TWI715867B - 流體噴出晶粒與其製造方法、及列印流體匣 - Google Patents

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Abstract

在根據本揭示內容之一實施例中，描述一種流體噴出晶粒。該晶粒包括一噴嘴陣列。各噴嘴包括一噴出腔室、一開口、與設置在該噴出腔室內的一流體致動器。各噴嘴也包括輸送流體進入該噴出腔室的一入口通路與輸送流體離開該噴出腔室的一出口通路。該流體噴出晶粒也包括分成入口溝道與出口溝道的一溝道陣列。各入口溝道各自流體連接至複數個入口通路，且各出口溝道各自流體連接至複數個出口通路。

Description

流體噴出晶粒與其製造方法、及列印流體匣
本發明係有關於具有入口及出口溝道之流體晶粒。
流體晶粒為流體系統中使流體移動的組件。流體晶粒的一實施例為包括許多流體噴出噴嘴的流體噴出晶粒。該等流體晶粒及流體噴出晶粒也可包括其他非噴出致動器，例如微觀再循環泵浦(micro-recirculation pump)。通過這些噴嘴及泵浦，將諸如墨水及助熔劑之類的流體噴出或使其移動。例如，噴嘴可包括保存一定數量之流體的噴出腔室，與在該噴出腔室內運作以通過噴嘴開口噴出流體的流體致動器。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種流體噴出晶粒，其包含：一噴嘴陣列，各噴嘴包含：一噴出腔室；一開口；與 設置在該噴出腔室內的一流體致動器；一入口通路，其形成於一基板中以輸送流體進入該噴出腔室；與一出口通路，其形成於該基板中以輸送流體離開該噴出腔室；與形成於該基板之背面上的一溝道陣列，該溝道陣列分成入口溝道與出口溝道，其中：各入口溝道各自流體連接至複數個入口通路；與各出口溝道各自流體連接至複數個出口通路。
100:流體噴出晶粒
101:非噴出流體晶粒
102:開口
103、103-1、103-2:流體腔室
104:噴嘴基板
105-1、105-2:感測器
106:溝道基板
210:出口溝道
210-1:第一出口溝道
210-2:第二出口溝道
212:入口溝道
212-1:第一入口溝道
212-2:第二入口溝道
212-2、212-3:入口溝道
214:肋條
216-1、216-2:入口通路
216-3:另一入口通路
218:出口通路
218-1、218-2:出口通路
218-3:出口通路
220:微觀再循環泵浦
222:箭頭
307:開槽帽狀基板
326、326-1、326-2:流體供應槽
428:噴出腔室
430:噴出流體致動器
432:致動泵浦
432-1、432-2:泵浦流體致動器
534:列印流體匣
536:殼體
538:流體貯器
600:方法
601-603:區塊
附圖圖示描述於本文之原理的各種實施例且為本專利說明書的一部份。圖示實施例僅供圖解說明，且不限制請求項的範疇。
圖1A根據描述於本文之原理的一實施例圖示有入口及出口溝道的流體噴出晶粒。
圖1B及圖1C根據描述於本文之原理的一實施例圖示有入口溝道及出口溝道的流體晶粒。
圖2A及圖2B根據描述於本文之原理的一實施例圖示有入口及出口溝道之流體噴出晶粒的溝道基板。
圖3的仰視圖根據描述於本文之原理的一實施例圖示有入口及出口溝道的流體噴出晶粒。
圖4的橫截面圖根據描述於本文之原理的一實施例圖示有入口及出口溝道的流體噴出晶粒。
圖5的方塊圖根據描述於本文之原理的一實 施例圖示包括有入口及出口溝道之流體噴出晶粒的列印流體匣。
圖6的流程圖根據描述於本文之原理的一實施例圖示用於形成有入口及出口溝道之流體噴出晶粒的方法。
附圖中，用相同的元件符號表示類似但不一定相同的元件。附圖不一定按比例繪製，且跨大有些部份的尺寸以更清楚地圖解說明圖示實施例。此外，附圖提供與本說明一致的實施例及/或實作；不過，本說明不受限於附圖所提供的實施例及/或實作。
如本文所使用的流體晶粒可描述可泵送、混合、分析、噴出等等小容積之流體的各種集成裝置。此類流體晶粒可包括流體噴出晶粒，積層製造(additive manufacturing)分配器組件、數位滴定組件及/或可選擇性及可控制地噴出流體容積的其他此類裝置。流體晶粒的其他實施例包括流體感測器裝置、實驗室晶片裝置(lab-on-a-chip device)，及/或可分析及/或處理流體的其他此類裝置。在不是噴出晶粒的流體晶粒中，例如在生命科學應用系統中，流體不被噴出而是穿經分析或以其他方式處理它的溝道。
在一特定實施例中，這些流體晶粒出現在任意多個列印裝置，例如噴墨列印機、多功能列印機(MFP)和積層製造設備。這些裝置中的流體系統被用來精確快速 地施配微少數量的流體。例如，在積層製造設備中，該流體噴出系統施配助熔劑。該助熔劑沉積於組建材料上，此助熔劑促進組建材料的硬化以形成三維產品。
其他流體噴出系統施配墨水於二維印刷媒體上，例如紙張。例如，在噴墨列印期間，流體被導引到流體噴出晶粒。取決於將會被列印的內容，設置流體噴出晶粒於其中的裝置判定將會釋放/噴出墨水微滴於印刷媒體上的時間及位置。以此方式，該流體噴出晶粒在預定義區域上釋放多個墨水微滴以產生將會被列印之圖像內容的表現。除紙張外，也可使用其他形式的印刷媒體。相應地，如上述，描述於本文的系統及方法可實施於二維列印，亦即，沉積流體於基板上，以及實施於三維列印，亦即，沉積助熔劑或其他功能助劑(functional agent)於材料基底上以形成三維列印產品。
儘管此類流體晶粒和流體噴出晶粒已提高移動及噴出各種流體的效率，然而增進彼等的運作可使其效能提高。作為一實施例，某些致動器的運作可能會改變穿經流體晶粒之流體的組合物。例如，熱噴出器升溫以響應外加電壓。在熱噴出器升溫時，流體在噴出腔室中的部份蒸發以形成泡沬。此泡沫將流體推出開口且到印刷媒體上。非噴出致動器建立非噴出作用，且噴出晶粒以類似的方式運作。在致動器致動許多次後，部份流體蒸發，致使流體變得缺水。換言之，流體變得更濃更黏。缺水的流體可能對噴嘴有負面影響且可能導致流體品質下降。
這部份是藉由使流到噴嘴及/或腔室的流體循環來解決。不過，合意地減少再循環機構的衝擊應歸功於流體力學。例如，流體經由流體供應槽供應至流體晶粒。巨觀再循環系統(macro-recirculation system)包括驅動流體通過這些流體供應槽的外部泵浦。由於該流體晶粒的狹窄，此巨觀再循環流動可能無法深入穿透足以進入流體供應槽以被吸入微觀再循環迴路。亦即，流體供應槽使巨觀再循環流動與微觀再循環流動分離。相應地，微觀再循環迴路中的流體沒有被補充，反而通過該迴路回收相同容積的流體。在通過該迴路被回收的流體暴露於各種致動周期時，它損失品質且可能不利地影響列印及/或流體性質。
相應地，本專利說明書描述一種解決這些及其他問題的流體噴出晶粒。亦即，本專利說明書描述一種強迫流體橫向進入流體噴出晶粒的系統及方法。在此實施例中，晶粒槽換成連結至在流體噴出晶粒背部之溝道的入口通路與出口通路。更特別的是，流體通過它噴出的噴嘴設置在流體噴出晶粒的正面上。流體經由背面供應至這些噴嘴。該等圍封式溝道促進流動更靠近流體噴出晶粒。亦即，在沒有該等溝道的情形下，用供應槽供應至該流體噴出晶粒之入口的流體有不足以接近微觀再循環迴路的低速度。在此實施例中，流體一直在微觀流體迴路中循環，但是流體沒有來自流體供應器的補充。
該等溝道經由流體動力學增加靠近微觀再循環迴路的流動致使彼等可補充新流體。亦即，微觀再循 環流動從行進通過溝道的巨觀再循環流動吸入流體，且噴出流體進入巨觀再循環流動。相應地，在此實施例中，微觀再循環迴路與噴嘴都有新的新鮮流體提供。
亦即，微觀再循環流動吸引流體進入通路且以產生輔助流動及旋渦的脈動方式從通路噴出流體。這些旋渦的消散與通路有一定距離。該等溝道將巨觀再循環流動直接吸引到這些旋渦，致使巨觀再循環流體以充分的流動速度與這些旋渦相互作用，藉此加速混合巨觀再循環流體與微觀再循環迴路中的流體。在沒有溝道強迫巨觀再循環流體緊鄰微觀再循環迴路的情形下，巨觀再循環流體不會有充分的速度以達到流體供應槽而在微觀再循環迴路的入口/出口附近與旋渦相互作用。流動增加也增進冷卻，因為新鮮墨水吸收流體晶粒的熱比耗餘或回收流體更有效率。
即使在微觀再循環迴路中有效地補充流體，然而從微觀再循環迴路流出的廢棄流體可能沉積於輸送出新鮮流體的相同流體溝道中。亦即，廢棄流體在流體供應槽中與新鮮流體混合。廢棄流體與新鮮流體的混合可能降低正被輸送到噴嘴之新鮮流體的品質。
相應地，本專利說明書也描述針對此問題的數種晶粒及系統。具體言之，根據本專利說明書，通到噴嘴的入口通路與入口溝道對齊，且廢棄流體通過出口通路傳遞到出口溝道。亦即，輸送流體到噴嘴的溝道與接收來自噴嘴之廢棄流體的溝道分離。使輸送到噴嘴的流體與離 開噴嘴的廢棄流體分離確保使得較高品質的流體可供噴嘴沉積於表面上，例如印刷媒體。
具體言之，本專利說明書描述一種流體噴出晶粒。該流體噴出晶粒包括一噴嘴陣列以噴出一定數量的流體。各噴嘴包括保存一定數量之流體的一噴出腔室；施配該數量之流體的一開口；與設置於該噴出腔室內以通過該開口噴出該數量之流體的一流體致動器。各噴嘴也包括形成於基板中的入口通路以輸送流體進入噴出腔室與形成於該基板中的出口通路以輸送流體離開噴出腔室。該流體噴出晶粒也包括一溝道陣列，該等溝道形成於該基板的背面上且分成入口溝道與出口溝道。各入口溝道各自流體連接至複數個入口通路且各出口溝道各自流體連接至複數個出口通路。
本專利說明書也描述一種列印流體匣。該列印流體匣包括一殼體，與一貯器，其設置於該殼體內以容納將會被沉積於一基板上的流體。該匣也包括由設置於該殼體上的一流體噴出晶粒陣列。各個流體噴出晶粒包括一噴嘴陣列以噴出一定數量的流體。各噴嘴包括保存該數量之流體的一噴出腔室，施配該數量之流體的的一開口，與設置於該噴出腔室內以通過該開口噴出該數量之流體的一流體致動器。各噴嘴也包括形成於一基板中的一入口通路以輸送流體進入該噴出腔室與形成於該基板中的一出口通路以輸送流體離開該噴出腔室。該流體噴出晶粒也包括一溝道陣列，該等溝道形成於該基板的背面上且分成入口溝 道與出口溝道。各入口溝道各自流體連接至複數個入口通路且各出口溝道流體連接至各自連接至複數個出口通路。
本專利說明書也描述一種用於製作流體噴出晶粒的方法。根據該方法，形成由數個噴嘴及對應通路組成的一陣列，流體係通過彼等噴出。在一基板上形成一溝道陣列，該溝道陣列包括入口溝道與出口溝道。然後，使由噴嘴及通路組成的該陣列連結至該溝道陣列，致使各入口溝道各自流體連接至複數個入口通路且各出口溝道各自流體連接至複數個出口通路。
總之，使用此一流體噴出晶粒1)藉由維持流體中的水濃度來降低流體黏性的影響，2)促進噴嘴內更有效的微觀再循環，3)改善噴嘴衛生，4)提供在晶粒附近的流體混合以提高列印品質，5)對流地冷卻流體噴出晶粒，6)移除流體噴出晶粒的氣泡，7)允許再灌注(re-priming)噴嘴，且8)藉由分離廢棄墨水與新鮮墨水來改善列印品質。不過，吾等預期，揭露於本文的裝置可應付許多技術領域中的其他事項及不足。
如使用於本專利說明書及隨附請求項的，用語「致動器」係指噴嘴或另一非噴出致動器。例如，為一種致動器的噴嘴運作以從流體噴出晶粒噴出流體。為非噴出致動器實施例的再循環泵浦使流體移動通過在流體噴出晶粒內的通路、通道及途徑。
相應地，如使用於本專利說明書及隨附請求項的，用語「噴嘴」係指流體噴出晶粒中施配流體於表面 上的個別組件。該噴嘴至少包括噴出腔室、噴出器流體致動器與噴嘴開口。
此外，如使用於本專利說明書及隨附請求項的，用語「列印流體匣」可指用於噴出墨水或其他流體於印刷媒體上的裝置。一般而言，列印流體匣可為施配例如墨水、蠟、聚合物之流體或其他流體的流體噴出裝置。列印機匣可包括流體噴出晶粒。在一些實施例中，列印機匣可使用於列印機、繪圖機、複印機及傳真機。在這些實施例中，流體噴出晶粒可噴出墨水或另一流體於例如紙張的媒體上以形成所欲圖像。
進而，如使用於本專利說明書及隨附請求項的，用語「許多」或類似語言應廣泛理解為意指包括1到無限的任何正整數。
在以下說明中，為了解釋的目的，提出許多特定的細節供徹底了解本發明系統及方法。不過，熟諳此藝者應瞭解，在沒有這些特定細節下，仍可實施本發明設備、系統及方法。在本專利說明書中，「一實施例」或類似語言意指與該實施例一起描述的特定特徵、結構或特性包括於該實施例，但是不一定包括於其他實施例。
此時翻到圖表，圖1A根據描述於本文之原理的一實施例圖示有入口及出口溝道的流體噴出晶粒(100)。如上述，流體噴出晶粒(100)係指列印系統用於沉積列印流體於基板上的組件。流體噴出晶粒(100)為包括噴嘴開口、噴出腔室與致動噴出器的流體晶粒實施例。相較 之下，非噴出流體晶粒可能不包括致動噴出器與噴嘴開口，反而包括接收流體的流體腔室與設置於其內的感測器。非噴出流體晶粒與流體噴出晶粒可具有相似的其他組件，例如入口及出口通路、入口及出口溝道，與流體供應槽，如本文所述。為了噴出列印流體於基板上，流體噴出晶粒(100)包括噴嘴陣列。通過噴嘴的開口(102)用流體噴出晶粒逐出流體。為使圖1A的描述簡潔，以元件符號標示一噴嘴開口(102)。此外，應注意，噴嘴開口(102)與流體噴出晶粒(100)的相對大小不按比例繪製，且為求圖解說明而放大噴嘴。
流體噴出晶粒(100)的噴嘴開口(102)可排列成數個直行或陣列，致使噴嘴開口(102)適當地有序噴出流體造成在流體噴出晶粒(100)與印刷媒體互相相對運動時列印字母、符號及/或其他圖形或圖像於印刷媒體上。
在一實施例中，可進一步劃分陣列的噴嘴。例如，噴嘴陣列的第一子集可從屬於一墨水顏色，或有一流體性質集合的一種流體，同時噴嘴陣列的第二子集可從屬於另一墨水顏色，或有不同流體性質集合的流體。
流體噴出晶粒(100)可耦接至控制流體噴出晶粒(100)以從噴嘴開口(102)噴出流體的控制器。例如，該控制器界定由噴出流體微滴組成以在印刷媒體上形成字母、符號及/或圖形或圖像的圖案。該噴出流體微滴圖案取決於從運算裝置收到的列印工作命令及/或命令參數。
流體噴出晶粒(100)可由各種不同的層形 成。例如，噴嘴基板(104)可界定噴嘴的噴出腔室及開口(102)。噴嘴基板(104)可由SU-8或其他材料形成。流體噴出晶粒(100)也包括溝道基板(106)，其界定溝道與流體入口/出口。該等流體入口/出口通路傳遞流體進出噴出腔室，且該等流體溝道引導來自流體供應槽的微流動到流體入口/出口通路。溝道基板(106)可由矽形成。
圖1B及圖1C根據描述於本文之原理的一實施例圖示有入口及出口溝道的非噴出流體晶粒(101)。具體言之，圖1B為流體晶粒(101)的上視圖，而圖1C為沿著圖1C中之直線「A」繪出的橫截面圖。如上述，流體晶粒(101)與流體噴出晶粒(圖1A，100)類似，除了流體晶粒(101)不噴出流體以外，且因此不包括噴嘴開口(圖1A，102)。
與流體噴出晶粒(100)類似的非噴出流體晶粒(101)可由各種不同的層形成。例如，基板(104)可界定流體腔室(103-1，103-2)。基板(104)可由SU-8或其他材料形成。流體晶粒(101)也包括溝道基板(106)，其界定溝道與流體入口/出口。該等流體入口/出口通路傳遞流體進出流體腔室(103)，且該等流體溝道引導來自流體供應槽的微流動到流體入口/出口通路。溝道基板(106)可由矽形成。
圖1C清楚描繪通過溝道(212，210)及通路(216，218)的流體流動。如圖示，通過通路(216，218)的流動與通過溝道(210，210)的流動垂直。亦即，在流體流動通過入口溝道(212)時，它在通過入口通路(216)時垂直地改變方向以被引導到流體腔室(103)。通過溝道 (210，212)及通路(216，218)的流動在圖1C中用箭頭表示。在一些實施例中，流體腔室(103)包括感測器(105-1，105-2)。感測器(105-1，105-2)或其他組件可分析或用其他方式處理穿經它的流體。
在一些實施例中，流體晶粒(101)可包括引導流體進出對應流體腔室(103)的微溝道。該等微溝道可具有充分小的尺寸(例如，奈米級尺寸、微米級尺寸、毫米級尺寸等等)以促進小容積流體(例如，皮升等級、奈升等級、微升等級、毫升等級等等)的運輸。在此實施例中，微溝道及通路(216，218)形成一微觀再循環迴路。在一些實施例中，泵浦流體致動器(432-1，432-2)設置在溝道內以使流體進出流體腔室(103)。此類微溝道防止路過流體沉澱且確保流體腔室(103)內有可利用的新鮮流體。流體致動器可為靜電隔膜致動器、機械/衝擊驅動式隔膜致動器、磁伸縮驅動(magneto-strictive drive)致動器、或可造成流體因應電氣致動而位移的其他類似元件。
此外，輸送流體至流體腔室(103)的入口通路(216)接收來自入口溝道(212)的流體，該入口溝道(212)係與接收已被流體腔室(103)及致動泵浦(432)傳遞之流體的出口溝道(210)分離。如圖1C所示，在一些實施例中，接收來自不同入口溝道(212-2，212-3)之流體的流體腔室(103)卻可用不同的出口通路(218-1，218-2)將廢棄流體傳遞到共享出口溝道(210-2)。
圖2A及圖2B根據描述於本文之原理的一實 施例圖示有入口及出口溝道之流體噴出晶粒(圖1A，100)的溝道基板(106)。具體言之，圖2A圖示有在溝道基板(106)正面上以虛線圖示之組件的溝道基板(106)，而圖2B圖示有在溝道基板(106)底面上以虛線圖示之組件的溝道基板(106)。在圖2A中，這些虛線組件包括噴嘴開口(102)與微觀再循環泵浦(220)，該等微觀再循環泵浦(220)用來使流體移動通過微觀再循環迴路。微觀再循環泵浦(220)可設置在噴嘴基板(圖1A，104)與溝道基板(106)之間。為使描述簡潔，噴嘴開口(102)與微觀再循環泵浦(220)中之各者的一實例以元件符號標示。
應注意，在圖2A及圖2B中，噴嘴基板(圖1A，104)已被移除以圖解說明噴嘴的組件，包括溝道(210，212)、肋條(214)及通路(216，218)。為使描述簡潔，圖2A及圖2B的各個組件中只有一個或少數幾個實例以元件符號標示。
流體噴出晶粒(圖1A，100)也包括由形成於溝道基板(106)中之數個通路(216，218)組成的陣列。如上述，只有少數幾個通路(216，218)實例以元件符號標示。通路(216，218)輸送流體進出對應噴出腔室。具體言之，入口通路(216)從入口溝道(212)輸送流體至噴嘴的噴出腔室，且出口通路(218)輸送流體離開噴出腔室至出口溝道(210)。使用時，流體穿經入口通路(216)到微觀再循環迴路，在此它被噴嘴使用，然後離開出口通路(218)。流體通過入口通路的流動在圖2A及圖2B中用箭頭(222)標示。
在一些實施例中，通路(216，218)形成於溝道基板(106)的穿孔層(如，穿孔隔膜)中。例如，溝道基板(106)可由矽形成，且通路(216，218)可形成於形成溝道基板(106)之一部份的穿孔矽隔膜中。亦即，該隔膜可經穿孔成有數個小洞，在與噴嘴基板(圖1A，104)連結時，彼等對齊噴出腔室以形成流體在噴出過程期間的出入路徑。如圖2A所示，兩個通路，亦即入口通路(216)及出口通路(218)，可對應至各個噴出腔室。在一些實施例中，該等通路可為圓洞、有圓角的方洞、或其他類型的通路。
此時翻到圖2B，流體噴出晶粒(圖1A，100)也包括由數個溝道(210，212)組成的陣列。溝道(210，212)形成於溝道基板(106)的背面上，如虛線所示。換言之，如清楚描繪於圖4的，通路(216，218)形成於溝道基板(106)的正面上且與形成於溝道基板(106)之背面上的溝道(212，210)流體連接。
溝道(210，212)輸送流體進出通路(216，218)。溝道(210，212)分成流體連接至複數個入口通路(216)的入口溝道(212)與流體連接至複數個出口通路(218)的出口溝道(210)。亦即，流體經由入口溝道(212)及入口通路(216)進入噴嘴且經由出口通路(218)及出口溝道(210)離開。這樣做可使離開出口通路(218)的廢棄流體與經由入口通路(216)進入噴嘴的廢棄流體分離。
在一些實施例中，新鮮流體進入入口溝道(212)與出口溝道(210)兩者。在入口溝道(212)的情形下， 此流體有些傳遞到入口通路(216)而有些過剩新鮮流體離開入口溝道(212)，例如通過共享出口流體供應槽。在出口溝道(212)的情形下，新鮮流體傳遞到出口溝道(210)，但是不進入任何入口通路(216)，因為入口通路(216)都不耦接至出口溝道(210)。此新鮮流體也通過共享出口流體供應槽離開出口溝道(210)。亦即，入口溝道(212)及出口溝道(210)各自歧接至共享入口流體供應槽與共享出口流體供應槽。不過，除了過剩新鮮流體以外，耦接至出口通路的出口溝道(210)也驅逐廢棄流體至共享出口供應槽。
回到溝道(210，212)，溝道(210，212)由任意多個表面界定。例如，溝道(210，212)的一表面由溝道基板(106)中形成通路(216，218)的隔膜部份界定。另一表面可由開槽帽狀基板(slotted cap substrate)界定，而其他的表面由肋條(214)界定。
這些溝道(210，212)促進增加通過流體噴出晶粒(圖1A，100)的流體流動。例如，在沒有溝道(210，212)下，在流體噴出晶粒(圖1A，100)之背面上通過的流體可能以不夠充分靠近通路(216，218)的方式通過以與穿經噴嘴的流體充分混合。不過，溝道(210，212)吸引流體更靠近噴嘴從而促進更大的流體混合。流體流動增加也改善噴嘴衛生，因為從噴嘴移除用過的流體，如果通過噴嘴回收，則用過的流體可能導致不良的噴出效能或品質下降，且在有些情形下，導致無法噴出。
在一些實施例中，各入口溝道(212)設置在 一對出口溝道(210)之間。例如，第一入口溝道(212-1)設置在第一出口溝道(210-1)與第二出口溝道(210-2)之間。在一特定實施例中，耦接至特定入口溝道(212)的鄰近入口通路(216)流體連接至在特定入口溝道(212)兩側的出口溝道(210)。例如，流體連接至第二入口溝道(212-2)的一入口通路(216-1)可對應至流體連接至第二出口溝道(210-2)的出口通路(218-1)，以及流體連接至第二入口溝道(212-2)的另一入口通路(216-3)可對應至流體連接至第三出口溝道(210-3)的出口通路(218-3)。
例如經由入口溝道(212)與出口溝道(210)使廢棄流體與新鮮流體分離可提高相關列印裝置的效能。例如，藉由確保廢棄流體不傳遞到入口通路(216)，廢棄流體的有害特性，亦即增加的熱、增加的黏性，對於進入入口通路(216)的流體沒有影響。在圖2B的實施例中，各溝道，入口溝道(212)及出口溝道(210)兩者，接收來自流體供應槽的流體。流體隨後離開各入口溝道(212)及出口溝道(210)，差別是離開出口溝道(212)的流體，除了供應至其中的新鮮流體以外，還包括從噴嘴逐出的廢棄流體。混合流體在圖2B中用點折線標示。
圖3的仰視圖根據描述於本文之原理的一實施例圖示有入口及出口溝道(210，212)的流體噴出晶粒(圖1A，100)。具體言之，圖3圖示開槽帽狀基板(307)與溝道基板(106)中界定供流體流動之溝道(212，210)的背面。圖3也圖示噴嘴基板(104)中有噴嘴開口(圖1A，102) 形成於上的底面。圖3也圖示界定溝道(212，210)的肋條(214)。為使描述簡潔，在圖3中，這些組件的單一實例以元件符號標示。
圖3也圖示供應進出各種溝道(210，212)之流體的流體供應槽(326-1，326-2)。流體供應槽(326)形成於開槽帽狀基板(307)中且供應流體至溝道(212，210)。如上述，流入每個溝道(212，210)的流體可相同，亦即，新鮮的流體。不過，從出口溝道(210)流出的流體可能與在被致動泵浦及噴出器活化後的廢棄流體混合。新鮮/廢棄混合流體在圖3中用點折線圖示。
圖4的橫截面圖根據描述於本文之原理的一實施例圖示有入口及出口溝道(210，212)的流體噴出晶粒(100)。圖4清楚圖示通過溝道(212，210)及通路(216，218)的流體流動。如圖示，通過通路(216，218)的流動與通過溝道(210，210)的流動垂直。亦即，在流體流動通過入口溝道(212)時，它在通過入口通路(216)時垂直地改變方向以被引導到噴嘴。通過溝道(210，212)及通路(216，218)的流動在圖4中用箭頭標示。
除了別的以外，圖4圖示該陣列的噴嘴。為使描述簡潔，圖4中之一噴嘴的組件以元件符號標示。為了噴出流體，該噴嘴包括許多組件。例如，噴嘴包括保存將會被噴出有一定數量之流體的噴出腔室(428)、通過它噴出該數量之流體的開口(102)、與設置於噴出腔室(428)內以通過開口(102)噴出該數量之流體的噴出流體致動器 (430)。在沉積於通道基板(圖1A，106)上面的噴嘴基板(104)中可界定噴出腔室(428)與噴嘴開口(102)。
轉到噴出致動器(430)，噴出流體致動器(430)可包括點火電阻器或其他熱裝置、壓電元件、或用於從噴出腔室(428)噴出流體的其他機構。例如，噴出器(430)可為點火電阻器。該點火電阻器升溫以響應外加電壓。在點火電阻器升溫時，流體在噴出腔室(428)中的部份蒸發以形成泡沫。此泡沬將流體推出開口(102)且到印刷媒體上。在蒸發流體泡沫爆裂時，流體會從通路(216)吸引到噴出腔室(428)中，並重覆該過程。在此實施例中，流體噴出晶粒(100)可為熱噴墨(TIJ)流體噴出晶粒(100)。
在另一實施例中，噴出流體致動器(430)可為壓電裝置。在施加電壓時，該壓電裝置改變形狀，這在噴出腔室(428)中產生壓力脈衝將流體推出開口(102)且到印刷媒體上。在此實施例中，流體噴出晶粒(100)可為壓電噴墨(PIJ)流體噴出晶粒(100)。
在一些實施例中，除了噴出流體致動器(430)、噴出腔室(428)及開口(102)以外，各噴嘴可包括引導流體進出對應噴出腔室(428)的微溝道。此類微溝道可具有充分小的尺寸(例如，奈米級尺寸、微米級尺寸、毫米級尺寸等等)以促進小容積流體(例如，皮升等級、奈升等級、微升等級、毫升等級等等)的運輸。在此實施例中，微溝道與對應至噴嘴的通路(216，218)形成一微觀再循環迴路。在一些實施例中，泵浦流體致動器(432-1，432-2)設置在 溝道內以使流體進出噴出腔室(428)。此類微溝道防止路過流體沉澱且確保新鮮流體可有效通過開口(102)噴出。流體致動器，即噴出器(430)與泵浦致動器(432)兩者，可為靜電隔膜致動器、機械/衝擊驅動式隔膜致動器、磁伸縮驅動致動器、或可造成流體因應電氣致動而位移的其他類似元件。
如上述，此類微觀再循環迴路提供新鮮的流體給噴出腔室(428)，從而提高噴嘴的有效壽命。這是因為，噴嘴在供給新鮮流體時運作最佳。
此外，如上述，輸送流體至噴出腔室(428)的入口通路(216)接收來自入口溝道(212)的流體，該入口溝道(212)與接收已被噴嘴及致動泵浦(432)傳遞之流體的出口溝道(210)分離。如圖4所示，在一些實施例中，接收來自不同入口溝道(212-2，212-3)之流體的噴嘴卻可用不同出口的通路(218-1，218-2)將廢棄流體傳遞到共享出口溝道(210-2)。
圖5的方塊圖根據描述於本文之原理的一實施例圖示列印流體匣(534)，其包括有入口及出口溝道(圖2B，210，212)的流體噴出晶粒(100)。列印流體匣(534)在列印系統內用來噴出流體。在一些實施例中，列印流體匣(534)例如作為可更換匣(534)可從系統卸下。在一些實施例中，列印流體匣(534)為基板寬列印條且流體噴出晶粒(100)陣列被劃分為沿著將會沉積流體於其上之基板的寬度參差排列的數個流體噴出裝置。
列印流體匣(534)包括收容列印流體匣(534)之組件的殼體(536)。殼體(536)收容供應一定流體數量至流體噴出晶粒(100)的流體貯器(538)。一般而言，流體在貯器(538)、流體噴出晶粒(100)之間流動。在一些實施例中，流體中供應至流體噴出晶粒(100)的部份在運作期間被消耗且將在列印期間未被消耗的流體送回到流體貯器(538)。在一些實施例中，該流體可為墨水。在一特定實施例中，除其他流體外，該墨水可為基於水的紫外線(UV)墨水、藥劑流體、或3D列印材料。
圖6的流程圖根據描述於本文之原理的一實施例圖示用於形成有入口及出口溝道(圖2B，210，212)之流體噴出晶粒(圖1A，100)的方法(600)。根據方法(600)，形成由噴嘴及通路組成的陣列(圖2A，216，218)(區塊601)。在一些實施例中，通路(圖2A，216，218)可為穿孔矽隔膜的一部份。該等噴嘴，或更精確地說是，噴嘴的開口(圖1A，102)及噴出腔室(圖4，428)，可由噴嘴基板(圖1A，104)形成，例如SU-8。因此，形成由噴嘴及通路組成之陣列(圖2A，216，218)的步驟(區塊601)可包括連結穿孔矽隔膜與SU-8噴嘴基板(圖1A，104)。
隨後形成入口及出口溝道(圖2B，210，212)(區塊602)。形成入口及出口溝道(圖2B，210，212)的步驟(區塊602)可包括使肋條(圖2B，214)黏附於隔膜中形成通路(圖2A，216，218)的背面。在另一實施例中，該形成步驟(區塊602)可包括蝕刻去掉溝道基板(圖1A，106) 以形成部份地界定入口及出口溝道(圖2A，210，212)的肋條(圖2B，214)。
連結形成的入口及出口溝道(圖2B，210，212)與形成的噴嘴及通路(圖2B，210，212)兩者(區塊603)以形成有入口及出口溝道(圖2B，210，212)的流體噴出晶粒(圖1A，100)。具體言之，連結這兩者，致使各入口溝道(圖2B，212)各自流體連接至複數個入口通路(圖2A，216)，且致使各出口溝道(圖2B，210)各自流體連接至複數個出口通路(圖2A，218)。
總之，使用此一流體噴出晶粒1)藉由維持流體中的水濃度來降低流體黏性的影響，2)促進噴嘴內更有效的微觀再循環，3)改善噴嘴衛生，4)提供在晶粒附近的流體混合以提高列印品質，5)對流地冷卻流體噴出晶粒，6)移除流體噴出晶粒的氣泡，7)允許再灌注噴嘴，且8)藉由分離廢棄墨水與新鮮墨水來改善列印品質。不過，吾等預期，揭露於本文的裝置可應付許多技術領域中的其他事項及不足。
已提出前述說明以圖解說明及描述所述原理的實施例。此說明非旨在窮盡或限制這些原理為所揭露的任何確切形式。鑑於以上教導，有可能有許多修改及變體。
103-1、103-2:流體腔室
104:噴嘴基板
105-1、105-2:感測器
210-2:第二出口溝道
212-2、212-3:入口溝道
214-2-214-5:肋條
216-1、216-2:入口通路
218-1、218-2:出口通路
432-1、432-2:泵浦流體致動器

Claims (15)

  1. 一種流體噴出晶粒，其包含：一噴嘴陣列，各噴嘴包含：一噴出腔室；一開口；及一流體致動器，其設置在該噴出腔室內；一入口通路，其形成於一基板中，以輸送流體進入該噴出腔室；及一出口通路，其形成於該基板中，以輸送流體離開該噴出腔室；及一溝道陣列，其形成於該基板之背面上，該溝道陣列分成數個入口溝道與數個出口溝道，其中：各入口溝道流體地連接至各自的複數個入口通路；與各出口溝道流體地連接至各自的複數個出口通路。
  2. 如請求項1之流體噴出晶粒，其中，各入口溝道設置在一對出口溝道之間。
  3. 如請求項1之流體噴出晶粒，其中，耦接至一特定入口溝道的相鄰入口通路流體地連接至在該特定入口溝道之任一側的出口溝道。
  4. 如請求項1之流體噴出晶粒，其中，該等入口溝道及出口溝道流體地耦接至一共享入口流體供應槽。
  5. 如請求項4之流體噴出晶粒，其中，該等入口溝道及該等出口溝道接收來自該入口流體供應槽的新鮮流體。
  6. 如請求項1之流體噴出晶粒，其中，該等入口溝道及出口溝道流體地耦接至一共享出口流體供應槽。
  7. 如請求項6之流體噴出晶粒，其中：過剩新鮮流體從該等入口溝道傳遞到該共享出口流體供應槽；及過剩新鮮流體及廢棄流體從該等出口溝道傳遞到該共享出口流體供應槽。
  8. 如請求項1之流體噴出晶粒，其中，該等通路形成於該基板的一穿孔層中。
  9. 如請求項1之流體噴出晶粒，其中，各噴嘴進一步包含一微觀再循環溝道，以引導流體進出該對應的噴出腔室。
  10. 一種列印流體匣，其包含：一殼體；一貯器，其設置在該殼體內，以容納欲被積覆於一基板上的流體；及一流體噴出晶粒陣列，其設置在該殼體上，各流體噴出晶粒包含：一噴嘴陣列，各噴嘴包含：一噴出腔室； 一開口；及一流體致動器，其設置在該噴出腔室內；一入口通路，其形成於一基板中，以輸送流體進入該噴出腔室；及一出口通路，其形成於該基板中，以輸送流體離開該噴出腔室；及一溝道陣列，其形成於該基板之背面上，該溝道陣列分成數個入口溝道與數個出口溝道，其中：各入口溝道流體地連接至各自的複數個入口通路；及各出口溝道各自流體地連接至各自的複數個出口通路。
  11. 如請求項10之列印流體匣，其中，該溝道陣列的入口溝道與出口溝道互相交替。
  12. 如請求項10之列印流體匣，其中：該列印流體匣為一頁寬列印條；及該流體噴出晶粒陣列被劃分為數個流體噴出裝置，其中，該等流體噴出裝置沿著欲積覆該流體於其上之一頁媒體的寬度交錯排列。
  13. 如請求項10之列印流體匣，其中，通過該等溝道的流體流動與在該等通路中的流體流動相垂直。
  14. 一種製作一流體噴出晶粒的方法，其包含：形成一噴嘴陣列及數個對應通路，流體係通過其等而噴出； 在一基板上形成一溝道陣列，其中，該等溝道分成數個入口溝道及數個出口溝道；及將該噴嘴陣列及該等對應通路槽連結至該等溝道，使得：各入口溝道流體地連接至各自的複數個入口通路；及各出口溝道流體地連接至各自的複數個出口通路。
  15. 如請求項14之方法，其中，在該基板上形成該等溝道的步驟包含蝕刻該基板的背面層。
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