JP6979118B2 - 流体ダイ - Google Patents

Description

流体カートリッジまたはプリントバーにある流体吐出ダイは、シリコン基板の表面上に、複数の流体吐出素子を含んでいてよい。流体吐出素子を賦活することにより、流体は基板上に印刷されうる。流体吐出ダイは、流体が流体吐出ダイから吐出されるようにするために用いられる、抵抗素子または圧電素子を含んでいてよい。流体は、流体吐出素子が存在しているチャンバと流体的に結合されているスロットおよび流路（チャネル）を通じて、流体吐出素子へと流れるようにされる。

添付図面は本願に記載の原理の種々の例を説明するものであり、明細書の一部をなしている。説明される例は単に例示のために与えられるものであり、特許請求の範囲を限定するものではない。

図１Ａは、本願に記載の原理の例に従う流体流動構造の斜視図である。

図１Ｂは、本願に記載の原理の例に従う図１Ａの流体流動構造の、図１ＡのＡ−Ａ線に沿って示した断面図である。

図１Ｃは、本願に記載の原理の例に従う図１Ａの流体流動構造の、図１ＡのＢ−Ｂ線に沿って示した断面図である。

図２は、本願に記載の原理の例に従う図１Ａの流体流動構造の展開図である。

図３は、キャリアに結合された、本願に記載の原理の例に従う図１Ａの流体流動構造の等測図である。

図４は、本願に記載の原理の例に従う図１Ａの流体流動構造を含む、印刷流体カートリッジのブロック図である。

図５は、本願に記載の原理の例に従う、基材幅のプリントバー中にある多数の流体流動構造を含む印刷装置のブロック図である。

図６は、本願に記載の原理の例に従う、多数の流体流動構造を含むプリントバーのブロック図である。

図７は、本願に記載の原理の例に従う、流体流動構造を形成するための方法の流れ図である。

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定している。図面は必ずしも縮尺通りではなく、幾つかの部品の大きさは、図示の例をより明確に説明するために誇張されている場合がある。さらにまた、図面は詳細な説明と首尾一貫した例および／または実施形態を提示している；しかしながら詳細な説明は、図面に提示された例および／または実施形態に限定されるものではない。

印刷で用いられる流体には、顔料を含有するインクおよび他の流体が含まれてよい。顔料を含有している流体は、顔料の沈降による不具合を受ける場合がある。顔料はインクビヒクルのような印刷可能な流体中に不溶性であってよく、印刷可能な流体中で安定化されていない場合には、集塊形成または凝集を行う個別の粒子を形成してよい。顔料の沈降速度は、顔料の大きさ、密度、形状、または凝集の度合いの相違に基づくものであってよい。顔料が印刷可能な流体から凝集したり沈降したりすることを防止するために、顔料は印刷可能な流体中に均一に分散されてよく、そして印刷可能な流体が印刷に使用されるときまで、分散形態で安定化されてよい。顔料は印刷可能な流体中に、ある粒径分布でもって存在してよいが、これは特に、安定性、光沢、および光学密度（「ＯＤ」）といった動作性能に基づいて選択されてよい。

さらに、顔料が沈降する場合には、印刷可能な流体がその顔料と共に、望ましくない印刷エラーを生ずることなく印刷を行う準備ができていることを確実にするために、デキャップを用いてよい。顔料の沈降は、流体吐出素子が印刷可能な流体を吐出するために使用するノズルの閉塞を惹き起こし、結果的に、例えば最適未満の高さを有するプリント幅などの、最適ではない印刷性能に帰着する。この顔料沈降が壊滅的でなければ、ノズルは関連する印刷装置において、デキャップ処理の形でペン（プリントヘッド）の保守を行う連続工程によって回復されうる。しかしながら、印刷可能な流体の吐出が意図したように行われることを確保するためにデキャップ処理を使用してよいとは言え、そうした処理を行うには時間がかかり、また印刷製品の生成速度は低下する。

顔料の沈降および続いてのノズルのキャップ化（閉塞）が生じないか、または緩和されることが確実になるように、印刷可能な流体の微小再循環を使用してよい。微小再循環プロセスは、プリントヘッドの噴射チャンバ、流体吐出素子、およびノズルの内部にまたは隣接して、多数の微小再循環流路を形成することを含んでいる。印刷可能な流体を微小再循環流路を介して移動させるために、多数の外部ポンプおよび／または内部ポンプを使用してよい。微小再循環流路は、バイパス流体経路として役立ち、そして内部ポンプおよび外部ポンプと共に、印刷可能な流体を噴射チャンバを通して再循環させる。しかしながら、抵抗素子の形態であってよい、微小再循環ポンプによって発生される廃熱が、印刷可能な流体中にとどまり、例えばプリントヘッドダイ内部のシリコン層を含めて、プリントヘッドダイの温度を上昇させる。この温度の上昇は、印刷媒体に、ユーザーが知覚可能な熱的欠陥を生成する。このことは、微小再循環の広範な使用、および顔料の沈降およびノズルのキャップ化を低減または排除するというその利点に対する制約となりうる。

幾つかのプリントヘッドおよびプリントヘッドダイアーキテクチャは低い作動温度を維持することが可能であるが、内部の抵抗器ベースのポンプを含む微小再循環システムからの廃熱は、所望とする作動温度を超えて廃熱を上昇させうる。さらに、幾つかのプリントヘッドおよびプリントヘッドダイアーキテクチャにおいては、マクロ、メソ、および微小（ミクロ）再循環システムの設計上、微小流路が流体供給孔（例えば、インク供給孔（ＩＦＨ））、噴射チャンバ、流体吐出素子、ノズル、またはこれらの組み合わせから離れて配置されることがあり、ダイを効果的に冷却することができない。

本願に記載された例は、流体ダイの長さに沿って画定された少なくとも１つの流体流路を包含している流体流路層を含む、流体ダイを提供する。この流体ダイはまた、流体流路層に結合された介在層を含んでいる。介在層は、介在層に画定された多数の流入ポートを含んでおり、少なくとも１つの流路層を流体源へと流体的に結合し、また介在層に画定された多数の流出ポートを含んでおり、少なくとも１つの流路層を流体源へと流体的に結合する。

介在層に画定される流入ポートおよび流出ポートの数は、最小限の流体経路に基づいていてよい。最小限の流体経路は、流体流路層内部の流体流動の一様性を増大させるために、介在層に画定される流入ポートおよび流出ポートの数によって規定されてよい。

流体ダイは、介在層に結合されたキャリア基板を含んでいてよい。キャリア基板は、流入ポートおよび流出ポートに対応して画定された、多数の開口部を含んでいてよい。

流体ダイはまた、流体供給孔の内部に配置された、多数の微小流体ポンプを含んでいてよい。また、少なくとも１つの流体流路の内部の流体の流れは、流入ポートおよび流出ポートの内部の流体の流れに対して垂直であってよい。流体ダイは、流体吐出デバイスから流体を吐出する流体吐出ダイを含む、流体吐出デバイスであってよい。流体流路層は、流体吐出ダイの内部に画定された多数の流体供給孔を経由して、流体吐出ダイに流体的に結合されてよい。また、流体吐出デバイスの少なくとも一部は、成形可能な材料の内部にオーバーモールドされていてよい。

本願に記載の例はまた、流体ダイの内部で流体を再循環させるためのシステムを提供する。このシステムは、流体リザーバ、および流体リザーバに流体的に結合された流体ダイを含んでいてよい。流体ダイは、流体流路層を含んでいてよい。流体流路層は、流体ダイの長さに沿って画定された少なくとも１つの流体流路、および流体流路層に結合された介在層を含んでいてよい。介在層は、介在層に画定された多数の流入ポートを含んでいてよく、少なくとも１つの流路層を流体源へと流体的に結合し、また介在層に画定された多数の流出ポートを含んでいてよく、少なくとも１つの流路層を流体源へと流体的に結合する。システムはまた、流体リザーバおよび流体ダイに流体的に結合された外部ポンプを含んでいてよく、流入ポートおよび流出ポートを通して流体を移動させるのに十分な圧力差を作用させる。

流体吐出ダイは、流体吐出ダイ内部に画定された多数の流体供給孔を介して流体流路層へと流体的に結合された、流体吐出ダイを含んでいてよい。この流体吐出ダイは、多数のノズル、およびノズルへと流体的に結合された流体噴射チャンバのアレイを含んでいてよく、ノズルを通して流体を吐出する。多数の流体供給孔は、噴射チャンバのアレイへと流体的に結合されている。

システムはまた、介在層に結合されたキャリア基板を含んでいてよい。キャリア基板は、流入ポートおよび流出ポートに対応して画定された、多数の開口部を含んでいてよい。また、流体吐出デバイスの少なくとも一部は、成形可能な材料の内部にオーバーモールドされていてよい。

本願に記載の例はまた、流体流動構造を提供する。この流体流動構造は、流体吐出デバイスの長さに沿って画定された少なくとも１つの流体流路を含有する、流体流路層を含んでいてよい。流体流動構造はまた、流体流路層に結合された介在層を含んでいてよい。この介在層は、介在層に画定された多数の流入ポートを含んでいてよく、少なくとも１つの流路層を流体源へと流体的に結合し、また介在層に画定された多数の流出ポートを含んでいてよく、少なくとも１つの流路層を流体源へと流体的に結合する。

流体流動構造はまた、介在層に結合されたキャリア基板を含んでいてよく、このキャリア基板は、流入ポートおよび流出ポートに対応して画定された、多数の開口部を含む。介在層に画定される流入ポートおよび流出ポートの数は、最小限の流体経路に基づいていてよい。最小限の流体経路は、流体流路層内部の流体流動の一様性を増大させるために、介在層に画定される流入ポートおよび流出ポートの数によって規定されてよい。また、１つの例においては、流体流動構造の流体流路層および介在層は、成形可能な材料中に圧縮成形されていてよい。

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用するところでは、用語「アクチュエータ」は、ノズルから流体を吐出させる任意のデバイス、または任意の他の非吐出型のアクチュエータを指している。例えば、流体吐出ダイのノズルから流体を吐出するよう動作するアクチュエータは、例えばキャビテーション気泡を生成して流体を吐出させる抵抗器または流体吐出ダイのノズルから流体を押し出す圧電アクチュエータであってよい。非吐出型のアクチュエータの例である再循環ポンプは、流体吐出ダイ内部の通路、流路、および経路を通して流体を移動させ、そして任意の抵抗デバイス、圧電デバイス、または他の微小流体ポンプデバイスであってよい。

また、本明細書および添付の特許請求の範囲で使用するところでは、用語「ノズル」は、表面上へと流体を分配する、流体吐出ダイの個々の部品を指している。ノズルは、少なくとも１つの吐出チャンバ、およびノズルの開口を通して流体を吐出チャンバ外へと押し出すのに使用されるアクチュエータと関連していてよい。

また、本明細書および添付の特許請求の範囲で使用するところでは、用語「流体印刷カートリッジ」は、印刷媒体上へとインクのような流体を吐出するのに使用される任意のデバイスを指してよい。一般に、印刷流体カートリッジは、インク、ワックス、ポリマー、生物流体、反応物質、被分析物、薬剤、または他の流体といった、流体を分配する流体吐出デバイスであってよい。流体印刷カートリッジは、少なくとも１つの流体吐出ダイを含んでいてよい。幾つかの例では、流体印刷カートリッジは例えば、印刷装置、３次元（３Ｄ）印刷装置、グラフィックプロッター、コピー機およびファクシミリ装置において使用されてよい。これらの例において、流体吐出ダイはインクまたは別の流体を、紙のような媒体上へと吐出して所望のイメージを形成してよく、または他の場合には所定量の流体を印刷媒体のデジタル的にアドレス指定された部分に配置してよい。

また、本明細書および添付の特許請求の範囲で使用するところでは、用語「長さ」は示された物体の長い方の、または最も長い寸法を指しており、これに対して「幅」は示された物体の短い方の、または最も短い寸法を指している。

さらにまた、本明細書および添付の特許請求の範囲で使用するところでは、用語「多数の」またはこれに類する言い回しは、１から無限までを含む任意の正の数として、広義に解されることを意図している。

さて添付図面を参照すると、図１Ａから図１Ｃは、流体吐出層（１０１）、流体流路層（１４０）および介在層（１５０）を含む、本願に記載の原理の例に従う流体吐出ダイ（１００）の図である。特定的には、図１Ａは、本願で流体吐出ダイ（１００）として参照される、本願に記載の原理の例に従う流体流動構造の斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示されたＡ−Ａ線に沿って取った、本願に記載の原理の例に従う図１Ａの流体吐出ダイ（１００）の断面図である。図１Ｃは、図１Ａに示されたＢ−Ｂ線に沿って取った、本願に記載の原理の例に従う図１Ａの流体吐出ダイ（１００）の断面図である。

印刷媒体のような基材上に流体を吐出するために、流体吐出ダイ（１００）は、流体吐出サブ（部分）アセンブリ（１０２）のアレイを含んでいる。簡単化のために、図１Ａにおいては、１つの流体吐出サブアセンブリ（１０２）が、そして特にそのノズル開口部（１２２）が、図１Ａにおける参照番号で示されている。さらにまた、流体吐出サブアセンブリ（１０２）および流体吐出ダイ（１００）の相対的な大きさは縮尺通りではなく、流体吐出サブアセンブリ（１０２）が説明の目的で拡大されていることに留意すべきである。流体吐出ダイ（１００）の流体吐出サブアセンブリ（１０２）は列またはアレイをなして配列されていてよく、かくして流体吐出サブアセンブリ（１０２）からの流体の、適切に順序付けられた吐出は、流体吐出ダイ（１００）と印刷媒体が相互に相対的に移動されるにつれて、文字、符号、および／または他のグラフィックスまたはイメージが、印刷媒体上に印刷されるようにする。

１つの例においては、アレイ内の流体吐出サブアセンブリ（１０２）は、さらにグループ化してよい。例えば、アレイ内の流体吐出サブアセンブリ（１０２）の第１のサブセット（部分集合）は、インクの１つの色、または１組の流体特性を有する流体の１つの種類に関連していてよく、これに対してアレイ内の流体吐出サブアセンブリ（１０２）の第２のサブセットは、インクの別の色、または流体特性の異なる組を有する流体に関連していてよい。流体吐出ダイ（１００）はコントローラに結合されていてよく、コントローラは流体を流体吐出サブアセンブリ（１０２）から吐出するについて、流体吐出ダイ（１００）を制御する。例えばコントローラは、文字、符号、および／または他のグラフィックスまたはイメージを印刷媒体上に形成する、吐出流体液滴のパターンを画定する。吐出流体液滴のパターンは、コンピューティング装置から受け取った、印刷ジョブコマンド、および／またはコマンドパラメータによって決定される。

図１Ｂおよび図１Ｃは、Ａ−Ａ線およびＢ−Ｂ線のそれぞれに沿う、流体吐出ダイ（１００）の断面図である。図１Ｂおよび図１Ｃにおける参照番号１０４は、内蔵された横断流路を指しており流体流動を指すものではなく、流体流動は点線の矢印によって示されている。また、図面内または紙面内に向かう流体流動の表示は、中に十字を有する円によって示されており、これに対して、図面外または紙面外に向かう流体流動の表示は（もし存在するとすれば）、中に点を有する円によって示される。また、矢尻のついた引き出し線は、矢尻のない引き出し線と対照的に、空所または他の空白部分を示している。

特に、図１Ｂおよび図１Ｃは、アレイの流体吐出サブアセンブリ（１０２）を示している。簡単化のために、図１Ｂおよび図１Ｃにおいては、１つの流体吐出サブアセンブリ（１０２）が参照番号で示されている。流体を吐出するために、流体吐出サブアセンブリ（１０２）は多数の部品を含んでいる。例えば、流体吐出サブアセンブリ（１０２）は、吐出する所定量の流体を保持する吐出チャンバ（１１０）、所定量の流体を吐出するノズル開口部（１１２）、および吐出チャンバ（１１０）内に配置され、所定量の流体をノズル開口部（１１２）を通じて吐出する流体吐出アクチュエータ（１１４）を含んでいてよい。吐出チャンバ（１１０）およびノズル開口部（１１２）は、流体吐出層（１０１）の流体供給孔基板（１１８）の上部に配置される、流体吐出層（１０１）のノズル基板（１１６）に画定されていてよい。幾つかの例においては、ノズル基板（１１６）はＳＵ−８または他の材料で形成されていてよい。

流体吐出アクチュエータ（１１４）について見ると、流体吐出アクチュエータ（１１４）は、噴射抵抗器または他のサーマルデバイス、圧電素子、または吐出チャンバ（１１０）から流体を吐出するための他の機構を含んでいてよい。例えば、流体吐出アクチュエータ（１１４）は噴射抵抗器であってよい。噴射抵抗器は印加された電圧に応じて加熱される。噴射抵抗器が加熱されると、吐出チャンバ（１１０）内にある流体の一部が気化してキャビテーション気泡を形成する。このキャビテーション気泡は流体をノズル開口部（１１２）から、印刷媒体上へと押し出す。気化された流体の気泡が破裂すると、流体は流体供給孔（１０８）から吐出チャンバ（１１０）へと引き込まれ、この過程が繰り返される。この例においては、流体吐出ダイ（１００）はサーマルインクジェット（ＴＩＪ）流体吐出ダイ（１００）であってよい。

別の例においては、吐出流体アクチュエータ（１１４）は圧電デバイスであってよい。電圧が印加されるにつれて、圧電デバイスは形状を変化させ、これが吐出チャンバ（１１０）内に圧力パルスを生成して、流体をノズル開口部（１１２）から、印刷媒体上へと押し出す。この例においては、流体吐出ダイ（１００）はピエゾ電気型インクジェット（ＰＩＪ）流体吐出ダイ（１００）であってよい。

流体吐出ダイ（１００）はまた、流体供給孔基板（１１８）に形成された多数の流体供給孔（１０８）を含んでいる。流体供給孔（１０８）は流体を、対応する吐出チャンバ（１１０）へ、また対応する吐出チャンバ（１１０）から配送する。幾つかの例においては、流体供給孔（１０８）は流体供給孔基板（１１８）の穿孔された膜に形成される。例えば、流体供給孔基板（１１８）はシリコンから形成されていてよく、そして流体供給孔（１０８）は、流体供給孔基板（１１８）の一部を形成する、穿孔されたシリコン膜に形成されていてよい。すなわち、この膜には孔が穿孔されていてよく、この孔はノズル基板（１１６）と接合された場合に吐出チャンバ（１１０）と整列して、吐出過程において流体が流入および流出する経路を形成する。図１Ｂおよび図１Ｃに示されているように、各々の吐出チャンバ（１１０）には２つの流体供給孔（１０８）が対応していてよく、これらの図面において飛び出したウィンドウに描かれた矢印によって示されているように、この対のうち１つの流体供給孔（１０８）は吐出チャンバ（１１０）への入口となり、他方の流体供給孔（１０８）は吐出チャンバ（１１０）からの出口となる。幾つかの例においては、流体供給孔（１０８）は円形の孔、角が丸められた正方形の孔、または他の種類の通路であってよい。

流体吐出ダイ（１００）はまた、流体流路層（１４０）に画定された多数の流体流路（１０４）を含んでいてよい。流体流路（１０４）は、流体吐出デバイスの長さに沿って、流体流路層（１４０）の内部に画定される。流体流路（１０４）は、流体供給孔基板（１１８）の背面側と流体的に連絡するように形成されてよく、そして流体供給孔基板（１１８）の内部に画定された流体供給孔（１０８）に流体を配送し、またそこから流体を配送する。１つの例においては、各々の流体流路（１０４）は、流体供給孔（１０８）のアレイの多数の流体供給孔（１０８）へと、流体的に結合されている。すなわち、流体は流体流路（１０４）に流入し、流体流路（１０４）を通って流動し、それぞれの流体供給孔（１０８）へと通過し、次いで流体供給孔（１０８）から流体流路（１０４）内へと出て、関連する流体配送システムにある他の流体と混合される。幾つかの例においては、流体流路（１０４）を通る流体経路は、矢印によって示されているように、流体供給孔（１０８）を通る流れに対して垂直である。すなわち、流体は流入口に入り、流体流路（１０４）を通って流動し、それぞれの流体供給孔（１０８）へと通過し、次いで流出口から出て、関連する流体配送システムにある他の流体と混合される。流入口、流体流路（１０４）、および流出口を通る流れは、図１Ｂおよび図１Ｃにおいて矢印によって示されている。

流体の流路（１０４）は、任意の数の表面によって画定されている。例えば、流体流路（１０４）の１つの表面は、流体供給孔（１０８）が画定されている流体供給孔基板（１１８）の膜部分によって画定されていてよい。別の表面は少なくとも部分的に、介在層（１５０）によって画定されていてよい。

アレイの個々の流体流路（１０４）は流体供給孔（１０８）および特定の行の対応する吐出チャンバ（１１０）に対応していてよい。例えば、図１Ａに描かれているように、流体吐出サブアセンブリ（１０２）のアレイは複数の行をなして配列されてよく、そして各々の流体流路（１０４）は行と整列されてよく、かくしてある行にある流体吐出サブアセンブリ（１０２）は、同じ流体流路（１０４）を共有してよい。図１Ａは流体吐出サブアセンブリ（１０２）の行を直線で描いているが、流体吐出サブアセンブリ（１０２）の行は傾斜状、湾曲状、山形状、互い違い状、またはその他の配向または配列であってよい。従ってこれらの例においては、流体流路（１０４）は同様に、傾斜状、湾曲状、山形状、またはその他の配向または配列であって、流体吐出サブアセンブリ（１０２）の配置と整列してよい。別の例においては、特定の行の流体供給孔（１０８）は、複数の流体流路（１０４）に対応していてよい。すなわち、この行は直線状であってよいが、流体流路（１０４）は傾斜状であってよい。流体吐出サブアセンブリ（１０２）の２行に対応している流体流路（１０４）について特定的に参照したが、流体吐出サブアセンブリ（１０２）のより多くの行、またはより少ない行が、単一の流体流路（１０４）に対応していてよい。

さらに、図１Ｂおよび図１Ｃに描かれているように、複数の流体流路（１０４）はリブ（１４１）によって隔てられていてよい。リブ（１４１）は、流体吐出層（１０１）のノズル基板（１１６）および流体供給孔基板（１１８）を含む層を、流体流路層（１４０）の上側に支持するのに役立ちうる。１つの例においては、リブ（１４１）は流体流路（１０４）の長さにわたって、隣接する流体流路（１０４）の間を延伸する。別の例においては、リブ（１４１）は流体流路（１０４）の長さに沿って断続的であってよい。

幾つかの例においては、流体流路（１０４）は流体を、流体供給孔（１０８）のアレイの異なるサブセットの行へと配送する。例えば、図１Ｂに描かれているように、複数の流体流路（１０４）は流体を第１のサブセット（１２２−１）にある流体吐出サブアセンブリ（１０２）の行へと配送してよく、また第２のサブセット（１２２−２）にある流体吐出サブアセンブリ（１０２）の行に配送してよい。この例においては、１つの種類の流体、例えば第１の色の１つのインクを、第１のサブセット（１２２−１）へと対応する流体流路（１０４）を経由して提供してよく、また第２の色のインクを、第２のサブセット（１２２−２）へと対応する流体流路（１０４）を経由してい提供してよい。具体的な例においては、モノクロの流体吐出ダイ（１００）は、少なくとも１つの流体流路（１０４）を、流体吐出サブアセンブリ（１０２）の複数のサブセット（１２２）にわたって実装してよい。こうした流体吐出ダイ（１００）は、多色の印刷流体カートリッジにおいて使用してよい。

これらの流体流路（１０４）は、流体吐出ダイ（１００）を通過する流体流動の増大を促進する。例えば、流体流路（１０４）がなければ、流体吐出ダイ（１００）の背面側を通過する流体は、流体供給孔（１０８）に十分近接して流動しない可能性があり、流体吐出サブアセンブリ（１０２）を介して流れる流体と十分に混合されない。しかしながら、流体流路（１０４）は流体を流体吐出サブアセンブリ（１０２）付近に引き入れ、かくしてより大きな流体混合を促進する。増大された流体流動はまた、使用済みの流体が流体吐出サブアセンブリ（１０２）から取り出されることによってノズルの健全性を改善させるが、この使用済みの流体は、流体吐出サブアセンブリ（１０２）の全体にわたって再使用された場合には、流体吐出サブアセンブリ（１０２）に損傷を与える可能性がある。

さらに、より冷たい流体が流体流路（１０４）を通過し、流体供給孔（１０８）の中へ、そして流体流路（１０４）へと戻って移動するにつれて、この冷たい流体は、流体吐出アクチュエータ（１１４）から熱伝達を通じて熱を取り去ることにより、流体吐出アクチュエータ（１１４）が冷却されるようにする。かくして、流体吐出サブアセンブリ（１０２）によって吐出される流体はまた、流体吐出ダイ（１００）の内部で流体吐出アクチュエータ（１１４）を冷却する冷却剤としても役立ち、次いで流体吐出ダイ（１００）を全体として冷却する。

しかしながら、流体が流体吐出ダイ（１００）の長さに沿って、第１の流体吐出アクチュエータ（１１４）を越えて流動するにつれて、流体はそれが第１の流体吐出アクチュエータ（１１４）へと導入された時点よりも相対的に高温になる。流体は、それが連続する第１の流体吐出アクチュエータ（１１４）を越えて通過されるにつれて、段々と高温になる。このことは、流体が流体吐出ダイ（１００）の一端から他端へと流体吐出アクチュエータ（１１４）の行を辿って移動するにつれて、その冷却剤としての効果を段々と小さくさせるものであり、流体が最初に流体流路（１０４）へと導入される流体吐出ダイ（１００）の第１の端部が、流体が流体流路（１０４）から出て行く流体吐出ダイ（１００）の第２の端部よりも相対的に冷たいという熱勾配を、流体吐出ダイ（１００）の長さに沿って生成させる。流体吐出ダイ（１００）におけるこの熱勾配を低減させまたは排除するために、流体流路層（１４０）の流体吐出層（１０１）とは反対側に、流体流路層（１４０）に隣接して介在層（１５０）を含めてよい。

介在層（１５０）は、多数の流入ポート（１５１）および流出ポート（１５２）を含んでいてよい。１つの例においては、流入ポート（１５１）と流出ポート（１５２）は、ほぼ３．８ミリメートル（ｍｍ）のピッチで離隔されていてよい。介在層（１５０）に画定された流入ポート（１５１）および流出ポート（１５２）の大きさ、数、および位置は、流体流路（１０４）内部での流体流動の所望の速度に基づいていてよく、流体流路（１０４）内部での圧力を最適化することを考慮に入れてよい。かくして、任意の数の流入ポート（１５１）および流出ポート（１５２）を介在層（１５０）内部に画定してよい。さらに、流入ポート（１５１）および流出ポート（１５２）の大きさは、流体流路（１０４）内部の局在圧力を最適化するために、お互いに異なっていてよい。かくして、流入ポート（１５１）および流出ポート（１５２）の大きさ、および流入ポート（１５１）および流出ポート（１５２）の各々に提供される流体の圧力は、設計の最適化を可能にするため、相互に異なっていてよい。

流体流路（１０４）が流体吐出ダイ（１００）の長さの大部分を通って延びているとすると、流入ポート（１５１）および流出ポート（１５２）は、他の場合には流体流路（１０４）を介して生じうる圧力降下を管理するのに役立つ。１つの例においては、流体流路（１０４）の厚さおよび幅は、流体流路（１０４）内部における圧力降下を最小限とするために、増大または低減されてよい。

さらに、流入ポート（１５１）および流出ポート（１５２）は、新鮮な冷たい流体を流体流路（１０４）および流体吐出層（１０１）へと提供するのに役立ち、かくして他の場合には流体吐出ダイ（１００）の長さに沿って存在しうる何らかの温度勾配は、低減または排除されてよい。１つの例においては、多数の外部ポンプが、流体流路（１０４）、流入ポート（１５１）、および流出ポート（１５２）へと流体的に結合されてよい。流体流動の矢印によって示されているように、外部ポンプは、流体が流入ポート（１５１）および流出ポート（１５２）内外へと流動するようにし、並びに流体流路（１０４）の内外へと流動するようにする。冷たい流体が流入ポート（１５１）、流体流路（１０４）、そして流体吐出サブアセンブリ（１０２）の流体供給孔（１０８）および吐出チャンバ（１１０）へと常時流入していれば、新鮮な冷たい流体が流体吐出層（１０１）に利用可能とされる。さらに、流体吐出サブアセンブリ（１０２）の流体吐出アクチュエータ（１１４）によって加熱された流体を、流体吐出層（１０１）および流体流路（１０４）から流出ポート（１５２）を用いて引き出すことによって、熱はシステムから連続的に取り去られ、そして流体吐出ダイ（１００）に沿った熱勾配は形成されない。

１つの例においては、添付図面は流体流路（１０４）、流入ポート（１５１）、および流出ポート（１５２）の側壁を真っ直ぐに描いているが、幾つかの例においては、側壁は、ジグザグの側壁のような、起伏のある、または真っ直ぐでない側壁を含んでいてよい。さらに、柱または他の構造体を含めて、微小流路に乱流を生成してよく、流体供給孔（１０８）を通る流体の微小再循環の、流体流路（１０４）、流入ポート（１５１）、および流出ポート（１５２）を通る流体のマクロ再循環への結合を促進してよい。

１つの例においては、多数の内部ポンプを使用して、流体供給孔（１０８）および吐出チャンバ（１１０）を含む微小再循環流路、並びに流体流路（１０４）、流入ポート（１５１）、および流出ポート（１５２）のような相対的により大きなマクロ再循環流路を通して、流体を移動させてよい。これらの内部ポンプは、再循環ポンプの形態であってよく、これは流体吐出ダイ（１００）の内部で経路、流路、および他の通路を通して流体を移動させる、非吐出型のアクチュエータの１つの例である。再循環ポンプは、任意の抵抗性デバイス、圧電デバイス、または他の微小流体ポンプデバイスであってよい。

図２は、本願に記載の原理の例に従う、図１Ａの流体吐出ダイ（１００）の展開図である。任意の製造プロセスを使用して、流体吐出層（１０１）は、流体流路層（１４０）内部に画定された流体流路（１０４）が流体吐出層（１０１）の多数の流体吐出サブアセンブリ（１０２）と整列するように、流体流路層（１４０）に結合される。介在層（１５０）は、介在層（１５０）の画定された流入ポート（１５１）および流出ポート（１５２）が、流体流路層（１４０）内部に画定された流体流路（１０４）と整列するように、流体流路層（１４０）と整列される。

図３は、本願に記載の原理の例に従う、キャリア基板（３００）に結合された、図１Ａの流体吐出ダイ（１００）の等測図である。キャリア基板（３００）は、そこに画定された多数のキャリア開口部（３０１）を含んでいてよく、それらは介在層（１５０）に画定された流入ポート（１５１）および流出ポート（１５２）と整列する。また、多数の電気接触パッド（３０２−１、３０２−２）が、流体吐出ダイ（１００）およびキャリア基板（３００）のそれぞれに含まれていてよい。多数の電気トレース（３０３）が、これらの電気接触パッド（３０２−１、３０２−２）を相互に電気的に結合してよい。電気接触パッド（３０２−１、３０２−２）および電気トレース（３０３）は、流体が制御装置によって命令された通りに分配されるように、流体吐出サブアセンブリ（１０２）の流体吐出アクチュエータ（１１４）に賦活パルスを提供するのに役立つ。

１つの例においては、流体吐出ダイ（１００）の少なくとも一部は、成形可能な材料の内部にオーバーモールドされてよい。１つの例においては、成形可能な材料は、流体吐出層（１０１）の吐出側を除いて、流体吐出ダイ（１００）の全ての側を覆って成形されてよい。また、成形可能な材料は、電気接触パッド（３０２−１、３０２−２）および電気トレース（３０３）を覆って成形されてよく、これらの要素が環境または他の要素、或いは力と接触することがないように保護を行う。成形可能な材料はまた、流体流路（１０４）、流体吐出層（１０１）に画定された流入ポート（１５１）および流出ポート（１５２）、並びにキャリア基板（３００）に画定された開口部（３０１）を除いて、流体吐出ダイ（１００）およびキャリア基板（３００）を部分的に覆ってよい。

図４は、本願に記載の原理の例に従う、図１Ａの流体吐出ダイ（１００）を含む印刷流体カートリッジ（４００）のブロック図である。印刷流体カートリッジ（４００）は、流体吐出ダイ（１００）に流体を再循環させるための任意のシステムであってよく、少なくとも１つの流体吐出ダイ（１００）を収容するハウジング（４０１）を含んでいてよい。ハウジング（４０１）はまた、流体吐出ダイ（１００）と流体的に連結され、流体を流体吐出ダイ（１００）へと提供する流体リザーバ（４５０）を収容してよい。

多数の外部ポンプ（４６０）が、ハウジング（４０１）の内側および／または外側に配置されていてよい。流体リザーバ（４５０）に結合された外部ポンプ（４６０、４７０）は、流体流路（１０４）並びに流入ポート（１５１）および流出ポート（１５２）を通して流体を移動させるのに十分な圧力差を発生させることにより、流体が流体流路（１０４）並びに流入ポート（１５１）および流出ポート（１５２）の内外へと移動するに際して、流体を流体吐出ダイ（１００）の内外へと給送するのに役立つ。

図５は、本願に記載の原理の例に従う、基材幅のプリントバーに多数の流体吐出ダイ（１００）を含む印刷装置（５００）のブロック図である。この印刷装置（５００）は、印刷基材（５３６）の幅にわたるプリントバー（５３４）、プリントバー（５３４）と関連された多数のフローレギュレータ（５３８）、基材搬送機構（５４０）、流体リザーバ（図４、４５０）のような印刷流体供給部（５４２）、およびコントローラ（５４４）を含んでいてよい。コントローラ（５４４）は、プログラミング、プロセッサ（単数または複数）、および関連のメモリを、印刷装置（５００）の作動素子を制御する他の電子回路および部品と共に表している。プリントバー（５３４）は、流体をカットシートまたは連続紙、或いはまたは他の印刷基材（５３６）上へと分配するための、流体吐出ダイ（１００）の配列を含んでいてよい。各々の流体吐出ダイ（１００）は流体を、流体供給部（５４２）からフローレギュレータ（５３８）内を通って延びる流体経路を通して、そしてプリントバー（５３４）に画定された多数のトランスファー成形された流体流路（５４６）を通して受け取る。

図６は、本願に記載の原理の例に従う、多数の流体吐出ダイ（１００）を含むプリントバー（６００）のブロック図である。幾つかの例においては、流体吐出ダイ（１００）は、上述したように、細長い一体型のモールド（６５０）に埋め込まれている。流体吐出ダイ（１００）は端から端まで、多数の行（６４８−１、６４８−２、６４８−３、６４８−４、ここではまとめて６４８として示す）で配置されている。１つの例においては、流体吐出ダイ（１００）は互い違い状の構成で配置されていてよく、そこにおいては各々の行にある流体吐出ダイ（１００）は、同じ行（６４８）にある別の流体吐出ダイ（１００）と重なり合う。この配置において、流体吐出ダイ（１００）の各々の行は、図６において点線で示されているように、少なくとも１つの流体流路（１０４）から流体を受け取る。図６は、互い違い状の流体吐出ダイ（１００）の第１の行（６４８−１）に供給している４つの流体流路（１０４）を描いている。しかしながら、各々の行はそれぞれ、少なくとも１つの流体流路（１０４）を含んでいてよい。１つの例においては、プリントバー（６００）は、シアン、マゼンタ、イエロー、およびブラックのような４つの異なる色の流体またはインクを印刷するように設計されていてよい。この例では、異なる色の流体は、個々の流体流路（１０４）へと分配または給送されていてよい。

図７は、本願に記載の原理の例に従う、流体吐出ダイ（１００）を形成するための方法（７００）の流れ図である。この方法（７００）によれば、ノズルサブアセンブリ（図１、１０２）および流体供給孔（図１、１０８）のアレイが形成（ブロック７０１）されて、流体吐出層（１０１）が生成される。幾つかの例においては、流体供給孔（図１、１０８）は、穿孔されたシリコン膜の一部であってよい。ノズルサブアセンブリ（図１、１０２）、またはより正確にはノズルサブアセンブリ（図１、１０２）のノズル開口部（図１、１１２）および吐出チャンバ（図１、１１０）は、ＳＵ−８のようなノズル基板（図１、１１６）に画定されてよい。従って、流体供給孔（図１、１０８）を含めてノズルサブアセンブリ（図１、１０２）のアレイを形成すること（ブロック７０１）は、穿孔されたシリコン膜をＳＵ−８のノズル基板（図１、１１６）と接合することを含んでいてよい。

多数の流体流路（図１、１０４）を形成（ブロック７０２）してよい。この流体流路（図１、１０４）を形成すること（ブロック７０２）は、数ある製造プロセスの中でも、トランスファー成形プロセス、材料堆積プロセス、または材料融除プロセスを含んでいてよい。流体流路（図１、１０４）が流路層（１４０）に形成され、そしてノズルサブアセンブリ（図１、１０２）が流体吐出層（１０１）に形成されたなら、多数の流入ポート（１５１）および流出ポート（１５２）を介在層（１５０）に形成してよい（ブロック７０３）。流体吐出層（１０１）、流体流路層（１４０）、および介在層（１５０）は、図１Ａから図１Ｃに示されているように、相互に結合されてよく、または多数の材料堆積または融除工程を使用して形成されてよく、流体吐出ダイ（１００）が形成される。

明細書および図面では、流体吐出デバイスの長さに沿って画定された少なくとも１つの流体流路を含む流体流路層を含有する流体ダイが記載されている。この流体ダイはまた、流体流路層に結合された介在層を含んでいる。介在層は、介在層に画定された多数の流入ポートを含み、少なくとも１つの流路層を流体源へと流体的に結合し、そして介在層に画定された多数の流出ポートを含み、少なくとも１つの流路層を流体源へと流体的に結合する。

こうした流体吐出ダイを使用すると、特に、１）流体中の水分濃度を維持することによってノズルの閉塞の蓋然性が低減され、デキャップ処理が低減または排除され、２）噴射チャンバおよびノズルに対するより効率的な微小再循環が促進され、３）ノズルの健全性が改善され、４）ダイ近傍での流体の混合がもたらされて印刷品質が向上され、そして５）流体吐出ダイが対流によって冷却される。本願に開示されたデバイスは、多くの技術分野における他の事項および不具合に対処してよいと考えられる。かくしてこの流体吐出ダイは、本願に記載されたプリントヘッドダイアーキテクチャのすべての利点を提供し、そして同時に、顔料の沈降および熱的欠陥の問題に対処する。

以上の記載は、記載された原理の例を説明および記述するために提示されたものである。この記載は完全であることを意図したものではなく、またこれらの原理を開示された任意の形態だけに限定することを意図したものでもない。上記の教示に照らして、多くの修正および変形が可能である。

Claims (15)

1. 流体ダイであって：
   流体ダイの長さに沿って画定された少なくとも１つの流体流路を包含している流体流路層；および
   流体流路層に結合された介在層を含み、介在層は：
   介在層に画定され、少なくとも１つの流体流路の各々を流体源へと流体的に結合する多数の流入ポート；および
   介在層に画定され、少なくとも１つの流体流路の各々を流体源へと流体的に結合する多数の流出ポートを含み、
   多数の流入ポートおよび多数の流出ポートは流体ダイの長さに沿って配置され、少なくとも１つの流体流路の各々において流体ダイの長さに沿って流体の流れを生じさせる、流体ダイ。
2. 介在層に画定された流入ポートおよび流出ポートは流体ダイの長さに沿って交互に配置されて流体流路層内部の流体流動の一様性を増大させる、請求項１の流体ダイ。
3. 介在層に結合されたキャリア基板を含み、キャリア基板は、流入ポートおよび流出ポートに対応して画定された多数の開口部を含む、請求項１または２の流体ダイ。
4. 流体ダイの長さに沿って画定された少なくとも１つの流体流路は少なくとも２つの流体流路を含み、
   この少なくとも２つの流体流路はそれらの間にリブを画定し、そして
   リブは流体流路の長さにわたって延伸し、または長さに沿って断続的である、請求項１から３のいずれか１の流体ダイ。
5. 少なくとも１つの流体流路の内部の流体の流れは、流入ポートおよび流出ポートの内部の流体の流れに対して垂直である、請求項１から４のいずれか１の流体ダイ。
6. 流体ダイは液体吐出デバイスであって、
   流体吐出デバイスから流体を吐出する流体吐出ダイを含み：
   流体流路層は流体吐出ダイ内部に画定された多数の流体供給孔を介して流体ダイへと流体的に結合されている、請求項１から５のいずれか１の流体ダイ。
7. 流体供給孔の内部に配置された多数の微小流体ポンプを含む、請求項６の流体ダイ。
8. 流体吐出デバイスの少なくとも一部は成形可能な材料の内部にオーバーモールドされている、請求項６または７の流体ダイ。
9. 流体ダイの内部で流体を再循環させるためのシステムであって：
   流体リザーバ；
   流体リザーバに流体的に結合された流体ダイを含み、流体ダイは：
   流体ダイの長さに沿って画定された少なくとも１つの流体流路を包含している流体流路層；および
   流体流路層に結合された介在層を含み、介在層は：
   介在層に画定され、少なくとも１つの流体流路の各々を流体源へと流体的に結合する多数の流入ポート；および
   介在層に画定され、少なくとも１つの流体流路の各々を流体源へと流体的に結合する多数の流出ポートを含み、多数の流入ポートおよび多数の流出ポートは流体ダイの長さに沿って配置され、少なくとも１つの流体流路の各々において流体ダイの長さに沿って流体の流れを生じさせ；そして
   流体リザーバおよび流体ダイに流体的に結合され、流入ポートおよび流出ポートを通して流体を移動させるのに十分な圧力差を作用させる外部ポンプを含む、システム。
10. 流体ダイは：
    流体吐出ダイ内部に画定された多数の流体供給孔を介して流体流路層に流体的に結合された流体吐出ダイを含み、流体吐出ダイは：
    多数のノズル；および
    ノズルへと流体的に結合されてノズルを通して流体を吐出する、流体噴射チャンバのアレイを含み、
    多数の流体供給孔は噴射チャンバのアレイに流体的に結合されている、請求項９のシステム。
11. 介在層に結合されたキャリア基板を含み、キャリア基板は、流入ポートおよび流出ポートに対応して画定された多数の開口部を含む、請求項９または１０のシステム。
12. 流体流動構造であって：
    流体流動構造の長さに沿って画定された少なくとも１つの流体流路を包含している流体流路層；および
    流体流路層に結合された介在層を含み、介在層は：
    介在層に画定され、少なくとも１つの流体流路の各々を流体源へと流体的に結合する多数の流入ポート；および
    介在層に画定され、少なくとも１つの流体流路の各々を流体源へと流体的に結合する多数の流出ポートを含み、
    多数の流入ポートおよび多数の流出ポートは流体ダイの長さに沿って配置され、少なくとも１つの流体流路の各々において流体ダイの長さに沿って流体の流れを生じさせる、流体流動構造。
13. 介在層に結合されたキャリア基板を含み、キャリア基板は、流入ポートおよび流出ポートに対応して画定された多数の開口部を含む、請求項１２の流体流動構造。
14. 介在層に画定された流入ポートおよび流出ポートは流体ダイの長さに沿って交互に配置されて流体流路層内部の流体流動の一様性を増大させる、請求項１２または１３の流体流動構造。
15. 流体流路層および介在層は成形可能な材料中に圧縮成形されている、請求項１２から１４のいずれか１の流体流動構造。

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