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特許7609768液滴吐出ヘッド、そのためのマニホールド構成要素、および設計方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-23
(45)【発行日】2025-01-07
(54)【発明の名称】液滴吐出ヘッド、そのためのマニホールド構成要素、および設計方法
(51)【国際特許分類】
B41J 2/14 20060101AFI20241224BHJP
【ＦＩ】
B41J2/14 603
【請求項の数】
18
(21)【出願番号】P 2021500572
(86)(22)【出願日】2019-07-26
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-11-18
(86)【国際出願番号】 GB2019052106
(87)【国際公開番号】W WO2020021284
(87)【国際公開日】2020-01-30
【審査請求日】2022-07-21
(31)【優先権主張番号】1812284.6
(32)【優先日】2018-07-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(73)【特許権者】
【識別番号】516154934
【氏名又は名称】ザール テクノロジー リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＸＡＡＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＩＭＩＴＥＤ
(74)【代理人】
【識別番号】100116850
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 隆行
(74)【代理人】
【識別番号】100165847
【弁理士】
【氏名又は名称】関 大祐
(72)【発明者】
【氏名】デグレーブ セバスチャン ロジャー ガブリエル
(72)【発明者】
【氏名】ブルック コリン
【審査官】佐藤 孝幸
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－０１０２２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／１４９３３０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平１０－２６４３７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１５７４４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２０１０２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２３９２４５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－１２８２２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１５８８０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６２－１３５３７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１１７９５３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ４１Ｊ ２／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
液滴吐出ヘッドのためのマニホールド構成要素（５０）であって、前記マニホールド構成要素（５０）が、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）であって、各流体チャンバが、それぞれの少なくとも１つの作動素子、およびそれぞれの少なくとも１つのノズル、を備え、各流体チャンバに対する前記少なくとも１つの作動素子が、前記対応する少なくとも１つのノズルを通って吐出方向（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（８０）と、
第１の端部（５１）から第２の端部（５２）まで延在し、かつ前記第１の端部（５１）から前記第２の端部（５２）へと広くなる、マニホールドチャンバ（５５）であって、前記第２の端部（５２）が、前記１つ以上の列内の流体チャンバの少なくとも一群に並列に流体接続を提供し、かつ前記装着部（８０）に隣接して位置する、マニホールドチャンバ（５５）と、少なくとも１つのポート（１２０）と、を備え、各ポート（１２０）が、その前記第１の端部（５１）で前記マニホールドチャンバ（５５）内に開口しており、
前記マニホールドチャンバー（５５）は、前記第１端部（５１）と前記第２端部（５２）の間に双曲線ホーン状部分を有し、双曲線ホーン状部分は双曲線音響ホーンとして形成され、前記双曲線音響ホーンは、波面の面積拡大を伴う双曲線音響ホーンのファミリーに属し、前記双曲線ホーン状部分の断面積は次の式で示され：
Ａ（ｘ）＝Ａ２［ｃｏｓｈ（ｍｘ）＋Ｔｓｉｎｈ（ｍｘ）］＾２；
ここで、Ｔは、双曲線音響ホーンの形状を設定するパラメータであり、
Ａ２はポート（１２０）に近接する第１端部（５１）での断面積であり、
Ａ（ｘ）は、当該双曲線ホーン状部分を中央に通る中心経路（５１５）に沿った所定の位置 ｘでの断面積を示し、前記中心経路は第１端部の中心から第２端部の中心まで延び、
ｍは、ｍ＝（２πｆ＿ｃ）／ｃと定義され、
ｃは流体中の音速を表し、ｆ＿ｃはカットオフ周波数を示し、
当該カットオフ周波数は、当該カットオフ周波数を下回るとエネルギーの大部分が反射される周波数であり、当該カットオフ周波数を上回るとエネルギーの大部分が透過される周波数である、
マニホールド構成要素。
【請求項2】
各双曲線ホーン形状部分が、前記対応するマニホールドチャンバ（５５）の前記第１の端部（５１）と前記第２の端部（５２）との間の距離の少なくとも大部分に延在する、請求項１に記載のマニホールド構成要素（５０）。
【請求項3】
各双曲線ホーン形状部分が、前記対応するマニホールドチャンバ（５５）の前記第１の端部（５１）と前記第２の端部（５２）との間の距離の０．６～０．９倍に延在する、請求項２に記載のマニホールド構成要素（５０）。
【請求項4】
各双曲線ホーン形状部分に対して、対応する中心経路（５１５）が画定され、前記対応する中心経路（５１５）が、当該の前記双曲線ホーン形状部分を通って、その第１の端部の中心から第２の端部の中心まで中央に延び、前記中心経路上（５１５）の各点において、対応する幅（５７）が画定され、前記対応する幅（５７）が、前記点において、前記中心経路（５１５）に垂直であり、かつ深さ方向（５１０）と直角をなす方向に測定され、前記深さ方向は、前記列方向（５００）および前記吐出方向（５０５）と垂直であり、
前記双曲線ホーン形状部分について、前記幅（５７）が、前記中心経路（５１５）に沿って前記双曲線ホーン形状部分の前記第１の端部からの距離の双曲線関数に従って概して変化する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のマニホールド構成要素（５０）。
【請求項5】
各双曲線ホーン形状部分が、深さ方向（５１０）に概して一定の深さを有し、前記深さ方向（５１０）が、前記列方向（５００）および前記吐出方向（５０５）と直角をなす、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のマニホールド構成要素（５０）。
【請求項6】
前記マニホールドチャンバ（５５）に対して、対応する中心経路（５１５）が画定され、前記対応する中心経路が、当該の前記マニホールドチャンバ（５５）を通って、その前記第１の端部（５１）の中心から前記第２の端部（５２）の中心まで中央に延び、前記中心経路（５１５）が、当該の前記マニホールドチャンバ（５５）の前記第２の端部（５２）において、前記吐出方向（５０５）と略平行に延びる、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のマニホールド構成要素（５０）。
【請求項7】
前記マニホールドチャンバ（５５）の前記第２の端部（５２）は、前記列方向（５００）と平行に細長い形の開口部によって画定され、前記開口部は、前記列方向（５００）に延在する長軸と、前記深さ方向（５１０）に延在する短軸とを有し、前記第２の端部（５２）における前記マニホールドチャンバ（５５）の開口部は、前記開口部の平面と前記マニホールドチャンバ（５５）の壁との間に同じ角度（５３）を画定する長軸の両端部に点を有する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のマニホールド構成要素（５０）。
【請求項8】
前記マニホールド構成要素（５０）が、移行部分（２５）をさらに備え、前記移行部分（２５）が、前記ポート（１２０）の断面積から、前記アクチュエータ構成要素に適応する断面積に融合する、断面形状の変化を含む、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のマニホールド構成要素（５０）。
【請求項9】
前記移行部分（２５）が、双曲線音響ホーンをさらに含む、請求項８に記載のマニホールド構成要素（５０）。
【請求項10】
前記マニホールド構成要素（５０）が、２つ以上のマニホールドチャンバ（５５）を備え、前記２つ以上のマニホールドチャンバ（５５）のうちの少なくとも２つが、１つのポート（１２０）に接続される、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のマニホールド構成要素（５０）。
【請求項11】
前記移行部分（２５）が、前記ポート（１２０）を前記少なくとも２つのマニホールドチャンバ（５５）に接続し、前記移行部分（２５）が、少なくとも１つの通過部（２５（ｃ））を備え、かつ前記少なくとも２つのマニホールドチャンバ（５５）のマニホールドチャンバ（５５）ごとにアーム（２５（ａ），２５（ｂ））をさらに備える、請求項８または９を引用する場合の請求項１０に記載のマニホールド構成要素（５０）。
【請求項12】
前記マニホールドチャンバ（５５）が、配列内で横並びに配置された複数の前記双曲線ホーン形状部分（３０（ｘ，ｙ，ｚ），３０（１）（ｉ－ｉｉ），３０（２）（ｉ－ｖｉ），３０（３）（ｉ－ｘｉｉ））を備える、請求項１～請求項１１のいずれか一項に記載のマニホールド構成要素（５０）。
【請求項13】
前記マニホールドチャンバが、複数の前記横並びの双曲線ホーン形状部分の配列を備え、前記配列が、前記マニホールドチャンバの前記第１の端部（５１）に近接する双曲線ホーン形状部分（３０（１）（ｉ－ｉｉ））の最初の配列と、マニホールドチャンバの前記第２の端部（５２）に近接する双曲線ホーン形状部分（３０（３）（ｉ－ｘｉｉ））の最後の配列と、を含み、前記配列が、前記マニホールドチャンバの前記第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、各配列の双曲線ホーン形状部分の数が、前記最初の配列（３０（１）（ｉ－ｉｉ））から前記最後の配列（３０（３）（ｉ－ｘｉｉ））へと漸進的に増加する、請求項１２に記載のマニホールド構成要素（５０）。
【請求項14】
前記複数の双曲線ホーン形状部分が、階層的に配置され、それにより、前記配列のうちの所与の１つの配列の双曲線ホーン形状部分が、前記マニホールドチャンバの前記第２の端部（５２）のより近くにある前記連続する配列の２つ以上の双曲線ホーン形状部分に流体接続する、請求項１３に記載のマニホールド構成要素（５０）。
【請求項15】
請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のマニホールド構成要素（５０）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と、を備える、液滴吐出ヘッド。
【請求項16】
液滴吐出ヘッドのためのマニホールド構成要素（５０）を設計するための方法であって、前記マニホールド構成要素（５０）が、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を受容するための装着部（８０）であって、各流体チャンバが、それぞれの少なくとも１つの作動素子、およびそれぞれの少なくとも１つのノズル、を備え、各流体チャンバに対する前記少なくとも１つの作動素子が、前記対応する少なくとも１つのノズルを通って吐出方向（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（８０）と、
第１の端部（５１）から第２の端部（５２）まで延在するマニホールドチャンバ（５５）であって、前記第２の端部（５２）が、前記１つ以上の列内の流体チャンバの少なくとも一群に並列に流体接続を提供し、かつ前記装着部（８０）に隣接して位置する、マニホールドチャンバ（５５）と、
少なくとも１つのポート（１２０）と、を備え、各ポート（１２０）が、その前記第１の端部で前記マニホールドチャンバ（５５）内に開口しており、 前記マニホールドチャンバー（５５）は、前記第１端部（５１）と前記第２端部（５２）の間に双曲線ホーン状部分を有し、双曲線ホーン状部分は双曲線音響ホーンとして形成され、前記双曲線音響ホーンは、波面の面積拡大を伴う双曲線音響ホーンのファミリーに属し、前記双曲線ホーン状部分の断面積は次の式で示され：
Ａ（ｘ）＝Ａ２［ｃｏｓｈ（ｍｘ）＋Ｔｓｉｎｈ（ｍｘ）］＾２；
ここで、Ｔは、双曲線音響ホーンの形状を設定するパラメータであり、
Ａ２はポート（１２０）に近接する第１端部（５１）での断面積であり、
Ａ（ｘ）は、当該双曲線ホーン状部分を中央に通る中心経路（５１５）に沿った所定の位置 ｘでの断面積を示し、前記中心経路は第１端部の中心から第２端部の中心まで延び、
ｍは、ｍ＝（２πｆ＿ｃ）／ｃと定義され、
ｃは流体中の音速を表し、ｆ＿ｃはカットオフ周波数を示し、
当該カットオフ周波数は、当該カットオフ周波数を下回るとエネルギーの大部分が反射される周波数であり、当該カットオフ周波数を上回るとエネルギーの大部分が透過される周波数であり、
前記方法が、
前記マニホールドチャンバ（５５）の最初の形状を決定するステップであって、それに従って、前記マニホールドチャンバ（５５）が、最初の直線経路（５１５）に沿って、第１の端部（５１）から第２の端部（５２）まで延在し、前記最初の経路（５１５）と直角をなす一連の断面（Ａ（ｘ））が存在し、前記断面（Ａ（ｘ））の断面積が、前記第１の端部（５１）からの距離が増加するにつれて増加し、その結果、前記断面（Ａ（ｘ））の断面積が双曲線状に増加する、前記マニホールドチャンバ（５５）の少なくとも一部分が存在する、決定するステップと、
前記第１の端部（５１）と前記第２の端部（５２）との間に、前記最初の直線経路（５１５）と直角をなす測定された前記断面積が増加し、その結果、前記断面積が双曲線状に増加する、前記マニホールドチャンバ（５５）の少なくとも一部分が存在する状態で、修正された経路（５１５’）を生成するように、前記最初の経路（５１５）を変形させるステップであって、各断面（Ａ（ｘ））を前記最初の経路（５１５）上の対応する点で移動させ、それに伴って、前記マニホールドチャンバ（５５’）の修正された形状を提供する、変形させるステップ、を含む、方法。
【請求項17】
前記変形させるステップが、前記断面（Ａ（ｘ））が互いに実質的に平行であるようなものである、請求項１６に記載のマニホールド構成要素（５０）を設計するための方法。
【請求項18】
前記修正された経路（５１５’）が、直線経路である、請求項１６または１７に記載のマニホールド構成要素（５０）を設計するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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、および関連する設計方法に関する。インクジェットプリントヘッドなどのプリントヘッドで特に有益な用途が見出される可能性がある。
【0002】
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。
【0003】
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。これにより、タイル上のパターンを顧客の正確な仕様になるようにカスタマイズすること、ならびにあらゆる種類のタイルを在庫する必要性を低減することができる。
【0004】
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。
【0005】
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。
【発明の概要】
【0006】
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。
【0007】
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、それぞれの少なくとも１つの作動素子、およびそれぞれの少なくとも１つのノズル、を備え、各チャンバに対する少なくとも１つの作動素子が、対応する少なくとも１つのノズルを通って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の端部まで延在し、かつ上記第１の端部から上記第２の端部へと広くなる、マニホールドチャンバであって、第２の端部が、上記１つ以上の列内のチャンバの少なくとも一群に並列に流体接続を提供し、かつ上記装着部に隣接して位置する、マニホールドチャンバと、
少なくとも１つのポートと、を備え、各ポートが、その第１の端部でマニホールドチャンバ内に開口しており、
マニホールドチャンバの第１の端部と第２の端部との間の少なくとも１つの部分が、双曲線音響ホーンとして成形されている、マニホールド構成要素を説明する。
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を受容するための装着部であって、各チャンバが、それぞれの少なくとも１つの作動素子、およびそれぞれの少なくとも１つのノズル、を備え、各チャンバに対する少なくとも１つの作動素子が、対応する少なくとも１つのノズルを通って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の端部まで延在し、かつ上記第１の端部から上記第２の端部へと広くなる、マニホールドチャンバであって、第２の端部が、上記１つ以上の列内のチャンバの少なくとも一群に並列に流体接続を提供し、かつ上記装着部に隣接して位置する、マニホールドチャンバと、
少なくとも１つのポートと、を備え、各ポートが、その第１の端部でマニホールドチャンバ内に開口しており、
マニホールドチャンバの第１の端部と第２の端部との間の少なくとも１つの部分が、双曲線音響ホーンとして成形されている、マニホールド構成要素を説明する。
【0008】
以下の開示は、別の態様では、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、１つ以上のマニホールドチャンバと、少なくとも１つのポートと、を備え、移行部分が、上記少なくとも１つのポートのうちの１つを上記１つ以上のマニホールドチャンバの第２の部分に接続し、上記移行部分が、上記１つのポートの断面積から、上記１つ以上のマニホールドチャンバの上記第２の部分の断面積に融合する、断面形状の変化を含む、マニホールド構成要素を説明する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
ここで、図面を参照して本発明を説明する。図面は、単に代表的なものであり、縮尺どおりではない。
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
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。
【0012】
ここで図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５０の断面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示されるマニホールド構成要素５０の端面図である。図１Ａおよび図１Ｂに示される例示的な実施形態は、概して、液滴吐出ヘッドのためのマニホールド構成要素５０に関する。マニホールド構成要素５０は、流体チャンバ（図示せず）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、それぞれの少なくとも１つの作動素子、例えば、圧電性作動素子と、それぞれの少なくとも１つのノズルと、を備える。動作中、各作動素子は、対応するノズルを通って吐出方向５０５に流体の液滴を吐出するように作動可能である。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。
【0013】
図１Ａから見ることができるように、マニホールドチャンバ５５は、マニホールド構成要素５０内に提供されている。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、第１の端部５１から第２の端部５２へと広くなる。動作中、マニホールドチャンバ５５内を流れる流体は、第２の端部５２に近づくにつれて「扇状に広がっている」と説明することができる。第２の端部５２は、アクチュエータ構成要素１５０内の１つ以上の列内のチャンバの少なくとも一群に並列に流体接続を提供し、第２の端部５２は、上記装着部８０に隣接して位置する。同様に図１Ａから見ることができるように、マニホールド構成要素は、ポート１２０をさらに含み、ポート１２０は、その第１の端部５１でマニホールドチャンバ５５内に開口している。動作中、ポート１２０は、マニホールドチャンバ５５の第１の端部５１に流体を供給することができ、それにより、ポート１２０は入口ポートであると言うことができ、マニホールドチャンバ５５は入口マニホールドチャンバであると言うことができる。次いで、動作中、流体は、入口マニホールドチャンバ５５を通って、その第１の端部５１から第２の端部５２まで通過する。マニホールドチャンバ５５については、その第１の端部５１と第２の端部５２との間の全部分は、アクチュエータ構成要素１５０内のチャンバの対応する群から離れる方向に音響波を伝えるのを助けるように、双曲線音響ホーンとして成形されている。これは、「ホーン形状部分」と称され得る。図１に代表的なものとして示されるように、マニホールドチャンバ５５の断面積は、その中に双曲線音響ホーンを形成するように、第１の端部５１から第２の端部５２まで双曲線状に増加し得る。双曲線状に増加するマニホールドチャンバ５５の双曲線ホーン形状部分の断面積は、動作中、アクチュエータ構成要素１５０の流体チャンバ間の低レベルの音響クロストークをもたらし得る。これは、双曲線音響ホーンとして成形された部分を有するマニホールドチャンバが、マニホールドチャンバ５５から流体供給部へと（１つ以上の作動要素が作動されたときに発生した）音響波を透過させるのを助け得るため、生じ得る。これは次に、ノズルから吐出される流体の液滴の落下速度および体積プロファイルを改善し得る。
【0014】
図１に関連して説明したものと同様のマニホールド構成要素を使用した場合に、改善された音響性能を期待することができるということが計算されている。さらに、（後で説明する）代替の実施形態の実験ベースの試験は、改善された印刷品質をもたらし得ることを示している。これは、以下のように説明することができる。作動素子が、吐出方向５０５に流体の液滴を吐出するように作動されると、音響波は、アクチュエータ構成要素１５０からマニホールドチャンバ５５内へと戻って通過する。反射波は、アクチュエータ構成要素１５０に戻り、アクチュエータの列の他の流体チャンバ内の流体の挙動に影響を及ぼし、不均一な落下速度および不均一な落下体積をもたらし、印刷された画像の外観に欠陥を引き起こす場合がある。ここで、ポート１２０を介してマニホールドチャンバ５５から残りの流体システム内へと音響波を透過させることは、個々の流体チャンバから吐出される液滴の落下速度および体積の一貫性を改善し、ひいては、印刷された画像または製品の外観を改善することが示されている。
【0015】
図１に描かれるマニホールド構成要素５０の実施形態に示されるものと同様の音響ホーンは、２つの断面積Ａ２とＡ１とを接続する、双曲線方程式に従って断面積が増加する領域を含み、Ａ２はより小さい面積であり、Ａ１はより大きい面積である。図１に描かれるマニホールド構成要素５０では、Ａ２は、ポート１２０に近接する第１の端部５１における断面積であり、Ａ１は、装着部８０に近接する第２の端部５２における断面積である。マニホールド構成要素５０では、対象となる音響波の供給源は、アクチュエータ構成要素１５０内の流体チャンバのうちの１つ以上である。したがって、動作中、音響波は、作動素子が作動される任意の流体チャンバからマニホールドチャンバ５５内へと発散されることになり、例えば、面積Ａ１を通って面積Ａ２に向かって進む。
【0016】
図１Ａの矢印５６によって示される、マニホールドチャンバ５５の断面積の変化は、方程式（１）によって表すことができ、式中、Ａ（ｘ）は、ｘが中心経路５１５に沿って面積Ａ２から面積Ａ１に向かって増加するときの所与の位置における面積５６の計算された面積であり、ｘ＝０は、面積Ａ２の場所である。２つの異なる断面積Ａ２とＡ１とを連結する断面積が増加するかかる領域は、概して、双曲線ホーンと称され、双曲線－指数ホーンまたはｈｙｐｅｘホーンとも呼ばれる。
【0017】
ｈｙｐｅｘホーンは、波面面積の拡大によって求められるホーンの一般的な集団であり、
Ａ（ｘ）＝Ａ２［ｃｏｓｈ（ｘ／ｘ＿Ｔ）＋Ｔ ｓｉｎｈ（ｘ／ｘ＿Ｔ）］＾２ （１）
式中、Ｔは、ホーンの形状を設定するパラメータである。大半の実用用途では、０≦Ｔ≦１。
ｘ＿Ｔは、以下のように求められる基準距離であり、
ｘ＿Ｔ＝ｃ／（２πｆ＿ｃ） （２）
式中、ｃは、流体中の音の速度であり、ｆ＿ｃは、カットオフ周波数である。カットオフ周波数は、エネルギーの大部分が反射される周波数を下回る周波数と、エネルギーの大部分が透過される周波数を上回る周波数である。
Ａ（ｘ）＝Ａ２［ｃｏｓｈ（ｘ／ｘ＿Ｔ）＋Ｔ ｓｉｎｈ（ｘ／ｘ＿Ｔ）］＾２ （１）
式中、Ｔは、ホーンの形状を設定するパラメータである。大半の実用用途では、０≦Ｔ≦１。
ｘ＿Ｔは、以下のように求められる基準距離であり、
ｘ＿Ｔ＝ｃ／（２πｆ＿ｃ） （２）
式中、ｃは、流体中の音の速度であり、ｆ＿ｃは、カットオフ周波数である。カットオフ周波数は、エネルギーの大部分が反射される周波数を下回る周波数と、エネルギーの大部分が透過される周波数を上回る周波数である。
【0018】
かかる方程式を使用して、本明細書に記載の実施形態のいずれかによるｈｙｐｅｘホーンを設計することができる。液滴吐出ヘッドの所望の動作能力に応じて、異なる動作周波数範囲および許容可能なカットオフ周波数が必要とされる場合があり、それに応じて、設計および選択され得ることが理解され得る。
【0019】
したがって、双曲線状に変化する断面積を有するマニホールド構成要素５０は、以下のように説明することができる。マニホールドチャンバ５５は、マニホールドチャンバ５５を通って、第１の端部５１に近接する面積Ａ２の中心から第２の端部５２に近接する面積Ａ１の中心まで中央に延在する、中心経路５１５を有する。中心経路５１５に沿った任意の所与の点における断面積の変化は、矢印５６で示されており、中心経路５１５に対して直角の面積である。図１に示される実施形態では、中心経路５１５は、吐出方向５０５と平行であるが、これは必須の特徴ではない。双曲線音響ホーンとして成形された部分では、面積５６の断面積は、中心経路５１５に沿った面積Ａ２からの距離の双曲線関数に応じて変化する。換言すれば、双曲線音響ホーンとして成形されたマニホールドチャンバ５５の部分は、中心経路５１５を有し、中心経路５１５は、マニホールドチャンバを通って、マニホールドチャンバ５５の第１の端部５１の中心から第２の端部５２の中心まで中央に延在し、中心経路５１５と直角をなしてとられた断面５６の面積は、中心経路５１５に沿った上記第１の端部５１からの距離の双曲線関数に従っておよそ変化する。
【0020】
いくつかの実施形態では、マニホールドチャンバ５５のホーン形状部分の断面積は、指数関数に従って増加する。当業者であれば理解するであろうように、指数状に増加する断面積は、双曲線的またはｈｙｐｅｘ状に増加する断面積の特別なケース（Ｔ＝１を伴う）であり、マニホールドチャンバ５５は、指数音響ホーンとして動作する。
【0021】
実製品の製造の制約および製造公差の要求は、マニホールドチャンバ５５が、ホーン形状部分に対して正確に数学的に真のｈｙｐｅｘ（双曲線プロファイルまたは指数プロファイル）を有し得ないことを意味することが理解され得る。双曲線に近いか、または実質的に双曲線のプロファイルを有するホーン形状部分は、マニホールドチャンバ５５で使用される場合、吐出性能の改善をさらに提供し得る。したがって、単に「ホーン形状」を含む、「双曲線状」、「双曲線ホーン形状部分」などの用語は、実質的に双曲線であるプロファイルを包含すると理解され得る。例えば、滑らかな壁のプロファイルを有する代わりに、複数の積み重ねられた断面からなり、各セクションが吐出方向５０５に離散的な高さを有する、段付きホーン形状部分は、マニホールドチャンバ５５で使用される場合、吐出性能の改善を提供し得る。かかるプロファイルは、例えば、複数の層を堆積させることによって、マニホールドチャンバ５５を蓄積するために、３Ｄ印刷を使用するときに生じ得る。成型された構成要素は、例えば、マニホールドチャンバ５５のプロファイルを変化させる製造中のある程度の収縮および反りを許容する一方で、依然として吐出性能を改善することができる。概して、依然として許容可能な液滴吐出性能を提供しながらマニホールドチャンバ５５の壁のプロファイルを発生させる場合、特定の量のノイズが方程式（１）で許容される場合がある。
【0022】
他の実施形態では、双曲線ホーン形状部分は、マニホールドチャンバ５５全体を通って延在しない場合があり、その場合、面積Ａ２はマニホールドチャンバ５５の第１の端部５１に近接するが、必ずしもそれと一致するわけではなく、面積Ａ１はマニホールドチャンバ５５の第２の端部５２に近接するが、必ずしもそれと一致するわけではないことが理解され得る。
【0023】
図１Ｂから見ることができるように、この実施形態では、アクチュエータ構成要素１５０は、その列方向５００における長さが深さ方向５１０における深さよりもはるかに大きいように、細長い形である。したがって、いくつかの実施形態では、マニホールドチャンバ５５の第２の端部５２は、列方向５００と平行に細長い形の開口部によって（例えば、開口部が、列方向５００に延在する長軸と、深さ方向に延在する短軸と、を有するように）画定されることが望ましい場合がある。これにより、マニホールドチャンバ５５からアクチュエータ構成要素１５０への流体接続の準備完了を可能にし得る。いくつかの実施形態では、第２の端部５２におけるマニホールドチャンバ５５の開口部は、開口部の平面とマニホールドチャンバ５５の壁との間に同じ角度５３（図１Ａを参照）を画定する長軸の両端部に点を有し得る。
【0024】
さらに、図１からも見ることができるように、この実施形態では、マニホールド構成要素５０およびマニホールドチャンバ５５は、同様に細長い形であるが、これは決して必須ではない。かかる配置は、この形状により複数のマニホールド構成要素の密なパッキングが可能になるため、例えば、マニホールド構成要素５０が、例えば、紙または布帛の上に印刷するために異なる色を供給するか、または単一色の密な印刷を可能にするように、複数のマニホールド構成要素の配置の一部である場合に好適であり得る。
【0025】
図１に描かれる特定の実施形態では、アクチュエータ構成要素１５０は矩形であり、マニホールドチャンバ５５は、その第２の端部５２で断面が矩形である開口部を有する。しかしながら、これは決して限定されるものではなく、他の流体チャンバの列の配置、ならびにアクチュエータおよびマニホールド構成要素の形状が企図される。
【0026】
アクチュエータ構成要素１５０が非常に長くて細い場合、列方向５００において互いに隣接して配置されたマニホールドチャンバ５５の配列を使用し、それにより、動作中、各々が入口マニホールドチャンバ５５として作用し、アクチュエータ構成要素１５０の一部分に流体を供給することが好都合な場合があることが容易に理解され得る。かかる配置では、各個々のマニホールドチャンバ５５が、アクチュエータ構成要素１５０内の流体チャンバの１つ以上の列内の少なくとも１つの群の流体チャンバに送給することになる。いくつかの実施形態では、マニホールドチャンバ５５の第２の端部５２は、流体チャンバの上記１つ以上の列のうちの対応する１つに並列に流体接続を提供し得る。
【0027】
ここで図２を参照すると、別の例示的な実施形態によるマニホールド構成要素２５０が示されている。より具体的には、図２Ａは、マニホールド構成要素２５０の断面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示されるマニホールド構成要素２５０の端面図であり、図２Ｃは、図２Ａおよび図２Ｂに示されるマニホールド構成要素２５０の側面図である。図２Ａ～図２Ｃ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。
【0028】
図１に示される実施形態とは異なり、図２に描かれるマニホールド構成要素２５０は、マニホールドチャンバ５５の全長にわたってホーン形状のプロファイルを有していない。代わりに、図２Ａに見られるように、マニホールドチャンバ５５は、ホーン形状部分３０、ならびに第１の端部５１とホーン形状部分３０との間に位置する追加の（非ホーン形状の）部分２０を含む。ホーン形状部分３０は、双曲線状に増加する断面積を有するマニホールドチャンバ５５の部分である。ホーン形状部分は、マニホールドチャンバ５５の第１の端部５１から距離５８だけオフセットされている面積Ａ２で始まる。ホーン形状部分３０は、第１の端部５１に近接する面積Ａ２で始まり、第２の端部５２に近接する面積Ａ１で終わるものとして説明され得る。図１に描かれるものなどの、双曲線部分が第１の端部５１で始まる実施形態では、面積Ａ２と第１の端部５１とが一致し、追加の部分２０は存在しないことを理解されたい。
【0029】
双曲線状に増加するマニホールドチャンバ５５の部分は、より広い液滴吐出ヘッド設計の物理的制約によって部分的に制限され得るが、いくつかの実施形態では、少なくとも１つのマニホールドチャンバ５５の断面積は、第１の端部５１と第２の端部５２との間の距離の大部分にわたって双曲線状に増加し得る。すなわち、双曲線ホーン形状部分は、対応するマニホールドチャンバ５５の第１の端部５１と第２の端部５２との間の距離の少なくとも大部分に延在する。より具体的には、断面積は、第１の端部５１と第２の端部５２との間の距離の０．６～０．９の分数である距離にわたって双曲線状に増加し得る。すなわち、双曲線ホーン形状部分は、対応するマニホールドチャンバ５５の第１の端部５１と第２の端部５２との間の距離の０．６～０．９倍に延在し得る。さらに他の実施形態では、マニホールドチャンバ５５の断面積は、マニホールドチャンバ５５に沿った、第１の端部５１と第２の端部５２との間の距離の全体にわたって双曲線状に増加し得る。すなわち、マニホールドチャンバ５５全体が、（図１に描かれる実施形態に示されるように）双曲線ホーンである。この文脈における「距離」という用語は、マニホールドチャンバ５５の中心経路５１５に沿った第１の端部５１と第２の端部５２との間の距離を指す。本明細書に記載の実施形態では、マニホールドチャンバ５５内のＡ２およびＡ１の位置は、双曲線部分の第１の端部５１に対する範囲および位置に依存することがさらに理解され得る。
【0030】
図１に例示される実施形態と同様に、図２のマニホールド構成要素２５０もまた、その列方向５００における長さが深さ方向５１０における深さよりも大きいように、細長い形のアクチュエータ構成要素１５０を有する（図２Ｂを参照）。マニホールド構成要素２５０はまた、第２の端部５２で列方向５００と平行に細長い形の開口部を備える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２５０は、断面面積が双曲線ホーン形状部分３０全体にわたって列方向５００に細長い形であるという点で、図１のマニホールド構成要素５０とは異なる。この場合、断面積は、面積５６が細長い形である面積５６として画定され得る。図２Ａに見られるように、角度５３は、列方向５００における細長い形の面積５６の両（短い）端部で測定され得る。面積５６は、面積Ａ２と面積Ａ１との間の任意の所与の点でマニホールドチャンバ５５の境界壁と交差する平面の部分であり、それにより、マニホールドチャンバ５５の壁と断面の平面との間の角度５３は、マニホールドチャンバ５５の両端部の交点において等しい。換言すれば、マニホールドチャンバ５５は、上記マニホールドチャンバ５５の壁に対して同じ角度５３を画定する少なくとも第２の端部５２で、細長い形の面積５６の両端部に少なくとも２つの点を有する。
【0031】
図２から見ることができるように、双曲線ホーン形状部分３０の深さ方向５１０の深さは、概して一定のままである。図２Ａおよび図２Ｂに見られるように、深さ方向５１０は、列方向５００および吐出方向５０５と直角をなす。ホーン形状部分３０の深さは概して一定であるため、断面積の双曲線的な変化は、主に、ホーン形状部分３０の列方向５００における幅５７の増加に起因する。図２Ａに見られるように、中心経路５１５は、ホーン形状部分３０を通って、面積Ａ２から面積Ａ１まで中央に延びる、中心経路３１５のセクションを有する。中心経路３１５上の各点において、幅５７は、その点において中心経路３１５に垂直であり、深さ方向５１０と直角をなす、方向に測定される。幅５７は、概して、中心経路３１５に沿った、面積Ａ２から面積Ａ１までの距離と共に双曲線関数に従って変化する。
【0032】
図２Ａからさらに見ることができるように、図１の実施形態に関しては、吐出方向５０５の装着部８０に対して、マニホールド構成要素２５０の反対側の表面８１上に位置するポート１２０がある。この実施形態では、ポート１２０は、流体供給システムへの接続の準備完了を可能にするように、円形の断面積を有する。同様に、マニホールドチャンバ５５の第１の端部５１は、円形の断面積を有する。先述のように、マニホールドチャンバ５５の第２の部分３０は、深さ方向５１０に概して一定の深さを有することができ、ひいては、中心経路３１５全体に沿って細長い形でもあり得る。これは、円形から細長い形への断面形状の変化が、マニホールドチャンバ５５の部分２０内で生じ、部分２０が双曲線音響ホーンではないことを意味する。いくつかの実施形態では、部分２０は、マニホールドチャンバ５５が、その吐出方向５０５における範囲の少なくとも大部分に対して、列方向５００および吐出方向５０５と直角をなす深さ方向５１０に概して一定の深さを有し得るように、部分２０の範囲内に制限され得る。図２Ｂおよび図２Ｃから見ることができるように、図１の実施形態に対する別の大きな違いは、図２のマニホールド構成要素２５０が、２つのマニホールドチャンバ、マニホールドチャンバ５５および６０を有するのに対し、図１のマニホールド構成要素５０が、単一のマニホールドチャンバ５５のみを有する点である。図２Ｃから見ることができるように、マニホールドチャンバ６０は、マニホールドチャンバ５５からオフセットされており、その結果、これらの２つは、深さ方向５１０において互いに隣接している。さらに、この実施形態では、マニホールドチャンバ６０の幾何学的形状は、マニホールドチャンバ５５の幾何学的形状と同一であるが、これらは、決して本質的な特徴ではなく、マニホールドチャンバの他の配置および幾何学的形状が想定される。したがって、この実装例では、マニホールドチャンバ６０の部分２５（本明細書では「移行部分」と称され得る）および部分３５は、マニホールドチャンバ５５の部分２０および部分３０とそれぞれ同じ幾何学的形状である。また、ホーン形状部分３５は、マニホールドチャンバ６０の第１の端部６１から距離５８だけオフセットされている面積Ａ２で始まり、マニホールドチャンバ６０の第２の端部６２で終わる。
【0033】
図２Ｃからさらに見ることができるように、図１に示される実施形態とは対照的に、図２Ａ～図２Ｃのマニホールド構成要素２５０は、２つのポート１２０および２２０を含むが、図１のマニホールド構成要素５０は、単一のポート１２０のみを有する。示される特定の実施形態では、これらは表面８１上に位置するが、この場所は決して必須ではないことを理解されたい。動作中、ポート１２０、２２０が好適な流体供給部に流体接続している場合、図２Ａ～図２Ｃに示されるマニホールド構成要素２５０は、液滴流体が、動作中、ポート１２０から、マニホールドチャンバ５５、アクチュエータ構成要素１５０、およびマニホールドチャンバ６０を介して、ポート２２０へと連続的に流れ、ポート１２０、マニホールドチャンバ５５、アクチュエータ構成要素１５０、マニホールドチャンバ６０、およびポート２２０がこの順序で直列に流体接続し得るように、いわゆる「貫流」モードで動作し得る。動作中、アクチュエータ構成要素１５０内の選択された流体チャンバを通って流れる流体の一部は、それらの流体チャンバのそれぞれのノズルから吐出され得る一方、流体の残りの部分は、個々の流体チャンバを通って、マニホールドチャンバ６０を介して、ポート２２０へと続く。かかる実施形態では、マニホールドチャンバ５５は、入口マニホールドチャンバとして構成されており、対応するポート１２０は、動作中、入口マニホールドチャンバ５５の第１の端部５１に流体を供給する入口ポートとして構成されている。動作中、入口マニホールドチャンバ５５の第２の端部５２は、アクチュエータ構成要素１５０内の対応する群の流体チャンバ内の各チャンバに並列に流体を供給する。さらに、かかる実施形態では、マニホールドチャンバ６０は、出口マニホールドチャンバとして構成されており、対応するポート２２０は、動作中、当該の出口マニホールドチャンバ６０の第１の端部６１から流体を受容する出口ポートとして構成されている。動作中、出口マニホールドチャンバ６０の第２の端部６２は、アクチュエータ構成要素１５０内の対応する群の流体チャンバ内の各チャンバから並列に流体を受容する。
【0034】
代替的な配置では、動作中、流体は、ポート１２０および２２０の両方からアクチュエータ構成要素１５０に供給することができ、それにより、液滴吐出ヘッドは、非貫通流モードで動作するように考慮されてもよく、マニホールドチャンバ５５および６０は両方とも入口マニホールドチャンバであり、ポート１２０、２００は両方とも入口ポートとして動作する。
【0035】
図２に描かれる実施形態では、中心経路５１５は、描かれる設計の幾何学的形状のために、吐出方向５０５と平行な直線である。他の実施形態では、中心経路５１５は、直線でなくてもよいが、湾曲した経路もしくは蛇行経路、またはマニホールドチャンバ５５、６０の形状によって画定される任意の他の経路に従い得る。マニホールドチャンバは、例えば、液滴吐出ヘッド内の他の場所での物理的制約の結果として、または流体供給部への接続の準備完了を可能にするために、かかる方法で成形され得る。かかる事例では、例えば、ポート１２０および／またはポート２２０を、マニホールド構成要素２５０の中心から配列方向５００にオフセットすること、またはさらにはマニホールド構成要素２５０の側部８２、８３のうちの１つの上にポートを置くことが適切であり得る。これらの事例では、中心経路５１５は、例えば、マニホールドチャンバ５５、６０の形状に応じて、吐出方向５０５に対して、ある角度で異なる経路に従い得る。いくつかの実施形態では、当該のマニホールドチャンバを通って、第１の端部５１の中心から第２の端部５２の中心まで中央に延びる中心経路５１５は、その長さの一部に沿って吐出方向５０５と平行ではない場合がある。中心経路５１５が、好ましい方向に流れる流体をアクチュエータ構成要素１５０に提供することによって流体性能を改善するように、当該のマニホールドチャンバの第２の端部５２において、吐出方向５０５と略平行に延びることを確実にすることが望ましい場合がある。容易に理解され得るように、マニホールドチャンバ５５、６０、ひいては、中心経路５１５の他の形状が想定される。
【0036】
ここで図３を参照すると、別の例示的な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、マニホールド構成要素３５０の断面図であり、図３Ｂは、図３Ａに示されるマニホールド構成要素３５０の端面図である。図３Ａを考慮すると、この実施形態におけるマニホールド構成要素３５０は、それが配列内で横並びに配置された複数の双曲線ホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）を備えるという点で、先行する２つの実施形態とは異なることは明らかである。かかる設計は、例えば、アクチュエータ構成要素１５０が列方向５００に長い場合、および列方向５００にアクチュエータ構成要素全体を覆う単一のホーン形状部分が、吐出方向５０５に大きすぎて実用的でない可能性がある場合に好適であり得る。複数の双曲線ホーン形状部分を使用することにより、マニホールドチャンバ５５の高さを低減することができ、よりコンパクトな液滴吐出ヘッドを製造することができる。例えば、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までの吐出方向５０５における高さは、アクチュエータ構成要素１５０の列方向５００における範囲と比較的等しくが、その範囲よりも小さく、望ましくはコンパクトな配置をもたらすことが、図３Ａから見ることができる。
【0037】
図３Ａから見ることができるように、双曲線ホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）は、配列内で横並びに配置されており、それによって、列方向５００において互いに隣接している。ホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）は各々、中心経路５１５から分裂した中心経路３１５（ｘ、ｙ、ｚ）をそれぞれ有し、かつそれぞれの中心経路３１５（ｘ、ｙ、ｚ）と直角をなすそれぞれの面積３１６（ｘ、ｙ、ｚ）を有する。ホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）の面積３１６（ｘ、ｙ、ｚ）は、面積Ａ２（ｘ、ｙ、ｚ）から面積Ａ１（ｘ、ｙ、ｚ）までのそれぞれの中心経路３１５（ｘ、ｙ、ｚ）に沿って実質的に双曲線状に増加することが理解され得る。図２に示される実施形態のように、図３の実施形態は、マニホールドチャンバ５５の第１の端部５１で始まらない双曲線部分を含む。好適な空間オフセット５８（ｘ、ｙ、ｚ）により、中心経路５１５を分裂させ、それぞれの中心経路３１５（ｘ、ｙ、ｚ）を形成することができる。設計上の制約により、オフセット５８（ｘ、ｙ、ｚ）は互いに同じではない場合があり、むしろ、ホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）および／もしくはそれらのそれぞれの中心経路３１５（ｘ、ｙ、ｚ）、ならびに／またはそれらのそれぞれの面積Ａ２（ｘ、ｙ、ｚ）の各々への第１の端部５１からの経路の形状、場所、向きなどに従って決定され得ることを理解されたい。実際には、各ホーン形状プロファイルの双曲線方程式は、それぞれの面積Ａ２（ｘ、ｙ、ｚ）の中心に位置する各々に対してｘ＝０を個々に設定することによって、より容易に決定され得ることが理解され得る。
【0038】
各ホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）の断面積は、以下のように画定され得る。双曲線音響ホーンは各々、対応する中心経路３１５（ｘ、ｙ、ｚ）を有することができ、対応する中心経路３１５は、部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）を通って、面積Ａ２（ｘ、ｙ、ｚ）の中心から面積Ａ１（ｘ、ｙ、ｚ）の中心まで中央に延在する。中心経路３１５（ｘ、ｙ、ｚ）に沿った各点には、対応する断面積の面積３１６（ｘ、ｙ、ｚ）が画定され、これは、中心経路３１５（ｘ、ｙ、ｚ）と直角をなす平面内にあり、かつ双曲線音響ホーンの壁によって境界付けられた面積であり、マニホールドチャンバ５５の内面の一部、および複数の壁７０（ｉ、ｉｉ）のうちの１つの１つの側面、または複数の壁７０（ｉ、ｉｉ）のうちの２つの対向する壁の２つの側面であり得る。面積３１６（ｘ、ｙ、ｚ）の断面積は、中心経路３１５（ｘ、ｙ、ｚ）に沿った面積Ａ２（ｘ、ｙ、ｚ）からの距離の双曲線関数にほぼ依存して変化する。
【0039】
図３Ａからも見ることができるように、隣り合うホーン形状部分３０（ｘ、ｙ）は、マニホールドチャンバ５５内に位置する対応する壁７０（ｉ）によって分離されており、同様に隣り合うホーン形状部分３０（ｙ、ｚ）は、同様にマニホールドチャンバ５５内に位置する対応する壁７０（ｉｉ）によって分離されている。図３Ａから明らかであるように、壁７０（ｉ、ｉｉ）の各々は、マニホールドチャンバ５５の第１の端部５１と第２の端部５２との間の距離の一部のみにわたって延在する。ホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）は、第１の側面（７０１～７０３）（ｉ）および第２の側面（７０１～７０３）（ｉｉ）を備え、これらは、上記列方向５００に離間しており、上記側面７０１～７０３（ｉ、ｉｉ）は、実質的に凹状である。第１の側面（７０１－７０３）（ｉ）および第２の側面（７０１－７０３）（ｉｉ）は、壁７０（ｉ）および７０（ｉｉ）の縁部とマニホールドチャンバ５５の側部との間から形成され、それにより、第１の側面７０１（ｉ）および第２の側面７０１（ｉｉ）は、ホーン形状部分３０（ｘ）と境界をなし、第１の側面７０２（ｉ）および第２の側面７０２（ｉｉ）は、ホーン形状部分３０（ｙ）と境界をなし、第１の側面７０３（ｉ）および第２の側面７０３（ｉｉ）は、ホーン形状部分３０（ｚ）と境界をなす。実製品の製造の制約および製造公差の要求は、ホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）が、数学的に真の双曲線プロファイルまたは指数プロファイルを有し得ないことを意味することが理解され得る。例えば、壁７０（ｉ、ｉｉ）は鋭利な端部または尖った端部を有するものとして描かれているが、これは、純粋に代表的なものであり、実際には、端部は、製造を容易にするために、例えば、鈍化または面取りされ得ることを理解されたい。双曲線に近いかもしくは実質的に双曲線である、または双曲線状に変化する、プロファイルもしくは形状は、例えば、ドロップオンデマンドプリントヘッド用にマニホールド構成要素３５０のホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）で使用した場合に、望ましい印刷性能を依然として提供し得る。例えば、製造上の理由から、設計上の制約は、壁７０（ｉ，ｉｉ）を、特定の厚さ、例えば、４００マイクロメートル未満にすることができないように制限することができ、フィレットまたは他の平滑化特徴が壁の先端に必要となる場合がある。
【0040】
図３Ａに示される特定の実施形態は、２つの壁７０（ｉ、ｉｉ）および３つのホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）を含むが、これは決して必須ではなく、代替的な実施形態が、任意の好適な数のホーン形状部分および対応する分割壁を備え得ることを理解されたい。他の実施形態では、吐出方向５０５に壁の位置を変化させることによって、または第１の部分２０から複数のホーン形状部分への滑らかな流体の流れを助けるための他の好適な配置を変化させることによって、複数のホーン形状部分をずらすことが、流体的理由にとって望ましい場合がある。
【0041】
図３Ａに描かれる実施形態では、壁７０（ｉ、ｉｉ）は、細長い形で湾曲しており、かつ好適な双曲線プロファイルを、面積Ａ２（ｘ、ｙ、ｚ）とＡ１（ｘ、ｙ、ｚ）との間のホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）に提供するように適切に成形されている。かかる壁７０（ｉ、ｉｉ）を特徴とするマニホールド構成要素３５０は、例えば、３Ｄ印刷技術を使用して製造されてもよく、これは、この方法を使用して、かかる細い内部特徴部を製造することが、従来の鋳造、成型、または機械加工技術と比較して、より簡単になり得るためである。３Ｄ印刷構成要素は、継ぎ目および流体密封なしで簡単に作製し、液滴吐出ヘッドにおける漏れの問題を低減することもできる。しかしながら、細い壁の使用は、ホーン形状マニホールド３０（ｘ、ｙ、ｚ）を仕切るように説明されているが、他の実施形態は、代わりに、はるかに広い壁または他の物理的特徴を使用することができ、製造技術は、例えば、いくつかの別個の構成要素を形成することと、それらを任意の好適な様式で接合して、単一の流体密封マニホールド構成要素３５０を形成することと、を含む。
【0042】
図３Ａから見ることができるように、ホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）の各々は、列方向５００にマニホールドチャンバ５５の第２の端部５２のセクションと重複するように位置付けられる。動作中、各ホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）は、優先的に、アクチュエータ構成要素１５０内の１つ以上の列内のチャンバのそれぞれの群に並列に流体接続を提供する。この実施形態では、ホーン形状部分は、第２の端部５２を３つの等しいセクションに分割する。例えば、列方向５００に３００個の流体チャンバがある場合、ホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）の各々は、動作中、主として、それらの位置の最も近くに隣接する１００個の流体チャンバの群に流体を供給する。壁７０（ｉ、ｉｉ）はスロット２０１内に延在せず、中に一部の流体が混ざる可能性があるため、動作中、各ホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）が供給する流体チャンバの数は、正確に１００個でなくてもよく、壁７０（ｉ、ｉｉ）の位置の近くに一部重複があってもよい。３００個の流体チャンバは単なる一例であり、いくつかの実施形態では、より少ない数、またははるかに多い数の流体チャンバが存在し得ることをさらに理解されたい。
【0043】
他の実施形態では、任意の数のホーン形状部分が存在し得ることを理解されたい。複数のホーン形状部分を有する設計では、これらは必ずしも同一ではないことがさらに理解され得る。例えば、ホーン形状部分は、第２の端部５２を等しいまたは等しくないセクションに分割するように、異なるサイズのものであってもよく、ひいては、ホーン形状部分は、流体チャンバの等しいまたは等しくないサイズの群に供給することができる。別の例として、複数の非同一のホーン形状部分を使用して、マニホールドチャンバ５５内の非対称性を説明することができる。例えば、図３Ａに見られるように、ポート１２０は、（図１および図２の実施形態とは異なり）マニホールド構成要素３５０の中心から列方向５００にオフセットされた位置で表面８１上に位置する。これは決して必須ではないが、流体供給部などの他の構成要素への接続の容易さのために、いくつかの実施形態では好適な場合がある。結果として、図３Ａにも見ることができるように、ポート１２０をアクチュエータ構成要素１５０に接続するマニホールドチャンバ５５は非対称であり、それに応じて、ホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）は、同一ではないように成形されている。
【0044】
図３のマニホールド構成要素３５０は、単一のマニホールドチャンバ５５を含むという点で、図１に描かれる実施形態と同様である。しかしながら、ポート１２０に近接する（非ホーン形状の）部分２０（１）と、アクチュエータ構成要素１５０に近接するホーン形状部分３０とに分割されるマニホールドチャンバ５５を含むという点で、図２の実施形態と同様である。図２のマニホールド構成要素２５０に関して、図３に描かれる実施形態は、ポート１２０と整合する円形から、部分２０（１）内のアクチュエータ構成要素１５０と整合する細長い形への断面形状の変化を含む。さらに、図２に描かれる実施形態に関して、図３のマニホールド構成要素３５０は、列方向５００に細長い形の断面積を有するホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）を含む。
【0045】
マニホールド構成要素３５０は、一緒に接合されている２つの部品、第１のマニホールドセクション１００と第２のマニホールドセクション２００とを備え、ここで、装着部８０は、吐出方向５０５に第２のマニホールドセクション２００の下部表面上に位置することを図３Ａにおいてさらに見ることができる。アクチュエータ構成要素１５０は、装着部８０上に装着されている。これは、決して必須の特徴ではないが、いくつかの実施形態では、アクチュエータ構成要素１５０をマニホールド構成要素３５０に確実に接続するのを助けるため、またはアクチュエータ構成要素１５０の寿命を改善するため、もしくは組み立てプロセスを改善するために有用であり得る。例えば、第１のマニホールドセクション１００は、製造の容易さまたは費用の理由から、樹脂もしくは熱硬化性プラスチック、またはプラスチック／繊維複合材料などの材料から作製されている場合、主としてシリコンまたはピエゾセラミック材料から製造され得るアクチュエータ構成要素１５０とは異なる熱的性質を有し得る。第２のマニホールドセクション２００は、第１のマニホールドセクション１００よりもアクチュエータ構成要素１５０の熱的性質により厳密に整合する、セラミックまたは金属などの材料で作製され得、組み立てまたは動作中に、アクチュエータ構成要素１５０内に誘起される応力を低減し得る。
【0046】
図３Ａはまた、第２のマニホールドセクション２００が、その中にスロット２０（２）を有し、ホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）をマニホールドチャンバ５５の第２の端部５２、ひいては、アクチュエータ構成要素１５０に流体接続していることを示している。かかる第２のマニホールドセクション２００は、決して必須の特徴ではないこと、ならびに多くの実施形態では、好適な熱的整合は、図１および図２に描かれるように単一のマニホールド構成要素内、および／またはアクチュエータ構成要素１５０内に包含され得ることが理解され得る。
【0047】
図３Ａからも見ることができるように、面積Ａ１（ｘ、ｙ、ｚ）および第２の端部５２は一致しない。スロット２０（２）は、ホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）をマニホールドチャンバ５５の第２の端部５２に接続する非双曲線部分である。動作中、スロットは、ホーン形状部分から出る流体とアクチュエータ構成要素１５０に入る流体との間の一部の流体混合を可能にすることができ、かつ動作中、第２の端部５２において吐出方向５０５とより厳密に平行になるように、流体の流れを整列させ、かつ方向付ける、整流器として作用することもできる。アクチュエータ構成要素１５０に供給される流体がより均一な速度になるように、列方向５００に沿って速度プロファイルを平坦化するように作用することもできる。
【0048】
図４は、別の実施形態によるマニホールド構成要素を示している。具体的には、図４は、複数の壁７０（ｉ、ｉｉ）、７１（ｉ～ｉｉｉ）、および７２（ｉ～ｖｉ）によって分割されている複数の双曲線ホーン形状部分３０（１）（ｉ、ｉｉ）、３０（２）（ｉ～ｖｉ）、および３０（３）（ｉ～ｘｉｉ）の階層的な配置を備える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４５０を描いており、図３に描かれる実施形態とは異なり、壁のすべてが部分３０の全体にわたって延在するわけではない。かかる設計は、例えば、アクチュエータ構成要素１５０が列方向５００に長く、吐出方向５０５の空間的制約のために複数のホーン形状部分に対する要件がある場合に好適であり得る。複数の双曲線ホーン形状部分の階層的な配置を有する別の理由は、最小壁厚などの製造上の制約のために、第１の端部５１に近接するマニホールドチャンバ５５の頂点に、複数の壁に嵌合するための十分な余地がない場合であり得る。マニホールドチャンバ５５が吐出方向５０５に広くなるにつれて壁の数を増加させて導入することにより、この制約を克服することができる。壁の導入をずらす別の理由は、例えば、流体設計が第１の端部５１に近接する壁の間に列方向５００の最小の隙間を必要とする場合であり得る。これは、ホーン形状部分への滑らかな、妨げられていない流体の流れが存在するが、第１の端部５１の配列方向５００の長さに空間的制約があることを確実にするために望ましい場合がある。
【0049】
壁のいくつか７０（ｉ、ｉｉ）は、階層的な部分３０（１）（ｉ、ｉｉ）、３０（２）（ｉ～ｖｉ）、および３０（３）（ｉ～ｘｉｉ）のうちの３つすべてを通って延在し、いくつか（壁７１（ｉ～ｉｉｉ））は、階層的な部分のうちの２つを通って延在し、残りの部分（壁７２（ｉ～ｖｉ））は、最終的な階層的な部分のみにあることが図４から見ることができる。かかる配置は、設計および製造をより容易にする場合があるが、決して必須ではない。いくつかの実施形態では、壁の異なる配置を使用して、階層的な部分を分離することができ、例えば、各壁が対応する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までの距離の一部にしか延長しない配置が想定される。
【0050】
複数の上記横並びのホーン形状部分の配列を備える、図４に描かれるマニホールド構成要素４５０は、入口マニホールドチャンバ５５の第１の端部５１に近接する横並びのホーン形状部分３０（１）（ｉ、ｉｉ）の最初の配列と、入口マニホールドチャンバ５５の第２の端部５２に近接するホーン形状部分３０（３）（ｉ～ｘｉｉ）の最後の配列と、を含み、上記配列は、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、各配列のホーン形状部分の数は、上記最初の配列３０（１）から上記最後の配列３０（３）へと漸進的に増加する。さらに、複数のホーン形状部分３０（１）（ｉ、ｉｉ）、３０（２）（ｉ～ｖｉ）、および３０（３）（ｉ～ｘｉｉ）は、階層的に配置され、それにより、上記配列のうちの所与の１つの配列のホーン形状通路は、マニホールドチャンバ５５の第２の端部５２のより近くにある連続する配列の２つ以上のホーン形状通路に流体接続する。マニホールドチャンバ５５内の各階層的な部分３０（１）（ｉ、ｉｉ）、３０（２）（ｉ～ｖｉ）、または３０（３）（ｉ～ｘｉｉ）において、複数の配列内の（列方向５００に）隣り合うホーン形状部分は、当該のマニホールドチャンバ５５内に位置する対応する壁によって分離されている。
【0051】
図４に描かれる階層的な配置の最後の段のホーン形状部分３０（３）（ｉ～ｘｉｉ）は、第２の端部５２に近接する壁の端部で１２個の部分に分割されている。さらに、音響上の理由から、その点で、列方向５００に全体の幅の１２分の１を超える任意の個々のホーン形状部分の第２の端部５２に近接する幅を有していないことが望ましい場合がある。換言すれば、列方向５００における各ホーン形状部分の幅は、列方向５００におけるマニホールドチャンバ５５の第２の端部５２の幅の１／１２未満である。これは、第１の横方向共振周波数を拒否することによって、音響性能を改善することができる。１２個のホーン形状部分は、アクチュエータ構成要素１５０の長さ、およびインクジェット印刷のための液滴吐出ヘッド用の典型的な流体中の音の速度ｃに起因することが理解され得る。所望のホーン形状部分の数は、列方向５００におけるアクチュエータ構成要素１５０の長さ、および使用される吐出流体中の音の速度に応じて異なり得る。さらに、音響上の理由から、ホーン形状部分３０（３）（ｉ～ｘｉｉ）のうちのすべてが、マニホールドチャンバ５５の第２の端部５２に近接する端部で列方向に等しい長さのものであることが好ましい場合がある。
【0052】
ここで図５を参照すると、別の例示的な実施形態によるマニホールド構成要素５５０が示されている。より具体的には、図５Ａは、マニホールド構成要素５５０の断面図であり、図５Ｂは、図５Ａに示されるマニホールド構成要素５５０の端面図であり、図５Ｃは、図５Ａおよび図５Ｂに示されるマニホールド構成要素５５０の側面図である。マニホールド構成要素５５０は、図３に示される実施形態と同様のマニホールドチャンバ５５を有することが図５Ａから見ることができる。深さ方向５１０にマニホールドチャンバ５５と部分的に重複する、２つのさらなるマニホールドチャンバ６０（ａ、ｂ）があることも図５Ｃから見ることができる。マニホールドチャンバ６０（ａ）は、マニホールドチャンバ５５の反転させた幾何学的形状のコピーであり、列方向５００に横並びに、または互いに隣接して配置された複数のホーン形状部分３５（ａ）（ｘ、ｙ、ｚ）を有することが図５Ａから見ることができる。図５Ａには示されていないが、第２のマニホールドチャンバ６０（ｂ）は、第１のマニホールドチャンバ６０（ａ）と同一であり、マニホールドチャンバ５５の反対側の深さ方向５１０に位置する。以下の説明全体を通して、同様の参照番号が２つのマニホールドチャンバ６０（ａ、ｂ）の構成要素部品に使用されており、それに応じて（ａ）または（ｂ）が付加されている。
【0053】
図５に描かれる実施形態は、図２に示されるものと同様の配置であり、これは、好適な流体供給部に接続されている場合、流体のいわゆる「貫通流」を可能にする。したがって、動作中、ポート１２０は入口ポートとして動作し得、マニホールドチャンバ５５は入口マニホールドチャンバとして動作し得、マニホールドチャンバ６０（ａ、ｂ）は出口マニホールドチャンバとして動作し得、ポート２２０（ａ、ｂ）は出口ポートとして動作する。１つの入口マニホールドチャンバ５５と、１つの出口マニホールドチャンバ６０とを有する、図２に描かれる実施形態と比較したときの主な違いは、図５の実施形態では、２つの出口マニホールドチャンバ６０（ａ、ｂ）の１つの入口チャンバ５５に対する比が存在することである。
【0054】
図５に示される配置では、アクチュエータ構成要素１５０は、列方向５００に互いに平行に延在する流体チャンバの２つの列（図示せず）を有する。前と同様に、列内の各流体チャンバには、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提供することができ、各作動素子は、ノズルのうちの対応する少なくとも１つを通って吐出方向５０５に流体の液滴を吐出するように作動可能である。したがって、この例示的な配置は、ノズルの少なくとも２つの列を有し、各列は、流体チャンバの特定の列に対応する。
【0055】
貫通流モードでの動作中、図５に描かれるマニホールド構成要素５５０は、流体が入口ポート１２０から入口マニホールドチャンバ５５を介してアクチュエータ構成要素１５０へと通過することを可能にし得、流体経路は、流体の一部が、中の各流体チャンバへの個々の入口を介して、流体チャンバの第１の列内へと通過し、流体の他の部分が、他の列の各流体チャンバへの個々の入口を介して、流体チャンバの第２の列を通って通過するように、分裂することになる。チャンバ内に通過する流体の一部が液滴の形態で吐出され得る一方、残りの部分は、それぞれの流体チャンバ出口を介してチャンバから出る。第１の列の流体チャンバ出口は、出口マニホールドチャンバ６０（ａ）、ひいては、出口ポート２２０（ａ）に流体接続する。第２の列の流体チャンバ出口は、出口マニホールドチャンバ６０（ｂ）、ひいては、出口ポート２２０（ｂ）に流体接続する。図５に描かれる実施形態を貫通流モードで動作させる場合、流体の分裂は、流体の半分がマニホールド構成要素５５０を通る１つの経路に従い、流体の半分がもう一方の経路に従うように、バランスをとることが好ましい場合がある。
【0056】
動作中、任意の個々の流体チャンバを通って通過する流体の一部は、作動素子（複数可）に配線（図示せず）によって供給される駆動信号に応じて吐出され得る。出口ポート２２０（ａ、ｂ）は、マニホールド構成要素５５０から流体を除去するために、何らかの方法で単一の流体出口経路に接続され得るか、または個々の流体出口経路に別々に接続され得る。図５に示される実施例では、単一のポート１２０および単一の入口マニホールドチャンバ５５が存在するため、この配置は、動作中、流体チャンバの両方の列に対して単一の流体タイプを供給し、それゆえ、ノズルの両方の列が同じ流体タイプを吐出することが明らかである。この配置は、アクチュエータ構成要素１５０内のノズルの列を密にパッキングすることを可能にすることができ、かつ例えば、空間的制約がある場合、および／または高解像度の液滴吐出ヘッドを形成するために高いノズル密度が必要な場合に、適切であり得る。図５に描かれる実施形態では、入口マニホールドチャンバ５５の第２の端部５２は、流体チャンバの２つの列に並列に流体接続を提供し、出口マニホールドチャンバ６０（ａ）および６０（ｂ）の各々は、流体チャンバの１つの列に並列に流体接続を提供する。
【0057】
図５Ａから見ることができるように、図３に描かれる実施形態と同様に、マニホールド構成要素５５０は、第１および第２のマニホールドセクション１００、２００を備える。第２のマニホールドセクション２００は、第１のマニホールドセクション１００とアクチュエータ構成要素１５０との間に位置する。第２のマニホールドセクション２００は、３つのスロットを有し、１つのスロット２０（２）は、ホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）を入口マニホールドチャンバ５５の第２の端部５２に、次いでアクチュエータ構成要素１５０に流体接続する。深さ方向５１０にスロット２０（２）の両側にある２つのさらなるスロット２５（２）（ａ）および２５（２）（ｂ）は、出口マニホールドチャンバ６０（ａ、ｂ）の第２の端部６２（ａ、ｂ）をホーン形状部分３５（ａ、ｂ）（ｘ、ｙ、ｚ）に流体接続する。
【0058】
図３に描かれる実施形態に関して先述したように、各入口ホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）は、各々がアクチュエータ構成要素１５０内の１つ以上の列内のチャンバのそれぞれの群に並列に流体接続を提供するように、列方向５００に第２の端部５２の一部分を覆うように位置する。同様に、出口ホーン形状部分３５（ａ、ｂ）（ｘ、ｙ、ｚ）は、アクチュエータ構成要素１５０内の１つ以上の列内のチャンバのそれぞれの群に並列に流体接続を提供するように位置する。動作中、各出口ホーン形状部分３５（ａ、ｂ）（ｘ、ｙ、ｚ）は、主として、列方向５００に隣接する流体チャンバのそれぞれの群から流体を受容する。しかしながら、壁７５（ａ、ｂ）（ｉ、ｉｉ）はスロット２５（２）（ａ、ｂ）内に延在しないため、中で一部の流体が混ざる可能性がある。
【0059】
代替的な配置では、流体は、液滴吐出ヘッドが非貫通流モードで動作されると考慮され得るように、３つのポート１２０および２２０（ａ、ｂ）のすべてからアクチュエータ構成要素１５０に供給され得る。
【0060】
ここで、図６Ａ～図６Ｃに注目する。図６Ａは、第１の試験設計によるマニホールド構成要素１０の入口のみの流体経路であり、図６Ｂは、さらなる実施形態によるマニホールド構成要素６５０の流体経路であり、図６Ｃは、マニホールド構成要素１０および６５０の計算された性能を比較するグラフである。図６Ｂに見ることができるように、マニホールド構成要素６５０は、マニホールドチャンバ５５が入口マニホールドチャンバ５５であり、複数のホーン形状部分３０（ｓ～ｚ）が存在する、図３のものと同様の実施形態である。かかる実施形態は、マルチセルの音響ホーンを含むものとして説明され得るか、またはマルチセルの「ホーン」マニホールドとして説明され得る。また、図２および図３のマニホールド構成要素に関して、図６Ｂに描かれる実施形態は、ポート１２０と整合する円形から、部分２０（１）内のアクチュエータ構成要素１５０と整合する細長い形への断面形状の変化を含む。
【0061】
図６Ａおよび図６Ｂを比較することによって見ることができるように、試験設計およびホーン付きマニホールド構成要素は、前者が双曲線音響ホーンではなく、後者が複数の音響ホーンを有するという点で異なるが、試験設計およびホーン付きマニホールド構成要素は両方とも、特定の特徴を共有するように設計した。試験マニホールド構成要素１０およびホーン付きマニホールド構成要素６５０内のマニホールドチャンバ５５’および５５は両方とも、マニホールドチャンバ５５’、５５の矩形の第２の端部５２’、５２を有し、入口ポートは、マニホールドチャンバ５５’、５５の第２の端部５２’、５２に対して同じ位置で開口している。
【0062】
ここで、吐出の周波数が変化するときの、図６Ａおよび図６Ｂに例示されるマニホールド構成要素１０、６５０の音響圧力波の反射係数を示すグラフである図６Ｃに注目する。有限要素法解析を使用して反射係数を計算して、図６Ｂによるホーン付きマニホールド、および図６Ａによる試験マニホールドの応答を調べた。計算は、０～１００ｋＨｚの周波数スイープを実行するために、剛性ピストンの仮定を使用して実行した。剛性ピストンは、アクチュエータ構成要素１５０の位置と類似した位置で、第２の端部５２、５２’に置いた。
【0063】
図６Ｃに見ることができるように、０の反射係数は、反射なしに対応し、すべての音響波が、断面積Ａ２を通してマニホールド構成要素から透過される。１の反射係数は、透過がなく、音響波のすべてが断面積Ａ１に反射されることを意味する。マニホールド構成要素１０（試験）および６５０（ホーン）のうちの一方または他方を利用する液滴吐出ヘッド設計の場合、考慮される周波数範囲は０～１００ｋＨｚであり、０～１００ｋＨｚは液滴吐出周波数である（１００ｋＨｚは本実施形態の液滴吐出ヘッドの上限周波数である）。好ましくは、液滴吐出ヘッドのためのマニホールド構成要素は、考慮された周波数範囲０～１００ｋＨｚにわたって可能な限り低い反射係数を有し得る。ホーン付きマニホールド構成要素６５０については、反射係数が、試験マニホールド構成要素１０と比較して、考慮された範囲の実質的な部分にわたって低減されることが図６Ｃから見ることができる。異なる周波数条件／要件を有する液滴吐出ヘッドについては、改善されたマニホールド構成要素が、１００ｋＨｚとは異なる上限周波数に対して設計され得ることが理解され得る。
【0064】
ここで図７を考慮すると、図７Ａは、第２の試験設計による、貫通流対応型のマニホールド構成要素１１０における流体経路の切り欠き三次元図である。これは、「試験」マニホールド構成要素と称され得る。図７Ｂ（ａ）は、貫通流対応型であり、複数のホーン形状部分を有する、別の実施形態による、マニホールド構成要素７５０における流体経路の切り欠き三次元図である。これは、「ホーン」マニホールド構成要素と称され得る。図７Ｂ（ｂ）は、スロット２０（２）も含む、図７Ｂ（ａ）に描かれるマニホールド構成要素７５０の入口マニホールドチャンバ５５を通る断面図である。図７Ｂ（ｃ）は、スロット２５（２）（ａ）も含む、図７Ｂ（ａ）に描かれるマニホールド構成要素７５０の出口マニホールドチャンバ６０（ａ）を通る断面図である。図７Ｃは、図７Ａによる試験マニホールド構成要素および図７Ｂによるホーン付きマニホールド構成要素について、周波数範囲にわたって計算された反射係数を比較している。計算は、図６Ｃに関して上述したものと同様の方法で実行した。
【0065】
ここで図７Ｂ（ａ）を参照すると、図内に例示されるマニホールド構成要素７５０は、複数のホーン形状部分を有し、かつ貫通流対応型である、という点において、図５に例示される実施形態と同様である。流体供給部への接続を容易にするために、出口マニホールドチャンバ６０（ａ）が入口マニホールドチャンバ５５の同一の反射ではない、という点において、図５の実施形態とは異なる。マニホールド構成要素７５０内の出口マニホールドチャンバ６０（ａ）および６０（ｂ）は、互いにほぼ同一である。出口マニホールドチャンバ６０（ａ、ｂ）が単一のポート２２０に接続すること、および移行部分２５が、ポート２２０に接続する前に、両方の出口マニホールドチャンバ６０（ａ、ｂ）から出る流体を合流させるように作用することが図７Ｂ（ａ）からさらに見ることができる。複数のホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）および３５（ａ、ｂ）（ｘ、ｙ、ｚ）は、吐出方向５０５の距離の少なくとも一部分にわたって双曲線状に増加する断面積を有し得る。
【0066】
図７Ｂ（ａ）に示される例示的な実施形態は、概して、液滴吐出ヘッドのためのマニホールド構成要素７５０に関する。マニホールド構成要素７５０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を備え、各チャンバは、それぞれの少なくとも１つの作動素子、およびそれぞれの少なくとも１つのノズル、を備え、各チャンバに対する少なくとも１つの作動素子は、対応する少なくとも１つのノズルを通って吐出方向５０５に流体の液滴を吐出するように作動可能であり、各列は、列方向５００に延在する。マニホールド構成要素７５０は、マニホールドチャンバ５５、６０（ａ）、６０（ｂ）を有し、これらは、それぞれの第１の端部５１、６１（ａ）、６１（ｂ）からそれぞれの第２の端部５２、６２（ａ）、６２（ｂ）まで延在し、上記第１の端部５１、６１（ａ）、６１（ｂ）から上記第２の端部５２、６２（ａ）、６２（ｂ）へと広くなる。マニホールドチャンバ５５、６０（ａ）、６０（ｂ）の第２の端部５２、６２（ａ）、６２（ｂ）は、上記の１つ以上の列内のチャンバの少なくとも一群に並列に流体接続を提供し、装着部８０に隣接して位置する。ポート１２０、２２０があり、これらのうちの前者は、第１の端部５１でマニホールドチャンバ５５内に開口し、後者は、第１の端部６１（ａ）、６１（ｂ）でマニホールドチャンバ６０（ａ）、６０（ｂ）内に開口している。マニホールドチャンバ５５、６０（ａ）、６０（ｂ）は、複数のホーン形状通路３０（ｘ、ｙ、ｚ）、３５（ａ、ｂ）（ｘ、ｙ、ｚ）を備え、これらの各々の断面積は、マニホールドチャンバ５５、６０（ａ）、６０（ｂ）の第２の端部５２、６２（ａ）、６２（ｂ）からの距離と共に、減少する割合で減少する。各それぞれのマニホールドチャンバ５５、６０（ａ）、６０（ｂ）内のホーン形状通路は、概して列方向５００に延在する配列に横並びに配置されている。ポート１２０、２２０は、それらのそれぞれのホーン形状通路３０（ｘ、ｙ、ｚ）および３５（ａ、ｂ）（ｘ、ｙ、ｚ）と並列に流体接続する。
【0067】
図７Ｂ（ｂ）から見ることができるように、ホーン形状通路３０（ｘ、ｙ、ｚ）は、第１の側面（７０１～７０３）（ｉ）および第２の側面（７０１～７０３）（ｉｉ）を備え、これらは、上記列方向５００に離間しており、上記側面７０１～７０３（ｉ、ｉｉ）は、実質的に凹状である。図２のマニホールド構成要素２５０に関して、図７Ｂ（ａ）および図７Ｂ（ｂ）に描かれるマニホールドチャンバ５５は、本実装例では、ポート１２０と整合する円形から、アクチュエータ構成要素１５０（図示せず）と整合する細長い形（この例では矩形）への、部分２０（１）内の断面形状の変化を含む。ポート１２０はまた、深さ方向５１０においてマニホールドチャンバ５５からオフセットされているため、部分２０（１）は、これらの２つを接続する深さ方向の成形も含む。
【0068】
同様に、図７Ｂ（ｃ）から見ることができるように、ホーン形状通路３５（ａ）（ｘ、ｙ、ｚ）は、第１の側面（７１１～７１３）（ｉ）および第２の側面（７１１～７１３）（ｉｉ）を備え、これらは、上記列方向５００に離間しており、上記側面７１１～７１３（ｉ，ｉｉ）は、実質的に凹状である。示されていないが、マニホールドチャンバ６０（ｂ）が同様に構成されていることが理解され得る。ホーン形状通路３０（ｘ、ｙ、ｚ）、３５（ａ、ｂ）（ｘ、ｙ、ｚ）のうちの１つ以上は、双曲線プロファイルを有し得る。いくつかの実施形態では、ホーン形状通路３０（ｘ、ｙ、ｚ）、３５（ａ、ｂ）（ｘ、ｙ、ｚ）のすべては、双曲線音響ホーンとして成形することができ、それにより、かかるホーン形状通路３０（ｘ、ｙ、ｚ）、３５（ａ，ｂ）（ｘ、ｙ、ｚ）は、双曲線ホーン形状部分３０（ｘ、ｙ、ｚ）３５（ａ、ｂ）（ｘ、ｙ、ｚ）として説明することができる。
【0069】
図７Ｂ（ａ）に描かれるマニホールドチャンバ６０（ａ）、６０（ｂ）（および図７Ｂ（ｃ）に描かれる６０（ａ））はまた、アクチュエータ構成要素１５０（図示せず）と整合する細長い形から、ポート２２０と整合する円形への、移行部分２５の断面形状の変化を含む。また、先述のように、出口マニホールドチャンバ６０（ａ、ｂ）は、単一のポート２２０に接続し、移行部分２５は、ポート２２０に接続する前に、両方の出口マニホールドチャンバ６０（ａ、ｂ）から出る流体を合流させるように作用する。
【0070】
図７Ｂ（ｄ）は、図７Ｂ（ａ）に描かれる流体経路の詳細図であり、部分２０および２５をより詳細に描いている。入口ポート１２０は、部分２０が、入口ポート１２０を矩形の断面積４に接続する、深さ方向５１０における位置の融合変化をさらに含むように、部分２０からオフセットされていることが見ることができる。
【0071】
図７Ｂ（ｄ）をさらに考慮すると、移行部分２５は、２つのアーム２５（ａ）および２５（ｂ）（出口マニホールドチャンバ６０（ａ）（ｂ）ごとに１つ）を備え、これらは、矩形の断面積１（ａ）および１（ｂ）から楕円形の断面積２（ａ）および２（ｂ）に融合し、次いで、合流して、円形の断面積３を介して出口ポート２２０に接続する単一の通路２５（ｃ）を形成することが見ることができる。移行部分２５は、融合したカウル状の形状を有し、これは、中の流体の流れを改善することができ、かつまたマニホールドチャンバ６０（ａ）および６０（ｂ）から流体供給部への音響波の透過を助けることによって音響クロストークを低減させるのに役立つ場合がある。これは単なる１つの実装例であり、断面形状および面積と、融合した領域との他の組み合わせを、任意の好適な方法で組み合わせて、例えば、断面形状（複数可）および／または好適な経路もしくは軌道に沿った断面積の範囲を一掃することによって、融合したカウル状の形態を移行部分２５に提供することができることが理解され得る。いくつかの実装例では、マニホールドチャンバは、細長い形の断面積を有し得る。移行部分２５は、いくつかの断面積を、ポートおよびマニホールドチャンバに接続可能な両端部で、移行部分２５の長さに沿って接続することができる。いくつかの実装例では、移行部分２５の融合したカウル状の形態の断面形状は、細長い形、矩形、楕円形、および円形を含むリストから選択される。いくつかの実装例では、かかる融合したカウル状の形態は、３Ｄ印刷物から形成され得る。かかる移行部分２５は、少なくとも２つ以上のマニホールドチャンバを有する実装例において好適に使用されてもよく、上記マニホールドチャンバのうちの少なくとも２つは、出口ポート２２０であってもよい単一のポートに接続され、移行部分２５は、ポート２２０を少なくとも２つのマニホールドチャンバ６０（ａ）（ｂ）に接続する。かかる実装例では、移行部分２５は、少なくとも１つの通路２５（ｃ）を備え、マニホールドチャンバ６０（ａ）（ｂ）ごとにアーム２５（ａ）（ｂ）をさらに備える。さらなるマニホールドチャンバは、好適な数の追加のアーム（マニホールドチャンバごとに１つ）を使用して接続することができ、アームは、任意の好適な数の接続通路を使用して一緒に合流させることができる。かかる移行部分２５は、入口ポートまたは出口ポートにそれぞれ接続するために、２つ以上の入口マニホールドチャンバまたは２つ以上の出口マニホールドチャンバに対して使用され得ることが理解され得る。さらに、かかる移行部分２５は、２つ以上のマニホールドチャンバが１つ以上のホーン形状通路を備える実装例、または２つ以上のマニホールドチャンバがホーン形状通路を含まない他の実装例において好適に使用され得る。
【0072】
図７Ｃは、図７Ａによる試験マニホールド構成要素および図７Ｂによるホーン付きマニホールド構成要素について、０－１００ｋＨｚの周波数範囲にわたって計算された反射係数を比較している。図７Ｃ（ａ）は、試験マニホールド（図７Ａ）およびホーンＮ付きマニホールド（図７Ｂ）について、入口マニホールドチャンバの周波数範囲にわたって計算された反射係数を比較している。図７Ｃ（ｂ）は、試験マニホールド（図７Ａ）およびホーン付きマニホールド（図７Ｂ）について、出口マニホールドチャンバの周波数範囲にわたって計算された反射係数を比較している。ホーン付きマニホールドの反射係数は、試験マニホールドと比較して、入口チャンバおよび出口チャンバの両方で大きく低減されていることが見ることができる。
【0073】
ここで図８を考慮すると、図７Ａと同様の試験マニホールド構成要素を備える液滴吐出ヘッド、および図７Ｂのものと同様のホーン付きマニホールド構成要素を備える液滴吐出ヘッドを使用して生成された、それぞれの印刷サンプルが示されている。印刷方向は、垂直方向に沿っている。ヘッドは、１１０ｋＨｚの液滴周波数で、貫通流モードで動作させた。サンプルを、マゼンタインクを使用して印刷した。サンプルの頂部から底部まで、グレースケールが印刷ブロックごとに連続的に増加したことが見ることができる。ホーン付きマニホールド構成要素（図８（ａ））は、試験マニホールド構成要素（図８（ｂ））と比較して、印刷試験サンプルの品質の点で改善をもたらしたことがはっきりと見ることができる。試験マニホールド構成要素の印刷サンプルの欠陥は、音響クロストークによるものであると考えられる。
【0074】
図９（Ａ－Ｃ）は、図７Ａによる試験マニホールド構成要素を備えるプリントヘッドを使用して生成された落下速度データと、図７Ｂによるホーン付きマニホールド構成要素を備えるプリントヘッドを使用して生成された落下速度データとを比較したグラフである。データは、液滴測定および解析ツールの一般的に入手可能なブランド（ＩｍａｇｅＸｐｅｒｔ（登録商標）のＪｅｔＸｐｅｒｔ（商標）Ｄｒｏｐｗａｔｃｈｅｒ）を使用して収集した。結果は、５ｋＨｚ（図９Ａ）、２０ｋＨｚ（図９Ｂ）、および４０ｋＨｚ（図９Ｃ）の液滴吐出周波数（および流体チャンバ内のアクチュエータに供給される駆動信号）で、アクチュエータ構成要素１５０内の３６０個のノズルの１つの列から吐出された液滴の落下速度データを比較している。測定された周波数では、落下速度は、試験マニホールドとは対照的に、ホーン付きマニホールドの場合に、列方向５００においてより一貫していることがはっきりと見ることができる。より高い周波数では、ホーン付きマニホールドと比較して、試験マニホールドの場合に、列方向５００における落下速度プロファイルのかなりのうねりおよび変動性が見ることができる。
【0075】
図１０は、本明細書に記載の一実施形態によるマニホールド構成要素のためのホーン形状部分を設計する方法を描いた概略図である。図１０に示されるように、本方法は、マニホールドチャンバ５５の最初の形状を決定することであって、それに従って、マニホールドチャンバが、最初の直線経路５１５に沿って、第１の端部５１から第２の端部５２まで延在し、最初の経路５１５と直角をなす一連の断面Ａ（ｘ）が存在し、上記断面の面積が、Ａ２からＡ１まで、第１の端部５１からの距離が増加するにつれて増加し、その結果、断面Ａ（ｘ）の面積が第１の端部５１と第２の端部５２との間で双曲線状に増加する、マニホールドチャンバの少なくとも一部分が存在する、決定することを伴う。次のステップは、修正された経路５１５’を生成するように、上記最初の経路５１５を変形させることであって、各断面Ａ（ｘ）を最初の経路５１５上の対応する点で移動させ、それに伴って、断面Ａ２およびＡ（ｘ）と同じ断面積を有する断面Ａ２’、Ａ（ｘ）’を有する、修正された形状のマニホールドチャンバ５５’を提供する、変形させることを伴う。第２の端部５２の断面Ａ１は、その最初の位置にとどまることが見ることができる。図１０に描かれる変形させるステップは、断面Ａ２’、Ａ（ｘ）’およびＡ１が実質的に平行のままであるようなものであるが、これはすべての実施形態において必須ではない場合があることを理解されたい。さらに、修正された経路５１５’は直線経路であってもよく、変形させるステップは、断面Ａ２’、Ａ（ｘ）’、およびＡ１が互いに実質的に平行であり、かつ上記修正された経路５１５’に対して角度が付けられているようなものであってもよい。他の実施形態では、例えば、経路５１５’の直線ではない異形例、または最初の経路５１５の一部の他の形態の並進もしくは回転を使用して、他の変形させるステップを実施することができることが理解され得る。
【0076】
空間的制約の理由から、吐出方向５０５における各マニホールドチャンバ５５、６０の範囲が列方向５００における範囲の２倍以下であり、いくつかの実施形態では、列方向５００における各マニホールドチャンバの範囲が吐出方向５０５における範囲の２倍以下である、本明細書に記載の実施形態のいずれかによるマニホールド構成要素を有することが望ましい場合があることが概して理解されるべきである。いくつかの実施形態では、列方向５００における各マニホールドチャンバの範囲は、図３および図４に示されるものと同様に、吐出方向５０５における範囲とほぼ等しいことが好ましい場合がある。空間的制約がある場合、図３および図４、ならびに他の場所に描かれるように、複数のホーン形状部分を有するマルチセルのホーンを使用して、好適にコンパクトな設計を可能にすることができることが理解され得る。
【0077】
いくつかの実施形態では、装着部８０は、例えば、アクチュエータ構成要素１５０が接着剤によって取り付けられ得る、図１Ａにあるような平坦な受容面を備え得ることが理解され得る。代替的に、装着部８０は、本明細書に記載のマニホールド構成要素のいずれかにアクチュエータ構成要素１５０を確実に取り付けることを可能にするために、装着面および接続要素のより複雑な配置、ならびにねじもしくはピン、または押し込み嵌めもしくは摺動嵌めなどの固定装置、あるいは接着剤の使用を有し得る。流体チャンバは、流体チャンバの列内にあるものとして説明してきたが、列は必ずしも直線ではなく、流体チャンバが列内で互い違いに置かれていてもよいことを理解されたい。
【0078】
いくつかの実施形態では、第１の部分２０は、双曲線音響ホーンを備えることができ、ならびにポート１２０の断面積から、アクチュエータ構成要素１５０に適応する断面積に融合する断面形状の変化を含み得る。したがって、オフセット５８は、かかる実施形態では必須の特徴ではない場合があることが理解され得る。オフセット５８は、必ずしも吐出方向５００における直線上の距離である必要はなく、マニホールドチャンバ５５の形状、中心経路５１５が取るルート、および双曲線音響ホーンを形成する部分が生じる場所に依存することをさらに理解されたい。したがって、第１の部分２０の形状は、ポートおよびアクチュエータ構成要素の断面形状（複数可）に依存し得ることが理解され得る。
【0079】
マニホールド構成要素は、本明細書に記載され、当該の用途に適した任意の方法で配置されるような、複数のマニホールドチャンバを備え得ることがさらに理解され得る。マニホールド構成要素は、複数の入口マニホールドおよび／または複数の出口マニホールドを備え得る。本明細書に記載の特徴の一部またはすべてを任意の好適な方法で組み合わせて、マニホールド構成要素を形成することができる。
【0080】
同じタイプのマニホールド構成要素（図５Ａおよび図７Ｂに描かれる）が２つ以上ある場合、これらはすべて、独自の個々のポート（図５Ａに描かれる）を有し得るか、または共通のポート（図７Ｂに描かれる）を共有し得ることがさらに理解され得る。後者の場合では、図７Ｂに描かれるように、移行部分２５は、流体経路を好適な数のアームに分割して、それぞれのマニホールドチャンバに接続すること、ならびに流体経路の断面の形状および／または面積を、共通のポートのものから、アクチュエータ構成要素１５０に適応するものに融合することができる。かかる配置は、マニホールドチャンバが入口マニホールドまたは出口マニホールドとして作用するかどうかにかかわらず、機能することを理解されたい。
【0081】
本明細書に記載のマニホールド構成要素は、多種多様な液滴吐出ヘッドに含めるのに適していることを理解されたい。特に、本明細書に記載の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に含めるのに適している。
【0082】
この点に関して、特定の用途に応じて、様々な流体を液滴吐出ヘッドによって吐出することができることを理解されたい。
【0083】
例えば、特定のヘッドを、例えば、一枚の紙もしくはカード、または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）のような他の受容媒体の上にインクを吐出するように構成することができる。例えば、（液滴吐出ヘッドが、インクジェットプリントヘッド、または具体的な実施例では、ドロップオンデマンドインクジェットプリントヘッドと呼ばれ得る）インクジェット印刷用途の場合のように、インクの液滴を堆積させて、画像を形成することができる。
【0084】
代替的に、液滴吐出ヘッドは、流体の液滴を吐出することができ、これを使用して、構造体を構築することができ、例えば、電気的に活性な流体を、回路基板などの受容媒体の上に堆積させて、電気装置のプロトタイピングまたは製造を可能にすることができる。実施例では、ポリマー含有流体または溶融ポリマーを連続した層に堆積させて、（３Ｄ印刷の場合のように）３Ｄ物体を生成することができる。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、マイクロアッセイなどの受容媒体の上に堆積するように適合され得る。かかる代替の流体に適した液滴吐出ヘッドは、中のマニホールド構成要素も同様であり得るように、当該の特定の流体を取り扱うために何らかの適合が行われた可能性があるインクジェットプリントヘッドと構造が概して同様である場合がある。
【0085】
さらに、液滴吐出ヘッドは、好適な受容媒体の上に液滴を吐出するように配置することができ、ひいては、液滴堆積ヘッドと呼ばれ得ることに留意されたい。
【0086】
例えば、上述のように、受容媒体は、紙もしくはカード、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ってもよい。
【0087】
それにもかかわらず、本明細書に記載の液滴吐出ヘッドが液滴堆積ヘッドとして配置され、受容媒体の上に液滴を吐出することは、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地する場所は比較的重要ではない場合がある。例えば、具体的な実施例では、液滴吐出ヘッドを利用して、吐出された液滴のミストを生成することができる。さらに、同様のヘッド構造を、場合によっては、吐出された液滴が受容媒体の上に着地するかどうかにかかわらず、使用することができる。したがって、「液滴吐出ヘッド」というより一般的な用語が、（適切な場合）上記開示で使用されている。
【0088】
上記開示に記載のマニホールド構成要素は、ドロップオンデマンド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。
【0089】
液滴吐出ヘッドは、マニホールド構成要素の主要部分を、ポート、および装着部８０に固定されたアクチュエータ構成要素１５０に接続するための、本明細書に記載のマニホールド構成要素のための部分を備え得る。
【0090】
液滴吐出ヘッドは、上記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、を備え得る。
【0091】
液滴吐出ヘッドは、上記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、を備えることができ、チャンバの各群は、少なくとも１００個のチャンバを備える。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7A】
【図7B(a)】
【図7B(b)】
【図7B(c)】
【図7B(d)】
【図7C】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10】