JP2005047272A - 流体イジェクタ・カートリッジ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 流体イジェクタ・ヘッドにおける熱を放散するための装置及び方法を提供する。
【解決手段】 少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料を有するポリマーから成形されるマニホールドは、流体イジェクタ・ヘッド・アセンブリを冷却するために使用される。マニホールド及び流体イジェクタ・ダイモジュールは、熱膨張係数が同じ材料から作られ、マニホールド及びコンテナは単一の部材に一体的に成形される。少なくとも1つのフィラー材料は、流体イジェクタ・ダイモジュールの配向された流れ領域に対し略平行に配向される。
【選択図】 図1
【解決手段】 少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料を有するポリマーから成形されるマニホールドは、流体イジェクタ・ヘッド・アセンブリを冷却するために使用される。マニホールド及び流体イジェクタ・ダイモジュールは、熱膨張係数が同じ材料から作られ、マニホールド及びコンテナは単一の部材に一体的に成形される。少なくとも1つのフィラー材料は、流体イジェクタ・ダイモジュールの配向された流れ領域に対し略平行に配向される。
【選択図】 図1
Description
本発明は、流体イジェクタ・ヘッドにおける熱を放散するための装置及び方法に関する。
サーマル流体イジェクタ・ヘッドにおける熱を放散するために、種々の装置や方法が従来使用されている。例えば、インクジェット・プリンタなどの流体噴射装置のサーマル流体イジェクタ・ヘッドは、流体を気化点まで加熱されることによって噴射するので、かなりの量の残留熱を生じる。この残留熱は、流体イジェクタ・ヘッド内に熱が残留すると、性能及び最終的に噴射特性を変化させることになる。イジェクタの性能は通常、滴下サイズ、噴射周波数、あるいはその他の噴射指標の変化によって認識される。このような噴射指標は、許容し得る噴射特性を有するように制御可能な範囲内にとどまることが要求されている。長時間の操作、あるいは、高画像密度の噴射の際に、流体イジェクタ・ヘッドの温度が許容温度範囲を超えることがある。温度範囲を超えると、スローダウン期間あるいは冷却期間が噴射特性を維持するために必要とされる。
例えば、プリンタや複写機などの多くの流体噴射装置は、熱性能を改善することによって処理能力を向上させる。流体イジェクタ・ヘッドの性能を向上させるための1つの方法は、余剰熱を噴射中の流体に移すことである。噴射中の流体が所定の温度を超えると、その高温の流体は流体イジェクタ・ヘッドから噴射される。長時間の操作、あるいは、高画像密度の噴射の際に、この方法もまた最大許容温度を越える流体イジェクタ・ヘッドの温度に影響されやすい。
他の方法では、流体イジェクタ・ヘッドからの熱を蓄積あるいは伝導させるように、ヒート・シンクを使用する。一般に、こうしたヒート・シンクは、流体イジェクタ・ヘッドから熱を除去するように、銅やアルミニウム、あるいは、熱伝導性が高い他の材料から形成される。
しかしながら、このような材料を使用する場合、ヒート・シンクは、特に、受容媒体を通過して移動される流体イジェクタ・ヘッドに対し、重量、サイズ、コスト、及び電力使用量を更に付加する。さらに、インクなどの多くの流体は、アルミニウムや銅を腐食させる可能性が高い溶媒及び/又は塩類を使用する。
ヒート・シンクは、一般に基板に結合されている。基板材料は、アルミニウムや銅などの、流体イジェクタ・ヘッドのダイ・モジュールから熱を伝導する伝導性のある金属から作られている。しかしながら、一部の流体噴射装置は、熱伝導性が比較的低いプラスチック製の基板を使用する。金属製ヒート・シンクを使用する場合、基板とダイとの接着剤は温度変化による大きな応力を受ける。この応力は、基板及びダイのそれぞれの熱膨張係数に大きな不整合があることから生じられる。
こうした応力は層間剥離(デラミネーション)の問題を生じ、ここで、ダイが基板から分離したり、あるいは、ダイの各層が分離する。また、応力は、付加的流体噴射特性及び信頼性の問題を提起する。
米国特許第6,183,076号明細書
米国特許第6,378,994号明細書
欧州特許出願公開第1078769号明細書
本発明は、流体イジェクタ・ヘッドにおける熱を放散するためのシステム及び方法を提供する。
本発明は、ポリマーから作られるマニホールドにおいてより好ましい熱伝導性を得るための装置及び方法を提供する。
本発明の装置及び方法の種々の例示的な実施の態様において、少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料を有するポリマーから成形されるマニホールドは、流体イジェクタ・ヘッド・アセンブリを冷却するために使用される。本発明の装置及び方法の種々の例示的な実施の形態において、マニホールド及び流体イジェクタ・ダイモジュールは、熱膨張係数が同じ材料から作られる。本発明の装置及び方法の種々の例示的な実施の形態において、マニホールド及びコンテナは単一の部材に一体的に成形される。本発明の装置及び方法の種々の例示的な実施の形態において、少なくとも1つのフィラー材料は、流体イジェクタ・ダイモジュールの配向された流れ領域に対し略平行に配向される。
本発明の第1の態様は、流体イジェクタ・カートリッジであって、少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料を含むポリマーから成形されるマニホールドと、上記マニホールドに取り付けられる流体イジェクタ・ダイモジュールと、を含む。
本発明の第2の態様は、第1の態様の流体イジェクタ・カートリッジであって、上記マニホールド及び流体イジェクタ・ダイモジュールが、同じ熱膨張係数を有する材料から形成される。
本発明の第3の態様は、第1の態様の流体イジェクタ・カートリッジであって、上記少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料の熱伝導率が、約10W/m℃よりも大きい。
本発明の第4の態様は、第1の態様の流体イジェクタ・カートリッジであって、上記少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料の熱伝導率が、約100W/m℃よりも小さい。
本発明の第5の態様は、第4の態様の流体イジェクタ・カートリッジであって、上記少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料の熱伝導率が、約10W/m℃から100W/m℃の範囲にある。
本発明の第6の態様は、第1の態様の流体イジェクタ・カートリッジであって、上記少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料が黒鉛材料である。
本発明の第7の態様は、第6の態様の流体イジェクタ・カートリッジであって、上記黒鉛材料が、石油ピッチ系材料を用いて形成される。
本発明の第8の態様は、第1の態様の流体イジェクタ・カートリッジであって、上記少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料がセラミック材料である。
本発明の第9の態様は、第8の態様の流体イジェクタ・カートリッジであって、上記少なくとも1つのセラミック材料が、窒化ホウ素及び窒化アルミニウムのうちの少なくとも1つである。
本発明の第10の態様は、第1の態様の流体イジェクタ・カートリッジであって、上記ポリマーが、液晶ポリマー、ポリフェニレン硫化物、ポリスルホンのうちの少なくとも1つである。
本発明の第11の態様は、第1の態様の流体イジェクタ・カートリッジであって、マニホールドを形成するために使用されるポリマーが、インクに対する耐化学性を有する。
本発明の第12の態様は、第1の態様の流体イジェクタ・カートリッジであって、コンテナをさらに含むとともに、上記マニホールド及びコンテナが、単一の部材として一体成形される。
本発明の第13の態様は、第1の態様の流体イジェクタ・カートリッジであって、上記少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料が、流体イジェクタ・ダイモジュールの配向された流れ領域に略平行に配向される。
本発明の第14の態様は、流体イジェクタ・カートリッジの製造方法であって、少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料を含むポリマーを用いてマニホールドを少なくとも部分的に成形すること、及び、上記マニホールドを流体イジェクタ・ダイに取り付けること、を含む。
本発明の第15の態様は、第14の態様の方法であって、上記マニホールドを少なくとも部分的に成形することは、少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料を含むポリマーからマニホールド全体を成形することを含む。
本発明の第16の態様は、第14の態様の方法であって、上記少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料を含むポリマーを形成するように、約10W/m℃よりも大きな熱伝導率を有する少なくとも1つのフィラー材料をポリマーに混合することをさらに含む。
本発明の第17の態様は、第14の態様の方法であって、上記少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料を含むポリマーを形成するように、約100W/m℃よりも小さな熱伝導率を有する少なくとも1つのフィラー材料をポリマーに混合することをさらに含む。
本発明の第18の態様は、第17の態様の方法であって、上記少なくとも1つのフィラー材料を混合することは、約10W/m℃から100W/m℃の熱伝導率を有するフィラー材料を混合することを含む。
本発明の第19の態様は、第14に記載の方法であって、上記マニホールドを少なくとも部分的に成形することは、上記少なくとも1つのフィラー材料を、上記流体イジェクタ・ダイモジュールの配向された流れ領域に対し略平行に配向させることを含む。
本発明の上記及び他の特徴や利点は、本発明によるシステムや方法の種々の例示的な実施の形態に関する以下の詳細な説明において述べられ、あるいは、この説明から明白である。
本発明の種々の例示的な実施の形態は、添付の図面を参照して詳細に述べられる。
本発明による流体噴射システムの種々の例示的な実施の形態に関する以下の詳細な説明は、明確性且つ精通していることを目的として、1つの特定タイプの流体噴射システム、即ち、インクジェット・プリンタを参照したり、さらに/あるいは説明するものである。しかしながら、本発明の原理が、以下に説明されるように、本明細書中で詳細に述べられるインクジェット・プリンタ以外に、公知の、あるいは今後開発される流体噴射システムに等しく適用できることを理解すべきである。
本発明によるシステム及び方法の種々の例示的な実施の形態は、1つ以上の熱伝導性フィラー材料と混合されたポリマーを用いて、例えば、サーマル・インクジェット・プリンタや、複写機及び/又はファクシミリ装置などの流体イジェクタ・ヘッドから熱の放散を可能にする。種々の例示的な実施の形態において、本発明による装置及び方法は、1つ以上のフィラー材料を有し、ポリマー・マニホールドがより容易に熱を放散し得る特性を備えたポリマー材料を用いて形成されるマニホールドを提供し、一方、該ポリマー・マニホールドは全体として、熱流体イジェクタ・ヘッドのダイと同様な熱膨張係数を有する。
種々の例示的な実施の形態において、本発明によるマニホールドは高熱伝導性ポリマーを用いて製造される。高熱伝導性ポリマーの熱伝導率は約10乃至100W/m℃の範囲内にある。この熱伝導性は一般に、0.1乃至0.3W/m℃の範囲内にある、標準プラスチックのそれよりも約50乃至500倍の大きさにある。高熱伝導性ポリマーの熱伝導率は、アルミニウムの熱伝導率に近い。アルミニウムの熱伝導率は約100乃至150W/m℃である。こうしたポリマーは、マニホールドの表面積、ひいては熱放散率を最大限にする傾向がある形状になるように容易に射出成形することもできる。
マニホールドは、サーマル流体噴射ヘッドのダイから離れて熱を伝達するために用いられ、流体イジェクタ・ヘッドが長時間にわたって作動することを可能にする。長時間にわたって流体イジェクタ・ヘッドを作動させることは一般に、流体イジェクタ・ヘッドのダイの温度を上昇させる。ダイから離れて熱を放散することにより、質の高い流体噴射を可能にするのに十分な低温で流体イジェクタ・ヘッドが動作することができる。
本発明による種々の例示的な実施の形態において、マニホールド材料に使用される高熱伝導性ポリマーは、種々のフィラー材料と混合されたベース・ポリマーを含む。例えば、こうしたポリマー材料の1つは、クール・ポリマーズ社(Cool Polymers Inc.)製造によるCOOL POLY(商標)である。詳細には、COOL POLY E200(商標)ポリマー材料は、熱伝導率が約60W/m℃、(流れに平行な)熱膨張係数が1℃につき約5μm/mである、射出成形可能な液晶ポリマー系材料である。
最近では、ポリワン(Polyone)、LDPエンジニアリング・プラスチックス(LDP Engineering Plastics)、RTPカンパニー(RTP Company)、ゼネラル・エレクトリック社(GE)、デュポン(Dupont)などのその他の会社では、本発明によるヒート・シンクでの使用もできる高伝導性ポリマーの開発をしてきた。
一般的なフィラー材料は、窒化ホウ素や窒化アルミニウム繊維などの、黒鉛繊維やセラミック材料を含む。種々の例示的な実施の形態において、熱伝導率の高い高伝導性ポリマーの混合物は、石油ピッチ基礎材料から形成される黒鉛繊維を使用する。該ポリマーに対する一般的な基礎材料として、液晶ポリマー(LCP)、ポリフェニレン硫化物、及びポリスルホンが挙げられる。
種々の例示的な実施の形態において、マニホールドは、流体イジェクタ・ヘッドのダイに結合されている。流体イジェクタ・ヘッドのダイは一般にはケイ素から形成され、熱膨張係数は約4.67μm/m℃である。
表1は、一般に使用される一部の基板材料と、例示的な高伝導性ポリマー、即ち、クール・ポリマーズ製造によるCOOL POLY E200(商標)に対する種々の特性を一覧表示する。
ダイ及びヒート・シンク材料との間の予測せん断力Fは、以下のように決定される。
F=[(αs-αd)ΔT]/[(1/EsAs)+(1/EdAd)]
F=[(αs-αd)ΔT]/[(1/EsAs)+(1/EdAd)]
ここで、αsは、基板の熱膨張係数である。αdは、ダイ・モジュールの熱膨張係数であり、ケイ素から形成されるダイに対し、4.67μm/m℃である。Esは、基板の弾性係数である。Edは、ダイの弾性係数であり、ケイ素から形成されるダイに対し、70GPaである。Asは、基板の断面積であり、Adは、ダイの断面積である。
表1に示すように、1つ以上の熱伝導性フィラー材料が型(モールド)における流れ方向に対し平行に配向される場合、ポリマー/フィラー材料混合物の熱膨張係数は5μm/m℃である。熱伝導性フィラー材料が流れに対し垂直にポリマーにおいて配向される場合、ポリマー/フィラー材料混合物の熱膨張係数は15μm/m℃である。この熱伝導性材料を流れ方向に平行に配向させることによって、熱膨張係数は、ダイ・モジュールを形成するために使用される材料の熱膨張係数とより効果的に適合する。このように、せん断力における大きな低減が得られ、より効果的な結合が実現する。
図1は、サーマル流体イジェクタ・ヘッド100から熱を放散するのに使用可能な構造を含む流体イジェクタ要素又はヘッド100の第1の例示的な実施の形態を示している。図1に示すように、流体イジェクタ要素100は、熱伝導性マニホールド110、流体出口120、流体供給カートリッジ又はタンク130、プリント配線部材140、及びサーマル流体イジェクタ・ダイモジュール150を含む。
種々の例示的な実施の形態において、サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール150は、プリント配線部材140に取り付けられる。サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール150及びプリント配線部材140は、熱伝導性マニホールド110に取り付けられるので、流体出口120は、サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール150の流体入り口チャネルと位置合わせされる。熱伝導性マニホールド110は、少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料を含む成形されたポリマーを用いて形成される。
種々の例示的な実施の形態において、プリント配線部材140は、基板上に形成される導電性トレースを含む。これらトレースは、一端に接触パッドを有し、他端に接触領域を有する。接触パッドは、電気コネクタに接続されるような大きさと形状を有する。
図2は、サーマル流体イジェクタ・ヘッド200から熱を放散するように使用可能な構造を含む、流体イジェクタ要素又はヘッド200の第2の例示的な実施の形態を示している。図2に示すように、流体イジェクタ要素200は、熱伝導性マニホールド210、流体出口220、流体供給カートリッジ又はタンク230、プリント配線部材240、サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール250、及び第2のヒート・シンク260を含む。第2のヒート・シンク260は、流体イジェクタ要素が熱伝導性マニホールド200によって付与されるよりも適切な温度に流体を維持するように更なる熱放散を必要とする場合、付加的な熱放散を行なう。
種々の例示的な実施の形態において、サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール250はプリント配線部材240に取り付けられる。サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール250及びプリント配線部材240は、熱伝導性マニホールド210に取り付けられるので、流体出口220は、サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール250の流体入り口チャネルに位置合わせさせる。熱伝導性マニホールド210は、少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料を含む成形されたポリマーを用いて形成される。
種々の例示としての実施の形態において、プリント配線部材240は、基板上に導電性トレースを含む。これらトレースは、一端に接触パッドを有し、他端に接触領域を有する。これら接触パッドは、電気コネクタに接触するような大きさと形状を有する。プリント配線部材240は、また、スルーホール241を有し、これらは第2のヒート・シンク260を熱伝導性マニホールド210に取り付けるためのファスナーをなしている。
図3は、サーマル流体イジェクタ・ヘッド300から熱を放散するように使用可能な構造を含む、流体イジェクタ要素又はヘッド300の第3の例示的な実施の形態の断面図である。図3に示すように、流体イジェクタ要素300は、熱伝導性マニホールド310及びサーマル流体イジェクタ・ダイモジュール320を有する。
種々の例示的な実施の形態において、サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール320は、加熱要素基板321を有し、該加熱要素基板321の上には加熱要素322が形成されている。加熱要素基板321は、流体チャネル324及び流体出口325を付与するように、液体経路基板323に取り付けられている。
種々の例示的な実施の形態において、加熱要素基板321及び液体経路基板323は整合且つ結合され、さらにサーマル流体イジェクタ・ダイモジュール320として切断且つ分離される。サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール320は熱伝導性マニホールド310に取り付けられる。プリント配線部材(図示せず)は、加熱要素322をサーマル流体イジェクタ・ダイモジュール320上の信号端子に接続するように熱伝導性マニホールド310上に形成される。
種々の例示的な実施の形態において、熱伝導性マニホールド310はチャンバ311を含む。流体はリザーバ(タンク)から入口を介してチャンバ311に供給される。流体はその後、チャネル324のそれぞれに分配される。チャネル324における流体を加熱する加熱要素322によってチャネル324に発生された気泡の圧力により、液滴が出口325から受容媒体上に噴射される。
図4は、サーマル流体イジェクタ・ヘッド400から熱を放散するのに使用可能な構造を含む、流体イジェクタ要素又はヘッド400の第4の例示的な実施の形態の断面図である。図4に示すように、流体イジェクタ要素400は、熱伝導性マニホールド410、サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール420、及び第2のヒート・シンク440を含む。
種々の例示的な実施の形態において、サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール420は加熱要素基板421を含み、該加熱要素基板421上には加熱要素422が形成されている。加熱要素基板421は、流体チャネル424及び流体出口425を付与するように液体経路基板423に取り付けられている。サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール420は熱伝導性マニホールド410に取り付けられている。
種々の例示的な実施の形態において、熱伝導性マニホールド410は、チャンバ411を含む。流体は、リザーバから入り口を介してチャンバ411に供給される。流体は、その後、チャネル424のそれぞれに分配される。チャネル424における流体を加熱する加熱要素422によってチャネル424に生じる気泡の圧力により、液滴430が出口425から受容媒体に噴射される。
種々の例示的な実施の形態において、加熱要素基板421は、第2のヒート・シンク440に取り付けられ、これは、加熱要素422によって生じた熱を放射する。プリント配線部材(図示せず)は、接続ワイヤを介してサーマル流体イジェクタ・ダイモジュール420上の信号端子に接続するように第2のヒート・シンク440上に形成されている。第2のヒート・シンク440は、流体イジェクタ要素400が熱伝導性マニホールド410によって付与される以上の放熱を要求する場合、更なる放熱を行なう。
図5は、サーマル流体イジェクタ・ヘッド500から熱を放散するのに使用可能な構造を含む、流体イジェクタ要素又はヘッド500の第5の例示的な実施の形態の断面図である。図5に示すように、流体イジェクタ要素500は、熱伝導性マニホールド510、熱流体イジェクタ・ダイモジュール520、及び第2のヒート・シンク540を含む。
種々の例示的な実施の形態において、サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール520は加熱要素基板521を有し、該加熱要素基板521上には加熱要素522が形成されている。加熱要素基板521は、流体チャネル524及び流体出口525を付与するように、液体経路基板523に取り付けられている。サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール520は熱伝導性マニホールド510に取り付けられている。
種々の例示的な実施の形態において、熱伝導性マニホールド510はチャンバ511を有する。流体はリザーバから入り口を介してチャンバ511に供給される。流体は、その後、各チャネル524に分配される。チャネル524における流体を加熱する加熱要素522によってチャネル524に生じられる気泡の圧力により、液滴530が出口525から受容媒体に噴射される。
種々の例示的な実施の形態において、加熱要素基板521は、熱伝導性マニホールド510と同一平面に設置される。プリント配線部材(図示せず)は、加熱要素522をサーマル流体イジェクタ・ダイモジュール520上の信号端子に接続するように熱伝導性マニホールド510に取り付けられる。第2のヒート・シンク540は、加熱要素522によって生じた熱を放射することによって、更なる熱放散を行なうように、熱伝導性マニホールド510に取り付けられている。第2のヒート・シンク540は、流体イジェクタ要素500が熱伝導性マニホールド510によって付与され得る以上の熱放散を要求する場合、更なる熱放散を行なう。
図6は、熱伝導性マニホールド600から熱を放散するように使用可能な構造を含む、熱伝導性マニホールド600の第6の例示的な実施の形態を示している。図6に示すように、熱伝導性マニホールド600は、金属接触パッド610及び、フレキシブル基板630に形成される2列で平行に並べられたオフセット・ノズルをフレキシブル基板630に形成する。金属接触パッド610は、流体イジェクタ要素を担持する基板上の電極に電気接続されている。
図7は、図6に示された熱伝導性マニホールド600の断面図である。図7に示すように、熱伝導性マニホールド600は、中心構造640及びハウジング650を含む。中心構造640及び/又はハウジング650は、少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料を含む成形ポリマーを用いて形成される。種々の例示的な実施の形態において、ノズル620は、二重流体供給チャンバ621、622、及び、二重流体噴射チャンバ623、624を含む。中心構造640は、基板641、中心壁部642、加熱要素643、644、バリヤー層645、接着層646、及び接着剤647を含む。ハウジング650は接着剤651を含む。
種々の例示的な実施の形態において、流体A及びBはそれぞれ、流体供給二重チャンバ621、622内を流れ、基板641の外側エッジを回って流体噴射チャンバ623、624へとそれぞれ流入する。中心壁部642は二重チャンバ621及び622を分離する。加熱要素643、644は、流体の液滴660を対応付けられるノズル620から噴射するように選択的に作動される。
種々の例示的な実施の形態において、ノズル620は、例えば、レーザ・アブレーションによってフレキシブル基板630に形成される。フレキシブル基板630に形成される金属接触パッド610は、該フレキシブル基板630の裏面の導電性トレースに接続される。これらトレースの他端は基板641上の電極に接続され、これらは、加熱要素643、644に最終的に接続されている。種々の例示的な実施の形態において、加熱要素の代わりにピエゾ電気要素を使用することもできる。フレキシブル基板630は、接着剤651によってハウジング650に取り付けられる。流体噴射チャンバ623、624を相互に分離するバリヤー層645はフォトレジストを用いて形成することもできる。接着層646により、バリヤー層645がフレキシブル基板630の底部に取り付けられる。接着剤647により、基板641が中心壁体642に取り付けられ、チャンバ621、622を分離する流体シールを作成する。
図8は、サーマル流体イジェクタ・ヘッドから熱を放散するのに使用可能な構造を含む、サーマル流体イジェクタ・キャリッジ700の第7の例示的な実施の形態を示している。図8に示すように、サーマル流体イジェクタ・キャリッジ700は、シール部材710、ハウジング720、プリント要素740、及び流体供給カートリッジ又はタンク730を含む。種々の例示的な実施の形態において、ハウジング720は、一体形に成形されたプラスチック製部材である。種々の例示的な実施の形態において、ハウジング720は、側壁721、722、底壁723、収容領域726、一体的に形成された弾性ラッチ724、上部と前部がほぼ開放された端部、及び、ハウジング内に延びるアパーチャ725を有する。収容領域726は、流体供給カートリッジ又はタンク730を取り外し可能に収容するのに好適な大きさ及び形状を有する。流体供給カートリッジ又はタンク730は、ハウジング720の上部と前部がほぼ開放された端部を介して収容領域726に挿入されるとともに、そこから取り外すことができる。ラッチ724は、収容領域726内に流体供給カートリッジ又はタンク730を弾性的にラッチ止めするように構成されている。ラッチ724は一般的な片持ちばり式に変形し得る。使用者は、流体供給カートリッジあるいはタンク730をハウジング720から取り外したり、又は、解錠するように、ラッチ724の上端を偏向させることができる。
種々の例示的な実施の形態において、アパーチャ725は、底壁723及び右側壁部722の一部に形成され、あるいは、それらの内部に延びている。しかしながら、他の例示的な実施の形態において、アパーチャ725は、ハウジング720の底壁723、若しくは、側壁721と722のいずれか1つ以上の内部に延びるように形成することもできる。
プリント要素740は、アパーチャ725から収容領域726内に挿入される。シール部材710はハウジング720の内側底壁723に対して設置される。種々の例示的な実施の形態において、シール部材710は、上向き弾性リッジ(***部)712及び穴部714を含む、エラストマー材料を用いて形成される。使用時に、リッジ712はバネの働きをする。リッジ712は、流体供給カートリッジ又はタンク730が収容領域726に挿入される場合に弾性的に圧縮あるいは偏向され、プリント要素740に対して設定される負荷のすべてよりむしろ、流体供給カートリッジ又はタンク730がハウジング720の収容領域726に設置される場合に拡大される取り付け負荷の一部を分配するのに役立つ。リッジ712のバネ機能は、負荷をかける際にプリント要素740に対して加えられる最小力で流体供給カートリッジ又はタンク730を安定して保持するように、流体供給カートリッジ又はタンク730をラッチ724に対しバイアスをかける。種々の例示的な実施の形態において、流体供給カートリッジ又はタンク730は、プリント要素740を収容する受け穴731を含む。
図9は、プリント要素740の1つの例示的な実施の形態を詳細に示している。図9に示すように、プリント要素740は、サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール741、プリント配線部材742、流体シール746、フェーステープ747、及び流体マニホールド・アセンブリ750を含む。種々の例示的な実施の形態において、プリント配線部材742は、基板上に導電性トレースを含み、接触パッド743は一端に設けられ、接触域744は他端に設けられる。接触パッド743は、電気コネクタに接続されるような大きさ及び形状を有する。
図9に示されるプリント配線部材742は、エッジ収容領域の片側に一列に並んだ接点を有する。しかしながら、いずれの適切なタイプの電気接続を行なえばよい。プリント配線部材742は、また、流体イジェクタ・マニホールド・アセンブリ750のポストが延出できるスルーホールも有する。
サーマル流体イジェクタ・アセンブリ740は、また、プリント配線部材742の接触域744に動作可能に接続される。流体シール746は、流体マニホールド・アセンブリ750の片側を被覆し、スロット745を有する。流体は、スロットを介して流体マニホールド・アセンブリ750の出口からサーマル流体イジェクタ・ダイモジュール741まで流れることができる。
図10は、流体マニホールド・アセンブリ750の1つの例示的な実施の形態を詳細に示している。図10に示すように、流体マニホールド・アセンブリ750は、カバー751、2つのフィルタ753、754、及びベース部材760を含む。ベース部材760及びカバー751は、少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料を含む成形ポリマーを用いて形成される。カバー751は、該カバー751の上部から上方に延出するマウント752を含む。
種々の例示的な実施の形態において、ベース部材760は、第1の部分770と第2の部分780とを含む。第1の部分770は、1つ以上の取り付けポスト772、流体イジェクタ・アセンブリ740を収容且つ支持することのできる凹部774、及び、第2の部分780からの出口776を含む。
第2の部分780は、第1の部分770にほぼ垂直に延出する。第2の部分780は、第1のフィルタ753を収容し、出口776と連通するインク受け782を有する。カバー751は、第2の部分780上に取り付けられ、第1のフィルタ753は、カバー751と第2の部分780との間に挟まれる。
第2のフィルタ754は、マウント752の内側に取り付けられている。第2のフィルタ754は、第1のフィルタ753よりも粗いフィルタである。マウント752は、流体供給カートリッジ又はタンク730における受け穴731に挿入されるような大きさ及び形状を有する。マウント752はまた、異なるタイプの流体供給からのホース又はコンジット(図示せず)をマウント752の外周に適合させるのに好適な大きさ及び形状を有する。
図11は、サーマル流体イジェクタ・ヘッドから熱を放散する流体イジェクタ・カートリッジ800の第2の例示的な実施の形態を示している。図11に示すように、流体イジェクタ・カートリッジ800は、ハウジング820、プリント要素840、及びシール部材810を含む。種々の例示的な実施の形態において、ハウジング820は、ポリマー材料を用いて形成されるワンピース部材である。
種々の例示的な実施の形態において、ハウジング820は、収容領域826、一体形成された弾性ラッチ824、ほぼ開放された上部と前部の各端部、側壁822、底壁823、及び、ハウジング820内に延びるアパーチャ825を含む。
収容領域826は、流体タンク730と同様の3つのインク供給カートリッジ又はタンクを取り外し可能に収容するのに好適な大きさ及び形状を有するが、幅はそれよりも小さく、例えば、色の異なるインクに対するような異なるタイプの流体を有する。流体供給カートリッジ又はタンクは、ハウジング820のほぼ開放された上部及び前部の各端部を介して収容領域826に挿入されるとともに、この領域から取り外すことができる。ラッチ824は、収容領域826内で流体供給カートリッジ又はタンクを弾性的にスナップロック式にラッチ止めするように構成されている。ラッチ824は、一般的な片持ちばり式に変形し得る。使用者は、流体供給カートリッジ又はタンクをハウジング820から取り外したり、あるいは解錠するように、ラッチ824の上側端部を手動で後方に変形させることができる。
種々の例示的な実施の形態において、アパーチャ825は、ハウジング820の角、及び、底壁823と左側壁822のそれぞれの一部にわたって延びる。しかしながら、別の実施の形態において、アパーチャは、底壁823、あるいはハウジング820の1つ以上の側壁822にわたって延びる。
種々の例示的な実施の形態において、プリント要素840は、サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール841、プリント配線部材842、流体シール846、フェーステープ847、及び流体マニホールド・アセンブリ850を含む。プリント配線部材842は、基板上に導電性トレースを含み、接触パッドは一端に設けられ、接触域は他端に設けられる。プリント配線部材842は、流体マニホールド・アセンブリとプリント配線部材842とを取り付けるように、流体マニホールド・アセンブリ850のポストが延出する穴を含む。流体シール846は、流体マニホールド・アセンブリ850の片側を被覆し、流体が流体マニホールド・アセンブリ850の出口から流体イジェクタ・ダイモジュール841まで流れることのできるスロット845を有する。
流体マニホールド・アセンブリ850は、アパーチャ825を介して収容領域826内に拡張する。シール部材810は、ハウジング820の内側底壁823に対して設置され、マウント852は多数の穴814内に延出する。種々の例示的な実施の形態において、シール部材810は、エラストマー材料を用いて形成され、上向き弾性リッジ812を含む。このリッジ812はバネの働きをする。リッジ812は、流体供給カートリッジ又はタンクが収容領域826に挿入される時に弾性的に圧縮又は変形し、マウント852及びプリント要素840に対して設定される負荷のすべてよりもむしろ、流体供給カートリッジ又はタンクがハウジング820の収容領域826内に設置される場合に生じる取り付け負荷の一部を分配するのに役立つ。リッジ812のバネ機能は、また、プリント要素840に対して加えられる最小の力で流体供給カートリッジ又はタンクを安定して保持するように、流体供給カートリッジ又はタンクをラッチ824に対してバイアスをかける。
図12は、サーマル流体イジェクタ・ヘッドから熱を放散する流体マニホールド・アセンブリ850の1つの例示的な実施の形態を詳細に示している。図12に示すように、流体マニホールド・アセンブリ850は、カバー851、2種のフィルタ853、854、及びベース部材860を含む。ベース部材860及びカバー851は、プリント要素840を冷却するのに使用可能な1つ以上の熱伝導性フィラー材料を含むポリマー材料を用いて形成される。
ベース部材860は、第1の部分870及び第2の部分880を含む。第1の部分870は、取り付けポスト872、流体イジェクタ・ダイモジュール841を収容且つ支持する凹部874、及び、第2の部分880からの3つの出口876を含む。第2の部分880は、第1の部分870からほぼ垂直に延出し、フィルタ853を収容するとともに、出口876と連通する3つの流体受け882を含む。カバー851は、第2の部分880に取り付けられ、フィルタ853はカバー851と第2の部分880との間に挟まれる。カバー851は、カバー851の上側から上方に延出する3つのマウント853を含む。フィルタ854はマウント852の内側に配置されている。フィルタ854は、フィルタ853よりも粗いフィルタである。マウント852は、流体供給カートリッジ又はタンク内における個々の受け穴内に延出するような大きさ及び形状を有する。マウント852はまた、異なるタイプの流体供給からのホース又はコンジット(図示せず)をマウント852の外周に適合させるのに好適な大きさ及び形状を有する。
図13は、流体イジェクタ・カートリッジ700及び800を組み込んだプリントヘッド・アセンブリ900の種々の例示的な実施の形態を示している。図13に示すように、流体イジェクタ・アセンブリ900は、マスタ・キャリッジ910、及び、該マスタ・キャリッジ910に取り付けられる流体イジェクタ・キャリッジ700及び800を含む。キャリッジ910は、当該技術で一般的に知られているように、フレーム上での側方スライド動作を往復動させるための、サーマルインクジェット・プリンタなどの印刷装置のフレームに移動可能に取り付けられることを目的としている。
種々の例示的な実施の形態において、流体イジェクタ・キャリッジ700は、黒色流体イジェクタ・ヘッドを含むような設計であり、流体イジェクタ・キャリッジ800は、カラー流体イジェクタ・ヘッドを含むような設計である。しかしながら、種々の例示的な実施の形態において、プリントヘッド・アセンブリ構成は、黒一色の流体イジェクタ・ヘッドのみを備えたキャリッジや、多数の黒色流体イジェクタ・ヘッドを備えたキャリッジ、多色イジェクタ・ヘッドを備えたキャリッジ、あるいはその他の好適な構造などとして変更することができる。
2つのプリント要素740及び850は互いに隣接して配置され、個別に間隔をおいて配置されたインクタンク収容ハウジング720及び820を含む。種々の例示的な実施の形態において、これら2つのプリント要素740及び850の相対位置は、流体イジェクタ・ダイモジュールの前部端部間の正確なオフセットDをもたらすように、マスタ・キャリッジ910の前面に対してずらされるか、あるいは階段状とされる。しかしながら、他の例示的な実施の形態において、プリント要素740及び750の間のオフセットDを設ける必要がなかったり、あるいは、適切なオフセット距離を設けることもできる。種々の例示的な実施の形態において、単一のプリント要素は、それに接続される4つのインクタンク(例えば、1つの黒色と3つのカラー)を有し、及び/又は、4つ以上の流体供給カートリッジ又はタンクを保持でるき1つだけのハウジングを有するような設計にしてもよい。黒色流体供給カートリッジ又はタンクは、3つの流体供給カートリッジ又はタンク(即ち、赤、緑、及び青)や、写真印刷用の低濃度インクと交換することができる。このように、これら3つのカラープリント要素のうちの2つは、単一の装置で使用することができる。
図14に示すように、成形装置1000は、側壁チャネル1011、1012、1013、及び1014を含む。熱伝導性の高いポリマー材料は、ゲート1020を介して成形装置1000に注入され、側壁1011、1012、1013、及び1014によって形成されるチャネルを介して流れ方向1021及び1022に流動する。流れ方向1021、1022は、熱伝導性の高いポリマー材料と混合された少なくとも1つのフィラー材料を配向させ、フィラー材料は、流体イジェクタ・ヘッドから熱を受け取るマニホールドの表面と、マニホールドの1つ以上の熱放散表面との間に延出する。流体封じ込めデバイス(fluid containment device)は、流体イジェクタ・ダイモジュールからの熱を放散するのと同じようにして成形できる。
図14に示すように、1つ以上の熱伝導性フィラー材料はダイモジュールに平行に配向される。この結果、表1に示すように、熱膨張係数は、ダイモジュールを作るのに使用される材料のそれと同様なものがマニホールドに対して得られる。このように、マニホールド及びダイモジュールとの結合は、温度変化による大きな応力の影響は受けにくい。さらに、配向された熱伝導性フィラー材料は、流体イジェクタ・ヘッドから熱を放散するための効果的なマニホールドを提供する。
図15は、サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール1134から熱を放散する流体イジェクタ・アセンブリ1100の第3の例示的な実施の形態を示している。図15に示すように、流体イジェクタ・アセンブリ1100は、流体供給カートリッジ又はタンク1110、流体マニホールド部材1120、マニホールド・アセンブリ1130、シール1140、及びプリント配線部材1150を含む。
種々の例示的な実施の形態において、流体マニホールド部材1120は、粗フィルタ1122及びマニホールド・カバー1124を含む。マニホールド・アセンブリ1130は、マニホールド・フィルタ・カバー1131、微細フィルタ1132、接着片1133、流体イジェクタ・ダイモジュール1134、フェースプレート1135、及び微細フィルタ・カバー1136を含む。
種々の例示的な実施の形態において、流体タンク1110は、マニホールド部材1120に取り付けられ、流体は、プリント配線部材1150の反対側にある微細フィルタ1132とマニホールド・フィルターカバー1131へとマニホールド部材1120を介して流れる。流体は、さらに、流体イジェクタ・ダイモジュール1134に流れる前にろ過される。流体イジェクタ・ダイモジュール1134は、マニホールド部材1120に対しプリント配線部材1150の反対側に配置される。このように、流体供給カートリッジ又はタンク1110がマニホールド部材1120に装着される時に生じる力は、流体イジェクタ・ダイモジュール1134に直接伝達されない。
種々の例示的な実施の形態において、このような設計により、熱がインクに蓄積され、液滴噴射で除去される。この種の設計により、流体イジェクタ・アセンブリ900は、隣接する流体イジェクタ・アセンブリ1100間にマニホールド・フィルターカバー1131のみがあるように、互いにほぼ隣接して配置することもできる。種々の例示的な実施の形態において、2つのマニホールド1120及び1130を1つに結合することによって流体イジェクタ・カートリッジが形成される。2つのマニホールドのアプローチを使用する場合に多数の目的及び利点が得られる。例えば、第1のマニホールド1130は、各ダイ上に設置することができ、第2のマニホールド1120の異なるバージョンが異なる製品群に対して設計することができる。また、精密成形のいかなる特徴も、小型の第1のマニホールドに含めることができ、これにより大型の第2のマニホールドに関する許容範囲の拡大や幅広い材料の選択がもたらされる。これは、最終アセンブリが始まる前に不良品を見出だすべく、第1のマニホールドでダイをプリント試験するために、アセンブリ検査の際に利用できる。
図16は、本発明によるマニホールドを製造するための方法の第1の例示的な実施の形態を示すフローチャートである。図16に示すように、この方法の動作は、ステップS100から始まり、ステップS200へと続く。1つ以上の熱伝導性フィラー材料がポリマーと混合される。その後、ステップS300において、1つ以上のフィラー材料を含むポリマーがマニホールドに成形される。1つ以上のフィラー材料は、図14に示されるように、設計された熱流れ方向に沿って配向される。次に、ステップS400において、マニホールドは流体イジェクタ・ダイモジュールに取り付けられる。最後に、動作はステップS500へと続き、この方法の動作が終了する。
図17は、サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール1234から熱を放散する、流体イジェクタ・アセンブリ1200の第4の例示的な実施の形態を示している。図17に示すように、流体イジェクタ・アセンブリ1200は、マニホールド・カバー1224を有する一体形流体タンク収容ハウジング及び流体マニホールド部材1220、マニホールド・アセンブリ1230、及びプリント配線部材1250を含む。
種々の例示的な実施の形態において、マニホールド・アセンブリ1230は、マニホールド・フィルタ・カバー1231、微細フィルタ1232、接着テープ1233、流体イジェクタ・ダイモジュール1234、フェースプレート1235、及び微細フィルタ・カバー1236を含む。
種々の例示的な実施の形態において、流体タンク部分1221は、マニホールド部材1220に一体化され、流体は、プリント配線部材1250の反対側に配置される、微細フィルタ1232及びマニホールド・フィルタ・カバー1231までマニホールド部材1220を介して流れる。流体は、流体イジェクタ・ダイモジュール1234に転送される前にろ過される。流体イジェクタ・ダイモジュール1234は、マニホールド部材1220に対してプリント配線部材1250の反対側に配置される。
種々の例示的な実施の形態において、このような設計は、図15に対して上述したように、熱をインクに蓄積し液体噴射で除去することも可能にする。
図18は、本発明によるマニホールド製造方法の第2の例示的な実施の形態を示すフローチャートである。図18に示すように、この方法の動作はステップS1100から開始し、ステップS1200へと続き、1つ以上の熱伝導性フィラー材料はポリマーと混合される。その後、ステップS1300において、1つ以上のフィラー材料を含むポリマーはマニホールドに成形される。1つ以上のフィラー材料は、設計による熱流れ方向に沿って配向される。次に、ステップS1400において、コンテナを備えたマニホールドは、流体イジェクタ・ダイモジュールに取り付けられる。最後に、動作はステップS1500へと続き、この方法の動作が終了する。
本発明を上述した例示的な実施の形態に関連して説明してきたが、種々の変更、修正、変化、改良、及び/又は略同等物は、周知であるか、若しくは、現在予測できないことに関係なく、少なくとも当業者には理解できるであろう。したがって、上述したように、本発明の例示的な実施の形態は、限定ではなく、説明のためのものであることが意図されている。種々の変化は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく実施することができる。したがって、添付した請求の範囲及び修正されたものは、すべての公知の、又は今後開発される変更、修正、変化、改良、及び/又は略同等物を包含することを意図している。
100 サーマル流体イジェクタ・ヘッド
110 熱伝導性マニホールド
120 流体出口
130 流体供給カートリッジ又はタンク
140 プリント配線部材
150 サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール
110 熱伝導性マニホールド
120 流体出口
130 流体供給カートリッジ又はタンク
140 プリント配線部材
150 サーマル流体イジェクタ・ダイモジュール
Claims (19)
- 少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料を含むポリマーから成形されるマニホールドと、
前記マニホールドに取り付けられる流体イジェクタ・ダイモジュールと、
を含む、流体イジェクタ・カートリッジ。 - 前記マニホールド及び流体イジェクタ・ダイモジュールが、同じ熱膨張係数を有する材料から形成される、請求項1に記載の流体イジェクタ・カートリッジ。
- 前記少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料の熱伝導率が、約10W/m℃よりも大きい、請求項1に記載の流体イジェクタ・カートリッジ。
- 前記少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料の熱伝導率が、約100W/m℃よりも小さい、請求項1に記載の流体イジェクタ・カートリッジ。
- 前記少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料の熱伝導率が、約10W/m℃から100W/m℃の範囲にある、請求項4に記載の流体イジェクタ・カートリッジ。
- 前記少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料が黒鉛材料である、請求項1に記載の流体イジェクタ・カートリッジ。
- 前記黒鉛材料が、石油ピッチ系材料を用いて形成される、請求項6に記載の流体イジェクタ・カートリッジ。
- 前記少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料がセラミック材料である、請求項1に記載の流体イジェクタ・カートリッジ。
- 前記少なくとも1つのセラミック材料が窒化ホウ素及び窒化アルミニウムのうちの少なくとも1つである、請求項8に記載の流体イジェクタ・カートリッジ。
- 前記ポリマーが、液晶ポリマー、ポリフェニレン硫化物、ポリスルホンのうちの少なくとも1つである、請求項1に記載の流体イジェクタ・カートリッジ。
- マニホールドを形成するために使用されるポリマーがインクに対する耐化学性を有する、請求項1に記載の流体イジェクタ・カートリッジ。
- コンテナをさらに含み、前記マニホールド及びコンテナが単一の部材として一体成形される、請求項1に記載の流体イジェクタ・カートリッジ。
- 前記少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料が、流体イジェクタ・ダイモジュールの配向された流れ領域に略平行に配向される、請求項1に記載の流体イジェクタ・カートリッジ。
- 少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料を含むポリマーを用いてマニホールドを少なくとも部分的に成形すること、及び
前記マニホールドを流体イジェクタ・ダイに取り付けること、
を含む、
流体イジェクタ・カートリッジの製造方法。 - 前記マニホールドを少なくとも部分的に成形することは、少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料を含むポリマーからマニホールド全体を成形することを含む、請求項14に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料を含むポリマーを形成するように、約10W/m℃よりも大きな熱伝導率を有する少なくとも1つのフィラー材料をポリマーに混合することをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの熱伝導性フィラー材料を含むポリマーを形成するように、約100W/m℃よりも小さな熱伝導率を有する少なくとも1つのフィラー材料をポリマーに混合することをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのフィラー材料を混合することは、約10W/m℃から100W/m℃の熱伝導率を有するフィラー材料を混合することを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記マニホールドを少なくとも部分的に成形することは、前記少なくとも1つのフィラー材料を、前記流体イジェクタ・ダイモジュールの配向された流れ領域に対し略平行に配向させることを含む、請求項14に記載の方法。
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