JP2022533006A - 発熱部品を保護および状態を検出するためのキャビテーションプレート - Google Patents

発熱部品を保護および状態を検出するためのキャビテーションプレート Download PDF

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Abstract

例に従って、装置は、流体が一時的に保持されることになる流体チャンバを含むことができる。また、装置は、流体チャンバに保持された流体に駆動気泡を形成するための熱を生成するための発熱部品も含むことができ、キャビテーションプレートが、流体チャンバと発熱部品との間に設けられ得る。キャビテーションプレートは、流体チャンバと連絡することができ、発熱部品を保護するために流体チャンバを発熱部品から物理的に分離することができる。更に、コントローラは、キャビテーションプレートから受け取った電気信号に基づいて流体チャンバ内の状態を判定することができる。【選択図】図2

Description

インクジェットプリンタは、用紙または他の印刷媒体上にイメージを記録するために、プリントヘッドのノズルから用紙または他の印刷媒体上へ放出される印刷流体滴を使用する。幾つかのインクジェットプリンタのプリントヘッドにおけるノズルは、流体チャンバ内に入れられた印刷流体または他の流体が流体チャンバからノズルを介して吐出され得るように、流体チャンバと流体連絡することができる。幾つかの例(例えば、サーマルインクジェット(TIJ)設計)において、駆動気泡が、流体チャンバ内に入れられた印刷流体または流体に形成され得る。
本開示の特徴要素は、一例として示され、以下の図面(単数または複数)で制限されない。以下の図面において、同様の符号は、同様の要素を示す。
セグメント化(分割)されたキャビテーションプレートを含むことができる例示的な装置の図である。 セグメント化されたキャビテーションプレートを含むことができる例示的な装置の図である。 セグメント化されたキャビテーションプレート及び誘電体層を含むことができる例示的な装置の図である。 図2に示された複数の装置を示す例示的なデバイスの図である。 単一化されたキャビテーションプレートを形成するための例示的な方法に関する流れ図である。
詳細な説明
簡略化および例示のために、本開示は、単に例を参照することにより説明される。以下の説明において、多くの特定の細部が、本開示の完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、容易に明らかであるように、本開示は、これら特定の細部に限定されずに実施され得る。また、幾つかの方法および構造は、本開示を不必要に不明瞭にしないように、詳細に記載されていない。
本開示の全体にわたって、用語「a」及び「an」は、特定の要素の少なくとも1つを示すことが意図されている。本明細書で使用される限り、用語「含む」は、以下に限定されずに含むことを意味し、用語「含んでいる」は、以下に限定されずに含んでいることを意味する。用語「基づいて」は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。
本明細書において、装置、例えば当該装置内の流体チャンバ用のセグメント化されたキャビテーションプレートを含むことができる流体ダイ、プリントヘッド又は他のタイプの装置が開示される。セグメント化された(例えば、個別的な)キャビテーションプレートのそれぞれは、個々の流体チャンバ(例えば、ノズルチャンバ)用の流体センサの役割を果たすことができる。例えば、個別的なキャビテーションプレートは、流体チャンバ内に保持された流体(例えば、流体媒剤、インク又は同種のもの)の小滴を前へ押し出すために使用される駆動気泡の存在を検出するために実現され得るセンサの役割を果たすことができる。一例として、個別的なキャビテーションプレートは、駆動気泡形成中に流体の特性を検出するための、流体チャンバ内のインピーダンスセンサの役割を果たすことができる。センサとして機能することに加えて、個別的なキャビテーションプレートは、製造プロセス中に過度のエッチングに影響されやすい下にある薄膜層(例えば、導電トレース、金属層、絶縁層、酸化物層、及び/又は同類のもの)を保護することができる。また、本明細書には、プリントヘッドであることができる流体ダイ、個別的なキャビテーションプレートを含むことができる装置を製造するための方法も開示される。
本明細書で開示される装置、流体ダイ及び方法の具現化形態にわたって、個別的なキャビテーションプレートは、下にある薄膜層を保護するために、且つ状態(例えば、気泡形成中のインピーダンスレベル)を検出するために設けられ得る。本明細書で開示される個別的なキャビテーションプレートは、当該保護および当該状態検出をもたらすことができ、ひいては本明細書で開示された装置は、より少ない数の構成要素で製造されることができ、それにより流体ダイの製造と関連した複雑性およびコストが低減され得る。
図1A~図3を参照する。図1A及び図1Bはそれぞれ、セグメント化されたキャビテーションプレート130を含むことができる例示的な装置100の図を示す。図2は、発熱部品120及び誘電体層240を含むことができる例示的な装置200の図を示す。図3は、図2に示された装置200を複数個含むことができる例示的なデバイス300の図を示す。理解されるべきは、図1A及び図1Bに示された装置100、図2に示された装置200、及び/又は図3に示されたデバイス300は、追加の特徴要素を含むことができ、本明細書で説明された特徴要素のその幾つかは、本開示の範囲から逸脱せずに除去および/または変更され得る。
図1A~図3に示された例において、装置100は、単一の流体チャンバ110に関して説明され、他の構成要素(図1A及び図1Bに示されたような)及び装置200、300は、複数の流体チャンバ110-1~110-n、及び他の構成要素(図2及び図3に示されたような)に関して説明される。本開示の装置100~300及び方法の説明は、インクジェットプリンタのような特定のタイプのプリンタを引き合いに出す。しかしながら、理解されるべきは、本開示において、他の例、例えば、流体ダイ(例えば、プリントヘッド)又は他のタイプのデバイスの異なるアレイを制御するための複数のコントローラ102の具現化形態、二次元(2D)又は三次元(3D)印刷の応用形態、微小流体ダイの応用形態、バイオの応用形態、ラボオンチップ(LOC)、及び/又は他のタイプの応用形態での具現化形態が企図される。
例に従って、及び図1A~図2に示されたように、装置100は、流体チャンバ110、発熱部品(加熱要素)120、キャビテーションプレート130を含むことができる。インク、化学薬品、又は他のタイプの流体であることができる流体111は、流体チャンバ110内に一時的に保持され得る。例えば、流体111は、矢印104により示されるように、リザーバ(図示せず)から流体チャンバ110へ供給されることができ、矢印108により示されるように、ノズル106を介して流体チャンバ110から噴射され得る。かくして、流体111は、流体111がノズル106を介して噴射される前に、流体チャンバ110内に一時的に保持され得る。
動作中、発熱部品120は、流体チャンバ110内に保持された流体111に駆動気泡112を形成するために熱を生成することができる。また、本明細書で説明されるように、発熱部品120は、導電層202、204に結合された抵抗要素206を成す薄膜層であることができる。電流が導電層202、204から抵抗要素206に印加されることができ、それにより抵抗要素206が発熱する。生じた熱は、矢印114により示されたように、キャビテーションプレート130を介して流体チャンバ110へ流入することができる。流体111が流体チャンバ110内に保持された例において、熱は、流体111の一部を気化させることができ、それにより駆動気泡112が形成され得る。駆動気泡112は急速に形成されることができ、それにより流体チャンバ110内の圧力が急速に増加する。圧力の急速な増加により、流体111の一部が流体チャンバ110から出る、例えば、流体111の小滴としてノズル106を介して噴射され得る。
例に従って、電流は、比較的短い持続時間(例えば、数分の1秒)にわたって発熱部品120の抵抗要素206に印加され得る。電流印加の停止後、駆動気泡112は消散することができる。駆動気泡112が消散する際、流体チャンバ110内の圧力レベルは、より低くなることができ、それにより流体111が、矢印104により示されるように、リザーバから流体チャンバ110へ引き込まれ得る。
図1Aに示されるように、キャビテーションプレート130が、例えば駆動気泡112の形成および崩壊により生じる力から発熱部品120を保護するために、流体チャンバ110と発熱部品120との間に設けられ得る。また、キャビテーションプレート130は、装置100の製造プロセス中に発熱部品120を保護することもできる。キャビテーションプレート130は、流体チャンバ110と連絡することができ、発熱部品120の部分が流体チャンバ110にむき出しにされないように、発熱部品120を流体チャンバ110から物理的に分離することができる。幾つかの例において、キャビテーションプレート130の一部は、流体チャンバ110内に配置されて流体111と物理的に接触することができ、流体チャンバ110の「フロア」の役割を果たすことができる。
更に、キャビテーションプレート130は、発熱部品120から電気的に絶縁され得る。例えば、キャビテーションプレート130は、発熱部品120から物理的に分離されることができ、及び/又は電気絶縁材料が、キャビテーションプレート130と発熱部品120との間に設けられることができ、電流が導電層202、204及び/又は抵抗要素206からキャビテーションプレート130に伝導されることができない(逆もまた同じ)ようになっている。また、キャビテーションプレート130は、駆動気泡112の生成中または生成後の流体チャンバ110内の状態を検出するためのセンサ(例えば、インピーダンスセンサ)としても実施され得る。
例に従って、コントローラ102は、キャビテーションプレート130に電気接続されることができ、コントローラ102は、キャビテーションプレートから電気信号を検出することができる。即ち、例えば、コントローラ102により、電流がキャビテーションプレート130に及び流体111(図2に示されるように抵抗成分220を有することができる)に印加されることができる。コントローラ102は、キャビテーションプレート130を介して電気信号レベルを検出することができ、検出された電気信号の値(例えば、強度、抵抗または同類のもの)に従って、流体チャンバ110内の状態(例えば、インピーダンス)を判定する(求める)ことができる。例に従って、複数の流体チャンバ110が設けられることができ、キャビテーションプレート130は、個々の流体チャンバ110のセンサの役目をする複数の電気絶縁されたプレートへセグメント化(分割)され得る。
例に従って、装置100は、プリントヘッドのような流体ダイであることができる。これらの例において、発熱部品120により、流体111が小滴としてノズル106を介して吐出され得る。装置100は、用紙のような印刷媒体上へ流体111の小滴を付着することができる二次元プリンタの一部であることができる。代案として、装置100は、三次元(3D)印刷動作中に、構築材料粒子上へ流体111の小滴を付着することができる3Dプリンタの一部であることができる。
他の例において、及び図1Bに示されるように、装置100は、例えば、流体111がノズル106を介して装置100から吐出されずに、流体111を或る場所から別の場所へ移動させることができる流体ポンプの役割を果たすことができる。例えば、装置100は、u形流体ポンプアーキテクチャを有することができる。装置100が図1Bに示されたような流体ポンプの役割を果たすことができる例において、装置100は、ノズル106を含むことができない。代わりに、駆動気泡112の膨張により、流体111の一部が流体チャンバ110から吐出されることができないが、流体チャンバ110内の流体111が流体チャンバ110内で及び/又は流体チャンバ110と流体連絡するチャネル内で変位することができる。
図2を参照すると、装置200は、図1Aに示された装置100と類似する構成要素を含むことができる。しかしながら、装置200は、追加の構成要素を含むように示される。図2に示された共通の構成要素は、詳細に説明されず、代わりに図1Aに関するこれら構成要素の説明が、図2の共通の構成要素を説明するために依存される。代案として、理解されるべきは、装置200は代わりに、図1Bに示された特徴要素を含むことができる。
図2に示されたように、発熱部品120は、薄膜層であることができ、導電層202、204及び抵抗要素(抵抗素子)206を含むことができる。抵抗要素206は、1つ又は複数の抵抗器を含むことができ、導電層202、204を介して流れることができる電流を受け取ることができる。この点に関して、抵抗要素206は、導電層202及び/又は204に電気結合され得る。幾つかの例において、導電層202、204は、銅、銀、金および/または同類のもののような金属から作成されることができ、導電トレースとして形成され得る。電流は、導電層202の一方へ印可されることができ、電流が他の導電層204から流れ出る際に、抵抗要素206を通って流れることができる。上述されたように、電流が、導電層202、204を介して、抵抗要素206を通して印加される際、抵抗要素206は、熱くなることができ、それにより流体チャンバ110内の流体111の一部が気化することができ、次いで、それにより駆動気泡112の形成がもたらされ得る。図示されていないが、絶縁層が導電層202と204を電気絶縁することができ、導電層202と204は、電流の帰還路を形成するために接続208(例えば、バイア)により、電気接続され得る。
誘電体層240(例えば、オルトケイ酸テトラエチル(TEOS)又は同類のものから形成された薄膜層)が、キャビテーションプレート130及び発熱部品120の部分、又は図2に示されたような他の下にある薄膜層の上に設けられ得る。誘電体層240は、誘電体層240が設けられるキャビテーションプレート130及び発熱部品の部分を保護することができる。発熱部品120及びキャビテーションプレート130の適切な動作のために、誘電体層240は、流体チャンバ110に対応する領域に設けられることができない。例えば、図2に示されるように、保護領域252と非保護領域251との間の境界は、点線250により表され、誘電体層240は、非保護領域251へ延びずに、保護領域252に設けられ得る。
発熱部品120は、非保護領域251に位置する第1の部分、及び保護領域252に位置する第2の部分を含むことができる。そのため、誘電体層240は、非保護領域251に位置する、下にある薄膜層(例えば、導電層202及び/又は抵抗要素206)を覆うことができない。本明細書で説明されたような幾つかの例において、誘電体層240により保護されることができない発熱部品120の部分の上に配置されたキャビテーションプレート130は、非保護領域251における下にある導電層202、204(例えば、導電層202及び/又は抵抗要素206)を覆うことができる。
図3は、図2に示された装置を複数個(200-1~200-n)含むことができる例示的なデバイス300の図を示し、ここで、変数「n」は、1より大きい値を表すことができる。図3は、装置200-1~200-nの上面図を示す。図示されたように、装置200-1~200-nのそれぞれは、互いから物理的に分離されることができ、個々のキャビテーションプレート130-1~130-nを含むことができる。この点に関して、キャビテーションプレート130-1~130-nは、互いに対してセグメント化され得る。更に、装置200-1~200-nのそれぞれは、同じ構成要素を有することができる。例えば、装置200-1の一方のキャビテーションプレート130-1及び装置200-nの他方のキャビテーションプレート130-nは、同じ構造を有することができ、互いに同一平面にある、例えば同じタンタル層から形成され得る。更に、複数のキャビテーションプレート130-1~130-nのそれぞれは、図示されたように、複数の発熱部品120-1~120-nの対応する1つに重なることができる。発熱部品120-1~120-nに重なるキャビテーションプレート130-1~130-nの構造的配置に関心が払われ得る。実際には、複数の下にある発熱部品にわたって延びる及び当該発熱部品を覆う単一のキャビテーションプレートは、例えば潜在的な寄生容量に起因して、望ましくない場合がある。
再び、図3を参照すると、複数のキャビテーションプレート130-1~130-nは、下にある発熱部品120-1~120-nを保護するために配置され得る。特に、キャビテーションプレート130-1~130-nは、非保護領域251の発熱部品120-1~120-nに重なるように形成され得る。例えば、誘電体層240が設けられない非保護領域251において、キャビテーションプレート130-1~130-nは、下にある発熱部品120-1~120-nの部分に完全に重なるようにパターン形成され得る。キャビテーションプレート130-1~130-nの形状は、下にある導電層202、204の形状に類似した形状を有するように形成され得る。
幾つかの例において、非保護領域251に配置される発熱部品120-1~120-nの第1の部分は、所定の幅を有することができ、非保護領域251に配置されたキャビテーションプレート130-1~130-nは、発熱部品120-1~120-nの第1の部分の幅より大きい幅を有することができる。幾つかの例において、キャビテーションプレート130-1~130-nは、発熱部品120-1~120-nの側部も覆うことができる。例えば、センサとしてのキャビテーションプレート130-1~130-nの許容可能な性能を確保するために、センサノードの寄生容量は、(例えば、領域(面積)を最小限にすることにより)最小限にされ得る。そのため、キャビテーションプレート130-1~130nによる発熱部品120-1~120-nの重なりは、キャビテーションプレート130-1~130-nのセンサ性能を維持しながら、発熱部品120-1~120-nを過度のエッチングから十分に保護するための最小量であるように設計され得る。発熱部品120-1~120-n及びキャビテーションプレート130-1~130-nの形状と幅は、キャビテーションプレート130-1~130-nのセンサ性能の所望のレベルを維持しながら、発熱部品120-1~120-nの最小の重なり及び/又は包囲を可能にすることができる。
装置100、200、300が形成され得る様々な方法が、図4に示された方法400に関して、より詳細に説明される。特に、図4は、単一化されたキャビテーションプレート130を有する装置100、200、300を形成するための例示的な方法400の流れ図を示す。理解されるべきは、図4に示された方法400は、追加の動作を含むことができ、本明細書で説明される動作のその幾つかは、方法400の範囲から逸脱せずに除去および/または変更され得る。方法400の説明は、例示のために、図1A~図3に示された特徴要素に関してなされる。
ブロック402において、プリントヘッドのような、流体ダイの流体チャンバ110用の発熱部品120が形成され得る。発熱部品120は、流体チャンバ110に隣接する第1の部分、及び流体チャンバ110からオフセットした第2の部分を有することができる。第1の部分は、非保護領域251に配置されることができ、第2の部分は、保護領域252に配置され得る。
ブロック404において、キャビテーションプレート130が形成され得る。キャビテーションプレート130は、非保護領域251において、流体チャンバ110と発熱部品120の第1の部分との間に配置され得る。
ブロック406において、誘電体層240が形成され得る。誘電体層240は、誘電体層240が非保護領域251において発熱部品120及び/又はキャビテーションプレート130の部分と接触せずに、保護領域252において発熱部品120及び/又はキャビテーションプレート130と接触することができる。
ブロック408において、キャビテーションプレート130が電気接続に接続され得る。キャビテーションプレート130は、コントローラ102に結合されることができ、この場合、コントローラ102は、本明細書で説明されたように、キャビテーションプレート130から受け取った電気信号に基づいて、流体チャンバ110内の状態を判定することができる。判定された状態は、流体チャンバ110内の流体111の電気特性、より具体的には、流体チャンバ110における駆動気泡112の形成中の流体111の電気特性(例えば、インピーダンス)であることができる。
幾つかの例において、発熱部品120を形成することは、流体ダイの複数の流体チャンバ110-1~110-n用の複数の発熱部品120-1~120-nを形成することを含むことができる。更に、キャビテーションプレートを形成することは、個々の流体チャンバ110-1~110-nと発熱部品120-1~120-nとの間に配置されるべき複数のキャビテーションプレート130-1~130-nを形成することを含むことができる。更に、複数のキャビテーションプレート130-1~130-nのそれぞれは、流体チャンバ110-1~110-n内のセンサの役割も果たしながら、下にある薄膜層に保護を提供するために、複数の発熱部品120-1~120-nの個々の発熱部品120-1~120-nに重なるように形成され得る。
特に本開示の全ての全体にわたって説明されたが、本開示の代表的な例は、応用形態の広い範囲にわたって実用性を有し、上記の説明は、制限するように解釈されることが意図されておらず且つそのように解釈されるべきではなく、本開示の態様の例示的な説明として提供される。
本明細書で説明および例示されたことは、その変形形態の幾つかと同様に、本開示の一例である。本明細書で使用された用語、説明および図面は、一例として記載されており、制限として意図されていない。多くの変形は、以下の特許請求の範囲、及びそれらの等価物により定義されることが意図されている本開示の思想および範囲内で可能である。特許請求の範囲において、全ての用語は、別段の指示がなり限り、それらの最も広い妥当な意味で意図されている。

Claims (15)

  1. 流体チャンバであって、流体が前記流体チャンバに一時的に保持されることになる、流体チャンバと、
    前記流体チャンバに保持された流体に駆動気泡を形成するための熱を生成するための発熱部品と、
    前記流体チャンバと前記発熱部品との間に設けられたキャビテーションプレートとを含み、前記キャビテーションプレートは、前記流体チャンバと連絡し、前記発熱部品を保護するために前記流体チャンバを前記発熱部品から物理的に分離し、コントローラが、前記キャビテーションプレートから受け取った電気信号に基づいて前記流体チャンバ内の状態を判定することができる、装置。
  2. 前記流体チャンバ内の状態は、流体の前記駆動気泡の生成中または生成後の、前記流体チャンバ内の特性である、請求項1に記載の装置。
  3. 前記発熱部品は、金属層、及び前記金属層に結合された抵抗要素を含み、前記抵抗要素は、前記金属層から電流を受け取ることによって熱を生成することができる、請求項1に記載の装置。
  4. 前記金属層は、前記流体チャンバが位置する第1の領域に設けられた第1の部分、及び前記第1の領域に隣接する第2の領域に設けられた第2の部分を含み、前記キャビテーションプレートは、前記第1の領域の前記金属層に重なる、請求項3に記載の装置。
  5. 誘電体層を更に含み、前記キャビテーションプレートは、前記誘電体層と前記金属層との間に設けられ、前記誘電体層は、前記第2の領域の前記金属層に重なり、前記第1の領域の前記金属層に重ならない、請求項4に記載の装置。
  6. 前記金属層の前記第1の部分は、所定形状を有し、前記キャビテーションプレートは、前記金属層の前記所定形状に対応する所定の形状を有する、請求項4に記載の装置。
  7. 前記金属層の前記第1の部分は、所定幅を有し、前記第1の領域の前記キャビテーションプレートは、前記金属層の前記第1の部分の前記所定幅より大きい所定の幅を有する、請求項4に記載の装置。
  8. 第2の流体チャンバであって、流体が前記第2の流体チャンバに一時的に保持されることになる、第2の流体チャンバと、
    前記第2の流体チャンバに保持された流体に駆動気泡を形成するための熱を生成するための第2の発熱部品と、
    前記第2の流体チャンバと連絡する第2のキャビテーションプレートとを更に含み、前記第2のキャビテーションプレートは、前記キャビテーションプレートから物理的に分離している、請求項1に記載の装置。
  9. 前記キャビテーションプレート及び前記第2のキャビテーションプレートは、同一平面にある、請求項8に記載の装置。
  10. 前記キャビテーションプレートは、タンタルから形成される、請求項1に記載の装置。
  11. プリントヘッドであって、
    流体を一時的に保持するための複数の流体チャンバと、
    複数の発熱部品をなす金属層であって、前記複数の発熱部品のそれぞれが、前記複数の流体チャンバの個々の流体チャンバに保持された流体に駆動気泡を形成するための熱を生成することができる、金属層と、
    前記複数の流体チャンバと前記金属層との間に設けられたキャビテーションプレート層とを含み、前記キャビテーションプレート層は、複数のキャビテーションプレートを含み、前記複数のキャビテーションプレートの各キャビテーションプレートは、複数の流体チャンバの個々の流体チャンバと連絡し、前記個々の流体チャンバの状態を検出するように実現されることができる、プリントヘッド。
  12. 前記複数のキャビテーションプレートのそれぞれは、互いから物理的に分離され、前記複数の発熱部品のそれぞれは、互いから物理的に分離され、前記複数のキャビテーションプレートのそれぞれは、前記金属層の前記複数の発熱部品の対応する1つに重なる、請求項11に記載のプリントヘッド。
  13. 各キャビテーションプレートにより検出される前記個々の流体チャンバの状態は、流体に前記駆動気泡を生成中の前記個々の流体チャンバ内の特性である、請求項11に記載のプリントヘッド。
  14. 方法であって、
    流体ダイの流体チャンバ用の発熱部品を形成し、前記発熱部品は、前記流体チャンバに隣接する第1の部分、及び前記流体チャンバからオフセットしている第2の部分を有し、
    前記流体チャンバと前記第1の部分との間に配置されることになるキャビテーションプレートを形成し、
    誘電体層が前記第1の部分と接触しない状態で、前記第2の部分と接触することになる前記誘電体層を形成し、
    前記キャビテーションプレートを電気接続に接続することを含み、前記キャビテーションプレートは、コントローラに結合され、前記コントローラは、前記電気接続を介して前記キャビテーションプレートから受け取った電気信号に基づいて、前記流体チャンバ内の状態を判定することができる、方法。
  15. 前記流体ダイの複数の流体チャンバ用の複数の発熱部品を形成し、
    流体チャンバと発熱部品の個々の対の間に配置されるべき複数のキャビテーションプレートを形成し、前記複数のキャビテーションプレートのそれぞれは、前記複数の発熱部品の個々の発熱部品に重なり、
    前記複数のキャビテーションプレートのそれぞれを、個々の電気接続に接続することを更に含む、請求項14に記載の方法。
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