(57)【要約】【課題】プリントヘッドにおいて、固化したインクに気泡を閉じ込めることなく、溶融したインクを固化させる。【解決手段】画像受領基板上に溶融インクを噴出するプリントヘッド１００であって、ハウジング１０４と、プリントヘッド１００から噴出する溶融インクを貯蔵するように構成された、ハウジング内のタンクまたはチャンバ１０８と、タンク１０８内において溶融インクの固化を制御するために溶融インクと熱的に連結している熱導体１１２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像受領基板上に溶融インクを噴出するプリントヘッドであって、
ハウジングと、
前記プリントヘッドから噴出する溶融インクを貯蔵するように構成された、前記ハウジング内のタンクと、
前記タンク内において、前記タンク内の溶融インクの固化を制御するために溶融インクと熱的に連結している熱導体と、
を備えるプリントヘッド。
【請求項２】
前記タンク内の溶融インクから、前記熱導体によって伝導された熱を消散させるために前記熱導体と機械的に接続されたヒートシンクをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項３】
通路内で前記溶融インクが冷却する際に、熱が、通路内で溶融インクへ流れることができるように熱源と機械的に接続された熱導体を含むことを特徴とする請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項４】
プリントヘッドの通路内において溶融インクから熱の消散を制御するための、プリントヘッドの通路の一部内におけるテーパ部を有することを特徴とする請求項１に記載のプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下に開示される装置及び方法は一般に、固体インク作像装置に関する。より詳細には、溶融したインクを固体インク作像装置のプリントヘッドにおいて固化させる固体インク作像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体インク又は相変化インクプリンタは、従来、ペレット又はインクスティックのどちらかの固体状でインクを受け取る。固体インクペレット又はインクスティックは通常、プリンタ用のインクローダの挿入口を介して挿入され、インクスティックはフィード機構及び／又は重力によってヒータアッセンブリの溶融プレートに向かって、供給路に沿って押し込まれるか、又は滑らされる。溶融プレートは、そのプレートに衝突する固体インクを溶かして液体にし、この液体はインクタンクへと運ばれる。インクタンクは、インクを、記録媒体状に噴出するためのプリントヘッドへと搬送するために、溶融した状態で保持する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／１２９８０８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／６６７４７号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／１０２９０６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
固体インクプリンタの動作中に直面する一つの問題は、プリンタによって消費される電気エネルギーである。特に、電気エネルギーは溶融装置が固体インクを溶融インクへ変換するのに必要である。また、プリントヘッドも、溶融したインクを液体状に保持するために電気エネルギーを必要とする。エネルギーを節約するために、固体インクプリンタは、異なるレベルのエネルギーを消費する様々なモードで運転される。これらの各種モードでは、溶融したインクを液状に保持するためのヒータを含む一又は複数の構成部材の動作が停止させられ、溶融したインクを「凝固」させる、すなわち固体の状態に戻すことがある。
【０００５】
溶融したインクを凝固させることによって生じる問題の一つは、固化したインクの中に気泡が形成されることである。このような閉じ込められた気泡は、固化したインクを液体化させるために構成部材に電気エネルギーが与えられる際に、取り除かれるはずである。しかし、このパージ工程により、印刷システムからインクを破棄することになる。顧客は通常、インクが失われることを好ましく思わない。よって、固化したインクに気泡を閉じ込めることなく、溶融したインクを固化させることができれば有用であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
プリントヘッド中の溶融インクを、固化したインク中に気泡がほとんど、又は全く生じることなく固化させることができる装置が開発された。この装置は、ハウジングと、溶融したインクを貯蔵するように構成された前記ハウジング内の通路と、前記ハウジング及び前記通路と機械的に接続されており、溶融したインクが前記通路中で冷却する際に該溶融したインクに空隙が生成されるのを軽減するように構成された温度調節コネクタと、を含んでいる。
【０００７】
プリントヘッド内のタンクにおける溶融したインクを、固化したインク中に気泡がほとんど、又は全く生じることなく固化させることができるプリントヘッドも開発された。このプリントヘッドは、ハウジングと、前記プリントヘッドから噴出させるために溶融したインクを貯蔵するように構成されたハウジング内のタンクと、応答によってタンク内の溶融したインクの固化を制御するために前記タンク内の溶融したインクに熱的に接続された熱導体と、を含む。
【０００８】
本開示の前述の構成及びその他の特徴を、添付の図面を参照しつつ以下の記述において説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】複数のインク用通路を含むプリントヘッドハウジングの部分断面図である。
【図２】インクマニホールドハウジングの断面図である。
【図３】先細通路及びタンクの一部を含むプリントヘッドの部分断面図である。
【図４】インクを一又は複数のプリントヘッドに運搬するように構成されたインクタンクの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書中において「プリンタ」は、例えば、プリンタ、ファクシミリ機、コピー機、そして関連する多機能製品といった、複写装置のことを指す。本明細書では、プリンタにおける相変化インクの固化過程を制御するシステムに焦点を合わせるが、このシステムはいかなる相変化インク画像生成装置に関しても用いることができる。固体インクは、インク、インクスティック、又はスティックと称することがある。本明細書において「経路」なる語は一つのチャンバから他のチャンバへとインクを搬送するあらゆる通路のことを指す。また、画像受領基板には、用紙、シート等が含まれる。
【００１１】
プリントヘッドに保持された固化されたインク中に気泡が生成されるのを軽減するプリントヘッドハウジングの一例を、図１の断面図に示す。プリントヘッド１００は、典型的にはステンレス鋼又はアルミニウムといった金属、又はポリマー材料から成るハウジング１０４を有する。このハウジング１０４の中には、一又は複数の、インクを保持するチャンバがある。本例ではチャンバ１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃである。これらのチャンバはこの断面の位置では見ることができない通路を介して互いに液通している。チャンバは、各プリントヘッド１００のインクの流れ方への要求によって規定される様々な形状及びサイズをとり得る。図１のプリントヘッドでは、様々な熱導体１１２Ａ〜Ｃが、チャンバ１０８Ａ〜Ｃ内に、またこれらに関して設けられている。各熱導体１１２は、ハウジング１０４を通過して、ハウジング１０４の外部へとつながっている。熱導体１１２は各チャンバ１０８に位置するインクからハウジング１０４の外部への熱伝導速度を制御する熱制御コネクタとして作用する。本明細書では、熱導体とは、温度差がある方へ熱が材料を流れるような、比較的高い熱伝導率ｋを有する材料のことを指す。図１では、熱導体１１２は各チャンバ１０８の様々な領域が略等しい熱的質量又は熱容量(thermal mass)を有するように位置している。例えば、熱導体１１２Ｃはチャンバ１０８Ａにおける周囲のインク路を分岐させ、ほぼ同等な熱的質量を有する二つの領域を形成している。所望の熱伝達の速度に応じて、一部又は全ての熱導体１１２はハウジング１０４の外部のヒートシンク（非図示）に接続することができる。このヒートシンクは典型的には、伝導熱をプリントヘッド１００から放射するのを助ける金属製のフィンを任意に有することができる金属板である。
【００１２】
所望の熱伝導特性に応じて、熱導体は様々な形状及びサイズを取ることができる。図１では、熱導体１１２Ａは円柱形状であるが、熱導体１１２Ｂは同じく円柱状でありながら直径が異なっている。熱導体は、例えば、熱導体１１２Ｃが傾いたような、各種の形状を有することもできる。熱導体は、熱導体１１２Ａのようにインクチャンバに隣接して設けることもできるし、又は、熱導体１１２Ｂ及び１１２Ｃのようにインクタンクの中に配置することもできる。熱導体は種々の熱伝導性材料によって構成することができ、銅は一つの好ましい材料である。熱導体を設計する際に使用される特定の材料は、各熱導体の熱伝導率によって左右される。よって、代わりに使用できるプリントヘッドでは、異なる金属又は熱可塑性樹脂を含む、異なる伝導度を有する他の材料を用いても良いし、単一のプリントヘッドハウジングにおいて二以上の材料から成る熱導体を採用することもできる。熱導体の正確なサイズ、形状、及び位置は、熱的質量が固化するのに必要な時間、又は固化が生じる方向、又はこれらの両方に影響を及ぼすように選択される。インクはプリントヘッドにおける熱分布に影響を及ぼすため、熱導体を適切に選択して配置することにより、インクがよりいっそう、空隙を形成することなく冷却して固化しやすいようにインクの温度を制御するのに役立つ。
【００１３】
以下の式は、所定のインクの熱的質量の伝導に関する特性時間を規定する。
【００１４】
【数１】
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式１では、熱的質量に対する熱伝導の特性時間ｔeffが、その質量の、特性寸法Ｌの熱拡散性αに対する比として表現されている。熱的質量の特性寸法Ｌは、その熱的質量の体積対表面積比（Ｖ／Ａ）と関連している。球体では、Ｖ／Ａは半径又は直径によって概算することができ、立方体の場合は辺の長さによって概算できる。表面積が大きく、体積が小さい物体は、熱伝導に対して小さな特性長さを有しており、表面積が小さくて体積が大きな物体よりもずっと早く冷却する。一例として、半径２Ｒの球体の中心は、半径Ｒの球体の中心と比べて、所定の温度に達するのに約４倍の時間を要する。インク又は周囲の材料の熱容量又は熱伝導性を修正することで、温度を変更する時間にも影響が及ぶが、伝導経路長と熱応答時間との関係が非線形的であるため、熱導体を体積対表面積比を変えるために用いることは、プリントヘッドでの熱分布を制御するのにより有効な方法である。
【００１５】
熱導体は、プリントヘッド中の溶融したインクの各熱質量に対して望ましいｔeffを生成するように配置される。効果性を高めるために、熱導体は、熱的質量の実効冷却長を、チャンバの中に又は外につながる通路内で最小の特性寸法と等しくできるように配置される必要がある。同様に、上述したように、熱導体は体積対表面積比を適切に変更するのに用いることができる。又は、熱導体は、より厚みのあるマス又は塊が、より高い温度勾配を受けるより小さなマス又は塊と同等に冷却できるようにする局部温度を与える必要がある。図１の実施形態では、プリントヘッドの狭い経路１１６付近のプリントヘッドの部分のインクに関するｔeff時間の値は、チャンバの、又はプリントヘッドを通るより広い通路のｔeff時間の値よりも短い。従って、熱導体はチャンバの様々な位置で熱的質量を均等化させるために配置され、よって、プリントヘッド１００の様々な位置においてインクが固化する時間の均等化を促進し、又は、気泡又は空隙が固化中のインクから取り除かれる方向に冷却が生じるように働きかける。
【００１６】
引き続き図１を参照すると、一又は複数の経路１１６は、プリントヘッド１００内のチャンバ１０８へ、またチャンバ１０８からインクを搬送する。図１の経路１１６は、経路１１６の一端における開口１２０においてより広く、経路の他端におけるより狭い開口１２４へ向かって細くなる形状を有している。このテーパの向きは、冷却する際に、経路１１６でどのようにインクが固化するかを制御するために選択される。テーパは、温度調節コネクタの異なる形態として機能し、経路１１６のインクが予測できる仕方で冷却するようにする。好ましい選択は、各経路の細い端部が、インクが最初に固化するプリントヘッドの位置に向かって配置されていることである。なぜならば、経路１１６のより細い部分には、経路のより広い部分におけるインクよりも前に固化する可能性が高いインクの、より低い熱的質量があるからである。
【００１７】
プリントヘッド内での熱伝達を制御する別の構造が図２に示されている。図２では、インクマニホールド２００は、外部ハウジング２０４と、互いに分離してインクを貯蔵するタンク２０８とを含む。マニホールドハウジング２０４は例えば金属または伝熱性熱可塑性樹脂といった伝熱材料によって形成される。発熱体２１２はタンク２０８に貯蔵されたインクを熱する熱源として機能する。発熱体２１２は典型的にはマニホールド２００内で所望の温度を維持するために選択的に制御され得る、電気的に抵抗性のある発熱体である。発熱体により、タンクの絶対温度とタンク２０８の温度変化速度との両方を制御することが可能となる。この制御によって、狭い経路２１６から開始して、より広いタンク２０８へと進行するインクの固化をより均一で、方向性のあるものとすることができる。
【００１８】
再び図２を参照する。任意で断熱層２２４をハウジング２０４の周囲に設けることができる。この断熱層２２４は伝熱性ハウジング２０４から熱が逃げる速度の差を減少させることができ、結果としてより均一な冷却が行える。断熱層２２４はマニホールドタンク２０８内で不均一にインクが固化してしまう原因となり得る「熱い箇所」と「冷たい箇所」とを減少させる温度制御コネクタとしての働きをする。図２に示されている断熱層２２４はマニホールドハウジング２０４全体に亘っているが、この断熱材は熱伝導の速度を均一にするために、マニホールドハウジング２０４の選択された箇所のみに配置してもよい。
【００１９】
図２には、タンク２０８からプリントヘッドの他のチャンバへとインクを運搬する経路２１６も含まれている。図１の場合と同様に、これらの経路は経路１１６の一端の開口でより広く、経路の他端におけるより狭い開口１２４で先細（テーパ）となる形状を有している。テーパの方向は冷却の際に経路２１６でインクがどのように固化するかを制御するために選択される。テーパは温度制御コネクタの別の形態としての働きをし、経路２１６のインクを予想できる仕方で冷却させることができる。好ましい選択は、各経路の細い端部が、インクが最初に固化するプリントヘッドの位置に向かって配置されていることである。なぜならば、経路２１６のより細い部分には、経路のより広い部分よりも先に固化するインクの、より低い熱的質量があるからである。
【００２０】
図１及び図２の実施形態で用いられる先細の経路の例が図３に示される。経路３００はより狭い開口３０８へ向かって広がるより広い開口３０４を有している。図３の例では、経路の壁に近いインクが、固化前方面３１２Ａ、３１２Ｂを形成しつつ最初に固化する。経路が先細形状となっていることは、狭い開口３０８に近いインクの部分が低い熱的質量を有し、より早く固化することを意味する。この形状により、狭い開口３０８から開始し、広い開口３０４へと移動する方向性固化が可能となる。幾つかの形態のインクは固化すると収縮する。これにより、空隙を埋める液体インクが存在しなければ、空隙が生じる可能性がある。図３の構造において収縮が生じれば、タンク３２０の液体インクは正の背圧を生じ、これにより液体インクがタンク３２０から経路３００へと流れ、収縮過程が完了するまで固化前方面３１２Ａと３１２Ｂの間の空隙を埋める熱的質量３１６を形成する。タンク３２０は狭い経路３００よりも大きな熱的質量を有しているため、タンクに貯蔵されたインクは、経路３００のインクの後に固化する。結果としてタンク３２０は、固化過程の間、経路３００において形成されるあらゆる空隙を充填する付加的な液体インクを供給するライザ又は補給部として機能する。
【００２１】
図１及び図２のプリントヘッドへ液体インクを供給するように構成されたインクタンクとインク導管が図４に描かれている。インクタンク４０４はプリンタの運転モードに応じて固体又は液体であるインク４０８を貯蔵している。図４の例では固化したインクを描いている。タンク４０４は先細コネクタ４１６を用いてプリントヘッド４２０に接続されている。図３に示された経路３００と同様に、先細コネクタ４１６はプリントヘッド４２０に近い狭い端部からインクタンク４０４に近い広い端部へとインクが方向性をもって固化することを促進する。インクタンク４０４はコネクタ４１６の熱的質量よりも大きな熱的質量を有する。よって、インクタンク４０４は、インクが先細コネクタ４１６へ流れ込んでコネクタ４１６を形成する固化前方部に生じるかもしれない空隙を埋めることを可能にする正圧生成ライザとして機能する。結果として、溶融したインクは空隙や気泡が無い連続した塊として固化する。空隙や気泡はタンク４０４の内部の質量の表面へと昇る。もし何らかの気泡が形成することがあれば、それは符号４１２で示されるようにより広いタンク４０４内で形成する。運転中は、タンク４０４の気泡は、固化したインク４０８が溶融した際に排除される。これにより、気泡がプリントヘッド４２０に達することが防止される。
【００２２】
上述した特徴、及び他の特徴、機能、又は代替的構成の様々なものが多くの他の異なるシステム又は用途に、望ましい仕方で組み合わせることができることがわかるであろう。他の実施形態の幾つかは、記載された方法及び技術を様々に組み合わせることで構成されるであろう。各種の現時点では予期していない代替構成、改良、変形、改良が当業者によって行われるかもしれないが、これらもまた、以下の特許請求の範囲に包含されるものである。
【符号の説明】
【００２３】
１００  プリントヘッド、１０４  ハウジング、１０８  チャンバ、１１２  熱導体、１１６  経路、１２０、１２４  開口、２００  インクマニホールド、２０４  ハウジング、２０８  タンク、２１２  発熱体、２１６  経路、２２４  断熱層、３００  経路、３０４、３０８  開口、３１２  固化前方部、３２０  タンク、４０４  タンク、４０８  インク、４１６  先細コネクタ、４２０  プリントヘッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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