(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
細管状の充填されたチャネルを介してインクリザーバと流体が通るように接続された複数の液滴放出ノズルを有するインクジェット式印字ヘッドであって、前記リザーバが、通気孔を介して大気と通気するインク供給カートリッジに密閉状態で取り付けられた入口を有し、前記リザーバの入口では前記チャネルよりも流動抵抗が低くなっているインクジェット式印字ヘッドから、印刷の品質を損なわせる空気を除去する方法であって、
（ａ）高バキューム源から前記印字ヘッドのノズルおよびカートリッジの通気孔にバキューム圧を適用する工程と、
（ｂ）前記バキューム源による前記バキューム圧を所定の値まで増加させ、前記印字ヘッドおよびカートリッジ内のエアのポケットを拡大させる工程と、
（ｃ）前記リザーバの入口の前記低流動抵抗を利用して、前記印字ヘッドのリザーバ内の拡大エアポケットを前記チャネルではなく前記カートリッジへの前記リザーバの入口を通って移動させる工程と、
（ｄ）前記印字ヘッドのリザーバからの前記拡大エアポケットを前記カートリッジ内の拡大エアポケットに結合させる工程と、
（ｅ）前記印字ヘッドのノズルとカートリッジの通気孔に適用した前記バキューム圧を解除して通常の周囲圧力へ戻し、前記カートリッジ内では、前記バキューム源によって拡大されたエアポケットの縮小が行われ、前記印字ヘッドのリザーバにはエアポケットがない状態にする工程と、
を含むことを特徴とするインクジェット式印字ヘッドの空気除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェット式印刷装置に関し、特に印刷装置の印字ヘッドから空気を除去することによる、インクジェット・プリンタの印刷品質低下の防止に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドロップ・オン・デマンド（: drop-on-demand）式インクジェット・プリンタによる印刷の品質を保持するためには、周知のようにプリンタの印字ヘッドにエアポケットあるいは気泡が存在しないべきであり、印字ヘッドのノズル面は周期的に掃除し、プリンタを使わない時は、これにキャップを被せておくべきである。気泡あるいはエアポケットが印字ヘッドの内部、特にノズルに通じるインク・マニホルドやリザーバに形成されると、エアポケットはインクの流れを制限するためその規模が大きければ印刷の品質を低下させることになる。インクの流れが制限されるとノズルへ至る通路すなわち流路への補充が遅れ、液滴放出の安定性は大幅に低下する。空気は一般に、たとえば米国特許第５，４０４，１５８号で開示された、印字ヘッドの保守部位（ステーション）におけるプライミングによって取り除かれるが、多くの場合、インクが印字ヘッドから引き出されてもエアポケットはそのまま残る。乾燥した残留インクや紙の繊維、ほこり、その他異物は印字ヘッドのノズル面に集まり液滴の方向に影響を与えるため、印字ヘッドのノズル面は、たとえば米国特許第４，８５３，７１７号および同第５，４０４，１５８号に開示されたワイパー・ブレード（:wiper blade）によって周期的に掃除しなければならない。印字ヘッドのノズルにキャップを被せる目的は、印字ヘッドのノズルに露呈したインクを乾燥させないためである。米国特許第５，３３９，１０２号に開示されたように、印字ヘッドのノズル面は、たとえば印刷領域から保守部位まで印字ヘッドが移動してプリンタが印刷中でない時に、印字ヘッドを支持するキャリッジの動きで保守部位において自動的にキャップを被せられる。米国特許第５，３３９，１０２号では、プライミング動作により印字ヘッドから気泡を除去し、保守部位において印字ヘッドのノズル面にキャップを被せる試みがなされているが、必ずしもインクの引出しによって印字ヘッドのリザーバからエアポケットは除去されず、一部のノズルはインクが切れて（スターブド・オブ・インク: starved of ink）インク液滴を放出しなくなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような背景の下、印字ヘッドのリザーバ内のエアポケットを効果的に除去し、印字品質のさらなる向上を図れるようにすることが望まれる。特に、インクをできるだけ無駄にすることなくエアポケットを除去可能にすることが望まれる。
【０００４】
本発明の目的は、印刷品質を低下させるエアポケットを印字ヘッドから効果的に除去する方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様は、細管状（毛管状）の充填されたチャネル（流路）を介してインクリザーバと流体が通るように接続された複数の液滴放出ノズルを有するインクジェット式印字ヘッドであって、前記リザーバが、通気孔（ベント）とを介して大気と通気するインク充填供給カートリッジに密閉状態で取り付けられた入口を有し、前記リザーバの入口では前記チャネルよりも流動抵抗が低くなっているインクジェット式印字ヘッドからの空気除去方法であって、高バキューム源から前記印字ヘッドのノズルおよびカートリッジの通気孔にバキューム圧（バキューム、真空、減圧）を適用する工程と、前記バキューム源による前記バキューム圧を所定の値まで増加させ、前記印字ヘッドおよびカートリッジ内の周囲空気（ambient air）のポケットを拡大（膨張）させる工程と、前記リザーバの入口の前記低流動抵抗を利用して、前記印字ヘッドのリザーバ内の拡大（膨張）エアポケットを前記チャネルではなく前記カートリッジへの前記リザーバの入口を通って移動させる工程と、前記印字ヘッドのリザーバからの前記拡大エアポケットを前記カートリッジ内の拡大エアポケットに結合させる工程と、前記印字ヘッドのノズルとカートリッジの通気孔に適用した前記バキューム圧を解除して通常の周囲圧力に戻し、前記カートリッジ内では、前記バキューム圧によって拡大されたエアポケットの縮小が行われ、前記印字ヘッドのリザーバにはエアポケットがない状態にする工程と、を含むことを特徴とする。
【０００６】
本発明の一態様では、上述の方法を、印字ヘッドのエアポケットあるいは気泡が印字ヘッドのリザーバ容積の約３０％のサイズに達したとき、印字ヘッドを一体的に具備するインク供給カートリッジに対して行う。インク供給カートリッジの通気孔にはホースに接続する手段が設けてある。インク供給カートリッジは、インクジェット式プリンタの移動（並進）可能なキャリッジに取り付けられると、印刷領域の記録媒体を横切って進退したり、印字ヘッドのノズルにキャップを被せるプリンタの保守部位（メンテナンスステーション）へ周期的に移動したりする。保守部位のキャップは低バキューム源に接続し、ピンチ弁（ピンチバルブ: pinch valve）により低バキューム源に対して選択的に開放する。本方法を用いて印字ヘッドから空気を除去する前に、キャップとインク供給カートリッジの通気孔を高バキューム源に接続する手段を設け、本空気除去方法を製造の最終段階だけでなくプリンタにおいても行うことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１に本実施形態の、一体印字ヘッド１２を具備する使い捨てインク・カートリッジ１０を示す。このカートリッジは、本明細書に参照する米国特許第５，５１９，４２５号に開示のカートリッジに類似したものである。カートリッジは、典型的にはチャンバ１６を構成する軽量、丈夫なプラスチック製のハウジング１４を含み、チャンバに内蔵されるたとえばポリエステルの針状（ニードルド:needled）フェルトのような第１の吸収体（図示せず）にインクを貯蔵する。チャンバは気密に封止されるが、後述する印字ヘッドのノズルへ通じる封止されたインク流動通路と、チャンバの床部２０に貫通し大気に開口する通気孔（ベント）１８とはその限りではない。通気孔は適当な導管２４および弁２６を介して高バキューム源（高減圧源または高真空源）２２に選択的に接続できるようにしてある。高バキューム源２２はプリンタと一体部分であっても、後述する別個の付属品であっても構わない。この選択的な接続により、通気孔は、プリンタの印刷モード時には大気に開口し、カートリッジに高バキューム源からのバキューム（減圧）をはたらかせるには弁により大気に対して閉塞される。凹部すなわち窪み２８はチャンバの床部に一体形成され、出口（アウトレット）３８を有する移行流路に接続する開口すなわち出力ポート３０を含み、出口３８は印字ヘッドのリザーバ３４の入口（インレット）３２と位置あわせされ、これを封止している。第２の吸収部材３１は、第１の吸収体より大きい毛管引力（capillary force）を持ち、凹部２８の開放端を覆っている。フィルター３３は選択的に第２の吸収部材と凹部２８の開放端との間に差し込まれる。移行流路３６は、インク流動抵抗を最小にするように幾何学的に整形され、その形状は気泡が移行流路からカートリッジの凹部２８へ移動するのに寄与する。移行流路を図２に、想像線で等角的により分かりやすく示す。
【０００８】
印字ヘッド１２と回路板４２とはヒートシンク４０に接合し、ワイヤボンド４１により電気的に接続され、印字ヘッド組立体４６を形成する。組立体４６は、かしめピン（ステイクピン:stake pins）４４によりカートリッジのハウジング１４に取り付けられ、かしめピン４４はカートリッジのハウジングと一体成形され、ヒートシンクの位置決め孔４３に挿通している。かしめピンは超音波的にかしめられ固定ヘッド４５を形成し、固定ヘッド４５は印字ヘッド組立体をカートリッジに固着し、印字ヘッドのリザーバの入口は移行流路の出口３８と整列しこれを封止している。
【０００９】
図２に印字ヘッド１２の拡大略等角図を示す。印字ヘッドは、加熱要素とアドレス指定（アッドレッシング:addressing）電極（図示せず）とを具備するヒーター板（プレート）４８と、並列する流路（チャネル）５１（破線で表示）のアレイと入口３２を有するリザーバ３４（破線で表示）とを具備する流路板（channel plate）５０とを含み、流路の一端は印字ヘッドの前面２９を通って開口しノズル２７としての働きをする。リザーバは、ノズルとして働く流路端部の反対の端と流体連通している。厚いフィルムの層５２、たとえばポリイミドを、加熱要素と電極を含むヒーター板の表面に堆積させるが、加熱要素および電極端子（図示せず）上のフィルム層は取り除くようにパターン化して、加熱要素をピット（図示せず）に配置し、電極端子と印刷回路板４２（図１参照）とのワイヤ接合が可能になっている。流路板は、本明細書に参照する米国特許第４，７７４，５３０号に開示されたように、各流路に加熱要素があるように、厚いフィルムの層と接合される。説明上、ノズルから放出された液滴１３の軌跡１５を示す。
【００１０】
上述のように、カートリッジのチャンバ床部の移行流路３６は、その中のエアポケットあるいは気泡５５、５６の位置を分かりやすくするために、ファントム線で示してある。エアポケット５４は印字ヘッドのリザーバ内にファントム線で示し、エアポケット５７はカートリッジの凹部２８（図１参照）内にファントム線で示す。カートリッジのチャンバ１６に最初にインクを充填し、かつ印字ヘッドのプライミングを行うと、熱インクジェット式印字ヘッドのリザーバ内部に気泡あるいはエアポケットがしばしば形成される。これら印字ヘッドのリザーバ３４内のエアポケットあるいは気泡は、リザーバの容積に対するエアポケットの容積の割合が約３０％すなわちほぼ３分の１にまで大きくなると、印刷の品質に影響を与える。リザーバのエアポケット５４は十分な大きさになると、隣接流路（チャネル）へのインクの流れを局部的に制限する。流れが制限されると流路補充のプロセスを遅らせ、影響を受けた流路のノズルから液滴が放出されなくなる。エアポケットあるいは気泡はいったん印字ヘッドのリザーバから取り除かれると、移行流路３６およびカートリッジの凹部２８内にあるエアポケットは流路や流路のノズルへの流れを制限しないため、印刷の品質に影響を及ぼさない。
【００１１】
米国特許第５，３３９，１０２号に開示されたように、プリンタが印刷モードでない時、印字ヘッドのノズルに選択的にキャップを被せる装置を設けた保守部位（ステーション）を設けることは周知である。キャップを被せた際、印字ヘッドのノズルは湿った環境に置かれノズル内に露呈されたインクの乾燥を防ぐ。また、インクの液滴がキャップへ放出されても差し支えなく、粘性の高いインクのスラグ（:slug）がノズル内に形成されるのを防ぐことになり、かつノズルが吸入管となってインクを引出しインクと共存している気泡の吸出しを行うことによって印字ヘッドのプライミングが可能となる。同特許では、キャップを水位約３０５ｃｍ（１２０インチ）の低バキューム源に短期間選択的に接続する。印字ヘッドのリザーバ内の大きなエアポケットはこの手順で取り除かれるが、カートリッジ内の固定供給源からのインクの損失が発生する。このプライミング動作は一般に印刷の品質を維持するが、印字ヘッドのリザーバにほぼ常駐する小さなエアポケットが全て除去されてはいない。印字ヘッドのリザーバ内のエアポケットは時間とともにまた使用されるごとに大きくなるため、適正な印刷品質の維持には周期的なプライミングが不可欠であり、またインクの無駄使いも避けられない。
【００１２】
最初の充填後印字ヘッドのリザーバ３４からエアポケットを除去することにより、リザーバは使用時でもエアポケットのない状態となりやすい。この発明の１実施形態では、インクを充填したカートリッジ１０を約６８９．５Ｐａ（０．１psia（pounds per squair inch absolute、以下同じ））の高いバキューム（高真空）に露呈することにより、印字ヘッドのリザーバ内のエアポケット５４は印字ヘッドの外側の位置へ再配置されあるいは移動する。図３ないし図９は、瞬間時間ｔ0ないしｔ5におけるカートリッジの凹部２８、移行流路３６、および印字ヘッドのリザーバ３４のインク含有ボリュームを顕微鏡使用エックス線写真（マイクログラフィック  エックスレイズ:micrographic x-rays）で概略示したもので、エアポケット５４が高バキューム下でリザーバ３４から除去されあるいは移動する過程を示したものである。
【００１３】
図３と図９に示した時間ｔ0において、インク充填カートリッジ１０は真空可能容器６０に載置される。商業生産ではもっと多くのカートリッジが容器６０に保持されるだろうが、図１０では、エアポケットを印字ヘッドのリザーバから同時に取り除くために代表的に８個のカートリッジを保持した容器を示す。カートリッジ１０に高バキューム源２２が作用し始めると、図４と図９に示すように、時間ｔ1において圧力Ｐ1は約１．３８×１０4Ｐａ（２psia）に等しくなり、周囲に加圧されたエアポケット５４、５５、５６、および５７は膨張を始める。インクは、流路５１よりもカートリッジの凹部２８の出口３０を通る方が流動抵抗が低いため、印字ヘッドのノズルからではなく移行流路３６から矢印５９の方向へ移動する。バキューム圧（真空）は、増大を続け、図９のグラフの時間ｔ2では圧力Ｐ2＝約２．０７×１０3Ｐａ（０．３psia）になり、エアポケットは図５に示すように成長を続ける。圧力Ｐ2では、リザーバ３４内のエアポケット５４はリザーバの入口３２と移行流路の出口３８を通って移行流路３６へ膨らみ始め、ダンベルの形状になる。インクが矢印５９の方向へ移動すると、エアポケット５４は移行流路３６内へ膨張する。図９のグラフの圧力Ｐ3および時間ｔ3では、バキューム圧は約６８９．５Ｐａ（０．１psia）であり、エアポケットはまだ膨張しているが、図６に示すように、移行流路の出口領域のエアポケット５５は印字ヘッドのリザーバ３４からのエアポケット５４と結合している。この段階でインクのスラグ６２は各ノズルから押し出されている。各カートリッジからのインクスラグは、図１に示す印刷モードで放出される通常のインク液滴１３の２、３滴分の量であるが、これはプライミング動作によって引出されるであろう量よりもはるかに少ない。図９のグラフの時間ｔ4は、バキューム圧が所望の圧力６８９．５Ｐａ（０．１psia）に達した後間もない時間であり、高バキューム源は容器６０から除去されている。容器内の圧力Ｐ4が増加するとともに、エアポケットは図７に示すように収縮を始め、エアポケット５５と５６はエアポケット５６’として混合する。時間ｔ5では、真空化可能な容器６０内の圧力Ｐ5は通常の周囲圧力に戻り、エアポケット５７も元のサイズに戻っているが、エアポケット５６’は元のサイズより若干大きくなっている。充填されたカートリッジを高真空に露呈することによりエアポケット５４は全体的にリザーバ３４から移動し、リザーバはエアポケットのない状態になった。高真空に露呈する減圧処理により印字ヘッドのリザーバからエアポケットを除去したカートリッジで次に行ったテストでは、他の部位にいたエアポケットは印刷品質に影響せず、またリザーバに戻ったりすることもなかった。
【００１４】
この発明の別の実施形態では、プリンタに取り付けられてからインクジェット式カートリッジ１０と共に使われる付属品一式（キット）も、印字ヘッドのリザーバ３４からエアポケットを効果的に除去または移動させる。図１を参照すると、導管すなわちホース２４が、通気孔１８の端部１９および本明細書に参照する米国特許第５，３３９，１０２号に開示のものと類似した保守部位のキャップ３９に接続できる構成になっている。同特許では、キャップはフレキシブルホースとピンチ弁とにより比較的低いバキューム源に接続されている。本実施形態では、キャップ３９と低バキューム源（低真空源、低減圧源）２３を互いに連結するフレキシブルホース２５は、多位置弁（マルチプルポジションバルブ:multiple position valve）２６とも接続されている。これにより、キャップ３９が、印字ヘッド１２の面部２９のノズル２７を密閉するためにカートリッジに対してシールされる時は、キャップ３９の内部および弁の端部１９に、バキューム源２２からの高バキューム圧が選択的にかけられる。またカートリッジは気密に封止されるので、バキューム源２２からの高バキュームは図３ないし図８に示すのと同様のエアポケット除去プロセスをもたらすことになる。したがって、付属品一式は、ホース・テイー３５、導管２４、多位置弁２６、および高バキューム源２２より構成される。別の実施態様（図示せず）では、付属品一式はプリンタの一体部品である。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、印字ヘッドのリザーバのエアポケットが効果的に除去され、印字品質の向上が図れる。少ないインクロスでのエアキャップの除去やインクスラグの除去の実現を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の１実施形態の空気除去装置を示す、印字ヘッドを一体的に取り付けたインク・カートリッジの概略の側面図である。
【図２】  インク供給カートリッジと印字ヘッドの入口との間のインク流路およびその中のエアポケットを示す印字ヘッドの図である。
【図３】  カートリッジの真空減圧中、時間とともに印字ヘッドのリザーバ内のエアポケットが除去される経過を示す第１の図である。
【図４】  カートリッジの真空減圧中、時間とともに印字ヘッドのリザーバ内のエアポケットが除去される経過を示す第２の図である。
【図５】  カートリッジの真空減圧中、時間とともに印字ヘッドのリザーバ内のエアポケットが除去される経過を示す第３の図である。
【図６】  カートリッジの真空減圧中、時間とともに印字ヘッドのリザーバ内のエアポケットが除去される経過を示す第４の図である。
【図７】  カートリッジの真空減圧中、時間とともに印字ヘッドのリザーバ内のエアポケットが除去される経過を示す第５の図である。
【図８】  カートリッジの真空減圧中、時間とともに印字ヘッドのリザーバ内のエアポケットが除去される経過を示す第６の図である。
【図９】  図３ないし図８でカートリッジに適用されたバキュームの気圧を示す図である。
【図１０】  エアポケットが製造段階で取り除かれる本発明の一の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１０  カートリッジ、１２  印字ヘッド、１４  ハウジング、１６  チャンバ、  １８  通気孔、２２  高バキューム源、２４  導管、２５  フレキシブルホース、２６  弁、２７  ノズル、２８  凹部、３０  出力ポート、３２  入口、３３  フィルター、３４  リザーバ、３６  移行流路、  ３８  出口、３９  キャップ、４０  ヒートシンク、４１  ワイヤボンド、  ４２  回路板、４６  印字ヘッド組立体、４８  ヒーター板、５０  流路板、５１  流路、５７  エアポケット。
【図１】
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【図２】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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