JP7397846B2 - 液滴吐出ヘッドおよびそのためのマニホールド構成要素 - Google Patents

Description

本発明は、液滴吐出ヘッドのためのマニホールド構成要素に関する。インクジェットプリントヘッドなどのプリントヘッドにおいて特に有益な用途が見出される可能性がある。

液滴吐出ヘッドは、インクジェット印刷などのより従来的な用途、もしくは３Ｄ印刷、または他のラピッドプロトタイピング技術かを問わず、現在広く使用されている。

近年、高い信頼性およびスループットでインクをセラミックタイルに直接堆積させることができるインクジェットプリントヘッドが開発されている。これは、タイル上のパターンが顧客の正確な仕様になるようにカスタマイズされることを可能にし、全てのタイルを在庫する必要性を低減することも可能にする。

他の用途では、液滴吐出ヘッドは、フラットスクリーンテレビの製造で使用されるＬＣＤまたはＯＬＥＤディスプレイにおける色フィルタなどの素子を形成するために使用され得る。

液滴吐出ヘッドおよびそれらの構成要素は、新しい、かつ／またはますます困難な用途に適するように、進化および特殊化し続けている。

本発明の態様を添付の独立請求項に記載し、本発明の特定の実施形態を添付の従属請求項に記載する。

以下の開示は、一態様では、液滴吐出ヘッドのためのマニホールド構成要素であって、マニホールド構成要素が、
流体チャンバの１つ以上の列を提供する少なくとも１つのアクチュエータ構成要素を受容するための装着部であって、各チャンバが、少なくとも１つのそれぞれの作動素子、および少なくとも１つのそれぞれのノズル、を備え、各少なくとも１つの作動素子が、そのノズルのうちの対応する少なくとも１つを通ってその吐出方向に流体の液滴を吐出するように作動可能であり、各列が、列方向に延在する、装着部と、
第１の端部から第２の端部まで延在する入口マニホールドチャンバであって、第２の端部が、流体チャンバのその１つ以上の列内のチャンバの少なくとも１つのグループへの流体接続を並列に提供し、その装着部に隣接して位置する、入口マニホールドチャンバと、
少なくとも１つの入口ポートであって、各入口ポートが、入口マニホールドチャンバ内にその第１の端部で開口している、少なくとも１つの入口ポートと、
入口マニホールドチャンバ内に配置された複数の流体ガイドであって、各流体ガイドが、それぞれの第１の端部からそれぞれの第２の端部まで延在しており、その流体ガイドのうちの少なくともいくつかの第１の端部が、入口マニホールドチャンバの第１の端部に隣接して位置しており、その流体ガイドのうちの少なくともいくつかの第２の端部が、入口マニホールドチャンバの第２の端部に隣接して位置している、複数の流体ガイドと、を含み、
流体ガイドが、入口マニホールドチャンバの第１の端部から第２の端部に向かって進行するにつれて分岐しており、それによって、流体ガイドが、入口マニホールドチャンバの第１の端部から第２の端部へ流れる流体を、その第２の端部の列方向に、その幅にわたって分配させる、マニホールド構成要素を記載する。

ここで、図面を参照して本発明を説明する。図面は、描写のためだけであり、縮尺どおりではない。

図１Ａは、本開示の第１の実施形態によるマニホールド構成要素の断面図である。 図１Ｂは、図１Ａに示されるマニホールド構成要素の端面図である。 図２Ａは、別の実施形態によるマニホールド構成要素の断面図であり、ここで、マニホールドチャンバの幅は、実質的に一定である。 図２Ｂは、図２Ａに示されるマニホールド構成要素の端面図である。 図３Ａは、複数の流体ガイドによって画定される流体通路の階層配置を有する、別の実施形態によるマニホールド構成要素である。 図３Ｂは、複数の流体ガイドによって画定される流体通路の異なる階層配置を有する、図３Ａと同様のマニホールド構成要素である。 図４Ａは、ある時点における段階での第１の試験設計によるマニホールド構成要素における流体経路である。 図４Ｂは、図４Ａの段階と同じ時点での、別の実施形態によるマニホールド構成要素における流体経路である。 図５Ａは、試験マニホールド構成要素内部の流体経路の斜視図である。 図５Ｂは、図５Ａによる試験マニホールド構成要素のプライミング（すなわち、流体で充填）中のいくつかの時間間隔で計算された流体および空気の位置の一連の図である。 図６Ａは、別の実施形態による、マニホールド構成要素内部の流体経路の斜視図である。 図６Ｂは、図６Ａによるマニホールド構成要素のプライミング中のいくつかの時間間隔で計算された流体および空気の位置の一連の図である。 図７は、計算されたプライミングプロセス中のいくつかの時点における、図３の実施形態に類似した実施形態による入口マニホールドチャンバの断面図の一連の図である。

本開示の実施形態は、概して、液滴吐出ヘッドのためのマニホールド構成要素に関する。

まず図１を参照すると、第１の例示的な実施形態によるマニホールド構成要素５０が示されている。より具体的には、図１Ａおよび図１Ｂはそれぞれ、マニホールド構成要素５０の断面図および端面図である。

図面から明らかであるように、マニホールド構成要素５０は、流体チャンバの１つ以上の列を提供するアクチュエータ構成要素１５０を受容するための装着部８０を有する。

かかるチャンバの各々は、少なくとも１つの作動素子（例えば、圧電もしくは他の電気機械式作動素子、または熱作動素子）と、少なくとも１つのノズルと、を備える。各チャンバの作動素子（複数可）は、吐出方向５０５（図１Ａの矢印５０５で示される）において、そのチャンバのノズル（複数可）を通して流体の液滴を吐出するように作動可能である。さらに、流体チャンバの列の各々は、図１Ａおよび図１Ｂのそれぞれの矢印で示される列方向５００に延在する。

図１Ａに最も明確に示されるように、アクチュエータ構成要素１５０は、マニホールド構成要素５０を含む液滴吐出ヘッドを作製するための組立てプロセスの一部として、マニホールド構成要素５０の装着部８０に（例えば、接着剤を使用して）取り付けられ得る。

図１Ａおよび図１Ｂの特定の例示的な実施形態では、装着部８０は、平坦な受容面である。しかしながら、これは決して必須ではなく、他の実施形態では、装着部８０は、装着面、接続要素、および／または受容部分（例えば、ねじまたはピンの受容用）のより複雑な配置を有し得る。加えて、または代わりに、装着部８０は、アクチュエータ構成要素１５０が、接着剤に加えて（または接着剤の代わりに）押しばめまたは滑動ばめを使用して取り付けられるように構成され得る。

再び図１Ａを参照すると、入口マニホールドチャンバ５５がマニホールド構成要素５０内に設けられていることが明白である。図示されるように、この入口マニホールドチャンバ５５は、第１の端部５１から第２の端部５２まで延在しており、第２の端部５２は、アクチュエータ構成要素１５０内の流体チャンバの１つ以上の列（またはそのようなチャンバのグループ）のチャンバへの流体接続を並列に提供する。さらに図１Ａから、マニホールドの第２の端部５２は、アクチュエータ構成要素１５０の装着部８０に隣接して位置されていることが明白である。

同様に図１から見ることができるように、マニホールド構成要素５０は、入口ポート１２０をさらに含み、入口ポート１２０は、第１の端部５１で入口マニホールドチャンバ５５内に開口しており、それにより、動作中にその中に流体が供給される。

図１Ａから見ることができるように、入口マニホールドチャンバ５５は、入口マニホールドチャンバ５５内に配置された複数の流体ガイド７０（ｉ～ｉｉ）を特に有する。このような流体ガイド７０（ｉ～ｉｉ）の各々は、それぞれの第１の端部からそれぞれの第２の端部まで延在する。明らかであるように、図１Ａおよび図１Ｂに示す特定の実施形態では、全ての流体ガイド７０（ｉ～ｉｉ）のそれぞれの第１の端部は、入口マニホールドチャンバ５５の第１の端部５１に隣接して位置される一方で、流体ガイドの全ての第２の端部は、入口マニホールドチャンバ５５の第２の端部５２に隣接して位置される。しかしながら、これは必須ではなく、図３Ａ、図３Ｂおよび図７を参照して以下に記載されるように、例えば、その他の実施形態では、流体ガイドのうちのいくつかの第１の端部のみが、入口マニホールドチャンバの第１の端部に隣接して位置されてもよく、および／または流体ガイドのうちのいくつかの第２の端部のみが、入口マニホールドチャンバの第２の端部に隣接して位置されてもよい。

また図１Ａから見ることができるように、流体ガイド７０（ｉ～ｉｉ）は、入口マニホールドチャンバの第１の端部５１からその第２の端部５２に向かって進行するにつれて分岐し、その結果、それらのそれぞれの第１の端部は、それらのそれぞれの第２の端部よりも列方向５００において互いにより近くに間隔を置いて配置されている。それによって、流体ガイドは、第１の端部５１から第２の端部５２に流れる流体を、第２の端部５２の列方向５００における幅にわたって分配させる。

図１Ａからさらに明らかであるように、入口マニホールドチャンバの列方向５００の幅は、その第１の端部５１からその第２の端部５２まで徐々に増加しており、その結果、第２の端部５２は、列方向５００において、その第１の端部５１よりも実質的に広い。例えば、いくつかの実装形態では、第１の端部５１の幅は、第２の端部５２の幅の２２％であってもよい。他の実装形態では、第１の端部５１の幅は、第２の端部５２の幅の６％であってもよい。他の実装形態では、第１の端部５１の幅は、第２の端部５２の幅の６％～２２％の範囲内に収まり得る。こうした形状は、いくつかの実施形態では、流体がマニホールドチャンバ５５を通ってその第１の端部５１からその第２の端部５２へと流れるときに、流体のファンアウトを助けることができ、および／または閉じ込められた空気の空隙が形成される可能性を低減することができる。

図１Ａによって示されるように、各流体ガイド７０（ｉ～ｉｉ）は、それぞれの流体方向ベーンを含んでいてもよい。こうしたベーンは、動作中、マニホールドチャンバの第１の端部５１からその第２の端部５２に流れる流体が、第２の端部５２の幅にわたって、列方向５００に分配されるように、（例えば、それらの形状および／または角度付けによって）構成することが容易である。各ベーンは、例えば、ベーンが、ベーンの両側上に配置される、マニホールドチャンバ内の２つの別個の流体通路を画定するように、マニホールドチャンバ５５の一方の側から反対側に延在し得る。しかしながら、各ベーンがマニホールドチャンバ５５の一方の側から他方の側へ経路全体を延在させることは必須ではなく、他の実施形態では、各ベーン（またはベーンのグループ）は、マニホールドチャンバ５５を部分的にのみ横切って延在していてもよい。

さらに、各流体ガイド７０（ｉ～ｉｉ）がそれぞれの流体方向ベーンを含むことは必須ではなく、他の実施形態では、流体ガイドの他の形状および設計を採用することができる。例えば、他の実施形態では、ベーンの代わりに（またはベーンに加えて）、各流体ガイドは、入口マニホールドチャンバ５５の内部表面に溝、および／または突起もしくは障害物の直線アレイ（例えば、ポスト、支柱、円柱、マウンド、くぼみなどの直線アレイ）を含み得る。

発明者らは、本明細書に記載の様式における入口マニホールドチャンバ５５内の流体ガイド７０（ｉ～ｉｉ）の使用が、動作開始時（例えば、プリントヘッドとして構成される液滴吐出ヘッドで使用するためのマニホールド構成要素の場合、印刷前）に、流体でのマニホールド構成要素５５のプライミングを支援することができると考える。プライミングは、流体がなく、かつ空気で満たされた液滴吐出ヘッドが、流体を入口ポート１２０を通して入口マニホールドチャンバ５５に導入することによって徐々に流体で満たされる動作である。複数の流体ガイド７０（ｉ～ｉｉ）は、そのような流体がマニホールドチャンバ５５を通ってその第１の端部５１からその第２の端部５２へと進行する様式に起因して、閉じ込められた空気の空隙が形成される可能性を低減するように、そのような流体を方向付けることができる。

図１Ａおよび図１Ｂに示す特定の実施形態では、マニホールド構成要素５０は、２つの流体ガイド７０（ｉ～ｉｉ）のみを含むが、他の実施形態では、図２、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ｂおよび図７の実施形態にあるように、より多くの数の流体ガイドが採用され得ることが理解されるべきである。

それらの特定の数に関わらず、流体ガイド７０（ｉ～ｉｉ）は、いくつかの実施形態では、入口マニホールドチャンバ５５内の流体流を方向付けて成形してもよく、その結果、プライミング時に、内部の流体は、主に平坦な前方として、入口マニホールドチャンバ５５の第２の端部５２に到達することができる。流体ガイドのこのような配置は、図７を参照して以下に詳細に記載される。

もう一度図１Ａを参照すると、示される特定のマニホールド構成要素５０は、２つの部品、すなわち第１のマニホールド部品１００および第２のマニホールド部品２００を含むことが明らかである。明らかであるように、第１のマニホールド部品１００は、複数の流体ガイドを提供するが、第２のマニホールド部品２００は、アクチュエータ構成要素１５０のための装着部８０を提供する（また、流体ガイド７０（ｉ～ｉｉ）のいずれも提供しない）。しかしながら、マニホールドチャンバ５５は、マニホールド構成要素５０の両部品１００、２００によって提供される（例えば、流体ガイドがマニホールドチャンバ５５の長さの大部分を吐出方向５０５に延在することができるように、第１のマニホールド部品１００によってさらに提供される）。

マニホールド構成要素が、そのような第１および第２のマニホールド部品１００、２００を含む場合によっては、異なる、具体的に選択された材料および／または製造技術が、各部品に対して使用され得る。考えられる結果は、マニホールド構成要素５０が、製造／組立てが容易であり、一方で同時に動作寿命が長い場合があることである。

一実施例として、第１のマニホールド部品１００は、複雑な形状に形成され得る、例えば、樹脂、熱硬化性プラスチック、プラスチック／繊維複合材料などの材料から作製され得る。これは、場合によっては、流体ガイド７０のための適切に正確な形状を画定することを助け得る。

対照的に、第２のマニホールド部品２００は、アクチュエータ構成要素１５０と類似した熱特性（例えば、熱膨張の類似した係数）を有する材料（いくつかの実施形態では、主にシリコンまたはピエゾセラミック材料から製造されてもよい）から形成されてもよい。これは、場合によっては、組立てまたは動作中にアクチュエータ構成要素１５０に誘発される応力を低減し得る。

それにもかかわらず、マニホールド構成要素が２つの部品を含むことは、決して必須ではないことが理解されるべきである。他の実施形態では、マニホールド構成要素は、単一の一体的に形成された構成要素であってもよく、またさらに他の実施形態では、マニホールド構成要素は、複数の部品を含み得、例えば、異なる、具体的に選択された材料および／または製造技術が、各そのような部品に使用される。

再び図１Ａを参照すると、示される特定の実施形態では、マニホールドチャンバ５５は、流体ガイドを含まない第１の部分２０（１）、流体ガイド７０（ｉ～ｉｉ）が位置される第２の部分３０、およびやはり流体ガイドを含まない第３の部分２０（２）を含むことが明らかである。当然のことながら、第１および第３の部分２０（１）、２０（２）は、第２の部分３０よりも著しく小さい（吐出方向５０５において）ため、それでもなお、流体ガイド７０（ｉ～ｉｉ）の第１の端部は、マニホールドチャンバ５５の第１の端部５１に隣接していると考えられ得、第２の端部は、同様に第２の端部５２に隣接していると考えられ得る。

さらに、図１Ａおよび図１Ｂに示す特定の例示的な実施形態では、装着部８０は、１つのアクチュエータ構成要素のみを受容するように構成されているが、他の実施形態では、２つ、３つ、４つ、または任意の適切な数のアクチュエータ構成要素を受容するように構成され得ることが理解されるべきである。

ここで、別の実施形態によるマニホールド構成要素２５０を示す図２に注目する。より具体的には、図２Ａおよび図２Ｂはそれぞれ、マニホールド構成要素２５０の断面図および端面図を示している。図２に示される実施形態は、多くの点において、図１に見られるものと同様であり、ひいては、必要に応じて、同様の参照番号が使用されている。

図２Ａから見ることができるように、図１に示す実施形態とは対照的に、図２のマニホールド構成要素２５０の入口マニホールドチャンバ５５は、列方向５００においてほぼ一定の幅を有しており、したがって、図２Ａにおいて長方形の断面形状を有するものとして示されている。明らかであるように、流体ガイド７０（ｉ～ｖｉｉ）は、それに応じて、図１のマニホールド構成要素の形状とはいくらか異なる形状を有する。

さらに、図１Ａおよび図１Ｂに示す実施形態と同様に、図２Ａおよび図２Ｂのマニホールド構成要素の全ての流体ガイド７０（ｉ～ｖｉｉ）のそれぞれの第１の端部は、入口マニホールドチャンバ５５の第１の端部５１に隣接して位置されており、より中央の流体ガイド７０（ｉｉ～ｖｉ）の第２の端部は、入口マニホールドチャンバ５５の第２の端部５２に隣接して位置されている。列方向５００の最も外側の流体ガイド７０（ｉ）および７０（ｖｉｉ）は、入口マニホールドチャンバ５５の第２の端部５２から間隔を置いたそれらのそれぞれの第２の端部を有する。簡単に言うと、最も外側の流体ガイド７０（ｉ）および７０（ｖｉｉ）は、より中央の流体ガイド７０（ｉｉ～ｖｉ）よりも吐出方向５０５が短い。

図１に示す実施形態に関して、図２のマニホールド構成要素２５０は、流体ガイドを含まないマニホールドチャンバ５５の第１の端部５１に近接した一部分２０（１）を有する。次に、部分２０（１）と、複数の流体ガイド７０（ｉ～ｖｉｉ）を含む第２の端部５２との間に位置付けられた一部分３０が存在する。マニホールド構成要素２５０には、マニホールドチャンバ５５の部分３０を列方向５００の８つの流体通路３０（ｉ～ｖｉｉｉ）に分割する７つの流体ガイド７０（ｉ～ｖｉｉ）があり、すなわち、複数の流体ガイド７０（ｉ～ｖｉｉ）は、流体通路３０（ｉ～ｖｉｉｉ）の少なくとも１つの並列アレイを画定し、各流体ガイドは、１つのそのようなアレイ内の隣接する流体通路を分離する。

図１および図２の入口ポートは、吐出方向５０５に関して、マニホールド構成要素５０の装着部８０に対して反対側の端部に位置されることが留意され得る。しかしながら、これは決して必須ではなく、他の実施形態では、入口ポートは代わりに、吐出方向５０５に対してマニホールド構成要素５０の側面上に提供され得る。

ここで図３Ａを参照すると、さらなる実施形態によるマニホールド構成要素３５０が示されている。より具体的には、図３Ａは、このマニホールド構成要素３５０のマニホールドチャンバ５５を通る断面を示しており、それによりマニホールドチャンバ５５内の流体経路を示している。図３Ａから見ることができるように、マニホールド構成要素３５０は、流体通路のいくつかの階層アレイを画定するようにそのように配置された複数の流体ガイド７０（ｉ～ｉｉ）、７１（ｉ～ｉｉｉ）および７２（ｉ～ｖｉ）を含む。

より詳細には、図３Ａから見ることができるように、マニホールド構成要素３５０内に画定される流体通路３０（１）（ｉ～ｉｉｉ）、３０（２）（ｉ～ｖｉ）、および３０（３）（ｉ～ｘｉｉ）の複数の並列アレイは、入口マニホールドチャンバ５５の第１の端部５１に隣接する流体通路３０（１）（ｉ～ｉｉｉ）の初期アレイと、入口マニホールドチャンバ５５の第２の端部５２に隣接する流体通路３０（３）（ｉ～ｘｉｉ）の最終アレイと、を含む。

明らかであるように、アレイ３０（１）（ｉ～ｉｉｉ）、３０（２）（ｉ～ｖｉ）、および３０（３）（ｉ～ｘｉｉ）は、入口マニホールドチャンバ５５の第１の端部５１から第２の端部５２まで連続的に配置されており、各アレイの流体通路の数は、初期アレイ３０（１）（ｉ～ｉｉｉ）から最終アレイ３０（３）（ｉ～ｘｉｉ）まで徐々に増加する。例えば、図３Ａに示す特定の実施形態では、流体通路３０（１）（ｉ～ｉｉｉ）の初期アレイは、３個の流体通路を含み、流体通路３０（２）（ｉ～ｖｉ）の連続的な（第２の）アレイは、６個の流体通路を含み、流体通路３０（３）（ｉ～ｘｉｉ）の最終アレイは、１２個の流体通路を含む。

こうした配置は、逆に、入口ポート１２０が位置するマニホールドチャンバ５５の第１の端部５１に向かって減少する数の流体通路を提供するものとしてみなされ得る。これは、入口ポート１２０の近傍のマニホールドチャンバ５５を通る流体の流れを補助し得る。さらに、図１Ａ、図１Ｂおよび図３Ａに示されるような実施形態では、列方向５００のマニホールドチャンバの幅が、その第１の端部５１からその第２の端部５２まで増加する（例えば、徐々に増加する）場合、このような流体通路の配置は、マニホールドチャンバの第１の端部５１の狭い範囲を適切に引き起こし、さらに、入口ポート１２０の近傍のマニホールドチャンバ５５を通る流体の流れを補助し得る。

こうした配置は、マニホールドチャンバ５５が比較的広い場合、例えば、その第２の端部５２における列方向５００のその範囲が、吐出方向５０５のその範囲よりも大きい場合、特に適切である（しかし、決して排他的に適切ではない）と考えられる。

もう一度図３Ａを参照すると、図示した階層配置において、アレイ３０（１）（ｉ～ｉｉｉ）、３０（２）（ｉ～ｖｉ）、および３０（３）（ｉ～ｘｉｉ）のうちの所与の１つの流体通路が、マニホールドチャンバ５５の第２の端部５２に近い連続するアレイの（少なくとも）２つの流体通路に流体接続されていることが明らかである。

ここで、流体通路のアレイを画定する流体ガイド７０（ｉ～ｉｉ）、７１（ｉ～ｉｉｉ）、および７２（ｉ～ｖｉ）の配置を考慮すると、流体ガイド７０（ｉ～ｉｉ）の第１のグループのみが、入口マニホールドチャンバ５５の第１の端部５１および第２の端部５２に隣接してそれぞれ位置するそれらのそれぞれの第１および第２の端部を有することに留意されたい。対照的に、流体ガイド７１（ｉ～ｉｉｉ）および７２（ｉ～ｖｉ）の第２のグループは、入口マニホールドチャンバ５５の第１の端部５１から間隔を置いたそれらのそれぞれの第１の端部を有するが、それらのそれぞれの第２の端部は、マニホールドチャンバの第２の端部５２に隣接して位置される。簡単に言うと、第２のグループ７１（ｉ～ｉｉｉ）および第７２（ｉ～ｖｉ）の流体ガイドは、第１のグループ７０（ｉ～ｉｉ）のものよりも吐出方向５０５において短い。

また、示される特定の実施形態では、流体ガイド７１（ｉ～ｉｉｉ）および７２（ｉ～ｖｉ）の第２のグループは、流体ガイドの２つのサブセットを含み、各サブセットの流体ガイドの第１の端部は、入口マニホールドチャンバ５５の第１の端部５１から対応する距離だけ間隔を置いていることに留意され得る。図示されるように、サブセット７１（ｉ～ｉｉｉ）の流体ガイドのそれぞれの第１の端部は、サブセット７２（ｉ～ｖｉ）の流体ガイドのそれぞれの第１の端部よりも小さい距離だけ入口マニホールドチャンバ５５の第１の端部５１から離間している。

ここで図３Ｂを参照すると、さらに別の実施形態によるマニホールド構成要素３５０’が示されている。より具体的には、図３Ｂは、マニホールド構成要素３５０’のマニホールドチャンバ５５を通る断面を示しており、それによりマニホールドチャンバ５５内の流体経路を示している。図３Ｂのマニホールド構成要素３５０’は、図３Ａの実施形態のものと類似した流体通路の階層配置を有する。しかしながら、図３Ｂのマニホールド構成要素において、特定の流体ガイドは、図３Ａの場合のような単一のベーンではなく、複数の、密接に間隔を置いた、整列した細長いベーンを含む。一実施例として、示される特定の実施形態では、流体ガイド７０（ｉ、ｉｉ）は各々、一連の３つの密接に間隔を置いて整列した細長いベーン７０（ｉ、ｉｉ）（ａ～ｃ）を含む。同様に、流体ガイド７１（ｉ～ｉｉｉ）は各々、密接に間隔を置いて整列した一連の２つの細長いベーン７１（ｉ～ｉｉｉ）（ａ～ｂ）を含む。

当然のことながら、場合によっては（例えば、適切な間隔、整列、および／または形状の結果として）、このような一連のベーンは、単一のベーンのみを含む、図３Ａに示した流体ガイド７０（ｉ、ｉｉ）および７１（ｉ～ｉｉｉ）と、流体流に対する概してほぼ同じ全体的な効果を有し得る。

ここで、第１の比較例によるマニホールド構成要素１０、およびさらなる実施形態によるマニホールド構成要素４５０の断面図をそれぞれ示す図４Ａおよび図４Ｂに注目する。両方の図は、プライミングプロセスの一部として、それらのそれぞれの入口ポートを介してマニホールド構成要素１０、４５０に流体を導入した後、同じインスタンスで得られる。図４Ａおよび図４Ｂから見ることができるように、両方の場合において、流体は、マニホールドチャンバ５５の第２の端部５２にまだ到達していない。図４Ａおよび図４Ｂに示すマニホールド構成要素１０、４５０は、上述の実施形態といくつかの特徴を共有し、したがって、適切な場合、同様の参照番号が用いられている。

図４Ａおよび図４Ｂの比較から明らかであるように、比較例によるマニホールド構成要素１０は、図４Ｂの実施形態のものとほぼ同じ形状のマニホールドチャンバ５５を有し、マニホールド構成要素１０、４５０は、図４Ｂに示すマニホールド構成要素４５０がそのマニホールドチャンバ５５内に複数の流体ガイド７０（ｉ～ｖｉｉ）を含む一方で、図４Ａに示す比較例のマニホールド構成要素１０はそうではないという点でのみ異なる。入口マニホールドチャンバの第１の端部５１からその第２の端部５２に向かって進行するにつれて、マニホールド構成要素４５０の流体ガイド７０（ｉ～ｖｉｉ）が分岐し、その結果、それらのそれぞれの第１の端部がそれらのそれぞれの第２の端部よりもより間隔が狭くなっていることが、図４Ｂから見ることができる。また、流体通路３０（ｉ～ｖｉｉｉ）が同一でないように、流体ガイド７０（ｉ～ｉｉ）がそれらのそれぞれの第１および第２の端部で等しく離間していないことを見ることができる。

流体ガイド７０（ｉ～ｖｉｉ）の効果は、流体ガイドが、図４Ｂのマニホールドチャンバにおいて流体前方が実質的に平坦になるように、マニホールドチャンバ５５の中心において、列方向５００に対して流体を減速させるように作用することであることが、図４Ｂと図４Ａとを比較することによって明確に見ることができる。発明者らは、このような流体ガイドが、空気充填された空隙がプライミングプロセス中に形成される可能性を低減することによって、マニホールド構成要素４５０のプライミングを補助し得ると考える。

ここで、比較例による試験マニホールド構成要素１１０内部の流体経路の斜視図を示す、図５Ａに注目する。図５Ｂは、図５Ａのマニホールド構成要素１１０のプライミング中のいくつかの時間間隔における、計算によりモデル化された流体位置（Ｆ１～Ｆ６とラベル付けされた）および空気位置の一連の図を示し、ここで、図５Ｂ（ａ）～（ｆ）のキーは、流体の体積分率を示している。計算モデリングは、計算流体力学（ＣＦＤ）技術を使用して実施された。流体は、最初に入口マニホールドチャンバ５５の中心を通って流れ落ち、その後、その外側縁まで広がることが分かる。注目すべきことに、プライミングプロセスの終了時に、入口マニホールドチャンバ５５の両側に、流体で満たされていない空気で満たされた空隙（例えば、ＸおよびＹ）が存在することが分かる。こうした空隙は、場合によっては、マニホールド構成要素１１０を含む液滴吐出ヘッドの作動不良を引き起こし得る。

さらなる実施形態によるマニホールド構成要素６５０内部の流体経路の斜視図である、図６Ａにさらに注目する。当然のことながら、図５Ａおよび図６Ａのマニホールド構成要素内のそれぞれのマニホールドチャンバは、概して機能的に同等な形状を有し、例えば、両方とも、それらの第２の端部５２に対して同一の幾何学的形状を有しており、また両方において、入口ポートがマニホールドチャンバ５５内に開く場所は、対応する第２の端部５２に対して同一の位置を有している。図４Ａおよび図４Ｂのマニホールド構成要素と同様に、図５Ａおよび図６Ａのマニホールド構成要素１１０、６５０は、図６Ａに示されるマニホールド構成要素６５０が、そのマニホールドチャンバ５５内に複数の流体ガイド７０（ｉ～ｖｉｉ）を含む一方で、図５Ａに示される比較例のマニホールド構成要素１１０はそうではないことにおいて、主に異なっている。

図６Ｂは、図６Ａのマニホールド構成要素６５０のプライミング中のいくつかの時間間隔における、計算によりモデル化された流体位置（Ｇ１～Ｇ６とラベル付けされた）および空気位置の一連の図を示し、ここで、図６Ｂ（ａ）～（ｆ）のキーは、流体の体積分率を示している。より具体的には、図６Ｂは、図５Ｂに示すように、図６Ａのマニホールド構成要素６５０のプライミングプロセスを、同じ６つの実例で示している。

図６Ｂと図５Ｂとの比較から、図６Ａのマニホールド構成要素６５０は、特に、本明細書に記載の様式で配置された複数の流体ガイドを有しており、入口マニホールドチャンバ５５のプライミングの程度が改善されていることが分かる。流体ガイドを有しない図５Ａのマニホールド構成要素１１０の比較例のプライミング範囲と比較して、最終時間間隔で存在するのは、小さな空隙またはごくわずかな空隙（例えば、Ｚ）のみである。

図７は、図３に示すものと概して同一の構造の入口マニホールドチャンバ５５を有するマニホールド構成要素のプライミング中の、いくつかの時間間隔における、計算によりモデル化された流体および空気位置の一連の図を示している。前述のように、計算モデリングは、標準的な計算流体力学（ＣＦＤ）技術を使用して実施された。図７に示す入口マニホールドチャンバは、流体通路のいくつかの階層アレイを画定するようにそのように配置された複数の流体ガイドを有する、図３に示すものと類似している。

図７（ａ）～（ｆ）から見ることができるように、経時的に、チャンバのその第１の端部に導入される流体（ハッチングされた領域）は、流体通路を通って移動し、流体流をいくつかのサブフローに分割する。図７（ｇ）～（ｋ）から明らかであるように、流体通路３０（３）（ｉ～ｘｉｉ）の最終アレイ（マニホールドチャンバ５５の第２の端部５２に最も近いもの）は、これらのサブフローがその後に合流して、結合された流れを形成するように（例えば、流体ガイドのそれらを画定する適切な間隔、整列、および／または形状の結果として）構成される。全てのサブフローのこの合流に続いて、結合された流れは、マニホールドチャンバの第２の端部５２に到着し、すなわち、マニホールドチャンバ５５の第２の端部５２に到達するいくつかの結合された流れの前に、様々なサブフローの全てが組み合わされている。

発明者は、このような流れパターンを達成するために流体通路の最終アレイを構成することが、マニホールド構成要素のプライミングを補助し得ると考える。いかなる特定の理論にも拘束されるものではないが、発明者らは、これは、図５Ｂに示されるように、場合によっては、流体がマニホールドチャンバの第２の端部（アクチュエータ構成要素への流体接続を提供する）に到達すると、流体が横方向に急速に広がる傾向があり得るためであると理論付けている。流体のこの急速な横方向の広がりは、再び図５Ｂに示されるように、マニホールドチャンバの第２の端部から間隔を置いた場所（特に角部）で空隙内に空気を閉じ込め得る。

図７（ｇ）からさらに、示される特定の実施形態では、最終アレイ３０（３）（ｉ～ｘｉｉ）の流体通路は、最終アレイ３０（３）（ｉ～ｘｉｉ）の流体通路の全てから実質的に同時にサブフローが現れるように、（例えば、それらを画定する流体ガイドの適切な間隔、整列、および／または形状の結果として）より具体的に構成されることが分かる。これは、場合によっては、マニホールド構成要素のプライミングをさらに補助し得る。

当然のことながら、図１、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ｂ、および図６Ａの実施形態における流体ガイドは、同様に、各実施形態の流体通路（例えば、図１では、流体通路３０（ｉ）～（ｉｉｉ）、図３Ａでは、流体通路３０（３）（ｉ～ｘｉｉ）、図３Ｂでは、流体通路３０（３）（ｉ～ｘｉｉ）、および図６Ａでは、通路３０（ｉ～ｖｉｉｉ））の最終アレイからのサブフローを合流させて、このような合流が完了すると、マニホールドチャンバの第２の端部に到達する結合された流れを形成するように構成され得る。より具体的には、これらの実施形態における流体ガイドは、サブフローが、最終アレイの流体通路の全てから実質的に同時に現れるように構成され得る。

本明細書の実施形態のいずれかに記載されるようなマニホールド構成要素は、３Ｄ印刷を使用して製造されてもよく、それ自体として、プロセスは、流体ガイド（特に、ベーンなどの細長い特徴部）などの内部特徴部を正確に形成するのに適している。また、３Ｄ印刷技術により得られる精度により、流体密封マニホールド構成要素の製造にも適している。

それにもかかわらず、従来の鋳造、成形および／または機械加工技術を使用した製造がまた、想定され得る。

いくつかの実施形態では、流体ガイドは、入口マニホールドチャンバの内部表面によって提供されてもよく、他の実施形態は、マニホールドチャンバ内に配置される１つ以上の別個の構成要素によって提供される流体ガイドを利用し得る。

さらに、３Ｄ印刷またはより従来的な技術が使用されるかどうかに関係なく、製造技術は、例えば、いくつかの別々に形成された構成要素の組立て、および例えば、接合（例えば、接着剤を使用する）、溶接、ろう付けなどによって、単一の流体密封マニホールド構成要素を形成するために、任意の適切な様式でそれらを接合することをさらに含み得る。

本明細書に記載されるようなマニホールド構成要素は、幅広い様々な液滴吐出ヘッドへの含有に適していることを理解されたい。特に、本明細書に記載されるようなマニホールド構成要素は、様々な用途を有する液滴吐出ヘッドへの含有に適している。

この点に関して、当然のことながら、特定の用途に応じて、様々な流体が、液滴吐出ヘッドによって吐出され得る。

例えば、特定のヘッドは、例えば、一枚の紙もしくはカード、または他の受容媒体、例えば、セラミックタイルもしくは成形物品（例えば、缶、ボトルなど）上にインクを吐出するように構成され得る。インクジェット印刷用途の場合（液滴吐出ヘッドが、インクジェットプリントヘッド、または特定の実施例では、ドロップオンデマンドのインクジェットプリントヘッドと称されてもよい）のように、インク液滴は、例えば、画像を形成するように堆積され得る。

代替的に、液滴吐出ヘッドは、構造を構築するために使用され得る流体の液滴を吐出し得る。例えば、電気的に活性の流体は、電気デバイスのプロトタイピングまたは製造を可能にするように、回路基板などの受容媒体上に堆積し得る。実施例では、（３Ｄ印刷の場合のように）３Ｄ物体を生成するように、ポリマー含有流体または溶融ポリマーを、連続した層で堆積し得る。さらに他の用途では、液滴吐出ヘッドは、生体物質または化学物質を含有する溶液の液滴をマイクロアレイなどの受容媒体上に堆積するように適合され得る。潜在的に問題の特定の流体を扱えるようにいくつかの改造を行うと、このような別の流体に好適な液滴吐出ヘッドは、インクジェットプリントヘッドと概して構造が同様であることができる（その中のマニホールド構成要素が同様であることができる）。

さらに、液滴吐出ヘッドは、液滴を適切な受容媒体上に吐出するように配置されてもよく、したがって、液滴堆積ヘッドと称されてもよいことに留意されたい。例えば、上述のように、受容媒体は、紙またはカードのシート、セラミックタイル、成形物品（例えば、缶、ボトルなど）、回路基板、またはマイクロアッセイであり得る。

それにもかかわらず、本明細書に記載されるような液滴吐出ヘッドが液滴堆積ヘッドとして配置され、液滴を受容媒体上に吐出することは、決して必須ではない。いくつかの用途では、吐出された液滴が着水する場合、例えば、特定の実施例において、吐出された液滴のミストを生成するために、液滴吐出ヘッドが利用され得ることは比較的重要ではない場合がある。さらに、いくつかの場合に、吐出された液滴が受容媒体上に着水するか否かにかかわらず、同様のヘッド構造が使用されてもよい。したがって、より一般的な用語「液滴吐出ヘッド」は、（適切な場合）上記開示で使用される。

上述の開示に記載されるようなマニホールド構成要素は、ドロップオンデマンドのインクジェットプリントヘッドに好適であり得る。かかるヘッドにおいて、吐出された液滴のパターンは、ヘッドに提供される入力データによって異なる。液滴吐出ヘッドは、上述の実施形態のいずれかに記載のマニホールド構成要素と、装着部８０に固定されたアクチュエータ構成要素１５０と、を含んでいてもよい。

より一般的には、他の例および変形が、添付の特許請求の範囲内で企図されることに留意されたい。さらに、当然のことながら、先述の説明が、本発明の当業者の理解を支援し、かつ本発明がどのように実施され得るかを実証するいくつかの非限定的な例を提供するよう意図されている。

Claims (14)

1. 液滴吐出ヘッドのためのマニホールド構成要素（３５０，３５０’）であって、前記マニホールド構成要素が、
   流体チャンバの１つ以上の列を提供する少なくとも１つのアクチュエータ構成要素（１５０）を受容するための装着部（８０）であって、各流体チャンバが、少なくとも１つのそれぞれの作動素子、および少なくとも１つのそれぞれのノズル、を備え、各少なくとも１つの作動素子が、前記ノズルのうちの対応する少なくとも１つを通ってその吐出方向（５０５）に流体の液滴を吐出するように作動可能であり、各列が、列方向（５００）に延在する、装着部と、
   第１の端部（５１）から第２の端部（５２）まで延在する入口マニホールドチャンバ（５５）であって、前記第２の端部（５２）が、流体チャンバの前記１つ以上の列内のチャンバの少なくとも１つのグループへの流体接続を並列に提供し、前記装着部（８０）に隣接して位置し、前記第２の端部（５２）が、前記列方向（５００）において、前記第１の端部（５１）よりも実質的に広く、前記入口マニホールドチャンバ（５５）の幅が、前記列方向（５００）において、前記第１の端部（５１）から前記第２の端部（５２）まで徐々に増加する、入口マニホールドチャンバと、
   少なくとも１つの入口ポート（１２０）であって、各入口ポート（１２０）が、前記入口マニホールドチャンバ（５５）内にその前記第１の端部（５１）で開口している、少なくとも１つの入口ポートと、
   前記入口マニホールドチャンバ（５５）内に配置された複数の流体ガイド（７０（ｉ－ｉｉ），７０（ｉ，ｉｉ）（ａ－ｃ），７１（ｉ－ｉｉｉ），７１（ｉ－ｉｉｉ）（ａ－ｂ），７２（ｉ－ｖｉ））であって、各流体ガイドが、それぞれの第１の端部からそれぞれの第２の端部まで延在しており、前記流体ガイドの少なくともいくつかの前記第１の端部が、前記入口マニホールドチャンバ（５５）の前記第１の端部（５１）に隣接して位置しており、前記流体ガイドの少なくともいくつかの前記第２の端部が、前記入口マニホールドチャンバ（５５）の前記第２の端部（５２）に隣接して位置している、複数の流体ガイドと、を含み、
   前記複数の流体ガイド（７０（ｉ－ｉｉ），７０（ｉ，ｉｉ）（ａ－ｃ），７１（ｉ－ｉｉｉ），７１（ｉ－ｉｉｉ）（ａ－ｂ），７２（ｉ－ｖｉ））が、流体経路の複数の並列アレイ（３０（１）（ｉ－ｉｉｉ），３０（２）（ｉ－ｖｉ），３０（３）（ｉ－ｘｉｉ））を画定し、各流体ガイドが、流体通路の少なくとも１つのそのようなアレイ内の隣接する流体通路を分離し、
   前記複数の流体ガイド（７０（ｉ－ｉｉ），７０（ｉ，ｉｉ）（ａ－ｃ），７１（ｉ－ｉｉｉ），７１（ｉ－ｉｉｉ）（ａ－ｂ），７２（ｉ－ｖｉ））が、前記入口マニホールドチャンバ（５５）の前記第１の端部（５１）に近接する流体通路の初期アレイ（３０（１）（ｉ－ｉｉｉ））と、前記入口マニホールドチャンバ（５５）の前記第２の端部（５２）に近接する流体通路の最終アレイ（３０（３）（ｉ－ｘｉｉ））とを含む、流体通路のいくつかの階層アレイを画定するように配置され、流体通路の前記アレイ（３０（１）（ｉ－ｉｉｉ），３０（２）（ｉ－ｖｉ），３０（３）（ｉ－ｘｉｉ））が、前記入口マニホールドチャンバ（５５）の前記第１の端部（５１）から前記第２の端部（５２）まで連続的に配置され、流体通路の各アレイの流体通路の数が、流体通路の前記初期アレイ（３０（１）（ｉ－ｉｉｉ））から流体通路の前記最終アレイ（３０（３）（ｉ－ｘｉｉ））へと徐々に増加し、
   流体通路の前記アレイ（３０（１）（ｉ－ｉｉｉ），３０（２）（ｉ－ｖｉ），３０（３）（ｉ－ｘｉｉ））のうちの所与の１つの流体通路が、前記入口マニホールドチャンバ（５５）の前記第２の端部（５２）に近い連続するアレイにおける２つの流体通路に流体接続されており、
   前記流体ガイド（７０（ｉ－ｉｉ），７０（ｉ，ｉｉ）（ａ－ｃ），７１（ｉ－ｉｉｉ），７１（ｉ－ｉｉｉ）（ａ－ｂ），７２（ｉ－ｖｉ））が、前記入口マニホールドチャンバ（５５）の前記第１の端部（５１）から前記第２の端部（５２）に向かって進行するにつれて分岐しており、それによって、前記流体ガイドが、前記入口マニホールドチャンバ（５５）の前記第１の端部（５１）から前記第２の端部（５２）へ流れる流体を、その前記第２の端部（５２）の前記列方向（５００）に、前記第２の端部（５２）の幅にわたって分配させる、マニホールド構成要素。
2. 各流体ガイド（７０（ｉ－ｉｉ），７０（ｉ，ｉｉ）（ａ－ｃ），７１（ｉ－ｉｉｉ），７１（ｉ－ｉｉｉ）（ａ－ｂ），７２（ｉ－ｖｉ））が、それぞれの流体方向ベーンを含む、請求項１に記載のマニホールド構成要素。
3. 前記流体ガイド（７０（ｉ－ｉｉ），７０（ｉ，ｉｉ）（ａ－ｃ），７１（ｉ－ｉｉｉ），７１（ｉ－ｉｉｉ）（ａ－ｂ），７２（ｉ－ｖｉ））が、前記入口マニホールドチャンバ（５５）の内部表面によって提供される、請求項１または請求項２に記載のマニホールド構成要素。
4. 前記複数の流体ガイドは、
   前記入口マニホールドチャンバ（５５）の前記第１の端部（５１）および前記第２の端部（５２）に隣接してそれぞれ位置する第１の端部および第２の端部をそれぞれ有する一又は複数の流体ガイド（７０（ｉ－ｉｉ））の第１のグループと、
   前記入口マニホールドチャンバ（５５）の前記第１の端部（５１）から間隔を置いた第１の端部、および、前記入口マニホールドチャンバ（５５）の前記第２の端部（５２）に隣接して位置する第２の端部をそれぞれ有する一又は複数の流体ガイド（７１（ｉ－ｉｉｉ），７２（ｉ－ｖｉ））の第２のグループと、を含む、請求項１～３のいずれかに記載のマニホールド構成要素。
5. 前記複数の流体ガイドが、流体ガイドの複数の並列アレイを含み、前記流体ガイドのアレイが、前記入口マニホールドチャンバ（５５）の前記第１の端部（５１）から前記第２の端部（５２）まで連続的に配置されており、前記入口マニホールドチャンバ（５５）の前記第１の端部（５１）から距離が増加するにつれて、各アレイの流体ガイド（７０（ｉ－ｉｉ），７１（ｉ－ｉｉｉ），７２（ｉ－ｖｉ））の数が徐々に増加する、請求項２、３または４のいずれか一項に記載のマニホールド構成要素。
6. 前記流体ガイド（７０（ｉ－ｉｉ），７０（ｉ，ｉｉ）（ａ－ｃ），７１（ｉ－ｉｉｉ），７１（ｉ－ｉｉｉ）（ａ－ｂ），７２（ｉ－ｖｉ））が、前記入口マニホールドチャンバの中心で前記流体を前記列方向（５００）に対して減速させるように作用する、請求項１～５のいずれかに記載のマニホールド構成要素。
7. 前記流体ガイド（７０（ｉ－ｉｉ），７０（ｉ，ｉｉ）（ａ－ｃ），７１（ｉ－ｉｉｉ），７１（ｉ－ｉｉｉ）（ａ－ｂ），７２（ｉ－ｖｉ））が、前記入口マニホールドチャンバ（５５）内の流体流を方向付けて成形し、その結果、プライミング時に、内部の前記流体が、主に平坦な前方として前記第２の端部（５２）に到着し得る、請求項１～６のいずれかに記載のマニホールド構成要素。
8. 前記複数の流体ガイド（７０（ｉ－ｉｉ），７０（ｉ，ｉｉ）（ａ－ｃ），７１（ｉ－ｉｉｉ），７１（ｉ－ｉｉｉ）（ａ－ｂ），７２（ｉ－ｖｉ））が、流体が前記マニホールド構成要素（３５０，３５０’）を通って進行して徐々にそれを充填するにつれて空気が閉じ込められる空隙領域の形成を防止するように、流体を方向付けるように構成されている、請求項１～７のいずれかに記載のマニホールド構成要素。
9. 流体流が前記少なくとも１つの入口ポート（１２０）を通って前記入口マニホールドチャンバ（５５）に入るときに、前記流体流が、流体通路の複数のアレイのうちのいずれかの他のアレイの後に流体通路の前記最終アレイ（３０（３）（ｉ－ｘｉｉ））を通過し、前記流体流が、流体通路の前記最終アレイ（３０（３）（ｉ－ｘｉｉ））の各々のそれぞれのサブフローに分割される、請求項１～８のいずれかに記載のマニホールド構成要素。
10. 各流体通路が、前記入口マニホールドチャンバ（５５）の前記第１の端部（５１）および前記第２の端部（５２）にそれぞれ近い第１の端部および第２の端部を有し、
    流体通路の前記最終アレイ（３０（３）（ｉ－ｘｉｉ））の前記流体通路のそれぞれの第２の端部が、前記吐出方向（５０５）に対して整列される、請求項１～９のいずれかに記載のマニホールド構成要素。
11. 前記サブフローが、合流して、結合された流れを形成し、その後、前記入口マニホールドチャンバ（５５）の前記第２の端部（５２）に到着し、
    流体通路の前記最終アレイ（３０（３）（ｉ－ｘｉｉ））内の前記流体通路は、前記サブフローの全てが、結合された流れに合流して、その後、前記入口マニホールドチャンバ（５５）の前記第２の端部（５２）に到着するように構成されている、請求項９または請求項９を引用する請求項１０に記載のマニホールド構成要素。
12. 流体通路の前記最終アレイ（３０（３）（ｉ－ｘｉｉ））内の前記流体通路は、前記サブフローが流体通路の前記最終アレイ（３０（３）（ｉ－ｘｉｉ））の前記流体通路から実質的に同時に現れるように構成されている、請求項９、請求項９を引用する請求項１０、または請求項９を引用する請求項１１に記載のマニホールド構成要素。
13. 各流体通路の前記列方向（５００）の幅が、前記入口マニホールドチャンバ（５５）の前記第２の端部（５２）の前記列方向（５００）の幅の１／１２未満である、請求項１～１２のいずれかに記載のマニホールド構成要素。
14. 請求項１～１３のいずれかに記載のマニホールド構成要素（３５０，３５０’）と、前記装着部（８０）に固定された前記アクチュエータ構成要素（１５０）と、を含む、液滴吐出ヘッド。

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