(57)【要約】  プリントヘッドは、液体源、第１の基板、フィルタ、及び液体チャンバを含んでいる。第１の基板の一部は、液体源からの液体を放出するように適応されたノズルを画成している。液体チャンバはポートを含んでいる。液体チャンバは、ノズル及びフィルタと流体的に連通し、且つ第１の基板とフィルタとの間に位置する。
2013520341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体源と、
第１の基板であり、該第１の基板の一部が、前記液体源からの液体を放出するように適応されたノズルを画成している、第１の基板と、
フィルタと、
ポートを含む液体チャンバであり、前記ノズル及び前記フィルタと流体的に連通し、且つ前記第１の基板と前記フィルタとの間に位置する液体チャンバと、
を有するプリントヘッド。
【請求項２】
前記液体チャンバは第１の液体チャンバであり、当該プリントヘッドは更に：
前記フィルタを通る流体流の方向に対して前記フィルタの上流に位置する第２の液体チャンバであり、ポートを含む第２の液体チャンバ
を有する、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項３】
前記第２の液体チャンバに付随する前記ポートは第１のポートであり、前記第２の液体チャンバは第２のポートを含む、請求項２に記載のプリントヘッド。
【請求項４】
前記液体チャンバに付随する前記ポートは第１のポートであり、前記液体チャンバは第２のポートを含む、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項５】
前記第２のポートは、前記第１のポートの反対側に位置する、請求項４に記載のプリントヘッド。
【請求項６】
前記ポートを通る前記液体の流れを制御するように適応されたバルブであり、前記ポートに対して外部に位置するバルブ、
を更に有する請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項７】
前記ポートを通る液体の流れを制御するように適応されたバルブであり、前記ポート内に位置するバルブ、
を更に有する請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項８】
前記フィルタは、均一な大きさを有する複数のスルーホールを含む、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項９】
前記フィルタは、複数の円柱状スルーホールと複数のテーパー状スルーホールとのうちの一方を含む、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項１０】
前記フィルタは電鋳金属材料を含む、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項１１】
前記フィルタは濾過膜及び補強構造を含む、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項１２】
前記フィルタは平面状の部材を含む、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項１３】
前記フィルタは、ステンレス鋼材料、セラミック材料、ポリマー材料、金属材料、半導体材料、又はこれらの組み合わせから製造されている、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項１４】
前記液体チャンバは、ステンレス鋼材料、セラミック材料、ポリマー材料、及びこれらの組み合わせ、のうちの１つから製造されている、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項１５】
前記フィルタと、ノズルプレートと、前記第１の液体チャンバ及び前記第２の液体チャンバの内表面とのうちの１つの少なくとも一部を超音波振動させるアクチュエータ、
を更に有する請求項２に記載のプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、デジタル制御される印刷システムに関し、特に、印刷システムのプリントヘッドによって放出される液体の濾過に関する。
【背景技術】
【０００２】
記録媒体上に情報を印刷するインクジェットプリンタの使用が定着している。この目的で使用されるプリンタは、液滴の連続的な流れ（ストリーム）を放出する連続式印刷システムを含むことができ、該液滴の流れから、プリントデータに従った印刷のために特定の液滴が選択される。他のプリンタは、プリントデータ情報によって具体的に要求されるときにのみ選択的に印刷用液滴を形成して放出するドロップ・オン・デマンド式の印刷システムを含み得る。
【０００３】
連続式プリンタシステムは典型的に、給液システムと該給液システムによって液体供給される複数のノズルを有するノズルプレートとを組み込んだプリントヘッドを含んでいる。給液システムは、各ノズルから個々の液体の流れを噴出するのに十分な圧力で、ノズルに液体を供給する。液体ジェットを形成するのに必要な流圧は、典型的に、ドロップ・オン・デマンド式プリンタシステムで使用される流圧より遙かに高い。
【０００４】
プリンタシステム内の様々なコンポーネントを作製するために、技術的に知られた様々な方法が用いられている。微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）を形成するために使用されている一部の技術は、様々なプリントヘッド部品を形成することにも使用されている。ＭＥＭＳプロセスは典型的に、半導体デバイス製造技術を変更したものを含んでいる。様々なＭＥＭＳプロセスは典型的に、光結像技術をエッチング技術と組み合わせて、様々な造形部を基板内に形成している。光結像技術は、エッチングされるべきでない基板のその他領域に対して選択的にエッチングされるべき基板領域を画成するために使用される。ＭＥＭＳプロセスは、単層基板、又は異なる材料特性を有する複数の材料層からなる基板、に適用され得る。ＭＥＭＳプロセスは、例えばインク供給チャネル、インク容器、電気導体、電極、並びに様々な絶縁体要素及び誘電体要素などのその他のプリントヘッド構造物とともにノズルプレートを作製するために使用されている。
【０００５】
印刷システムにおける粒子汚染は、特に小径ノズルを備えたプリントヘッドを含む印刷システムにおいて、品質及び性能に悪影響を及ぼし得る。液体内に存在する微粒子は、１つ以上のノズル内で、完全なる閉塞又は部分的な閉塞の何れかを引き起こし得る。一部種類の閉塞（詰まり）は、液体を減少させ、あるいは更には、液体がプリントヘッドノズルから吐出されることを阻止してしまい、その他の一部種類の閉塞は、プリントヘッドノズルから噴出される液体の流れが、その所望軌道を外れてランダムに方向付けられることを引き起こしてしまい得る。閉塞の種類に拘わらず、ノズルの閉塞は、高品質印刷に有害であるとともに、プリントヘッドの信頼性に悪影響を及ぼし得る。このことは、シングルパス（一度の通過）で印刷を完遂するページ幅印刷システムを使用するとき、ますます重大になる。シングルパス印刷動作においては通常、所望の画質を達成するようにプリントヘッドの全ての印刷ノズルが動作する。このような印刷システムは媒体の所与の区画を印刷する機械を一度しか有しないので、１つ以上のノズルが詰まっている、あるいは別の理由で適正に機能しないとき、画像アーチファクトが生じ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のプリントヘッドは、粒子汚染に付随する問題を抑制するために、流路の様々な箇所に配置された１つ以上のフィルタ（濾過材）を含んでいる。それでも、プリントヘッド及び印刷システムにおける粒子汚染を抑制すること、並びに、フィルタでの圧力損失を許容可能なレベルにしながら十分な濾過作用を実現するプリントヘッドフィルタが、依然として望まれる。また、ＭＥＭＳ製造技術を用いてプリントヘッドフィルタを形成する効果的且つ実用的な方法が依然として望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、プリントヘッドは、液体源、第１の基板、フィルタ、及び液体チャンバを含んでいる。第１の基板の一部は、液体源からの液体を放出するように適応されたノズルを画成している。液体チャンバはポートを含んでいる。液体チャンバは、ノズル及びフィルタと流体的に連通し、且つ第１の基板とフィルタとの間に位置する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
以下に提示する本発明の実施形態例の詳細な説明においては、以下の図を含む添付図面を参照する。
【図１】本発明に従って製造される印刷システムの一実施形態例の簡略化した模式ブロック図である。
【図２】本発明に従って製造される連続式プリントヘッドの一実施形態例の模式図である。
【図３】本発明に従って製造される連続式プリントヘッドの一実施形態例の模式図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態例を含む噴出モジュールの模式的な断面図である。
【図４Ｂ】本発明の他の一実施形態例を含む噴出モジュールの模式的な斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態例を含む噴出モジュールにて使用するのに好適なフィルタを製造する方法を記述するフローチャートである。
【図６Ａ】図５に記述された方法を用いて製造されるフィルタの形成段階を示す図である。
【図６Ｂ】図５に記述された方法を用いて製造されるフィルタの形成段階を示す図である。
【図６Ｃ】図５に記述された方法を用いて製造されるフィルタの形成段階を示す図である。
【図６Ｄ】図５に記述された方法を用いて製造されるフィルタの形成段階を示す図である。
【図６Ｅ】図５に記述された方法を用いて製造されるフィルタの形成段階を示す図である。
【図６Ｆ】図５に記述された方法を用いて製造されるフィルタの形成段階を示す図である。
【図６Ｇ】図５に記述された方法を用いて製造されるフィルタの形成段階を示す図である。
【図７】本発明に従って製造される印刷システム流体システムの一実施形態例の模式図である。
【図８】本発明に従って製造される印刷システム流体システムの一実施形態例の模式図である。
【図９】本発明に従って製造される印刷システム流体システムの一実施形態例の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ここでの説明は、特に、本発明に係る装置の部分を形成する、あるいは該装置とより直接的に協働する要素に向けられる。理解されるように、特に図示あるいは説明しない要素は、当業者に周知の様々な形態を取り得る。以下の説明及び図面において、可能な場合には、相等しい要素を指し示すために同一の参照符号を使用している。
【００１０】
明瞭性のため、本発明の実施形態例は、縮尺通りではなく、模式的に図示されている。当業者は、本発明の実施形態例の要素群の具体的なサイズ及び相互接続を容易に決定することができるであろう。
【００１１】
ここに記載されるように、本発明の実施形態例により、典型的にインクジェット印刷システムで使用されるプリントヘッド又はプリントヘッド部品が提供される。しかしながら、精密に計測されて高い空間精度で置かれる必要がある液体（インク以外）を放出するインクジェットプリントヘッドを使用する数多くのその他の用途も現れつつある。従って、ここでは、用語“液体”及び“インク”は、以下に記載のプリントヘッド又はプリントヘッド部品によって吐出されることが可能な如何なる材料をも意味する。
【００１２】
図１−３を参照するに、以下に記載の本発明を含む印刷システム及び連続式プリントヘッドの実施形態例が示されている。本発明はまた、例えばドロップ・オン・デマンド式プリントヘッド及び他種類の連続式プリントヘッドを含んだ、その他の種類のプリントヘッド又は噴出モジュールにも適用されるものである。
【００１３】
図１を参照するに、連続式印刷システム２０は、ラスタ画像データ、ページ記述言語の形態のアウトライン画像データ、又はその他の形態のデジタル画像データを提供する画像源（ソース）２２、例えばスキャナ又はコンピュータなど、を含んでいる。この画像データは、画像処理ユニット２４によって、中間調（ハーフトーン）にされたビットマップ画像データに変換される。画像処理ユニット２４はまた、この画像データをメモリに記憶する。複数の液滴形成機構制御回路２６が、画像メモリからデータを読み出し、プリントヘッド３０の１つ以上のノズルに結合された液滴形成機構２８に、時間変化する電気パルスを与える。これらのパルスは、連続したインクジェットストリームから形成される液滴が、画像メモリ内のデータによって指定される適切位置にて記録媒体３２上にスポットを形成するように、適切な時に適切なノズルに与えられる。
【００１４】
記録媒体３２は、記録媒体移送システム３４により、プリントヘッド３０に対して移動される。記録媒体移送システム３４は、マイクロコントローラ３８によって制御される記録媒体移送制御システム３６によって電子制御される。図１に示した記録媒体移送システムは単なる概略であり、数多くの異なる機械構成も可能である。例えば、記録媒体３２へのインク滴の転写を支援するよう、記録媒体移送システム３４として転写ローラーが用いられてもよい。そのような転写ローラー技術は技術的に周知である。ページ幅プリントヘッドの場合、静止したプリントヘッドを通り過ぎるように記録媒体３２を移動させると非常に好都合である。しかしながら、走査式プリントシステムの場合には通常、相対的なラスタ動作にて、１つの軸（副走査方向）に沿ってプリントヘッドを移動させ、且つ直交する軸（主走査方向）に沿って記録媒体を移動させると非常に好都合である。
【００１５】
インクは、加圧下のインク容器４０に格納される。非印刷状態において、連続的なインクジェット滴ストリームは、当該ストリームを阻止し且つインクリサイクルユニット４４によってインクの一部を再利用することを可能にし得るインクキャッチャー４２により、記録媒体３２に到達することができない。インクリサイクルユニットは、インクを再調整し、それを容器４０へと送り戻す。そのようなインクリサイクルユニットは技術的に周知である。最適動作に好適なインク圧は、ノズルの幾何学形状及び熱特性並びにインクの熱特性を含む多数の要因に依存する。インク圧調整器４６の制御下でインク容器４０に圧力を印加することによって、一定のインク圧を達成することができる。他の例では、インク容器を非加圧のままとする、あるいは更には減圧（真空）下におくことができ、ポンプを用いてインク容器からプリントヘッド３０へインクが送り届けられる。このような一実施形態において、インク圧力調整器４６はインクポンプ制御システムを有することができる。図１に示すように、キャッチャー４２は、一般的に“ナイフエッジ”キャッチャーと呼ばれるタイプのキャッチャーである。
【００１６】
インクは、チャネルと呼ばれることもあるインクマニフォールド４７を通してプリントヘッド３０に配給される。インクは好ましくは、プリントヘッド３０のシリコン基板を貫通するようにエッチングされたスロット又は孔を通って、複数のノズルと例えばヒーターなどの液滴形成機構とが位置する該基板の前面へと流れる。プリントヘッド３０がシリコンから形成されるとき、液滴形成機構制御回路２６はプリントヘッドと集積されることができる。プリントヘッド３０はまた、図２及び３を参照して更に詳細に後述する偏向機構を含む。
【００１７】
図２を参照するに、連続液プリントヘッドの模式図が示されている。プリントヘッド３０の噴出モジュール４８は、ノズルプレート４９内に形成されたアレイ状あるいは複数のノズル５０を含んでいる。図２において、ノズルプレート４９は噴出モジュール４８に取り付けられている。しかしながら、図３に示すように、ノズルプレート４９は噴出モジュール４８の、一体化された一部であってもよい。
【００１８】
例えばインクである液体が、一般滴に液体ジェット又は液体フィラメント５２と呼ばれるストリームを形成するよう、加圧下でアレイの各ノズル５０を通して放出される。図２において、アレイ状あるいは複数のノズルは、図の奥及び手前へと延在している。典型的に、ノズル５０の開口（オリフィス）サイズは約５μｍから約２５μｍである。
【００１９】
噴出モジュール４８は、各ノズルを通して、第１のサイズ又は体積を有する液滴と、第２のサイズ又は体積を有する液滴とを形成するように動作可能である。これを達成するため、噴出モジュール４８は、例えばヒーター、圧電アクチュエータ、又は電気流体力学的刺激装置といった液滴刺激装置又は液滴形成装置２８を含んでおり、これが、選択的に作動されるときに、例えばインクである各液体ジェット５２を乱すことにより、各ジェットの部分群が該ジェットからちぎれ、且つまとまって液滴群５４、５６を形成するように誘導する。
【００２０】
図２において、液滴形成装置２８は、ノズル５０の片側又は両側でノズルプレート４９内に位置した、例えば非対称なヒーター又はリング状のヒーター（セグメント化されているかセグメント化されていないかの何れか）といったヒーター５１である。このタイプの液滴形成は、例えば、２００２年１０月１日に発行されたＨａｗｋｉｎｓ等の米国特許第６４５７８０７号、２００２年１２月１０日に発行されたＪｅａｎｍａｉｒｅの米国特許第６４９１３６２号、２００３年１月１４日に発行されたＣｈｗａｌｅｋ等の米国特許第６５０５９２１号、２００３年４月２９日に発行されたＪｅａｎｍａｉｒｅの米国特許第６５５４４１０号、２００３年６月１０日に発行されたＪｅａｎｍａｉｒｅの米国特許第６５７５５６６号、２００３年７月８日に発行されたＪｅａｎｍａｉｒｅの米国特許第６５８８８８８号、２００４年９月２１日に発行されたＪｅａｎｍａｉｒｅの米国特許第６７９３３２８号、２００４年１２月７日に発行されたＪｅａｎｍａｉｒｅの米国特許第６８２７４２９号、及び２００５年２月８日に発行されたＪｅａｎｍａｉｒｅの米国特許第６８５１７９６号のうちの１つ以上に記載された特定の態様で知られている。
【００２１】
典型的に、ノズルアレイの各ノズルに１つの液滴形成装置２８が付随する。しかしながら、液滴形成装置２８は複数ノズル５０のグループ又はノズルアレイの全ノズル５０に付随してもよい。
【００２２】
プリントヘッド３０が動作しているとき、液滴５４、５６は典型的に、複数の大きさ又は体積で作り出され、例えば、第１のサイズ又は体積を有する大液滴５６と第２のサイズ又は体積を有する小液滴５４との形態で作り出される。小液滴５４の質量に対する大液滴５６の質量の比は、典型的に、およそ２と１０との間の整数である。液滴５４、５６を含む液滴ストリーム５８は、液滴の経路又は軌道５７を辿る。典型的に、液滴サイズは約１ｐＬから約２０ｐＬまでである。
【００２３】
プリントヘッド３０はまた、液滴軌道５７の一部分を通り過ぎるように例えば空気である気体の流れ６２を導く気体流偏向機構６０を含んでいる。液滴軌道のこの部分のことを偏向ゾーン６４と称する。気体流６２は、偏向ゾーン６４内で液滴５４、５６と交わるとき、液滴軌道を変化させる。液滴が偏向ゾーン６４から出て行くとき、それらは、偏向されないときの液滴軌道５７に対して或る角度（偏向角と呼ばれる）で進行していく。
【００２４】
小液滴５４は気体流によって大液滴５６よりも大きく影響され、その結果、小液滴の軌道６６は大液滴の軌道６８から逸れたものとなる。すなわち、小液滴５４の偏向角は大液滴５６のそれより大きい。気体流６２は、小液滴軌道６６及び大液滴軌道６８の一方を遮断するようにキャッチャー４２（図１及び３に示されている）を位置付けることができるように、十分な液滴偏向、ひいては、小液滴軌道と大液滴軌道との十分な逸脱を提供する。それにより、該一方の軌道を辿る液滴はキャッチャー４２によって収集され、他方の軌道を辿る液滴はキャッチャーを回避して記録媒体３２（図１及び３に示されている）に衝突する。
【００２５】
大液滴軌道６８を遮断するようにキャッチャー４２が位置付けられるとき、小液滴５４は十分に逸らされており、キャッチャー４２と接触することなく記録媒体３２に突き当たる。小液滴が印刷されるとき、これを小液滴印刷モードと称する。小液滴軌道６６を遮断するようにキャッチャー４２が位置付けられるときには、大液滴５６が印刷液滴である。これを大液滴印刷モードと称する。
【００２６】
図３を参照するに、噴出モジュール４８は、アレイ状あるいは複数のノズル５０を含んでいる。チャネル４７（図２に示されている）を通して供給される液体、例えばインクが、加圧下で、アレイの各ノズル５０を通して放出されて液体ジェット５２を形成する。図３において、アレイ状あるいは複数のノズル５０は図の奥及び手前へと延在している。噴出モジュール４８に付随する液適刺激装置又は液滴形成装置２８（図１及び２に示されている）が、選択的に作動されることで、液体ジェット５２が乱され、該ジェットの部分群が該ジェットからちぎれて液滴群を形成する。斯くして、記録媒体３２に向かって進行する大液滴及び小液滴の形態で、液滴が選択的に作り出される。
【００２７】
気体流偏向機構６０の正圧気体流構造６１が、液滴軌道５７の第１の側に位置している。正圧気体流構造６１は、下側の壁７４と上側の壁７６とを含む第１の気体流ダクト（導管）７２を含んでいる。気体流ダクト７２は、正圧源９２から供給された気体流６２を、液体ストリーム５２に対しておよそ４５°の下向き角θで、液滴偏向ゾーン６４（図２にも示されている）の方に導く。必要に応じてのシール８４が、噴出モジュール４８と気体流ダクト７２の上壁７６との間の気密を提供する。
【００２８】
気体流ダクト７２の上壁７６は、（図２に示されるように）液滴偏向ゾーン６４まで延在することを必要としない。図３において、上壁７６は、噴出モジュール４８の壁９６の位置で終端している。噴出モジュール４８の壁９６が、液滴偏向ゾーン６４で終端する上壁７６の一部として機能する。
【００２９】
気体流偏向機構６０の負圧気体流構造６３が、液滴軌道５７の第２の側に位置している。負圧気体流構造は、キャッチャー４２と上側の壁８２との間に位置した、偏向ゾーン６４から気体流を排出する第２の気体流ダクト７８を含んでいる。第２のダクト７８は、当該第２のダクト７８中を流れる気体を除去する助けとなるように使用される負圧源９４に接続されている。必要に応じてのシール８４が、噴出モジュール４８と上壁８２との間の気密を提供する。
【００３０】
図３に示すように、気体流偏向機構６０は正圧源９２及び負圧源９４を含んでいる。しかしながら、意図される具体的な用途に応じて、気体流偏向機構６０は正圧源９２及び負圧源９４のうちの一方のみを含むこともできる。
【００３１】
第１の気体流ダクト７２によって供給される気体は、液滴偏向ゾーン６４内へと導かれ、そこで、大液滴軌道６８を辿る大液滴５６と、小液滴軌道６６を辿る小液滴５４とを生じさせる。図３に示すように、小液滴軌道６６はキャッチャー４２の正面９０によって遮断されている。小液滴５４は、面９０に接触し、面９０を下方に流れ、そして、キャッチャー４２とプレート８８との間に配置あるいは形成された液体返送ダクト８６内へ流れる。収集された液体は、再利用のために再循環されてインク容器４０（図１に示されている）に戻されるか、廃棄されるかの何れかである。大液滴５６はキャッチャー４２を回避して、記録媒体３２の上まで進行する。他の例では、キャッチャー４２は大液滴軌道６８を遮断するように位置付けられ得る。大液滴５６は、キャッチャー４２に接触し、キャッチャー４２内に配置あるいは形成された液体返送ダクト内へ流れる。収集された液体は、再利用のために再循環されるか、廃棄されるかの何れかである。小液滴５４はキャッチャー４２を回避して、記録媒体３２の上まで進行する。
【００３２】
他の例では、非対称なヒーター５１を用いて液体ジェット５２に非対称に熱を印加することによって、偏向を達成することができる。この立場で用いられるとき、非対称ヒーター５１は典型的に、偏向機構に加えて液滴形成機構として動作する。このタイプの液滴形成及び偏向は、例えば、２０００年６月２７日に発行されたＣｈｗａｌｅｋ等の米国特許第６０７９８２１号に記載されて知られている。偏向はまた、静電偏向機構を用いて達成されることも可能である。典型的に、静電偏向機構は、米国特許第４６３６８０８号に記載されたもののように、液滴の帯電と液滴の偏向とを単一の電極内に組み入れるか、別々の液滴帯電電極と液滴偏向電極とを含むかの何れかである。
【００３３】
図３に示すように、キャッチャー４２は、一般的に“コアンダ（Coanda）”キャッチャーと呼ばれるタイプのキャッチャーである。しかしながら、図１に示した“ナイフエッジ”キャッチャー及び図３に示した“コアンダ”キャッチャーは相互に置き換え可能であり、何れが実装されてもよい。他の例では、キャッチャー４２は、以下に限られないが、多孔面キャッチャー、デリミッテド（delimited）エッジキャッチャー、又は上述のものの組み合わせを含め、好適な如何なる設計のものであってもよい。
【００３４】
図４Ａを参照するに、本発明の一実施形態例を含むプリントヘッド３０の噴出モジュール４８の断面図が示されている。プリントヘッド３０は、噴出モジュール４８の少なくとも１つのノズル２５０と流体的に連通した液体源２６０を含んでいる。ノズルプレートと呼ばれることがある第１の基板２４９の部分群が、液体源２６０から供給された液体を放出するように適応されたノズル（群）２５０を画成している。噴出モジュール４８はフィルタ２７０を含んでいる。液体チャンバ２５２が、上記少なくとも１つのノズル２５０及びフィルタ２７０と流体的に連通している。液体チャンバ２５２は、第１の基板２４９の対応する部分によって画成される上記少なくとも１つのノズル２５０とフィルタ２７０との間に位置している。液体チャンバ２５２はポート１５０を含んでいる。ポート１５０はフィルタ２７０に対して下流に位置している。
【００３５】
図４Ａに示すように、液体源２６０は液体マニフォールド４７を含んでいるが、その他の構成の液体源２６０も可能である。液体マニフォールド４７は、当該マニフォールド４７内に位置するポート１２２を通して、液体容器４０（図１に示されている）に流体的に連通して接続される。ポート１２２はフィルタ２７０に対して上流である。液体ジェット２５３を形成するのに十分な圧力の下で、マニフォールド４７からノズル２５０に液体が供給される。液体マニフォールド４７はしばしば第２の液体チャンバと呼ばれ、液体チャンバ２５２は第１の液体チャンバと呼ばれる。
【００３６】
典型的に、ポート１５０は液体の出口として機能し、ポート１２２は入口として機能する。本発明の他の実施形態において、噴出モジュール４８は、更に詳細に後述するように、より多くのポートを含むことができる。ポート１５０及び１２２、並びに更なるポートの機能も変わり得る。これについても更に詳細に後述する。
【００３７】
図４Ａに示すように、フィルタ２７０は、別個に形成されたプリントヘッド部品であり、基板２４９と給液マニフォールド４７との間に取り付けられる。フィルタには液体内の様々な微粒子（図示せず）が与えられ、フィルタ２７０は、濾過された液体がフィルタ２７０の１つ以上の部分からノズル群２５０のうちの何れか又は全てに供給され得るように、ノズル群２５０によって共用される。フィルタ２７０は、液体から粒子状物質を濾過するように適応された複数のポア（細孔）２８０を含んでいる。各ポア２８０は、液体がポア２８０を通って流れるときに所望サイズの粒子状物質を濾過するのに適した大きさ及び形状にされる。例えば、フィルタを挟んでフィルタの上流側と下流側との間で望ましくないレベルの圧力損失又は圧力低下を生じさせることなく、所望サイズの粒子状物質が液体から実効的に濾過されるように、各ポア２８０の断面積、又は各ポア２８０の形状に応じて直径が選定される。また、ポア２８０の個数、大きさ、形状及び間隔は、意図される動作環境に対してフィルタ２７０の構造上の堅牢性が十分であるように選定される。また、フィルタ２７０の高さ（すなわち、厚さ）も、構造的堅牢性を提供し、且つフィルタ２７０を挟んで許容できないほどの大きい圧力損失を生じさせることなく液体からの実効的な濾過を行うように選定される。
【００３８】
フィルタ２７０は、単一の材料層内のスルーホールである複数のポアを含んだ、ふるい型のフィルタである。このようなフィルタが好ましいのは、曲がりくねった経路を含んだフィルタポア２８０と比較して、粒子濾過の許容差がより容易に維持され且つ厳格に守られることが分かっているためである。ポア２８０は円柱状とすることができる。あるいは、ポア２８０は、ポア入口サイズがポア出口サイズと異なり；ポア入口サイズ及びポア出口サイズのうちの小さい方がフィルタポアによって阻止される粒子のサイズを決定するように、傾斜状あるいはテーパー状の壁を含むことができる。ポア２８０は、フィルタの表面に対して垂直に向けられ得る。あるいは、ポア２８０は、例えばフィルタの表面に対して角度を付けられ得る。フィルタ２７０は、２つ以上の材料層を含んでいてもよい。また、高さ又は厚さに関して表されるのが通常であるフィルタ２７０全体サイズは、曲がりくねった経路を含んだフィルタポア２８０と比較して小さくなり得る。曲がりくねった経路を有するポア２８０を含んだフィルタは、一部の用途において、例えば、濾過すべき粒子の大きさがそのようなフィルタ２７０によって一貫して捕捉されるのに十分な大きさである用途において、十分な濾過を提供する。通常、ポア２８０は２次元パターンに配列され、そのとき、ポア２８０は、互いに対して秩序的に、あるいは互いに対してランダムに、の何れかで位置付けられる。複数のポア２８０をともにグループ化してもよく、そのとき、非多孔質セグメントが複数のポアグループ間に位置付けられ得る。典型的に、ポア２８０の大きさは１μｍから１０μｍであり、より好ましくは、１μｍから５μｍである。フィルタ２７０は平面構造として図示されているが、波形フィルタ又はひだ状フィルタも使用され得る。これらのフィルタは、高められたフィルタ容量を有し、過負荷になる前に、より多くの残骸を捕捉することができる。
【００３９】
ポア２８０は、液体５２を濾過するのに適した様々な部分形状を含むことができる。例えば、ポアは、三角形、正方形、楕円形、又は長方形の断面形状を有し得る。ポア２８０がコーナー部を含むとき、コーナー部は丸められるべきである。尖ったコーナーは機械的堅牢性の観点から望ましくない。ポア２８０の大きさは、液体５２内の粒子状物質の測定あるいは予測される大きさに従って異なったものにされ得る。例えば、円形のポア２８０が使用されるとき、直径は４μｍ程度である。三角形のポア２８０が使用されるとき、辺の長さは５μｍ程度である。ポア２８０はまた、１μｍ程度のセルサイズを有する“ハニカム”構成又はセル状構成を有していてもよい。ポア群２８０はまた、一様な形状を有しながら、サイズ的に異なっていてもよい。例えば、ポア２８０は円形にされ得るが、個々のポア２８０は相互に比較して異なる直径を有し得る。しかしながら、ポアを通過する流体の圧力低下と、フィルタ２７０の粒子除去能力との双方がポアサイズに関係するので、効果的な濾過とフィルタ２７０での予測可能な圧力低下とを実現するためには、複数のポア２８０のうちの各ポアが、該複数のポア２８０のうちのその他のポアと比較して、実質的に均一な大きさを有することは好ましい。ポア２８０は、２次元パターンに配列されたスルーホールであり、ポア２８０は互いに対して秩序的に位置付けられる。
【００４０】
フィルタ２７０は、ステンレス鋼材料、セラミック材料、例えばトラックをエッチングされた高分子膜を含むポリマー材料、又は例えば電鋳金属及びエッチングされた金属などのその他金属から製造され得る。フィルタ２７０が電気鋳造されるとき、好適な金属には、例えば、Ｎｉ、Ｐｄ、及びこれらの組み合わせがある。フィルタ２７０が曲がりくねった経路を含むとき、フィルタ２７０は通常、織物メッシュ、繊維状マット、発泡材料、又は曲がりくねった経路を実現するのに適したその他材料から製造される。
【００４１】
図４Ｂを参照するに、本発明の他の一実施形態例を含むプリントヘッド３０の噴出モジュール４８の断面図が示されている。基板８５からノズルプレート４９が形成されており、基板８５の複数部分が複数のノズル５０を画成している。基板８７からマニフォールド４７が形成されている。噴出モジュール４８はまた、噴出モジュール４８内を流れる液体から粒子状物質を濾過するように適応されたフィルタ１００を含んでいる。フィルタ１００は基板９７内に形成されている。本発明のこの実施形態例において、フィルタ１００は濾過膜１０２及びリブ（肋材）構造１３７を含んでいる。ノズル５０及びフィルタ１００は、液体チャンバ５３がノズル５０とフィルタ１００との間に配設されるように、相互に離隔されている。液体チャンバ５３は、フィルタ１００とノズル５０の一部又は全部とに対して共通である。液体マニフォールド４７はしばしば第２の液体チャンバと呼ばれ、液体チャンバ５３は第１の液体チャンバと呼ばれる。図４Ｂには、噴出モジュール４８内での液体の典型的な流れ方向が、矢印“→”を用いて示されている。
【００４２】
液体チャンバ５３はポート１５０を含んでいる。ポート１５０はフィルタ１００に対して下流に位置している。液体マニフォールド４７は、フィルタ１００より上流に位置するポート１２２を含んでいる。ノズルプレート４９、フィルタ１００及びマニフォールド４７は典型的に、別々の部品として形成され、噴出モジュール４８を形成するように組み立てられる。典型的に、ポート１５０は液体の出口として機能し、ポート１２２は入口として機能する。本発明の他の実施形態において、噴出モジュール４８は、更に詳細に後述するように、より多くのポートを含むことができる。ポート１５０及び１２２、並びに更なるポートの機能も変わり得る。これについても更に詳細に後述する。
【００４３】
図４Ｂに示すように、濾過膜１０２は、円柱状の、形状的に一様に丸められ、均一な直径を有し、且つ１μｍから２０μｍのサイズを有するノズルオリフィスを全体的あるいは部分的に詰まらせ得る、あるいは該ノズルオリフィスに別のように悪影響を及ぼし得る粒子を効果的に濾過する大きさにされた、複数のポア１１０を含んでいる。ポア１１０は２次元パターンに配列され、ポア１１０は互いに対して秩序的に位置付けられている。複数のポア１１０が、非多孔質セグメントがポアグループ同士の間に位置付けて、ともにグループ化されている。リブ構造１３７は、これらの非多孔質セグメント内に位置している。フィルタ１００の他の実施形態も可能であり、例えば、図４Ａを参照して説明した代替形態を含む。
【００４４】
液体チャンバ５３は、噴出モジュール４８を構成する部品のうちの１つ以上の中に、あるいはそれとともに形成される。これは、例えば、基板８５、基板９７、及びフィルタ１００（基板９７）とノズルプレート４９（基板８５）との間に位置付けられる基板９５、のうちの１つ以上の全て又は一部を含む。
【００４５】
図４Ｂにおいては１枚の基板から製造されるように示されているが、液体チャンバ５３、並びに例えばノズルプレート４９、フィルタ１００及びマニフォールド４７などのその他のプリントヘッド部品は各々、２枚以上の基板を用いて形成されてもよい。各基板は単一の材料層又は複数の材料層を含み得る。基板の１つ以上は、堆積プロセスによって形成された少なくとも１つの材料層、又はラミネーションプロセス若しくはそれと堆積プロセスとの組み合わせによって設けられた少なくとも１つの材料層を含み得る。一部の実施形態例においては、１つの基板を別の基板に接着するために更なる接着剤が使用され得るが、他の実施形態例においては、基板同士を相互に接着するために更なる接着材は使用されない。液体チャンバ５３、並びに例えばノズルプレート４９、フィルタ１００及びマニフォールド４７などのその他のプリントヘッド部品は各々、例えばセラミック、ポリマー、シリコンなどの半導体材料、ステンレス鋼、及びその他の金属材料を含む様々な材料から製造されることができる。金属材料がフィルタ１００に選択されるとき、その金属は、例えばＮｉ、Ｐｄ及びこれらの組み合わせなど、電着によって堆積される種類とし得る。
【００４６】
図４Ｂにおいて、フィルタ１００は、液体チャンバ５３の全体にまたがるように、あるいは液体チャンバ５３がノズル５０を“橋渡し（ブリッジ）”するように配置された、平面状の膜１０２を含んでいる。従って、液体チャンバ５３の部分は、濾過膜１０２、基板８５の部分、及び基板９５の部分によって画成されている。液体チャンバ５３は、複数のポア１１０のうちの少なくとも１つと複数のノズル５０のうちの少なくとも１つとに流体的に連通している。図示のように、液体チャンバ５３内の液体が複数のノズル５０の各々に供給される。液体チャンバ５３は、液体が、濾過膜１０２内に位置するポア１１０を通過した後、且つ液体がノズル５０の方に導かれる前に、ノズル５０のアレイ全体にわたって液圧及び流れ特性が正常化することを可能にする。
【００４７】
図４Ｂに示すように、各ノズル５０は、一般的にノズルボアと呼ばれるノズルオリフィス５０Ａと流体的に連通した液流路５０Ｂを含んでいる。また、液体チャンバ５３と流体的に連通して、各流路５０Ｂは、液体チャンバ５３内の液体の一部を対応するオリフィス５０Ａに供給する。各流路５０Ｂは基板８５内に形成されている。流路５０Ｂは、ここに援用する米国特許第７６０７７６６号明細書に記載されるように、液体が各ノズル５０に入るときに、液体内の乱流の状態を整える助けとなる。図示のように、流路５０Ｂは長方形の形状をしている。流路５０Ｂはその他の形状を含んでいてもよく、また、その他の機能を提供してもよい。例えば、流路５０Ｂのうちの１つ以上は、円形又は楕円形の断面を有していてもよい。流路５０Ｂの壁は、ノズルプレート４９の面に対して実質的に垂直とすることができ、あるいは他の例では、これらの壁は、液流をノズル５０内に一層良好に導くために、対応するノズルオリフィス５０Ａの方に延在するにつれて近付き合うようにされ得る。
【００４８】
出口１５０は、噴出モジュール４８内で、フィルタ１００から下流に位置に配設されている。出口１５０は、液体がフィルタ１００を通過した後に、液体をノズル５０から遠方且つ噴出モジュール４８外へと導く代替の流れ経路を提供する。出口１５０は、このポートを通過する流体の流れを制御するバルブを含み得る。液体チャンバ５３は１つ以上の出口１５０を含むことができる。図４Ｂに示すように、噴出モジュールは出口１５０Ａ及び出口１５０Ｂを含んでいるが、その他の実施形態例は、より少ない、あるいはより多くの出口を含む。噴出モジュール４８内で液体チャンバ５３の一方側に位置する出口１５０Ａは、ノズル５０から遠ざかる液流経路を提供する。出口１５０Ｂは、液体チャンバ５３の、出口１５０Ａとは反対側に位置している。出口１５０Ｂは典型的に、噴出モジュールのクロスフラッシング処理中に、より良好な流れプロファイル特性を達成するために使用される。出口１５０Ａ及び１５０Ｂは、クロスフラッシング処理中に液体チャンバ５３内に所望の流体流を提供するのに適した大きさにされる。
【００４９】
図４Ｂに示すように、マニフォールド４７は必要に応じて、入口１２２に加えて出口１２４を含む。出口１２４は、フィルタ１００の上流に位置付けられ、クロスフラッシング（洗浄）処理中に、噴出モジュール４８の動作中にマニフォールド４７内又はフィルタ１００上に蓄積した粒子状物質を除去する助けとするために使用される。このタイプのクロスフラッシング処理は、入口１２２から出口１２４まで、マニフォールド４７内のフィルタ１００の上流表面を横切る流れを構築することを含む。このクロスフラッシング処理は、噴出モジュール４８の動作中にフィルタ１００上に蓄積した粒子状物質を除去する助けとなるので、フィルタ１００の上流表面での粒子状物質の蓄積によって生じる圧力低下（一般的に損失と呼ばれる）の変動が抑制される。クロスフラッシング処理を用いてフィルタ１００の上流表面から粒子状物質を周期的に除去することは、フィルタ１００での圧力低下を許容可能なレベルに維持する助けとなり得る。
【００５０】
出口１２４が、フィルタ１００に対して上流のマニフォールド４７内に位置して、マニフォールド４７から粒子を洗い流すことを可能にするのに対し、出口１５０Ａ又は出口１５０Ｂは、フィルタ１００に対して下流に位置する液体チャンバ５３内に位置付けられて、液体チャンバ５３から粒子を洗い流すことを可能にする。出口１５０Ａ又は出口１５０Ｂによって提供されるクロスフラッシング動作は、液体の一部が流路５０Ｂの入口を横切って該入口から離れるように流れることを可能にする。
【００５１】
有利には、ここに記載したように本発明の実施形態例に出口１５０Ａ又は出口１５０Ｂの一方又は双方を組み込むことは、フィルタ１００の下流に位置する液体内に存在する粒子状物質をクロスフラッシングすることによって、プリントヘッドの信頼性及びプリント品質を高める助けとなる。フィルタ１００によって液体は既に濾過されているとはいえ、液体内には依然として粒子状物質が存在し得る。例えば、フィルタ１００及びノズルプレート４９が別々に形成された部品であって、後に、噴出モジュール４８を形成するように組み立てられる場合、ノズル５０の１つ以上の各々を部分的あるいは完全に塞ぎ得る不所望の粒子状物質が、組立プロセス中に生成され得る。また、プリントヘッド３０が或る期間にわたって使用されていないとき、液体に伴う凝固作用により、ノズル５０の１つ以上の内部に妨害物が成長することがある。例えば、一部の顔料ベースのインクは、プリントヘッド３０が幾らかの時間にわたって動作されないとき、ノズル５０内に比較的軟らかい詰め物を形成し得る。出口１５０Ａ又は出口１５０Ｂは、クロスフラッシング動作を生成するために使用されることができ、上述の粒子状物質及び妨害物の除去を支援する。
【００５２】
出口１５０Ａ又は出口１５０Ｂは、様々な時にノズル５０から液体をクロスフラッシングするために使用されることができる。例えば、クロスフラッシングは、組立試験の一部として製造時点で実行することができる。他の例では、クロスフラッシングが現場でも使用され得るように印刷システムを構成することができる。クロスフラッシングの例について以下にて更に詳細に説明する。一部の実施形態例において、出口１５０Ａ又は出口１５０Ｂは、所定のスケジュールでプリントヘッド３０をクロスフラッシングするために使用される。一部の実施形態例において、出口１５０Ａ又は出口１５０Ｂは自動的にプリントヘッド３０をクロスフラッシングするために使用され、他の実施形態例においては、出口１５０Ａ又は出口１５０Ｂは、オペレータの介入の結果としてプリントヘッド３０をクロスフラッシングするために使用される。一部の実施形態例において、出口１５０Ａ又は出口１５０Ｂは、プリントヘッド３０が起動される度にプリントヘッド３０をクロスフラッシングするために使用される。一部の実施形態例において、出口１５０Ａ又は出口１５０Ｂは、例えば液体ジェットのミスアライメント又は欠損によって生じるプリント欠陥を軽減するために行われる矯正行為の一部として、プリントヘッド３０をクロスフラッシングするために使用される。理解されるように、出口１５０Ａ又は出口１５０Ｂは、インク以外の液体でプリントヘッド３０をクロスフラッシングするように動作され得る。例えば、様々な好適な洗浄剤が使用され得る。一部の実施形態例において、液体チャンバ５３にも、フィルタ１００のポア１１０とは別に、インク以外の液体を液体チャンバ５３に供給するために使用可能な入口が設けられる。
【００５３】
図４Ａ及び４Ｂを参照して上述した実施形態例において、ポート１２２、１２４、１５０Ａ又は１５０Ｂのうちの何れか又は全てに関する流体流が、対応するバルブ１６０によって選択的に塞がれ得る。各バルブ１６０は、液体の一部の流れを、ノズル５０の１つ以上に向かうように、あるいは離れるように、の何れかに選択的に向け直すように操作されることができる。一部の実施形態例において、バルブ１６０は手動操作されるが、他の実施形態例においては、バルブ１６０はマイクロコントローラ３８（図１に示されている）の支配下で操作される。バルブ１６０は、如何なる流体流も発生しない完全な閉位置から、様々な程度の流体流が発生する部分的な開位置又は完全な開位置へと操作されることができる。バルブ１６０は、意図される流体動作圧及び流速を提供するのに好適な如何なるバルブであってもよい。バルブ１６０の選択は、それが液体の様々な材料特性と特に適合することによって、あるいはプリントヘッド動作中の粒子生成の可能性を低減するバルブ１６０の設計特性によって動機付けられ得る。バルブ１６０は、噴出モジュール４８の外部とすることができる。他の例では、バルブ１６０はＭＥＭＳバルブとしてもよく、これは、プリントヘッド３０のその他の部品がＭＥＭＳプロセスを用いて製造される時に有利になり得る。
【００５４】
必要に応じて、チャンバ４７及び濾過膜１００の上流表面から微粒子を除去するクロスフラッシング処理は、噴出モジュール４８又は噴出モジュール４８内の液体を超音波振動させることによって強化され得る。そのような振動は、チャンバの表面及び濾過膜１００の上流表面から微粒子材料を取り除き、それらが噴出モジュールから掃き出され得るようにすることができる。所望の超音波振動を生成するために、噴出モジュールの外装に接合された圧電素子又はアクチュエータが使用され得る。必要に応じて、例えば欧州特許第１０９５７７６号に記載されるようにクロスフラッシングの有効性を更に高めるために、圧電アクチュエータが複数の周波数で駆動される。
【００５５】
図４Ｂに示した実施形態例において、噴出モジュール４８の部品群は、噴出モジュール４８を形成するように組み立てられる別々の複数の部品とすることができる。これらの部品のうちの１つ以上はまた、後述のようにＭＥＭＳ製造技術を用いて形成されて組み立てられ得る。
【００５６】
噴出モジュール４８は、複数の積層された平面状の基板を含んでおり、ノズル５０、液体チャンバ５３及びフィルタ１００がこれらの平面状基板のうちの１つ以上内に形成される。この構成はＭＥＭＳ製造に適している。従って、本発明のこの実施形態例において、例えばノズル５０、液体チャンバ５３又はフィルタ１００といった噴出モジュール４８の複数の機構のうちの１つ以上が、ＭＥＭＳ製造技術を用いて形成される。
【００５７】
導電材料層、半導電性材料層及び絶縁体材料層の様々な組み合わせを有する様々な構成要素を形成するために、ＭＥＭＳ製造技術が選択的に採用される。これらの層のうちの一部又は全ては、パターニングされたマスク層によって制御されるのが一般的な様々な材料堆積・エッチングプロセスによってその中に形成された造形部を有する。上述のように、ノズル５０は、ＭＥＭＳプロセスを用いて基板８５内に形成され得る。ＭＥＭＳプロセスはまた、基板９７からフィルタ１００を形成するために使用され得る。この実施形態例において、基板９７は半導体材料を含む。例えばシリコンなどの半導体材料は、ＭＥＭＳ製造技術を用いて容易に処理される。
【００５８】
基板９７は、リブ構造１３７及び濾過膜１０２を形成するために例えばシリコンである半導体材料の複数部分を除去するようにパターニングされエッチングされる。基板９７の濾過膜１０２内にポア１１０が形成される。図４Ｂに示すように、ポア１１０は複数のポアグループ１２０に配列されるが、その他の構成も可能である。ポア１１０は更なるパターニング・エッチングプロセスを用いて形成される。隣接し合うリブ構造１３７は、濾過膜１０２内に形成された複数のポアグループのうちの１つによって互いに離間される。典型的なリブ構造１３７は、少なくとも１０μｍから約４５０μｍの厚さを有する。典型的な濾過膜１０２は、約２μｍから約１０μｍの厚さを有する。図４Ｂに示すように、リブ構造１３７は、ポアグループ１２０を２つの側で囲む。他の実施形態例において、１つ以上のポアグループ１２０は、１つ以上のリブ構造１３７によって囲まれてもよい。例えば、リブ構造１３７は、濾過膜１０２に対して２次元の格子状に配置され得る。
【００５９】
リブ構造１３７は濾過膜１０２と一体的に形成される。リブ構造１３７は濾過膜１０２を補強する助けとなり、それにより、濾過膜１０２を、その他の場合に可能なものより薄くすることが可能になる。ポアグループ１２０を通って流れるときの液体に関する圧力低下（一般的に損失と呼ばれる）が可能な限り低減されることが望ましい。より薄い濾過膜１０２は、より厚い濾過膜１０２と比較して、フィルタ１００での損失を低減する。故に、より薄い濾過膜１０２を用いるとき、動作圧を低下させることができる。典型的に、信頼性あるシステム動作を維持するためには、動作圧を可能な限り低く保つことが望ましい。高い動作圧は、望ましくない応力をシステムに及ぼす。さらに、動作圧が高くなると、機器コストも高くなり得る。例えば、ポンプを適切な大きさにしなければならず、それによってシステムにコストが追加される。
【００６０】
一部の実施形態例において、フィルタ１００での損失が１０ｐｓｉ以下であることが望まれる。他の実施形態例において、フィルタ１００での損失が５ｐｓｉ以下であることが望まれる。他の実施形態例において、フィルタ１００での損失が３ｐｓｉ以下であることが望まれる。フィルタ１００での損失は液体の流速の関数として変化し得るものであり、より高い流速は、より高い圧力低下を被る。フィルタ１００での圧力低下はまた、例えば、ポア１１０の大きさ、ポア１１０の数、及び濾過膜１０２の厚さなどの因子に依存し得る。ポア１１０は典型的に、液体内の予測あるいは測定されたサイズの粒子状物質を捕捉するように大きさを定められる。概説すれば、ポアの実効的な直径は、ノズル５０のオリフィス５０Ａの実効的な直径の１／２未満、好ましくは１／３未満にすべきである。例えばノズル又はポアなどの開口の実効的な直径とは、開口面積をπで割ったものの平方根の２倍に等しい。例えば、プリントヘッド３０の各ノズル５０は、そのノズル５０を通る流体流の方向で見たときに実効的な直径を有し、各ポア１１０は、そのポア１１０を通る流体流の方向に沿って見たときに実効的な直径を有する。ポア１１０の実効的な直径は、ノズル５０の面積の半分より小さい。
【００６１】
一部の実施形態例において、ポア１１０の数は、液体がフィルタ１００を通って流れるときに予期される圧力低下を低減する助けとなるように増加される。他の実施形態例において、フィルタ１００での予期される圧力低下を低減するよう、濾過膜１０２の厚さが制御される。従って、非常に薄い濾過膜１０２が要求され得る。一部の例において、非常に薄い厚さを有する濾過膜１０２は、フィルタ１００がプリントヘッド３０に取り付けられるときにハンドリングダメージを生じやすい。そのような厚さを有する濾過膜１０２は、濾過膜１０２を挟んで液体５２によって生成される圧力差の影響に耐えることにあまり適していないものとなり得る。本発明に従って形成されるリブ構造１３７は濾過膜１０２を有利に補強し、それにより、それらの繊細な構造の損傷の可能性が低減される。比較的厚い膜を含み、それに対応する大きい圧力低下を伴う従来のプリントヘッドフィルタシステムと異なり、リブ構造１３７の形成は有利なことに、濾過膜での圧力低下を不利に増大させずにダメージに耐えることが可能な補強された濾過膜１０２の形成を可能にする。典型的に、濾過膜１０２の厚さは＜１０μｍ、好ましくは＜５μｍ、より好ましくは＜２μｍである。
【００６２】
図５及び６Ａ−６Ｇを参照するに、本発明の一実施形態例に従った濾過膜１００の部分を製造する方法３００を表すフローチャートが示されている。また、図５のフローチャートによって表される方法に関する様々な処理工程が、図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ及び６Ｇに例示されている。工程３１０にて、第１表面１４１と第２表面１４２とを有する第１の基板１４０が用意される。この実施形態例において、第１の基板１４０は、例えばシリコンといった半導体材料を含む。工程３１５にて、図６Ａに示すように、第１表面１４１上に材料層１５５が設けられる。この実施形態例において、材料層１５５は、第１表面を二酸化シリコンで被覆することによって形成される二酸化シリコン層である。例えばオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、窒化シリコン、酸窒化シリコン及び炭化シリコンといった、その他の材料が使用されてもよい。一部の実施形態例において、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）層、酸窒化シリコン層又は炭化シリコン層といった、１つ以上の更なる層も設けられる。
【００６３】
工程３２０にて、材料層１５５内に複数のポアグループ１２０が形成される。この実施形態例において、図６Ｂに示すように、例えばフォトレジストといった第１のマスク層１５６が、材料層１５５の表面に堆積されてパターニングされる。そして、パターニングされた第１のマスク層１５６によって露出された材料層１５５が、エッチャントを用いてエッチングされて、図６Ｃに示すような複数のポアグループ１２０が形成される。第１のマスク層１５６は、この時点で、あるいは、そうすることが望ましい場合には後の時点で除去されることができる。この実施形態例において、材料層１５５は、形成された濾過膜１０２を組み込んだプリントヘッド３０に所望の液体が流されるときに予期される圧力低下、を低減するように選定された厚さを有する。
【００６４】
工程３２５にて、第１の基板１４０内に複数のリブ構造１３７が形成される。この実施形態例において、図６Ｄに示すように、例えばフォトレジストといった第２のマスク層１５７が第１の基板１４０の第２表面１４２に堆積されてパターニングされる。そして、パターニングされた第２のマスク層１５７によって露出された第１の基板１４０の部分が、エッチャントを用いてエッチングされて、図６Ｅに示すような複数のリブ構造１３７が第１の基板１４０内に形成される。リブ構造１３７は、連続したポアグループ１２０同士の間に位置するように配置される。本発明のこの実施形態例において、リブ構造１３７は、ポアグループ１２０に近接した材料層１５５の部分を補強するために形成される。図６Ｅにおいて、第２のマスク層１５７は除去されている。一実施形態例において、ポアグループ１２０のアスペクト比は４：１であり、リブ構造１３７の大きさはおよそ２０μｍであるが、これらの値は材料の種類及び厚さに応じて変わり得る。好ましくは、濾過膜１０２構造の損傷の可能性を低減するため、ポアグループ１２０のリブ構造１３７同士間の間隔は濾過膜１０２の厚さの２００倍以下、より好ましくは、濾過膜１０２の厚さの７５倍以下にされる。
【００６５】
工程３３０にて、第１表面１７１と第２表面１７２とを有する第２の基板１７０が用意される。この実施形態例において、図６Ｆに示すように、例えばフォトレジストといった第３のマスク層１５８が第２の基板１７０の第１表面１７１に堆積されてパターニングされる。工程３３５にて、パターニングされた第３のマスク層１５８によって露出された第２の基板１７０の部分を、エッチャントを用いてエッチングすることによって、図６Ｇに示すように、第２の基板１７０内に液体チャンバ５３が形成される。液体チャンバ５３は、複数のポアグループ１２０のうちの少なくとも１つとの流体的な連通を可能にするように位置付けられる。図６Ｇにおいて、第３のマスク層１５８は除去されている。液体チャンバ５３は、１つのフィルタ１００及び例えばノズルプレート４９といった１つ以上の更なる基板と結合され、それによりプリントヘッド３０が形成される。
【００６６】
液体チャンバ５３が出口１５０を含んだ一部の実施形態において、このポートの幾何学構成は、基板１７０、基板１４０及び材料層１５５のエッチング部分を定めるために使用される上記マスクのうちの１つ以上に所望のポート形状を含めることによって、これと同じプロセスを用いて作り出され得る。ポートは、基板１７０の側面を貫通して形成されることができ、あるいは代替的に、ポートは基板１４０と材料層１５５とを通り抜けてもよい。図４Ｂに示した（基板８７内に形成される流路の部分と共にポート１５０を形成する）層９５及び層９７内に形成される流路の部分は、この手法で形成され得る。
【００６７】
一部の実施形態例において、第１の基板１４０の第２表面１４２は、第２の基板１７０の第１表面１７１及び第２表面１７２のうちの一方に、更なる接着剤を用いて接着される。一部の実施形態例において、第１の基板１４０を第２の基板１７０に付着させることに、更なる接着剤は使用されない。一部の実施形態例において、第１の基板１４０及び第２の基板１７０は、第１の基板１４０と第２の基板１７０との間に配置されたエッチストップ層を含んだ第３の基板（一体化基板と称する）へと一体化される。そのような一体化基板の一例は、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板である。他の例では、エッチストップ層を使用しない時間制御のエッチングも、好適な構造を形成することができる。
【００６８】
製造方法３００は、例えばＳＯＩ基板などの一体化基板を処理するために様々に変更され得る。例えば、液体チャンバ５３は、パターニングされた第３のマスク層１５８によって露出された第２の基板を、エッチストップ層まで貫通させてエッチングすることによって形成され得る。リブ構造１３７は、第２の基板１７０の様々な領域の除去後に露出されたエッチストップ層の領域をエッチングすることを含むプロセスによって、第１の基板１４０内に形成され得る。製造方法３００にて例示した工程群は、単なる例として与えられたものである。追加あるいは代替の工程又は工程シーケンスも本発明の範囲内にある。
【００６９】
図７−９を参照するに、本発明を含むプリントヘッド３０又は噴出モジュール４８とともに使用するのに好適な流体システムの実施形態例が示されている。これらの流体システムは、上述の噴出モジュール４８のクロスフラッシングを遂行するために使用され得る。大雑把に言えば、クロスフラッシングは、捕捉された粒子又は蓄積した残骸をポートのうちの１つを介して噴出モジュールから除去するように、チャンバを貫通して流体を移動させることを含む。図７を参照するに、バルブ３８０が開いているとき、流体容器４０からの流体が、ポンプ４６Ａによって、フィルタ３５０を介して噴出モジュール４８の入口１２２に送り込まれる。流体は、入口１２２から、フィルタ１００、２７０の上流に位置する流体チャンバ又はマニフォールド４７に流れ込む。流体は、噴出モジュール４８に集積あるいは一体化されたフィルタ１００、２７０を通り過ぎて流体チャンバ５３に入る。バルブ３６０が閉じると、流圧が上昇して、流体チャンバ５３と流体的に連通した複数のノズル５０から流体が吐出される。バルブ３６０が開くと、流体は、ポート１５０Ｂを介して流体チャンバ５３から引き出され、流体容器４０へと戻される。真空ポンプ３７０によって流体容器４０に印加される真空が、ポート１５０Ｂから流体容器４０へと戻る流体の流れを支援する。ポート１２２から流体チャンバ５３を貫いてポート１５０Ｂを介して出て行く流体の流れは、流体チャンバ５３からの粒子の除去を可能にする。
【００７０】
図８は、流体システムの他の一実施形態を示している。図７を参照して説明した流体システムと同様に、噴出モジュール４８の流体チャンバ又はマニフォールド４７に、フィルタ１００、２７０の上流に位置する入口１２２を介して、流体が供給される。フィルタ１００、２７０より下流に位置する流体チャンバ５３は、第１のポート１５０Ａ及び第２のポート１５０Ｂを含んでいる。ポート１５０Ａ及び１５０Ｂを通る流体の流れを制御するために、ポート１５０Ａ及び１５０Ｂに結合されたバルブ３６０及び３９０が使用される。双方のバルブ３６０及び３９０が閉じている場合、流圧が上昇して、流体チャンバ５３に流体的に連通した複数のノズル５０から流体が噴出される。バルブ３６０、３９０の一方又は双方が開いている場合、流体は、対応するポート１５０Ｂ、１５０Ａを通って流れ、流体容器４０に戻される。これは、ポート１５０Ａ、１５０Ｂの何れか又は双方を介して流体チャンバ５３から粒子を除去することを可能にする。一実施形態において、第１のポート１５０Ａ及び第２のポート１５０Ｂに結合されたバルブ３６０及び３９０の双方が同時に開くことで、流体チャンバ５３から流体を迅速に流し出すことが可能になる。他の一実施形態において、一度に１つのバルブ３６０又は３９０が開くことで、先ず流体チャンバ５３の一端から、次いで流体チャンバ５３の他端から、順次に流体を流し出すことが可能になる。これは、開いたポート１５０Ａ又は１５０Ｂ内に、より高い流速を達成することを可能にし、それにより、流体チャンバ５３の対応する端部の一層効果的なフラッシングが実現される。
【００７１】
図９を参照するに、流体システムの他の一実施形態において、噴出モジュール４８は、フィルタ１００、２７０の上流の２つのポート１２２及び１２４と、フィルタ１００、２７０の下流に位置する２つのポート１５０Ａ及び１５０Ｂとの、４つのポートを含む。図９に示した流体システムは、噴出モジュール４８の流体チャンバ５３及び４７をフラッシングするための、より多くの選択肢を提供する。例えば、バルブ３６０、３９０及び４１０が閉じていながら、バルブ３８０及び４００が開いている場合、流体は、マニフォールド４７によって提供される流体チャンバから粒子を流し出すことができる。これは、フィルタ１００、２７０の上流面から粒子を剥がし流す働きをすることができ、フィルタ１００、２７０での圧力低下を許容可能なレベルに保つことの助けとなる。バルブ３９０、４００及び３８０を閉じておきながら、バルブ４１０及び３６０を開くと、液体が流体チャンバ５３をクロスフラッシングすることを引き起こし、該チャンバ内の粒子の除去に役立つ。流体システムから直接的に流体チャンバ５３内に粒子を持ち込む虞を最小化するため、流体チャンバ５３にフィルタ１００、２７０の下流でポート１５０Ａから直に流体を供給するライン内に、フィルタ４２０が置かれている。図９は、流体チャンバ５３をクロスフラッシングするために供給される流体が、マニフォールド４７に供給されるのと同じ流体である一実施形態を示しているが、流体チャンバ５３をクロスフラッシングするために第２の流体容器から第２の流体を供給可能とすることも意図される。
【００７２】
その他に、第１及び第２の流体チャンバの双方を同時にクロスフラッシングするために、バルブ４１０を閉じて、バルブ３８０、４００、３９０及び３６０を開くことができる。バルブ４１０及びポート１５０Ａを介して流体チャンバ５３に流体を供給しながら、ポート１２４及びバルブ４００を介してマニフォールド４７から流体を引き出すことにより、フィルタ１００、２７０をバックフラッシングすることができる。このクロスフラッシング処理の間、バルブ３８０、３９０及び３６０は閉じられる。上述のフラッシング処理のうちの何れかのためにポート１５０Ａを介して第２の流体チャンバに流体を導入するのに先立ち、先ず、或る期間にわたってバルブ３８０、３９０及び４１０を開き且つバルブ３６０及び４００を閉じて、フィルタ４２０及び対応する流体ラインを通して流体を流すことが望ましい。この処理は、ポート１５０Ａを介して第２の流体チャンバに粒子が注入される虞を低減する助けとなる。
【００７３】
必要に応じて、マニフォールド４７、チャンバ５３、フィルタ１００、２７０及びノズルプレート４９の表面又は表面群から微粒子を除去するための様々なフラッシング処理は、フィルタ１００、２７０、ノズルプレート４９、並びに第１の液体チャンバ５３及びマニフォールド（第２の液体チャンバ）４７の内表面のうちの少なくとも１つ又は一部を超音波振動させることによって強化され得る。そのような振動は、これらの表面から微粒子材料を取り除き、粒子が噴出モジュール４８から流し出され得るようにすることができる。所望の超音波振動を生成するために、噴出モジュール４８の外装に接合された圧電素子又はアクチュエータが使用され得る。必要に応じて、例えば欧州特許第１０９５７７６号に記載されるようにクロスフラッシングの有効性を更に高めるために、圧電アクチュエータが複数の周波数で駆動され得る。上述のように、フィルタ１００、２７０は好ましくは、より効果的な粒子除去フラッシング処理を可能にするために、曲がりくねった経路を有するポアではなく、当該フィルタを貫通する直線的なポアを有する材料のシートを含む。
【符号の説明】
【００７４】
２０    連続式印刷システム
２２    画像ソース
２４    画像処理ユニット
２６    機構制御回路
２８    装置
３０    プリントヘッド
３２    記録媒体
３４    記録媒体移送システム
３６    記録媒体移送制御システム
３８    マイクロコントローラ
４０    容器
４２    キャッチャー
４４    リサイクルユニット
４６    圧力調整器
４６Ａ  ポンプ
４７    マニフォールド
４８    噴出モジュール
４９    ノズルプレート
５０    ノズル
５０Ａ  ノズルオリフィス
５０Ｂ  液体流路（チャネル）
５１    ヒーター
５２    液体
５３    液体チャンバ
５４、５６  液滴
５７    軌道
５８    液滴ストリーム
６０    気体流偏向機構
６１    正圧気体流構造
６２    気体（ガス）
６３    負圧気体流構造
６４    偏向ゾーン
６６    小液滴軌道
６８    大液滴軌道
７２    第１の気体流ダクト
７４    下壁
７６    上壁
７８    第２の気体流ダクト
８２    上壁
８５    基板
８６    液体返送ダクト
８７    基板
８８    プレート
９０    正面
９２    正圧源
９４    負圧源
９５    基板
９６    壁
９７    基板
１００  フィルタ
１０２  濾過膜
１１０  ポア
１２０  ポアグループ
１２２、１２４  ポート
１３７  リブ構造
１４０  第１の基板
１４１  第１表面
１４２  第２表面
１５０、１５０Ａ、１５０Ｂ  ポート
１５５  材料層
１５６  第１のマスク層
１５７  第２のマスク層
１５８  第３のマスク層
１６０  バルブ
１７０  第２の基板
１７１  第１表面
１７２  第２表面
２４９  第１の基板
２５０  ノズル
２５２  液体チャンバ
２５３  液体ジェット
２６０  液体源
２７０  フィルタ
２８０  ポア
３００  方法
３１０、３１５、３２０、３２５、３３０、３３５  工程
３５０、４２０  フィルタ
３６０、３８０、３９０、４００、４１０  バルブ
３７０  真空ポンプ
【図１】
2013520341.tif 000003
【図２】
2013520341.tif 000004
【図３】
2013520341.tif 000005
【図４Ａ】
2013520341.tif 000006
【図４Ｂ】
2013520341.tif 000007
【図５】
2013520341.tif 000008
【図６Ａ】
2013520341.tif 000009
【図６Ｂ】
2013520341.tif 000010
【図６Ｃ】
2013520341.tif 000011
【図６Ｄ】
2013520341.tif 000012
【図６Ｅ】
2013520341.tif 000013
【図６Ｆ】
2013520341.tif 000014
【図６Ｇ】
2013520341.tif 000015
【図７】
2013520341.tif 000016
【図８】
2013520341.tif 000017
【図９】
2013520341.tif 000018
【国際調査報告】
2013520341.tif 000019
2013520341.tif 000020
2013520341.tif 000021