JP2005193688A - 流体タンク用内部通気構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 マニホルド内の空気を流体溜め内の空気蓄積域へと逃がすことにより流体射出ヘッドの詰まりを防止する。
【解決手段】
補充可能流体容器システムはマニホールド４１０と液状流体溜め４２０とを備え、流体を収容する液状流体溜め４２０は上部に空気蓄積域４２５を有する。マニホールド４１０と液状流体溜め４２０との間にはフィルタ手段４６０が設けれられ、マニホールド４１０と液状流体溜め４２０とを分離する。フィルタ手段４６０は流体を通過させるが、流体によって湿潤されたときには空気を通過させない。フィルタ手段４６０をバイパスするようにチャネル４８０を配置することにより、マニホールド４１０と液状流体溜め４２０との間が連通され、マニホルド４１０内の空気を液状流体溜め４２０内の空気蓄積域へと通気可能にする。
【選択図】 図４

Description

本発明は補充可能流体容器内の内部流体タンク通気構造に関する。

ドロップ−オンデマーンド液体インク・プリンタのような流体射出システムは、少なくとも一つの流体射出装置を有しており、ここから流体の小滴を受容シートに向けて射出する。走査インクジェット・プリンタは、流体インクを収容している流体射出ヘッドを備えている。インクはコンピュータ、スキャナまたは同様のデバイスから受信したプリント・データに基づいたアレンジメントでシートに与えられる。流体のシートへの供給を制御するために、流体射出ヘッドはシートを横断して移動され、液滴として射出される流体がシートに供給される。これらの液滴は画素として設計された液量に対応している。各画素は特定の単位域を暗くするか、あるいはカバーするのに必要とされる量に関連している。

一体型流体フィルタが知られている。インクジェット・プリントヘッドのために使用されるこの種の一体型流体フィルタの例は、Ｄｒａｋｅらによる特許文献１、Ｃｏｍｐａｎｅｌｌｉ他による特許文献２、Ｈａｗｋｉｎｓ他による特許文献３およびＬｏｒｅｎｚｅ，Ｊｒ．他による特許文献４がある。

上記特許のうち特許文献１のみが、個々のインク・チャネル・ノズルの前のチャネル・プレート内に配置された一体型内部インク・フィルタを含んでいる。他の参照例は、インク供給カートリッジとプリントヘッドのインク・マニホルドとの間のインク充填開口部の上方に作られた（すなわち、チャネル・プレート外部であってその外面に固定された）膜フィルタを含んでいる。このようにして、これら後者３件の特許は、インク・フィルタ組立体をパターン化し実施するのに付加的な製造費用と時間を必要とする。さらに、この種のフィルタはノズルから極めて外れやすい。
米国特許第４，６３９，７４８号 米国特許第５，１２４，７１７号 米国特許第５，１４１，５９６号 米国特許第５，２０４，６９０号

インクジェット・プリンタにおいて、プリントのための小さいインク小滴を生成するためには、対応する小さい流域を有する非常に小さいノズルが必要がある。現在のインクジェットの傾向は、ますます小さいインク小滴を必要としていることである。このことは、小さいプリントヘッド・ノズルに、よごれた粒体が詰まることを防ぐ非常に細いフィルタ・システムの使用を余儀なくさせる。しかし、一度インクで湿ってしまうと、フィルタ・システムは空気を移動させるには有効なバリヤとなる。

プリント処理中、プリントヘッドは空気を取り込みまたは生成し、この空気はプリンティング・ダイとフィルタとの間でマニホルド域にトラップされる。ジェットも容易に空気をマニホルドから逃すことができないので、空気はマニホルド内部にトラップされることになる。マニホルド域内にトラップされた空気の量が十分多いときは、空気は流体の流れを分断ないし阻止することもある。プリントヘッドはこの分断によって阻害され、またプリントする能力が失われることもある。

交換可能、補充可能あるいはへその緒状（ｕｍｂｉｌｉｃａｌ）流体供給装置を含む、一部の従来システムにおいて、ある一定量の空気がバキューム（吸引）によって排除可能である。しかし、これは高解像度プリント処理のために必要な曲がりくねった小さい流体チャネルを有するプリントヘッドにとっては、信頼できる、または効果的な方法ではない。

従来のプリントヘッド技術において、これらの問題はプリントヘッドの寿命の尽きる前に、多量の空気を収容するようにプリントヘッドを設計することによって対処される。この構造には大きな欠点があり、プリントヘッド内を余分な空間が占め、プリントヘッドのサイズと重量が増すとともに、これに付随する費用が増し、生産性が低下する。

同様に、他の、流体射出の適用される種々の例では、消費される流体の容器は流体溜め内の流体を補充または交換するために、流体レベルを検出することを必要としているかもしれない。このような適用例には、これに限定されないが、薬物、薬剤、写真などの受容媒体への分配、放出制御のための還元剤のエンジン排気物へ注入、冷凍過程での凝縮物の排水等が含まれる。補充流体容器を使用する他の技術には、燃料電池、燃料タンク、化学処理システムおよびバッテリが含まれる。これらの技術における流体容器内の流体レベル感知は困難である。電気的に流体を検知することは危険を伴い、例えばスパークが流体容器に収容された流体に引火したり、流体が例えば腐食することによって電気センサーを劣化させたりするからである。

上記課題を解決するための、請求項１の発明は、流体を収容するとともに空気蓄積域をこれに関連して有する第１チェンバと、少なくとも一つの流体射出ポートを有する第２チェンバと、第１チェンバと第２チェンバを分離するバリヤと、バリヤをバイパスして第１チェンバと第２チェンバとの間の連通を許容する少なくとも一つのチャネルと、を備え、バリヤは流体を通過させるが、流体によって湿潤されたときに空気を通過させないことを特徴とする、流体を収容するための流体射出容器システムである。

請求項２の発明は、請求項１の流体射出容器システムにおいて、流体を含む毛管媒体を有する第３チェンバと、第１チェンバと第３チェンバとの間の経路であり、流体で湿潤するレベルで流体を連通する前記経路と、をさらに、備えることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１の流体射出容器システムにおいて、チャネルが流れ制限機構をさらに備えることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３の流体射出容器システムにおいて、流れ制限機構が第２チェンバから第１チェンバへの連通を許容することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項３の流体射出容器システムにおいて、流れ制限機構が第１チェンバから第２チェンバへの連通を許容しないことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項３の流体射出容器システムにおいて、流れ制限機構が第２チェンバから第１チェンバへの一方向の流れを許容することを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項３の流体射出容器システムにおいて、流れ制限機構が弁であることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項７の流体射出容器システムにおいて、弁がボール／スプリング弁であることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項７の流体射出容器システムにおいて、弁が逆止弁であることを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項７の流体射出容器システムにおいて、弁がダックビル弁であることを特徴とする。

請求項１１の発明は、請求項３の流体射出容器システムにおいて、流れ制限機構がフィルタ材料であることを特徴とする。

請求項１２の発明は、請求項１１の流体射出容器システムにおいて、フィルタ材料が膜であることを特徴とする。

請求項１３の発明は、請求項１２の流体射出容器システムにおいて、膜が繊維材料であることを特徴とする。

請求項１４の発明は、請求項３の流体射出容器システムにおいて、流れ制限機構が流れ制限形状寸法によって少なくとも部分的に画定されていることを特徴とする。

請求項１５の発明は、請求項１の流体射出容器システムにおいて、空気蓄積域が第１チェンバの上部を含むことを特徴とする。

請求項１６の発明は、請求項１の流体射出容器システムにおいて、空気蓄積域が第１チェンバ上方に設けられた縮小された断面域によって画定されていることを特徴とする。

請求項１７の発明は、請求項１６の流体射出容器システムにおいて、縮小された断面を有する空気蓄積域の流れ制限形状寸法によって少なくとも部分的に画定された流れ制限機構をさらに含むことを特徴とする。

請求項１８の発明は、請求項１の流体射出容器システムにおいて、第１チェンバが流体で充填されたときに、第１チェンバは吸引され負ゲージ圧になることを特徴とする。

請求項１９の発明は、流体がインクである請求項１の流体射出容器システムを含むインクジェット・プリンタであることを特徴とする。

請求項２０の発明は、請求項１の流体射出容器システムと流体射出ヘッドとを含む流体射出カートリッジであることを特徴とする。

請求項の２１発明は、請求項１の流体射出容器システムとインクジェット・プリントヘッドとを含むインクジェット・プリンタ・カートリッジであることを特徴とする。

すなわち、本発明は、空気をマニホルド域からプリントヘッド内の流体レベル上方の域へ通気させるバイパス・チャネルを設けることによって上述の問題を克服する。特に、本発明の代表的な実施例は、プリントヘッド内に形成されたフィルタ部と、マニホルドとプリントヘッドの流体溜め域との間の連通チャネルとを備える。

本発明は空気をマニホルドから流体溜めに逃すデバイスおよび方法を提供する。

本発明は空気および流体のマニホルドから流体溜めへの経路のための一方向チャネルを提供するデバイスおよび方法を別々に提供する。

本発明の上述の、および他の特徴および利点を、本発明によるシステムおよび方法の種々の代表的実施例により説明し、またこれらは詳細な説明から明らかとなる。

流体射出ポートを有する第２チェンバ内の空気を、第１および第２のチャンバ間を連通するチャネルにより、第１のチャンバ内の空気蓄積域へと通気することができる。

本発明によるマニホルドとインク溜めとの間に連通チャネルを有する流体容器の多様な代表的実施例として、次の詳細な説明において、流体システムの一つの特定タイプ、例えば、本発明による補充可能流体容器を使用するインクジェット・プリンタを明瞭性と精通性のために参照する。しかし、これまでに説明したアウトラインおよび／またはこれから説明する本発明の原理は、ここで特に説明したインクジェット・プリンタを越える、公知で任意の、または以後開発される流体射出システムにも同等に適用することができることに注意しなければならない。

図１は流体補充システムに使用可能な流体射出ヘッド１００を含む、従来の補充可能流体容器を示す。図１に示すように、流体射出ヘッド１００は、センサー・システム１２０と１３０および検出器１４０を備えた補充可能流体容器ないし流体溜め１１０を含んでいる。流体射出ヘッド１００の流体溜め１１０は、例えば流体溜め１１０内の流体レベルが下方プリズムないしセンサー・ターゲット１２０より下がったことを検出器１４０が検出したときに、補充ステーション１５０に連結することができる。続いて、流体射出ヘッド１００の流体溜め１１０は、流体溜め１１０内のレベルが、例えば上方プリズムないしセンサー・ターゲット１３０の上方位置に上昇したことを検出器１４０が検出したときに、補充ステーション１５０から切り離すことができる。

流体射出器には校正測定機器を含めることもできる。いずれの適切な校正測定機器も使用でき、これに限定しないが、光学レベル感知システムを含めることもできる。一つの光学レベル感知システムは、例えば２００３年６月６日出願の米国特許願第１０／４５５，３５７号（代理人登録番号１１４９４２）に開示されており、ここではその全体が参照例して組み込まれる。製造時点で、流体射出器は流体が完全に充填されている。流体は、この流体を受容するシート上で画素に対応する流体の一定量を射出する流体射出器によって消費される。これらの射出命令は、流体の各射出量、またはこのような多くの射出事象に対する初期カウントを増やすことによって計数することができる。一度流体溜め内に残留する流体が減少し、示された流体レベルがより下方の閾値プリズムないしセンサー・ターゲット以下に降下すると、上方閾値レベルと下方閾値レベルとの間の流体量（体積）は、画素当たりの射出流量または流体射出器のための流体射出命令を決定するようにカウントされた流体の印字射出数によって除することができる。

図２はｙ−ｚ平面に沿って見た従来の補充可能流体容器２００の断面図を示す。この補充可能流体容器２００は、マニホルド域２１０、液状流体溜め２２０を含み、また、任意で毛管流体溜め２３０を含めてもよい。任意の毛管流体溜め２３０は流体貯蔵のための毛管挿入媒体２３５を含んでいる。液状流体溜め２２０は、これに収容されるべき流体のレベルより上に空気蓄積域２２５を含んでいる。液状流体溜め２２０および任意の毛管流体溜め２３０は、バリヤ壁２４０によって分離されている。液状流体溜め２２０と任意の毛管流体溜め２３０との間の連通は、バリヤ壁２４０にあるオリフィス２５０によって実行可能である。液状流体溜め２２０とマニホルド域２１０は、フィルタ手段２６０によって分離されている。液状流体溜め２２０は、光学レベル感知システム２７０を任意に含めることもできる。

図３は本発明による流体補充システムと併用できる流体射出ヘッド３００を示す。図３に示したように、流体射出ヘッド３００は、光学プリズムないしセンサー・ターゲット３２０と３３０および検出器３４０を備えた補充可能流体容器ないし流体溜め３１０を含んでいる。流体射出ヘッド３００の流体溜め３１０は、例えばこの流体溜め３１０内の流体レベルが下方プリズムないしセンサー・ターゲット３２０より下がったことを検出器３４０が検出したときに、補充ステーション３５０に連結することができる。続いて、流体射出ヘッド３００の流体溜め３１０は、この流体溜め３１０内のレベルが、例えば上方プリズムないしセンサー・ターゲット３３０の上方位置に上昇したことを検出器３４０が検出したときに、補充ステーション３５０から切り離すことができる。

図４はｙ−ｚ平面に沿って見た本発明の補充可能流体容器４００の断面図を示す。同様に、図５はｙ−ｚ平面に沿って見た本発明の補充可能流体容器５００の断面図を示す。補充可能流体容器４００と５００は、マニホルド域４１０、液状流体溜め４２０および任意の毛管流体溜め４３０を含んでいる。任意の毛管流体溜め４３０は流体貯蔵のための任意の毛管媒体４３５を含んでいる。液状流体溜め４２０と任意の毛管流体溜め４３０は、バリヤ壁４４０によって分離されている。液状流体溜め４２０と任意の毛管流体溜め４３０との間の連通は、バリヤ壁４４０にあるオリフィス４５０によって実行可能である。液状流体溜め４２０は空気蓄積域４２５を含んでいる。液状流体溜め４２０とマニホルド域４１０は、フィルタ手段４６０によって分離されている。液状流体溜め４２０には任意に光学レベル感知システム４７０を含めることができる。

マニホルド４１０域は、チャネル４８０によって液状流体溜め４２０に連結されている。フィルタ手段４６０は、微孔性フィルタのような任意の適切なバリヤとすることができ、流体を透過させることができるが液状流体溜め４２０からマニホルド域４１０への不純物の通過を阻止する。

マニホルド域４１０内の空気は、チャネル４８０を通って流れ、液状流体溜め４２０の空気蓄積域４２５内に収集されることが許容される。空気蓄積域４２５は、図４に示したように液状流体溜め４２０の内部か、図５に示したように液状流体溜め４２０の本体外部、あるいは任意の同様の個所に配置することができる。例えば、図５の空気蓄積域４２５は、流体溜め４２０と流体連通されているが、この上方に配置される。これによって流体溜め４２０内の流体容量を増大させ、一方、流れを制限する寸法関係（流れ制限形状寸法）によってチャネル４８０に流入する流体の機会を減じることができる。チャネル４８０の少なくとも近傍の断面積（すなわち、空気蓄積域４２５と流体溜め４２０間の境界域で）は狭くなり、チャネル４８０の頂部に到達する流体の流量が制限される。これによって容器が過充填ないしその側部で傾いた場合に、流体のこぼれる機会を少なくする。空気蓄積域４２５を形成する一つの方法は、流体溜め４２０の断面に対して縮小断面を有して示されるように、上方向延長部を伴う流体溜め４２０のトップカバーを形成することである。

さらに、典型的な実施例において、流れ制限機構４９９は、チャネル４８０と空気蓄積域４２５の側壁との間の断面域をカバーするフィルタ材料を設けるなどしてチャネル４８０から外部に設けることができる。

液状流体溜め４２０の空気蓄積域４２５内部の空気は、液状流体溜め４２０内で使用される圧力制御システムによって管理することができる。この種の圧力制御システムは、当該技術において公知であり、流体が真空充填システムによって補充されるときに空気が排除され、流体供給が行われなくなると空気が廃棄され、また流体がアンビリカル・コードを介して供給されるときに逆止弁を介して空気が排除されることを含むが、これに制限されるものではない。

種々の典型的実施例において、チャネル４８０は、マニホルド域４１０とチャネル４８０との間の自由な連通を許容するアパーチャ４９０を、また液状流体溜め４２０とチャネル４８０との間の連通を許容するアパーチャ４９５を含んでいる。

種々の典型的実施例において、アパーチャ４９０がマニホルド域４１０内の流体レベル上方で空気蓄積域４２５内に配置され、マニホルド域４１０内にトラップされた空気を液状流体溜め４２０の空気蓄積域４２５に逃す。種々の典型的実施例において、アパーチャ４９０はフィルタ手段４６０近傍に配置されている。

アパーチャ４９５の位置は特に限定されない。種々の典型的実施例において、アパーチャ４９５は液状流体溜め４２０の空気蓄積域４２５内に配置されるのが好ましい。

種々の典型的実施例において、チャネル４８０は流れ制限機構４９９を含んでいる。流れ制限装置４９９は、トラップされた空気をマニホルド域４１０から流すことを許容するが、液状流体溜め４２０からマニホルド域４１０への流体の流れを許容しない。流れ制限手段がガスおよび流体の一方向のみへの流れを許容するのであれば、任意の適切な流れ制限手段を流れ制限機構４９９として使用することができる。典型的な目的のみに対して、この種の流れ制限機構は、例えばＰＯＲＥＸのようなフィルタ材料、および例えばＧＯＲＥ−ＴＥＸのような繊維材料、逆止弁、ダックビル弁などを含んでいる。

補充可能流体容器４００、マニホルド域４１０、液状流体溜め４２０、毛管流体溜め４３０、バリヤ壁４４０、オリフィス４５０、フィルタ手段４６０およびチャネル４８０の外形寸法は特に限定されないことに注意しなければならない。同様に、補充可能流体容器４００内のチャネル４８０の位置は、上述した特定の制限以外には特に限定されない。

本発明の設計には多数利点がある。補充可能システムにおいて、本発明によるシステムは、従来のプリントヘッド・システムよりも大きい寸法の溜めと小さいマニホルド容積を有するプリントヘッドの容積効率を改善する。インクジェット・システムの場合において、本発明の設計は、プリントヘッド・カートリッジの液状流体溜め内と毛管流体溜め内に収容できるインクの容積を増すことができ、プリントヘッドを縮小し、機械生産性を高め、プリントヘッド寿命を拡大することができる。

本発明は典型的な実施例の概略をこれまでに説明したが、公知であろうと現在予期できなくとも、種々の代用例、修正例、改良および／または実質上均等な例は、少なくとも当業者には明白となろう。従って、上述した本発明の典型的な実施例は、説明を意図したものであり、これに限定するものではない。種々の変形例が本発明の概念および範囲から逸脱することなく可能である。従って、本発明によるシステム、方法およびデバイスは、全ての公知の、または後に開発される代用例、修正例、改良および／または実質上均等な例を包含することを意図する。

従来の補充可能流体容器の等角投影図である。 図１のｙ−ｚ平面に沿って見た従来の補充可能流体容器の拡大断面概略図である。 本発明による補充可能流体容器の典型的な実施例の等角投影図である。 図３のｙ−ｚ平面に沿って見た補充可能流体容器の典型的な実施例の拡大断面概略図である。 図３のｙ−ｚ平面に沿って見た補充可能流体容器の典型的な実施例の拡大断面概略図である。

符号の説明

４００ 補充可能流体容器
４１０ マニホルド域
４２０ 液状流体溜め
４２５ 空気蓄積域
４３０ 毛管流体溜め
４３５ 毛管媒体
４４０ バリヤ壁
４５０ オリフィス
４６０ フィルタ手段
４８０ チャネル
４９０ アパーチャ
４９５ アパーチャ
４９９ 流れ制限機構

Claims (21)

1. 流体を収容するとともに空気蓄積域をこれに関連して有する第１チェンバと、
   少なくとも一つの流体射出ポートを有する第２チェンバと、
   第１チェンバと第２チェンバを分離するバリヤと、
   バリヤをバイパスして第１チェンバと第２チェンバとの間の連通を許容する少なくとも一つのチャネルと、
   を備え、
   バリヤは流体を通過させるが、流体によって湿潤されたときに空気を通過させないことを特徴とする流体を収容するための流体射出容器システム。
2. 流体を含む毛管媒体を有する第３チェンバと、
   第１チェンバと第３チェンバとの間の経路であり、流体で湿潤するレベルで流体を連通する、前記経路と、
   をさらに備えた請求項１に記載の流体を収容するための流体射出容器システム。
3. チャネルは流れ制限機構をさらに備えている請求項１に記載の流体射出容器システム。
4. 流れ制限機構は第２チェンバから第１チェンバへの連通を許容する請求項３に記載の流体射出容器システム。
5. 流れ制限機構は第１チェンバから第２チェンバへの連通を許容しない請求項３に記載の流体射出容器システム。
6. 流れ制限機構は第２チェンバから第１チェンバへの一方向の流れを許容する請求項３に記載の流体射出容器システム。
7. 流れ制限機構は弁である請求項３に記載の流体射出容器システム。
8. 弁はボール／スプリング弁である請求項７に記載の流体射出容器システム。
9. 弁は逆止弁である請求項７に記載の流体射出容器システム。
10. 弁はダックビル弁である請求項７に記載の流体射出容器システム。
11. 流れ制限機構はフィルタ材料である請求項３に記載の流体射出容器システム。
12. フィルタ材料は膜である請求項１１に記載の流体射出容器システム。
13. 膜は繊維材料である請求項１２に記載の流体射出容器システム。
14. 流れ制限機構は流れ制限形状寸法によって少なくとも部分的に画定されている請求項３に記載の流体射出容器システム。
15. 空気蓄積域は第１チェンバの上部を含む請求項１に記載の流体射出容器システム。
16. 空気蓄積域は第１チェンバ上方に設けられた縮小された断面域によって画定されている請求項１に記載の流体射出容器システム。
17. 縮小された断面を有する空気蓄積域の流れ制限形状寸法によって少なくとも部分的に画定された流れ制限機構をさらに含む、請求項１６に記載の流体射出容器システム。
18. 第１チェンバが流体で充填されたときに、第１チェンバは吸引され負ゲージ圧になる請求項１に記載の流体射出容器システム。
19. 流体はインクである請求項１の流体射出容器システムを含むインクジェット・プリンタ。
20. 請求項１の流体射出容器システムと流体射出ヘッドとを含む流体射出カートリッジ。
21. 請求項１の流体射出容器システムとインクジェット・プリントヘッドとを含むインクジェット・プリンタ・カートリッジ。
    
    

Images