(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行インクジェット印刷装置であって、
フレームと、同フレームに結合されたインクのためのメインのリザーバであって、前記インクをしみ込ませたスポンジを含んでいるメインのリザーバと、前記フレーム上に配置された複数のモジュールと、を含み、
前記フレームには複数の穴が設けられており、前記モジュールの各々が前記フレームの対応する穴に対して取り外し可能に結合されたユニットを構成しており、
前記モジュールの各々が、インクの射出のためのノズルと、同ノズルからの前記インクの射出を選択的に制御するための電気的手段と、前記モジュールを個々に試験するのに十分な制限されたインク容量の詰め替えインクを保持するために設けられた各々のリザーバであって、同各々のリザーバは、前記フレームの前記対応する穴に嵌合する成形された壁を含み且つ前記詰め替えインクを保持するための吸収材によって部分的に占有されるキャビティを形成しており、前記吸収材は、当該印刷装置の試験又は作動ができるように、前記メインのリザーバのスポンジと接触して、毛細管作用によって前記インクが前記メインのリザーバから前記各々のリザーバへと運ばれるようになされている各々のリザーバと、を含み、
その結果、前記モジュールは、前記フレームの穴に結合される前に、個々に試験することができ、更に、前記モジュールは、前記フレーム上に組み立てられた後に、個々に取り外して取り替えることができるようになされた、平行インクジェット印刷装置。
【請求項２】熱によって前記インク内に気泡を発生させることによって前記インクの射出を行うことを特徴とする、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項３】
前記メインのリザーバが、前記フレームから選択的に取り外すことができることを特徴とする、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項４】
前記モジュールが、熱可塑性の接着剤によって前記フレームに取り付けられ、それによって、同モジュールは同フレームから選択的に取り外し可能であることを特徴とする、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項５】
前記ノズルを介するインクの射出を制御するための前記電気的手段が、前記モジュールに取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項６】
前記複数のモジュールの各モジュールが、前記フレーム内の前記穴の各々に結合するための少なくとも一つの各々の成形された部分を含み、それによって、前記モジュールによって担持されている前記インク射出ノズルが整合されることを特徴とする、請求項１に記載の印刷装置。
【請求項７】
前記各々のリザーバが、前記少なくとも一つの各々の成形された部分を少なくとも部分的に形成していることを特徴とする、請求項６に記載の印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、インクジェット印刷装置に関し、より特定すると平行印刷装置（パラレルプリンティングヘッド）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大多数のインクジェット印刷装置は、２つの基本的な種類に分類することができる。すなわち、大多数のインクジェット印刷装置は、
（典型的には圧電型又はこれと同様のタイプの）トランスジューサ（変換器）がノズルから少なくとも一つのインクの液滴を射出することを意図した圧力パルスを生じるようになされた装置と、
少なくとも１つのインクの液滴を射出するために、インクで満たされたチャネル又はチャンバ内に気泡を生じるように熱エネルギが使用されている装置と、
に限定される。
【０００３】
本発明は、サーマル（熱式）インクジェット印刷装置として通常規定されている上記したうちの後者のタイプの印刷装置において使用できることを特に意図して開発された。
【０００４】
このタイプの印刷装置の基本的な動作原理と多くの可能な構造との詳細な説明は、ＵＳ−Ａ（米国特許）第４４６  ３５９号に記載されている。
【０００５】
この種の装置は、ここに引用された特許文献と共に例えば米国特許第４  ９８５  ７１０号及び米国特許第５  １６０  ９４５号に示されている。
【０００６】
サーマルインクジェット印刷装置は、通常、インク射出ノズルの特定の製造方法の機能によって、各々、“ルーフシュータ（ｒｏｏｆｓｈｏｏｔｅｒ：上面からの射出式）”及び“エッジシュータ（ｅｄｇｅｓｈｏｏｔｅｒ：端面からの射出）”と称される２つの広いカテゴリに分類される。当業者にとってすぐさま明らかとなるように、ここに例示として示された詳細な説明は、“ルーフシュータ”タイプの装置に関する。しかしながら、本発明はこのような特別の構成に限定されるものではなく、“エッジシュータ”又はその他のタイプの構成の装置の製造のためにも使用することができることが明らかである。
【０００７】
サーマルインクジェット印刷装置は、通常、集積回路及び／又はハイブリッド回路の製造において典型的な半導体ウエハ及び処理技術を使用して製造される。このことは、特に、（加熱抵抗体の励起のための）相対的制御回路及びインクを供給するための相対的な油圧装置を備えた極めて小さい多数の加熱要素（抵抗体）の製造を可能にする。
【０００８】
この解決方法は、典型的なシリアルプリンティング方法に従ってインクのリザーバを含むカートリッジを備えることができ且つ使用の際には印刷されるべき面を横切って動かされるキャリッジ上に取り付けることができる寸法が小さい印刷装置（ヘッド）の製造にとって理想的である。
【０００９】
実際には、ライン又はストリップ（“ｓｗａｔｈ”と称される）を印刷するために印刷面に対して横方向にヘッドが移動されると、印刷面は、対応する量だけ前進せしめられ、次のライン又はストリップを印刷するために再度横方向の運動がヘッドに与えられる。
【００１０】
これと同様の技術はまた、少なくとも理論的には、単一のストロークで１つのライン又はストリップを印刷するすなわち印刷されたばかりの面を横切って走査運動をする必要なくストリップを印刷することができる平行印刷（パラレルプリンティング）装置（通常は“ページ幅”タイプと定義されている）の製造にも適している。
【００１１】
この点に関して、このような印刷装置の利用分野としては、情報及び事務技術のような伝統的な領域（処理システムのためのプリンタ、タイプライタ、光学複写機、ファクシミリ機械等）に限定されず、とりわけカラープリンタにまで広く適用することができる結果として、概して織物及び装飾紙の印刷のような多くの異なる分野も含まれる。この織物及び装飾紙の印刷用途の分野は、特に、（例えば織物サンプル等を製造するために）類似の製品の極めて小さい一群を製造するのに望ましい場合には、（ｆｏｒｍｅｓ等の準備によって）比較的可撓性で不経済な伝統的な印刷方法に頼る必要性を避けることができるインクジェット装置によって提供される可能性の結果として、極めて広く且つ将来的に有望である。
【００１２】
既に上述した米国特許第４  ９８５  ７１０号に詳しく示されているように（特に第２欄の第４０〜５６行を参照のこと）、平行形態で作動するサーマルインクジェット印刷装置を製造することができることは、技術的な種々の困難な点に適合する。この種々の困難な点とは、例えば、
経済的な構成要素を得ることができる十分な量の大きい欠陥のない半導体ウエハを製造するという問題点、及び
多くのインク射出ノズル及び相対的な加熱要素（１つの平行な素子内に数千個が設けられている）のうちの唯一つが機能しないという事実により欠陥のある素子が製造工程中の最後に当面する危険性があるという問題点である。これらの問題点は、これまでこの種の装置の製造を経済的な観点から比較的興味の低いものとしていた。
【００１３】
この問題を解決するために、比較的小さいいくつかの基本的なモジュールを組み合わせて平行な素子を作ることが既に提案されている。この点に関して、米国特許第４  ４６３  ３５９号の図１７及びそれに関する説明を参照すること並びに既に上述した米国特許第４  ９８５  ７１０号及び第５  １６０  ９４５号の説明及び図面全体を参照することは有用である。
【００１４】
しかしながら、例えば種々のモジュールのインク射出ノズルの正確な整合を得るモジュール構造または平行素子を形成するために組み立てられるモジュールが実際に機能することを確実にするためのモジュール構造を適用する場合に、別の問題が発生する。
【００１５】
この目的のために、米国特許第５  １６０  ９４５号は、“十分に機能的である”として規定されているモジュール（又はサブユニット）から平行構造を作ることを提案している。この概念は更に特別には規定されていないけれども、米国特許第５  １６０  ９４５号の説明及び図面は、（好ましくはルーフシュータタイプの）複数の印刷サブユニットが構造的基板又は支持体の一方の側面上に取り付けられた構造に関する。基板内において印刷ユニットを含む横側面に隣接して通路が設けられており、当該通路と基板上に取り付けられた個々の印刷ユニットのインク入り口との間に孔が設けられており、基板内の通路に供給されたインクが種々の印刷ユニットに供給されるようになされている。
【００１６】
この構造の機能として、米国特許第５  １６０  ９４５号による解決方法は、油圧供給及びインク射出に関して印刷素子の信頼性という問題をことごとく完全に解決してはいない。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的の一つは、上記した不具合点及び／又は問題点が根本的に解決されたインクジェット印刷装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の種々の特徴は特許請求の範囲に規定された通りである。要約すると、本発明の実施例は、平行構造が組み立てられる前に、各モジュールが電気的な観点及び液圧的な観点すなわち液滴の射出に関する観点の両方の点に関して完全にチェック（検査）することができるようなタイプのモジュールの印刷装置（ヘッド）を製造することを提供している。これは、本発明の実施例においては、構造を組み立てる前にインクで満たされたメインのリザーバに簡単な方法で接続することができる各々のリザーバを各モジュールに設けることによって達成されている。従って、平行構造内に挿入する前に個々のモジュールの作動を完全に試験することが（例えば試験ロボットを使用した従来技術に従って）可能である。上記したリザーバは、正しい結合状態において装置のベースフレームに形成された対応する孔内に導入することができる。フレーム内にこの種の開口すなわち孔を形成するときに達成される正確さは、個々のモジュール（とりわけ自動視覚制御又は調整を使用したモジュール）と結合するときに達成することができる正確さと共に、インク射出ノズルの整合を確実にする各々の孔が、簡単で信頼性の高い方法で最終的な装置内に確保することができる。
【００１９】
実際には、種々のモジュールをフレームの下方部分でロボット操作によってフレーム上に取り付けることができ、これらのモジュールは、視覚システムによってノズルの列の位置に関して整列させることができる。このノズルは、熱可塑性の接着剤によってフレームに取り付けられる。
【００２０】
この方法で達成される完全な調整の程度（この要件は、組み立て前にモジュールの動作を完全に試験することができること及び達成される結合の正確さによって不要になるけれども）によって、いずれの場合にも、除去可能な方法で（例えば、熱可塑性の接着剤を介装することによって）ベースフレーム上に個々のモジュールを取り付けることが可能になり、その結果、装置が組み立てられた後に完全に作動しないことがわかったモジュール、例えば組み立て作業中にモジュールが偶然に損傷した場合に、このモジュールを取り外して交換することができる。
【００２１】
もちろん、各モジュールが当該モジュールと組み合わせられたインクリザーバを有することが述べられている場合には、このことは、各モジュールが印刷装置の有効な全寿命に対して十分なインクの量を含むリザーバを有していることを意味する。実際には、本発明の好ましい実施例においては、上記したリザーバは、ノズルのすぐ後方に配置された空洞によって形成されており且つ組み立て前にモジュールの動作を試験するのに十分な量のインクで満たされており、若しくは試験がより長い期間かかる場合には簡単な方法でメインのリザーバに接続するのに十分な量のインクで満たされる。組み立てられた装置においては、各ノズルのリザーバは、（毛管作用による供給装置例えば公知のタイプのニブ（ｎｉｂ）及びスポンジ構造と称される装置によって）メインのリザーバ又はインクのためのカートリッジと連通している。後者すなわちインクカートリッジは、同時に所定の数のモジュール（例えば装置に含まれる全てのモジュール）にインクを供給し且つ公知のタイプの印刷装置、例えばシリアル印刷装置においてインクカートリッジを交換するのに使用される方法と全く同一の方法で定期的に交換することができる。
【００２２】
【実施例】
既に冒頭で説明したように、以下に説明する実施例は、“ルーフシュータ”タイプの構造によって作られた装置に関する。
【００２３】
しかしながら、本発明による解決方法は、当業者にとって明らかな変更を加えることによって、“エッジシュータ”タイプの構造又はその他の構造にも適している。
【００２４】
図１において、参照番号１は、サーマルインクジェット印刷装置（ヘッド）全体を示している。このインクジェット印刷装置は、平行な構造すなわち１以上のノズル２の列を含み、これらのノズルは、組み立てられた装置１内では、使用中に装置の各作動と同時に印刷を行うようになされた印刷部材（列（ｓｗａｔｈ））に対応するメインの方向に延びている。
【００２５】
装置１は、基本的には、アルミニウムのような材料によって作られた平らな板によって作られたベースフレーム３によって作られ、このフレーム内では、複数の開口すなわち孔４が規則正しい列で正確に形成されている。各開口４は、（以下により詳細に示す方法で）各々のモジュール５を受け入れ且つ結合するための台座を形成している。
【００２６】
ＰＣＢバス（ｂｕｓｅｓ）すなわちプリント回路基板と称されるものを形成する別の２つの横板６が、ベースフレーム３の２つの側面に配置されており、当該２つの側面には、（公知の従来技術による）信号及び電力供給源のための供給導体７が形成されており、これらの導体は、接触ピン８及び８ａによって、各々の印刷ノズル２を作動させるための信号がモジュール５に送られるのを確実にしている。
【００２７】
メインのフレーム３とＰＣＢ６（通常は半剛性の基板である）とによって形成された組立体は、次いで、メインのインクリザーバ（カートリッジ）９に結合される（図２参照）。図２はまた、ＰＣＢ６がフレーム３に固定されて安定した堅固な基板を形成する方法をも示している。図示した例においては、ＰＣＢ６は、点１１においてフレーム３にねじ止めされた基板１０によって、及び電気接点８，８ａを２つのプリント回路（バスを備えたモジュール）間で押し付けることによって作られる可撓性の中間部材によって、フレーム３上に保持される。
【００２８】
図２の断面図の部分においてより明確にわかるように、モジュール５の各々はプラスチックで作られた平らな板状の部材１２によって形成されており、この板状部材１２上には各々の孔１２ａに対応して実際のプリント回路ユニット１３が取り付けられている。このプリント回路ユニットは、金メッキしたニッケル又はプラスチック（例えばマイラー）の薄いシートによって形成されており、この中には、シリコン基板１４上に取り付けられたノズル２が設けられている。基板１４には、中央孔又はスリット１５が設けられており、符号１６によって全体が示されているリザーバ内に含まれているインクがこの孔又はスリット１５を通りノズル２に向かって流れる。気泡を発生させ且つノズル２からインクの液滴を連続して選択的に射出するための機構を作動させるようになされた加熱部材が（従来技術に従って）ノズル２の各々に対応して基板１４上に設けられている。これらの加熱部材（図においては、特に寸法上の理由から明確に見ることはできない）は、金属製の導体によって形成された各々の電力供給ネットワーク（同じく寸法上の理由から図において明確に見ることができない）につながっており、これらは、フレキシブル回路（フラット回路）によって作られた各々の供給ラインによって、１以上の電子制御ユニット（ドライバ）１８に接続されている。
【００２９】
これらのユニット１８は、通常、装置の前面に対してほぼシールドされた位置において平らな板状部材１２の内側に形成された各々の空洞の内側に挿入される。
【００３０】
フレーム３の面上において使用されるどのような洗浄及びエッチング剤の作用からもドライバ１８を保護するために、組立は外面上で行うのが好ましい。
【００３１】
ドライバ１８は、接点ピン８，８ａを介してＰＣＢ６に設けられた導体７によって電力が供給される。
【００３２】
ユニット１８の特性、数及び配置は、特有の選択事項の関数として大きく変わることができる。
【００３３】
少なくとも理論的には、モジュール５上に制御ユニット１８が存在せずその結果インク射出の励起のための信号が全てライン７及びピン８，８ａによって外部から提供される（すなわちモジュール５上にはいかなる“情報（ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）”も存在しない）ような構造から、極めて複雑な処理部材によって形成されその結果ほんの数種類の一般的な機能コマンドがライン７及びピン８，８ａによって各モジュール５に到達し、一方、モジュール５上に配設された制御ユニット１８は、これらの一般的なコマンドとは独立して、インク射出を制御する作動部材のための特定の制御信号の処理を行い、レジスタ、選別及び情報回路の制御回路はシリコン基板内に一体化されているような構造に移行することも可能である。
【００３４】
ここに記載された第１の解決方法は、ライン７と接点８，８ａとの形態は極めて複雑で密集したものであるけれども、モジュール５の構造は極めて簡単であるという利点を有する。第２の解決方法は、モジュール５の各々と連係した情報（ユニット１８）の複雑さを増加した結果としてモジュールの複雑さとコストを決定付けるライン７とピン８，８ａとの構造をかなり簡単なものとしている。
【００３５】
従って、ヘッド上に制御ユニットと情報を有するような解決方法が一般的に行われる傾向がある。
【００３６】
いずれの場合にも、本発明はこれらの解決方法のいずれかと共に使用するのに適している。
【００３７】
特に、ダイオードのマトリックスが個々のシリコンヘッド１３と一体化されており、ダイオードマトリックスの制御回路（ドライバ１８）が平らな板状部材１２上に組み込まれている場合若しくはヘッドのレジスタの列のｎ−ＭＯＳ電源ドライバが既にシリコンチップ１４と一体化されている場合には、個々のモジュール５の概念は変更されない。
【００３８】
図２の断面図から明らかなように、モジュール５と連係したリザーバ１６は、実際には、フレーム３内に設けられた対応する孔４と接合するように意図された成形された壁を備えた空洞によって形成されている。
【００３９】
図１及び３に示された両方の実施例においては、リザーバ１６は角柱状の壁によって形成されており、この壁は、孔４の壁と相補形のほぼ矩形の形状を有している。もちろんこれは単なる例示である。実際には、異なる形状例えば多角形又は平坦な直線が複合した形状（ｍｉｘｔｉｌｉｎｅａｒ）な壁を備えた孔４及び対応するリザーバ１６とを提供することも考えられる。
【００４０】
リザーバ１６は、通常は、基板１４に隣接した（モジュール５に関して）外側の端部を備えたほぼ管状の構造、従って、インクをノズル２に向かって流すための孔と、メインのリザーバ９の壁に設けられた対応する孔１９に向かって開口している内側端部とを有している。
【００４１】
全体が参照番号１６ａで示されたリザーバの前方部分は自由であるのが好ましく、一方、後方部分１６ｂは、毛管作用によって吸収する吸収材（ニブ（ｎｉｂ）と称される）が詰め込まれてメインのリザーバ９内に含まれているインクを前方のチャンバ１６ａに送る。この目的のために、リザーバ９は、通常は、チャンバ１６ａ内に位置するニブと接触状態にあるモジュール５に向かって導かれる前方部分に位置するスポンジ２０のみならず、ろ過装置２２によってスポンジ２０から分離されたインク再充填部２１を含む。同様のろ過装置２３が、チャンバ１６ｂ内に含まれているニブと各モジュール５のリザーバの前方チャンバ１６ａとの間にしっかりと介装されている。
【００４２】
互いに相補形状の溝と舌状部材との構造（又は同様の部材）が参照番号２４によって示されており、この構造によって、装置のメインのリザーバ９（いくつかのモジュール５に共通であり且つ再充填カートリッジのように定期的に交換するように意図されている）が各モジュール５内の個々のリザーバに正確に結合することが可能になる。
【００４３】
図１及び３による２つの解決方法は、モジュール５の特性及び基板すなわちフレーム３にこれらのモジュールを取り付ける方法に関しては互いに等しい概念である。
【００４４】
図１の解決方法の場合には、各モジュール５は、実際には、棒状部材によって形成されており、この棒状部材は、フレーム３を横切って横方向に延びており且つＰＣＢ６の接触ピン８に結合するようになされた接点部材８ａを両端で担持している。図１の解決方法に従って、各モジュール５の平らな部分１２は、ほぼジグザグ構造の２つの対向する列状に設けられた孔４内に互いに反対方向に向けてモジュール５を交互に連続して種々のモジュールを結合されることができるように複合直線形状を有するのが好ましい。この場合に、リザーバ１６は、各モジュール内のほぼ中心位置（種々のモジュール５を交互に結合させるために実際には中心から偏倚されているけれども）を占めている。
【００４５】
一方、図３の解決方法においては、リザーバ１６は、対応するモジュール５に関して横の位置好ましくは端部位置に配置されている。この場合には、接点部材８ａは片側部分（最終的に組み立てられた形態においてモジュール５に対して外側）に設けられている。
【００４６】
上記から、本発明を実施化した解決方法は、冒頭において記載した問題点及び困難な点を優れた方法により解決できることが明らかであろう。
【００４７】
個々のモジュール５は、その電気特性及び油圧特性がモジュール構造に組み立てられる前にチェックできるように（技術水準に従って）作り且つ取り付けることができる。電気的作動は、端子８ａに設けられた試験信号形態及び／又はこの印刷装置に受け入れることができる他の電気端子を使用してチェックされる。
【００４８】
各モジュールと連係したリザーバ１６内、特に少なくともチャンバ１６ａ内において油圧的な観点から試験できるように、所定量のインクが導入される。リザーバ１６は、真空パックの再充填技術を使用した公知の方法によって再充填されるのが好ましい。
【００４９】
この点に関して、端子８ａ（及び／又は制御ユニット１８）に特定の制御信号を適用することによって、ノズル２に対応して配置された種々のインク射出モジュールを作動させて、射出が正しくなされつつあるかをチェックし且つ特性が不満足であると考えられるいかなるモジュール５も排除することが可能である。従って、フレーム３上に種々のモジュール５を装着し続けることが可能である。
【００５０】
この目的のために、各モジュール５は、各々の孔４に対応して取り付けられ、それによって前記孔４の内側に設けられた種々の形状部分（リザーバ１６自体によって形成されているのが好ましい）を貫通している。
【００５１】
フレーム３の下方部分においてロボット操作によってフレーム３上に種々のモジュール５が組み付けられるのが好ましく、モジュール５の各々の間の配列は、視覚装置によってノズルの列の位置に関して確認されて、各モジュール５は次いでフレーム３に固定される。
【００５２】
モジュール５は、熱可塑性の接着剤によってフレーム３に固定されて、種々の理由から最終的な装置においては損傷を受け且つ完全に機能的でないようなモジュール（このような可能性は低いと考えられるけれども）は全て除去し且つ交換することを可能とされることが好ましい。上記したように、電気的特性及び油圧特性の両方に関して予め各モジュール５を試験することができれば、この事態を最少にすることができる。この装置の組立は、フレーム３の後面に対応させて上記した基準に従って種々のモジュール５の各々のリザーバ１６を供給するようになされたリザーバ９を取り付けることによってなされる。
【００５３】
以上、本発明を実施例によって説明したが、本発明の原理を害することなく且つ本発明の範囲を逸脱することなく、これらの特徴及び実施例に変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による印刷装置のモジュール構造の一部を示す斜視図である。
【図２】図１の線II−IIに沿った拡大断面図である。
【図３】本発明による装置の別の実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  印刷装置、    ２  ノズル、    ３  フレーム、    ５  モジュール、
６  プリント回路基板、    ７  ライン、    ８，８ａ  接点ピン、
９  インクリザーバ、    １０  板、    １２  板状部材、
１３  プリント回路ユニット、    １４  シリコン基板、    １６  リザーバ、
１８  電子制御ユニット、  ２０  スポンジ、    ２１  インク再充填部、
２２  ろ過装置
【図１】
0003542389.tif 000002
【図２】
0003542389.tif 000003
【図３】
0003542389.tif 000004