特許 5746342 循環ポンプを有した液体吐出アセンブリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5746342

(24)【登録日】2015年5月15日

(45)【発行日】2015年7月8日

(54)【発明の名称】循環ポンプを有した液体吐出アセンブリ

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20150618BHJP

   B41J 2/18 20060101ALI20150618BHJP

【ＦＩ】

   B41J2/14 201

   B41J2/14 605

   B41J2/14 601

   B41J2/18

【請求項の数】15

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-521742(P2013-521742)

(86)(22)【出願日】2010年7月28日

(65)【公表番号】特表2013-532594(P2013-532594A)

(43)【公表日】2013年8月19日

(86)【国際出願番号】US2010043480

(87)【国際公開番号】WO2012015397

(87)【国際公開日】20120202

【審査請求日】2013年3月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】511076424

【氏名又は名称】ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー．

【氏名又は名称原語表記】Ｈｅｗｌｅｔｔ‐Ｐａｃｋａｒｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｌ．Ｐ．

(74)【代理人】

【識別番号】100087642

【弁理士】

【氏名又は名称】古谷 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100076680

【弁理士】

【氏名又は名称】溝部 孝彦

(74)【代理人】

【識別番号】100121061

【弁理士】

【氏名又は名称】西山 清春

(72)【発明者】

【氏名】コヴヤディノフ，アレキサンダー

(72)【発明者】

【氏名】トーニアイネン，エリック，ディー

(72)【発明者】

【氏名】メッセンジャー，ロバート

【審査官】 島▲崎▼ 純一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０８８５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−１０８０２８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００６−０８８４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２７３１６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０６７０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３７４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２１４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８８５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２４９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１１３８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１−１５６０７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ４１Ｊ ２／０１ − ２／２１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の基板内に形成された液体スロットと、
第２の基板の上部上に配置されたチャンバ層内に形成されたチャンネルであって、該第２の基板の底面が、前記第１の基板の上面に付着されている、チャンネルと、
前記チャンネルの第１の端部の近傍に配置された液体吐出要素と、
前記チャンネルの第２の端部の近傍に配置されたポンプ要素と、
前記液体吐出要素に隣接して前記第２の基板を通じて前記液体スロットと前記チャンネルとの間に延びる少なくとも１つの第１の液体供給ホールと、
前記ポンプ要素に隣接して前記第２の基板を通じて前記液体スロットと前記チャンネルとの間に延びる少なくとも１つの第２の液体供給ホールと
を備えており、前記液体吐出要素及び前記ポンプ要素の少なくとも一方が、前記液体スロットから、前記チャンネル、前記少なくとも１つの第１の液体供給ホール、及び前記少なくとも１つの第２の液体供給ホールにより形成される流路を介して、前記液体スロットへの液体の流れを提供し、前記液体吐出要素が、前記流路を介して、前記少なくとも１つの第１の液体供給ホールから前記少なくとも１つの第２の液体供給ホールへの第１の方向における前記液体の流れを提供し、前記ポンプ要素が、前記流路を介して、前記少なくとも１つの第２の液体供給ホールから前記少なくとも１つの第１の液体供給ホールへの第２の方向における前記液体の流れを提供する、
液体吐出アセンブリ。

【請求項2】

前記少なくとも１つの第１の液体供給ホールが、前記液体吐出要素と、前記チャンネルの前記第１の端部との間にある、請求項１に記載の液体吐出アセンブリ。

【請求項3】

前記少なくとも１つの第２の液体供給ホールが、前記ポンプ要素と、前記チャンネルの前記第２の端部との間にある、請求項１又は請求項２に記載の液体吐出アセンブリ。

【請求項4】

前記少なくとも１つの第１の液体供給ホールが、前記液体吐出要素と前記ポンプ要素との間で該液体吐出要素に隣接している、請求項１に記載の液体吐出アセンブリ。

【請求項5】

前記少なくとも１つの第２の液体供給ホールが、前記液体吐出要素と前記ポンプ要素との間で該ポンプ要素に隣接している、請求項１又は請求項４に記載の液体吐出アセンブリ。

【請求項6】

前記少なくとも１つの第１の液体供給ホールが、
前記液体吐出要素の両側にそれぞれ隣接する２つの第１の液体供給ホールからなり、
前記少なくとも１つの第２の液体供給ホールが、
前記ポンプ要素と前記チャンネルの前記第２の端部との間または前記液体吐出要素と前記ポンプ要素との間で該ポンプ要素に隣接する１つの第２の液体供給ホールからなる、
請求項１に記載の液体吐出アセンブリ。

【請求項7】

前記少なくとも１つの第２の液体供給ホールが、
前記ポンプ要素の両側にそれぞれ隣接する２つの第２の液体供給ホールからなり、
前記少なくとも１つの第１の液体供給ホールが、
前記液体吐出要素と前記チャンネルの前記第１の端部との間または前記液体吐出要素と前記ポンプ要素との間で該液体吐出要素に隣接する１つの第１の液体供給ホールからなる、
請求項１に記載の液体吐出アセンブリ。

【請求項8】

前記少なくとも１つの第１の液体供給ホールが、
前記液体吐出要素の両側にそれぞれ隣接する２つの第１の液体供給ホールからなり、
前記少なくとも１つの第２の液体供給ホールが、
前記ポンプ要素の両側にそれぞれ隣接する２つの第２の液体供給ホールからなる、
請求項１に記載の液体吐出アセンブリ。

【請求項9】

前記チャンネルがｕ型の形状である、請求項１ないし請求項８の何れか一項に記載の液体吐出アセンブリ。

【請求項10】

第１及び第２の基板であって、該第１の基板の上面が、該第２の基板の底面に結合されている、第１及び第２の基板と、
前記第１の基板内に形成された液体スロットと、
前記第２の基板の上面上に配置されたチャンネルを有するチャンバ層と、
前記第２の基板を通じて形成された複数の液体供給ホールであって、前記液体スロットと前記チャンネルとの間において液体連通を提供する、複数の液体供給ホールと、
前記チャンネル内に配置された吐出要素と、
前記チャンネル内に配置されたポンプ要素とを備えており、
該ポンプ要素が、前記液体スロットから、前記複数の液体供給ホールの一部を通じ、前記チャンネルを通じ、及び前記複数の液体供給ホールの残りを通じて、前記液体スロットへの液体の流れを提供する、
液体吐出アセンブリ。

【請求項11】

前記吐出要素が、前記チャンネルの第１の端部の近傍に配置され、前記ポンプ要素が、前記チャンネルの第２の端部の近傍に配置されている、請求項１０に記載の液体吐出アセンブリ。

【請求項12】

前記複数の液体供給ホールの前記一部が、前記ポンプ要素に隣接する少なくとも１つの第１の液体供給ホールからなり、前記複数の液体供給ホールの前記残りが、前記吐出要素に隣接する少なくとも１つの第２の液体供給ホールからなる、請求項１０又は請求項１１に記載の液体吐出アセンブリ。

【請求項13】

前記チャンネルが複数のチャンネルからなり、該複数のチャンネルが、該複数のチャンネルの各々の第１の端部において交差しており、前記ポンプ要素が、該複数のチャンネルの交差点に配置されており、前記吐出要素が、該複数のチャンネルの各々の第２の端部に配置されており、前記ポンプ要素が、該ポンプ要素と各吐出要素との間における前記複数のチャンネルを通じた水平方向の液体の流れと、前記複数のチャンネルと前記液体スロットとの間における前記複数の液体供給ホールを通じた垂直方向の液体の流れとを提供する、請求項１０に記載の液体吐出アセンブリ。

【請求項14】

前記複数の液体供給ホールの前記一部が、前記ポンプ要素に隣接する少なくとも１つの第１の液体供給ホールからなり、前記複数の液体供給ホールの前記残りが、前記各吐出要素に隣接する少なくとも１つの第２の液体供給ホールからなる、請求項１３に記載の液体吐出アセンブリ。

【請求項15】

前記吐出要素が、前記チャンネルの第１の端部の近傍に配置された第１の吐出要素と、前記チャンネルの第２の端部の近傍に配置された第２の吐出要素とからなり、前記複数の液体供給ホールの前記一部が、前記第１の吐出要素に隣接する少なくとも１つの第１の液体供給ホールからなり、前記複数の液体供給ホールの前記残りが、前記第２の吐出要素に隣接する少なくとも１つの第２の液体供給ホールからなり、前記ポンプ要素が、前記チャンネルの前記第１の端部に向かって該チャンネルの全長に対して非対称に配置されている、請求項１０に記載の液体吐出アセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

背景
インクジェットプリンタ内の液体吐出装置は、液滴のドロップ・オン・デマンド吐出（射出）を提供する。一般に、インクジェットプリンタは、インク滴を複数のノズルを通じて一枚の用紙などの印刷媒体上へと吐出（射出）することによって画像を印刷する。これらノズルは、典型的には、１つか又は複数のアレイを成しており、これにより、該ノズルからのインク滴の適正に連続した吐出（射出）によって、文字か又は他の画像が、プリントヘッドと印刷媒体とが互いに関連して（又は相対して）移動すると、印刷媒体上に印刷させられることとなる。ある特定例において、熱素子に電流を通過させて熱を生成して、発射チャンバ内における液体のわずかな部分を気化させることによって、サーマルインクジェットプリントヘッドがノズルから滴を吐出する。別の例では、圧電インクジェットプリントヘッドは、圧電材料アクチュエータを用いて圧力パルスを生成し、該圧力パルスが、液滴をノズルの外に強制する。

【0002】

インクジェットプリンタは、手頃なコストで高い印刷品質を提供するが、継続する改善点（又は改良点）は、それらの開発（又は発展）において残ったままの様々な課題を克服することに依存する。例えば、気泡（空気の泡）は、インクジェットプリントヘッド内の継続している問題である。印刷中、インクからの空気が、解放（リリース）されて、気泡を形成する。該気泡は、発射チャンバから、プリントヘッド内の他の位置へと移動する可能性があり、それにより、インクの流れを遮断すること、印刷品質を劣化させること、プリントカートリッジ全体が部分的に空（カラ）に見えるようにさせること、及び、インク漏れ、などの問題が生じる可能性がある。更には、顔料ベースのインクを用いている時には、顔料インク・ビヒクル（vehicle）分離（ＰＩＶＳ）が、依然として問題となる。顔料ベースのインクは、それらが、染料ベースのインクよりもより耐久性があり及びより永久的となる傾向があるので、インクジェット印刷において好まれる。しかしながら、保管か又は未使用の期間中に、顔料粒子は、沈殿する（又は固まる）可能性があるか、或いは、インク・ビヒクルの外でクラッシュする可能性があり（すなわち、ＰＩＶＳ）、そのことが、プリントヘッド内の発射チャンバ及びノズルへのインクの流れを妨げるか又は完全に遮断する可能性がある。（水性インクについての）水の蒸発、及び（非水性インクについての）溶解などの他の要因もまた、ＰＩＶＳ及び／又は高められるインク粘性、及び粘性のある栓形成（plug formation）の原因となる可能性があり、そのことが、未使用の期間後の即座の印刷を阻む。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

問題及び解決法の概要
上述のように、インクジェット印刷システムの開発（又は発展）において、様々な課題がまだ克服されていない。例えば、そのようなシステム内において使用されるインクジェットプリントヘッドには、インク妨害物による及び／又は目詰まりによるトラブルがあり続けている。この問題に対する以前の解決法には、プリントヘッドを利用する前後に、該プリントヘッドの点検（サービス）をすることが主に含まれていた。乾燥したインクによってノズルが詰まることを防止するために、例えば、プリントヘッドが、典型的には、未使用中にキャップされる。それらプリントヘッドを使用する前に、それらノズルを通じてインクを吐き出すことによって該ノズルはまた準備がなされる。これらの解決法の欠点には、点検時間（サービス時間）に起因して即座に印刷することが不可能であることと、点検中（サービス中）に消費されるインクの量が著しいことに起因して所有することにおけるトータルコストが増加することとが、含まれる。従って、インクジェット印刷システム内におけるインク妨害物及び／又は目詰まりが、基本的な問題であるままであり、該問題は、印刷品質全体を劣化させることと、コストを増加させることとの両方となる可能性がある。

【0004】

プリントヘッド内のインク妨害物か又は目詰まりには多くの原因がある。インク妨害物の１つの原因は、プリントヘッド内に気泡として累積する過剰な空気である。インクリザーバ内にインクが保管されている間のように、インクが空気にさらされる時には、追加的な空気が、インク内へと溶け込む。プリントヘッドの発射チャンバからインク滴を発射することに続く動作が、インクから過剰な空気を解放（リリース）して、該空気が、次いで、気泡として累積する。該気泡は、発射チャンバから、プリントヘッドの他の領域へと移動し、該他の領域において該気泡は、プリントヘッドに対する及びプリントヘッド内におけるインクの流れを遮断する可能性がある。

【0005】

顔料ベースのインクもまた、プリントヘッド内においてインク妨害物か又は目詰まりを引き起こす可能性がある。インクジェット印刷システムは、顔料ベースのインクと、染料ベースのインクとを使用する一方で、両タイプのインクによる利点と欠点とが存在しており、顔料ベースのインクが一般的には好まれる。染料ベースのインクでは、染料粒子が液体内に溶かされており、従って、該インクは、用紙内へとより深く染み込む傾向がある。このことは、染料ベースのインクを効率悪くさせ、画像のエッジにおいてインクがにじむと、画像品質を低下させる可能性がある。それに比べて、顔料ベースのインクは、インク・ビヒクルと、分散剤によりコーティングされた高濃度の不溶性の顔料粒子と、から成る。該分散剤は、該インク・ビヒクル内において該粒子を浮遊させたままにすることを可能にするものである。このことは、顔料インクが、用紙内へと染み込むのではなく用紙の表面上により長く留まるのを助ける。従って、顔料インクは、染料インクよりもより効率的である。何故ならば、ある印刷される画像内において同じ色強度を生成するのに、より少ないインクしか必要とされないからである。顔料インクが水に触れた時に、顔料インクは染料インクよりもシミがつかないので、顔料インクはまた、染料インクよりも、より耐久性があるものとなる及びより色落ちしないこととなる傾向がある。

【0006】

しかしながら、顔料ベースのインクによる１つの欠点は、出荷後及び長期保管後に、インクジェットプリントヘッド内にインク妨害物が発生する可能性があるということであり、これにより、箱から取り出してそのまま使える性能に乏しいインクジェットペン性能がもたらされる結果となる。インジェットペンは、インク供給部に内部的に結合される一端部に取り付けられたプリントヘッドを有する。該インク供給部は、ペン本体内において自己補充型（自己完結型）のものとすることができるか、又は、該ペンの外側にプリンタ上に存在することもでき、及び、ペン本体を通じてプリントヘッドに結合され得る。保管の長い期間にわたって、大きな顔料粒子についての重力の影響、及び／又は、分散剤の劣化によって、顔料の沈殿か又はクラッシュが生じる可能性があり、そのことは、ＰＩＶＳ（顔料インク・ビヒクル分離」として既知である。顔料粒子の沈殿か又はクラッシュが、プリントヘッド内の発射チャンバ及びノズルへのインクの流れを妨げるか又は完全に遮断する可能性があり、そのことが、箱から取り出してそのまま使える性能に乏しい、プリントヘッドによる性能を、もたらす結果となる可能性があり、及び低下した画像品質をもたらす結果となる可能性がある。

【0007】

水の蒸発、及びインクからの溶解などの他の要因（ファクター）もまた、ＰＩＶＳ、及び／又は、高められたインク粘性、及び粘性のある栓形成（plug formation）の原因となる可能性があり、そのことが、未使用の期間後の即座の印刷を阻む。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の実施形態は、液体循環ポンプを有した液体吐出アセンブリを利用することを概して通じて、インクジェットプリントヘッド内のインク妨害物か又は目詰まりの問題を克服することを助ける。該ポンプは、下層基板内の液体スロットにわたるメンブレン上に形成され、方向性のある液体の流れ（すなわち、流体ダイオード特性）を生成するために、液体チャンネルの全長に沿って非対称に（すなわち、該チャンネルの一端に向けて）配置される。アイドル時間中、液体吐出アセンブリが作動していない時には、ポンプが、液体チャンネル及び発射チャンバを通じて水平方向に（すなわち、ポンプ及び発射チャンバの平面内において）液体を循環させる。ポンプはまた、チャンネルと液体スロットとの間に形成された液体供給ホールを通じて垂直方向に液体を同時に循環させる。液体吐出アセンブリの通常動作中、発射チャンバ内の液体吐出要素は、ノズルを通じて液滴を吐出する。液体吐出要素の動作はまた、チャンネルと液体スロットとの間において垂直方向に、及び該チャンネルを通じて水平方向に液体を循環させるポンピング動作も生み出す。液体吐出アセンブリのアイドル時間とアクティブ動作との両方の間中における液体の循環は、インクジェットプリントヘッド内のインク妨害物か又は目詰まりを防止することを助ける。

【0009】

例示的な一実施形態において、液体吐出アセンブリは、第１の基板内に形成された液体スロットを含む。第１の基板の上面は、メンブレンか又は第２の基板の底面に付着される。あるチャンネルが、第２の基板の上部に配置されたチャンバ層内に形成され、液体供給ホールが、液体スロットとチャンネルとの間に第２の基板を通じて形成される。液体吐出要素が、チャンネルの第１の端部の付近に位置付けられ、ポンプ要素が、チャンネルの第２の端部の付近に位置付けられて、チャンネルを通じて水平方向に、及び液体供給ホールを通じて垂直方向に、液体が循環させられる。

【0010】

別の例示的な実施形態において、液体吐出アセンブリは、第１及び第２の基板を含み、該第１の基板の上面が、該第２の基板の底面に結合された状態にある。液体スロットが、第１の基板内に形成され、チャンバ層の中に形成されたチャンネルを有する該チャンバ層が、第２の基板の上面上に配置される。第２の基板を通じて形成された液体供給ホールが、液体スロットとチャンネルとの間において液体連通を提供する。吐出要素と、ポンプ要素とが、チャンネル内に配置されて、ポンプ要素と吐出要素との間のチャンネルを通じた水平方向の液体循環と、チャンネルと液体スロットとの間の液体供給ホールを通じた垂直方向の液体循環とが提供される。

【0011】

別の例示的な実施形態において、液体吐出アセンブリ内において液体を循環させる方法は、ポンプ要素と吐出要素との間の液体チャンネルを通じて水平方向に液体をポンピングし、及び、液体チャンネルと液体スロットとの間に延在する液体供給ホールを通じて液体チャンネルと液体スロットとの間において垂直方向に液体をポンピングする、ことを含む。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態による、液体吐出アセンブリを組み込むのに適合可能なインクジェットペンの一例を示す図である。

【図2A】一実施形態による、液体吐出アセンブリの断面図と上面図とを示す図である。

【図2B】一実施形態による、滴吐出イベント中の液体吐出アセンブリの断面図を示す図である。

【図3】一実施形態による、吐出要素の両側に隣接する２つの液体供給ホールと、ポンプ要素の遠方側（ポンプ要素の向こう側）に隣接する１つの液体供給ホールとを有する液体吐出アセンブリの断面図と上面図とを示す図である。

【図4】一実施形態による、吐出要素の両側に隣接する２つの液体供給ホールと、ポンプ要素の近方側（ポンプ要素の手前側）に隣接する１つの液体供給ホールとを有する液体吐出アセンブリの断面図と上面図とを示す図である。

【図5】一実施形態による、２つの液体供給ホールを有する液体吐出アセンブリの断面図と上面図とを示す図である。該２つの液体供給ホールのうちの一方はポンプ要素に隣接しており、他方は吐出要素に隣接しており、及び両方とも液体チャンネルの対向する端部におけるものである。

【図6】一実施形態による、２つの液体供給ホールを有する液体吐出アセンブリの断面図と上面図とを示す図である。該２つの液体供給ホールのうちの一方はポンプ要素に隣接しており、他方は吐出要素に隣接しており、及び両方とも液体チャンネルの中心に向いている。

【図7】一実施形態による、３つの液体供給ホールを有する液体吐出アセンブリの断面図と上面図とを示す図である。該３つの液体供給ホールのうちの２つは、ポンプ要素に隣接しており、残りの１つは、液体チャンネルの遠方側（液体チャンネルの向こう側）において吐出要素に隣接している。

【図8】一実施形態による、３つの液体供給ホールを有する液体吐出アセンブリの断面図と上面図とを示す図である。該３つの液体供給ホールのうちの２つは、ポンプ要素に隣接しており、残りの１つは、液体チャンネルの中心に向けて吐出要素に隣接している。

【図9】一実施形態による、吐出要素と対にされたポンプ要素と、液体チャンネルとを有する液体吐出アセンブリの上面図を示す図である。該液体チャンネルは、該アセンブリの全長に対して垂直方向に配向されている。

【図10】一実施形態による、吐出要素と対にされたポンプ要素と、液体チャンネルとを有する液体吐出アセンブリの上面図を示す図である。該液体チャンネルは、該アセンブリの全長に対して長手方向に配向されている。

【図11】一実施形態による、吐出要素と対にされたポンプ要素と、ｕ型の液体チャンネルとを有する液体吐出アセンブリの上面図を示す図である。

【図12】一実施形態による、吐出要素と対にされたポンプ要素と、液体チャンネルとを有する液体吐出アセンブリの上面図を示す図である。該液体チャンネルは、該液体吐出アセンブリの全長に対して斜め方向に配向されている。

【図13】一実施形態による、アンバランスな循環チャンネルを有した対の滴発生器を有する液体吐出アセンブリの上面図を示す図である。

【図14】一実施形態による、循環チャンネルを介して取り囲んでいる多くの滴発生器間において共有されたポンプ要素を有する液体吐出アセンブリの上面図を示す図である。

【図15】本開示の一実施形態による、基本的な液体吐出装置のブロック図を示す図である。

【実施例】

【0013】

添付図面に関連して、本実施形態が、例示を目的として次に説明されることとなる。

【0014】

例示的な実施形態
図１は、一実施形態による、本明細書内において開示したような液体吐出アセンブリ１０２を組み込むのに適合可能なインクジェットペン１００の一例を示す。この実施形態では、液体吐出アセンブリ１０２は、液滴噴射プリントヘッド１０２として開示されている。インクジェットペン１００は、ペンカートリッジ本体１０４、プリントヘッド（液体吐出アセンブリ）１０２、及び電気接点１０６を含む。液体吐出アセンブリ１０２内の個々の液滴発生器２２２（例えば、図２を参照）は、選択されたノズル１０８からの液体の滴を吐出するために、及び、アセンブリ１０２内において液体を循環させるために、接点１０６に提供される電気信号によってエネルギーが与えられる。液体吐出アセンブリ１０２内の個々のポンプ要素２２４（例えば、図２を参照）もまた、接点１０６に提供される電気信号によってエネルギーが与えられて、アセンブリ１０２内において液体が循環させられる。該液体は、様々な印刷可能な液体、インク、事前処理組成物、定着液（フィクサー）、及びこれらに類するもののような、印刷処理において使用される任意の適合可能な液体とすることができる。幾つかの例において、液体は、印刷液以外の（印刷液を除く）液体とすることができる。ペン１００には、カートリッジ本体１０４内においてペン１００自体の液体供給部を含めることができるか、或いは、ペン１００は、例えばチューブを通じてペン１００に接続された液体リザーバのような外部供給部（図示せず）からの液体を受容することができる。ペン１００自体の液体供給部を含んでいるペン１００は、液体供給部が使い果たされると、一般に使い捨て可能である。

【0015】

図２Ａは、本開示の一実施形態による、液体吐出アセンブリ１０２（プリントヘッド１０２）の断面図と上面図との両方を示す。液体吐出アセンブリ１０２は、液体スロット２０２を有した第１の基板２００を含み、該液体スロット２０２は、該第１の基板２００内に形成されている。細長い液体スロット２０２が、図２Ａの平面内へと延在しており、及び、液体リザーバのような液体供給部（図示せず）と液体連通している状態にある。液体スロット２０２は、該スロット２０２の側壁２０６が基板２００によって形成されることとなるように、第１の基板２００内に形成された溝（トレンチ）である。液体スロット２０２の上壁２０８が、覆っている第２の基板か又はメンブレン２１０の底面の一部分によって形成されている。第２の基板２１０は、その底面２０８の残りによって第１の基板２００の上面２１２に付着されている。第１の基板２００及び第２の基板２１０は、当業者にとって周知の標準的な微細加工プロセス（例えば、電鋳法、レーザアブレーション、異方性エッチング、スパッタリング、ドライエッチング、フォトリソグラフィ、鋳造、成形、スタンピング、及び機械加工）において、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）ウェーハから形成される。ＳＯＩ基板内の二酸化ケイ素（Ｓｉ０２）層２１４は、液体スロット２０２のような特徴を形成する間の製造中に、正確なエッチング深さを達成させるためのメカニズムを提供する。

【0016】

第２の基板２１０の上部に配置されたチャンバ層２１６は、層２１６内において形成された液体チャンネル２１８を含む。液体供給ホール２２０（２２０Ａ及び２２０Ｂ）が、第２の基板２１０（該第２の基板は、液体スロット２０２の上部２０８を形成する）を通じて延在し、及び、液体スロット２０２と液体チャンネル２１８との間の液体連通を提供する。液体チャンネル２１８は、チャンネル２１８の一方端に向かって配置された滴発生器２２２と、チャンネル２１８の他方端に向かって配置された液体ポンプ要素２２４とを含む。滴発生器２１０は、ノズルプレート２２８（すなわち、上部ハット層）内に形成されたノズル２２６と、発射チャンバ２３０と、発射チャンバ２３０内に配置された吐出又は発射要素２３２と、を含む。発射チャンバ２３０は、液体チャンネル２１８の延長であり、その一部である。発射チャンバ２３０と液体チャンネル２１８の幅は、液体吐出とポンピングとを最適化するために独立に指定され得る。吐出要素２３２は、熱抵抗器か又は圧電アクチュエータのような、対応するノズル２２６を通じて液滴を吐出するよう動作させることが可能な任意のデバイスとすることができる。図示された実施形態において、吐出要素２３２は、第２の基板２１０の上部に追加された薄膜スタックの形状を成す熱抵抗器である。該薄膜スタックは、概して、酸化物層と、吐出要素２３２を画定する金属層と、導電トレースと、パッシベーション層とを含む（個別には図示せず）。

【0017】

液体ポンプ要素２２４もまた、第２の基板２１０の上面上に配置されている。ポンプ要素２２４は、熱抵抗器のような、液体内に動きを生じさせて、本明細書内において説明されているような液体循環を生成するように、動作することが可能な任意のデバイスとすることができる。ポンプ要素２２４が、熱抵抗器要素として説明されているが、他の実施形態において、ポンプ要素２２４は、液体吐出アセンブリ１０２のチャンネル２１８内に適合可能に配置され得る任意の様々なタイプのポンプ要素とすることもできる。例えば、異なる実施形態において、液体ポンプ要素２２４は、圧電アクチュエータポンプか、静電ポンプか、電気流体力学ポンプか、又は蠕動ポンプとして実現され得る。図示された実施形態では、吐出要素２３２、ポンプ要素２２４のようなものは、第２の基板２１０の上部上に追加された薄膜スタックの形状を成す熱抵抗器である。液体ポンプ２２４が熱抵抗器である場合の実施形態において、液体ポンピング動作は、電流によりポンプ要素２２４（すなわち、熱抵抗器）にエネルギーを与えることによって達成される。該電流によって、抵抗性ポンプ要素２２４が、急速に熱せられ、それが今度は過熱させられて、ポンプ要素２２４と接触する薄膜層の液体を気化させる。発泡した蒸気泡が、チャンネル２１８内において両方向にポンプ２２４から離れるように液体を強制する。しかしながら、後述のように、チャンネル２１８の全長か又は中心（中央）に対してポンプ２２４が非対称の位置にあることによって、液体のネットの流れが、チャンネル２１８の長手側に向けられる結果となる。

【0018】

液体チャンネル２１８内における液体ポンプ要素２２４の正確な位置は、幾らか変動させることができるが、任意の場合において、液体チャンネル２１８の全長の中心点に対して非対称に位置付けられることとなる。例えば、図２Ａ内の液体チャンネル２１８の全長が、図２Ａの左端側において示される液体供給ホール２２０Ｂから、図２Ａの右端側における液体供給ホール２２０Ａへと延在すると仮定すると、チャンネル２１８のおおよその中心が、これら左端の液体供給ホールと右端の液体供給ホールとの間の中ほどに位置付けられる。従って、液体ポンプ要素２２４は、チャンネル２１８の右端側における液体供給ホール２２０Ａの方へと、チャンネル２１８の中心に対して非対称に配置される。液体ポンプ要素２２４の非対称の位置が、ポンプ２２４と液体スロット２０２との間の、チャンネル２１８の短手側と、チャンネル２１８の中心と滴発生器２２２とに向かって延在する、チャンネル２１８の長手側と、を生成する。

【0019】

液体チャンネル２１８内における液体ポンプ要素２２４の非対称の位置が、液体の単一方向性の流れ（すなわち、流体ダイオード特性）の基礎（根拠）である。図２Ａ内の灰色の矢印２３４は、液体の流れの大まかな方向と、ポンプ要素２２４のポンピング動作によって生成される液体循環とを示している。チャンネル２１８の短手側の方への、ポンプ２２４の非対称の位置は、チャンネル２１８の中心か又は長手側に向けた方向の（すなわち、滴発生器２２２の方への）ネット液体の流れを結果としてもたらす。灰色の方向性矢印２３４によって概して指示されているように、ポンプ要素２２４は、液体を、液体スロット２０２からチャンネル２１８内へと液体供給ホールを２２０Ａを通じて垂直方向に上向きに循環させる。液体は、次いで、チャンネル２１８を通じて水平方向に、滴発生器２２２に向かって（すなわち、ポンプ２２４及び吐出要素２３２／発射チャンバ２３０の平面内において）ポンピングされ、次いで、液体供給ホール２２０Ｂを通じて垂直方向に液体スロット２０２内へと戻される。

【0020】

図２Ｂは、本開示の一実施形態による、滴吐出イベント中の液体吐出アセンブリ１０２の断面図を示す。液体吐出アセンブリの通常動作中、対応する吐出要素２３２をアクティブにすることによって、対応するノズル２２６を通じてチャンバ２３０から液滴２３６が吐出（射出）される。チャンバ２３０には、次いで、別の液滴を吐出することに備えて液体供給ホール２２０Ｂを通じて液体スロット２０２から垂直方向に上向きに循環する液体が再補充される。より具体的には、熱抵抗器吐出要素２３２を通過した電流が、要素２３２の急速な加熱を結果としてもたらし、及び、要素２３２に隣接した液体の薄い層が、過熱させられる。その過熱させられた液体が気化して、対応する発射チャンバ２３０内に蒸気泡を生成し、及び、急速に発泡する泡が、液滴２３６を、対応するノズル２２６の外に強制する。吐出要素２３２が、冷える時には、蒸気泡は、急速に崩壊して、ノズル２２６から別の滴を吐出することに備えて、液体スロット２０２から発射チャンバ２３０内へと液体供給ホール２２０Ｂを通じて垂直方向に上向きにより多くの液体を引き込む。

【0021】

従って、通常の滴吐出イベント中、吐出要素２３２は、ノズル２２６を通じて液滴を吐出するための、並びに、液体吐出アセンブリ１０２内において液体を循環させるための、二重の能力において作用するということが明らかである。図２Ｂ内の灰色の矢印２３４は、液体の流れの大まかな方向と、滴吐出イベント中に吐出要素２３２のポンピング動作によって生成される液体循環とを示している。まず最初に、急速に発泡する気泡が、液滴２３６をノズル２２６の外に強制すると、チャンネル２１８内の液体が、ポンプ要素２２４に関して上述の手法に類似した手法において、但し反対方向において、滴発生器２２２から離れるように水平方向に、チャンネル２１８の中心か又は長手側に向かって循環する。蒸気泡が崩壊すると、液体が、液体供給ホール２２０Ｂを通じてチャンバ２３０及びチャンネル２１８内へと、垂直方向に上向きに循環して、吐出した液滴２３６によって残された隙間を補充する。従って、液滴吐出中、吐出要素２３２はまた、ポンプ要素２２４とほぼ同じように、液体吐出アセンブリ１０２内において垂直方向と水平方向との両方向に液体を循環させるためのポンプ要素としても作用する。上述のように、発射チャンバ２３０及び液体チャンネル２１８の寸法は、液体吐出とポンピングとの両方を最適化するために独立に指定される。

【0022】

図３〜図１４は、本開示の実施形態による、構造のバリエーションによって、及び／又は、液体チャンネル２１８と、（液体スロット２０２とチャンネル２１８との間に延在する）液体供給ホール２２０と、ポンプ要素２２４と、吐出要素２３２との配置（レイアウト）のバリエーションによって、液体吐出アセンブリ１０２に変化をもたせた図を示す。例えば、図３は、本開示の一実施形態による、図２の実施形態内のような吐出要素２３２の両側に隣接する２つの液体供給ホール２２０Ｂと、しかしながら、ポンプ要素２２４の遠方側（ポンプ要素の向こう側）に隣接するたった１つのみの液体供給ホール２２０Ａとを有する液体吐出アセンブリ１０２の断面図と上面図とを示す。灰色の方向性矢印２３４によって示されているように、図３の実施形態内のポンプ要素２２４のポンピング動作は、液体スロット２０２からチャンネル２１８内へと単一の液体供給ホール２２０Ａを通じて垂直方向に上向きに、及び、チャンネル２１８を通じてチャンネル２１８の中心か又は長手側に向かって（すなわち、滴発生器２２２の方へと）水平方向に、液体を循環させる。図示されてはいないが、通常の滴吐出イベント中、吐出要素２３２は、ノズル２２６を通じて液滴を吐出するための、並びに、液体吐出アセンブリ１０２内において液体を循環させるための、二重の能力において作用する。図２の実施形態内のように、吐出要素２３２は、チャンネル２１８内の液体を、滴発生器２２２から離れるように水平方向に、チャンネル２１８の中心か又は長手側に向かって循環させ、次いで、吐出要素２３２が冷えて気泡が縮むと、液体供給ホール２２０Ｂを通じてチャンバ２３０及びチャンネル２１８内へと垂直方向に上向きに循環させて、吐出した液滴２３６によって残された隙間を補充する。

【0023】

図４は、本開示の一実施形態による、図２の実施形態内のように吐出要素２３２の両側に隣接する２つの液体供給ホール２２０Ｂと、しなしながら、ポンプ要素２２４の近方側（ポンプ要素の手前側）に隣接するたった１つのみの液体供給ホール２２０Ａとを有する液体吐出アセンブリ１０２の断面図と上面図とを示す。灰色の方向性矢印２３４によって示されているように、図４の実施形態内のポンプ要素２２４のポンピング動作は、液体スロット２０２からチャンネル２１８内へと単一の液体供給ホール２２０Ａを通じて垂直方向に上向きに、及び、チャンネル２１８を通じてチャンネル２１８の中心か又は長手側に向かって（すなわち、滴発生器２２２の方へと）水平方向に、液体を循環させる。ここでもまた、通常の滴吐出イベント中、吐出要素２３２は、ノズル２２６を通じて液滴を吐出し、並びに、液体吐出アセンブリ１０２内において液体を循環させる。吐出要素２３２は、チャンネル２１８内の液体を、滴発生器２２２から離れるように水平方向に、チャンネル２１８の中心か又は長手側に向かって循環させ、次いで、液体供給ホール２２０Ｂを通じてチャンバ２３０及びチャンネル２１８内へと垂直方向に上向きに循環させて、吐出した液滴２３６によって残された隙間を補充する。

【0024】

図５〜図８は、本開示の実施形態による、液体吐出アセンブリ１０２内における液体チャンネル２１８、液体供給ホール、ポンプ要素２２４、及び吐出要素２３２の更なる例の構成と、それぞれのポンプ要素２２４によって生成される液体循環の大まかな方向と、を示す。図５の実施形態内において、液体吐出アセンブリ１０２は、２つの液体供給ホール２２０Ａ及び２２０Ｂを有しており、該２つの液体供給ホールのうちの一方は、チャンネル２１８の右側の遠方において、ポンプ要素２２４に隣接しており、他方は、チャンネル２１８の左側の遠方において吐出要素２３２に隣接している。図６の実施形態内において、液体吐出アセンブリ１０２はまた、２つの液体供給ホール２２０Ａ及び２２０Ｂを有する。一方の液体供給ホール２２０Ａは、ポンプ要素２２４に隣接しており、他方の液体供給ホール２２０Ｂは、吐出要素２３２に隣接しており、及び、両方ともチャンネル２１８の中心に向かってポンプ要素２２４と吐出要素２３２との間にある。図７及び図８の実施形態において、液体吐出アセンブリ１０２は、３つの液体供給ホール２２０を有しており、そのうちの２つの液体供給ホール２２０Ａが、ポンプ要素２２４の両側に隣接している状態になっている。図７では、３つ目の液体供給ホール２２０Ｂは、チャンネル２１８の左側の遠方において吐出要素２３２に隣接しており、及び、図８では、３つ目の液体供給ホール２２０Ｂは、チャンネル２１８の中心に向かって吐出要素２３２に隣接している。

【0025】

図９及び図１０は、本開示の実施形態による、ポンプ要素２２４が、液体チャンネル２１８内において吐出要素２３２と対にされている場合の液体吐出アセンブリ１０２の上面図を示す。図９の実施形態では、複数の液体チャンネル２１８の全長は、液体吐出アセンブリ１０２及び下層の液体スロット２０２（図示せず）の全長に対して垂直に配向されている。図１０の実施形態では、複数の液体チャンネル２１８の全長は、それらが、液体吐出アセンブリ１０２及び下層の液体スロット２０２（図示せず）の全長に対応することとなるように配向されている。両ケースにおいて、各液体チャンネル２１８内のポンプ要素２２４及び吐出要素２３２の非対称の位置によって、ポンプ要素２２４と吐出要素２３２との間において行ったり来たりする、及び、液体供給ホール２２０を通じて下層の液体スロット２０２に対して行き来する、液体の循環が結果として生じる。例えば、図９の実施形態では、ポンプ要素２２４が、液体を、下層の液体スロット２０２から液体供給ホール２２０Ａを通じて垂直方向に上向きに（すなわち、平面外へと）循環させ、次いで、ポンプ要素２２４から吐出要素２３２へと液体チャンネル２１８を通じて水平方向に（すなわち、ポンプ要素２２４、吐出要素２３２、などの平面内において）循環させ、及び、液体供給ホール２２０Ｂを通じて液体スロット２０２内へと戻すように垂直方向に下向きに（すなわち、平面内へと）循環させる。液滴を吐出するために吐出要素２３２が活性化する時（アクティブになる時）には、吐出要素２３２のポンピング効果によって、液体は、大部分が逆方向に循環させられる。図１０の実施形態では、液体が類似の手法において循環する。

【0026】

図１１及び図１２は、本開示の実施形態による、異なる形状を有した液体チャンネル２１８内においてポンプ要素２２４が吐出要素２３２と対にされている場合の液体吐出アセンブリ１０２の上面図を示す。図１１の実施形態では、液体チャンネル２１８は、ｕ型の形状であり、「ｕ」の一方側におけるポンプ要素２２４及び液体供給ホール２２０Ａと、「ｕ」の他方側における吐出要素２３２及び液体供給ホール２２０Ｂとを有している。ポンプ要素２２４は、液体を、下層の液体スロット２０２から液体供給ホール２２０Ａを通じて垂直方向に上向きに（すなわち、平面外へと）循環させ、次いで、ポンプ要素２２４から吐出要素２３２へとｕ型の液体チャンネル２１８を通じて水平方向に（すなわち、ポンプ要素２２４、吐出要素２３２、などの平面内において）循環させ、及び、液体供給ホール２２０Ｂを通じて液体スロット２０２内へと戻すように垂直方向に下向きに（すなわち、平面内へと）循環させる。液滴を吐出するために吐出要素２３２が活性化する時（アクティブになる時）には、吐出要素２３２のポンピング効果によって、液体は、大部分が逆方向に循環させられる。図１２の実施形態は、液体吐出アセンブリ１０２及び下層の液体吐出スロット２０２の全長に対して斜め方向に配向されている液体チャンネル２１８を有する。図１２の実施形態内の液体循環は、図１１の実施形態に類似する。

【0027】

図１３は、本開示の一実施形態による、アンバランスな循環チャンネル２１８を有した対の滴発生器２２２を有する液体吐出アセンブリ１０２の上面図を示す。以前の実施形態内のように、液体チャンネル２１８内における液体ポンプ要素２２４の非対称の位置が、液体の単一方向の流れ（すなわち、流体ダイオード特性）の基礎（根拠）である。チャンネル２１８の一端の方へのポンプ要素２２４の非対称の位置によって、チャンネル２１８の長手側に向けた液体のネット流れが結果としてもたらされる。従って、図１３の実施形態内において、ポンプ要素２２４は、液体を、チャンネル２１８内において右から左へと水平方向に（すなわち、ポンプ２２４、吐出要素２３２、などの平面内において）循環させ、及びチャンネル２１８の右側の液体供給ホール２２０を通じて垂直方向に上向きに（すなわち、平面外へと）循環させ、及びチャンネル２１８の左側の液体供給ホール２２０を通じて垂直方向に下向きに（すなわち、平面内へと）循環させるように動作する。

【0028】

図１４は、本開示の一実施形態による、循環チャンネル２１８を介して取り囲んでいる多くの滴発生器２２２間において共有化されたポンプ要素を有する液体吐出アセンブリ１０２の上面図を示す。４つの滴発生器２２２間のポンプ要素２２４の中心位置によって、ポンプ２２４に隣接する液体供給ホール２２０を通じて垂直方向に上向きに（すなわち、平面外へと）、チャンネル２１８を通じて各々の滴発生器２２２へと水平方向に（すなわち、ポンプ２２４、吐出要素２３２、などの平面内において）、及び吐出要素２３２の両側の液体供給ホール２２０を通じて垂直方向に下向きに（すなわち、平面内へと）、循環する液体が結果としてもたらされる。

【0029】

図１５は、本開示の一実施形態による、基本的な液体吐出装置のブロック図を示す。液体吐出装置１５００は、電子コントローラ１５０２と、液体吐出アセンブリ１０２とを備える。液体吐出アセンブリ１０２は、本開示によって、説明がなされた、図示された、及び／又は予期される（期待される）液体吐出アセンブリ１０２の任意の実施形態とすることができる。電子コントローラ１５０２は、厳密な手法において液滴を吐出するために、液体吐出アセンブリ１０２と伝達し合うための及び液体吐出アセンブリ１０２を制御するための、プロセッサ、ファームウェア、及び他の電子機器を、典型的には含む。

【0030】

一実施形態において、液体吐出装置１５００は、インクジェット印刷装置とすることができる。従って、液体吐出装置１５００には、液体吐出アセンブリ１０２に液体を供給するための液体／インク供給部及びアセンブリ１５０４と、吐出される液滴のパターンを受容するための媒体を提供するための媒体移送アセンブリ１５０６と、電力源１５０８とを含めることもできる。概して、電子コントローラ１５０２は、コンピュータのようなホストシステムからデータ１５１０を受け取る。データ１５１０は、例えば、印刷されることとなるドキュメント及び／又はファイルを表し、１つか又は複数の印刷ジョブコマンド及び／又はコマンドパラメータを含んだ印刷ジョブを形成する。データ１５１０から、電子コントローラ１００２は、吐出する滴のパターンを画定し、該滴のパターンは、文字、記号、及び／又は他のグラフィックスか又は画像を形成する。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】