JP2014522751A - 圧力調整システム - Google Patents

Abstract

大量処理のインクジェットプリンタのための圧力調整システムは、印刷ヘッドへとメニスカス真空をもたらすために蠕動ポンプを使用する。蠕動ポンプは、ドロップオンデマンド型のシステムが必要とする比較的小さなメニスカス真空を達成するために適した小さな流量を生み出すことができる小型で安価な装置である。さらに、このポンプは、両方向に動作可能であり、電源が失われた場合に封止を保つ。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧力調整システムに関する。特に、本発明は、インクジェットプリンタにおいて使用することができる圧力調整システムに関する。

「ドロップオンデマンド（ｄｒｏｐ ｏｎ ｄｅｍａｎｄ）」型のインクジェット印刷ヘッドにメニスカス真空（ｍｅｎｉｓｃｕｓ ｖａｃｕｕｍ）として知られる調整された圧力でインクを供給する必要が存在する。一般に、インクの圧力は、印刷ヘッドの使用時にメニスカス真空を維持するように調整される。一部のシステムにおいては、印刷ヘッドのパージを実行することも必要であり、したがって圧力を、パージ圧力をもたらすようにも制御可能であってよい。

小型の卓上プリンタは、通常、使い捨てのインクジェットカートリッジにおいて圧力制御を適用する。この場合に、インクがカートリッジに足されることはなく、取り出されるだけであり、したがって気泡発生装置などの受動的（ｐａｓｓｉｖｅ）な圧力調整システムを使用することができる。しかしながら、大量処理のシステムにおいては、インクが、大容量の供給源からリザーバへと追加されることが一般的である。したがって、インクの圧力は、リザーバ内の圧力を制御することによって制御される。

必要とされる圧力を維持する１つの方法は、印刷ヘッドに対するリザーバ内のインクの高さを制御することである。しかしながら、この方法においては、要求されるリザーバの位置が、不都合である可能性がある。他のシステムは、リザーバに連通した真空システムの使用を必要とする。そのようなシステムが、欧州特許出願公開第１１７７１０３号明細書に記載されている。多数のそのようなシステムは、システムへの電力が失われた場合のインクの漏れを防止するために、真空システムとリザーバとの間に絶縁バルブを必要とする。また、例えば温度の変動に起因して必要となる圧力の増大を達成するために、大気へのバルブ（ｖａｌｖｅ ｔｏ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）も必要とする。

そのようなシステムでの使用に適したポンプは、ダイアフラムポンプである。ダイアフラムポンプは、大規模で高頻度の圧力変動を生じさせるため、ジェットの発生の乱れを避けるために、減衰システムによって減衰させる必要がある。したがって、二次的な圧力の調整または大型のバッファタンクが、圧力の変動を一様にするために必要とされる。

欧州特許出願公開第１１７７１０３号明細書

本発明は、圧力を調整するための単純なシステムを提供することを目的とする。

本発明によれば、インクジェットプリンタ用の圧力調整システムであって、印刷ヘッドへとインクを供給するためのインクリザーバに連通する排気口を有するガス管路と、前記管路内の流体の圧力を検出するように構成された圧力センサと、前記管路内の圧力を変化させるためにガス供給源と前記ガス管路との間でガスを送るように構成された蠕動ポンプと、前記センサからの出力を受け取り、該センサの出力に応答して前記ポンプの動作を制御することによって、前記管路内の圧力を制御するように構成されたコントローラとを備えるシステムが提供される。

ガスは、好ましくは空気であり、したがってガス供給源は、単に大気への通気口であってよく，フィルタを有していることが好ましい。

システムは、管路内の圧力、したがってインクリザーバの圧力を、蠕動ポンプの動作によって、必要なメニスカス圧力を維持するための所定の範囲内で制御することができる。通常は、リザーバは、複数の印刷ヘッドにインクを供給するように構成され、印刷ヘッドの付近に配置でき、あるいは印刷ヘッドと一体であってよい。

念のため、蠕動ポンプは、米国特許出願公開第２００９／０２６７９７６号明細書に記載のプリンタ装置などのいくつかのプリンタ装置において、インクタンクから印刷ヘッドへとインクを供給するために使用され、米国特許第６，４２８，１５６号明細書に記載のように、印刷ヘッドへと供給されるインクを直接制御するために使用されていることに触れておく。しかしながら、この先行技術においては、そのようなポンプは、インクそのものを直接送るために使用されているにすぎない。対照的に、本システムは、印刷ヘッドにおけるメニスカス圧力を制御するという別の機能のために蠕動ポンプを使用する。これを行うために、蠕動ポンプが、本発明においては、印刷ヘッドへとインクを供給する管路の圧力を変化させるべく空気などのガスを送るために使用される。

特許請求の範囲に記載の構成は、先行技術において開示も、予期もされておらず、後述されるように、顕著かつ驚くべき利点をもたらす。

蠕動ポンプは、比較的消費電力が少ない小型かつ安価な装置であり、電池で動作する用途においてきわめて有用である。

さらに、蠕動ポンプは、ポンプの出力を印刷ヘッドに直接加えることができるような少ない流量を操作することができる。これは、二次的な圧力調整の必要性を取り除き、さらには圧力の変動に対処するための大きなバッファタンクが不要であるため、インクリザーバが比較的小さくてよい。必要であれば、管路がバッファチャンバを備えることができ、これが比較的小さくてよい。

さらに、先行技術の真空システムは、インクの過充てんを引き起こす不具合の場合に、ポンプへのインクの進入（部品の損傷を引き起こしかねない）が確実に防止されるように、注意深く設計されなければならない。例えば、バルブとフィルタとからなるシステムが必要である。これが、蠕動ポンプを使用する場合には、インクが誤って管路に進入しても損傷を被ることがないため、不必要である。

蠕動ポンプを使用するもう１つの利点は、通常の使用において、ポンプを管路内の圧力を調節する必要があるときにだけ動作させればよく、圧力を調節する必要がない場合、ポンプを動作させなくても圧力が維持される点にある。

さらに、蠕動ポンプは両方向の動作が可能であるため、管路内の圧力を下げるためにも、あるいは高めるためにも使用することができ、したがって大気への別途のバルブが不要である。さらに、電源喪失の場合には，ポンプが大気に対する封止をもたらすため絶縁バルブが不要である。

さらなる利点は、印刷ヘッドの内部の通路から空気を除去するため、個々のジェットを回復させるため、さらにはインクが最初に適用されるときに印刷ヘッドをプライミングするために、定期的なメンテナンスとして要求され得る印刷ヘッドの体積パージを実行するために使用することができる体積型の装置である点にある。したがって、正しいメニスカス圧力において平衡の状態にあるシステムにおいて、所定の体積をシステムへと加えるようにポンプを動作させることができる。この体積は、例えば印刷ヘッドの内部の体積と実質的に同等であってよい。これにより、圧力がメニスカス圧力へと再び下がるまで、インクが印刷ヘッド通って流れ、またはパージされ、気泡がヘッドを通って押し出される。

さらに、ポンプの体積型の動作を、必要とされる真空を達成するために必要なポンプの負荷を監視し、これを所定の予想されるポンプの負荷と比較することによって、漏れまたは過充てんを検出するために測定することができる。予想されるポンプの負荷は、単純にシステムの正常な動作を監視することによって割り出すことが可能である。

ガス供給源が大気への接続である場合、蠕動ポンプを、管路と大気との間に接続することができる。好都合なことには、ポンプが可撓な管を収容する実質的に円形または部分的に円形のポンプケーシングを備えることができる。ポンプは、例えば管をケーシングに押し付ける複数（例えば、３つ）のローラを有するロータを備えることができる。管路は、単に配管をさらに長くしたものであってよく、リザーバへと直接接続されてよく、ポンプの反対側において配管を必要に応じてフィルタを介して大気へと接続または開放することができる。

リザーバにインク供給源を連通させてもよく、さらにコントローラが、例えば公知の方法でリザーバ内のレベルセンサに応答してリザーバへのインクの供給を制御することとしてもよい。例えば、インク供給源が、インクのレベルが所定の下限を下回って低下したときにオンにされ、レベルが所定の上限に達したときにオフにされる。供給速度は、少なくとも予想される最大のインク使用速度と同じ速さである。好都合には、インク供給源は、リザーバにおけるインクの供給および使用によって圧力を補正するためのポンプの動作が引き起こされることがないよう、生じる圧力の変動が最小限となるような方法で制御される。

本発明をより容易に理解できるよう、以下で添付の図面を、あくまでも例として参照する。

インクジェットプリンタのための先行技術の圧力調整システムの概略図である。 本発明による圧力調整システムの概略図である。 図２のシステムにおいて使用するための蠕動ポンプの図である。

図１を参照すると、先行技術の圧力調整システムは、通常は空気を含んでいるバッファチャンバ２を備えている。チャンバ２は、圧力センサ３を備えており、インクジェットプリンタの印刷ヘッドのインクリザーバ（図示されていない）への接続のための排気口４を有している。絶縁バルブ６が、チャンバとインクリザーバとの間に設けられている。チャンバ２は、さらにポンプなどの真空源８にも、真空源８とチャンバ２との間に設けられた真空バルブ１０を介して連通している。さらにチャンバは、大気バルブ１４を介して大気１２に連通しており、大気１２への接続と大気バルブ１４との間に、システムへの不純物の進入を防止するためのフィルタ１６を設けることもできる。

コントローラ１８が、チャンバ２の圧力センサ３の出力を受け取るように構成されている。また、コントローラ１８は、絶縁、真空、および大気の各バルブ６、１０、および１４を操作するように構成されている。印刷ヘッドの動作時に、コントローラが、圧力センサ３の出力を受け取り、チャンバ２内の圧力が所定の必要なメニスカス真空圧力に相当するか否かを判断する。

検出された圧力が、必要な圧力よりも高い場合、コントローラは、真空バルブ１０を開き、チャンバを真空源８に接続する。必要な圧力に達すると、コントローラは、真空バルブを操作して真空源８との接続を閉じる。例えばチャンバ内の温度の変動により、圧力が低すぎる場合、コントローラは、必要なゲージ圧に達するまで圧力を高めるべく、大気バルブ１４を操作してチャンバ２を大気へと接続する。コントローラ１８は、電源の不具合の場合に排気口４を閉じるべく絶縁バルブ６を操作することもできる。また、コントローラ１８は、システムのパラメータを外部から設定することを可能にでき、圧力調整システムに関するデータを出力するために使用することができる外部の制御システム１１への接続も備えている。

真空および大気バルブの操作によって、大規模なおよび／または高頻度での圧力の変化が引き起こされる可能性があるため、チャンバ２が、そのような変動についてバッファとして機能できるように充分に大きくなくてはならないことが、理解できるであろう。あるいは、二次的な圧力の調整を行ってもよい。

次に図２を参照すると、本発明のシステムは、好都合には空気を含むバッファチャンバ２０を備えるガス管路３４を備えている。圧力センサ２２が、管路３４の圧力を検出するように配置され、好都合にはチャンバ２０に位置している。コントローラ２４が、センサ２２の出力を受け取るように構成されている。コントローラを、上述のように外部の制御システム３６へと接続することもできる。センサは、例えば、大気に対するチャンバ２０の真空レベルを検出するように構成された較正済みの温度補償付きシリコン圧力センサであってよい。チャンバ２０は、印刷ヘッドのインクリザーバへの直接接続のための排気口２６を有している。

蠕動ポンプ２８が、管路３４とフィルタ３２を介した大気３０への接続との間に設けられている。管路３４および大気３０への接続は、好ましくはポンプ２８も通って延びる配管をそれぞれ含むことができ、ポンプが、圧力を変化させるためにチャンバへと空気を送り、あるいはチャンバから空気を送るように構成されている。図３に示されるように、蠕動ポンプ２８は、一般的に部分的に円型のポンプケーシングまたは裏打ち板３９を有しており、配管４０がケーシング内に取り付けられている。ロータ３７は、モータによっていずれかの方向に回転可能であり、ロータ３７の周囲に取り付けられ、可撓な配管４０を成形された裏打ち板３９へと押し付けるローラ３８（例えば、３つ）を有している。ロータが回転するとき、管のうちの圧縮下にある部分が閉じ、空気を管を通って移動させる。さらに、カムの通過後に管が自然な状態へと開くとき、空気がポンプへと引き込まれる。

蠕動ポンプ２８は、両方向に動作することができ、したがってチャンバ２０内の圧力を高めるように、または低くするように動作できることを、理解できるであろう。ロータの運動に対する抵抗は、電力の喪失の場合など、ポンプ２８が動作していないときに、大気に対する封止がもたらされるような抵抗であってもよい。コントローラ２４は、センサ２２の出力に応答して、チャンバ内の圧力を印刷ヘッドの動作に適したメニスカス真空に相当する所定の範囲内に保つべくポンプ２８を動作させるように構成される。

使用時に、印刷ヘッドの動作に対応する第１のモードにおいて、コントローラ２４は、センサ２２からの出力を受け取り、所定の許容圧力範囲と比較し、チャンバ２０に必要な真空を維持するために、必要であれば蠕動ポンプ２８を必要な方向に動作させる。

ドロップオンデマンドのインクジェットプリンタにおいて必要とされる典型的なメニスカス真空レベルは、２０ｍｂａｒ程度である。これは、大気圧の小さな割合にすぎず、比較的小さな処理能力のポンプによってもたらすことが可能である。例えば、毎分２０ｍｌの能力を有するポンプを用いて、１リットルの体積において１分間で２０ｍｂａｒの圧力低下を達成することができる。小型の蠕動ポンプが、このような流量を操作することができ、したがってメニスカス真空の生成に適している。

ポンプ２８とチャンバ２０との間の管路３４の固有の体積が、ポンプの動作に起因する圧力の変動を和らげるための適切なバッファ体積をもたらすことができる。したがって、チャンバ２０は、比較的小さくてよく、完全に省略することもできる。後者の場合、管路３４またはポンプの配管を、インクリザーバへと直接接続することができ、圧力センサを、配管内の圧力を検出するように配置することができる。

印刷ヘッドのパージに対応する第２のモードにおいては、コントローラが、必要とされるパージ量をシステムへと加えるようにポンプを動作させることができ、この量は、印刷ヘッドの内部体積に相当してもよい。これは、印刷ヘッドの体積のパージを実行すべく印刷ヘッドからインクを押し出すためのより高い圧力をもたらす。これにより、別途のパージ圧力を供給する必要がなくなる。パージを、定期的なメンテナンスとして行うことができ、さらには印刷ヘッドのプライミング時に行うことができる。

さらに、コントローラを、メニスカス真空を維持するために必要なポンプの動作を監視するように構成することができる。万が一に、監視されるポンプの負荷が所定のポンプ負荷と異なる場合、これは、システムにおける空気の漏れを表している可能性がある。コントローラを、値が異なる場合には、例えば漏れを補修できるようにシステムに空気の漏れが存在する旨をユーザーに警告するための出力をもたらすように構成することができる。

Claims (15)

1. インクジェットプリンタ用の圧力調整システムであって、
   印刷ヘッドへとインクを供給するためのインクリザーバに連通するように構成された排気口を有するガス管路と、
   前記ガス管路内の流体の圧力を検出するように構成された圧力センサと、
   前記ガス管路内の圧力を変化させるために、ガス供給源と前記ガス管路との間でガスを送るように構成された蠕動ポンプと、
   前記圧力センサからの出力を受け取り、前記ガス管路内の圧力を制御すべく前記センサの出力に応答して前記蠕動ポンプの動作を制御するように構成されたコントローラと、
   を備えるシステム。
2. 前記蠕動ポンプは、ガスを両方向に送るように動作することができる
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記ガスが、空気を含む
   請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記ガス供給源が、大気への通気口である
   請求項３に記載のシステム。
5. 前記ガス管路が、前記ポンプと前記インクリザーバとの間に接続された配管を含む
   請求項１〜４のいずれかに記載のシステム。
6. 前記ガス管路が、バッファチャンバを含む
   請求項１〜５のいずれかに記載のシステム。
7. 前記ガス供給源が、前記ポンプと大気との間に接続された配管である
   請求項１〜６のいずれかに記載のシステム。
8. 前記蠕動ポンプが、略円形または部分円形のハウジングと、該ハウジング内の可撓な配管と、該配管を前記ハウジングに押し付けるように構成された複数のローラを有するロータとを備えている
   請求項１〜７のいずれかに記載のシステム。
9. 前記コントローラが、印刷動作のためのプリンタの使用に対応する第１のモードを有しており、該第１のモードにおいて、前記コントローラが、前記ガス管路内の圧力を所定の限界内に維持するように前記蠕動ポンプを動作させるように構成されている
   請求項１〜８のいずれかに記載のシステム。
10. 前記コントローラが、プリンタの印刷ヘッドのパージのためのパージモードに対応する第２のモードを有しており、該第２のモードにおいて、前記コントローラが、所定のパージ量を前記ガス管路へと加えるべく前記蠕動ポンプを動作させるように構成されている
    請求項９に記載のシステム。
11. 前記コントローラが、前記チャンバ内の圧力を所定の範囲内に維持するために必要なポンプの負荷を監視し、該ポンプの負荷を、正常動作において予想されるポンプの負荷を表す所定の範囲と比較するように構成されている請求項１〜１０のいずれかに記載のシステム。
12. 前記コントローラが、外部の制御システムへの接続を備える
    請求項１〜１１のいずれかに記載のシステム。
13. インクジェットプリンタにおいてインクの圧力を調整する方法であって、
    印刷ヘッドにインクを供給するためのインクリザーバに連通した管路内の圧力を検出するステップと、
    前記検出した圧力が所定の必要とされる範囲内にあるか否かを判断するステップと、
    否である場合に、前記管路内の圧力を変化させるために、蠕動ポンプを動作させてガス供給源と前記管路との間でガスを送るステップと
    を含む方法。
14. 添付の図面を参照して本明細書において実質的に説明したとおりのシステム。
15. 添付の図面を参照して本明細書において実質的に説明したとおりの方法。

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