(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷ゾーンで印刷媒体を横切る走査方向にペンを走査させるインクジェット印刷システム用のインクジェット・ペンであって、
プリントヘッド(142)、
成形されたインク・チャンバ(160,162,164)であって、このインク・チャンバが、前記プリントヘッド(142)と連通するインク・パイプを有し、前記走査方向(Ｘ)に平行な方向の幅及び、前記走査方向及び印刷媒体に垂直な高さ方向(Ｚ)の高さを有し、この高さが前記幅の少なくとも６倍であり、前記インク・パイプが前記高さ方向に配向されているインク・チャンバ(160,162,164)、
前記高さ方向(Ｚ)に沿って前記インク・チャンバ(160,162,164)内に挿入されている網状のポリウレタン発泡体本体(130,132,134)であって、前記インク・パイプと係合して当該発泡体の増大した毛管作用の領域を形成し、前記幅方向にフェルトされ、前記インク・チャンバ(160,162,164)内に挿入される前に前記インク・チャンバ(160,162,164)の内部体積の100％よりも大きく且つ該内部体積の130％よりも小さい体積を有する網状のポリウレタン発泡体本体(130,132,134)、
を備えており、
該発泡体本体(130,132,134)が、フェルトされる方向に少なくとも500％フェルトされており、及び、フェルトされる前、１cm当たり33.5個から35.4個(１インチ当たり85個から90個)の孔を有することを特徴とするインクジェット・ペン。
【請求項２】
前記インク・チャンバ(160,162,164)の高さが、その幅の少なくとも７倍である請求項１記載のインクジェット・ペン。
【請求項３】
前記発泡体本体(130,132,134)が、前記インク・チャンバ(160,162,164)内に挿入される前に、前記インク・チャンバ(160,162,164)内に挿入が行われる前の前記インク・チャンバ(160,162,164)の内部体積の125％以下の体積を有する請求項１〜２のいずれか１項記載のインクジェット・ペン。
【請求項４】
インクジェット・ペンを提供する方法であって、
プリントヘッド(142)に連通するインク・パイプを有し、内部体積を有し、該ペンの走査方向に平行な方向の幅と該走査方向及び印刷媒体に垂直な高さ方向の高さとを有し、該高さが前記幅の少なくとも６倍であり、前記インク・パイプが前記高さの方向に配向されている成形されたインク・チャンバ(160,162,164)を設けるステップ、
前記インク・チャンバ内に前記高さの方向に沿って網状のポリウレタン発泡体本体(130,132,134)を挿入し、前記インク・パイプと係合させて、該発泡体の増大した毛管作用の領域を形成するステップであって、前記発泡体が前記幅の方向に少なくとも500％フェルトされ、及び、フェルトされる前、１cm当たり33.5個から35.4個(１インチ当たり85個から90個)の孔を有し、前記発泡体(130,132,134)が、前記インク・チャンバ(160,162,164)の内部体積の100％よりも大きく且つ該内部体積の130％よりも小さい挿入前の体積を有するステップ、
前記発泡体本体(130,132,134)にインクを充填するステップ
からなる方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット印刷で使用するために、インクを網状の発泡体内に格納する装置及び方法に関し、詳細には、インク・チャンバに挿入される前に、挿入後の正味体積に近い体積を有する網状の発泡体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット・プリンタは一般に、精巧なプリントヘッドと、インクが充填された取り付け式のインク・チャンバを含むインクジェット印刷カートリッジ、又は「ペン」を使用する。プリントヘッドは、超小型機械部品であり、関連するノズルの配列からインク小滴を噴出するように付勢される小型熱抵抗器又は圧電変換器の配列を含む。プリントヘッドはインク供給機構に永久的に取り付けられる場合もあり、インク供給機構が個別に交換される場合もある。ペンは、プリンタのキャリッジに取り付けられ、プリンタと電気的なインタフェースを行う。プリンタは、ペンが、選択されたマトリックス・パターンでノズルから小滴を噴出する時に印刷媒体（例えば、紙）を横切ってペンを前後に走査し、それによって、所望の英数字又はグラフィックスのスワスを印刷する。各スワスを印刷した後、プリンタは媒体を進ませ、新しいスワスの印刷を開始する。このように連続してスワスが印刷され、所望の英数字又はグラフィックスの印刷が媒体上に完成される。
【０００３】
ノズルが付勢されていない時に、インクがノズルから落ちないように、ペン中のインクは、大気圧よりも低い圧力でインク・チャンバ中に保持されなければならない。しかし、この負の相対圧力、即ち背圧は、付勢チャンバの内部に空気が吸い込まれ、そのために付勢チャンバのプライミングが失われ、もはや機能しなくなるほど大きなものであってはならない。弾性の気孔や、ばねと柔軟なバッグの組合せ等、適当な背圧を提供する様々な機構が考案されている。
【０００４】
最も信頼性の高い背圧システムの１つは、合成発泡体のような多孔性材料をインクのタンク内で使用するものである。インクは、発泡体の中に注入され、その発泡体は毛管作用によってインクを適当な背圧で保持する。ヒューレット・パッカード社（本発明の出願人）に譲渡された米国特許第4,771,295号（ベーカー'295）は、インク保持及び背圧用に合成発泡体を使用するインクジェット・ペンを開示している。この特許（ベーカー'295）で開示されたペンの重要な特徴は、ペン本体の底壁から上向きに延びて、発泡体と圧接するインク・パイプである。このインク・パイプは、発泡体からプリントヘッドまでのインク用の流体導管である。インク・パイプは、局所的に発泡体を圧縮し、それによってインク・パイプの領域内の発泡体の毛管作用を増大させる。その発泡体のインクが枯渇すると、インク・パイプ付近で増大した毛管作用によって、他の全ての発泡体の部分からインク・パイプにインクが吸引される傾向があり、そのため、印刷のために最大量のインクが発泡体から吸引され得る。
【０００５】
発泡体を用いた方式のペンでは、発泡体をインク・パイプにしっかり接触させて、圧縮性毛管作用と、パイプ及びインクが充填された発泡体の間のインク密封を維持することが重要である。この圧接が維持されなくなった場合、発泡体の側面の周りの周辺空気からインク・パイプの内部に空気の経路が形成され、不幸にもペンのプライミングが失われることになる。従来技術のペンでは、インク・パイプと発泡体の間に適当な圧接を確保するために、インクを充填すべきインク・チャンバよりも体積が大きな発泡体本体を使用している。従って、発泡体本体は挿入の間に、何らかのメカニズムによって圧縮されなければならない。一旦挿入が行われると、圧縮は解除され、その結果、発泡体の側面が拡張して、インク・チャンバの壁に弾性的に接触する。このインク・チャンバの壁との圧接によって、発泡体は所定の位置に維持され、インク・パイプに接触する。多くの場合、このような発泡体本体は、挿入の前の体積がインク・チャンバの内部体積よりも50％以上大きい。
【０００６】
インク・チャンバに発泡体を挿入する処理の間に発泡体にしわが寄り、あるいは発泡体にその他の圧縮異常が発生することを最小限に抑え、あるいは回避することが非常に重要である。このような局所的なしわ、及び異常は、より圧縮された意図しない領域をもたらす。これらの、より圧縮された領域では、周辺の発泡体よりも毛管作用が増大し、インクはこのような位置に滞留する。このように滞留したインクは、無駄になり、印刷に使用することができない。
【０００７】
インク・チャンバの内部体積と比べて大きな体積を有する発泡体部材を挿入するために必要なメカニズムは、ペンの組立を複雑にし、かつコストを増大させる。そのようなメカニズムの１つは、例えば、発泡体をインク・チャンバよりも小さな幅に圧搾する並列板を使用するものである。この板と発泡体がインク・チャンバ内に下降した後、別のメカニズムが発泡体の背部を押し、同時に、方々に移動させ、又はつめ車をつけて移動させて、ペン本体から板が取り外される。
【０００８】
発泡体挿入メカニズムの複雑さは、インク・チャンバの高さがより大きくなり、幅がより狭くなる時に現れる。インクジェット・ペンの幅をできるだけ狭くすることがますます重要になっている。ペン全体の幅は、プリンタの幅と、プリンタが占有するデスク・スペースの広さに影響を及ぼす。更にカラー印刷の場合のように複数のペンで印刷を行う際、ペンの幅を狭くすることによって印刷品質を向上させることもできる。ペンの幅を狭くするとペンのプリントヘッドをより近接して配置することができ、そのため、印刷時にペンが印刷媒体にわたって走査される時に、異なる色のインク滴の噴出時間間隔が短縮される。一方、プリンタのユーザは、インクジェット・ペンがより長時間にわたって使用でき、言い換えると、インクジェット・ペンがより多くのインクを保持することを望んでいる。インクの体積を増加させ、同時に幅の狭い形状を維持する最良の方法の１つが、ペンの高さを高くすることである場合が多い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ペンの高さが高く、かつ幅が狭いほど、インク・チャンバに発泡体を適切に挿入することが困難になる。特に、発泡体が上から下に装填されるペンでは、ペンの高さが高いほど、発泡体がぺンに装填される時に、望ましくないしわ又はその他の異常が発泡体内に形成される可能性が高くなる。又、ペンの高さが高いほど、挿入の間の発泡体とペン本体の内壁の間の摩擦が、発泡体とインク・パイプの間の望ましい圧縮力を妨げる可能性も高くなる。高さが高く、幅が狭いインク・チャンバよりもかなり大きな挿入前の体積を有する発泡体本体を挿入するために必要なメカニズムは極めて複雑である。
【００１０】
大きな発泡体本体の挿入に関連する問題を回避し、同時に、発泡体とインク・パイプの間の適切な密封性を提供する、発泡体を使用する形式のインク格納装置に対する必要性が未だにある。この解決策は好適にも、高さが高く幅が狭い縦横比を有するインクジェット・ペンに対し、上から下に挿入を行うことを可能にする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内部体積を有するインク・チャンバを含むインクジェット印刷システム用のインク格納装置及び方法を提供するものである。網状の合成発泡体本体がインク・チャンバに挿入される。発泡体本体は、インク・チャンバに挿入される前は、インク・チャンバの内部体積の約130％よりも小さい体積を有する。
【００１２】
本発明は、インク・チャンバ、特に幅の狭い縦横比を有するインク・チャンバへの発泡体本体の挿入に関連する問題の解決策を提供するものである。発泡体の体積及び／又は幅がインク・チャンバの体積及び／又は幅に近いので、幅の狭い縦横比を有するペンに発泡体を挿入することに関係する問題が最小限に抑えられる。本発明によって製造された発泡体部材を使用せずに、例示した実施例の中央チャンバのような、高さが高く、幅の狭い縦横比を有するチャンバに発泡体部材を挿入することは、不可能ではないが、非常に困難である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のペンを使用するインクジェット・プリンタを示している。このプリンタは概略的に示されているに過ぎず、用紙吸入トレイ、用紙排出トレイ、及びその他のオプションは図示されていない。プリンタは、その全体が10で示され、ハウジング12、キャリッジ14、制御装置16、キャリッジ駆動モータ18、及び用紙駆動モータ20を含む。単色ブラック・ペン22及び複数チャンバ三色ペン24は、図のようにキャリッジ14に取り付けられる。ペン22及び24によって印刷される印刷媒体26は、プリンタ10内に示されている。印刷媒体26は、例えば紙でも、透明フィルムでも、封筒でも、その他の印刷媒体でもよい。
【００１４】
プリンタ10は、当技術分野で周知であるが、以下に簡単に説明した方法で印刷媒体26上に印刷するようにペン22及び24を作動させる。キャリッジ移動モータ18は、ベルト28によってキャリッジ14に接続される。制御装置16は、Ｘで示された矢印の走査方向で右又は左にキャリッジ14を駆動するようにキャリッジ移動モータ18を作動させる。キャリッジ14が右又は左へ移動するたびに、プリンタは媒体26上に「スワス」を印刷する。媒体移動モータ20は、伝動メカニズム30（概略的に図示）に接続される。伝動メカニズム30は駆動ローラ及びピンチ・ローラ（図示せず）に接続され、駆動ローラ及びピンチ・ローラは、当技術分野で周知の方法で媒体26に順に直接接触する。
【００１５】
キャリッジ14が１つのスワスの印刷を完了した後、制御装置16はＹで示された方向、即ち、媒体の移動方向にスワス１つ分の幅だけ媒体26を移動するように媒体移動モータ20を作動させる。別のスワスが完了した後、媒体26は更に別のスワスを印刷することができるように、方向Ｙにスワスの幅だけ移動される。このように、全ての所望の英数字及び／又はグラフィックスが媒体26に印刷されるまで、連続的にスワスが印刷される。
【００１６】
印刷される媒体26の領域は印刷ゾーンと呼ばれ、Ａで示されている。印刷ゾーンＡはキャリッジ14が媒体26を横切って走査する際の、印刷される現在のスワス幅領域とみなすことができる。様々に構成されるペン22及び24の幅は、走査方向Ｘで測定される。ペン22及び24の構成の長さは、媒体移動方向Ｙで測定される。ペン22及び24の高さは、Ｚで示され、印刷ゾーンＡで印刷媒体26に垂直な方向で測定される。
【００１７】
図２及び図３で示すように、複数チャンバのペン24は、本体部材110、側部カバー部材112と114、中央カバー部材116、フィンガ・タブ118、及び接触パッド122を含む柔軟ストリップ120を含む。フィンガ・タブ118は、図１で示したように、ユーザがプリンタ・キャリッジ14にペン24を容易に挿入できるようにするために含まれている。ペン24の主要本体部材110は主に、主インク・キャビティ部124とノーズ部126の２つの部分に分けられる。
【００１８】
図４に示したように、複数チャンバのペン24は、中央多孔性部材130、側部多孔性部材132、側部多孔性部材134、中央フィルタ136、側部フィルタ138と140、及びプリントヘッド142も含む。プリントヘッド142は、熱硬化性エポキシ層144によって主要本体部材110に取り付けられる。柔軟ストリップ120は、主要本体部材110に熱かしめ接合される。柔軟ストリップ120は、プリントヘッド上の接触パッドに接続される注文設計の銅製トレースを有するポリマー・フィルムで形成された注文生産のテープ自動接着(TAB)回路である。熱可塑性接着フィルムの接着層146は、主要本体部材に熱かしめ接合される前に、柔軟ストリップ120に積層される。接着層146は、融解して柔軟ストリップ120が主要本体部材に接着するのを助け、柔軟ストリップ上の導体に電気絶縁を与えるのを助ける。注文生産のTAB回路は通常入手可能であり、電子機器業界で広く使用されている。ペン24が挿入されるプリンタは、柔軟ストリップ120上の接触パッドとインタフェースし、プリントヘッド上の抵抗器を適当な時間に付勢する適当な駆動信号を提供する。
【００１９】
フィルタ136、138、及び140は、主要本体部材110に取り付けられる。ねじ状ナイロン・プラグ145は、中央キャップ116に形成された穴148に押し込まれる。同様に、ねじ状ナイロン・プラグ150及び152は、主要本体部材110に形成された穴154及び156に押し込まれる。これらのプラグの螺旋状ねじパターンは、発泡体部材130、132、及び134のインクが枯渇した時に、ペンが空気を吸入できるようにする空気経路を提供する。この螺旋状パターンの縦長で幅の狭い溝は、ペン内部から周囲の環境に蒸気が拡散するのを防ぐ障壁として働く。
【００２０】
低摩擦カバー・シート158は、発泡体部材130の側面を覆うように設けられる。発泡体部材130は、主要本体部材110の中央チャンバ160に挿入される。発泡体部材132は、側部チャンバ162に挿入され、発泡体部材134は、側部チャンバ164にはめ込まれる。発泡体部材130、132、及び134は、酸化防止剤を有さないポリエーテル・ベースのポリウレタン連続気泡発泡体で形成することが好ましい。本質的に網状で熱硬化性のメラミン凝縮物のような、他の多孔性材料を使用することもできる。発泡体部材を主要本体部材に挿入した後、カバー部材114、112、及び中央カバー部材116が、ペン内で発泡体部材130、132、及び134を囲むように、主要本体部材110に超音波溶接される。カバー部材112、114、及び116を溶接するステップが完了すると、発泡体部材130、132、及び134内にインクが注入される。
【００２１】
図５に示したように、主要本体部材110は、前述の中央チャンバ160、及び側部チャンバ162と164を含む単一の単体部品として形成される。主要本体部材110は、マニフォールド部166を含み、マニフォールド部には、インク・チャンバ160、162、及び164からプリントヘッドの方にインクが送られる。主要本体部材110は、ペン本体の他の部分の場合と同様に、15％のガラス充填を有するガラス充填PET（ポリエステル）で製造される。
【００２２】
マニフォールド166は、中央インク・パイプ168、及び２つの側部インク・パイプ170と172を含む。インク・パイプ168は、底壁174から上向きに延び、インク・パイプ170と172は、側壁176と178から外側に延びる。インク・パイプ168、170、及び172は、それぞれのインク・チャンバからインクを受け取るインク入口を形成する。これらのインク・パイプは、サイズが9.6mm×4.5mmの矩形断面を有し、従って、内部断面積は43.2mm2である。フィルタ136は、ステンレス合金ワイヤ・メッシュで形成され、図のように中央インク・パイプ168に熱かしめ接合される。同様に、ステンレス合金ワイヤ・メッシュ・フィルタ138と140を、図のように側部インク・パイプ170と172に熱かしめ接合する。これらのフィルタは、それらが取り付けられるインク・パイプと同じ有効濾過面積、即ち、43.2mm2を有する。このフィルタの名目濾過能力は約15ミクロンであり、典型的な厚さは約0.15mmである。
【００２３】
これらのフィルタは、異物及び気泡が発泡体からインク・パイプに進入するのを防ぐ。フィルタは、フィルタを通過するインクのスパイク・サージ(spiked serge)を防止する重要な機能も提供する。このワイヤ・ストランド間の空間は、流体絞りとして作用し、フィルタを通過する流体の速度の指数関数に基づいて流体の流れに抵抗を与える。従って、インクが、例えば印刷時のようにフィルタを低速で通過する場合、名目抵抗がフィルタにおいて満たされる。フィルタがないと、例えばインク滴が落下することによってペンが振動する場合、インクのサージによって、空気が容易にプリントヘッドの付勢チャンバに吸入され、このチャンバのプライミングが失われる。しかし、フィルタが所定の位置にあると、フィルタを通過する急速な流体の流れの大部分が回避され、その結果、空気の吸入は行われない。
【００２４】
中央発泡体部材130はＺ軸方向から中央チャンバ160に挿入され、中央インク・パイプ168及びフィルタ136によって圧縮される。中央発泡体部材130は、図のように、インク・パイプ168及びフィルタ136上で下向きに圧縮され、インク・パイプ168及びフィルタ136の周囲近辺に広がる。摩擦係合のために、インク・パイプ168及びフィルタ136の周囲近辺での発泡体部材130のこのような圧縮及び重なりは、Ｚ軸方向に対して垂直な方向の発泡体部材130の動きを著しく制限する。同様に発泡体部材132は、図５に示したＸ軸方向から側部インク・チャンバ162に挿入され、側部インク・パイプ170及びフィルタ138の周囲近辺で圧縮され、前記周囲近辺で側部インク・パイプ170及びフィルタ138の形状に順応する。図のように、発泡体部材134はＸ軸方向からインク・チャンバ164に挿入され、インク・パイプ172及びフィルタ140の周囲近辺で圧縮され、前記周囲近辺でインク・パイプ172及びフィルタ140の形状に順応する。発泡体部材132と134がそれぞれのインク・パイプ及びフィルタの近辺で圧縮されることと、インク・パイプ及びフィルタの周囲の摩擦係合が、Ｘ軸方向に対して垂直方向での発泡体部材132及び134の動きを著しく制限する。
【００２５】
発泡体部材130、132、及び134がそれぞれのインク・パイプ及びフィルタの近辺で圧縮されることによって、それぞれのインク・パイプ及びフィルタの領域での発泡体部材の毛管作用が増大する。この毛管作用の増大のために、インクがインク・パイプ168、170、及び172の方に吸引される。インクは、これらの導管からプリントヘッド142の裏側に送られ、そこから、プリンタから受け取った信号に応じて印刷媒体上に噴射されうる。
【００２６】
プリントヘッド142は、電子機器グレードのシリコン・ウェハで形成された基板に基づくものである。抵抗器、導体、インク・チャネル・アーキテクチャ、及びその他のプリントヘッド構成要素は、集積回路の製造で使用されるものと同じ、フォトリソグラフィック技法を使用して基板上に形成される。プリントヘッド142は、フェース・シュータ設計であり、これは、インクが基板の後方の位置から基板に送られ、インク滴が基板表面に対して垂直に噴出されることを意味する。インクがプリントヘッドの裏面に送られるので、フェース・シュータ・プリントヘッドでのインク・パイプの自然な配向は、印刷媒体に垂直で、印刷媒体から離れる方向を指し、走査方向に直交するものである。裏面からプリントヘッド表面にインクを供給することの１つの利点は、プリントヘッドとインクの接触が、印刷が進行する際にプリントヘッドから熱を除去するヒート・シンクとして作用することができることである。
【００２７】
図から分かるように、プリントヘッド142の幅W1は、ペン全体の幅W2よりもかなり小さい。前述のように、プリントヘッド内の構成要素は比較的高価であるので、プリントヘッドのサイズを最小限に抑えることは、ペン全体のコストを最小限に抑える上で重要である。プリントヘッド142の裏面では、異なる色のインク間のインク間インタフェースが１つしか発生しないことも明らかである。具体的には、接着層144が異なる色のインクを互いに離して維持する。従って、ペン24が比較的多量のインクを備え、比較的小さなプリントヘッドを有する場合でも、マニフォールド機構166によって、プリントヘッドがインク間インタフェースを１つだけ有することが可能になる。言い換えると、ある色のインクが他の色の専用のチャンバに漏れる可能性のある、プリントヘッド内の別の位置に継ぎ目やその他の接続部はない。インク間インタフェースが１つしかないというこの有益な特徴は、主要本体部材110の一部として形成された新規のマニフォールド166によって達成される。外側チャンバが側面から装填されるので、カバー部材112、114、及び116の主要本体部材110への取付けポイントではインク間インタフェースは発生しない。従って、インク・チャンバ・カバー部材の取付け領域が他のインク間インタフェースを提供し、インクが混合される固有の危険性を有する、前の世代の多色HPペンと比べて、インク間インタフェースが排除されている。
【００２８】
中央チャンバ160は、側壁176と側壁178の間の空間によって画定され、底壁174から上向きに延びる。側部チャンバ162及び164はそれぞれ、側壁176及び178の外側になるように画定される。インク・パイプ168は、底壁174から上向きに延び、中央発泡体部材130に圧接する。内壁176及び178は底壁174から上向きに延びる。インク・パイプ170及び172はそれぞれ、図のように、内壁176及び178から外側に延び、それぞれの発泡体部材132及び134に圧接する。マニフォールド166は、３つのインク出口183、184、及び185を有する。プリントヘッド142は、３つのノズル群186、187、及び188を有する。図から分かるように、中央インク・パイプ168は、中央インク出口184に流体連通し、従って中央ノズル群187に流体連通する。側部インク・パイプ170は、出口183に流体連通し、従ってノズル群186に流体連通する。側部インク・パイプ172は、出口185に流体連通し、従ってノズル群188に流体連通する。
【００２９】
インク・パイプ168、170、及び172が、発泡体に圧接するように延びて、インク・パイプの領域で発泡体の毛管作用を増大させることは重要である。フィルタ136、138、及び140は、この圧縮を助けるという重要な役割も果たす。上述の本発明の出願人による前の世代のペンでは、これらのインク・パイプは、ペンの底壁から上向きに、全て同じ方向へ延びている。これらのインク・パイプは、全て同じ方向、即ち、上向きでペンの底壁から離れる方向に配向されている。しかし、本発明で図示されるペンでは、底壁174から離れて上向きに延びるのはインク・パイプのうちの１つ、即ちインク・パイプ168だけである。他の２つのインク・パイプ170及び172は、外側に向かって、それぞれのインク・チャンバ内に延びる。
【００３０】
ペン24のサイズを以下の表１に示す。このサイズは、主インク・キャビティ部124に関して示されたものであり、ノーズ部126は無視されている（図３）。上述のペン24の各部に関して、幅はＸ軸に沿ってとったものであり、長さはＹ軸に沿ってとったものであり、高さはＺ軸に沿ってとったものである。図５に示したように、中央チャンバ160の底部幅はW3であり、頂部幅はW4である。チャンバ162、及び164の底部幅はそれぞれW5、W7であり、頂部幅はそれぞれW6、W8である。特に示されたものを除き、全てのサイズはミリメートル単位で示される。
【００３１】
【表１】
0003703890.tif 000002
【００３２】
以下の表２は、３つのインク・チャンバ160、162、及び164の高さをそれぞれの幅と比較したものである。３つのチャンバはそれぞれ、その高さによって異なる幅を有するので、高さ／幅の比較は、各チャンバの底部幅、頂部幅、及び平均幅に関して行われている。
【００３３】
【表２】
0003703890.tif 000003
【００３４】
従って、高さ／幅の比率は全て６以上であり、この比率のうちの大部分は７以上である。この比率は約6.5ないし約8.5の範囲にある。チャンバの平均幅を使用した高さ／幅の比率は全て７以上であり、約7.5に近い。長さ／幅の比率は全て５以上である。この比は、約5.5ないし約７の範囲にある。チャンバの平均幅を使用した長さ／幅の比率は全て、約６ないし6.25の範囲にある。
【００３５】
ペン24のチャンバのサイズ及びサイズの比率は、本発明の出願人であるヒューレット・パッカード社が製作した前の世代のペンの対応する値と比較することができる。以下の表３は、一般に知られ広く使用されている型式番号で識別された前の世代のHPペンのサイズ及び主要なサイズの比率を示すものである。
【００３６】
【表３】
0003703890.tif 000004
【００３７】
表３に示したように、DeskJetの51625Aカラー・ペンの高さ／幅の比率は2.96であり、長さ／幅の比率は1.80である。しかし、解決しなければならない問題は、DeskJet51625Aカラー・ペンのチャンバの「幅」がどのようなものであるかということである。上記の表では、媒体移動方向の最も狭いサイズが幅のサイズとして選択されている。（プリンタにペンを設置した時の）走査方向に沿ったサイズが幅として選択された場合、上記表中の幅の測定値と長さの測定値が入れ替わる。51625Aカラー・ペンのチャンバは、横方向に配向し、又は、走査方向ではなく用紙移動方向に横に配列されるので、用紙移動方向でより幅が狭い。この横配向のために、インク・チャンバからプリントヘッドにインクを送る複雑なマニフォールドが必要になる。このマニフォールドは、個別の部品として形成され、ペンの底部に接着剤、あるいは超音波溶接で取り付けられなければならない。従って、このマニフォールドは、ペン部品が相互に取り付けられた位置で異なる色のインク間の望ましくないインク間インタフェースの追加をもたらす。
【００３８】
PaintJet51606Aカラー・ペンの高さ／幅の比率は4.89であり、長さ／幅の比率は4.86である。従って、PaintJetカラー・ペンのチャンバは、側部から見た時に正方形に近い断面を有し、小さな縦横比を有するものとみなすことができる。PaintJetカラー・ペンは、ペン本体部品間の複数のインク間インタフェースの問題を回避する。しかし、これらのペンは、非常に幅の広いプリントヘッドを有するという望ましくない特徴を有する。この幅の広いプリントヘッドは、高価であり、かつ３つの色に対応するノズル群を、改良された印刷品質のための望ましい位置よりもかなり離れた位置に配置する。
【００３９】
ペン24のチャンバの高さ／幅の比率が、PaintJetカラー・チャンバの高さ／幅の比率よりも35％ないし73％だけ大きいことに十分留意されたい。絶対高さに関しては、ペン24のチャンバの高さは、約70mm（ノーズ部126を除く）であるが、PaintJetカラー・チャンバの高さは33mmに過ぎない。従って、ペン24のチャンバの高さは、PaintJetカラー・ペンのチャンバの高さよりも２倍以上も高い。
【００４０】
従来のHPの発泡体ベースのペンでは、インク・パイプが上向きに延びてペンの内壁底部から発泡体内に入っていた。プリントヘッド表面及び印刷媒体に垂直なこの上向きの配向は、フェース・シュータのペンにおけるインク・パイプでは自然な配向である。しかし、ペン24の絶対高さ及びその高さ／幅の縦横比のために、インクを滞留させる発泡体のしわ又はその他の異常をもたらさずに、頂部からインク・チャンバ内に発泡体を装填することは困難である。
【００４１】
又、ペン24は、高さ／幅の比率と長さ／幅の比率が共に４以上なので、縦横比の小さなインク・チャンバを有する。ペン24中のインク・チャンバは、表２に示したように小さな縦横比の範囲を有するが、発泡体部材は、縦横比の小さなインク・チャンバに関連する上述の問題をもたらさずに、それぞれのチャンバ160、162、及び164に装填される。これは、様々な要因によるものである。第１に、発泡体部材は大幅にフェルトされ、そのため、これらの発泡体部材には高い剛性が与えられる。更に、発泡体部材はそれぞれのチャンバの内部キャビティのサイズに近い最終サイズを有するようにフェルトされる（フェルトについては、図６及び図７に関して更に詳しく説明する）。上から下に向かって装填しなければならない中央チャンバ160では、チャンバは、底部近くよりも頂部近くの方が大きな幅を有し、そのため、チャンバの壁は、発泡体が装填されるにつれて発泡体を徐々に圧縮する。
【００４２】
最後に、ペン24の外側チャンバ162及び164は、頂部からではなく側部に開口され、発泡体部材132及び134が外側側部から装填される。このため、発泡体部材132及び134は、非常にわずかな距離（約9mm）だけペン本体に装填すれば、インク・パイプに圧接する。従って、インクの滞留や、インク・パイプとの接触の不確実さのような、発泡体の挿入に関係する問題が最小限に抑えられる。更に、ペン本体に発泡体を挿入するための特殊な道具が必要とされないので、組立コストも低減される。発泡体は、外側チャンバにかなり簡単に挿入することができる。
【００４３】
検討しなければならない重要な問題は、ペン本体部品を形成するために使用しなければならない成形プロセスである。インクジェット・ペンの本体は通常、射出成形されたプラスチックで形成される。前の世代のHPの発泡体をベースとしたペンのチャンバでは、インク・パイプがチャンバの底部から上向きに延び、前記チャンバは、チャンバの頂部から始まる開口部から発泡体が挿入されるように形成される。従って、このチャンバは、深い内部キャビティとして形成される。そのような深いキャビティを形成するには、成形部品が、成形されるプラスチック部品内に深く延びていかなければならない。３チャンバ付きペンの場合、そのような３つの成形部品を近接して並置しなければならない。鋳型内と成形部品の周りにプラスチックを注入してペン本体を形成した後、インク・チャンバから深い鋳型部分を除去しなければならない。高さ／幅の比率及び／又は長さ／幅の比率が大きいほど、成形済み部品にダメージを与えることなくこのような鋳型部分を除去することは困難になる。発泡体が上から下に挿入されるように、ペン24内の全ての３つのチャンバを深いキャビティとして形成した場合、並置されたそのような深い３つのチャンバから内部成形部品を取り除くことが困難なので、成形組立の設計は、可能であるにしても、非常に困難なものとなる。
【００４４】
中央チャンバ160は、深いキャビティとして形成される。しかし、そのような深いチャンバに伴う問題は、中央チャンバでは、底部から頂部の方に向けて幅が広くなるように中央チャンバを形成することによって、ある程度解消される。ペンの外部がほぼ矩形の形状を有するので、外側チャンバは、底部から頂部の方に向けて幅が狭くなるようにしなければならない。従って、１つのチャンバ（中央チャンバ）がそのような広くなっていく幅を有することは可能であるが、ペンが矩形でない外形要素を有し、あるいは、ペンの壁が均一でない厚さを有さない限り、全ての３つのチャンバがそのような広くなっていく幅を有することは不可能である。これらの代替策はいずれも望ましくない。
【００４５】
発泡体本体部材130、132、及び134は、ペン24に挿入される前に「フェルト」されなければならない。前述の通り、発泡体本体部材130、132、及び134は、網状のポリウレタン発泡体で形成することが望ましい。フェルトとは、発泡体が加熱と圧縮を同時に施される処理であり、これによって発泡体は、凝固して圧縮状態を保持する。フェルト処理について、図６及び図７に関連して説明する。フェルトを行う前で、発泡体の平均の孔のサイズは2.54cm(１インチ)当たり85ないし90個であり、密度は、0.028m3(１立方フィート)当たり約0.59Kg(約1.3lb）であり、厚さは約5.84cm(約2.3インチ）である。
【００４６】
図６及び図７では、２つのフェルト・プレス210及び212が用いられて網状のポリウレタン発泡体部材214がフェルトされる。図７に示したように、フェルト・プレス210及び212をより接近させて発泡体部材214を圧縮する。同時に、フェルト・プレス210及び212を介して熱が加えられる。これによって、発泡体部材214の内部構造が凝固して、図７に示した圧縮構成が保持される。発泡体は360゜Fで35分間フェルトされる。フェルト後、発泡体の厚さは約1.07cm（約0.42インチ）になる。従って、図６に示した未圧縮状態と比べて、発泡体本体部材130、132、及び134は、ペン本体に挿入される前に合計で548％フェルトされる。言い換えれば、発泡体は、フェルト前の状態の約18％にフェルトされる。ペン24で使用される発泡体は、前の世代のHPペンよりもかなり大幅にフェルトが施される。
【００４７】
大きな発泡体のスラブをフェルトして、このスラブから発泡体部材を切り出す。発泡体部材は、鋸あるいは押し型で切断することもできる。より効率的で廉価であるという点では押し型が好ましい。フェルトによって発泡体本体の押し型は更に容易になる。なぜなら、フェルトされた発泡体はより硬くなり、押し型処理の間に縁部の近辺が転動することを抑制するからである。発泡体がフェルトされない場合、発泡体はそれほど硬くなく、押し型処理の間に縁部が過度に転動する。発泡体本体をフェルトし、押し型処理を行う場合でも、発泡体本体のある縁部、具体的には、縁部218、220、及び222のような、図４に示したＺ軸に平行な縁部と、図示していない他のＺ軸に垂直な縁部がより直角になるように鋸で切断する仕上げステップを実行することが好ましい。
【００４８】
フェルト処理の利点は、それが、発泡体部材をペン本体に挿入する上で助けとなることである。これは、中央発泡体部材130について特に当てはまる。フェルト処理によって、発泡体は、図４及び図５に示すＺ軸方向で更に硬くなる。中央チャンバ160は特に縦長であり、幅が狭い。そのような縦長で幅の狭いチャンバに発泡体部材を挿入することは困難である。しかし、フェルト後の発泡体の剛性のために、発泡体部材を中央チャンバ内に、より容易に挿入することができ、かつ発泡体内にしわ又は均一でない部分が生じる可能性が低減される。発泡体が局所的に強く圧縮される各位置では、発泡体がわずかに強い毛管作用を有し、これらの位置で、ある量のインクが滞留するため、こうした均一でない部分を除去することは極めて重要である。
【００４９】
更に、この剛性は、インク・パイプ168と発泡体部材130の間の正の圧縮及び密封を維持する上でも助けとなる。発泡体部材132及び134は、側部チャンバ162及び164にかなり容易に挿入される。しかし、この配向でも、フェルト処理によって達成される追加の剛性は、発泡体本体132及び134とインク・パイプ170及び172の圧接を維持する上で助けとなる。全ての３つのチャンバ内の発泡体に関して、フェルト軸、即ちフェルト方向は同じであり、フェルト・プレス210及び212がフェルト処理の間に移動する方向、即ち、図６及び図７に示したＸ軸方向である。
【００５０】
前述の通り、中央チャンバ160は、底部付近あるいは底壁174に近い部分よりも頂部付近の方が幅が広い。フェルト後の中央発泡体部材130は、ほぼ中央チャンバの頂部付近の幅となる。従って、中央発泡体部材130は、中央チャンバ160に挿入されるにつれて、内壁176及び178によって更に圧縮される。
【００５１】
中央チャンバ内への発泡体の装填は、ペン24で使用される発泡体のスラブの「正味に近い」サイズのために前の世代のペンを上回る改良がなされている。インク・チャンバ・キャビティの体積と挿入前の発泡体の体積の比較を、以下の表４に記載する。
【００５２】
【表４】
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【００５３】
従って、前の世代のHPの発泡体ベースのペンでは、発泡体／キャビティの体積比率は約1.5以上の付近のものである。これは、チャンバに挿入される前の発泡体の全体体積が、発泡体が挿入されるチャンバの実際の体積よりも少なくとも50％大きいことを意味する。このことは、挿入処理の間に発泡体をチャンバ内に圧搾することを要求する。この圧搾では、発泡体を何らかの手段で圧縮しながら、チャンバ内に挿入するための付加的な機械を必要とする。
【００５４】
本発明が開発される前には、発泡体、ペンの内壁、及びインク・パイプの間の適当な圧接を達成するためにこのような発泡体の余分な挿入前体積が必要であると考えられていた。しかし、ペン24内の発泡体のフェルトが高められたため、剛性が著しく高くなり、発泡体部材は、それがキャビティに挿入される前のキャビティの体積により近いものにすることができる。表３に示したように、ペン24の発泡体部材は、キャビティの体積の1.23倍ないし1.26倍の挿入前体積を有する。従って、発泡体部材は、キャビティの体積の約125％の挿入前体積を有し、これが圧縮されて実際に、挿入後の体積に変わる。挿入後体積の130％よりも小さい挿入前体積が好ましく、約125％の挿入前体積がより好ましい。挿入後体積の130％より少ない挿入前体積は、「正味サイズに近いサイズ」とみなされる。
【００５５】
図８は、中央発泡体部材130を、高さが高く幅が狭い中央チャンバに挿入する前に包み、その挿入を助けるために使用することができる、スリーブ又はエンベロープ158を示す。まず、図８の一番右に示したように低摩擦シートの材料を切断する。このシートに用いられる１つの有用な材料は、デラウェア州WilmingtonのE.I.DuPont de Nemours & Co.,Inc.から入手できるTyvek(R)の商標で知られる材料である。他の使用可能な材料には、Mylar(TM)や、Teflon(TM)コーティングのMylarが含まれる。Mylar及びTeflonもDuPont社から入手することができる。矩形シート158の内側の実線の直線、又は曲線が切断部を表し、点線が折畳み部を表す。斜線で表した部分は、切り取られて廃棄される。シート158は、図８中の位置Ｂに示したように折畳まれる。部分232は、図のように発泡体部材130の下に位置するサドルを形成する。従って、シート158は、サドル232と、側部234及び236を備える。
【００５６】
次に、図８の部分Ｃ及びＤに示したように、中央発泡体部材130の周りをシート158で包む。サドル232は発泡体部材130の底面238（図４参照）に接触し、側部234は発泡体部材130の側面240に接触し、側部236は発泡体部材130の側面242に接触する。サドル部232は発泡体部材130が中央チャンバ160内部の下方向に挿入された時に発泡体部材130上の所定の位置に材料シート158を維持する。サドル232によってシート158は、そのシートと発泡体部材130がインク・チャンバ160に挿入された時にインク・チャンバ160の側面に対する摩擦力に抗することができる。
【００５７】
他の実施例では、シート158は、発泡体部材130の側面に取り付けられる２つの別々なシートとして形成される。この実施例では、これらの別々のシートは部分234及び236と同じであるが、サドル部232は切り取られる。これらの別々のシート234及び236は、中央チャンバ160に挿入される前に適当な接着剤によって発泡体部材130の側面240及び242に取り付けられる。
【００５８】
他の有利な実施例では、シート158はインクに露出された時に膨張する材料で形成される。シート158はインクに接触した時に膨張するので、発泡体壁とチャンバ壁の間に存在する空隙を埋めて、発泡体の側面の周りとインク・パイプ168内に空気経路が形成される可能性を排除する上で助けとなる。この材料もまた多孔性であることが好ましい。多孔性材料は、発泡体と共に毛管作用によって適当な背圧でインクを格納するよう作用する。又、使用する材料は、発泡体部材130よりも低い摩擦係数を有することが好ましく、乾燥時に、シート158及び発泡体部材130の挿入時の引き裂きに耐えられるほど強靱であることが好ましい。意外なことに、シート158に使用できる１つの材料は紙である。なぜなら、大部分のインクは通常水性であり、そのインクによってセルロース紙繊維が膨張するからである。大部分の紙は、湿気を帯びた後、著しくもろくなる。しかし、発泡体130及びシート158は、発泡体にインクを注入する前に、乾燥した状態でチャンバ160に挿入され、そのため、紙の湿潤引き裂き強度は問題とはならない。ボンド紙は、相応な強度特性、膨張特性、及び摩擦特性を与える。シート158は、本明細書では、３チャンバのペンからなる、上から装填される中央チャンバに使用できるものとして開示されているが、単色ペン、又は複数チャンバ・ペンの複数インク・チャンバでの使用にも適している。
【００５９】
従って、大きな相対体積の発泡体をインク・チャンバに挿入することに関連する問題を回避する、インク格納装置と、こうした装置を製造する方法が開示される。例示したインク・チャンバは、高さが高く幅の狭い縦横比を有するが、発泡体は、しわや圧縮の異常が最小限に抑えられた状態で挿入される。例示した発泡体部材の利点は、発泡体部材130が上から下方向に装填される中央チャンバ160において特に明白である。発泡体が挿入前にその正味サイズに近く（挿入後の体積に近く）、かつ幅方向に沿って大幅にフェルトされるので、このような高さが高く幅の狭いチャンバに発泡体を装填することに関する潜在的な問題がほぼ解消される。
【００６０】
以下に本発明の実施態様を列挙する。
【００６１】
１．  インクジェット印刷システムにおけるインク格納装置であって、
内部体積を有するインク・チャンバ、及び
前記インク・チャンバ内に挿入され、前記インク・チャンバに挿入される前に、前記インク・チャンバの内部体積の約130％よりも小さい体積を有する網状の合成発泡体本体を備えることを特徴とするインク格納装置。
【００６２】
２．  前記発泡体本体が、前記インク・チャンバ内に挿入される前に、あるフェルト方向にフェルトされることを特徴とする、項番１に記載のインク格納装置。
【００６３】
３．  前記インク・チャンバが、前記フェルト方向に平行な幅方向と、前記フェルト方向に直交する高さ方向を有し、前記発泡体の挿入方向が、前記高さ方向に沿ったものであることを特徴とする、項番１又は２のどちらかに記載のインク格納装置。
【００６４】
４．  印刷ゾーンで印刷媒体を横切る走査方向にペンを走査させるインクジェット印刷システム用のインクジェット・ペンであって、
プリントヘッド、
前記プリントヘッドに流体連通され、前記走査方向に平行な幅方向と前記印刷ゾーンで前記印刷媒体に垂直な高さ方向を有するインク・チャンバ、及び
前記高さ方向に沿って前記インク・チャンバ内に挿入され、前記幅方向にフェルトされ、前記インク・チャンバ内に挿入される前に前記インク・チャンバの内部体積の130％よりも小さい体積を有する網状のポリウレタン発泡体本体を備えることを特徴とするインクジェット・ペン。
【００６５】
５．  前記発泡体が、前記フェルト方向に少なくとも500％フェルトされることを特徴とする、項番１ないし４のいずれかに記載のインク格納装置又はペン。
【００６６】
６．  前記インク・チャンバの高さが、その幅の少なくとも６倍であることを特徴とする、項番１ないし５のいずれかに記載のインク格納装置又はペン。
【００６７】
７．  前記インク・チャンバの高さが、その幅の少なくとも７倍であることを特徴とする、項番１ないし６のいずれかに記載のインク格納装置又はペン。
【００６８】
８．  前記発泡体本体が、前記インク・チャンバ内に挿入される前に、前記インク・チャンバ内に挿入が行われる前の前記インク・チャンバの内部体積の約125％以下の体積を有することを特徴とする項番１ないし７のいずれかに記載のインク格納装置又はペン。
【００６９】
９．  インクジェット・ペンを提供する方法であって、
プリントヘッドに流体連通され、内部体積を有し、高さが幅の少なくとも約６倍であるインク・チャンバと、走査方向に少なくとも500％フェルトされ、前記インク・チャンバの内部体積の130％よりも小さい挿入前の体積を有する網状のポリウレタン発泡体本体を提供するステップ、及び
前記発泡体本体にインクを充填するステップを含むことを特徴とする前記方法。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によって、大きな発泡体本体の挿入に関連する問題を回避し、同時に、発泡体とインク・パイプの間の適切な密封性をもたらす、発泡体を使用するインク格納装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェット・ペンを使用するプリンタの部分断面斜視図である。
【図２】本発明のペンの斜視図である。
【図３】図２のペンの側面図である。
【図４】本発明のペンの分解斜視図である。
【図５】図３を左から見て、図３の部分線5-5に沿った、組立済みのペンの部分断面図である。
【図６】フェルト・メカニズムの側面図である。
【図７】フェルト・メカニズムの側面図である。
【図８】中央発泡体部材130用の低摩擦カバー・シート158を形成する順次ステップを示す図である。
【符号の説明】
10  プリンタ
12  ハウジング
14  キャリッジ
16  制御装置
18  キャリッジ駆動モータ
20  用紙駆動モータ
22  単色ブラック・ペン
24  複数チャンバ３色ペン
26  印刷媒体
28  ベルト
30  伝動メカニズム
Ａ  印刷ゾーン
【図１】
0003703890.tif 000006
【図２】
0003703890.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003703890.tif 000010
【図６】
0003703890.tif 000011
【図７】
0003703890.tif 000012
【図８】
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