JP3909443B2 - 共通のインク供給源を有するインクジェットプリントヘッドモジュール - Google Patents

Description

本発明は一般的にはインクジェットプリンターに関する。特に、本発明は液体インクを適切な静圧で一連のドロップオンデマンド式インクジェットプリントオリフィスに与えるための装置に関する。
周知のように、インクジェットプリント装置は、インク滴を１つ又はそれ以上のオリフィスからターゲット面に放出するプリントヘッドを利用する。インパルスタイプのドロップオンデマンド式印刷では、オリフィスからのインクの放出はプリントヘッド内のインクチャンバー内に圧力パルスを生じさせることによって制御される。先行技術の図１を参照すると、典型的なプリントヘッド２が一列のオフィス３を備え、オリフィスは、ターゲット面がプリントヘッドに対して移動する時ターゲット面に所望の像を形成するインク滴４を放出するように個々に制御される。オリフィスには、流入口６と連通した、各プリントヘッド内の個々のチャンバー５からインクが供給される。インクはリザーバ７からインク供給ライン９を介して各流入口６に毛管作用によって供給される。
適切な静圧、典型的には、小さい負の静圧がインク垂れを回避するために各インクジェットオリフィスに達成されることが重要である。プリントヘッド内の静圧は、所定のプリントヘッド内の毛管力がそのプリントヘッドのオリフィス内の圧力ヘッドの中のいかなる変化をも相殺するから、大部分、プリントヘッドの流入口での流体静圧の関数である。かくして、流入口での静圧は、該流入口に直ぐ近いインクジェットオリフィスにおける圧力に影響を及ぼす。最適な静圧は粘性及び表面張力のようなインクの物理的特性、濡れ性及びオリフィスを構成するのに使用される基板材料によって決定される。
二次的には、インクの最適な静圧は水柱１乃至３インチの負圧である。図１で分かるように、そして水圧理論から知られるように、流入口における静圧は流入口とリザーバのインクレベルとの間の高さ（Ｈ）の差の関数である。特に、各オリフィスでの静圧は各オリフィスとリザーバのインクレベルとの間の高さの差の関数である。
商業的なインクジェットプリント適用では、ターゲット面をプリントヘッドに何回も通すことなく、ターゲット面に大きな像を作ることができるように大きなプリント領域を有するプリント装置を提供することは有利である。これは、多数のプリントヘッドを垂直に積み重ね即ち「縫い付ける」ことによって達成される。しかしながら、垂直に積み重ねたプリントヘッドの構造は静圧の制御と関連した特別の課題を提起し、それらの商業的な利点は、これまではインク貯蔵及び供給に関するコスト又は複雑さを増すことによって限られていた。積み重ねた構造の全てのプリントヘッドに共通のリザーバから供給することは可能ではない、と言うのは均一な静圧が達成し得ないからである。図１で分かるように、リザーバの流体レベルより上に配置されたプリントヘッドは負の静圧を受けるが、リザーバより下に配置されたプリントヘッドは正の静圧を受ける。その上、図２に示すように、各プリントヘッドに別々のレベル制御式リザーバを設けることは可能であるが、そのような構成のコストはひどく高い。加えて、プリントヘッド間の空間の制限及び密な間隔はリザーバ及びレベル制御装置をこの形態で取り付けることを物理的に不可能にする。
先行技術の分配装置は、製造及び保守と関連した複雑さ及びコストのために、積み重ねたプリントヘッド構造に容易に適用できない。かくして、容易且つ安価に構成でき、積み重ねた構造の各プリントヘッドに供給されるインクの静圧の適切且つ信頼できる制御をもたらすインクジェット流体分配装置が望まれる。
本発明によれば、上下に垂直に配置された少なくとも２組のオリフィスを有する複合プリントヘッドにインクを供給するための装置であって、
オリフィスの前記組の各々のためのものであって、オリフィスに液体を流通させる液体区画室を有し、各前記区画室は、余分の液体を前記区画室からその縁を越えて流出させることによって、該区画室内の液体のレベルを所望充填高さに維持するように構成され、前記区画室は液体を区画室から次の下方の区画室に流出させるために、互いに対して位置決めされ、前記インク区画室の最も下の区画室からのインクの流出を受け、液体を区画室の最も上の区画室に供給するためのリザーバをさらに有し、各区画室の所望充填高さは、それぞれの組のオリフィスへの流入口に関してある高さにあり、それによって、流入口内の液体に作用する圧力を生じさせる静的高さの差を定める、上記装置を提供する。
本発明の好ましい実施形態では、数個のプリントヘッドが各々基材にプリントし又はマーク付けするための１組のオリフィスを有する。各プリントヘッドには多区画室リザーバの区画室の１つから別々の供給ラインを経て供給される。区画されたインクリザーバは各区画室内に所定の最適な静圧を維持する堰装置を利用する。各プリントヘッドへの供給圧力は１組のオリフィスに直ぐ近い流入口の高さに対して各区画室における流体柱の相対高さによって制御される。流体の高さはその区画室と関連した堰の高さ又はかかる堰による流体のレベルによって制御されてもよい。
本発明は他のインクジェット流体分配装置に比して顕著な利点を提供する。堰装置が個々の区画室内のインクの所望レベルを自動的に維持するので、区画室毎に個々のレベル検出器の必要がなく、それによって部品及びコストを減少させる。
今、本発明を添付図面を参照して例示として説明する。
図1は上記のごとき先行技術のプリントヘッド及びインク分配装置の図である。
図２は積み重ねたプリントヘッド構造のための独立のレベル制御装置と関連した課題を示すである。
図３は本発明の好ましい実施形態である。
図４は本発明の真空チャンバーの特徴の図である。
図３を参照すると、本発明を具体化する流体装置は複数のインクジェットプリントヘッド１２Ａ−１２Ｄを含む複合プリントヘッド１２を有する。複合プリントヘッド１２は定置であり、複合プリントヘッドに対して移動するターゲット面（図示せず）に像を印刷するように配列される。変形例として、複合プリントヘッド１２はターゲット面に対して移動できてもよいし、或いは複合プリントヘッド１２とターゲット面の両方が互いに移動できてもよい。
４つの間隔を隔てたプリントヘッド１２Ａ−１２Ｄとして概略的に示したけれども、複合プリントヘッド１２は好ましくは、インクがプリントヘッドから射出されるときインクを均一に分配するように一体に取り付けられた３つ又は４つの別個の内部プリントヘッド又はマニホルドを有する、印刷すべき領域の所望幅を作るのに任意の数のプリントヘッドを使用してもよいことが理解されよう。
好ましくは、各プリントヘッド１２Ａ−１２Ｄは一組の射出ノズル又はオリフィス１４を有し、該ノズル又はオリフィスには各プリントヘッド１２Ａ−１２Ｄ内の共通のチャンバー又はマニホルド１６によって流体が供給される。一組のオリフィスは図示したように数が１２個あるが、数はそれよりも多くても少なくてもよく、オリフィスの数及びこれらのオリフィスのパターンを選択することは当業者の範囲内である。マニホルド１６には関連した流入口１８及びプリントヘッド１２Ａ−１２Ｄの取り付けられた供給ライン１９を介して流体が供給される。オリフィスの各組毎に別々のプリントヘッドを有することが望ましいけれども、単一のプリントヘッドが関連した流入口をもった２組又はそれ以上の組のオリフィスを有してもよい。又、数組のオリフィスが単一列をなすように示されているけれども、一組に多列のオリフィスがあっても良いし或いは他の形態があってもよく、これらの当業者が理解できるところである。
供給ライン１９からプリントヘッド１２Ａ−１２Ｄにインクを供給するために、各プリントヘッド１２Ａ−１２Ｄは堰２２Ａ−２２Ｄを使用してインクの一定流体レベルを維持する関連した区画室２０Ａ−２０Ｄを備える。各堰２２は、一方の区画室から次の下の区画室にインクの流れを可能にするための、或いは、最も下の区画室２０Ｄの場合には、リザーバ２４に戻すための開口、ドレイン又は他の出口を有する。ポンプ２６がリザーバ２４から戻りライン２７を経て最も上のリザーバ２０Ａにインクの低容積流れをもたらす。適切なインク保有量が主貯蔵容器からリザーバ２４に確実に供給されるようにする検出装置２８も設けられている。適量のインクが区画室に供給されるようにするために、戻りライン２７内の流体の流量を制御する装置が設けられる。例えば、バブル又は他の制御装置を利用しても良いし、或いはインクを供給ラインから所望の一定流量で圧送するようにポンプを構成してもよい。
理解されるように、各区画室２０内のインクレベルは一定に維持され、従って、関連した区画室内のインクレベルより上の供給ラインの高さＨによって決定される、各プリントヘッドの流入口での静圧は各プリントヘッドについて同じである。プリントヘッド１２、好ましくはプリントヘッド１２毎の全体の組のオリフィスは、供給ライン１９内に負圧を生じさせるように、関連した区画室２０内のインクレベルより上に配置され、この負圧は供給ラインの毛管力と組合わさって、オリフィス１４の直ぐ近くにある流入口１８に適切な圧力を生じさせる。
ガスの蒸気圧を下げ、インク中の溶解空気を減少させるために、リザーバの上の膜又は各容器内のインクの上の部分真空のような脱ガス装置が設けられる。変形例として、容器２０Ａ−２０Ｄのすべてを図４に示すように、単一の真空チャンバー３０内においてもよい。図示したように、容器２０はチャンバー３０内で積み重ねられ、そしてインク中の溶解空気を減少させる低い負圧を生じさせるための単一のポート３２を有する。図示したように、容器２０は又、隣接した容器からの流出が反対方向であり、それによって容器を垂直配列に近づけて空間を保存するように積み重ねられる。適量の流体がリザーバ２４から容器２０Ａ−２０Ｄに供給されるよにする制御装置３４が設けられる。
又、区画室２０Ａ−２０Ｄ内のインクのレベルに対するプリントヘッド１２Ａ−１２Ｄ、従って組のオリフィス１４の高さを調整する調整機構を設けてもよい。このタイプの調整機構は当該技術で知られており、複合プリントヘッド１２をユニットとして謂整するように構成されてもよい。調整機構は又プリントヘッドか互いに一体に接合されていないことを条件に、プリントヘッド１２Ａ−１２Ｄの高さを独占に調整するように構成されてもよい。
同様に、プリントヘッド１２Ａ−１２Ｄ及びそれらの関連した組のオリフィス１４の高さに対する、区画室２０Ａ−２０Ｄの高さ、かくして各区画室内のインクの高さを謂整する移動機構を設けてもよい。区画室２０は千鳥配列のユニットとして互いに接合されるならば、移動機構は組立体全体の高さを調整するように構成されてもよい。変形例として、移動機構は区画室の高さを独立に調整するように構成されてもよい。この個々の調整は１９９６年１０月１０日出願の米国特許出願第０８／７２８８６６号に開示された装置のような移動機構によって行われてもよい。
１つ以上の戻りラインを使用して最上の容器２０Ａに供給するのではなく各容器に個々に供給してもよいことは理解されよう。またバルブ、サイホン又は類似のもののような種々の他の装置を利用して各容器からのインクの排出を制御してもよい。
本発明を概略形態で示したけれども、堰を個々のカートリッジで包囲し又は単一の細長い容器の一部として包囲し、それによってインクジェットプリンターのコンパクトなインク装置を得ることは当業者の範囲内である。各堰が完全に維持されて多数のプリントヘッドに適切な静圧を確保するように、ポンプによって供給されるインクの流れ及び各プリントヘッドへの流れを監視することは本発明の範囲内である。
かくして、容易に且つ安価に構成でき、積み重なった配列の各プリントヘッドに供給されるインクの静圧の適切且つ信頼できる制御をなすインクジェット流体分配装置を提供する。

Claims (12)

1. 上下に垂直に配置された少なくとも２組のオリフィス（１４）を有する複合プリントヘッド（１２）にインクを供給するための装置であって、
   オリフィス（１４）の前記組の各々のためのものであって、オリフィスに液体を流通させる液体区画室（２０Ａ−２０Ｄ）を有し、各前記区画室は、余分の液体を前記区画室からその縁を越えて流出させることによって、該区画室内の液体のレベルを所望充填高さに維持するように構成され、前記区画室（２０Ａ−Ｄ）は液体を区画室から次の下方の区画室に流出させるために、互いに対して位置決めされ、前記インク区画室の最も下の区画室からのインクの流出を受け、液体を区画室の最も上の区画室に供給するためのリザーバ（２４）をさらに有し、各区画室（２０Ａ−Ｄ）の所望充填高さはそれぞれの組のオリフィスへの流入口（１８）に関してある高さにあり、それによって、流入口（１８）内の液体に作用する圧力を生じさせる静的高さの差を定め、各区画室（２０Ａ−Ｄ）について定められた静的高さの差は同じであり、且つ区画室（２０Ａ−Ｄ）は同じ容積の液体を入れるように構成され、それにより、各組のオリフィス（１４）への流入口（１８）内の液体に作用する負圧は同じである、上記装置。
2. 各区画室（２０Ａ−Ｄ）の所望充填高さは、上方静的高さの差を定めるために、そのそれぞれのオリフィス（１４）への流入口（１８）よりも低い高さにあり、流入口（１８）内の液体に作用する負圧を生じさせる、請求の範囲１に記載の装置。
3. 区画室（２０Ａ−Ｄ）の所望充填高さはそれぞれの組のオリフィスのうちの最も下のオリフィスよりも低く、それによってオリフィスの組内の各オリフィスに所望の負圧を維持する、請求の範囲１又は２に記載の装置。
4. 液体をリザーバ（２４）から最も上の区画室（２０Ａ）に供給するための単一の供給ライン（２７）を更に有する、請求の範囲１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
5. 各区画室（２０Ａ−Ｄ）には、前記所望充填高さを維持し、液体を次の下方の区画室に、或いは最も下の区画室の場合には、リザーバ（２４）に差し向けるために、液体を区画室から排出させるようになった流出開口（２２Ａ−Ｄ）が形成されている、請求の範囲１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
6. 区画室からの液体の流出は次の下方の区画室からの液体の流れと反対方向に差し向けられ、それによって、区画室（２０Ａ−Ｄ）及びリザーバ（２４）の上下の積み重ね配列を可能にする、請求の範囲１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
7. 適量の液体がリザーバ（２４）から区画室（２０Ａ−２０Ｄ）に供給するように構成された制御手段を更に有する、請求の範囲１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
8. 液体のリザーバ（２４）から第１区画室（２０Ａ）に供給するためのポンプ（２６）を更に有する、請求の範囲１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
9. 区画室内の気体の蒸気圧を下げるために各区画室内の液体より上に部分真空を生じさせるための装置を更に有する、請求の範囲１乃至８のいずれか１項に記載の装置。
10. 区画室内の液体の高さを更に制御するために、区画室（２０Ａ−Ｄ）の高さを調整するための調整機構を更に有する、請求の範囲１乃至９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記各組のオリフィス（１４）は複合プリントヘッドのそれぞれのプリントヘッドに形成されている、請求の範囲１乃至１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記各区画室（２０Ａ−Ｄ）は、区画室内の液体のレベルを前記所望充填高さに維持し、且つ余分の液体を前記区画室からその縁を越えて流出させる堰（２２Ａ−Ｄ）を有する、請求の範囲１乃至１１のいずれか１項に記載の装置。

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