(57)【要約】      （修正有）【課題】  毛管力を制御した網状の発泡体またはその他充填材を必要としないインク槽およびインク槽内の背圧の調整方法を提供する。【解決手段】  インク１５０を収容する本体１０５と、本体１０５内に収容され、流体１３０を封入するトラップ１１０を備え、トラップ１１０が、低いポイント１２５と、低いポイント１２５の一方の側から延びる第１の脚１１５と、低いポイント１２５の反対側から延びる第２の脚１２０とを備え、第１の脚１１５が本体１０５の外側に通気され、第２の脚１２０が本体１０５の内側に通気されている。【選択図】  図２Ａ
2005028870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを収容する本体と、
前記本体内に収容され、流体を封入するトラップを備え、
前記トラップが、
低いポイントと、
前記低いポイントの一方の側から延びる第１の脚と、
前記低いポイントの反対側から延びる第２の脚と
を備え、
前記第１の脚が前記本体の外側に通気され、
前記第２の脚が前記本体の内側に通気されている
プリントシステムに使用されるインク槽。
【請求項２】
前記第１の脚と前記第２の脚のうちの少なくとも一方は、空気透過膜を介して通気されている、請求項１に記載のプリントシステムに使用されるインク槽。
【請求項３】
前記空気透過膜のうちの少なくとも１つは、その脚の端上の付近に配置されており、前記脚の前記端の断面積は、前記脚のうちの前記流体を封入する部分の断面積よりも大きくなっている、請求項２に記載のプリントシステムに使用されるインク槽。
【請求項４】
前記第１の脚と前記第２の脚のうちの少なくとも一方は、前記脚のそれぞれから出る前記流体の流れを制限する逆止弁を備えている、請求項１に記載のプリントシステムに使用されるインク槽。
【請求項５】
前記流体の比重は前記インクの比重よりも大きい、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプリントシステムに使用されるインク槽。
【請求項６】
前記トラップは、ある量の前記流体を封入して、該インク槽が使用中の向きに近い向きにある間に、前記本体内で所望の背圧に達するときに、前記第１の脚内の前記流体の柱が前記低いポイントとほぼ同水準になるようになっている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプリントシステムに使用されるインク槽。
【請求項７】
前記本体と一体型で、前記インクをプリント媒体に送出する、プリントヘッドをさらに備えている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプリントシステムに使用されるインク槽。
【請求項８】
インクを保持するための内部容積を有するプリンタのインク槽を用いて背圧を維持する方法であって、
流体トラップの第１の脚と前記内部容積との間で空気を流通させることと、
前記流体トラップの第２の脚を周囲圧力に解放することと、
ある量の流体を前記流体トラップの低いポイントに維持することと
を含む、背圧を維持する方法。
【請求項９】
前記内部容積内で最高所望背圧に達するときに前記第２の脚内の前記流体の液面が前記低いポイントに達するよう、前記ある量の流体を選択すること
をさらに含む、請求項８に記載の背圧を維持する方法。
【請求項１０】
前記第２の脚内の前記流体の液面が前記低いポイントに達した後に、前記低いポイントを通って空気を泡にして出すことにより、前記内部容積内の背圧を緩和することをさらに含む、請求項９に記載の背圧を維持する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、毛管力を制御した網状の発泡体またはその他充填材を必要としないインク槽およびインク槽内の背圧の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリントは、確立したプリント技術であり、通常、インク収容（containment）構造、すなわち槽からプリント表面、すなわちプリント媒体にインク滴を制御して噴出している。
【０００３】
ドロップオンデマンドのプリント（プリンター）として知られているインクジェットプリントの１つのタイプとしては、制御信号に応答してインク槽からインク滴を射出するプリントヘッドを有するペンを用いている。ドロップオンデマンドのインクジェットプリンタは、通常、滴を射出するのに、熱気泡と圧電圧力波という２つの機構のうちの１つを用いている。熱気泡タイプのペンのプリントヘッドは、薄膜抵抗器を備えている。この薄膜抵抗器は、加熱されて、インクのごく一部を急激に気化させている。インクの蒸気が急速に膨張することによって、少量のインクがプリントヘッドのオリフィスを通って押し出されることになる。
【０００４】
圧電圧力波システム(piezoelectric pressure wave system)は、圧電素子を用いている。圧電素子は、制御信号に応答してプリントヘッド内のある量のインクを急激に圧縮し、これによって圧力波を生成して、その圧力波によってインク滴がオリフィスを通って押し出されることになる。
【０００５】
従来のドロップオンデマンドのプリントヘッドは、ペン槽からインク滴を射出する、すなわち「ポンピングする（pumping）」のに効果的であるが、プリントヘッドが作動していないときにプリントヘッドを通ってインクが出ないようにする機構は全く備えていない。したがって、ドロップオンデマンドの技術では、作動していないプリントヘッドを通ってインクが漏れないようにするために、プリントヘッドにおいてわずかな背圧が必要である。
【０００６】
プリントヘッドにおいて十分な背圧を提供する従来の１つの技術では、インク槽内の網状の合成発泡体を用いている。発泡体の毛管現象によって、プリントヘッドが作動していないときに必要な背圧が提供（確立）されて、いつもプリントヘッドを通ってインクが出ないようにしている。制御された毛管力を提供するために、繊維組織のマッティング（Fiber matting）、および、湿潤可能な材料でできたシートを密な間隔を置いて配置したものも用いられている。
【０００７】
プリントヘッドにおいて、背圧を提供するのに発泡体を用いることによる問題の１つとしては、発泡体の非常に小さな孔内に、槽内のインクのうちのいくらかが捕らえられてしまうということである。すなわち、発泡体内の孔の大きさは、発泡体の全体積にわたってさまざまである。発泡体内の非常に小さな孔は、それに対応して、従来のプリントヘッドのポンピング作用では打ち勝つことができない強力な毛管現象をインクに及ぼしている。ペン内に捕らえられたままであるインクは、いかなる量であっても、ペンの容積効率を低下させてしまう。この容積効率は、ペンの内部容積を、プリントヘッドによって送出されるインクの全体積で割ったものとして表すことができる。保持されるインクは、元のインク体積の１５％〜２０％を占め得ることが多い。さらに、そのようなシステムは、海抜（elevation）が極端であると信頼性が低くなってしまう可能性がある。例えば、標準の発泡体をベースにしたインク槽は、海抜が約９０００フィートよりも高くなると、使用不能になってしまう可能性がある。周囲圧力が低下していくにつれて、網状発泡体の毛管力に打ち勝つことがより困難になるからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の理由から、および、当業者であれば本明細書を読み理解すれば明白となる後述する他の理由から理解されるように、当該技術分野において、インク槽内の背圧を調整する他に取り得る方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
プリントシステムにおいて用いるインク槽内の背圧を調整する装置が説明されている。背圧は、インク槽内に収容されているトラップ内の液体の柱を用いて調整されている。トラップは、一方では周囲圧力に解放され、他方ではインク槽の本体内に解放されている。
【００１０】
本発明のさらなる実施形態は、さまざまな範囲の方法および装置を備えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
添付の図面を参照することにより、本発明の一部を形成し、本発明を実施することができる具体的な実施の形態について以下に詳細に説明する。このような実施形態は、当業者が本発明を実施することができるようにするのに十分詳細に説明されている。また、本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用してもよく、プロセスの、電気的または機械的な変更を行ってもよい、ということが理解されなければならない。したがって、以下の詳細な説明は、限定する意味で解釈してはならず、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ規定される。
【００１２】
図１は、そのカバーが開いた状態で示されている、プリントシステム１０の例示的一実施形態の斜視図である。プリントシステム１０は、収容ステーション１４内に取り付けられた少なくとも１つの交換可能なインク槽１００を備えている。交換可能なインク槽１００のうちの少なくとも１つは、本発明の実施形態にしたがって背圧を調整するようになっている。
【００１３】
動作の際、交換可能なインク槽１００から少なくとも１つのインクジェットプリントヘッド１５５にインクが供給されている。インクジェットプリントヘッド１５５は、プリンタ部１８からの作動信号に応答して、プリント媒体２２上にインクを噴出（付着）している。インクジェットプリントヘッド１５５は、交換可能なインク槽１００と一体型であってもよく、あるいは、インク槽１００は、プリントシステム１０内に取り付けるときにインクジェットプリントヘッド１５５に着脱可能に取り付けられていてもよい。どちらの場合でも、それぞれのインク槽１００は、そのプリントヘッド１５５と液通（連通）している（in flow communication）。
【００１４】
一つの実施形態では、交換可能なインク槽１００、収容ステーション１４、およびインクジェットプリントヘッド１５５は、走査キャリッジ２０にそれぞれ取り付けられ、プリント媒体２２に対して動いてプリントを行なっている。プリンタ部１８は、プリント媒体２２を収容する媒体トレイ２４を備えている。プリント媒体２２がプリントゾーンを通って進むにつれて、走査キャリッジ２０は、プリント媒体２２に対してプリントヘッド１５５を動かす。プリンタ部１８は、プリントヘッド１５５を選択的に作動して、プリント媒体２２上にインクを噴出して、それによってプリントを行なっている。
【００１５】
走査キャリッジ２０は、走査機構上でプリントゾーンを通って移動している。走査機構は摺動ロッド２６を備え、走査キャリッジ２０が走査軸を通って動くときに、摺動ロッド２６上を走査キャリッジ２０が摺動している。位置決め手段（図示せず）を用いて、走査キャリッジ２０を正確に位置決めしている。さらに、紙前進機構（図示せず）を用いて、走査キャリッジ２０が走査軸に沿って動くときに、プリントゾーンを通ってプリント媒体２２を進ませている。走査キャリッジ２０に電気信号が供給されて、リボンケーブル２８等の電気リンクによって、プリントヘッド１５５を選択的に作動させている。プリントヘッド１５５とプリント媒体２２のうちの一方または両方を動かしてもよく、プリント媒体２２に対してプリントヘッド１５５を動かすさまざまな構成要素を、プリンタエンジンと呼んでもよい。
【００１６】
インクカートリッジと呼ばれることが多い、交換可能なインク槽１００は、さまざまな形状因子(form factor)のものがあってもよく、例えばプリンタ、ファクシミリ（ファックス）機、複写機、および多機能装置を有する、さまざまなプリントシステムにおいて使用可能であるということが理解されよう。同様に、インク槽１００は、単一色のインク、例えばシアン、マゼンタ、イエロー、またはブラック、を収容し、１つよりも多い色のインクを収容するよう区画分けされている。
【００１７】
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の一つの実施形態によるインク槽１００の断面図である。インク槽１００は、本体１０５を備えている。本体１０５の容積は、インクを収容するようになっている。本体１０５によって取り囲まれる領域は、一色のインク槽の断面を表していてもよく、あるいは、それぞれのチャンバがそのチャンバ内の圧力を調整するトラップを有する、多色のインク槽の個々のチャンバの断面を表していてもよい。したがって、さまざまな実施形態は、一色のインク槽および多色のインク槽を備えている。
【００１８】
本体１０５は、本体１０５内の圧力を調整するトラップ１１０を収容している。トラップ１１０は、底（nadir）すなわち低いポイント１２５の対向する両側にある第１の部分、すなわち脚１１５と、隣接する第２の部分、すなわち脚１２０とを備えている。第１の脚１１５と第２の脚１２０とは、低いポイント１２５で互いに液通している。
【００１９】
トラップ１１０は、流体１３０を収容している。図２Ａおよび図２Ｂにおいては、脚１１５、１２０が、低いポイント１２５で分岐しているものとして示しているが、脚１１５、１２０は、１点に集まって（converging）いても、互いに略平行であってもよい。同様に、脚１１５、１２０を略直線状に示しているが、プリントシステム内で用いられるようにインク槽１００を取り付けたときに、それぞれの脚１１５、１２０が低いポイント１２５の上方に垂直に延びる部分を少なくともいくらか有していれば、脚１１５、１２０はまた、曲線状、らせん状、その他の構成であってもよい。
【００２０】
トラップ１１０の第１の脚１１５は、通気孔１４５において本体１０５から通気されている。トラップ１１０は、カバー、逆止弁、流量制限器、その他、通気孔１４５を通る流体１３０の損失を回避し、または少なくとも制限する手段を備えるべきである。網状発泡体またはその他毛管部材を利用してインク槽の本体を通気する多孔質膜が通常用いられているので、流体の損失を制限しながら空気を透過させることができるようにするこの技術は公知のものである。したがって、一つの実施形態において、通気孔１４５は、空気透過膜１３５で覆われている。同様に、トラップ１１０は、本体１０５内への流体１３０の損失を制限してインク１５０がトラップ１１０内に入るのを制限する、なんらかの手段を備えるべきである。したがって、一つの実施形態において、トラップ１１０の第２の脚１２０は、空気透過膜１４０で覆われている。カバー１３５は、カバー１４０とは異なる環境に曝されている、ということが留意される。したがって、異なるタイプまたは厚さの膜を用いて、流体１３０および／またはインク１５０の流れを制限しながら空気を透過させることができるようにする所望の性能特性を提供してもよい。通常の膜は、さまざまな延伸ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で形成されている。
【００２１】
インク槽１００は、動作の前に、部分的にインク１５０で満たされている。網状発泡体またはその他毛管部材を利用するインク槽は、通常、本体１０５の容積のうちの５０％〜７０％までしか満たされない。このようなタイプのインク槽は、直接大気に解放されているので、毛管部材は、通常、インク槽が万一逆さまになっても通気膜の詰まりを回避しているために、完全には湿潤されない。しかし、インク槽１００内のインク１５０は、膜１３５から分離されているので、インク槽１００の向きに関係なく、インクが膜１３５上で乾燥して膜１３５を詰まらせる危険性は小さい。したがって、本体１０５をより完全にインク１５０で満たすことができる。一つの実施形態において、本体１０５は、インク槽１００がプリントシステム内に取り付けられたときに、液面が膜１４０のすぐ下になるまでインク１５０で満たされている。
【００２２】
インク槽１００をインク１５０で満たした後、毛管力タイプのインク槽で通常にされているように、本体１０５の上部スペース１６０から空気またはその他気体を取り除くことによって、背圧が作り出されている。このプロセスにおいて、本体１０５内の圧力は、大気圧よりも低くなっている。本体１０５内の圧力が大気圧よりも低いので、流体１３０は、低いポイント１２５の両側で同じ高さにはならない。本体１０５の内側と外側との圧力差は、トラップ１１０の第１の脚１１５内の流体１３０の柱と第２の脚１２０内の流体１３０の柱との高さの差１６５によって表されることになる。
【００２３】
図２Ｂに示すように、動作中、インク１５０は、一体型のプリントヘッド１５５から吐出され、または、その他の方法で本体１０５から別個のプリントヘッドに送出されることにより、インク１５０の液面が、第１の液面１７０から第２の液面１７５に下がるようになる。この結果、上部スペース１６０の体積が増大し、これにより、本体１０５内の圧力がさらに下がることになる。このように圧力がさらに下がることによって、第１の脚１１５内の流体１３０の液面が下がる一方で、第２の脚１２０内の流体１３０の液面がそれに対応して上がり、したがって、流体１３０の柱同士の高さの差が大きくなる。上部スペース１６０内の圧力が下がり続けると、流体１３０の柱同士の高さの差が、最高レベル１６５’に達する。このレベルにおいて、第１の脚１１５内の流体１３０は、低いポイント１２５の液面まで下がることになる。その位置では、圧力がさらに下がると、空気が通気孔１４５に入って、気泡１８０の形で低いポイント１２５を越えて通過し、気泡１８０が、膜１４０を通って上部スペース１６０内へと入り、したがって、上部スペース１６０内の圧力が上がる結果となる。そうすると上部スペース１６０内の圧力は、インク槽１００が使用のための向きにある間、流体１３０の柱同士の高さの差をその最高レベル１６５’に維持するのに必要な内部圧力にほぼ調整されたままになる。この圧力は、気泡１８０が形成され上部スペース１６０内に開放されるときに、この平衡状態の圧力付近で変動する、ということが理解される。
【００２４】
トラップ１１０の断面の幾何学的形状は、さまざまであってもよく、本発明が単一の幾何学的形状に限定されないようになっている。同様に、第１の脚１１５に用いる幾何学的形状は、第２の脚１２０の幾何学的形状と同じである必要はない。通常、幾何学的形状としては、円形、楕円形、長方形、三角形、およびその他曲線から成るまたは多角形の幾何学的形状が含まれてもよい。しかし、円形の管状部材でできたトラップ１１０のほうが、一般的に製造がより容易であり気泡１８０の形成に寄与すると考えられる。
【００２５】
トラップ１１０の断面積は、低いポイント１２５において気泡１８０を形成することができ、気泡１８０が第２の脚１２０を通ることができるよう、十分大きくあるべきである。しかし、インク槽１００のインク効率を向上するためには、トラップ１１０が本体１０５内で占めるスペースの量を最小にすることが望ましい。気泡１８０を消散させることの容易さは、流体１３０の表面張力の程度によって決まるが、一実施形態について、第２の脚１２０は断面が円形であり内径が約３ｍｍ〜５ｍｍである。
【００２６】
トラップ１１０内に収容されている流体１３０の量は、上部スペース１６０内の圧力が最高所望背圧に等しくなるときに最高レベル１６５’に達するよう、選択されるべきである。一実施形態について、流体１３０の比重は、インク１５０の比重よりも大きい。流体１３０の液面変化は、インク１５０の液面よりも低速なので、この結果、本体１０５内の圧力の補正を少なくすることができる。
【００２７】
インク１５０の比重は、水をベースにしたインクであることが多く、ほぼ１に等しい。一つの実施形態において、流体１３０は食塩水であり、比重が１を上回るのを容易にする。この食塩水に界面活性剤を添加して表面張力を小さくし、これにより、気泡１８０を形成するのに必要な力を小さくしてもよい。他の実施形態において、流体１３０はペルフルオロカーボンの液体(perfluorocarbon liquid)である。米国ミネソタ州セントポール市のスリーエム社から入手可能なＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（商標）電子液体（electronic liquids）等、そのようなフルオロカーボンの液体は、電子部品の試験および製造において通常用いられる。このようなペルフルオロカーボンの液体は、表面張力が比較的小さく、比重は通常のインクよりも約７５％大きい。
【００２８】
図２Ａおよび図２Ｂに示すトラップ１１０は実質的にＶ字型の管であるが、前述のように、本発明のさまざまな実施形態によれば、他の構成もまた可能である。同様に、図２Ａおよび図２Ｂに示す通気孔１４５は本体１０５の裏側に配置されているが、トラップ１１０の形状を適切に変更すれば、通気孔１４５は、実質的に本体１０５上のどこに配置してもよい。図３〜図５は、本発明の他の実施形態を示す。当業者であれば、本明細書を読み添付図面を見れば、さらなる構成が明白であろう。しかし、所与の所望背圧を維持するのに必要な流体１３０の量および本体１０５内でトラップ１１０が占めるスペースの量に関して、単純なＶ字型またはＵ字型の管のほうが、一般的により効率的であると考えられる。
【００２９】
図３は、本発明の他の実施形態によるインク槽１００の断面図である。図３の実施形態において、通気孔１４５は本体１０５の頂部に配置されている。さらに、図２の脚１１５、１２０は分岐していたが、図３の脚１１５、１２０は、互いに略平行であり、本体１０５に関して略垂直である。図４は、本発明のさらに他の実施形態によるインク槽１００の断面図である。図４の実施形態において、通気孔１４５は本体１０５の前部に配置されている。図５は、本発明のさらなる実施形態によるインク槽１００の断面図である。図５の実施形態において、脚１１５、１２０は、それぞれ端１１６、１２１が朝顔状に広がっている（flared：先が拡開している）。朝顔状に広がった端１１６、１２１はそれぞれ、膜１３５、１４０の表面積を大きくするのに役立つようになっている。膜の表面積が大きくなれば、トラップ１１０に出入りする空気流が改善され、すなわち制限が少なくなり、したがって、インクの収容に利用できる本体１０５の容積に大きな影響を及ぼすことなく、圧力調整の応答時間が改善され、詰まる危険性が小さくなる。朝顔状に広がった端１１６、１２１を漏斗型で示すが、トラップ１１０の他の部分、特にトラップ１１０のうちの流体１３０を収容する部分、に関してトラップ１１０の端の断面積を大きくする、いかなる幾何学的形状も許容できる、ということが留意される。
【００３０】
図６は、本発明のさらに他の実施形態によるインク槽１００の断面図である。図６の実施形態において、流体１３０の損失を回避または抑制する他の手段が用いられている。トラップ１１０の第１の脚１１５内には、流体１３０の流れが通気孔１４５を出るのを阻止する、ボール（ball）１８２でできた第１の逆止弁と弁座１８４とが設けられている。トラップ１１０の第２の脚１２０内には、流体１３０の流れが本体１０５に入るのを阻止する、ボール１８６でできた第２の逆止弁と弁座１８８とが設けられている。このような逆止弁は、他の実施形態の膜の代わりに、またはそれらに付け加えて用いてもよい。
【００３１】
毛管力が制御された充填材を利用するインク槽は、インクの静水圧に依拠してプリントヘッドへの流れを可能にするので、毛管力に打ち勝つにはかなりの量のインクが必要である。この結果、流れがもはや不可能になっても、元のインク体積の約１５％−２０％がインク槽内に残ることが多い。本発明の実施形態によるインク槽は、元の体積の９５％を上回るインクが送出される結果になる、ということが明らかになっている。さらに、そのようなインク槽は、２５０００フィートを上回る海抜と同等の大気圧で動作する、ということが明らかになっている。
【００３２】
プリントシステムにおいて用いるインク槽内の背圧を調整する装置および方法を説明した。背圧は、インク槽内に収容されているトラップ内の液体の柱を用いて調整される。トラップは、一方では周囲圧力に解放され、他方ではインク槽の本体内に解放されている。
【００３３】
本明細書において具体的な実施形態を示し説明したが、当業者であれば、同じ目的を達成するよう意図されたいかなる機構（arrangement）も、示した具体的な実施形態の代わりにしてもよい、ということを理解しよう。当業者には、本発明の多くの改造が明白であろう。したがって、本願は、本発明のいかなるそのような改造または変形も包含するよう意図される。本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定される、ということが明白に意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態によるプリントシステムの斜視図である。
【図２Ａ】インク槽の動作を示す本発明の一実施形態によるインク槽の断面図である。
【図２Ｂ】インク槽の動作を示す本発明の一実施形態によるインク槽の断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態によるインク槽の断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態によるインク槽の断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態によるインク槽の断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態によるインク槽の断面図である。
【図１】
2005028870.tif 000003
【図２Ａ】
2005028870.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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