JP2013233804A - 廃インクを生成することなく印字ヘッドから気泡を除去できる流体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱器を用いることにより、通常の動作中に液体になるように加熱される印字ヘッドにおいて、廃インクを生成することなく、流体構造から空気を除去することができる流体構造を提供する。
【解決手段】流体構造は、流体容器１２との接続部および並んだ開口部２０との接続部を有し、流体容器と並んだ開口部との間に流路を形成している、第１室１８と、流体構造の外部の大気に接している少なくとも１つのベント３４との接続部を有する第２室３２と、第１室と第２室との間の少なくとも１つの流路３６とを有している。
【選択図】図６

Description

本開示はインクジェットプリンタに関し、詳細には、インクジェットプリンタのインク流の気泡を除去することに関する。

概して、固体インク印字ヘッドは、融解されたインクが液滴供給部またはアンビリカル供給システムを用いて供給される容器を含んでいる。印字ヘッドはまた、並んだ噴射部材を含み、噴射部材は、印刷面に画像を形成するために、インクが出る並んだ開口部を有するノズル板に付属している。印字ヘッドの内部では、インクは、容器から一連の導管またはマニホールドを介して噴射部材およびノズル板へと流れる。印字ヘッド内のこれらの導管またはマニホールドは、通常、流体構造全体を形成するために共に接合される別個の層の組み合わせによって形成される。

加熱器を用いることにより、印字ヘッドは、印字ヘッド内の固体インクが融解するように、または、通常の動作中に液体になるように、加熱される。長期間未使用である間、または、電源を切った後、加熱器は止まる。それに関連して印字ヘッドを冷却することにより、印字ヘッド内のインクは凝固および縮小する。これにより、今度は、印字ヘッド内の導管またはマニホールドに空気が取り込まれる。続いて電源を入れることにより、この空気は、それ自体、流体構造内の気泡として示される。印字ヘッドを正確に実施するためには、全てのまたはほぼ全てのこの空気を、印字ヘッドの内部において導管またはマニホールドから除去する必要がある。

用語「印刷装置」および「印字ヘッド」が、印刷装置、ファクシミリ、写真印刷装置などの部分であろうとなかろうと印刷面にインクを生じさせる任意の構造またはシステムに適用することに、留意する必要がある。

本検討では、システムがパージサイクルとして流体構造から空気を除去するプロセスに言及する。従来の空気除去方法では、システムが回収または再利用できない廃インクを生成する。例えば、１つの方法では、システムは、導管またはマニホールドに沿った位置に気泡を運搬し、ここで、気泡は、ノズル板の部分ではないベント孔を介して印字ヘッドから出ることができる。もう１つの方法では、システムは、噴射部材およびそのノズル自体を介して空気を推し進める。さらに他の一方法では、システムは、噴射部材と結合していないノズル板内のベントまたはノズルを介して空気を推し進める。これらの方法のそれぞれでは、気泡とベントまたは噴射部材との間に閉じ込められたインクがまた、印字ヘッドから出る。印刷装置は、このインクを容易に回収できず、インクは廃棄されるようになる。

より厳しい省エネ要求の到来とともに、印刷装置は、これまで必要とされてきた以上に頻繁に電源を切る必要がある。同様に、電源を切っている間に印字ヘッドに取り込まれた空気を除去するために、パージサイクルの必要性も増している。このことが、インクをより無駄にする一因となり、それによって印字ヘッドの効率が下がり、利用者費用が上がり、利用者の満足度は下がる。

図１は、流体構造を介したインク流路の例を示す図である。 図２は、流体構造を介したインク流路の例を示す図である。 図３は、ベント室を有する流体構造の一実施形態を示す図である。 図４は、ベント室を有する流体構造の他の実施形態を示す図である。 図５は、多数のベント室を有する流体構造の一実施形態を示す図である。 図６は、流体構造から気泡を放出するプロセスの部分を示す図である。 図７は、流体構造から気泡を放出するプロセスの部分を示す図である。 図８は、流体構造から気泡を放出するプロセスの部分を示す図である。 図９は、流体構造から気泡を放出するプロセスの部分を示す図である。 図１０は、ベント室を有する流体構造を含んだ層の平面図である。 図１１は、ベント室を有する流体構造を含んだ層の他の平面図である。

図１は、流体構造１０の一例を示している。流体構造は、容器から１つ以上の噴射部材およびそれらに関連したノズルに流体を運搬する任意の構造から形成されていてもよい。本明細書では、簡単に理解できるように、印刷システム内の印字ヘッドに焦点をあてて検討しているが、本明細書で説明する実施形態を任意の流体構造に用いてもよい。任意の特定の流体構造に限定することを意図したものではなく、いかなる限定も含んでいない。

この例では、流体構造は、流体１４を含む容器１２に接続している。場合によっては、容器は、導管１６を介して流体構造１０内の室１８に流体を押し流す圧力を受ける。流体構造は、インクを容器から並んだ噴射部材およびそれらのノズル（２０のような開口部ともいう）に送るためのマニホールドまたは導管を形成する、互いに積み重なった多数の層２２から形成されていてもよい。積み上げられた層は、本明細書において示したよりもはるかに多くの層から形成されていてもよいが、本検討では、室１８を形成する１つまたは複数の層および開口部を含む層を対象とする。印刷している間、流体が、噴射部材によってノズルから排出される。この例では、２４のような印刷基材に画像を形成するために、インクが噴射部材によって排出される。

前述したように、印字ヘッドのサイクルの電源を切っている間に、流体構造に空気が取り込まれてしまう可能性がある。特定の条件下では、通常の動作中にも、流体構造に空気が取り込まれてしまうということにも、留意する必要がある。図２は、システムにおける空気の一例を示している。

図２では、２６のような気泡が室１８に閉じ込められているのを見ることができる。通常の動作より前に、システムは、これらの気泡を、パージサイクルを使用することによって除去する必要がある。システムが通常の動作より前に泡を除去しないならば、泡は、流体構造の性能に悪影響をおよぼすだろう。この流体構造では、図１および図２に示したように、気泡は、概して、ノズル板内にはないベント、ノズル板内のベント、または、噴射部材自体を介して、直接出される。これらの方法のそれぞれでは、気泡とベントまたは噴射部材との間に閉じ込められたインクもまた、印字ヘッドから出る。印刷装置は、このインクを容易に回収できず、インクは廃棄されるようになる。

図３は、ノズル層の反対側の第１室１８のそばに配置された第２室３２を含む流体構造３０の一実施形態を示している。第２室は、少なくとも１つのベント３４を有しており、ベントは、泡を放出できるように印字ヘッド外部の大気に接している。ベントは、空気を放出するために通常必要とされるよりも大きいということに、留意する必要がある。構造３０では、パージサイクル中、気泡およびそれに関連した閉じ込められた流体は、３６のような多数の流路を介して、室３２へと動く。浮力によって、室３２内の流体から空気を分離でき、空気はベント３４を介して出る。パージサイクルの終わりに、流体は、３６のような流路を介して室１８に戻る。これにより、流体を再生できる。

図４は、室３２およびベント３４の他の構成を示している。本実施形態では、単一のベント３４に加えて単一の室３２がある。図５は、室３２およびベント３４のさらにもう１つの他の構成を示している。本実施形態では、多数の個々の第２室３２があり、それぞれがベント３４を有している。寸法および室の寸法間の関係は、流体構造を用いる用途およびシステムによって決まる。例えば、流体の特徴、必要とされる流量、用いられる圧力などが、第２室または複数の室の選択された構成全体に影響する。

図６〜図９は、パージサイクル中の流体構造を示している。図６では、パージサイクルは、流体容器１２に圧力を加えることから始まる。これにより、流体１４が、導管１６を介して室１８に、および、３６のような流路を介して第２室３２に流れる。２６のような気泡はまた、流体と共に、流路３６を介しておよびベント３４の方へと移動する。パージサイクル中に加えられる圧力プロファイルによって、流体はベント３４に達せず、流体構造から出ないということに、留意する必要がある。さらに詳細に検討するように、所望の圧力プロファイルを提供するために、室、流路、および、ベントの寸法を制御できる。

図７では、圧力が容器１２に加えられ、室１８は流体によって充填されるようになり、気泡は、第２室３２へと押し流される。気泡は、外部の大気へと逃れるために、ベント３４の周辺に集まる。

図８では、容器はもはや圧力を受けず、液体の流れは、それ自体、逆方向に動き始める。流体は、第２室３２へと戻り、次に、３６のような流路を介して第１室１８へと下る。図９に示しているように、パージサイクルの終わりに、第１室１８は、流体によって充填されたままであり、第２室３２は空になっている。さらに、３６のような各流路には、メニスカス３８が存在しており、流体の流路３６への流れ、または、通常動作中の流体の室１８からの流出、を防ぐには十分な強度を有している。

流体構造の様々な構成要素の幾何学的パラメータは、余分な廃インクを生成することなく空気を放出するために、構造の働きに影響をおよぼす。このような１つのパラメータは、第２室または複数の室の体積を含んでいる。前述したように、第２室の体積は、パージプロセス中に第２室へと押し進められる任意の付加的な流体を収容するために必要である。室が収容する必要のある流体の量を決定する要素は、室に入るために流体が最後の泡を取り込む時間量と、パージプロセス中に室に入る流体の時間平均流量とを含んでいる。これらの２つ値の積は、室への全体積流量を示し、同様に、室または複数の室に必要な大きさを決定する。例えば、図３、図４、図５に示した様々な形態では、体積の異なる室が必要である。この固体インク印字ヘッドの設計に関して、室または複数の室の総量を、約０．５立方センチメートル（ｃｃｓ）よりも大きくする必要がある。

さらに、第２室およびベントの断面は、大きい毛管作用を示す必要はなく、あるいは、大きいメニスカス強度に対応している必要はない。これにより、いくつかの結果が出る。第一に、泡が第２室のベントに近づくと、取り除かれた泡が浮いて逃れることができる。第二に、室内の取り除かれる流体が、室のベントと主要な流体構造、つまり第１室との間の著しい圧力差を必要とせずに、主要な流体構造に逆流することができる。第三に、逆流している間に、室内の任意の残りの泡が融合して現れることができる。

通常、室の断面の最も小さい寸法が、室のメニスカス強度を決定する。この固体インク印字ヘッドの設計に関して、室のメニスカス強度は、約０．２５水柱インチ未満である必要がある。このことを達成するために、最も小さい寸法を、約１ミリメートルよりも大きくする必要がある。

室の断面と同様に、室ベントまたは複数の室ベントは、低いメニスカス強度を低くするために大きさを指定される必要がある。この固体インク印字ヘッドの設計に関して、ベントまたは複数のベントのメニスカス強度は、約０．２５水柱インチ未満である必要がある。このことを達成するために、ベントの最も小さい断面寸法を、約１ミリメートルよりも大きくする必要がある。

適切な大きさであることが必要な流体構造のもう１つの構成要素は、第１室と第２室との間の流路または複数の流路である。第２室およびベントとは異なって、流路または複数の流路は、通常の動作中に第１室の流出を防止する範囲内のメニスカス強度を有する必要があるが、除去中にメニスカス損傷をする可能性がある。通常の動作中、噴射部材の作用のゆえに流体構造内の負圧が上昇するという事態が生じる。流路のメニスカス強度は、この負圧による破損に耐える必要がある。あるいは、正圧が、パージプロセス中に流体構造内において上昇する。パージプロセス中に、流路のメニスカス強度は、流体および空気が第２室または複数の室に流れるために、メニスカスの破損を考慮に入れる必要がある。この固体インク印字ヘッドの設計に関して、このメニスカス強度は、３〜１３０水柱インチの範囲にある必要がある。これにより、流路の形状に応じて、約１２５マイクロメートル未満であるが１．５マイクロメートルより大きい、最も小さい寸法が必要になる。

図１０および図１１は、第１室および第２室を形成する層、室間の流路、および、第２室のそれぞれに用いられるベントの実施形態を示している。図１０では、層５０では、第２室３２の一部が多数存在しているのに加えて、第１室１８も多数存在している。この例の層５４では、第２室３２の一部が多数存在している。この例の層５２は、第１室１８の存在とそれに対応した第２室３２の存在との間に多数の流路を形成する切除部３６を含んでいる。層５２ではまた、第２室３２の一部が多数存在している。この例の層５６は、第２室３２の各存在用のベント３４を含んでいる。この例では、層５２および５４は接着剤を含んでいてもよいということに、留意する必要がある。あるいは、例の各層を、他の容認可能な手段を介して層に隣接する層に付着させてもよい。

図１１は、他の実施形態を示している。本実施形態では、層５０では、第２室３２の一部が多数存在しているのに加えて、第１室１８が多数存在している。この例の層５２は、層５０内の第１室１８の存在と、それに対応した第２室３２の存在との間に多数の流路を形成する切除部３６を含んでいる。層５２ではまた、第２室３２の一部が多数存在している。この例の層５４は、各第２室３２用のベント３４を含んでいる。この例では、層５２が接着剤を含んでいてもよいということに、留意する必要がある。あるいは、例の各層を、他の容認可能な手段を介して層に隣接する層に付着させてもよい。

これらの例は代表的な形態から構成されているにすぎず、実施形態の範囲をこれらの例に限定するという意図はない、ということに留意する必要がある。

Claims (6)

1. 流体容器との接続部および並んだ開口部との接続部を有し、前記流体容器と前記並んだ開口部との間に流路を形成している、第１室と、
   前記流体構造の外部の大気に接している少なくとも１つのベントとの接続部を有する第２室と、
   前記第１室と前記第２室との間の少なくとも１つの流路とを含む、流体構造。
2. 前記第２室は、パージプロセス中に前記第２室に押し進められた付加的な流体を収容するには十分な体積を有している、請求項１に記載の流体構造。
3. 前記第２室は、前記第１室において前記流路に対して平行な流路を形成している、請求項１に記載の流体構造。
4. 前記第２室は、前記流体構造の反対端部に配置された２つのベントを有している、請求項３に記載の流体構造。
5. 前記第２室には、毛管作用を防止するために選択された断面がある、請求項１に記載の流体構造。
6. 前記少なくとも１つの流路は、前記流体構造の動作中に前記第１室の流出を防止するメニスカス強度を有しているが、パージサイクル中のメニスカス損傷をする可能性がある、請求項１に記載の流体構造。

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