JP2005153523A - インキ供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】 大きなインキ流量を許し、かつ圧力変化によるインキカートリッジ及びプリンターからのインキの漏洩を防ぐ。
【解決手段】 インキカートリッジからインキジェットプリンターにインキを給送するためのインキ供給システムは、ドライブリーク弁システムのものであり、２個の結合部材を備える。中空のタペットロッドの使用が好ましい。このシステムの弁は、システム内に空気を導入することなく、結合中の単一の作用で自動的に開かれる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インキジェットプリンターにインキを供給するための解決法に関する。より特別には、本発明は、カートリッジからプリンターにインキを供給するためのインキ供給システムに関する。

インキジェットプリンティング
今日では、カラー画像の複写を掲載している多くの印刷物が作られる。これらカラー印刷物の多くはオフイス又は家庭環境においてオフセット印刷を使用して作られるが、多量のカラー印刷物が、比較的小型の印刷装置を使用して作られる。使用される可能な印刷機の一種はインキジェットプリンターである。インキジェットプリンターにおいては、インキの滴が、ノズルから、例えば特別にコーティングされた紙となし得る受像層に向かって噴射される。通常、インキジェットプリントヘッドはノズルのアレイを有し、各ノズルが同時に異なった位置にインキを噴射する。インキは、圧力波を作る例えば熱式又は圧電式のアクチュエーターの使用によりノズルから射出される。

通常、滴の大きさを一定に保つこと又は可変の滴サイズを記録し得るプリンターにおける滴サイズの良好な管理のあることが意図される。
ヘッダータンクを有するプリントヘッドの往復運動
最近は、多くの産業的用途において、大きなフォーマットの大量印刷機においても、インキジェット印刷技術が使用される。

インキジェットプリントヘッドは、印刷すべき画像又はテキストの横断方向の寸法と同じ大きさとすることができるが、通常は、プリントヘッドの寸法はより小さい。ページ幅のプリントヘッドは、まだ高価でありかつ小さい形式よりも信頼性が小さい。

図２は、インキジェットプリンターがどのようにして全体画像を構成するかを示す図を与える。受像用シート、例えば紙シートは、１方向（矢印Ａにより示された輸送方向）で輸送され、徐々に印刷ステーションの下方を通過する。

受像用シートより小さい寸法のプリントヘッドが、シート上を（矢印Ｂにより示される）横断方向に往復し、そして紙シート上で往復したときに１本以上の線を連続的に記録する。画像は、徐々に構成される。

種々のカラーを印刷するために数個のプリントヘッドを使用し、そして種々のカラーの画像を重ねることによりカラー画像を記録することができる。

プリントヘッドの連続運転ができるように、インキ供給装置を収容しているインキ槽がプリントヘッドに組み合わせられる。

小型プリンターは、通常は、小さいカートリッジを有し、このカートリッジは、選択的に一体化されたプリントヘッドノズルを有し、限定量のインキしか収容しない。

これらカートリッジは、空になると交換しなければならない。

しかし、高生産量又は大きいフォーマットを有する産業用のハイエンドインキジェットプリンター（ｈｉｇｈ ｅｎｄ ｉｎｋｊｅｔ ｐｒｉｎｔｅｒ）は、大量のインキを消費する。ハイエンドプリンターのインキジェットプリントヘッドは、プリントヘッドを担持している往復動キャリッジに取り付けられたインキ槽と組み合わせられる。このインキ槽はヘッダータンクと呼ばれ、そして装置内で静止している大容量のインキ槽又はカートリッジから補充することができる。

固定された大容量のインキ槽を設けることが可能であるが、通常は、ヘッダータンクは、主供給装置として作用する交換可能なインキカートリッジと結合される。これは、インキジェットプリンターにおいて使用されるインキの種類の変更を容易にする利点がある。インキカートリッジの交換により、プリンターは、別のカラー又は種類のインキによる印刷に迅速に変換することができる。固定の大容量のインキ槽を使用したときは、これはより困難である。

上述の大多数のシステムは、インキジェットプリントヘッドにインキを供給するためにインキジェットプリントヘッドに近いヘッダータンクを使用するが、プリントヘッドをインキカートリッジ又はプリンターの主インキ槽に直接組み合わせることも可能である。

使用されるインキカートリッジは、インキジェットプリンターのインキ供給システムに連結しなくてはならない。プリンターが固定された大容量のインキ槽を有する場合でも、インキ槽はインキカートリッジを使用して補充しなければならない。

これまで種々のシステムが使用されてきた。即ち、
特許文献１「インキジェットプリンターにおいて使用される隔壁封鎖プラグ」においては、針状の中空の器具によりセルフシールプラグに穿孔する。分離したとき、プラグは、針が引き抜かれたあとでそれ自体が再封鎖をする。

特許文献２「インキ容器用の弁ユニット」においては、ジョイントパイプが、インキ容器の弁機構の弁を開く。

インキジェットプリンターの開口部からのインキの漏洩は、小さい針状の開口の毛管の力により避けられる。

端部の横方向開口が摺動する封鎖用部材により覆われる結合用システムがある。カセットを後退させたとき、ゴムのシースが上向きに滑って針の側の開口を覆う。これにより、開口を塞ぐことのある開口部におけるインキの蒸発が防止される。

しかし、このシステムには次の幾つかの欠点がある。即ち、
−針の開口部の封鎖が比較的ゆるい。ゴムのシースが針の上を滑り、シースの滑りを可能 とするために針の壁に作用する半径方向の圧力はかなり低い。従って、プリンター内部 の圧力が上昇すればインキが逃げ得る。ゴムの弾性は押す力を確保するだけであるため 、インキの圧力がゴムを押し返すことができる。インキの最小圧力が漏洩を生ずるであ ろう。
−針の開口上でゴムシースを滑らすため、シースの内壁が、針の開口上を滑ることにより 破損する可能性がある。ゴムシースの材料の内層が、半径方向の圧力により針の穴の内 部に突き出し、そして針の縁の穴の縁により稜角が削り取られる。この摩耗が、ある時 間後に封鎖を不具合にさせることがあり得る。
−少量のインキがカートリッジの封鎖具とゴムシースとの間に捕捉されて連結システムを 汚染しかつ乾燥したインキによる問題が発生するなどの可能性がある。

これら連結システムの全ての重要な欠点は、針状構造の小さい直径のためインキの流量がかなり制限されることである。

小さい開口は、可能なインキ流量を制限する連結部におけるかなりの圧力低下を発生させる。

これは、インキカートリッジ内のインキ容器の外側に正の圧力を適用することにより打ち消すことができる。

特許文献３「流体容器の封鎖用部材」においては、圧縮シール及びカートリッジ内部のインキブラダーを外側で加圧しつつ封鎖用ボールを変位させる針を使用することにより連結が確立される。

特許文献４「多機能シャシを有するインキ容器」において、インキ供給ステーションに摺動可能に取り付けられたインキ容器が明らかにされる。この容器は加圧された室内で潰れ得るインキ容器を持つ。

上述の諸システムの欠点は、カートリッジが取り付けられないとき、インキカートリッジに至るプリンターの開口が閉鎖されず、従ってある条件下では、例えばプリンター内部の圧力変化のためインキの漏洩があり得ることである。幾つかのシステムは、漏洩を避けるためにプリンター内のインキ供給システムの内部の負圧を当てにする。しかし、これは常に当てにするわけには行かない。

また、インキカートリッジが加圧されたときは、貯蔵されたカートリッジからの漏洩の可能性は、加圧されないカートリッジのそれより大きい。加圧されたカートリッジは、気密なハウジングを提供するためにより高度の製作標準を要求する。これは、より費用がかかる。かかるカートリッジの外殻に偶発的に穴が空くと、これらは使用不能になる。

貯蔵されるカートリッジ内で圧力が維持されるときは、インキカートリッジの弁組立体はより高度の品質を持つ必要がある。これは、カートリッジをより高価にするため望ましくない。

特許文献５「インキジェットプリンターに設置されたプリントカートリッジの中間補充」においては、２重弁システムが使用されるが、連結されるとき、大量の空気がインキシステム内に送り込まれ、気泡によるノズルの有り得る妨害のため問題の生ずる可能性を与える。連結部材の外側に残ったインキも乾燥して更なる使用の際に弁システムを塞ぐ可能性がある。

特許文献６「インキジェットプリントに対するインキの供給」においては同じ問題があり、空気が閉じ込められ、そして弁の対の結合が外されたとき、インキが外側に残り、乾燥による問題の可能性を与える。

特許文献７「プリンターインキカートリッジ及びこれの組立方法」においては、針状の結合用要素と圧縮シールとの組合せが、結合システムの頻繁な使用後に問題を与える。
これまで以下の関連文書が知られる
米国特許出願第２００２／１８０ ８４８号 明細書 ＥＰ１ ２７７ ５８４号 明細書 米国特許出願第２００１／１２ ０３８号 明細書 米国特許出願第２００２／１ ００９号 明細書 米国特許第５，９６３，２３８号 明細書 米国特許第６，５５０，８９９号 明細書 米国特許出願第２００３／２０２０６０号 明細書

カートリッジ又はプリンターからの漏洩がなくなることを絶対的に保証し、かつインキの流れを助けるために圧力を使用する必要なしに大きなインキ流量を許す大きい断面を有するインジェットプリンターへのインキカートリッジ結合用システムに対する要求があることが明らかである。

上述された有利な結果は、請求項１に説明された特別な特徴を有するインキ供給システムにより実現される。

本発明の好ましい実施例についての特別な特徴が従属請求項において説明される。

システムを使用するためのインキカートリッジ及びインキジェットプリンターが請求項９及び１０において説明される。

本発明の更なる利点及び実施例は以下の説明及び図面から明らかとなるであろう。

本発明はその好ましい実施例に関連して以下説明されるであろうが、これは、本発明をこれら実施例に限定することを意図するものでないことが理解されるであろう。

カートリッジからインキジェットプリンターにインキを供給するためのインキ供給システムであって、
−インキ容器に結合された第１の結合部材、及び
−インキジェットプリンターに結合された第２の結合部材
を有する結合システムであってかつドライブレーク弁システムを有する結合システムを備えたインキ供給システムにより、従来技術のシステムの諸欠点が避けられかつ希望の特性が得られる。

好ましい実施例の結合部材が図１に示される。

右方に示される第１の結合部材１は、好ましくはホース取付具３を介してインキジェットプリンターのインキ供給システムに連結され、インキをヘッダータンク又はインキジェットプリントヘッドに供給する。

左方に示される第２の結合部材２は、好ましくは取付具４を介してインキカートリッジに連結される。この結合システムは、ドライブレーク弁システムを備える。これは、こぼれることのない結合及び結合解除の作動の提供を意味する。双方の結合部材に気密封鎖が設けられる。部材１、２が結合されるとき、プリンターのインキ供給ダクト内に閉じ込められて印刷過程における諸問題を導くであろう空気を封じ込むことはない。

カートリッジ側の結合部材２は、以下を備える。即ち、
−弁６を収容するため及びカートリッジに結合部材２を取り付けるための空洞部を形成し ているハウジング５。ハウジング５の結合側の一体のリング７には内側及び外側の封鎖 用エッジ８、９が設けられる。
−ハウジング５の内部に弁６が摺動可能に取り付けられる。弁６の外側面は、内側の封鎖 用エッジ８の外側に置かれたインキ通路を持つ。これらの通路は、弁６の円筒面に置く ことができ、或いは弁体の内側に置くことができる。
−内側の封鎖用エッジ８と接触したときに弁６の適切な封鎖を提供するために、弾性封鎖 具１０が弁体６の頂部に取り付けられる。
−弁６を、突き出ている内側の封鎖用エッジ８に向かって通常は弾性的に強制する弾性手 段１１。これは、通常は金属バネであるが、他の弾性手段を使用することもできる。

プリンター側の結合部材１が図の右方に示される。
−結合部材１の外側部分は、弁１３を保持するため及び結合の際にハウジング５を受け入 れるためのケース１２により形成される。
−このケースは、後ろ側に封鎖用エッジ１５を有する中空のタペットロッド１４と確り組 み合わせられる。
−弁１３は中空のタペットロッド１４上に摺動可能に取り付けられる。内側の封鎖用リン グ１６がタペットロッド１４上の弁６の漏洩無しの取付けを提供する。
−外側の封鎖用リング１７が弁１３の前向きの面に取り付けられ、タペットロッド１４の 封鎖用エッジ１５との封鎖を形成する。
−弾性手段１８が、弁１３をタペットロッド１４の封鎖用エッジ１５に向かうように強制 する。

結合システム又はインキジェットプリンターとカートリッジとの組合せに、自己整列機構又は自動中心合わせ機構が設けられる。図１において、結合部材２のハウジング５と結合部材１のケース１２とが、容易な整列システムを提供する。エッジ１９及び２０は、２個の結合部材の容易な適合を確保するために軽く面取りされる。ハウジング５とケース１２とは、互いに気密な適合を形成する必要はない。容易な結合を保証するために、結合部材１と２とが互いに適合されたとき、これらの間で空気が流れるようにすべきである。

プリンターにおけるカートリッジの挿入中、弁結合具の２個の部分が組み合うより前に、カートリッジが正しく整列していることが必要である。従来技術においては、結合具のドッキング側にある壊れ易い針のため、この整列には特別な注意が必要であった。組み合わせる前にカートリッジとドッキングステーションとを整列させるために多数のピンホールの考えが説明される。本発明において提案される結合システムは、それ自体が頑丈でありかつ弁の雄ボデー部分及び雌ボデー部分の設計は、例えば面取り部品の使用により自動中心合わせとすることがでこる。プリンター内へのインキカートリッジの滑り込みは、特に特定の寸法及び重量のカートリッジを困難な手操作により正確に位置決めするとき、ある種の摺動手段により助けることができる。

次に、結合システムの結合作用が図２及び３に関連して説明される。このシステムは、インキカートリッジとインキジェットプリンター内にあるインキ供給システムとの間の、（使用される滴の体積、１ドット当たりの滴数、打点速度、及びプリントヘッドのノズル数により決定される）６から７ｍｌ／ｍｉｎまでの大きいインキ流量において最小の圧力低下の結合を提供する。

本発明は、７ｍｌ／ｍｉｎの流量で内径４ｍｍの管に相当する圧力低下と組み合ったドライブレーク雌雄形式の弁結合具を含む。この結合具により、インキの流れを確立するために重力を使用した低費用のインキ供給システムの設計が可能である。この結合具は、組付け及び取外しの際にこぼすことなくかつ空気の入ることのない追加の利点を持つ。弁の雌及び雄の部分は、プリンター側又はインキカートリッジ側のカートリッジ組立体のドッキング組立体の部分として一体化することができる。

２個の結合部品１、２は、図２の示されたような状況を得るために互いに適合することができる。

２個の結合部材１、２を互いに適合させるとき、まず、第２の結合部材２のハウジング５と第１の結合部材１のケース１２とが互いに接触させる。面取りされたエッジ１９、２０のため、この２個の部品は容易に中心合わせでき揃えることができる。

両結合部材１、２が揃えられたとき、これらを互いに更に適合させることができる。

結合部材１、２間の小空間内の空気は外部環境内に容易に排出させることができる。ケース１２とハウジング５との間の適合が極めて正確であるならば、２個の結合部材１、２間から空気を排出させるために１個又は複数個の適切な穴２１を設けることができる。

ケーシング１２内のタペットロッド１４は、第２の結合部材２のハウジング５と弁６の外側面とにより形成された空洞部の内側に適合するであろう。エッジが面取りをされ、又は空洞部とタペットロッド１４の端部とが僅かに円錐状の作られたときは、容易に適合させることができる。

ある実施例においては、弁を互いに間隔を空けて保つことができるが、プリンターのインキ供給ダクト内への空気の導入を避けるために、図２に見られるように両結合部材１、２が連結されたとき、空気が閉じ込められないことが好ましい。空気の導入は、プリントヘッドの故障及び印刷物の欠陥の可能性をもたらすであろう。このようにして、弁は、中間の空間なしに適合する弁の対を形成する。

この状況においては、タペットロッド１４は第２の結合部材２内の弁６の外側面と接触し、かつ第２の結合部材のハウジングの外側の封鎖用エッジ９が第１の結合部材１の弁１３の封鎖用リング１７と接触し、この２個の結合部材１、２間の確りした封鎖を形成する。

見られるように、弁の封鎖用部材１０、１７は、封鎖すべき部材の封鎖用エッジ８、９、１５と圧縮接触をするだけである。封鎖用部材１０、１６、１７上の組立体の弁部材の摺動はない。結合／非結合の状態中、及び結合の途中及び結合解除の途中に、幾つかの非一様な面が封鎖用部材と接触することはない。これにより封鎖具の早過ぎる摩耗が避けられる。弁６、１３を開閉するときに加えられる力は常に軸線方向である。結合部材の相互の良好な封鎖を確保するために半径方向の力は必要ない。半径方向の封鎖具１６は、第１の結合部材１の内側の中空のタペットロッド１４の外面上での摺動を与えることができる。しかし、これら封鎖具１６は常に平滑な表面に遭遇し、そして接触は、開閉することを意図するものではない。この封鎖具は常に閉状態に保たれる。

部材１、２が非結合状態にあるときにインキ輸送用の開口を封鎖するための半径方向の力は不要である。

図３に示された状況に単一の作用で移行させる際は、２個の結合部材１、２を更に一緒に押すことにより、２個の弁６、１３は単一の運動で同時に開かれる。タペットロッド１４が第２の結合部材２のハウジング５の内部の圧力又はバネ１１に逆らって弁６を押し、これによりハウジング５の内側の封鎖用エッジ８と弁６との間の封鎖している接触を開く。インキは、形成された中央室に向かって、取付具４を介してカートリッジの内部と弁６の内側のインキダクトとの間を流れることができる。

同時に、第２の結合部材２のハウジング５が、バネ１８の圧力に対抗して、弁１３を第１の結合部材１内に戻し、このため中空のタペットロッド１４に設けられた穴２２が開放され、形成された中央室と取付具３に連結されたプリンターのインキ供給システムとの間が連絡される。

弁５と６の両者は開口状態にあり、従ってインキはインキカートリッジからプリンターに自由に流れることができる。弁６の内部に設けられたインキダクト及びタペットロッド１４の端部に設けられた穴２２が、インキの大流量を許す大きい断面を構成する。

結合システムはセルフロック式でないことが好ましい。両部材１、２の結合は、通常はプリンター自体の内部で生じ、この結合システムは、作業者の行うカートリッジの変更には関連しない。ロック機構は、プリンターとカートリッジ自体の外殻との間に設けられることが好ましい。このロック機構は、プリンター内のカートリッジを保持し、従って結合された部材を定位置に保つであろう。可能な一般的な知られた方法は、挿入の際のカートリッジの容易な固定を許すラッチシステムを使用することである。

２個の結合部材１、２の位置を切り替え得ること、即ち、結合部材１をカセットに取り付けかつ部材２をプリンターに取り付け得ることは明らかである。

結合システムの結合を解除するとき、インキは、結合部材の解放中、形成された中央室から中空のタペットロッド１４内及び第２の結合部材１のハウジング５内に押し出される。中央室がすっかり閉じられると、弁５、６は弾性手段１１及び１８により前方に押され、封鎖用手段１０及び１７は、戻ってそれぞれハウジング５の内側の封鎖用エッジ８及びタペットロッド１４の後方の封鎖用エッジ１５と接触し、これにより２個の結合部材１、２を閉鎖し漏洩を防止する。２個の結合部材１、２は、容易に互いに分離させることができる。空気は、開口２１を経て流れることができる。

この結合具に大きい力を加えることはなく、従ってこれは安価な材料で作ることが可能である。通常、部材は、結合部材内の弾性手段を除いて、種々の種類のプラスチックのような安価な合成材料で作ることができる。しいかし、多くの弁部品は、インキジェット用インキと接触する。化学的及び物理的な適合性が保証されねばならない。ＰＥ及びＰＰのようなポリオレフィンは、大部分のインキと両立し、そして弁の製作における全ての強固な部品に対して使用することができる。封鎖用材料は汎用性が小さい。フッ素系エラストマーはオイルベースのインキと共に使用することができる。ＥＰＤＭは水性インキと両立できる。

この結合部材は通常は交換されないので、より信頼性のある結合部材が提供されることが好ましい。一方では、インキカセットの部品である結合部材は、カートリッジの交換の際に交換される。結果として、カートリッジの結合部材はより低い技術的仕様を有し、より安価であろう。

理論的には、弁は、インキ供給管内に空気を入れない。しかし、ある種の弁部品の製造の際のゼロではない許容差のため、結合時に、少量の空気がインキ供給システム内に入る可能性がある。この量は、乾燥結合（第１回目だけ）の際に空気量０．０３ｍｌと見積もられる。結合が確立されそして連結が解除され再び結合されると、ある弁部品は濡らされ、そして許容間隙を小さくする。ゼロでない製造許容差により生じた弁組立体における間隙又は空間は、発泡材料のムースのような充填材の使用により、減らし又は無くすこともできる。発泡材は、好ましくは、液体のインキを吸収しない分離セルを有する形式のものである。

第２の結合部材２の弁機構は、輸送中及び貯蔵中の塵埃から、或いはカートリッジの使用前の作業者によるシールの除去によるいかなる種類の破損からも保護することができる。可撓性の袋形式のカートリッジの場合は、雌部品のボデーは、可撓性の袋の多くの封鎖及び溶接の工程に適してこれを作るために特有の形状を持つことができる。（可撓性の袋形式の容器用の典型的なウェルドスパウト（ｗｅｌｄ ｓｐｏｕｔ）デザインは、Ｂｉｓｃｈｏｆ＋Ｋｌｅｉｎ又はＭｅｎｓｈｅｎにおいて見いだすことができる）。雌部品とインキカートリッジとの一体化もホース連結又はネジ連結に基づくことができる。

雄部品の好ましい実施例においては、これをカートリッジから外すとき、プリントヘッドに至るインキ供給回路を遮断するために、封鎖用リング１７がタペットロッド１４の頭部に押し付けられる。別の実施例においては、タペットロッド１４は、非結合時には積極的に密閉されないが、ガスケット内に引き戻され、そこで、タペットロッド１４の頭部とガスケットとの間の遊びにおけるインキのメニスカスが封鎖を確立する。

本発明は、ドッキング部分とカートリッジ部分とよりなる弁を提供する。これら２個の弁部品の結合は、必ずしもインキの流れのために弁が開かれることを意味するのではない。即ち、弁の流体的な開閉は、２個の弁部品の機械的な結合又はその解除の作用とは機能的に分けることができる。弁の開かれる前に完全な封鎖が提供される。しかし本発明は、結合されたときに流路を自動的に開き、結合が解除されたときに流路を閉じる弁を提供する。

本発明の好ましい実施例を詳細に説明したが、本技術熟練者は、特許請求の範囲に定められた本発明の範囲から離れることなくこれに多くの変更をなし得ることが明らかとなったであろう。

分離されたときの結合システムの２個の結合部材を示す。 弁の閉じられた状態で部分的に連結された結合部材を示す。 完全に結合されかつ開かれ弁を有する結合部材を示す。

符号の説明

１． 第１の結合部材
２． 第２の結合部材
３． ホース取付具
４． ホース取付具
５． ハウジング
６． 弁
７． 一体リング
８． 内側の封鎖用エッジ
９． 外側の封鎖用エッジ
１０．封鎖具
１１．弾性手段
１２．ケース
１３．弁
１４．中空のタペットロッド
１５．封鎖用エッジ
１６．封鎖用リング
１７．外側の封鎖用リング
１８．弾性手段
１９．面取りされたエッジ
２０．面取りされたエッジ
２１．空気排出穴
２２．タペットロッドの穴

Claims (2)

1. インキカートリッジからインキジェットプリンターにインキを給送するためのインキ給送システムであって、
   −インキカートリッジに結合されかつ第１の弁（６）を有する第１の結合部材（１）、
   −インキ容器に結合され、第１の結合部材（１）と結合しかつ第２の弁（１３）を有する 第２の結合部材（２）
   を有する結合システムを備え、
   弁（６、１３）が、ドライブレーク弁システムの適合した弁の対を形成することを特徴とするインキ供給システム。
2. 弁が、単一の作用により同時に開く請求項１によるインキ供給システム。

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