JP3595407B2 - プリントヘッドに対するインク供給装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に、インク・ジェット印刷に関するものであり、とりわけ、インク・ジェット・プリントヘッドへのインクの供給、及び、インク・ジェット・プリントヘッド内におけるインク圧の制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インク・ジェット・プリンタは、広く受け入れられている。これらのプリンタついては、Ｏｕｔｐｕｔ Ｈａｒｄｃｏｐｙ Ｄｅｖｉｃｅｓ（１９８８年にサン・ディエゴのＡｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓから刊行、Ｒ．Ｃ．Ｄｕｒｂｅｃｋ及びＳ．Ｓｈｅｒｒ編）第１３章のＷ．Ｊ．Ｌｌｏｙｄ及びＨ．Ｔ．Ｔａｕｂによる「Ｉｎｋ−Ｊｅｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ」、及び、米国特許第４，４９０，７２８号に解説がある。インク・ジェット・プリンタは、質の高い印刷を提供し、コンパクトで、携帯可能であり、迅速ではあるが、用紙にはインクだけしかぶつからないので、静かに印刷を行う。インク・ジェット・プリンタ・テクノロジの主たるカテゴリには、連続式インク・ジェット・プリンタ、間欠式インク・ジェット・プリンタ、及び、ドロップ・オン・デマンド式インク・ジェット・プリンタが含まれる。ドロップ・オン・デマンド式のカテゴリは、さらに、圧電式インク・ジェット・プリンタ及び熱式インク・ジェット・プリンタに分類することが可能である。一般的な熱式インク・ジェット・プリントヘッドは、インク・リザーバから液体インク（すなわち、溶媒中に溶解した、あるいは、拡散した着色剤）を受け取るファイアリング室のアレイを組み込んだ熱式インク・ジェット・プリントヘッド基板に取り付けられている、精密に形成されたノズル・アレイを備えている。各室は、ノズルに向かい合って位置し、それとノズルの間にインクを集めることができるようになっている、「ファイアリング抵抗器」と称する薄膜抵抗器を備えている。電気印刷パルスによってインク・ジェット・ファイアリング抵抗器が加熱されると、それに近いインクの小部分が気化し、プリントヘッドからインク小滴が噴射される。適正に配列されたノズルは、ドット・マトリックス・パターンを形成する。各ノズルの動作に適正な順序づけを施すと、プリントヘッドが用紙を通過するにつれて、用紙上に文字またはイメージが形成される。
【０００３】
従来のインク・ジェット・プリントヘッドのためのインク供給システムは、「背圧」として知られるわずかな真空でインクを送り出すので、インクがノズルから漏出することはない。一般に、このわずかな真空は、大気圧より約２〜３水柱インチ低い。背圧は、インク・リザーバをプリントヘッドより下に配置して、該システムがプリントヘッド内部のわずかな真空と平衡をとるようにすることによって生成することが可能である。代替案として、バネを用いて、ブラダ・メンブレンを外側に引っ張り、インク・リザーバ内にわずかな負圧を生成することによって、わずかな負の背圧を生成することも可能である。このアプローチについては、１９８５年４月２日に発行され、本発明の譲受人に譲渡された「Ｉｎｋ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ Ｗｉｔｈ Ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｂａｃｋ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ」と題する米国特許第４，５０９，６０２号に記載がある。
【０００４】
今日、最も便利なインク・ジェット・プリントヘッドは「オンボード・インク・リザーバ」を備えている。換言すれば、インク・リザーバがプリントヘッドに物理的に取り付けられていて、印刷工程中、プリントヘッドといっしょに移動する。プリントヘッド及びインク・リザーバはページを左右に移動するにつれて、インクは加速、減速を生じ、結果として、プリントヘッドからインクを放出または噴射することが可能な圧力サージを生じることになる。既知のオンボード・インク供給の中には、インク・リザーバ内に泡のブロックを設けて、毛細管作用で背圧を生じさせ、インクが揺れ動いたり、圧力サージを生じたりするのを防ぐものもある。泡はインク・リザーバの容積の大部分を占め、従って、インク・リザーバの収容力が低下する。
【０００５】
インク・ジェット・プリントヘッドには、「オフ軸インク・リザーバ・システム」を備えるものもある。該システムは、小さなたわみ管を用いて、固定インク・リザーバから移動するプリントヘッドにインクを輸送する。インクの供給量が少なくなると、ユーザはインク・リザーバだけを取り替える。オンボード・システムと同様、プリントヘッド及びたわみ管の加速及び減速によって、プリントヘッドからインクを放出または噴射する可能性のある圧力サージが生じることになる。
【０００６】
プリントヘッドとオフ軸インク・リザーバの相対的高さが、インク・ジェット・プリントヘッドの背圧に影響を及ぼす。既知の多くのシステムでは、インク・ジェット・プリントヘッドにわずかな負圧を生じる高さに配置された広くて浅いリザーバを用いることによって、背圧が設定される。リザーバは浅いので、そのレベルはあまり変化せず、インク・ジェット・プリントヘッドの背圧はあまり変化しない。この構成に関する問題は、プリンタが傾斜すると、プリントヘッドの動作が中断する可能性があるということである。もう１つの問題は、浅いインク・リザーバのインク収容力の低さである。
【０００７】
１９８８年１０月２４日に公開されたクラシマの特公昭６３−２５６４５１号（特願昭６２−９１３０４号）には、オフ軸インク・リザーバ・システムの１つに関する記載がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述の理由から、本発明の目的は、インク・ジェット・プリントヘッドのための小型で安価な背圧調整器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、インクを貯えるためのリザーバと、リザーバからインクを受け取って、プリントヘッドに送るための背圧調整器と、リザーバと圧力調整器の間に接続されて、インクを圧力調整器に送るためのインク導管を備えた、プリントヘッドにインクを供給するための装置において、リザーバが大気圧を超える圧力になることと、圧力調整器が約０〜約−７水柱インチの圧力でインクをプリントヘッドに送ることから構成されることを特徴とするインク供給装置によって達成される。
要するに、概して言えば、本発明による装置には、リザーバからインクを受け取り、約−２水柱インチの圧力で従来のプリントヘッドにインクを供給するための圧力調整器が含まれている。
【００１０】
【作用】
加圧インク供給システムによって、従来用いられてきた大きい導管よりも機械的たわみ性の大きい、直径の小さいインク導管の利用が可能になる。小型製品を設計する場合、この特徴は大いに重要である。直径の小さい導管の利用は、また、インクにさらされる導管の表面積が縮小され、従って、インクの拡散及び水の損失が減少することも表している。さらに、加圧インク供給システムによれば、プリンタの設計、及び、プリントヘッドに対するインク・リザーバの位置に関する選択の自由が増すことになる。リザーバの質量がもはや移動しなくなるので、プリントヘッド及びキャリッジの慣性質量を減らすことが可能になる。キャリッジの移動する慣性質量が減少するので、かなり安価なプリンタの開発が可能になる。最後に、プリントヘッドは、圧力調整器によって設定された均一な圧力で動作するようにより精密な特別設計を施すことができるので、印刷の質が向上する。プリントヘッドは、インク供給量のレベル変動よって圧力が変化することはない。
【００１１】
本発明の圧力調整器には、プリンタの出力速度の全範囲、印刷密度の全範囲、及び、インク・リザーバ圧の全範囲にわたって、インク・ジェット・プリントヘッドの背圧（すなわち、漏出を防ぐため、プリントヘッド内部のインクが保持されるわずかに負のゲージ圧）を一定の値に保つ、印刷カートリッジ（すなわち、プリントヘッドを保持し、保護する外部パッケージング）内部に配置された、小型軽量のプラスチック製圧力調整器が含まれている。圧力調整器は、低摩擦弁、弁に開力を作用させるためのダイヤフラム、及び、弁に閉力を作用させるためのバネを備えている。低摩擦弁は、ノズル、弁座、及び、弁座を低摩擦移動させるためのレバーまたは他の装置を備えている。本発明では、高密封圧を可能にする内径の極めて小さいノズルを利用することによって、従来用いられていた逆止め弁に関する密封の問題が克服される。背圧が設定値圧力（すなわち、インクがノズルから漏出しないようにする背圧の所望の値）に等しい場合にダイヤフラムによって加えられる力、及び、バネの力は、ノズル内部におけるインクの最大力の５倍を超える。十分な流量を得るため、本発明では、インク・リザーバに対してわざと正圧をかけることによって、インク・ジェット・プリントヘッドへの十分な流量を実現することが可能である。本発明は、オンボード・インク・リザーバ・システムまたはオフ軸インク・リザーバ・システムを備えたインク・ジェット・プリントヘッドの背圧を調整することが可能である。
【００１２】
本発明の圧力調整器には、多くの利点がある。該圧力調整器は、小型で、質量が小さいだけではなく、既知のオフ軸システムを悩ませた問題を解消するので、高性能のプリントヘッドによるオフ軸インク・リザーバの利用が可能になる。結果得られる印刷カートリッジは、小型で、質量が小さいので、本発明を取り入れたプリンタは、小さなパッケージで高性能を備えることが可能になる。本発明のもう１つの利点は、インク・ジェット・プリントヘッドの背圧が、プリントヘッドの移動またはプリンタの配向にかかわらず一定のままであるので、プリントヘッドは任意の角度または速度で印刷を行うことが可能であるという点である。さらに、本発明によるインク・ジェット・プリントヘッドは、インクの供給を改善するために、インク・リザーバに加圧しても、一定のわずかに負の背圧を示すことが可能である。本発明のもう１つの利点は、プリンタの出力速度の変化、印刷密度の変化、及び、リザーバの圧力変動に影響されないということである。該圧力調整器のもう１つの利点は、サイズが小さいので、１つの印刷カートリッジに複数の圧力調整器を配置することができるという点である。この結果、２〜７色（以上）の印刷を行い、２″×１″×．２″以下の寸法を備えた、コンパクトな多色印刷カートリッジの構成が可能になる。また、それによって、異なるインク・ジェット・プリントヘッドから噴射される顔料成分及び安定化成分のような多成分インクを利用した印刷カートリッジの構成が可能になる。本発明のもう１つの利点は、ページ幅の印刷カートリッジの端から端まで多くの圧力調整器を配置することによって、傾斜に影響されないようにすることが可能である。加圧インク供給システムの場合、プリントヘッドは、配向に影響されずに済ますことができ、ページ幅の印刷カートリッジは、水平であろうと、垂直であろうと、あるいは、その間であろうと、任意の配向に取り付けることが可能である。本発明のもう１つの利点は、プリンタが用いられていない場合には、プリントヘッドに関連した圧力調整器によってインクの流れが遮断されるので、インク・リザーバの放出または取り外しを行わなくても、印刷カートリッジからインク・ジェット・プリントヘッドを取り除くことができるという点である。該圧力調整器のもう１つの利点は、背圧を一定に保つことができるので、印刷においてドット・サイズの変動による条線が生じないという点である。さらに、該圧力調整器は安価である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の他の態様及び利点については、本発明の原理を例示した添付の図面に関連して示す、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１４】
例示を目的として図面に示すように、本発明は、プリントヘッドにインクを供給するための装置として具現化される。インクは、プリントヘッドに対して軸から外れるように離し、固定して取り付けられるか、あるいは、プリントヘッドに内蔵して取り付けられるリザーバに貯えられる。圧力調整器は、インク・リザーバからインクを受け取り、約−２〜３水柱インチの圧力でプリントヘッドに供給する。
【００１５】
図１を参照すると、参照番号１１０は、−２水柱インチ〜大気圧を超える圧力でインクを貯えるインク・リザーバを示している。該リザーバは、インク導管１１４によってプリントヘッド・アセンブリ１１２に接続されている。図１に示すプリントヘッド・アセンブリは、印刷媒体１１６にインク小滴を吹き付けている最中である。
【００１６】
図１を詳細に参照すると、インク・リザーバ１１０には、不図示の液体インクを収容する変形可能なバッグ１１８が含まれている。変形可能なバッグは、コイル・バネ１２０の伸張によって下方に押しつけられるピストン１１９によって加圧される。ピストン１１９及びバネ１２０は、重力によって得られるレベルを超えるレベルまでインクの圧力を上昇させる。３０ポンド／平方インチもの高い動作圧及びわずか−０．１ポンド／平方インチほどの低い動作圧の試験に成功したが、一般的なリザーバ圧は、約１ポンド／平方インチになるように意図されている。リザーバ１１０は、固定取付具１２１によってプリンタ（部分的にしか示されていない）内に解放可能に保持される。リザーバ用の固定取付具は、プリントヘッド１１０と同じレベルに配置することもできるし、プリンタの設計による指示に従って、プリントヘッドより上または下に配置することも可能である。
【００１７】
図１を参照すると、インク・リザーバ１１０が、２つの導管部分１２３及び１２５から構成されるインク導管１１４によってプリントヘッド・アセンブリに接続されている。導管内におけるインクからの水の拡散を減少させるため、導管の内径は小さく、蒸気伝送速度は低い。インク導管１１４には、さらに、インク・リザーバ１１０及びインク導管の部分１２３をプリントヘッド・アセンブリ１１２及び導管１２５から分離可能にする機械的結合部分１３２が含まれている。インク導管の分離及びインク・リザーバの除去は、動作中、通常は開いている遮断弁を閉じて実施される。
【００１８】
図１のプリントヘッド・アセンブリ１１２は、図２、図３、及び、図４に示す背圧調整器２０と、図２に示すインク・ジェット・プリントヘッド４６及びそれに関連したノズル・プレート４８から構成される。圧力調整器２０は、インク・リザーバから加圧インクを受け取り、大気圧より約２〜３インチ低い圧力でプリントヘッドに供給する。紙のような印刷媒体１１６にインク小滴１１５を噴射しているプリントヘッド（図１には示されていない）が示されている。
【００１９】
プリントヘッド・アセンブリ１１２は、可動キャリッジ１３６内に解放可能に保持されている。可動キャリッジは、ガイド・レール１３７に沿って横方向にスライドする。ガイド・レールは、プリンタにしっかりと取り付けられている。可動キャリッジは、駆動モータ１３８、プーリ１４０、及び、接続駆動ベルト１４１によって横方向に並進する。駆動モータによって、プリントヘッド・アセンブリ１１２は、１度に１帯状部分ずつ印刷媒体１１６を横方向に移動する。各帯状部分の完了毎に、２つの用紙送りローラ１４３によって印刷媒体がステップ送りされ、１行ずつ、次々と、印刷媒体に帯状部分が印刷されてゆく。
【００２０】
図２及び図３には、印刷カートリッジの内部に納まり、プリンタの出力速度の全範囲、プリンタの出力速度変化の全範囲、印刷密度の全範囲、印刷密度変化の全範囲、及び、インク・リザーバ圧の全範囲にわたって、背圧を一定に保つ、小型軽量のインク・ジェット・プリントヘッド用圧力調整器２０に関する望ましい実施例の平面図が示されている。図２及び図３には、ダイヤフラム２２、上部ケース２４、底部ケース２６、及び、インク・リザーバ・ホース２８が示されている。本発明の望ましい実施例の場合、調整器の全体寸法は、．６″×．８″×．２″未満である。わずか．３″×．３″×．１″ほどのバージョン及びおそらくはそれより小さいバージョンの製造も可能である。他の寸法を備えたインク・ジェット・プリントヘッド用背圧調整器が、本発明の範囲から逸脱するということはない。
【００２１】
図２及び図３には、背圧調整器２０の異なる２つの角度からの分解図が示されている。上部ケース２４及び底部ケース２６を分離することによって、ダイヤフラム・ピストン３２を支持するヒンジ４０及び弁座３４を備えたレバー３８が現れている。弁座３４のアライメントをとることによって、インク・リザーバ・ホース２８からインクを受け取るノズル５４を通るインクの流れを遮断することが可能になる。（図４を参照されたい。）ダイヤフラム２２及びノズル５４内部のインクによって、レバー３８を押し下げると、弁座３４がノズル５４から押し離される。底部ケース２６内部のバネ３６によって、レバー３８を押し上げると、弁座３４がノズル５４に向かって押される。本発明の望ましい実施例の場合、背圧調整器２０は、インク・ジェット・プリントヘッド４６に取り付けられており、インクは、インク送りスロット４４を通って、底部ケース２６からインク・ジェット・プリントヘッド４６に移動する。
【００２２】
背圧調整器２０の望ましい実施例では、調整器２０に取り付けられたオフ軸インク・リザーバからインク・リザーバ・ホース２８を介してプリントヘッド４６に送り込まれるインクの流量を制御することによってプリントヘッド４６の背圧が制御される。通常、プリントヘッドへのインクの流れは遮断されている。インク・ジェット・プリントヘッド４６の背圧が、望ましい実施例の場合−２水柱インチである設定値背圧より下がると、ダイヤフラム２２によって、バネ３６の上方への力を超える下方への力がダイヤフラム・ピストン３２に加えられ、ダイヤフラム・ピストン３２、レバー３８、及び、弁座３４が下方に回転する。弁座３４は、下方に回転すると、ノズル５４から離れ、インクがそれを通って、底部ケース２６に流入することが可能になる。インク・ジェット・プリントヘッド４６の背圧が設定値圧力を超えると、バネ３６によって加えられる力の大きさは、ダイヤフラム２２及びノズル５４内のインクによって加えられる力の大きさを超えることになる。このため、弁座３４は上方に回転し、ノズル５４を通るインクの流れを遮断する。
【００２３】
ダイヤフラム・カバー３０がダイヤフラム２２を保護している。ダイヤフラム・カバー３０を通る注入ホール５２は、ダイヤフラム２２に空気を吹き付けて、曲げ、空気が自由にダイヤフラムまで流れることができるようにすることによって、調整器への注入を可能にする。レバー・スタンド・オフ４３によっって、レバー３８がケースから離れた状態に保持される。
【００２４】
ダイヤフラム・カバー３０、上部ケース２４、底部ケース２６、ダイヤフラム・ピストン３２、レバー３８、及び、ノズル３４は、安価な製造プロセス（例えば、射出成形）によって、インク・ジェット・プリンタのインクに耐える安価で軽量な材料（例えば、熱可塑材）から作られる。レバー３８とダイヤフラム・ピストン３２を組み合わせた重量は、最大ダイヤフラム力の１０％未満が理想である。レバー／ダイヤフラム・ピストンの組み合わせは、重量及び浮力による配向に依存した力を最小限にとどめるため、インク内において中立の浮力を示すことが理想である。弁座３４は、柔軟な弾性材料（例えば、シリコン・ゴム）から作られるので、ノズル５４との漏れの無いシールを形成する。バネ３６は、ステンレス鋼または成形プラスチックで構成するのが最良である。
【００２５】
図４には、ノズル５４及び弁座３４を含む背圧調整器２０の断面が示されている。図４の場合、弁座３４はノズル５４からのインクの流れを遮断している。ダイヤフラム２２によってレバー３８が回転すると、弁座３４はノズル５４から離れ、インクが底部ケース２６に流れ込み、スロット４４を通ってプリントヘッド４６に流入する。本発明の利点の１つは、弁座が、移動時に滑り摩擦を受けないということである。このため、弁座は背圧のわずかな変化にも応答することが可能になる。さらに、圧力調整器のどの部分においても滑り摩擦は生じない。これには、正確な圧力調整を劣化させる予測不能な力を最小限にとどめるという利点がある。（図１乃至図４には、下流弁を備えた調整器が示されている（すなわち、ノズルは高圧側にある）。圧力調整器は、図１４に示すように上流ノズル、または、スライド弁座付きノズルを備えるように作ることが可能である。本発明の範囲には、インクの流れを遮断することが可能ないかなるタイプの機構も含まれる。請求項及び明細書では、制限のためではなく、例示を目的として、ノズル及び弁座という言葉が利用されている。ノズルという用語には、あらゆる形状のインク導管が含まれ、弁座には、インク導管を通るインクの流れを遮断することが可能なあらゆるタイプの装置が含まれる。）
【００２６】
バネ３６によって加えられる力ＦＳがレバー３８を上方に押し、ダイヤフラム２２によって加えられる力ＦＤｉａ、ノズル５４内のインクによって加えられる力ＦＮｏｚｚ、及び、弁の密封力ＦＳｅａｌがレバー３８を下方に押す。（上方及び下方という用語は、便宜上用いられただけであり、圧力調整器は任意の方向に機能することが可能である。）設定値圧力において、ダイヤフラム２２によって加えられる力＋ノズル５４内のインクによって加えられる力＋密封力の大きさは、バネ３６によって加えられる力の大きさに等しい：
ＦＳ＝ＦＤｉａ＋ＦＮｏｚｚ＋ＦＳｅａｌ （１）
【００２７】
ＦＳがＦＤｉａ＋ＦＮｏｚｚ＋ＦＳｅａｌを超える限り、弁は閉じたままである。背圧が設定値背圧に等しくなると、弁座３４がノズル５４に接触するが、それに力を加えることはない。背圧が再び低下すると、ＦＳ＜ＦＤｉａ＋ＦＮｏｚｚ＋ＦＳｅａｌになり、弁座３４がノズル５４から離れて、インクが底部ケース２６に流入する。
【００２８】
オフ軸インク・リザーバ・システムの場合、インク・リザーバに加圧して、インクを調整器２０まで推進し、ノズル５４を介して噴射しなければならない。インク・リザーバの圧力が調整されない場合、望ましい実施例と同様、ノズル５４内のインクの圧力がインク・リザーバ内におけるインク体積に応じて変化する。場合によっては、この圧力は、約１５ｐｓｉ〜０ｐｓｉをわずかに超える範囲で変動する可能性がある。
【００２９】
ノズル５４内のインクによって加えられる力は、下記に等しい：
【００３０】
【数１】
【００３１】
ここで、ＤＮｏｚｚは、ノズル５４の内径に等しく、ＰＳＩは、ノズル５４内におけるインクの圧力に等しい。インク・リザーバの圧力が変動するにつれて、ノズル５４内のインクによって加えられる力が変動する。ＦＮｏｚｚの大きさが、設定値背圧においてダイヤフラム２２によって加えられる力の大きさに近い場合には、この圧力の変動によって、設定値圧力以外の背圧で弁（すなわち、弁座３４及びノズル５４）を開くことが可能になる。これを防ぐため、設定値背圧においてダイヤフラム２２によって加えられる力は、ノズル５４内のインクの最大力を大幅に超えなければならない。本発明の望ましい実施例の場合、あらゆる条件下において良好な密封を可能にするには、設定値圧力においてダイヤフラムによって加えられる力ＦＤｉａは、ノズル５４内のインクの最大力の少なくとも５倍あることが望ましい（てこ比が１の場合）。この力の倍数は、「超過力比」として知られる。超過力比が高くなると、正確な圧力調整、従って、一定した背圧が得られる。背圧は、設定値背圧＋オフセットＰＳＰＰ±（ＰＳＰＰ／ＯＦ）に等しい。望ましい実施例の場合、ＯＦ＝５０、ＰＳＳＰ＝−２″のため、背圧はほぼ一定のままである、すなわち、−２″±．０４″に等しくなる。しかし、ＯＦはわずか５にすることも可能である。
【００３２】
図５に示すように、ノズル５４は、密封圧を最大にするため、外側半径が小さくなるようにテーパがついている。図６に示すシール５７の面積は、ノズル５４のボア５５の面積の１／２未満が望ましい。（注：図５及び図６におけるシール５７及びボア５５の相対寸法は、不正確である。）
【００３３】
図２及び図３に示すバネ３６は、背圧が設定値背圧に等しい場合、ダイヤフラム２２によって加えられる力に等しい力をレバー３８に加える。設定値背圧が−２水柱インチに等しい場合、バネ３６によって加えられる力は、−２水柱インチとダイヤフラム２２の面積の積に等しい。この計算では、２０を超える超過比を仮定しているので、ノズル５４内のインクの力は無視することが可能である。
【００３４】
弁座３４がノズル５４に載っている時、バネ３６が予圧でたわむと、バネ３６によって加えられる力が生じる。ダイヤフラム２２が弁座３４をノズル５４から押し離すと、バネ３６のたわみが増大し、バネ３６によって加えられる力も増大する。背圧のわずかな変化に対して圧力調整器２０の感度を大いに高めるためには、バネ３６の予圧たわみは、弁座３４がノズル５４から離れると生じる、バネ３６の追加たわみを大幅に超えることが望ましい。弁座３４は、最大流量のインク流（すなわち、最大流量はブラック・アウト印刷時に生じる）が、ノズル５４を通過できるようにするのに十分な距離だけ、ノズル５４から離れることが望ましい。一般に、この距離は、ノズル５４の半径を超える。背圧が、−２．１″といった設定値背圧よりわずかに低くなると、弁座３４は、ノズル５４が最大流量のインク流を通すことができるようにするのに十分な距離だけノズル５４から離れる。
【００３５】
インク・ジェット・プリンタが動作していない時、インク・ジェット・プリントヘッド４６の圧力は−２″であり、ダイヤフラ２２にたわみは生じない。バネ３６の全力によって、弁座３４がノズル５４に押しつけられる。先行パラグラフに解説のように、この力は設定値背圧においてダイヤフラム２２によって加えられる力に等しく、一般に、ノズル５４内のインク流によって加えられる最大力の少なくとも５倍（望ましい実施例の場合５０倍）になる。バネとノズル５４内のインク流との間の超過力比が大きいので、プリンタのオフ時における圧力調整器の漏出が阻止される。
【００３６】
超過力要件及びインク・リザーバ圧と背圧の間の大きい差のため、ダイヤフラム２２は比較的大きくなる。本発明の望ましい実施例の場合、設定値背圧は、−２水柱インチになり、ノズル５４内部の圧力は、２ｐｓｉまたは５４水柱インチとなるが、それよりかなり高くなる可能性もある。ダイヤフラム２２によって発生する力が直接弁座に加えられる場合、ノズル５４内における５４水柱インチによって生じる力の２０〜４０倍の力を発生するためには、−２水柱インチが作用するダイヤフラムのサイズは、極めて大きくなければならない。
【００３７】
ダイヤフラム２２は、調整器２０において最大の部品であり、本発明の望ましい実施例のサイズを決定する。ダイヤフラム２２のサイズを縮小し、同時に、超過力比が２０を超えるように保つ方法の１つは、ノズル５４の内径を短縮することである。しかし、ノズル５４の内径は、最も極端な条件下において十分なインクを通すのに十分な大きさがなければならない。これは、インク流の流量が最大流量に等しく、インク・リザーバの圧力が最低の場合に生じる。最大流量は、ブラック・アウト印刷（すなわち、プリンタが、最大数のインク小滴を噴射することによってページをインクで塗りつぶす）モード時に生じる。以下で導き出される式によって、ノズル５４の内径がその両端間における圧力降下及びインク流量の関数として得られる。ノズルを通る流量５４は、主として動力学的圧力降下によって制限されるが、粘性摩擦降下を扱う項が含まれる。
△Ｐｔｏｔａｌ＝△Ｐｋｉｎｅｔｉｃ＋△Ｐｖｉｓｃｏｕｓ ｆｒｉｃｔｉｏｎ （３）
ここで、△Ｐｔｏｔａｌは、ノズル５４に両端間における圧力降下である。動力学的圧力降下は、次の通りである：
【００３８】
【数２】
【００３９】
ここで、ρは、インク濃度であり、ｖは、さらに体積流量をノズル５４の断面積で割ったものとして以下で規定される、インクの平均流速である：
【００４０】
【数３】
【００４１】
従って、
【００４２】
【数４】
【００４３】
ポアズイユの抵抗法則は、粘性摩擦による圧力降下を定義する。ここで、Ｌはノズル５４の長さであり、μはインク粘度である：
【００４４】
【数５】
【００４５】
それゆえに、
【００４６】
【数６】
【００４７】
従って、
【００４８】
【数７】
【００４９】
ノズル５４の最小内径を計算するため、Ｑを最大体積流量ＱＭａｘに等しい値に設定し、△ＰＴｏｔａｌを、ノズル５４におけるインクの最低圧力Ｐｓｉ ｌｏｗ＋設定値背圧であるＰｓｉ ｌｏｗ＋ＰＳＰＰに等しい、ノズル５４の両端間における最小圧力降下に等しい値に設定する。従って、ノズルの最小内径ＤＮｏｚｚ ｍｉｎは、次の通りである：
【００５０】
【数８】
【００５１】
ノズル内５４のインクが発生可能な最大力は、次の通りである：
【００５２】
【数９】
【００５３】
ここで、ＰＳｉ Ｈｉは、ノズル５４内の最大圧力である。下記に示すように、ダイヤフラム２２によって加えられる力×てこ比係数Ｌｅｖが、ＦＮｏｚｚ Ｍａｘ×ＯＦ（超過力）に等しくなければならない：
【００５４】
【数１０】
【００５５】
ここで、ＤＤｉａは、ダイヤフラムの直径であり、Ｌｅｖはダイヤフラムのてこ比であり、ＰＳＰＰは設定値背圧である。
【００５６】
ダイヤフラムの最小直径を求めるため、ＤＤｉａについて式（１３）を解き、変数ＤＮｏｚｚに式（１１）によって定義されたＤＮｏｚｚ ｍｉｎを代入し、望ましい実施例に関して選択されたＯＦ、ＰＳｉ Ｈｉ、Ｌｅｖ、及び、ＰＳＰＰの値を代入する。結果得られる式は次の通りである：
【００５７】
【数１１】
【００５８】
ダイヤフラム２２のサイズを縮小するもう１つの方法は、レバー３８、または、カム及びリンク機構を含む、機械的利点をもたらす任意の他の装置を利用することである。結果得られる装置がシステムの公差に整合する限りにおいて、機械的利点が増せば増すほど、それだけ良くなる。
【００５９】
図７は、圧力調整器２０の平面図であり、ヒンジ・ライン５６、弁座移動アーム５８、及び、ダイヤフラム移動アーム６０が示されている。ダイヤフラム移動アーム６０は、弁座移動アーム５８より大きいので、弁座５４にかかるダイヤフラムの力は、てこ比が１を超える。レバー３８の長さを増すことには、ダイヤフラムのサイズ要件が緩和されるという利点がある。本願書において論述される各種実施例のてこ比は、１〜５であるが、．５といった他のてこ比及び他の構成のレバー３８も可能であり、本発明の範囲を逸脱するものではない。また、図１〜３および図７に示すように、プリントヘッドの移動及び加速方向は、ヒンジ４０の軸と平行である。
【００６０】
図８には、レバー３８にグルーブをフライス加工して形成されたたわみヒンジ４０が示されている。たわみヒンジ４０には、最小限の摩擦で曲がり、ねじれを伴わないという利点がある。レバー３８のヒンジ４０がねじれると、レバー３８がねじれ、ノズル５３を最大力で密封するような形では、弁座３４とノズルのアライメントがとれなくなる。たわみヒンジは弾性であり、本発明の範囲には、弁座をノズルに押しつけるバネ力として、ヒンジの弾性力を利用することが含まれる。本発明の範囲には、転動ヒンジ及び円錐及び点ヒンジといった他の低摩擦ヒンジが含まれる。
【００６１】
図１６は、ダイヤフラム２２の直径ＤＤｉａが．６２５″に等しく、ダイヤフラム・ピストンの直径は５″、てこ比Ｌｅｖが３に等しく、超過力ＯＦが最高供給圧において４２に等しく、ノズル５４の内径ＤＮｏｚｚが２０ミルに等しく、インクの最大流量ＱＭａｘは．２ｃｃ／秒、ノズル５４の長さＬが．０５″に等しく、インク粘度μが．０３ポアズに等しく、インク濃度ρが１グラム／ｃｃに等しいといった仕様を備える圧力調整器を利用したプリンタによって得られる印刷のサンプルである。インク・リザーバ圧は、０〜２ｐｓｉの間で変動し、設定値背圧は−２水中インチに等しい。
【００６２】
圧力調整器の代替実施例の場合、ダイヤフラム２２の直径ＤＤｉａが、．３７５″に等しく、ダイヤフラム・ピストンの直径は３″、てこ比Ｌｅｖが３に等しく、超過力ＯＦが２．５ｐｓｉの最高インク・リザーバ圧において１０８に等しく、インクの最大流量ＱＭａｘは．２ｃｃ／秒、ノズル５４の内径ＤＮｏｚｚが１２ミルに等しく、ノズル５４の長さＬが．０５″に等しく、インク粘度μが．０３ポアズに等しく、インク濃度ρが１グラム／ｃｃに等しく、最低供給圧力は、．５ｐｓｉである。
【００６３】
下記の表には、代替設計パラメータが示されている。表１のパラメータは、基準の事例であり、表２〜５は、それぞれ、これらのパラメータのうち１つだけしか変わっていない。また、下記の表１〜５には、ＰＳｉ ＬＯＷの各値に関するノズルの内径ＤＮｏｚｚが示されている。表１の場合、ノズル５４における最高圧力ＰＳｉ Ｈｉは、２．５ｐｓｉであり、ＰＳｉ Ｈｉにおける超過力ＯＦが５０に等しく、設定点背圧ＰＳＰＰが−２水柱インチに等しく、インクの最大流量ＱＭａｘは．２ｃｃ／秒、ノズル５４の長さＬが．０５″に等しく、インク粘度μが．０３ポアズに等しく、インク濃度ρが１グラム／ｃｃに等しい。
【００６４】
【表１】
【００６５】
表２には、設定値背圧が−２水柱インチから−３水柱インチに変化したが、他のパラメータは全て同じままの場合の、てこ比ＬｅｖとＰＳｉ ＬＯＷの関数としてダイヤフラムの直径ＤＤｉａ（インチ）が示されている。
【００６６】
【表２】
【００６７】
表３には、設定値背圧が−２水柱インチに戻されたが、粘度が．０３ポアズから．０１ポアズに変化し、他のパラメータは全て同じままの場合の、てこ比ＬｅｖとＰＳｉ ＬＯＷの関数としてダイヤフラムの直径ＤＤｉａ（インチ）が示されている。
【００６８】
【表３】
【００６９】
表４には、粘度が．０３ポアズ戻されたが、ノズルの長さが．０５″から．１″に変化し、他のパラメータは全て不変のままの場合の、てこ比ＬｅｖとＰＳｉ ＬＯＷの関数としてダイヤフラムの直径ＤＤｉａ（インチ）が示されている。
【００７０】
【表４】
【００７１】
表５には、ノズルの長さが．０５″に戻されたが、体積流量が．２ｃｃ／秒から．０２ｃｃ／秒に変化し、他のパラメータは全て不変のままの場合の、てこ比ＬｅｖとＰＳｉ ＬＯＷの関数としてダイヤフラムの直径ＤＤｉａ（インチ）が示されている。
【００７２】
【表５】
【００７３】
ダイヤフラム２２は、上部ケース２４に取り付けて、それが柔軟になるようにするのが望ましい。その材料が延びると、ダイヤフラム２２の張力によって、たわみ量が減少する。該材料は、クランプするか、接着するか、プラスチック溶接するか、あるいは、他の任意の方法によって、物理的に所定の位置に保持することが可能である。
【００７４】
０の初期張力における弾性ダイヤフラム２２のたわみは、下記から計算することが可能である：
【００７５】
【数１２】
【００７６】
ここで、圧力はダイヤフラム２２の両側間における圧力差であり、Ｅはダイヤフラム材料の弾性係数であり、厚さは、ダイヤフラム材料の厚さであり、半径はダイヤフラム２２の半径である。ダイヤフラム２２の最大たわみは、背圧が設定値背圧に等しく、ダイヤフラム２２の両側間における圧力差が背圧設定値に等しい、すなわち、大気圧の場合に生じる。ダイヤフラム２２の半径が変わらなければ、厚さ及びＥは、選択されたダイヤフラム材料のものになる。望ましい実施例の場合、たわみが大きくなればなるほど、ヒンジ、弁座、及び、レバーの厚さ及び遊びの所定の公差に関して、てこ比がそれだけ大きくなる可能性があるので、ダイヤフラム２２のたわみが大きくなる。
【００７７】
たるんだ（例えば、波形の）非弾性プラスチック・フィルムから作られたダイヤフラム２２の代替実施例は、式（１５）通りにはゆかず、これらのダイヤフラムに加えられる全力がレバー３８に伝達される。これらの非弾性ダイヤフラムはたわむが、延びないので、レバー３８を動かすことになる。ゴムのダイヤフラムに対するプラスチック・ダイヤフラムの利点は、インクに接しても化学的に不活性のままでいることができる点にある。
【００７８】
図９は、波形断面を備え、たわみ性のダイヤフラムの代替実施例に関する側面図である。図１０は、図９に示すダイヤフラム１２０の平面図である。図１１には、もう１つの代替実施例である、ベローズ・ダイヤフラム１４０が示されている。波形ダイヤフラム１２０及びベローズ・ダイヤフラム１４０は、たわみに対してほとんど抵抗せず、レバー３８（または、機械的利点をもたらす他の任意の装置）を動かすのに十分なたわみを生じるので、図２に示す弁座３４は、ノズル５４からのインクの流れを妨げないように、図３におけるノズル５４にしっかりと着座した状態から移動して、ノズル５４からノズルの半径１つ分だけ離れることが可能になる。
【００７９】
図１２には、多くのインク・ジェット・プリントヘッド１６４がそれを横切って配置された、ページ幅の印刷カートリッジ１６０が示されている。図１３には、複数成分のインクまたは２つの異なるカラーのインクで印刷するための印刷カートリッジ１７０が示されている。（印刷カートリッジの代替実施例には、もっと多くのカラー、または、もっと多くの成分によるインクで印刷するため、より多くのプリントヘッド及び圧力調整器を含むことが可能である。）これらの印刷カートリッジは、両方とも、それぞれのインク・ジェット・プリントヘッド１６４に、それと連係する圧力調整器１６２が設けられている。この構成によれば、多数の圧力調整器１６２によって、各種インク・ジェット・プリントヘッド１６４の背圧を印刷カートリッジ１６０、１７０におけるその位置に応じて変動させることになる、長いインク柱の形成が阻止されるので、印刷カートリッジ１６０、１７０を任意の角度で傾斜させることが可能になる。１インチ毎に圧力調整器１６２を設ければ、印刷カートリッジ１６０は垂直時の印刷が可能になる。
【００８０】
各インク・ジェット・プリントヘッド１６４毎に圧力調整器１６２を設けるもう１つの利点は、システムからインクを除去し、プリントヘッド１６４の交換後に、さらに、システムにインクを再充填することを必要とせずに、１つ以上のプリントヘッドの交換が行えるという点にある。圧力調整器１６２は、プリントヘッド１６４を取り除く場合、ダイヤフラム１６６をたわませる背圧の代わりに、大気圧があるので、図３に示すノズル５４からのインクの流れを遮断する。ダイヤフラム１６６は全くたわみを生じないので、図２のバネ３６の全力によって弁座３４がノズル５４に押しつけられることになる。
【００８１】
図１４には、インク・ブラダー９２、１００に包囲されたオンボード・インク・リザーバを備える印刷カートリッジ９６内に、上流ノズル８８が配置された圧力調整器８０である、本発明の代替実施例が示されている。通気孔８６によって、ダイヤフラム／ベース９０の一方の側が大気にさらされる。ダイヤフラム／ベース９０のもう一方の側は、インク・ジェット・プリントヘッド９８の背圧にさらされる。インク・ジェット・プリントヘッド９８の背圧が、設定値背圧（例えば、−２水柱インチ）より低くなると、ノズル８８から弁棒８４を離すことができるように、バネ８２がセットされる。インク・ジェット・プリントヘッド９８の背圧が設定値圧力未満になると、バネ８２によって加えられる値に打ち勝って、弁棒８４をノズル８８から押し離す力が、ダイヤフラム／ベース９０によって加えられ、これにより、ブラダー９２からインク・ジェット・プリントヘッド９８のブラダー１００まで流体を流し、プリントヘッド９８の背圧を上昇させることが可能になる。本発明の範囲には、レバー、または、より小さいダイヤフラムが所望される場合に機械的利点を得るための他の手段を備えた実施例が含まれる。
【００８２】
上流弁には、インク・リザーバによって弁棒に加えられる力によって、弁棒がノズルに押しつけられるので、漏れを防ぐのに役立つという利点がある。下流弁の場合、インク・リザーバによって弁座に加えられる力によって、弁座がノズルから押し離され、弁に漏れが生じる。上流弁に対する下流弁の利点は、動作がより円滑であり、チャタリングが生じないということである。
【００８３】
図１５には、オフボード・インク・リザーバ１０４に取り付けられた上流逆止め弁１０２が示されている。オフボード・インク・リザーバ１０４は、逆止め弁１０２及びバネ１０６とバッグ１０８で構成されたバネ・バッグを用いて、図示されていないが、ホース１１０を介してインク・リザーバ１０４に接続したインク・ジェット・プリントヘッドの背圧を制御する。該システムは、インク・ジェット・プリントヘッド・カートリッジに現在用いられているバネ・バッグと形態及び機能がほとんど同じに見えるが、バネ・バッグ１０６／１０８が、背圧のレベルをモニタする逆止め弁１０２と共に用いられると点が異なっている。この逆止め弁は、圧力を調整するのではなく、基準から減圧する。
【００８４】
インク抽出の開始時に、バネ・バッグ１０６／１０８によって必要な背圧が与えられる。インクの抽出につれて、背圧が低下し、バネ１０６が圧縮して、逆止め弁１０２を作動させる。逆止め弁１０２が作動すると、逆止め弁１０２の両側間における圧力降下が、望ましい実施例の場合、背圧が−２水柱インチに等しい場合に生じる設定値に等しくなるまで、大気圧におけるインクがバネ・バッグ１０６、１０８に流入する。このシステムの利点は、上流逆止め弁１０２のはるかに大きい密封力である。逆止め弁１０２は、プリントヘッド内部ではなくインク・リザーバ内にあるので、バネ／バッグ１０６／１０８は非常に大きくすることができ、従って、背圧が設定値圧力より低くなった場合、大きい力を発生することが可能である。バネ／バッグ１０６／１０８は、大きい力の発生が可能であるため、逆止め弁１０２を密封する力も非常に大きくすることが可能である。上流逆止め弁１０２を開くため、望ましい実施例におけるバネ／バッグ１０６／１０８の表面積は６０×６０ｍｍである。背圧が−３″の場合、逆止め弁１０２を開くために、この幾何学的構造によって得られる力は、．６ポンドになる。
【００８５】
代替実施例の場合、圧力は、本発明の範囲を逸脱することなく、上記圧力から大幅に変更可能である。例えば、設定値背圧は、０水柱インチ〜−７水柱インチの任意の値とすることができ、インク・リザーバ圧は、−０．１ｐｓｉ〜＋３０ｐｓｉを超える値の任意の値とし、１２０ｐｓｉの過渡圧力を経験することが可能である。
【００８６】
図１のインク・リザーバ１１０は、開示のように、インクに加圧するため、ピストン１１９及びバネ１２０を利用しているが、液体用の他の加圧システムを用いることも可能である。例えば、第２のリザーバ、蠕動ピストン、または、ＩＭＯポンプ、及び、他のバネ構造からの圧縮空気が考えられる。
【００８７】
以下、本発明に好適な実施形態を例示する。
１． インクを貯えるためのリザーバ１１０と、リザーバ１１０からインクを受け取って、プリントヘッド４６に送るための背圧調整器２０と、リザーバ１１０と圧力調整器２０の間に接続されて、インクを圧力調整器２０に送るためのインク導管１１４を備えた、プリントヘッド４６にインクを供給するための装置において、リザーバ１１０が大気圧を超える圧力になることと、圧力調整器２０が約０〜約−７水柱インチの圧力でインクをプリントヘッド４６に送ることから構成されることを特徴とするインク供給装置。
【００８８】
２． さらに、インク・リザーバ１１０からのインク流量が、ゼロのインク流量〜最大インク流量によって規定される範囲内において変動する間、負の背圧をほぼ一定に保つための手段が含まれていることを特徴とする、上記１に記載の装置。
【００８９】
３． 背圧調整器２０には、ブラック・アウト印刷のインク流量に適応するのに十分な内径を備えたノズル５４と、ノズル５４を通るインク流量を調整するための弁５７及び弁座３４と、弁に対して、ノズル内部においてインクによって加えられる最大力の５倍を超える大きさの閉力を作用させるためのバネ３６と、弁に対して、ノズル５４内部においてインクによって加えられる最大力の５倍を超える大きさの開力を作用させるためのダイヤフラム２２が含まれることを特徴とする、上記２に記載の装置。
【００９０】
４． レバー表面の垂線がプリントヘッドの加速方向に対して平行であることを特徴とする、上記３に記載の装置。
【００９１】
５． リザーバ１１０が−２水柱インチ〜３０ポンド／平方インチの間の圧力であることを特徴とする、上記１に記載の装置。
【００９２】
６． さらに、プリンタに対してリザーバ１１０を保持するための固定取付具１２１と、プリンタ内にあって、プリントヘッド４６を解放可能に保持するための可動キャリッジ１３６と、プリンタ内において、可動キャリッジ１３６及びプリントヘッド４６を固定取付具１２１及びリザーバ１１０に対して移動させるための駆動モータ１３８を備えるプリンタが含まれていることと、前記駆動モータが可動キャリッジとプリンタの間に接続されて動作するようになっていることを特徴とする、上記１に記載の装置。
【００９３】
７．さらに、プリンタ内にあって、リザーバ１１０を保持し、プリントヘッド４６を解放可能に保持するための可動キャリッジ１３６と、プリンタ内において可動キャリッジ１３６移動させるための駆動モータ１３８を備えるプリンタが含まれていることと、前記駆動モータが可動キャリッジとプリンタの間に接続されて動作するようになっていることを特徴とする、上記１に記載の装置。
【００９４】
本発明の特定の実施例について解説し、例示してきたが、本発明は、本書に解説し、例示した部分の特定の形態または構成に限定されるものではない。
【００９５】
【発明の効果】
加圧インク供給システムによって、従来用いられてきた大きい導管よりも機械的たわみ性の大きい、直径の小さいインク導管の利用が可能になる。小型製品を設計する場合、この特徴は大いに重要である。直径の小さい導管の利用は、また、インクにさらされる導管の表面積が縮小され、従って、インクの拡散及び水の損失が減少することも表している。さらに、加圧インク供給システムによれば、プリンタの設計、及び、プリントヘッドに対するインク・リザーバの位置に関する選択の自由が増すことになる。リザーバの質量がもはや移動しなくなるので、プリントヘッド及びキャリッジの慣性質量を減らすことが可能になる。キャリッジの移動する慣性質量が減少するので、かなり安価なプリンタの開発が可能になる。最後に、プリントヘッドは、圧力調整器によって設定された均一な圧力で動作するようにより精密な特別設計を施すことができるので、印刷の質が向上する。プリントヘッドは、インク供給量のレベル変動よって圧力が変化することはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプリントヘッドにインクを供給するための装置に関する、いくつかの部分を切り欠いた、略透視図である。
【図２】図１と異なる透視図による背圧調整器の望ましい実施例に関する分解図であり、図２の透視図は、背圧調整器の側方で、その少し上方からのものである。
【図３】図１と異なる透視図による背圧調整器の望ましい実施例に関する分解図であり、図３の透視図は、背圧調整器の下方から描かれたものである。
【図４】図１、図２及び図３に示す背圧調整器のノズル及び弁座を示す断面図である。
【図５】図１、図２及び図３に示す背圧調整器のノズル及び弁座の一部の拡大断面図である。
【図６】図５に示す背圧調整器のノズル及び弁座の一部の平面図である。
【図７】背圧調整器の望ましい実施例に関するヒンジ、ダイヤフラムのモーメント、及び、ノズルのモーメントを示す図である。
【図８】図２、図３及び図７に示されたヒンジを示す図である。
【図９】より柔軟で、大きい動きを可能にするダイヤフラムの代替実施例を示す図である。
【図１０】より柔軟で、大きい動きを可能にするダイヤフラムの他の代替実施例を示す図である。
【図１１】ダイヤフラムのもう１つの代替実施例を示す図である。
【図１２】多数のインク・ジェット・プリントヘッドと圧力調整器を備えたページ幅の印刷カートリッジの平面図である。
【図１３】２色印刷カートリッジ、及び、多成分インクで印刷する印刷カートリッジの平面図である。
【図１４】上流ノズル及びオンボード・インク・リザーバを備えた背圧調整器の代替実施例を示す図である。
【図１５】上流ノズルを備えたインク・リザーバに取り付けられた逆止め弁を示す図である。
【図１６】本発明を取り入れたプリンタによって得られる印刷サンプルを示す図である。
【符号の説明】
２０ 背圧調整器
２２ ダイヤフラム
２４ 上部ケース
２６ 底部ケース
２８ インク・リザーバ・ホース
３０ ダイヤフラム・カバー
３２ ダイヤフラム・ピストン
３４ 弁座
３６ バネ
３８ レバー
４０ ヒンジ
４３ レバー・スタンド・オフ
４６ インク・ジェット・プリントヘッド
４８ ノズル・プレート
５４ ノズル
５５ ボア
５７ シール
５８ 弁座移動アーム
６０ ダイヤフラム移動アーム
８０ 圧力調整器
８２ バネ
８４ 弁棒
８６ 通気孔
８８ 上流ノズル
９０ ダイヤフラム／ベース
９２ インク・ブラダー
９６ 印刷カートリッジ
９８ インク・ジェット・プリントヘッド
１００ インク・ブラダー
１０２ 逆止め弁
１０４ オフボード・インク・リザーバ
１０６ バネ
１０８ バッグ
１１０ ホース
１１０ インク・リザーバ
１１２ プリントヘッド・アセンブリ
１１４ インク導管
１１６ 印刷媒体
１１８ バッグ
１１９ ピストン
１２０ コイル・バネ
１２０ ダイヤフラム
１２１ 固定取付具
１２３ 導管部分
１２５ 導管部分
１３２ 機械的結合部分
１３６ キャリッジ
１３７ ガイド・レール
１３８ 駆動モータ
１４０ プーリ
１４０ ベローズ・ダイヤフラム
１４１ 駆動ベルト
１４３ 用紙送りローラ
１６０ 印刷カートリッジ
１６２ 圧力調整器
１６４ インク・ジェット・プリントヘッド
１６６ ダイヤフラム
１７０ 印刷カートリッジ
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に、インク・ジェット印刷に関するものであり、とりわけ、インク・ジェット・プリントヘッドへのインクの供給、及び、インク・ジェット・プリントヘッド内におけるインク圧の制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インク・ジェット・プリンタは、広く受け入れられている。これらのプリンタついては、Ｏｕｔｐｕｔ Ｈａｒｄｃｏｐｙ Ｄｅｖｉｃｅｓ（１９８８年にサン・ディエゴのＡｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓから刊行、Ｒ．Ｃ．Ｄｕｒｂｅｃｋ及びＳ．Ｓｈｅｒｒ編）第１３章のＷ．Ｊ．Ｌｌｏｙｄ及びＨ．Ｔ．Ｔａｕｂによる「Ｉｎｋ−Ｊｅｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ」、及び、米国特許第４，４９０，７２８号に解説がある。インク・ジェット・プリンタは、質の高い印刷を提供し、コンパクトで、携帯可能であり、迅速ではあるが、用紙にはインクだけしかぶつからないので、静かに印刷を行う。インク・ジェット・プリンタ・テクノロジの主たるカテゴリには、連続式インク・ジェット・プリンタ、間欠式インク・ジェット・プリンタ、及び、ドロップ・オン・デマンド式インク・ジェット・プリンタが含まれる。ドロップ・オン・デマンド式のカテゴリは、さらに、圧電式インク・ジェット・プリンタ及び熱式インク・ジェット・プリンタに分類することが可能である。一般的な熱式インク・ジェット・プリントヘッドは、インク・リザーバから液体インク（すなわち、溶媒中に溶解した、あるいは、拡散した着色剤）を受け取るファイアリング室のアレイを組み込んだ熱式インク・ジェット・プリントヘッド基板に取り付けられている、精密に形成されたノズル・アレイを備えている。各室は、ノズルに向かい合って位置し、それとノズルの間にインクを集めることができるようになっている、「ファイアリング抵抗器」と称する薄膜抵抗器を備えている。電気印刷パルスによってインク・ジェット・ファイアリング抵抗器が加熱されると、それに近いインクの小部分が気化し、プリントヘッドからインク小滴が噴射される。適正に配列されたノズルは、ドット・マトリックス・パターンを形成する。各ノズルの動作に適正な順序づけを施すと、プリントヘッドが用紙を通過するにつれて、用紙上に文字またはイメージが形成される。
【０００３】
従来のインク・ジェット・プリントヘッドのためのインク供給システムは、「背圧」として知られるわずかな真空でインクを送り出すので、インクがノズルから漏出することはない。一般に、このわずかな真空は、大気圧より約２〜３水柱インチ低い。背圧は、インク・リザーバをプリントヘッドより下に配置して、該システムがプリントヘッド内部のわずかな真空と平衡をとるようにすることによって生成することが可能である。代替案として、バネを用いて、ブラダ・メンブレンを外側に引っ張り、インク・リザーバ内にわずかな負圧を生成することによって、わずかな負の背圧を生成することも可能である。このアプローチについては、１９８５年４月２日に発行され、本発明の譲受人に譲渡された「Ｉｎｋ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ Ｗｉｔｈ Ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｂａｃｋ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ」と題する米国特許第４，５０９，６０２号に記載がある。
【０００４】
今日、最も便利なインク・ジェット・プリントヘッドは「オンボード・インク・リザーバ」を備えている。換言すれば、インク・リザーバがプリントヘッドに物理的に取り付けられていて、印刷工程中、プリントヘッドといっしょに移動する。プリントヘッド及びインク・リザーバはページを左右に移動するにつれて、インクは加速、減速を生じ、結果として、プリントヘッドからインクを放出または噴射することが可能な圧力サージを生じることになる。既知のオンボード・インク供給の中には、インク・リザーバ内に泡のブロックを設けて、毛細管作用で背圧を生じさせ、インクが揺れ動いたり、圧力サージを生じたりするのを防ぐものもある。泡はインク・リザーバの容積の大部分を占め、従って、インク・リザーバの収容力が低下する。
【０００５】
インク・ジェット・プリントヘッドには、「オフ軸インク・リザーバ・システム」を備えるものもある。該システムは、小さなたわみ管を用いて、固定インク・リザーバから移動するプリントヘッドにインクを輸送する。インクの供給量が少なくなると、ユーザはインク・リザーバだけを取り替える。オンボード・システムと同様、プリントヘッド及びたわみ管の加速及び減速によって、プリントヘッドからインクを放出または噴射する可能性のある圧力サージが生じることになる。
【０００６】
プリントヘッドとオフ軸インク・リザーバの相対的高さが、インク・ジェット・プリントヘッドの背圧に影響を及ぼす。既知の多くのシステムでは、インク・ジェット・プリントヘッドにわずかな負圧を生じる高さに配置された広くて浅いリザーバを用いることによって、背圧が設定される。リザーバは浅いので、そのレベルはあまり変化せず、インク・ジェット・プリントヘッドの背圧はあまり変化しない。この構成に関する問題は、プリンタが傾斜すると、プリントヘッドの動作が中断する可能性があるということである。もう１つの問題は、浅いインク・リザーバのインク収容力の低さである。
【０００７】
１９８８年１０月２４日に公開されたクラシマの特公昭６３−２５６４５１号（特願昭６２−９１３０４号）には、オフ軸インク・リザーバ・システムの１つに関する記載がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述の理由から、本発明の目的は、インク・ジェット・プリントヘッドのための小型で安価な背圧調整器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、インクを貯えるためのリザーバと、リザーバからインクを受け取って、プリントヘッドに送るための背圧調整器と、リザーバと圧力調整器の間に接続されて、インクを圧力調整器に送るためのインク導管を備えた、プリントヘッドにインクを供給するための装置において、リザーバが大気圧を超える圧力になることと、圧力調整器が約０〜約−７水柱インチの圧力でインクをプリントヘッドに送ることから構成されることを特徴とするインク供給装置によって達成される。
要するに、概して言えば、本発明による装置には、リザーバからインクを受け取り、約−２水柱インチの圧力で従来のプリントヘッドにインクを供給するための圧力調整器が含まれている。
【００１０】
【作用】
加圧インク供給システムによって、従来用いられてきた大きい導管よりも機械的たわみ性の大きい、直径の小さいインク導管の利用が可能になる。小型製品を設計する場合、この特徴は大いに重要である。直径の小さい導管の利用は、また、インクにさらされる導管の表面積が縮小され、従って、インクの拡散及び水の損失が減少することも表している。さらに、加圧インク供給システムによれば、プリンタの設計、及び、プリントヘッドに対するインク・リザーバの位置に関する選択の自由が増すことになる。リザーバの質量がもはや移動しなくなるので、プリントヘッド及びキャリッジの慣性質量を減らすことが可能になる。キャリッジの移動する慣性質量が減少するので、かなり安価なプリンタの開発が可能になる。最後に、プリントヘッドは、圧力調整器によって設定された均一な圧力で動作するようにより精密な特別設計を施すことができるので、印刷の質が向上する。プリントヘッドは、インク供給量のレベル変動よって圧力が変化することはない。
【００１１】
本発明の圧力調整器には、プリンタの出力速度の全範囲、印刷密度の全範囲、及び、インク・リザーバ圧の全範囲にわたって、インク・ジェット・プリントヘッドの背圧（すなわち、漏出を防ぐため、プリントヘッド内部のインクが保持されるわずかに負のゲージ圧）を一定の値に保つ、印刷カートリッジ（すなわち、プリントヘッドを保持し、保護する外部パッケージング）内部に配置された、小型軽量のプラスチック製圧力調整器が含まれている。圧力調整器は、低摩擦弁、弁に開力を作用させるためのダイヤフラム、及び、弁に閉力を作用させるためのバネを備えている。低摩擦弁は、ノズル、弁座、及び、弁座を低摩擦移動させるためのレバーまたは他の装置を備えている。本発明では、高密封圧を可能にする内径の極めて小さいノズルを利用することによって、従来用いられていた逆止め弁に関する密封の問題が克服される。背圧が設定値圧力（すなわち、インクがノズルから漏出しないようにする背圧の所望の値）に等しい場合にダイヤフラムによって加えられる力、及び、バネの力は、ノズル内部におけるインクの最大力の５倍を超える。十分な流量を得るため、本発明では、インク・リザーバに対してわざと正圧をかけることによって、インク・ジェット・プリントヘッドへの十分な流量を実現することが可能である。本発明は、オンボード・インク・リザーバ・システムまたはオフ軸インク・リザーバ・システムを備えたインク・ジェット・プリントヘッドの背圧を調整することが可能である。
【００１２】
本発明の圧力調整器には、多くの利点がある。該圧力調整器は、小型で、質量が小さいだけではなく、既知のオフ軸システムを悩ませた問題を解消するので、高性能のプリントヘッドによるオフ軸インク・リザーバの利用が可能になる。結果得られる印刷カートリッジは、小型で、質量が小さいので、本発明を取り入れたプリンタは、小さなパッケージで高性能を備えることが可能になる。本発明のもう１つの利点は、インク・ジェット・プリントヘッドの背圧が、プリントヘッドの移動またはプリンタの配向にかかわらず一定のままであるので、プリントヘッドは任意の角度または速度で印刷を行うことが可能であるという点である。さらに、本発明によるインク・ジェット・プリントヘッドは、インクの供給を改善するために、インク・リザーバに加圧しても、一定のわずかに負の背圧を示すことが可能である。本発明のもう１つの利点は、プリンタの出力速度の変化、印刷密度の変化、及び、リザーバの圧力変動に影響されないということである。該圧力調整器のもう１つの利点は、サイズが小さいので、１つの印刷カートリッジに複数の圧力調整器を配置することができるという点である。この結果、２〜７色（以上）の印刷を行い、２″×１″×．２″以下の寸法を備えた、コンパクトな多色印刷カートリッジの構成が可能になる。また、それによって、異なるインク・ジェット・プリントヘッドから噴射される顔料成分及び安定化成分のような多成分インクを利用した印刷カートリッジの構成が可能になる。本発明のもう１つの利点は、ページ幅の印刷カートリッジの端から端まで多くの圧力調整器を配置することによって、傾斜に影響されないようにすることが可能である。加圧インク供給システムの場合、プリントヘッドは、配向に影響されずに済ますことができ、ページ幅の印刷カートリッジは、水平であろうと、垂直であろうと、あるいは、その間であろうと、任意の配向に取り付けることが可能である。本発明のもう１つの利点は、プリンタが用いられていない場合には、プリントヘッドに関連した圧力調整器によってインクの流れが遮断されるので、インク・リザーバの放出または取り外しを行わなくても、印刷カートリッジからインク・ジェット・プリントヘッドを取り除くことができるという点である。該圧力調整器のもう１つの利点は、背圧を一定に保つことができるので、印刷においてドット・サイズの変動による条線が生じないという点である。さらに、該圧力調整器は安価である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の他の態様及び利点については、本発明の原理を例示した添付の図面に関連して示す、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１４】
例示を目的として図面に示すように、本発明は、プリントヘッドにインクを供給するための装置として具現化される。インクは、プリントヘッドに対して軸から外れるように離し、固定して取り付けられるか、あるいは、プリントヘッドに内蔵して取り付けられるリザーバに貯えられる。圧力調整器は、インク・リザーバからインクを受け取り、約−２〜３水柱インチの圧力でプリントヘッドに供給する。
【００１５】
図１を参照すると、参照番号１１０は、−２水柱インチ〜大気圧を超える圧力でインクを貯えるインク・リザーバを示している。該リザーバは、インク導管１１４によってプリントヘッド・アセンブリ１１２に接続されている。図１に示すプリントヘッド・アセンブリは、印刷媒体１１６にインク小滴を吹き付けている最中である。
【００１６】
図１を詳細に参照すると、インク・リザーバ１１０には、不図示の液体インクを収容する変形可能なバッグ１１８が含まれている。変形可能なバッグは、コイル・バネ１２０の伸張によって下方に押しつけられるピストン１１９によって加圧される。ピストン１１９及びバネ１２０は、重力によって得られるレベルを超えるレベルまでインクの圧力を上昇させる。３０ポンド／平方インチもの高い動作圧及びわずか−０．１ポンド／平方インチほどの低い動作圧の試験に成功したが、一般的なリザーバ圧は、約１ポンド／平方インチになるように意図されている。リザーバ１１０は、固定取付具１２１によってプリンタ（部分的にしか示されていない）内に解放可能に保持される。リザーバ用の固定取付具は、プリントヘッド１１０と同じレベルに配置することもできるし、プリンタの設計による指示に従って、プリントヘッドより上または下に配置することも可能である。
【００１７】
図１を参照すると、インク・リザーバ１１０が、２つの導管部分１２３及び１２５から構成されるインク導管１１４によってプリントヘッド・アセンブリに接続されている。導管内におけるインクからの水の拡散を減少させるため、導管の内径は小さく、蒸気伝送速度は低い。インク導管１１４には、さらに、インク・リザーバ１１０及びインク導管の部分１２３をプリントヘッド・アセンブリ１１２及び導管１２５から分離可能にする機械的結合部分１３２が含まれている。インク導管の分離及びインク・リザーバの除去は、動作中、通常は開いている遮断弁を閉じて実施される。
【００１８】
図１のプリントヘッド・アセンブリ１１２は、図２、図３、及び、図４に示す背圧調整器２０と、図２に示すインク・ジェット・プリントヘッド４６及びそれに関連したノズル・プレート４８から構成される。圧力調整器２０は、インク・リザーバから加圧インクを受け取り、大気圧より約２〜３インチ低い圧力でプリントヘッドに供給する。紙のような印刷媒体１１６にインク小滴１１５を噴射しているプリントヘッド（図１には示されていない）が示されている。
【００１９】
プリントヘッド・アセンブリ１１２は、可動キャリッジ１３６内に解放可能に保持されている。可動キャリッジは、ガイド・レール１３７に沿って横方向にスライドする。ガイド・レールは、プリンタにしっかりと取り付けられている。可動キャリッジは、駆動モータ１３８、プーリ１４０、及び、接続駆動ベルト１４１によって横方向に並進する。駆動モータによって、プリントヘッド・アセンブリ１１２は、１度に１帯状部分ずつ印刷媒体１１６を横方向に移動する。各帯状部分の完了毎に、２つの用紙送りローラ１４３によって印刷媒体がステップ送りされ、１行ずつ、次々と、印刷媒体に帯状部分が印刷されてゆく。
【００２０】
図２及び図３には、印刷カートリッジの内部に納まり、プリンタの出力速度の全範囲、プリンタの出力速度変化の全範囲、印刷密度の全範囲、印刷密度変化の全範囲、及び、インク・リザーバ圧の全範囲にわたって、背圧を一定に保つ、小型軽量のインク・ジェット・プリントヘッド用圧力調整器２０に関する望ましい実施例の平面図が示されている。図２及び図３には、ダイヤフラム２２、上部ケース２４、底部ケース２６、及び、インク・リザーバ・ホース２８が示されている。本発明の望ましい実施例の場合、調整器の全体寸法は、．６″×．８″×．２″未満である。わずか．３″×．３″×．１″ほどのバージョン及びおそらくはそれより小さいバージョンの製造も可能である。他の寸法を備えたインク・ジェット・プリントヘッド用背圧調整器が、本発明の範囲から逸脱するということはない。
【００２１】
図２及び図３には、背圧調整器２０の異なる２つの角度からの分解図が示されている。上部ケース２４及び底部ケース２６を分離することによって、ダイヤフラム・ピストン３２を支持するヒンジ４０及び弁座３４を備えたレバー３８が現れている。弁座３４のアライメントをとることによって、インク・リザーバ・ホース２８からインクを受け取るノズル５４を通るインクの流れを遮断することが可能になる。（図４を参照されたい。）ダイヤフラム２２及びノズル５４内部のインクによって、レバー３８を押し下げると、弁座３４がノズル５４から押し離される。底部ケース２６内部のバネ３６によって、レバー３８を押し上げると、弁座３４がノズル５４に向かって押される。本発明の望ましい実施例の場合、背圧調整器２０は、インク・ジェット・プリントヘッド４６に取り付けられており、インクは、インク送りスロット４４を通って、底部ケース２６からインク・ジェット・プリントヘッド４６に移動する。
【００２２】
背圧調整器２０の望ましい実施例では、調整器２０に取り付けられたオフ軸インク・リザーバからインク・リザーバ・ホース２８を介してプリントヘッド４６に送り込まれるインクの流量を制御することによってプリントヘッド４６の背圧が制御される。通常、プリントヘッドへのインクの流れは遮断されている。インク・ジェット・プリントヘッド４６の背圧が、望ましい実施例の場合−２水柱インチである設定値背圧より下がると、ダイヤフラム２２によって、バネ３６の上方への力を超える下方への力がダイヤフラム・ピストン３２に加えられ、ダイヤフラム・ピストン３２、レバー３８、及び、弁座３４が下方に回転する。弁座３４は、下方に回転すると、ノズル５４から離れ、インクがそれを通って、底部ケース２６に流入することが可能になる。インク・ジェット・プリントヘッド４６の背圧が設定値圧力を超えると、バネ３６によって加えられる力の大きさは、ダイヤフラム２２及びノズル５４内のインクによって加えられる力の大きさを超えることになる。このため、弁座３４は上方に回転し、ノズル５４を通るインクの流れを遮断する。
【００２３】
ダイヤフラム・カバー３０がダイヤフラム２２を保護している。ダイヤフラム・カバー３０を通る注入ホール５２は、ダイヤフラム２２に空気を吹き付けて、曲げ、空気が自由にダイヤフラムまで流れることができるようにすることによって、調整器への注入を可能にする。レバー・スタンド・オフ４３によっって、レバー３８がケースから離れた状態に保持される。
【００２４】
ダイヤフラム・カバー３０、上部ケース２４、底部ケース２６、ダイヤフラム・ピストン３２、レバー３８、及び、ノズル３４は、安価な製造プロセス（例えば、射出成形）によって、インク・ジェット・プリンタのインクに耐える安価で軽量な材料（例えば、熱可塑材）から作られる。レバー３８とダイヤフラム・ピストン３２を組み合わせた重量は、最大ダイヤフラム力の１０％未満が理想である。レバー／ダイヤフラム・ピストンの組み合わせは、重量及び浮力による配向に依存した力を最小限にとどめるため、インク内において中立の浮力を示すことが理想である。弁座３４は、柔軟な弾性材料（例えば、シリコン・ゴム）から作られるので、ノズル５４との漏れの無いシールを形成する。バネ３６は、ステンレス鋼または成形プラスチックで構成するのが最良である。
【００２５】
図４には、ノズル５４及び弁座３４を含む背圧調整器２０の断面が示されている。図４の場合、弁座３４はノズル５４からのインクの流れを遮断している。ダイヤフラム２２によってレバー３８が回転すると、弁座３４はノズル５４から離れ、インクが底部ケース２６に流れ込み、スロット４４を通ってプリントヘッド４６に流入する。本発明の利点の１つは、弁座が、移動時に滑り摩擦を受けないということである。このため、弁座は背圧のわずかな変化にも応答することが可能になる。さらに、圧力調整器のどの部分においても滑り摩擦は生じない。これには、正確な圧力調整を劣化させる予測不能な力を最小限にとどめるという利点がある。（図１乃至図４には、下流弁を備えた調整器が示されている（すなわち、ノズルは高圧側にある）。圧力調整器は、図１４に示すように上流ノズル、または、スライド弁座付きノズルを備えるように作ることが可能である。本発明の範囲には、インクの流れを遮断することが可能ないかなるタイプの機構も含まれる。請求項及び明細書では、制限のためではなく、例示を目的として、ノズル及び弁座という言葉が利用されている。ノズルという用語には、あらゆる形状のインク導管が含まれ、弁座には、インク導管を通るインクの流れを遮断することが可能なあらゆるタイプの装置が含まれる。）
【００２６】
バネ３６によって加えられる力ＦＳがレバー３８を上方に押し、ダイヤフラム２２によって加えられる力ＦＤｉａ、ノズル５４内のインクによって加えられる力ＦＮｏｚｚ、及び、弁の密封力ＦＳｅａｌがレバー３８を下方に押す。（上方及び下方という用語は、便宜上用いられただけであり、圧力調整器は任意の方向に機能することが可能である。）設定値圧力において、ダイヤフラム２２によって加えられる力＋ノズル５４内のインクによって加えられる力＋密封力の大きさは、バネ３６によって加えられる力の大きさに等しい：
ＦＳ＝ＦＤｉａ＋ＦＮｏｚｚ＋ＦＳｅａｌ （１）
【００２７】
ＦＳがＦＤｉａ＋ＦＮｏｚｚ＋ＦＳｅａｌを超える限り、弁は閉じたままである。背圧が設定値背圧に等しくなると、弁座３４がノズル５４に接触するが、それに力を加えることはない。背圧が再び低下すると、ＦＳ＜ＦＤｉａ＋ＦＮｏｚｚ＋ＦＳｅａｌになり、弁座３４がノズル５４から離れて、インクが底部ケース２６に流入する。
【００２８】
オフ軸インク・リザーバ・システムの場合、インク・リザーバに加圧して、インクを調整器２０まで推進し、ノズル５４を介して噴射しなければならない。インク・リザーバの圧力が調整されない場合、望ましい実施例と同様、ノズル５４内のインクの圧力がインク・リザーバ内におけるインク体積に応じて変化する。場合によっては、この圧力は、約１５ｐｓｉ〜０ｐｓｉをわずかに超える範囲で変動する可能性がある。
【００２９】
ノズル５４内のインクによって加えられる力は、下記に等しい：
【００３０】
【数１】
ここで、ＤＮｏｚｚは、ノズル５４の内径に等しく、ＰＳＩは、ノズル５４内におけるインクの圧力に等しい。インク・リザーバの圧力が変動するにつれて、ノズル５４内のインクによって加えられる力が変動する。ＦＮｏｚｚの大きさが、設定値背圧においてダイヤフラム２２によって加えられる力の大きさに近い場合には、この圧力の変動によって、設定値圧力以外の背圧で弁（すなわち、弁座３４及びノズル５４）を開くことが可能になる。これを防ぐため、設定値背圧においてダイヤフラム２２によって加えられる力は、ノズル５４内のインクの最大力を大幅に超えなければならない。本発明の望ましい実施例の場合、あらゆる条件下において良好な密封を可能にするには、設定値圧力においてダイヤフラムによって加えられる力ＦＤｉａは、ノズル５４内のインクの最大力の少なくとも５倍あることが望ましい（てこ比が１の場合）。この力の倍数は、「超過力比」として知られる。超過力比が高くなると、正確な圧力調整、従って、一定した背圧が得られる。背圧は、設定値背圧＋オフセットＰＳＰＰ±（ＰＳＰＰ／ＯＦ）に等しい。望ましい実施例の場合、ＯＦ＝５０、ＰＳＳＰ＝−２″のため、背圧はほぼ一定のままである、すなわち、−２″±．０４″に等しくなる。しかし、ＯＦはわずか５にすることも可能である。
【００３２】
図５に示すように、ノズル５４は、密封圧を最大にするため、外側半径が小さくなるようにテーパがついている。図６に示すシール５７の面積は、ノズル５４のボア５５の面積の１／２未満が望ましい。（注：図５及び図６におけるシール５７及びボア５５の相対寸法は、不正確である。）
【００３３】
図２及び図３に示すバネ３６は、背圧が設定値背圧に等しい場合、ダイヤフラム２２によって加えられる力に等しい力をレバー３８に加える。設定値背圧が−２水柱インチに等しい場合、バネ３６によって加えられる力は、−２水柱インチとダイヤフラム２２の面積の積に等しい。この計算では、２０を超える超過比を仮定しているので、ノズル５４内のインクの力は無視することが可能である。
【００３４】
弁座３４がノズル５４に載っている時、バネ３６が予圧でたわむと、バネ３６によって加えられる力が生じる。ダイヤフラム２２が弁座３４をノズル５４から押し離すと、バネ３６のたわみが増大し、バネ３６によって加えられる力も増大する。背圧のわずかな変化に対して圧力調整器２０の感度を大いに高めるためには、バネ３６の予圧たわみは、弁座３４がノズル５４から離れると生じる、バネ３６の追加たわみを大幅に超えることが望ましい。弁座３４は、最大流量のインク流（すなわち、最大流量はブラック・アウト印刷時に生じる）が、ノズル５４を通過できるようにするのに十分な距離だけ、ノズル５４から離れることが望ましい。一般に、この距離は、ノズル５４の半径を超える。背圧が、−２．１″といった設定値背圧よりわずかに低くなると、弁座３４は、ノズル５４が最大流量のインク流を通すことができるようにするのに十分な距離だけノズル５４から離れる。
【００３５】
インク・ジェット・プリンタが動作していない時、インク・ジェット・プリントヘッド４６の圧力は−２″であり、ダイヤフラ２２にたわみは生じない。バネ３６の全力によって、弁座３４がノズル５４に押しつけられる。先行パラグラフに解説のように、この力は設定値背圧においてダイヤフラム２２によって加えられる力に等しく、一般に、ノズル５４内のインク流によって加えられる最大力の少なくとも５倍（望ましい実施例の場合５０倍）になる。バネとノズル５４内のインク流との間の超過力比が大きいので、プリンタのオフ時における圧力調整器の漏出が阻止される。
【００３６】
超過力要件及びインク・リザーバ圧と背圧の間の大きい差のため、ダイヤフラム２２は比較的大きくなる。本発明の望ましい実施例の場合、設定値背圧は、−２水柱インチになり、ノズル５４内部の圧力は、２ｐｓｉまたは５４水柱インチとなるが、それよりかなり高くなる可能性もある。ダイヤフラム２２によって発生する力が直接弁座に加えられる場合、ノズル５４内における５４水柱インチによって生じる力の２０〜４０倍の力を発生するためには、−２水柱インチが作用するダイヤフラムのサイズは、極めて大きくなければならない。
【００３７】
ダイヤフラム２２は、調整器２０において最大の部品であり、本発明の望ましい実施例のサイズを決定する。ダイヤフラム２２のサイズを縮小し、同時に、超過力比が２０を超えるように保つ方法の１つは、ノズル５４の内径を短縮することである。しかし、ノズル５４の内径は、最も極端な条件下において十分なインクを通すのに十分な大きさがなければならない。これは、インク流の流量が最大流量に等しく、インク・リザーバの圧力が最低の場合に生じる。最大流量は、ブラック・アウト印刷（すなわち、プリンタが、最大数のインク小滴を噴射することによってページをインクで塗りつぶす）モード時に生じる。以下で導き出される式によって、ノズル５４の内径がその両端間における圧力降下及びインク流量の関数として得られる。ノズルを通る流量５４は、主として動力学的圧力降下によって制限されるが、粘性摩擦降下を扱う項が含まれる。
△Ｐｔｏｔａｌ＝△Ｐｋｉｎｅｔｉｃ＋△Ｐｖｉｓｃｏｕｓ ｆｒｉｃｔｉｏｎ （３）
ここで、△Ｐｔｏｔａｌは、ノズル５４に両端間における圧力降下である。動力学的圧力降下は、次の通りである：
【００３８】
【数２】
ここで、ρは、インク濃度であり、ｖは、さらに体積流量をノズル５４の断面積で割ったものとして以下で規定される、インクの平均流速である：
【００４０】
【数３】
従って、
【００４２】
【数４】
ポアズイユの抵抗法則は、粘性摩擦による圧力降下を定義する。ここで、Ｌはノズル５４の長さであり、μはインク粘度である：
【００４４】
【数５】
それゆえに、
【００４６】
【数６】
従って、
【００４８】
【数７】
ノズル５４の最小内径を計算するため、Ｑを最大体積流量ＱＭａｘに等しい値に設定し、△ＰＴｏｔａｌを、ノズル５４におけるインクの最低圧力Ｐｓｉ ｌｏｗ＋設定値背圧であるＰｓｉ ｌｏｗ＋ＰＳＰＰに等しい、ノズル５４の両端間における最小圧力降下に等しい値に設定する。従って、ノズルの最小内径ＤＮｏｚｚ ｍｉｎは、次の通りである：
【００５０】
【数８】
ノズル内５４のインクが発生可能な最大力は、次の通りである：
【００５２】
【数９】
ここで、ＰＳｉ Ｈｉは、ノズル５４内の最大圧力である。下記に示すように、ダイヤフラム２２によって加えられる力×てこ比係数Ｌｅｖが、ＦＮｏｚｚ Ｍａｘ×ＯＦ（超過力）に等しくなければならない：
【００５４】
【数１０】
ここで、ＤＤｉａは、ダイヤフラムの直径であり、Ｌｅｖはダイヤフラムのてこ比であり、ＰＳＰＰは設定値背圧である。
【００５６】
ダイヤフラムの最小直径を求めるため、ＤＤｉａについて式（１３）を解き、変数ＤＮｏｚｚに式（１１）によって定義されたＤＮｏｚｚ ｍｉｎを代入し、望ましい実施例に関して選択されたＯＦ、ＰＳｉ Ｈｉ、Ｌｅｖ、及び、ＰＳＰＰの値を代入する。結果得られる式は次の通りである：
【００５７】
【数１１】
ダイヤフラム２２のサイズを縮小するもう１つの方法は、レバー３８、または、カム及びリンク機構を含む、機械的利点をもたらす任意の他の装置を利用することである。結果得られる装置がシステムの公差に整合する限りにおいて、機械的利点が増せば増すほど、それだけ良くなる。
【００５９】
図７は、圧力調整器２０の平面図であり、ヒンジ・ライン５６、弁座移動アーム５８、及び、ダイヤフラム移動アーム６０が示されている。ダイヤフラム移動アーム６０は、弁座移動アーム５８より大きいので、弁座５４にかかるダイヤフラムの力は、てこ比が１を超える。レバー３８の長さを増すことには、ダイヤフラムのサイズ要件が緩和されるという利点がある。本願書において論述される各種実施例のてこ比は、１〜５であるが、．５といった他のてこ比及び他の構成のレバー３８も可能であり、本発明の範囲を逸脱するものではない。また、図１〜３および図７に示すように、プリントヘッドの移動及び加速方向は、ヒンジ４０の軸と平行である。
【００６０】
図８には、レバー３８にグルーブをフライス加工して形成されたたわみヒンジ４０が示されている。たわみヒンジ４０には、最小限の摩擦で曲がり、ねじれを伴わないという利点がある。レバー３８のヒンジ４０がねじれると、レバー３８がねじれ、ノズル５３を最大力で密封するような形では、弁座３４とノズルのアライメントがとれなくなる。たわみヒンジは弾性であり、本発明の範囲には、弁座をノズルに押しつけるバネ力として、ヒンジの弾性力を利用することが含まれる。本発明の範囲には、転動ヒンジ及び円錐及び点ヒンジといった他の低摩擦ヒンジが含まれる。
【００６１】
図１６は、ダイヤフラム２２の直径ＤＤｉａが．６２５″に等しく、ダイヤフラム・ピストンの直径は５″、てこ比Ｌｅｖが３に等しく、超過力ＯＦが最高供給圧において４２に等しく、ノズル５４の内径ＤＮｏｚｚが２０ミルに等しく、インクの最大流量ＱＭａｘは．２ｃｃ／秒、ノズル５４の長さＬが．０５″に等しく、インク粘度μが．０３ポアズに等しく、インク濃度ρが１グラム／ｃｃに等しいといった仕様を備える圧力調整器を利用したプリンタによって得られる印刷のサンプルである。インク・リザーバ圧は、０〜２ｐｓｉの間で変動し、設定値背圧は−２水中インチに等しい。
【００６２】
圧力調整器の代替実施例の場合、ダイヤフラム２２の直径ＤＤｉａが、．３７５″に等しく、ダイヤフラム・ピストンの直径は３″、てこ比Ｌｅｖが３に等しく、超過力ＯＦが２．５ｐｓｉの最高インク・リザーバ圧において１０８に等しく、インクの最大流量ＱＭａｘは．２ｃｃ／秒、ノズル５４の内径ＤＮｏｚｚが１２ミルに等しく、ノズル５４の長さＬが．０５″に等しく、インク粘度μが．０３ポアズに等しく、インク濃度ρが１グラム／ｃｃに等しく、最低供給圧力は、．５ｐｓｉである。
【００６３】
下記の表には、代替設計パラメータが示されている。表１のパラメータは、基準の事例であり、表２〜５は、それぞれ、これらのパラメータのうち１つだけしか変わっていない。また、下記の表１〜５には、ＰＳｉ ＬＯＷの各値に関するノズルの内径ＤＮｏｚｚが示されている。表１の場合、ノズル５４における最高圧力ＰＳｉ Ｈｉは、２．５ｐｓｉであり、ＰＳｉ Ｈｉにおける超過力ＯＦが５０に等しく、設定点背圧ＰＳＰＰが−２水柱インチに等しく、インクの最大流量ＱＭａｘは．２ｃｃ／秒、ノズル５４の長さＬが．０５″に等しく、インク粘度μが．０３ポアズに等しく、インク濃度ρが１グラム／ｃｃに等しい。
【００６４】
【表１】
表２には、設定値背圧が−２水柱インチから−３水柱インチに変化したが、他のパラメータは全て同じままの場合の、てこ比ＬｅｖとＰＳｉ ＬＯＷの関数としてダイヤフラムの直径ＤＤｉａ（インチ）が示されている。
【００６６】
【表２】
表３には、設定値背圧が−２水柱インチに戻されたが、粘度が．０３ポアズから．０１ポアズに変化し、他のパラメータは全て同じままの場合の、てこ比ＬｅｖとＰＳｉ ＬＯＷの関数としてダイヤフラムの直径ＤＤｉａ（インチ）が示されている。
【００６８】
【表３】
表４には、粘度が．０３ポアズ戻されたが、ノズルの長さが．０５″から．１″に変化し、他のパラメータは全て不変のままの場合の、てこ比ＬｅｖとＰＳｉ ＬＯＷの関数としてダイヤフラムの直径ＤＤｉａ（インチ）が示されている。
【００７０】
【表４】
表５には、ノズルの長さが．０５″に戻されたが、体積流量が．２ｃｃ／秒から．０２ｃｃ／秒に変化し、他のパラメータは全て不変のままの場合の、てこ比ＬｅｖとＰＳｉ ＬＯＷの関数としてダイヤフラムの直径ＤＤｉａ（インチ）が示されている。
【００７２】
【表５】
ダイヤフラム２２は、上部ケース２４に取り付けて、それが柔軟になるようにするのが望ましい。その材料が延びると、ダイヤフラム２２の張力によって、たわみ量が減少する。該材料は、クランプするか、接着するか、プラスチック溶接するか、あるいは、他の任意の方法によって、物理的に所定の位置に保持することが可能である。
【００７４】
０の初期張力における弾性ダイヤフラム２２のたわみは、下記から計算することが可能である：
【００７５】
【数１２】
ここで、圧力はダイヤフラム２２の両側間における圧力差であり、Ｅはダイヤフラム材料の弾性係数であり、厚さは、ダイヤフラム材料の厚さであり、半径はダイヤフラム２２の半径である。ダイヤフラム２２の最大たわみは、背圧が設定値背圧に等しく、ダイヤフラム２２の両側間における圧力差が背圧設定値に等しい、すなわち、大気圧の場合に生じる。ダイヤフラム２２の半径が変わらなければ、厚さ及びＥは、選択されたダイヤフラム材料のものになる。望ましい実施例の場合、たわみが大きくなればなるほど、ヒンジ、弁座、及び、レバーの厚さ及び遊びの所定の公差に関して、てこ比がそれだけ大きくなる可能性があるので、ダイヤフラム２２のたわみが大きくなる。
【００７７】
たるんだ（例えば、波形の）非弾性プラスチック・フィルムから作られたダイヤフラム２２の代替実施例は、式（１５）通りにはゆかず、これらのダイヤフラムに加えられる全力がレバー３８に伝達される。これらの非弾性ダイヤフラムはたわむが、延びないので、レバー３８を動かすことになる。ゴムのダイヤフラムに対するプラスチック・ダイヤフラムの利点は、インクに接しても化学的に不活性のままでいることができる点にある。
【００７８】
図９は、波形断面を備え、たわみ性のダイヤフラムの代替実施例に関する側面図である。図１０は、図９に示すダイヤフラム１２０の平面図である。図１１には、もう１つの代替実施例である、ベローズ・ダイヤフラム１４０が示されている。波形ダイヤフラム１２０及びベローズ・ダイヤフラム１４０は、たわみに対してほとんど抵抗せず、レバー３８（または、機械的利点をもたらす他の任意の装置）を動かすのに十分なたわみを生じるので、図２に示す弁座３４は、ノズル５４からのインクの流れを妨げないように、図３におけるノズル５４にしっかりと着座した状態から移動して、ノズル５４からノズルの半径１つ分だけ離れることが可能になる。
【００７９】
図１２には、多くのインク・ジェット・プリントヘッド１６４がそれを横切って配置された、ページ幅の印刷カートリッジ１６０が示されている。図１３には、複数成分のインクまたは２つの異なるカラーのインクで印刷するための印刷カートリッジ１７０が示されている。（印刷カートリッジの代替実施例には、もっと多くのカラー、または、もっと多くの成分によるインクで印刷するため、より多くのプリントヘッド及び圧力調整器を含むことが可能である。）これらの印刷カートリッジは、両方とも、それぞれのインク・ジェット・プリントヘッド１６４に、それと連係する圧力調整器１６２が設けられている。この構成によれば、多数の圧力調整器１６２によって、各種インク・ジェット・プリントヘッド１６４の背圧を印刷カートリッジ１６０、１７０におけるその位置に応じて変動させることになる、長いインク柱の形成が阻止されるので、印刷カートリッジ１６０、１７０を任意の角度で傾斜させることが可能になる。１インチ毎に圧力調整器１６２を設ければ、印刷カートリッジ１６０は垂直時の印刷が可能になる。
【００８０】
各インク・ジェット・プリントヘッド１６４毎に圧力調整器１６２を設けるもう１つの利点は、システムからインクを除去し、プリントヘッド１６４の交換後に、さらに、システムにインクを再充填することを必要とせずに、１つ以上のプリントヘッドの交換が行えるという点にある。圧力調整器１６２は、プリントヘッド１６４を取り除く場合、ダイヤフラム１６６をたわませる背圧の代わりに、大気圧があるので、図３に示すノズル５４からのインクの流れを遮断する。ダイヤフラム１６６は全くたわみを生じないので、図２のバネ３６の全力によって弁座３４がノズル５４に押しつけられることになる。
【００８１】
図１４には、インク・ブラダー９２、１００に包囲されたオンボード・インク・リザーバを備える印刷カートリッジ９６内に、上流ノズル８８が配置された圧力調整器８０である、本発明の代替実施例が示されている。通気孔８６によって、ダイヤフラム／ベース９０の一方の側が大気にさらされる。ダイヤフラム／ベース９０のもう一方の側は、インク・ジェット・プリントヘッド９８の背圧にさらされる。インク・ジェット・プリントヘッド９８の背圧が、設定値背圧（例えば、−２水柱インチ）より低くなると、ノズル８８から弁棒８４を離すことができるように、バネ８２がセットされる。インク・ジェット・プリントヘッド９８の背圧が設定値圧力未満になると、バネ８２によって加えられる値に打ち勝って、弁棒８４をノズル８８から押し離す力が、ダイヤフラム／ベース９０によって加えられ、これにより、ブラダー９２からインク・ジェット・プリントヘッド９８のブラダー１００まで流体を流し、プリントヘッド９８の背圧を上昇させることが可能になる。本発明の範囲には、レバー、または、より小さいダイヤフラムが所望される場合に機械的利点を得るための他の手段を備えた実施例が含まれる。
【００８２】
上流弁には、インク・リザーバによって弁棒に加えられる力によって、弁棒がノズルに押しつけられるので、漏れを防ぐのに役立つという利点がある。下流弁の場合、インク・リザーバによって弁座に加えられる力によって、弁座がノズルから押し離され、弁に漏れが生じる。上流弁に対する下流弁の利点は、動作がより円滑であり、チャタリングが生じないということである。
【００８３】
図１５には、オフボード・インク・リザーバ１０４に取り付けられた上流逆止め弁１０２が示されている。オフボード・インク・リザーバ１０４は、逆止め弁１０２及びバネ１０６とバッグ１０８で構成されたバネ・バッグを用いて、図示されていないが、ホース１１０を介してインク・リザーバ１０４に接続したインク・ジェット・プリントヘッドの背圧を制御する。該システムは、インク・ジェット・プリントヘッド・カートリッジに現在用いられているバネ・バッグと形態及び機能がほとんど同じに見えるが、バネ・バッグ１０６／１０８が、背圧のレベルをモニタする逆止め弁１０２と共に用いられると点が異なっている。この逆止め弁は、圧力を調整するのではなく、基準から減圧する。
【００８４】
インク抽出の開始時に、バネ・バッグ１０６／１０８によって必要な背圧が与えられる。インクの抽出につれて、背圧が低下し、バネ１０６が圧縮して、逆止め弁１０２を作動させる。逆止め弁１０２が作動すると、逆止め弁１０２の両側間における圧力降下が、望ましい実施例の場合、背圧が−２水柱インチに等しい場合に生じる設定値に等しくなるまで、大気圧におけるインクがバネ・バッグ１０６、１０８に流入する。このシステムの利点は、上流逆止め弁１０２のはるかに大きい密封力である。逆止め弁１０２は、プリントヘッド内部ではなくインク・リザーバ内にあるので、バネ／バッグ１０６／１０８は非常に大きくすることができ、従って、背圧が設定値圧力より低くなった場合、大きい力を発生することが可能である。バネ／バッグ１０６／１０８は、大きい力の発生が可能であるため、逆止め弁１０２を密封する力も非常に大きくすることが可能である。上流逆止め弁１０２を開くため、望ましい実施例におけるバネ／バッグ１０６／１０８の表面積は６０×６０ｍｍである。背圧が−３″の場合、逆止め弁１０２を開くために、この幾何学的構造によって得られる力は、．６ポンドになる。
【００８５】
代替実施例の場合、圧力は、本発明の範囲を逸脱することなく、上記圧力から大幅に変更可能である。例えば、設定値背圧は、０水柱インチ〜−７水柱インチの任意の値とすることができ、インク・リザーバ圧は、−０．１ｐｓｉ〜＋３０ｐｓｉを超える値の任意の値とし、１２０ｐｓｉの過渡圧力を経験することが可能である。
【００８６】
図１のインク・リザーバ１１０は、開示のように、インクに加圧するため、ピストン１１９及びバネ１２０を利用しているが、液体用の他の加圧システムを用いることも可能である。例えば、第２のリザーバ、蠕動ピストン、または、ＩＭＯポンプ、及び、他のバネ構造からの圧縮空気が考えられる。
【００８７】
以下、本発明に好適な実施形態を例示する。
１． インクを貯えるためのリザーバ１１０と、リザーバ１１０からインクを受け取って、プリントヘッド４６に送るための背圧調整器２０と、リザーバ１１０と圧力調整器２０の間に接続されて、インクを圧力調整器２０に送るためのインク導管１１４を備えた、プリントヘッド４６にインクを供給するための装置において、リザーバ１１０が大気圧を超える圧力になることと、圧力調整器２０が約０〜約−７水柱インチの圧力でインクをプリントヘッド４６に送ることから構成されることを特徴とするインク供給装置。
【００８８】
２． さらに、インク・リザーバ１１０からのインク流量が、ゼロのインク流量〜最大インク流量によって規定される範囲内において変動する間、負の背圧をほぼ一定に保つための手段が含まれていることを特徴とする、上記１に記載の装置。
【００８９】
３． 背圧調整器２０には、ブラック・アウト印刷のインク流量に適応するのに十分な内径を備えたノズル５４と、ノズル５４を通るインク流量を調整するための弁５７及び弁座３４と、弁に対して、ノズル内部においてインクによって加えられる最大力の５倍を超える大きさの閉力を作用させるためのバネ３６と、弁に対して、ノズル５４内部においてインクによって加えられる最大力の５倍を超える大きさの開力を作用させるためのダイヤフラム２２が含まれることを特徴とする、上記２に記載の装置。
【００９０】
４． レバー表面の垂線がプリントヘッドの加速方向に対して平行であることを特徴とする、上記３に記載の装置。
【００９１】
５． リザーバ１１０が−２水柱インチ〜３０ポンド／平方インチの間の圧力であることを特徴とする、上記１に記載の装置。
【００９２】
６． さらに、プリンタに対してリザーバ１１０を保持するための固定取付具１２１と、プリンタ内にあって、プリントヘッド４６を解放可能に保持するための可動キャリッジ１３６と、プリンタ内において、可動キャリッジ１３６及びプリントヘッド４６を固定取付具１２１及びリザーバ１１０に対して移動させるための駆動モータ１３８を備えるプリンタが含まれていることと、前記駆動モータが可動キャリッジとプリンタの間に接続されて動作するようになっていることを特徴とする、上記１に記載の装置。
【００９３】
７．さらに、プリンタ内にあって、リザーバ１１０を保持し、プリントヘッド４６を解放可能に保持するための可動キャリッジ１３６と、プリンタ内において可動キャリッジ１３６移動させるための駆動モータ１３８を備えるプリンタが含まれていることと、前記駆動モータが可動キャリッジとプリンタの間に接続されて動作するようになっていることを特徴とする、上記１に記載の装置。
【００９４】
本発明の特定の実施例について解説し、例示してきたが、本発明は、本書に解説し、例示した部分の特定の形態または構成に限定されるものではない。
【００９５】
【発明の効果】
加圧インク供給システムによって、従来用いられてきた大きい導管よりも機械的たわみ性の大きい、直径の小さいインク導管の利用が可能になる。小型製品を設計する場合、この特徴は大いに重要である。直径の小さい導管の利用は、また、インクにさらされる導管の表面積が縮小され、従って、インクの拡散及び水の損失が減少することも表している。さらに、加圧インク供給システムによれば、プリンタの設計、及び、プリントヘッドに対するインク・リザーバの位置に関する選択の自由が増すことになる。リザーバの質量がもはや移動しなくなるので、プリントヘッド及びキャリッジの慣性質量を減らすことが可能になる。キャリッジの移動する慣性質量が減少するので、かなり安価なプリンタの開発が可能になる。最後に、プリントヘッドは、圧力調整器によって設定された均一な圧力で動作するようにより精密な特別設計を施すことができるので、印刷の質が向上する。プリントヘッドは、インク供給量のレベル変動よって圧力が変化することはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプリントヘッドにインクを供給するための装置に関する、いくつかの部分を切り欠いた、略透視図である。
【図２】図１と異なる透視図による背圧調整器の望ましい実施例に関する分解図であり、図２の透視図は、背圧調整器の側方で、その少し上方からのものである。
【図３】図１と異なる透視図による背圧調整器の望ましい実施例に関する分解図であり、図３の透視図は、背圧調整器の下方から描かれたものである。
【図４】図１、図２及び図３に示す背圧調整器のノズル及び弁座を示す断面図である。
【図５】図１、図２及び図３に示す背圧調整器のノズル及び弁座の一部の拡大断面図である。
【図６】図５に示す背圧調整器のノズル及び弁座の一部の平面図である。
【図７】背圧調整器の望ましい実施例に関するヒンジ、ダイヤフラムのモーメント、及び、ノズルのモーメントを示す図である。
【図８】図２、図３及び図７に示されたヒンジを示す図である。
【図９】より柔軟で、大きい動きを可能にするダイヤフラムの代替実施例を示す図である。
【図１０】より柔軟で、大きい動きを可能にするダイヤフラムの他の代替実施例を示す図である。
【図１１】ダイヤフラムのもう１つの代替実施例を示す図である。
【図１２】多数のインク・ジェット・プリントヘッドと圧力調整器を備えたページ幅の印刷カートリッジの平面図である。
【図１３】２色印刷カートリッジ、及び、多成分インクで印刷する印刷カートリッジの平面図である。
【図１４】上流ノズル及びオンボード・インク・リザーバを備えた背圧調整器の代替実施例を示す図である。
【図１５】上流ノズルを備えたインク・リザーバに取り付けられた逆止め弁を示す図である。
【図１６】本発明を取り入れたプリンタによって得られる印刷サンプルを示す図である。
【符号の説明】
２０ 背圧調整器
２２ ダイヤフラム
２４ 上部ケース
２６ 底部ケース
２８ インク・リザーバ・ホース
３０ ダイヤフラム・カバー
３２ ダイヤフラム・ピストン
３４ 弁座
３６ バネ
３８ レバー
４０ ヒンジ
４３ レバー・スタンド・オフ
４６ インク・ジェット・プリントヘッド
４８ ノズル・プレート
５４ ノズル
５５ ボア
５７ シール
５８ 弁座移動アーム
６０ ダイヤフラム移動アーム
８０ 圧力調整器
８２ バネ
８４ 弁棒
８６ 通気孔
８８ 上流ノズル
９０ ダイヤフラム／ベース
９２ インク・ブラダー
９６ 印刷カートリッジ
９８ インク・ジェット・プリントヘッド
１００ インク・ブラダー
１０２ 逆止め弁
１０４ オフボード・インク・リザーバ
１０６ バネ
１０８ バッグ
１１０ ホース
１１０ インク・リザーバ
１１２ プリントヘッド・アセンブリ
１１４ インク導管
１１６ 印刷媒体
１１８ バッグ
１１９ ピストン
１２０ コイル・バネ
１２０ ダイヤフラム
１２１ 固定取付具
１２３ 導管部分
１２５ 導管部分
１３２ 機械的結合部分
１３６ キャリッジ
１３７ ガイド・レール
１３８ 駆動モータ
１４０ プーリ
１４０ ベローズ・ダイヤフラム
１４１ 駆動ベルト
１４３ 用紙送りローラ
１６０ 印刷カートリッジ
１６２ 圧力調整器
１６４ インク・ジェット・プリントヘッド
１６６ ダイヤフラム
１７０ 印刷カートリッジ
Claims (6)
- プリントヘッドにインクを供給する装置において、
リザーバ圧力でインクを貯えるリザーバと、
前記リザーバからインクを受け取り、所定の圧力で前記プリントヘッドにインクを送る背圧調整器と、
前記リザーバと前記背圧調整器とを接続し、インクを背圧調整器に送るインク導管と、を備え、
前記所定の圧力は、前記リザーバ圧力より独立しており、大気圧と大気圧から１．７４ｋＰａ低い圧力との間であり、
前記背圧調整器は弁座とノズルから成るバルブを有し、前記プリントヘッドの背圧に基づいて前記リザーバから前記プリントヘッドへのインクの流れを調節する、
ことを特徴とするインク供給装置。 - 前記ノズルは、前記プリントヘッドへのブラックアウト印刷のインク流量に適応する十分大きな内径を有し、
前記背圧調節器は、前記ノズルの内側のインクが作用する最大力の５倍以上の力でもって前記バルブを閉じる力を付与するバネと、前記ノズルの内側のインクが作用する最大力の5倍以上の力でもって前記バルブを開く力を付与するダイヤフラムと、を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のインク供給装置。 - 背圧調節器はレバーを有し、前記レバーのヒンジ軸の延在方向が、背圧調節器の搭載されたプリントヘッドの加速方向に対して平行であることを特徴とする請求項２に記載のインク供給装置。
- 前記リザーバの圧力は、大気圧から０．４９８ｋＰａ低い圧力と２０６．８５ｋＰａとの間であることを特徴とする請求項１に記載のインク供給装置。
- プリンタに対して前記リザーバを保持する固定取付具を有するプリンタと、
前記プリンタ内にあって、プリントヘッドを解放可能に保持する可動キャリッジと、
プリンタ内において、前記可動キャリッジ及び前記プリントヘッド４６を前記固定取付具及び前記リザーバに対して移動させるための駆動モータと、を備え、
前記駆動モータは前記可動キャリッジと前記プリンタとの間を接続するように動作する、
ことを特徴とする請求項１に記載のインク供給装置。 - プリンタ内にあって、前記リザーバを保持し、前記プリントヘッドを解放可能に保持するための可動キャリッジと、プリンタ内において前記可動キャリッジを移動させる駆動モータと、を備えるプリンタを有し、前記駆動モータが前記可動キャリッジとプリンタの間に接続されて動作する、ことを特徴とする請求項１に記載のインク供給装置。
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