JP2017516692A - 記録ヘッドアセンブリ - Google Patents

Abstract

ケトン、アセテートおよびアルコールベースのインクに適合するナイロン、ポリエーテルスルホン、ポリプロピレン、ポリエチレン、および、ポリオキシメチレンなどの材料により構成される材料群から選択された材料から作製されるインクカートリッジ本体部と、インクカートリッジ本体部内に配置され、インクを受け入れて、収容するように構成されたインク貯留部と、インクカートリッジ本体部に設けられ、印刷媒体上にインクを吐出するために、インクをインク貯留部から受け取れるように、インク貯留部と流体を受渡し可能に接続される記録ヘッドチップと、を含むインクジェットプリンタ。

Description

この発明は、インクジェットプリンタに関し、特に、インクジェットプリンタ用記録ヘッドアセンブリに関する。

インクジェットプリンタは、一般的に、記録ヘッドと、搬送部とを含んでいる。インクジェットの記録ヘッドは、記録ヘッド本体と、ノズルと、記録ヘッドチップに接続するヒータなどの、対応インク吐出アクチュエータとを備えることができる。アクチュエータは、画像領域内の選択されたインクドット位置において、ノズルから印刷媒体にインクを噴射させる。搬送部は、たとえば、ノズルのインクを加熱することなどにより、選択された画素位置にインクドットが噴射される間に、記録ヘッドを媒体に対して移動させる。

これらのシステムでは、インク貯留部は、インクが少ないときに、タンクが記録ヘッドから分離され、交換または再充填されるように、取り外し可能な、または、分離可能なタンクを含む。その際、記録ヘッドの構成要素は、再使用することができる。これらのインクタンクシステムでは、記録ヘッド本体がインク貯留部と一体であるシステムとは対照的に、タンクと記録ヘッド本体との間に分離可能な流体接続部が必要となる。接続部は、インクがタンクからノズルに流れることを可能とし、空のときにインクタンクを取り外すことができるように分離可能である。記録ヘッドアセンブリは、エジェクタおよびノズルから汚染物質または異物を隔離するために、インク貯留部からノズルに至るインク通路内にフィルタを含むこともできる。

産業市場では、デジタル印刷の普及が進んでいる。この普及は、部品表（ＢＯＭ）および熱式のインクジェットプリンタの製造と関連した低コストという特徴のために、熱式のインク吐出技術にとってまたとない機会を与える。産業市場向けの記録ヘッドへの要求は、従来使用されてきたものとは異なるインクが使用されるため、様々であり、より挑戦的なものである。紫外線硬化性溶剤およびラテックスベースのインク化学物質は、非多孔質媒質（たとえば、上記の種々の基板）に湿潤し、浸透し、接着するように配合される。一般的に使用される溶剤は、通常、水よりも表面張力が低く、低い表面エネルギーの面／基板を濡らす。溶剤方式がもたらす他の特性は、インクの基板内への界面拡散による接着性および耐久性の改善をもたらす溶剤の能力である。これは、その業界で使用される様々な基板の非多孔性の性質、および、印刷された媒体が種々の環境にさらされるという事実のため、重要である。メチルエチルケトン（ＭＥＫ）または酢酸エチルなどのケトンおよびアセテートは、溶剤インクの配合物に最も使用される浸透溶剤のひとつである。現在、ＭＥＫベースのインクは、種々の包装用途および包装市場において、種々のプラスチック（ポリオレフィンベースの基板）に濡れて付着する能力のために、アルコールベースのインクを越える重大な利点をもたらしている。

現在、ＭＥＫの浸透性に耐えられる熱式のインクジェット記録ヘッドは、存在しない。したがって、本発明の目的は、ＭＥＫベースのインクを貯留して、基板に供給することができるインクジェット記録ヘッドを提供することである。

本発明の他の目的は、通常の出荷環境において良好な密閉性を示すインクジェット記録ヘッドを提供することである。本発明のＭＥＫを噴射する記録ヘッドの設計の性質のため、搬送材料への溶剤の漏れを防ぐために、搬送する間において、記録ヘッドを完全に密封する必要がある。

本発明の実施形態の他の特徴および利点は、以下の発明の詳細な説明、添付の図面、および、特許請求の範囲から容易に明らかになるだろう。

本発明の例示的な実施形態の他の特徴および利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することにより、より理解されるであろう。

図１は、従来の記録ヘッドを示した斜視図である。 図２は、本発明の例示的な実施形態による記録ヘッドアセンブリに使用可能な従来のインクジェットプリンタの斜視図である。 図３は、本発明の例示的な実施形態による記録ヘッドアセンブリの分解斜視図である。 図４は、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図５は、図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図６は、本発明の例示的な実施形態によるインク貯留部の分解斜視図である。

本明細書で使用される見出しは、構造的な目的だけのものであり、明細書および特許請求の範囲を限定するものではない。本出願を通じて使用される「可能」および「できる」という単語は、強制的な意味（すなわち、しなければならない、の意味）ではなく、許容的な意味（すなわち、する能力がある、の意味）で使用される。同様に、「含む」、「含んでいる」および「含むこと」は、含んでいることを意味しており、限定されるものではない。理解を容易にするために、可能であれば、各図面に共通する同様の要素を示すために、同様の参照符号が使用される。

図１は、参照符号１０１により全体が指示されるインクジェット記録ヘッドの全体を示している。記録ヘッド１０１は、蓋部底面と本体部上面の境界１７１の取付部または接続部を介して組み立てられ、蓋部１６１と本体部１６３とにより形成される本体部１２７を、有している。筐体部の形状は、記録ヘッドを保持または含む外部装置、記録ヘッドに収容されるインクの量、および、記録ヘッドが１種類以上のインクを含むか否かによって変化し、依存する。いずれかの実施形態では、筐体部または本体部は、使用中に、インクジェット記録ヘッド内の背圧を適切に維持するために、フォームインサートやラングなどのような供給された初期のインクまたは再充填されたインクを保持するための区画を内部に少なくとも１つ有する。一実施形態では、内部区画は、インクの３つの供給部、特に、シアンインク、マゼンダインクおよびイエローインクの供給部を収容するための３つのチャンバを含む。他の実施形態では、区画は、ブラックインク、フォトインク、および／または、複数のシアンインク、マゼンダインクまたはイエローインクを含む。遠隔にあるバルクインクの供給部に区画を接続するための流体接続部（図示せず）があることが好ましい。

テープ自動化ボンド（ＴＡＢ）回路２０１の部分２０５は、筐体部の１つの表面１８１に付着し、他の部分２１１は、他の表面２１１に付着する。図示されるように、２つの表面１８１および２２１は、縁部２３１の周りに、互いに垂直に存在する。ＴＡＢ回路２０１には、使用中において、ヒータチップ２５１を、プリンタ、ファックス、コピー機、フォトプリンタ、プロッタ、および、複合機などの外部装置に、電気的に接続するための複数の入出力コネクタ２４１が形成されている。複数の導体２６１は、入出力コネクタ２４１と、ヒータチップ２５１の接続パッド２８１とを電気的に接続および短絡させるＴＡＢ回路２０１上に存在し、そのような接続を容易にするための種々の製造技術が知られている。８つの入出力コネクタ２４１、８つの導体２６１、および、８つの接続パッド２８１が図示されているが、任意の数がここには含まれてもよい。コネクタ、導体および接続パッドの数は、それぞれ、互いに等しくなくてもよい。

ヒータチップ２５１は、筐体部の内部のインク供給部に流体接続するインク通路３２１を少なくとも１つ含む。基本的には、ヒータチップのインク通路の数は、筐体部の内部に含まれるインクの種類の数と１対１対応になる。その経路は、通常、横並び、または、端と端とが並ぶように、存在する。記録ヘッドの製造中において、ヒータチップ２５１は、エポキシベースなどの技術分野において周知の種々の接着剤により、筐体部に取り付けられることが好ましい。図示されているように、ヒータチップは、流体発射要素、特に抵抗加熱要素、または、ヒータの４つの列（列Ａ〜列Ｄ）を含む。簡略化のために、ドットは列状のヒータを示し、典型的な記録ヘッドは、数百のヒータを含む。ヒータチップのヒータは、好ましくは、成長、堆積、マスキング、フォトリソグラフィおよび/またはエッチング、または、他の処理ステップを経て作られた一連の薄膜層として形成されるのが好ましい。他の図面に示されているように、複数の孔を有するノズル板は、使用中にノズル孔がインクを吐出するためのヒータと並ぶように薄膜処理の間にヒータチップ上に付着するか、または、ヒータチップと共に製造される。あるいは、ヒータチップは、電気機械的にインクを吐出するための圧電素子を流体発射素子として含む単なる半導体ダイである。しかしながら、本明細書で広く言及されるように、ヒータチップという用語は、インクの電気熱放出を意味する「ヒータ」という名称に関らず、両方の実施形態を包含する。さらに、ヒータチップ全体は、図示された頂部出射構造の代わりに、側部出射構造として構成されてもよい。

図２は、概して、参照符号４０１により示され、記録ヘッド１０１を収納するためのインクジェットプリンタ形式の外部装置を示している。プリンタ４０１は、１つまたは複数の記録ヘッドを収容するための複数のスロット４４１を有するキャリッジ４２１を含む。当技術分野で周知のように、キャリッジ４２１は、駆動ベルト５０１に供給される駆動力により、印刷領域４３１の上方にあるシャフト４８１に沿って（コントローラ５７１の出力部５９１を介して）往復移動させられる。キャリッジ４２１の往復移動は、給紙トレイ５４１から印刷領域４３１を経て排紙トレイ５６１に至る用紙経路に沿って、プリンタ４０１内を前進する用紙５２１など印刷媒体に対して行われる。

印刷領域において、キャリッジ４２１は、矢印により示す用紙の進行方向に略垂直な往復方向に往復移動する。記録ヘッドからのインク滴は、プリンタのマイクロプロセッサ、または、他のコントローラ５７１の命令に従って、ヒータチップ２５１（図１）から排出される。インク滴の放出タイミングは、印刷される画像の画素パターンに対応する。このようなパターンは、コンピュータ、スキャナ、カメラ、視覚的表示ユニット、個人情報補助装置などのプリンタの外部にあるコントローラ（拡張入力部を経由）に電気的に接続された装置により生成されることが多い。ユーザ選択インターフェース６０１を有する制御パネル５８１は、追加のプリンタ機能および堅牢性を可能にするために、コントローラ５７１に入力部６２１を設けてもよい。

１つのインク滴を印刷または放出するために、流体発射素子（図１、列Ａ〜列Ｄのドット）には、少量のインクを急速に加熱するための少量の電流が一意に割り当てられる。これにより、インクがインクチャンバ内の一部分で気化し、インクがノズル板を介して印刷媒体に向けて吐出する。インク滴を放出するために必要な発射パルスは、単一発射パルスまたは分割発射パルスにより具現化し、接続パッド２８１、導体２６１、入出力コネクタ２４１、および、コントローラ５７１の間の接続部から入力端子（たとえば、接続パッド２８１）上のヒータチップにおいて受け取られる。内部のヒータチップ配線は、１つまたは複数の流体発射素子に、入力端子から発射パルスを伝達する。

産業用プリンタにおいて動作させるために、本発明の例示的な実施形態による記録ヘッドは、ケトン、アセテートおよびアルコールベースのインクを収容できなければならない。たとえば、このようなインクに適合する特定の材料は、記録ヘッドの本体部および蓋部のために選択されてもよく、内部の特徴および記録ヘッドの背圧システムは、従来の記録ヘッドと比較して変更されてもよい。

図３は、記録ヘッドアセンブリの分解斜視図であり、図４および図５は、記録ヘッドアセンブリの断面図であり、本発明の例示的な実施形態では、記録ヘッドアセンブリは、概して、参照符号１により示される。記録ヘッドアセンブリ１は、インクカートリッジ本体部１０と、フィルタ２０と、フィルタキャップ３０と、ガスケット４０と、イン貯留部５０と、塞ぎボール６０と、蓋部７０とを含む。インクカートリッジ本体部１０は、インク貯留部５０を受け入れるように寸法決めされたチャンバ１２を含む。図面には１つのインク貯留部５０のみが図示されているが、１つまたは複数のカラーインクを収容するのに、複数のインク貯留部が設けられてもよい。インク貯留部５０は、チャンバ１２に一旦設置され、インクを送るための出口ポート５２を含み、ポート５２は、リップ部または拡張部などの適切なインターフェース構造を含むことができる。出口ポート５２は、設置時に取り外すことができる取外可能なシールを用いて密閉することができる。

インクカートリッジ本体部１０には、印刷媒体にインクを送るための複数のノズルを含む記録ヘッドチップ１１が取り付けられている。他の実施形態では、ノズルは、チップとは別の構造に設けられる。インクは、インク貯留部５０の出口ポート５２から、本体部１０の下部の経路を通って流れる。そして、インクは、本体部１０内を通り記録ヘッドチップ１１のマニホールドに流れ込み、チップ１１に形成されたヒータ素子または圧電素子を使用することなどにより、印刷媒体上に噴射するためのノズルにマニホールドから引き込まれる。システム１は、ノズルが媒体上の１つまたは複数の所望の位置にインクを落とすように、印刷媒体に対して移動される。

インクカートリッジ本体部１０の下部は、タワー１４を含む。タワー１４は、印刷のためのインクを受け取るための適切な拡張部、構造、ポートまたはインターフェースを含んでもよい。例示のタワー１４は、インクを流すことが可能な１つまたは複数の開口部１５を有する立ち上がった管状の拡張部または直立管を含む。別のタワー構成も可能であることは、当業者にとって容易に想像できる。

図４および図５に示すように、フィルタキャップ３０は、タワー１４に係合し、特に、タワー１４の直立した外周壁に溶接されることができる。フィルタキャップ３０は、インクカートリッジ本体部１０とインク貯留部５０との間の通路を設けるための導管またはガイド要素を含む。この例では、フィルタキャップ３０は、内部通路３２を介してインクを供給するための内部通路３２を含み、通路３２は、インク貯留部の端で小さい径の上側通路部３４と、インクカートリッジ本体部の端で大きい径の下側通路部３６とにより画定される。フィルタキャップ３０は、ナイロンなどのポリアミド、または、タワー１４、インクカートリッジ本体部１０、および／または、インク貯留部５０に対して流体に対する密閉性を付与可能な適切な材料により作製されてもよい。

フィルタキャップ３０の上側通路部３４は、インク貯留部５０の対応する出口ポート５２に係合して、インク貯留部５０からフィルタキャップ３０の通路３２に、インクが流れることを可能とする。シール部材は、フィルタキャップ３０に隣接して配置され、フィルタキャップ３０とインク貯留部５０との間の密閉を補助する。この例では、シール部材は、システムからの流体損失および蒸発損失を制御する流体シールを形成するために、上側通路部３４に係合するガスケット４０を含み、背圧を維持するためのシステムに空気が侵入することを防ぐ。ガスケット４０は、好適なエラストマー材料、または、良好な密閉性を有する別の材料により作製されてもよい。

フィルタ２０は、記録ヘッドチップに到達するインク中の汚染物質をろ過する。フィルタ２０は、記録ヘッドチップへの要求に応じて、インクを通過させ、記録ヘッドチップ内への空気の通過を防止することを可能にする毛細管機能を提供することもできる。フィルタ２０は、金属織物、ポリマー織物、または、別のメッシュ、網、織り材料により作製されることができる。たとえば、フィルタ２０を形成するために、ステンレス鋼製の綾織またはステンレス鋼のランダム織物を使用することができる。フィルタ２０は、タワー１４にインサート射出成形されてもよいし、そうでなければ、インクカートリッジ本体部１０内に配置されてもよい。別例として、フィルタ２０は、インクカートリッジ本体部１０に熱により固着されてもよい。

インクカートリッジ本体部１０および関連する蓋部７０を作製するのに使用される材料は、たとえば、ナイロン６，６、ナイロン６、ナイロン６，１２、ポリエーテルスルホン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオキシメチレン、または、ケトン、アセテートおよびアルコールベースのインクに適合する別の材料であってもよい。これらの材料は、透過により、蒸気漏れによる損失を示すので、インク貯留部５０の形状に第２境界が設けられてもよい。この点に関して、インク貯留部５０は、十分な透過障壁を形成するために、ポリプロピレンおよび/またはポリエチレンベースの材料で作られてもよい。従来の背圧装置は、ケトン、アセテートおよびアルコールベースのインクにより、容易に浸透される発泡材料またはフェルト材料から作製されていることによって、インク貯留部５０は、背圧装置として機能するように設けられている。インク貯留部５０は、インクカートリッジ本体部１０の第１透過境界を構成し、インク貯留部５０がインクカートリッジ本体部１０および蓋部７０の内部に取り付けられる際に、面積に対する長さ比の高い曲りくねった経路が形成される。この曲りくねった経路は、高湿度環境を維持しながら空気を通過させて、蒸発損失を減少させるとともに、システムからの透過を大幅に減少させる。

図６は、インク貯留部５０の分解斜視図である。インク貯留部５０は、周辺フレーム５１、バネ５３、側板５４および側壁５５から構成されている。フレーム５１は、概ね、長方形形状であり、両側が開放されている。フレーム５１は、ポリプロピレンおよび/またはポリエチレンベースの材料から作製されてもよい。インク充填孔５６は、フレーム５１の上部に配置されている。この点に関して、蓋部は、フレーム５１のインク充填孔５６に対応する開口部７２と、関連するマズルキャップ（ｍｕｚｚｌｅ ｃａｐ）を所定位置（以下でより詳細に説明する箇所）に固定するための通気口７４および窪み７６とを含む。塞ぎボール６０は、インク貯留部５０からのインクの漏れを防止しながら、インク貯留部５０内へのインクの通過を可能とするために、インク充填孔５６内に配置されてもよい。バネ５３は、３１６ステンレス鋼または別の互換性のある材料から作製されてもよく、背圧を発生させるために、側板５４に力を伝達するために使用される。側板５４は、３１６ステンレス鋼または別の互換性のある材料から作製されてもよく、システムの背圧を発生させる剛性表面領域として作用する。側板５４は、いずれかの端部において、バネ５３に取り付けられてもよい。例示的な実施形態では、側板５４は、必ずしも必要ではないが、側壁５５に取り付けてもよい。側壁５５は、熱成形され、その際、フレーム５１の側面に溶接されてインクを貯蔵するのに必要なチャンバを形成する多層ポリマーフィルムから作製される。側壁５５を形成するために使用されるポリマーフィルムは、たとえば、熱成形されたポリプロピレンおよび/またはポリエチレンフィルムであってもよい。

印刷中において、インクは、ノズルから吐出され、フィルタ２０の下方の負圧を増加させる。この負圧は、フィルタ２０の上方からタワー１４内に、インクを引き込む。インク貯留部５０は、タワー１４と直接流体接続しているので、インク貯留部５０内の負の背圧も、増加する。負の背圧は、側壁５５および側板５４を引っ張り、バネ５３をさらに潰す。バネ５３は、システムの静的な背圧を維持し、決定するものである。

本発明の特定の実施形態を図示および記載したが、本発明の意図および範囲から逸脱しない範囲において種々の別の変更および修正を行うことができることは、当業者にとって明らかであろう。したがって、添付の特許請求の範囲において、本発明の範囲内にあるこのような変更および修正をすべて網羅することが意図されている。

Claims (20)

1. ケトン、アセテートおよびアルコールベースのインクに適合するナイロン、ポリエーテルスルホン、ポリプロピレン、ポリエチレン、および、ポリオキシメチレンなどの材料により構成される材料群から選択された材料から作製されるインクカートリッジ本体部と、
   前記インクカートリッジ本体部内に配置され、インクを受け入れて、収容するように構成されたインク貯留部と、
   前記インクカートリッジ本体部に設けられ、印刷媒体上にインクを吐出するために、インクを前記インク貯留部から受け取れるように、前記インク貯留部と流体を受渡し可能に接続される記録ヘッドチップと、を備える、記録ヘッドアセンブリ。
2. 前記インク貯留部は、
   フレーム部材と、
   前記フレーム部材に取り付けられる平行対向側壁と、
   前記側壁に対して内側に配置された平行対向圧力調整側板と、
   前記インク貯留部内の背圧を調整するように前記側板を互いに離れるように付勢し、前記側板の間に接触して配置されるバネ部材とを含む、請求項１に記載の記録ヘッドアセンブリ。
3. 前記側壁は、熱成形されたポリマーフィルム材料から作製される、請求項２に記載の記録ヘッドアセンブリ。
4. 前記側板は、ステンレス鋼により作製される、請求項２に記載の記録ヘッドアセンブリ。
5. 前記インクカートリッジ本体部は、前記インク貯留部からインクを受け取るように構成されたインク入口通路を画定するタワー部を含む、請求項１に記載の記録ヘッドアセンブリ。
6. 前記タワー部上に配置され、前記インク貯留部から前記インクカートリッジ本体部の前記タワー部にインクが流れるのを可能にするインク通路を画定するフィルタキャップをさらに備える、請求項５に記載の記録ヘッドアセンブリ。
7. 前記フィルタキャップは、ナイロンから作製される、請求項６に記載の記録ヘッドアセンブリ。
8. 前記インク貯留部と前記フィルタキャップとの間のシールを形成するシール部材をさらに備える、請求項６に記載の記録ヘッドアセンブリ。
9. 前記シール部材は、ガスケットである、請求項８に記載の記録ヘッドアセンブリ。
10. 前記記録ヘッドチップに供給されたインクをろ過し、前記タワー部の下に配置されるフィルタをさらに備える、請求項５に記載の記録ヘッドアセンブリ。
11. 前記フィルタは、メッシュ、網または織り材料のうちの少なくとも１つにより作製される、請求項１０に記載の記録ヘッドアセンブリ。
12. 前記フィルタは、織り材料により作製され、
    前記織り材料は、金属織物またはポリマー織物材料のうちの少なくとも１つである、請求項１１に記載の記録ヘッドアセンブリ。
13. 筺体部と、
    前記筐体部内に配置されるシャフトに沿って往復移動するように構成されるカートリッジと、
    制御機構に従って、前記カートリッジが前記シャフトに沿って往復移動するときに、印刷媒体上にインクを吐出するように、前記カートリッジに配置された１つまたは複数の記録ヘッドアセンブリと、を備え、
    前記１つまたは複数の記録ヘッドアセンブリのうちの少なくとも１つは、
    ケトン、アセテートおよびアルコールベースのインクに適合するナイロン、ポリエーテルスルホン、ポリプロピレン、ポリエチレン、および、ポリオキシメチレンなどの材料により構成される材料群から選択された材料から作製されるインクカートリッジ本体部と、
    前記インクカートリッジ本体部内に配置され、インクを受け入れて、収容するように構成されたインク貯留部と、
    前記インクカートリッジ本体部に設けられ、印刷媒体上にインクを吐出するために、インクを前記インク貯留部から受け取れるように、前記インク貯留部と流体を受渡し可能に接続される記録ヘッドチップと、を含む、インクジェットプリンタ。
14. 前記インク貯留部は、フレーム部材と、前記フレーム部材に取り付けられる平行対向側壁と、前記側壁に対して内側に配置された平行対向圧力調整側板と、前記インク貯留部内の背圧を調整するように前記側板を互いに離れるように付勢し、前記側板の間に接触して配置されるバネ部材とを含む、請求項１３に記載のインクジェットプリンタ。
15. 前記インクカートリッジ本体部は、前記インク貯留部からインクを受け取るように構成されたインク入口通路を画定するタワー部を含む、請求項１３に記載のインクジェットプリンタ。
16. 前記タワー部上に配置され、前記インク貯留部から前記インクカートリッジ本体部の前記タワー部にインクが流れるのを可能にするインク通路を画定するフィルタキャップをさらに備える、請求項１５に記載のインクジェットプリンタ。
17. 前記フィルタキャップは、ナイロンから作製される、請求項１６に記載のインクジェットプリンタ。
18. 前記インク貯留部と前記フィルタキャップとの間のシールを形成するシール部材をさらに備える、請求項１６に記載のインクジェットプリンタ。
19. 前記シール部材は、ガスケットである、請求項１８に記載のインクジェットプリンタ。
20. 前記記録ヘッドチップに供給されたインクをろ過し、前記タワー部の下に配置されるフィルタをさらに備える、請求項１５に記載のインクジェットプリンタ。

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