JP3909802B2 - Printing system with air accumulation control means enabling the use of a semi-permanent print head without air purging - Google Patents
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Description
【0001】
関連特許
本出願は、1996年8月30日出願の"Printer Using Print Cartridge with Internal Pressure Regulator"と題する米国特許出願第08/706051号、1997年8月19日出願の"InkJet Printing System with Off-Axis Ink Supply and High Performance Tubing"と題する米国特許出願第08/914832号、1995年12月4日出願の"Self Sealing Fluid Interconnect with Double Sealing Septum"と題する米国特許出願第08/566821号および1996年2月29日出願の"Anti Outgassing Ink Composition and Method for Using the Same"と題する米国特許出願第08/1608922号に関連するものであり、これら出願特許の内容の全体が本明細書における引用によって本明細書に組み入れられている。
【0002】
背景技術
本発明は、インクジェット・プリンタおよびそれと同等のものに関するもので、特に、空気排除メカニズムを必要としない半永久的プリントヘッドを利用するインクジェット印刷システムに関するものである。
【0003】
インクジェット印刷システムは、(用紙のような)印刷媒体を横切って往復運動するキャリッジに搭載されるインクジェット・プリントヘッドを利用することが多い。プリントヘッドが印刷媒体を横切って運動するにつれて、制御電子部品が、プリントヘッドの噴射部分を起動して、印刷媒体上にイメージまたは文字を形成するため噴射ノズルからインク滴を放出すなわち噴射させる。インク補給容器がプリントヘッド噴射部分にインクの補充を行う。
【0004】
一部の印刷システムは、プリントヘッドとは別に取り替えることが可能なインク補給容器を利用する。インク補給容器が使い尽くされると、そのインク補給容器は取り除かれ、新しいインク補給容器と取り替えられる。プリントヘッドは、インク補給容器が使い尽くされた時ではなく、プリントヘッドの耐用期間の終了の近くで取り替えられる。取り替え可能なプリントヘッドが複数のインク補給容器を利用することができる能力を持つ場合、このプリントヘッドは"半永久的"プリントヘッドと呼ばれる。これは、各インク容器と共に取り替えられる使い捨てプリントヘッドとは対照的である。
【0005】
半永久的プリントヘッドに関する大きな問題点は、適切な圧力調整ができないことによる早めの故障である。この障害を理解するため、プリントヘッドの動作を考察する必要がある。適切に動作するため、多くのプリントヘッドはある動作圧力範囲を持つ。これは、典型的には−1と−6水インチ(すなわち、−25.4〜−152.4ミリメートル)の間という狭い範囲のわずかに負のゲージ圧力に維持されなければならない。ゲージ圧力は、大気圧に対して測定される圧力を意味し、本明細書で引用される圧力はすべてゲージ圧力である。圧力がプラスになると、印刷動作および印刷システム格納動作は悪影響を受ける。印刷動作の間に、圧力が正圧になると、インク滴がしたたり落ちて、噴射停止を引き起こす。格納の間、圧力が正圧になると、プリントヘッドからインク滴がしたたり落ちることになる。格納の間したたり落ちるインクは、蓄積して、プリントヘッドおよびプリンタ部品の上で固まる。この固まったインクが、プリントヘッドの溶滴放出を永久に妨げ、結果としてコストのかかるプリンタの修理が必要となる。正圧を回避するため、プリントヘッドは、負圧を維持する内部機構を活用する。
【0006】
プリントヘッドに存在する空気がそのような維持を妨げることがある。プリントヘッドに初期的にインクが満たされる時、空気泡がそこに残されることが多い。加えて、外気からプリントヘッドに入る拡散物や排出空気と呼ばれるインクから出る溶解空気を含む多数の発生源から導入される空気がプリントヘッド耐用期間にわたって蓄積する。温度上昇または気圧降下のような環境変化の間、プリントヘッドの内側の空気は包含される空気の総量に比例して膨張する。この膨張は、負圧を維持する内部機構に反するものである。プリントヘッドの内部機構は、限られた範囲の環境的激変に対しては、これら環境的変化を補償することができる。この範囲を越えると、プリントヘッドにおける圧力は正圧になる。
【0007】
空気累積問題に対する解決策の1つは、使い捨てプリントヘッドの使用であった。使い捨てプリントヘッドに関するインクの量は、空気累積を臨界しきい値以下に保つように調整することができる。そのようなインク量が小さい場合、プリントヘッドの頻繁な取り替えのため印刷コストが増大する。その代わりに、プリントヘッド取り替えの頻度を減らすためインク補給容器を大きくすることができる。しかしながら、印刷の適用がコンパクトなデスクトップ・プリンタである時、大きなインク補給容器は問題となる。プリントヘッドが取り替えられる都度大きいインク補給容器が取り替えられる使い捨てプリントヘッドを活用するシステムの1例が、"Continuous Ink Refill System for Disposable Ink Jet Cartridges Having a Predetermined Ink Capacity"と題する米国特許第5,369,429号に記載されている。
【0008】
空気累積問題に対するもう1つの解決策は、半永久的プリントヘッドの利用を可能にする空気パージ機構の使用であった。空気パージ手法の1例が、"Purging System for Ink Jet Recording Apparatus"と題する米国特許第4,558,326号に記載されている。空気パージシステムに関しては、(1)パージ・メカニズムのために付加されるプリンタ・コスト、(2)空気と共に外へ排出されがちなインクへの対応に関連する信頼性問題(これはプリンタ保守要件を増加させる可能性がある)、および、(3)(プリントヘッドのインク放出機構を経由して空気がパージされる場合)インク放出機構における空気の残留などの問題がある。特に、空気パージ・メカニズムは、プリンタに対する保守の必要性を増加させる。
【0009】
このように、低コストで、少ない保守作業で、信頼性が高く、かつ、比較的コンパクトなサイズのデスクトップ・プリンタを可能にするインク供給技術を使用する半永久的プリントヘッドの印刷システムが求められている。
【0010】
発明の開示
本発明は、インクを受け取る流体入力部および制御信号に応答してインクを吐出する放出部分を有する半永久的プリントヘッドを含むインクジェット印刷システムに関するものである。印刷システムは、また、1ボリュームのインクを貯蔵するプリントヘッドにインクを提供するように構成される取り替え可能インク補給容器を含む。このプリントヘッドは、複数ボリュームのインクの耐用期間にわたって継続動作する能力を持つ。印刷システムは、プリントヘッドおよび取り替え可能インク補給容器と流体的に接続する流体蓄積部を含む。流体蓄積部は、複数インク補給容器の使用の間プリントヘッドから空気をパージすることなくプリントヘッドに導入される空気を収納するように適応される。
【0011】
本発明の好ましい1つの実施形態は、流体入力部に流体的に接続してインクをプリントヘッドに供給するインク供給装置に関連する。このインク供給装置は、プリントヘッドの耐用期間の間に導入されるすべての空気を蓄積部が収納することができるように、プリントヘッドへの空気流入を制御するように適応される。
【0012】
発明の実施形態
図1は、本発明のインクジェット印刷システム10を示している。インクジェット印刷システム10は流体導管16を経由して取り替え可能インク補給容器14に接続されるプリントヘッド12を含む。プリントヘッド12は、流体導管16からインクを受け取って、放出機構が印刷システム制御電子部品20の制御の下媒体(図示されてない)の上にインクを選択的に吐出することを可能にする。
【0013】
流体導管16は取り替え可能インク補給容器14からインクを受け取る。流体導管16は、取り替え可能インク補給容器14の流体出口28に流体的に接続する導管入口26を含む。
【0014】
印刷動作の間、インクは、インク補給容器14から導管16を経由してプリントヘッド12へ流れ、それによって、放出機構18のノズル(図示されていない)によってインク溶滴が放出されることが可能となる。プリントヘッド12は、半永久的であるので、大きいボリュームのインクを印刷する能力を持つ。従って、インク補給容器14は定期的に取り替えられる。例えば、1つの実施形態において、プリントヘッドは450ccのインクの印刷に耐えると期待されている。この実施形態においては、各インク補給容器14はプリントヘッド12に30ccのインクを補給し、従って、このプリントヘッド12は15個のインク補給容器の使用に耐えると期待されている。
【0015】
本発明の1つの側面は、印刷システムにおける空気蓄積を制限し、蓄積する空気を収納するために使用される技術に関係する。図1および以下に示されるように、印刷システム10はプリントヘッド12に最終的に蓄積する空気の多数の発生源を持つ。
(l)初期的空気−これは、プリントヘッド12が印刷システム10に取り付けられる前に存在する空気泡を指す。
(2)プリントヘッド接続−これは、プリントヘッド12が導管16に接続される時導入される空気を指す。
(3)導管始動−これは、導管16に初期的に存在し、印刷システム10が最初に使用される時プリントヘッド12に流れ込む空気を意味する。
(4)拡散−これは、プリントヘッド12の耐用期間にわたってプリントヘッド12および導管16に拡散流入する空気を指す。
(5)インク補給容器接続−これは、各インク補給容器14が導管16に接続される時導入される空気を意味する。
(6)インク補給容器浮遊空気−これは、インク補給容器14に存在し、導管16を経由して最終的にプリントヘッド12に流入する空気泡を意味する。
(7)空気放出−これは、インクがプリントヘッド12を通過する間に分解によって発生する空気を指す。
【0016】
本発明のもう1つの側面は、上述の発生源によって印刷システム10に導入される空気をプリントヘッド12が収納することを可能にする蓄積部である。プリントヘッド12からインクがしたたり落ちるのを防止するため、プリントヘッド12が内部負圧を維持することは重要である。印刷を行わない期間にプリントヘッド12が環境温度および気圧の大幅な変化に遭遇すると、プリントヘッド12の内側の気泡が膨張してプリントヘッド12の圧力を増加させる傾向がある。プリントヘッドは、負圧を維持するためこのような膨張を補償する蓄積部29を含む。しかしながら、蓄積部29は、それが補償することができる量に上限を持つ。これは、空気に対する"貯蔵容量"と呼ばれる。
【0017】
蓄積部29の貯蔵容量は、蓄積部の設計および環境動作範囲によって決定される。この環境範囲は、蓄積部29が最大限度の気泡膨張に対応することができる上限温度および下限気圧によって定義される。典型的実施形態において、この上限は、恒圧において温度140°F(60°C)である。従って、蓄積部は、140°F(60°C)の温度まで貯蔵容量と等しい量の空気の膨張に対応しなければならない。典型的実施形態において、貯蔵容量は4.5ccである。言い換えると、この典型的な蓄積部は、外気温(約70°F(21°C))から140°F(60°C)まで、充満空間における負圧を維持しながら、4.5ccの気泡の膨張を補償しなければならない。
【0018】
本発明の別の1つの側面は、空気の発生源が貯蔵容量を超えないことを保証するように選択される"空気予算"に関係する。空気予算の範囲内で、空気発生源の各々に割り当てられる空気の量が選択される。次の表1は、空気予算の一例を示している。
【0019】
【表1】
発生源別空気予算 空気予算値
初期 0.3cc
プリントヘッド接続 0.1cc
導管始動 1.3cc
拡散(導管、プリントヘッド) 1.0cc
インク容器接続 0.1cc
インク容器浮遊空気 0.1cc
空気放出 1.6cc
予算項目合計=4.5cc
【0020】
すべての予算項目の合計は4.5ccという貯蔵容量に等しい。いずれの予算項目も、他の項目が空気予算の合計が貯蔵容量を超えないことを保証するように相応に減少することを前提とすれば、増加することができる。
【0021】
本発明の別の1つの側面は、蓄積される空気総量を貯蔵容量レベルより下に保つことのできる低いレベルに各空気発生源が維持されることを保証するために使用される技術に関連する。空気を収納し、導入される空気を制限する手法を図2乃至図13を参照して以下記述する。
【0022】
図2は、印刷システム10の1つの好ましい実施形態を表している。印刷システム10は、媒体(図示されていない)が印刷領域32に送られる前と後の両方において媒体をそれぞれ格納する入力トレイ30Aおよび出力トレイ30Bを含む。キャリッジ34が、複数のプリントヘッド12を支持して、プリントヘッド12に関連する複数の放出器18が媒体上にインクを選択的に吐出するように印刷領域32を走査する。各プリントヘッド12は導管16を経由して複数の対応するインク補給容器14のうちの1つからインクを受け取る。プリントヘッド12は、各々複数のインク補給容器14を利用することができるので、半永久的である。このため、印刷システム10はコンパクトなサイズとすることができる。この好ましい実施形態のインク補給容器14は、黒14b、シアン14c、マジェンタ14mおよびイエロー14yを含む異なる顔料インクを利用する。黒インク補給容器14bは約75ccの容量を持ち、カラー・インク補給容器14c、14mおよび14yはそれぞれ約30ccの容量を持つ。比較的大きい75cc黒インク補給容器と取り付け互換性のある30cc黒インク補給容器も存在する。インク補給容器のサイズは、印刷システム10のサイズに影響を与えることを避け、使用耐用期間を考慮に入れて、十分小さいように選択される。同時に、容器のサイズは、許容可能な低い取り替え率を実現できるようにできるだけ大きく選択される。各プリントヘッド12は、約450ccのインクの使用に耐えるので、複数のインク補給容器を利用することが可能であり、従って、半永久的である。
【0023】
プリントヘッド12の貯蔵容量を図3乃至図5を参照して以下記述する。図3は、流体導管16に接続しているプリントヘッド12の概要を図示している。プリントヘッド12は、到来圧力で流体導管16からインクを受け取り、到来圧力より低く制御された内圧で放出器18にインクを送達する。放出器18は、制御された内圧で1つの量のインクを貯蔵する充満空間38に流体的に接続される。インクは、不純物を取り除くため放出器18に到達する前にフィルタ・エレメント39を通過する。
【0024】
充満空間38における負圧は、アクチュエータ40とバルブ42を含む調整機構を使用して制御される。放出器18が媒体上にインクを吐出するにつれて、充満空間38におけるインクは枯渇する。これは充満空間38の内圧を減じる。内圧が低圧しきい値に達すると、それに応じてアクチュエータ40がバルブ42を開けることによって、インクが流体導管16から充満空間38へ流れ込む。このようなインクの導入が充満空間38の圧力を上げる。内圧が高圧しきい値に達すると、それに応じてアクチュエータ40がバルブ42を閉じる。このように、充満空間38における圧力は、低圧しきい値と高圧しきい値の間で調整される。
【0025】
図4は、プリントヘッド12の1つの好ましい実施形態の拡大図である。プリントヘッド12は、導管16からインクを受け取るための流体入口22および媒体(図示されていない)上に選択的にインクを吐出する放出器部分18を含む。プリントヘッド12はまた内部調整機構を含む。内部調整機構は、図5を参照して後述される空気導管43を含む。
【0026】
図5の(A)、(B)および(C)は、図4のプリントヘッド12を符号5A方向から見た断面図である。プリントヘッド12の圧力調節システムの機能面を一層明確に示すため、プリントヘッド12の内部構成は単純化されている。図3および図5を比較する場合同じエレメントを識別するため同じ符号が使用されている。
【0027】
プリントヘッド12は、放出器部分18を支持する外側の囲い44を含む。充満空間38は放出器部分18と流体のやりとりをする。充満空間38の内部には、充満空間38にインクを選択的に流入させるためのアクチュエータ40およびバルブ42がある。
【0028】
バルブ42は、流体入口22に流体的に接続してインクを充満空間38に流入させるノズル46およびノズル46を密封するバルブ・シート48を含む。バルブ・シート48は、バルブ42の確実な密封を保証することができるような弾性材料で形成される。バルブ・シート48は、調整車軸に対して回転する圧力調整てこ50に固定して取り付けられている。図5の(A)−(C)に示されているように、てこ50の回転が充満空間38における圧力の変化に基づいてバルブ42を開閉する。
【0029】
プリントヘッド12は、また、蓄積てこ車軸52Aに対して回転する蓄積てこ52を含む。ばね54が、調整バルブてこ50と蓄積てこ52を接続させて、両方のてこを相互にバイアスさせる。ばねは、調整車軸50Aに対するより蓄積部車軸に対して比較的接近して接続される。
【0030】
膨張可能な袋56が、蓄積てこ52と調整てこ50の間に配置される。膨張可能袋56の第1の表面は空気導管を経由して大気と接し、袋56の第2の表面は充満空間38の中のインクと接触する。かくして、袋56は充満空間38と大気の間の圧力差に応答して膨張および収縮する。袋56、調整てこ50およびばね54は、図3を参照して上述したアクチュエータ40と同様の機能を果たす。
【0031】
図5の(A)は、袋56が完全にしぼんでいるプリントヘッド12の初期状態を示している。印刷が始まると、放出器18によって放出されるインク量を補償するため袋56は膨張する。袋の体積は増加して、ばね54によって生まれる力に抗しながら一方の側で蓄積てこ52を、他方の側で調整てこ50を押し始める。
【0032】
袋56の中の圧力が十分に高い時、両方のてこは相互に逆の外側方向に旋回し始める。蓄積てこ52上でばね54によって発生されるモーメントは調整てこ50上でばね54によって発生されるモーメントより小さいので、蓄積てこ52が先ず動き始める。蓄積てこは、図5の(B)に示されているように、外側囲い44に接触するまで動く。
【0033】
蓄積てこ52が完全に延伸すると、調整てこ50が動き始め、最後に、図5の(C)に示されているように、バルブ・シート48がノズル46から離れるように持ち上げられ、バルブ42が開く。そこで、インクが導管16からノズル46を経由して充満空間38に流れ込む。流入インクが、充満空間38の圧力を増加させ、てこ50、52に対する袋56の力を減少させ、そのためバルブ42が閉じる。この結果、プリントヘッド14は図5の(B)に示されているような状態になる。
【0034】
前述のように、負圧が充満空間38において維持されることが重要である。蓄積部は、充満空間38に空気が存在する時でさえこの負圧を維持するように機能する。ばね54の相対的な取り付け位置のため、蓄積部てこは、通常動作の間、囲い44に押しつけられたままである。プリントヘッドの使用期間が進むと、空気泡58がプリントヘッド12に蓄積する傾向がある。印刷システム10の格納および休止の間、環境の温度が変化する可能性がある。理想的気体法則に従えば、気泡58は温度上昇に応答して膨張し、それに従って袋56はしぼむ。袋56がしぼむにつれ、蓄積部てこ52が袋56に対する圧力を維持するように動く。
【0035】
このように、蓄積部てこ52および袋56は、プリントヘッド12における一定の負圧を保証し、蓄積部てこの運動範囲を通して正圧を防止する。
【0036】
典型的システムにおいては、蓄積部52の運動範囲は、指定された環境動作範囲に対して充満空間38の負圧を維持しながら、充満空間38に累積される空気を4.5ccという貯蔵容量まで許容する。累積された空気が4.5ccを越えると、プリントヘッド12からインクがたれ落ちて、プリントヘッドおよびプリンタ故障を引き起こし、放出器18の動作に影響を及ぼす結果となる。かくして、すべての空気発生源の累積量は、貯蔵容量4.5cc未満に保たれなければならない。
【0037】
圧力調整器および蓄積部を備え持つ別の形態がある。図3を再び参照すれば、バルブ42は電磁弁のような電子機械的バルブとすることができる。アクチュエータ40は、バルブ42を開閉するための回路に信号を送る圧力変換器とすることができる。空気を蓄積する容量を備えるため、充満空間38の外壁は少なくとも部分的に柔軟でなければならない。そのようにする1つの手段は、充満空間38を大気から切り離し、空気泡膨張に応じて動くことができるゴム仕切り板60を備える。仕切り板60は蓄積部29と同じ機能を果たす。代替的には、蓄積部29と同じ機能を果たすばね仕掛け袋によって充満空間38を取り囲むことも可能である。各代替的蓄積部の設計は、それ自身の空気累積制限および貯蔵容量を持つ。正圧の有害な影響を回避するため、空気発生源の総和は、この貯蔵容量未満に保たれなければならない。
【0038】
空気発生源およびそれら空気発生源をそれぞれの予算範囲内に維持するために使用される手法を図6乃至図13を参照して以下記述する。全般的予算目標を達成するため、各発生源に予算を割り当て、制御することは、本発明の重要な側面である。
【0039】
第1の空気発生源は、プリントヘッド12が印刷システム10に取り付けられる前にプリントヘッド12に初期的に存在する空気である。1つの典型的実施形態において、この発生源に対して予算として割り当てられる空気は0.3ccであるが、これは、製造工程によって導入される空気、製造と取り付けの間にプリントヘッド12へ拡散侵入する空気、および、流体入口22または放出器部分18を通してプリントヘッド12に流入する空気を含む。これらの値を最小にするため、以下に述べるような多数の設計および組立方法がプリントヘッド12の製造のため利用される。
【0040】
プリントヘッド12が製造される時、プリントヘッド12にインクを満たす際空気が導入される。そのような空気を最小にするために、次のようなインク充てんプロセスが使用される。(1)流体入口22にC02ガスの発生源をあて、プリントヘッド12に存在するガスのほとんどすべてがC02から構成されるようになるまでプリントヘッド12の放出器18に真空源をあてることによって、プリントヘッド12に初期的にC02ガスを送り込まれる。(2)次に、プリントヘッド12がインクで満たされるまで流体入口22に脱気されたインクの源を、放出器18に真空源をそれぞれあてることによって、プリントヘッド12は脱気されたインク(すなわち溶解酸素が飽和レベルより小さいインク)で満たされる。上記充てんプロセスの間に残される気泡は主にC02から成るもので、それはすぐにインクに溶け込む。更に、気泡から気体は抜き去られているので、(空気のような)気泡中の不純物はインクに吸収される。
【0041】
プリントヘッド12は、また、インク充てんプロセスとプリントヘッド12へのプリンタへの取り付けの間に拡散侵入する空気を最小限にとどめるようにするため、高い空気拡散障壁材で製造される。好ましい実施形態において、プリントヘッド12の外側囲い44は、LCP(液晶重合体)で製造される。PET(テレフタル酸ポリエチレン)または金属をかぶせられたプラスチックのような他の高障壁材もまた効果的にはたらく。袋56は、好ましくは、少なくとも1つの層が高い空気拡散障壁特性を持つ多重積層プラスチック薄膜から形成される。1つの好ましい高障壁材は、PVDC(ポリ塩化ビニリデン)である。粘着性および柔軟性を最大にするため、LDPE(低密度ポリエチレン)のようなその他の層を利用することも可能である。
【0042】
図6および図7に示されているように、第2の空気発生源は、導管出口24と流体入口22の間で"プリントヘッド接続"が確立される時導入される。図6は、キャリッジ34へのプリントヘッド12の初期取り付けを示している。プリントヘッド12は実質的に下方への運動で挿入することによってキャリッジ34に取り付けられる。挿入と共に、導管出口24がプリントヘッド12の流体入口22に接続する。流体入口22と導管出口24の間の流体接続の詳細は図7の(A)−(C)に示されている。図7の(A)は、導管出口24への流体的接続を行う位置に置かれたプリントヘッド12を示している。図7の(B)は、流体的接続の前の導管出口24を示している。図7の(C)は、流体入口22と導管出口24の間の流体的接続の完了した状態を示している。
【0043】
プリントヘッド12の流体入口22は、閉じた鈍い下端、外側から見えない内径(図示されていない)および横方向孔66を持つ、下方へ延びる中空針62を含む。内径は、図5の(A)−(C)に示されたようにノズル46へまた横方向孔66に流体的に接続する。針62は導風板68によって取り囲まれている。
【0044】
導管出口24は上方へ延びる中空の円筒状の格納器70を含む。中空格納器70は導管16と流体接続する入口72を持つ。中空格納器70は、折れ曲りキャップ76によって格納器70に確保される事前スリット隔壁74を支持する上端を持つ。密封部材78がばね80によって隔壁74に押しつけられている。
【0045】
プリントヘッド12がキャリッジ34に取り付けられる時、導風板68が隔壁74を針62に位置あわせするのに役立つ。導管入口24の上端は、流体入口22と正しくかみ合わせできるサイズとされる。導管入口24の上端の直径は、導風板68によって収納されることができるように小さくなければならず、また、流体入口22と導管出口24の間での配置変化を制御できるような大きさでなければならない。そのような構成によって、針62と隔壁74の間の信頼できる流体接続が保証される。流体接続の間、針62が密封部材78を円筒状収納器70の中へ押し下げる。このようにして、最終的挿入位置において、インクは、導管16から、収納器入口72を経由して、密封部材78のまわりで、横方向孔66、内径66、更にノズル46へと流れ込む(図7参照)。
【0046】
空気予算の範囲内にとどまるため、導管出口24と流体入口22の間の流体的切り離しおよび再接続がプリントヘッド12に最小限度の空気の量を導入することが重要である。プリントヘッド12が導管16から切り離される場合、導管16に負圧が存在する可能性がある。負圧は空気を導管出口24に引き入れる傾向を持つ。これを防ぐため、針62が引っ込められた後直ちに隔壁74が自己密封を行い、空気が導管16に入るのを防ぐ。しかしながら、使用期間が進むにつれ、隔壁74が収縮して、針62が引っ込められた後隔壁74が直ちに自己密封できなくなる可能性がある。迅速で信頼できる密封を保証するため、密封部材78は導管出口24の冗長な密封を提供する。表1の空気予算は、この流体的切り離しおよび再接続に関して0.1ccの空気を割り当てているが、導管出口24の信頼できる自己気密特性のため、プリントヘッド12に関して導入される実際の空気は大きくない。
【0047】
第3の空気発生源は、プリントヘッド12が初期的に取り付けられる時導管16に存在する、"導管始動"と呼ばれる空気である。1つの典型的実施形態において、これは、プリントヘッド12に1.3cc未満の空気を与える。図1に戻れば、流体導管16は信頼性問題に対処するため初期的に空とされる。例えば、製造の後顧客への出荷の間、印刷システム10は、流体導管16において(流体導管16に損傷を与える)インクの凝固および膨張を引き起こす可能性のある温度変動を経験することがある。この理由から流体導管16は初期的に乾燥状態で工場から出荷される。
【0048】
第4の空気発生源は、プリントヘッド12が印刷システムに取り付けられている間にプリントヘッド12および導管16に流入する空気拡散である。1つの典型的実施形態において、プリントヘッドおよび導管の製造のため高い空気拡散障壁材を使用することによって総拡散量は1.0cc未満に保たれる。上述のように、プリントヘッドは高拡散隔壁ポリマで製造される。流体導管は、温度23°Cおよび相対湿度0%において100cc・mil/(100in2・day・atm)という酸素透過性特性を持つ低空気拡散材料で製造されるチューブを含む。このチューブにふさわしい柔軟ポリマの例には、PVDC(ポリアクリル酸エステル塩化ビニリデン・コポリマ)、ECTFE(エチレン・クロル・トリフルオロ・エチレン)およびPCTFE(ポリクロロ・トリフルオロ・エチレン)コポリマが含まれる。
【0049】
図8および図9に示されているように、第5の空気発生源は、インク補給容器14と導管16の間のインク補給容器接続である。図8は、受け入れステーション36への下方挿入に備えた位置におかれたインク補給容器14を示す。本発明に関係しない細部は省略してある。インク補給容器14は流体出口28と流体的に接続する流体貯蔵器82を含む。インク補給容器14が受け入れステーション36に挿入されると、流体出口28が導管入口26と連結して、インクが流体貯蔵器82から導管16およびプリントヘッド12へ流れる。
【0050】
インク補給容器接続の一層の詳細が図9に示されているが、図9は図8のインク補給容器を符号9A−9Aから見た拡大図で、流体的接続のみを示している。図9の(A)は、流体接続の前の流体出口28および導管入口26を示している。
【0051】
インク補給容器14の流体出口28は、インク補給容器シャーシ86から下方へ延びる中空円筒状突起84を含む。中空突起84は、貯蔵器82と流体接続する上端および折れ曲りキャップ90によって突起84に確保される事前スリット隔壁88を支持する下端を有する。密封部材92はばね94によって隔壁88に対して押しつけられる。
【0052】
流体入口26は、閉じた鈍い上端、外側からは見えない内径(図示されていない)および横方向孔98を持つ、上方へ延びる中空針96を含む。内径は、横方向孔98に流体的に接続する。横方向孔98の反対側の針96の端は、プリントヘッド12にインクを供給するため導管16に流体的に接続している。滑動環100が、針96を取り囲み、柔軟部分102を含む。滑動環100は、柔軟部分102が横方向孔98を大気から密封する位置を維持するように、ばね104によって上方へバイアスされている。
【0053】
導管出口26は、また、滑動環100を取り囲み、上方へ延びる突起105を含む。上方へ延びる突起105は、環管100を滑動させる保持力を針96に与え、流体出口28に位置あわせ機能を与える。
【0054】
図9の(B)は、流体出口28と導管入口26の間の流体的接続を示している。インク補給容器が受け入れステーションに取り付けられると、流体出口28の下側すなわち末端部が、先ず、突起105の傾斜部分105aおよび内部表面105bにかみ合い、針96と位置をあわせるように案内される。次に、流体出口28の下端が滑動環100を押し下げる。同時に、針96が隔壁88に入り、隔壁88を通過して密封部材92を円筒状突起84に押し上げる。このようにして、完全にさし込まれた位置において、インクが、インク貯蔵器82から、突起84を通過して、密封部材92の周囲で、横方向孔98へ、流体導管16へそしてプリントヘッド12へ流れ込む。
【0055】
インク補給容器14の取りはずしの際、隔壁88が中空針96から引き出され、流体出口28および導管入口26が図9の(A)に示されているような状態へ戻ることを可能にする。
【0056】
流体出口28は、導管16への空気の流入を避けるように流体入口26に確実にかみ合うことのできる大きさにされる。流体出口28は、横方向孔98と中空突起84の内部の間の接続を確実にするため、滑動環100に正しくかみ合い、滑動環100をリップ105cから十分に遠くへ離すように押すことのできる長さでなければならない。流体出口28の下端の直径は、突起105に収納できるように小さいものでなければならないが、突起105の傾斜部分105aおよび内部表面105bにかみ合う時針96と隔壁88の間の位置あわせ変動を制御できるような大きさでなければならない。
【0057】
複数のインク補給容器が導管入口26に対して接続および切り離されるので、導管入口6と流体出口28の間の流体的切り離しおよび再接続によって導管16に導入される空気が最小限度の量であることは重要である。インク補給容器14が導管16から切り離される時、導管16にわずかな負圧が存在する可能性があり、これが導管入口26に空気を引き込む傾向を持つ。これを防ぐため、インク補給容器14が切り離される時、滑動環が直ちに横方向孔98を密封する。流体出口側では、隔壁88および密封部材92が直ちに自己密封して、空気がインク補給容器14に流入するのを防ぐ。インク補給容器14が空気導入を防ぐように切り離しおよび再接続されるとすれば、この点は重要である。表1の空気予算は、プリントヘッド12の耐用期間にわたってインク補給容器14の接続に対して0.1ccの空気を割り当てているにすぎない。
【0058】
第6の空気発生源は、インク補給容器14における"インク補給容器浮遊空気"すなわち気泡であり、これがインク補給容器14から導管16を経由してプリントヘッド12へ流れ込む。この浮遊空気は、初期的には、貯蔵器82や流体出口28に存在する。1つの好ましい実施形態において、インク補給容器14は、図8に示されているように、実質的に垂直方向に取り付けられる。浮遊空気はすべてインク補給容器14の上方部分へ活発に上昇する傾向がある。このような構成の場合、"インク補給容器浮遊空気"の空気予算への寄与は0.1ccである。
【0059】
しかしながら、インク補給容器14に十分な浮遊空気が存在するとすれば、インク補給容器14のインクがほとんど枯渇する時、そのような空気が導管16に送られる可能性がある。このように、インク補給容器14に累積することができる空気泡の総量を制限することは望ましい。
【0060】
インク補給容器浮遊空気は、主としてインク補給容器材料および製造プロセスによって影響を受ける。図10および図11は、インク補給容器14の1つの好ましい実施形態の分解図および完全に組み立てられた図である。本発明に付随しない細部は除外してある。図10を参照すれば、インク補給容器14の組立は次のようなステップを含む。
【0061】
1. 外に延伸する流体出口突起84および周辺密封表面106を含むシャーシ86を用意する。
【0062】
2. 貯蔵器82を形成するようにフィルム薄板108を周辺密封表面106へ付着および密封する。フィルム薄板は高空気拡散隔壁多重積層構造である。好ましい実施形態において、層は金属(銀)をかぶせられたナイロンのPETおよびLDPEを含む。
【0063】
3. ばね94、密封部材92、事前スリット隔壁88および折れ曲りキャップ90を突起84に組み付けて流体出口28を形成する。
【0064】
4.充てんポート110にCO2を噴射して充てんポート110から空気を抜くことによってインク補給容器にCO2を満たす。貯蔵器に空気が実質的に残存しない状態になるまでこのCO2噴射と空気抜きのプロセスを繰り返す。
【0065】
5.充てんポート110から空気を抜いた後、充てんポート110を通して脱気されたインクでインク補給容器を満たす。
【0066】
7.インク補給容器をキャップ112およびシェル114に入れる。このように組み立てられたインク補給容器14は図11に示されている。
【0067】
上述されたプロセスは2つの主要な観点から初期的に存在しかつ累積される浮遊空気を最小限度にとどめる。第1に、プリントヘッド12に関して上述したように、CO2流入および脱気充てんプロセスがインク補給容器14に存在する初期浮遊空気をパージする。第2に、フィルム薄板108のための材料選択が、流体貯蔵器82への空気の拡散を最小にして、空気の導管16への流入開始時点での累積された空気をしきい値未満に保つ。
【0068】
プリントヘッド12における空気累積の第7の発生源は、空気放出である。この空気放出のメカニズムは、インクがプリントヘッド12の充満空間38を通り抜ける際発生する溶解度変化である。インクが充満空間38に入ると、インクの中の溶解空気の溶解度が減少して、その結果、インクから拡散された空気が充満空間38の気泡となる。以下に更に説明されるように、この溶解度減少は主に温度によって誘発される。
【0069】
図12は、水に対する溶解度曲線であって、水温に対する空気の水への溶解度を点描している。曲線から見てとれるように、温度が上昇すれば、水の溶解度は減少する。本発明に関連する熱式インクジェット・インクは少なくとも部分的に水に基づいている。従って、多くの場合、そのようなインクは、図12に例示されているものと同様の形状を持つ空気溶解度曲線を有する傾向がある。
【0070】
プリントヘッド12が動作している時、放出器部分18は充満空間38におけるインクを暖める。そのため、放出器部分18に近いインクが空気に対して飽和状態を越え、その結果インクから拡散された空気が充満空間38の気泡となり、気泡の大きさは増大する。
【0071】
放出空気の量を減少させる1つの手段は、溶解度曲線のこう配を減らし、従って空気放出率を低下させる効果を持つ反空気放出添加剤を含めることである。このような効果を持つ好ましい添加物は、エトキシレート化グリセリンである。しかし、本発明に適切なその他種々の反空気放出添加物があり、それらには、2-ピロリドン、N−メチル・ピロリドン、エチレングリコール、2-プロパノール、1-プロパノール、シクロヘキサノール、EHPDが含まれる。
次のリストは更に別の添加物を示す。
(a)アセトン、メチルエチルケトンおよびジアセトン・エーテルのようなケトンまたはケトアルコール。
(b)ジオキサンのようなエーテル。
(c)酢酸エチル、乳酸エチル、炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンのようなエステル。
(d)1,4ブタンジオール、1,2ペンタネジオール、1,5ペンタネジオールおよび1,2ヘキサネジオールのようなジオール。
(e)エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ネオペンチル・グリコール、ポリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール・グリセリンおよびチオジグリコールのような多価アルコール。
(f)ジエチレングリコール・モノ・メチル(またはエチル)エーテルおよびテトラエチレングリコール・モノ・メチル(またはエチル)エーテルのようなアルキレングリコールから導出される比較的低いアルキル・モノエーテルまたはジエーテル。
【0072】
上記の要素またはその混合物のうちの1つである反空気放出添加物が重量的に少なくとも2%好ましくは12%以上の範囲で存在することが望ましい。以下は、空気放出特性を制御したインクの例である。
【0073】
成分 重量%
反空気放出添加物 12
(エトキシレート化グリセリンなど)
着色剤 6
(C.Iダイレクト黒52)
インク媒体 80
(水プラス付加的溶媒)
付加的組み合わせ成分 2
(例えば殺傷材、界面活性剤、にじみ制御剤、緩衝剤等々)
【0074】
上記例示された黒インクは、約25°Cと60°Cの間で水よりも約l/2以下に減少する溶解度曲線に対するタンジェントの平均こう配を持つ。換言すれば、25°Cと60°Cの間の当該インクにおける空気の溶解度の変化は、添加材の付加によって水に対して予想される変化の約半分に減少する。その結果、そのような添加物を含む典型的な黒インクは、水の空気放出率の1/2以下に減少した空気放出率を持つ。これが1.6ccという空気予算に寄与する結果を生む。
【0075】
空気放出率を増加させるインク補給容器14の1つの側面はインク高圧密封法である。高いインク流入率印刷を必要とする印刷システムの場合、典型的には、貯臓器82とプリントヘッド12の間の圧力降下の影響を排除するため、高圧密封法が実施される。図11を参照すれば、インク補給容器14の1つの好ましい実施形態は、インク補給容器14に関連する高圧密封手段116を含む。高圧密封手段116は、インク補給容器14と一体となるポンプである。代替的には、高圧密封手段116は、貯臓器82を取り囲む領域と流体的に接続する給気口である。与圧されたガスの供給源が高圧密封手段116に接続され、貯蔵器82に含まれるインクを与圧する。いずれのケースにおいても、高圧密封手段は流体出口28において与圧されたインクを提供する。
【0076】
高圧密封法は、ヘンリー法を通してインク補給容器14に含まれるインクにおけるガスの溶解度を上げる。一定の圧力が適用されるならば、インクは時間の経過と共に空気に対して次第に飽和して、プリントヘッド12の運動の間にインクの空気放出率が増加する。溶解される空気を減少させる1つの方法は、高圧密封手段116を間欠的圧力源にして、印刷のため必要な時にのみ導管16に送られるインクを与圧し、通常印刷システム10が休止している時は流体出口28の圧力を解放するものである。大部分の時間は印刷を行わない時間として費やされるので、これは、高圧密封法によって寄与される空気放出の部分を最小限度にとどめる。
【0077】
以上、種々の空気累積発生源および空気蓄積を予算の範囲内に維持する種々の手法を記述した。これらは、典型的な印刷システムに関して表1に要約されている。典型的システムに関するこれら発生源の総和は約4.5ccである。これら発生源の総和が4.5ccを越えれば、圧力調整の故障が発生して、プリントヘッド12のインクが印刷システムに漏れ広がる可能性がある。
【0078】
流体導管16が流体出口28と流体入口22を切り離すように流体的に接続される印刷システムが上述された。図13は、"キャリッジ搭載"構成でプリントヘッド12'に直接連結するように取り付けられる代替的インク補給容器14'を示している。インク補給容器14'はプリントヘッド12'の流体入口22'に直接接続される流体出口28'を含む。このような構成によって、その間に配置される導管16の必要性が排除される。これは、導管始動、導管拡散および流体接続の1つを含む主要空気発生源のいくつかを排除する。これは、プリントヘッド寿命を長くするか、さもなければ、必要とされる空気貯蔵容量を減少させる効果を持つであろう。
【0079】
別の1つの代替形態は、圧力調整機能や蓄積機能をプリントヘッド12'ではなくインク補給容器14'に持たせるものである。これは、プリントヘッド12'における正確な圧力制御は犠牲となるが、全般的流体供給システムを単純化する傾向を持つであろう。
【0080】
本発明には例として以下の実施形態が含まれる。
(1)プリントヘッドにインクを供給する取り替え可能インク補給容器を有するタイプのインクジェット印刷システムであって、
インクを受け取る流体入力部および制御信号に応答してインクを選択的に吐出する放出部分を有し、複数のインク・ボリュームを印刷する能力を持つ半永久的インクジェット・プリントヘッドと、
複数のインク・ボリュームのうちの1つを貯蔵し、インクをインクジェット・プリントヘッドに供給するように構成される取り替え可能インク補給容器と、
インクジェット・プリントヘッドおよび取り替え可能インク補給容器に流体的 に接続し、インクジェット・プリントヘッドから空気をパージすることなく該プリントヘッドが複数のインク・ボリュームを印刷することを可能にする動作範囲内にプリントヘッド圧力範囲を維持するようにインクジェット・プリントヘッドに導入される空気を補償する蓄積部と、
を備えるインクジェット印刷システム。
(2)前記プリントヘッドが、
放出部分に流体的に接続する内部充満空間と、
流体入力からインクを受け取って充満空間にインクを供給する機能を持ち、充満空間における指定された負圧を維持するため充満空間における圧力変化に応答して開閉する調整器バルブと、
を更に含む、(1)に記載のインクジェット印刷システム。
(3)前記プリントヘッドが放出部分に流体的に接続する内部充満空間を含み、流体蓄積部が、外側大気と接触する第1の表面および内部充満空間におけるインクと接触する第2の表面を持つ柔軟部材を含み、前記柔軟部材が、充満空間における負の内圧を維持するため気泡膨張に応じて収縮する、(1)に記載のインクジェット印刷システム。
(4)一方の端においてプリントヘッドと、他方の端で流体入力部と、それぞれ流体的に接続する流体導管を更に含む、(1)に記載のインクジェット印刷システム。
(5)半永久的プリントヘッドが少なくとも5個のインク補給容器の耐用期間にわたって印刷を行うことができる、(1)に記載のインクジェット印刷システム。
【0081】
(6)プリントヘッドに1補給ボリュームのインクを供給する取り替え可能インク補給容器と、制御信号に応答してインクの溶滴を放出する放出器部分を持つプリントヘッドと、を備えるインクジェット印刷システムであって、
前記プリントヘッドが、放出器部分にインクを供給する充満空間、および、取り替え可能インク補給容器からプリントヘッドへの一方通行のインクの流れを提供するバルブを含み、
前記バルブが充満空間における指定された負圧を維持するため充満空間における圧力変化に応答して開閉し、
前記充満空間が各取り替え可能インク補給容器の使用と共に増加する累積された空気を収納し、
前記プリントヘッドが、充満空間の負圧範囲を維持するため蓄積された空気の膨張を補償する蓄積部を含む、インクジェット印刷システム。
(7)前記バルブが、充満空間にインクを送るノズルおよび該ノズルを密封して充満空間へのインクの流れを停止させるバルブ・シートを含む、(6)に記載のインクジェット印刷システム。
(8)前記バルブ・シートが、旋回できるように取り付けられたてこに取り付けられる、(7)に記載のインクジェット印刷システム。
(9)流体蓄積部が、外側大気と接触する第1の表面および内部充満空間におけるインクと接触する第2の表面を持つ柔軟部材を含み、前記柔軟部材が、充満空間における負の内圧を維持するため気泡膨張に応じて収縮する、(6)に記載のインクジェット印刷システム。
(10)前記充満空間が、柔軟部材に対してバイアス力を与える負の内圧を持ち、該バイアス力が一定のしきい値を超える時バイアス力がバルブを開く、(9)に記載のインクジェット印刷システム。
【0082】
(11)取り替え可能プリントヘッド、流体導管および取り替え可能インク補給容器を備える印刷システムであって、
前記プリントヘッドが、取り替え可能プリントヘッドから空気をパージすることなく複数のインク・ボリュームを印刷する能力を持ち、制御信号に応答してインクの溶滴を放出する放出器部分と、放出器部分と接続する内部充満空間と、充満空間において累積される空気の膨張を補償する蓄積部と、充満空間にインクを供給するため充満空間に流体的に接続する流体入口と、を含み、
前記流体導管が、前記流体入口に流体的に接続するように構成される自己密封式導管出口を有し、該導管出口が流体入口から外される時空気が流体出口に入るのを防止するため該導管出口が自己密封し、前記流体導管が自己密封式導管入口 を含み、
前記取り替え可能インク補給容器が、導管入口に流体的に接続するように構成される流体出口を有し、導管入口が流体入口から外される時空気が流体入口に入るのを防止するため該導管入口が自己密封し、更に、前記取り替え可能インク補給容器が、流体出口に流体的に接続し、複数のインク・ボリュームのうちの1つを包含する流体貯蔵器を含む、印刷システム。
(12)前記流体導管が、温度23°Cおよび相対湿度0%において100cc・mil/ ( 100 in 2 ・ day ・ atm) という酸素透過性特性を持つ高空気障壁材料で形成される部分を含む、(11)に記載の印刷システム。
(13)前記高空気障壁材料が、ポリアクリル酸エステル塩化ビニリデン・コポリマ、エチレン・クロル・トリフルオロ・エチレンおよびポリクロロ・トリフルオロ・エチレンから構成されるグループから選択されるポリマである、(12)に記載の印刷システム。
(14)前記流体出口と前記充満空間の間に配置され、それらと流体的に接続し、充満空間における指定負圧を維持するため充満空間における圧力変化に応答して開閉するバルブを更に備える、(11)に記載の印刷システム。
【0083】
(15)制御信号に応答してインクを吐出する放出器部分を有し、複数のインク・ボリュームを印刷する能力を持ち、放出器部分と流体的に接続する充満空間を含む半永久的プリントヘッドを含む印刷システムにインクを供給する装置であって、前記内部充満空間が、プリントヘッド障害を防止するため負の内圧を持ち、負の内圧を維持する間該充満空間に貯蔵能力を最高限度とする空気を収納するように拡張および収縮を行うように構成される蓄積部を含み、更に、自己流体密封接続デバイスに流体的に接続し、
前記インク供給装置が、前記印刷システムに取り外し可能なように取り付けられ、複数のインク・ボリュームの1つを貯蔵する貯蔵器と、
前記貯蔵器に流体的に接続され、前記貯蔵器が前記印刷システムに接続される時前記流体接続デバイスに流体的に接続するように構成される流体出口と、
を備え、
前記貯蔵器が前記印刷システムに接続される時インクが前記貯蔵器から前記流体出口を通って前記充満空間へ流れ出て、この際該充満空間へ浮遊空気およびインク中の溶解空気が持ち込まれ、貯蔵器、流体出口およびインクが印刷システムから空気をパージすることなくプリントヘッドの寿命の間貯蔵量未満の空気を蓄積するように構成される、インク供給装置。
(16)前記蓄積部が、外側大気と接触する第1の表面および内部充満空間におけるインクと接触する第2の表面を持つ柔軟部材を含み、前記柔軟部材が、充満空間における負の内圧を維持するため気泡膨張に応じて収縮する、(15)に記載のインク供給装置。
(17)前記プリントヘッドが、前記充満空間および前記流体出口と流体的に接続し、前記放出部分の適切な動作を保証する充満空間における負圧範囲を維持するため充満空間における圧力変化に応答して開閉するバルブを含む、(15)に記載のインク供給装置。
(18)前記流体出口が、前記流体接続デバイスと接続および切り離しされる時0 . 02cc未満の空気を導入するように適応される、(15)に記載のインク供給装置。
【0084】
(19)前記流体接続デバイスが、出口孔を含み、滑動環によって取り囲まれた針を含み、前記流体出口が密封位置から滑動環を動かすため前記針および滑動環にかみ合うように構成され、前記滑動環が流体出口に流体的に接続する出口孔を未密封位置に密封する、(15)に記載のインク供給装置。
(20)前記針および滑動環が円筒状突起によって取り囲まれていて、前記流体出口が、前記針と前記流体出口の末端部の間の位置あわせおよび適切な流体接続を可能にしながら円筒状突起に収納されることができるサイズにされる、(19)に記載のインク供給装置。
(21)前記インクが、水の空気放出率より空気放出率を低くする添加物を含む、(15)に記載のインク供給装置。
(22)前記添加物が重量的にインクの少なくとも2パーセントという濃度である、(21)に記載のインク供給装置。
(23)前記添加物が重量的にインクの少なくとも10パーセントという濃度である、(22)に記載のインク供給装置。
(24)前記印刷システムが、前記充満空間に流体的に接続する第1の端部、前記自己密封式流体接続デバイスに流体的に接続する第2の端部、およびその間に配置され、前記第1の端部が前記プリントヘッドおよび該プリントヘッドに対して静止している前記自己密封型接続デバイスと共に走査することを可能にする柔軟部分を有する流体導管を含む、(15)に記載のインク供給装置。
(25)前記自己密封型接続デバイスがプリントヘッドと共に走査する、(15)に記載のインク供給装置。
【0085】
(26)制御信号に応答してインクを吐出する放出器部分および該放出器部分にインクを供給する内部充満空間を含み、複数のインク・ボリュームを印刷する能力を持つプリントヘッド、および、前記内部充満空間に流体的に接続し、前記プリントヘッドに関連する流体入力部を備える印刷システムにインクを供給するインク供給装置であって、
前記インク供給装置が、
前記流体入力部に流体的に接続する流体出口と、
前記流体出口に流体的に接続して複数のインク・ボリュームの1つを貯蔵することのできる流体貯蔵器と、
を備え、
前記流体貯蔵器および前記内部充満空間が、前記流体出口が前記流体入力部に流体的に接続する時前記放出器部分に対するインク供給システムを形成するため流体的に接続され、
前記インク供給システムが、インクジェット・プリントヘッドから空気をパージすることなく該プリントヘッドが複数のインク・ボリュームを印刷することを可能にするように該インク供給システムに導入される空気を収納するように適用される流体蓄積部を含む、インク供給装置。
(27)前記インク供給システムが前記流体貯蔵器を前記プリントヘッドに流体的に接続させる調節器バルブを更に含み、該調整器バルブが前記放出器の適切な 動作を可能にする圧力領域を維持するため前記内部充満空間における圧力変化に応答して開閉する、(26)に記載のインク供給装置。
(28)前記流体蓄積部が前記プリントヘッドに一体的に組み込まれている、(26)に記載のインク供給装置。
(29)前記流体蓄積部が前記流体貯蔵器に一体的に組み込まれている、(26)に記載のインク供給装置。
(30)前記流体蓄積部が、前記放出器部分の適切な動作を可能にする動作圧力範囲を持つ放出器部分へのインクの供給を保証する正確な圧力調整を行う、(29)に記載のインク供給装置。
(31)当該装置が10ccと100ccの間の供給可能なインクを含むインク補給容器である、(26)に記載のインク供給装置。
【0086】
(32)インクを受け取る流体入力部、媒体上にインク滴を放出する放出器部分、初期的空気蓄積量を持ち前記放出器部分にインクを送る充満空間および蓄積部を備える半永久的プリントヘッドを含む印刷システムのためのインク供給方法であって、
第1のボリュームのインクが前記放出器部分に供給されている間に前記充満空間に第1のボリュームの空気を追加しながら前記供給可能インクの前記第1のボリュームを前記流体入力部に流体的に接続するステップと、
動作圧力範囲内の負圧にプリントヘッドを維持するためプリントヘッドに蓄積された空気の前記初期および前記第1のボリュームの空気の膨張を補償するステップと、
第2のボリュームのインクが前記放出器部分に供給されている間に前記充満空間に第2のボリュームの空気を追加しながら前記供給可能インクの前記第2のボリュームを前記流体入力部に流体的に接続するステップと、
動作圧力範囲内の負圧にプリントヘッドを維持するためプリントヘッドに蓄積された空気の前記初期、前記第1および前記第2のボリュームの空気の膨張を補償するステップと、
を含むインク供給方法。
(33)プリントヘッドにおける負圧を維持するためプリントヘッドの圧力変化に応答して調整バルブを開閉するステップを更に含む、(32)に記載のインク供給方法。
(34)前記蓄積部が、外側大気と接触する第1の表面および前記充満空間と接触する第2の表面を持ち、前記充満空間が、前記第2の表面を前記充満空間に引き寄せる傾向がある充満空間内の負圧に比例して前記第2の表面に対して圧力を加える、(32)に記載のインク供給方法。
(35)前記プリントヘッドが、前記圧力に反するてこの力を前記第2の表面に加える蓄積部てこを更に備え、前記蓄積部が累積された空気の膨張に応じて膨張および収縮する際に該蓄積部てこが前記第2の表面の運動を追跡して旋回する、(34)に記載のインク供給方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の印刷システムを表し、該印刷システムに影響を及ぼす空気の発生源を併せて示すブロック図である。
【図2】本発明を利用するプリンタの1つの好ましい実施形態の透視図である。
【図3】本発明のプリントヘッドの1つの好ましい実施形態のブロック図である。
【図4】本発明のプリントヘッドの1つの好ましい実施形態の拡大図である。
【図5】図4のプリントヘッドの5A−5Aから見た拡大ブロック図である。
【図6】本発明の印刷システムのキャリッジ部分へ挿入する体勢にあるプリントヘッドを表すブロック図である。
【図7】(A)は本発明の導管出口へ接続される体勢にあるプリントヘッドを表すブロック図であり、(B)は導管出口の断面図であり、(C)はプリントヘッドと導管出口の間の流体的接続を表す断面図である。
【図8】インク補給容器収納ステーションへの挿入の位置にあるインク補給容器と共に、図2の印刷システムに使用されるタイプのインク補給容器収納ステーションを表すブロック図である。
【図9】(A)は流体出口と流体入口の間の流体的接続の前の流体出口および導管入口の断面図であり、(B)は流体的接続の後の流体出口および導管入口の断面図である。
【図10】1つの好ましい実施形態のインク補給容器の部品の組立前の拡大ブロック図である。
【図11】1つの好ましい実施形態のインク補給容器のブロック図である。
【図12】水における空気の対温度溶解度を表すグラフ図である。
【図13】本発明の代替実施形態におけるインク補給容器およびプリントヘッドを表すブロック図である。
【符号の説明】
10 インクジェット印刷システム
12 インクジェット・プリントヘッド
14 取り替え可能インク補給容器
16 流体導管
18 インク放出器
22 流体入口
28 流体出口
29 空気蓄積部
38 内部充満空間[0001]
Related patents
This application199U.S. Patent Application No. 08/706051 entitled "Printer Using Print Cartridge with Internal Pressure Regulator" filed August 30, 2006, "InkJet Printing System with Off-Axis Ink Supply and High Performance" filed August 19, 1997 U.S. Patent Application No. 08/914832 entitled "Tubing", U.S. Patent Application No. 08/566821 entitled "Self Sealing Fluid Interconnect with Double Sealing Septum" filed Dec. 4, 1995, and filed Feb. 29, 1996. Related to US patent application Ser. No. 08/1608922 entitled “Anti Outgassing Ink Composition and Method for Using the Same”, the entire contents of these patents being incorporated herein by reference. Yes.
[0002]
Background art
The present invention relates to inkjet printers and the like, and more particularly to inkjet printing systems that utilize semi-permanent printheads that do not require an air evacuation mechanism.
[0003]
Inkjet printing systems often utilize an inkjet printhead that is mounted on a carriage that reciprocates across a print medium (such as paper). As the printhead moves across the print media, the control electronics activate the firing portion of the printhead to eject or eject ink drops from the firing nozzles to form an image or character on the print media. An ink supply container supplies ink to the print head ejection portion.
[0004]
Some printing systems utilize ink supply containers that can be replaced separately from the printhead. When the ink supply container is used up, the ink supply container is removed and replaced with a new ink supply container. The printhead is replaced near the end of the useful life of the printhead, not when the ink supply is exhausted. If a replaceable printhead has the ability to utilize multiple ink supply containers, this printhead is called a “semi-permanent” printhead. This is in contrast to disposable print heads that are replaced with each ink container.
[0005]
A major problem with semi-permanent printheads is premature failure due to inadequate pressure regulation. To understand this obstacle, it is necessary to consider the operation of the printhead. In order to operate properly, many printheads have a certain operating pressure range. This is typically -1 and -6 water inches(Ie, -25.4 to -152.4 millimeters)A slightly negative gauge pressure in a narrow range of between must be maintained. Gauge pressure refers to pressure measured relative to atmospheric pressure, and all pressures quoted herein are gauge pressures. When the pressure is positive, printing operations and printing system storage operations are adversely affected. If the pressure becomes positive during the printing operation, ink droplets may drip or drop, causing ejection stop. If the pressure is positive during storage, ink drops will drip off the printhead. Ink that drops during storage accumulates and solidifies on the printhead and printer parts. This stiff ink permanently hinders the droplet ejection of the printhead, resulting in costly printer repairs. In order to avoid positive pressure, the print head utilizes an internal mechanism that maintains negative pressure.
[0006]
Air present in the printhead may prevent such maintenance. When the print head is initially filled with ink, air bubbles are often left there. In addition, air introduced from a number of sources, including diffusive material entering the printhead from outside air and dissolved air exiting the ink, called exhaust air, accumulates over the life of the printhead. During environmental changes such as temperature rise or pressure drop, the air inside the print head expands in proportion to the total amount of air contained. This expansion is against the internal mechanism that maintains the negative pressure. The internal mechanism of the printhead can compensate for these environmental changes for a limited range of environmental catastrophes. Beyond this range, the pressure at the print head becomes positive.
[0007]
One solution to the air accumulation problem has been the use of disposable printheads. The amount of ink on the disposable printhead can be adjusted to keep the air accumulation below a critical threshold. When such an amount of ink is small, printing costs increase due to frequent replacement of the print head. Instead, the ink supply container can be enlarged to reduce the frequency of printhead replacement. However, when the printing application is a compact desktop printer, a large ink supply container becomes a problem. An example of a system that utilizes a disposable printhead in which a large ink supply container is replaced each time the printhead is replaced is described in US Pat. No. 5,369,429 entitled “Continuous Ink Refill System for Disposable Ink Jet Cartridges Having a Predetermined Ink Capacity”. Has been.
[0008]
Another solution to the air accumulation problem has been the use of an air purge mechanism that allows the use of a semi-permanent printhead. An example of an air purge technique is described in US Pat. No. 4,558,326 entitled “Purging System for Ink Jet Recording Apparatus”. For air purge systems, (1) printer cost added for the purge mechanism, (2) reliability issues associated with dealing with ink that tends to drain out with air (this reduces printer maintenance requirements). And (3) (when air is purged via the ink ejection mechanism of the print head) there are problems such as air remaining in the ink ejection mechanism. In particular, the air purge mechanism increases the need for maintenance on the printer.
[0009]
Thus, there is a need for a semi-permanent printhead printing system that uses ink supply technology to enable a low cost, low maintenance, reliable, relatively compact size desktop printer. Yes.
[0010]
Disclosure of the invention
The present invention relates to an inkjet printing system that includes a semi-permanent printhead having a fluid input that receives ink and a discharge portion that ejects ink in response to a control signal. The printing system also includes a replaceable ink supply container configured to provide ink to a printhead that stores a volume of ink. This print head has the ability to operate continuously over the life of multiple volumes of ink. The printing system includes a fluid reservoir that fluidly connects with the print head and the replaceable ink supply container. The fluid reservoir is adapted to contain air introduced into the print head without purging air from the print head during use of the multi-ink refill container.
[0011]
One preferred embodiment of the present invention relates to an ink supply device that fluidly connects to a fluid input and supplies ink to a printhead. The ink supply is adapted to control the air inflow to the print head so that the accumulator can contain all the air introduced during the life of the print head.
[0012]
Embodiment of the Invention
FIG. 1 shows an
[0013]
The
[0014]
During the printing operation, ink flows from the
[0015]
One aspect of the present invention relates to techniques used to limit air accumulation in a printing system and to store accumulated air. As shown in FIG. 1 and below, the
(l) Initial air—This refers to air bubbles that exist before the
(2) Printhead connection—This refers to the air introduced when the
(3) Conduit start--This means the air that is initially present in the
(4) Diffusion—This refers to air that diffuses into the
(5) Ink supply container connection—This means the air introduced when each
(6) Ink supply container floating air—This means air bubbles present in the
(7) Air release—This refers to the air generated by the decomposition of the ink as it passes through the
[0016]
Another aspect of the present invention is an accumulator that allows the
[0017]
The storage capacity of the storage unit 29 is determined by the design of the storage unit and the environmental operating range. This environmental range is defined by an upper limit temperature and a lower limit pressure at which the storage unit 29 can cope with the maximum bubble expansion. In an exemplary embodiment, this upper limit is a temperature of 140 ° F. at constant pressure.(60 ° C)It is. Therefore, the accumulator is 140 ° F.(60 ° C)Must accommodate an amount of air expansion equal to the storage capacity up to a temperature of In an exemplary embodiment, the storage capacity is 4.5 cc. In other words, this typical accumulator has an outside temperature (about 70 ° F.(21 ° C)) To 140 ° F(60 ° C)Up to 4.5 cc of bubble expansion must be compensated while maintaining the negative pressure in the full space.
[0018]
Another aspect of the invention relates to an “air budget” that is selected to ensure that the source of air does not exceed the storage capacity. Within the air budget, the amount of air allocated to each air source is selected. The following table 1 shows the air budgetOne caseIs shown.
[0019]
[Table 1]
Air budget by source Air budget value
Initial 0.3cc
Print head connection 0.1cc
Pipe start 1.3cc
Diffusion (conduit, printhead) 1.0cc
Ink container connection 0.1cc
Ink container floating air 0.1cc
Air release 1.6cc
Budget item total = 4.5cc
[0020]
The sum of all budget items is equal to a storage capacity of 4.5 cc. Either budget item can be increased, provided that the other items are reduced accordingly to ensure that the total air budget does not exceed the storage capacity.
[0021]
Another aspect of the present invention relates to techniques used to ensure that each air source is maintained at a low level that can keep the total amount of air stored below the storage capacity level. . A technique for containing air and limiting the introduced air is described below with reference to FIGS.
[0022]
FIG. 2 represents one preferred embodiment of the
[0023]
The storage capacity of the
[0024]
The negative pressure in the
[0025]
FIG. 4 is an enlarged view of one preferred embodiment of the
[0026]
5A, 5B, and 5C are cross-sectional views of the
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
An
[0031]
FIG. 5A shows an initial state of the
[0032]
When the pressure in the
[0033]
When the
[0034]
As mentioned above, it is important that a negative pressure be maintained in the
[0035]
Thus, the
[0036]
In a typical system, the range of motion of the
[0037]
There is another form having a pressure regulator and an accumulator. Referring again to FIG. 3, the
[0038]
The air sources and the techniques used to keep them within their respective budget ranges are described below with reference to FIGS. It is an important aspect of the present invention to allocate and control the budget to each source to achieve the overall budget goal.
[0039]
The first source of air is the air that is initially present in the
[0040]
When the
[0041]
The
[0042]
As shown in FIGS. 6 and 7, a second air source is introduced when a “printhead connection” is established between the
[0043]
The
[0044]
The
[0045]
When the
[0046]
In order to remain within the air budget, it is important that the fluid disconnect and reconnection between the
[0047]
A third source of air is air called “conduit start” that is present in the
[0048]
A fourth source of air is air diffusion that enters the
[0049]
As shown in FIGS. 8 and 9, the fifth air generation source is an ink supply container connection between the
[0050]
Further details of the ink supply container connection are shown in FIG. 9, which is an enlarged view of the ink supply container of FIG. 8 taken from 9A-9A, showing only the fluid connection. FIG. 9A shows the
[0051]
The
[0052]
The
[0053]
The
[0054]
FIG. 9B shows the fluid connection between the
[0055]
Upon removal of the
[0056]
The
[0057]
Since a plurality of ink supply containers are connected and disconnected from the
[0058]
The sixth air generation source is “ink supply container floating air” or air bubbles in the
[0059]
However, if there is sufficient floating air in the
[0060]
Ink supply container floating air is affected primarily by the ink supply container material and the manufacturing process. FIGS. 10 and 11 are an exploded view and a fully assembled view of one preferred embodiment of the
[0061]
1. Prepare a
[0062]
2. Adhere and seal the
[0063]
3. The
[0064]
4. Fill the ink supply container with CO2 by jetting CO2 into the fill port 110 and venting air from the fill port 110. This CO2 injection and venting process is repeated until substantially no air remains in the reservoir.
[0065]
5. After removing air from the filling port 110, the ink supply container is filled with the ink deaerated through the filling port 110.
[0066]
7. Place the ink supply container into the
[0067]
The process described above minimizes the airborne air that initially exists and accumulates from two main perspectives. First, as described above with respect to the
[0068]
The seventh source of air accumulation in the
[0069]
FIG. 12 is a solubility curve for water and plots the solubility of air in water with respect to the water temperature. As can be seen from the curve, the solubility of water decreases with increasing temperature. The thermal ink-jet ink associated with the present invention is based at least in part on water. Thus, in many cases, such inks tend to have an air solubility curve having a shape similar to that illustrated in FIG.
[0070]
When the
[0071]
One means of reducing the amount of released air is to include an anti-air releasing additive that has the effect of reducing the slope of the solubility curve and thus reducing the air release rate. A preferred additive having such an effect is ethoxylated glycerin. However, there are various other anti-air releasing additives suitable for the present invention, including 2-pyrrolidone, N-methyl pyrrolidone, ethylene glycol, 2-propanol, 1-propanol, cyclohexanol, EHPD. .
The following list shows further additives.
(a) Ketones or keto alcohols such as acetone, methyl ethyl ketone and diacetone ether.
(b) An ether such as dioxane.
(c) Esters such as ethyl acetate, ethyl lactate, ethylene carbonate and propylene carbonate.
(d) Diols such as 1,4 butanediol, 1,2 pentanediol, 1,5 pentanediol and 1,2 hexanediol.
(e) Polyhydric alcohols such as ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, neopentyl glycol, polyethylene glycol, tetraethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol / glycerin and thiodiglycol.
(f) Relatively low alkyl monoethers or diethers derived from alkylene glycols such as diethylene glycol monomethyl (or ethyl) ether and tetraethylene glycol monomethyl (or ethyl) ether.
[0072]
Desirably, the anti-air release additive, one of the above elements or mixtures thereof, is present in a weight range of at least 2%, preferably 12% or more. The following are examples of inks with controlled air release characteristics.
[0073]
component weight%
(Ethoxylated glycerin, etc.)
Colorant 6
(C.I Direct Black 52)
(Water plus additional solvent)
Additional combination component 2
(E.g. killing agents, surfactants, bleed control agents, buffering agents, etc.)
[0074]
The above exemplified black ink has an average gradient of tangent to a solubility curve that decreases between about 25 ° C. and 60 ° C. to about 1/2 or less than water. In other words, the change in air solubility in the ink between 25 ° C. and 60 ° C. is reduced to about half of the change expected for water with the addition of additive. As a result, typical black inks containing such additives have an air release rate that is reduced to less than half of the air release rate of water. This produces results that contribute to an air budget of 1.6 cc.
[0075]
One side of the
[0076]
The high pressure sealing method increases the solubility of gas in the ink contained in the
[0077]
Thus, various air accumulation sources and various techniques for maintaining air accumulation within budget are described. These are summarized in Table 1 for a typical printing system. The sum of these sources for a typical system is about 4.5 cc. If the sum of these sources exceeds 4.5 cc, a pressure adjustment failure may occur and ink in the
[0078]
A printing system in which the
[0079]
Another alternative is to provide the ink supply container 14 'with a pressure adjustment function and storage function instead of the print head 12'. This will tend to simplify the overall fluid delivery system, at the expense of precise pressure control at the printhead 12 '.
[0080]
The present invention includes the following embodiments as examples.
(1) An ink jet printing system of a type having a replaceable ink supply container for supplying ink to a print head,
A semi-permanent inkjet printhead having a fluid input for receiving ink and a discharge portion for selectively ejecting ink in response to control signals and capable of printing a plurality of ink volumes;
A replaceable ink supply container configured to store one of a plurality of ink volumes and supply ink to the inkjet printhead;
Fluid to inkjet printhead and replaceable ink supply container To the inkjet printhead to maintain a printhead pressure range within an operating range that allows the printhead to print multiple ink volumes without purging air from the inkjet printhead. An accumulator for compensating the introduced air;
An inkjet printing system comprising:
(2) The print head is
An internal filling space fluidly connected to the discharge part;
A regulator valve having a function of receiving ink from a fluid input and supplying ink to the full space, and opening and closing in response to a pressure change in the full space in order to maintain a specified negative pressure in the full space;
The inkjet printing system according to (1), further comprising:
(3) The print head includes an internal filling space fluidly connected to the discharge portion, and the fluid storage portion has a first surface that contacts the outer atmosphere and a second surface that contacts the ink in the internal filling space. The inkjet printing system according to (1), including a flexible member, wherein the flexible member contracts in response to bubble expansion in order to maintain a negative internal pressure in the full space.
(4) The inkjet printing system according to (1), further including a fluid conduit fluidly connected to the print head at one end and the fluid input portion at the other end.
(5) The inkjet printing system according to (1), wherein the semi-permanent print head is capable of printing over the life of at least five ink supply containers.
[0081]
(6) An inkjet printing system comprising: a replaceable ink supply container that supplies a supply volume of ink to the printhead; and a printhead having an emitter portion that emits droplets of ink in response to a control signal. And
The printhead includes a fill space for supplying ink to the emitter portion and a valve for providing a one-way ink flow from the replaceable ink supply container to the printhead;
The valve opens and closes in response to a pressure change in the full space to maintain a specified negative pressure in the full space;
The filled space contains accumulated air that increases with the use of each replaceable ink supply;
An ink jet printing system, wherein the print head includes an accumulator that compensates for the expansion of accumulated air to maintain a negative pressure range of the full space.
(7) The inkjet printing system according to (6), wherein the valve includes a nozzle that sends ink to a full space and a valve sheet that seals the nozzle to stop the flow of ink to the full space.
(8) The inkjet printing system according to (7), wherein the valve seat is attached to a lever that is attached so as to be able to turn.
(9) The fluid accumulation unit includes a flexible member having a first surface that comes into contact with the outside atmosphere and a second surface that comes into contact with ink in the internal filling space, and the flexible member maintains a negative internal pressure in the filling space. Therefore, the inkjet printing system according to (6), which contracts in response to bubble expansion.
(10) The inkjet printing according to (9), wherein the full space has a negative internal pressure that gives a bias force to the flexible member, and the bias force opens the valve when the bias force exceeds a certain threshold value. system.
[0082]
(11) A printing system comprising a replaceable printhead, a fluid conduit and a replaceable ink supply container,
An emitter portion having the ability to print a plurality of ink volumes without purging air from the replaceable print head, and ejecting droplets of ink in response to a control signal; and An internal filling space to be connected; an accumulator that compensates for the expansion of air accumulated in the filling space; and a fluid inlet that is fluidly connected to the filling space to supply ink to the filling space;
The fluid conduit has a self-sealing conduit outlet configured to fluidly connect to the fluid inlet to prevent air from entering the fluid outlet when the conduit outlet is removed from the fluid inlet. The conduit outlet is self-sealing and the fluid conduit is self-sealing conduit inlet Including
The replaceable ink refill container has a fluid outlet configured to fluidly connect to the conduit inlet, the conduit to prevent air from entering the fluid inlet when the conduit inlet is removed from the fluid inlet. A printing system, wherein the inlet is self-sealing, and wherein the replaceable ink supply container includes a fluid reservoir fluidly connected to the fluid outlet and including one of a plurality of ink volumes.
(12) The fluid conduit is 100 cc · mil / at a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 0%. ( 100 in 2 ・ day ・ atm) The printing system according to (11), including a portion formed of a high air barrier material having oxygen permeable characteristics.
(13) The high air barrier material is a polymer selected from the group consisting of polyacrylate vinylidene chloride copolymer, ethylene, chloro, trifluoro, ethylene, and polychloro, trifluoro, ethylene, (12) The printing system described in.
(14) further comprising a valve disposed between the fluid outlet and the full space, fluidly connected therewith, and opened and closed in response to a pressure change in the full space to maintain a specified negative pressure in the full space; The printing system according to (11).
[0083]
(15) A semi-permanent printhead having an ejector portion that ejects ink in response to a control signal, having a capability of printing a plurality of ink volumes, and including a fill space fluidly connected to the emitter portion. A device for supplying ink to a printing system comprising: the internal filling space has a negative internal pressure to prevent printhead failure and has a maximum storage capacity in the full space while maintaining the negative internal pressure A reservoir configured to expand and contract to contain air, and further fluidly connect to a self-fluidic sealing connection device;
A reservoir that is removably attached to the printing system and stores one of a plurality of ink volumes;
A fluid outlet fluidly connected to the reservoir and configured to fluidly connect to the fluid connection device when the reservoir is connected to the printing system;
With
When the reservoir is connected to the printing system, ink flows from the reservoir through the fluid outlet to the filled space, where floating air and dissolved air in the ink are brought into the filled space for storage. The ink supply device is configured to accumulate less than stored air during the life of the printhead without the reservoir, fluid outlet and ink purging air from the printing system.
(16) The accumulation unit includes a flexible member having a first surface in contact with the outside atmosphere and a second surface in contact with the ink in the internal filling space, and the flexible member maintains a negative internal pressure in the filling space. The ink supply device according to (15), wherein the ink supply device contracts according to bubble expansion.
(17) The printhead is fluidly connected to the filled space and the fluid outlet and is responsive to pressure changes in the filled space to maintain a negative pressure range in the filled space that ensures proper operation of the discharge portion. The ink supply device according to (15), including a valve that opens and closes.
(18) When the fluid outlet is connected to and disconnected from the fluid connection device . The ink supply device according to (15), which is adapted to introduce less than 02 cc of air.
[0084]
(19) wherein the fluid connection device includes an outlet hole and includes a needle surrounded by a sliding ring, the fluid outlet being configured to engage the needle and the sliding ring to move the sliding ring from a sealed position; The ink supply device according to (15), wherein the ring seals the outlet hole fluidly connected to the fluid outlet at an unsealed position.
(20) The needle and sliding ring are surrounded by a cylindrical protrusion, and the fluid outlet is formed into a cylindrical protrusion while allowing alignment and proper fluid connection between the needle and the distal end of the fluid outlet. The ink supply device according to (19), which is sized to be stored.
(21) The ink supply device according to (15), wherein the ink includes an additive that makes the air release rate lower than the air release rate of water.
(22) The ink supply apparatus according to (21), wherein the additive has a concentration of at least 2 percent by weight of the ink.
(23) The ink supply device according to (22), wherein the additive has a concentration of at least 10 percent by weight of the ink.
(24) The printing system is disposed between a first end fluidly connected to the full space, a second end fluidly connected to the self-sealing fluid connection device, and the first Ink supply according to claim 15, comprising a fluid conduit having a flexible portion allowing one end to scan with the print head and the self-sealing connection device stationary with respect to the print head apparatus.
(25) The ink supply device according to (15), wherein the self-sealing connection device scans together with a print head.
[0085]
(26) A print head including an ejector portion that ejects ink in response to a control signal, an internal filling space that supplies ink to the ejector portion, and an ability to print a plurality of ink volumes; and An ink supply apparatus that fluidly connects to a full space and supplies ink to a printing system comprising a fluid input associated with the printhead,
The ink supply device comprises:
A fluid outlet fluidly connected to the fluid input;
A fluid reservoir that is fluidly connected to the fluid outlet and capable of storing one of a plurality of ink volumes;
With
The fluid reservoir and the interior filled space are fluidly connected to form an ink supply system for the emitter portion when the fluid outlet fluidly connects to the fluid input;
The ink supply system contains air introduced into the ink supply system to allow the print head to print multiple ink volumes without purging air from the inkjet print head. An ink supply device including a fluid storage unit to be applied.
(27) The ink supply system further includes a regulator valve that fluidly connects the fluid reservoir to the printhead, the regulator valve being adapted to the emitter The ink supply device according to (26), wherein the ink supply device opens and closes in response to a pressure change in the internal filling space in order to maintain a pressure region enabling operation.
(28) The ink supply device according to (26), wherein the fluid accumulation unit is integrally incorporated in the print head.
(29) The ink supply device according to (26), wherein the fluid accumulation unit is integrally incorporated in the fluid reservoir.
(30) The fluid reservoir as described in (29), wherein the fluid accumulator performs an accurate pressure adjustment that ensures supply of ink to the emitter portion having an operating pressure range that allows proper operation of the emitter portion. Ink supply device.
(31) The ink supply device according to (26), wherein the device is an ink supply container containing ink that can be supplied between 10 cc and 100 cc.
[0086]
(32) a semi-permanent printhead comprising a fluid input for receiving ink, an emitter portion for ejecting ink drops onto the medium, a fill space having an initial air accumulation and delivering ink to the emitter portion, and an accumulation portion An ink supply method for a printing system, comprising:
While the first volume of ink is being supplied to the ejector portion, the first volume of the supplyable ink is fluidized to the fluid input while adding a first volume of air to the full space. Connecting to
Compensating for the initial and first volume of air accumulated in the print head to maintain the print head at a negative pressure within an operating pressure range;
While the second volume of ink is being supplied to the emitter portion, the second volume of the supplyable ink is fluidized to the fluid input while adding a second volume of air to the full space. Connecting to
Compensating for the initial, air expansion of the first and second volumes of air accumulated in the printhead to maintain the printhead at a negative pressure within an operating pressure range;
An ink supply method comprising:
(33) The ink supply method according to (32), further including a step of opening / closing an adjustment valve in response to a pressure change of the print head in order to maintain a negative pressure in the print head.
(34) The accumulating portion has a first surface in contact with the outside atmosphere and a second surface in contact with the full space, and the full space tends to attract the second surface to the full space. The ink supply method according to (32), wherein pressure is applied to the second surface in proportion to the negative pressure in the full space.
(35) The print head further includes an accumulator lever that applies a lever force against the pressure to the second surface, and the accumulator expands and contracts according to the accumulated air expansion. The ink supply method according to (34), wherein the accumulation lever is swiveled following the movement of the second surface.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a printing system of the present invention and also showing sources of air that affect the printing system.
FIG. 2 is a perspective view of one preferred embodiment of a printer utilizing the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of one preferred embodiment of the printhead of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged view of one preferred embodiment of the printhead of the present invention.
5 is an enlarged block diagram of the print head of FIG. 4 as viewed from 5A-5A.
FIG. 6 is a block diagram illustrating the print head in a position to be inserted into the carriage portion of the printing system of the present invention.
7A is a block diagram illustrating a printhead in a posture connected to a conduit outlet of the present invention, FIG. 7B is a cross-sectional view of the conduit outlet, and FIG. 7C is a printhead and conduit outlet. FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a fluid connection between the two.
8 is a block diagram illustrating an ink supply container storage station of the type used in the printing system of FIG. 2 with an ink supply container in a position for insertion into the ink supply container storage station.
9A is a cross-sectional view of the fluid outlet and conduit inlet prior to the fluid connection between the fluid outlet and the fluid inlet, and FIG. 9B is a cross-sectional view of the fluid outlet and conduit inlet after the fluid connection. FIG.
FIG. 10 is an enlarged block diagram prior to assembly of parts of the ink supply container of one preferred embodiment.
FIG. 11 is a block diagram of one preferred embodiment ink supply container.
FIG. 12 is a graph showing the solubility of air in water with respect to temperature.
FIG. 13 is a block diagram illustrating an ink supply container and a print head in an alternative embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Inkjet printing system
12 Inkjet print head
14 Replaceable ink supply container
16 Fluid conduit
18 Ink ejector
22 Fluid inlet
28 Fluid outlet
29 Air accumulation part
38 interior filling space
Claims (6)
インクを受け取る流体入力部と制御信号に応答してインクを選択的に吐出する放出部分とを有し、複数のインク補給容器に貯蔵されたインクを印刷する能力を持つ半永久的インクジェット・プリントヘッドと、
前記インクを貯蔵し、該インクをインクジェット・プリントヘッドに供給するように構成される取り替え可能インク補給容器とを備え、
前記半永久的インクジェット・プリントヘッドは複数のインク補給容器の耐用期間にわたって印刷をする間に空気発生源から発生される可能性のある空気の総量に相当する貯蔵容量の空気蓄積部29を備え、前記インクジェット・プリントヘッドに導入されて蓄積する空気を該空気蓄積部に受け入れることで、該インクジェット・プリントヘッドから空気をパージすることなく該プリントヘッドが複数のインク補給容器に貯蔵されたインクを印刷することを可能にする動作範囲内にプリントヘッド圧力範囲を維持するインクジェット印刷システム。An ink jet printing system of the type having a replaceable ink supply container for supplying ink to a printhead,
A semi-permanent inkjet printhead having a fluid input for receiving ink and a discharge portion for selectively ejecting ink in response to a control signal and capable of printing ink stored in a plurality of ink supply containers ; ,
The ink storage, and a possible ink supply container replacement configured to supply the ink to the inkjet printhead,
The semi-permanent inkjet printhead includes an air accumulator 29 having a storage capacity corresponding to the total amount of air that may be generated from an air source during printing over the life of a plurality of ink supply containers, The air accumulated in the ink jet print head is received by the air accumulating unit, so that the print head prints ink stored in a plurality of ink supply containers without purging air from the ink jet print head. Louis inkjet printing system to maintain the printhead pressure range within an operating range which allows.
前記放出部分で吐出するインクを貯蔵する内部充満空間と、
前記流体入力部からインクを受け取って前記充満空間にインクを供給し、該充満空間における圧力変化に応答して開閉し該充満空間内の指定された負圧を維持する調整バルブと、
をさらに含む、請求項1に記載のインクジェット印刷システム。The print head is
An internal filling space for storing ink ejected at the discharge portion;
An adjustment valve that receives ink from the fluid input section and supplies ink to the full space, and opens and closes in response to a pressure change in the full space to maintain a specified negative pressure in the full space;
The inkjet printing system of claim 1, further comprising:
前記空気蓄積部は外側大気と接触する第1の表面と前記内部充満空間内のインクと接触する第2の表面とを有する柔軟部材を含み、該柔軟部材は気泡の膨張に応じて収縮して前記充満空間内の負の内圧を維持する、請求項1に記載のインクジェット印刷システム。The print head includes an internal filling space for storing ink ejected at the discharge portion;
The air accumulating unit includes a flexible member having a first surface in contact with the outside atmosphere and a second surface in contact with the ink in the internal filling space, and the flexible member contracts in response to expansion of bubbles. The inkjet printing system of claim 1, wherein a negative internal pressure in the filled space is maintained.
前記流体導管は、前記プリントヘッドに接続するように構成される自己密封式導管出口と、自己密封式導管入口とを有し、前記導管出口は前記プリントヘッドから該導管出口が外されるとき自己密封して該導管出口に空気が入るのを防止し、前記流体導管は温度23°Cおよび相対湿度0%において100cc・mil/ ( 100 in 2 ・ day ・ atm)より小さい酸素透過特性を持つ高空気障壁材料で形成される部分を含む、請求項1に記載のインクジェット印刷システム。A fluid conduit connecting the print head and the ink supply container;
The fluid conduit has a self-sealing conduit outlet configured to connect to the print head, and a self-sealing conduit inlet, the conduit outlet being self when the conduit outlet is removed from the print head. Sealed to prevent air from entering the outlet of the conduit, the fluid conduit having an oxygen permeation characteristic of less than 100 cc · mil / ( 100 in 2 · day · atm) at a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 0%. The inkjet printing system of claim 1, comprising a portion formed of a high air barrier material.
前記インク補給容器は、前記針および前記滑動環にかみ合って密封位置から該滑動環を動かすように構成された前記流体出口をさらに備え、
該滑動環は前記流体出口に流体的に接続される前記出口孔を未密封位置に密封する、請求項4に記載のインクジェット印刷システム。 The fluid conduit further comprises a needle having an outlet hole and surrounded by a sliding ring ;
The ink supply container further comprises the fluid outlet configured to engage the needle and the sliding ring to move the sliding ring from a sealed position ;
The inkjet printing system of claim 4, wherein the sliding ring seals the outlet hole fluidly connected to the fluid outlet in an unsealed position.
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