JP3110140B2 - サーマルインクジェットプリンタのインク供給装置および方法 - Google Patents

サーマルインクジェットプリンタのインク供給装置および方法

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JP3110140B2
JP3110140B2 JP04087823A JP8782392A JP3110140B2 JP 3110140 B2 JP3110140 B2 JP 3110140B2 JP 04087823 A JP04087823 A JP 04087823A JP 8782392 A JP8782392 A JP 8782392A JP 3110140 B2 JP3110140 B2 JP 3110140B2
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    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/17Ink jet characterised by ink handling
    • B41J2/175Ink supply systems ; Circuit parts therefor

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  • Ink Jet (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一般にサーマルインクジ
ェット(TIJ)ペンのペンボディーの構造に関し、特
にペン内のインク貯蔵容量と背圧の調整の双方を同時に
向上させる構造に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば使い捨てのTIJペンで動作する
形式のサーマルインクジェットプリンタを使用した白黒
及びカラーのインクジェット印刷双方の分野では、これ
らのペンが商品として満足な寿命を持つために相当大き
いインク貯蔵容量を持つような構造にするため、種々の
方法が講じられてきた。従来はこのようなペンを構成す
る際に、薄膜抵抗(TFR)形の印字ヘッド装置をペン
ボディーのハウジングの一表面上に、又はその近傍に実
装し、インク貯蔵隔室をハウジング内に設け、この隔室
と薄膜の抵抗形印字ヘッドとでインクの流れが連通する
ようにすることが一般的であった。しかし、このような
使い捨てのインクジェットペンに適切なインク貯蔵容量
を付与することの他、薄膜抵抗の印字ヘッドの出力イン
ク吐出オリフィス板において制御された負圧もしくは背
圧が保持されることも必要である。これはインク貯蔵隔
室内の背圧が不十分であるためにインクが印字ヘッドか
ら流下もしくは滴下することがないようにし、又はイン
ク貯蔵室内に発生する負圧が大きすぎることによるイン
クのデプライム(プライミングがなされない状態)が生
じないようにするためである。
【0003】ロイ・ティー・ブック他に付与され、本発
明の出願人に譲渡された米国特許第4,500,895
号には、ペン用のインク貯蔵隔室として変形可能袋体を
使用した使い捨てのサーマルインクジェットペンが開示
されている。この袋体は内部でインクが減少すると次第
にへこむように構成されており、ペンのインクが満タン
状態から空状態に減少するにつれて、比較的一定範囲の
背圧が保持されるように動作する。しかし、このような
ペンでは、ペンの背圧とインク減少特性とが非直線的な
関係であるため、ペンボディーの構造をより大きくした
場合は、袋体によって保持される背圧がほぼ一定に厳密
に制御されるようにするのは困難である。
【0004】サーマルインクジェットペンの薄膜抵抗形
印字ヘッドにおいて必要な一定の背圧を保持し、制御を
向上するための別の方法は、ペンの黒又はカラーインク
の貯蔵隔室内に網状のポリウレタン製フォームを使用す
ることであった。この形式のフォーム材料はペン内の必
要な背圧を一定に保持するだけではなく、サーマルイン
クジェットプリンタのペンキャリッジ部材のペン内での
急速な往復運動中にペンボディーのハウジング内でイン
クが所々に跳ねることを防止するためにも極めて優れた
機能をはたすものであった。インク貯蔵媒体としてフォ
ーム材料を使用した方法はジェフリー・ピー・ベーカー
他に付与され、これも本件の出願人に譲渡された米国特
許第4,771,295号に開示され、特許請求されて
いる。
【0005】サーマルインクジェットペンの印字ヘッド
における背圧の良好な制御を保持しつつ、同時にそのイ
ンク貯蔵容量を増大するための更に別の方法を提供する
ため、我々はその他の部品と並んで、インク溜め容器
と、ペンのインク受け隔室内の空気空間との間に配置さ
れた薄い疏水隔膜を使用した新規の別のペンボディー構
造を発見し、開発した。インク受け隔室の出力面の近傍
に薄膜抵抗の印字ヘッドが実装され、これは薄い疏水隔
膜を隔てた差圧が隔膜本来の気泡圧を超えると、主イン
ク溜めからインク受け隔室へとインクを引き込むように
動作する。この新規のペンボディー構造は、アルフレッ
ド・アイ・パン及びシー・エス・チャンの米国出願番号
第07/414,893号「プリンタ用のインク給送シ
ステム」に開示され、特許請求されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の一般的な目的
と主な課題は、更に新規で且つ洗練されたサーマルイン
クジェットペンのボディー構造を追求し、前記出願に開
示されているインク給送システムとは別の構造を提供す
ることである。すなわち、本発明はサーマルインクジェ
ット印刷の分野と技術に更に新規で有用な改良を加え、
且つ、前記の出願に開示され、特許請求されているイン
ク給送システムの新規な変化形と別の実施態様を提示す
るものである。
【0007】本発明の別の課題はペン内の背圧調整の良
好な制御を保持しつつ、同時にペン内の背圧調整部品が
ペンのインク隔室内のインク染料及びその他の添加物の
ような汚染に晒されることを防止するように動作するサ
ーマルインクジェットペンのボディー構造を提供するこ
とである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の新規な特徴は、
ペンボディーハウジング内の単一又は複数個のインク収
納隔室内の背圧を制御するために使用される単一の背圧
調整部品を備えることにある。この単一の負の背圧調整
部品は脱イオン水又はジエチルグリコール(DEG)の
ような不活性液によって前記のインク収納隔室内から遮
断され、それによって、背圧調整部品は前記隔室から遮
断された状態に保持される。同時に、この新規の構造に
よって単一の背圧調整部品は複数の隔室を有するサーマ
ルインクジェットペン内の複数の黒及びカラーインク隔
室の全ての負の背圧を制御することが可能になる。
【0009】前述の目的、課題、新規の特徴及びそれに
関連する利点は、本発明に従って、その他の機構と共
に、インク容積とインクの流れが連通するように実装さ
れたインクジェット印字ヘッドを有するインクジェット
ペンの、単一又は複数の隔室のインク容積内におけるイ
ンクの自由表面上の背圧を調整するためのインク給送シ
ステムを備えることによって達成される。このシステム
にはペンボディーハウジング内の液体表面と、ハウジン
グ外側の隣接する空気空間との間に実装され、インクジ
ェット印字ヘッドから吐出されるインクによってそこを
隔てて発生される差圧の変化に応答する薄い疏水隔膜の
ような背圧調整部品が備えられている。このように、差
圧が増大すると、空気はハウジングの外側から圧力調整
部品を経てペンボディーハウジング内の単数又は複数の
インク収納隔室へと通気せしめられる。この作用はひい
ては、圧力調整部品で再び平衡状態が確立されて、空気
が前記部品を流れなくなるまで、隔室の各々の液体の自
由表面上の背圧を低下させる。
【0010】本明細書で開示する好ましい実施例では、
本発明のインク給送システムには次の装置が含まれてい
る。
【0011】a.上部に準大気圧の気体空間を有する液
体隔室手段、 b.液体隔室手段と、それを囲む周囲との間に実装され
た疏水隔膜手段であって、周囲の気体が液体隔室内の液
体内に進入して気泡化することができるようにすると共
に、液体がそれ自身を通って反対方向に流れ出ることを
防止する疏水隔膜手段、 c.上部に準大気圧の気体空間を有するインク溜めとな
る少なくとも一つの室、 d.液体隔室手段内の気体空間をインク室手段内の気体
空間と連結するマニホルド手段、及び e.インク室手段とインクの流れが連通するように実装
され、印刷される用紙にインクを吐出するようにされた
サーマルインクジェット印字ヘッド手段であって、イン
クがほぼ一定の背圧によって調整された流量でインク室
からサーマルインクジェット印字ヘッドに流れる形式の
サーマルインクジェット印字ヘッド手段。
【0012】更に、好ましい実施例では、本発明のイン
ク給送システムでは複数のインク室が備えられ、その各
々は別個の印字ヘッドと関連しており、それによって各
々のインク室に異なる色のインクが入っている場合は多
色印刷ができる。更に好ましい実施例では、疏水隔膜は
非湿潤性のポリマー材料から成っている。代表的な実施
例では、非湿潤性のポリマー材料は孔の直径が約100
ミクロン未満であり、通常は約5ミクロンないし約20
ミクロンの範囲の多孔性材料である。
【0013】
【実施例】本発明は添付図面と共に以下の詳細な説明を
参照してより理解されよう。尚、図面において類似部品
は同一参照数字で示してある。
【0014】概略的に述べると、図1は用紙21に印刷
するためのインクジェットペン24を搬送するインクジ
ェットペンキャリッジ20を示している。図示した実施
例では、キャリッジ20は駆動されて案内軸22上を滑
動して、インクジェットペン24を用紙21と平行に往
復移動させる。キャリッジ20を案内軸22に沿って駆
動するために適当なモータ(図示せず)が接続されてい
ることが理解されよう。個々の用紙をインクジェットペ
ン24の下に送るためのローラ28が備えられている。
【0015】図1に更に示されているように、インクジ
ェットペン24は参照符号30a、30b及び30cで
概略的に示された複数個のインクジェット印字部品、す
なわち「印字ヘッド」を備えている。更に、インクジェ
ットペン24はそれぞれの印字ヘッド30a、30b及
び30cにインクを給送するためのインク溜めを成す複
数個のインク供給室32a、32b及び32cを備えて
いる。実際には、インク供給室32a、32b及び32
cは並行して取り付けられ、各々の室は異なる色のイン
クを含んでいる。(従って、図示したシステムは三色印
刷ができる。)個々のインク供給室32a、32b及び
32cの寸法と形状は設計上の選択の問題である。
【0016】印字ヘッド30a、30b及び30cは従
来型の設計であるので、ここでは詳細には説明しない。
【0017】図1に更に示されるように、インク供給室
32a、32b及び32cは全て共通のマニホルド36
に気流連通式に連結されており、一方、前記マニホルド
は隔室40と気流連通している。隔室40は脱イオン水
又はジエチルグリコール(DEG)のような液柱を含む
ようにされている。隔室40の下部はアパーチャ41を
備えており、これを覆って隔膜43がシーリングされ、
隔室40に入る空気は全て隔膜43を通過しなければな
らないようにされている。後述するように、疏水隔膜4
3は印字部品30a、30b及び30cへのインクの流
量をほぼ一定の背圧で調整するように補助する。
【0018】隔膜43は非湿潤性の(すなわち疏水性
の)ポリマー材料から成っていることが好ましい。適切
な疏水ポリマーの例には孔の直径が約10ミクロンない
し約20ミクロンの範囲にあるテフロン(登録商標)及
び孔の直径が約5ミクロンないし約20ミクロンの範囲
のナイロン(登録商標)メッシュが含まれる。ゴアテッ
クス(登録商標)の商標の元で市販されているより最近
になって開発された疏水材料も疏水隔膜43の材料とし
て使用できる。このような隔膜材料は疏水性であるの
で、空気が隔膜を通って圧力調整隔室40へと流入し、
一方、液体が隔膜を通って反対方向に流れることを防止
することができる。すなわち隔膜43は気流に対して一
方向弁として動作する。隔膜43の孔のサイズはぺンの
印字ヘッドで生成される背圧を決定する要因の一つであ
り、液体が隔膜を貫いて流れることを防止するために充
分小さくなければならない。この目的のためには孔の直
径は通常は約100ミクロン未満で充分である。隔膜4
3の特定の表面特性もペン内の背圧に影響する。
【0019】気泡が疏水隔膜43を通過すると、気泡の
直径が一定の寸法に達した場合に限り水を通って上方に
進行し、液体の自由表面から外側に出続ける。気泡の半
径をrb とした場合、気泡は気泡に加わる差圧、デルタ
Pが2γ/rb 未満であるならば水と隔膜の境界を離れ
ることはないことを示すことができる。ここでγは液体
の表面張力であり、デルタPは(隔膜43の外側の大気
圧−液体の圧力水頭h−プレナム、すなわち圧力調整隔
室内の液体表面上の空間、内の圧力)である。しかし、
単一、の小さい気泡が空気を取り込んで大きくなり始め
ると、又は隔膜と液体の界面での2つ又はそれ以上の小
さい気泡がより大きい気泡へと合体してrb の値が増大
し、デルタPが2γ/rb 以上になると、気泡は圧力調
整隔室内の液体の自由表面まで上昇する。表面張力がセ
ンチメートル当たり約50−70ダインであり、H2
の圧力水頭が12.7センチメートル(5インチ)であ
る水のような液体を用いた場合、気泡の半径rb が約6
9マイクロメータを超えると、気泡は圧力調整隔室内の
液体自由表面へと伝播する。しかし、デルタPと2γ/
b との前記の関係は、前記の計算を行うために想定さ
れたように気泡が球である場合に限り、気泡が疏水隔膜
43の孔壁との間に形成する鈍角の接触角度に左右され
ない。
【0020】次に図1に示したインクジェットペン24
の動作を説明する。最初に、準大気圧(すなわち負圧)
がインク供給室32a、32b及び32c内のインク液
位上の空間に生成されることが理解されよう。次に、マ
ニホルド36によって供給室32a〜32cと隔室40
との間の気流連通がなされると共に、供給室32a、3
2b及び32c内の液位上にも負圧が生成される。
【0021】前述の初期状態が確立されると、印字ヘッ
ド30a、30b及び30cは選択的にインクを吐出す
るように動作可能になる。印字ヘッドのいずれか一つか
らインクが吐出されると、インク供給室32a、32b
及び32cの対応する一つの内部のインク容積が減少す
る。一方、このインク容積の減少によって、インク供給
室上の空間の負圧が増大する。次に、マニホルド36が
インク供給室と隔室40との気流連通をなすことによ
り、インク供給室32a〜32c内の増大した負圧によ
って隔膜43を隔てた液圧の差圧が増大する。隔膜43
によって隔てられた差圧が隔膜の本来の気泡圧を超える
状態に達すると、空気が周囲の大気から隔室40へと流
入される。隔膜43によって隔てられた圧力差が隔膜の
気泡圧未満である値へと減少する程に、充分にインクジ
ェットペン24内の負圧が変化するまで、空気は隔室4
0内の液体を通って気泡化する。従って、本明細書で説
明し、特許請求されているインク給送システムは自己調
整式のものであり、印字ヘッド30a、30b及び30
cから吐出されるインクの量に関わりなく、ペンボディ
ーハウジングのインク収納隔室内の背圧はほぼ一定に保
たれる。更に、各々のインク供給室ごとに個々の背圧調
整装置は必要なく、この利点は多色印刷においては特に
重要である。
【0022】実際には、印字部品30a、30b及び3
0cのいずれかからインク滴を吐出することによって、
負圧はインクジェットペン24内で最初に生成される。
必要ならば、インク容積を視覚的に検出できるようにイ
ンクジェットペン24のハウジングを透明にしてもよ
い。しかし、本発明は透明なペンボディーハウジングに
も、不透明なものにも等しく利用できる。
【0023】このように、前記米国出願番号第07/4
14,893号においては、インクを含む隔室の各々に
圧力調整疏水隔膜の部品が使用され、この部品がインク
内の染料又はその他の添加物のような汚染物に直接晒さ
れたものとは対照的に、本発明の新規の別の構造によっ
て、単一の圧力調整部品43を使用してペン24を製造
することが可能になる。この部品は単一の圧力調整隔室
40の下部のアパーチャ41の部位に実装され、それに
よって、隔膜43を隔てて異なる気泡圧を生成する手段
として隔室40内で使用される脱イオン水又はジエチル
グリコールのような不活性液によって遮断される。この
ように、前述の米国同時係属出願のインク給送システム
の動作が、関連する各々のインク受け隔室内の背圧をほ
ぼ一定に保持するために、疏水隔膜が隣接するインク受
け隔室内に液体を通過させるものであるのに対して、本
発明に基づく疏水隔膜43の動作はインクではなく、気
泡を3つの隔室の各々のインクの自由表面の上の領域3
2a、32b及び32cへと通過させるものである。こ
れらの気泡はマニホルド24の開放領域36内の3つの
点線の矢印で示すように、前記3つの隔室の上壁の開口
部を通過する。
【0024】
【発明の効果】以上の如く本発明によれば、隔膜43を
前述の汚染物から遮断することができることにより、隔
膜の表面特性の完全性は長期間にわたって維持され、イ
ンク中の汚染物に一定期間さらされた後にも前記の特性
が損なわれたり、劣化することが防止される。他方では
この特徴によって、薄い疏水隔膜の圧力調整部品の背圧
調整能力が向上し、ひいては、単一の圧力調整部品43
と関連する液体隔室によって、複数の隣接するインク収
納隔室32a、32b及び32cの全ての内部の負の背
圧のレベルを制御することが可能になる。
【0025】さらに、前述の新規のペンボディー構造に
よって、インク化学における公知のあるいは未知の添加
物又は成分の何れかが、疏水部材の表面特性にその背圧
調整機能を損なうような悪影響を及ぼすかどうかを心配
する必要なく、より広範な異なる種類のインクを使用す
ることができる点である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る背圧調整装置の側断面
図である。
【符号の説明】
20:キャリッジ 21:用紙 24:インクジェットペン 30a、30b、30c:印字ヘッド 32a、32b、32c:インク室 36:マニホルド 40:隔室 41:アパーチャ 43:疏水隔膜
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−265643(JP,A) 特開 平4−21456(JP,A) 特開 昭53−97838(JP,A) 特開 昭61−5950(JP,A) 特開 平4−10946(JP,A) 特開 昭63−267557(JP,A) 実開 昭62−131827(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/175

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】a.上部に準大気圧の気体空間を有する液体
    溜め用の隔室手段と、 b.前記隔室手段内の液体と、それを囲む周囲との間に実
    装された疏水隔膜手段であって、周囲の気体が前記液体
    内に侵入して気泡化することができるようにすると共
    に、該液体が隔膜手段を通って反対方向に流れ出ること
    を防止する前記疏水隔膜手段と、 c.上部に準大気圧の気体空間を有するインク溜めとなる
    少なくとも一つの室手段と、 d.前記隔室手段の気体空間と少なくとも一つの前記室手
    段の気体空間とを気流連通式に連結するマニホルド手段
    と、 e.インクを印刷用紙上に吐出できるように、少なくとも
    一つの前記室手段とインク流連通式に実装されたインク
    ジェット印字ヘッド手段とから成るサーマルインクジェ
    ットプリンタの印字ヘッドにインクを供給する装置。
  2. 【請求項2】前記室手段が、それぞれが印刷用のインク
    を入れる複数の室手段から成る、請求項1の装置。
  3. 【請求項3】前記室手段が並行して取り付けられている
    複数の室から成る、請求項1又は2の装置。
  4. 【請求項4】前記室手段が異なる色のインクをそれぞれ
    含んでいる、請求項2又は3の装置。
  5. 【請求項5】前記隔室手段の下部がアパーチャを備え、
    これを覆って前記疏水隔膜手段がシーリングされ、前記
    隔室手段に入る空気がすべて前記疏水隔膜手段を通過す
    るようにされる、請求項1から4のいずれかの装置。
  6. 【請求項6】a.上部に準大気圧の気体空間を有する液体
    溜め用の隔室手段と、 b.前記隔室手段内の液体の下側に実装された疏水隔膜手
    段であって、周囲の気体が前記液体内に侵入して気泡化
    することができるようにすると共に、該液体が隔膜手段
    を通って反対方向に流れ出ることを防止する前記疏水隔
    膜手段と、 c.上部に準大気圧の気体空間を有するインク溜めとなる
    複数の室手段と、 d.インクを印刷用紙上に吐出できるように、前記室手段
    の各々とインク流連通式に設けられたサーマルインクジ
    ェット印字ヘッド手段と、 e.前記隔室手段の気体空間と前記室手段の気体空間とを
    気流連通式に連結し、ほぼ一定の背圧によって調整され
    た流量で、各前記室手段のそれぞれから前記サーマルイ
    ンクジェット印字ヘッド手段にインクを流す、マニホル
    ド手段とから成る、サーマルインクジェットプリンタの
    印字ヘッドにインクを供給する装置。
  7. 【請求項7】前記複数の室手段が異なる色のインクをそ
    れぞれ含むように並行して取り付けられている、請求項
    6の装置。
  8. 【請求項8】隔室手段の下部がアパーチャを備え、これ
    を覆って前記疏水隔膜手段がシーリングされる、請求項
    6又は7の装置。
  9. 【請求項9】前記疏水隔膜手段が非湿潤性のポリマー材
    料から成る、請求項6から8のいずれかの装置。
  10. 【請求項10】インクジェットペンのインク隔室内のイ
    ンクの自由表面上部の背圧調整方法であって、前記イン
    クジェットペンが前記インクとインク流連通式に設けら
    れたインクジェット印字ヘッドを有し、隣接する印刷媒
    体上に前記印字ヘッドからインクが吐出される際に前記
    インクの自由表面上部の負圧を増加するよう作用可能な
    ものにおいて、 前記インクの自由表面上部の前記負圧が所定の値を越え
    たとき空気を一方向に前記インク隔室内に通すステップ
    を有し、前記インク隔室内の前記インクの自由表面上部
    における前記負圧の調整が、前記インクジェット印字ヘ
    ッドから吐出されるインク滴の量の均一性を高め、前記
    隣接する印刷媒体上の印字品質を最適化する、前記背圧
    調整方法。
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