JP2000218827A - 印刷ヘッドからの流体除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェット印刷ヘッドから流体を除去す
る改善された方法を提供する。 【解決手段】 本発明では、多数のグループの分岐部を
有する分岐構造体が流れ形状を形成し、各グループの分
岐部は連結トランクを有する。次いで、流体流れを各複
数の分岐部から連結トランクへ下方に導くことができ
る。分岐節での圧力降下は、組合わさった分岐部からの
流れを連結されたトランクへ下方に導くことにより、最
小化される。分岐節での膨張損失は、分岐節で流体を注
ぐことにより、最小化され、トランクは結合された分岐
部の組み合わせよりも狭いチャンネルを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は連続インクジェット
プリンタに関し、特にインクジェット印刷ヘッドから流
体を除去する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】連続インクジェット印刷
においては、加圧下でインクがマニホルドへ供給され、
このマニホルドが、典型的には直線の列（アレイ）とな
って配列された複数のオリフィスへインクを分配する。
インクはジェットとしてオリフィスから発射され、ジェ
ットはインクの表面張力により液滴ストリームに分断さ
れる。インクジェット印刷は、選択的にチャージを行っ
て、いくつかの液滴をその正規の軌道から偏向させるこ
とにより、液滴ストリームを用いて達成される。偏向さ
れた液滴又は偏向されなかった液滴は捕捉されて、再循
環され、その他の液滴は印刷表面に衝突できる。

【０００３】連続インクジェット印刷は刺激された本体
から高速、高圧で発出されるインク液滴の列を必要とす
る。いくつかの液滴は偏向されて回収され、再度使用さ
れる。偏向された液滴と偏向されなかった液滴との組み
合わせで、刺激された本体の下方で運動する基体上にテ
キスト及びグラフを形成する。偏向された液滴を回収す
るため、米国特許第４，７５７，３２９号明細書に開示
された如き捕獲器手段を使用している。上記米国特許第
４，７５７，３２９号明細書に開示されているように、
捕獲器面の平坦表面又は傾斜表面上に衝突させることに
より、液滴が捕獲される。次いで、インクは捕獲器面を
下って流れ、捕獲器面の底部の半径部分のまわりを流
れ、捕獲器のインク帰還チャンネルへ進入する。インク
帰還チャンネルは捕獲器本体と捕獲器板との間の流れチ
ャンネル及び開口により画定され、流れチャンネルは捕
獲器本体の底部に接着される。米国特許第３，９３６，
１３５号明細書に開示された如き真空により又は米国特
許第４，９２９，９６６号明細書に開示された如き重力
排出により、インク帰還チャンネルからインクを除去す
ることができる。帰還チャンネルはインクジェット列の
幅を横切る均一なインク除去を保証するような形状とす
べきである。更に、流体装置内での泡の発生を最小限に
抑え、空気流によるインク液滴の妨害を最小限に抑える
ために、インク帰還チャンネル内への空気の流れは最少
に保たれるべきである。従来、米国特許第３，９３６，
１３５号、同第５，１０５，２０５号及び同第５，４６
９，２０２号各明細書に開示されたものを含む、この目
的のために開発された種々のチャンネル形状を提案して
いる。あるものにおいては、最初に捕獲器と捕獲器板と
の間の狭いギャップを通して流体を強制流通させ、次い
で大きなプレナムを形成するまで流れチャンネルを開く
ことにより、流れが制御される。インク帰還チャンネル
への入口における流体メニスカスに関連する圧力降下及
び大きなプレナムへの急激な膨張により生じる圧力降下
のため、これらの構成（デザイン）は捕獲器内への空気
流量を制御し、インク帰還チャンネル内に生じる列幅を
横切る圧力振動の効果を最小限に抑える。他の形状で
は、インク帰還チャンネルへの入口におけるスクリーン
を利用する。スクリーンは流れチャンネルへの入口を多
数の小さなセグメントに有効に分割する。こうすること
により、インク帰還チャンネルへの入口におけるメニス
カスに関連する圧力の大きさは、プレナムへの流れチャ
ンネルの急激な拡張のため、増大する。その結果、既存
の技術では、大きなプレナムで流れ（ストリーム）を下
る小さな圧力降下を行いながら、インク帰還チャンネル
への入口で比較的大きな圧力降下を維持することによ
り、流体流れを制御しようとしていた。このようにすれ
ば、列の幅を横切ってプレナム内に生じる圧力変化は大
きな入口圧力降下により抑えられる。これにより、列の
幅を横切って均一にインクを除去することができる。

【０００４】印刷ヘッドが作動状態にある間にインクを
均一に除去することに加えて、捕獲器手段は、インクが
まぶた(eyelid)によりインク帰還チャンネル内へ偏向さ
れるときに、始動プロセス中にインクを均一に除去でき
るものでなければならない。この状態において、インク
は比較的小さな運動エネルギでインク帰還チャンネル内
へ進入する。このような状態の下では、従来技術の解決
策における大きな入口損失が十分なインク除去に対して
過大な制限を加える傾向があった。

【０００５】更に、素子の製造コストが問題となること
がある。例えば、米国特許第４，８５７，９４０号明細
書においては、捕獲器手段の製造コストは捕獲器をモー
ルド成形することにより処理されていた。モールド成形
は短い列に対して使用できるが、長いインクジェット列
に対しては、所要の公差で捕獲器手段をモールド成形す
ることができない。捕獲器へのインク帰還チャンネルの
機械加工は高価になることがある。所望の流れを得るた
めには、幾何学形状が複雑となり、機械加工が困難にな
る。この流れ形状の機械加工は、捕獲器の前部の液滴衝
突面の底部での半径部分への円滑な遷移部を設ける必要
があるため、一層困難になる。更に、インク帰還チャン
ネルの機械加工は捕獲器に歪みを生じさせることがあ
り、その結果、液滴衝突面及びチャージ板接着表面が適
正な作動にとって十分な平坦性を損なってしまう。

【０００６】更に、捕獲器板を捕獲器の底部に固定的に
接着するためには、捕獲器板の表面を粗面にするのが望
ましい。典型的には、これは、捕獲器板をサンドブラス
ト加工することにより行われる。しかし、サンドブラス
ト加工は薄い板を歪ませる傾向を有し、接着不良を生じ
させることがある。

【０００７】それ故、インクジェット印刷ヘッドから流
体を除去するための改善した手段を提供する要求があ
る。所望の改善された手段は好ましくは、既存の技術と
は異なり、インク帰還チャンネルの入口での関連する大
きな圧力降下を生じずに、均一なインク除去を行う。更
に、所望の改善された手段は好ましくは、従来の製造手
段に関連する問題を克服するインク帰還チャンネルの改
善した製造を提供する。最後に、改善された構造は好ま
しくは、従来の接着不良を解決する、捕獲器の底部へ捕
獲器板を固定的に接着する改善された手段を含む。

【０００８】

【発明の構成並びに作用効果】本発明の目的は、帰還チ
ャンネルへの入口区分の後の流れチャンネルの急激な膨
張を排除することにより、インク帰還チャンネルへの入
口での大きな圧力降下を排除することである。高い入口
圧力降下の必要性は、分岐した流れチャンネル形状を利
用することによって本発明により排除される。この流れ
チャンネル形状は構造体の各分岐部における圧力降下を
平衡させ、乱流で生じる流れ合流及び流れ転換を阻止す
る。本発明は、チャンネルの幾何学形状を捕獲器から捕
獲器板へ移すことにより、捕獲器へのインク帰還チャン
ネルの複雑な機械加工を排除する。これにより、製造コ
ストが減少するのみならず、捕獲器の剛性が改善され
る。長い列を有するプリンタにとっては、改善された剛
性は極めて重要である。本発明は更に、流れチャンネル
を機械加工するために応力の無いプロセスを利用するこ
とにより、製造コストを減少させる。これは、部品に生
じる歪みを修正する前機械加工プロセスの必要性を排除
する。更に、本発明は、接着表面の所望の表面粗さを得
るために応力の無いプロセスを使用することにより、捕
獲器への捕獲器板の接着を向上させる手段を提供する。
従って、本発明は、構成上の利点として圧力降下を使用
する平衡された流れ形状を適用し、製造技術に要求され
る構造を機械加工し、機械加工の応力及びコストを排除
しながら接着強度を保証するような領域及び形状を使用
することにより、従来技術における問題を解決する。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明によれば、インクジェット
印刷ヘッドのための有効でコストに敏感な幾何学形状及
び向上した積層特徴を組み込んだ、平衡した流体流れ及
びインク除去を提供する装置が提供される。捕獲器板が
設けられ、この捕獲器板はインクジェット印刷ヘッドの
印刷偏向領域からの支流流体経路を有する。捕獲器板は
少ないコストで複雑な輪郭及び取り付け構造を可能にす
る化学的な機械加工プロセスにより製造される。

【００１０】ここで図面を参照すると、図１は本発明に
係る捕獲器本体／板構造体の拡大斜視図である。インク
帰還チャンネル１０は捕獲器本体１２と捕獲器板１４と
の間に画定される。捕獲器１２は流体フィルム領域２０
と、真空ポート又は真空ラインに関連する開口２２とを
有する。

【００１１】提供された流れ経路即ちインク帰還チャン
ネル１８は先の経路とは基本的に異なる。既存の技術に
おいては、捕獲器及びこれと適合する板を通る最小で正
確に制御された圧力降下値が望ましかった。この値は５
インチ（約１２．７ｃｍ）水頭又はそれ以下に維持され
た。本発明は既存の技術の解決策を捨て、代わりに、１
００インチ（約２５４ｃｍ）までの水頭の圧力降下及び
平衡された流れ／圧力降下を使用する新規な解決策を提
案する。

【００１２】この平衡された流れ／圧力降下の解決策は
捕獲器からインクを除去するための多重分岐構造体を使
用する。各分岐部内での圧力降下は捕獲器の幅を横切る
他の圧力降下と合致するようにされる。チャンネル内で
の圧力降下を平衡させるため、次の式を利用する。流れ
チャンネルのための圧力降下は次式により与えられる： ΔＰ＝ｆ×（Ｌ／Ｄ）×（Ｖ２／２） ここに、ｆは摩擦因子と呼ばれる定数で、すべての流れ
チャンネルに対して一様である；Ｖは流れ速度であり、
この流れ速度は各流れチャンネルへの入口で同じであ
る。流れチャンネルの幅が減少すると、流れ速度は増大
する。Ｌは各流れ経路の長さである；Ｄは流れチャンネ
ルの液圧的な直径である。矩形の流れチャンネルに対し
ては、Ｄとして、流れ経路の（面積÷周長）の４倍の値
を使用する。

【００１３】この式から、及び、図３を参照して、比Ｌ
／Ｄは分岐部の各スプリット（分かれ目）に対して同じ
にしなければならないこと明らかである。１つの流れ経
路を同じ分岐点から他の流れ経路よりも長くしなければ
ならない場合は、長い方の流れ経路は一層大きなＤの値
を有する必要があり、一層幅広いチャンネルが必要とな
る。これは、図３に示すＢ３分岐部において示される。
左右の分岐部は中央の分岐部よりも長い。圧力降下を適
正に平衡させるため、外側チャンネルは中央チャンネル
よりも幅広いチャンネルを有する。他の分岐レベルＢ
１、Ｂ２においては、２つの分岐部は対称的となってお
り、圧力降下は等しい。Ｂ１分岐点において、左右の分
岐部からの流体は合流して、図示の平面に垂直に流出す
る。この出口ポートは図１に示される。

【００１４】また、図３において、分岐節での圧力降下
は、組合わさった分岐部からの流れを連結トランクへ下
方に導くことにより、最小化される。Ｂ３分岐節からの
トランクはＢ２分岐部のための分岐部を形成する。Ｂ１
分岐部において、流体はこれらの流れチャンネルの面に
垂直なポートにより除去される。それ故、分岐合流部は
合流部での圧力降下を回避するように設計される。これ
は直角Ｔ合流部を回避することにより達成される。むし
ろ、分岐部は流体を所望の流れチャンネルへ下方に導く
途中で合流部又はトランクへ入る。更に、分岐部の流体
が流れ込むトランクは分岐部の組合わさった幅よりも狭
い。このようにして、膨張領域に関連する圧力降下が排
除される。

【００１５】本発明の分岐流れ経路の普通の機械加工は
困難である。その理由は、鋭利な内側及び外側構造を備
えたスプライン形状の構造があるからである。これらの
構造の長さ及び材料は、高度に工具設備され／取り付け
設備された機械加工経路でゆっくり機械加工され、従っ
て、出来上がった組立体のコストが増大する。また、こ
の幾何学形状は歴史的に精密捕獲器に帰するので、機械
加工により大量の応力が捕獲器内に溜まる。この応力
は、長時間をかけてゆっくり放出されるときに、信頼性
の問題を生じさせることがある。

【００１６】本発明は、この流れチャンネル形状を捕獲
器１２からは独立にし、代わりに、図１に示すように、
捕獲器に接着される板１４において取り扱う。これによ
り、捕獲器が簡単になり、横断面の強度を維持できる。
更に、流れ形状を機械加工することにより通常生じてい
た捕獲器内の応力も排除される。その結果、従来のもの
よりも一層頑丈な一層安い捕獲器組立体を得ることがで
きる。

【００１７】図１、２を参照すると、種々の適当なプロ
セス又は方法のうちの任意のものを使用して、新規な分
岐流れチャンネル形状を板１４内に製造できる。流れ形
状の複雑な輪郭の従来の機械加工は非常に高価になるこ
とがある。更に、板が極めて薄い場合、従来の機械加工
の如き応力を伴う製造プロセスを使用した場合に、板は
歪みを受ける。それ故、応力の無い製造プロセスを使用
するのが望ましい。このようなプロセスは化学及び電子
化学プロセスを含む。

【００１８】１つの好ましい方法では、板１４にマスク
パターンを適用する。次いで、マスクされない領域を所
望の深さに化学的にエッチングする。マスクパターンは
フォトリソグラフィープロセスにより適用することがで
きる。いくつかの流れ形状に対しては、マスクはスクリ
ーニングプロセス又は謄写プロセスにより適用すること
ができる。複雑な流れ形状は多数の部品上に複製できる
マスクにより画定されるので、このプロセスは極めて安
価となる。

【００１９】代わりに、流れチャンネル形状を機械加工
するために電子化学機械加工（ＥＣＭ）プロセス又は劣
化プロセスを使用することができる。ＥＣＭプロセスで
は、流れチャンネル形状を鏡面仕上げするために電極を
機械加工する必要がある。次いで、機械加工された輪郭
合致電極及び捕獲器板がＥＣＭ槽内で互いに近接して置
かれ、適当な電圧をこれらの間に供給する。機械加工さ
れた電極により画定された領域において、金属が捕獲器
板から消耗される。電子化学機械加工プロセスはまた応
力の無い機械加工手段である。輪郭合致電極を多数の部
品に使用できるので、これもまた安価なプロセスであ
る。

【００２０】更に別の実施の形態においては、ＥＣＭプ
ロセスが使用されるが、幾何学形状は、輪郭合致電極の
代わりに、フォトリソグラフィーの如きマスク作業によ
り画定される。

【００２１】更に、これらのプロセスが部品に応力を与
えない機械加工のための安価で有効な手段を提供するの
で、同じプロセスを使用して、捕獲器板１４ではなく、
捕獲器１２内に幾何学形状を機械加工できる。もちろ
ん、当業者なら、このような解決策は従来の方法に比べ
てコストを減少させるが、捕獲器から材料を除去し、捕
獲器の剛性を減少させることを認識できよう。これは長
い列を有する印刷ヘッドにとっては望ましくない。帰還
チャンネルを捕獲器内に機械加工した場合は、捕獲器の
衝突表面の底部での半径をインク帰還チャンネルと組み
合わせることも困難である。

【００２２】インク帰還チャンネルの安価な製造のため
の付加的な手段は、積層プロセスを使用することであ
る。所望の流れチャンネルの厚さに対応する厚さを有す
る板から、流れチャンネルの島部及び側壁（即ち、化学
的な機械加工作業によって機械加工されなかった領域）
を切削加工する。次いで、これらの部品は捕獲器と輪郭
付けされていない捕獲器板との間で適所に接着される。
これらのスペーサ板はスタンピングプロセス又はポンチ
プロセスにより製造することができる。多数のこのよう
な部品を同時に機械加工するために、電気放電機械加工
プロセスも使用できる。

【００２３】また、本発明にとってユニークなことは、
板１４と捕獲器１２との間の大きな接着強度を保った状
態で、これら２つの素子に対してサンドブラスト加工を
行う必要がないことである。上述のように、サンドブラ
スト加工は板を変形させ、捕獲器内に望ましくない応力
を生じさせてしまう。サンドブラスト加工による応力を
排除し、改善された接着強度を得るために、流れ形状を
画定するために使用されるエッチングプロセスを使用す
る。平衡された流れ形状のエッチングと同時に、図２に
示すような小さなほぼ半球状の接着向上くぼみ１６（約
０．０１０インチ（約０．２５ｍｍ）の直径で、縦横に
約０．０２インチ（約０．５１ｍｍ）離間し、約０．０
００４インチないし０．０００６インチ（約０．０１０
ないし０．０１５ｍｍ）の深さを有する）を板１４の表
面にエッチングする。球状のくぼみにより生じた付加的
な領域は捕獲器についてのサンドブラスト加工の必要性
を排除し、大きな接着強度を維持する。更に、捕獲器及
び板をサンドブラスト加工する代わりに球状の接着向上
くぼみをエッチング加工すれば、大幅なコストの節約と
なる。上述の半球状のくぼみの代わりに他の接着向上構
造を使用することができる。このような接着向上構造は
任意の形状の小さなピットのパターン又は捕獲器パン内
に形成された細いラインを含むことができる。

【００２４】本発明はインクジェット印刷ヘッドから流
体を除去する改善された手段を提供する。多数のグルー
プの分岐部で構成された分岐構造体は流れ形状を生じさ
せ、各グループの分岐部は連結トランクを有する。次い
で、流体流れを各複数の分岐部から連結トランクへ下方
に導くことができる。これらの流れチャンネルの面に垂
直なポートを使用して、流体をＢ１分岐部で除去する。
分岐節での圧力降下は、組合わさった分岐部からの流れ
を連結されたトランクへ下方に導くことにより、最小化
される。分岐節での膨張損失は、分岐節で流体を注ぐ(f
unneling down)ことにより、最小化され、トランクは結
合された分岐部の組み合わせよりも狭いチャンネルを有
する。

【００２５】流れ形状は応力の無い製造プロセスにより
製造され、応力の無いプロセスはマスクプロセス、化学
エッチング又は電気化学プロセス、或いは他の適当な手
段とすることができる。好ましくは、流れ形状は捕獲器
板内に形成される。流れ形状を容易にするために、捕獲
器と捕獲器板との間でスペーサを積層することができ
る。応力の無い製造プロセスは捕獲器板での接着向上構
造を形成するために使用でき、これらの接着向上構造は
流れ形状の製造と同時に捕獲器板に形成することができ
る。

【００２６】ある好ましい実施の形態を特に参照して本
発明を詳細に説明したが、本発明の要旨内で種々の修
正、変更が可能であることを理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成された捕獲器本体／板組立
体の分解部品斜視図である。

【図２】図１の捕獲器板の深さエッチング特徴を示す拡
大図である。

【図３】流れチャンネル分岐構造を示す平面図である。

【符号の説明】

１０ インク帰還チャンネル １２ 捕獲器 １４ 捕獲器板 １８ インク帰還チャンネル Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３ 分岐部

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクジェット列と、印刷に供されない
   インク液滴を回収し、回収した流体を流体装置へ戻す捕
   獲器手段とを有するインクジェットプリンタ装置の、関
   連する捕獲器板を備えた捕獲器内に改善された流体の流
   れを提供する方法であって、改善された流体流れが上記
   インクジェット列の幅を横切る均一なインク除去を提供
   するようになった方法において、 流れチャンネル形状を形成するために複数個の分岐部で
   構成された分岐構造体を使用する工程と；各複数の分岐
   部を連結トランクに連結する工程と；上記各複数の分岐
   部からの流れを上記連結トランクへ下方に導き、もっ
   て、流れが外側分岐部において出発し、最下方のトラン
   ク又は分岐節において捕獲器組立体から出て、そこから
   流体が流体タンクへ戻るようにする工程と；を有するこ
   とを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 一定の分岐レベルからの複数の分岐部が
   同様の圧力降下を生じさせることを特徴とする請求項１
   に記載の方法。
3. 【請求項３】 上記分岐節での圧力降下を最小化する工
   程を更に有することを特徴とする請求項１に記載の方
   法。
4. 【請求項４】 上記分岐節で流体を注ぐことにより当該
   分岐節での膨張損失を最小化する工程を更に有すること
   を特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 【請求項５】 流れ形状を形成するために応力の無い製
   造プロセスを使用する工程を更に有することを特徴とす
   る請求項１に記載の方法。
6. 【請求項６】 流れ形状を上記捕獲器板内に製造する工
   程を更に有することを特徴とする請求項１に記載の方
   法。
7. 【請求項７】 捕獲器として画定される第１の区分と捕
   獲器板として画定される第２の区分とを有し、インクジ
   ェットプリンタと関連する捕獲器組立体の帰還流体流れ
   形状を製造する方法において、 上記捕獲器組立体の少なくとも第１又は第２の区分内に
   帰還流体流れ形状を画定する工程と；画定された帰還流
   体流れ形状を形成するために上記捕獲器組立体に応力の
   無い製造プロセスを適用する工程と；を有することを特
   徴とする方法。
8. 【請求項８】 流れ形状を画定するために複数個の分岐
   部を備えた分岐構造体を使用する工程を更に有すること
   を特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 【請求項９】 上記各複数の分岐部を連結トランクに連
   結する工程を更に有することを特徴とする請求項８に記
   載の方法。
10. 【請求項１０】 上記各複数の分岐部からの流れを上記
    連結トランクへ下方に導く工程を更に有することを特徴
    とする請求項９に記載の方法。