(57)【要約】      （修正有）【課題】プリントヘッドが長くなっても、また液滴の発生量が増しても液滴発生器内での乱流を抑制する。【解決手段】インクジェットプリンタには、液滴発生器が関係しており、該液滴発生器は、該液滴発生器に対する多数の流体ポートを有している。多数の流体ポートの少なくとも１つは、流体が液滴発生器に供給されるときに通る一方向入口ポートとして機能し、多数の流体ポートの少なくとも１つは双方向型であり、プリントヘッドの始動時及び作動停止の間、出口として機能し且つプリントヘッドの通常の作動の間、追加的なインク出口ポートとして機能し、これにより、入口流量を乱流が開始するときの流量以下に減少させる。【選択図】図３
2004268566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴発生器を有するプリントヘッドを備えたインクジェット印刷装置において、
前記液滴発生器は、
流体が前記液滴発生器に供給されるときに流通し得る単一方向入口ポートと、
前記液滴発生器と接続され、プリントヘッドの始動時及び作動停止時の間は出口ポートとして機能する一方、プリントヘッドの印刷動作中は流体入口ポートとして機能し、流体流入量を乱流が発生する流量以下に減少させる双方向流体ポートと
を備えるインクジェット印刷装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインクジェット印刷装置において、プリントヘッドの印刷動作中、前記双方向流体ポートを通る前記液滴発生器への流体の流れが、前記単一方向入口ポートを通る前記液滴発生器への流体の流れと、ほぼ等しくされるインクジェット印刷装置。
【請求項３】
請求項１に記載のインクジェット印刷装置において、プリントヘッドの印刷動作中、前記双方向流体ポートを通る前記液滴発生器への流体の流れの温度が、前記単一方向入口ポートを通る前記液滴発生器への流体の流れの温度と、ほぼ等しくされるインクジェット印刷装置。
【請求項４】
インクジェットプリンタのプリントヘッドに設けられた液滴発生器にインクの流れを供給する方法において、
インクをインク流路に沿ってプリントヘッドに導入する工程と、
前記インク流路を入口ポート流路と出口ポート流路とに分割し、これにより、インクが前記液滴発生器の両端においてほぼ等しい流量で前記液滴発生器に流入するようにする工程と
を備えるインクの流れを供給する方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、液体を前記液滴発生器から除去するために、清浄な空気が前記入口ポート流路を通って前記液滴発生器に供給される方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、前記出口ポート流路が前記液滴発生器の出口ポートとして機能する間に、空気及び汚染物質が前記出口ポート流路から排出され得るようにした方法。
【請求項７】
第一及び第二の流体ポートを有する液滴発生器を持つプリントヘッドと、
流体を前記液滴発生器に供給する流体装置と
を備えたインクジェット印刷装置において、
前記流体装置が、
流体を前記液滴発生器の前記第一の流体ポートに供給する手段と、
前記第二の流体ポートが、プリントヘッドの始動時及び作動停止時の間は出口ポートとして作用する双方向ポートとして機能する一方、プリントヘッドの印刷動作中は流体流入量を乱流が発生する流量以下に減少させるための流体入口ポートとして機能するように、前記液滴発生器の第二の流体ポートへの流体の流れを制御する手段と
を備えるインクジェット印刷装置。
【請求項８】
請求項７に記載のインクジェット印刷装置において、プリントヘッドの印刷動作中、前記第二の流体ポートを通る前記液滴発生器への流体の流れが、前記第一の流体ポートを通る前記液滴発生器への流体の流れと、ほぼ等しくされるインクジェット印刷装置。
【請求項９】
請求項７に記載のインクジェット印刷装置において、前記第二の流体ポートが、前記液滴発生器の出口ポートとして作用する間、空気及び汚染物質が前記第二の流体ポートから排出され得るインクジェット印刷装置。
【請求項１０】
請求項７に記載のインクジェット印刷装置において、インクを第二の流体ポートに供給する流体供給管は、前記第二の流体ポートが前記液滴発生器に対する出口ポートとして作用するときに、空気及び汚染物質が除去されるように洗浄され得るインクジェット印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続型インクジェットプリンタ、より具体的には、液滴発生器の流体キャビティ内での乱流を減少させる装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、プリントヘッドが水溶性インクのような導電性の記録流体を加圧された流体供給マニホルドから受け取り且つ、その流体を平行な流れの列として噴出する１つ又は２つ以上の列のオリフィスを画成する、インクジェット印刷装置は既知である。かかるプリントヘッドを使用するプリンタは、流れの各々における液滴を選択的に荷電し且つ偏向させ、また、他の液滴が液滴捕獲装置を打撃する間に、液滴の少なくとも一部をプリント受け入れ媒質に付着させることにより、図形等の複製を実現する。
【０００３】
液滴発生器は、連続型インクジェットプリントヘッドにおける主要な構成要素である。液滴発生器は、ジェットを刺激するため、共振体に取り付けられたノズル板を使用することが多い。流体をノズル板に供給するため、現在、幾つかの異なる方法が実施されている。１つの既知の方法は、共振本体の節線にて開始する流体通路を含み、内部キャビティがノズル板に達している。別の既知の方法は、液滴発生器の端部壁に形成された流体ポートを通じてインクを送り出すことにより流体の進入を実現することができ、流体ポートは、液滴発生器のノズル板の面の近くまで下方に配置されることを教示している。このことは、節線送り込み型の滴発生器に要求される長い内部キャビティを不要にする。この後者の方法は、底部正面送り込み型液滴発生器と称される。この着想の１つの変形例として、液滴が正面側からではなくて、側部から供給されることが既知である。
【０００４】
当該技術分野にて周知のインクジェットプリンタの標準的な作動は、米国特許第４，９９９，６４７号及び同時に譲渡された、出願係属中の米国特許第０９／２１１，０５９号に開示されたように、インクが液滴発生器の一端内に供給されることに基づくものである。プリンタが始動する間、インクが滴液発生器を通じて横断状に流れるとき、インクの戻り経路を提供し且つ、内部の粒子を除去し、また、それ以前のプリンタの作動停止からのインクの残留物を再溶解させるために、出口ポートが使用される。この「単一送り込み」の形態は、オリフィス数が２７００までであり、また、液滴の発生量が１１０，０００ｋＨｚ／ジェットである製品にとって満足し得るものであり、かかるプリンタの多くは、流体の流れを乱流領域内に投ずることなく作動可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プリントヘッドがより長くなり又は液滴の発生量が増すに伴い、液滴発生器内での乱流を抑制することが１つの課題となっている。幾つかの時点にて、液滴発生器内へのインク流量が大である結果、液滴発生器の流体キャビティ内に乱流が生ずる。かかる液滴発生器の流体キャビティ内の乱流は、液滴発生により形成されるインク液適の方向性及び速度に影響を与える可能性がある。一例として、現在の３００ｄｐｉ時、画素当たり２液滴プリンタ（画素を完全にカバーするためには、３００ｄｐｉ画素当たり２液滴が必要）は、４３−Ｃのインク温度にて作動されたとき、７５０ｍＬ／分のインク流量を必要とする。このインクは、乱流を開始させることなく、液滴発生器内を４．３１８ｍｍ（０．１７０インチ）の直径の流体キャビティボアを通って流れる。この特定の液滴発生器の形態の場合、流量が８００ｍＬ／分に近づくのに伴い、乱流が生じ始める。管の曲げの均一さ又は溝の機械加工のような部品の製造を変化させるならば、この乱流の開始を軽減することが既知である。３００ｄｐｉの画素当たり１液滴プリンタの場合、秒当たり１６５，０００液滴の周期にて液滴を発生させる条件を満たすのに必要なインクの流量は１３００ｍＬ／分以上である。同一ボア直径の単一の送り込み線にて、液滴発生器に対しこのインクの流れを供給しようとする試みの結果、流入端における流体の乱流に起因して滴液の形式が顕著に乱れることになる。その結果、印刷の質及びプリントヘッドの作動姿勢は悪影響を受ける可能性がある。このため、流体キャビティ内に乱流が存在しないようにプリントヘッドを作動させることが望ましい。
【０００６】
貫通ボアの直径を増すことは、同一の流量の場合、流体の入口速度を低下させ、乱流に対する限界流量を効果的に増大させることになる。しかし、作動周期が低下し、また、ジェットが途切れる長さの均一さが減少することに関連した問題点があるため、これは許容し得る選択ではない。プリントヘッド内での乱流を抑制しようとする１つの可能な手段は、米国特許第４，６３８，３２７号に開示されている。米国特許第４，６３８，３２７号における液滴発生器は、乱流を減衰する多層のスクリーン構造体によって、上側部分と下側部分とに分割されている。かかる構造体は、上記の特許に示され且つ記載されたような、ボルト固定型液滴発生器にて満足し得るように作動可能である。しかし、かかるボルト固定型の設計は、液滴の発生周期が小さい低分解能の液滴発生器の場合にのみ有用である。高分解能、高液滴発生量の液滴発生器は、かかる乱流減衰手段を内蔵することを容易にしない一体型の設計を必要とする傾向にある。
【０００７】
このため、流体キャビティ内の乱流という問題点を生じない、高周期、長い列の液滴発生器を作動させ得ることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
インクが液滴発生器の両端に均一に且つ等しく供給されて、高周期、長い配列の液滴発生器内での乱流を抑制する、本発明による装置及び方法にてこの課題は充足される。
本発明の１つの側面によれば、インクジェットプリンタには、液滴発生器が関係しており、該液滴発生器は、該液滴発生器に対する多数の流体ポートを有している。多数の流体ポートの少なくとも１つが、流体が液滴発生器に供給されるときに通る単一方向入口ポートとして機能し、多数流体ポートの少なくとも１つが双方向型であり、プリントヘッドの始動時及び作動停止の間の出口として機能し、また、プリントヘッドの通常の作動中、追加的なインク入口ポートとして機能し、これにより、入口流量を乱流が開始するときの流量以下に減少させる。
【０００９】
本発明のその他の目的に有利な効果は、以下の説明、添付図面及び特許請求の範囲の記載から明らかになろう。
【実施の形態の詳細な説明】
【００１０】
本発明は、高周期、長い配列の液滴発生器の流体キャビティ内の乱流を抑制する装置及び方法を提供する。乱流を抑制する該装置及び方法は、液滴発生器の入口ポート及び出口ポートの双方に対し均一に且つ等しくインクを供給することを可能にする。
【００１１】
次に、図面を参照すると、図１には、典型的な単一プリントヘッドインクジェットプリンタ用の液滴発生器への既存の単一送り込み式のインク供給を行う流体の概略図１０が示してある。インクは、加熱した臍の緒状の物１６を介して流体装置１２からプリントヘッドの休止ステーション１４に供給される。単一送り込み式のインク供給は、インク経路１８に沿って行われる。
【００１２】
図１を続けて参照し且つ、図２をも参照すると、インクは、インク経路１８を介してプリントヘッド２０に供給され、冷却板２２に達する。この冷却板は、プリントヘッドに供給されたインクを使用して、共有譲渡された出願係属中の米国特許出願第０９／２１１，２５１号に記載され且つ、権利主張されたように、高電圧の荷電板ドライバエレクトロニクス部品を冷却する。インクは、冷却板及びプリントヘッドフレームを通ってインク経路１８に沿って流れを続け、プリントヘッドの休止ステーション１４に再度入る。次に、例えば、１．２μのポール（Ｐａｌｌ）フィルタエレメント２６を通って、ろ過すべきプリントヘッドに再度入る前に、サーミスタ２４のような、インクの温度センサを通過し、その後に、液滴発生器３０の入口２８に導入される。
【００１３】
プリントヘッド内の第２のフィルタ３２は、プリントヘッドの作動停止期間の間に使用された空気をろ過し、また、通常、インクフィルタエレメント２６と同一である。通常の作動時、弁ＶF、ＶI、ＶAは全て閉じられている。始動時、弁ＶOは開放されて、インクが液滴発生器３０を通って流れ且つ、液滴発生器の出口ポート３４から出るのを許容する。次に、インクは、クロス-フラッシュソレノイド弁ＶOを通って、圧力変換器３５を通過し且つ、流体装置１２に戻される。このことは、空気、乾燥したインク及びその他の塵埃を液滴発生器からフラッシングすることになる。次に、弁ＶOを閉じて液滴発生器を加圧し、インクジェットが液滴発生器に結合されたオリフィス板（図示せず）のオリフィスの各々に形成されるようにすることができる。このインクは、捕獲器３６及び捕獲パン３８によって流体装置に戻すことができる。次に、インクジェットを選択的に荷電し且つ、偏向させることができる。一部の液滴は、印刷液滴となるように選ばれ、また、一部の液滴は捕獲器３６内に偏向され、その液滴は、該捕獲器から流体管４０を介して図１に示したインクタンク４２に戻すことができる。
【００１４】
作動停止時、インクポンプの作動を停止させ、また、所定の順序に従って、弁ＶF、ＶIを開いて洗浄流体が液滴発生器３０及び最後のフィルタ２６からインクを水洗いすることを許容する。次に、作動停止順序は、弁ＶFを閉じ且つ、弁ＶAを開いて、印刷ステーション内に配置された空気ポンプ４４が作動されて洗浄流体を液滴発生器３０から吹き出すようにする。始動及び作動停止順序は周知であり且つ、従来技術の装置にて使用されている。
【００１５】
液滴発生器３０が高周期、長い配列の液滴発生器であるとき、液滴発生器の流体キャビティ内の乱流に対処し且つ、その乱流を緩和しなければならない。本発明は、インクの流れを分割し且つ液滴発生器３０の入口ポート２８及び出口ポート３４の双方へ供給してインクの流量及び液滴発生器の配列長さが増すに伴って生ずる、流体の乱流を解消することを提案するものである。
【００１６】
図３には、液滴発生器の入口ポート及び出口ポートの双方に均一に且つ、等しくインクを供給するための装置及び方法が提供される、本発明による流体装置が図示されている。インクは、インクの流れを分割する前に、プリントヘッド２０のフレーム及び冷却板２２を通って進む。従来技術の流体装置と比較して、全ての変更部分はプリントヘッド休止ステーション１４及びプリントヘッド２０内に配置されている。通常の作動時、弁ＶF、ＶAは閉じられている。プリントヘッドの休止ステーションに供給されたインクは、冷却板２２を通ってプリントヘッドのエレクトロニクス部品を冷却する。次に、供給されたインクは、弁ＶI、ＶIBに遭遇する。始動時、弁ＶIBは閉じられ、弁ＶI、ＶOは開放して、インクが温度測定用のサーミスタを横断して液滴発生器３０´を通って流れ且つ、液滴発生器出口ポート３４´から出るのを許容する。適宜な量の洗浄後、弁ＶIBも開放される。このことは、弁ＶIB及び最後のフィルタ３２を有するＪＡからＪＢへの流体供給管ＬＢから空気及び塵埃をフラッシングすることになる。出口弁ＶOは開放しているから、この流体供給管から流れ出るインクは、液滴発生器３０´を迂回し且つ、図１に示したインクタンク４２に戻る。次に、弁ＶOを閉じて液滴発生器３０´を加圧し、図示しないオリフィス板のオリフィスの各々にインクジェットが形成されるようにすることができる。弁ＶI及び弁ＶIBの双方は開放しているため、インクは流体供給管ＬＩ、ＬＯの双方を通って液滴発生器３０´に供給される。流体供給管ＬＡ、ＬＢの双方にて同一型式の弁及びフィルタを使用することにより、２つのポート２８´、３４´を通って液滴発生器３０´に流れる流体の流量はほぼ釣り合う。同様に、流体供給管ＬＡ、ＬＢの双方の弁及びフィルタは釣り合っており、また、何れの流体供給管と関係したヒータ源が存在しないため、流体供給管ＬＡを通じて供給されたインクは、流体供給管ＬＢを通じて供給されたインクとほぼ等しい温度となる。温度差があれば、刺激、液滴の偏向及び液滴発生器の幅に亙るインク／紙の相互作用に差が生ずる可能性がある。このようにして、液滴発生器３０´内への流体速度は、従来の技術で遭遇するものとほぼ等しくなり、流体の流れのレイノルズ数（Ｒｅｙｎｏｌｄ）を小さくし且つ、印刷作動モード中の乱流の問題点を解消する。
【００１７】
本発明によれば、液滴発生器３０´は、流体が液滴発生器に供給されるときに通る少なくとも単一方向入口ポート２８´と、プリントヘッドの始動時及び作動停止の間、出口として機能し且つプリントヘッドの通常の作動中、追加的なインク入口ポートとして機能する双方向流体ポート３４´とを含む、多数の流体ポートを有している。この配置は、入口流量を液滴発生器３０´に対して乱流が開始するときの流量以下まで減少させる。
【００１８】
作動停止時、弁ＶI、ＶIBを弁ＶO、ＶF、ＶAと協働して連続的に作動させ。液滴発生器及びへプリントヘッドへの流体供給管を洗浄し且つ乾燥させることができる。典型的に、作動停止順序は、２つの面ＶI、ＶIBの一方が閉じられる一方、他方が開放して流体供給管、フィルタ及び液滴発生器を通る高流量を色々な構成要素を効果的に洗い流し且つ乾燥させるに必要な流量となるようにすることを容易にする状況を含むことができる。
【００１９】
本明細書に記載された二重送り込み技術は、液滴発生器の入口及び出口ポートにて流れを等しく５０％に分割した分の３％以内に釣り合った流れにてインクを液滴発生器に供給する装置及び方法を提供する。本発明による配置は、また、供給管内のそれぞれの弁によって２つの供給管を独立的に制御する機構も提供する。このことは、フィルタの各々を別個に排出することを許容し、その結果、残留する全てのインクを除去するフィルタの能力が向上することになる。このため、本発明は、始動時及び作動停止の間、液滴発生器に対して単一のポートを通じて流れを向けて、液滴発生器及びその他の構成要素をより効果的にフラッシングすることを許容するという有利な効果を有する。
【００２０】
その好ましい実施の形態に関して、本発明を詳細に説明したが、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱せずに、その他の改変例及び変更例が可能であることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】１つの典型的なインクジェットプリンタの流体の従来技術を示す概略図である。
【図２】液滴発生器への単一送り込み式のインク供給状態を示す、図１の流体概略図のプリントヘッド休止ステーションの拡大図である。
【図３】プリントヘッド内の乱流を抑制する装置及び方法を示す。本発明に従って改変された、プリントヘッドの休止ステーションの拡大図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０    単一送り込み式のインク供給を行う流体の概略図
１２    流体装置
１４    プリントヘッドの休止ステーション
１６    加熱した臍の緒状の物
１８    インク経路
２０    プリントヘッド
２２    冷却板
２４    サーミスタ
２６    インクフィルタエレメント
２８、２８´    液滴発生器３０の入口
３０、３０´    液滴発生器
３２    プリントヘッド内の第２のフィルタ
３４、３４´    液滴発生器の出口ポ−ト
３５    圧力変換器
３６    捕獲器
３８    捕獲パン
４０    流体管
４２    インクタンク
４４    空気ポンプ
【図１】
2004268566.tif 000003
【図２】
2004268566.tif 000004
【図３】
2004268566.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月4日(2003.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004268566.tif 000006
【図２】
2004268566.tif 000007
【図３】
2004268566.tif 000008
【外国語明細書】
2004268566000001.pdf