JP2015509874A - プリントヘッド補強 - Google Patents

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フジフィルム ディマティックス, インコーポレイテッド
フジフィルム ディマティックス, インコーポレイテッド
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Abstract

全般に、一態様において、装置は、中空インク補充チャンバを有する構体及び構体の側面上のプレートを有し、プレートは構体の中空インク補充チャンバに隣接する一連の中空チャネルを分離している一連のポストを有する。

Description

関連出願の説明
本特許出願は、米国特許法第119条によって、2012年3月5日に出願された米国仮特許出願第61/606709号及び2012年3月5日に出願された米国仮特許出願第61/606880号の優先権日の恩典を主張する。上記仮特許出願の明細書はそれぞれの全体が本明細書に参照として含められる。本明細書は本特許出願と同日に出願された米国特許出願第 号[[09991-0297001]]の明細書を参照として含む。
本開示はプリントヘッド補強に関する。
全般に、一態様において装置は構体を備え、構体は中空のインク補充チャンバ及び構体の側面上に構造を有し、構造は構体内の中空インク補充チャンバに隣接する一連の中空チャネルを分離している一連のポストを有する。一連のポストは中空インク補充チャンバにかけて印加される圧縮力に対抗して構体を支持する。
実施形態は以下の特徴の1つ以上を有することができる。構体を補強するためのプレートが構体に取り付けられる。プレートは機械的結合によって構体に取り付けられる。装置はプレートの構体とは逆の側に、一連のポストとは接触していない追従素子をさらに有する。構体は炭素を含み、プレートはステンレス鋼を含み、追従素子はポリイミドを含む。装置はプレートと追従素子の間にキャビティプレートをさらに有する。キャビティプレートはランドで隔てられた一連のポンピングチャンバを有する。プレートは構体に隣接する。プレートの一連のポストのそれぞれのポストの幅はキャビティプレートのランドの対応する1つの幅の±10%以内である。一連のポストのそれぞれのポストの厚さはプレートの厚さに対応する。装置は構体に隣接する第2のプレートをさらに有し、第2のプレートは構体内の中空インク補充チャンバに隣接する一連の中空チャネルを分離している第2の一連のポストを有する。装置は第2のプレートの構体とは逆の側に、第2の一連のポストとは接触していない、第2の追従素子をさらに有する。装置はランドでそれぞれが隔てられた第2の一連のポンピングチャンバを有する第2のキャビティプレートをさらに有し、第2のキャビティプレートは第2のプレートと第2の追従素子の間にある。
全般に、一態様において、装置は、中空のインク補充チャンバを有する構体を有し、構体が構体の側面上にプレートを有する、アセンブリを有する。プレートは構体内の中空インク補充チャンバに隣接する一連の中空チャネルを分離している一連のポストを有する。装置はプレートの構体とは逆の側に、一連のポストとは接触していない追従素子をさらに有する。
実施形態は以下の1つ以上を有する。プレートは機械的結合によって構体に取り付けられる。構体は炭素を含み、プレートはステンレス鋼を含み、追従素子はポリイミドを含む。アセンブリはジェット噴射アセンブリであり、ジェット噴射アセンブリはプレートと追従素子の間にキャビティプレートをさらに有する。キャビティプレートはランドで隔てられた一連のポンピングチャンバ及び追従素子に接触している圧電素子を有する。装置はカラー、デセンダープレート及びノズルプレートをさらに有する。ジェット噴射アセンブリはカラー内に保持され、デセンダープレート及びノズルプレートと流通態様で連結される。装置はハウジングをさらに有し、フレキシブル回路がジェット噴射アセンブリをハウジングの外部に接続する。ジェット噴射アセンブリはハウジングで囲包される。
全般に、一態様において、中空のインク補充チャンバを有する構体に機械的支持体が中空インク補充チャンバの長さに直交する方向に設けられ、上記方向に沿って構体の下に配置されたアセンブリに構体を確実に固定するために上記方向に力が印加される。
実施形態は以下の特徴の1つ以上を有することができる。上記方向に沿って構体の下に配置されたアセンブリは構体から取り外され、その後、アセンブリが構体の下に取り付けられる。構体内の中空インク補充チャンバに隣接する一連の中空チャネルを分離する一連のポストによって機械的支持が与えられる。構体は炭素を含み、一連のポストはステンレス鋼を含む。構体及びアセンブリは圧力の下に一体で保持される。構体とアセンブリは接着剤で接合されていない。アセンブリに構体を確実に固定するように力が上記方向に印加されると、形体内のオリフィスとアセンブリ内のデセンダー管の間に位置合わせされたインク流路が形成される。
全般に、一態様において、中空のインク補充チャンバを有する構体が提供され、構体は構体の側面でプレートに接触し、プレートは構体内の中空インク補充チャンバに隣接する一連の中空チャネルを分離している一連のポストを有する。
実施形態は以下の特徴の1つ以上を有する。構体のプレートの逆の側に追従素子が設けられ、追従素子の使用中、追従素子は一連のポストと接触しない。構体は構体の第2の側面において第2のプレートと接触し、第2のプレートは構体内の中空インク補充チャンバに隣接する第2の一連の中空チャネルを分離している第2の一連のポストを有する。一連のポストの高さに沿う方向に力が印加され、構体は上記方向に沿って構体の下に配置されたアセンブリに取り付けられる。構体はアセンブリから取り外される。ノズルプレートを有するアセンブリはクリーニングされる。
上記及びその他の特徴及び態様、及びそれらの組合せは、機能及び業務遂行方法を、またその他の仕方で、実施するための、システム、コンポーネント、装置、方法、手段または工程として表現され得る。
その他の特徴、態様、実施形態及び利点は、詳細な説明及び特許請求の範囲から明らかであろう。
図1Aはノズルプレートアセンブリの斜視図である。 図1Bはノズルプレートアセンブリの端面図である。 図1Cはノズルプレートアセンブリの拡大図である。 図1Dはプリントヘッドアセンブリの断面図である。 図1Eはプリントバー上のプリントヘッドアセンブリの斜視図である。 図1Fは図1Cの一部の拡大図である。 図2Aはインクジェットアレイモジュールの斜視図である。 図2Bはインクジェットアレイモジュールの断面図である。 図2Cはインクジェットアレイモジュールの拡大斜視図である。 図3Aは炭素構体の上面図である。 図3Bは炭素構体の前面図である。 図4Aは補強プレートの上面図である。 図4Bは補強プレートの上面図である。 図4Cは重ね合わされた補強プレートとキャビティプレートの斜視図である。 図4Dは重ね合わされた補強プレートとキャビティプレートの斜視図である。 図5Aはキャビティプレートの上面図である。 図5Bはキャビティプレートの上面図である。 図5Cはキャビティプレートの断面図である。 図6Aはノズルプレートの簡略な斜視図である。 図6Bはノズルプレートの簡略な斜視図である。 図7Aはプリントヘッドアセンブリの斜視図である。 図7Bはプリントヘッドアセンブリの斜視図である。 図7Cはプリントヘッドアセンブリの斜視図である。 図7Dはプリントヘッドアセンブリの図である。 図7Eはプリントヘッドアセンブリの図である。 図7Fはプリントヘッドアセンブリの図である。 図7Gはプリントヘッドアセンブリの図である。 図7Hはプリントヘッドアセンブリの図である。 図8は炭素構体の側面図である。
図1A,1B,1C,1D及び1Fに示されるように、ノズルプレートアセンブリ(またはカラーアセンブリ)は、カラー14,カラー14から隔てられた一体型再循環マニフォールド15,ステンレス鋼デセンダー17,ステンレス鋼ノズル再循環プレート20及び電鋳ニッケルノズルプレート21を有する。カラー、再循環マニフォールド、デセンダープレート、再循環プレート及びノズルプレートは全て、同じ外周寸法及び外形を有する。
カラー14の底面1012は一体型再循環マニフォールド15の天面1510に接着剤1014を用いて接合される。一体型再循環マニフォールド15は、デセンダープレート17及びノズル再循環プレート20を含む積層体23に、エポキシ樹脂のような、接着剤を用いて取り付けられる。積層はデセンダープレート17とノズル再循環プレート20を貼り合わせることでなされる。一体型再循環マニフォールド15は2つの再循環系の流路を一体にする。再循環系の詳細は[0297001]の明細書に説明されている。この明細書はその全体が本明細書に参照として含められる。再循環プレート20の底面1018は次いでノズルプレート21に接着剤で接合される。
カラー及び一体型再循環マニフォールド15は炭素でつくることができ、ノズルプレート21はニッケルでつくられた電鋳プレートとすることができる。(「ロックトラップ」とも称される)メンブラン1641は、マニフォールド15内の対応するデセンダー194をメンブラン1641が覆う場所に、(図1Cに示される)小孔1643を有する。メンブラン1641の小孔の直径は、屑及びその他の不純物によるノズルプレートアセンブリ10のノズルの詰まりを防止するために、ノズルの直径より小さい。
両端16及び17において、カラー14は対応する突起140及び141を有する。突起140は2本のねじ130及び131が貫通することができる2つの貫通孔142及び143を有し、突起141はねじ133(図示せず)が貫通することができる貫通孔144(図示せず)を有する。ねじ130,131,132及び133により、ノズルプレートアセンブリ10を(図1Eに示される)プリントバー1016またはその他の支持体にその他のプリントヘッドコンポーネントとともに取り付けることが可能になる。
図1Bに示されるように、カラー14はカラー14の長さに沿って延びる壁体163によって隔てられるスロット161及び162を有する。2つのインクジェットアレイモジュール6(その内の1つが図2Aの斜視分解組立図に示されている)を、インクジェットアレイモジュール6の炭素構体160の底端1640が一体型再循環マニフォールド15の天面1510に接触するように、カラー14内の長矩形スロット161及び162のそれぞれに取り付けることができる(図1Cを見よ)。
カラー14のスロット161内に取り付けられたインクジェットモジュール6の炭素構体160の一部断面図が示されている、図1Cは図1Bに破線の矩形で示される領域の拡大図である。デセンダー192がインクジェットアレイモジュールのそれぞれのノズル開口250に対して炭素構体160内に定められる。デセンダー192のそれぞれは、炭素構体160の面162の下部に定められたオリフィス1644を炭素構体160の底端1640に定められたオリフィス1642に接合する90°曲部193を有する。図1Fは図1Cの拡大図を示す。一体が再循環マニフォールド15はその底面に定められた再循環帰還マニフォールド19を有する。再循環帰還マニフォールドの詳細は[0297001]の明細書に与えられている。この明細書はその全体が本明細書に参照として含められる。
図3A及び3Bに炭素構体160の詳細図が与えられている。面162及び面162の裏側(図3Aの図面の平面の向こう側)の面163はそれぞれ1列のオリフィス1644を有するから、炭素構体の底端面1640上にはそれぞれが128のオリフィス1642を有する2つのオリフィス列がある。オリフィス1644の間隔164はオリフィス1642の間隔165と同じである。2つのオリフィス列は炭素構体の長さに沿って相互にオリフィス間隔の1/2の距離でオフセットされる。さらに、間隔164及び165も(図7Gに示される)ノズルプレート21のノズル開口250の間隔と同じである。デセンダー192は一体型再循環マニフォールド192に定められるデセンダー194と合わせられて図1Cに示される。したがって、インク流路は、オリフィス1634から90°曲部193を通り、ロックトラップの孔を通り、デセンダー194を下ってデセンダープレート17のデセンダー228に至る。
図2Aは、炭素構体160及び、スタックに組み立てられて、炭素構体160の両面1761及び1762に隣接して配置された、補強プレート211及び212,キャビティプレート213,214,追従メンブラン1740.1741,及び圧電素子1750及び1751を有する、インクジェットアレイモジュール6を示す。プリントヘッドアセンブリ100を形成するため、ノズルプレートアレイアセンブリ内のカラー14のスロット161及び162内に4つのインクジェットアレイモジュール6(6A〜6D)を嵌め込むことができる。
プリントヘッドアセンブリ100の側断面図が図1Dに示される。中央の垂直管184がインクジェットアレイモジュール6A〜6Dの全てにインクを送る。フレキシブル回路166のそれぞれに集積回路180が搭載される。7A〜7Dはアレイの長さに沿って(すなわち、図1D図面の平面の内外に向けて)延びる金属クランプであり、金属クランプ7A〜7Dのそれぞれの端部にねじ8A〜8Dがある。フレキシブル導電体1801はフレキシブル回路の一部でありコネクタ1805に接続されて、外界との接続を可能にする。
(比較的高価である)プリントヘッドアセンブリ100の動作寿命を延ばすことができるノズルプレートアセンブリ10の日常保守(例えばクリーニングまたは交換)を行うため、(比較的安価である)ノズルプレートアセンブリ10をプリントヘッドアセンブリ100から容易に取り外せることが有用である。プリントヘッドアセンブリ100からのノズルプレートアセンブリ10の容易な取り外しを可能にするため、ノズルプレートアセンブリ10はプリントヘッドアセンブリ100に永久接合はされない。代わりに、ノズルプレートアセンブリ10はプリントヘッドアセンブリ100に機械的にクランプされる。ノズルプレートアセンブリ10とインクジェットモジュール6A〜6Dの間に良好な機械的封止を達成するには、一体型再循環マニフォールド15の表面1510に直交する方向の(1C及び3Aに示される)かなりのクランプ力200が必要である。しかし、そのようなクランプ力は炭素構体160に沿う全ての場所において、インクジェットモジュール6A〜6Dの炭素構体160からノズルプレートアセンブリ10に均等には伝達され得ない。これは、炭素構体160の中間に定められた中空インク補充チャンバ191の存在によって生じる、(図3Aに示される)長さ210をもつ部分2101に沿う炭素構体160の機械的剛性の低下による。中空インク補充チャンバは炭素構体160の上部の長さに沿って印加される一様な力の存在における炭素構体のゆがみを可能にし、炭素構体160の底面における全ての位置に沿う印加力の一様な伝達を困難にするであろう。
炭素構体160の上部161からの力169のノズルプレートアセンブリ10に向かう炭素構体160の底部における力1691への伝達の均等性を向上させるため、炭素構体160に取り付けられてそれらの間に炭素構体160を挟み込む2枚のステンレス鋼補強プレート211及び211は、インク補充チャンバ191に隣接する長い中空チャネル320に作製された(図4A及び4Bに示される)一様な一連のステンレス鋼ポスト330を有する。ポストは、炭素構体160を補強し、炭素構体の変形を減じ、クランピング力の上部から底部への均等な伝達を可能にするため、インク補充チャンバの両側に剛性を与える。言い換えれば、ポストは中空インク補充チャンバ191を有する炭素構体160に対して、クランプ力200が炭素構体160を、炭素構体160の下側の中空インク補充チャンバの長さに直交する方向に沿って配置されたノズルプレートアセンブリ10に確実に固定するように、上記方向に機械的支持を与える。
一連のポスト330は補強プレート211のそれぞれに、炭素構体160のインク補充チャンバ191に隣接する、対応する一連の中空チャネル310を定める。これらのポスト330及び中空チャネル310はキャビティプレート213のそれぞれのインクジェットポンピングチャンバ流入口415の間にも合わせられる。図4Cにおいて、補強プレート211はキャビティプレート213の上にあって、キャビティプレート213に重なり合う。下に隠れているキャビティプレート213上の構造を示すため、補強プレート211の下半分は取り除かれている。補強プレート211内のポスト330は、キャビティプレート内の2つのポンピングチャンバ220を隔てるランド426と一線に並ぶ。インクがインク補充チャンバ191から中空チャネル310を通ってポンピングチャンバ220に入ることを保証するため、補強プレート211内の中空チャネル310もキャビティプレート213内のポンピングチャンバ220と一線に並ぶ。炭素構体160及び補強プレート211と212はエポキシ樹脂を用いて機械的に接合され、補強プレート211内の一連のポスト330が、矢印2110で示される方向に、必要な機械適合性を与える。
補強プレート211及び212内の中空チャネル310の中心の間隔は間隙315の幅と等価であり、間隙315の幅はノズルプレート21内のノズル開口250の間隔とも等しい。ノズルプレート21内のノズル開口250の間隔は補強プレート内の開口340の間隔と同じである。ポスト330間の中空チャネル310の寸法はインク補充チャンバ191からキャビティプレート213及び214内のポンピングチャンバ220のそれぞれに入る流れの良好な体積を維持するに役立ち、ポストの寸法は矢印2110で示される方法に機械的剛性を与える。インク流はインク補充チャンバ191を出て、一対のポスト330の間の中空チャネルを通って補強プレートに入る。ポストの寸法も、インク補充チャンバから出て中空チャネル310を通って流れるインクが受ける流体抵抗が、インク補充チャンバからキャビティプレートに入るインクの流れが妨げられないように、大きすぎないことを保証する。
補強プレート211は約50μmから150μm(例えば、127μm)の(図2Bに示される)厚さ2111を有することができる。図4Bに示されるように、ポスト330の高さ331は例えば、約4mm,3mm,2mmより低く、及び/または約500μm.1mmより高く、することができる。ポスト330の幅332は例えば、約250μm,200μm,150μm,130μmより狭く、及び/または約100μmまたは120μmより広く、することができる。隣接する中空チャネル310の中心間の間隙315は、約700μm,600μm,508μmより狭く、及び/または約350μm,450μm,または500μmより狭く、することができる。
図5Bはキャビティプレート213内に定められたポンピングチャンバ220の拡大図を示す。キャビティプレート213は約50〜150μm(例えば127μm)の(図5Cに示される)厚さ2130を有することができる。中空ポンピングチャンバ220の幅423は例えば、約500μm,400μm,388μmより狭く、及び/または約250μm,300μmまたは350μmより広く、することができる。2つの中空ポンピングチャンバ220の中心間隔422は例えば、約700μm,600μm,508μmより狭く、及び/または約400μmまたは500μmより広く、することができる。
リブ424及び425はキャビティプレート213の約1/2の厚さを有し、ポンピングチャンバ220間の領域であるランド426に損傷を与えない、組立中のキャビティプレート213のハンドリングを可能にする、構造支持を提供する。狭くて薄いランド426は脆弱で、キャビティプレート213上にカバーが取り付けられるまでは、曲げ及び折り畳みによる損傷を受け易く、破損し易い。カバーは次いでさらなる支持を提供することができる。カバーは、ポンピングチャンバを形成するため、キャビティプレート213の両面に取り付けられる。カバーは追従メンブラン1740及び1741と補強プレート211及び212を含む。ランド426が狭いことから、キャビティプレート213を有するジェット噴射アセンブリはより小さいノズルピッチを有し、高解像度の画像を作成することができる。ランド426の寸法は、例えば、約300μm,200μm,150μm,120μmより小さく、及び/または約75μmまたは100μmより大きく、することができる。さらなる説明は米国特許第8091988号の明細書に与えられている。この明細書の全内容は本明細書に参照として含められる。
補強プレートのポスト330はキャビティプレート213のインク補充流路410の(想像上の)延長435(図4D)と位置が合うような寸法につくられ、延長435は異なるポンピングチャンバ220の間のランド426の直上にある。
補強プレート211に対して平行な2つの追従メンブラン1740及び1741は、動作中にメンブランが撓められたときにポスト330に接触しないことで、インク内を伝搬する音響波を適切に処置するために、それぞれ、補強プレート211及び212から118μm以上の(120μmより大きく、150μmより大きく、250μmより大きい、及び/または400μmより小さく、300μmより小さい)距離で隔てられる。追従メンブランはポンピングチャンバ220間のクロストークの低減に役立つ。
図2Cはインクジェットアレイモジュール6の拡大斜視図を示す。ポスト330は、中空インク補充チャンバ191に沿って炭素構体160を補強するように、炭素構体の両側面1761及び1762に積層される。キャビティプレート213及び214は、上で略述したように、構造支持のためのリブ425を有する。中空インク補充チャンバ191からのインクはポスト330の間を流れ、ポンピングチャンバ流入口415を通ってポンピングチャンバ220に入る。キャビティプレートと圧電素子1740及び1751の間に追従メンブラン1740及び1740が積層される。
特定の態様の1つにおいて、前段落で論じたパーツに対して以下の寸法が用いられる。追従メンブランのそれぞれの厚さは25μmであり、補強プレートのそれぞれ及びキャビティプレートのそれぞれの厚さは127μmであって、ポストの幅は130μm、厚さは127μm、高さは2mmである。
クロストークは個々のジェットに流入して噴射されるインクの間の望ましくない流体相互作用である。ジェットは全体として、ポンピングチャンバ、圧電素子、ノズルへの流路及び、そこからインクが射出される、ノズルを指す。一般に、ジェット間にはクロストークがないことが望ましい。クロストークがあると、1つ以上のジェットの起発が、例えばインク射出速度またはジェット噴射されるインク滴体積を変えることで、他のジェットの性能に影響を与え得る。これは望ましくないエネルギーがジェット間で伝達されるときにおこり得る。インクジェットモジュール6の動作中、圧電素子1750及び1751(例えば、PZT)が延び広がって、圧電素子に取り付けられている、追従メンブラン1740及び1741を撓める。この撓みは続いて、追従メンブランをキャビティプレート213及び214から引き離させて、ポンピングチャンバ220内にポンピングチャンバの体積の増加による低圧領域をつくりだし、この低圧領域がインク補充チャンバ191内のインク170を、補強プレート211及び212の中空チャネル310をわたってキャビティプレート212及び213内の流路410に入れ、ポンピングチャンバに引き込ませる。
ポンピングチャンバの体積増加は、ポンピングチャンバ内に既に存在するインクに音響エネルギーを有する負圧力波も発進させる。この負圧力波はポンピングチャンバ内に始まり、ポンピングチャンバ220の両端に向かって(ポンピングチャンバ220の一端421に向かって、及びポンピングチャンバ流入口415の上のインク流路410に向かって)進む。負圧力波がポンピングチャンバの端に達し、インク流路410の(自由表面と近似することができる)大面積にであうと、負圧力波は反射され、正圧力波としてポンピングチャンバ内に戻り、ポンピングチャンバ220の端421に向かって進む。(図5Cに示される)自由表面441と等価なインク流路を設ける効果は、ポンピングチャンバ流入口415において反射されてポンピングチャンバ内に戻るエネルギーが一層多くなり、エネルギーが他のポンピングチャンバに進入して隣のジェットの性能に影響を及ぼし得るであろう、インク流路410に入るエネルギーが一層少なくなることである。さらに、反射してポンピングチャンバ220に戻る音響エネルギーは、与えられた印加電圧に対し、ポンピングチャンバの端421における圧力を高める。
メンブラン1740及び1741のインク流路410にわたる追従性も、噴射しているジェットからインク流路に入る圧力波の振幅を下げることによってジェット間のクロストークを低減する。追従メンブラン1740及び1741は、例えば、厚さが約100μm,50μm,25μmより薄い、及び/または厚さが約10μmまたは20μmより厚い、ポリイミドフィルムとすることができる。一般に、メンブランの追従性が高くなるほど(または束縛が弱くなるほど)、メンブランは益々強く負圧力波を反射し、これがなければ隣のポンピングチャンバに入り得たであろう、いかなる無益な音響エネルギーも減衰させる。補強プレート211内のポスト330の配置は、追従メンブランがキャビティプレートに向けて十分に、ただしポスト330の存在によって妨害されずに、撓むことができることを保証する。言い換えれば、プリントヘッドアセンブリ100の動作中に、追従メンブラン1740及び1741が補強ポスト330に接触することはない。
圧電素子1750がある時間拡張状態に保たれた後、圧電素子は、元の位置に戻るように、作動停止される。圧電素子の元の位置への復帰により、ポンピングチャンバ内のインクに正圧力波が発生する。圧電素子の作動停止のタイミングは、正圧力波及び反射正圧力波がポンピングチャンバの端421に達したときに加法的であるように選ばれる。これは米国特許第4891654号の明細書に論じられている。この明細書の全体は本明細書に参照として含められる。
ポンピングチャンバ200の端421から、インクはポンピングチャンバ220を出て、次いで補強プレート211に定められた開口340に向けて押された後に、炭素構体160内のオリフィス164に入る。インクは、その後、炭素構体160内のデセンダーの90°曲部を通り抜けて、オリフィス1642を通り、底端面1640に沿って炭素構体1640から出た後、ノズルプレート21内のノズル開口250に至る流路を進み続ける。インクはプリントヘッドアセンブリ100から射出され、プリント媒体上に被着される。
図6Aに示されるように、ノズルプレート600はノズル開口601を有する。ノズルプレート600はプリント媒体604に面する露出面603を有する。ノズル開口のそれぞれは露出面603にあり、プリント中、それぞれのジェットからのインク滴はノズル開口から媒体に向けて射出される。
図6Bに示されるように、それぞれのジェットに対するノズル開口はノズルプレート600内のノズル管607の末端にある。インク滴がノズル開口から射出されていないときに、インクは、ノズルの次の液滴射出に備えて、ノズル管内に保持される。ノズル管内のインクは次いで、ノズル管607内の液体−空気界面606を定める、インク170のメニスカス605を形成する。メニスカス605はノズル開口に外縁691を有し、インクをノズル開口から漏出させずにおくためにノズルの上流でインク170に印加される負圧によって生じる凹面693を有する(本明細書において、語「ノズル」はしばしば語「ノズル管」と互換で用いられる)。メニスカス605はノズル開口601の直径にわたって広がり、露出面603から奥の、ノズル開口601のノズル管内に配置される。顔料及び溶剤を含み得るインクはノズル開口601において及びノズル管内で、例えば、溶剤609がメニスカス605の液体−空気界面606を介してインクから蒸発すると、乾燥するかまたはその他の特性変化を受け得る。インクジェットアレイモジュールの様々なパーツ内に保持されるインク及びそれらを流過するインクも、プリント品質及びインクジェットアレイモジュールの保守に強い悪影響を与え得る、顔料の沈下及びその他の特性変化を受ける。これらの効果を弱めるために、インクジェットアレイモジュールが動作しているかまたは待機状態にある間、インクを連続的に再循環させることができる。この目的のため、再循環を、個々のポンピングチャンバ220の上流の、インクジェットアレイモジュール16A(図7E)の補充チャンバ191(図7E)において実施することができる。いくつかのインクジェットアレイモジュールをプリントヘッドアセンブリ10に装着することができる。
補充チャンバ191は個々のポンピングチャンバ220に収められるインクに比較して多量のインク170を収める。補充チャンバ191におけるインクの再循環は補充チャンバ191内でのインク170の重い顔料の沈下の防止に役立つ。補充チャンバ191におけるインクの再循環は、特定の特性(例えば、粘度、温度、溶存気体の量)を有するインクのジェット噴射のための個々のポンピングチャンバ220への送出を保証するに役立つ。さらに、補充チャンバ191に供給されるインクから気体を抜くため、補充チャンバの上流に脱気器を配置することができる。このようにすれば、溶存気体含有量が非常に少ないインクをジェット噴射のためのポンピングチャンバ220に供給することができる。補充チャンバ191におけるインク170の再循環は、新しいインクをプリントヘッドアセンブリ10に導入するための、補充チャンバ191内のインク171のプリントヘッドアセンブリ10からの(外部源120からかけられる背圧を用いる)能動的抜取りのための流路を補充チャンバ再循環流路が提供するから、インクの変更も容易にする。再循環流路がないと、(インク交換の間にプリントヘッドアセンブリ10を取り外すことができないとすれば)特定のインクをノズル249から流し出してからでないと、新しいインクをプリントヘッドアセンブリ10に導入することができない。インクの再循環はプライミング及び回収にも役立つ。空気が入っている空のプリントヘッドは、プリントヘッドの1つ以上のノズルにジェット噴射流体のメニスカスが形成されるようにジェット噴射流体をプリントヘッドに導入することによってプライミングすることができる。プライミングは一般にノズルにおけるメニスカスの形成を指す。
補充チャンバにおけるインクの再循環に加えて、インク滴がそこから射出されることになるノズル249の上流に保持されているインク170の再循環は、補充チャンバ191内にあるインクと特性(例えば、粘度、温度及び在中溶剤)が同じ、新鮮なインクが、例えば、インクが実際にジェット噴射させられていない間、ノズル249内に保持されることを保証するに役立つ。再循環は、例えば、無ジェット噴射期間後にノズル開口250からジェット噴射させられる最初の液滴が、無ジェット噴射期間の前後にジェット噴射させられる他の液滴と、品質、寸法及び特性が同じであることを保証するに役立つ。これにより、さらに良好なジェット噴射性能が可能になる。
例えば、揮発性溶剤を含むインクは、再循環がない場合、インク−空気界面606にあるインク170のメニスカス605が界面において揮発性溶剤609を大気中に失うと、ノズル249内で乾き得る。インクが空気にさらされているときにメニスカス605においてインク−空気界面を介して空気を吸収し得るインクもある。この吸収はプリントヘッドアセンブリ10内に気泡の形成をおこさせることができ、この気泡は、気泡がプリントヘッドアセンブリ10内のインク路に捕らわれると、プリントヘッドを動作不能にし得る。
インクジェットがノズル開口から駅定期を射出していないときのノズル管内に保持されているインクの再循環は、一端においてノズル管内に開口し、他端においてインクの再循環供給源に至る、再循環流路を設けることによって行うことができる。そのようなノズル再循環流路が以下に説明される。図6Bに示されるように、ノズル管607は、ノズルプレート内にあるセグメントだけでなく、ノズル再循環プレート20内の共線セグメントも有し、ノズル再循環流路の少なくとも一部は、以下でさらに詳細に説明されるように、ノズル再循環プレート内に設けられる。
ノズル管からのそのような再循環流路を設けることは、ノズルが形成される構体内のスペース制約により、容易ではない。極めて近接しているノズルに再循環流路を含めることは(以下でさらに詳細に説明される)ジェット間のクロストークも発生させ得る。再循環は、再循環がノズル管からいくらかのインクを引き抜き、ノズル管内のインク圧力を下げ、これはノズル開口からプリント媒体上に液滴として射出されるジェット噴射流体の量を減じ得るから、ジェット噴射効率も低下させ得る。再循環流はノズルにおけるメニスカス圧力も撹乱して再循環圧力の変動に対するノズルの感度を高め得る。
インクは、ノズルのそれぞれを通って媒体上に射出されている間、公称流量で流れる。インクは、ノズルからのインクの射出が行われていないときは、ノズル内のインクのメニスカスの特性が関わる公称負圧の下に保持される。それぞれの再循環流路は、ノズルの1つ内に開口するノズル端及び、インクが再循環流量でノズルから再循環流路を通って再循環されるように公称負圧より低い再循環圧力がかけられるべき、ノズル端から隔てられた別の場所を有する。それぞれの再循環流路は、インクが射出されているときの公称流量以下のいかなる流量低下も閾値より小さくなるか、またはインクが射出されていないときの公称負圧の変化が閾値より小さくなるか、あるいはいずれでもあるように、再循環流路の別の場所において印加される再循環圧力によって生じるノズル端における再循環圧力が十分に小さくなるような、流体抵抗をノズル端と別の場所の間に有する。
いくつかのインクジェットヘッドでは、インク170がノズルプレート21の直ぐ上流にある再循環構造内の2つの流路に分割される。流路の一方はインクをノズルプレート21に導き、ノズルプレートからインクが射出される。他方の流路はインクがプリントヘッドアセンブリ10から外部インク貯槽110に流れるための流路を提供する。
インクジェットアセンブリのインクジェットのノズルのための再循環流路に対する再循環流量が選択され、再循環流路に印加されるべき最大外部圧力が選択される。ノズルに対するノズル再循環流量の和と同等の補充抵抗路からの流体流量を与えるための流体抵抗を有する補充抵抗路が設計される。インクジェットアセンブリのインクジェットのノズル内の流体の一部はノズルから再循環流路を通って、インクジェットアセンブリから隔てられた、貯槽に流れる。
図7Aにおいて、インクジェットアセンブリ10はインク流入管11及びインク流出管12を有する。インク流入管11は、外部インク貯槽110がインク107をインク流入管11に(矢印103で示される方向に)供給するように、チューブカプラ109及び配管111を介してインク貯槽110に連結される。外部インク貯槽110はチューブカプラ105及び配管112を介してインク流出管12にも連結され、インク流出管12から(矢印101で示す方向に)戻るインクを受け取る。外部インク貯槽110は真空接続管121を介して真空源120に連結される。真空源120はインク貯槽110内のインクに真空圧をかけることができる。
プリントヘッドアセンブリ10は、(組み立てられると)プリントヘッドアセンブリ10のコンポーネントを封入する、2つの半体9及び7で形成される硬質ハウジング13を有する。硬質ハウジング13の2つの半体を作製することができる材料の例には、熱可塑性プラスチックがある。インク流入管11は、2つの半体が合わせられるとハウジング13の上壁に形成される円形開口1001に嵌め込まれた弾力性環形支持体156を通ってハウジング13に入る。
同様に、インク流出管12は、2つの半体が合わせられるとハウジング13の上壁に形成される円形開口1004に嵌め込まれた弾力性環形支持体155を通ってハウジング13を出る。ハウジング13の底部1006は、カラー14の対向端面上の対応する溝1010と嵌合する、内向きに突き出ているリム1008を両端に有する。一体型再循環マニフォールド15はカラーとは別体であり、2つの再循環システムの流路を一体化する。再循環システムの詳細は以下で説明される。
カラー14,一体型指循環マニフォールド15,デセンダープレート17,ノズル再循環プレート20及びノズルプレート21は合わせてノズルプレート221を形成する。
ハウジング13は合わせ目150に沿って2つの半体に開くことができる。アセンブリ上部にある複接点電気コネクタ157は、例えば、それぞれのインクジェットからのインクのジェット噴射を起発させるために用いられるプリントヘッドアセンブリの作動素子への及びそれらからの信号伝送を可能にするため、信号ケーブルの嵌合コネクタを受けることができる。3本のねじ、チューブカプラ105及び109,及び電気コネクタ157を用いることで、保守、保管及び交換のため、プリントヘッドアセンブリを独立アセンブリとしてプリントバー1016から容易に取り外すことができる。
図7Bに示されるように、プリントヘッドアセンブリ内には4つのインクジェットアレイモジュール16A〜16Dが2つの対をなして配置され、それぞれの対はカラー14の対応する長矩形スロット161及び162に取り付けられる。それぞれのアレイモジュールは、ハウジング13内に支持される回路基板158上に搭載された回路に接続されている、2枚のフレキシブル回路166を有する。いくつかのプリントヘッドアセンブリ10には加熱線195が必要に応じて備えられる。加熱線195は、インクジェットアレイモジュール16A〜16Dのそれぞれに供給されるインク107の温度を上げるために用いることができる。
図7Cに示されるように、インク流入管11は、配管1100及びカプラ1105を用いて、壁体163の貫通孔280においてカラー14に連結される。インク流出管12はカプラ1110及び配管1115を介してカラー14の壁体163の貫通孔122においてカラー14に連結される。再循環マニフォールドからの第2の帰還流路1421がカラー14の水平チャネルとして形成される。4対のフレキシブル回路166が基板158上に配置された電気回路171に接続される。
図7Dはプリントヘッドアセンブリ10の側断面図を示す。インクジェットアレイモジュール16A〜16Dのそれぞれの長さにわたり(図面の平面の内外に)アルミニウムクランプ1184がかかる。アルミニウムクランプ1184のそれぞれの端部にねじ1185があり、ねじはクランプ1184の上方に配されたねじ頭1186を有する。アレイモジュール16A〜16Dのそれぞれは、内部に補充チャンバ191が定められる、炭素構体190を有する。4つの補充チャンバ191は全て、アレイモジュール16A〜16Dに流通態様で連結される。炭素構体190は補強プレート210,211とキャビティプレート212及び213の間に挟み込まれる。プリントヘッドアセンブリの(矩形で囲まれた)左下部分の拡大図が図7Eに示される。
図7Eは2つのアレイモジュール16A及び16Bを示す。デセンダー192はデセンダー194として一体型再循環マニフォールド15を通って延びる。一体型再循環マニフォールドは天面1510及び底面1515を有する。下面1515に合計で8つの再循環帰還マニフォールド19が定められ、その内の5つが図1Eに示される。図1Eの中央下部分が図1Fに示される。
一体型再循環マニフォールド15内に定められるデセンダー194はデセンダー192の末端をデセンダープレート17内に定められるデセンダー220に連結する。図1Fの左下部分の拡大図が図1Gに示される。
図7Gはノズルプレートアセンブリ221の一部の(ノズルプレート21側から見上げた)底面図を示す。ノズルプレートアセンブリは、カラー14,一体型再循環マニフォールド15,デセンダープレート17,ノズル再循環プレート20及びノズルプレート21を有する。ノズルプレート21は多くのノズル開口250を有する。図の上部は一体型再循環マニフォールド15の底面1515に定められた再循環帰還マニフォールド19を示す。マニフォールド15の下には、多くのデセンダー1220及びアセンダー1230が定められている、デセンダープレート17がある。「接着剤吸込み」としても知られる、空孔240が、組立中に再循環マニフォールド15とデセンダープレート17の間で絞り出された接着剤を保持することにより、接着剤制御構造としてはたらく。デセンダー1220はノズル再循環プレート20のポート22と位置合わせされる。デセンダープレート17はノズル再循環プレート20に接着剤で接合されて積層体23を形成する。ノズル再循環プレート20のポート22は、V字形ノズル再循環抵抗路またはチャネル24を介して、デセンダープレート17の、再循環帰還マニフォールド19へのアセンダー1230と位置合わせされたポート23に連結される。等しい数のデセンダー1220及びアセンダー1230があり、デセンダー1220の総数はノズル開口250の総数に一致する。言い換えれば、それぞれのノズル開口250はそれぞれ自体に専用のノズル再循環抵抗路24を有する。ノズル再循環抵抗路24は、例えば、流体チャネルである。要素231は、図1Gの図面の平面の内外に配置された他のノズル開口250に属する他のV字形ノズル再循環抵抗路24の断面である。再循環帰還マニフォールド19に送り出されたインクはインク流出管12を通ってプリントヘッドアセンブリ10を出る。
図7Hはノズルプレートアセンブリ221の、同様ではあるがノズルプレート21が省かれている、図を示す。それぞれのV字形ノズル再循環抵抗路24は、デセンダープレート17のアセンダー1230を通してインクを再循環帰還マニフォールド19に導く、ポート23に連結される。
図1B及び1Dに示されるように、インクジェットアレイモジュール16A〜16Dはスロット161及び162内に取り付けられる。それぞれのアレイモジュールは(図8に示される)炭素構体190を有し、炭素構体190には補充チャンバ191が定められる。炭素構体190の底端1640は、アレイモジュール16A〜16Dがカラー14のスロット161及び162に組み込まれたときに一体型再循環マニフォールド15上に載る。図8の斜線部は炭素構体190の表面下構造を露わに見せている。インクジェットアレイモジュールの炭素構体190がカラー14のスロット161または162内に組み込まれて一体型再循環マニフィールド15の天面1510に接触すると、炭素構体190の底端面1640上のチャネル1530の開口が一体型再循環マニフィールド15の貫通孔44と合わさる。このようにすれば、一体型再循環マニフィールド15の天面1510から出るインクは炭素構体190のチャネル1530に入り、上方に導かれてインク補充チャンバ191に入る。
他の実施形態も添付される特許請求の範囲内にある。
6 インクジェットアレイモジュール
10 ノズルプレートアセンブリ
15 一体型再循環マニフォールド
17 デセンダープレート
19 再循環帰還マニフォールド
20 ノズル再循環プレート
100 プリントヘッドアセンブリ
160 炭素構体
166 フレキシブル回路
180 集積回路
191 中空インク補充チャンバ
211,212 補強プレート
213 キャビティプレート
220 ポンピングチャンバ
250 ノズル開口
310 中空チャネル
330 ポスト
1641 メンブラン(ロックトラップ)
1750,1751 圧電素子
図7Gはノズルプレートアセンブリ221の一部の(ノズルプレート21側から見上げた)底面図を示す。ノズルプレートアセンブリは、カラー14,一体型再循環マニフォールド15,デセンダープレート17,ノズル再循環プレート20及びノズルプレート21を有する。ノズルプレート21は多くのノズル開口250を有する。図の上部は一体型再循環マニフォールド15の底面1515に定められた再循環帰還マニフォールド19を示す。マニフォールド15の下には、多くのデセンダー1220及びアセンダー1230が定められている、デセンダープレート17がある。「接着剤吸込み」としても知られる、空孔240が、組立中に再循環マニフォールド15とデセンダープレート17の間で絞り出された接着剤を保持することにより、接着剤制御構造としてはたらく。デセンダー1220はノズル再循環プレート20のポート22と位置合わせされる。デセンダープレート17はノズル再循環プレート20に接着剤で接合されて積層体23を形成する。ノズル再循環プレート20のポート22は、V字形ノズル再循環抵抗路またはチャネル24を介して、デセンダープレート17の、再循環帰還マニフォールド19へのアセンダー1230と位置合わせされたポート23に連結される。等しい数のデセンダー1220及びアセンダー1230があり、デセンダー1220の総数はノズル開口250の総数に一致する。言い換えれば、それぞれのノズル開口250はそれぞれ自体に専用のノズル再循環抵抗路24を有する。ノズル再循環抵抗路24は、例えば、流体チャネルである。要素231は、図1Gの図面の平面の内外に配置された他のノズル開口250に属する他のV字形ノズル再循環抵抗路24の断面である。再循環帰還マニフォールド19に送り出されたインクはインク流出管12を通ってプリントヘッドアセンブリ10を出る。
図7Hはノズルプレートアセンブリ221の、同様ではあるがノズルプレート21が省かれている、図を示す。それぞれのV字形ノズル再循環抵抗路24は、デセンダープレート17のアセンダー1230を通してインクを再循環帰還マニフォールド19に導く、ポート23に連結される。

Claims (32)

  1. 装置において、
    中空インク補充チャンバを有する構体、及び
    前記構体の側面上の構造であって、該構体内の前記中空インク補充チャンバに隣接する一連の中空チャネルを分離している一連のポストを有する構造、
    を有することを特徴とする装置。
  2. 前記構造がプレートを含むことを特徴とする請求項1に記載の装置。
  3. 前記プレートが、前記構体を補強するために該構体に取り付けられることを特徴とする請求項2に記載の装置。
  4. 前記プレートが機械的結合によって前記構体に取り付けられることを特徴とする請求項3に記載の装置。
  5. 前記構造が、前記構体から隔てられた素子であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
  6. 前記プレートの前記構体とは逆の側にあり、前記一連のポストとは接触していない、追従素子をさらに有することを特徴とする請求項2に記載の装置。
  7. 前記構体が炭素を含み、前記プレートがステンレス鋼を含み、前記追従素子がポリイミドを含むことを特徴とする請求項6に記載の装置。
  8. 前記プレートと前記追従素子の間にキャビティプレートをさらに有することを特徴とする請求項6に記載の装置。
  9. 前記キャビティプレートが、ランドで隔てられた一連のポンピングチャンバを有することを特徴とする請求項8に記載の装置。
  10. 前記プレートが前記構体に隣接していることを特徴とする請求項2に記載の装置。
  11. 前記プレート内の前記一連のポストのそれぞれのポストの幅が、前記キャビティプレート内の前記ランドの対応する1つの幅の±10%以内であることを特徴とする請求項9に記載の装置。
  12. 前記一連のポストのそれぞれのポストの厚さが前記プレートの厚さに対応することを特徴とする請求項11に記載の装置。
  13. 前記構体に隣接する第2のプレートであって、前記構体内の前記中空インク補充チャンバに隣接する第2の一連の中空チャネルを分離している第2の一連のポストを有する第2のプレート、
    前記第2のプレートの前記構体とは逆の側にあり、前記第2の一連のポストとは接触していない、第2の追従素子、及び
    それぞれがランドで隔てられている第2の一連のポンピングチャンバを有する第2のキャビティプレートであって、前記第2のプレートと前記第2の追従素子の間にある第2のキャビティプレート、
    ことを特徴とする請求項10に記載の装置。
  14. 装置において、
    中空インク補充チャンバを有する構体と、
    前記構体の側面上のプレートであって、前記構体内の前記インク補充チャンバに隣接する一連の中空チャネルを分離している一連のポストを有するプレートと、
    前記プレートの前記構体とは逆の側にあり、前記一連のポストとは接触していない、追従素子と、
    を有するアセンブリ、
    を備えることを特徴とする装置。
  15. 前記プレートが機械的結合によって前記構体に取り付けられることを特徴とする請求項14に記載の装置。
  16. 前記構体が炭素を含み、前記プレートがステンレス鋼を含み、前記追従素子がポリイミドを含むことを特徴とする請求項14に記載の装置。
  17. 前記アセンブリがジェット噴射アセンブリであり、前記ジェット噴射アセンブリが、
    前記プレートと前記追従素子の間のキャビティプレートであって、ランドによって隔てられた一連のポンピングチャンバを有するキャビティプレート、
    及び
    前記追従素子と接触している圧電素子、
    をさらに有することを特徴とする請求項14に記載の装置。
  18. カラー、
    デセンダープレート、及び
    ノズルプレート、
    をさらに有し、
    前記ジェット噴射アセンブリが、前記カラー内に保持され、前記デセンダープレート及び前記ノズルプレートと流通態様で連結される、
    ことを特徴とする請求項17に記載の装置。
  19. ハウジング、
    をさらに有し、
    フレキシブル回路が前記ジェット噴射アセンブリを前記ハウジングの外部に接続し、
    前記ジェットアセンブリは前記ハウジングに囲包される、
    ことを特徴とする請求項18に記載の装置。
  20. 方法において、
    中空インク補充チャンバを有する構体に、前記中空インク補充チャンバの長さに直交する方向で機械的支持を与える工程、及び
    前記方向に沿って前記構体の下に配置されたアセンブリに前記構体を確実に固定するために前記方向に力を印加する工程、
    を含むことを特徴とする方法。
  21. 前記方向に沿って前記構体の下に配置された前記アセンブリを前記構体から取り外す工程及び、その後、前記構体の下にアセンブリを取り付ける工程、
    をさらに含むことを特徴とする請求項20に記載の方法。
  22. 前記機械的支持が、前記構体内の前記中空インク補充チャンバに隣接する一連の中空チャネルを分離している一連のポストによって与えられることを特徴とする請求項20に記載の方法。
  23. 前記構体が炭素を含み、前記一連のポストがステンレス鋼を含むことを特徴とする請求項22に記載の方法。
  24. 前記構体と前記アセンブリが圧力の下に一体で保持されることを特徴とする請求項20に記載の方法。
  25. 前記構体と前記アセンブリが接着剤で貼り合わされていないことを特徴とする請求項24に記載の方法。
  26. 前記構体を前記アセンブリに確実に固定するために前記力が前記方向に印加されたときに、前記構体内のオリフィスと前記アセンブリ内のデセンダー管の間に位置合わせされたインク流路を形成する工程
    をさらに含むことを特徴とする請求項20に記載の方法。
  27. 方法において、
    中空インク補充チャンバを有する構体を提供する工程、及び
    前記構体を、前記構体の側面にあるプレートであって、前記構体内の前記中空インク補充チャンバに隣接する一連の中空チャネルを分離している一連のポストを有するプレートと接触させる工程、
    を含むことを特徴とする方法。
  28. 前記プレートの前記構体とは逆の側に追従素子を設ける工程、
    をさらに含み、
    前記追従素子の使用中、前記追従素子は前記一連のポストに接触しない、
    ことを特徴とする請求項27に記載の方法。
  29. 前記構体の第2の側面において前記構体を、第2のプレートであって、前記構体内の前記中空インク補充チャンバに隣接する第2の一連の中空チャネルを分離している第2の一連のポストを有する第2のプレートと接触させる工程、
    をさらに含むことを特徴とする請求項28に記載の方法。
  30. 前記一連のポストの高さに沿う方向に力を印加する工程、及び
    前記方向に沿って前記構体の下に配置されたアセンブリに前記構体を取り付ける工程、
    をさらに含むことを特徴とする請求項29に記載の方法。
  31. 前記アセンブリから前記構体を取り外す工程、
    をさらに含むことを特徴とする請求項30に記載の方法。
  32. 前記アセンブリであって、ノズルプレートを有するアセンブリをクリーニングする工程、
    をさらに含むことを特徴とする請求項31に記載の方法。
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