JP4132230B2 - インクジェットプリンタ用空気除去方法およびインクジェットプリンタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタ、特にインクジェットプリンタのインクに溶解した空気を除去し、印刷品位の低下を押さえるためのものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＯＤ（ドロップレット−オン−デマンド：droplet-on-demand）型のインクジェットプリンタ用プリンタヘッドにおいて、一定の印刷品位を得るためには、エアーポケットや気泡を含んではならないことが良く知られている。泡が増大しある程度の大きさになると、ノズルに流れるインクを制限してしまうためである。このような制限を受けることにより、ノズルにつながるチャネルや通路に、インクを充填するのが遅くなるだけでなく、充填が止まってしまい、ドロップレットの射出が遮断されてしまう。わずかな気泡や溶解した空気は印刷品位を損ねることがなければ無視できるのだが、一度混入すると印刷している間に大きくなってしまう傾向がある。そのため、空気が問題を引き起こす前に、インクから空気を取り除き、インク供給路から気泡を取り除く手段がたいへん必要とされている。
【０００３】
一般的に空気は、例えば米国特許第５，４０４，１５８等に開示されているプリントヘッドのプライミングをメンテナンス位置（メンテナンスステーション：maintenance station）で行うと取り除ける。プライミング操作は、基本的にノズルからインクを吸い出し、それと同時に気泡も取り出す。この脱気操作が成功しても、この方法ではエンドユーザが購入した高価なインクを無駄にしてしまう。米国特許第５，３３９，１０２にも、プリントヘッドがメンテナンス位置でふたをされている時にプライミング操作をすることによって、プリントヘッドから気泡を取り除く試みが開示されている。残念ながら、プライミングしてインクを取り出すことによって、インクの流れを悪くしている気泡をプリンタヘッドリザーバあるいは隣接したインク供給路から、常に取り除けるわけではない。いくつかのノズルはインクが途絶えドロップレットの射出ができなくなってしまう。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つとしては、インクジェットプリンタにおいて、溶解した空気を取り除く方法を提供する。この方法は三つのステップで構成されている。第一に、気体が浸透する膜でできた管を少なくとも一つ、インクジェットプリンタのインク供給部のインクで満たされている通路に置く。この管は一方の端が閉じていて、もう一方は開いている。第二に、この管の開いている端を減圧源（ヴァキュムソース：vacuum source）に接続する。最後に、減圧源によって管を減圧して、管を通して空気を減圧した中に拡散させる。
【０００５】
本発明に含まれるもう一つは、インクに溶解した空気を取り除く手段を持つ、インクジェットプリンタである。これは三つのステップで構成されている。気体が浸透する膜でできた管を少なくとも一つ、インクジェットプリンタのインク供給部のインクで満たされている少なくとも一つの通路におく。この管は、一方の端が閉じていて、もう一方の端が開いている。第二に、管の開いている端に接続された減圧源を用意する。最後に、前記減圧源によって管の中を減圧する手段を用意し、管を通して空気を減圧した中に拡散させる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明を添付された図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。本発明は、全幅アレイプリンタヘッド（フルウィドゥスアレイプリンタヘッド：full width array printheads）あるいは一部幅プリンタヘッド（パーシャルウィドゥスプリントヘッド：partial width printheads）がトランスレイタブルキャリッジ（トランスレイタブルキャリッジ：translatable carriages）に取り付けられたインクジェットプリンタに利用できるのだが、本発明を説明するために、一部幅プリンタヘッド（パーシャルウィドゥスプリントヘッド：partial width printheads）構成を任意的に使用する。図１は、一体成形のプリンタヘッド１２のついた使い捨てインクカートリッジ１０を示す図である。このカートリッジは米国特許第５，５１９，４２５に開示された物に似ている。その特許は本発明の参照として示されている。カートリッジはハウジング１４で構成されいてる。このハウジング１４は通常軽量で耐久性のあるプラスティックでできていて、チェンバー１６を持ち、第一の吸収材料（ここには示されていない）、例えば針を通した（ニードルド：needled）ポリエステルフェルトのような物にインクを貯える。このチェンバーは、後述する密閉されているプリンタヘッドノズルへのインクの通路、そして排気口１８がある以外は完全に密閉されている。排気口１８はチェンバーの床２０を貫通していて、終端１９を通して外部に開口している。へこみあるいはくぼみ２８がチェンバーの床に一体成形で設けられていて、接続用通路（トランジッショニングパサジュウェイ：transitioning passageway）３６につながる開口部あるいは出力ポート３０を持っている。接続用通路３６はこの通路に垂直につながっている細長い出口３８に続いている。出口３８はプリンタヘッドリザーバ３４のインク注入口３２（図２）と重なり合い密着している。後述されているが、気泡はインクの通路の中で形成される。本発明によってインク内に溶解した空気と蓄積した気泡を取り除くために、浸透性の（気体を透過させる）膜でできた管２２をプリンタヘッドリザーバ３４へのインク注入口３２と、細長い出口３８の間に設置する。そしてこの管を減圧し、この管を通して空気を減圧した中に拡散させる。後述する図３に、より詳しく示されている。第二の吸収材３１は、第一の吸収材より強い毛細管引力を持ち、くぼみ２８の開口部をふさいでいる。フィルタ３３を第二の吸収材とくぼみ２８の開口部の間に随意的に挟むことができる。接続用通路3６は幾何学的な形状になっていて、インクの流れに対する抵抗を最小にしている。この形状によって、カートリッジのくぼみ２８へ気泡が移動するのを促している。接続用通路と細長い出口３８は図２により詳しく示されている。これらは擬似的に等大で示され、見やすくするために一部のハウジングが省略されている。
【０００７】
プリントヘッド１２と回路基板４２はヒートシンク４０に接着されていて、ワイヤー結線（ワイヤーボンド：wire bonds）４１によって電気的に接続され、プリントヘッドアセンブリ４６を形成している。このプリントヘッドアセンブリは、支柱ピン（ステークピン：stake pins）４４によってカートリッジハウジング１４に固定されている。支柱ピン４４は、カートリッジハウシングと一体成形されていて、整合穴（アライメントホール：alignment holes）４３を通ってヒートシンクに挿入されている。支柱ピンは超音波を使って打ち込まれ、留め末端（ファストニングヘッド：fastening heads）４５が形成されている。これによりプリンタヘッドアセンブリをカートリッジに固定し、プリンタヘッドリザーバ注入口が、細長い出口３８に重なって接着されるようになっている。
【０００８】
図２は、プリントヘッド１２とヒートシンク４０の等大の図を拡大した図である。プリントヘッドは三つの部位で構成される。一つ目は、加熱器とアドレス電極（示されていない）を持つヒータープレート４８である。二つ目は、チャネル平行アレイ５１（破線で示されている）を持つチャネルプレート５０である。チャネル平行アレイは一端がプリントヘッド正面２９を通って開いていて、ノズル２７となっている。そして、三つ目は注入口３２のあるリザーバ３４（破線で示されている）である。リザーバは、チャネルのノズルとして働く終端と反対側の端と液体のやり取りをする。ポリイミドのようなものでできた厚いフィルム層５２で加熱器と電極を持つヒータープレートの表面全体を被膜し、加熱器と電極の端点（示されていない）の部分の被膜を取り除く。これによって、加熱器用に穴ができ（示されていない）、電極の終端部と印刷回路基板４２（図１参照）とをワイヤー結線できるようになっている。チャネルプレートは、米国特許第４，７７４，５３０に開示されているように、各チャネル用の加熱器を持つヒータープレート４８の上の厚いフィルム層に接着されている。この特許は本発明の参照として示されている。プリントヘッド１２はヒートシンク４０に接着され、前述したようにカートリッジハウジング１４に固定されている。図解するために、ノズルから射出された小滴１３とその軌道１５を示す。
【０００９】
好ましい実施の形態では、接続用通路３６と細長い出口３８はカートリッジのチャンバーフロアー２０に一体成形されている。図２は、接続用通路と細長い出口を二点鎖線（想像線）で示した図であり、これらを取り囲むハウジング１４の一部は省略されている。この図によって、本発明と、空気ポケットあるいは気泡５５、５６が発生または蓄積し成長しやすい一般的な場所を、簡単に理解できる。空気ポケット５４は、プリンタヘッドリザーバ３４の中に破線で示されている。この場所は気泡がインクの流れを押え、印刷品位に影響を与える可能性が最も高い場所である。空気ポケット５７は、カートリッジくぼみ２８（図１参照）の中の破線で示されている。これらの気泡あるいは空気ポケットは、しばしばカートリッジチェンバー１６にインクを最初に注入する時に形成されることもある。あるいはまた、プリントヘッドのプライミングの間に形成されることさえある。時々これらの気泡は、しばらく時間が経過した後に、インクに溶解した空気から形成されることがある。高い温度下で印刷を行うと、溶解していた空気がインクを取り除き、蓄積して泡となるのである。このような空気ポケットはたいてい印刷に問題をきたさないが、リザーバの中の空気ポケット５４がある十分な大きさに達すると、隣接するチャネルへ流れ込むインクを局所的に制限してしまう。流れが制限されてしまうことによりチャネルの充填プロセスが遅くなり、影響を受けたチャネルのノズルから小滴が射出できなくなるようになってしまう。空気ポケットあるいは気泡をプリンタヘッドリザーバで取り除くと、接続用通路３６とカートリッジくぼみ２８の中の空気ポケットは基本的に印刷品位に影響しないことになる。チャネルやチャネルノズルへの流れを制限しなくなるからである。
【００１０】
米国特許第５，３３９，１０２に開示されているように、メンテナンス位置を設けて、プリンタが印刷していない時に、プリンタヘッドのノズルを選んでふたをする手法は良く知られている。ふたをしている間は、プリンタヘッドのノズルは湿った環境に保たれ、ノズルの表面のインクが乾いたりせず、またインクの小滴がふたに射出されるこのとにより、粘度が高いインクがノズルに詰まるのを避けられる。更に、ノズルに吸引力をかけインクを引き出しインク中にある気泡を吸い出して、プリントヘッドのプライミングを可能にできる。’１０２特許では、ふたを選択して約３ｍ（１２０ｉｎｃｈ）の水圧の低い減圧源に少しの間接続する。この方法では、プリンタヘッドリザーバの中の大きな空気ポケットの、少なくとも一部は取り除かれるが、カートリッジの中のインクを失ってしまいその分コストがかかる。このプライミング操作で一般的に印刷品位を維持できるのだが、この方法では、プリンタヘッドリザーバに大抵の場合存在するより小さな空気ポケットを完全に取り除くことはできない。プリンタヘッドリザーバ３４の中の空気ポケットは、時間が経ち使っていく間により大きくなっていく傾向があり、そのため適切な印刷品位を保ちインクの無駄を押さえるためには、定期的なプライミングが必要になる。
【００１１】
本発明では、気体が浸透する膜でできた管２２を細長い出口３８、つまりインクジェットカートリッジ１０のインクの流れる通路の一部に挿入している。細長い出口３８は、図２および３に示されているように接続用通路３６の隣接するくぼみ出口ポート３０と反対側の端に位置し、この接続用通路に対して垂直になっている。管をこの位置でインクの中に浸し、プリンタヘッドリザーバ３４のインク注入口３２に近づいている。管の一つの終端２３は閉じられていて、通常細長い出口３８の中にあり、そしてもう一方の終端部２５はカップリング（示されていない）を通してハウジングを貫通していて、管２２の内部の圧力を下げる減圧源５８につながっている。管２２の外側の表面に接しているインクに溶解した空気の分子は、管の壁から圧力の低い内部に浸透し、減圧源５８によって取り除かれる。管に近接するインクの空気の濃度は下がり、管の表面では最小になる。管はリザーバ注入口３２に近いので、リザーバの中の空気の濃度は小さくなる。また、リザーバへ流れるすべてのインクはこの管を通りこさなくてはならない。インクの流れる通路内で取り込まれた気泡中の気体分子は、インクに吸収される。空気の分子は管の壁を通り抜け圧力の低い側に到達し、減圧源によって取り除かれる。よって結果として、時間とともに気泡の体積は小さくなっていく。
【００１２】
適切に気体が浸透する管であれば、どんな物でも十分である。一つの実施の形態では、外径が３ｍｍ（１／８ｉｎｃｈ）で、壁の厚さが０．８ｍｍ（１／３２ｉｎｃｈ）のＭａｎｏｓｉｌ Ｓｉｌｌｉｃｏｎ Ｒｕｂｂｅｒ（商品名）管が使われた。管をリザーバから３ｍｍ以内に置き、ヒートシンクの温度を約３５℃にし、６８６ｍｍＨｇ（27 inch mercury vacuum）の圧力を減圧源にかけた場合、プリンタヘッドリザーバで観測された泡は２．５時間の間に消滅した。
【００１３】
好適な実施の形態では、図３に示されるように、リザーバ注入口３２に隣接した細長い出口３８の中に棚３９を設けて、管２２をより良い位置に置く。接着剤５９を使ってこの位置に、随意に接着してもよい。
【００１４】
ハウジングから細長い出口にかけて穴（示されていない）をあけ、管の閉じた終端２３をこの穴に挿し込み、接着剤（示されていない）を使って管２２をこの穴に接着してもよい。あるいは産業界で良く知られているように、この穴に管カップリング（示されていない）を設けてシーリングし、管と減圧源とを相互に接続することも好適である。
【００１５】
本発明は三つの点を考慮することで更に最適化できる。管の壁厚の最小値を求める、リザーバ注入口３２に対する管の位置をきめる、そして、ガスを取り除いたあるいは脱気したインクをプリンタヘッドリザーバ３４に流し込む量を増やすために、プリントヘッドノズル２７（図２）からメンテナンス用のインク小滴を発射する適切な回数を求める。減圧源５８には減圧ポンプ（示されていない）のような独立した減圧源５８を使ったり、インクジェットプリンタのメンテナンス位置にある既存の減圧ポンプ（示されていない）を使っても良い。この既存のポンプは、プリンタヘッドがメンテナンス位置（示されていない）でふたをされている時に、プライムするために使われる物である。典型的なメンテナンス位置減圧ポンプは、管２２を使ってインクを脱気するのに十分な圧力、すなわち６８６ｍｍＨｇを発生させることができる。減圧ポンプを絶えず作動させずに管の内部を一定の減圧状態に保つために、減圧アキュムレータ６０を随意使用しても良い。減圧アキュムレータ６０の真空度を監視し、その圧力が指定された範囲、例えば６８６ｍｍＨｇから７３４ｍｍＨｇの間から外れると、減圧源ポンプは減圧アキュムレータの圧力を適切な真空圧まで下げる。消耗シリンダ（コンスーマブルシリンダ：consumable cylinder）あるいは手動減圧ポンプなどの適した減圧装置であればどんな物でも問題はない。本発明の要素やパラメータが、得られる真空度のレベルで動作するように設計されていればよい。
【００１６】
図４は、気体が浸透する膜でできた管２２の側面図の部分的な断面を具体的に示した図である。中には、螺旋形のスプリングのような内部螺旋形サポート要素が挿入されている。このサポート要素のおかげで、内部を減圧した時につぶれてしまうような非常に薄い壁の管が使える。このサポート要素が薄い壁の管の内径を適切に保つからである。薄い壁でできた管を使う利点は、溶解したあるい取り込まれた空気を非常に効果的にインクから取り出せることである。内部サポート要素を持つ浸透性の膜でできたこの管の壁の厚さは、１ｍｍから２ｍｍあるいは２５μｍから５０μｍにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 インクジェットカートリッジの一部を切断して見えるようにした側面の概略図である。プリンタヘッドが一体化しており、本発明に示される空気の除去の方法を示している。
【図２】 プリントヘッドの等大の概略図である。空気除去を施す位置と、プリンタヘッドのインク注入口、そしてプリントヘッドとインク供給カートリッジの間のインクの通路との位置関係を示している。
【図３】 プリントヘッドのインク注入口と、インク供給カートリッジのインク出口との間の接点の拡大図であり、本発明の空気除去方法を示している。
【図４】 図１と図３の中の膜でできた管を具体的に示し部分的に切断した正面図である。内部の螺旋形のサポート要素が示されている。
【符号の説明】
１０ インクカートリッジ、１２ プリンタヘッド、２２ 管、３２ インク注入口、３４ プリンタヘッドリザーバ、３６ 接続用通路、５８ 減圧源。

Claims (3)

1. インクジェットプリンタのインクの流れる通路における溶解した空気を取り除く方法であって、
   インクジェットプリンタのインク供給部のインクで満たされた通路に、気体が浸透する管であって一方の端は閉じていて、もう一方の端は開いている管を、閉じている端を前記インクで満たされた通路内に位置させて、少なくとも一つ置き、
   この管の開いている端を前記通路外において減圧源に接続し、
   減圧源によって管内を減圧して、管を通して管の中の減圧した中に空気を拡散させて管に近接したインクから空気を取り除くインクジェットプリンタ用空気除去方法。
2. 請求項１記載の方法であって、
   前記インク供給部のインクで満たされた通路は、小滴を射出するプリントヘッドを含み、
   前記管はプリンタのプリントヘッドのリザーバの注入口に隣接して設置されているインクジェットプリンタ用空気除去方法。
3. インクに溶解した空気を取り除く手段を持つインクジェットプリンタであって、
   少なくとも一つの気体が浸透する膜でできた管であって一方の端が閉じていて、もう一方の端が開いている管を、閉じている端をインクジェットプリンタのインク供給部のインクで満たされた通路内に位置させて、少なくとも一つ置くと共に、
   前記管の開いている端に前記インクが満たされた通路の外で接続された減圧源と、
   前記減圧源によって管の中を減圧し、管を通して空気を減圧した中に拡散させる手段と、
   を有するインクジェットプリンタ。

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