(57)【要約】【課題】優れたインク圧力調整器を得る。【解決手段】インクジェット印字ヘッドに対して供給されるインクの静圧を調整するためのインク圧力調整器は、インクラインを介して上記印字ヘッドと流体連通するためのインク出口を有するインクチャンバと、大気に開口するエアー入口と、上記チャンバ内へと気泡を泡立てるための気泡出口であって上記各気泡がインクの膜または本体内に捕捉されるエアーキャビティを成す当該気泡出口と、上記エアー入口と上記気泡出口とを接続するエアーチャネルと、を備えており、上記気泡出口は、上記印字ヘッドへインクを供給する結果として上記チャンバ内へ引き込まれる気泡のラプラス圧を制御することによりインクの静圧を調整するように寸法付けされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット印字ヘッドに対して供給されるインクの静圧を調整するためのインク圧力調整器において、
インクラインを介して前記印字ヘッドと流体連通するためのインク出口を有するインクチャンバと、
大気に開口するエアー入口と、
前記チャンバ内へと気泡を泡立てるための気泡出口であって、前記各気泡がインクの膜または本体内に捕捉されるエアーキャビティを成す、気泡出口と、
前記エアー入口と前記気泡出口とを接続するエアーチャネルと、
を備え、
前記印字ヘッドへインクを供給することで前記チャンバ内へ引き込まれる気泡、のラプラス圧を制御するために、前記気泡出口は寸法付けられており、これにより、前記インクの静圧を調整する、インク圧力調整器。
【請求項２】
前記インクチャンバがプリンタ用のインクリザーバである請求項１に記載の圧力調整器。
【請求項３】
前記インクチャンバが、インクリザーバと流体連通するためのインク入口ポートを有する請求項１に記載の圧力調整器。
【請求項４】
前記気泡出口が、エアーチャネルの端部、多孔質膜、メッシュ、および連続気泡発泡体ブロック、を含むグループのうちのいずれか１つによって形成される請求項１に記載の圧力調整器。
【請求項５】
前記気泡出口が、前記チャンバ内のインクの静圧が大気圧よりも少なくとも１００ｍｍＨ２Ｏ低くなるように寸法付けられる請求項１に記載の圧力調整器。
【請求項６】
前記気泡出口が長さ寸法と幅寸法とを有するスロットとして構成され、前記幅寸法が気泡のラプラス圧を制御するようになっている請求項１に記載の圧力調整器。
【請求項７】
前記スロットの幅寸法が２００ミクロン未満である請求項６に記載の圧力調整器。
【請求項８】
前記気泡出口が、前記チャンバ内に収容されるインク中へと気泡を泡立てるように位置され、前記各気泡がインクの本体内に捕捉されるエアーキャビティを成す請求項１に記載の圧力調整器。
【請求項９】
前記気泡出口が、前記チャンバ内に収容されるインクの上側のヘッドスペース内へと気泡を泡立てるように位置され、前記各気泡がインクの膜内に捕捉される気泡を成す請求項１に記載の圧力調整器。
【請求項１０】
前記圧力調整器は、さらに、
前記インクチャンバ内に収容されるインクと流体連通する毛管チャネル、を備え、
前記毛管チャネルが、毛管作用によって前記チャンバから前記気泡出口へインクを供給する、請求項９に記載の圧力調整器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットプリンタ用の圧力調整器に関する。本発明は、主に、印字ヘッドノズルへインクを供給するインク供給システム内で負の静圧を生成するために開発された。
【背景技術】
【０００２】
上記相互参照文献に記載されるインクジェット印字ヘッドは、一般に一連のノズルを備えており、各ノズルは、ノズルチャンバの天部に画成されるノズル開口からインクを射出するための関連するインク射出アクチュエータを有している。インクカートリッジまたは他のリザーバからのインクは上記チャンバへと供給され、このチャンバでは、印字のために射出アクチュエータがノズル開口を通じてインク滴を押し出す。一般に、インクカートリッジは、インクジェットプリンタにおいて交換可能な消耗品である。
【０００３】
インクは、各液滴射出後に生み出される吸引力によって、また、親水性の表面（例えば、二酸化珪素表面）を有するインク供給チャネルの毛管作用によって各ノズルチャンバ内へ引き込むことができる。非作動期間中、インクは、各ノズル開口の周縁にわたって留められるインクメニスカスの表面張力によってノズルチャンバ内に保持される。インク圧が制御されない場合には、おそらくインクの熱膨張によって、あるいは、ノズルの高さよりも上側にインクを上昇させるプリンタのチッピングによって、インク圧が外部の大気圧に対してプラスになる場合がある。この場合、インクが印字ヘッド表面上に溢れる。また、能動的印字中、インク供給チャネルを通じて供給されるインクは、印字が停止するとノズルから流出して印字ヘッド面に溢れる十分なモーメントを有する。印字ヘッド面溢れは、これらのシナリオのいずれにおいても明らかに望ましくない。
【０００４】
この問題を扱うため、多くの印字ヘッドインク供給システムは、ノズルでのインクの静圧が大気圧未満となるように設計される。これにより、ノズル開口にわたるメニスカスが凹状になり或いは内側に引き込まれる。非作動期間中においては、メニスカスがノズル開口に留められ、インクはノズルから自由に流れることができない。また、インク流出の結果としての面溢れが最小限に抑えられる。
【０００５】
チャンバ内の負圧の大きさは２つの要因によって制限される。負圧は、チャンバをデプライムする（すなわち、チャンバからインクを吸引してカートリッジへ戻す）に足る強さを有することができない。しかしながら、負圧が非常に弱い場合、特に印字ヘッドが揺り動かされれば、ノズルがインクを印字ヘッド面上へ漏出させる可能性がある。何らかの形態の改善（例えば、印字ヘッドメンテナンスまたはリプライミング）を要するこれらの２つの悲惨な出来事の他、次善最適なインク静圧は、一般に、印字中に印字品質のかなりの損失を伴って一連の画像欠陥を引き起こす。したがって、インクジェットプリンタは、インク供給システムの圧力調整器によって達成されなければならないインク静圧の比較的狭いウインドウを有する場合がある。
【０００６】
一般に、インクカートリッジは、それから供給されるインクの静圧を調整するための何らかの手段を組み込むように設計される。負圧を形成するために、一部のカートリッジはフレキシブルバッグ形態を使用する。カートリッジの部品は、インク格納量を増大させる方向へ付勢されるフレキシブルバッグまたは壁部を有する。特許文献１および特許文献２は、このタイプのカートリッジの例である。これらのカートリッジは、負圧を与えることができるが、フレキシブルバッグにおける内部リーフスプリングの優れた製造公差に依存する傾向がある。また、フレキシブルバッグにおける内部付勢手段の要件は、かなりの製造困難性を与える。
【０００７】
インクカートリッジを介して負のインク圧を生み出す他の手段が図２５に示されている。一片の発泡体または多孔質材料２が出口３の上側のカートリッジ１内に配置される。発泡体２は、インク４で飽和される部分と、インクで湿らされてもよいが飽和されない部分５とを有している。カートリッジ１の上端は、エアー迷路７を通じて大気に通気される。毛管作用（矢印６によって表わされる）がインクを飽和部分４から非飽和部分５内へと引き込む。これは、増大される静圧の負荷によって或いは毛管作用６によって上方へ引き上げられるインクの「頭部」によってインクが釣り合わされるまで続く。飽和部分４の上端の静圧は、非飽和部分５内への毛管作用に起因して大気圧未満である。そこから、静圧は、出口３へ向かって増大し、印字ヘッド（図示せず）に接続される場合にはノズル開口に至るまで増大し続ける（ノズル開口が印字ヘッドの最下点であると仮定した場合）。ノズルでのインクの静圧が大気圧未満となるように非飽和発泡体に対する飽和発泡体の割合を設定することにより、インクメニスカスが内側に生じる。
【０００８】
しかしながら、発泡挿入体を備えるインクカートリッジは、一般に、最大１６００ｄｐｉで印字する出願人のページ幅印字ヘッドを使用する高速印字（例えば、１〜２秒毎に１ページの印字速度）に適さない。そのような高速プリンタには、従来の走査プリンタよりも高い発射速度を有する多数のノズルがある。したがって、カートリッジからのインク流量は、走査印字ヘッドのそれよりもかなり大きい。発泡挿入体によって引き起こされる液圧抵抗は、ノズルを不足状態にする可能性があり、また、チャンバ再充填速度を遅らせる可能性がある。多孔性の高い発泡体は、液圧抵抗が低いが、毛管力もかなり低い。更に、正確な圧力制御は、内部空間寸法にわたって正確な制御を同様に必要とするが、これは、殆どの発泡体材料の確率的に形成される空隙構造によって達成するのが困難である。したがって、多孔質発泡挿入体は、高いインク流量でインク圧を制御するための実行可能な手段であると見なされていない。
【０００９】
一体の圧力調整器を有するインクカートリッジに代わる（に加える）手段として、インク供給システムは、印字ヘッドとインクリザーバとの間のインクラインに圧力調整器を備えていてもよい。参照によりその内容が本明細書に組み込まれる本出願人の既に出願された、特許文献３および特許文献４は、ダイヤフラムおよび付勢機構を備えるインライン圧力調整器について記載している。この機械的な装置は、印字ヘッドで負のインク静圧を生成するために使用される。しかしながら、このタイプの機械的な圧力調整器は、ダイヤフラムの上流側および下流側のインク圧の変動に応じてダイヤフラムを開閉させるスプリングに関して極めて細かい製造公差を必要とするという欠点を有している。実際に、圧力制御のこの機械的なシステムは、一定の負のインク静圧を比較的狭い圧力範囲内に維持することが必要とされるインク供給システムでの実施を困難にする。
【００１０】
したがって、インク静圧を比較的狭い圧力範囲内に維持するのに適した圧力調整器を提供することが望ましい。また、比較的高いインク流量での使用に適する圧力調整器を提供することが望ましい。更に、構造が簡単で且つ高い許容誤差で製造される過剰な可動部品を必要としない圧力調整器を提供することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願第１１／０１４７６４号
【特許文献２】米国特許出願第１１／０１４７６９号
【特許文献３】米国特許出願第１１／２９３８０６号（２００５年１２月５日に出願）
【特許文献４】米国特許出願第１１／２９３８４２号（２００５年１２月５日に出願）
【発明の概要】
【００１２】
第１の態様において、本発明は、インクジェット印字ヘッドに対して供給されるインクの静圧を調整するためのインク圧力調整器であって、
インクラインを介して上記印字ヘッドと流体連通するためのインク出口を有するインクチャンバと、
大気に開口するエアー入口と、
上記チャンバ内に収容されるインク中へとエアーを泡立てるように位置された気泡出口と、
上記エアー入口と上記気泡出口とを接続するエアーチャネルと、
を備え、
上記印字ヘッドへインクを供給することで上記チャンバ内へ引き込まれる気泡、のラプラス圧を制御するために、上記気泡出口は寸法付けられており、これにより、上記インクの静圧を調整する、
インク圧力調整器を提供する。
【００１３】
場合により、上記インクチャンバがプリンタ用のインクリザーバである。
【００１４】
場合により、上記インクチャンバは、インクリザーバと流体連通するためのインク入口ポートを有する。
【００１５】
場合により、上記気泡出口は、チャンバ内のインクの静圧が大気圧よりも少なくとも１０ｍｍＨ２Ｏ低くなるように寸法付けられる。
【００１６】
場合により、上記気泡出口は、チャンバ内のインクの静圧が大気圧よりも少なくとも１００ｍｍＨ２Ｏ低くなるように寸法付けられる。
【００１７】
場合により、上記気泡出口は、該気泡出口から出る気泡のラプラス圧を制御する重要寸法を有している。
【００１８】
場合により、上記気泡出口が円形の開口として構成され、上記円形の開口の半径が気泡のラプラス圧を制御するようになっている。
【００１９】
場合により、上記気泡出口が長さ寸法と幅寸法とを有するスロットとして構成され、上記幅寸法が気泡のラプラス圧を制御するようになっている。
【００２０】
場合により、上記スロットの幅が２００ミクロン未満である。
【００２１】
場合により、上記エアーチャネルの各断面寸法がスロットの幅よりも大きく、それにより、エアーチャネル内の流れ抵抗が最小限に抑えられる。
【００２２】
場合により、上記エアーチャネルは、エアー入口を通じたインク損失を最小にするために湾曲している或いは曲がりくねっている。
【００２３】
場合により、上記エアーチャネルは、上記チャネル内のインクの最大毛管容量が約０．１ｍＬ未満となるように寸法付けられている。
【００２４】
場合により、上記チャンバの１つの壁が吸気プレートを備え、上記プレートがエアー入口、エアーチャネル、および、気泡出口を備える。
【００２５】
場合により、上記プレートが複数の重ね合わされた層を備え、上記層が協働してエアー入口、エアーチャネル、および、気泡出口を画成する。
【００２６】
場合により、上記プレートは、
エアー入口開口が貫通して画成されるとともに、その第１の面に細長い凹部が形成され、上記凹部が上記エアー入口開口から末端まで長手方向に延びる第１の層と、
上記第１の面に積層され、気泡通気開口が貫通して画成される第２の層と、
を備え、
上記気泡通気開口が上記末端と流体連通するように位置されている。
【００２７】
場合により、上記末端へ向かう上記凹部の深さが上記気泡出口の重要寸法を画成し、上記重要寸法が上記気泡出口から出る気泡のラプラス圧を制御する。
【００２８】
場合により、上記凹部が上記末端に浅い部分を有し、上記浅い部分が上記エアーチャネル内に狭窄部を形成する。
【００２９】
場合により、上記末端が上記気泡通気開口よりも大きい直径を有する円形凹部によって画成され、それにより、環状スロットにより形成される気泡出口が設けられる。
【００３０】
場合により、上記第１の面には囲繞部が画成され、上記囲繞部は、第１および第２の層の積層中に上記凹部を接着剤から保護する。
【００３１】
更なる態様においては、上記チャンバ内のインクの上側のヘッドスペース内の過度の圧力を解放するための排気弁を更に備える圧力調整器が提供される。
【００３２】
第２の態様において、本発明は、
インクジェット印字ヘッドと、
インクリザーバと、
上記印字ヘッドに対して供給されるインクの静圧を調整するためのインク圧力調整器であって、
インク出口を有するインクチャンバと、
大気に開口するエアー入口と、
上記チャンバ内へと気泡を泡立てるための気泡出口であり、各気泡がインクの膜または本体内に捕捉されるエアーキャビティを成し、印字ヘッドへインクを供給する結果として上記チャンバ内へ引き込まれる気泡のラプラス圧を制御することによりインクの静圧を調整するように寸法付けられている、気泡出口と、
エアー入口と気泡出口とを接続するエアーチャネルと、
を備えるインク圧力調整器と、
上記インク出口と上記印字ヘッドの入口チャネルとの間を流体連通させる第１のインクラインと、
を備える印字ヘッドインク供給システムを提供する。
【００３３】
場合により、上記インクリザーバが上記インクチャンバによって画成される。
【００３４】
場合により、上記インク圧力調整器が交換可能なインクカートリッジである。
【００３５】
更なる態様では、上記インクリザーバを画成するインクカートリッジを更に備えるインク供給システムが提供され、上記インクカートリッジは、上記インクチャンバのインク入口ポートと流体連通するインク供給ポートを有する。
【００３６】
更なる態様では、上記印字ヘッドの出口チャネルと上記インクリザーバの戻し入口との間を流体連通する第２のインクラインを更に備えるインク供給システムが提供され、上記インク供給システムがループを成すようになっている。
【００３７】
場合により、上記戻し入口は、戻されたインクをフィルタ処理するためのインクフィルタを備える。
【００３８】
場合により、上記印字ヘッドの上流側の上記第１のインクライン内には第１のポンプが位置されている。
【００３９】
場合により、上記第１のポンプは印字中に開放して休止しており、それにより、上記圧力調整器が印字中に印字ヘッド内のインクの静圧を決定する。
【００４０】
場合により、上記印字ヘッドの下流側の上記第２のインクライン内には第２のポンプが位置されている。
【００４１】
場合により、上記第１および第２のポンプは、プライミング動作、デプライミング動作、パージ動作、印字動作のために独立に構成可能である。
【００４２】
場合により、上記気泡出口は、チャンバ内のインクの静圧が大気圧よりも少なくとも１０ｍｍＨ２Ｏ低くなるように寸法付けられる。
【００４３】
場合により、上記気泡出口は、該気泡出口から出る気泡のラプラス圧を制御する重要寸法を有している。
【００４４】
場合により、上記気泡出口が長さ寸法と幅寸法とを有するスロットとして構成され、上記幅寸法が気泡のラプラス圧を制御するようになっている。
【００４５】
場合により、上記スロットの幅が２００ミクロン未満である。
【００４６】
場合により、気泡出口は、チャンバ内に収容されるインク中へと気泡を泡立てるように位置され、各気泡がインクの本体内に捕捉されるエアーキャビティを成す。
【００４７】
更なる態様では、上記チャンバ内のインクの上側のヘッドスペース内の過度の圧力を解放するための排気弁を更に備える圧力調整器が提供される。
【００４８】
場合により、上記エアーチャネルは、エアー入口を通じたインク損失を最小にするために湾曲している或いは曲がりくねっている。
【００４９】
場合により、気泡出口は、上記チャンバ内に収容されるインクの上側のヘッドスペース内へと気泡を泡立てるように位置され、各気泡がインクの膜内に捕捉される気泡を成す。
【００５０】
更なる態様では、インクチャンバ内に収容されるインクと流体連通する毛管チャネルを更に備え、上記毛管チャネルが毛管作用によってチャンバから気泡出口へインクを供給する圧力調整器が提供される。
【００５１】
第３の態様において、本発明は、インクジェット印字ヘッドに対して供給されるインクの静圧を調整するためのインク圧力調整器であって、
インクラインを介して上記印字ヘッドと流体連通するためのインク出口を有するインクチャンバと、
大気に開口するエアー入口と、
上記チャンバのヘッドスペース内へと気泡を泡立てるように位置され、上記各気泡がインクの膜内に捕捉されるエアーキャビティを成す、気泡出口と、
上記インクチャンバ内に収容されるインクと流体連通し、毛管作用によって上記チャンバから上記気泡出口へインクを供給する毛管チャネルと、
上記エアー入口と上記気泡出口とを接続するエアーチャネルと、
を備え、
上記気泡出口は、上記印字ヘッドへインクを供給する結果として上記チャンバ内へ引き込まれる気泡のラプラス圧を制御することによりインクの静圧を調整するように寸法付けられている、
インク圧力調整器を提供する。
【００５２】
場合により、上記インクチャンバがプリンタ用のインクリザーバである。
【００５３】
場合により、上記インクチャンバは、インクリザーバと流体連通するためのインク入口ポートを有する。
【００５４】
場合により、上記気泡出口は、チャンバ内のインクの静圧が大気圧よりも少なくとも１０ｍｍＨ２Ｏ低くなるように寸法付けられる。
【００５５】
場合により、上記気泡出口は、チャンバ内のインクの静圧が大気圧よりも少なくとも１００ｍｍＨ２Ｏ低くなるように寸法付けられる。
【００５６】
場合により、上記気泡出口は、該気泡出口から出る気泡のラプラス圧を制御する重要寸法を有している。
【００５７】
場合により、上記気泡出口が円形の開口として構成され、上記円形の開口の半径が気泡のラプラス圧を制御するようになっている。
【００５８】
場合により、上記気泡出口が長さ寸法と幅寸法とを有するスロットとして構成され、上記幅寸法が気泡のラプラス圧を制御するようになっている。
【００５９】
場合により、上記スロットの幅寸法が２００ミクロン未満である。
【００６０】
更なる態様では、上記気泡出口に隣接する気泡通気口を更に備え、上記気泡通気口が上記ヘッドスペース内へ開口する、圧力調整器が提供される。
【００６１】
場合により、上記気泡出口および上記気泡通気口は、各気泡が上記気泡出口にわたって留められたインクのメニスカスによって壊れ且つ上記気泡通気口を介して上記チャンバ内へ通気するように協働する。
【００６２】
場合により、上記チャンバの１つの壁が吸気プレートを備え、上記プレートがエアー入口、エアーチャネル、気泡出口、および、気泡通気口を備える。
【００６３】
場合により、上記プレートが複数の重ね合わされた層を備え、上記層が協働してエアー入口、エアーチャネル、気泡出口、および、気泡通気口を画成する。
【００６４】
場合により、上記プレートは、
エアー入口開口が貫通して画成されるとともに、その第１の面に細長い凹部が画成され、上記凹部が上記エアー入口開口の基端から先端まで長手方向に延びる第１の層と、
上記第１の面に積層され、毛管入口開口および気泡通気開口が貫通して画成される第２の層と、
を備え、
上記毛管入口開口が上記凹部の上記先端へ向けて位置されるとともに、上記気泡通気開口が上記凹部の上記基端へ向けて位置される。
【００６５】
場合により、前期基端の上記凹部の深さが上記気泡出口の重要寸法を画成し、上記重要寸法が上記気泡出口から出る気泡のラプラス圧を制御する。
【００６６】
場合により、上記気泡通気開口は、表面張力によって開口にわたってインクのメニスカスを留めるように寸法付けられる。
【００６７】
場合により、上記気泡通気開口が上記気泡出口に隣接する。
【００６８】
場合により、上記凹部は、上記先端から上記基端へインクの柱を立ち上げる十分な毛管圧を与えるように寸法付けられる。
【００６９】
第４の態様において、本発明は、インクジェット印字ヘッドに対して供給されるインクの静圧を調整するためのインク圧力調整器であって、
インクラインを介して上記印字ヘッドと流体連通するためのインク出口を有するインクチャンバと、
大気に開口するエアー入口と、
上記チャンバ内へと気泡を泡立てるための気泡出口であり、上記各気泡がインクの膜または本体内に捕捉されるエアーキャビティを成す、気泡出口と、
上記エアー入口と上記気泡出口とを接続するエアーチャネルと、
を備え、
上記気泡出口は、上記印字ヘッドへインクを供給する結果として上記チャンバ内へ引き込まれる気泡のラプラス圧を制御することによりインクの静圧を調整するように寸法付けられている、
インク圧力調整器を提供する。
【００７０】
場合により、上記インクチャンバがプリンタ用のインクリザーバである。
【００７１】
場合により、上記インクチャンバは、インクリザーバと流体連通するためのインク入口ポートを有する。
【００７２】
場合により、上記気泡出口は、チャンバ内のインクの静圧が大気圧よりも少なくとも１０ｍｍＨ２Ｏ低くなるように寸法付けられる。
【００７３】
場合により、上記気泡出口は、チャンバ内のインクの静圧が大気圧よりも少なくとも１００ｍｍＨ２Ｏ低くなるように寸法付けられる。
【００７４】
場合により、上記気泡出口は、該気泡出口から出る気泡のラプラス圧を制御する重要寸法を有している。
【００７５】
場合により、上記気泡出口が円形の開口として構成され、上記円形の開口の半径が気泡のラプラス圧を制御するようになっている。
【００７６】
場合により、上記気泡出口が長さ寸法と幅寸法とを有するスロットとして構成され、上記幅寸法が気泡のラプラス圧を制御するようになっている。
【００７７】
場合により、上記スロットの幅が２００ミクロン未満である。
【００７８】
場合により、気泡出口は、チャンバ内に収容されるインク中へと気泡を泡立てるように位置され、各気泡がインクの本体内に捕捉されるエアーキャビティを成す。
【００７９】
更なる態様では、上記チャンバ内のインクの上側のヘッドスペース内の過度の圧力を解放するための排気弁を更に備える圧力調整器が提供される。
【００８０】
場合により、上記エアーチャネルは、エアー入口を通じたインク損失を最小にするために湾曲している或いは曲がりくねっている。
【００８１】
場合により、気泡出口は、上記チャンバ内に収容されるインクの上側のヘッドスペース内へと気泡を泡立てるように位置され、各気泡がインクの膜内に捕捉される気泡を成す。
【００８２】
更なる態様では、インクチャンバ内に収容されるインクと流体連通する毛管チャネルを更に備え、上記毛管チャネルが毛管作用によってチャンバから気泡出口へインクを供給する圧力調整器が提供される。
【００８３】
更なる態様では、上記気泡出口に隣接する気泡通気口を更に備え、上記気泡通気口が上記ヘッドスペース内へ開口する、圧力調整器が提供される。
【００８４】
第５の態様において、本発明は、インクジェット印字ヘッドに対して供給されるインクの静圧を調整するのに適するインクカートリッジであって、
インクラインを介して上記印字ヘッドと流体連通するためのインク出口を有するインクチャンバと、
大気に開口するエアー入口と、
上記チャンバ内へと気泡を泡立てるための気泡出口であり、上記各気泡がインクの膜または本体内に捕捉されるエアーキャビティを成す、気泡出口と、
上記エアー入口と上記気泡出口とを接続するエアーチャネルと、
を備え、
上記気泡出口は、上記印字ヘッドへインクを供給する結果として上記チャンバ内へ引き込まれる気泡のラプラス圧を制御することによりインクの静圧を調整するように寸法付けられている、
インクカートリッジを提供する。
【００８５】
場合により、上記気泡出口は、チャンバ内のインクの静圧が大気圧よりも少なくとも１０ｍｍＨ２Ｏ低くなるように寸法付けられる。
【００８６】
場合により、上記気泡出口は、チャンバ内のインクの静圧が大気圧よりも少なくとも１００ｍｍＨ２Ｏ低くなるように寸法付けられる。
【００８７】
場合により、上記気泡出口は、該気泡出口から出る気泡のラプラス圧を制御する重要寸法を有している。
【００８８】
場合により、上記気泡出口が円形の開口として構成され、上記円形の開口の半径が気泡のラプラス圧を制御するようになっている。
【００８９】
場合により、上記気泡出口が長さ寸法と幅寸法とを有するスロットとして構成され、上記幅寸法が気泡のラプラス圧を制御するようになっている。
【００９０】
場合により、上記スロットの幅が２００ミクロン未満である。
【００９１】
場合により、気泡出口は、チャンバ内に収容されるインク中へと気泡を泡立てるように位置され、各気泡がインクの本体内に捕捉されるエアーキャビティを成す。
【００９２】
更なる態様では、上記チャンバ内のインクの上側のヘッドスペース内の過度の圧力を解放するための排気弁を更に備えるインクカートリッジが提供される。
【００９３】
場合により、上記エアーチャネルは、エアー入口を通じたインク損失を最小にするために湾曲している或いは曲がりくねっている。
【００９４】
場合により、気泡出口は、上記チャンバ内に収容されるインクの上側のヘッドスペース内へと気泡を泡立てるように位置され、各気泡がインクの膜内に捕捉される気泡を成す。
【００９５】
更なる態様では、インクチャンバ内に収容されるインクと流体連通する毛管チャネルを更に備え、上記毛管チャネルが毛管作用によってチャンバから気泡出口へインクを供給するインクカートリッジが提供される。
【００９６】
更なる態様では、上記気泡出口に隣接する気泡通気口を更に備え、上記気泡通気口が上記ヘッドスペース内へ開口する、インクカートリッジが提供される。
【００９７】
更なる態様では、交換可能または使い捨て可能なインクカートリッジであるインクカートリッジが提供される。
【００９８】
更なる態様では、印字ヘッドからインクを受けるためのインク入口を更に備えるインクカートリッジが提供される。
【００９９】
更なる態様では、受けたインクをフィルタ処理するためのインクフィルタを更に備えるインクカートリッジが提供される。
【０１００】
第６の態様において、本発明は、インクジェット印字ヘッドへ供給されるインクの静圧を調整する方法であって、
所定量のインクをインクチャンバから引き出すと同時に、気泡出口を介して気泡を上記チャンバ内へと泡立てることにより引き出された量のインクと釣り合わせ、各気泡がインクの膜または本体によって捕捉されるエアーキャビティによって画成され、
気泡出口は、気泡のラプラス圧を制御することによりインクの静圧を調整するように寸法付けられている、
方法を提供する。
【０１０１】
場合により、上記インクチャンバがプリンタ用のインクリザーバである。
【０１０２】
場合により、上記インクチャンバは、インクリザーバと流体連通するためのインク入口ポートを有する。
【０１０３】
場合により、上記気泡出口は、チャンバ内のインクの静圧が大気圧よりも少なくとも１０ｍｍＨ２Ｏ低くなるように寸法付けられる。
【０１０４】
場合により、上記気泡出口は、チャンバ内のインクの静圧が大気圧よりも少なくとも１００ｍｍＨ２Ｏ低くなるように寸法付けられる。
【０１０５】
場合により、上記気泡出口は、該気泡出口から出る気泡のラプラス圧を制御する重要寸法を有している。
【０１０６】
場合により、上記気泡出口が円形の開口として構成され、上記円形の開口の半径が気泡のラプラス圧を制御するようになっている。
【０１０７】
場合により、上記気泡出口が長さ寸法と幅寸法とを有するスロットとして構成され、上記幅寸法が気泡のラプラス圧を制御するようになっている。
【０１０８】
場合により、上記スロットの幅寸法が２００ミクロン未満である。
【０１０９】
場合により、気泡出口は、チャンバ内に収容されるインク中へと気泡を泡立てるように位置され、各気泡がインクの本体内に捕捉されるエアーキャビティを成す。
【０１１０】
場合により、気泡出口は、上記チャンバ内に収容されるインクの上側のヘッドスペース内へと気泡を泡立てるように位置され、各気泡がインクの膜内に捕捉される気泡を成す。
【０１１１】
場合により、毛管チャネルが毛管作用によってチャンバから気泡出口へとインクを供給する。
【０１１２】
場合により、上記気泡出口に隣接する気泡通気口が上記気泡を上記ヘッドスペース内へと通気する。
【０１１３】
場合により、上記量のインクは、上記チャンバのインク出口と流体連通する印字ヘッドのポンプ作用によって引き出される。
【０１１４】
第７の態様では、インクジェット印字ヘッドのためのインクリザーバであって、
周囲圧力未満の圧力で所定量のインクを維持するための容器と、
印字ヘッドに対してシール状態で流体接続するためのインク入口と、
容器内部と大気との間の所定の圧力差で容器内へのエアーの流入を許容する圧力調整器を有するエアー入口と、
を備えるインクリザーバが提供される。
【０１１５】
場合により、圧力調整器がリリーフバルブである。
【０１１６】
場合により、圧力調整器は、大気に露出するための第１の面と、容器内のインクと接触するための第２の面とを有する多孔質部材であり、使用中、第１の面のエアーが第２の面へと移動して気泡を形成する。
【０１１７】
場合により、圧力調整器は、インク出口位置に対して僅かに持ち上げられる。
【０１１８】
場合により、多孔質部材が膜である。
【０１１９】
場合により、多孔質部材がメッシュである。
【０１２０】
場合により、多孔質部材が連続気泡発泡体ブロックである。
【０１２１】
場合により、閾値圧力が１０ｍｍＨ２Ｏよりも大きい。
【０１２２】
場合により、印字ヘッドがページ幅印字ヘッドであり、閾値圧力が３００ｍｍＨ２Ｏよりも大きい。
【０１２３】
場合により、多孔質部材が互いに離間される一対の対向する膜であり、それにより、これらの膜がリザーバ内のエアー空間内に配置される場合にインクが膜間に保持される。
【０１２４】
場合により、多孔質部材がリザーバの側壁における膜であり、上記膜が内壁に隣接して位置され、それにより、インクレベルが膜の下側に下降するときに毛管作用によって上記壁と上記膜との間にインクが保持される。
【０１２５】
場合により、内壁が膜から約１ｍｍ離れている。
【０１２６】
場合により、内壁が親水性材料から形成される。
【０１２７】
場合により、インクリザーバは、毛管作用を高めるために、壁と膜との間に灯心材料を更に備える。
【０１２８】
場合により、灯心材料が織物、メッシュ、または、微粒子材料である。
【０１２９】
場合により、インクリザーバが出口を覆うフィルタを更に備える。
【０１３０】
場合により、リザーバは、インクジェットプリンタ中に取り付けるための取り外し可能なインクカートリッジである。
【０１３１】
場合により、周囲圧力が大気圧である。
【０１３２】
場合により、エアー入口は、大気から圧力調整器へ向かう曲がりくねったエアー流路を更に備える。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】針状の気泡出口を有する本発明に係る圧力調整器の概略側断面図である。
【図２】図１に示される気泡出口の拡大図である。
【図３Ａ】スロット形状の気泡出口の概略斜視図である。
【図３Ｂ】破片によって部分的に閉塞された図３Ａの気泡出口を示している。
【図４】スロット形状の気泡出口を有する本発明に係る圧力調整器の概略側断面図である。
【図５】図４に示される気泡出口の拡大図である。
【図６】図４に示される吸気プレートの分解斜視図である。
【図７】保護囲繞部を有する他の吸気プレートの斜視図である。
【図８】他の３層吸気プレートの分解斜視図である。
【図９】別個のインクカートリッジに接続される図４に示される圧力調整器の概略側断面図である。
【図１０】ヘッドスペース内へと気泡を泡立てるように気泡出口が位置された圧力調整器の概略側断面図である。
【図１１】気泡形成中の図１０に示される気泡出口の拡大図である。
【図１２】休止期間中の図１０に示される気泡出口の拡大図である。
【図１３】ヘッドスペースがプラスに加圧された後に通気している瞬間の図１０に示される気泡出口の拡大図である。
【図１４】図１０に示される吸気プレートの分解斜視図である。
【図１５】本発明にしたがったインク供給を概略的に示している。
【図１６】インク漏れが最小となるように構成された圧力調整器およびインクカートリッジの概略斜視図である。
【図１７】本発明に係る他のインクカートリッジの概略断面図である。
【図１８】図１７に示されるインクカートリッジの代替物の部分概略断面図である。
【図１９】図１７に示されるインクカートリッジの代替物の部分概略断面図である。
【図２０】二重膜カートリッジの概略断面図である。
【図２１】異なる方向における二重膜カートリッジの概略断面図である。
【図２２】単一の膜と親水性内壁とを有するカートリッジの概略断面図である。
【図２３】図２２に示されるカートリッジの代替物の部分概略断面図である。
【図２４】曲がりくねったエアー入口流路の可能な形態を示す本発明に係るカートリッジの概略斜視断面図である。
【図２５】発泡挿入体を組み込む従来技術のインクカートリッジの概略側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０１３４】
ここで、添付図面を参照して、本発明の任意的な実施形態を一例として説明する。
円形の気泡出口を有する圧力調整器
図１は、圧力調整器の基本的な動作原理を説明する目的で、本発明の最も簡単な形態を示している。図１には、インク出口１０２とエアー入口１０３とを有するインクチャンバ１０１を備える圧力調整器１００が示されている。インクチャンバ１０１はその他の点ではシールされている。インク出口１０２は、インクライン１０６を介してインク１０４を印字ヘッド１０５へ供給するためのものである。エアー入口１０３にはエアーチャネル１０８を介して気泡出口１０７が接続されている。
【０１３５】
インク１０４が印字ヘッド１０５によってインクチャンバ１０１から引き出されるときには、インクの移動量を、エアー入口１０３を介してチャンバ内へ引き込まれるエアーの等価な量と釣り合わせなければならない。インクの液面の下側に位置される気泡出口１０７は、エアーが気泡１０９の形態でチャンバ１０１内に入るようにする。気泡出口１０７の寸法は、チャンバ１０１に入る気泡１０９のサイズを決定する。
【０１３６】
図２に示されるように、エアーチャネル１０８は単純な円筒チャネルの形態を成しており、それにより、気泡出口１０７は、円筒チャネルの一端の円形の開口によって画成される。したがって、チャネルを通過する任意のエアーは、ある時点で、チャネルの内径よりも大きくない曲率半径を有する液面によって拘束される。
【０１３７】
印字中、印字ヘッド１０５のノズルは、液滴射出の度にインクチャンバ１０１からインクを引き出すポンプとしての役目を効果的に果たす。インクチャンバが通気孔を用いて大気に対して自由に開口したままであった場合（一部の従来技術のインクカートリッジの場合のように）、印字ヘッドに供給されるインクのインク静圧は、単に、印字ヘッドの上側または下側のインクリザーバの高度によって決定される。しかしながら、インクチャンバ１０１においては、微少量のインクがチャンバ１０１から引き出される度に、インク静圧は、気泡出口１０７で生じる気泡１０９内の圧力を乗り越えなければならない。ノズルのポンプ作用が気泡出口１０７で生じる気泡１０９内の圧力と一致する十分な圧力を生成すると、気泡は、インク１０４のリザーバ内へ逃げ込むことができるとともに、インク出口１０２を介してチャンバ１０１から流れることができる。
【０１３８】
したがって、気泡出口１０７で生じる気泡１０９は、印字ヘッドノズルのポンプ作用に抗する背圧を与える。すなわち、気泡出口１０７の作用は、インク供給システム内に負のインク静圧を生成することである。
【０１３９】
球状の気泡１０９内の圧力は、周知の以下のラプラス方程式によって決定される。
【０１４０】
ΔＰ＝２γ／ｒ
ここで、
ΔＰは、気泡内部とインクとの間の圧力差であり、
ｒは、気泡の半径であり、
γは、インク−エアー界面の表面張力である。
【０１４１】
気泡１０９のサイズは、気泡出口１０７の寸法を変えることによって変化させることができる。したがって、気泡出口１０７の寸法は、印字ヘッド１０５に対して供給されるインクの所定の負の静圧を定める手段を与える。小さい気泡出口寸法は、高いラプラス圧を有する小さい気泡を生成することによって大きい負のインク静圧を与える。
【０１４２】
前述した圧力調整器１００において、エアーチャネル１０８は、気泡出口１０７を画成する円形開口を有する小口径シリンダ（例えば、皮下注射器）である。しかしながら、この形態に伴う重大な問題は、円形の気泡出口１０７が非常に小さい面積（約０．０１ｍｍ２程度）を有し且つインク中の汚染物質によって詰まり易いということである。気泡出口１０７の面積を増大させることにより、インク中に汚染物質が存在する場合であっても、気泡出口をより健全なものとすることが望ましい。
【０１４３】
スロット形状の気泡出口を有する圧力調整器
図３Ａに示されるように、改良された形態の気泡出口１０７は、円形の開口とは対照的に、スロット１１０を使用する。スロットは、長さ寸法Ｌおよび幅寸法Ｗを有する。スロットから抜け出る気泡１０９は、一般に、スロットの長さにわたって延びる円筒状の前面を有する。後述するように、スロットから出る気泡１０９の曲率、したがって、気泡のラプラス圧は、主に幅寸法によって決定される。
【０１４４】
非球状の気泡において、ラプラス圧は、以下の式によって与えられる。
【０１４５】
ΔＰ＝γ／ｒ１＋γ／ｒ２
ここで、
ΔＰは、気泡内部とインクとの間の圧力差であり、
ｒ１は、気泡の幅寸法の半径であり、
ｒ２は、気泡の長さ寸法の半径であり、
γは、インク−エアー界面の表面張力である。
【０１４６】
実際には、スロットの長さは幅よりも十分に大きく（ｒ２＞＞ｒ１）、そのため、スロットから出る円筒状の前面を有する気泡のラプラス圧は以下のようになる。
【０１４７】
ΔＰ＝γ／ｒ１または２γ／Ｗ（Ｗ＝２ｒ１）
したがって、スロット１１０の幅が、スロットから出る気泡１０９のラプラス圧を制御する唯一の重要寸法（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）であることは言うまでもない。
【０１４８】
図３Ｂは、一片の破片１１１がスロット１１０に貼り付いた仮想的シナリオを示している。しかしながら、円形の開口の場合とは異なり、スロット１１０は、依然として、スロットから出る気泡の重要な曲率を制御することができる。図３Ｂに示されるように、円筒状の前面を有する気泡１０９は、依然としてスロット１１０から抜け出ることができる。したがって、スロット１１０は、インク静圧の優れた制御を依然として維持しつつ、気泡出口１０７のためのより健全な形態を与える。
【０１４９】
これまで説明した実施形態では、エアーチャネル１０８の寸法は、気泡出口１０７の寸法を反映する。これは、調整器の必須の特徴ではなく、実際には、特に高い流量で調整器の効果に悪影響を与える場合がある。エアーの固有粘度は、著しい流れ抵抗または液圧抗力をエアーチャネル１０８内に引き起こす可能性がある。Ｐｏｕｉｓｅｉｌｌｅの方程式によれば、流量は、パイプ半径ｒとｒ４関係を有している。そのため、非常に小さい半径を有するチャネルでは、流れ抵抗の問題が悪化される。
【０１５０】
本発明において、気泡出口１０７の重要寸法は、場合により約２００ミクロン未満、または、場合により約１５０ミクロン未満、または、場合により約１００ミクロン未満、または、場合により約７５ミクロン未満、または、場合により約５０ミクロン未満である。場合により、気泡出口の重要寸法は、１０〜５０ミクロンまたは１５〜４０ミクロンの範囲であってもよい。「重要寸法」とは、気泡の曲率、したがって、気泡のラプラス圧を決定する気泡出口の寸法を意味している。
【０１５１】
そのような寸法は、場合により少なくとも１０ｍｍＨ２Ｏ、または、場合により少なくとも３０ｍｍＨ２Ｏ、または、場合によりフォトサイズの印字ヘッドのための少なくとも５０ｍｍＨ２Ｏである所望の負のインク静圧を与えるために必要である。Ａ４サイズの印字ヘッドにおいて、所望の負のインク静圧は、場合により少なくとも１００ｍｍＨ２Ｏ、または、場合により少なくとも２００ｍＨ２Ｏ、または、場合により少なくとも３００ｍｍＨ２Ｏである。場合により、負の静圧は、１００〜５００ｍｍＨ２Ｏ、または、１５０〜４５０ｍｍＨ２Ｏの範囲であってもよい。
【０１５２】
例えば２００ミクロン未満の幅を有するエアーチャネル１０８は、チャネルに入るエアーのためのかなりの流れ抵抗を形成する。インクが印字ヘッド１０５へ供給されるときにエアーが同じ流速でチャネル１０８を通過できなければ、印字ヘッドの悲惨なデプライムが高い印字速度で生じる。
【０１５３】
したがって、エアーチャネルの各断面寸法が気泡出口１０７の重要寸法よりも大きくなるようにエアーチャネル１０８を構成することが望ましい。そのため、図３Ａに示されるスロット形状の気泡出口１０７において、エアーチャネル１０８は、場合により、スロット１１０の幅Ｗよりも大きい各断面寸法を有しているべきである。
【０１５４】
しかしながら、エアーチャネル１０８の容積はあまり大きくないことが重要である。印字ヘッド１０５が休止している場合に、インクが毛管作用によってエアーチャネル１０８を上昇することがある。この量のインクは、気泡１０９がインクチャンバ１０１内に引き込まれて印字に最適なインク静圧に達する前に印字ヘッド１０５によってエアーチャネル１０８を通じて吸い込まれなければならない。そのため、休止期間中に毛管作用によってエアーチャネル１０８内に引き込まれる量のインクは、最適な印字品質で印字できないため、無駄に使われる。
【０１５５】
インクの毛管量は、エアーチャネルの半径と共に増大する。したがって、場合により、エアーチャネル１０８の断面寸法（例えば、半径）は、最大毛管量が事実上はインクのデッドボリュームであるインクの約０．１ｍＬを越えるような大きさであってはならない。場合により、エアーチャネル内のインクの最大毛管量は、約０．０８ｍＬ未満、または、場合により約０．０５ｍＬ未満、または、場合により約０．０３ｍＬ未満である。
【０１５６】
図４は、前述した設計検討事項が考慮に入れられたエアーチャネル２０８および気泡出口２０７を有する他のインク圧力調整器２００を示している。圧力調整器２００は、インク出口１０２を有するインクチャンバ２０１を備えている。インクチャンバ２０１の１つの側壁は、第１および第２の平面層２１１，２１２を備える積層吸気プレート２１０によって画成される。第１および第２の層２１１，２１２は、協働してエアー入口２０３、エアーチャネル２０８、および、気泡出口２０７を画成する対応する第１および第２の面２２１，２２２を有する。エアー入口２０３は、場合により、インクチャンバ２０１内に引き込まれるエアーからの微粒子をフィルタ処理するためのエアーフィルタ（図示せず）を備えていてもよい。
【０１５７】
また、インクチャンバ２０１は、通常は圧力調整器２００の動作中に閉じられる一方向排気弁２１９も備えている。弁２１９は、例えば典型的な日中／夜間温度の変動中におけるヘッドスペース内に捕捉される所定量のエアーの熱膨張によって生じる場合があるインク１０４の上側のヘッドスペース２４０内の任意の正の圧力を解放するように構成される。ヘッドスペース２４０内の正の圧力は、それがインクをエアーチャネル２０８内で押し上げてエアー入口２０３から出させ、それにより、チャンバ２０１からのかなりのインク損失をもたらすため、望ましくない。
【０１５８】
図６を参照すると、吸気プレート２１０の第１の層２１１には、エアー入口開口２１３が貫通して画成されるとともに、溝の形態を成す細長い凹部２１４が第１の面２２１に形成されている。細長い凹部２１４は、エアー入口開口２１３から凹状の末端領域へと延びている。凹状の末端領域は、細長い凹部２１４と比べて比較的浅い深さを有する円形凹部２１６を備える。更に図６を参照すると、第２の層２１２には気泡通気開口２１７が貫通して画成されている。図４および図６から分かるように、第１および第２の面２２１，２２２が互いに重ね合わされると、凹部および開口が協働してエアー入口２０３、エアーチャネル２０８、および、気泡出口２０７を形成する。
【０１５９】
図５は、吸気プレート２１０の気泡出口領域２２０を詳しく示している。細長い凹部２１４よりも浅い円形凹部２１６は、エアーチャネル１０８内に狭窄部２１８を画成する。円形凹部２１６の深さによって第１の面２２１に画成されるこの狭窄部２１８は、気泡出口２０７のための重要な幅寸法を規定する。したがって、気泡出口２０７は環状スロットの形態をとる。この場合、スロットの長さは、第２の層２１２の気泡通気開口２１７の外周によって画成される。
【０１６０】
環状スロットを有する利点は、それがスロットの長さを最大にし、それにより、粒子状汚染物に対する気泡出口２０７の健全性が向上されるという点である。比較的深い細長い凹部２１４を有する利点は、それが凹部２１４と第２の面２２２との協働によって画成されるエアーチャネル１０８内の流れ抵抗を最小限に抑えるという点である。一般に、細長い凹部２１４は、０．２〜１ｍｍまたは０．２〜０．５ｍｍの範囲の深さと、０．５〜２ｍｍまたは０．７〜１．３ｍｍの範囲の幅とを有する。
【０１６１】
更に図５を参照すると分かるように、気泡通気開口２１７の内面２３１は、気泡出口２０７から気泡を最適に逃がすように面取りされている。
【０１６２】
図７を参照すると、吸気プレート２１０の第１の層２１１には、囲繞部２３０が画成されていてもよい。囲繞部２３０は、第１の層２１１に画成される特徴部を取り囲み、また、重要なことには、積層プロセス中に細長い凹部２１４および円形凹部２１６を任意の接着剤から保護する。第１および第２の面２２１，２２２間での任意の過剰な接着剤のウィッキングは、毛管作用がこれまで寸法を減少させる構造体の領域のみへ液体を運ぶことができ且つ囲繞部を横切る任意の経路が寸法を増大させる領域を含むため、囲繞部２３０によって引き止められる。これは、２つの層の積層によって画成されるエアー入口チャネル２０８または気泡出口開口２０７の遮断を防止する。そのため、囲繞部２３０は、吸気プレート２１０の製造を容易にする特徴である。
【０１６３】
無論、吸気プレートが多くの様々な形態をとってもよく、また、例えば３つ以上の積み重ねられた層の協働によって吸気プレートが画成されてもよいことは言うまでもない。図８は、３つの層の協働によって画成される吸気プレート２５０を示している。第１の層２５１にはエアー入口開口２５２が貫通して画成され、第２の層２５３には気泡通気開口２５４が貫通して画成され、また、第１および第２の層間に第３の膜層２５５が挟まれている。膜層２５５にはエアーチャネル開口２５６が貫通して画成され、それにより、３つの層が互いに積層されると、流体経路がエアー入口から気泡通気開口へと形成される。膜層２５５の厚さは、エアーチャネルの深さを画成するとともに、エアーチャネルの末端の気泡出口の重要寸法を画成する。
【０１６４】
以下の表１〜表４は、図４〜図６に示される圧力調整器２００における測定されたインク静圧を示している。４つの圧力調整器は、気泡出口２０７の異なる重要寸法を有して構成された。様々な流量で動圧測定が行なわれ、また、インクの流れを止めることにより静圧測定が行なわれた。動圧損失は、動的調整圧と静的調整圧との間の差である。
【表１】
2010503547.tif 000003
【表２】
2010503547.tif 000004
【表３】
2010503547.tif 000005
【表４】
2010503547.tif 000006
インク圧の優れた制御は、気泡出口の寸法を変えるだけで達成できた。
【０１６５】
また、ラプラス方程式にしたがって気泡が生成されることが圧力測定によって確認された。平均静的調整圧が以下の方程式に従うことが分かった。
【０１６６】
Ｐ＝−０．００６７／Ｗ＋１８．３
ここで、
Ｐは、水頭の平均静的調整圧（ミリメートル）であり、
Ｗは、気泡出口の幅（ミクロン）であり、また、
１８．３は、チャンバ内のインクの液位に起因するオフセット圧である。
【０１６７】
最初の項をラプラス方程式に代入すると、インクの表面張力γが３３．５ｍＮ／ｍとして計算された。インクの独立の表面張力測定は、この計算された数と密接に関連がある。
【０１６８】
圧力調整器を備えるインクカートリッジ
図４に示されるように、圧力調整器２００は、印字ヘッドのためのインクリザーバを画成するインクチャンバ２０１を備えている。圧力調整器２００の単純さ及び低コスト製造に起因して、圧力調整器は、インクジェットプリンタのための交換可能なインクカートリッジとして構成されてもよい。そのため、インクカートリッジが交換される度に、圧力調整器が交換される。この構造の利点は、プリンタの寿命中に圧力調整器が定期的に交換されるため、圧力調整器２００の長期汚染が回避されるという点である。
【０１６９】
圧力調整器に接続される交換可能なインクカートリッジ
代替的実施形態では、圧力調整器がプリンタの永久部品であってもよい。この代替的実施形態において、圧力調整器は、交換可能なインクカートリッジに対して接続できるように構成される。そのため、図９に示される実施形態において、圧力調整器２００は、一対のコネクタを介して、交換可能なインクカートリッジ２８０に対して接続される。インクコネクタ２８１は、インクカートリッジ２８０のインク供給ポート２８２をインクチャンバ２０１のインク入口ポート２８３と接続する。インク供給ポート２８２および対応するインク入口ポート２８３は、カートリッジ内に蓄えられるインク１０４の使用を最大にするため、インクカートリッジ２８０およびインクチャンバ２０１のそれぞれのベースへ向けて位置されている。
【０１７０】
均圧コネクタ２８５は、インクチャンバ２０１のヘッドスペース２４０内およびインクカートリッジ２８０のヘッドスペース２４１内の圧力を均等にするように位置されている。対応する均圧ポート２８６，２８７は、インクチャンバ２０１およびインクカートリッジ２８０のそれぞれの根元へ向けて位置されている。
【０１７１】
インクカートリッジ２８０が空になると、インクカートリッジは、インクコネクタ２８１および均圧コネクタ２８５から取り外されるとともに、プリンタから除去される。その後、逆のプロセスによって新たなインクカートリッジをプリンタ内に取り付けることができる。図９には単に概略的に示されているが、容易に分かるように、インクカートリッジ２８０は、インクカートリッジがプリンタ内に取り付けられるときにインクコネクタ２８１および均圧コネクタ２８５のそれぞれとシール係合するように構成される適切な接続ポート２８２，２８７を有していてもよい。そのようなシール係合に適した接続ポートは当分野において周知である。
【０１７２】
図９に示されるように、インク入口ポート２８３および均圧ポート２８６は、吸気プレート２１０と反対側のインクチャンバ２０１の側壁に画成される。しかしながら、無論、ポート２８３，２８６は、圧力調整器２００の構造を簡略化するために吸気プレート２１０に形成されてもよい。
【０１７３】
ヘッドスペース内に位置される気泡出口
図４に描かれる圧力調整器において、気泡出口２０７は、インクチャンバ２０１内に収容されるインク１０４の本体中へと気泡２０９を泡立てるように位置される。一般に、気泡出口２０７は、最適な静圧でのインク使用を最大にするためにチャンバ２０１のベースへ向けて位置される。この場合、エアー入口２０３はチャンバの根元へ向けて位置される。この配置に伴う問題は、温度変動の結果として休止期間中にチャンバ２０１内に収容されたインク１０４がエアーチャネル２０８を容易く上昇して逃げてエアー入口２０３から出る可能性があり、それにより、ヘッドスペース２４０内の加熱エアーがヘッドスペース圧力を増大させてインクをエアーチャネル２０８内で押し上げてエアー入口２０３から出させるということである。そのような温度変動を避けることはできず、それにより、かなりのインクが消耗され得る。
【０１７４】
既に前述したように、この問題を扱う１つの手段は、インクチャンバ２０１内へ排気弁２１９を組み込むことである。この弁２１９は、ヘッドスペース２４０内の任意の正圧を解放するように構成されている。しかしながら、このタイプの弁は、圧力調整器のコストおよび複雑さをかなり増大させる。そのため、排気弁２１９は、圧力調整器２００を、使い捨て可能なインクカートリッジに組み込むのにあまり適さなくする。
【０１７５】
したがって、温度変動中に多量のインクを浪費するとともに排気弁を必要とせず、したがって、使い捨て可能なインクカートリッジに組み込むのに適するインク圧力調整器を提供することが望ましい。
【０１７６】
図１０は、前述した基準を満たすインク圧力調整器３００を示している。インク圧力調整器は、図４に示される構造に類似する構造であり、依然としてインクチャンバに入る気泡のラプラス圧の制御に依存する。しかしながら、チャンバ内に収容されるインクの本体中へと気泡を泡立てるのではなく、気泡は、インクの本体の上側のヘッドスペースを介してチャンバ内へ入る。この構造により、以下で更に詳しく説明するように、休止期間中にヘッドスペース内の任意の過度の圧力をエアー入口を通じて放出することができる。
【０１７７】
図１０を参照すると、インク圧力調整器３００は、インク出口３０２を有するインクチャンバ３０１を備える。インクチャンバ３０１の１つの側壁は、第１および第２の平面層３１１，３１２を備える積層吸気プレート３１０によって画成されており、第１および第２の平面層３１１，３１２は、協働して、エアー入口３０３、気泡出口３０７、気泡通気口３０５、エアーチャネル３０８、毛管チャネル３１５、および、毛管入口３１６を形成する。気泡出口３０７および気泡通気口３０５は、気泡３０９が気泡通気口を介してチャンバのヘッドスペース３４０に入るようにチャンバ３０１内のインクの液位よりも上側に位置されている。気泡出口３０７は、エアーチャネル３０８を介してエアー入口３０３に接続される。気泡出口３０７は、一般に、スロット形状であり、インクがインク出口３０２から引き出されるときに気泡３０９のラプラス圧を制御するように厳格に寸法付けられる。
【０１７８】
しかしながら、先の実施形態とは異なり、気泡３０９は、図１１に更に明示されるように、気泡出口３０７にわたって留められ且つ気泡通気口３０５に隣接するインクのメニスカスをエアーが突破することによって形成される。気泡出口３０７から出現するそのようにして形成される気泡３０９は、気泡通気口３０５を通じてインクチャンバ３０１のヘッドスペース３４０内へと逃げる。エアーはインクメニスカスを突破しなければならないため、気泡３０９は、インクの本体全体ではなくインクの膜の内側に捕捉されるエアーキャビティによって画成される。それにもかかわらず、前述したように、同じラプラス圧制御を依然として達成できる。
【０１７９】
毛管入口３１６は、チャンバ３０１内のインク１０４の本体と２つの層３１１，３１２間に画成される毛管チャネルとの間を流体連通させる。毛管チャネル３１５は、インクの柱３０４が少なくとも気泡出口３０７と同じ高さまでチャネルを立ち上がるように十分な毛管圧力を与えるべく構成されており、それにより、エアーがインクのメニスカスを突破することによる気泡３０９の形成が確保される。毛管圧力は、各気泡３０９がヘッドスペース３４０内へ放出した後に気泡出口３０７および気泡通気口３０５にわたってメニスカスを再形成できるように十分に高い。
【０１８０】
気泡通気口３０５は、図１１および図１２に示されるように、インクの柱３０４がメニスカスを表面張力によって通気口にわたって留めさせるように寸法付けられる。しかしながら、気泡通気口３０５は、粒子による閉塞を起こし易くなるほど小さくすべきではない。約１ｍｍ程度の直径を有する気泡通気口３０５が適していることが分かった。
【０１８１】
実際には、インクチャンバ３０１のヘッドスペース３４０内の圧力が大きくない休止期間中、インクの柱３０４は、図１２に示されるように、気泡出口３０７よりも上側に上昇し、一般にエアーチャネル３０８の入口にわたって留まる。
【０１８２】
本実施形態の重大な利点が図１３に明示されている。図１３は、休止期間中にヘッドスペース３４０内に正圧が形成される状況を示している。加圧されたエアーがエアーチャネル３０８からの任意のインクを押し退け、エアーがエアー入口３０３を介してチャンバ３０１から逃げる。したがって、温度上昇に起因してヘッドスペース３０４が加圧されると、微少量のインクだけがチャンバ３０１から逃げる。
【０１８３】
本実施形態の更なる利点は、エアーチャネル３０８が比較的短く、それにより、エアーチャネル内の任意の流れ抵抗が最小限に抑えられ、最適な圧力制御を伴ってチャンバ３０１からのインクの流量を高くすることができるという点である。したがって、任意の流れ抵抗問題（例えば、図４に示される実施形態に関連して前述した問題）が回避される。
【０１８４】
インク供給システム
容易に分かるように、本明細書に記載される圧力調整器は、インクジェットプリンタのためのインク供給システム中に組み込まれてもよい。本出願人は、一対の蠕動ポンプを備える循環インク供給システムを既に開発した。これらのポンプは、プライミング動作、デプライミング動作、および、印字ヘッドパージ動作できるように構成可能である。このインク供給システムは、その内容が参照により本明細書に組み込まれる米国出願第１１／４１５，８１９号に記載されている。
【０１８５】
図１５は、本発明に係るインク圧力調整器を組み込む循環インク供給システムを概略的に示している。図１５に示されるように、インク圧力調整器３００は、インクコネクタ２８１および均圧コネクタ２８５を介して、交換可能なインクカートリッジ２８０に対して接続される。しかしながら、無論、既に前述したように、インク圧力調整器３００が交換可能なインクカートリッジ内に組み込まれてもよいことは言うまでもない。
【０１８６】
インク供給システムは、上流ポンプ１５０および下流ポンプ１５１に接続される印字ヘッド１０５を備える。インクカートリッジ２８０およびインク圧力調整器３００が回路を完成させる。
【０１８７】
通常の印字中、上流ポンプ１５０は開かれたままであり、また、インク圧力調整器３００がシステム内のインク静圧を制御する。
【０１８８】
保管中においては、印字ヘッド１０５を分離させるために両方のポンプ１５０，１５１が停止される。印字ヘッド１０５のプライミングは、上流ポンプ１５０を使用して印字ヘッドへとインクを圧送することによって達成できる。同様に、印字ヘッド１０５のデプライミングは、下流ポンプ１５１を使用してインクを印字ヘッドから元のインクカートリッジ２８０へ圧送することによって達成できる。インクカートリッジ２８０は、一般に、下流ポンプ１５１によってそれに対して戻される任意のインクをフィルタ処理するためのフィルタを備えている。
【０１８９】
また、印字ヘッド１０５は、逆止弁１５３を開放して下流ポンプ１５１を逆方向にポンプ動作させることによって、エアー入口１５２から供給されるエアーでパージされてもよい。エアーパージは、印字ヘッド面にインクの発泡体またはあぶくを生成し、これは、その内容が参照することにより本明細書に組み込まれる本発明者らの同時係属の米国出願第１１／４９５，８１５号、第１１／４９５，８１６号、および、第１１／４９５，８１７号に記載されるようにメンテナンス動作のために使用される。
【０１９０】
最小限のインク漏れ
以上から分かるように、圧力調整器及び／又はインクカートリッジは、複数の開口またはポート（例えば、気泡出口、排気弁、インク戻し入口など）を有している必要がある。これらのそれぞれは、特に圧力調整器及び／又はインクカートリッジが傾けられる場合に、インクにおける潜在的な漏れ点に相当する。印字ヘッドへのインクの供給以外のインクの任意の漏れは明らかに望ましくない。
【０１９１】
したがって、圧力調整器及び／又はインクカートリッジは、例えば気泡出口を介した望ましくない漏れを最小限に抑えるように設計されなければならない。特定の設計基準は不変である。すなわち、気泡出口がインク中へとエアーを泡立てる場合には、気泡出口がインクチャンバのベースへ向けて位置されなければならず、インク出口もインクチャンバのベースへ向けて位置されなければならないとともに、圧力解放出口がインクチャンバの根元へ向けて位置されなければならない。
【０１９２】
図１６は、図１５に示されるインク供給システムでの使用に適する図９に示されるタイプの圧力調整器／インクカートリッジ組み合わせシステムを概略的に示している。システムは、インクチャンバ２０１と、インクカートリッジ２８０と、吸気プレート２１０とを備える。使用時、吸気プレート２１０がインクチャンバ２０１に対して固定されるとともに、インクカートリッジ２８０が吸気プレートと係脱可能に係合される。
【０１９３】
インクは、インクチャンバ２０１からインク出口２０２を介して供給され、また、インクは、インク戻し入口２９０を介してインクカートリッジ２８０へ戻される。インク戻し入口２９０は、吸気プレート２１０のインク戻し開口２９１へインクを供給するとともに、インクカートリッジ２８０のヘッドスペース２４１内で長手方向に延びる戻し管路２９２内へと供給する。インク戻し管路２９２に隣接する均圧管路２９３は、均圧ポート２８６，２８７を介して、インクチャンバ内のヘッドスペース２４１と連通する。インクは、インクカートリッジ２８０から、インクチャンバの対応するインク入口ポート２８３と連通するインク出口ポート２８２を介して、インクチャンバ２０１へ供給される。インク供給管路２９４は、インクカートリッジのベースに沿って長手方向に延びており、インクをインク出口ポート２８２へ供給する。インクカートリッジにおいて長手方向管路２９４，２９３，２９２を使用すると、カートリッジが傾けられる際のインク漏れが最小限に抑えられる。
【０１９４】
吸気プレート２１０は、第１の角部に気泡出口２０７を備えるとともに、反対側の第２の角部に排気弁２１９を備える。気泡出口２０７を介したインク漏れを最小にするため、エアー入口２０３が第２の角部に位置されるとともに、エアーチャネル２０８が第２の角部へ向けて曲げられる。同様に、圧力解放出口２９６が第１の角部に位置されるとともに、排気弁２１９と連通する圧力解放チャネル２９７が第１の角部へ向けて曲げられる。
【０１９５】
他の泡立ち点圧力調整
図１７〜図２４は、泡立ち点圧力調整を使用する本発明の他の実施形態を示している。
【０１９６】
図１７では、膜１０１６がカートリッジ１００１の床面１０１２の近傍に位置される。静圧は、膜１０１６の泡立ち点によって設定される。当業者であれば分かるように、多孔質材料の泡立ち点は、浸漬側の最も大きい湿った孔から液体を押し退けるために一方側に印加される必要があるガス圧である。
【０１９７】
カートリッジが取り付けられると、ノズルは、カートリッジ内の圧力を下げるためにブロッタ等へ向けて発射することができる。制御レベル１０１３の圧力が泡立ち点まで降下すると、小さい気泡１０１５が膜１０１６の内面上に生じてヘッドスペース１０１４内へと上昇する。これがカートリッジ内の圧力を僅かに増大させ、また、気泡１０１５が膜１０１６上で生じるのが止む。気泡が膜１０１６の内側で生じ始めると、制御レベル１０１３での静圧が判明する。同様に、異なる圧力調整器が使用される場合には、印字ヘッドが最初に必要とされる負圧を確立すると、制御レベル１０１３が一定の静圧（調整器閾値圧力に等しい）を保つ。
【０１９８】
インクが印字ヘッドによって消費される際には、制御レベル１０１３（したがって、出口１００３）の負圧が効果的に一定を保つ。無論、インクレベルが制御レベル１０１３を下回って降下すると、膜１０１６がもはやインクによって覆われず、カートリッジが大気に通気する。これを回避するため、プリンタは、インクレベルが制御レベルに達する前に印字を停止すべきである。しかしながら、膜がヘッドスペース１０１４のエアーに晒されるときに膜を濡れたままの状態に維持するための方法がある。以下、これらについて詳しく説明する。
【０１９９】
図１８に示される実施形態は、先の実施形態の膜１０１６の代わりに、密度の高い連続気泡発泡体の小さいブロック１０１７を使用する。発泡体の泡立ち点が制御レベル１０１３の静圧を設定し、また、カートリッジ１００１が膜の実施形態のように作用する。
【０２００】
発泡体は、幾つかの従来技術のカートリッジで使用されるものよりも密度が高く、それにより、泡立ち点は、必要とされる負圧を生成できるように十分に高い。しかしながら、発泡体は、いくらかのインクを吸収し、それがヘッドスペース内のエアーに晒される場合に（少なくとも一時的に）湿った状態を保つ。言うまでもなく、発泡体は、印字ヘッドが移動され或いは搬送されるときにカートリッジ内のエアーに容易に晒され得る。
【０２０１】
本発明のこれらの実施形態では、エアー入口１００７がエアー迷路構造を有している。たまたまインクが多孔質材料（図１７の膜１０１６および図１８の発泡体要素１０１７）を通じて浸透する場合には、インクがカートリッジの外側へ漏れない。インク出口１００３は、気泡がノズルへ到達しないように覆うフィルタ１０２３を有していてもよい。しかしながら、フィルタは、インクのための著しい流れ制限を生み出すべきではない。出口１００３は、発泡挿入体によって閉塞されず、そのため、高い流量でインクを供給できる。既に述べたように、高速ページ幅印字ヘッドは高いインク流量を必要とする。
【０２０２】
図１９に示される実施形態は、それが入口エアー迷路１００７または膜、メッシュ或いは発泡体要素によって覆われる内部通路を必要としないという意味でかなり簡単である。その代わり、カートリッジの壁中の圧力解放弁１０１８が、制御レベル１０１３の静圧を設定する閾値圧力で開く。また、弁の内側がカートリッジ内のエアーに晒される場合には、弁は乾燥膜または発泡体のように大気に通気しない。弁は、圧力差が所定の閾値に達するときに開き、したがって、インクが制御レベル１０１３を下回って降下した後であってもカートリッジ内の負圧を維持する（しかしながら、出口１００３の圧力は、液位が弁１０１８の下側へ降下すると僅かに減少する）。
【０２０３】
圧力解放弁１０１８は、単位コストを最小に維持するため、その座部へ付勢される簡単なボールタイプの逆止弁であってもよい。圧力解放弁は、膜または発泡体要素よりも安くなる可能性は低いが、最初にカートリッジにインクを充填するための都合の良い手段を与えるとともに、カートリッジを非常にコンパクトにすることができる。
【０２０４】
膜の実施形態を参照すると、図２０，２１は、前述した膜乾燥の問題の解決策を示している。単一の膜の代わりに、一対の膜１０１９，１０２０が使用される。これらの膜は、膜がヘッドスペース１０１４のエアー中にある（図２１参照）ようにカートリッジが位置される場合に膜間のインクが流出しないように密着される。外側膜１０１９の内面が湿った状態を保つ限り、カートリッジ１００１は大気に通気しない。
【０２０５】
図２２および図２３は、膜乾燥問題も回避する膜の実施形態の他の変形例を示している。図２２のカートリッジは、カートリッジ１００１の壁に膜１０１６を有している。膜１０１６の内面には内壁１０２１が接近して隣り合っている。水性インクの場合には、内壁１０２１が膜から約１ｍｍ離間しなければならない。内壁１０２１は親水性材料から形成されており、そのため、インクの液位が膜の下側に下降すると、インクが毛管作用によって壁と膜１０１６との間に保持される。膜１６を通じて浸透する非常に小さい気泡１０１５が壁１０２１に保持されたインクを通じてエアースペース１０１４内へと上昇する。
【０２０６】
図２３では、毛管作用を高めるために、灯心材料１０２２が壁１０２１と膜１０１６との間に配置される。灯心材料は、織物、メッシュ、または、微粒子材料であってもよい。毛管作用を高めることによって、インクの液位は、膜の内面が乾燥する前に膜の下側へ更に下降することができる。また、灯心材料は、さもなければ膜１０１６と壁１０２１との間からインクを除去する場合がある印字ヘッドに対する任意の衝撃またはインパクトも減衰させる。
【０２０７】
本発明に係るカートリッジは、本出願人の様々なページ幅印字ヘッドと共に使用するのに特に適している。これらの印字ヘッドは、一般に、走査型印字ヘッドによって生成されるものよりも十分に高い１２００ｍｍＨ２Ｏの吸気圧力／色を生成する。本発明がカートリッジ内に負圧を形成するように印字ヘッドを使用すると、強い吸引力によって、透気材料の弁の閾値圧力を比較的高くすることができ、それにより、カートリッジ内の負圧を更に強力にすることができる。カートリッジ内の負圧が更に強くなると、ノズル、特にページ幅印字ヘッドの水平方向に移動される最も下側のノズルの漏れ傾向が低下する。また、前述したように、閉塞されていない出口は、ノズルへの高いインク流量を可能にする。
【０２０８】
図２４は、エアー入口迷路が実際にどのように機能し得るのかを示している。容器１００８は、所定量のインク１０１０を保持するとともに、入口迷路１０２６、エアー膨張チャンバ１０２７、入口膜１０１６、および、出口フィルタ１０２３を取り囲む。入口開口１０２５は大気に開放しており、また、出口１００３は、カートリッジが取り付けられるときに印字ヘッドとシール流体接続を形成する。カートリッジは、上端壁の拡大縮小可能な充填穴１０２８を通じて充填される。容器１００８全体が硬質であってもよく、あるいは、材料コストを下げるために、容器の一部が柔軟材料であってもよい。例えば、大きい側壁１０３０，１０３１は、硬質壁中央領域の外周に対してシールされるエアーインク不浸透膜であってもよい。
【０２０９】
エアー入口チューブ１０２６は、膜１０１６へ向かって曲がりくねった経路を辿る。曲がりくねった経路は方向が不規則に変化しており、そのため、輸送中にカートリッジが異なる方向にわたって回転される場合であっても、チューブ１０２６に浸透する任意のインクが入口開口１０２５から漏れ出す可能性は非常に低い。チューブ１０２６の下側領域のインクが開口１０２５に達するためには、カートリッジが異なる方向の正確な一連の回転を経る必要がある。輸送中および取り扱い中の偶然のこのハプニングの危険は極わずかである。
【０２１０】
エアー入口チューブ１０２６はエアー膨張チャンバ１０２７を組み込んでいる。カートリッジは、幅広い範囲の温度（約３５℃）に晒されることが予期される。ライン１０２６内に捕捉される任意のインクは、増大されたエアー圧力によって開口１０２５へと押し進められる可能性がある。エアー膨張チャンバ１０２７は、チューブ１０２６に比べて比較的大きく、そのため、膨張するガスを収容できる大きい容積を有する。
【０２１１】
入口膜１０１６および関連するチャンバ１０２９は、インク出口の膜およびチャンバ（それぞれ１０２３，１０２４）よりも小さい。これは、出口１００３を通じて出るインクをフィルタ処理しつつ、ページ幅インクジェット印字ヘッドによって必要とされる高いインク供給速度をもたらす。大径フィルタ１０２３および関連するチャンバ１０２４により、フィルタ表面積が高くなるため、フィルタは、インク供給における過度な流れ狭窄を伴うことなく、有害な汚染物質の全てを除去するために小さい孔径を維持することができる。
【０２１２】
曲がりくねったエアー入口経路１０２６およびエアー膨張チャンバ１０２７は、付加される複雑さ及びコストを最小限に抑えつつ、輸送中および取り扱い中にインク漏れを効果的に防止する。膜がカートリッジの床面にあり、そのため、消費されたインク１０１０の量とは無関係に、出口１００３における負のインク圧が膜の泡立ち点となる。また、インクの大部分は、膜が大気に晒されて内部を大気に通気させる前に消費される。この時点でカートリッジを交換する必要があるが、カートリッジが処分されるときには少量のインクしかカートリッジ内に残存しない。
【０２１３】
無論、本発明は単なる一例として記載されており、添付の特許請求の範囲によって画定される本発明の範囲内で詳細の変更がなされてもよいことは言うまでもない。
【図１】
2010503547.tif 000007
【図２】
2010503547.tif 000008
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010503547.tif 000014
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2010503547.tif 000020
【図１４】
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【図１５】
2010503547.tif 000022
【図１６】
2010503547.tif 000023
【図１７】
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【図１８】
2010503547.tif 000025
【図１９】
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【図２０】
2010503547.tif 000027
【図２１】
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【図２２】
2010503547.tif 000029
【図２３】
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【図２４】
2010503547.tif 000031
【図２５】
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【国際調査報告】
2010503547.tif 000033
2010503547.tif 000034