と直列に、７００μＨのインダクタを配置することによって、駆 動電圧を２７Ｖに低減できるとともに、１２．８μＳの方形波を維持でき、さら に２つの全周期にわたって駆動させることができる。この第２のアプローチの利 点は、より低い電圧がデバイスに供給されること、及びこのことによって設計が 著しく簡略化されるとともに、小滴（飛沫）発生器及びその電子回路のコストを 著しく低減できることである。駆動状態を好適に変更することによって、例えば 、信号振幅を２倍にすることによって、小滴の大きさを変更できる。このＤＯＤ モードにおける反復周波数は、３ｋＨｚである。 図１５に、カラーペンに使用されている構成の一例を示す。同一の構成部材に は、同一の参照番号を使用する。３つのヘッド５０が独立に制御され、それぞれ が、異なる色のインクのタンク６１からインクの供給を受ける。ヘッド及びタン クは、ペンに独立に取り付けられ、ペンの出口開口部６６付近で集束するように 傾斜している。また、ペンは、胴部に取り付けられたフィンガースイッチ６５に よって起動される。色及びラインの太さは、ペンに取り付けられてい る制御装置７７によって変更される。 足跡を最小にするとともに、アレイとして構築するのに好適な低コストの装置 を作り出すために、図１６に略図的に示すように、線状の（棒状の）圧電セラミ ック８０の端部にノズルプレートを取り付けることができる。ノズルプレート８ １は、一般的に、圧電棒の底部面積の２倍であり、これらは接着剤８４によって 取り付けられる。電極８２，８３は、圧電セラミック８０の両側に設けられてい る。 個々のユニットを１次元または２次元アレイに配置し、印刷、線引き、グラフ ィックなどに応用する場合、個々にノズルをアドレスすることができる。 印刷ヘッドと、種々のセンサ及び処理電子回路とを組み合わせることによって 、多数の利点が得られる。 組み込まれるセンサは、 ・（紙面の圧力及び／または胴部の指の圧力に感応する）圧力センサ、 ・モーションセンサ、 ・（移動の速度及び／または方向を測定する）速度センサ、 ・（一軸、二軸または三軸の）加速度計、及び ・方向センサ を備えている。 これらは、ヘッド及び処理電子回路とともに、以下の特徴を提供 する。 ・イタリック・ライティング 例えば、ペンが、上向きの筆使い及び下向きの筆使いにおいて太い線を引き、 一方の側部から他方の側部へ移動する際に細い線を引く場合。 ・データリンクを使用するラベリング データがケーブルまたは無線リンクを介してペンに送られる。ペンでラベルま たは他の基板をさっと掃くことによって、メッセージが印刷される。 ・カラー印刷 ペンが多数の色付きインクを使用し、これらのインクが種々のノズルを通過し 、電気的にアドレスまたは機械的にスイッチされる。 ・印刷ブラシ 使用する色を電気的または機械的に設定し、単一の筆記具が所望の色を発生で きるようにしている。 ・グレイレベル 飛沫サイズ及び周波数を制御し、グレイレベルが可変の線を引くことができる 。 ・固定されたパターン 構成されたラインパターンが、固定パターンに配置されたノズルグループを形 成することによって生成され、単一の圧電素子を起動する際に飛沫を生成する。 ・可変ライン幅 アレイ内の起動素子の数を制御することによって、または多数のノズルを単一 の素子に結合することによって、ライン幅を変化させることができる。駆動振幅 及び駆動波形を変化させることによって、種々のノズルを起動させることができ る。 他のシステムに優る、バブルジェットなどの当該技術の利点は、当該技術によ って足跡を極めて小さくできることである。例えば、単一のノズルを駆動させた 場合の面積を０．５平方ミリメートル程度に小さくできる。アレイの幅は、必要 ならば例えば７ミリメートル程度にできるが、わずかに０．５〜１．０ミリメー トルである。このことは、筆記具にとって極めて有利である。すなわち、ユーザ が書いているポイントを見ることができ、極めて有利である。 図１７は、高解像度アレイを実現するための実際の方法を示している。ここで は、圧電棒８０が単一シートの圧電材から切断される。シートの一方の側８３が 電気的に共通し、他方の側で、各圧電棒８０の外側電極が個々にアドレス可能と なるように、シートは金属化される。一般的なデバイスの場合、圧電棒の高さが １０ｍｍ、厚さが０．２５ｍｍ、幅が０．１ｍｍであり、内側の棒間隔が０．１ ｍｍである。 図１８に示すように、このようなシートを２つ差し込むことによってより高解 像度を実現できる。 図１９は、毛管ウィック８５を介して液体をノズルに供給する一つの方法を示 している。印刷ヘッドは、アクチュエータ頂部において、ラバー取付部８６によ ってペン本体に取り付けられる。ジェネラルエレクトリック社製のシリコンラバ ー３４８１が好適である。一般的に、ラバー取付部は、１ｍｍ幅、１ｍｍ厚で、 印刷ヘッドの長さにすることができる。 代案として、毛管を用いる最終的な液体供給システムまたは更に上流の他の供 給システムとして、例えば０．２ｍｍの小さなスラブ間分離を使用できる。 これらのサブアセンブリを連続的に３または４個配置することによって、高解 像度のカラーシステムを実現できる。 組立を容易にするために、全てのノズルプレートを、金属の接続シートで作る ことができる。この一つの形態を図２０に示す。ここでは、種々のノズルプレー ト９１を、金属シート９０のスリット９２によって互いに分離している。起動す ると、液体の小滴がノズル９３を介して出力されるが、表面張力及び粘性によっ てスリット９２を通り抜けないようにしている。一例では、シート９０の幅が２ ｍｍで、長さが７ｍｍで、厚さが０．１ｍｍである。ノズル９３の直径は５０ミ クロンで、絶縁スリット９２の幅は１０ミクロンである。スリットは、電気的に 形成またはエッチングによって形成することができる。プレート９１のそれぞれ を圧電棒８０の底部に接続する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンバーストーン、ヴィクター、キャレイ イギリス国、シービー２ ５ビーティー ケンブリッジ、スタンプルフォード、グリ ーンフィールド クローズ 22 (72)発明者 ガードナー、キース イギリス国、シービー２ ２エルゼット ケンブリッジ、トランピングトン、シェル フォード ロード 45 (72)発明者 テイラー、ピーター、ジョン イギリス国、シービー１ ４ティーワイ ケンブリッジ、マーシャル ロード 18

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．液体の飛沫を発生させるための装置において、 液体供給手段（９，１０）と、 作用する電界と垂直な次元に、トランスデューサを膨張または収縮させるよう に配置された電極（３，４）を有する電気機械的トランスデューサ（２）と、 前記次元の方向に、トランスデューサの膨張／収縮とともに移動するように結 合され、前記液体供給手段からの液体と接触するように配置された素子（５）と 、 を備えている装置。 ２．液体の飛沫を発生させるための装置において、 電気機械的なトランスデューサ（２）と、 液体供給手段（９，１０）と、 前記トランスデューサとともに移動するように結合され、前記液体供給手段か らの液体と接触するように配置された素子（１３）と、 を備え、前記移動可能素子（１３）が、取外し可能な状態で、前記トランスデュ ーサ（２）に取り付けられている装置。 ３．前記移動可能な素子が多孔プレート（５）である請求項１または２に記載の 装置。 ４．前記移動可能な素子が無孔である請求項１または２に記載の装置。 ５．前記移動可能な素子が所定形状の面を有している請求項４に記 載の装置。 ６．前記トランスデューサが膨張または収縮可能な次元の寸法が、前記トランス デューサの少なくとも一つの他の次元の寸法よりも大きい請求項１〜５のいづれ か一項に記載の装置。 ７．前記トランスデューサ（２）が管状であり、その中心軸の方向へ膨張可能ま たは収縮可能である請求項１〜６のいづれか一項に記載の装置。 ８．トランスデューサ（４１，４２）がディスク形状または環状であり、且つ放 射方向へ膨張可能または収縮可能である請求項１〜６のいづれか一項に記載の装 置。 ９．前記供給手段が、折り畳み式の薄壁構造（１９）を備えている請求項１〜８ のいづれか一項に記載の装置。 １０．前記移動可能な素子（５）を前記液体供給手段（９，１０）と接続し、交 換可能なサブアセンブリまたは液体カートリッジアセンブリを形成する請求項１ 〜９のいづれか一項に記載の装置。 １１．前記トランスデューサ（２）が、２面が最短電極間距離を構成するように 配置されている電極（３，４）を備え、且つ前記トランスデューサの長さを、前 記電極間距離よりもかなり長く構成し、多孔薄膜を振動させるのに使用されるア クチュエータの長さと一致させている請求項１〜１０のいづれか一項に記載の装 置。 １２．プレート状部材、長方形断面の棒材、または内側円弧と外側円弧との間隔 よりも長い中空チューブから成る圧電または電歪素子で、前記アクチュエータ／ トランスデューサを構成する請求項１〜１１のいづれか一項に記載の装置。 １３．前記アクチュエータ／トランスデューサが、内側壁と外側壁とに電極（３ ，４）を有している中空のチューブ（２）であり、放射状に支持されている請求 項１２に記載の装置。 １４．２つの近接面に電極（８２，８３）を有している長方形断面の棒材（８０ ）でアクチュエータ／トランスデューサを構成する請求項１２に記載の装置。 １５．要求に応じて飛沫を生成する装置として動作するように構成された請求項 １〜１４のいづれか一項に記載の装置。 １６．請求項１〜１５のいづれか一項に記載の装置を備えている筆記具。 １７．１または２次元のアレイに配置されている、請求項１〜１５のいづれか一 項に記載のデバイスを複数備えている印刷またはマーキング装置。 １８．前記結合素子が、前記棒材（８０）の一端に形成されたノズルプレートを 備え、当該ノズルプレートが、そこから垂直に延在し、１以上のオリフィスが形 成されている部分を有している請求項２及び１４に記載の印刷またはマーキング 装置。 １９．請求項１８に記載の１以上の装置の列を備えている印刷またはマーキング 装置。 ２０．請求項１８に記載の一対の装置列を有している請求項１９に記載の印刷ま たはマーキング装置において、 前記装置の２つの列のノズルプレート（８１）の垂直方向へ延在する部分が互 いに組み合わされている請求項１９に記載の印刷またはマーキング装置。 ２１．ノズルプレート（９１）が、１つのシート（９０）で一体的に形成され、 その間に形成されたスリット（９２）によって互いに分離されている請求項２０ に記載の印刷またはマーキング装置。