BRPI0620055A2

BRPI0620055A2 - estrutura de filtro/mecha para cabeçote de eleção de microfluido

Info

Publication number: BRPI0620055A2
Application number: BRPI0620055-9A
Authority: BR
Inventors: James Daniel Anderson; Trevor Daniel Gray; David E Greer
Original assignee: Lexmark Int Inc
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2011-11-01
Also published as: EP1976702A2; AU2006338218A1; CA2631365A1; WO2007094862A2; CN101346236A; US8132904B2; US20110096121A1; WO2007094862A3

Abstract

ESTRUTURA DE FILTRO/MECHA PARA CABEçOTE DE EJEçãO DE MICROFLUIDO. Uma estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido e um método para montar uma estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido. A estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido inclui uma estrutura de mecha efiltragem não fibrosa, moldada. A estrutura de mecha e filtragem é presa fixamente em um reservatório de microfluido filtrado da estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido para fluir o microfluido filtrado em um cabeçote de ejeção de microfluido fixado na estrutura de cabeçote.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ESTRUTURA DE FILTRO/MECHA PARA CABEÇOTE DE EJEÇÃO DE MICROFLUIDO". Campo

A descrição refere-se a cabeçotes de ejeção de microfluido, e em particular a dispositivos de distribuição de microfluido e filtragem aperfei- çoados para cabeçotes de ejeção de microfluido.

Antecedentes e Sumário

Cabeçotes de ejeção de microfluido são úteis para ejetar uma variedade de microfIuidos incluindo tintas, microfIuidos de resfriamento, far- macêuticos, lubrificantes e similares. Um cabeçote de ejeção de microfluido amplamente usado é em uma impressora de jato de tinta. Impressoras de jato de tinta continuam a serem aperfeiçoadas na medida em que a tecnolo- gia para fazer ós cabeçotes de ejeção de microfluido continua a avançar. Novas técnicas estão constantemente sendo desenvolvidas para fornecer impressoras altamente seguras e de baixo custo que se aproximam da velo- cidade e qualidade de impressoras a laser. Um benefício adicionado de im- pressoras de jato de tinta e que as imagens coloridas podem ser produzidas em uma fração do custo de impressoras a laser com uma boa qualidade ou melhor que impressoras a laser. Todos os benefícios precedentes exibidos pelas impressoras de jato de tinta também aumentaram a competitividade de fornecedores em fornecer impressoras comparáveis e suprimentos para tais impressoras em uma maneira mais econômica que seus competidores.

Dispositivos de ejeção de microfluido podem ser fornecidos com cabeçotes de ejeção permanentes, semipermanentes ou substituíveis. Des- de que os cabeçotes de ejeção exigem técnicas de fabricação relativamente dispendiosas e únicas, alguns dispositivos de ejeção são fornecidos com cabeçotes de ejeção permanentes ou semipermanentes. A fim de proteger os cabeçotes de ejeção de uso de longo prazo, são usadas estruturas de filtragem entre um cartucho de suprimento de microfluido e os cabeçotes de ejeção para remover partículas que podem entupir as trajetórias de fluxo de microfluido microscópicas nos cabeçotes de ejeção. Estruturas de filtragem convencionais incluem múltiplos componentes que devem ser precisamente montados em um reservatório de microfluido filtrado adjacente a um cabeço- te de ejeção. Devido aos múltiplos componentes exigidos para as estruturas de filtragem, a montagem das estruturas é demorada e exige tolerâncias de fabricação relativamente amplas.

Em vista do precedente, as modalidades exemplares da descri- ção fornecem uma estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido e um mé- todo para montar uma estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido. A es- trutura de cabeçote de ejeção de microfluido inclui uma estrutura moldada de mecha não fibrosa e filtragem. A estrutura de mecha e filtragem é presa fi- xamente em um reservatório de microfluido filtrado da estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido para fluir o microfluido filtrado em um cabeçote de ejeção de microfluido, preso na estrutura de cabeçote.

Outra modalidade exemplar da descrição fornece um método para montar uma estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido para um cartucho de suprimento de microfluido. O método inclui fornecer uma estru- tura moldada de mecha não fibrosa e filtragem. A estrutura de mecha e fil- tragem é presa fixamente em um reservatório de microfluido filtrado da estru- tura de cabeçote de ejeção de filtro para fluxo de microfluido filtrado de um cartucho de suprimento para um cabeçote de ejeção de microfluido preso na estrutura de cabeçote.

Ainda outra modalidade exemplar da descrição fornece um su- porte de cartucho de suprimento de microfluido. O suporte de cartucho de suprimento de microfluido inclui uma estrutura de cabeçote de ejeção de mi- crofluido permanente ou semipermanente. A estrutura de cabeçote de eje- ção contém um cabeçote de ejeção de microfluido, e uma estrutura de me- cha e filtragem presa fixamente no reservatório de microfluido filtrado para fluxo de microfluido filtrado para o reservatório de microfluido filtrado. A es- trutura de mecha e filtragem inclui um elemento moldado de mecha não fi- brosa e filtragem.

Uma vantagem das modalidades exemplares descrita aqui é que um componente unitário podem ser usados no lugar de múltiplos componen- tes para fornecer proteção comparável ou melhor de cabeçotes de ejeção de microfluido. O uso de um componente unitário elimina as várias etapas exi- gidas para montar uma estrutura de mecha e filtragem em um reservatório de microfluido de uma estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido. O componente unitário também reduz o amontoamento de tolerâncias compa- rado com um amontoamento de tolerâncias de componente de múltiplas par- tes, desde que o componente unitário é especificado em uma tolerância úni- ca.

Breve Descrição dos Desenhos

Aspectos e vantagens adicionais das modalidades descritas po- dem se tornar evidentes por referência à descrição detalhada quando consi- derados em conjunto com as figuras, que não estão em escala, em que nú- meros de referência iguais indicam elementos iguais através das várias vis- tas, e em que:

a figura 1 é uma vista em perspectiva de topo, não em escala, de um cartucho de suprimento de microfluido e cobertura para o mesmo; a figura 2 é uma vista em perspectiva de fundo, não em escala, de um cartucho de suprimento de microfluido e orifício de saída de microflui- do no mesmo;

a figura 3 é uma vista em perspectiva, não em escala, de um suporte de múltiplos cartuchos contendo múltiplos cartuchos para um dispo- sitivo de ejeção de microfluido;

a figura 4 é uma vista em seção transversal, não em escala, de um cartucho de suprimento de microfluido contendo um dispositivo de indu- ção de pressão negativa e uma parte de uma estrutura de cabeçote de eje- ção de microfluido para conexão com o cartucho de suprimento de microflui- do;

a figura 5 é uma vista explodida em seção transversal, não em escala, de uma parte de uma estrutura de cabeçote de ejeção de microflui- do;

a figura 6 é uma vista explodida em seção transversal, não em escala, de uma parte de uma estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido de acordo com uma modalidade da descrição; e a figura 7 é uma vista em seção transversal, de um cartucho de suprimento de microfluido contendo um dispositivo de indução de pressão negativa e uma parte de uma estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido de acordo com a descrição para conexão com o cartucho de suprimento de microfluido.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas

Com referência às figuras 1 e 2, são ilustradas vistas em pers- pectiva de um cartucho de microfluido 10. O cartucho de microfluido 10 inclui um corpo rígido 12 e uma cobertura 14 fixada no corpo 12. A cobertura 14 pode incluir um orifício de entrada 16 para abastecer ou reabastecer o corpo 12 com microfluido tal como tinta.

Uma vista em perspectiva de fundo do cartucho de microfluido 10 é fornecido na figura 2. Um orifício de saída de microfluido 18 é fornecido par o fluxo de microfluido para fora do cartucho de microfluido 10 para uma estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido descrita em mais detalhe a- baixo. O cartucho de microfluido 10 pode também incluir um painel substan- cialmente transparente 20 para detectar a presença de líquido no cartucho de microfluido 10.

O corpo rígido 12 e a cobertura 14 do cartucho de microfluido 10 podem ser feitos de uma variedade de materiais incluindo, mas não limitado a, metais, plásticos, cerâmicas e similar, na medida em que são feitos de materiais compatíveis com os microfluidos que eles contêm. Neste aspecto, um material polimérico que pode ser usado para fornecer o corpo 12 e a co- bertura 14, pode ser selecionado do grupo que consiste de um polieterimido termoplástico amorfo disponível em G.E. Plastics de Hentersville, Carolina do Norte, uma resina de tereftalato de polietileno termoplástico misturado com vidro disponível em E.l. du Pont de Nemours and Company de Wilming- ton, Delaware, uma fibra de vidro contendo poliestireno sindiotático disponí- vel em Dow Chemical de Midland, Michigan, uma mistura de resina de poli- estireno de alto impacto/óxido de polifenileno disponível em G.E. Plastics, e uma resina de éter de polifenileno/polamida de G.E. Plastics.

Quando são usados cabeçotes de ejeção permanentes ou semi- permanentes, os cabeçotes de ejeção podem ser presos a um suporte de múltiplos cartuchos de microfluido 22 (figura 3). O suporte 22, mostrado na figura 3, inclui múltiplas fendas para cartuchos de microfluido substituíveis 10.

Uma vista em seção transversal de um cartucho de microfluido 10 e a estrutura de cabeçote de ejeção 24 contendo um chip de ejeção 26 é ilustrado na figura 4. A estrutura de cabeçote de ejeção 24 pode ser presa de modo fixo ou removível no suporte 22. A estrutura de cabeçote de ejeção 24 inclui um componente de mecha e filtragem 28 que é preso a um reserva- tório de microfluido filtrado 30 da estrutura de cabeçote de ejeção 24.

Como mostrado na figura 4, o cartucho de microfluido 10 pode ter dois compartimentos no mesmo, uma trajetória de fluxo de líquido 36 é fornecida entre o compartimento de líquido 32 e a cavidade contendo mate- rial que produz de pressão negativa 34. A cavidade contendo material que produz pressão negativa 34 pode conter um dispositivo de indução de pres- são negativa tal como uma espuma feltrada. Para propósitos desta descri- ção, uma ampla variedade de dispositivos de indução de pressão negativa 38 pode ser usada na medida em que o dispositivo está em contato íntimo com uma mexa de saída de microfluido 40 quando um cartucho de microflui- do 10 é fixado na estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido 24. Tais dispositivos de indução de pressão negativa 38 podem incluir, mas não são limitados a, espumas de células abertas, feltras, materiais contendo capila- res, materiais absorventes, e similares.

Como usado aqui, os termos "espuma" e "feltro" serão entendi- dos para se referir em geral a espumas de células abertas ou reticuladas tendo espaços vazios interconectados, isto é, porosidade e permeabilidade, de configuração desejada que permitem que um microfluido seja retido den- tro da espuma ou feltro e fluam através da mesma, a uma taxa desejada pa- ra distribuição para o micro-chip de ejeção de microfluido 26. Espumas e feltras deste tipo são tipicamente materiais de poliéter-poliuretano feitos por métodos bem conhecidos na técnica. Um exemplo comercialmente disponí- vel de uma espuma adequada é uma espuma de célula aberta feltrada que é um material de poliuretano feito pela polimerização de um poliol e diisociana- to de tolueno. A espuma resultante é uma espuma de poliéster flexível reti- culada, comprimida, feita comprimindo uma espuma com pressão e calor para espessura especificada.

Com referência à figura 5, uma vista explodida, não em escala, de um componente de mecha e filtragem 28 é ilustrado. O componente de mecha e filtragem inclui uma tampa de filtro 42 que é presa fixamente nas paredes laterais 44 do reservatório de microfluido filtrado como por adesivo, solda laser, solda ultra-sônica, escoramento por calor, e similar. Um filtro 46 feito de malha de plástico ou malha de arame 46 é fixado na tampa de filtro 42 tanto por escoramento por calor ou solda a laser. A seguir, um retentor de mecha 48 é pressionado na tampa de filtro 42 e a mecha 40 é encaixada por pressão no retentor de mecha 48 para fornecer o componente de mecha e filtragem 28.

Cada um dos itens 40, 42, 46 e 48 do componente de mecha de filtragem 28 tem uma tolerância de fabricação. Conseqüentemente, a soma das tolerâncias de fabricação de cada um dos itens 40, 42, 46 e 48 fornece a tolerância de fabricação total do componente de mecha e filtragem 28.

Alguém versado na técnica reconhecerá facilmente que a inven- ção não é limitada à modalidade ilustrada. Por exemplo, em uma modalidade alternativa, uma pluralidade de reservatórios de microfluido filtrado pode ser coberta com uma tampa única, e quatro ou mais estruturas de mecha e fil- tragem podem estar dispostas na dita tampa.

Como ilustrado nas figuras 3 e 4, quando o cartucho 10 está dis- posto no suporte 22, o componente de mecha e filtragem 28 está disposto através do orifício de saída de microfluido 18 de modo que a mecha 40 está em contato de fluxo de microfluido íntimo com o dispositivo de indução de pressão negativa 38 na cavidade 34 do cartucho 10. Quando o microfluido é ejetado pelo chip de ejeção 26, o microfluido é feito reabastecer o reservató- rio de microfluido 30 por fluxo do dispositivo de indução de pressão negativa 38, através da mecha 40 e do filtro 46. Uma mecha convencional 40 é assim composta de trajetórias capilares entre, por exemplo, fibras feltradas de poli- olefina tais como fibras de polietileno ou polipropileno.

Com referência às figuras 6 e 7, um dispositivo de mecha e fil- tragem 50 é ilustrado. O dispositivo 50 inclui uma tampa de filtro 53 e um componente de filtragem e macha não fibrosa, moldada 54 fornecendo um dispositivo de mecha e filtragem substancialmente unitário 50. O componen- te de mecha e filtragem não fibroso, moldado 54 pode ser fornecido por um substrato poroso polimérico, hidrofílico feito de um material de poliolefina ou poliéster. Tal material polimérico pode incluir partículas termoplásticas con- crecionadas fornecendo tamanho de poro nominal variando de cerca de 5 a cerca de 50 mícrons.

Em uma modalidade alternativa, o componente de mecha e fil- tragem 54 do dispositivo 50 pode incluir uma pluralidade de zonas de poro- sidade, por exemplo, uma zona de macha e uma zona de filtragem cada uma tendo um tamanho de poro nominal diferente. Tais componentes de mecha e filtragem estão disponíveis em Porex Corporation de Fairbum, Ge- órgia, e podem ser feitos de acordo com uma ou mais das Patentes U.S. N9S 5.432.100 e 6.030.558 para Smith e outros.

A fixação do dispositivo de mecha e filtragem 50 nas paredes laterais 40 do reservatório de microfluido filtrado 30 pode ser obtida por uma variedade de técnicas incluindo, mas não limitado a, solda a laser, escora- mento por calor, solda ultra-sônica, adesivos, e similares. Desde que um dispositivo essencialmente unitário 50 é fornecido, somente uma única etapa é exigida para fixar o dispositivo de filtragem e mecha 50 na estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido 24. Em contraste, nos dispositivos de me- cha e filtragem anteriores, pelo menos quatro etapas de montagem eram exigidas para fixar o dispositivo de mecha e filtragem na estrutura de cabe- çote de ejeção de microfluido 28.

Além do mais, desde que os componentes 52 e 54 do dispositivo de mecha e filtragem 50 são integralmente moldados para fornecer o dispo- sitivo essencialmente unitário 50, somente uma tolerância de fabricação úni- ca para o dispositivo total 50 é exigida. Assim, as tolerâncias de fabricação para o dispositivo de mecha e filtragem 50 podem ser substancialmente me- nores que as tolerâncias de fabricação combinadas para componentes de mecha e filtragem existentes.

Com referência agora às figuras 3 e 7, quando o cartucho 10 está disposto no suporte 22, o dispositivo de mecha e filtragem 50 está dis- posto através do orifício de saída de microfluido 18 de modo que o compo- nente de mecha e filtragem 54 está em contato de fluxo de microfluido íntimo com o dispositivo de indução de pressão negativa 38 na cavidade 34 do car- tucho 10. Quando o microfluido é ejetado pelo chip de ejeção 26, o microflui- do é feito reabastecer o reservatório de microfluido 30 por fluxo do dispositi- vo de indução de pressão negativa 38, através do componente de mecha e filtragem 54.

Tendo descrito os vários aspectos e modalidades da descrição e as várias vantagens da mesma, será reconhecido por aqueles versados na técnica que as modalidades são suscetíveis a várias modificações, substitui- ções e revisões dentro do espírito e escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido compreen- dendo uma estrutura moldada de mecha não fibrosa e filtragem, presa fixa- mente em um reservatório de microfluido filtrado da estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido para fluir o microfluido filtrado em um micro-chip de ejeção de microfluido, preso na estrutura de cabeçote.

2. Estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido, de acordo com a reivindicação 1, em que a estrutura de mecha e filtragem compreende um substrato poroso polimérico, hidrofílico, e uma tampa de filtro moldada no substrato poroso para fornecer uma estrutura de mecha e filtragem de tampa unitária,

3. Estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido, de acordo com a reivindicação 1, em que a estrutura de mecha e filtragem compreende um substrato poroso polimérico, hidrofílico, tendo uma ou mais zona de po- rosidade diferentes no mesmo.

4. Estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido, de acordo com a reivindicação 1, em que a estrutura de mecha e filtragem compreende material de poliéster, polipropileno, polietileno ou PET.

5. Estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido, de acordo com a reivindicação 1, em que a estrutura de mecha e filtragem é presa fi- xamente no reservatório de microfluido filtrado por um método selecionado do grupo que consiste de solda a laser, solda ultra-sônica e escoramento por calor.

6. Estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido, de acordo com a reivindicação 1, em que a estrutura de mecha e filtragem é fixada a- desivamente no reservatório de microfluido filtrado.

7. Estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido, de acordo com a reivindicação 1, em que a estrutura de mecha e filtragem compreende partículas termoplásticas concrecionadas fornecendo um tamanho de poro nominal variando de cerca de 5 a cerca de 50 mícrons.

8. Método para montar uma estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido para um cartucho de suprimento de microfluido, o método com- preendendo as etapas de: fornecer uma estrutura moldada de mecha não fibrosa e filtra- gem; e prender fixamente a estrutura de mecha e filtragem em um re- servatório de microfluido filtrado da estrutura de cabeçote de ejeção de filtro para fluxo de microfluido filtrado de um cartucho de suprimento para um chip de ejeção de microfluido preso na estrutura de cabeçote.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, em que a estrutura de mecha e filtragem compreende um substrato poroso polimérico, hidrofílico e uma tampa de filtro moldada no substrato poroso para fornecer uma estru- tura de mecha e filtragem de tampa integrada.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, em que a tampa de filtro é presa fixamente no reservatório de microfluido filtrado por um mé- todo selecionado do grupo que consiste de solda a laser, solda ultra-sônica e escoramento por calor.

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, em que a tampa do filtro é presa fixamente no reservatório de microfluido filtrado pelo uso de um adesivo.

12. Método, de acordo com a reivindicação 8, em que a estrutura de mecha e filtragem compreende um substrato poroso polimérico, hidrofílico tendo uma ou mais zonas de porosidade diferentes.

13. Método, de acordo com a reivindicação 8, em que a estrutura de mecha e filtragem compreende um material de poliéster, polipropileno, polietileno ou PET.

14. Método, de acordo com a reivindicação 8, em que a estrutura de mecha ou filtragem compreende partículas termoplásticas concreciona- das fornecendo um tamanho de poro nominal variando de cerca de 5 a cerca de 50 mícrons.

15. Suporte de reservatório de suprimento de microfluido com- preendendo uma estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido feita pelo método como definido na reivindicação 8.

16. Cartucho de suprimento de microfluido para um cabeçote de ejeção de microfluido compreendendo uma estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido feita pelo método como definido na reivindicação 8.

17. Suporte de cartucho de suprimento de microfluido compre- endendo uma estrutura de cabeçote de ejeção de microfluido permanente ou semipermanente, a estrutura de cabeçote de ejeção compreendendo um chip de ejeção de microfluido, um reservatório de microfluido filtrado em co- municação de fluxo de microfluido com o chip de ejeção de microfluido, e uma estrutura de mecha e filtragem presa fixamente no reservatório de mi- crofluido filtrado para fluxo de microfluido filtrado para o reservatório de mi- crofluido filtrado, em que a estrutura de mecha e filtragem compreende um elemento moldado de mecha não fibrosa e filtragem.

18. Suporte de cartucho de suprimento de microfluido, de acordo com a reivindicação 17, em que a estrutura de mecha e filtragem compreen- de um elemento de mecha e filtragem poroso polimérico, hidrofílico, e uma tampa de filtro moldada no elemento de mecha e filtragem para fornecer uma estrutura de macha e filtragem de tampa unitária.

19. Suporte de cartucho de suprimento de microfluido, de acordo com a reivindicação 17, em que o elemento de mecha e filtragem compreen- de um substrato poroso polimérico, hidrofílico, que tem pelo menos duas zonas de porosidade diferentes.

20. Suporte de cartucho de suprimento de microfluido, de acordo com a reivindicação 17, em que a estrutura de mecha e filtragem é presa fixamente no reservatório de microfluido filtrado por um método selecionado do grupo que consiste em solda a laser, solda ultra-sônica e escoramento por calor.