(57)【要約】【課題】  流体噴射装置において流体容器を流体イジェクタに取り付けるための方法を提供する。【解決手段】    少なくとも１つのヒート・ステークを含む流体容器、流体イジェクタ、及び、基板を順番に配列する。上記基板は、少なくとも１つのアパーチャと、該少なくとも１つのアパーチャに近接して配置される少なくとも１つの３次元特徴部と、を含んでいる。配列された流体容器、流体イジェクタ、及び、基板をそれぞれ接触させ、上記少なくとも１つのヒート・ステークを少なくとも１つのアパーチャに挿入されるように、これら配列された流体容器、流体イジェクタ、及び、基板に圧力を加える。上記少なくとも１つのヒート・ステークが変形して少なくとも１つのアパーチャ及び少なくとも１つの３次元特徴部を少なくとも部分的に充填するように、上記少なくとも１つのヒート・ステークに熱エネルギーを加える。【選択図】        図４Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのヒート・ステークを含む流体容器、流体イジェクタ、及び、基板を順番に配列することを含み、前記基板が、少なくとも１つのアパーチャと、該少なくとも１つのアパーチャに近接して配置される少なくとも１つの３次元特徴部と、を含み、
配列された流体容器、流体イジェクタ、及び、基板をそれぞれ接触させ、前記少なくとも１つのヒート・ステークを前記少なくとも１つのアパーチャに挿入されるように、前記配列された流体容器、流体イジェクタ、及び、基板に圧力を加えることと、
前記少なくとも１つのヒート・ステークが変形して前記少なくとも１つのアパーチャ及び前記少なくとも１つの３次元特徴部を少なくとも部分的に充填するように、前記少なくとも１つのヒート・ステークに熱エネルギーを加えることと、
を含む、流体容器及び流体イジェクタを結合するための方法。
【請求項２】
前記流体容器が、インクマニホールドである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記流体イジェクタが、ダイ・モジュールである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板が、ヒートシンクである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記流体容器が２つのヒート・ステークを含み、前記基板が２つのアパーチャを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの３次元特徴部のうちの少なくとも１つが、前記少なくとも１つのアパーチャを包囲する円形の溝である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つの３次元特徴部のうちの少なくとも１つが、前記少なくとも１つのアパーチャを包囲する円形のくぼみである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つの３次元特徴部のうちの少なくとも１つが、前記少なくとも１つのアパーチャを包囲する非円形の溝である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの３次元特徴部のうちの少なくとも１つが、前記少なくとも１つのアパーチャを包囲する非円形のくぼみである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
弾性部材が、前記流体容器及び前記流体イジェクタの間に挿入される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記弾性部材が圧縮シールである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法によって結合されたインク容器及び流体イジェクタを含む、インクジェット式カートリッジ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のインクジェット式カートリッジを含む、印刷装置。
【請求項１４】
第１の対象を第２の対象に隣接して配置することを含み、前記第１の対象が少なくとも１つのヒート・ステークを含み、前記第２の対象が少なくとも１つのアパーチャと、該少なくとも１つのアパーチャに近接して配置される少なくとも１つの３次元特徴部を含み、
前記第１の対象及び前記第２の対象を近接状態にするために、また、前記少なくとも１つのヒート・ステークを前記少なくとも１つのアパーチャに挿入させるために圧力を加えることを含み、
前記少なくとも１つのヒート・ステークが変形して、前記少なくとも１つのアパーチャ及び前記少なくとも１つの３次元特徴部を少なくとも部分的に充填するように、前記少なくとも１つのヒート・ステークに熱エネルギーを加えることを含む、
ヒート・ステーキング制御特徴部を使用して２つの異種材料を精密位置合わせして結合するための方法。
【請求項１５】
少なくとも１つのヒート・ステークを含む流体容器と、
前記流体容器、及び、少なくとも１つのアパーチャを含む基板の間に設けられる流体イジェクタと、
を含み、
前記少なくとも１つのアパーチャが、少なくとも１つの３次元特徴部を有し、前記少なくとも１つのヒート・ステークが、前記少なくとも１つのアパーチャに挿入され、熱的に変形され、前記少なくとも１つのアパーチャ及び前記少なくとも１つの３次元特徴部を少なくとも部分的に充填する、
流体イジェクタに対しヒート・ステーキングされる流体容器。
【請求項１６】
前記基板が、アルミニウム及び銅からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項１５に記載の流体容器。
【請求項１７】
２つのアパーチャを含む、請求項１５に記載の流体容器。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの３次元特徴部の少なくとも１つが、円形の溝である、請求項１５に記載の流体容器。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの３次元特徴部のうちの少なくとも１つが、円形のくぼみである、請求項１５に記載の流体容器。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの３次元特徴部のうちの少なくとも１つが、非円形の溝である、請求項１５に記載の流体容器。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの３次元特徴部のうちの少なくとも１つが、非円形のくぼみである、請求項１５に記載の流体容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体噴射装置に関する。特に、本発明は、流体噴射装置において流体容器を流体イジェクタに取り付けるための方法に関する。即ち、本発明は、流体容器及び流体イジェクタを結合するための方法、インクジェット式カートリッジ、印刷装置、ヒート・ステーキング制御特徴部を使用して２つの異種材料を精密位置合わせして結合するための方法、及び、流体イジェクタに対しヒート・ステーキングされる流体容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット印刷装置は、高品質の経済的なカラー印刷及び単色印刷を実行可能であることから、印刷において傑出している。インクジェット印刷装置は、圧電インクジェット印刷装置及びサーマル・インクジェット印刷装置を含むが、これに限定されるものではない。圧電インクジェット式装置は、インクチャンバを変形させるように機械的に圧力を生成することによって、インクをノズルから噴射する。サーマル・インクジェット式装置は、インクを蒸発させるために加熱要素を作動させることによって、インクを噴射する。
【０００３】
このようなインクジェット印刷装置において、記録媒体上にインクを噴射する働きをするダイ・モジュールは、インクマニホールドに結合される。即ち、インクは、インクマニホールド及びダイ・モジュール間のインク供給インタフェースを介してインクマニホールドからダイ・モジュールに供給される。ダイ・モジュールに供給されたインクは、その後、ダイ・モジュールにおける１つ以上の流路から噴射される。
【０００４】
インクマニホールドをダイ・モジュールに取り付けるための種々の方法が知られている。例えば、インクマニホールド及びダイ・モジュールを、接着剤を用いて共に封止することができる。インクマニホールドをダイ・モジュールに取り付ける他の方法もまた知られている。このような方法には、インクマニホールド及びダイ・モジュール間に有機材料を設けることと、超音波溶接によって３つの構成要素を共に封止することと、が含まれる。また、インクマニホールド及びダイ・モジュールは、従来のヒート・ステーキング方法によって共に封止することができる。
【０００５】
インクマニホールドをダイ・モジュールに対し封止する更なる方法は、従来技術において開示され、参照によって本明細書中に全体的に組み込まれる（特許文献１を参照）。この方法には、インクマニホールド及びダイ・モジュールの間に弾性部材を挿入し、封止状態を保持するように圧力を加えることが含まれる。圧力は、ボルトを使用して加えることができる。
【０００６】
インクマニホールドをダイ・モジュールに対し封止する上記の方法には、種々の欠陥がある。例えば、接着材を使用するときは、使用される接着材の量、及び、インクマニホールドとダイ・モジュールの各位置を、組み立ての際に厳しく管理することが必要となる。これらの製造の側面を調整するには、製造コスト及び製造時間が増加してしまい、一方で、調整に失敗すると、製造品としての印刷装置の印刷品質に悪影響を及ぼす可能性がある。また、熱硬化性接着材を用いる場合、熱エネルギーが加えられると、接着された部分の保全性に悪影響を及ぼす可能性があり、さらに、印刷品質を低下させる結果となる。
【０００７】
上記特許文献１に開示された方法のような一部の方法には、インクマニホールド及びダイ・モジュール間の距離及び／又はインクマニホールド及びダイ・モジュールが結合されるときの圧力を正確に制御することができないという点で、不具合がある。超音波溶接又は従来のヒート・ステーキングによってインクマニホールドをダイ・モジュールに対し封止することにもまた、同様の問題がある。例えば、超音波溶接及びヒート・ステーキングはともに、機械的応力及び熱応力を生じさせ、製造品としての印刷装置における印刷性能に悪影響を及ぼす可能性がある。さらに、従来のヒート・ステーキング方法は、インクマニホールド及びダイ・モジュールの間の距離及び／又はインクマニホールドとダイ・モジュールが結合される際の圧力を正確に制御することができない。
【０００８】
従来のヒート・ステーキングで正確な位置及び／又は圧力を管理する際の問題は、ヒート・ステーキング材料と、「ステーキング」されている基板との間の接合部分（インタフェース）により発生する。図１に示されるように、熱可塑性ヒート・ステーク１１は、対象（図示せず）を金属基板１２に対しステーキングするために用いられる。ヒート・ステーク１１は、基板１２のアパーチャ１３に挿入される。ヒート・ステーク１１がアパーチャ１３に嵌入するように、ヒート・ステーク１１は、アパーチャ１３の直径より小さい直径を有する。ヒート・ステーク１１及びアパーチャ１３の直径が相違する結果として、ヒート・ステーク１１及びアパーチャ１３の内側表面の間に第１の間隙１４が生じる。
【０００９】
対象及び基板１２が、アパーチャから突き出ているヒート・ステーク１１の端部を用いて組み立てられているとき、熱エネルギーがその端部を変形させるように加えられる。ヒート・ステーク１１の変形した端部は、ヒート・ステーク１１がアパーチャ１３からはずれることを防止し、ゆえに、対象を基板１２に結合する。しかしながら、熱エネルギーを加えることを中止したあとに、ヒート・ステーク１１は不均一に冷却する。基板１２と接触しているヒート・ステーク１１の一部は、ヒート・ステーク１１の他の部分よりも急速に冷却する。その結果、基板１２と接触しているヒート・ステーク１１の一部は、基板１２から引き離される傾向があり、第２の間隙１５が残る。第２の間隙１５によって、対象を基板１２に対し保持している印加圧力が減少する結果となる。この圧力の減少により、次に、ヒート・ステーク１１及び基板１２の間の摩擦が減少し、第１の間隙１４によって残る空間内で、対象及び基板１２が取り付けられる方向に対し垂直の方向にヒート・ステーク１１が移動可能となる。したがって、取り付けが完了したあとに、第１及び第２の間隙１４、１５の存在により、対象及び基板１２の間に遊びを許容することとなってしまう。この遊びは、ステークされた要素の位置及び／又は圧力の制御が不正確となる原因の一つである。
【特許文献１】米国特許第６，４６０，９６５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の方法には利点もあるにもかかわらず、流体容器を流体噴射装置における流体イジェクタに対し封止するための適切な方法が依然として必要とされている。特に、経済的且つ高品質な流体噴射装置を製造することを実現するために、流体容器及び流体イジェクタの各位置、及び、流体容器及び流体イジェクタが結合される際の圧力を正確に制御することができる、流体容器を流体イジェクタに対し封止するための方法が必要とされる。本発明は、これらの要求に応えるものである。
【００１１】
本発明は、流体噴射装置において、流体容器及び流体イジェクタを結合するための方法を提供することを目的とする。本発明は、また、こうした方法によって製造されるインクジェット式カートリッジ及び印刷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
種々の例示的な実施の形態において、流体容器（例えば、インクジェットプリンタ・カートリッジのインクマニホールド）及び流体イジェクタ（例えば、インクジェットプリンタ・カートリッジのダイ・モジュール）を結合するための本発明による方法は、流体容器、弾性部材（例えば、圧縮シール）、流体イジェクタ、及び、基板（例えば、ヒートシンク）を提供することから成る。種々の例示的な実施の形態において、流体容器は、１つ以上のヒート・ステークを含む。種々の例示的な実施の形態において、基板はヒート・ステークを受容するための１つ以上のアパーチャを含む。種々の例示的な実施の形態において、基板は、さらに、１つ以上のアパーチャに近接して１つ以上の３次元特徴部を含んでいる。種々の例示的な実施の形態において、弾性部材は、流体容器及び流体イジェクタの間に挿入され、流体イジェクタは、弾性部材及び基板の間に挿入される。種々の例示的な実施の形態において、熱エネルギーが１つ以上のヒート・ステークに加えられ、１つ以上のヒート・ステークが軟化して基板のアパーチャ及び３次元特徴部をふさぎ、圧力が流体容器、弾性部材、流体イジェクタ、及び、基板のそれぞれの接触を維持するように加えられる。
【００１３】
本発明は、さらに、本発明による、流体噴射装置における流体容器及び流体イジェクタを結合するための方法において用いられるように、ヒート・ステークを受容するための１つ以上のアパーチャと、該１つ以上のアパーチャに近接した１つ以上の３次元特徴部とを含む基板を提供することを目的とする。
【００１４】
種々の例示的な実施の形態において、本発明によるインクジェット式カートリッジは、本発明による流体容器及び流体イジェクタを結合するための方法を用いて製造される。
【００１５】
種々の例示的な実施の形態において、本発明による印刷装置は、本発明による、流体容器と流体イジェクタとを結合するための方法を用いて製造されるインクジェット式カートリッジを含む。
【００１６】
本発明の請求項１に記載の発明は、流体容器及び流体イジェクタを結合するための方法であって、少なくとも１つのヒート・ステークを含む流体容器、流体イジェクタ、及び、基板を順番に配列することを含み、前記基板が、少なくとも１つのアパーチャと、該少なくとも１つのアパーチャに近接して配置される少なくとも１つの３次元特徴部と、を含み、配列された流体容器、流体イジェクタ、及び、基板をそれぞれ接触させ、前記少なくとも１つのヒート・ステークを前記少なくとも１つのアパーチャに挿入されるように、前記配列された流体容器、流体イジェクタ、及び、基板に圧力を加えることと、前記少なくとも１つのヒート・ステークが変形して前記少なくとも１つのアパーチャ及び前記少なくとも１つの３次元特徴部を少なくとも部分的に充填するように、前記少なくとも１つのヒート・ステークに熱エネルギーを加えることと、を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記流体容器が、インクマニホールドであることを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記流体イジェクタが、ダイ・モジュールであることを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記基板が、ヒートシンクであることを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記流体容器が２つのヒート・ステークを含み、前記基板が２つのアパーチャを含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記少なくとも１つの３次元特徴部のうちの少なくとも１つが、前記少なくとも１つのアパーチャを包囲する円形の溝であることを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記少なくとも１つの３次元特徴部のうちの少なくとも１つが、前記少なくとも１つのアパーチャを包囲する円形のくぼみであることを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記少なくとも１つの３次元特徴部のうちの少なくとも１つが、前記少なくとも１つのアパーチャを包囲する非円形の溝であることを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記少なくとも１つの３次元特徴部のうちの少なくとも１つが、前記少なくとも１つのアパーチャを包囲する非円形のくぼみであることを特徴とする。
【００２５】
本発明の請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、弾性部材が、前記流体容器及び前記流体イジェクタの間に挿入されることを特徴とする。
【００２６】
本発明の請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、前記弾性部材が圧縮シールであることを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項１２に記載の発明は、インクジェット式カートリッジであって、請求項１に記載の方法によって結合されたインク容器及び流体イジェクタを含むことを特徴とする。
【００２８】
本発明の請求項１３に記載の発明は、印刷装置であって、請求項１２に記載のインクジェット式カートリッジを含むことを特徴とする。
【００２９】
本発明の請求項１４に記載の発明は、ヒート・ステーキング制御特徴部を使用して２つの異種材料を精密位置合わせして結合するための方法であって、第１の対象を第２の対象に隣接して配置することを含み、前記第１の対象が少なくとも１つのヒート・ステークを含み、前記第２の対象が少なくとも１つのアパーチャと、該少なくとも１つのアパーチャに近接して配置される少なくとも１つの３次元特徴部を含み、前記第１の対象及び前記第２の対象を近接状態にするために、また、前記少なくとも１つのヒート・ステークを前記少なくとも１つのアパーチャに挿入させるために圧力を加えることを含み、前記少なくとも１つのヒート・ステークが変形して、前記少なくとも１つのアパーチャ及び前記少なくとも１つの３次元特徴部を少なくとも部分的に充填するように、前記少なくとも１つのヒート・ステークに熱エネルギーを加えることを含むことを特徴とする。
【００３０】
本発明の請求項１５に記載の発明は、流体イジェクタに対しヒート・ステーキングされる流体容器であって、少なくとも１つのヒート・ステークを含む流体容器と、前記流体容器、及び、少なくとも１つのアパーチャを含む基板の間に設けられる流体イジェクタと、を含み、前記少なくとも１つのアパーチャが、少なくとも１つの３次元特徴部を有し、前記少なくとも１つのヒート・ステークが、前記少なくとも１つのアパーチャに挿入され、熱的に変形され、前記少なくとも１つのアパーチャ及び前記少なくとも１つの３次元特徴部を少なくとも部分的に充填することを特徴とする。
【００３１】
本発明の請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の発明において、前記基板が、アルミニウム及び銅からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする。
【００３２】
本発明の請求項１７に記載の発明は、請求項１５に記載の発明において、２つのアパーチャを含むことを特徴とする。
【００３３】
本発明の請求項１８に記載の発明は、請求項１５に記載の発明において、前記少なくとも１つの３次元特徴部の少なくとも１つが、円形の溝であることを特徴とする。
【００３４】
本発明の請求項１９に記載の発明は、請求項１５に記載の発明において、前記少なくとも１つの３次元特徴部のうちの少なくとも１つが、円形のくぼみであることを特徴とする。
【００３５】
本発明の請求項２０に記載の発明は、請求項１５に記載の発明において、前記少なくとも１つの３次元特徴部のうちの少なくとも１つが、非円形の溝であることを特徴とする。
【００３６】
本発明の請求項２１に記載の発明は、請求項１５に記載の発明において、前記少なくとも１つの３次元特徴部のうちの少なくとも１つが、非円形のくぼみであることを特徴とする。
【００３７】
本発明の他の態様及び更なる特徴と共に、本発明をより良く理解するために、図面及び説明が参照される。
【００３８】
本発明の種々の例示的な実施の形態は、図面を参照して詳細に述べられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下の説明では、例えば、インクジェット式プリンタ・カートリッジなどの１つの特定のタイプの流体噴射システムに言及しているが、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では、他の流体噴射システム、及び／又は、流体を貯蔵し、消費する他の技術（例えば、燃料電池や、バイオマテリアルの検定）において使用可能な構造配置が用いられている。本明細書中で用いられているように、流体は、例えば、液体、スラリー、及びゲルなどの非気体（即ち、相対的に非圧縮性）の流動性媒体を指す。以下に概説され、及び／又は論述されているように、本発明の原理が、本明細書中に詳細に議論されるインクジェット式カートリッジの他に、いずれの公知の、又は今後開発される流体噴射システムにも等しく適用され得ることは理解すべきである。
【００４０】
更に、本明細書中に述べられる、流体容器及び流体イジェクタを結合するための方法において用いられる原理は、他の状況においても適用できる。即ち、本発明による流体容器及び流体イジェクタを結合するための方法において用いられる原理、特に、ヒートステーキング制御特徴を使用することは、２つ以上の異種材料を結合するために適用することができる。したがって、本発明は異種材料を精密に位置合わせして結合するための方法を包含することを意図している。
【００４１】
図２は、インクジェットプリンタ・カートリッジ１００の等角投影分解図を示す。インクジェットプリンタ・カートリッジ１００は、インク容器１１０、カバー１２０、流体レベル測定プリズム１４０、流体噴射インタフェース・モジュール１５０、マニホールド１６０、フェーステープ１７０、及び、再充填ポート１８０を含んでいる。毛管媒体インサート１１１は、インク容器１１０に挿入することができる。
【００４２】
インク容器１１０は、カートリッジ媒体チャンバ１１２及び空きチャンバ１１６を含む。カバー１２０がインク容器１１０上に配置される前に、毛管媒体インサート１１１を開口上部からカートリッジ媒体チャンバ１１２に収容することができる。プリズム１４０を収容するフレーム１１５は、空きチャンバ１１６の上に配置される。仕切り１１４は、カートリッジ媒体チャンバ１１２及び空きチャンバ１１６を分離し、２つに分かれたチャンバ内で異なる流体レベルとすることが可能であるが、流体が底部間隙（図示せず）に沿って仕切り１１４の下で連通することは可能である。底部間隙は、カートリッジ媒体チャンバ１１２及び空きチャンバ１１６の間の流体の流路を提供する。底部間隙により流路が提供されない場合には、空きチャンバ１１６は隔離され、一方で、カートリッジ媒体チャンバ１１２は通気ポート１２２に接続されていて、空気が連通可能である。このように、カートリッジ媒体チャンバ１１２は、空きチャンバ１１６に対する逆止弁としての働きをして、流体の通過を可能にし、同時に、カートリッジ媒体チャンバ１１２における流体レベルが仕切り１１４未満に低下するまで空気が空きチャンバ１１６に入ることを防止する。
【００４３】
毛管媒体インサート１１１により、発泡体又はフェルト材料に対するような毛管ウィッキングを用いて、流体は湿った領域から乾燥領域に移動可能である。このような毛管媒体によって、インク容器１１０内を負のゲージ圧とすることが可能である。毛管媒体インサート１１１の上部とベント経路が接続されており、流体を除去し、空気と置き換えることが可能となる。
【００４４】
カバー１２０は、通気ポート１２２、プリズム・ウィンドウ１２４、及びブリッジ１２６を含む。プリズム１４０は、プリズム・ウィンドウ１２４に受容可能であり、フレーム１１５内の空きチャンバ１１６に挿入可能である。通気ポート１２２はオリフィスを含み、該オリフィスは、インクジェットプリンタ・カートリッジ１００の外側から内側につながっていて、カートリッジ媒体チャンバ１１２を周囲圧力と平衡させる。
【００４５】
インタフェース１５０は、フレキシブル回路１５２、ヒートシンク１５４、及び、吸入口１５８を有する噴射チップ１５６を含む。フレキシブル回路１５２は、コマンドに基づいて流体を噴射する信号の通信経路を提供する。ヒートシンク１５４は、電気抵抗による加熱の温度応答を減衰させる。噴射チップ１５６は、ヒートシンク１５４に隣接している。吸入口１５８は、流体が流体噴射ノズル（図示せず）によって媒体（図示せず）上に制御可能に放出されるための流路を提供する。
【００４６】
マニホールド１６０は、マニホールド容器１６２及びマニホールド・リム１６４を含む。インク容器１１０は、マニホールド・リム１６４内に配置されるフィルタ１６６を介して流体をマニホールド１６０に連通する。ヒートシンク１５４、噴射チップ１５６、及びマニホールド容器１６２の各底部は、インタフェースシールとなるフェーステープ１７０によって被覆（オーバーレイ）される。フェーステープ１７０は、ヒートシンク１５４の底部を被覆するヒートシンク部分１７２と、噴射チップ１５６が流体噴射ノズルから媒体上に流体を送り出すことを可能にする開放領域１７４と、マニホールド容器１６２の底部を被覆するマニホールド部１７６と、を含んでいる。流体は、インク容器１１０からフィルタ１６６を介してマニホールド容器１６２に送られる。この流体は、マニホールド容器１６２から吸入口１５８を介して噴射チップ１５６に放出される。
【００４７】
再充填ポート１８０は、空きチャンバ１１６と共有する壁部に沿ってインク容器１１０に取り付けることができる。再充填ポート１８０は、製造の際にインク容器１１０を最初に充填するための入口となる。再充填ポート１８０はまた、既に供給された流体が消費されたあと、インク容器１１０に流体を再充填するための入口ともなる。
【００４８】
最初に、インク容器１１０に流体を充填するとき、通気ポート１２２はガスケットによって封止され、内部空気はインク容器１１０から抜かれて、負ゲージ圧（即ち、周囲圧力より低い圧力）で、少なくとも部分的真空になる。流体は、再充填ポート１８０を介して空きチャンバ１１６に送られる。空きチャンバ１１６が充填されると、流体の一部は、仕切り１１４の下からカートリッジ媒体チャンバ１１２に送られる。空きチャンバ１１６を充填すると、小さな気泡（不完全な排気によって生じる気泡）が空きチャンバ１１６内に残留し、これ以外の空きチャンバ１１６には流体が含まれる。一方、カートリッジ媒体チャンバ１１２は、約半分から３分の２が流体で満たされる。
【００４９】
搬送及び／又は初期設定の間に、周囲圧力及び温度が変化することがある（例えば、標高の変化による気圧の減少、日周サイクル若しくは緯度変化の際の温度上昇）。このような環境によって、カートリッジ媒体チャンバ１１２において最初の充填作業時の条件から圧力変動が生じる可能性がある。カートリッジ媒体チャンバ１１２の内圧の変化により、流体が膨張し、通気ポート１２２を介して移動することがある。また、インクジェットプリンタ・カートリッジ１００の配置方向が変化し、カートリッジ媒体チャンバ１１２の上方領域に、及び、通気ポート１２２内に、流体が重力によって流れてしまう可能性がある。流体が通気ポート１２２から流出することにより、カートリッジリザーバ１１０から望ましくない流体の漏出が生じる可能性がある。本発明の種々の例示的な実施の形態は、このような潜在的漏出を抑制したり、又は、防止するように設計されている。
【００５０】
さらに、通気ポート１２２の流路は、空気が周囲条件（大気状態）からカートリッジ媒体チャンバ１１２に連通できるように、障害物を取り除いておくべきである。印刷する間に、例えば、流体はマニホールド・チャンバ１６２から汲み出され、射出チップ１５６を介して消費される。マニホールド・チャンバ１６２の流体は、空きチャンバ１１６及び／又はカートリッジ媒体チャンバ１１２を介して、インク容器１１０から供給される。空きチャンバ１１６から流体がなくなり、空になると、カートリッジ媒体チャンバ１１２は仕切り１１４の下から流体を補充する。
【００５１】
このようにサイフォンで流体を吸い上げる間に、空きチャンバ１１６の流体レベルが上昇し、一方で、カートリッジ媒体チャンバ１１２の流体レベルが下降し、外気が、圧力と平衡するように、通気ポート１２２からカートリッジ媒体チャンバ１１２に入り込む。これら流体レベルは、その結果、モノメーターに類似した方法で平衡する。流体プリントヘッドの動作中に、一定の内容積を維持するインク容器１１０は、流体を排出可能とするために通気しなければならず、これによって、ノズルに対する流体の吐出圧力を安定した圧力に維持する。空きチャンバ１１６を補充する流体と交換するように外気がカートリッジ媒体チャンバに入り込まない場合には、流体はインク容器１１０内の低圧状態によって閉じ込められ、マニホールド容器１６２及び射出チップ１５６に伝送されることになる。したがって、通気ポート１２２は、流体から妨げられることなく通気を可能にしなければならない。
【００５２】
図３は、図２のインクジェットプリンタ・カートリッジ１００、及び、該カートリッジと結合するカートリッジ再充填システムを示す。センサ２００は、光源、及び、空きチャンバ１１６内の流体のレベルを決定するためのレシーバを提供する。再充填ステーション２１０は、インク容器１１０を適切なレベルに充填するために、通気ポート１２２及び再充填ポート１８０を係合させる機器を提供する。
【００５３】
図４Ａは、インクマニホールド４００、圧縮シール４４０、ダイ・モジュール４５０、及び、本発明によるヒートシンク４２０の例示的な実施の形態を示す。インクマニホールド４００は、インクマニホールド４００の本体から突き出ているヒート・ステーク４１０を含む。ヒートシンク４２０は、ヒート・ステーク４１０を収容するためのアパーチャ４３０を含む。ヒートシンク４２０は、ヒートシンク４２０の表面でそれぞれのアパーチャ４３０を包囲している円形の溝４３２を備えている。流体容器及び流体イジェクタを結合するための本発明による方法の種々の例示的な実施の形態において、圧縮シール４４０は、インクマニホールド４００及びダイ・モジュール４５０の間に挿入される。種々の例示的な実施の形態において、ダイ・モジュール４５０は、圧縮シール４４０及びヒートシンク４２０の間に挿入される。インクマニホールド４００、圧縮シール４４０、ダイ・モジュール４５０、及びヒートシンク４２０がこのように配置された状態で、ヒート・ステーク４１０は、各々のヒート・ステーク４１０の端部がそれぞれのアパーチャ４３０から突き出るように、ヒートシンク４２０のアパーチャ４３０に挿入される。種々の例示的な実施の形態において、インクマニホールド４００、圧縮シール４４０、ダイ・モジュール４５０、及びヒートシンク４２０は、個々の部品が取り付けられる方向に加える力で結合され、熱エネルギーがヒート・ステーク４１０の突出端部に加えられ、該端部が変形し、アパーチャ４３０、及び、該アパーチャ４３０を包囲している円形の溝４３２を少なくとも部分的にふさぐ。
【００５４】
図４Ｂは、ヒートシンク４２０のアパーチャ４３０の１つ、及び、そのアパーチャ４３０を包囲する円形の溝４３２をふさぐように変形される、ヒート・ステーク４１０の１つの概略断面図を示している。上記のように、ヒートシンク４２０は、アパーチャ４３０に近接して３次元特徴部を備えている（本例では円形の溝４３２を備えている）。各々の円形の溝４３２の存在によって、ヒート・ステーク４１０の溶融端部は、これら溶融端部が冷却するときに上記の構成要素４１０、４４０、４５０、４２０が取り付けられる方向に対して垂直な表面及び平行な表面の両方と接触可能である。このように円形の溝４３２と接触することで、図１に示される間隙１５などの間隔の生成を防止することができる。また、ヒート・ステーク４１０の溶融端部及び円形の溝４３２の接触によって、構成要素４１０、４４０、４５０、４２０が取り付けられる方向に垂直な方向にヒート・ステーク４１０が固着される。ヒート・ステーク４１０及びアパーチャ４３０の直径が異なるために形成される、ヒート・ステーク４１０及びアパーチャ４３０の内側表面の間の間隙４１４内で、ヒート・ステーク４１０が移動することが、この固着により防止される。上述のようなヒート・ステーキングにより、インクマニホールド４００、圧縮シール４４０、ダイ・モジュール４５０、及びヒートシンク４２０の間の遊びが減少し、信頼性のあるシールの形成が可能になる。
【００５５】
インクマニホールドは、インクジェット式カートリッジで使用するのに適切などのような形状にも形成することができる。インクマニホールドは、インクを収容するのに適したどのような材料によっても形成することができる。インク耐性、成形性、及び強度に対するこうした材料の特性からみて、例示的な材料は、ノリル（noryl）樹脂及び／又はポリエーテル・イミドを含むが、これらに限定されない。インクマニホールドは、１つ以上のヒート・ステークを備えることもできる。１つ以上のヒート・ステークは、ヒートシンクの１つ以上のアパーチャと連通することに適したどのような形状にも形成することができる。その材料がヒート・ステーキングに適している限り、ヒート・ステークは、インク容器と同じ材料又は異なる材料から形成することもできる。
【００５６】
圧縮シールは、インクマニホールドをダイ・モジュールに結合するのに適切などのような形状にも形成することができる。圧縮シールは、インクマニホールド及びダイ・モジュールを結合するのに適したどのような材料によっても形成することができる。種々の例示的な実施の形態において、圧縮シールは、良好な封止特性及びインク耐性を有し、通気性ならびに透湿性を有する。種々の例示的な実施の形態において、圧縮シールは、弾性材（エラストマー）又はゴムから形成される。こうした一部の実施の形態において、圧縮シールはブチルゴムから形成される。
【００５７】
ダイ・モジュールは、インクジェット式印刷動作に適したどのようなダイ・モジュールでもよい。本発明の方法において使用できる例示的なダイ・モジュールは、米国特許第６，４６０，９６５号に記載され、上記のように、参照によって本明細書中に全体的に組み込まれる。ダイ・モジュールは、発熱体基板及び流路基板を含むことができ、発熱体基板及び流路基板は結合される。発熱体基板及び流路基板は、シリコンウェハを加工することによって形成することができる。流路基板は、１つの端面に形成される多数のノズルと、これらノズルと連通する流路と、これら流路と連通する共通液体チャンバと、流路の表面に位置している発熱要素を含むことができる。共通液体チャンバは、各流路と連通し、インクをダイ・モジュールに提供する供給経路に接続されることができる。ノズルが形成される表面の裏側には、電気信号端子を設けることができる。発熱要素が設けられた共通液体チャンバの側面は、発熱要素を駆動するための駆動回路を含むことができる。
【００５８】
ヒートシンクは、いかなる適切な形状にも形成することができる。ヒートシンクはプレート又は他の物体でもよく、熱エネルギーを伝導するのに適したどのような材料によって形成されてもよい。種々の例示的な実施の形態において、ヒートシンクは、アルミニウム、銅、又は、熱伝導ポリマーから形成することができる。ヒートシンクは、ダイカスト及びファイン・ブランキング鋳造を含む方法によって形成することができるが、これに限らず、いかなる公知の、又は、今後開発された方法によっても形成することができる。ダイ・モジュールが動作中であるとき、過剰な熱エネルギーが生成され、印刷動作に悪影響を及ぼす可能性がある。ヒートシンクは、過剰な熱エネルギーを吸収するように機能する。ヒートシンクは、１つ以上のアパーチャを含むことができる。１つ以上のアパーチャは、ヒート・ステークを収容するのに適したどのような形状をも有することができる。これらアパーチャは、上記の環状溝などの１つ以上の３次元特徴部を備えて形成することもできる。１つ以上のアパーチャ及び該アパーチャが各々備える３次元特徴部は、ヒートシンクが製造されるときに形成したり、あるいはまた、ヒートシンクを形成する特定の材料にアパーチャを形成するための適切な方法によって、その後に形成することもできる。
【００５９】
図５Ａは、インクマニホールド５００、及び、本発明によるヒートシンク５２０の例示的な実施の形態を示している。インクマニホールド５００は、インクマニホールド５００の本体から突き出ているヒート・ステーク５１０を含む。ヒートシンク５２０は、ヒート・ステーク５１０を受容するためのアパーチャ５３０を含む。ヒートシンク５２０は、ヒートシンク５２０の表面に、それぞれのアパーチャ５３０を包囲する円形のくぼみ（ウエル）５３４を備えている。流体容器及び流体イジェクタを結合するための本発明による方法の種々の例示的な実施の形態において、圧縮シール（図示せず）は、インクマニホールド５００及びダイ・モジュール（図示せず）の間に挿入される。種々の例示的な実施の形態において、ダイ・モジュールは、圧縮シール及びヒートシンク５２０の間に挿入される。インクマニホールド５００、圧縮シール、ダイ・モジュール、及び、ヒートシンク５２０がこのように配置された状態では、ヒート・ステーク５１０は、各ヒート・ステーク５１０の端部がそれぞれのアパーチャ５３０から突き出るように、ヒートシンク５２０のアパーチャ５３０に挿入される。種々の例示的な実施の形態において、インクマニホールド５００、圧縮シール、ダイ・モジュール、及び、ヒートシンク５２０は、それぞれの部品が取り付けられる方向に加えられる力で結合され、ヒート・ステーク５１０の突出端部に熱エネルギーが加えられ、ヒート・ステーク５１０の端部が変形して、アパーチャ５３０と、該アパーチャ５３０を包囲する円形のくぼみ５３４を少なくとも部分的にふさぐ。
【００６０】
図５Ｂは、ヒートシンク５２０のアパーチャ５３０の１つをふさぐように変形したヒート・ステーク５１０の１つと、そのアパーチャ５３０を包囲する円形のくぼみ５３４の概略断面図を示している。各々の円形のくぼみ５３４の存在によって、ヒート・ステーク５１０の溶融端部は、冷却すると、インクマニホールド５００、圧縮シール、ダイ・モジュール、及び、ヒートシンク５２０が取り付けられる方向に対し垂直な表面及び平行な表面の両方と接触することができる。図４Ａ及び図４Ｂに示される円形の溝４３２と同様に、このように円形のくぼみ５３４と接触することにより、ヒート・ステーク５１０の変形した端部及びヒートシンク５２０の表面の間における間隙の形成を防止することができる。また、ヒート・ステーク５１０の溶融端部と円形のくぼみ５３４との接触により、上記の構成要素が取り付けられる方向に垂直な方向にヒート・ステーク５１０が固着される。ヒート・ステーク５１０及びアパーチャ５３０の直径が異なることにより形成される、ヒート・ステーク５１０及びアパーチャ５３０の内側表面の間の間隙５１４内でヒート・ステーク５１０が移動することが、この固着により防止される。上記のようなヒート・ステーキングにより、インクマニホールド５００、圧縮シール、ダイ・モジュール、及び、ヒートシンク５２０の間の遊びが減少し、信頼性のあるシールの形成が可能になる。
【００６１】
図６Ａは、インクマニホールド６００、及び、本発明によるヒートシンク６２０の例示的な実施の形態を示している。インクマニホールド６００は、インクマニホールド６００の本体から突き出ているヒート・ステーク６１０を含む。ヒートシンク６２０は、ヒート・ステーク６１０を受容するためのアパーチャ６３０を含む。ヒートシンク６２０は、個々のアパーチャ６３０をそれぞれ包囲している星型の溝６３６を備えている。流体容器及び流体イジェクタを結合するための本発明による方法の種々の例示的な実施の形態において、圧縮シール（図示せず）は、インクマニホールド６００及びダイ・モジュール（図示せず）の間に挿入される。種々の例示的な実施の形態において、ダイ・モジュールは、圧縮シール及びヒートシンク６２０の間に挿入される。インクマニホールド６００、圧縮シール、ダイ・モジュール、及び、ヒートシンク６２０がこのように配置された状態で、ヒート・ステーク６１０は、各ヒート・ステーク６１０の端部がそれぞれのアパーチャ６３０から突き出るように、ヒートシンク６２０のアパーチャ６３０に挿入される。種々の例示的な実施の形態において、インクマニホールド６００、圧縮シール、ダイ・モジュール、及び、ヒートシンク６２０は、個々の構成要素が取り付けられる方向に加えられる力で結合され、熱エネルギーがヒート・ステーク６１０の突出端部に加えられ、ヒート・ステーク６１０の突出端部が変形して、アパーチャ６３０、及び、該アパーチャ６３０を包囲する星型の溝６３６を少なくとも部分的にふさぐ。
【００６２】
図６Ｂは、ヒートシンク６２０のアパーチャ６３０の１つをふさぐように変形したヒート・ステーク６１０の１つと、そのアパーチャ６３０を包囲する星型の溝６３６を含む概略断面図を示している。各々の星型の溝６３６の存在によって、ヒート・ステーク６１０の溶融端部は、冷却すると、インクマニホールド６００、圧縮シール、ダイ・モジュール、及び、ヒートシンク６２０が取り付けられる方向に対し垂直な表面及び平行な表面の両方と接触することができる。図４Ａ乃至図４Ｂに示される円形の溝４３２、及び、図５Ａ乃至図５Ｂに示される円形のくぼみ５３４と同様に、この星型の溝６３６との接触によって、ヒート・ステーク６１０の変形した端部及びヒートシンク６２０の表面の間に間隙の形成を防止することができる。また、ヒート・ステーク６１０の溶融端部と星型の溝６３６との接触によって、上記の構成要素が取り付けられる方向に対し垂直な方向にヒート・ステーク６１０が固着される。ヒート・ステーク６１０及びアパーチャ６３０の直径が異なることより形成される、ヒート・ステーク６１０及びアパーチャ６３０の内側表面の間の間隙６１４内でヒート・ステーク６１０が移動することが、この固着により防止される。上記のようなヒート・ステーキングにより、インクマニホールド６００、圧縮シール、ダイ・モジュール、及び、ヒートシンク６２０の間における遊びが減少し、信頼性のあるシールの形成が可能になる。
【００６３】
これらの利点に加えて、星型の溝６３６は、ヒート・ステーク６１０に対するヒートシンク６２０の回転を防止する。これは、ヒート・ステークを１つだけ使用して、アパーチャを１つだけ有するヒートシンクや、アパーチャを１つだけ有する他の基板をステークする用途において特に有効である。ヒート・ステークを１つだけ使用する用途では、回転を防止するためにヒート・ステークとアパーチャの結合部を更に追加して備えても、利点はない。このような用途において、非円形の３次元特徴部又はアパーチャの周りに非対称的に配置される３次元特徴部は、ヒート・ステークの溶融端部と係合すると、回転を防止することになる。星型の溝が図６Ａ及び図６Ｂに示されるが、アパーチャに近接した如何なる非円形の３次元特徴部も、この回転防止機能の働きをすることは認識すべきである。
【００６４】
本明細書中に述べられる例示的な３次元特徴部が、溝やくぼみ、又は、ヒートシンク内に配置される特徴部である一方、こうした特徴が、突出形の特徴であったり、若しくは、ヒートシンクから延出する特徴部でもよいことは認識すべきである。
【００６５】
図７Ａは、インクマニホールド７００、及び、本発明によるヒートシンク７２０の例示的な実施の形態を示している。インクマニホールド７００は、該インクマニホールド７００の本体から突き出ているヒート・ステーク７１０を含む。ヒートシンク７２０は、ヒート・ステーク７１０を受容するためのアパーチャ７３０を含む。ヒートシンク７２０は、ヒートシンク７２０の表面に、それぞれのアパーチャ７３０を包囲する星型のくぼみ（ウエル）７３８を備えている。流体容器及び流体イジェクタを結合するための本発明による方法の種々の例示的な実施の形態において、圧縮シール（図示せず）は、インクマニホールド７００及びダイ・モジュール（図示せず）の間に挿入される。種々の例示的な実施の形態において、ダイ・モジュールは、圧縮シール及びヒートシンク７２０の間に挿入される。インクマニホールド７００、圧縮シール、ダイ・モジュール、及び、ヒートシンク７２０がこのように配置された状態で、ヒート・ステーク７１０は、各ヒート・ステーク７１０の端部がそれぞれのアパーチャ７３０から突き出るように、ヒートシンク７２０のアパーチャ７３０に挿入される。種々の例示的な実施の形態において、インクマニホールド７００、圧縮シール、ダイ・モジュール、及び、ヒートシンク７２０は、個々の構成要素が取り付けられる方向に力が加えられて結合し、ヒート・ステーク７１０の突出端部に熱エネルギーが加えられ、ヒート・ステーク７１０の突出端部が変形し、アパーチャ７３０、及び、該アパーチャ７３０を包囲する星型のくぼみ７３８を少なくとも部分的にふさぐ。
【００６６】
図７Ｂは、アパーチャ７３０の１つをふさぐように変形したヒート・ステーク７１０の１つ、及び、ヒートシンク７２０のアパーチャを包囲する星型のくぼみ７３８の概略断面図を示している。各々の星型のくぼみ７３８の存在によって、ヒート・ステーク７１０の溶融端部は、これら溶融端部が冷却すると、インクマニホールド７００、圧縮シール、ダイ・モジュール、及び、ヒートシンク７２０が取り付けられる方向に垂直な表面及び平行な表面の両方と、接触することができる。この星型のくぼみ７３８との接触により、ヒート・ステーク７１０の変形した端部及びヒートシンク７２０表面の間の、間隙の形成を防止することができる。また、ヒート・ステーク７１０の溶融端部と星型のくぼみ７３８との接触により、上記の構成要素が取り付けられる方向に対し垂直な方向にヒート・ステーク７１０が固着される。ヒート・ステーク７１０及びアパーチャ７３０の各直径が異なることより形成される、ヒート・ステーク７１０及びアパーチャ７３０内側表面の間の間隙７１４内でヒート・ステーク７１０が移動することが、この固着により防止される。更に、星型のくぼみ７３８により、ヒート・ステーク７１０に対するヒートシンク７２０の回転が防止される。上記のようなヒート・ステーキングにより、インクマニホールド７００、圧縮シール、ダイ・モジュール、及び、ヒートシンク７２０の間の遊びが減少し、信頼性のあるシールの形成が可能になる。
【００６７】
本発明を上記概説された例示的な実施の形態に関連させて説明してきたが、種々の代替、修正、変更、改良及び／又は実質的な同等物が、既知であっても、あるいは、現在予測できなくても、少なくとも当業者には明白であり得る。したがって、前述のように、本発明の例示的な実施の形態は、説明を目的とするものであり、これに制限されるものではない。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、種々の変更を実施することができる。それゆえ、出願時、及び、補正時の特許請求の範囲は、公知の、又は、今後開発される代替物、修正、変更、改良及び／又は実質的な同等物をすべて包含することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】従来の手段によって結合されるヒート・ステーク及び基板の概略断面図を示す。
【図２】本発明によるインクジェット式カートリッジの例示的な実施の形態の分解図を示す。
【図３】本発明によるインクジェット式カートリッジの例示的な実施の形態の等角投影図を示す。
【図４Ａ】本発明による方法の例示的な実施の形態による接合の前の、インクマニホールド、圧縮シール、ダイ・モジュール、及び、本発明によるヒートシンクの例示的な実施の形態を示す。
【図４Ｂ】本発明による方法の例示的な実施の形態による接合の後の、本発明によるヒートシンクの例示的な実施の形態に結合されるヒート・ステークの概略断面図を示す。
【図５Ａ】本発明による方法の例示的な実施の形態による接合の前の、インクマニホールド、及び、本発明によるヒートシンクの例示的な実施の形態を示す。
【図５Ｂ】本発明による方法の例示的な実施の形態による接合の後の、本発明によるヒートシンクの例示的な実施の形態に結合されるヒート・ステークの概略断面図を示す。
【図６Ａ】本発明による方法の例示的な実施の形態による接合の前の、インクマニホールド、及び、本発明によるヒートシンクの例示的な実施の形態を示す。
【図６Ｂ】本発明による方法の例示的な実施の形態による接合の後の、本発明によるヒートシンクの例示的な実施の形態に結合されるヒート・ステークの概略断面図を示す。
【図７Ａ】本発明による方法の例示的な実施の形態による接合の前の、本発明によるインクマニホールド、及び、ヒートシンクの例示的な実施の形態を示す。
【図７Ｂ】本発明による方法の例示的な実施の形態による接合の後の、本発明によるヒートシンクの例示的な実施の形態に結合されるヒート・ステークの概略断面図を示す。
【符号の説明】
【００６９】
４００  インクマニホールド
４１０  ヒート・ステーク
４２０  ヒートシンク
４３０  アパーチャ
４３２  溝
４４０  圧縮シール
４５０  モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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