▶ フジフィルム ディマティックス， インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023076728
(43)【公開日】2023-06-01
(54)【発明の名称】低減されたクロストークを有する流体吐出デバイス
(51)【国際特許分類】
B41J 2/14 20060101AFI20230525BHJP
【ＦＩ】
B41J2/14 603
B41J2/14 501
B41J2/14 613
【審査請求】有
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023062693
(22)【出願日】2023-04-07
(62)【分割の表示】P 2021104762の分割
【原出願日】2016-04-13
(31)【優先権主張番号】14/695,525
(32)【優先日】2015-04-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】502122794
【氏名又は名称】フジフィルム ディマティックス， インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100073184
【弁理士】
【氏名又は名称】柳田 征史
(72)【発明者】
【氏名】クリストフ メンゼル
(72)【発明者】
【氏名】ケビン フォン エッセン
(72)【発明者】
【氏名】スティーブン エイチ． バース
(72)【発明者】
【氏名】マッツ ジー． オットソン
(72)【発明者】
【氏名】ダレン イマイ
(57)【要約】
【課題】 各流体吐出器から吐出される流体の液滴サイズおよび速度を安定化させ、精密かつ正確な印刷を可能にすること。
【解決手段】 流体吐出装置は、複数の流体吐出器を含む。各流体吐出器は、圧送チャンバと、流体を圧送チャンバから吐出させるように構成される、アクチュエータとを含む。流体吐出装置は、各圧送チャンバに流体接続される、給送チャネルと、給送チャネルの表面内に形成される、少なくとも１つのコンプライアント構造とを含む。少なくとも１つのコンプライアント構造は、給送チャネルの表面より低いコンプライアンスを有する。
【選択図】 図１
【解決手段】 流体吐出装置は、複数の流体吐出器を含む。各流体吐出器は、圧送チャンバと、流体を圧送チャンバから吐出させるように構成される、アクチュエータとを含む。流体吐出装置は、各圧送チャンバに流体接続される、給送チャネルと、給送チャネルの表面内に形成される、少なくとも１つのコンプライアント構造とを含む。少なくとも１つのコンプライアント構造は、給送チャネルの表面より低いコンプライアンスを有する。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体吐出装置であって、
複数の流体吐出器であって、各流体吐出器は、
圧送チャンバと、
流体を前記圧送チャンバから吐出させるように構成される、アクチュエータと、
ノズルと、
を備える、流体吐出器と、
各圧送チャンバに流体接続される、給送チャネルと、
前記給送チャネルの表面内に形成される、少なくとも１つのコンプライアント構造であって、前記少なくとも１つのコンプライアント構造は、前記給送チャネルの表面よりコンプライアントである、少なくとも１つのコンプライアント構造と、
を備え、
前記少なくとも１つのコンプライアント構造は、
前記給送チャネルの表面の下に形成される陥凹と、
前記陥凹と前記給送チャネルとの間に配置される膜と、
を備え、
前記膜は、前記陥凹を前記給送チャネルからシールするよう構成されており、
前記陥凹は、該陥凹と基板の底面内の開口部との間の流体結合を介して外部大気にベントされるよう構成されている、
流体吐出装置。
複数の流体吐出器であって、各流体吐出器は、
圧送チャンバと、
流体を前記圧送チャンバから吐出させるように構成される、アクチュエータと、
ノズルと、
を備える、流体吐出器と、
各圧送チャンバに流体接続される、給送チャネルと、
前記給送チャネルの表面内に形成される、少なくとも１つのコンプライアント構造であって、前記少なくとも１つのコンプライアント構造は、前記給送チャネルの表面よりコンプライアントである、少なくとも１つのコンプライアント構造と、
を備え、
前記少なくとも１つのコンプライアント構造は、
前記給送チャネルの表面の下に形成される陥凹と、
前記陥凹と前記給送チャネルとの間に配置される膜と、
を備え、
前記膜は、前記陥凹を前記給送チャネルからシールするよう構成されており、
前記陥凹は、該陥凹と基板の底面内の開口部との間の流体結合を介して外部大気にベントされるよう構成されている、
流体吐出装置。
【請求項2】
各流体吐出器が、ノズル層内に形成されるノズルを含む、請求項１に記載の流体吐出装置。
【請求項3】
前記陥凹は、前記ノズル層内に形成される、請求項２に記載の流体吐出装置。
【請求項4】
前記ノズル層がシリコンであり、前記膜がシリコンである、請求項２に記載の流体吐出装置。
【請求項5】
各流体吐出器がアクチュエータとノズルを含み、前記アクチュエータの作動が液体を対応するノズルから射出するよう構成されている、請求項１に記載の流体吐出装置。
【請求項6】
前記アクチュエータの作動が前記給送チャネル内の流体圧力を変化させ、前記少なくとも１つのコンプライアント構造が前記給送チャネル内の流体圧力の前記変化を少なくとも部分的に減衰させるよう構成されている、請求項５に記載の流体吐出装置。
【請求項7】
前記陥凹が複数の陥凹である、請求項１に記載の流体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、概して、流体吐出デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
いくつかの流体吐出デバイスでは、流体液滴が、１つまたはそれを上回るノズルから媒体上に吐出される。ノズルは、流体圧送チャンバを含む、流体路に流体接続される。流体圧送チャンバは、流体液滴の吐出を生じさせる、アクチュエータによって作動されることができる。媒体は、流体吐出デバイスに対して移動されることができる。特定のノズルからの流体液滴の吐出は、媒体の移動に伴って計時され、流体液滴を媒体上の所望の場所に留置させる。均一サイズおよび速度の同一方向における流体液滴の吐出は、媒体上への流体液滴の均一堆積を可能にする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0003】
流体吐出器のアクチュエータがアクティブ化されると、圧力変動は、圧送チャンバから接続される入口および出口給送チャネルの中に伝搬し得る。本圧力変動は、同一入口または出口給送チャネルに接続される他の流体吐出器の中に伝搬し得る。本流体クロストークは、印刷品質に悪影響を及ぼし得る。
【0004】
圧力変動の伝搬を緩和するために、コンプライアント微小構造が、入口給送チャネル、出口給送チャネル、または両方の１つもしくはそれを上回る表面内に形成されることができる。給送チャネル内のコンプライアント微小構造の存在は、給送チャネルの表面において利用可能なコンプライアンスを増加させ、その給送チャネル内で生じる圧力変動を減衰させる。いくつかの実施例では、コンプライアント微小構造は、給送チャネルの底部表面内に形成される陥凹を含む。膜が、陥凹を被覆し、給送チャネル内の圧力の増加に応答して、陥凹の中に偏向し、したがって、圧力変動を減衰させる。いくつかの実施例では、コンプライアント微小構造は、給送チャネルの底部表面内に形成されるノズル状構造を含む。給送チャネル内の圧力が増加すると、各ノズル状構造の外向きに面する開口部におけるメニスカスが、圧力変動を減衰させることができる。そのようなコンプライアント微小構造の存在は、したがって、同一入口または出口給送チャネルに接続される流体吐出器間の流体クロストークを低減させ、したがって、各流体吐出器から吐出される流体の液滴サイズおよび速度を安定化させ、精密かつ正確な印刷を可能にすることができる。
【0005】
一般的側面では、流体吐出装置は、複数の流体吐出器を含む。各流体吐出器は、圧送チャンバと、流体を圧送チャンバから吐出させるように構成される、アクチュエータとを含む。流体吐出装置は、各圧送チャンバに流体接続される、給送チャネルと、給送チャネルの表面内に形成される、少なくとも１つのコンプライアント構造とを含む。少なくとも１つのコンプライアント構造は、給送チャネルの表面より低いコンプライアンスを有する。
【0006】
実施形態は、以下の特徴のうちの１つまたはそれを上回るものを含むことができる。
【0007】
少なくとも１つのコンプライアント構造は、給送チャネルの表面内に形成される複数の陥凹と、陥凹にわたって配置される膜とを備える。ある場合には、膜は、陥凹をシールする。ある場合には、各陥凹の深度は、給送チャネルの表面の厚さ未満である。ある場合には、膜は、給送チャネル内の流体圧力の増加に応答して、陥凹の中に偏向するように構成される。ある場合には、陥凹は、給送チャネルの底部壁または上部壁のうちの１つもしくはそれを上回るもの内に形成される。ある場合には、陥凹は、給送チャネルの側壁内に形成される。
【0008】
少なくとも１つのコンプライアント構造は、給送チャネルの表面内に形成される１つまたはそれを上回るダミーノズルを備える。ある場合には、各ダミーノズルは、表面の内部表面上の第１の開口部と、表面の外部表面上の第２の開口部とを含む。ある場合には、凸面メニスカスが、給送チャネル内の流体圧力の増加に応答して、第２の開口部に形成される。ある場合には、各流体吐出器は、ノズル層内に形成されるノズルを含み、ダミーノズルは、ノズル層内に形成される。ある場合には、ダミーノズルは、ノズルと実質的に同一サイズである。
【0009】
各流体吐出器は、ノズル層内に形成されるノズルを含み、ノズル層は、給送チャネルの表面を構成する。
【0010】
各流体吐出器は、アクチュエータと、ノズルとを含み、アクチュエータのうちの１つの作動は、流体を対応するノズルから吐出させる。ある場合には、アクチュエータのうちの１つの作動は、給送チャネル内の流体圧力の変化を生じさせ、少なくとも１つのコンプライアント構造は、少なくとも部分的に、給送チャネル内の流体圧力の変化を減衰させるように構成される。
【0011】
一般的側面では、方法は、複数のノズルをノズル層内に形成するステップと、少なくとも１つのコンプライアント構造をノズル層内に形成するステップであって、少なくとも１つのコンプライアント構造は、ノズル層より低いコンプライアンスを有する、ステップと、ノズル層を複数の流体吐出器を備える基板に取り付けるステップであって、各流体吐出器は、圧送チャンバと、流体を圧送チャンバから吐出させるように構成される、アクチュエータとを備える、ステップとを含む。
【0012】
実施形態は、以下の特徴のうちの１つまたはそれを上回るものを含むことができる。
【0013】
少なくとも１つのコンプライアント構造をノズル層内に形成するステップは、複数の陥凹をノズル層内に形成するステップと、膜を陥凹にわたって配置するステップとを含む。ある場合には、膜を陥凹にわたって配置するステップは、膜層をノズル層の上部表面にわたって堆積するステップと、各ノズルにわたる膜層の一部を除去するステップとを含む。
【0014】
複数のノズルを形成するステップは、複数のノズルを第１の層内に形成するステップを含み、少なくとも１つのコンプライアント構造を形成するステップは、少なくとも１つのコンプライアント構造を第２の層内に形成するステップと、第１の層を第２の層に取り付けるステップとを含む。
【0015】
少なくとも１つのコンプライアント構造をノズル層内に形成するステップは、少なくとも１つのコンプライアント構造を第１の層内に形成するステップと、第１の層をその中に形成される複数のノズルを有する第２の層に取り付けるステップであって、第１の層および第２の層はともに、ノズル層を形成する、ステップとを含む。
【0016】
少なくとも１つのコンプライアント構造をノズル層内に形成するステップは、１つまたはそれを上回るダミーノズルをノズル層内に形成するステップを含む。
【0017】
一般的側面では、方法は、流体吐出装置内の流体吐出器を作動させるステップを含む。流体吐出器の作動は、流体吐出器に流体接続される給送チャネル内の流体圧力の変化を生じさせる。本方法は、給送チャネル内の流体圧力の変化に応答して、膜を給送チャネルの表面内に形成される陥凹の中に偏向させるステップを含む。
【0018】
実施形態は、以下の特徴のうちの１つまたはそれを上回るものを含むことができる。
【0019】
膜を陥凹の中に偏向させるステップは、膜を逆偏向させるステップを含む。
【0020】
本明細書に説明されるアプローチは、以下の利点のうちの１つまたはそれを上回るものを有することができる。給送チャネルの表面内の陥凹またはダミーノズル等のコンプライアント微小構造の存在は、その給送チャネルに流体接続される流体吐出器間の流体クロストークを緩和することができる。例えば、コンプライアント微小構造は、給送チャネルの表面において利用可能なコンプライアンスを増加させ、したがって、流体吐出器内のアクチュエータの作動によって生じた圧力変動からのエネルギーが減衰されることを可能にすることができる。その結果、その給送チャネルに接続される他の流体吐出器に及ぶ圧力変動の影響は、低減されることができる。印刷ヘッド内の流体吐出器間の流体クロストークを低減させることによって、流体吐出器から吐出される流体の液滴サイズおよび速度は、安定化され、したがって、精密かつ正確な印刷を可能にすることができる。
【0021】
１つまたはそれを上回る実施形態の詳細が、付随の図面および以下の説明に記載される。他の特徴、側面、および利点は、説明、図面、ならびに請求項から明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【0023】
種々の図面における同一参照番号および記号は、同一要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【0024】
図１を参照すると、印刷ヘッド１００が、インク、生物学的液体、ポリマー、電子構成要素を形成するための液体、または他のタイプの流体等の流体の液滴を表面上に吐出するために使用されることができる。印刷ヘッド１００は、例えば、上側分割器５３０および下側分割器４４０によって、流体供給チャンバ４３２および流体帰還チャンバ４３６に分割される、内部容積を伴う、ケーシング４１０を含む。
【0025】
流体供給チャンバ４３２および流体帰還チャンバ４３６の底部は、インタポーザアセンブリの上部表面によって画定される。インタポーザアセンブリは、接合、摩擦、または別の取付機構等によって、下側印刷ヘッドケーシング４１０に取り付けられることができる。インタポーザアセンブリは、上側インタポーザ４２０と、上側インタポーザ４２０と基板１１０との間に位置付けられる、下側インタポーザ４３０とを含むことができる。
【0026】
上側インタポーザ４２０は、流体供給入口４２２と、流体帰還出口４２８とを含む。例えば、流体供給入口４２２および流体帰還出口４２８は、上側インタポーザ４２０内の開口として形成されることができる。流路４７４は、上側インタポーザ４２０、下側インタポーザ４３０、および基板１１０内に形成される。流体は、流路４７４に沿って、供給チャンバ４３２から流体供給入口４２２の中に、そして、印刷ヘッド１００からの吐出のための１つまたはそれを上回る流体吐出デバイス（以下により詳細に説明される）に流動することができる。流体はまた、流路４７４に沿って、１つまたはそれを上回る流体吐出デバイスから流体帰還出口４２８の中に、そして、帰還チャンバ４３６の中に流動することができる。図１では、単一流路４７４が、例証目的のために、直線通路として示される。しかしながら、印刷ヘッド１００は、複数の流路４７４を含むことができ、流路４７４は、必ずしも、直線ではない。
【0027】
図２および３を参照すると、基板１１０は、シリコン基板等のモノリシック半導体本体であることができる。基板１１０を通る通路は、基板１１０を通る流体のための流路を画定する。特に、基板入口１２は、流体を供給チャンバ４３２から受容し、膜６６（以下により詳細に議論される）を通して延在し、流体を１つまたはそれを上回る入口給送チャネル１４に供給する。各入口給送チャネル１４は、対応する入口通路（図示せず）を通して、流体を複数の流体吐出器１５０に供給する。便宜上、１つのみの流体吐出器１５０が、図２および３に示される。各流体吐出器は、基板１１０の底部表面上に配置されるノズル層１１内に形成される、ノズル２２を含む。いくつかの実施例では、ノズル層１１は、基板１１０の一体部分である。いくつかの実施例では、ノズル層１１は、基板１１０の表面上に堆積される、層である。流体は、流体吐出器１５０のうちの１つまたはそれを上回るもののノズル２２から選択的に吐出され、表面上に印刷することができる。
【0028】
流体は、各流体吐出器１５０を通して吐出器流路４７５に沿って流動する。吐出器流路４７５は、圧送チャンバ入口通路１７と、圧送チャンバ１８と、ディセンダ２０と、出口通路２６とを含むことができる。圧送チャンバ入口通路１７は、圧送チャンバ１８を入口給送チャネル１４に流体接続し、例えば、アセンダ１６と、圧送チャンバ入口１５とを含むことができる。ディセンダ２０は、対応するノズル２２に流体接続される。出口通路２６は、ディセンダ２０を、基板出口（図示せず）を通して帰還チャンバ４３６と流体接続する、出口給送チャネル２８に接続する。
【0029】
図２および３の実施例では、基板入口１２、入口給送チャネル１４、ならびに出口給送チャネル２８等の通路は、共通平面に示される。いくつかの実施例では（例えば、図３Ａおよび３Ｂの実施例では）、基板入口１２、入口給送チャネル１４、および出口給送チャネル２８のうちの１つまたはそれを上回るものは、他の通路と共通平面にない。
【0030】
図４Ａおよび４Ｂを参照すると、基板１１０は、その中に形成され、相互に平行に延在する、複数の入口給送チャネル１４を含む。各入口給送チャネル１４は、入口給送チャネル１４に対して垂直に延在する、少なくとも１つの基板入口１２と流体連通する。基板１１０はまた、その中に形成され、相互に平行に延在する、複数の出口給送チャネル２８を含む。各出口給送チャネル２８は、出口給送チャネル２８に対して垂直に延在する、少なくとも１つの基板出口（図示せず）と流体連通する。いくつかの実施例では、入口給送チャネル１４および出口給送チャネル２８は、交互行に配列される。
【0031】
基板は、複数の流体吐出器１５０を含む。流体は、各流体吐出器１５０を通して、アセンダ１６と、圧送チャンバ入口１５と、圧送チャンバ１８と、ディセンダ２０とを含む、対応する吐出器流路４７５に沿って流動する。各アセンダ１６は、入口給送チャネル１４のうちの１つに流体接続される。各アセンダ１６もまた、圧送チャンバ入口１５を通して、対応する圧送チャンバ１８に流体接続される。圧送チャンバ１８は、関連付けられたノズル２２につながる、対応するディセンダ２０に流体接続される。各ディセンダ２０はまた、対応する出口通路２６を通して、出口給送チャネル２８のうちの１つに接続される。例えば、図３の流体吐出器の断面図が、図４Ａの線２－２に沿って得られる。
【0032】
本明細書に説明される特定の流路構成は、流路構成の実施例である。本明細書に説明されるアプローチはまた、他の流路構成においても使用されることができる。
【0033】
いくつかの実施例では、印刷ヘッド１００は、平行列２３に配列される、複数のノズル２２を含む。所与の列２３内のノズル２２は全て、同一入口給送チャネル１４および同一出口給送チャネル２８に流体接続されることができる。すなわち、例えば、所与の列内のアセンダ１６は全て、同一入口給送チャネル１４に接続されることができ、所与の列内のディセンダは全て、同一出口給送チャネル２８に接続されることができる。
【0034】
いくつかの実施例では、隣接する列内のノズル２２は全て、同一入口給送チャネル１４または同一出口給送チャネル２８に流体接続されることができるが、両方ではない。例えば、図４Ａの実施例では、列２３ａ内の各ノズル２２は、入口給送チャネル１４ａおよび出口給送チャネル２８ａに流体接続される。隣接する列２３ｂ内のノズル２２もまた、入口給送チャネル１４ａに接続されるが、出口給送チャネル２８ｂに接続されない。いくつかの実施例では、ノズル２２の列は、交互パターンにおいて同一入口給送チャネル１４または同一出口給送チャネル２８に接続されることができる。印刷ヘッド１００についてのさらなる詳細は、米国特許第７，５６６，１１８号に見出されることができ、その内容は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。
【0035】
再び、図２を参照すると、各流体吐出器１５０は、圧電変換器または抵抗加熱器等の対応するアクチュエータ３０を含む。各流体吐出器１５０の圧送チャンバ１８は、対応するアクチュエータ３０に近接近する。各アクチュエータ３０は、選択的に作動され、対応する圧送チャンバ１８を加圧し、したがって、流体を加圧された圧送チャンバに接続されるノズル２２から吐出することができる。
【0036】
いくつかの実施例では、アクチュエータ３０は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の層等の圧電層３１を含むことができる。圧電層３１は、約５０μｍまたはそれ未満、例えば、約１μｍ～約２５μｍ、例えば、約２μｍ～約５μｍの厚さを有することができる。図２の実施例では、圧電層３１は、連続的である。いくつかの実施例では、圧電層３１は、加工の間、例えば、エッチングまたは鋸切断ステップによって、不連続的に作製されることができる。圧電層３１は、駆動電極６４と接地電極６５との間に狭着される。駆動電極６４および接地電極６５は、銅、金、タングステン、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、チタン、白金、または金属の組み合わせ等の金属であることができる。駆動電極６４および接地電極６５の厚さは、例えば、約２μｍまたはそれ未満、例えば、約０．５μｍであることができる。
【0037】
膜６６が、アクチュエータ３０と圧送チャンバ１８との間に配置され、接地電極６５を圧送チャンバ１８内の流体から隔離する。いくつかの実施例では、膜６６は、別個の層である。いくつかの実施例では、膜は、基板１１０と一体型である。いくつかの実施例では、アクチュエータ３０は、膜６６を含まず、接地電極６５は、圧電層３１が圧送チャンバ１８内の流体に直接暴露されるように、圧電層３１の裏側に形成される。
【0038】
圧電アクチュエータ３０を作動させるために、電気電圧が、駆動電極６４と接地電極６５との間に印加され、電圧を圧電層３１に印加することができる。印加された電圧は、圧電層３１を偏向させ、これは、順に、膜６６を偏向させる。膜６６の偏向は、圧送チャンバ１８内の容積の変化を生じさせ、圧力パルス（発射パルスとも称される）を圧送チャンバ１８内に産生する。圧力パルスは、ディセンダ２０を通して対応するノズル２２に伝搬し、したがって、流体の液滴をノズル２２から吐出させる。
【0039】
膜６６は、シリコン（例えば、単結晶シリコン）、別の半導体材料の単一層、酸化アルミニウム（ＡｌＯ２）または酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等の酸化物、ガラス、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、他のセラミックもしくは金属の１つまたはそれを上回る層、絶縁体上のシリコン、もしくは他の材料から形成されることができる。例えば、膜６６は、アクチュエータ３０の作動が流体の液滴を吐出させるために十分な膜６６の撓曲を生じさせるようなコンプライアンスを有する、不活性材料から形成されることができる。いくつかの実施例では、膜６６は、接着剤層６７を用いてアクチュエータ３０に固着されることができる。いくつかの実施例では、基板１１０、ノズル層１１、および膜６６のうちの２つまたはそれを上回るものは、一体型本体として形成されることができる。
【0040】
ある場合には、流体吐出器１５０のうちの１つのアクチュエータ３０が作動されると、圧力変動が、流体吐出器１５０のアセンダ１６を通して入口給送チャネル１４の中に伝搬し得る。同様に、圧力変動からのエネルギーもまた、流体吐出器１５０のディセンダ２０を通して出口給送チャネル２８の中に伝搬し得る。ある場合には、本願は、入口給送チャネル１４および出口給送チャネル２８を、概して、給送チャネル１４、２８と称する。圧力変動は、したがって、作動された流体吐出器１５０に接続される、給送チャネル１４、２８のうちの１つまたはそれを上回るもの内に発生し得る。ある場合には、これらの圧力変動は、同一給送チャネル１４、２８に接続される他の流体吐出器１５０の吐出器流路４７５の中に伝搬し得る。これらの圧力変動は、それらの流体吐出器１５０から吐出される液滴の液滴体積および／または液滴速度に悪影響を及ぼし、印刷品質を劣化させ得る。例えば、液滴体積における変動は、吐出される流体の量を変動させ得、液滴速度における変動は、吐出される液滴が印刷表面上に堆積される場所を変動させ得る。流体吐出器内の圧力変動の誘発は、流体クロストークと称される。
【0041】
いくつかの実施例では、流体クロストークは、給送チャネル１４、２８内の圧力変動の低速消散によって生じ得る。いくつかの実施例では、流体クロストークは、給送チャネル１４、２８内に発生する定常波によって生じ得る。例えば、流体吐出器１５０のうちの１つのアクチュエータ３０が作動されるとき、給送チャネル１４、２８の中に伝搬する圧力変動は、定常波の中に発生し得る。流体吐出が定常波を増強する周波数において生じるとき、給送チャネル１４、２８内の定常波は、圧力発振を同一給送チャネル１４、２８に接続される他の流体吐出器１５０の吐出器流路４７５の中に伝搬させ、それらの流体吐出器１５０間に流体クロストークを生じさせ得る。
【0042】
流体クロストークはまた、給送チャネル１４、２８を通して流動する流体内の急変によっても生じ得る。一般に、流動チャネル内を移動中の流体が、突然、強制停止または方向転換されるとき、圧力波が、流動チャネル内を伝搬し得る（「水撃」作用とも称される）。例えば、同一給送チャネル１４、２８に接続される１つまたはそれを上回る流体吐出器１５０が、突然オフにされると、水撃作用が、圧力波を流動チャネル１４、２８の中に伝搬させる。その圧力波はさらに、同一給送チャネル１４、２８に接続される他の流体吐出器１５０の吐出器流路４７５の中に伝搬し、それらの流体吐出器１５０間に流体クロストークを生じさせ得る。
【0043】
流体クロストークは、より優れたコンプライアンスを流体吐出器内に提供し、圧力変動を減衰させることによって低減されることができる。流体吐出器において利用可能なコンプライアンスを増加させることによって、流体吐出器のうちの１つ内で発生された圧力変動からのエネルギーは、減衰され、したがって、近隣流体吐出器に及ぶ圧力変動の影響を低減させることができる。
【0044】
流体吐出器およびその関連付けられた流体流路内のコンプライアンスは、流体、ノズルにおけるメニスカス、および流体流路（例えば、入口給送チャネル１４、圧送チャンバ入口通路１７、ディセンダ２０、出口通路２６、出口給送チャネル２８、および他の流体流路）の表面において利用可能である。
【0045】
給送チャネル内の流体のコンプライアンスは、以下によって与えられる。
【0046】
【数1】
【0047】
式中、Ｖは、給送チャネル内の流体の体積であって、Ｂは、流体の体積弾性係数である。
【0048】
単一メニスカスのコンプライアンスは、以下によって与えられる。
【0049】
【数2】
【0050】
式中、ｒは、メニスカスの半径であって、σは、表面張力である。
【0051】
長方形表面（入口または出口給送チャネルの表面等）のコンプライアンスは、以下によって与えられる（固定端部条件の場合）。
【0052】
【数3】
【0053】
式中、ｌ、ｗ、およびｔｗは、それぞれ、表面の長さ、幅、ならびに厚さである。入口および出口給送チャネルの各表面は、ある程度のコンプライアンスを有する。いくつかの流体吐出器では、給送チャネルの最もコンプライアントな表面は、シリコンノズル層１１によって形成される底部表面である。
【0054】
一具体的実施例では、印刷ヘッドは、１６の流体吐出器に供給する、給送チャネル（例えば、入口給送チャネル１４または出口給送チャネル２８）を有する（故に、給送チャネルと関連付けられた１６のメニスカスが存在する）。給送チャネルは、０．３９ｍｍの幅、０．２７ｍｍの深度、および６ｍｍの長さを有する。シリコンノズル層１１の厚さは、３０μｍであって、ノズル層の弾性係数は、１８６Ｅ９Ｐａである。各メニスカスの半径は、７μｍである。水系インクのための典型的体積弾性係数は、約Ｂ＝２Ｅ９Ｐａであって、典型的表面張力は、約０．０３５Ｎ／ｍである。
【0055】
本実施例に関して、給送チャネル内の流体、１６のメニスカス、および給送チャネル内のノズル層のコンプライアンスが、表１に与えられる。着目すべきこととして、給送チャネル内のノズル層は、最低コンプライアンスを有する。
【0056】
【表1】
【0057】
表１．給送チャネル内の流体、給送チャネルによって給送される１６のノズルのメニスカス、および給送チャネルのノズル層のコンプライアンス値。
【0058】
流体吐出器１５０およびその関連付けられた流体流路内のコンプライアンスの増加は、流体吐出器１５０間の流体クロストークを緩和することに役立ち得る。利用可能なコンプライアンスを増加させることによって、特定の流体吐出器１５０から近隣流体吐出器１５０への圧力変動の伝搬は、流体吐出器１５０もしくは流体吐出器１５０が接続される入口および／または出口給送チャネル１４、２８内で減衰され、したがって、他の流体吐出器１５０に及ぶその圧力変動の影響を低減させることができる。例えば、給送チャネル１４、２８のコンプライアンスが、その給送チャネル１４、２８に接続される流体吐出器１５０間の流体クロストークを緩和するように増加されることができる。
【0059】
再び、図３を参照すると、コンプライアンスが、コンプライアント微小構造５０を入口給送チャネル１４および／または出口給送チャネル２８の１つもしくはそれを上回る表面上に形成することによって、入口給送チャネル１４、出口給送チャネル２８、または両方に追加されることができる。例えば、図３の実施例では、コンプライアント微小構造５０は、入口給送チャネル１４の底部表面５２および出口給送チャネルの底部表面５４内に形成される。本実施例では、底部表面５２、５４は、ノズル層１１によって形成される。給送チャネル１４、２８内にコンプライアント微小構造５０によって提供される付加的コンプライアンスは、その給送チャネル１４、２８に接続される特定の流体吐出器１５０内の圧力変動からのエネルギーを減衰させる。その結果、その同一給送チャネル１４、２８に接続される他の流体吐出器１５０に及ぶその圧力変動の影響は、低減されることができる。 図５Ａおよび５Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、入口給送チャネル１４ならびに／または出口給送チャネル２８のノズル層１１内に形成されるコンプライアント微小構造５０は、薄膜５０２によって被覆される陥凹５００であることができる。膜５０２は、給送チャネル１４、２８の中に面するノズル層１１の内側表面５０４が実質的に平坦であるように、陥凹５００にわたって配置される。ある場合には、例えば、真空が陥凹５００内に存在するとき、膜５０２は、陥凹５００の中に若干偏向されることができる。いくつかの実施例では、陥凹５００は、入口または出口給送チャネル１４、２８の底部壁とも称される、ノズル層１１内に形成されることができる。いくつかの実施例では、陥凹５００は、底部壁と反対の壁である、入口または出口給送チャネルの上部壁内に形成されることができる。いくつかの実施例では、陥凹５００は、上部および底部壁を交差する壁である、入口または出口給送チャネル１４、２８の１つもしくはそれを上回る側壁内に形成されることができる。
【0060】
圧力変動が給送チャネル１４、２８の中に伝搬すると、膜５０２は、陥凹の中に偏向し、圧力変動を減衰させ、その給送チャネル１４、２８に接続される近隣流体吐出器１５０間の流体クロストークを緩和することができる。膜５０２の偏向は、給送チャネル１４、２８内の流体圧力が低減されると、膜５０２がその元の構成に戻るように、可逆性である。
【0061】
陥凹５００は、約５０μｍ～約１５０μｍ、例えば、約１００μｍの側方寸法（例えば、半径）を有することができる。例えば、陥凹５００の側方寸法は、給送チャネル表面の幅の約１０％～約７５％、例えば、給送チャネル表面の幅の約５０％であることができる。陥凹５００は、約５μｍ～約１５μｍ、例えば、約６－１０μｍの深度を有することができる。陥凹５００は、約１０の陥凹／ｍｍ２～約５０の陥凹／ｍｍ２、例えば、約２０の陥凹／ｍｍ２の密度で提供されることができる。図５Ａおよび５Ｂの実施例では、陥凹５００は、円形である。いくつかの実施例では、陥凹５００は、卵形、楕円形、または他の形状等、他の形状であることができる。例えば、陥凹５００は、機械的応力が集中し得る鋭角が存在しないように成形されることができる。陥凹５００は、整列されたアレイ、例えば、行および列で位置付けられることができるが、これは、必要ではない。例えば、陥凹５００は、無作為に分布されることができる。
【0062】
いくつかの実施例では、膜５０２は、シリコンから形成されることができる。いくつかの実施例では、膜５０２は、ＳｉＯ２等の酸化物から形成されることができる。いくつかの実施例では、膜５０２は、金属、例えば、スパッタ金属層から形成されることができる。一般に、膜５０２は、給送チャネル１４、２８内の圧力変動に応答して偏向することが可能であるように十分に薄い。加えて、膜５０２は、耐久性があるように十分に厚い。膜５０２の全体的弾性係数は、膜が、動作時、予期される圧力変動下、陥凹５００の底部５０６まで偏向しないであろうように十分であるべきであって、そうでなければ、膜５０２は、破損または陥凹５００の底部５０６に接合し得る。例えば、膜は、約０．５μｍ～約５μｍ、例えば、約１μｍ、約２μｍ、または約３μｍの厚さを有することができる。
【0063】
各給送チャネル１４、２８内の複数の陥凹５００の存在は、１つまたはそれを上回る膜５０２が故障する場合でも（例えば、破損または陥凹５００の底部５０６への接合によって）、給送チャネル１４、２８内のノズル層１１のコンプライアンスが低減され得ることを確実にすることに役立ち得る。
【0064】
膜５０２は、陥凹５００を液体（例えば、インク）およびガス（例えば、空気）等の流体に対してシールすることができる。いくつかの実施例では、陥凹５００は、加工の間、通気され、次いで、所望の圧力、例えば、大気圧（ａｔｍ）、１／２ａｔｍ、または別の圧力が陥凹内に達成されるようにシールされる。いくつかの実施例では、陥凹５００は、陥凹内に真空が存在するように通気されない。陥凹５００内の真空の存在は、膜５０２にかかる応力を増加させることができ、陥凹５００によって提供される追加コンプライアンスを低減させることができる。
【0065】
４８の陥凹を含む、給送チャネル内のノズル層１１のコンプライアンスは、以下によって計算されることができる。
【0066】
【数4】
【0067】
式中、Ｎは、陥凹の数であって、ａは、各陥凹の半径である。Ｄは、以下によって与えられる。
【0068】
【数5】
【0069】
式中、Ｅは、膜の弾性係数であって、ｔｍは、膜の厚さであって、’は、膜のポアソン比である。
【0070】
膜の中心偏向は、以下によって計算されることができる。
【0071】
【数6】
【0072】
式中、ｑは、膜の設計圧力負荷である。本中心偏向式は、偏向が小さい場合、例えば、膜の厚さの最大約５％の偏向のために適用される。いくつかの実施例では、より大きな偏向は、本式から逸脱し得る。例えば、２μｍ厚の例示的膜５０２は、３．２μｍ偏向し、本式によって予測されるものより３．５倍剛性である。
【0073】
膜５０２内の引張応力は、以下によって計算されることができる。
【0074】
【数7】
【0075】
一具体的実施例では、１００μｍ半径の４８の陥凹が、上記に与えられる寸法および弾性係数を有するように、給送チャネル１４、２８内のノズル層１１に形成される。陥凹を被覆する膜５０２は、ＳｉＯ２熱酸化物から形成され、２．０μｍの厚さ、７５Ｅ９Ｐａの弾性係数、および０．１７のポアソン比を有する。陥凹５００は、通気されない。設計圧力負荷ｑは、１５００００Ｐａに設定され、陥凹内の真空のための１ａｔｍおよび給送チャネルのパージ圧力のための０．５ａｔｍを考慮する。
【0076】
本実施例に関して、ノズル層１１のコンプライアンス、膜５０２の中心偏向、および膜５０２内の張力応力が、表２の第１の列に与えられる。着目すべきこととして、４８の陥凹の存在は、ノズル層のコンプライアンスを陥凹を伴わないノズル層（上記および表１において議論される）と比較して約９倍増加させた。
【0077】
【表2】
【0078】
表２．給送チャネル内のノズル層のコンプライアンス、膜の中心偏向、および膜内の引張応力。
【0079】
ある場合には、膜５０２は、圧縮応力下で堆積され、これは、表２に与えられたものを超えて中心偏向ｙｃを増加させることができる。例えば、膜５０２の中心偏向は、膜の厚さの半分を上回ることができる。これらの状況では、膜の剛度は、増加され、所与の負荷に関する応力は、より少なくなる（Ｒｏａｒｋ’ Ｆｏｒｍｕｌａｓ ｆｏｒ Ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ Ｓｔｒａｉｎ（第７版）の第１１．１１節により詳細に説明されており、その内容は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）。例えば、上記に与えられた実施例では、膜の中心偏向は、膜の厚さの２．３倍である。したがって、膜の剛度は、２．５倍増加される。本増加剛度を考慮したコンプライアンス、中心偏向、および引張応力は、表２の第２の列に与えられる。陥凹を伴うノズル層のコンプライアンスは、陥凹を伴わないノズル層と比較してさらに３．５倍増加される。
【0080】
これらの計算は、ノズル層１１内の陥凹５００の存在がノズル層１１のコンプライアンスを有意に増加させることができることを示す。そのような陥凹５００を有する、ノズル層１１は、したがって、給送チャネル１４、２８内の圧力変動を平坦ノズル層１１より効果的に減衰させ、その給送チャネル１４、２８に接続される流体吐出器１５０間の流体クロストークを緩和させることができる。
【0081】
図６Ａ－６Ｆは、ノズル層１１内に形成される陥凹５００を有する流体吐出器１５０を加工するための１つのアプローチを示す。図６Ａおよび７を参照すると、ノズルウエハ６０（例えば、シリコンウエハ）は、ノズル層１１（例えば、シリコンノズル層）と、エッチング停止層６２（例えば、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４等の酸化物もしくは窒化物エッチング停止層）と、ハンドル層６４（例えば、シリコンハンドル層）とを含む。いくつかの実施例では、ノズルウエハ６０は、エッチング停止層６２を含まない。いくつかの実施例では、ノズルウエハ８０は、絶縁体上のシリコン（ＳＯＩ）ウエハであって、ＳＯＩウエハの絶縁体層は、エッチング停止層８４として作用する。
【0082】
ノズル２２を提供するであろう、開口部は、例えば、リソグラフィおよびエッチングを含む、標準的微小加工技法を使用して、ノズル層１１を通して形成される（７００）。
【0083】
ノズル層１１を通して、全体的にではなく、部分的に延在する、陥凹５００もまた、例えば、リソグラフィおよびエッチングを含む、標準的微小加工技法を使用して、形成される（７０２）。例えば、レジストの第１の層が、パターン化されていないノズル層１１上に堆積され、リソグラフィでパターン化されることができる。ノズル層１１は、例えば、ディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を用いてエッチングされ、ノズル２２を形成することができる。レジストの第１の層は、剥離されることができ、レジストの第２の層が、次いで、ノズル層１１上に堆積され、リソグラフィでパターン化されることができる。ノズル層１１は、例えば、湿式エッチングまたは乾式エッチングを使用して、パターン化されたレジストに従ってエッチングされ、陥凹５００を形成することができる。
【0084】
図６Ｂおよび７を参照すると、ハンドル層６９と、膜５０２を提供するであろう膜層７０とを有する、第２のウエハ６８が、ノズルウエハ６０に接合される。特に、膜層７０は、例えば、熱接合または別のウエハ接合技法を使用して、ノズルウエハ６０のノズル層１１に接合される（７０４）。層膜７０は、酸化物（例えば、ＳｉＯ２熱酸化物）であることができる。
【0085】
図６Ｃおよび７を参照すると、ハンドル層６９は、例えば、研削ならびに研磨、湿式エッチング、プラズマエッチング、または別の除去プロセスによって除去され、膜層７０を残す（７０６）。図６Ｄおよび７を参照すると、膜層７０は、例えば、リソグラフィならびにエッチングを含む、標準的微小加工技法を使用して、マスクおよびエッチングされ、ノズル２２を暴露させる（７０８）。残っている膜層７０の部分は、陥凹５００にわたる膜５０２を形成する。
【0086】
その中に形成されるノズル２２および陥凹５００とを有する、パターン化されたノズルウエハ６０は、例えば、米国特許第７，５６６，１１８（その内容は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に説明されるようにさらに処理され、印刷ヘッド１００の流体吐出器１５０を形成することができる。図６Ｅおよび７を参照すると、いくつかの実施例では、パターン化されたノズルウエハ６０の上部面７４は、ディセンダ２０および他の流路（図示せず）等の流路を有する、流路ウエハ７６、アクチュエータ（図示せず）、およびその中に形成される他の要素に接合されることができる（７１０）。例えば、ノズルウエハ６０の上部面７４は、エポキシ（例えば、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ））を用いた接合等の低温接合を使用して、または低温プラズマアクティブ化接合を使用して、流路ウエハ７６に接合されることができる。
【0087】
図６Ｆおよび７を参照すると、ハンドル層６４は、次いで、例えば、研削ならびに研磨、湿式エッチング、プラズマエッチング、または別の除去プロセスによって、除去されることができる（７１２）。エッチング停止層６２は、存在する場合、除去されるか（図６Ｆに示されるように）、または、例えば、リソグラフィおよびエッチングを含む、標準的微小加工技法を使用して、マスクならびにエッチングされ、ノズルを暴露させるかのいずれかとなる（７１４）。
【0088】
いくつかの実施例では、厚いノズルウエハ６０が、使用されることができる（例えば、３０μｍ、５０μｍ、または１００μｍ厚）。厚いノズルウエハの使用は、ノズル加工プロセスがノズルウエハが脆弱になるまでノズルウエハを薄化するであろうリスクを最小限にする。
【0089】
図８Ａ－８Ｄは、ノズル層内に陥凹５００を有する流体吐出器１５０を加工するための別のアプローチを示す。図８Ａおよび９を参照すると、ノズルウエハ８０（例えば、シリコンウエハ）は、ノズルサブ層８２（例えば、シリコンノズルサブ層）と、エッチング停止層８４（例えば、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４等の酸化物もしくは窒化物エッチング停止層）と、ハンドル層８６（例えば、シリコンハンドル層）とを含む。いくつかの実施例では、ノズルウエハ８０は、エッチング停止層８４を含まない。いくつかの実施例では、ノズルウエハ８０は、絶縁体上のシリコン（ＳＯＩ）ウエハであって、ＳＯＩウエハの絶縁体層は、エッチング停止層８４として作用する。
【0090】
ノズル２２を提供するであろう、開口部が、例えば、リソグラフィおよびエッチングを含む、標準的微小加工技法を使用して、ノズルサブ層８２を通して形成される（９００）。
【0091】
図８Ｂおよび９を参照すると、第２のウエハ８６は、上部層８８と、エッチング停止層９０（例えば、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４等の酸化物もしくは窒化物エッチング停止層）と、シリコン９２のハンドル層とを含む。上部層８８は、ノズルサブ層８２と同一材料（例えば、シリコン）から形成されることができる。陥凹５００は、例えば、リソグラフィおよびエッチングを含む、標準的微小加工技法を使用して、例えば、ＳＯＩウエハ８６の上部層８８を通してエッチングされる（９０２）。いくつかの実施例では、第２のウエハ８６は、ＳＯＩウエハであって、ＳＯＩウエハの絶縁体層は、エッチング停止層９０として作用する。
【0092】
図８Ｃおよび９を参照すると、ＳＯＩウエハ８６は、ＳＯＩウエハ８６の上部層８８がノズルウエハ８０のノズルサブ層８２と接触するように、例えば、熱接合または別のウエハ接合技法を使用して、ノズルウエハ８０に接合される（９０４）。陥凹５００およびノズル２２は、例えば、ＳＯＩウエハ８６ならびにノズルウエハ８０上に加工される接合整合標的（図示せず）を利用することによって、整合される。例えば、整合標的は、ＳＯＩウエハ８６とノズルウエハ８０との間の不整合の量を示すために、バーニヤ等の整合インジケータを含むことができる。いくつかの実施例では、ＳＯＩウエハ８６およびノズルウエハ８０は、シリコンウエハを通して整合標的を視認するため等の赤外線カメラ等のカメラを利用する、整合ツールと整合される。
【0093】
図８Ｄおよび９を参照すると、ＳＯＩウエハ８６のハンドル層９２は、例えば、研削ならびに研磨、湿式エッチング、プラズマエッチング、または別の除去プロセスによって、除去される（９０６）。図８Ｅおよび９を参照すると、絶縁体層９０ならびに上部層８８は、例えば、リソグラフィおよびエッチングを含む、標準的微小加工技法を使用して、マスクならびにエッチングされ、ノズル２２を暴露させる（９０８）。残っている絶縁体層８８は、陥凹５００にわたる膜５０２を形成する。
【0094】
図８Ａ－８Ｅのアプローチでは、ノズルサブ層８２および上部層８８はともに、ノズル層１１を形成する。パターン化されたノズルウエハ８０は、例えば、図６Ｅおよび６Ｆに示されるように、かつ米国特許第７，５６６，１１８号（その内容は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に説明されるように、印刷ヘッドの流体吐出器１５０を形成するようにさらに処理されることができる（９１０）。
【0095】
図８Ｆを参照すると、いくつかの実施例では、陥凹５００は、陥凹内の空気が大気圧にあるように通気されることができる。通気された陥凹を加工するために、直線ボア通気口９５が、ノズルウエハ８０とＳＯＩウエハ８６の接合に先立って、ノズルウエハ８０のノズルサブ層８２の中にエッチングされる。通気口９５は、ノズルサブ層８２の厚さを通してエッチング停止層８４までエッチングされる。直線ボア通気口９５は、ノズルウエハ８０がＳＯＩウエハ８６と接合されると、通気口９５が陥凹５００と整合するであろうように位置付けられる。ノズル２２が、ハンドル層８６およびエッチング停止層８４の除去によって開放されると、通気口９５は、大気に開放し、したがって、陥凹５００の内部空間を通気するであろう。
【0096】
図１０を参照すると、いくつかの実施例では、コンプライアント微小構造が、入口給送チャネル１４および／または出口給送チャネル２８の側壁１７２、１７４に追加されることができる。例えば、１つまたはそれを上回る陥凹スロット１７０が、側壁１７２、１７４の一方もしくは両方に隣接して形成され、側壁膜１７６を陥凹スロット１７０と給送チャネル２８の内部との間に残すことができる。側壁膜１７６は、圧力変動に応答して、陥凹スロット１７０の中に偏向し、給送チャネル１４、２８内の圧力を減衰させることができる。いくつかの実施例では、陥凹スロット１７０は、基板１１０へのノズル層１１の接合に先立って、基板１１０のＤＲＩＥ垂直エッチングによって形成されることができる。いくつかの実施例では、陥凹スロット１７０は、外向きにテーパ状であるように、異方性エッチングまたはＤＲＩＥエッチングを使用して形成されることができ、エッチングは、側壁１７２、１７４上に成長された熱酸化物等のエッチング停止層によって停止される。
【0097】
図１１を参照すると、いくつかの実施形態では、入口給送チャネル１４および／または出口給送チャネル２８のノズル層１１内に形成される、コンプライアント微小構造５０（図３）は、ノズル状構造１２０であることができ、これは、本願では、ダミーノズル１２０とも称される。（明確にするために、流体吐出器１５０のノズル２２は、発射ノズルとも称される。）ダミーノズル１２０は、給送チャネル１４、２８内に位置し、直接、任意の個々の流体吐出器１５０に接続されない、またはそれと関連付けられず、対応するアクチュエータを有していない。給送チャネル１４、２８内の流体圧力は、概して、通常動作の間、流体をダミーノズル１２０から吐出させるために十分に高くない。例えば、流体吐出器１５０は、数気圧（例えば、約１～１０ａｔｍ）の吐出圧力において動作することができ、吐出のための閾値圧力は、動作圧力の約半分であり得る。
【0098】
ダミーノズル１２０は、ノズル層１１の全厚を通して延在し、ノズル層１１のコンプライアンスを増加させる、自由表面を提供する。各ダミーノズル１２０は、ノズル層１１の内部表面１２４上の内向きに面した開口部１２２と、ノズル層１１の外部表面１２８（例えば、印刷表面に向かって面する表面）上の外向きに面した開口部１２６とを含む。流体のメニスカス１３０が、各ダミーノズル１２０の外向きに面した開口部１２６に形成される（図１１では、１つのみのダミーノズル１２０に関して示される）。いくつかの実施例では、給送チャネル１４、２８は、圧力変動の不在下、メニスカス１３０が開口部１２６から内向きに引き込まれるように（例えば、凹面メニスカス）、負に加圧される。圧力変動が、給送チャネル１４、２８の中に伝搬すると、メニスカス１３０は、膨隆し（例えば、凸面メニスカス）、圧力変動を減衰させ、その給送チャネル１４、２８に接続される近隣流体吐出器１５０間の流体クロストークを緩和させる。
【0099】
いくつかの実施例では、ダミーノズル１２０は、発射ノズル２２とサイズおよび／または形状が類似する。例えば、ダミーノズル１２０は、一定直径の略円筒形経路であることができ、内向きに面した開口部１２２および外向きに面した開口部１２６は、同一寸法を有する。ダミーノズル１２０は、より大きい内向きに面した開口部１２２からより小さい外向きに面した開口部１２６へと延在するテーパ状の円錐形状の経路であることもできる。ダミーノズル１２０は、より大きい内向きに面した開口部１２２からより小さい外向きに面した開口部１２６へと延在する二次曲線形状経路を含むこともできる。ダミーノズル１２０は、外向きに面した開口部１２６に向かって徐々により小さくなる直径の複数の円筒形領域を含むこともできる。
【0100】
ダミーノズル１２０が発射ノズル２２とサイズが類似するとき、ダミーノズル１２０および発射ノズル２２の気泡圧力もまた、類似する。しかしながら、流体圧力は、概して、給送チャネル１４、２８内では、流体吐出器１５０内より低いため、流体は、ダミーノズル１２０を通して偶発的放出を生じさせずに、発射ノズル２２から吐出されることができる。いくつかの実施例では、ダミーノズル１２０は、発射ノズル２２と異なるサイズを有することができる。
【0101】
いくつかの実施例では、ダミーノズル１２０の厚さ（例えば、ノズル層１１の厚さ）と外向きに面した開口部１２８の直径の比率は、約０．５またはそれを上回る、例えば、約１～４、もしくは約１～２であることができる。例えば、外向きに面した開口部１２８の半径は、約５μｍ～約８０μｍ、例えば、約１０μｍ～約５０μｍであることができる。テーパ状形状に関して、ダミーノズル１２０の円錐形状の経路の円錐角は、例えば、約５o～約４５oであることができる。一般に、ダミーノズル１２０は、発射ノズル２２に詰まることが可能な大きな汚染物質粒子がダミーノズル１２０を通して給送チャネル１４、２８に進入することができないように十分に小さい。
【0102】
いくつかの実施例では、印刷ヘッド１００は、高流体圧力でパージされ、例えば、流体流路を清掃することができる。パージの間の高流体圧力は、流体をダミーノズル１２０から吐出させ得る。そのようなパージの間のダミーノズル１２０を通した流体損失を低減させるために、少数のダミーノズル１２０が、各給送チャネル１４、２８内に形成されることができる。例えば、１～２０のダミーノズル１２０、例えば、発射ノズルあたり約１、２、または４つのダミーノズルが、各給送チャネル１４、２８内に形成されることができる。いくつかの実施例では、ダミーノズル１２０は、殆どまたは全く流体がダミーノズル１２０を通して損失されないように、パージの間、キャップされることができる。
【0103】
図１２は、ノズル層１１内に形成されるダミーノズル１２０を有する、流体吐出器１５０を加工するための例示的アプローチを示す。ノズルウエハ１４０は、ノズル層１１と、エッチング停止層１４２（例えば、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４等の酸化物もしくは窒化物エッチング停止層）と、ハンドル層１２４（例えば、シリコンハンドル層）とを含む。いくつかの実施例では、ノズルウエハ１２０は、エッチング停止層１２２を含まない。
【0104】
発射ノズルおよびダミーノズル１２０は、例えば、リソグラフィならびにエッチングを含む、標準的微小加工技法を使用して、ノズル層１１を通して形成される。いくつかの実装では、発射ノズル２２およびダミーノズル１２０は、例えば、同一エッチングステップを使用して、同時に、ノズル層１１内に形成される。
【0105】
発射ノズル２２およびダミーノズル１２０の形成後、加工は、実質的に、図６Ｂ－６Ｆに関して図示ならびに説明されるように進められることができるが、ダミーノズル１２０は、陥凹５００に取って代わる。
【0106】
ダミーノズル１２０は、発射ノズル２２を形成するために生じるであろう処理ステップの間に形成されるため、ダミーノズル１２０を形成することと関連付けられるコストの影響は、殆ど存在しない。示される実施例では、発射ノズル２２およびダミーノズル１２０は、同一サイズである。いくつかの実施例では、発射ノズル２２およびダミーノズル１２０は、異なるサイズを有することができる。
【0107】
特定の実施形態が、説明された。他の実施形態も、以下の請求項の範囲内である。
【0108】
本開示の精神および様々な原理から実質的に逸脱せずに、本開示の上述した実施の形態に、多くの変更および改変を行うことができる。そのような改変および変更の全ては、本開示の範囲内に含まれ、以下の特許請求の範囲により保護されることが意図されている。例えば、本開示の様々な特徴は、以下の実施形態にしたがって、組み合わされることがある。
【0109】
実施の形態１
流体吐出装置であって、
複数の流体吐出器であって、各流体吐出器は、
圧送チャンバと、
前記圧送チャンバの頂部壁を画定する膜と、
流体を前記圧送チャンバから吐出させるように構成されるとともに、前記膜上に直接配置されるアクチュエータと、
ノズルと、
を備える、流体吐出器と、
各圧送チャンバに流体接続される、給送チャネルと、
前記給送チャネルの表面内に形成される、少なくとも１つのコンプライアント構造であって、前記少なくとも１つのコンプライアント構造は、前記給送チャネルの表面よりコンプライアントである、少なくとも１つのコンプライアント構造と、
を備え、
前記少なくとも１つのコンプライアント構造は、前記給送チャネルの表面内に形成される少なくとも１つのダミーノズルを備え、
各ダミーノズルは、前記表面の内部表面上の第１の開口部と、前記表面の外部表面上の第２の開口部とを含み、
前記複数の流体吐出器のノズルが第１ラインに沿って設けられており、前記給送チャネルが前記第１ラインから横方向にオフセットしている、流体吐出装置。
流体吐出装置であって、
複数の流体吐出器であって、各流体吐出器は、
圧送チャンバと、
前記圧送チャンバの頂部壁を画定する膜と、
流体を前記圧送チャンバから吐出させるように構成されるとともに、前記膜上に直接配置されるアクチュエータと、
ノズルと、
を備える、流体吐出器と、
各圧送チャンバに流体接続される、給送チャネルと、
前記給送チャネルの表面内に形成される、少なくとも１つのコンプライアント構造であって、前記少なくとも１つのコンプライアント構造は、前記給送チャネルの表面よりコンプライアントである、少なくとも１つのコンプライアント構造と、
を備え、
前記少なくとも１つのコンプライアント構造は、前記給送チャネルの表面内に形成される少なくとも１つのダミーノズルを備え、
各ダミーノズルは、前記表面の内部表面上の第１の開口部と、前記表面の外部表面上の第２の開口部とを含み、
前記複数の流体吐出器のノズルが第１ラインに沿って設けられており、前記給送チャネルが前記第１ラインから横方向にオフセットしている、流体吐出装置。
【0110】
実施の形態２
各アクチュエータが、前記膜上に配置された圧電層を含む、実施の形態１に記載の流体吐出装置。
各アクチュエータが、前記膜上に配置された圧電層を含む、実施の形態１に記載の流体吐出装置。
【0111】
実施の形態３
凸面メニスカスが、前記給送チャネル内の流体圧力の増加に応答して、前記第２の開口部に形成される、実施の形態１に記載の流体吐出装置。
凸面メニスカスが、前記給送チャネル内の流体圧力の増加に応答して、前記第２の開口部に形成される、実施の形態１に記載の流体吐出装置。
【0112】
実施の形態４
各流体吐出器のノズルは、ノズル層内に形成され、前記ダミーノズルは、前記ノズル層内に形成される、実施の形態１に記載の流体吐出装置。
各流体吐出器のノズルは、ノズル層内に形成され、前記ダミーノズルは、前記ノズル層内に形成される、実施の形態１に記載の流体吐出装置。
【0113】
実施の形態５
前記ダミーノズルは、前記ノズルと実質的に同一サイズである、実施の形態１に記載の流体吐出装置。
前記ダミーノズルは、前記ノズルと実質的に同一サイズである、実施の形態１に記載の流体吐出装置。
【0114】
実施の形態６
各流体吐出器のノズルは、ノズル層内に形成され、前記ノズル層は、前記給送チャネルの表面を構成する、実施の形態１に記載の流体吐出装置。
各流体吐出器のノズルは、ノズル層内に形成され、前記ノズル層は、前記給送チャネルの表面を構成する、実施の形態１に記載の流体吐出装置。
【0115】
実施の形態７
前記アクチュエータのうちの１つの作動は、前記給送チャネル内の流体圧力の変化を生じさせ、前記少なくとも１つのコンプライアント構造は、少なくとも部分的に、前記給送チャネル内の流体圧力の変化を減衰させるように構成される、実施の形態６に記載の流体吐出装置。
前記アクチュエータのうちの１つの作動は、前記給送チャネル内の流体圧力の変化を生じさせ、前記少なくとも１つのコンプライアント構造は、少なくとも部分的に、前記給送チャネル内の流体圧力の変化を減衰させるように構成される、実施の形態６に記載の流体吐出装置。
【0116】
実施の形態８
流体吐出器を製造する方法であって、
複数のノズルをノズル層内に形成するステップと、
少なくとも１つのコンプライアント構造を前記ノズル層内に形成するステップであって、前記少なくとも１つのコンプライアント構造は、前記ノズル層よりコンプライアントである、ステップと、
前記ノズル層を複数の流体吐出器を備える基板に取り付けるステップであって、各流体吐出器は、圧送チャンバと、前記圧送チャンバの頂部壁を画定する膜と、流体を前記圧送チャンバから吐出させるように構成されるとともに、前記膜上に直接配置されるアクチュエータとを備える、ステップと、
を含み、
前記少なくとも１つのコンプライアント構造を前記ノズル層内に形成するステップが、前記ノズル層に少なくとも１つのダミーノズルを形成することを含み、
各ダミーノズルは、前記ノズル層の内部表面上に第１の開口部を画定するとともに、前記ノズル層の外部表面上の第２の開口部を画定し、
前記ノズル層を複数の流体吐出器を備える基板に取り付けるステップが、各ポンピングチャンバに流体接続する供給チャネルを画定し、
前記複数のノズルが第１ラインに沿って設けられており、前記給送チャネルが前記第１ラインから横方向にオフセットしている、方法。
流体吐出器を製造する方法であって、
複数のノズルをノズル層内に形成するステップと、
少なくとも１つのコンプライアント構造を前記ノズル層内に形成するステップであって、前記少なくとも１つのコンプライアント構造は、前記ノズル層よりコンプライアントである、ステップと、
前記ノズル層を複数の流体吐出器を備える基板に取り付けるステップであって、各流体吐出器は、圧送チャンバと、前記圧送チャンバの頂部壁を画定する膜と、流体を前記圧送チャンバから吐出させるように構成されるとともに、前記膜上に直接配置されるアクチュエータとを備える、ステップと、
を含み、
前記少なくとも１つのコンプライアント構造を前記ノズル層内に形成するステップが、前記ノズル層に少なくとも１つのダミーノズルを形成することを含み、
各ダミーノズルは、前記ノズル層の内部表面上に第１の開口部を画定するとともに、前記ノズル層の外部表面上の第２の開口部を画定し、
前記ノズル層を複数の流体吐出器を備える基板に取り付けるステップが、各ポンピングチャンバに流体接続する供給チャネルを画定し、
前記複数のノズルが第１ラインに沿って設けられており、前記給送チャネルが前記第１ラインから横方向にオフセットしている、方法。
【0117】
実施の形態９
各アクチュエータが、前記膜上に配置された圧電層を含む、実施の形態８に記載の方法。
各アクチュエータが、前記膜上に配置された圧電層を含む、実施の形態８に記載の方法。
【0118】
実施の形態１０
少なくとも１つのコンプライアント構造を前記ノズル層内に形成するステップは、複数の陥凹を前記ノズル層内に形成するステップと、膜を前記陥凹にわたって配置するステップとを含む、実施の形態８に記載の方法。
少なくとも１つのコンプライアント構造を前記ノズル層内に形成するステップは、複数の陥凹を前記ノズル層内に形成するステップと、膜を前記陥凹にわたって配置するステップとを含む、実施の形態８に記載の方法。
【0119】
実施の形態１１
膜を前記陥凹にわたって配置するステップは、膜層を前記ノズル層の上部表面にわたって堆積するステップと、各ノズルにわたる前記膜層の一部を除去するステップとを含む、実施の形態１０に記載の方法。
膜を前記陥凹にわたって配置するステップは、膜層を前記ノズル層の上部表面にわたって堆積するステップと、各ノズルにわたる前記膜層の一部を除去するステップとを含む、実施の形態１０に記載の方法。
【0120】
実施の形態１２
複数のノズルを形成するステップは、前記複数のノズルを第１の層内に形成するステップを含み、少なくとも１つのコンプライアント構造を形成するステップは、前記少なくとも１つのコンプライアント構造を第２の層内に形成するステップと、前記第１の層を前記第２の層に取り付けるステップとを含む、実施の形態８に記載の方法。
複数のノズルを形成するステップは、前記複数のノズルを第１の層内に形成するステップを含み、少なくとも１つのコンプライアント構造を形成するステップは、前記少なくとも１つのコンプライアント構造を第２の層内に形成するステップと、前記第１の層を前記第２の層に取り付けるステップとを含む、実施の形態８に記載の方法。
【0121】
実施の形態１３
少なくとも１つのコンプライアント構造を前記ノズル層内に形成するステップは、前記少なくとも１つのコンプライアント構造を第１の層内に形成するステップと、前記第１の層をその中に形成される前記複数のノズルを有する第２の層に取り付けるステップであって、前記第１の層および前記第２の層はともに、前記ノズル層を形成する、ステップとを含む、実施の形態８に記載の方法。
少なくとも１つのコンプライアント構造を前記ノズル層内に形成するステップは、前記少なくとも１つのコンプライアント構造を第１の層内に形成するステップと、前記第１の層をその中に形成される前記複数のノズルを有する第２の層に取り付けるステップであって、前記第１の層および前記第２の層はともに、前記ノズル層を形成する、ステップとを含む、実施の形態８に記載の方法。
【0122】
実施の形態１４
前記給送チャネルの流体圧力は、流体を前記少なくとも１つのダミーノズルから吐出させるに十分なほど高くはない、実施の形態１に記載の流体吐出装置。
前記給送チャネルの流体圧力は、流体を前記少なくとも１つのダミーノズルから吐出させるに十分なほど高くはない、実施の形態１に記載の流体吐出装置。
【0123】
実施の形態１５
各流体吐出器は、前記給送チャネルと、前記流体吐出器の圧送チャンバとを流体接続する入口通路を有する、実施の形態１に記載の流体吐出装置。
各流体吐出器は、前記給送チャネルと、前記流体吐出器の圧送チャンバとを流体接続する入口通路を有する、実施の形態１に記載の流体吐出装置。
【0124】
実施の形態１６
流体吐出器を操作する方法であって、
複数の流体吐出器を有する流体吐出装置内の流体吐出器を作動させるステップであって、前記流体吐出器の作動は、前記流体吐出器に流体接続される給送チャネル内の流体圧力の変化を生じさせ、各流体吐出器は、圧送チャンバと、前記圧送チャンバの頂部壁を画定する膜と、流体を前記圧送チャンバから吐出させるように構成されるとともに、前記膜上に直接配置されるアクチュエータと、ノズルとを備える、ステップと、
前記流体圧力の変化により、前記給送チャネル内に形成されたダミーノズルの中に流体のメニスカスを偏向させるステップと、
を含み、
前記複数の流体吐出器のノズルが第１ラインに沿って設けられており、前記給送チャネルが前記第１ラインから横方向にオフセットしている、方法。
流体吐出器を操作する方法であって、
複数の流体吐出器を有する流体吐出装置内の流体吐出器を作動させるステップであって、前記流体吐出器の作動は、前記流体吐出器に流体接続される給送チャネル内の流体圧力の変化を生じさせ、各流体吐出器は、圧送チャンバと、前記圧送チャンバの頂部壁を画定する膜と、流体を前記圧送チャンバから吐出させるように構成されるとともに、前記膜上に直接配置されるアクチュエータと、ノズルとを備える、ステップと、
前記流体圧力の変化により、前記給送チャネル内に形成されたダミーノズルの中に流体のメニスカスを偏向させるステップと、
を含み、
前記複数の流体吐出器のノズルが第１ラインに沿って設けられており、前記給送チャネルが前記第１ラインから横方向にオフセットしている、方法。
【0125】
実施の形態１７
前記複数の流体吐出器のいずれかを作動させるステップは、流体を前記ダミーノズルから吐出させない、実施の形態１６に記載の方法。
前記複数の流体吐出器のいずれかを作動させるステップは、流体を前記ダミーノズルから吐出させない、実施の形態１６に記載の方法。
【0126】
実施の形態１８
各アクチュエータが、前記膜上に配置された圧電層を含む、実施の形態１６に記載の方法。
各アクチュエータが、前記膜上に配置された圧電層を含む、実施の形態１６に記載の方法。
【0127】
実施の形態１９
流体吐出装置であって、
複数の流体吐出器であって、各流体吐出器は、
圧送チャンバと、
流体を前記圧送チャンバから吐出させるように構成される、アクチュエータと、
ノズルと、
を備える、流体吐出器と、
各圧送チャンバに流体接続される、給送チャネルと、
前記給送チャネルの表面内に形成される、少なくとも１つのコンプライアント構造であって、前記少なくとも１つのコンプライアント構造は、前記給送チャネルの表面よりコンプライアントである、少なくとも１つのコンプライアント構造と、
を備え、
前記少なくとも１つのコンプライアント構造は、
前記給送チャネルの表面の下に形成される陥凹と、
前記陥凹と前記給送チャネルとの間に配置される膜と、
を備え、
前記膜は、前記陥凹を前記給送チャネルからシールするよう構成されており、
前記陥凹は、該陥凹と基板の底面内の開口部との間の流体結合を介して外部大気にベントされるよう構成されている、
流体吐出装置。
流体吐出装置であって、
複数の流体吐出器であって、各流体吐出器は、
圧送チャンバと、
流体を前記圧送チャンバから吐出させるように構成される、アクチュエータと、
ノズルと、
を備える、流体吐出器と、
各圧送チャンバに流体接続される、給送チャネルと、
前記給送チャネルの表面内に形成される、少なくとも１つのコンプライアント構造であって、前記少なくとも１つのコンプライアント構造は、前記給送チャネルの表面よりコンプライアントである、少なくとも１つのコンプライアント構造と、
を備え、
前記少なくとも１つのコンプライアント構造は、
前記給送チャネルの表面の下に形成される陥凹と、
前記陥凹と前記給送チャネルとの間に配置される膜と、
を備え、
前記膜は、前記陥凹を前記給送チャネルからシールするよう構成されており、
前記陥凹は、該陥凹と基板の底面内の開口部との間の流体結合を介して外部大気にベントされるよう構成されている、
流体吐出装置。
【0128】
実施の形態２０
各流体吐出器が、ノズル層内に形成されるノズルを含む、実施の形態１９に記載の流体吐出装置。
各流体吐出器が、ノズル層内に形成されるノズルを含む、実施の形態１９に記載の流体吐出装置。
【0129】
実施の形態２１
前記陥凹は、前記ノズル層内に形成される、実施の形態２０に記載の流体吐出装置。
前記陥凹は、前記ノズル層内に形成される、実施の形態２０に記載の流体吐出装置。
【0130】
実施の形態２２
前記ノズル層がシリコンであり、前記膜がシリコンである、実施の形態２０に記載の流体吐出装置。
前記ノズル層がシリコンであり、前記膜がシリコンである、実施の形態２０に記載の流体吐出装置。
【0131】
実施の形態２３
各流体吐出器がアクチュエータとノズルを含み、前記アクチュエータの作動が液体を対応するノズルから射出するよう構成されている、実施の形態１９に記載の流体吐出装置。
各流体吐出器がアクチュエータとノズルを含み、前記アクチュエータの作動が液体を対応するノズルから射出するよう構成されている、実施の形態１９に記載の流体吐出装置。
【0132】
実施の形態２４
前記アクチュエータの作動が前記給送チャネル内の流体圧力を変化させ、前記少なくとも１つのコンプライアント構造が前記給送チャネル内の流体圧力の前記変化を少なくとも部分的に減衰させるよう構成されている、実施の形態２３に記載の流体吐出装置。
前記アクチュエータの作動が前記給送チャネル内の流体圧力を変化させ、前記少なくとも１つのコンプライアント構造が前記給送チャネル内の流体圧力の前記変化を少なくとも部分的に減衰させるよう構成されている、実施の形態２３に記載の流体吐出装置。
【0133】
実施の形態２５
前記陥凹が複数の陥凹である、実施の形態１９に記載の流体吐出装置。
前記陥凹が複数の陥凹である、実施の形態１９に記載の流体吐出装置。
【符号の説明】
【0134】
１００ 印刷ヘッド
１１０ 基板
４１０ ケーシング
４２０ 上側インタポーザ
４２２ 流体供給入口
４２８ 流体帰還出口
４３０ 下側インタポーザ
４３２ 流体供給チャンバ
４３６ 流体帰還チャンバ
４４０ 下側分割器
４７４ 流路
５３０ 上側分割器
１１０ 基板
４１０ ケーシング
４２０ 上側インタポーザ
４２２ 流体供給入口
４２８ 流体帰還出口
４３０ 下側インタポーザ
４３２ 流体供給チャンバ
４３６ 流体帰還チャンバ
４４０ 下側分割器
４７４ 流路
５３０ 上側分割器
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図6F】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
