JP2017501063A - 複数の流体スロットを有するプリントヘッド - Google Patents

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Abstract

プリントヘッドは、複数の流体スロットが形成されている流体スロット領域、エッジ部分及び内側部分を有する温度検出部材もしくは加熱素子もしくは温度検出抵抗を備える。該エッジ部分は、該流体スロット領域のエッジの少なくとも一部分に沿って延在し、該内側部分は、該エッジ部分に接続して、隣接する2つの流体スロット間に延在する。【選択図】図2

Description

プリントヘッドを、紙などの受け入れ媒体(受像媒体)にインクもしくは他の流体を噴射するために使用することができる。用途には、プリンター、グラフィックプロッタ、複写機、ファクシミリ装置があるが、これらには限定されない。これらの装置は、紙などの媒体にインクもしくは別の材料を噴射して、所望の画像を形成するためにインクジェットプリントヘッドを使用する。より一般的には、プリントヘッドは、インク、蝋(ワックス)、ポリマー、もしくは別の流体などの流体を正確に分配ないし投与する精密分配(投与)装置である。受け入れ媒体に画像を形成するための印刷がプリントヘッドの1つの用途であるが、これには限定されず、プリントヘッドを、たとえば、製造、デジタル滴定、薬剤の放出、または3次元印刷などの他の目的で使用することができる。
流体を、プリントヘッドの流体スロットを通してノズルの下の噴射チャンバ(吐出室)に送ることができる。流体を、加熱することによって、または、圧電圧力波などによって噴射チャンバから噴射することができる。流体及び周囲のプリントヘッドの温度などの様々な要因がプリントヘッドの性能に影響を与える。いくつかのプリントヘッドは、プリントヘッドの温度を検出するために使用される温度検出抵抗を備えている。
(補充可能性あり)
以下、非限定的な例であるいくつかの例を添付の図面を参照して説明する。
流体噴射システムの1例の略図である。 本開示にしたがう、複数の流体スロット、温度検出抵抗、温度検出部材もしくは加熱素子を有するプリントヘッドの1例を上から見た図である。 図2のA−A線に沿った断面図である。 本開示にしたがう1構成を示す略図である。 本開示にしたがう1構成を示す略図である。 本開示にしたがう1構成を示す略図である。 本開示にしたがう1構成を示す略図である。 本開示にしたがう1構成を示す略図である。
プリントヘッドは、流体を噴射チャンバに送るための複数のスロットを備える流体スロット領域を有することができる。本開示は、流体スロット領域のエッジ(縁)の少なくとも一部分の周り(または近辺)に延在し、かつ、少なくとも2つの隣接ないし近接する流体スロット間に延在する温度検出部材もしくは加熱素子(または発熱体。以下同じ)を提案している。流体スロットのエッジの周りに延在する外側部分と隣接する流体スロット間に延在する内側部分との両方があるため、温度検出部材は、プリントヘッドを全体として代表する(またはプリントヘッドの代表的な)温度の測定を行うことができ、または、プリントヘッドの内側領域と外側領域の両方をより均一に加熱することができる。1例では、温度検出抵抗は、温度センサーと加熱素子の両方として作用する。
本明細書における教示は、任意のサイズのプリントヘッドに適用されうるが、プリントヘッドの異なる領域間で温度を等しくするのに要する時間がより長くなりうるより大きなプリントヘッドにとって特に有用でありうる。
図1は、流体噴射システムの構成要素を示す略図である。たとえば、流体噴射システムは、紙や他の印刷媒体にインクを噴射するためのプリンターでありうる。しかしながら、流体噴射システム及びプリントヘッドを、薬液や3次元印刷材料(ただしこれらには限定されない)を含む他のタイプの液体もしくは流体を噴射するために使用することができる。参照の便宜上、以下の説明及び例では、インク及びインクスロットを参照するが、いくつかの実施例では、インクを他の流体で代用することができること、及び、本明細書における教示を、他のタイプの流体を正確に噴射するための装置に適用できることが理解されよう。
システム100は、インクジェットプリントヘッド102、インク供給部(インクサプライ)104、搭載アセンブリ106、媒体搬送アセンブリ108、電子コントローラ110、及び、該システムの種々の電気的構成要素に電力を供給する電源112を備えている。
電子コントローラ110は、コンピューターなどのホストシステムからホストデータ124を受け取り、該データに基づいて、文字、記号、図形ないし画像、または他のパターンを印刷媒体上に形成すべくインク滴を噴射するようにプリントヘッド102を制御する。
1例では、プリントヘッド102は、インク供給部104を含む一体型プリントカートリッジの一部である。別の例では、インク供給部104は、プリントヘッドから分離しており、供給管などのインターフェース接続を介してプリントヘッドにインクを供給する。
図示の例では、電子コントローラ110はプリントヘッドから分離している。電子コントローラ110を、プリンターの本体の一部とすることができ、該コントローラは、たとえばプリントヘッドのボンドパッドもしくは他の端子を介してプリントヘッドに制御信号を送る。電子コントローラ110は、ASICまたはプロセッサを備えることができ、一方、プリントヘッド102は、電子コントローラ110からの命令を実行するためのより単純な電子回路を有することができる。電子コントローラ110をプリントヘッドから分離することによって、プリントヘッドを使い捨てにできるので、プリントヘッドのコストを低く抑えることが可能になる。他の例では、電子コントローラ110をプリントヘッドに一体化することができる。
搭載アセンブリ106は、プリントヘッドを支持し、及び、電子コントローラ110の制御下でプリントヘッドを印刷媒体118に対して移動させることができる。電子コントローラはまた、印刷媒体をプリントヘッドに対して移動させる、紙送り機構などの媒体搬送アセンブリ108を制御する。
プリントヘッドは、複数のインク噴射チャンバ(インク吐出室)220と流体連絡する複数のインクスロット210を備えており、インク滴122は、該インク噴射チャンバからプリントヘッドのノズルを通じて受け入れ媒体(受像媒体)118上に噴射される。プリントヘッドはさらに、プリントヘッドの温度を測定し及び/またはプリントヘッドを加熱するように作用する温度検出抵抗(TSR:TemperatureSensing Resistor。温度検出抵抗器ともいう)もしく他のデバイスないし装置を備えている。他の例では、この加熱機能及び温度測定機能を別々の要素によって実行することができる。該TSRは、インクスロット210の外側の周囲に延在するエッジ部分240とそれらのインクスロット間に延在する内側部分250を有している。該エッジ部分と該内側部分は接続されている。図1にはTSRの構成が概略的に示されているだけであるので、以下で、いくつかの例を、図2〜図4を参照してより詳細に説明する。
図2は、上から見下ろしたときのプリントヘッド102の略図である。該プリントヘッドは、複数のインクスロット210A、210B、及び210Cが配置されているインクスロット領域300を有している。それぞれのインクスロットは、該インクスロットの片側または両側に列に並べる(列状に配置する)ことができる複数のインク噴射チャンバ220A、222A、220B、222B、220C、及び222Cにインクを供給する。インクスロット及び噴射チャンバ内のインクの温度は、プリントヘッドの性能に影響を与える。したがって、インクの温度の決定とインクの予熱の両方を行うことが望ましい。たとえば、印刷システムが作動している間、及びプリントヘッドからインクを噴射するために該インクがさらに加熱される前に、インクを、所定の温度にもしくは所定の温度未満に維持することができ、または、所定の温度範囲内に維持することができる。
図2に示されているように、温度検出抵抗(TSR)はインクスロットの周りに延在する。より具体的には、TSRは、エッジ(縁)部分240と内側部分250を有している。エッジ部分240は、インクスロット領域300のエッジ(縁)の少なくとも一部分の周りないし近くに延在する。この点、「エッジ部分」は、インクスロット領域300のエッジに沿って延在する(延びる)が、隣接するインクスロット間の、該インクスロット領域の内側領域中には延在しない部分を意味する。
一方、TSRの内側部分250は、一対の隣接するインクスロットの間に延在している。「間に延在している」は、TSRが、隣接する2つのインクスロット間に存在する領域の内側に延在していることを意味する。このように、TSRが、インクスロット領域のエッジの周り(または近辺)に延在し、かつ、インクスロット領域の内側領域内に延在するので、エッジ領域の周り(または近辺)にのみ延在しているTSR、または1つの孤立した位置に限定された温度センサーによって得ることができるものよりも、より代表的(もしくは正確)な温度測定値を得ることが可能である。同様に、エッジ部分240と内側部分250の両方を有するために、TSRは、プリントヘッドをより均一かつ効率的に加熱することができる。
かかる効果を達成するための種々の構成が可能であり、いくつかの変形形態が図4A〜図4Eを参照して後述される。さしあたって、TSRは、インクスロットのエッジに沿って第1の方向に延びる第1の部分240A、インクスロットの端を過ぎて第2の方向に延びる第2の部分240B、及び、隣接する2つのインクスロット間を第3の方向に延びる第3の部分250Aを有することに留意されたい。さらに、第1の部分240A、第2の部分240B、及び第3の部分250Aは接続されて、同じ回路の一部を形成する。
図2に示されている特定の構成において、エッジ部分240は第1のループを形成し、内側部分250は第2のループを形成する。第1のループと第2のループは互いに接続されて単一の回路を形成する。第1のループ及び第2のループは同じ入力端子または同じ出力端子に接続される。たとえば、第1のループの一方の端部及び第2のループの一方の端部は同じボンドパッド280に接続され、それらのループの他方の端部はグランド(接地)290に接続される。コントローラ110は、ボンドパッド280及びグランド290を介してTSRに電流を流してTSRを加熱しまたはTSRの抵抗値を検出することができ、これによって、TSR及び周囲のプリントヘッドの温度を決定することができる。
図2では、第1のループと第2のループは両方とも同じグランドに接続されている。しかしながら、他の例では、それらのループを別々のグランドに接続することができる。TSRを、室温において特定の抵抗値または特定の範囲の抵抗値(たとえば、60〜70オーム)を有するように設計することができる。こうして、TSRの異なる構成を同じコントローラで使用することができる。1例では、所定の電流をTSRに加えて電圧を測定することができる。測定された電圧から、抵抗値したがって温度を決定することができる。
図2は、エッジ部分と内側部分を有するTSRを示しているが、他の例では、該TSRの代わりに他のデバイスないし装置を使用することができる。TSRは、加熱素子及び温度検出部材の両方として作用ないし機能することができるデバイスないし装置の1例である。他の例では、TSRを、プリントヘッドを加熱するためではなく、温度を検出するために使用することができ、プリントヘッドを加熱するために、(該TSRとは)別個の1つの加熱デバイスもしくは複数の加熱デバイスを使用することができる。さらに他の例では、TSRの代わりに、それと同じ構成を有するがプリントヘッドを加熱するためには使用されない異なるタイプの温度検出部材を使用することができる。その場合は、(該温度検出部材とは)別個の(1以上の)ヒーターを設けることができる。他の例では、TSRの代わりに、それと同じ形状を有するが温度を検出することはできない加熱素子を使用することができ、及び、(該加熱素子とは)別個の(1以上の)温度センサーをプリントヘッド内に設けることができる。しかしながら、TSRなどのデバイスないし装置を用いて温度の検出とプリントヘッドへの熱の供給の両方を行うことによって、構成をよりコンパクトにすることができる。
図2は略図であり、インクスロット210、インク噴射チャンバ220、及びTSR240、250は、プリントヘッド構造内の相対的に異なる高さに存在しうるが、それらの相対的な位置がわかるように、図2にはそれらの全てが示されていることに留意されたい。以下で、図2のA−A線に沿った断面について、図3を参照して説明する。
図3は、図2のA−A線に沿った断面図である。具体的には、図3は、プリントヘッドのインクスロット及びTSRの構成の1例を示している。
プリントヘッドは、互いに接着されたダイキャリア310及びダイ320を備えている。ダイ320を、たとえばシリコン(ケイ素)または他の適切な材料から作ることができる。インクスロット210は、図3の面内へと延びるダイキャリア310及びダイ320内に形成された細長いスロットである。インクスロット210は、インク供給部(不図示)、及び、インクスロットの両側に列状に延びるインク噴射チャンバ220、222と流体連絡している。
インク噴射チャンバ220、222は、ダイ320の上に配置され、それぞれが、それぞれの液滴発生器370の一部を形成している。液滴発生器370は、インク噴射チャンバ220もしくは222、インク噴射チャンバの直下の噴射要素(または噴射素子)304、及びインク噴射チャンバの上のノズル372を備えている。インク噴射チャンバは、側部に障壁層350を含むチャンバ壁とノズル層360によって画定されれ、ノズル層360には、ノズル372が該チャンバの上に配置されている。チャンネル(流路)352は、インクスロット210からインク噴射チャンバへの流体の移動を可能にしている。噴射要素304は、たとえば、ノズル372を通じてインクを噴射するために加熱されることができる熱抵抗器である。噴射要素304を、たとえば、抵抗層330(たとえば、TaAl、WSiNまたはTaSiN)、及び該抵抗層の上の導電層340(たとえば、AlCuまたは他の銅系材料)から形成することができる。
TSR240、250または他の加熱素子もしくは温度検出部材は、インクスロット210の近くに配置され、たとえばダイ320の上に形成されることができる。1例では、TSRは、同じ高さにあり、噴射要素と同じ材料、たとえば導電層330及び抵抗層340から形成することができる。噴射要素304をTSRとインクスロットの間に配置することができる。噴射要素とインクスロットを、パッシベーション層380などの絶縁層によって分離することができる。パッシベーション層380はまた、噴射要素及び/またはTSRの上を覆うように延在して、該噴射要素及び/またはTSRを他の構成要素から電気的に分離(絶縁)することができる。パッシベーション層380が噴射要素の上に薄い層として延在する場合には、(いくつかのプリンターのインクは導電性であるので)パッシベーション層380は、インク噴射チャンバ内の流体を通って電流が流れるのを防止するのに役立つ。
別の例(不図示)では、噴射要素304とTSR240、250が垂直方向及び水平方向に分離されるように、噴射要素304とTSR240、250を、別個の層に設けることができる。
図3は、インクスロット210の外側にあるTSR240のエッジ部分と該インクスロットの内側にあるTSRの内側部分250を示している。
図2の構成ないし配置は、プリントヘッドの異なる領域の均一な加熱及び/またはより正確な温度測定を可能にするために、外側部分240と内側部分250の両方を有するTSRまたは温度検出部材または加熱素子を配置する1つの可能なやり方である。しかしながら、他の構成を使用することが可能であり、他のいくつかの例について、図4A〜図4Eを参照して以下で説明する。
図4Aは、図2と同じインクスロット210A、210B、210C及びTSR240、250の構成の1例を示す略図である。TSRは、インクスロット領域の3つの側(側部)の(それぞれの)エッジ(縁)を囲んでいる第1のループを形成するエッジ部分240と、隣接するインクスロット間に延在する第2のループを形成する内側部分250とを有する。より具体的には、図4Aでは、TSRのエッジ部分240は、インクスロットのエッジに沿って延びる部分240Aと、インクスロットの端を過ぎて(超えて)延びる部分240Bと、インクスロットのエッジに沿って延びる部分240Cを有している。部分240A、240B、及び240Cは、インクスロット領域のエッジの周りに延在しているので、それらの部分は、隣接するインクスロット間には延在していない。ところで、第1の内側領域410が、インクスロット210Aと210Bの間に画定され、第2の内側領域420が、インクスロット210Bと210Cの間に画定されている。TSRの内側部分250は、第1の内側領域410と第2の内側領域420の両方に延びている(すなわち、領域410内及び領域420内に延在している)。
図4Bは、TSRが蛇行形状を有する別の例を示している。「蛇行」とは、TSRが、捩られながら(たとえば螺旋状に)向きを変えて、インクスロット領域のエッジと内側領域の間を行きつ戻りつしながら向きを変えることを意味する。図4Bから、TSRは、インクスロット領域のエッジと、隣接するインクスロット間のインクスロット領域の内側領域との両方を含む経路に沿ってボンドパッド280からグランド290まで延びる抵抗素子ないし抵抗体であることがわかる。TSRは、インクスロット領域のエッジの周り(または近辺)に延在する複数のエッジ部分240と、隣接するインクスロット間に延在する複数の内側部分250とを有する。TSRは、インクスロットのエッジに沿って第1の方向500に延びる第1の部分240Aと、インクスロットの端222Eを過ぎて(超えて)第2の方向510に延びる第2の部分240Bと、隣接する2つのインクスロット間の内側領域410を通って第3の方向520に延びる第3の部分250Aを有する。第1の部分240A、第2の部分240B、及び第3の部分250Aは共に接続され、この例では、単一の連続する要素を形成している。図4BのTSRは、インクスロット領域の2つの側部を完全に囲んでおり(図4Bの左側及び右側)、インクスロット領域の第3の側部を部分的に囲んでいる(図4Bの上部)ということができる。第3の側部の3分の2がTSRによって囲まれており、3つのインクスロットの端のうちの1つだけが囲まれていないので、第3の側部を部分的に囲んでいるということができる。
図4Cは、図4Bと類似の蛇行形状の構成の別の例である。ただし、TSRは、第2の内側領域420内に延びている(延在している)が、第1の内側領域410内には延びていない(延在していない)。
図4Dは、2つのTSRが存在する別の例を示している。それぞれのTSRは蛇行形状を有している。第1のTSRは、インクスロット領域のエッジの周り(または近辺)に延在するエッジ部分240と、隣接するインクスロット間の内側領域に延びる内側部分250とを有する。第1のTSRは、インクスロット領域の1つの側部を囲んでいる(図4Dの上部)が、他の2つの側部の途中までしか下に延びていないので、それら他の2つの側部を囲んでいない。第2のTSRは、第1のTSRと類似しており、エッジ部分640と内側部分650を有している。第2のTSRは、第1のボンドパッドから分離した第2のボンドパッド680と、グランド290と同じであってもそれとは異なるグランドであってもよいグランド690との間に延びている。
上記の例は、共通の構成である3つのインクスロットを示している。たとえば、3つの異なるそれぞれの色のインク用の個別のスロットを有するようにカラープリントヘッドを設計することができる。しかしながら、別の場合では、各スロット内のインクの色を同じとすることができる。実際に、本開示の教示及び上記の種々の例を、4つ以上のインクスロットを有するプリントヘッドや2つだけのインクスロットを有するデバイスないし装置へと変更ないし拡張することができる。
図4Eは、図4Aと類似の別の例であるが、3つのインクスロットではなく4つのインクスロット210A〜210Dが存在する。この例では、TSRは、外側部分240を形成する1つの外側ループと、それぞれの内側部分に対する2つの内側ループ250及び251を有している。3つのすべてのループは同じ入力端子に接続されている。他の例では、1つの内側ループだけがある場合があり、TSRの内側部分が、インクスロット間の内側領域のいくつかだけに入り場合がある。別の例では、内側ループは、蛇行形状を有して、隣接するインクスロットの異なる対間のいくつかの内側領域に入りうる。さらに、図4A〜図4Dに示されている全ての構成を、4つ以上のスロットを有するプリントヘッドまたはプリントヘッドダイで使用するために変更することができる。
図2に関して述べたように、それぞれのインクスロットは、長さLと、該長さよりもずっと小さい幅Wを有している。一般的には、代表的な温度を測定することができるようにするために、及び/または、より均一かつ効率的な加熱を容易にするために、TSRのエッジ部分240は、インクスロットの長さLの3分の1に等しいかまたはそれより長い(すなわち、該長さLの3分の1以上の)長さを有する必要がある。いくつかの例では、該エッジ部分の長さは、インクスロットの長さ以上(すなわち、インクスロットの長さより長いかまたはそれと同じ長さ)でありえ、たとえば、2つのインクスロットの(合計の)長さ以上である。図4Dでは、エッジ部分240の結合した長さは、インクスロットの長さにほぼ等しいが、図4A〜図4C及び図4Eの例では、エッジ部分240すなわち結合したエッジ部分の全長は、インクスロットの長さよりもかなり長く、いくつかの場合では、インクスロットの長さの2倍よりも長い。
図4A〜図4Eの上記説明ではTSRを参照したが、他の例では、TSRの代わりに、異なるタイプの加熱及び温度検出デバイス、または、温度を検出しない加熱素子、またはプリントヘッドに熱を供給しない温度検出部材(ただし、いずれもTSRと同じ全体形状及び構成を有するものとすることができる)を使用することができる。TSRを加熱素子で代用する場合には、(加熱素子とは)別個の1つまたは複数の温度測定デバイスを設けることができる。TSRを温度検出部材で代用する場合には、(温度検出部材とは)別個の1つまたは複数のヒーターをプリントヘッド内に設けることができる。
本明細書に開示されている全ての特徴(任意の請求項、要約及び図面に記載されているものを含む)、及び/または、そのように開示されている任意の方法もしくはプロセスの全ての工程を、そのような特徴及び/または工程の少なくとも一部が相互排他的である組み合わせを除いて、任意に組み合わせることができる。
別段の明示がある場合を除いて、本明細書に開示されているそれぞれの特徴(任意の請求項、要約及び図面に記載されているものを含む)を、同じもしくは同等のもしくは類似の目的を果たす代替の特徴で置き換えることができる。したがって、別段の明示がある場合を除いて、開示されているそれぞれの特徴は、包括的な一連の同等もしくは類似の特徴の1例にすぎない。

Claims (15)

  1. 複数の流体スロットが形成されている流体スロット領域と、
    エッジ部分と内側部分を有する温度検出抵抗
    を備えるプリントヘッドダイであって、
    前記エッジ部分は、前記流体スロット領域のエッジの少なくとも一部分に沿って延在し、前記内側部分は、前記エッジ部分に接続し、かつ、隣接する2つの流体スロット間に延在する、プリントヘッドダイ。
  2. 前記エッジ部分は、前記流体スロット領域の3つの側部(すなわち前記流体スロット領域の3方)を少なくとも部分的に囲む、請求項1のプリントヘッドダイ。
  3. 前記温度検出抵抗の前記エッジ部分は第1のループを形成し、前記温度検出抵抗の前記内側部分は第2のループを形成し、前記第1のループと前記第2のループは同じ入力端子に接続される、請求項1のプリントヘッドダイ。
  4. 複数の流体スロットであって、各流体スロットが、2つの端の間にわたる長さと該長さよりも短い幅を有する、複数の流体スロットと、
    流体スロットのエッジに沿って第1の方向に延在する第1の部分と、流体スロットの端を過ぎて第2の方向に延在する第の2部分と、隣接する2つの流体スロット間に第3の方向に延在する第3の部分とを有する温度検出部材
    を備えるプリントヘッド。
  5. 前記温度検出部材の前記第3の部分は、前記温度検出部材の前記第3の部分が隣接している流体スロットの長さと同じかまたはそれより長い長さを有する、請求項4のプリントヘッド。
  6. 複数の内側領域が、隣接する流体スロット間の領域によって画定され、前記温度検出部材が、前記内側領域のうちの複数の内側領域内に延在する、請求項4のプリントヘッド。
  7. 前記温度検出部材は蛇行形状を有する、請求項4のプリントヘッド。
  8. 前記温度検出部材の前記第1及び第2の部分は、前記複数の流体スロットを囲む外側のリングの一部である、請求項4のプリントヘッド。
  9. 前記温度検出部材の前記第1、第2、及び第3の部分は同じボンドパッドに接続される、請求項4のプリントヘッド。
  10. 前記温度検出部材は、前記プリントヘッドの温度を検出し及び前記プリントヘッドに熱を供給するための回路の一部を形成する温度検出抵抗である、請求項4のプリントヘッド。
  11. 複数の流体スロットであって、それぞれの流体スロットが、複数の流体噴射チャンバに流体を供給するように構成されている、複数の流体スロットと、
    前記複数の流体スロットを囲む外側のリング部分と、前記複数の流体スロットのうちの少なくとも2つの流体スロット間に延在する内側部分とを有する加熱素子
    を備えるプリントヘッド。
  12. 前記外側のリング部分の第1の端部はボンドパッドに接続し、前記外側のリング部分の第2の端部はグランドに接続し、前記内側部分の第1の端部は前記外側のリング部分と同じボンドパッドに接続し、前記内側部分の第2の端部はグランドに接続する、請求項11のプリントヘッド。
  13. 前記内側部分はループ形状である、請求項11のプリントヘッド。
  14. 前記加熱素子の前記外側のリング部分と前記内側部分は、同じ入力端子に接続される、請求項11のプリントヘッド。
  15. 前記加熱素子は、前記プリントヘッドの温度を検出し、かつ前記プリントヘッドに熱を供給するための温度検出抵抗であり、前記加熱素子の前記外側のリング部分及び前記内側部分は単一の制御回路に接続される、請求項11のプリントヘッド。
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