(57)【要約】  流体循環吐出システムは、マイクロ流体ダイ、マイクロ流体ダイ内部に駆動チャンバーを有する単一オリフィス流体吐出器、および駆動チャンバーを横切る圧力勾配を生成し、駆動チャンバーを横断して流体を循環させる、マイクロ流体ダイから遠隔の加圧流体源を含んでいてよい。
2021504200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体循環吐出システムであって：
マイクロ流体ダイ；
マイクロ流体ダイ内部に駆動チャンバーを有する単一オリフィス流体吐出器；および
駆動チャンバーを横切る圧力勾配を生成し、駆動チャンバーを横断して流体を循環させる、マイクロ流体ダイから遠隔の加圧流体源を含む、流体循環吐出システム。
【請求項２】
マイクロ流体ダイ内に第１の流動容量を有する液体供給チャネルをさらに含み、駆動チャンバーは第１の流動容量よりも小さな第２の流動容量を備えた流体入口を有する、請求項１の流体循環吐出システム。
【請求項３】
駆動チャンバーの入口に接続された流体供給チャネル；
駆動チャンバーの出口に接続された流体排出チャネル；
流体供給チャネルに接続された流体供給通路；
流体排出通路に接続された流体排出通路；および
流体供給通路および流体排出通路を直接接続するバイパスチャネルをさらに含む、請求項１の流体循環吐出システム。
【請求項４】
加圧流体源は、マイクロ流体ダイから遠隔の流体ポンプを含む、請求項１の流体循環吐出システム。
【請求項５】
マイクロ流体ダイ内に第２の駆動チャンバーを有する第２の単一オリフィス流体吐出器；
マイクロ流体ダイ内に第３の駆動チャンバーを有する第３の単一オリフィス流体吐出器；
駆動チャンバー、第２の駆動チャンバー、および第３の駆動チャンバーの各々の入口に接続された流体供給チャネルをさらに含み、加圧流体源は流体供給チャネルに接続され、駆動チャンバー、第２の駆動チャンバー、および第３の駆動チャンバーの各々を横切る圧力勾配を生成し、駆動チャンバー、第２の駆動チャンバー、および第３の駆動チャンバーを横断して流体を循環させる、請求項１の流体循環吐出システム。
【請求項６】
単一オリフィス流体吐出器、第２の単一オリフィス流体吐出器、および第３の単一オリフィス流体吐出器は列に配置され、システムはさらに、駆動チャンバー、第２の駆動チャンバー、および第３の駆動チャンバーの各々の出口に接続された排出チャネルを含み、流体供給チャネルは列の第１の側に延び、流体排出チャネルは列の第２の側に延びる、請求項５の流体循環吐出システム。
【請求項７】
流体循環吐出システムであって：
流体供給通路および流体排出通路を含むマイクロ流体ダイ；
流体供給通路から流体供給通路に対して垂直に延びる流体供給チャネル；
流体排出通路から流体排出通路に対して垂直に延びる、流体供給チャネルと平行な流体排出チャネル；
流体供給チャネルおよび流体排出チャネルの間にある流体吐出器であって、流体吐出器の各々が：
流体アクチュエータ；および
流体アクチュエータに隣接する駆動チャンバーを含み、この駆動チャンバーが：
流体アクチュエータによって吐出される流体が通過する単一オリフィス；
流体供給通路に接続された流体入口；および
流体排出通路に接続された流体出口を含んでいる流体吐出器；および
加圧流体を流体供給通路に供給して駆動チャンバーを横切る圧力差を生成し、駆動チャンバーを横断して流体を循環させる、マイクロ流体ダイから遠隔の流体源を含む、流体吐循環出システム。
【請求項８】
マイクロ流体ダイによって支持され、各々の流体吐出器の駆動チャンバー、流体入口、および流体出口を形成する第１の層；
第１の層によって支持され、各々の流体吐出器のオリフィスを形成する第２の層をさらに含む、請求項７の流体吐出システム。
【請求項９】
マイクロ流体ダイと第１の層の間に介在層をさらに含み、介在層は各々の流体吐出器の流体供給チャネルおよび各々の流体吐出器の流体排出チャネルの一部分を形成する、請求項８の流体吐出システム。
【請求項１０】
流体供給通路および流体排出通路を直接接続する少なくとも１つのバイパスチャネルをさらに含み、バイパスチャネルはマイクロ流体ダイと介在層の間に延びる、請求項９の流体吐出システム。
【請求項１１】
流体入口は第１の流動容量を有し、流体供給チャネルは第１の流動容量よりも大きな第２の流動容量を有する、請求項７の流体吐出システム。
【請求項１２】
流体源は流体ポンプを含む、請求項７の流体吐出システム。
【請求項１３】
流体排出通路に接続された第２の流体排出チャネル；および
流体供給チャネルと第２の流体排出チャネルの間の第２の流体吐出器をさらに含み、この流体吐出器の各々は：
第２の流体アクチュエータ；および
第２の流体アクチュエータに隣接する第２の駆動チャンバーを含み、この第２の駆動チャンバーは：
第２の流体アクチュエータによって吐出される流体が通過する第２の単一オリフィス；
流体供給通路に接続された第２の流体入口；および
第２の流体排出通路に接続された第２の流体出口を含んでいる、請求項７の流体吐出システム。
【請求項１４】
方法であって：
マイクロ流体ダイ上の単一オリフィス流体吐出器へと、マイクロ流体ダイから遠隔の加圧流体源を用いて加圧流体を供給し；および
加圧流体源により供給される流体を用いて単一オリフィス流体吐出器の駆動チャンバーを横切る圧力差を維持し、駆動チャンバーを横断して流体を循環させることを含む、方法。
【請求項１５】
流体供給通路からの流体を直接に流体排出通路へと差し向けることにより駆動チャンバーをバイパスすることをさらに含む、請求項１５の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
流体吐出器は、比較的小さな容積の流体を選択的に分配するために使用されている。多くの流体吐出器は流体アクチュエータを利用しており、これは流体をノズルオリフィスを通して移動させる。幾つかの用途においては、流体はカートリッジから供給される。他の用途においては、流体は遠隔の源から供給される。
【図面の簡単な説明】
【０００２】
図１は、例示的な流体循環吐出システムの各部を示す概略図である。
【０００３】
図２は、流体を流体吐出器に供給し、また流体吐出器に関して流体を循環させるための、例示的な方法の流れ図である。
【０００４】
図３は、例示的な流体循環吐出システムの各部を示す概略図である。
【０００５】
図４は、例示的な流体循環吐出システムの各部の断面図である。
【０００６】
図５は、５−５線に沿って取った図４のシステムの各部の断面図である。
【０００７】
図６は、６−６線に沿って取った図４のシステムの各部の断面図である。
【０００８】
図７は、流体が図４のシステムにおいて循環する容積を示す斜視図である。
【０００９】
図８は、流体吐出器の駆動チャンバーを横切る流体の循環を示す、図４のシステムの一部分の拡大斜視図である。
【００１０】
図面全体を通して、同一の参照番号は類似した、しかし必ずしも同一ではない要素を指している。図面は必ずしも縮尺通りではなく、幾つかの部材の大きさは、図示の例をより明確に示すために誇張されていてよい。さらにまた、図面は詳細な説明と一貫性のある例示および／または実施形態を提供する；しかしながら詳細な説明は、図面に提示された例示および／または実施形態に限定されるものではない。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
流体吐出器によって分配される多くの流体は、沈降する傾向のある粒子または顔料を含有している。そうした粒子または顔料の沈降は、流体吐出器の性能の低下を導く可能性がある。例えば、顔料の沈降およびデキャップは、水性ＵＶインクのような固形分の多いインクを印刷する場合の挑戦課題である。
【００１２】
本願に開示されているのは、流体吐出器の駆動チャンバーを通過し横切って流体を循環させ、粒子または顔料の沈降を低減させるための、例示的な流体循環吐出システムである。この例示的な流体循環吐出システムは、個別の、または単一オリフィス流体吐出器を横切って流体を循環させる。単一オリフィス流体吐出器は、駆動チャンバーから延びる単一のノズル開口またはオリフィスを有し、粒子または顔料が沈降されうる停滞領域を減少させる。例示的な流体循環吐出システムは、マイクロ流体ダイまたは流体吐出器を支持しているダイから遠隔の加圧流体源を使用して、単一オリフィスを横切り、また駆動チャンバーを横切る圧力勾配を生成することにより、単一オリフィス流体吐出器を横断して流体を循環させる。加圧流体源およびマイクロ流体ダイに関して、用語「遠隔」は、ポンプまたはその他の、加圧流体源の駆動機構が、マイクロ流体ダイ２２それ自体に担持または配置されておらず、ポンプによって生成される何らかの熱が、マイクロ流体ダイ２２から分離されることを意味している。遠隔の加圧流体源によって生成される加圧流体は、管または他のチャネルを介してマイクロ流体ダイへと差し向けられる。加圧流体源は流体吐出器を支持しているマイクロ流体ダイから遠隔にあるため、加圧流体源はマイクロ流体ダイおよび吐出される流体を加熱することはなく、そうでない場合には熱によってもたらされる可能性のある、吐出欠陥または印刷欠陥が低減される。
【００１３】
本願に開示されているのは、流体供給チャネルから、単一オリフィス流体吐出器を横切り、流体排出チャネルへと流体を循環させる、例示的な流体循環吐出システムである。この流体排出チャネルは、駆動チャンバーを横切って循環された流体を、駆動チャンバーから離れるように差し向ける。流体供給チャネルおよび流体排出チャネルは、マイクロ流体ダイの駆動チャンバーに隣接する領域において、相互に分離されている。流体吐出器が、流体を吐出するために熱を発生させる、熱抵抗器の形態の流体アクチュエータを用いる実施形態においては、吐出されていないが熱抵抗器によって加熱されている流体が、新たに供給された流体と実質的に混合することは許されない。駆動チャンバーおよび流体吐出器に供給された、新たな未加熱の流体は、流体吐出器から過剰の熱を移送するのを補助し、流体吐出器に隣接する温度をより均一に維持して、熱によって惹起される印刷欠陥または流体吐出欠陥を低減させる。
【００１４】
幾つかの例示的なシステムは、マイクロ流体チャネルを含むマイクロ流体ダイを有している。マイクロ流体チャネルは、流体ダイのマイクロ流体ダイに、エッチング、微細加工（例えば、フォトリソグラフィ）、マイクロマシニングプロセス、またはこれらの任意の組み合わせを実行することによって形成されてよい。幾つかの例示的なマイクロ流体ダイには、シリコン系のマイクロ流体ダイ、ガラス系のマイクロ流体ダイ、ガリウム砒素系のマイクロ流体ダイ、および／または微細加工デバイスおよび構造について適切な種類の他のそうしたマイクロ流体ダイが含まれていてよい。従って、マイクロ流体チャネル、チャンバー、オリフィス、および／または他のそうした特徴は、流体ダイのマイクロ流体ダイに製作された表面によって規定されていてよい。さらにまた、本願で使用するところでは、マイクロ流体チャネルは、小さな容積の流体（例えば、ピコリットルスケール、ナノリットルスケール、マイクロリットルスケール、ミリリットルスケール、その他）の搬送を容易にするための、十分に小さな大きさ（例えば、ナノメートルサイズのスケール、マイクロメートルサイズのスケール、ミリメートルサイズのスケール、その他）のチャネルに対応していてよい。
【００１５】
本願に開示されているのは例示的な流体循環吐出システムであり、これは、マイクロ流体ダイ、マイクロ流体ダイ内部に駆動チャンバーを有する単一オリフィス流体吐出器、および駆動チャンバーを横切る圧力勾配を生成し、駆動チャンバーを横断して流体を循環させる、マイクロ流体ダイから遠隔の加圧流体源を含んでいる。
【００１６】
本願に開示されているのは例示的な流体循環吐出システムであり、これは、流体供給通路および流体排出通路を含むマイクロ流体ダイ、流体供給通路から流体供給通路に対して垂直に延びる流体供給チャネル、流体排出通路から流体排出通路に対して垂直に延びる、流体供給チャネルと平行な流体排出チャネル、および流体供給チャネルおよび流体排出チャネルの間にある流体吐出器を含んでいてよい。流体吐出器の各々は、流体アクチュエータと、流体アクチュエータに隣接する駆動チャンバーとを含んでいてよい。駆動チャンバーは、流体アクチュエータによって吐出される流体が通過する単一オリフィス、流体供給通路に接続された流体入口、および流体排出通路に接続された流体出口を含んでいる流体吐出器を含んでいてよい。このシステムはさらに、加圧流体を流体供給通路に供給して駆動チャンバーを横切る圧力差を生成し、駆動チャンバーを横断して流体を循環させる、マイクロ流体ダイから遠隔の流体源を含んでいてよい。
【００１７】
本願に開示されているのは、流体を流体吐出器に供給するための例示的な方法である。この方法は、マイクロ流体ダイ上の単一オリフィス流体吐出器へと、マイクロ流体ダイから遠隔の加圧流体源を用いて加圧流体を供給することを含んでいてよい。この方法はさらに、加圧流体源により供給される流体を用いて単一オリフィス流体吐出器の駆動チャンバーを横切る圧力差を維持し、駆動チャンバーを横断して流体を循環させることを含んでいてよい。
【００１８】
図１は、例示的な体循環吐出システム２０の各部を概略的に示している。システム２０は、新鮮で冷たい流体を単一オリフィス流体吐出器を通じて循環させることによって向上された流体吐出性能を提供し、粒子の沈降を低減させ、過剰の熱の高まりを低減させる。システム２０は、単一オリフィス流体吐出器の駆動チャンバーを横切る向上された圧力勾配を促進する構造を提供し、粒子の沈降を低減させる。システム２０は、流体吐出器を支持するマイクロ流体ダイから遠隔の、流体ポンプまたは他の加圧流体源を用い、かくして加圧流体源それ自体が、マイクロ流体ダイへと付加的な熱を導入しないようにされる。システム２０  は、マイクロ流体ダイ２２、単一オリフィス流体吐出器（ＳＯＦＥ）４０、および加圧流体源（ＰＦＳ）５０を含んでいる。
【００１９】
マイクロ流体ダイ２２は、吐出器４０を支持している。マイクロ流体ダイ２２は、マイクロ流体チャネルまたは通路を含んでおり、それによって流体は、単一オリフィス流体吐出器４０へと差し向けられる。マイクロ流体ダイ２２はさらに、導電性ワイヤまたはトレースを支持していてよく、電力信号および制御信号はそれによって、吐出器４０へと伝達される。１つの実施形態においては、マイクロ流体ダイ２２は、流体吐出器の噴射チャンバーおよびノズル開口を形成する付加的な層を支持する基材を含んでいる。１つの実施形態においては、この基材はシリコンから形成されてよく、これに対して他の層は、フォトレジストおよびその他のような、他の材料から形成されている。他の実施形態においては、基材および他の層は、ポリマー、セラミック、ガラスおよびその他といった、他の材料から形成されていてよい。
【００２０】
単一オリフィス流体吐出器４０は、矢印５３によって示されている液滴のような、制御された容積の流体を吐出する。単一オリフィス流体吐出器４０は、噴射チャンバーと、噴射チャンバーから延びる単一オリフィスまたは開口を有し、流体の液滴はこれを通過して吐出される。噴射チャンバーは流体を単一オリフィスまたはノズルへと供給することから、噴射チャンバーの容量（大きさ）は、駆動チャンバーを横断する増大された速度の流体流れをもたらすように低減されてよく、粒子の沈降を低減させる。
【００２１】
単一オリフィス流体吐出器４０は、流体を移動させる流体アクチュエータを含んでいてよい。１つの実施形態においては、流体アクチュエータは熱抵抗器に基づくアクチュエータを含んでいてよく、そこでは抵抗器を通って流れる電流が、隣接する流体を蒸発させるのに十分な熱を発生し、それによって膨張する気泡を生成して、流体をオリフィスを通過して移動させる。他の実施形態においては、流体アクチュエータは、圧電膜に基づくアクチュエータ、静電膜アクチュエータ、機械的／衝撃駆動膜アクチュエータ、磁歪駆動アクチュエータ、または電気的起動に応じて流体に移動を生じさせてよい、他のそうした要素を含んでいてよい。
【００２２】
加圧流体源５０は、マイクロ流体ダイ２２からは遠隔において、吐出器４０に流体的に結合された加圧流体源を含んでいる。用語「流体的に結合」は、２つまたはより多くの流体伝達容積が、相互に直接的に接続され、または中間の容積または空間によって相互に接続され、かくして流体が１つの容積から他の容積へと流動してよいことを意味する。加圧流体源５０は、流体吐出器４０の駆動チャンバーを横切る圧力勾配を生成し、かくして加圧流体源５０によって供給された流体が、駆動チャンバーを通過し横断して循環され（矢印５５および５７によって示されているように）、粒子の沈降を低減させ、過剰の熱を流体吐出器４０から遠くへと除去するようにする。流体吐出器４０から離れるように排出される流体は、流体吐出器４０の近傍で流体吐出器４０へと流入する流体と再混合することは許されない。その結果として、流体吐出器４０によって導入される熱は、流体吐出器４０から除去される。加えて、加圧流体源５０はマイクロ流体ダイ２２から遠隔にあることから、加圧流体源５０は付加的な熱をマイクロ流体ダイ２２または流体吐出器４０へと導入しない。その結果として、吐出器４０の駆動チャンバー内部の流体の温度が不均一または過剰であることにより生ずる、流体吐出エラーは低減されうる。
【００２３】
図２は、流体吐出器へと流体を供給するための例示的な方法１００の流れ図である。方法１００は、単一オリフィス流体吐出器の駆動チャンバーを横切る圧力差または圧力勾配を維持し、駆動チャンバーを横断して流体を循環させて、沈降を低減させ、過剰の熱を駆動チャンバーから除去される。方法１００は、マイクロ流体ダイから遠隔の加圧流体源を用いて圧力差を生成し、駆動チャンバー内部の流体の加熱をさらに低減させる。方法１００は、上述した流体循環吐出システム２０について実施されるものとして説明されるが、方法１００は、以下に説明する任意のシステムまたは他の類似した流体吐出および循環システムについて実施されてよいことが理解されねばならない。
【００２４】
ブロック１０４によって示されているように、加圧流体は、ダイ２２のようなダイ上にある単一オリフィス流体吐出器へと、加圧流体源５０のようなダイから遠隔の加圧流体源を用いて供給される。ブロック１０８によって示されているように、加圧流体源によって供給された流体により、単一オリフィス流体吐出器の駆動チャンバーを横切って圧力差が維持される。この圧力差は、駆動チャンバーを横断する流体の循環を生じさせ、流体の沈降を阻止し、そして熱を駆動チャンバーから除去する。１つの実施形態においては、駆動チャンバーを横切って生成される圧力差は、少なくとも０．１インチｗｃ（インチ水柱）である。
【００２５】
図３は、例示的な流体循環吐出システム１２０の各部を示す概略図である。システム１２０は、マイクロ流体ダイ１２２、単一オリフィス流体吐出器１４０Ａ−１４０Ｎ（集合的に流体吐出器４０として参照する）、および加圧流体源１５０を含んでいる。マイクロ流体ダイ１２２は、マイクロ流体ダイ１２２が複数の単一オリフィス流体吐出器１４０を支持するものとして特定的に説明されていることを除き、上述したマイクロ流体ダイ２２に類似している。
【００２６】
単一オリフィス流体吐出器１４０の各々は、上述した単一オリフィス流体吐出器４０に類似している。各々の流体吐出器１４０は、液滴のような、制御された容積の流体を吐出する。各々の単一オリフィス流体吐出器１４０は、噴射チャンバーおよび単一オリフィス、または噴射チャンバーから延伸する開口を有し、流体の液滴はそこを通過して吐出される。噴射チャンバーが流体を単一オリフィスまたはノズルへと供給することから、噴射チャンバーの大きさ（容積）を低減させて、駆動チャンバーを横断する流体に増大した流速をもたらし、粒子の沈降を低減させるようにしてよい。
【００２７】
単一オリフィス流体吐出器１４０の各々は、流体を移動させる流体アクチュエータを含んでいてよい。１つの実施形態においては、流体アクチュエータは熱抵抗器に基づくアクチュエータを含んでいてよく、そこでは抵抗器を通って流れる電流が、隣接する流体を蒸発させるのに十分な熱を発生し、それによって膨張する気泡を生成して、流体をオリフィスを通過して移動させる。他の実施形態においては、流体アクチュエータは、圧電膜に基づくアクチュエータ、静電膜アクチュエータ、機械的／衝撃駆動膜アクチュエータ、磁歪駆動アクチュエータ、または電気的起動に応じて流体に移動を生じさせてよい、他のそうした要素を含んでいてよい。
【００２８】
加圧流体源１５０は、上述した加圧流体源５０に類似している。加圧流体源１５０は、マイクロ流体ダイ１２２からは遠隔において、吐出器１４０の各々に流体的に結合された加圧流体源を含んでいる。加圧流体源１５０は、流体吐出器１４０の各々の駆動チャンバーを横切る圧力勾配を生成し、かくして加圧流体源１５０によって供給された流体が、駆動チャンバーを通過し横断して循環され（矢印１５５および１５７によって示されているように）、粒子の沈降を低減させ、過剰の熱を流体吐出器１４０から遠くへと移送するようにする。流体吐出器１４０の各々から離れるように排出される流体は、流体吐出器１４０の近傍で流体吐出器１４０へと流入する流体と再混合することは許されない。その結果として、流体吐出器１４０によって導入される熱は、流体吐出器１４０から除去される。加えて、加圧流体源１５０はマイクロ流体ダイ１２２から遠隔にあることから、加圧流体源１５０は付加的な熱をマイクロ流体ダイ１２２または流体吐出器１４０へと導入しない。その結果として、吐出器１４０の駆動チャンバー内部の流体の温度が不均一であることにより生ずる、流体吐出エラーは低減されうる。
【００２９】
図示された例においては、加圧流体源１５０は加圧流体を流体吐出器１４０の各々へと、流体吐出器１４０の各々の入口１３２に接続された、単一の流体供給チャネル１３０を通して供給する。各々の流体吐出器１４０は、流体吐出器１４０から流体を遠くへと移送する、共有された流体排出チャネル１３６に接続された、出口１３４を有している。図示された例においては、流体吐出器１４０は列に配置され、そこにおいて流体供給チャネル１３０および流体排出チャネル１３６は列の両側において延びていて、マイクロ流体ダイ１２２上にコンパクトな配置構成をもたらしている。他の実施形態においては、流体吐出器１４０の各々、または流体吐出器１４０のグループは、専用の流体供給通路および／または流体排出通路を有していてよい。
【００３０】
図４から図７は、流体循環吐出システム２２０の別の例の各部を例示している。システム２０および１２０と同様に、システム２２０は単一オリフィス流体吐出器の駆動チャンバーを横切る圧力勾配を生成することによって、流体を駆動チャンバーを横断して循環させ、粒子の沈降を低減させる。システム２０および１２０と同様に、システム２２０は、マイクロ流体ダイへと熱を導入しない遠隔の加圧流体源を使用して、圧力勾配をもたらす。システム２０および１２０と同様に、システム２２０は、分離された流体供給源、および駆動チャンバーを出たばかりの、加熱されている可能性のある流体の混合を阻止する流体排出チャネルを使用する。システム２２０は、加圧流体源２５０から加圧流体が供給される、複数の単一オリフィス流体吐出器２４０を支持するマイクロ流体ダイ２２２を含んでいる。
【００３１】
マイクロ流体ダイ２２２は、基材２２４、接着層２２６、介在層２２８、チャンバー層２３０およびオリフィス層２３２を含み、これらは流体供給スロット２３４、流体供給チャネル２３６、流体吐出器２４０の駆動チャンバー２３８、流体排出チャネル２４２、流体排出スロット２４４およびバイパスチャネル２５６を形成する。基材２２４は材料層を含んでおり、その中に流体供給スロット２３４および流体排出スロット２３６が形成されている。１つの実施形態においては、基材２２４はシリコン層を含んでいる。他の実施形態においては、基材２２４は、ポリマー、セラミック、ガラス、およびその他の材料から形成されてよい。
【００３２】
接着層２２８は接着材料の層を含み、介在層２２８を基材２２４に接合する。図示の例では、接着層２２６は、バイパスチャネル２４６を形成するように、介在層２２８を基材２２４から離隔している。１つの実施形態においては、接着層２２８はエポキシ接着剤を含んでいる。他の実施形態においては、接着層２２８は他の材料から形成されていてよく、または省略されてよい。
【００３３】
介在層２２８は、接着層２２６とチャンバー層２３０の間に延びる材料層を含んでいる。介在層２２８は、スロット２３４に接続された、流体供給チャネル２３６の入口２５２を形成している。介在層２３０はまた、排出スロット２４４に接続された、流体排出チャネル２４２の出口２５４を形成している。介在層２２８は、チャネル２３６および２４２の製造を容易にし、チャンバー層２３０に溝を形成してチャネル２３６および２４２を形成するのを容易にし、そこにおいて介在層２２８はチャネル２３６および２４２の床を形成する（図４に見られるように）。１つの実施形態においては、介在層２２８はシリコンから形成される。他の実施形態においては、介在層２２８はポリマー、セラミック、ガラスおよびその他の材料から形成されてよい。
【００３４】
チャンバー層２３０は、流体供給チャネル２３６、流体排出チャネル２４２、および駆動チャンバー２３８の天井または上部（システム２２０が流体を下向きの方向に吐出している場合）を形成する材料層を含んでいる。図５はシステム２２０の一部分を通る断面図であり、チャンバー層２３０およびオリフィス層２３２をより詳細に例示している。図５によって示されているように、チャンバー層２３０は介在層２２８と協働して、流体供給チャネル２３６および流体排出チャネル２４２を形成している。チャンバー層２３０は、介在層２２８と反対側でチャンバー層２３０を通って延びる開口２６０を含んでいる。開口２６０の各々は、部分的に上を覆っている駆動チャンバー２３８の入口または供給孔を形成するように配置されている。同様に、チャンバー層２３０は開口２６２を含んでおり、これらは介在層２２８と反対側でチャンバー層２３０を通って延びている。開口２６２の各々は、部分的に上を覆っている駆動チャンバー２３８の出口または排出孔を形成するように配置されている。
【００３５】
図６は、図４の６−６線に沿って取った、システム２２０の断面図である。図６は、流体供給チャネル２３６および流体排出チャネル２３８が交互になった、例示的なレイアウトを説明しており、これらのチャネルは、列に配置された多数の流体吐出器４０へと流体を供給し、また流体を排出させる。図６によって示されているように、各々の流体供給チャネル２３６は、２行の入口２６０を含んでいる。各々の流体排出チャネル２４２は、２行の出口２６２を含んでいる。各々の駆動チャンバー２３８（その幾つかを図６に矩形で概略的に示している）は、隣接する、または連続するチャネル２３６、２４２を横断して差し渡されており、オリフィス２６６が２つのチャネル２３６、２４２のほぼ間にある。図６に示された構造は、単一の流体供給チャネル２３６が、２つの列の流体吐出器２４０の入口２６０へと流体を供給し、また２つの列の流体吐出器２４０の出口２６２から流体を排出することを可能にする。その結果として、この構造は、流体吐出器２４０の各々について分離された流体供給チャネルおよび流体排出チャネルを提供するための、コンパクトで効率的なレイアウトをもたらす。
【００３６】
図４および図５によって示されているように、オリフィス層２３２は、チャンバー層２３０の上に堆積または形成され、各々の噴射チャンバー２３８および各々の吐出器２４０の単一のノズルまたはオリフィス２６６の側面および床面を形成するようにパターニングされた材料層を含んでいる。オリフィス層２３２はチャンバー層２３０と協働して、各々の駆動チャンバー２３８を形成する。１つの実施形態においては、オリフィス層２３２は、ＳＵ８（有機溶媒（ガンマブチロラクトンＧＢＬまたはシクロペンタノン）に溶解されたビスフェノールＡノボラックエポキシ）のような、エポキシ系フォトレジスト材料を含んでいてよく、各々の駆動チャンバー２３８の床面および側面、並びに各々の流体吐出器２４０のノズルまたはオリフィス２６６を形成するための、層２３２のパターニングを容易なものとする。さらに他の実施形態においては、オリフィス層２３２は他の材料から形成されていてよい。
【００３７】
図５によって示されているように、各々の吐出器２４０はさらに、オリフィス２６６にほぼ対面して、各々の駆動チャンバー２３８の内部に流体アクチュエータ２７０を含んでいる。図示の例においては、各々の流体アクチュエータ２３０は、電力源へと電気的に接続された熱抵抗器と、電流を抵抗器へと選択的に供給するための関連するスイッチまたはトランジスタを含んでおり、それによって十分な熱を発生して隣接する流体を蒸発させて膨張する気泡を形成し、それが気化されなかった流体をオリフィス２６６を通過させて移動させ、放出する。他の実施形態においては、各々の流体アクチュエータ２３０は圧電膜に基づくアクチュエータ、静電膜アクチュエータ、機械的／衝撃駆動膜アクチュエータ、磁歪駆動アクチュエータといった他の形態の流体アクチュエータ、または電気的起動に応じて流体に移動を生じさせてよい、他のそうした要素を含んでいてよい。
【００３８】
図７および図８は、システム２２０内部での流体の循環を例示している。図７は、システム２２０内で流体が流動して通過する、種々の通路または容積の大体の形状を示している。図７によって示されているように、マイクロ流体ダイ２２２から遠隔で、また基材２２４から遠隔の、加圧流体源２５０からの加圧流体は、矢印２８１によって示されているようにして、スロット２３４へと供給される。流体は矢印２８２によって示されているようにして入口２５２を通過し、そして矢印２８３によって示されているようにしてマイクロ流体供給チャネル２３６に沿って流動し、チャネル２３６の突き当り２８３に到達し、チャネル２３６を加圧する。供給チャネル２３６内部の加圧流体は、矢印２８５によって示されているようにして、各々の流体吐出器２４０の入口２６０の中へと流動する。流体は、薄く細長いマイクロ流体通路またはチャネルの形態をしている、各々の駆動チャンバー２３８を横断して流動または循環される。流体アクチュエータ２７０（図５に示す）によってオリフィス２６６を通して吐出されなかった流体は、出口２６２を通って流体排出チャネル２４２内へと排出される。
【００３９】
図８は、流体供給チャネル２３６から流体排出チャネル２４２へと、駆動チャンバー２３８を通過し横断する流体の循環を例示している。図８によって示されているように、各々の流体供給チャネル２３６は第１の流動容量（流体が通過して流動してよい断面積）を有し、これに対して各々の駆動チャンバー２３８およびそれに関連する流体入口２６０は第１の流動容量よりも小さな第２の流動容量を有している。入口２６０および駆動チャンバー２３８の流動容量の流動容積は、供給チャネル２３６と排出チャネル２４２の間に形成される圧力勾配と相俟って、粒子の沈降を効果的に阻止する、駆動チャンバー２３８を通る流速をもたらす。
【００４０】
１つの実施形態においては、流体供給チャネル２３６および流体排出チャネル２４２のそれぞれは、１００μｍと４００μｍの間、公称では２７５μｍの幅と、２００μｍと６００μｍの間、公称では３００μｍの高さを有している。流体供給孔の入口２６０および流体排出孔の出口２６２のそれぞれは、１０μｍと５０μｍの間、公称では３０μｍの直径を有している。入口２６０のそれぞれ、および出口２６２のそれぞれは、１０μｍと１２０μｍの間、公称では５０μｍの高さを有している。マイクロ流体チャネルの形態にある、駆動チャンバー２３８の各々は、１０μｍと４０μｍの間、公称では１７μｍの高さ、１０μｍと５０μｍの間、公称では２０μｍの幅、そして５０μｍと５００μｍの間、公称ではマイクロメートルの長さ（入口１６０から出口１６２まで）を有している。図示の例においては、駆動チャンバー２３８およびそれらのそれぞれのノズルオリフィス２６６は、少なくとも１００μｍ、公称では１６９μｍだけ、相互にピッチを有し、または離隔されている。こうした寸法は、流体吐出器２４０のコンパクトなレイアウトおよび配置をもたらし、同時に駆動チャンバー２３８を通過し横断する流体に適切な流速をもたらして、粒子の沈降を阻止し、また熱を個別の流体吐出器２４０の各々から外へ除去する。
【００４１】
図７によってさらに示されているように、出口２６２を通って流体排出チャネル２４２の中へと、矢印２８７によって示されているように排出された流体は、排出チャネル２４２に沿って、チャネル２４２の突き当り２９１に到達するまで、矢印２８９によって示されているように流動し、流体はそこで出口２５４を通過して、矢印２９３によって示されているように流体排出スロット２４４へと入る。図示の例においては、流体吐出器２４０からの熱の除去は、バイパスチャネル２５６によってさらに容易なものとされる。図４によって示されているように、バイパスチャネル２５６は、基材２２４と、チャネル２３６、２４２の床面を形成する介在層２２８の間に延びている。バイパスチャネル２５６は、流体が流体吐出器２４０の各々の後ろ側で横断して循環されてよい、より大きな流動容積をもたらし、過剰の熱を運び去る。流体の大きな循環流量は、異なる流体吐出器２４０にわたり、温度をより均一で一定にすることを容易ならしめ、流体の吐出または印刷性能を、より信頼性のある一貫したものとする。
【００４２】
本開示は、例示的な実施形態に関連して説明されてきたが、本技術の当業者であれば、特許請求された主題の思想および範囲から逸脱することなしに、形態および詳細について変更を行ってよいことを認識するであろう。例えば、異なる例示的な実施形態が、１つまたはより多くの利点をもたらす１つまたはより多くの特徴を含むものとして説明されてきたであろうが、説明された例示的な実施形態において、または他の代替的な実施形態において、説明された特徴を相互に交換してよく、または代替的には相互に組み合わせてよいことが考慮されている。本開示の技術は比較的複雑であることから、すべての技術的な変化を見通すことはできない。本開示は、例示的な実施形態に関して説明され、そして以下の特許請求の範囲に記載するところであるが、最も広くあることを意図していることは明らかである。例えば、特に別様に注記されていない限り、単一の特定の要素を記載している請求項は、そうした特定の要素の複数をも範囲内としている。請求項中の「第１」、「第２」、「第３」といった用語は、単に異なる要素を識別しているだけであり、別様に記載されていない限り、開示された要素の特定の順序または特定の順番と具体的に関連付けられるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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