BR112017018055B1

BR112017018055B1 - Dispositivo de ejeção de fluido e conjuntos de ejeção de fluido

Info

Publication number: BR112017018055B1
Application number: BR112017018055-3A
Authority: BR
Inventors: Chien-Hua Chen; Michael W. Cumbie; Erik D. Torniainen
Original assignee: Hewlett-Packard Development Company, L.P.
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2023-02-14
Also published as: BR112017018055A2; US20180015732A1; CN107206791B; EP3233500A1; CN107206791A; KR20190049935A; TWI603855B; KR102193259B1; WO2016137490A1; ES2902251T3; PL3233500T3; EP3233500B1; JP2018506455A; US10112408B2; EP3233500A4; CN109080265B; CN109080265A; TW201630754A; KR20170105108A

Abstract

DISPOSITIVO DE EJEÇÃO DE FLUIDO COM ORIFÍCIOS DE ALIMENTAÇÃO DE FLUIDO. Um mol de ejeção de fluido tem um substrato através do qual uma matriz de orifícios de alimentação de fluido é formada. Os orifícios de alimentação de fluido são separados por nervuras . Cada orifício de alimentação de fluido é para orientar o fluido para uma matriz de geradores de gota.

Description

FUNDAMENTOS

[001] Os dispositivos de ejeção de fluidos ejetam gotas sob demanda. Por exemplo, dispositivos de ejeção de fluidos estão presentes em impressoras tridimensionais (3D), impressoras bidimensionais (2D), como impressoras a jato de tinta e outros dispositivos de dispensação digital de alta precisão, como dispositivos de titulação digitais.

[002] As impressoras a jato de tinta imprimem imagens por meio da ejeção de gotas de tinta através de uma pluralidade de bocais para um meio de impressão, como papel. Os bocais são tipicamente dispostos ao longo de uma cabeça de impressão em uma ou mais matrizes, de modo que ejeção corretamente sequenciada de gotas de tinta a partir dos bocais faz com que os caracteres ou outras imagens sejam impressos no meio de impressão à medida que a cabeça de impressão e o meio de impressão se movem um em relação ao outro. As cabeças de impressão de jato de tinta térmicas ejetam gotas a partir dos bocais por passar corrente elétrica através de elementos de aquecimento que geram calor e vaporizam pequenas porções de fluido dentro das câmaras de disparo. As cabeças de impressão a jato de tinta piezoelétricas utilizam atuadores de material piezoelétrico para gerar pulsos de pressão que forçam gotas de tinta para fora dos bocais.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[003] Exemplos serão agora descritos com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[004] A Figura 1 é um diagrama de uma vista de seção transversal de um exemplo de dispositivo de ejeção de fluido;

[005] A Figura 2 é uma vista de seção de elevação ilustrando uma porção de um exemplo de dispositivo de ejeção de fluido moldado;

[006] A Figura 3 é uma vista de seção transversal do exemplo de dispositivo de ejeção de fluido moldado da Figura 2, tomada ao longo de uma linha tracejada A-A da Figura 2;

[007] A Figura 4 ilustra uma vista de seção transversal a partir do fundo do exemplo de dispositivo de ejeção de fluido moldado da Figura 2, tomada ao longo da linha pontilhada B-B da Figura 3;

[008] A Figura 5 é uma vista de seção transversal do exemplo de dispositivo de ejeção de fluido moldado da Figura 2, tomada ao longo da linha tracejada C-C da Figura 2;

[009] A Figura 6 é um diagrama de blocos ilustrando um exemplo de impressora com um cartucho de impressão que incorpora um exemplo de um dispositivo de ejeção de fluido moldado;

[0010] A Figura 7 ilustra uma vista em perspectiva de um exemplo de cartucho de impressão que incorpora um exemplo de um dispositivo de ejeção de fluido moldado;

[0011] A Figura 8 ilustra uma vista em perspectiva de outro exemplo de cartucho de impressão que incorpora um exemplo de um dispositivo de ejeção de fluido moldado;

[0012] A Figura 9 é um diagrama de blocos ilustrando outra impressora de exemplo com um conjunto de ejeção de fluido de meio amplo incluindo um exemplo de um dispositivo de ejeção de fluido moldado;

[0013] A Figura 10 é uma vista em perspectiva ilustrando um exemplo de conjunto de ejeção de fluido incluindo dispositivos de ejeção de fluido; e

[0014] A Figura 11 é uma vista de seção em perspectiva ilustrando o exemplo de conjunto de ejeção de fluido da Figura 10.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0015] Ao fabricar dispositivos de ejeção de fluido, pode ser um desafio reduzir uma largura e / ou espessura de um substrato de uma matriz enquanto mantém ou aumenta a densidade de bocal. Algumas arquiteturas de molde de silício incluem fendas de alimentação de fluido longitudinais formadas através do substrato de molde de silício. Essas fendas de alimentação de fluido longitudinais permitem que o fluido flua de um coletor de distribuição de fluido (por exemplo, uma peça entreposta de plástico ou “chiclet”) na superfície traseira do molde, através do molde, e para uma ou duas linhas completas de câmaras de ejeção de fluido e bocais na superfície frontal do molde. Referido coletor e fendas de alimentação de fluido longitudinais fornecem ventilação para fora fluídica a partir das câmaras de ejeção microscópicas a jusante para canais de fornecimento de fluido maiores a montante. As fendas de alimentação de fluido longitudinais ocupam espaço de molde e podem diminuir a integridade estrutural do molde. Em outros exemplos, as fendas de fluido aumentam complexidade e custo para o processo de integração do molde com o coletor. Reduzir um passo de fenda para alcançar uma largura de molde geral menor, onde um molde tem várias fendas, pode ser complicado, por exemplo, para integrar o molde com o coletor. Assim, de acordo com um exemplo desta descrição, verificou-se que uma quantidade de encolhimento de molde pode ser limitada pela integração do coletor de plástico com fendas de molde de passo reduzido.

[0016] Em outro exemplo, verificou-se que a quantidade de encolhimento de molde e densidade de bocal podem ser limitados através de interferências fluídicas que ocorrem à medida que os geradores de gotas de fluido são mais próximos uns dos outros. Em geral, interferência fluídica ocorre quando a ejeção de uma gota de fluido a partir do bocal de um gerador de gotas afeta a mecânica de fluido em geradores de gotas vizinhos. Ondas de pressão criadas pela ejeção do fluido a partir de uma câmara / bocal podem se propagar em câmaras de fluido adjacentes e causar deslocamentos de fluidos. As alterações de volume resultantes em câmaras adjacentes podem afetar negativamente os processos de ejeção de gota nas câmaras adjacentes (por exemplo, volume de gota, forma de gota, velocidade de ejeção de gota, recarga de câmara).

[0017] Em um exemplo desta divulgação, os dispositivos de ejeção de fluido não possuem fendas de fluido longitudinais formadas a partir da traseira para a frente de um substrato, para alimentar fluido para matrizes de bocais. Em vez disso, um molde de "fita" estreito é moldado em um corpo moldado monolítico que fornece ventilação para fora fluídica através de canais moldados na superfície traseira do molde. Isso pode eliminar a necessidade de uma integração dispendiosa e complexa do molde com um coletor na superfície traseira do molde. O molde pode ser fornecido com um substrato na traseira e uma camada de fluido na frente. Cada canal moldado pode fornecer fluido para a superfície traseira do substrato. O fluido atinge geradores de gotas na camada de fluido através de uma matriz de orifícios de alimentação de fluido (FFHs) formados no substrato. Os orifícios de alimentação de fluido são separados uns dos outros e podem ser dispostos em uma linha, paralelamente à linha de bocais. Pontes, ou nervuras, entre os orifícios de alimentação de fluido fornecem força ao substrato. Nesta descrição, o tipo de molde de fita de dispositivo de ejeção de fluido é referido como dispositivo de ejeção de fluido moldado.

[0018] O design de fita de molde pode permitir uma largura relativamente pequena do molde. Em um exemplo, a densidade de bocal pode ser aumentada quando as duas linhas paralelas de geradores de gotas de fluido ao longo de cada lado do molde de FFH são colocadas relativamente próximas umas das outras. As estruturas de pilar de exemplo formadas na camada de fluido podem mitigar a formação de interferência fluídica e / ou formação de bolha que de outra forma poderiam manifestar-se perto de câmaras de ejeção de fluidos que estão próximas. Tais estruturas de pilar podem impedir o movimento de partículas e bolhas de ar dentro da camada de fluido, o que, por sua vez, pode ajudar a evitar o entupimento das câmaras e bocais de ejeção.

[0019] Assim, além de permitir um tamanho de molde relativamente pequeno e uma densidade de bocal alta, o dispositivo de ejeção de fluido moldado pode incorporar características que ajudam a superar problemas relacionados a interferências e entupimentos fluídicos que, de outra forma, teriam limitado a capacidade de reduzir o tamanho de molde e aumentar a densidade de bocal.

[0020] Em um exemplo, um dispositivo de ejeção de fluido inclui um molde moldado em uma moldagem. O molde tem uma camada de fluido com uma superfície frontal exposta fora da moldagem para distribuir fluido e um substrato com uma superfície frontal sobre a qual a camada de fluido é formada e uma superfície traseira para receber fluido através de pelo menos um canal na moldagem. Um conjunto de orifícios de alimentação de fluido é fornecido no substrato de molde para permitir fluxo de fluido a partir da superfície traseira para a camada de fluido na superfície frontal. Uma matriz de geradores de gotas na camada de fluido pode estender paralelamente à matriz de orifícios de alimentação de fluido, ao longo das saídas dos orifícios de alimentação de fluido. Em um exemplo, uma matriz de geradores de gotas estende em ambos os lados dos orifícios de alimentação de fluido. Os orifícios de alimentação de fluido podem percorrer o silício a granel e as nervuras de silício podem ser intercaladas entre os orifícios de alimentação de fluido, com cada nervura atravessando pelo menos uma parte do canal de moldagem.

[0021] Em um exemplo, é fornecido um conjunto de ejeção de fluido de meio amplo. Esse conjunto de ejeção de fluido é para ejetar gotas sobre uma largura de meio completa, por exemplo, em uma impressora 2D ou 3D. Exemplos de meio são papel e pó. Em um exemplo, o conjunto de ejeção de fluido inclui uma pluralidade de moldes de ejeção de fluido embutidos em uma moldagem. Cada molde inclui um substrato de molde formando uma superfície traseira do molde e tendo um conjunto de orifícios de alimentação de fluido para transportar fluido a partir de um canal na moldagem na superfície traseira para pelo menos um arranjo paralelo de geradores de gotas sobre uma superfície frontal oposta. As nervuras de silício são intercaladas entre os orifícios de alimentação de fluido e estendem através de pelo menos parte do canal. Em um exemplo, as nervuras estendem até perto da superfície frontal, entre matrizes paralelas de geradores de gotas. Conforme usado neste documento, um "dispositivo de ejeção de fluido" e um "molde de ejeção de fluido" referem- se a um dispositivo que pode dispensar fluido a partir de um ou mais bocais. Um dispositivo de ejeção de fluido pode incluir um ou mais moldes de ejeção de fluido. Um dispositivo de ejeção de fluido pode ser moldado em uma moldagem. Dependendo do contexto, o dispositivo de ejeção de fluido pode incluir a moldagem na qual os moldes foram incorporados. Uma "fita" significa um molde de ejeção de fluido com uma proporção de comprimento a largura de 50 ou mais. Um dispositivo de ejeção de fluido e molde de ejeção de fluido pode ser usado em aplicações de impressão bidimensionais ou tridimensionais, por exemplo, para dispensar tinta, agentes ou outros fluidos. Além das aplicações de impressão, o dispositivo de ejeção de fluido pode ser usado em dispositivos de titulação digitais, equipamentos de laboratório, unidades de distribuição farmacêutica ou qualquer outra unidade de distribuição digital de alta precisão.

[0022] A Figura 1 ilustra um diagrama de exemplo de um dispositivo de ejeção de fluido 1. Neste exemplo, a ejeção de fluido 1 inclui um molde de ejeção de fluido 2. O molde de ejeção de fluido 2 inclui uma camada de fluido 6, em uma frente do molde 2, e um substrato 8, em uma parte traseira do molde 2. Uma matriz (por exemplo, linha) dos orifícios de alimentação de fluido 14 está disposta ao longo do substrato 8, em que cada orifício de alimentação de fluido 14 atravessa o substrato 8 a partir de uma parte traseira do substrato 8 para uma frente do substrato 8 para a camada de fluido 6. Nervuras 20 são intercaladas entre os orifícios de alimentação de fluido 14, definindo, desse modo, as paredes laterais 18 dos orifícios de alimentação de fluido 14. Na Figura, uma superfície frontal e traseira estão na parte superior e inferior, respectivamente, enquanto que, em um cenário de exemplo, a camada de fluido 6 estende no fundo e o substrato 8 no topo. A camada de fluido 6 inclui um arranjo (por exemplo, linha) dos geradores de gotas 24. A matriz de geradores de gotas 24 pode estender paralelamente ao conjunto dos orifícios de alimentação de fluido 14, ao longo, e a jusante de, as aberturas de orifício de alimentação de fluido. Cada gerador de gotas 24 inclui uma câmara de ejeção 34 e um bocal 36. A matriz de geradores de gotas 24 estende perpendicular a uma direção de avanço de meio. Um elemento de ejeção 38 é fornecido em cada câmara de ejeção 34 para ejetar o fluido para fora do bocal 36. Uma camada de coletor 32 pode ser fornecida entre os geradores de gotas 24 e os orifícios de alimentação de fluido 14 para guiar o fluido a partir dos orifícios de alimentação de fluido para as câmaras 34.

[0023] Em um exemplo, os orifícios de alimentação de fluido 14 com nervuras intercaladas 20 podem fornecer um molde de ejeção de fluido relativamente forte e mecanicamente estável 2. Isto pode permitir que o molde 2 seja feito de uma largura relativamente pequena, por exemplo, menor que os moldes de ejeção de fluido que têm fendas de fluido longitudinais cortadas através de um substrato de silício. Esso molde de largura relativamente pequena pode ser combinado com um bocal relativamente alto e densidade de gerador de gota.

[0024] As Figuras 2-5 ilustram uma porção de outro exemplo de dispositivo de ejeção de fluido moldado 100 em várias vistas diferentes. A Figura 2 ilustra uma vista de plano de um exemplo de dispositivo de ejeção de fluido moldado 100, a Figura 3 ilustra uma vista lateral de seção transversal do dispositivo de ejeção de fluido 100 que é tomada ao longo da linha pontilhada A-A da Figura 2, Figura 4 ilustra uma vista a partir do fundo do dispositivo de ejeção de fluido 100 tomada ao longo da linha pontilhada BB da Figura 3, e a Figura 5 ilustra uma vista lateral de seção transversal do dispositivo de ejeção de fluido 100 tomada ao longo da linha pontilhada C-C da Figura 2.

[0025] Com referência às Figuras 2-5, o dispositivo de ejeção de fluido moldado 100 inclui um molde de ejeção de fluido de "tira" fino alongado 102 moldado em um corpo monolítico 104 ou moldagem 104. O molde 102 pode ser feito de silício, por exemplo SU8. A moldagem 104 pode ser formada por plástico, composto de molde de epóxi, ou outro material moldável. O molde de ejeção de fluido 102 é moldado na moldagem 104 de tal modo que uma superfície frontal de uma camada de fluido 106 no molde 102 permanece exposta fora da moldagem 104, permitindo que o molde distribua fluido. Um substrato 108 forma a superfície traseira 110 do molde 102 que é coberta pela moldagem 104, exceto em um canal 112 formado na moldagem 104. O canal de molde 112 permite fluido fluir diretamente para o molde 102. Em diferentes exemplos, um dispositivo de ejeção de fluido 100 inclui um ou vários moldes de ejeção de fluido 102 incorporados dentro de uma moldagem monolítica 104, com o canal de fluido 112 formado na moldagem 104 para cada molde 102 para transportar fluido diretamente para a superfície traseira 110 do molde 102.

[0026] Em um exemplo, o substrato 108 compreende uma fita fina na ordem de 100 mícrons de espessura. O substrato 108 inclui orifícios de alimentação de fluido 114 gravados a seco ou formados de outro modo no substrato 108 para transportar fluido através do substrato 108 a partir da sua superfície traseira 110 para a sua superfície frontal 116. Em um exemplo, os orifícios de alimentação de fluido 114 atravessam completamente um substrato 108 composto de silício a granel. Os orifícios de alimentação de fluido 114 estão dispostos em um arranjo (isto é, uma fileira ou linha) que podem estender ao longo de um comprimento (L) do substrato 108, paralelo ao canal de molde 112, por exemplo centrado em relação a uma largura W2 do canal de molde 112. Em um outro exemplo, a matriz de orifícios de alimentação de fluido também está localizada centralmente em relação a uma largura (W) do substrato 108. Por outras palavras, uma linha ou fila de orifícios de alimentação de fluido 114 pode descer o centro do substrato 108 ao longo do seu comprimento (L). Note que o comprimento (L) ilustrado na Figura 4, por exemplo, não se destina a ilustrar todo o comprimento do substrato 108. Em vez disso, o comprimento (L) pretende indicar a orientação de comprimento para largura do substrato 108. Conforme mencionado acima, as Figuras 2-4 ilustram apenas uma porção de um exemplo de dispositivo de ejeção de fluido moldado 100. Em muitos casos, o substrato 108 seria significativamente mais longo do que o comprimento (L) e o número de orifícios de alimentação de fluido 114 seria significativamente maior que os vários que são ilustrados. Um único canal de molde 112 no molde 104 pode fornecer fluido para a matriz de orifícios de alimentação de fluido 114.

[0027] Em um exemplo, os orifícios de alimentação de fluido 114 incluem paredes 118 que são afuniladas a partir da superfície frontal 116 para a superfície traseira 110 do substrato 108. Tais orifícios de alimentação de fluido afunilados 114 têm uma seção transversal menor ou mais estreita na superfície frontal 116 do substrato 108 e tornam- se cada vez maiores ou mais largos à medida que estendem através do substrato 108 para a superfície traseira 110. Por conseguinte, enquanto as dimensões das várias características do dispositivo de ejeção de fluido 100 ilustradas nas Figuras 2-5 não são desenhadas em escala, as aberturas para os orifícios de alimentação de fluido 114 ilustrados na vista de plano da Figura 2 podem parecer menores do que as aberturas nos orifícios de alimentação de fluido 114 ilustrados na vista de fundo do dispositivo de ejeção de fluido 100 ilustrado na Figura 4. Em um caso, os orifícios de alimentação de fluido afunilados 114 ajudam a administrar bolhas de ar que se desenvolvem no dispositivo de ejeção de fluido 100. A tinta ou outros líquidos podem conter quantidades variáveis de ar dissolvido e, à medida que as temperaturas do fluido aumentam durante ejeções de gota de fluido, a solubilidade de ar no fluido diminui. O resultado pode ser um número relativamente pequeno de bolhas de ar na tinta ou outro líquido, inibindo assim certas consequências de bolhas de ar no líquido, que podem incluir desempenho de bocal defeituoso ou qualidade de impressão reduzida. Durante a ejeção de fluido, porque os bocais 136 podem estar orientados abaixo dos orifícios de alimentação de fluido 114, desenvolvimento de bolhas de ar nas câmaras de ejeção de fluido 134 e em outros lugares no dispositivo de ejeção de fluido 100 pode tender a subir através dos orifícios de alimentação de fluido 114. Esse movimento ascendente das bolhas de ar para longe dos bocais 136 e câmaras 134 pode ser auxiliado pelo afunilamento de expansão 118 nos orifícios de alimentação de fluido 114.

[0028] O substrato 108 também inclui nervuras 120 ou pontes atravessando o canal de fluido 112 entre os orifícios de alimentação de fluido 114 em cada lado dos orifícios de alimentação de fluido 114. As nervuras 120 podem resultar da formação e presença dos orifícios de alimentação de fluido 114. Cada nervura 120 está posicionada entre dois orifícios de alimentação de fluido 114 e estende ao longo da largura através do substrato 108 à medida que atravessa o canal de fluido subjacente 112 formado na moldagem 104. Em um exemplo, o substrato é feito de silício a granel e as nervuras 120 são parte do silício a granel, atravessando parte do canal moldado do molde 104.

[0029] Na Figura 2, uma linha tracejada C-C indica uma vista de seção do dispositivo de ejeção de fluido 100 como ilustrado na Figura 5. A vista de seção transversal do dispositivo de ejeção de fluido 100 na Figura 5 ilustra uma nervura de silício 120 que estende entre os orifícios de alimentação de fluido 114 e uma superfície frontal e traseira 116, 110 do substrato 108. A linha parcialmente tracejada 118 na Figura 5 representa o contorno de uma parede de orifício de alimentação de fluido afunilada 118 atrás (ou na frente) da nervura de silício 120. O afunilamento de expansão 118 dos orifícios de alimentação de fluido 114 a partir da superfície frontal 116 para a superfície traseira 110 do substrato 108 provoca um estreitamento das nervuras 120 à medida que as nervuras estendem a partir da superfície frontal para a superfície traseira.

[0030] Os orifícios de alimentação de fluido 114 com nervuras intercaladas 120 atravessando o canal de fluido 112 fornecem maior resistência e estabilidade mecânica à matriz de ejeção de fluido 102. Isto permite que o molde 102 seja feito menor do que os moldes de ejeção de fluido convencionais tendo fendas de fluido cortadas completamente através de um substrato de silício.

[0031] Em um exemplo, o tamanho de molde reduzido pode aumentar o bocal e densidade de gerador de gotas. Ao trazer geradores de gotas opostos 124 (ou seja, câmaras de ejeção, resistências e bocais) em matrizes de geradores de gotas opostas mais próximas umas das outras, o molde de ejeção de fluido 102 pode ser feito de uma largura relativamente pequena (W). Por exemplo, no momento da escrita desta divulgação, a redução no tamanho de molde do molde de ejeção de fluido 102 em um dispositivo de ejeção de fluido moldado 100 de acordo com um exemplo desta descrição, em comparação com uma cabeça de impressão de silício com fenda de fluido longitudinal, pode estar na ordem de duas a quatro vezes. Por exemplo, ao mesmo tempo de escrita dessa divulgação, algumas dessas cabeças de impressão com fendas de alimentação de fluido longitudinais podem suportar duas matrizes de bocais paralelas em um molde de silício 102 tendo largura de aproximadamente 2000 mícrons, o molde "em tira" de ejeção de fluido dessa divulgação pode suportar duas matrizes de bocal paralelas opostas em um molde de silício 102 tendo uma largura W de aproximadamente 350 mícrons. Em diferentes exemplos, a largura W do molde 102 pode estar entre aproximadamente 150 e 550 mícrons. Em outros exemplos, uma ou duas matrizes de bocais estão dispostas dentro de 200 mícrons de largura de substrato W.

[0032] Como ilustrado nas Figuras 3 e 5, formada na superfície frontal 116 do substrato 108 é uma camada de fluido 106. A camada de fluido 106 geralmente define uma arquitetura fluídica que inclui geradores de gotas de fluido 124, estruturas de pilar 128, 130 e um canal de coletor ou coletor 132. Cada gerador de gotas de fluido 124 inclui uma câmara de ejeção de fluido 134, um bocal 136, uma entrada de câmara 126 e um elemento de ejeção 138 formado no substrato 108 que pode ser ativado para ejetar fluido a partir da câmara 134 através do bocal 136. Um coletor comum liga fluidicamente cada orifício de alimentação de fluido 114 às entradas 126. No exemplo ilustrado, duas linhas de geradores de gotas 124 estendem longitudinalmente em cada lado da matriz de orifícios de alimentação de fluido, paralelamente à matriz de orifícios de alimentação de fluido.

[0033] Em diferentes implementações, a camada de fluido 106 pode compreender uma única camada monolítica ou pode compreender múltiplas camadas. Por exemplo, a camada de fluido 106 pode ser formada tanto de uma camada de câmara 140 (também referida como uma camada de barreira) e uma camada de bocal 142 formada separadamente (também referida como uma camada de cartola) sobre a camada de câmara 140. Toda ou um uma porção substancial da camada ou camadas que compõem a camada de fluido 106 pode ser formada por um epóxi de SU8 ou algum outro material de poliimida, e pode ser formada usando vários processos incluindo um processo de revestimento de rotação e um processo de laminação.

[0034] Em um exemplo adicional, uma localização e passo de cada orifício de alimentação de fluido 114 da matriz é tal que um centro de cada orifício de alimentação de fluido 114 estende aproximadamente entre os centros das câmaras de ejeção mais próximas 134 em cada lado. Por exemplo, se em uma vista de topo (por exemplo, a Figura 2), um desenharia uma linha reta SL através dos pontos centrais mais próximos dos bocais aproximadamente opostos 136, então a linha reta SL atravessaria o centro do orifício de alimentação de fluido 114 entre estes bocais 136, ou um centro de uma nervura 120. Em um exemplo adicional, em uma vista de topo (por exemplo, a Figura 2), em um molde 102, qualquer linha (por exemplo, SL) que pode ser desenhada através de um centro de um orifício de alimentação de fluido 114 e um centro de uma câmara de ejeção 134 não é paralela a uma direção de avanço de meio.

[0035] Durante a impressão, o fluido é ejetado das câmaras de ejeção 134 através dos bocais correspondentes 136 e é reabastecido com fluido a parti do canal de molde 112. O fluido a partir do canal 112 flui através dos orifícios de alimentação 114 e dentro do coletor 132. A partir do coletor 132, o fluido flui através das entradas de câmara 126 para as câmaras de ejeção 134. As velocidades de impressão podem ser aumentadas ao recarregar rapidamente as câmaras de ejeção 134 com fluido. No entanto, à medida que o fluido flui em direção a e para dentro das câmaras 134, partículas pequenas no fluido podem ser alojadas em e no entorno das entradas de câmara 126 que conduzem às câmaras 134. Essas pequenas partículas podem diminuir e / ou bloquear completamente o fluxo de fluido para as câmaras, o que pode resultar na falha prematura dos elementos de ejeção 138, redução do tamanho de gota de tinta, gotas de tinta mal direcionadas, e assim por diante. As estruturas de pilar 128 perto das entradas de câmara 126 fornecem uma arquitetura tolerante a partículas (PTA) que pode servir, pelo menos em parte, como uma barreira para evitar que as partículas bloqueiem ou passem pelas entradas de câmara 126. O posicionamento, tamanho e espaçamento dos pilares de PTA 128 são geralmente concebidos para impedir que partículas, mesmo de um tamanho relativamente pequeno, bloqueiem as entradas 126 para as câmaras de ejeção 134. No exemplo ilustrado, os pilares de PTA 128 estão dispostos adjacentes à entrada. Por exemplo, dois pilares de PTA 128 podem ser fornecidos em uma distância da abertura de entrada de aproximadamente duas vezes o diâmetro ou menos de um pilar, ou aproximadamente uma vez o diâmetro ou menos do pilar. Em um exemplo adicional, pelo menos um pilar de PTA 128 está disposto em um compartimento de entrada 127 no qual é aberta uma entrada 126. Nesse exemplo, matrizes de compartimentos de entrada 127 podem ser fornecidas nas paredes laterais do coletor, entre o coletor 132 e cada entrada 126. Em outros exemplos, um ou três pilares de PTA 128 ou mais podem ser fornecidos perto da entrada 126, para inibir migração de partículas em direção às câmaras 134.

[0036] Em um exemplo adicional, a entrada 126 para a câmara 134 é comprimida, isto é, uma largura máxima W4 de cada entrada 126 é inferior a um diâmetro D de cada câmara correspondente 134, em que a direção da largura medida W4 e O diâmetro D é paralela a um eixo de comprimento do coletor 132 ou ao eixo do comprimento da matriz de orifícios de alimentação de fluido. Por exemplo, a largura máxima W4 da entrada 126 é inferior a dois terços de um diâmetro D da câmara. Em um exemplo, o ponto de aperto pode reduzir as interferências. Em outro exemplo, a entrada comprimida pode reduzir influências das variações no tamanho, posição ou comprimentos de orifício de alimentação de fluido.

[0037] Estruturas de pilar adicionais 130 compreendem arquiteturas tolerantes a bolhas 130 (BTA) que são geralmente configuradas para impedir o movimento de bolhas de ar através do coletor de matriz 132 e para guiar bolhas de ar nos orifícios de alimentação de fluido afunilados 114 onde podem flutuar para cima e para longe dos bocais de gerador de gotas voltados para baixo 136. Os pilares de BTA 130 podem ser dispostos no coletor 132 entre as aberturas de orifícios de alimentação de fluido 114 no topo das nervuras 120. Em um exemplo, os pilares de BTA 130 podem ter um volume ou largura maior do que os pilares de PTA 128. Por exemplo, os pilares de BTA podem ter uma largura W3 que seja pelo menos metade do diâmetro da abertura de orifício de alimentação de fluido 115 no coletor 132, por exemplo, aproximadamente a mesma que o diâmetro da abertura de orifício de alimentação de fluido 115 no coletor 132. Note que, embora nesta descrição ilustrativa tenha sido escolhido denominar os pilares 128, 130 como pilares de "PTA" e "BTA", em diferentes exemplos as funções e vantagens dos pilares 128, 130 podem variar e não são necessariamente (somente) relacionadas às partículas ou bolhas, respectivamente, mas podem ter funções e vantagens adicionais ou diferentes.

[0038] Em outros exemplos, as estruturas de pilar 128, 130 servem para mitigar a interferência fluídica entre geradores de gotas vizinhos 124 que estão em estreita proximidade um com o outro, por exemplo, além de, ou em vez de, mitigar uma influência negativa de bolhas e / ou partículas. Conforme observado anteriormente, um molde de ejeção de fluido menor 102 no dispositivo de ejeção de fluido moldado 100 é habilitado em parte pela presença de orifícios de alimentação de fluido 114 e as nervuras associadas 120 que atravessam o canal de fluido 112 e adicionam resistência ao substrato 108. O tamanho de molde reduzido aumenta a densidade de gerador de gotas por trazer geradores de gotas mais próximos uns dos outros através do canal 112 e largura (W) do substrato 108. A densidade de bocal relativamente alta no dispositivo de ejeção de fluido 100 pode resultar em um nível relativamente alto de interferência fluídica entre geradores de gotas vizinhos 124. Isto é, à medida que os geradores de gotas de fluido se aproximam uns dos outros, o aumento da interferência fluídica entre câmaras de ejeção vizinhas pode causar alterações de pressão e / ou volume de fluido nas câmaras o que pode afetar negativamente a ejeção de gota. Em certos exemplos, as estruturas de pilar 128, 130 estruturas na camada de fluido 106 podem servir para mitigar o impacto de interferências fluídicas.

[0039] O dispositivo de ejeção de fluido 100 inclui o canal de fluido 112. O canal de fluido 112 é formado através do corpo moldado 104 para permitir que o fluido flua diretamente sobre o substrato de silício 108 na superfície traseira 110 e para dentro do substrato 108 através dos orifícios de alimentação de fluido 114. O canal de fluido 112 pode ser formado no corpo moldado 104 de várias maneiras. Por exemplo, pode ser utilizado um tipo rotativo ou outro tipo de serra de corte para cortar e definir o canal 112 através do corpo moldado 104 e uma tampa de silício fina (não mostrada) sobre os orifícios de alimentação 114. Usando lâminas de serra com bordas de corte periféricas de formas diferentes e em combinações variáveis, canais 112 podem ser formados tendo formas variáveis que facilitam o fluxo de fluido para a superfície traseira 110 do substrato. Em outros exemplos, pelo menos parte do canal 112 pode ser formada à medida que o molde de ejeção de fluido 102 está sendo moldado no corpo moldado 104 do dispositivo de ejeção de fluido 100 durante um processo de moldagem por compressão ou transferência. Um processo de ablação de material (por exemplo, jateamento em pó, gravação, laser, fresagem, perfuração, usinagem de descarga elétrica) pode então ser usado para remover o material de moldagem residual. O processo de ablação pode ampliar o canal 112 e completar a via de fluido através do corpo moldado 104 para os orifícios de alimentação de fluido 114. Quando um canal 112 é formado usando um processo de moldagem, a forma do canal 112 geralmente reflete a forma inversa da topografia de entalhe de molde sendo usada no processo. Consequentemente, a variação das topografias de entalhe de molde pode produzir uma variedade de canais de formas diferentes que facilitam o fluxo de fluido para a superfície traseira 110 do substrato de silício 108.

[0040] Tal como referido acima, o dispositivo de ejeção de fluido moldado 100 é adequado para utilização, por exemplo, em um cartucho de ejeção de fluido substituível e / ou em um conjunto de ejeção de fluido ("barra de impressão") de uma impressora 2D ou 3D. A Figura 6 é um diagrama de blocos ilustrando um exemplo de uma impressora 700 com um cartucho de impressão substituível 702 que incorpora um exemplo de dispositivo de ejeção de fluido 100, o dispositivo de ejeção de fluido incluindo uma moldagem 104 e um molde 102 embutido na moldagem 104. O molde inclui orifícios de alimentação de fluido 114. Em um exemplo, a impressora é uma impressora a jato de tinta e o cartucho 702 inclui pelo menos um compartimento de tinta 708 que é pelo menos parcialmente preenchido com tinta. Compartimentos diferentes podem conter diferentes cores de tinta. Em um exemplo da impressora 700, um carro 704 varre o cartucho de impressão 702 para trás e para a frente sobre um meio de impressão 706 para aplicar tinta ao meio 706 em um padrão desejado. Durante a impressão, um conjunto de transporte de meio 712 move o meio de impressão 706 em relação ao cartucho de impressão 702 para facilitar a aplicação da tinta ao meio 706 em um padrão desejado. O controlador 714 geralmente inclui um processador, memória, circuitos eletrônicos e outros componentes para controlar os elementos operacionais da impressora 700. A memória armazena instruções para controlar os elementos operacionais da impressora 700.

[0041] A Figura 7 ilustra uma vista em perspectiva de um exemplo de cartucho de impressão 702. O cartucho de impressão 702 inclui um dispositivo de ejeção de fluido moldado 100 suportado por um alojamento de cartucho 716. O dispositivo de ejeção de fluido 100 inclui quatro moldes de ejeção de fluido alongados 102 e uma PCB (placa de circuito impresso) 103 montados em uma moldagem 104. A PCB pode incluir circuitos elétricos e eletrônicos, tais como circuitos de acionamento para acionar os elementos de ejeção de fluido em cada molde 102. No exemplo ilustrado, os moldes de ejeção de fluido 102 estão dispostos paralelamente uns para os outros ao longo da largura do dispositivo de ejeção de fluido 100. Os quatro moldes de ejeção de fluido 102 estão localizados dentro de uma janela 148 que foi cortada da PCB 103. Enquanto um único dispositivo de ejeção de fluido 100 com quatro moldes 102 é ilustrado para o cartucho de impressão 702, são possíveis outras configurações, por exemplo, com mais dispositivos de ejeção de fluidos 100 cada com mais ou menos moldes 102.

[0042] O cartucho de impressão 702 pode ser conectado eletricamente ao controlador 714 através de contatos elétricos 720. Em um exemplo, os contatos 720 são formados em um circuito flexível 722 afixado ao alojamento 716, por exemplo, ao longo de uma das faces exteriores do alojamento 716. Traços de sinal incorporados no circuito flexível 722 podem ligar os contatos 720 aos circuitos correspondentes no molde de ejeção de fluido 102, por exemplo através de fios de ligação cobertos por uma cobertura de proteção de baixo perfil 717 nos extremos dos moldes de ejeção de fluido 102. Em um exemplo, bocais de ejeção de tinta em cada molde de ejeção de fluido 102 são expostos através de uma abertura dentro, ou ao lado de uma borda de, o circuito flexível 722 ao longo do fundo do alojamento de cartucho 716.

[0043] A Figura 8 ilustra uma vista em perspectiva de outro exemplo de cartucho de impressão 702 adequado para utilização em uma impressora 700 ou qualquer outro dispositivo de distribuição digital de alta precisão adequado. Neste exemplo, o cartucho de tinta 702 inclui um conjunto de ejeção de fluido de meio amplo 724 com quatro dispositivos de ejeção de fluido 100 e uma PCB 103 montada em um molde 104 e suportada pelo alojamento de cartucho 716. Cada dispositivo de ejeção de fluido 100 inclui quatro moldes de ejeção de fluido 102 e está localizado dentro de uma janela 148 cortada da PCB 103. Embora um conjunto de cabeça 724 com quatro dispositivos de ejeção de fluido 100 esteja ilustrado neste exemplo de cartucho de impressão 702, outras configurações são possíveis, por exemplo, com mais ou menos dispositivos de ejeção de fluido 100 que cada tem mais ou menos moldes 102. Em cada lado traseiro de cada molde 102, um canal de molde pode ser fornecido através do molde para o fornecimento de fluido para uma camada de fluido de cada molde. Em cada extremidade dos moldes de ejeção de fluido 102 em cada dispositivo de ejeção fluido 102, fios de ligação podem ser fornecidos, por exemplo, cobertos por coberturas de proteção de baixo perfil 717 compreendendo um material de proteção adequado, tal como uma resina epóxi, e uma tampa plana colocada sobre o material de proteção. Contatos elétricos 720 são fornecidos para conectar eletricamente o conjunto de ejeção de fluido 724 para um controlador de impressora 714. Os contatos elétricos 720 podem conectar a traços incorporados em um circuito flexível 722.

[0044] A Figura 9 é um diagrama de blocos ilustrando uma impressora 1000 com um conjunto de ejeção de fluido de meio amplo 1100 implementando um outro exemplo de um dispositivo de ejeção de fluido moldado 100. Impressora 1000 inclui conjunto de ejeção de fluido de meio amplo 1100 abrangendo a largura de um meio de impressão 1004, um sistema de fornecimento de fluido 1006 associado com o conjunto de ejeção de fluido 1100, um mecanismo de transporte de meio 1008, uma estrutura de recepção para fornecimentos de fluido 1010, e um controlador de impressora 1012. O controlador 1012 inclui um processador, uma memória com instruções de controle armazenadas na mesma, e circuitos eletrônicos e componentes necessários para controlar os elementos operativos de uma impressora 1000. O conjunto de ejeção de fluido 1100 inclui um arranjo de moldes de ejeção de fluido 102 para a distribuição de fluido para uma folha ou trama contínua de papel ou outros materiais de impressão 1004. Em operação, cada molde de ejeção de fluido 102 recebe fluido através de um percurso de fluxo que corre desde fornecimentos 1010 para dentro, através do sistema de fornecimento de fluido 1006 e canais de fluido 112 para os moldes de ejeção de fluido 102.

[0045] As Figuras 10 e 11 ilustram vistas em perspectiva de um conjunto de ejeção de fluido de meio amplo moldado 1100 com vários dispositivos de ejeção de fluido 100, por exemplo, para inclusão em um cartucho de impressão, barra de impressão de matriz de página ampla ou impressora. A Figura 12 ilustra uma vista de seção diferente da Figura 11. O conjunto de ejeção de fluido moldado 1100 inclui vários dispositivos de ejeção de fluido 100 e uma PCB 103 que são ambos montados para uma moldagem 104. Os dispositivos de ejeção de fluido 100 são dispostos dentro das janelas 148 cortadas da PCB 103. Os dispositivos de ejeção de fluido são dispostos longitudinalmente em linhas através do conjunto de ejeção de fluido 1100. Os dispositivos de ejeção de fluido 100 de linhas opostas estão dispostos em uma configuração escalonada uma em relação à outra de modo que cada dispositivo de ejeção de fluido 100 sobrepõe parte de um dispositivo de ejeção de fluido adjacente oposto 100, como pode ser visto em uma direção de avanço de meio. Por isso, alguns dos geradores de gotas no final dos moldes de ejeção de fluido 102 podem ser redundantes devido à sobreposição. Apesar de dez dispositivos de ejeção de fluido 100 estarem ilustrados na Figura 11, mais ou menos dispositivos de ejeção de fluido 100 podem ser usados na mesma ou diferente configuração. Em cada extremidade do molde de ejeção de fluido 102 de cada dispositivo de ejeção de fluido 100, fios de ligação podem ser fornecidos que podem ser cobertos por coberturas de proteção de baixo perfil 717 que podem compreender um material de proteção adequado, tal como uma resina epóxi, e uma tampa plana posicionada sobre o material de proteção.

[0046] Em alguns dos exemplos da presente divulgação, um molde de ejeção de fluido é fornecido em uma moldagem. O molde inclui um canal alongado. O molde é incorporado no molde. Em um exemplo, o molde é fornecido em uma janela cortada de uma PCB, que também está inserida no molde. Uma linha de orifícios de alimentação de fluido estende paralela a um eixo de comprimento do canal de moldagem alongado. Nervuras entre os orifícios de alimentação de fluido estendem através do canal de molde. Duas linhas de geradores de gotas estendem ao longo do orifício de alimentação de fluido a jusante de aberturas, por exemplo, uma linha em cada lado das aberturas de orifício de alimentação de fluido, de modo que as nervuras estendem entre as duas linhas de geradores de gotas. Pilares podem ser fornecidos no topo das nervuras, entre as linhas de gerador de gotas. Pilares também podem ser fornecidos perto de entradas de câmara. Um único coletor comum pode ser fornecido que fluidicamente conecta a cada uma das câmaras e orifícios de alimentação de fluido. Em alguns exemplos, um passo dos orifícios de alimentação de fluido é o mesmo que um passo dos geradores de gotas em uma linha de geradores de gotas.

[0047] Em um exemplo, um canal de molde é para fornecer fluido para uma matriz de orifícios de alimentação de fluido (por exemplo, linha). Em outro exemplo, um canal de molde pode fornecer fluido a uma pluralidade de matrizes de orifícios de alimentação (por exemplo, linhas), quer em um único molde ou em vários moldes correspondentes. Na presente divulgação, os moldes podem ser de largura relativamente pequena, por exemplo, tendo uma proporção de comprimento para largura de 50 ou mais. Tais moldes podem ser chamadas de "tiras". Os moldes podem também ser relativamente finos, por exemplo, geralmente constituídos por um substrato de silício a granel e uma camada de fluido de película fina.

[0048] Nos exemplos ilustrados, os múltiplos dispositivos de ejeção de fluido e PCB que estão montados para uma moldagem 104. Nesta divulgação montagem inclui tanto anexado a e incorporado. Em um exemplo, os dispositivos de ejeção de fluido são incorporados, por exemplo, sobremoldados, na moldagem, enquanto as PCBs são anexadas ao dispositivo de ejeção de fluido moldado após a referida incorporação. As PCBs incluem uma janela que expõe os moldes. Em outro exemplo, tanto o dispositivo de ejeção de fluido e PCB são incorporados na moldagem.

[0049] Em um exemplo, verificou-se que a utilização de matrizes de orifícios de alimentação, em vez de fendas de alimentação longitudinais pode ter uma influência positiva sobre a transferência de calor no molde. Por exemplo, o fluido pode arrefecer melhor o molde.

Claims

1. Dispositivo de ejeção de fluido, compreendendo: um molde de ejeção de fluido (2; 102) tendo uma camada de fluido (6; 106) para distribuir fluido e um substrato (8; 108) com uma superfície frontal sobre a qual a camada de fluido (6; 106) é formada e uma superfície traseira para receber fluido; uma matriz de orifícios de alimentação de fluido (14; 114) através do substrato (8; 108), os orifícios de alimentação de fluido (14; 114) separados por nervuras (20; 120) entre os orifícios de alimentação de fluido (14; 114), cada orifício de alimentação de fluido (14; 114) para guiar o fluido a partir da superfície traseira para a camada de fluido; uma matriz de geradores de gotas (124) na camada de fluido (6; 106) a jusante e paralela à matriz de orifícios de alimentação de fluido (14; 114); um coletor comum (132) formado na camada de fluido, os orifícios de alimentação de fluido (14; 114) separados abrindo no coletor comum (132) em aberturas de orifício de alimentação de fluido (115), o coletor (132) estendendo ao longo da matriz de gerador de gota para fornecer fluido aos geradores de gota; caracterizado por uma estrutura de pilar incluindo uma pluralidade de pilares (130) de arquitetura tolerante a bolhas, BTA, os pilares localizados no coletor (132) entre os orifícios de alimentação de fluido (14; 114) no topo das nervuras (120); em que a largura (W3) dos pilares de BTA é pelo menos metade do diâmetro das aberturas de orifício de alimentação de fluido (115) no coletor comum (132), ou a mesma que a largura das aberturas de orifício de alimentação de fluido (115) no coletor comum (132).

2. Dispositivo de ejeção de fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: uma moldagem (104) e um canal alongado (112) na moldagem (104) para transportar fluido para a superfície traseira do substrato (8; 108) para os orifícios de alimentação de fluido (14; 114), em que as nervuras (20; 120) estendem através do canal (112).

3. Dispositivo de ejeção de fluido, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de moldes de ejeção de fluido (2; 102) dispostos paralelamente uns aos outros lateralmente ao longo da moldagem (104).

4. Dispositivo de ejeção de fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o molde (2; 102) está entre 150 e 550 mícrons de largura.

5. Dispositivo de ejeção de fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada gerador de gotas compreende: uma câmara de ejeção (134); uma entrada entre a câmara de ejeção (134) e um coletor; um bocal (136) sobre a câmara de ejeção (134); e um elemento de ejeção na câmara (134) para ejetar o fluido a partir da câmara (134) através do bocal (136).

6. Dispositivo de ejeção de fluido, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o substrato (8; 108) é feito de silício a granel e os elementos de ejeção estão dispostos no substrato de silício a granel (8; 108).

7. Dispositivo de ejeção de fluido, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que uma entrada (126) para a câmara de ejeção (134) é comprimida de modo que uma largura máxima da entrada (126) é inferior a um diâmetro da câmara de ejeção (134).

8. Dispositivo de ejeção de fluido, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que uma largura máxima da entrada (126) é inferior a 2/3 do diâmetro da câmara de ejeção (134).

9. Dispositivo de ejeção de fluido, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende uma estrutura de pilar (128) localizada no coletor (132) fora de e adjacente a cada entrada (126).

10. Dispositivo de ejeção de fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada orifício de alimentação de fluido (14; 114) é afunilado de modo que sua abertura na superfície frontal do substrato de silício (8; 108) é menor do que a sua abertura na superfície traseira do substrato (8; 108) e cada nervura (20; 120) estreita à medida que estende a partir da superfície frontal para a superfície traseira do substrato (8; 108) em correspondência com os orifícios de alimentação afunilados (14; 114).

11. Conjunto de ejeção de fluido caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de dispositivos de ejeção de fluido, conforme definido na reivindicação 3, cada dispositivo incluindo uma pluralidade de moldes (2; 102) em paralelo, em que os dispositivos estão dispostos ao longo da moldagem (104) em uma configuração paralela e escalonada na qual porções de extremidade de dispositivos adjacentes se sobrepõem.

12. Conjunto de ejeção de fluido caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de dispositivos de ejeção de fluido, conforme definido na reivindicação 2, em que uma placa de circuito impresso é montada no dispositivo de ejeção de fluido em torno dos moldes de ejeção de fluido (2; 102).

13. Conjunto de ejeção de fluido, caracterizado pelo fato de que compreende: uma moldagem (104); e pelo menos um dispositivo de ejeção de fluido conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10; em que a moldagem (104) inclui um canal (112) na superfície traseira do substrato (8; 108) para transportar fluido para os orifícios de alimentação de fluido (14).