JP5369176B2 - 流体液滴を吐出するための流体の循環 - Google Patents

Description

本発明は、流体液滴吐出に関する。ある種の流体吐出デバイスでは、基板が、流体ポンプ室と下降部とノズルとを有している。プリント動作などにおいて、流体液滴がノズルから媒体上に吐出されることができる。ノズルは下降部に流体接続され、下降部は流体ポンプ室に流体接続されている。流体ポンプ室は、熱又は圧電アクチュエータ等のトランスデューサによって作動されることができ、作動されると、流体ポンプ室がノズルを通じた流体液滴の吐出を生じさせることができる。媒体は、流体吐出デバイスに対して移動することができる。ノズルからの流体液滴の吐出は、媒体上の所望の場所に流体液滴を位置させるために、媒体の移動するタイミングに合わせて調整することができる。流体吐出デバイスは、通常複数のノズルを備え、通常は、媒体上への流体液滴の均一な滴下をもたらすため、均一なサイズ及び速度の流体液滴を同じ方向に吐出することが望ましい。

本発明は、流体液滴を吐出するシステム、装置、及び方法に関する。一態様において、本明細書に開示されているシステム、装置、及び方法は、流体供給部と流体回収部とを有するプリントヘッドを特徴とする。基板はプリントヘッドに取り付けられており、基板は、流体供給部と流体回収部とに近接した基板の表面上に流体入口と流体出口とを有する。ノズルは流体入口と流体連通している。基板の流体入口は流体供給部と流体連通し、流体出口は流体回収部と流体連通している。流体入口と流体出口との間に、基板を通じる第１循環路がある。流体供給部は、第２循環路であって、プリントヘッド中を通り、かつ基板中を通らない第２循環路を介して流体回収部と流体連通している。

以下の特徴のうちの一つ又は複数もまた有することができる。流体液滴吐出装置において、第２循環路は第１循環路と平行であってもよい。第２循環路は、平均断面積が第１循環路より大きくてもよい。第１循環路、第２循環路、又はその双方に、フィルタが位置決めされることができる。温度センサ及び／又は温度制御デバイスが、第１循環路及び第２循環路の一方又は双方と熱連通していてもよい。流体供給タンクが流体供給部と流体連通していてもよい。流体回収タンクが流体回収部と流体連通していてもよい。流体供給ポンプが、流体供給タンク及び流体回収タンクと流体連通していてもよい。流体供給ポンプは、流体供給タンク中の流体の高さを制御することができ、及び／又は流体供給タンクと流体回収タンクとの間の流体高さの差を制御することができる。供給ポンプと基板との間の任意の流体路が、流体供給タンクか、又は流体回収タンクか、又はその双方を有することができる。流体供給部は、第１循環路及び第２循環路とは異なるバイパス循環路を介して流体回収部と流体連通していてもよい。

別の態様では、本明細書に開示されているシステム、装置、及び方法は、流体が、プリントヘッドの流体供給部、プリントヘッドに取り付けられている基板の流体入口、基板の流体出口を通り、プリントヘッドの流体回収部まで流れる順序で、第１流体フローを流すステップと、第１流体フローを流すと同時に、第２流体フローを流体供給部から流体回収部まで流すステップであって、第２流体フローは基板を通過せず、第２流体フローは第１流体フローより多い、ステップとを特徴とし、第１流体フローは第２流体フローと流体連通している。

以下の特徴のうちの一つ又は複数もまた有することができる。第２流体フローは、基板の流体出口に、基板の流体入口より低い圧力を生じさせることができる。方法はまた、流体入口と流体連通しているノズルを通じて流体液滴を吐出するステップも含むことができる。方法はまた、第１流体フロー及び第２流体フローを流すと同時に、第３流体フローを流体回収部から流体供給部まで流すステップであって、第３流体フローが基板又はプリントヘッドを通過しない、ステップも含むことができる。方法はまた、第３流体フローの流体から空気又は他の混入物を取り除くステップも含むことができる。第３流体フローは、流体回収部から流体回収タンクを通じ、流体供給タンクを通って流体供給部まで流れることができる。方法はまた、流体回収タンクと流体供給タンクとの間の流体高さの差を制御するステップも含むことができる。流体回収タンクと流体供給タンクとの流体高さの差は、流体供給ポンプにより制御されることができる。方法はまた、流体供給タンク中の流体の高さを制御するステップも含むことができる。流体供給タンク中の流体の高さは、流体供給ポンプにより制御されることができる。方法はまた、第１流体フロー又は第２流体フローの流体の温度を監視及び／又は制御するステップも含むことができる。

これらの一般的で具体的な態様は、システム、装置、方法、又はシステム、装置、及び方法の任意の組み合わせを用いて、個別に、又は任意の組み合わせで実行され得る。

実施態様によっては、以下の利点のうちの一つ又は複数が提供され得る。基板を通じて流体を循環させると、気泡、空気の混和したインク、屑片、及び他の混入物を基板から取り除くことができる。流体を流体入口から流体出口まで、流体が基板を通過することなく循環させると、基板に圧力降下を生じさせることができ、それにより基板を通じた流体フローが生じる。この構成により、流体を基板へと、又は基板から直接圧送することなしに、基板を通じた流体フローを生じさせることができるため、通常ポンプによって引き起こされる圧力外乱から基板を隔離することができる。基板上にも、及び基板を通じても、加熱又は冷却された流体を流すことにより、基板と基板を通じて流れる流体との双方の温度を調整することができる。基板によって吐出される流体がプリント動作にわたり一定の温度に保たれると、吐き出される各流体液滴のサイズを厳密に制御することができる。かかる制御の結果、時間が経過しても均一なプリントをもたらすことができ、無駄なウォームアップ運転又は試行プリント運転をなくすことができる。

一つ又は複数の実施態様の詳細を、添付図面及び以下の説明において示す。他の特徴、目的及び利点は、説明、図面及び特許請求の範囲から明らかとなろう。

流体液滴を吐出する装置の断面斜視図である。 図１Ａの装置の底面の平面図である。 図１Ａの装置の一部の断面斜視図である。 流体液滴吐出装置の一部の斜視図である。 流体液滴を吐出するシステムを示す概要図である。

それぞれの図面における同様の参照符号は同様の要素を示す。

流体液滴吐出は、プリントヘッドと、プリントヘッドの一部であるシリコン基板等の基板と、により実行されることができる。基板は流体流路体を有することができる。流路体は、微細加工された流体流路を有することができ、流体流路は、流体液滴を吐出するノズルを有している。流体は媒体上に吐出されることができ、流体液滴の吐出中、プリントヘッドと媒体とは相対的な移動を行うことができる。流体は、例えば、化学物質、生物学的物質、又はインクであってもよい。流体は流路を通じて常に循環することができ、ノズルから吐出されない流体は再循環通路を通じて送られることができる。基板は、複数の流体流路と複数のノズルとを有することができる。

流体液滴を吐出するシステムは、上記の基板を有することができる。システムはまた、基板に対する流体供給部と、更に、基板を通じて流されるが、ノズルから吐出されない流体に対する流体回収部と、も有することができる。吐出のため流体を基板に供給する流体供給タンクが、基板に流体接続されてもよい。基板から出て流れる流体は、流体回収タンクに送られることができる。流体は流体リザーバから流体回収タンクに供給されることができ、流体は流体回収タンクから流体供給タンクに供給されることができる。流体供給タンク及び流体回収タンク中の流体のレベルは、ポンプにより制御することができる。プリントヘッドはまた、基板を通らない第２流体流路も有することができる。

図１Ａは、流体液滴を吐出するプリントヘッド１００の実施態様を示す。プリントヘッド１００は、内側ケーシング１１０と外側ケーシング１２０とを有している。外側ケーシング１２０は、プリントヘッド１００をプリント枠（図示せず）に取り付けるように構成される。上部ディバイダ１３０及び下部ディバイダ１４０が、プリントヘッドを供給チャンバ１３２と回収チャンバ１３６とに仕切る。供給チャンバ１３２及び回収チャンバ１３６は、それぞれ供給フィルタ１３３及び回収フィルタ１３７を有している。供給チャンバ１３２及び回収チャンバ１３６は、それぞれ供給コネクタ１５２及び回収コネクタ１５６と流体連通している。供給コネクタ１５２及び回収コネクタ１５６には、それぞれ入口管１６２及び出口管１６６が取り付けられている。プリントヘッド１００における流体フローを、図１Ａにおいて矢印で表す。プリントヘッド１００は基板１７０を有し、基板１７０は流路体１７２を有している。基板１７０はまた、流路体１７２の底面に固定されたノズル層１７５も有している。説明のため、ノズル層１７５は、流路体１７２に対して厚さを誇張して示している。実施態様によっては、基板１７０はシリコンから構成されることができる。

図１Ｂは、ノズル層１７５を示す図１Ａのプリントヘッド１００の底面平面図である。ノズル層１７５は、ノズル１８０を備えるノズルフェイス１７７を有する。ｘ方向とｙ方向とは垂直な向きであり、それぞれプリントヘッド１００の長さ及び幅に従う。ノズル層１７５の短縁は、ｙ方向に対して角度αをなすｗ方向に配向されている。ノズル層１７５の長縁は、ｘ方向に対して角度γをなすｖ方向に配向されている。流路体１７２は流体ポンプ室（図示せず）を有することができ、ノズル１８０から流体液滴を吐出させるためトランスデューサ（図示せず）を提供することができる。例えば、トランスデューサを、ノズル層１７５と反対側の基板１７０の表面に取り付けることができる。

図２は、図１Ａに示すプリントヘッド１００の一部の拡大図である。この実施態様では、流体供給チャンバ１３２及び流体回収チャンバ１３６の底面は、上部インターポーザ２２０によって画成されている。上部インターポーザ２２０は、上部インターポーザ流体供給入口２２２と上部インターポーザ流体回収出口２２８とを有し、それらは、それぞれ流体供給チャンバ１３２及び流体回収チャンバ１３６に露出した上部インターポーザ２２０の上表面の各部に開口として形成されることができる。上部インターポーザ２２０は、接着、摩擦、又は他の何らかの好適な機構等により、下部プリントヘッドケーシング２１０に取り付けることができる。上部インターポーザ２２０と基板１７０との間に、下部インターポーザ２３０が位置決めされる。基板１７０は基板流体路２７４を有し、これは図２では、説明のため単一の直線状の通路として単純化して示している。プリントヘッド１００のこの部分における流体フロー、例えば上部インターポーザ２２０に入ったり、そこから出たりするフローを、図２に矢印で表す。基板１７０の実施態様によっては、複数の基板流体路２７４を有することができる。

上部インターポーザ２２０は、上部インターポーザ流体供給路２２４と上部インターポーザ流体回収路２２６とを有している。下部インターポーザ２３０は、下部インターポーザ流体供給路２３４と下部インターポーザ流体回収路２３６とを有している。基板１７０は、基板流体供給入口２７２と基板流体回収出口２７６とを有している。基板流体路２７４は、基板流体供給入口２７２と基板流体回収出口２７６とを流体接続するように構成される。基板流体供給入口２７２は、以下で考察するとおり、動作中に流体がそこから基板１７０に流れ込むように構成されることができる。ノズル１８０（図１Ｂ）が基板流体路２７４と流体連通している。ノズル１８０（図１Ｂ）は互いに流体接続されていてもよいが、中間通路（図示せず）によって分離されていてもよい。上部インターポーザ流体供給路２２４は、上部インターポーザ流体供給入口２２２を下部インターポーザ流体供給路２３４に流体接続するように構成され、次に下部インターポーザ流体供給路２３４が、基板流体供給入口２７２に流体接続される。下部インターポーザ流体回収路２３６は、基板流体回収出口２７６を上部インターポーザ流体回収路２２６に流体接続するように構成され、次に上部インターポーザ流体回収路２２６が、上部インターポーザ流体回収出口２２８に流体接続される。

図３は、下側から見たときのプリントヘッド１００を示し、外側ケーシング１２０、基板１７０、上部インターポーザ２２０、又は下部インターポーザ２３０は含まない。入口管１６２及び出口管１６６は、軟質材料、例えば弾性ゴム又は他の好適な配管材料で作製されることができる。或いは、入口管１６２及び出口管１６６は、硬質又は半硬質材料、例えば、アルミニウム、銅、スチール、又は他の好適な材料で作製されてもよい。実施形態によっては、下部ディバイダ１４０は、供給チャンバ１３２と回収チャンバ１３６とを流体接続するように構成されたディバイダ通路３１０を有している。ディバイダ通路３１０は、ディバイダ支持体３３０によって分けられることができる。ディバイダ支持体３３０は、下部ディバイダ１４０を上部インターポーザ２２０に接合するための場所を提供することができる。ディバイダ支持体３３０はまた、ディバイダ通路３１０のサイズ、特にその断面積の調整にも役立つことができる。ディバイダ通路３１０の断面積の正確な調整は、流体と基板１７０、ひいてはノズル１８０との間の熱伝達率の調整に重要となることができる。いかなる特定の理論にも限定されないが、熱伝達は、ディバイダ通路３１０を通じる流体の流量に従うことができ、ひいてはその断面積に従うことができる。或いは、ディバイダ支持体３３０は省略され、単一のディバイダ通路３１０が提供されてもよい。例えば、上部インターポーザ２２０を下部プリントヘッドケーシング２１０に接合することができ、下部ディバイダ１４０はディバイダ支持体３３０を含まなくともよく、したがって動作中、流体は下部ディバイダ１４０全体の下を流れることが可能となる。

実施態様によっては、ディバイダ通路３１０の高さＤは、約５０μｍ〜約３００μｍ、例えば１６０μｍであってもよい。ディバイダ通路３１０が上部インターポーザ２２０と面一な実施態様では、ディバイダ通路３１０の高さＤは、上部インターポーザ２２０と下部ディバイダ１４０との間の距離であることができる。実施態様によっては、ディバイダ通路３１０はディバイダ支持体３３０により６個のディバイダ通路セグメントに分けられ、各セグメントは約４．６ｍｍ×約５．８ｍｍで、約１６０μｍの高さＤを有する。ディバイダ通路３１０は上部インターポーザ２２０と面一であってもよい。或いは、ディバイダ通路３１０はその他の形でノズル１８０と熱連通していてもよい。例えば、ディバイダ通路３１０は、プリントヘッド１００の高さの中央により近いところに、上部インターポーザ２２０からある距離を隔てて位置決めされてもよい。

特定の流体については、ノズル１８０において流体が特定の温度又は温度範囲であることが望ましい場合もある。例えば、特定の流体は、所望の温度範囲内にあるとき、物理的、化学的、又は生物学的に安定していることがある。また、特定の流体は、所望の温度範囲内にあるとき、所望の、又は最適な吐出特性、又は他の特性を有することもある。流体の吐出特性は温度によって変わり得るため、ノズル１８０における流体の温度を制御すると、流体液滴吐出の均一性も促進することができる。ノズル１８０における流体の温度は、ノズル１８０の温度を制御することにより制御されることができる。所望の温度を維持するため、ディバイダ通路３１０を通じて流れる流体を、ノズル１８０と熱的に結合することができる。例えば、ディバイダ通路３１０とノズル１８０との間の熱連通の経路が、プラスチック等の不良熱導体ではなく、シリコン等の良熱導体を有することができる。ディバイダ通路３１０を通じて流体を流すと（例えば加熱流体又は冷却流体）、温度を制御することができる。

ディバイダ通路３１０は、ノズル１８０と流体との間の熱交換器として機能することができる。ディバイダ通路３１０の寸法の構成は、一部には、ディバイダ通路３１０の熱交換器として達成可能な最小の、望ましい、又は最大の効率ｅ_ｎに依存することができる。効率ｅ_ｎは、ディバイダ通路３１０における流体の滞留時間Ｔ_ｒを、この熱交換器の熱拡散時定数Ｔで除したものに等しくてもよい。滞留時間Ｔ_ｒは、ディバイダ通路３１０の流体容積を、ディバイダ通路３１０を通じる流体の流量で除したものに等しくてもよい。熱拡散時定数Ｔは、ディバイダ通路３１０の高さＤ及びその中の流体の拡散率α、例えばＴ＝Ｄ^２／αに依存することができる。流体の拡散率αは、流体の熱伝導率Ｋ_Ｔ、流体の密度ρ、及び流体の比熱Ｃ_Ｐ、例えば関係式：α＝Ｋ_Ｔ／（ρ・Ｃ_Ｐ）に依存することができる。ディバイダ通路３１０、及びその中の流体の流量は、ノズル１８０を所望の温度又は所望の温度範囲内に維持するのに十分に高い効率ｅ_ｎを実現するように構成されることができる。

ディバイダ通路は、実質的に全てのノズル１８０を所定の温度又は所定の温度範囲内に維持するように構成されることができる。流体を通じた熱伝導度Ｋ_Ｉは、流体の密度ρ、流体の比熱Ｃ_Ｐ、ディバイダ通路３１０を通じる流体の流量Ｑ、及びディバイダ通路３１０の熱交換器としての効率ｅ_ｎ（上記で考察）、例えばＫ_Ｉ＝（ρ・Ｃ_Ｐ・Ｑ・ｅ_ｎ）に依存することができる。効率ｅ_ｎ、及び流体を通じた熱伝導率Ｋ_Ｉは、例えば、ディバイダ通路３１０の長さ、高さ、表面積、及び経路、更には時間におけるある瞬間のディバイダ通路３１０中の流体の容積に依存することができる。ディバイダ通路３１０はまた、ノズル１８０と他の構成要素又は周囲環境との間の熱伝導率を考慮して構成されることもできる。例えば、熱は、伝導、対流（空気等による）、及び放射によってノズル１８０から周囲環境に伝えることができる。伝導は、基板１７０、内側ケーシング１１０、及び外側ケーシング１２０の一部又は全てを通じて起こり得る。伝導はまた、プリントヘッド１００が取り付けられることのできるプリント枠（図示せず）を通じても起こり得る。対流は、流体液滴が吐出されることのできる媒体の、ノズル１８０近傍での相対的な移動によって生じる空気の動きによって促進され得る。流体以外の任意のあらゆる経路を通じる熱伝導率を、まとめて環境に対する熱伝導率Ｋ_Ｅとして表すことができる。流体の温度がノズル１８０の温度の計測値に応じて設定されるのではない「開ループ」のループシステムのようないくつかの実施態様では、Ｋ_Ｉ：Ｋ_Ｅの比は、少なくとも約５：１、例えば約２０：１であってもよい。ノズル１８０の温度が計測され、かつそれに応じて流体の温度が調節されることのできる「閉ループ」の実施態様では、Ｋ_Ｉ：Ｋ_Ｅの比は、少なくとも約２：１、例えば約１０：１であってもよい。

ディバイダ通路３１０とノズル１８０との間の熱伝導率についてのディバイダ通路３１０の構成はまた、プリントヘッド全体のサイズ、ノズル１８０の本数、及びノズル１８０のサイズにも依存することができる。例えば、ノズル１８０の本数が比較的多いと、ノズル１８０を所定の温度又は所定の温度範囲内に維持するために必要な熱伝導率が比較的大きくなり得る。ディバイダ通路３１０の寸法及び経路、並びにその中の流体の流量は、ノズル１８０を所望の温度又は所望の温度範囲内に維持するのに十分な熱伝導度を実現するように構成されることができる。

実施態様によっては、ディバイダ通路３１０はプリントヘッド１００の全長に及ぶことができる。かかる構成により、ディバイダ通路３１０とノズル１８０との間の熱伝導率の不均一性を最小限に抑えることができる。

図４は、プリントヘッド１００及び基板１７０を通じて流体を循環させるシステムの実施態様の概要図である。システムは一つ又は複数のプリントヘッド１００を有することができ、しかしながら図４には、簡単のため一つのプリントヘッド１００しか示していない。説明のため、基板流体路２７４及びノズル１８０は単純化している。流体回収タンク４０５が流体供給タンク４１５と流体接続されており、供給ポンプ４２５が、本明細書では回収流体高さＨ１と称される、流体回収タンク４０５中の流体の高さと、本明細書では供給流体高さＨ２と称される、流体供給タンク４１５中の流体の高さとの間の所定の高さの差ΔＨを維持するように構成される。すなわち、高さの差ΔＨは、図４では流体回収タンク４０５と流体供給タンク４１５との間の破線で表される共通の基準高度に対する回収流体高さＨ１と供給流体高さＨ２との高度差に相当する。或いは、供給ポンプ４２５は、回収流体高さＨ１を考慮に入れることなく、供給流体高さＨ２を制御するように構成されることができる。以下で更に詳細に考察するように、高さの差ΔＨにより、基板１７０中を含め、プリントヘッド１００において流体フローが生じることができる。流体リザーバ４３５は、流体回収タンク４０５に流体接続される。リザーバポンプ４４５は、流体回収タンク４０５中の回収流体高さＨ１を所定のレベルに維持するように構成される。

流体回収タンク４０５は、出口管１６６及び回収コネクタ１５６（図１Ａ参照）によって回収チャンバ１３６に流体接続されている。流体供給タンク４１５は、入口管１６２及び供給コネクタ１５２（図１Ａ参照）によって供給チャンバ１３２に流体接続されている。任意に、バイパス４６９を、供給管１６２と回収管１６６との間、或いは、供給コネクタ１５２と回収コネクタ１５６との間の流体フローを可能するように構成することができる。バイパス４６９は、例えば、軟質材料、硬質材料、又は他の好適な材料で作製される管であってもよい。バイパス４６９はまた、プリントヘッド１００、例えば、内側ケーシング１１０、外側ケーシング１２０、又はその他の場所に形成された通路であってもよい。

いくつかの実施態様の動作中、高さの差ΔＨにより、供給管１６２の圧力が回収管１６６の圧力より高くなる。結果として、供給チャンバ１３２の圧力が回収チャンバ１３６の圧力より高くなる。この圧力差により、供給管１６２から供給チャンバ１３２、ディバイダ通路３１０、及び回収チャンバ１３６を通じて回収管１６６に至るフローが生じる。この供給チャンバ１３２から回収チャンバ１３６までの流体フローにより、上部インターポーザ流体回収出口２２８の圧力が上部インターポーザ流体供給入口２２２の圧力より低くなる。この圧力差により、供給チャンバ１３２から上部インターポーザ流体供給入口２２２、上部インターポーザ流体供給路２２４、下部インターポーザ流体供給路２３４、基板流体供給入口２７２、基板流体路２７４、基板流体回収出口２７６、下部インターポーザ流体回収路２３６、上部インターポーザ流体回収路２２６、及び上部インターポーザ流体出口２２８を通じて回収チャンバ１３６に至る流体フローが生じる。プリントヘッド１００を通じる流体の流量は、通常、基板１７０を通じる流体の流量よりはるかに大きい。すなわち、プリントヘッド１００に流れ込む流体のうち、ほとんどの流体は、ディバイダ通路３１０を通じて回収管１６６へと循環することができる。例えば、プリントヘッド１００に入る流体の流量は、基板１７０に入る流体の流量の２倍より大きくてもよい。実施態様によっては、プリントヘッド１００に入る流体の流量は、基板１７０に入る流体の流量より約３０倍〜約７０倍大きくてもよい。これらの比は、その考慮される流量が流体液滴の吐出中のものか否かによって変わり、吐出中の流量が考慮される場合、流体液滴の吐出頻度によって変わり得る。例えば、流体液滴の吐出中に基板１７０に入る流体の流量は、流体液滴の吐出が行われていないときに基板１７０に入る流体の流量より大きくてもよい。結果として、プリントヘッド１００に入る流体の流量の、基板１７０に入る流体の流量に対する比は、流体液滴の吐出が行われていないときと比べて流体液滴の吐出中においてより低くてもよい。

更に、実施態様によっては、基板１７０を通じる流体の流量は、ノズル１８０を通じる流体の全流量より大きくてもよい。例えば、流体の吐出動作中、基板１７０からノズル１８０を通じて吐出されるのは、基板１７０に流れ込む流体の一部のみであることがあってもよい。或いは、流体液滴の吐出中にノズル１８０を通る流体の流量は、基板１７０を通じて供給チャンバ１３２から回収チャンバ１３６へと循環する流体の流量より大きくてもよい。他の実施態様によっては、基板流体回収出口２７６を通じる流体フローは、流体の吐出動作中に瞬間的に逆流することができる。すなわち、流体は、瞬間的に、供給チャンバ１３２及び回収チャンバ１３６の双方から基板１７０に流れ込むことができる。ノズル１８０を通じる流体のこれらの流量及び流れの方向は、動作中の流体液滴の吐出頻度に依存することができる。

実施態様によっては、基板１７０を通じて流体を循環させると、ノズル１８０の近傍等、基板１７０内の流体の乾燥を防止することができ、基板流体路２７４から混入物を取り除くことができる。混入物としては、気泡、空気混和流体（すなわち、溶解空気を含む流体）、屑片、乾燥した流体、及び流体液滴の吐出を妨げ得る他の物体を挙げることができる。流体がインクである場合、混入物としてはまた、乾燥した色素又は色素の凝集塊も含まれ得る。気泡はトランスデューサ及び流体ポンプ室によって付与されるエネルギーを吸収し、又は低下させ、それにより流体液滴の吐出が妨害されたり、又は不適切な流体液滴の吐出が生じたりし得るため、気泡を取り除くことが望ましい。不適切な液滴吐出の影響としては、吐出される流体液滴のサイズ、速度、及び／又は方向の変動を挙げることができる。更に、空気混和流体は脱気流体より気泡を形成しやすいため、空気混和流体を取り除くことが望ましい。屑片及び乾燥した流体等の他の混入物も同様に、ノズル１８０を塞ぐなどして、適切な流体液滴の吐出を妨げることがある。

任意に、脱ガス部（図示せず）を、流体を脱気し、及び／又は流体から気泡を取り除くように構成することができる。脱ガス部は、回収チャンバ１３６と流体回収タンク４０５との間、流体回収タンク４０５と流体供給タンク４１５との間、流体供給タンク４１５と供給チャンバ１３２との間、又は他の何らかの好適な位置に流体接続されることができる。同様に任意のシステムフィルタ（図示せず）を、流体から混入物を取り除くように構成することができる。システムフィルタはまた、気泡が基板１７０に到達することも防止し得る。システムフィルタは供給フィルタ１３３及び回収フィルタ１３７に加えて使用することができる。システムフィルタは、回収チャンバ１３６と流体回収タンク４０５との間、流体回収タンク４０５と流体供給タンク４１５との間、流体供給タンク４１５と供給チャンバ１３２との間、又は他の何らかの好適な位置に流体接続されることができる。

実施態様によっては、プリントヘッド１００及び基板１７０を通じて流体を循環させると、基板１７０及び／又はノズル１８０を所望の温度に維持することにも役立つことができる。流体液滴のサイズ及び速度等の流体液滴の吐出特性は、温度によって変わり得る。基板１７０内の流体の質量は小さくてもよく、かつ基板１７０と流体との間の熱伝導率は高くてもよい。結果として、基板１７０の温度により、ノズル１８０を通じて吐出される前の流体の温度が局所的に変化し得る。供給チャンバ１３２、ディバイダ通路３１０、及び回収チャンバ１３６に温度制御された流体を循環させると、基板１７０の温度の制御に役立つことができる。それにより、流体温度の均一性を向上させることができる。流体温度は、流体と熱連通している温度センサ（図示せず）によって監視することができる。温度センサは、プリントヘッド１００、供給管１６２、回収管１６６、流体供給タンク４１５、流体回収タンク４０５、又は他の何らかの好適な位置に配置されるか、又は取り付けられることができる。流体温度制御デバイス、例えばヒータ（図示せず）をシステムに配置して、流体の温度を制御するように構成することができる。回路（図示せず）を、温度センサの温度示度を検出して監視し、それに応答して、流体を所望の又は所定の温度に維持するようヒータを制御するように構成することができる。実施態様によっては、温度センサは、ヒータ内又はその近傍に位置決めされることができる。実施態様によっては、ヒータに代えて、又はヒータに加えて、クーラ又は他の温度制御デバイスを使用することができる。

バイパス４６９を有する実施態様では、プリントヘッド１００の上方で流体を循環させることにより、プリントヘッド１００を通じた流体フローを生じさせることができる。システムフィルタ及び／又は脱ガス部を有する実施態様では、バイパス４６９を通じて流体を循環させることにより、システムフィルタ又は脱ガス部又はその双方を通じる流体フローが増加し、それにより流体からの気泡、空気混和流体、及び混入物の除去が向上し得る。また、バイパス４６９を通じて流体を循環させることにより、システムのプライミングに必要な時間を短縮することもできる。特に、プライミング時間は、供給管１６２、回収管１６６、及び任意のシステムフィルタ又は脱ガス部等の、流体供給タンク４１５と流体回収タンク４０５との間に流体接続される任意の他の構成要素について、短縮することができる。

図４に示す実施態様では、基板１７０と流体回収タンク４０５との間、又は流体供給タンク４１５と基板１７０との間にポンプは流体接続されない。流体回収タンク４０５及び流体供給タンク４１５が、供給ポンプ４２５によって引き起こされる任意の圧力外乱から、基板１７０を少なくとも部分的に隔離している。圧力外乱は、ポンプが通常作り出す振動又は他の圧力変動の結果として起こることができ、そのような外乱は、適切な流体液滴の吐出を妨げることがある。更に、外乱は、全てのノズル１８０に均等には影響しないこともあり、ひいては複数のノズル１８０間で流体液滴の吐出特性が不均一となる可能性がある。したがって供給ポンプ４２５を基板１７０から隔離すると、供給ポンプ４２５によって基板１７０に発生し得る外乱が軽減又は防止されることにより、流体液滴の吐出の均一性が向上する。

本明細書及び特許請求の範囲全体を通じた「前」、「後」、「上」、「下」、「上側」、及び「下側」等の用語の使用は、システム、プリントヘッド、及び本明細書に記載されている他の要素の様々な構成要素間を区別して説明するために過ぎない。かかる用語の使用は、プリントヘッド又は任意の他の構成要素の特定の向きを含意するものではない。同様に、要素について記載するための水平方向及び垂直方向という用語のいかなる使用も、記載する実施態様に関するものである。他の実施態様では、同じ、又は類似した要素が、場合によって水平方向又は垂直方向以外の向きであり得る。

本発明の複数の実施形態について説明した。しかしながら、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく様々な変更を行うことができる、ということが理解されよう。例えば、流体供給タンクと流体回収タンクとの間に複数の循環路を配置することができる。他の実施態様では、流体回収タンクを省略することができ、基板から流れ出る流体は廃棄されてもよく、それに従い流体供給タンク及び流体リザーバが構成されてもよい。他の実施態様では、通路及び流量は、流体液滴の吐出中に基板流体路の全て又は一部を通じて流体フローが瞬間的に逆流するように構成されてもよい。実施態様によっては、ディバイダ通路は、管状、環状、他の何らかの好適な形状であってもよく、又は熱伝導が向上するように複数のフィン若しくはプレートを含むなど、他の何らかの熱交換器構成で配置されてもよい。したがって、他の実施形態は以下の特許請求の範囲の内にある。

Claims (25)

1. 流体供給部と流体回収部とを有するプリントヘッドと、
   前記プリントヘッドに取り付けられている基板であって、前記流体供給部及び前記流体回収部に近接した前記基板の表面上にある流体入口及び流体出口と、前記流体入口と流体連通しているノズルと、を有する基板と、
   を備える流体液滴吐出装置であって、
   前記基板の前記流体入口が前記流体供給部と流体連通し、かつ前記流体出口が前記流体回収部と流体連通しており、
   前記流体入口と前記流体出口との間に、前記基板を通じる第１循環路があり、
   前記流体供給部が、第２循環路であって、前記プリントヘッド中を通り、かつ前記基板中を通らない第２循環路、を介して前記流体回収部と流体連通していて、
   前記流体供給部から前記流体回収部に流れる流体を分岐させて前記第１循環路及び前記第２循環路に同時に流入させるように構成された流体路を有する、装置。
2. 前記第２循環路が前記第１循環路と平行である、請求項１に記載の装置。
3. 前記第２循環路が前記第１循環路より大きい平均断面積を有する、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記第１循環路、前記第２循環路、又はその双方に位置決めされたフィルタ、
   を更に備える、請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。
5. 前記第１循環路及び前記第２循環路の一方又は双方と熱連通している温度センサ、
   を更に備える、請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
6. 前記第１循環路、前記第２循環路、又はその双方と熱連通している流体温度制御デバイス、
   を更に備える、請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
7. 前記流体供給部と流体連通している流体供給タンクと、
   前記流体回収部と流体連通している流体回収タンクと、
   を更に備える、請求項１乃至６のいずれかに記載の装置。
8. 前記流体供給タンク及び前記流体回収タンクと流体連通している流体供給ポンプ、
   を更に備える、請求項７に記載の装置。
9. 前記流体供給ポンプが、前記流体供給タンクと前記流体回収タンクとの流体高さの差を制御する、請求項８に記載の装置。
10. 前記流体供給ポンプが、前記流体供給タンク中の流体の高さを制御する、請求項８又は９に記載の装置。
11. 前記流体供給ポンプと前記基板との間の任意の流体路が、前記流体供給タンク若しくは前記流体回収タンクのいずれか又はその双方を含む、請求項８乃至１０のいずれかに記載の装置。
12. 前記流体供給部が、前記第１循環路及び前記第２循環路と異なるバイパス循環路を介して前記流体回収部と流体連通している、請求項１乃至１１のいずれかに記載の装置。
13. 流体が、プリントヘッドの流体供給部、前記プリントヘッドに取り付けられている基板の流体入口、前記基板内の流体路、前記基板の流体出口を通り、前記プリントヘッドの流体回収部まで流れる順序で、前記流体の第１流体フローを流すステップと、
    前記第１流体フローを流すと同時に、前記流体の第２流体フローを前記流体供給部から前記流体回収部まで流すステップであって、前記第２流体フローが前記基板内の前記流体路を通過せず、前記第２流体フローが前記第１流体フローより多い、ステップと、
    を含む、流体液滴を吐出する方法であって、
    前記第１流体フローが前記第２流体フローと流体連通している、方法。
14. 前記第２流体フローが、前記基板の前記流体出口に、前記基板の前記流体入口より低い圧力を生じる、請求項１３に記載の方法。
15. 前記流体入口と流体連通しているノズルを通じて流体液滴を吐出するステップ、
    を更に含む、請求項１３又は１４に記載の方法。
16. 前記第１流体フロー及び前記第２流体フローを流すと同時に、前記流体の第３流体フローを前記流体回収部から前記流体供給部まで流すステップであって、前記第３流体フローが前記基板も前記プリントヘッドも通過しない、ステップ、
    を更に含む、請求項１３乃至１５のいずれかに記載の方法。
17. 前記第３流体フローの流体から空気又は他の混入物を取り除くステップ、
    を更に含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記第３流体フローが、前記流体回収部から流体回収タンクを通じ、流体供給タンクを通って前記流体供給部まで流れる、請求項１６又は１７に記載の方法。
19. 前記流体回収タンクと前記流体供給タンクとの流体高さの差を制御するステップ、
    を更に含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記流体回収タンクと前記流体供給タンクとの流体高さの差が、流体供給ポンプによって制御される、請求項１９に記載の方法。
21. 前記流体供給タンク中の流体の高さを制御するステップ、
    を更に含む、請求項１８乃至２０のいずれかに記載の方法。
22. 前記流体供給タンク中の前記流体の高さが、流体供給ポンプによって制御される、請求項２１に記載の方法。
23. 前記第１流体フロー又は前記第２流体フローの流体の温度を監視するステップ、
    を更に含む、請求項１３乃至２２のいずれかに記載の方法。
24. 前記第１流体フロー又は前記第２流体フローの流体の温度を制御するステップ、
    を更に含む、請求項２３に記載の方法。
25. 前記第１流体フローが前記第２流体フローと平行である、請求項１３乃至２４のいずれかに記載の方法。

Images