JP2011143720A - 固体インクプリントヘッド用インク収容リザーバ - Google Patents

Abstract

【課題】コストおよびサイズの問題のない、プリントヘッドに対する圧力要件に適合するプリントヘッドにインクを供給するデバイスおよび方法を提供することである。
【解決手段】インクジェット印刷機におけるプリントヘッド用リザーバであって、前記プリントヘッドは、前記リザーバから前記プリントヘッドまでインクが流れるよう、背面に少なくとも１つのプリントヘッド入口を有しており、前記リザーバが、前記プリントヘッドの背面に封止可能に装着され、前記プリントヘッド入口と連通し、１つの面で開いているチャンバを画定する周囲壁と、前記周囲壁に取り付けられ、前記１つの面をカバーする弾性可撓性部材と、前記チャンバと連通して前記インクの前記チャンバへの通路となる入口とを含む、リザーバ。
【選択図】図２ａ

Description

本開示内容は、印刷用デバイスおよび機械、特に、かかるデバイスまたは機械におけるプリントヘッドおよびプリントヘッドへのインク供給に関する。

図１に示すとおり、あるタイプの印刷機１０は、液体インクの液滴を、媒体搬送機構１６により搬送される基板１４に適用する操作の可能なプリントヘッド１２を用いている。ある機械では、図１に図示するように、インクを直接基板に適用し、他の機械では、インクを、転写ドラム等の転写要素に適用してから、印刷画像を基板に転写する。

プリントヘッド１２は、液体インクの供給を、リモートリザーバ１８から受ける。ある機械においては、リモートリザーバ１８からのインクは、加圧下でプリントヘッドに供給される。このように、機械１０は、圧力弁アセンブリ２２を通して、リモートリザーバ１８に接続された圧縮空気源等の圧力源２０を有していてもよい。出力弁アセンブリ２４は、流体ライン２６を通して、プリントヘッド１２に直接結合したローカルリザーバ２８へのリモートリザーバからのインクの流れを制御する。インクがローカルリザーバ２８にあると、圧力弁アセンブリ２２を通して、空気ライン３０からの圧力が印加されて、インクを、ローカルリザーバからプリントヘッド１２へ付勢することができる。コントローラ３２は、業界で知られているとおり、機械１０のこれらの弁アセンブリのタイミングおよび操作、媒体搬送機構およびプリントヘッドを制御する。

プリントヘッド１２は、多色インクを基板１４に適用するよう構成されていてもよい。このように、リモートおよびローカルリザーバ１８、２８は、それぞれ、複数の別のリザーバ、各色のインクについて１つを有する。インクは、典型的に、４色−黒、黄、シアンおよびマゼンタ−で提供され、４つの別のリザーバが提供される。リザーバは、インクを単一のプリントヘッドに、または複数のプリントヘッドの対応する１つに供給してもよい。圧力弁アセンブリ２２および出力弁アセンブリ２４は、それぞれ、４つの弁を、４つの対応する流体ライン２６および空気ライン３０と共に有する。各弁は、コントローラ３２により個々に制御可能で、１つまたは複数のプリントヘッド１２で多色印刷能力を与える。

典型的な機械１０では、プリントヘッド１２は、各ローカルリザーバ２８と複数のインクジェットノズル間で、一連のマニホルドを通るインク流路を画定する多くのプレートにより形成される。プリントヘッドスタックは、加熱プレート、フィルタおよびインクをノズルから放出する操作の可能なインク放出またはダイアフラムプレートをさらに有していてもよい。圧力要件が、適正なプリントヘッド機能を確保するためのプリントヘッド１２およびローカルリザーバ２８の構造に影響してきた。例えば、ノズルを通るインクのロバストな、または最適な放出のためには、インクジェットノズルにやや負の圧力が存在するのが好ましい。印刷中にインクジェットノズルに印加される正の圧力は、ノズル不具合を引き起こすことが分かっている。

これらの圧力に関連する問題を回避するために、典型的な機械１０のローカルリザーバは、典型的に、鋳造金属（多くは、アルミニウム）タンクとして、形成されている。これらの従来のデバイスのリザーバは、リザーバに含まれる使用可能なインク容積が、プリントヘッド１２のインクジェットノズルの最下列下に残るよう、十分に大きなサイズである（機械耐久性およびリザーバの傾斜角を考慮して）。このやり方で、印刷中、インクジェットノズルはやや負の圧力を有するようにできるが、高い定常状態電力損失、大きなリザーバ内に含まれるインクの長いウォームアップ時間、リザーバを製造するのにかかる高い材料コストおよび重いプリントヘッドという犠牲が強いられている。また、このやり方では、ローカルリザーバタンクは、開放システムであり、インクの通気および漏れを考慮する必要がある。

米国特許第５，７８１，２１２号明細書 米国特許第５，８７０，１２４号明細書 米国特許第６，２６０，９６３号明細書

従来のローカルリザーバタンクに関連したコストおよびサイズの問題のない、プリントヘッドに対する圧力要件に適合するプリントヘッドにインクを供給するデバイスおよび方法が必要とされている。

本明細書に開示された態様によれば、インクジェット印刷機におけるプリントヘッド用リザーバが提供され、プリントヘッドは、リザーバからプリントヘッドまでインクが流れるよう、背面に少なくとも１つのプリントヘッド入口を有している。リザーバは、プリントヘッドの背面に封止可能に装着され、プリントヘッド入口と連通するチャンバを画定する周囲壁を含む。チャンバは１つの面で開いていて、リザーバは、周囲壁に取り付けられ、１つの面をカバーする弾性可撓性部材を有する。入口はチャンバと連通して提供されており、インクのチャンバへの通路となる。弾性可撓性膜は、リザーバがインクで実質的に満たされている第１の状態における初期弛緩状態と、膜がチャンバへと凹む湾曲状態とを有している。

他の態様において、プリントヘッドアセンブリは、液体インクの放出用ノズルと、ノズルと連通する管と、リザーバを有するプリントヘッドとを含む。リザーバは、プリントヘッドに封止可能に装着され、管と連通し、１つの面で開いたチャンバを画定する周囲壁、周囲壁に取り付けられ、１つの面をカバーする弾性可撓性部材、およびインクのチャンバへの通路となる、チャンバと連通する入口を有する。

さらに他の態様において、液体インクを放出するノズルを有するプリントヘッドと、ノズルと連通する管と、プリントヘッドに取り付けられ、管と連通するチャンバを画定する弾性可撓性膜により形成されたリザーバと、インクのチャンバへの通路となる、チャンバと連通する入口とを含むプリントヘッドアセンブリが提供される。

プリントヘッドに直接結合したローカルリザーバを有する印刷機の概略ブロック図である。 プリントヘッドに装着された本開示内容によるローカルリザーバの部分側断面図であり、リザーバは初期状態で示されている。 図２ａに示したローカルリザーバの部分側断面図であり、印刷状態で示されている。 図２ａに示したローカルリザーバの部分側断面図であり、インクローディング状態で示されている。 多色印刷機用ローカルリザーバの斜視図である。 プリントヘッドに装着された本開示内容による別のローカルリザーバの側面図である。

図２ａ−ｃを参照すると、インクジェットプリントヘッドスタック４０は、プリントヘッドに直接結合したローカルリザーバ４５を備えている。プリントヘッド４２は、インクジェットノズル４２のアレイを有しており、その他は、インク液滴を基材に放出する業界において公知のとおり構築されていてよい。ローカルリザーバ４５は、側壁または周囲壁４６、およびプリントヘッド４０に対して流体密係合のために構成された嵌合壁４８を有する。嵌合壁４８は、インクをプリントヘッド４０、特に、インクジェットノズル４２に供給する出口５０を画定している。プリントヘッドに供給されるインクの色数に対応する複数の出口開口部５０があってもよい。インクジェットスタックは、ローカルリザーバ嵌合壁４８の出口５０に対応する背面４４に入口開口部４３で構成されている。一方向弁または逆止め弁を、これらの開口部のいずれかに組み込んで、プリントヘッドへ一方向に流れるようにしてもよい。

リザーバ４５は、プリントヘッドの背面４４に、従来のやり方で、装着または固定してよい。例えば、嵌合壁４８は、背面４４に接合またはねじ止めしてよい。嵌合壁４８は、周囲壁４６を、プリントヘッド４０に直接封止可能に装着して、プリントヘッドの入口開口部４３を、リザーバのチャンバ４７と直接連通させるために、省いてもよいものと考えられる。この場合、周囲壁４６の端部は、背面４４に接合、または流体密封止を与えることができる何らかの他のやり方で固定してよい。

一実施形態において、少なくとも１つの一方向入口５７が、周囲壁４６の少なくとも１つにおいて画定されている。リザーバ４５に入るが出てこないインクの流れを可能とする操作の可能な逆止め弁または同様の弁を、入口５７に組み込んでよい。入口５７は、印刷機１０のリモートインクリザーバ１８等の外部インク供給部に接続されている。あるいは、入口５７に、インクがリザーバに供給されているときは開き、印刷中は閉じられるコントローラ３２により制御される弁を組み込んでもよい。入口５７は、嵌合壁４８で画定されてもよく、このとき、プリントヘッドのジェットスタックが、入口をリモートインクリザーバに接続する適切な管を画定する。（管は、詳細を本明細書に説明してある図４に示す管７６と同様の構造であってよい。）

ローカルリザーバ４５は、業界で知られているとおり、鋳造金属（アルミニウム等）、プラスチックまたは成形シート金属タンクであってよいが、以前のリザーバタンク設計よりもはるかに浅い。一実施形態において、ローカルリザーバの深さは０．１インチであり、これは、おおよそ、プリントヘッド４０のジェットスタックの厚さである。（プリントヘッドおよびローカルリザーバの相対寸法は、図２ａ−ｃにおいては明瞭にするために誇張されていることに留意のこと。）入口５７および出口５０は、リザーバの壁に鋳造、機械加工またはエッチングされていてよい。

周囲壁４６は、存在する場合は、嵌合壁４８と、またはプリントヘッドの背面４４と共に、図２ａに示すとおり、一面で開いたチャンバ４７を画定する。一態様において、ローカルリザーバ４５は、周囲壁４６および任意の嵌合壁４８にのみ固体壁を有する。チャンバの開放面は、弾性および可撓性膜またはダイアフラム５５により閉じられる。一実施形態において、膜５５は、周囲壁４６に接合された薄いシリコーンシートである。シリコーンシートの厚さは約１０ミルであってよい。他の柔軟な材料および厚さのもの、例えば、厚さ１ミルのポリイミド（ＰＩ）、ＰＥＴまたはＰＥＥＫフィルムを用いてもよい。図２ａに示す初期状態において、リザーバ４５は、インクで満たされており、一方向入口５７は、追加のインクおよび外圧の両方に対して閉じている。この初期状態においては、膜は、実質的に弛緩または中立の状態にあって、膜は、リザーバ内のインクに対して圧力は加えない。図２ａに見られるとおり、リザーバが満たされていると、インクレベルはプリントヘッドノズル４２を超える可能性がある。システム全体が閉じているため、プリントヘッドおよびリザーバが垂直から傾くかどうかに係らず、漏れの危険はない。

リザーバが完全に充填されると、プリントヘッドは印刷操作の準備が整う。インクは、リザーバ４５から引き出されて、プリントヘッドのインクジェットノズル４２へ供給される。入口弁５７は、図２ｂに示すとおり、この操作中は閉じたままであり、インクジェットノズルの背後およびローカルリザーバ４５内は負圧である。インクが、負圧により、リザーバ４５から引き出されるにつれて、膜は、印刷状態５５’へと湾曲または内側へと凹む。膜は、十分に柔軟性があって、リザーバ４５の内側に実質的に沿って、印刷操作が完了すると、リザーバはほぼ空になるようになっている。

リザーバ４５が空になったら、コントローラ３２が、追加の溶融インクを、加圧下で、入口５７に通して、図２ｃに示すとおり、リザーバを再充填する。負圧が解除されると、膜は、湾曲状態５５’から状態５５”へと外側に弾性湾曲し、これは、新たなインクのリザーバへの流入により補助される。可撓性膜は、新たなインクロードの圧力をこのように吸収することによって、インクジェットノズル４２が正圧に露出されるのを防ぐ。膜によって、膜背後の容積が、常にインクで満たされ、リザーバ４５内に空洞部分が確実になくなる。フルインクロードで、リザーバへと分配されると、膜は図２（ａ）に示す状態５５となるものと考えられる。

膜５５によって、ローカルリザーバ４５を、密閉システムのままとすることができるものと考えられる。リザーバが通気されないため、インクに気泡が取り込まれる危険性がほとんどなく、印刷操作の前に、リザーバから気泡をパージする必要がない。また、リザーバの密閉システムという性質により、以前のローカルリザーバのヘッド高さの制限がなくなる。膜であることによってまた、リザーバから引き出されるインクを全て目視でき、リザーバ４５を、従来のプリントヘッドリザーバより小さくすることができる。また、柔軟な膜によって、リモートリザーバから、加圧下で分配されるインクジェット性能への影響を排除または最小にすることができる。特定の条件下では、膜５５は、プリントヘッド４０へ通過する前のインク圧力の増加を避けるために、インク分配圧力に応答して、リザーバ４７から外側に膨張することができる。

膜５５は、噴射のためにインクがプリントヘッドに供給される際に、許容できる負圧を維持するよう拡大してもよい。このように、負圧制御には、外向きの（すなわち、チャンバ４７から離れる）力を、柔軟な膜の裏側または外側に印加して、図２（ａ）の状態から、図２（ｂ）の状態へ膜の内側の偏位に抗する較正力を与える要素を含めることができる。例えば、要素は、スプリングの中心、例えば、図２（ｃ）に示した位置６０に、あるいは、リザーバ４５に装着された密閉真空チャンバに、封止可能に取り付けられた引張スプリングを有していてもよい。

小さなリザーバだとインク容積が減って、印刷機１０のウォームアップ時間およびエネルギー喪失が減少する。これに関しては、ローカルリザーバ４５は、プリントヘッド１２のジェットスタックにより用いられるのと同じ熱源を用いることができる。このように、加熱プレート５８を、図２ｃに示すとおり、ジェットスタックとローカルリザーバの間に接合することができる。インク容積が小さいと、加熱プレートを用いて、操作温度まで容易に上げることができる。

さらに、ローカルリザーバ４５内のインクレベルは、膜５５の状態をセンシングすることによっても判断できるものと考えられる。このように、センサ６０は、図２ｃに示すとおり、膜の外側表面と結合していてもよい。このセンサは、膜が、その初期の応力のかかっていない状態５５から偏位または湾曲した量を求める操作の可能な機械または光学センサであってよい。センサはまた、膜がその初期の状態から湾曲した量の関数である膜の歪みを測定可能な歪みゲージを有していてもよい。このセンサ６０からのデータは、プリントヘッド１２の操作を制御するのに用いるコントローラ３２に供給することができる。

図２ａ−ｃに示す実施形態において、ローカルリザーバは、略矩形の形状で示されている。しかしながら、弾性膜への影響を最適化するその他の構成も考えられる。例えば、前壁４８は、湾曲した状態５５’において膜の曲率とぴったり合う曲線であってもよい。リザーバ４５および膜５５は平面図において円形であってもよい。膜自体は、図２ｂに示すとおり、均一に、または印刷操作中、リザーバを完全に使いきれるよう不均一に湾曲するように構成してよい。

さらなる修正において、入口５７は、詳細を本明細書に記載した図４に示す入口７６’と同様のやり方で、固体壁の１つよりも膜５５と結合させてもよい。この修正において、入口は、その湾曲状態５５’まで変形する膜の能力を妨げないように配置すべきである。

上述したとおり、膜５５は、リザーバタンクの固体壁に替わるものである。膜の影響を最大化するために、リザーバタンクの大面積壁を膜に替えてもよい。また、インクのリザーバを実質的に完全にパージするために、膜の限られた偏位のみが必要なところに膜を配置するのが好ましい。このように、図２ａに示すとおり、周囲壁４６の１つよりも、リザーバの背壁を膜に替える。

多色印刷の場合には、各インク色は、それぞれ専用のリザーバを有することができる。このように、リザーバ４５は、図３に示すとおり、嵌合壁４８を全て共有する、各インク色用のチャンバ４７ａ−ｄを画定する単一プレートとして形成してよい。チャンバは、各チャンバを分離する周囲壁４６ａ、４６ｂおよび内壁４６ｃにより画定される。共通の弾性可撓性膜、例えば、膜５０は、全てのチャンバにかかる。ただし、膜が内壁４６ｃおよび周囲壁４６ａ−ｂに接合されて、１つのチャンバ内の膜の偏位が、他のチャンバを覆う膜の部分に影響しないという場合に限る。あるいは、各チャンバに、対応のチャンバの開放面を閉じるために、適切な壁に接合された自身の膜を与えることができる。各チャンバには、さらに、対応のリモートインクリザーバ１８に接続された自身の一方向入口５７ａ−ｄおよびプリントヘッドジェットスタック内の適切な管に接続された出口５０ａ−ｄが与えられる。

図４に示す変形実施形態において、修正プリントヘッド６０は、プリントヘッドスタックの裏面６４に直接取り付けられた予備成形された柔軟な膜７２により構築されたローカルリザーバ７０であってよい。本実施形態において、リザーバのタンク構成は全く排除される。その初期状態において、膜７２は、インクチャージで充填できるキャビティを画定する。印刷操作中に、負圧がインクジェットノズル６２に引かれるにつれて、膜は、プリントヘッドの背面６４に向かって湾曲する。リザーバ７０は、出口７４を通して、プリントヘッドにインクを供給する。インクは、プリントヘッドのインクジェットスタックに形成された一方向管７６を通して、リザーバへ供給してよい。あるいは、一方向入口７６’を、膜自体に形成してもよい。いずれの場合においても、管７６または入口７６’は、加圧インクを、リザーバへ流し、そこから出ないように操作され、上述したとおり、逆止め弁または同様の一方向弁構造を組み込んでもよい。

一実施形態において、膜７２は、略球状泡へと予備形成されるポリイミド材料である。膜は、ジェットスタックの裏面６４に接合して、流体密封止を形成する。

様々な上述した特徴および機能、同じく、その他の特徴および機能あるいはその代替物は、多くのその他の異なるシステムまたは用途と組み合わせられるのが望ましいと考えられる。以下の請求項に包含されることも意図された様々な現在予測または予期されていない変形、修正、変更または改善は、当業者であれば、後に行うことができる。

１０ 印刷機、１２ プリントヘッド、１４ 基板、１６ 媒体搬送機構、１８ リモートインクリザーバ、２０ 圧縮空気源、２２ 圧力弁アセンブリ、２４ 出力弁、２６ 流体ライン、２８ ローカルリザーバ、３０ 空気ライン、３２ コントローラ、４０ プリントヘッド、４２ インクジェットノズル、４３ 入口開口部、４４ 背面、４５、４５’ ローカルリザーバ、４６、４６ａ−ｄ 周囲壁、４７ インク、４７ａ−ｄ チャンバ、４８ 嵌合壁、５０、５０ａ−ｄ 出口、５５ 膜、５５’ 印刷状態、５５” 状態、５７、５７ａ−ｄ 入口、５８ 加熱プレート、６０ センサ、６２ ノズル、６４ 裏面、７０ リザーバ、７２ 膜、７６ 管、７６’ 入口。

Claims (4)

1. インクジェット印刷機におけるプリントヘッド用リザーバであって、前記プリントヘッドは、前記リザーバから前記プリントヘッドまでインクが流れるよう、背面に少なくとも１つのプリントヘッド入口を有しており、前記リザーバが、
   前記プリントヘッドの背面に封止可能に装着され、前記プリントヘッド入口と連通し、１つの面で開いているチャンバを画定する周囲壁と、
   前記周囲壁に取り付けられ、前記１つの面をカバーする弾性可撓性部材と、
   前記チャンバと連通して前記インクの前記チャンバへの通路となる入口と
   を含む、リザーバ。
2. 前記弾性可撓性膜が、前記リザーバがインクで実質的に満たされている第１の状態における初期弛緩状態と、前記膜が前記チャンバへと凹む湾曲状態とを有する請求項１に記載のリザーバ。
3. 前記膜の偏位を検出するセンサをさらに含む請求項１に記載のリザーバ。
4. 前記プリントヘッドの前記背面に装着され、前記周囲壁と共に、前記チャンバを画定する嵌合壁をさらに含み、前記嵌合壁は、少なくとも１つのプリントヘッド入口と流体連通する少なくとも１つの出口を画定している、請求項１に記載のリザーバ。

Images