JP5905485B2 - インクジェットプリントヘッド用インクマニホールド - Google Patents

Description

本発明は、プリントヘッドに用いられるインクマニホールド構造に関する。

ＷＯ９３／１１８６６に記載されているプリントヘッドの種類についての一般的な操作方法は、よく知られており、そこでは、プリントヘッド内で粒子の凝集または集中が達成され、噴射位置で、凝集した粒子がその後、基板に噴射される。アレイプリンタの場合には、複数のセルが一以上の列に配置されうる。

ＷＯ０３／１０１７４１は、プリントヘッドの特定の構成を開示する。プリントヘッドは、本体内に取り付けられたエジェクタアレイを備える。本体には、中間電極板が取り付けられる。インクは、当業者によって理解されるように、エジェクタアレイおよび中間電極の内部に位置する電極の間で発生する電界の作用によって、エジェクタアレイから噴射される。典型的には、エジェクタアレイは、積層構造として形成され、積層構造は、少なくとも、インク入口マニホールド、インク入口プリズム、中央タイル、およびインク出口マニホールドを含む。中央のタイルは、その先端に沿って形成される噴射点の配列を有し、中央タイルおよびプリズムの両方は、エジェクタアレイにインクを供給するためのチャンネルを含む。具体的に、ＷＯ０３／１０１７４１に記載されたプリントヘッドでは、インクマニホールドの特定の形状が選択され、噴射アレイの複数の噴射位置への、および、複数の噴射位置からの、好ましいインクの流動特性を提供する。

ＷＯ０３／１０１７４１に記載されたプリントヘッドの入口マニホールドの形状は、インクサプライの入口（すなわち、供給ラインからインクが注入されるマニホールド内の位置）から出口（マニホールドの前面である出口位置であって、それに沿って、インクは、インク噴射位置のアレイに供給される）に向かう方向に幅が広くなる三角形のチャンバーを備える。出口マニホールドは、同様の形状を有するが、それは、その入口（それは、出口マニホールドの表面であって、それに沿って、余剰インクは、噴射位置のアレイから戻る）から、その出口（すなわち、出口マニホールド内の位置であって、そこで、インクは、戻りラインに出力される）に向かう方向に幅が狭くなる。

噴射位置のアレイに所望のインクの流動特性を提供するが、ＷＯ０３／１０１７４１に記載されたインクマニホールドの形状は、結果的に、前後に比較的大きな幅寸法を有する入口／出口マニホールドをもたらす（すなわち、インクサプライの入口から入口マニホールド内を通って噴射位置のアレイにつながる正面まで、もしくは、出口マニホールドに関しては、噴射位置のアレイにつながる表面からインク出力位置まで）。この結果、プリントヘッドもまた、必然的に、前後に比較的広い幅寸法を有することになる。

本発明の課題は、前後の幅（すなわち、噴射位置のアレイからプリントヘッドブロックの後部までの距離）を大きく減少させたプリントヘッドを提供することである。しかし、また、ＷＯ０３／１０１７４１に記載されたプリントヘッドの所望のインクの流動特性を維持し、これを改善するものでもある。

本発明の第1の態様によると、インクジェットプリントヘッド用のインクマニホールドが提供され、それは、幅方向よりも長さ方向が長く、その表面に形成された実質的に平面的な本体と、長さ方向に沿って前記プリントヘッドの噴射位置と直接連結するための第１の横断チャンネルであって、前記本体の長手方向に対して実質的に平行に延びる第１の横断チャンネルと、前記本体の長手方向に対して実質的に平行に延びる隣接横断チャンネルであって、インクのサプライまたはシンクと流体連結されており、サプライからインクを受け取るか、または、シンクにインクを受け渡すように構成されている隣接横断チャンネルと、を備える。ここで、隣接横断チャンネルは、噴射位置に対して直接連結されていない。また、ここで、二つ以上の連結通路が、前記横断チャンネルの隣接するチャンネルの間に配置されており、横断チャンネルの間でインクが移動できるように機能する。各連結通路は、各横断チャンネルの長さ方向に沿ったインクの流れに対する制限よりも、横断チャンネル間に流れるインクに対して、より大きな流速制限がかかるように、大きさが調整される。その結果、前記第１横断チャンネル内のインクの圧力分布が、前記チャンネルの長手方向に沿って実質的に均一となる。

好ましくは、前記インクマニホールドは、さらに、少なくとも一つのさらなる横断チャンネルを含むことが好ましい。一つのさらなる横断チャンネルは、本体の長手方向に対して実質的に平行に延び、二つ以上の付加的な連結通路を介して前記隣接横断チャンネルおよび前記インクサプライまたはシンクの間を接続する。ここで、隣接横断チャンネルは、前記少なくとも一つのさらなる横断チャンネルを介して、インクのサプライまたはシンクと流体連結されている。一対の前記横断チャンネルを連結する一つ以上の連結通路は、隣接する一対のチャンネルを連結する一つ以上の連結通路に対して、オフセットされていてもよい。

好ましくは、各チャンネルは、それらが形成される前記本体の表面から計測したとき、１〜２ｍｍの深さを有していてもよい。好ましくは、各チャンネルが、実質的に２〜４ｍｍの幅、および、実質的に１００〜１１０ｍｍの間の長さを有していてもよい。

好ましくは、二つ以上の連結通路のそれぞれが、それが形成される前記本体の表面から計測されたとき、０．５ｍｍの深さを有してもよい。好ましくは、二つ以上の連結通路が、前記チャンネルの長さに対して実質的に平行に計測されたとき、２〜１０ｍｍの長さを有していてもよく、さらに、前記通路が連結する隣接チャンネルの間の距離である前記幅が、１〜３ｍｍであってもよい。

好ましくは、本体は、約９ｍｍ〜１１ｍｍの厚み（本体の上面から下面まで計測された）、約３０ｍｍの幅寸法（前記噴射位置に連結するための本体の側面から噴射位置の反対側の本体の背面までの幅寸法）、および、約１１０ｍｍ〜１７０ｍｍの長さ寸法（噴射位置が沿って配列される本体の側面に沿って計測された）を有する。

好ましくは、本発明のインクマニホールドは、第１の横断チャンネルを介して、前記隣接横断チャンネルから噴射位置へインクを流入させる。代替的に、本発明のインクマニホールドは、前記第１の横断チャンネルを介して、噴射位置から前記隣接横断チャンネルへインクを流入させる。

本発明の更なる態様によると、静電プリントヘッドが提供され、静電プリントヘッドは、インクを供給するための入口を有するハウジングと、インクの液滴を噴射するための噴射位置のアレイと、入口から噴射位置までのインクの通路としてのインク供給経路と、を備える。ここで、インク供給経路は、本発明の第１の態様のインクマニホールドを含んでもよく、前記隣接横断チャンネルは、インク供給用の前記入口からインクを受け取るよう機能する。

本発明の更なる態様によると、静電プリントヘッドが提供され、静電プリントヘッドは、インクを取り除くための出口を有するハウジングと、インクの液滴を噴射するための噴射位置のアレイと、噴射位置から出口までのインクの通路としてのインク除去経路と、を備える。ここで、インク除去経路は、本発明の第１の態様に係るインクマニホールドを含んでもよく、前記隣接横断チャンネルは、前記第１の横断チャンネルからインクを受け取り、また、前記出口にインクを供給するよう機能する。

本発明の更なる態様によると、静電プリントヘッドが提供され、静電プリントヘッドは、インクについて、それぞれ供給および除去を行うための、入口および出口を有するハウジングと、インクの液滴を噴射するための噴射位置のアレイと、入口から噴射位置へのインクの通路としてのインク供給経路と、噴射位置から出口へのインクの通路としてのインク除去経路と、を備える。ここで、インク供給経路は、請求項１〜１０のいずれか一つに係るインクマニホールドを含んでもよく、前記隣接横断チャンネルは、インク供給用の前記入口からインクを受け取るよう機能し、インク除去経路は、請求項１〜９および１１のいずれか一つに係るインクマニホールドを含んでもよく、前記隣接横断チャンネルは、前記第１の横断チャンネルからインクを受け取り、および、前記出口にインクを供給するよう機能する。

好ましくは、静電プリントヘッドは、プリントヘッドの上面から下面までを計測したとき約２０ｍｍの厚み、噴射位置（３１７）から噴射位置（３１７）の反対側のプリントヘッドの背面までを計測したとき、約４６ｍｍの幅寸法、および噴射位置（３１７）が沿って配置されるプリントヘッドの側面に沿って計測したとき約１４８ｍｍの長さ寸法を有する。

本発明の更なる態様によると、インクジェットプリントヘッドと共に使用するための方法が提供され、当該方法は、本発明の第１の態様によるインクマニホールドに対してインクを供給するステップであって、前記隣接横断チャンネルが、インク供給用の前記入口からのインクを受け取るように機能するステップ、または、本発明の第１の態様によるインクマニホールドからインクを受け取るステップであって、前記隣接横断チャンネルが、前記第１の横断チャンネルからインクを受け取り、また、前記出口にインクを供給するよう機能するステップ、のいずれかを備える。

上記で定義された発明は、圧力分布および流速に関して、プリントヘッドの噴射位置に対して、あるいは、噴射位置からの、優れたインクの流動特性を有利に提供する。さらに、インクマニホールドの前後の距離、すなわち、前方（噴射位置の場所）から後方（噴射位置の反対側のマニホールドの背面）までのインクマニホールドの幅、は低減する。これによって、従来のインクマニホールドよりも、前後が非常に小さいインクマニホールドをもたらす。その結果として、静電プリントヘッドに組み込まれたとき、従来の静電プリントヘッドよりも、前後（すなわち、プリントヘッドのインク噴射部位から噴射位置の反対側のプリントヘッドの背面側まで）が非常に小さい静電プリントヘッドをもたらす。

本発明の様々な実施形態を、添付した図面を参照しながら説明する

図１は、典型的な従来技術のプリントヘッドの斜視図である。

図２は、本発明に係るプリントヘッドの斜視図である。

図３は、図２に示したプリントヘッドの分解図である。

図４Ａは、図２に示したプリントヘッドの本体の概略断面図である。

図４Ｂは、図２に示したプリントヘッドの噴射領域の詳細な断面図である。

図５は、本発明に係る入口マニホールドの斜視図である。

図６は、本発明に係る入口マニホールドの平面図である。

図７は、本発明の入口マニホールドを流れるインクの速度分布の流速マップである。

図８は、本発明のマニホールドの出口の位置に対するインク流速度のグラフである。

図９は、従来技術の入口マニホールドを流れるインクの速度分布の流速マップである。

図１０は、従来技術のマニホールドの出口の位置に対するインク流速度のグラフである。

図１に示されるプリントヘッドは、ＷＯ０３／１０１７４１に記載されているような、典型的な従来技術のプリントヘッドに対応する。プリントヘッド１０１は、本体１０３を備え、本体１０３には、残りの構成要素が接続される。本体１０３の内部には、インクの入口および出口マニホールドを含む積層構造と、エジェクタアレイとからなる噴射部位が取り付けられている。本体１０３の一端には、キネマティックマウントによって中間電極板１０５が取り付けられている。

図２および図３は、本発明に係るプリントヘッドを示す。本発明のプリントヘッドは、ＷＯ０３／１０１７４１に記載された従来技術のプリントヘッドと多数の類似点を有するが、本発明のプリントヘッドの形状は、実質的に異なる。ＷＯ０３／１０１７４１に記載のプリントヘッドと比較すると、本発明のプリントヘッドの本体は、噴射位置が設けられている本体の正面から、噴射位置の反対側の本体の背面までが、狭くなっており、その差は、約１．４倍である。さらに、エジェクタのアレイの長さは、従来の本体に取り付けられているものに比べて、約２．５倍長い。具体的には、ＷＯ０３／１０１７４１に記載のプリントヘッドの本体は、噴射位置が設けられている正面から、噴射位置の反対側の本体の背面までの幅が、６４ｍｍであり、上から下まで、２５ｍｍの厚み（すなわち、エジェクタのラインに対して垂直および幅寸法に対して垂直に計測された厚み）、および、噴射位置が沿って配列される本体の側面に沿って計測されたとき、７５ｍｍの長さを有する。一方、好ましい実施形態において、本発明のプリントヘッドの対応する寸法は、４６ｍｍ、２０ｍｍ、および１４８ｍｍである。

本発明のプリントヘッド２０１は、流入ブロック２０３および流出ブロック２０４からなる二つの部分からなる本体を備える。流入ブロック２０３および流出ブロック２０４の間には、プリズム（３０９）および中央タイル（３０７）が設けられ、後者は、その先端に沿って形成されたエジェクタアレイを有する。プリントヘッドの正面には、中間電極板２０５がデータプレート２０６に取り付けられ、次に、これが、キネマティックマウントを用いて、プリントヘッドの本体に装着される。

図３、図４Ａ、および図４Ｂを参照すると、プリントヘッドの本体は、流入ブロック２０３および流出ブロック２０４を備え、それらの間に、プリズム３０９と中央タイル３０７を挟む。中央タイル３０７は、その前方の端部に沿って噴射位置３１７のアレイ（図３に図示しない）と、その後方の端部に沿って電気接続部３３１のアレイとを有する。各噴射位置３１７は、インクメニスカス（当技術分野で周知の方法で）が相互に作用する立ち上がり部４００を備える。噴射立ち上がり部４００の両側を通り過ぎてインクを搬送するインクチャンネル４０２は、立ち上がり部４００の両側にある。使用時、一部のインクは、例えば、印刷画像の画素を形成するために、噴射位置３１７から噴射される。静電力の印加による噴射位置３１７からのインクの噴射は、当業者によって理解され、本明細書ではさらに説明しない。

プリズム３０９は、一連の狭いチャンネル４０１を備え、それは、中央タイル３１７にある個々の噴射位置３１７のそれぞれに対応する（図３では、プリズム３０９の各端部に、チャンネル４０１の代表的な部分が示されているが、当業者は、一連のチャンネル４１０がプリズム３０９の全ての面／幅に渡って延びることを理解するだろう）。各噴射位置３１７のインクチャンネル４０２は、プリズム３０９の各チャンネル４０１と流体連結しており、次に、それは、流入ブロック２０３内に形成された入口マニホールド４０７の前方部分と、流体連結している（前記入口マニホールド４０７は、図３に示されるとき、流入ブロック２０３の下面に形成されている。したがって、図３には示されていない）。噴射位置３１７の下方では、中央タイル３０７のインクチャンネル４０２が、中央タイル３０７の下面にある噴射位置３１７から離れて、流出ブロック２０４に形成された出口マニホールド４０９の前方部分とそれらが流体連結するポイントにまで延びる。

流入ブロック２０３内の入口マニホールド４０７にインクを供給する、プリントヘッド２０１内のインクサプライチューブ３１９によって、インクは、噴射位置３１７に供給される。インクは、入口マニホールド４０７内を通り、そこから、プリズム３０９のチャンネル４０１を通って、中央タイル３０７の噴射位置３１７に移動する。使用時に噴射位置３１７から噴射されない余剰インクは、その後、中央タイル３０７のインクチャンネル４０２に沿って、流出ブロック２０４内の出口マニホールド４０９に流れる。インクは、インク戻りチューブ３２１を通って出口マニホールド４０９を離れ、バルクインクサプライに返される。

個別の噴射位置３１７での正確に制御された噴射特性を維持するために、個々の噴射位置３１７に接続されているプリズム３０９のチャンネル４０１には、適切な圧力で入口マニホールド４０７からのインクが供給される。インク入口マニホールド４０７によってプリズム３０９の個々のチャンネル４０１のそれぞれに供給されるインクの圧力は、プリントヘッド２０１の噴射位置３１７のアレイの全幅に渡って均等でなければならない。同様に、中央タイル３０７の個々のチャンネル４０２それぞれから出口マニホールド４０９に戻るインクの圧力は、噴射位置３１７のアレイの全幅に渡って均等でなければならない。なぜなら、入口および出口のインク圧力の両方によって、各噴射位置３１７でのインクの静止圧（quiescent pressure）が決まるからである。

図５および図６は、マニホールド形状の詳細を明らかにするために、図２および図３に関して逆さまに示された、本発明の入口マニホールドの斜視図および平面図を、それぞれ示す。流入ブロック２０３は、プリントヘッドアセンブリに精度および安定性を与えるように選択された、ＭＡＣＯＲ、アルミナ、または他の高剛性材料で作られる実質的に固いブロックである。流入ブロック２０３は、幅方向（ここで、幅寸法とは、流入ブロックの前方、すなわち、噴射位置に隣接する部分、から、噴射位置に最も近い側面の反対側の流入ブロックの後方までである）、または、流入ブロックの上面から流入ブロックの下面までが計測された厚み方向よりも、第１の長さ方向（すなわち、噴射位置３１７がプリントヘッド２０１内で沿って配列される方向）の方が実質的により長い。好ましい態様では、流入ブロックは、９ｍｍの厚さであり、約３０ｍｍの幅を有し、また、１１０ｍｍの長さを有する。プリントヘッドを構成する構造層の残りに流入ブロックを接続するため、および、プリンタ内で動作するプリントヘッドをプリンタ内に確保するための取り付け構造は、流入ブロックの全長を約１７０ｍｍまで拡張する。当業者は、本発明の流入ブロックが、平面的または実質的に平面的であることがわかるであろう。

入口マニホールド４０７は、流入ブロック２０３の内部表面７０１に形成される（つまり、面は、プリントヘッドアセンブリ内のプリズム３０９と対向し、したがって、図３に示される構成では、入口マニホールド４０７は、流入ブロック２０３の下面に形成される）。それは、流入ブロック２０３の長い側面に対して実質的に平行な、３つの同様の、横向きに配置されたチャンネルを備え、それは、エジェクタアレイの全幅に渡って延びる。これらのチャンネルは、前方横断チャンネル７０９、中間横断チャンネル７１３、および後方横断チャンネル７１１とよぶ。

前方横断チャンネル７０９は、流入ブロック２０３の前面７０７に隣接する位置に設けられる。図４Ａおよび図４Ｂからわかるように、流入ブロック２０３がプリントヘッドに組み立てられるとき、前方横断チャンネル７０９と直接流体連結されるプリズム３０９のチャンネル４０１を介して、前方横断チャンネル７０９は、中央タイル３０７の噴射位置３１７のアレイに直接接続される。

前方横断チャンネル７０９の形状および外観において対応する、中間および後方横断チャンネル７１３，７１１は、流入ブロック２０３の同一の表面に形成される。中間および後方横断チャンネル７１３，７１１は、前方横断チャンネル７０９に対して、実質的に平行に配置され、流入ブロック２０３の表面７０１に沿って、前方横断チャンネル７０９と同じ長さだけ延び、それにより、入口マニホールド４０７の形状が形成される。中間および後方横断チャンネル７１３，７１１は、インクのサプライ（供給部）と流体連結され、以下により詳細に説明するように、サプライからのインクが受け取られるように構成されている。中間または後方横断チャンネル７１３，７１１のいずれも、噴射位置には直接連結されていない。

流入ブロック２０３の後方には、インクサプライポート７０３が配置される。インクサプライポート７０３には、インクサプライチューブ３１９が収まる。また、インクサプライポート７０３は、前方、中間、および、後方横断チャンネル７０９，７１１，７１３と同様に、流入ブロック２０３の同じ表面７０１に形成されるサプライチャンネル７０５に、バルクサプライからインクを供給する。インクサプライポート７０３は、流入ブロック２０３の短い辺の一方に向かって、流入ブロック２０３の面に配置される。そこは、プリントヘッドが組み立てられるときに、電気接続部３３１がプリントヘッドの後方から出現する中央タイル３０７と接続するいずれの電気接続部３３１にも干渉しない。サプライチャンネル７０５は、インクサプライポート７０３から後方横断チャンネル７１１の中間ポイントまでインクを運ぶ。

組み立てられたプリントヘッドにおいて、プリズム３０９の上面は、流入ブロック２０３の表面７０１にぴったり接し、表面７０１を密閉する。そこに、入口マニホールドは形成され、それによって、流入ブロック２０３の表面に形成されるチャンネル７０５，７０９，７１１，７１３を取り囲む。これは、図３、図４Ａ、および図４Ｂに示されている。入口マニホールドの前記チャンネルは、流入ブロック２０３の表面７０１にチャンネルとして形成されるので、それらは、流入ブロックの表面にチャンネルが形成されておらず各チャンネルの間に配置された流入ブロック２０３の材料によって分離される。これらの分離領域７１５は、入口マニホールド２０３の前方、中間、および後方の横断チャンネル７０９，７１１，７１３の間のインク流れに対して境界を供給する。各チャンネルは、流入ブロック２０３の表面７０１から計測したとき、約１〜２ｍｍの深さを有し、各チャンネルは、約１００〜１１０ｍｍの長さを有する。好ましい態様では、チャンネルそれぞれの深さは、表面７０１から計測したとき、１．５ｍｍである。さらに、チャンネルそれぞれの幅は、好ましくは、約２〜５ｍｍである。

複数の通路７１７は、後方および中間横断チャンネル７１３，７１１を互いに分離させる分離領域７１５を介して形成され、更なる同様の通路７１９もまた、中間横断チャンネル７１３を前方横断チャンネル７０９から分離させる分離領域７１５を介して形成される。それぞれの連結通路によって、インクは、各連結通路が連結するチャンネルの間を流れることができる。

さらに、各連結通路は、チャンネルの長さに対して実質的に平行に計測したとき、２〜１０ｍｍの長さを有する。各連結通路は、１〜３ｍｍの幅を有し、幅は、連結通路が連結するチャンネルの間の距離である。各連結通路は、また、流入ブロックの表面から計測したとき、０．２〜０．９ｍｍの深さを有する。

好ましい実施形態では、各通路は、流入ブロック２０３の長辺方向において約５ｍｍの長さであり、流入ブロック２０３の表面７０１から計測して、約０．５ｍｍの深さを有する。この好ましい実施形態では、比較すると、横断チャンネル７０９，７１１，７１３のそれぞれが、表面７０１から計測されたとき、約１．５ｍｍの深さを有する。

したがって、当業者は、そのようにして形成された入口マニホールド４０７の構造は、３つの比較的深くて高容量のチャンネル（プリントヘッドが組み立てられた時、囲われたチャンネル）を有し、それらが、貯留層を形成し、そこで、圧力は、インクの横方向の流れによって均一化されることを理解するだろう（すなわち、流入ブロック２０３の後部でインクが入るところであるプリントヘッドの後方から噴射位置３１７が配置されるところであるプリントヘッドの前方に向かう一般的なインクの供給方向に対して、垂直な横断チャンネル７０９，７１１，７１３のそれぞれの長手方向に沿って、インクは広がる）。一連のそのような３つの横断チャンネル／貯留層７０９，７１１，７１３は、横断チャンネル７０９，７１１，７１３の長さに沿って配列された、比較的高い流れ抵抗によって分断されており、これらは、前方横断チャンネル７０９の出口（すなわち、前方横断チャンネル７０９がプリズム３０９のチャンネル４０１につながるところ）において、各プリズムチャンネル４０１に入るインクの圧力が実質的に均一になるまで、入口マニホールド４０７の長さ方向に渡って、より均一な圧力を連続的に提供する。

上述したように、前方、中間、および後方横断チャンネル７０９、７１１、７１３は、入口マニホールド４０７の最も長い辺に対して、実質的に平行である。しかし、好ましい実施形態では、後方および中間横断チャンネル７１１，７１３、および前方横断チャンネル７０９の後方のへり（中間横断チャンネルに最も近い端部）は、実質的に平行であるが、それらの中点からマニホールドの前方のへり７０７に向かって計測されたとき、実際には、約２°傾斜している。従って、この配置では、明らかに、中間および後方横断チャンネル７１１，７１３は、均一のチャンネル幅（すなわち、噴射位置に最も近いマニホールドの側から前記噴射位置の反対側にあるマニホールドの後部に向かって計測したとき）を有する。しかしながら、これら二つのチャンネルのそれぞれは、入口マニホールドの前方のへり７０７に対して、その長さ方向に沿って、へり７０７に向かって、約２°傾けられている。その一方、マニホールドの前方のへり７０７に対して最も近い前方横断チャンネル７０９のへり（すなわち、噴射領域に最も近い）は、前方のへり７０７に対して確かに平行であるが、その後方のへりは、前方横断チャンネル７０９の長さ方向に沿って、チャンネルの中点の両側にある前方のへりに向かう方向に、平行な状態から約２°傾いている。したがって、前方横断チャンネル７０９のチャンネル幅は、その長さ方向に沿って、チャンネルの長さ方向の中点において約４．２ｍｍの最大幅から、チャンネルの長さ方向の二つの対向する端部において、約２．５ｍｍの最小幅まで先細になる。

プリントヘッドが使用されるにあたり、エジェクタが下方を向く姿勢で取り付けられたとき、記述されたように傾けた構成は、入口マニホールド４０７からエアを除去しやすくする。この端部に付け加えて、通路７１７と同様の中央通路７２１は、後方および中間横断チャンネル７１１，７１３と、前方横断チャンネル７０９との間に存在し、そこを通って、気泡は、マニホールドから、サプライチャンネル７０５を介して、取り除かれる。

出口マニホールド４０９は、動作原理および形状において、入口マニホールド４０７と実質的に同一である。そして、出口マニホールド４０９は、入口マニホールド４０７が流入ブロック２０３に形成されるのと同様に、流出ブロック２０４の表面に形成される。図３に示すように、出口マニホールド４０９が形成される流出ブロック２０４の表面は、中央タイル３０７の下面に対向する。組み立てられたプリントヘッド内では、中央タイル３０７が、出口マニホールド４０９が形成される流出ブロック２０４の表面を密閉する。これにより、チャンネルが開放表面を有するよりむしろ、閉鎖トンネルを効果的に形成するように、流出マニホールド４０９のチャンネルを取り囲む。図４Ａおよび図４Ｂからわかるように、流出ブロック２０４がプリントヘッド内に組み込まれるとき、流出マニホールド４０９の前方横断チャンネルは、中央タイル３０７のチャンネル４０２を介して、中央タイルの噴射位置３１７のアレイに接続される。流出ブロック２０４の後方には、インク戻りポートが配置される。インク戻りポートには、インク戻りチューブ３２１が収まる。また、インク戻りポートは、プリントヘッドから噴射されたインクを、出口マニホールド４０９からバルクサプライに戻す。

流出ブロック２０４は、プリントヘッドアセンブリに対して、精度および安定性を与えるように選択された、ＭＡＣＯＲ、アルミナ、または他の高剛性材料で作られる実質的に固いブロックである。流出ブロック２０４は、幅方向（ここで、幅寸法とは、流出ブロックの正面、すなわち、噴射位置に隣接する面から、噴射位置に最も近い側面の反対側の流出ブロックの背面までである）、または、流出ブロックの上面から流出ブロックの下面までを計測したときの厚み方向よりも、第１の長手方向（すなわち、プリントヘッド２０１内で噴射位置３１７が沿って配列された方向）において実質的により長い。好ましい実施形態では、流出ブロックは、１０．９ｍｍの厚さであり、３０ｍｍの幅を有し、かつ１１０ｍｍの長さを有する。プリントヘッドを構成する構造層の残りに流出ブロックを接続するための取付け構造は、流出ブロックの全長を約１４８ｍｍまで拡張する。流出ブロックに形成されたチャンネルおよび連結通路の寸法は、流入ブロックに関連して記載された寸法と同じであり、当業者は、本発明の流出ブロックが平面的、または実質的に平面的であることを理解するであろう。流出ブロックでは、中間および後方横断チャンネル７１３、７１１は、インクのシンクと流体連結しており、以下により詳細に説明されるように、シンクにインクを渡すように配置されている。

動作時には、インクの連続循環は、インクサプライ３１９からインク戻り３２１まで、プリントヘッドを介して、確立される。インクは、入口マニホールド４０７のサプライチャンネル７０５にインクを供給するインクサプライチューブ３１９から、入口マニホールド４０７に供給される。インクは、その後、サプライチャンネル７０５を通って、サプライチャンネルが後方横断マニホールドチャンネル７１１に接続するポイントに流れる。インクは、後方横断チャンネル７１１に沿って、流れにほとんど抵抗なく、横方向に流れ、後方横断チャンネル７１１の長さ方向に沿って適度に均一なインクの圧力分布を作成する。プリントヘッドの構成部分には十分なインクが供給され、組み立てられたプリントヘッド内の全てのインクフローパス及び／または導管は、インクで完全に満たされていることを、当業者は理解するであろう。噴射位置のそれぞれに存在するメニスカス以外、組み立てられたプリントヘッド内にインクの自由表面はない。

インクは、その後、前記後方および中間横断チャンネル７１１，７１３の間の分離領域７１５に形成される通路７１７を介して、後方横断チャンネル７１１から中間横断チャンネル７１３に流れる。通路７１７を通る流れに対する抵抗は、後方および中間横断チャンネル７１１，７１３自体に沿って流れる抵抗よりも遥かに高い。そのため、インクは、中間横断チャンネル７１３に、入口マニホールドの全域でその長さ方向に沿って、適度に均一な圧力で入る。一旦、中間横断チャンネル７１３内に入ると、インクは、再度チャンネルの長さ方向に沿って横方向に流れ、入り口の個々のポイントからチャンネル内に、分離領域を通る通路７１７を介して、流れる。インクは、中間横断チャンネルに沿って広がるので、中間チャンネルの長さ方向に沿ったインク圧力は、ますます均一になる。中間チャンネルから、インクは、その後、中間横断チャンネル７１３を前方横断チャンネル７０９から分離させる分離領域７１５に形成された通路７１９を介して前方横断チャンネル７０９に流れる。前方横断チャンネル７０９に沿う横方向の流れに対する低い抵抗は、マニホールドの長さ方向に沿ってインクの圧力をさらに均一にする。

前方横断チャンネル７０９から、インクは、噴射位置３１７のアレイに、プリズム３０９を介して、流入する。噴射位置３１７は、プリズムに形成されるチャンネル４０１を介して入口マニホールド４０７の前方横断チャンネル７０９と流体連結している。

使用時、プリントヘッドのエジェクタ３１７の全ては、噴射位置のアレイに渡ってインクの圧力の静水成分を均一にするために、同一水平面内の位置に整列保持される。このようにして、プリントヘッドは、図２に描かれるように、噴射位置を垂直方向下側に向けた垂直の姿勢にして、水平な姿勢で動作され、もしくは、エジェクタ３１７の全てが同一の水平面内に渡って配置され、その結果、内部のインクが、プリントヘッドのエジェクタのそれぞれの内部で同様に均一な静水圧力をうけさえすれば、任意の姿勢で動作されてもよい。効果的に、プリントヘッドは、一のエジェクタの先端が、他のエジェクタの先端より、高いかまたは低い位置に配置されることにならないような任意の姿勢で動作することができる。

一旦インクが噴射位置３１７のアレイに供給されると、余剰インクは、中央タイル３０７のチャンネル４０２を沿って、出口マニホールド４０９に流れ、その後、インク戻りチューブ３２１を介してバルクサプライに戻る。当業者は理解するように、出口マニホールド４０９は、入口マニホールド４０９と同様の構成（すなわち、前方、中間、および後方横断チャンネル）を有するので、出口マニホールドの前方横断チャンネル（すなわち、中央タイル３０７のチャンネル４０２から任意の余剰インクを最初に受け取るチャンネル）内のインクの圧力分布は、実質的に均一である。これは、中央タイル３０７から前方横断チャンネルに流れ込むインクは、前方横断チャンネルの長さ方向に沿う流れに対する抵抗を受けるからである。この抵抗は、前方および中間横断チャンネルの間の分離領域を通る通路によって与えられる、中間横断チャンネルへの流れに対する抵抗よりも小さい。したがって、本発明の出口マニホールドの配置は、噴射位置３１７に対し、出口マニホールドの長さに沿って実質的に均一で等しい背圧をもたらす。

噴射位置３１７でのインクの圧力は、噴射位置３１７の自由インク表面のメニスカスが、噴射位置３１７の特性に正しく一致することを保証するために、環境大気圧よりわずかに低く維持される（インクのこの性質は、ピンニングとしてこの技術分野では知られている）。噴射位置３１７でのインク圧力の制御は、サプライチューブ３１９に入り、戻りチューブ３２１を出るインクの圧力を制御することによって達成され、インクの途切れず連続する循環は、プリントヘッドの中のサプライチューブ３１９と戻りチューブ３２１の間で、維持される。噴射位置３１７のアレイの全長に渡ったインクの均一圧力の形成は、入口マニホールド４０７および出口マニホールド４０９の両方のその長さに沿った圧力を均一にするための能力に依存する。上記で詳細に説明した入口マニホールド４０７の設計は、マニホールドを通るインクの流れ方向にかかわらず、その長さ方向に沿って均一な圧力を生成する際に、同様に機能する。それによって、入口マニホールドに関連して記載される設計は、また、プリントヘッドの出口マニホールド４０９にも使用される。

本発明者らは、上述した入口マニホールド４０７の特定の配置は、前方横断チャンネル７０９内にインクの実質的に等しい圧力分布を提供し、それ故、プリズム３０９の各チャンネル４０１にエジェクタレイの長さ方向に沿って実質的に等しい圧力でインクを提供することを見出した。その結果、上述した入口マニホールド４０７の特定の配置は、プリズム３０９の個別のチャンネル４０１それぞれに、等しい流速のインクを提供する。

図７および図８は、本発明に係るマニホールド構造内のインクの流速分布を示す。これらの図は、入口マニホールドとして動作するマニホールドを示したが、当業者は、出口マニホールドとして動作するマニホールドについての圧力／流速分布が、負の値で示されるこれらの図と同一であることを理解するであろう。当業者は、プリズム３０９のチャンネル４０１に流入するインクの流速は、チャンネル４０１に入り、チャンネル４０２を出るインクの圧力差に比例するので、図８に示されるように、前方横断チャンネル７０９からの（または、マニホールドが、出口マニホールドとして使用される場合には、前方横断チャンネル７０９への）実質的に均一な流速もまた、実質的に均一な圧力を示すことを認識するだろう。図７および図８に示すシミュレーションでは、マニホールド構造の半分だけがモデル化されている。なぜなら、横断チャンネル７１１，７１３，７０９の対称性は、示されていない半分における圧力分布および流速分布が、単に、示されている半分を、原点で垂直面について反転させたものにすぎないことを、決定付けるためである。

したがって、図７を見ると、後方横断チャンネル７１１内で著しい流速／圧力の勾配（起点の平面における一点で、供給チャンネル７０５からインクを受け取るのはこのチャンネルであるため予想される）があるが、インクが入口マニホールド４０７を通って流れるまでに、前方横断チャンネル７０９を出るインクの圧力／流速は、前方横断チャンネル７０９の全長に沿って、実質的に均一である。

図９および図１０は、入口マニホールドが末広がりの三角形空洞（divergent triangular cavity）であるＷＯ０３／１０１７４１に記載のインク入口マニホールドの同様の流速分布マップおよびグラフを示す（図７および図８の場合と同様、図９および図１０では、マニホールドの半分だけがモデル化されており、残りの半分は、原点で垂直面において反転される）。二組の結果を比較すると、すなわち、図７および図８で示されるような本発明のマニホールドによって生成されるものと、図９および図１０で示される従来技術のマニホールドによって生成されるものとを比較すると、本発明のマニホールドは、正面から背面までが実質的により短くなっているにもかかわらず、ＷＯ０３／１０１７４１に記載のマニホールドよりも、流速／圧力についてより均一な分布を達成することが容易にわかる。

したがって、本発明は、噴射位置のアレイの全長に渡って実質的に等しい圧力および流速で、噴射位置の配列における噴射位置３１７のそれぞれにインクを供給することができ、また、噴射位置からの余剰インクを受け取ることができるマニホールド４０７，４０９およびプリントヘッド２０１をもたらす。さらに、マニホールドと、それによって、プリントヘッドは、従来のマニホールドを使用する周知のプリントヘッドよりも、物理的に正面から背面までをより小さくすることができる。

変形例
上記実施形態では、三つのマニホールドチャンネル、すなわち、後方、中間、および前方マニホールドチャンネル７１１，７１３，７０９が、インク供給チャンネル７０５およびプリズムチャンネル４０１の間に配列されるが、当業者は、マニホールドの一定の圧力／流速特性を得るために、任意の数の中間マニホールドチャンネル、あるいは、代替的に、中間チャンネルを全く用いずに本発明おいて利用されうることを容易に理解するであろう。

例えば、本実施形態で説明したように一つの中間チャンネル７０３を利用するよりもむしろ、用途によっては、後方横断チャンネルおよび前方横断チャンネルが分離領域７１５を通る一列の通路７１７のみによって分離されるように、これは省略されてもよい。

後方横断チャンネル７１１および前方横断チャンネル７０９が、必要とされる実質的に平行な配置に適合し、かつ、それらの間の分離領域を通る通路７１７，７１９によって与えられる、中間チャンネルのそれぞれの間に流れるインクに対する抵抗と比較して、それらの長さ方向に沿った横方向のインクの流れに同一の低い抵抗を提供するという条件で、代替的に、一つ以上中間横断チャンネル７１３が、後方横断チャンネル７１１および前方横断チャンネル７０９の間に供給されうる。

当業者はまた、マニホールドチャンネル７１１，７１３，７０９を互いに分離させる分離領域７１５を通る通路７１７，７１９の幅、深さ、長さ、間隔、および配置に関するバリエーションは、変更されてもよく、インクの流れに対する適切な制限（すなわち、チャンネルの長さ方向に沿って横方向に単純に流れるインクの流量制限よりも、通路７１７，７１９を介した個別の分離チャンネル７０９，７１１，７１３の間を通過するインクに対するより大きい流量制限）を示すならば、依然として本発明の範囲内にあることを、理解するであろう。通路７１７，７１９の代替的な配置の例は、図に示される。具体的に、図５は、個別の横断チャンネルのそれぞれの間の通路７１７，７１９が、隣接領域におけるそれらに対してずらして配置されているマニホールドを示し、図７は、位置合わせされた通路７１７，７１９が示されている。さらに、当業者は、横断チャンネルおよび通路間の連結通路のサイジングおよび形状が、これらチャンネルおよび通路のそれぞれに、その中の液体／インクの流れに対する特定の制限を与えることを理解するであろう。したがって、連結通路が、横断チャンネルに与えるよりも、それを通って通過するインクに対してより大きな流量制限を与える限り、本発明は、チャンネルおよび連結通路の任意の形状またはサイジングを含むことを、当業者は理解するであろう。

さらに、横断チャンネルに沿った流量制限に比べ、流れに対してより高い制限をあたえる通路７１７，７１９によってのみ、互いが連結されている状態である限り、入口チャンネル７０５、後方横断チャンネル７１３、中間横断チャンネル７１１、および前方横断チャンネル７０９の寸法は、本発明の範囲から逸脱せずに変更することができることを、当業者は理解するであろう。

図２は、本発明のインクマニホールド（入口または出口のいずれか）が採用されうる典型的なプリントヘッドを示すが、プリントヘッドがインクマニホールド（入口または出口のいずれか）にインクを供給でき、インクマニホールド（入口または出口のいずれか）からインクを受け取ることができる限り、インクマニホールド（入口または出口のいずれか）は、多種多様の他のプリントヘッドに用いることができることを、当業者は、容易に理解するだろう。このような場合に、エジェクタアレイの全幅に渡って均一の圧力でインクを供給する本発明のマニホールドにより与えられる利益は、（その使用を入口マニホールドとして考慮しようが、出口マニホールドとして考慮しようが）理解される。従来のものよりも、前方から後方まで（噴射位置から噴射位置の反対側のプリントヘッドの側面までを計測したとき）が狭いプリントヘッドを利用することを可能にする本発明のさらなる効果が典型的に実現するかどうかは、マニホールドと共に使用される特定のプリントヘッドの構造に依存する。さらに、図２のプリントヘッドは静電インクジェットプリントヘッドであるが、当業者は、上述した流入および流出マニホールドは、いかなる種類のインクジェットプリントヘッドと一緒に用いることができることを理解するであろう。

ＷＯ９３／１１８６６号公報 ＷＯ０３／１０１７４１号公報

Claims (15)

1. インクのサプライと流体連結する入口ポート（７０３）またはインクのシンクと流体連結する出口ポートであるポートと、
   幅方向より長さ方向においてより長い、実質的に平面的な本体（２０３，２０４）と、
   を備え、
   前記本体は、その表面に形成された第１の横断チャンネル（７０９）および前記第１の横断チャンネルに隣接する第２の横断チャンネル（７１３）を有し、
   前記第１の横断チャンネルは、前記第１の横断チャンネルの長さ方向に沿って、前記プリントヘッドの噴射位置（３１７）に直接接続し、前記本体（２０３，２０４）の長さ方向に対して実質的に平行に延び、
   前記第２の横断チャンネル（７１３）は、前記本体（２０３，２０４）の長さ方向に対して実質的に平行に延び、かつ前記ポートに流体連結し、かつ前記ポートと前記第１の横断チャンネルとの間に配置され、それによって前記ポートと前記第１の横断チャンネルとの間でインクが流れるようにし、
   前記第２の横断チャンネルは、噴射位置（３１７）に直接接続されておらず、
   ２つ以上の連結通路（７１９）を含む連結通路（７１９）の第１セットは、前記第１の横断チャンネル（７０９）および前記第２の横断チャンネル（７１３）の間に配置されて、それらの間にインクが流れるように機能し、
   前記連結通路（７１９）の第１セットのそれぞれは、前記第１の横断チャンネル（７０９）および前記第２の横断チャンネル（７１３）のそれぞれの長さ方向に沿ったインクの流れに対する制限よりも、前記第１の横断チャンネル（７０９）および前記第２の横断チャンネル（７１３）の間に流れ込むインクに対してより大きな流量制限を提供し、その結果、前記第１の横断チャンネル（７０９）内のインクの圧力分布が、前記チャンネルの長さ方向に沿って実質的に均一になるような大きさである、
   インクジェットプリントヘッド用のインクマニホールド。
2. 前記本体（２０３，２０４）の長さ方向に対して実質的に平行に延び、前記第２の横断チャンネル（７１３）および前記ポートの間で、２つ以上の付加的な連結通路（７１７）を含む連結通路（７１７）の第２セットを介して連結される、少なくとも一つの第３の横断チャンネル（７１１）をさらに備え、
   そこで、前記第２の横断チャンネルは、前記少なくとも一つの第３の横断チャンネルを介して前記ポートと流体連結されている、
   請求項１に記載のインクマニホールド。
3. 一つ以上の前記連結通路（７１７，７１９）の第１セットは、は、隣接する一対のチャンネル（７０９，７１１，７１３）を連結する連結通路（７１７，７１９）の第２セットに対してオフセットしている、
   請求項２に記載のインクマニホールド。
4. 各チャンネルは、それが形成される前記本体（２０３，２０４）の表面から計測したとき、１〜２ｍｍの深さを有する、
   請求項１から３のいずれかに記載のインクマニホールド。
5. 各チャンネルは、実質的に２〜４ｍｍの幅および実質的に１００〜１１０ｍｍの間の長さを有する、
   請求項１から４のいずれかに記載のインクマニホールド。
6. 前記二つ以上の連結通路（７１７，７１９）のそれぞれは、それが形成される前記本体（２０３，２０４）の表面から計測したとき、０．５ｍｍの深さを有する、
   請求項１から５のいずれかに記載のインクマニホールド。
7. 前記二つ以上の連結通路（７１７，７１９）のそれぞれは、前記チャンネルの長さ方向に対して実質的に平行に計測されたとき、２〜１０ｍｍの長さ、および、１〜３ｍｍの幅を有し、
   前記幅は、前記通路が連結する隣接チャンネル間の距離である、
   請求項１から６のいずれかに記載のインクマニホールド。
8. 前記本体（２０３，２０４）は、
   約９ｍｍ〜１１ｍｍの厚みと、
   前記噴射位置（３１７）から、反対側までを計測したとき、約３０ｍｍの幅寸法と、
   前記本体の前記側面に沿って計測したとき、約１１０ｍｍ〜１７０ｍｍの長さ寸法と、
   を有し、
   前記噴射位置（３１７）は前記側面に沿って配列される、
   請求項１に記載のインクマニホールド。
9. 前記マニホールドは、前記第１横断チャンネル（７０９）を介して、前記第２の横断チャンネル（７１３）から前記噴射位置（３１７）にインクを流す、
   請求項８に記載のインクマニホールド。
10. 前記マニホールドは、前記第１横断チャンネル（７０９）を介して、前記噴射位置（３１７）から前記第２の横断チャンネル（７１３）にインクを流す、
    請求項８に記載のインクマニホールド。
11. インクを供給するための入口を有するハウジングと、
    インクの液滴を噴射するための噴射位置のアレイ（３１７）と、
    前記入口から前記噴射位置（３１７）にインクを通すためのインク供給経路と、
    を備え、
    前記インク供給経路は、
    請求項１から９のいずれかに記載のインクマニホールド
    を備え、
    前記第２の横断チャンネル（７１３）は、インクを供給するための前記入口からインクを受け取るように機能する、
    静電プリントヘッド。
12. インクを除去するための出口を有するハウジングと、
    インクの液滴を噴射するための噴射位置（３１７）のアレイと、
    前記噴射位置（３１７）から前記インク出口にインクを通すためのインク除去経路と、
    を備え、
    前記インク除去経路は、
    請求項１から８および１０のいずれかに記載のインクマニホールド
    を備え、
    前記第２の横断チャンネル（７１３）は、前記第１の横断チャンネル（７０９）からのインクを受け取り、前記出口に対してインクを供給するように機能する、
    静電プリントヘッド。
13. インクをそれぞれ供給および除去するための入口および出口を有するハウジングと、
    インクの液滴を噴射するための噴射位置（７１３）のアレイと、
    前記入口から前記噴射位置（３１７）にインクを通すためのインク供給経路と、
    前記噴射位置（３１７）から前記インク出口にインクを通すためのインク除去経路と、
    を備え、
    前記インク供給経路は、
    請求項１から９のいずれかに記載のインクマニホールド
    を備え、
    前記第２の横断チャンネル（７１３）は、インクを供給するための前記入口からインクを受け取るように機能し、
    前記インク除去経路は、
    請求項１から８および１０のいずれかに記載のインクマニホールド
    を備え、
    前記第２の横断チャンネル（７１３）は、前記第１の横断チャンネル（７０９）からのインクを受け取り、前記出口に対してインクを供給するように機能する、
    静電プリントヘッド。
14. 前記プリントヘッドは、
    前記プリントヘッドの上面から下面を計測したとき、約２０ｍｍの厚みと、
    前記噴射位置（３１７）から、前記噴射位置（３１７）の反対側にある前記プリントヘッドの背面までを計測したとき、約４６ｍｍの幅寸法と、
    前記噴射位置（３１７）が沿って配列される前記プリントヘッドの前記側面に沿って計測したとき、１４８ｍｍの長さ寸法と、
    を有する、
    請求項１１または１２に記載の静電プリントヘッド。
15. インクジェットプリントヘッドと共に用いるための方法であって、
    請求項１から９のいずれか一つに記載のインクマニホールドにインクを供給するステップであって、前記第２の横断チャンネルは、インクを供給するための前記入口からインクを受け取る、ステップと、
    請求項１から８および１０のいずれか一つに記載のインクマニホールドからインクを受け取るステップであって、前記第２の横断チャンネルが、前記第１の横断チャンネルからのインクを受け取り、前記出口に対してインクを供給するよう機能する、ステップ
    のいずれかを備える、
    方法。

Images