(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクをプリントヘッドに供給する装置において、
命令に基づいてインク滴をプリント媒体上に噴出するプリントヘッドと、該プリントヘッドに液通し、インクをインク槽から受け取り、インクを前記プリントヘッドに送出する背圧調整器と、前記調整器内に配置される弁アセンブリと、前記調整器内で圧縮されて配置される調整ばねとを含み、
前記背圧調整器を２つ備え、これら２つの背圧調整器は、前記プリントヘッドの本体内に収容される１つの調整ハウジング内に並んで配置され、中央壁を共有しており、該調整ハウジングの両側外側面には弾性壁がそれぞれ設けられ、前記調整ハウジングの外側、前記弾性壁及び前記プリントヘッドの本体の内側には大気圧である周囲の空気が存在し、一方、前記弾性壁の内側には、前記調整ばねと係合、かつ前記弾性壁と共に動くプレッシャープレートがそれぞれ配置され、該プレッシャープレートは切欠きを備え、該切欠きによって前記弁アセンブリの一部と接触するように構成され、これによって前記弾性壁は、一方で大気圧に他方で前記調整器内の前記インクの圧力に応答する２つの側面を有しており、前記弁アセンブリは、前記プリントヘッドに送出されるインクの圧力を制御すべく、前記弾性壁によって作動され、前記調整ばねが前記弁アセンブリを閉じるように予め荷重をかけると同時に、前記弾性壁を大気圧に抗して付勢するように構成されている、装置。
【請求項２】
前記弁アセンブリと前記弾性壁とは機械的に結合しておらず、前記弁アセンブリが閉じている場合には、該弁アセンブリと前記壁との係合を動作可能に外すことができる、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般にインクジェットプリントの分野に関し、より詳細には、インクジェットプリントヘッドへのインクの送出に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット技術は、比較的よく開発されている。この技術の基本原理は、Output Hardcopy Devices(Ed.R.C.Durbeck and S.Sherr,Academic Press,San Diego,1988)の第１３章「Ink-Jet Devices」においてW.J.LloydおよびH.T.Taubによって説明され、またHewlett-Packard Journal,Vol.36,No.5(May 1985)、Vol.39,No.4(August 1988)、Vol.39,No.5(October 1988)、Vol.43,No.4(August 1992)、Vol.43,No.6(December 1992)、およびVol.45,No.1(February 1994)における様々な論文において説明されている。
【０００３】
インクジェットプリンタのコストおよび大きさを低減し、プリントページ当たりのコストを低減しようとして、技術者達は、柔軟性を有するインクチューブによって大型の静止したインク槽に接続されている小型で動くプリントヘッドを有する、インクジェットプリンタを開発している。この開発結果は、「オフアクシス」プリントと呼ばれている。このようなプリンタにおいては、プリントヘッドの大きさを厳しく低減して、プリントヘッド駆動システムのコストおよびプリンタ全体の大きさを最小限にすることができるようになっている。さらに、インク槽をプリントヘッドから分離することによってインクを使い果たしても、高価なプリントヘッドを頻繁に交換する必要なしに、インクを交換することができる。
【０００４】
オフアクシスのプリントシステムにおいて、通常、インクは、槽から圧力の掛かった状態で、プリントヘッドの近くに配置された圧力調整器に供給されている。圧力調整器は、インクの圧力を低減し、インクを必要に応じてプリントヘッドの背圧動作範囲内でプリントヘッドに送出している。
【０００５】
オフアクシスプリントという開発結果における問題の１つは、プリントヘッドにおけるインクの背圧の変動範囲をできるだけ狭く維持する必要がますます増大している、ということである。背圧が変化すると、プリント密度およびプリント品質に大きな影響を及ぼし、また背圧が大きく変化すると、インクがノズルから垂れてしまうか、あるいはプリントカートリッジをデプライミングしてしまうかになる可能性がある。
【０００６】
このような背圧の変化には、いくつか原因がある。原因の１つは、プリントヘッドの動作によって生じる背圧の変動に対し、圧力調整器が十分追従することができない、ということである。プリントカートリッジ内に空気が閉じ込められ、そのプリントカートリッジが、標高、加速度および温度等の環境パラメータの変化にさらされると、別の原因が生じる。プリントカートリッジ内に閉じ込められた空気が、理想気体の法則ＰＶ＝ｎＲＴに従って挙動するならば、こういったパラメータのいずれのいかなる変化も、対応する背圧の変化を引き起こす。
【０００７】
インクジェットプリンタの背圧調整器については、以下の各特許においてさらに説明されている。
Saitoへの、「Fluid Tank and Device for Detecting Remaining Fluid」という名称の米国特許第4,422,084号、
Seccombe他への、「Apparatus for Providing Ink to a Print Head」という名称の米国特許第5,650,811号、
Pawlowskiへの、「Back Pressure Regulator Ink Jet Pen」という名称の米国特許第5,844,577号、
Hauck他への、「Apparatus for Providing Ink to an Ink Jet Print Head and for Compensating for Entrapped Air」という名称の米国特許第5,872,584号。
【０００８】
内部にばねがあり、かつ柔軟性を有するフィルムから製造されているインクバッグを有する背圧調整器については、以下の各特許において説明されている。
Fongへの、「Variable Rate Spring Ink Pressure Regulator for a Thermal Ink Jet Printer」という名称の米国特許第5,325,119号、
Kaplisky他への、「Negative Pressure Ink Delivery System」という名称の米国特許第5,757,406号。
【０００９】
従来の圧力調整器は、現在開発されている新しいプリンタにとっては大きすぎる、ということがわかっている。最近の設計上の目標の１つは、プリントヘッドの走査軸、すなわち、プリントヘッドがプリント媒体を横切って走査する左右方向に沿って圧力調整器の大きさを１／２小さくする、ということである。さらに、圧力調整器が大きければ、従来のプリンタキャリッジにおいて対応することができるインクの色相の数が限定されてしまう、ということが観察されている。言い換えれば、写真品質の出力を達成するためには、プリンタの現在利用可能であるのと略同じだけのキャリッジスペース内に、少なくとも６つの互いに異なるインクの色相を設ける必要がある。
【００１０】
しかし、調整器の大きさを低減するという問題に対する解決法は、従来の圧力調整器を単にスケールダウンするということよりも複雑である。従来の調整器における内部機構およびレバーは、高い信頼性で動作し、許容圧力耐性を達成すると共に、匹敵する機能性を提供するために、最低限度の大きさである必要がある。このような従来の設計は、走査軸に沿った寸法が本質的に低減される場合には使えないことがわかっている。
【００１１】
さらに、従来の圧力調整器には、プリントヘッドに対して一定の背圧を維持するために、膨張および収縮するフィルムバッグを用いたものもある。このようなバッグは、フィルムのシートを折り畳み、互いに熱かしめで接合することによって作られる。しかし、このようなバッグの縁はインクに冒されるので、このように冒されることによって経時的に各層がはがれる可能性があり、その結果、プリントヘッドが故障してしまう可能性がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前述のことから、熱インクジェットの背圧調整器には多くのタイプがあるが、走査軸方向の寸法を著しく低減しながら、従順なフィルムがインクに冒されて故障しないように保護し、なおも同レベルの調整器の機能性を提供するような方法が依然として必要とされている、ということが明白であろう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
簡潔かつ一般的に言えば、本発明による装置は、インク滴１６をプリント媒体１８上に噴出するプリントヘッド４１と、インク２９をインク槽２８から受け取りインク２９をプリントヘッド４１に送出する背圧調整器５５とを含んでいる。調整器は、一方で大気圧に、他方で調整器５５内のインクの圧力に応答する、弾性（従順な）壁７０を有している。調整器内には弁８１があり、この弁は、壁７０によって作動して、プリントヘッド４１に送出されるインクの圧力を調整している。また、調整器内には、弁８１が閉じるように予め荷重をかけると同時に、弾性（従順な）壁７０を大気圧に抗して付勢する圧縮ばね７５もある。
【００１４】
本発明の他の態様において、互いに色相が異なるインクを別個に送出して、プリントヘッド４１上のノズルアレイを区分けする、２つのノズルアレイ４２，４２’と２つの背圧調整器５５とを有するプリントヘッド４１を備えた装置が提供される。
【００１５】
また、本発明による装置は、２つの弁アセンブリを含んでいる。一方のアセンブリ８１には、細長いステム８２と、ステムに直交して取り付けられたディスク（弁座ポケット）８３と、ディスク上に接着したエラストマーの弁座８４とを有する弁が設けられている。弁は、軸８５によって回転するように支持され、弁が軸８５を中心として回転することによって、弁座８４が弁ノズル８６を閉じるかまたは開くようになっている。他方のアセンブリには、細長いステム１４１と、ステムに直交して取り付けられたエラストマーのディスク１４２とを有する弁１４０が設けられている。このアセンブリは弁本体１４３を有し、弁本体は、そこを通ってステムが延びる開口部と、開口部を取り囲む弁座１４４とを有している。エラストマーのディスク１４２を、シールする関係になるように弁座１４４に当たった状態に付勢する弁ばね１４５もある。弁のステムが作動すると、ディスクが弁座の一部を支点にして回転し、弁座の別の部分のシールが開放されるようになっている。
【００１６】
本発明はさらに、調整器およびプリントヘッドをプリンタキャリッジに対して配置することによって、色相シフトのない二方向インクジェットカラープリントを意図している。
【００１７】
本発明の他の態様および利点は、以下の詳細な説明を添付図面と共に検討すれば、明白になろう。以下の詳細な説明は、本発明の原理を例として示すものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
例示の目的のための図面において示すように、本発明は、インクをプリントヘッドに供給する装置において実施される。本装置は、互いに色相が異なるインクを別個に送出して、共通のプリントヘッド上のノズルアレイを区分けする、２つの背圧調整器を含んでいる。
【００１９】
それぞれの背圧調整器は、プリントヘッドの走査軸に沿った幅が従来の調整器の約半分となっている。すなわち、従来の調整器は幅が約１３ミリメートル以上であるのに対し、本調整器は幅が約６〜６．５ミリメートルである。
【００２０】
このように大きさを低減することによって、非常に多くの利点が提供されることになる。第１に、６つの互いに異なるインクを３つだけのプリントヘッドに送出することができる。これまでは、これと同数のプリントヘッドでは、互いに異なる４つのインクにしか対応することができなかった。各プリントヘッドは２つのノズルアレイを有し、それぞれの背圧調整器は、ノズルアレイのうちの１つにインクを別個に送出している。すなわち、１つのプリントヘッドはマゼンタおよびライトマゼンタを、１つのプリンタヘッドはシアンおよびライトシアンを、１つのプリントヘッドはイエローのみを、そして１つのプリントヘッドはブラックのみを噴射することができる。４つのインクについてこれまで必要とされてきた同じだけのキャリッジスペース内に、６つの互いに異なるインクの色相を設けることができれば、写真品質の画像を達成することができる。さらに、この装置であれば、はるかに多い機能性、すなわち、従来のプリンタとほぼ同じ大きさのプリンタ内で、より多くかつ様々なインクの組が可能である。この構成は、図１７に示されている。
【００２１】
圧力調整器の大きさをこのように低減することの第２の利点は、色相シフトなしで２方向にカラー画像をプリントすることができる、ということである。二方向プリントは、それ自体でプリンタ出力速度を２倍に増大する。従来のインクジェットプリンタにおいては、高品質のカラー画像は１走査方向でしかプリントすることができなかった。滴がプリント媒体上に置かれる順番を維持しなければならないからである。滴の順番を維持しなければ、キャリッジの通過同士の間で、目に見える色相シフトが生じてしまう。例えば、プリンタキャリッジが、ブラック、シアン、イエロー、およびマゼンタのプリントヘッドを、この順に左から右に配置して収容している場合には、キャリッジが右から左に走査すると、まずシアン、次にイエロー、最後にマゼンタの滴が噴射される。キャリッジが反対方向に左から右に走査すると、まずマゼンタ、次にイエロー、最後にシアンの滴が噴射される。二方向カラープリント用の調整器／プリントヘッドの構成は、図１８に示されている。
【００２２】
調整器の大きさを低減することのさらに他の利点は、システムのコストが低減されるということである。本装置では、１つのプリントヘッドが、互いに異なる色相の２つのインクを送出して噴射することができる。したがって、インクが４つのプリンタでは、必要なプリントヘッドは２つのみである。さらに、このようなプリンタでは、全体の大きさが小型になり、その有する機能は、インクが４つの従来のプリンタと同じである。この調整器／プリントヘッドの構成は、図１６に示されている。
【００２３】
図１を参照すると、参照符号１２は一般的にプリンタを表しており、プリンタ１２は、命令に基づいてインク滴１６を噴出するプリントカートリッジ１４を含んでいる。滴によって、紙等のプリント媒体１８上には画像が形成されている。プリント媒体１８は、当該プリント媒体１８と係合する２つのプリントローラ２０，２０’およびモータ２１によって、プリントカートリッジ１４に対して横方向に動くようになっている。プリントカートリッジ１４は、駆動ベルト２３およびモータ２４によって、プリント媒体１８を横切って前後に動くようになっている。駆動ベルト２３およびモータ２４によって生じるプリントカートリッジ１４の動きによって、走査軸２５が規定される。プリントカートリッジ１４は、図示しない複数の発射抵抗器を含み、発射抵抗器は、命令に基づいて電気回路２６によって通電される。回路２６は、プリントカートリッジ１４が紙を横切って横方向に動き、紙がローラ２０，２０’によって動く時に、滴１６によってプリント媒体１８上に画像が形成されるような方法で、発射抵抗器を順次通電している。
【００２４】
図１において、薄質な（flaccid）バッグである２つのインク槽２８，２８’がある。インク槽２８，２８’はそれぞれインク２９，２９’を収容している。必要であるというわけではないが、各バッグ内のインク２９，２９’は、プリントカートリッジ１４に送出するために＋１００水柱インチ（＋２５４水柱センチメートル）のレベルまで加圧してもよい。インク槽２８，２８’はそれぞれ、流体相互接続３１，３１’によって、柔軟性を有する管３０，３０’でできた管路に接続されている。管３０，３０’は、プリントカートリッジ１４上に配置された流体相互接続３２，３２’で終わっている。したがって、インク槽２８，２８’とプリントカートリッジ１４との間には、液通が確立されることになる。
【００２５】
図２を参照すると、参照符号３４は、２つのインク入口ポート３５，３５’を含む流体相互接続プレートを表している。これらのポートには、図１の流体相互接続３２，３２’および管３０，３０’が取り付けられている。流体相互接続プレートは硬質であって、米国ニュージャージー州サミット市のチコナ社から入手可能な液晶ポリマー（ＬＣＰ）等のポリマー材料から形成されている。流体相互接続プレート３４と、プリントカートリッジ１４を構成しているすべてのＬＣＰ部品とは、従来の射出成形技術によって形成されている。流体相互接続プレート３４の機能は、インクを調整器ハウジング内へとルーティングすることである。これについては以下で詳細に説明する。
【００２６】
図２および図３におけるプリントカートリッジ１４はさらに、本体３７を含んでいる。この本体３７は、２つの圧力調整器と、図３における熱インクジェットプリントヘッド４１のノズル板４０とを含むハウジングである。２つの圧力調整器は、互いに隣接する関係にあり、すなわち、壁を共有している。本体３７は硬質でＬＣＰから製造されており、プリントヘッド４１は従来の構成からなる。ノズル板４０は２つのノズルアレイ４２，４２’を有し、それぞれのアレイは個々に、圧力調整器のうちの１つと接続されており、一方の圧力調整器からのインクが一方のノズルアレイから噴射され、他方の圧力調整器からのインクが他方のアレイから噴射されるようになっている。本体３７上には、ＴＡＢ回路４３も配置されている。ＴＡＢ回路４３は、図１のプリントカートリッジ１４と図１の電気回路２６との間の電気的相互接続としての役割を果たすものである。ＴＡＢ回路４３は従来の構成からなり、これによって図１のプリンタ１２が、発射抵抗器（図示せず）に電気パルスを送ることにより、プリントカートリッジ１４を発射することができる。
【００２７】
図５および図６を参照すると、流体相互接続プレート３４は、図６のラビリンス４６と接続するラビリンスホール４５を含んでいる。ラビリンスホール４５およびラビリンス４６によって、大気圧の空気が本体３７の内部に入ることができると同時に、プリントカートリッジ１４からの水蒸気の損失を制限することができる。
【００２８】
図５および図６において、参照符号４７は、流体相互接続プレート３４の一端に配置されたスナップヨークを表している。このスナップヨーク４７は、本体３７上に取付けられた図２および図４のスナップ軸４８と係合するようになっている。スナップ軸４８がスナップヨーク４７を受容すると、流体相互接続プレート３４は、スナップ軸４８を中心として回転することができ、プリントカートリッジ１４の組立が簡単かつ容易になる。流体相互接続プレート３４上でスナップヨーク４７の反対側には、スナップフック４９がある。流体相互接続プレート３４がスナップ軸４８を中心として回転すると、スナップフック４９は、図２および図３に示すように、本体３７の壁上に配置されたスナップリップ５０と係合してロックされる。これによってもまた、プリントカートリッジの組立が簡単かつ容易になる。
【００２９】
図６において、流体相互接続プレート３４の底側には、２つのインクチャネル５１，５２がある。インクチャネル５１，５２は、インクを、図５のインク入口ポート３５，３５’から２つの圧力調整器へとルーティングする。これについては以下でより詳細に説明する。
【００３０】
図４および図９を参照すると、参照符号５４は一般的に、図４の本体３７内に収容されている調整器ハウジングを表している。この調整器ハウジングは、従来の成形技術によってポリエチレンから製造されており、完全に組み立てると、並んで（互いに隣接する関係で）配置され、中央壁を共有する２つの圧力調整器を形成している。２つの圧力調整器は、一方が他方の鏡像であるという点を除けば、構成、組立および動作が同じである。したがって、簡潔にするため、一方の圧力調整器のみを説明する。
【００３１】
図９の調整器空洞５５内には、焼結金属から製造されたフィルタ５７がある。フィルタ５７は、インクが図３のプリントヘッド４１に達する前にインクからいかなる粒子も取り除き、プリントカートリッジ１４がゴミで詰まるのを防止するものである。また、調整器空洞５５内には、４つのスエージポスト５８も配置されている。スエージポスト５８は、ハウジング５４の共有の中央壁に成形され、突出した特徴を有している。図１２の調整ばね７５は、４つの共通の取付開口部７６を有している。すなわち、これら開口部を組立中にポスト５８に滑り込ませ、その後加熱した工具で、当該ばねの各開口部を通したそれぞれのポストをつぶすと、調整ばね７５は調整器空洞５５内の所定位置にロックされる。
【００３２】
図９の調整器空洞５５の頂壁には、弁ポケット６１が配置されている。この弁ポケット６１は、組立中に図１０のインク入口弁８１を収容し、入口弁８１は、調整器の動作中、弁ポケット６１内に配置された２つの弁ヨーク６２に対して回転するように支持されるようになっている。図９では一方の弁ヨーク６２しか見えないが、それぞれの弁ポケット６１は弁ヨークを２つ収容している。それぞれの弁ヨーク６２は、側面が３つで上向きのＵ字型の特徴を有している。また、調整器空洞５５の頂壁には、組立中に図４の入口マニホルド６５を整合する２つのアラインメントホール６３も配置されている。これについては以下で詳細に説明する。
【００３３】
図９を参照すると、調整器ハウジング５４の底には、２つの出口６６がある。それぞれの出口６６は、噴射するために図３のプリントヘッド４１の流体的に区分けされた部分にフィルタをかけたインクを送出している。一方の出口は一方のノズルアレイ４２に接続し、他方の出口は他方のノズルアレイ４２’に接続している。それぞれの出口６６付近には、図４のスタンドパイプガスケット６７が配置されている。調整器ハウジング５４を本体３７内に滑り込ませると、出口６６と本体３７の内壁との間にスタンドパイプが形成されることになる。ガスケット６７は、当該スタンドパイプをシールするものである。
【００３４】
図４を参照すると、参照符号７０は、ポリエチレンおよびサランから製造された、粘弾性で変形可能な多層フィルムを表している。このフィルムの縁は、図９の調整器空洞５５の狭い周辺リム７４に熱かしめされ、周辺リム７４を完全に取り囲んでいる。このような方法でかしめることによって、プリントカートリッジの寿命にわたってフィルムの縁がインクによって化学的に冒されないように保護されている。これは、インクが空洞のリム７４とフィルムのかしめていない内部縁との間の境界面のみにさらされているからである。フィルムはいくらかあそびがある状態で（with same slack）所定位置にかしめられ、フィルム表面を横切る圧力差に応答してつぶれたり、膨張したりすることができるようになっており、それによって従順な壁を作成している。プリントカートリッジ１４の動作中、図４において、調整器ハウジング５４の外側、フィルム７０の外面、および本体３７の内側には、大気圧である周囲の空気が存在している。この空気の源は、図５および図６における流体相互接続プレート３４のラビリンスホール４５およびラビリンス４６である。調整器空洞５５自体の中でフィルム７０の内面上では、調整器の動作および図３のプリントヘッド４１によるプリントカートリッジ１４からのインクの噴射のために、インクがわずかな負圧に維持されている。調整器における負圧は、約１水柱インチから１５水柱インチ（約２．５４水柱センチメートルから３８．１水柱センチメートル）の範囲である。
【００３５】
図４および図１３において、参照符号７１は、硬質プラスチックの部品であるプレッシャープレートを表している。図１３に示すように、それぞれのプレッシャープレートの内側上には、４つの位置決めポスト７２がある。これらのポスト７２は、図１２の調整ばね７５と係合し、調整ばね７５に対してプレッシャープレート７１を整合している。これについては以下で詳細に説明する。フィルム７０はプレッシャープレート７１に支えられており、プレッシャープレート７１は、フィルム７０がその表面を横切って生じる圧力差に応答して収縮および膨張すると、フィルム７０と共に動くようになっている。さらに、プレッシャープレート７１は、Ｕ字型の切り欠き７３を含んでいる。この切り欠き７３によって、プレッシャープレート７１は、弁ステム８２の下部のみにおいて図１０のインク入口弁８１に接触することができる。Ｕ字型の切り欠き７３の基底表面８０は、弁ステム８２の接点である。Ｕ字型の切り欠き７３の機能は、プレッシャープレート７１によってインク入口弁８１についてより機械的な利点を得る、ということである。
【００３６】
図１２を参照すると、参照符号７５は一般的に、打ち抜きによるステンレス鋼の部品である調整ばねを表している。調整ばね７５は、調整器空洞５５の共有壁上に配置されたスエージポスト５８を収容する、４つの取付開口部７６を有している。組立中、取付開口部７６をポスト５８に滑り込ませ、図示しない加熱した工具で調整ばね７５を覆うようにポスト５８をつぶすと、調整ばね７５は調整器空洞５５内にロックされて取付けられる。さらに、調整ばね７５は４つの調整アーム７７を有している。調整アーム７７はそれぞれ弾性的に変形可能であり、それぞれが図１３のプレッシャープレート７１の内側へ向かう動きに対して圧縮されている。各調整アーム７７は、図１３のプレッシャープレート７１上の位置決めポスト７２のうちの１つを収容する、細長い調整開口部７８を有している。しかし、位置決めポスト７２はスエージポストではない。位置決めポスト７２は、プレッシャープレート７１が弾性的に調整ばね７５を縮めたり伸ばしたりすると、細長い調整開口部７８内を前後に摺動するようになっている。調整ばね７５の機能の１つは、フィルム７０を横切って生じる圧力差に抗して、プレッシャープレート７１を、次にフィルム７０を、調整器ハウジング５４の外側で本体３７の内側の大気圧に抗して外向きに付勢することである。
【００３７】
図１２において、調整ばね７５はまた、予荷重アーム７９も含んでいる。予荷重アーム７９は、弾性的に変形可能であり、圧縮された状態で作用するものである。調整器空洞５５においてさらなるインクが不要な場合には、予荷重アーム７９が図１０のインク入口弁８１を片寄らせて閉じる。これは調整ばね７５の第２の機能であり、調整アーム７７がプレッシャープレート７１およびフィルム７０を外向きに付勢するのと同時に起こる。
【００３８】
図１０を参照すると、参照符号８１は一般的に、調整器のインク入口弁を表している。インク入口弁８１は、その上にオーバーモールドしたエラストマーの部分についてすぐ後に説明する特徴を有する、硬質プラスチックの部品を含んでいる。入口弁８１は、硬質の細長い弁ステム８２を有している。弁ステム８２は、弁のうちで、図１２の調整ばね７５の予荷重アーム７９が絶えず係合している、細長い部分である。また、弁ステム８２は、図１３のプレッシャープレート７１が断続的に係合して、インクを圧力調整器空洞５５に入れている。プレッシャープレート７１と弁ステム８２とは、機械的に結合しているわけではない。したがって、入口弁８１が閉じている場合には、動作可能に係合を外すことができる。この特徴によって、圧力調整器内に閉じ込められたいかなる空気も補償することができる。さらに、入口弁８１は、弁ステム８２と共に硬質に形成された弁座ポケット８３を含んでいる。弁座ポケット８３は、弁ステム８２の長さ方向の軸と直交している。弁座ポケット８３の上面には、エラストマーで、弾性的に変形可能な弁座８４が接着されている。弁座８４は、シリコンゴムから製造されている。弁座８４は、図８の弁ノズル８６のシールおよびシール開放を行い、インクが必要に応じて調整器空洞５５に入ってプリントヘッド４１に送出されるインクの圧力を維持することができるようにする。入口弁８１はまた、弁軸８５も含んでいる。弁軸８５は、弁ステム８２および弁座ポケット８３と共に、１つの硬質の一体になったプラスチック部品を形成している。弁軸８５の長さ方向の軸は、弁座ポケット８３の接線と平行であり、調整器ハウジング５４の弁ポケット６１内で、図９の２つの弁ヨーク６２に対して回転するように取付けられている。調整ばね７５の予荷重アーム７９および図１３のプレッシャープレート７１と接触することによって、入口弁８１は弁軸８５および弁座８４を中心にして回転し、図８の弁ノズル８６を開閉するようになっている。動作中、入口弁８１は、図９の調整器ハウジング５４の弁ポケット６１内を前後に揺動している。
【００３９】
図１３のプレッシャープレート７１のＵ字型の切り欠き７３は、プレッシャープレート７１が図１０の弁ステム８２と、ステムの遠端のみにおいて係合するように機能している、ということが理解されるべきである。これによって、弁の作動により機械的な利点が生じ、弁ステム８２のレバーアームの長さが確実に最大になるのを保証している。
【００４０】
さらに、入口弁８１が略上述のように機能している限り、弁座ポケット８３および弁座８４は、弁ステム８２の長さ方向の軸と直交している必要はなく、弁軸８５も弁座ポケット８３の接線と平行である必要はない、ということが理解されるべきである。
【００４１】
図１０の入口弁８１は、図１１の軸保持プレート８７によって、調整器ハウジング５４内で図９の弁ポケット６１内に保持されている。軸保持プレート８７は、ステンレス鋼のシートから製造され、上で詳細に説明した図９の弁ヨーク６２に対する第４の壁として機能している。したがって、図１０の弁軸８５は、弁ポケット６１内に捕捉され、その中で回転することができるようになっている。
【００４２】
図７および図８を参照すると、参照符号６５は一般的に、インクを図４の入口ポート３５，３５’から図４の入口弁８１，８１’へと導管で送る、入口マニホルドを表している。入口マニホルド６５は、硬質プラスチック基板（ＬＣＰ）から製造され、シリコンゴムでオーバーモールドされて、図６の流体相互接続プレート３４と共に６つの流体シールが形成されるようになっている。すなわち、入口マニホルド６５は、高くなった壁を有する２つのインクチャネル８９，９０を有している。それぞれの壁の外側には、グランドシールが成形されている。このような２つのグランドシールは、図６で示すように、流体相互接続プレート３４上のそれぞれのインクチャネル５１，５２内でシールを行うものである。インクチャネル８９，９０は、図８の２つの弁ボス９１，９１’上に配置された弁ノズル８６，８６’に通じている。弁ノズル８６，８６’は、図４の入口弁８１，８１’の揺動により開閉されるようになっている。この揺動によって、インクが必要に応じて調整器空洞５５，５６に流入したり、または流入しなかったりする。さらに、入口マニホルド６５は、図６の流体相互接続プレート３４内に配置されたラビリンス４６用に床を提供する、ラビリンス壁９２を含んでいる。これは第５の流体シールである。ラビリンスは、入口マニホルド６５内に配置されたラビリンスホール９３に通じている。このラビリンスによって、大気圧の空気が２つの調整器の外側を取り囲むことができ、水分がプリントカートリッジ１４から逃げるのが遅くなる。入口マニホルド６５はさらに、図８の２つの組立ポスト９４，９４’を含んでいる。ポスト９４，９４’は、プリントカートリッジ１４の組立中に、図９の調整器ハウジング５４上のアラインメントホール６３，６３’内に収容される。入口マニホルド６５の縁９５は、流体相互接続プレート３４の側壁すなわちへりに対する第６の流体シールを形成して、プリントカートリッジに出入りするいかなる空気も、ラビリンス４６を通り抜けなければならず、入口マニホルド６５の縁９５の周囲を流れてはいけないようになっている。
【００４３】
インクは、２つの互いに平行で別個の流路に沿ってプリントカートリッジ１４へまたはプリントカートリッジから流れる。一方の流路は、他方の鏡像である。簡潔にするため、一方のみを説明する。図１を参照すると、インク槽２８内のインク２９は、管３０を通って、プリンタ１２内に配置されたプリントカートリッジ１４へと流れる。インクは、図５の流体相互接続プレート３４上の入口ポート３５を通って、プリントカートリッジ１４に入る。その後、インクは、図７の入口マニホルド６５内に成形したインクチャネル８９に沿って流れる。このインクチャネルに関連する図４の入口弁８１が開であり、図８の弁ノズル８６が開であれば、インクは図９の弁ポケット６１を通って、図９の調整器ハウジング５４内の調整器空洞５５に流入する。その後、インクはフィルタ５７を通って、この調整器に関連する図９の出口６６に流入する。インクは、図３のプリントヘッド４１によって、図１の滴１６になってプリント媒体１８上に噴射される。
【００４４】
プリントカートリッジの動作は、図１４および図１５に示されている。図１２に示す調整ばね７５が、図１４および図１５においては２つのばね７７，７９として描かれている、ということに注意されたい。調整ばねには、予荷重アーム７９で予荷重をかけて、すなわち片寄らせて入口弁８１を閉じるのと同時に、プレッシャープレート７１で、調整器ハウジング５４の外側を取り囲む大気圧に抗して従順な壁７０を付勢する、という２つの機能があるからである。
【００４５】
図１４において、圧力調整器は定常状態にあり、動作する準備ができている。これは、プリントカートリッジの通常の状態である。圧力調整器はインク２９で満たされ、インクは約３．５水柱インチ（約８．８９水柱センチメートル）の負圧になっている。調整ばね／アーム７７は、プレッシャープレート７１をフィルム７０に当たった状態に付勢している。調整器の外側および従順な壁７０の外面は、周囲の圧力である。予荷重ばね／アーム７９は、入口弁８１を付勢して閉じ、弁ボス９１上の弁ノズル８６が閉じるようにしている。
【００４６】
命令に基づいて、図１のプリンタ１２がプリントを開始し、図３のプリントヘッド４１が従来の方法で発射して、インク滴１６がプリント媒体１８上に噴射されるようにしている。プリントヘッド４１によるこのインクの噴射によって、調整器内の圧力は低下する。一方、大気圧によって、フィルム７０およびプレッシャープレート７１は、調整ばね／アーム７７に当たった状態に付勢される。実際にはフィルム７０は、従順な壁７０を横切る圧力差のために、調整ばねに当たった状態でつぶされる。この動きは、図１５の矢印９７で示されている。
【００４７】
プリントヘッド４１がインクを噴射するにつれて、調整器内の圧力は低下し続け、ついには図１３のプレッシャープレート７１上の切り欠き７３の基底表面が、入口弁８１上の弁ステム８２に接触することになる。プレッシャープレート７１は、予荷重ばね／アーム７９による付勢に打ち勝ち、切り欠き７３の基底表面によって、入口弁８１が弁軸８５を中心として回転し、弁座８４を弁ノズル８６から遠ざかる方向に動かして弁ノズルを開けている。弁軸８５を中心としたこの回転運動は、矢印９８で示されている。インクは調整器空洞５５に流入し、調整器空洞５５内のインクの圧力は増大し、当該調整器空洞は図１４に示す状態に戻る。弁ノズル８６の開閉、入口弁８１の前後への揺動、および調整器のインク充填の各段階は、所望の動作圧力でプリントヘッド４１の背後にインクを供給するために何度も繰り返される。
【００４８】
入口弁８１上の弁ステム８２は調整器内に配置されているので、プレッシャープレート７１が調整ばね７７を約３．５ｍｍ変位させた後だけ、弁ステム８２とプレッシャープレート７１上の切り欠き７３の基底表面とが接触しないようになっている。この特徴によって、プリントカートリッジは、圧力調整器内に閉じ込められた空気を補償することができる。これは、弁ステム８２とプレッシャープレート７１とは機械的に結合しているわけではないからである。閉じ込められた空気のいかなる膨張中も、調整器内の背圧が低下し、調整ばね７７によってプレッシャープレート７１が弁ステム８２から遠ざかり、ついには体積が十分増大して調整器が平衡に戻ることになる。
【００４９】
図１６において、参照符号１１０は、プリンタキャリッジの概略図を示している。プリンタキャリッジ１１０上には、２つのプリントカートリッジ１１１，１１４が並んで取付けられている。これらのプリントカートリッジは、上述した図３に示すタイプのものである。プリントカートリッジ１１１では、参照符号１１２で識別する一方の圧力調整器およびその関連するノズルアレイから、ブラックのインクが噴射される。隣接する圧力調整器およびその関連する、同じプリントヘッド上の他方のノズルアレイ１１３から、シアンのインクが噴射される。同様に、圧力調整器／プリントヘッド１１５からイエローのインクが噴射され、圧力調整器／プリントヘッド１１６からマゼンタのインクが噴射される。したがって、プリンタキャリッジ１１０は、４つの互いに異なる色相のインクを２つのみのプリントヘッドに供給する、４つの圧力調整器を保持している。このようなキャリッジが取付けられるプリンタは、従来の４つのインクプリンタと比べて全体の大きさが小さく、機能は同じである。これは、このような従来のプリンタでは、それぞれがプリントカートリッジ１１１と同じ大きさのプリントカートリッジが４つ必要であったからである。言い換えれば、従来のキャリッジは、少なくともキャリッジ１１０よりも２倍大きかったのである。
【００５０】
図１７は、潜在的に写真品質である非常に高品質の画像を作成するプリンタ用のキャリッジ１１９の概略図である。６つの色相の互いに異なるインクが、４つのプリントカートリッジ１２０〜１２３に送出され、それぞれのプリントカートリッジは、２つのノズルアレイがあるプリントヘッドを１つ有している。プリントカートリッジ１２０は、共にブラックのインクを噴射する２つのノズルアレイに接続された２つの圧力調整器を有し、プリントカートリッジ１２２は、イエローのインクであるが同様である。プリントカートリッジ１２１は、それぞれのノズルアレイから別個にシアンおよびライトシアンを噴射し、プリントカートリッジ１２３は、マゼンタおよびライトマゼンタであるが同様である。このキャリッジは、上述の色相シフトの問題があるため、１方向のみにプリントを行う。しかし、各インクは、キャリッジからいかなる順番でいかなる位置から噴射してもよい。
【００５１】
また、両方のノズルアレイが同じ色相のインクを噴射するプリントカートリッジについては、２つの圧力調整器の間の共有壁に開口部を設けて、それぞれの圧力調整器内の圧力が等しくなるようにしてもよい、ということも意図されている。さらに、このようなプリントカートリッジについては、一方のノズルアレイから噴射されるインク滴の大きさが他方のノズルアレイから噴射されるインク滴と異なり、その結果、プリント品質がより良くなってもよい、ということもまた意図される。
【００５２】
図１８において、参照符号１２５は、色相シフトなしで両方の走査方向にカラーをプリントすることができるプリンタキャリッジを表している。２方向プリントの利点は、この特徴だけでプリンタの出力を２倍にすることができる、ということである。プリントカートリッジ１２６において、最も外側の圧力調整器／ノズルアレイはシアンのインクを噴射し、内側の方はマゼンタのインクを噴射している。プリントカートリッジ１２７からは、両方の圧力調整器／ノズルアレイによってブラックのインクが噴射され、同様に、プリントカートリッジ１２８からはイエローのインクが噴射される。プリントカートリッジ１２９において、最も外側の圧力調整器／ノズルアレイはシアンのインクを噴射し、内側の方はマゼンタのインクを噴射している。このプリンタキャリッジは、２方向にカラーをプリントすることができる。左から右へ行こうと、右から左へ行こうと、互いに異なる色相の重なり合う滴は、同じ順序に維持できるからである。
【００５３】
図１８に示す対称パターンが維持されている限り、中央のプリントカートリッジ１２７および１２８のインクを互いに取り替えてもよく、外側のプリントカートリッジ１２６および１２９のインクもまた互いに取り替えてもよい、ということを理解するべきである。
【００５４】
図１９は、図１８のキャリッジ１２５と同様であるが、両端に２つのプリントカートリッジ１３２，１３３を付け加えた、カラープリント用の２方向キャリッジ１３１を示す概略図である。プリントカートリッジ１３２において、外側の圧力調整器／ノズルアレイ内には、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）等の前処理化合物がある。この前処理化合物は、インク滴の前にプリント媒体上に噴射されて、媒体にインクの準備をさせている。この化合物の機能は、媒体がインクに依存しないようにし、インクで作成する画像が用いる媒体の影響を受けないようにする、ということである。内側の圧力調整器／ノズルアレイ内には、スチレン−無水マレイン酸（ＳＭＡ）等のオーバーコート化合物が配置されている。オーバーコート化合物は、インク滴が噴射され画像が形成された後に、プリント媒体上に噴射される。このオーバーコート化合物の機能は、画像をより永久的にする、すなわち、耐光性、防汚性、または耐水性を高める、ということである。また、オーバーコート化合物は、インク内の着色料を封入してもよい。
【００５５】
図２０を参照すると、参照符号１４０は一般的に、図９、図１０、および図１１の入口弁アセンブリ８１の他の実施形態を表している。入口弁アセンブリ８１は、上述と同じ方法で図４のプレッシャープレート７１が作動する、細長く硬質のステム１４１を含んでいる。ステム１４１と直交して、エラストマーの弁ディスク１４２がステム１４１に成形されている。弁ディスク１４２は円筒形で弾性的に変形可能であり、シリコンゴムから製造されている。ステム１４１および弁ディスク１４２は、弁本体１４３の弁ポケット内に収容されている。弁ポケットは円形であり、中央に開口部があって、その開口部を貫いてステム１４１が下方に延びている。中央開口部のリムの回りには、円形の弁座１４４があり、弁座１４４は弁本体１４３に成形されている。弁ディスク１４２は、弁座１４４に当たった状態でシールを行い、流体シールを形成している。弁ディスク１４２は、圧縮された状態で作用する弁ばね１４５によって、弁座に当たった状態に付勢されている。弁ばね１４５は、弁ディスク１４２の上方の頂壁に配置され、弁ばね１４５の内径に係合するばね保持装置１４６によって、所定位置に保持されている。弁ばね１４５の下部は、ステム１４１の細長い延長部１４７によって、所定位置に保持されている。ステム１４１とその延長部１４７とは、共通の長さ方向の軸に沿って同軸上にある。弁ばね１４５は、ステム１４１と直交してステム１４１およびその延長部１４７と共に単一の一体に成形したＬＣＰ部品を形成している、硬質のばね止め１４８と係合している。エラストマーの円筒形弁ディスク１４２は、ばね止め１４８の底に接着またはオーバーモールドされている。弁座１４４は、弁ディスク１４２に、ステム１４１が取り付けられているのと同じ側で係合している。
【００５６】
動作中、図２０の弁アセンブリ１４０は、弁ディスク１４２で普通閉じており、当該弁ディスク１４２は、弁ばね１４５によって弁座１４４に当たった状態に付勢されている。これが普通の非プリント状態である。弁ポケットおよび弁本体１４３の上方の領域は、弁ディスク１４２の下方や図４の調整器ハウジング５４内の圧力よりもいくらか高い圧力のインク１５０で満たされている。プレッシャープレート７１がステム１４１と係合して弁アセンブリ１４０を作動させると、弁ディスク１４２は、弁座１４４の一部を中心として回転し、弁ディスク１４２の別の部分のシールを開放する。この別の部分は、通常直径に沿って反対側である。すると、インク１５０は、弁ディスク１４２と弁座１４４との間で、今開いた空間を下向きに流れる。この流れを矢印１５１で示している。調整器ハウジング５４内の圧力が正常に戻ると、上述と逆のプロセスで弁アセンブリ１４０が閉じる。弁ディスク１４２が弁座１４４に対して前後に傾くこと、および、調整器をインクで満たすことの各段階は、所望の動作圧力でプリントヘッド４１の背後にインクを供給するために何度も繰り返される。
【００５７】
本発明の具体的な実施形態を説明し例示したが、本発明は、このように説明し例示した具体的な各部分の形態または配置に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を実施しているインクジェットプリント装置の、一部断面および一部斜視の概略図である。
【図２】図１のプリントカートリッジを上側から見た斜視図である。
【図３】図１のプリントカートリッジを底側から見た斜視図である。
【図４】図１のプリントカートリッジの組立分解図である。
【図５】図４の背圧調整器の流体相互接続プレートを上側から見た斜視図である。
【図６】図４の背圧調整器の流体相互接続プレートを底側から見た斜視図である。
【図７】図４の背圧調整器の入口マニホルドを上側から見た斜視図である。
【図８】図４の背圧調整器の入口マニホルドを底側から見た斜視図である。
【図９】図４の背圧調整器の調整器ハウジングを上側から見た斜視図である。
【図１０】図４の背圧調整器の弁アセンブリを上側から見た斜視図である。
【図１１】図４の背圧調整器の軸保持プレートを上側から見た斜視図である。
【図１２】図４の背圧調整器の調整ばねを上側から見た斜視図である。
【図１３】図１の背圧調整器のプレッシャープレートを上側から見た斜視図である。
【図１４】弁閉を示す、図１の背圧調整器の概略図である。
【図１５】弁開を示す、図１の背圧調整器の概略図である。
【図１６】プリンタキャリッジ内における背圧調整器／プリントヘッドの構成の概略図である。
【図１７】プリンタキャリッジ内における背圧調整器／プリントヘッドの構成の概略図である。
【図１８】プリンタキャリッジ内における背圧調整器／プリントヘッドの構成の概略図である。
【図１９】プリンタキャリッジ内における背圧調整器／プリントヘッドの構成の概略図である。
【図２０】  図１０の弁アセンブリの他の実施形態を底側から見た斜視図である。
【符号の説明】
１６  インク滴
１８  プリント媒体
２８，２８’  インク槽
２９，２９’  インク
４１  プリントヘッド
４２，４２’  ノズルアレイ
５５  背圧調整器
７０  従順な壁
７５  ばね
８１  弁アセンブリ
８２  ステム
８３  弁座ポケット
８４  弁座
８５  軸
８６  弁ノズル
１２５  キャリッジ
１２６，１２７，１２８，１２９  背圧調整器
１３１  キャリッジ
１３３  プリントヘッド
１４１  ステム
１４２  ディスク
１４３  弁本体
１４４  弁座
１４５  弁ばね
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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