JP4134341B2 - インク補給容器用バッフル及び該バッフルを備えるインク補給容器を用いたプリンタ・カートリッジ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッフル付きインク補給容器に関し、さらに詳細には、インク補給容器内に挿入可能なバッフル・アセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
バッフル要素は長い間、容器内の液体の移動量を制限するのに使用されてきた。バッフルは、インク補給容器内でぴちゃぴちゃはねて収容壁から飛び出してしまう液体インクの量を少なくするためにインク・ジェット・プリンタ・カートリッジ内に組み込まれていた。インク容器内にバッフルを使用することは、例えば、米国特許第５，４０８，２５７号、第４，６３１，５５８号、第４，４８４，２０２号、および第４，４６３，３６２号明細書に記載されている。インク補給容器内に組み込まれた従来のバッフルは、インク補給容器を形成する壁のうちの少なくとも１つと一体となっているか、または永久的にそれに取り付けられている。
【０００３】
米国特許第５，４０８，２５７明細書号には、サブタンクの底面に取り付けられ、サブタンク内のインクが大きく振動するのを防ぐために対角線方向に配置された内壁部分または部材を有するインク・タンクまたは容器が開示されている。
【０００４】
米国特許第４，６３１，５５８号明細書には、上部自由端をインク液容器の密封壁から離してインク液容器内に配置された複数の起立板を有し、インク・ジェット・システム・プリンタ内の往復カートリッジ上に取り付けられたインク液容器が開示されている。固定板はインク液容器の底部壁に固定されている。
【０００５】
米国特許第４，４８４，２０２号明細書には、複数の上下に並べて配置されたバッフルまたはプレート要素を含むインク容器が開示されている。プレート要素は一連の狭い仕切室を形成する。インク液がバッフルによって形成された別々の仕切室の間を流れるように、各バッフル・プレートに開口が設けられている。印刷ヘッドが印刷動作中に適当な往復台によって横方向に移動した際に、バッフルはインクの過剰な動きを狭い空間内に閉じ込める作用をする。
【０００６】
米国特許第４，４６３，３６２号には、印刷ヘッド用の個々のインク・タンクを提供し、容器が印刷動作中に加速及び減速した際にインクの飛散移動を防ぎまたは実質上最小限に抑える複数のバッフルを含むインク容器が開示されている。バッフルは、容器の前面壁から後面壁へ延びる垂直プレートの形をしており、容器の床に容器の一体部分として形成されている。バッフル・プレートの底部付近には複数の孔が設けられており、これらの孔は、バッフルが設けられたそれぞれのチャンバまたはタンク内のインクの液位を一様にするために容器の後面壁近くに配置されている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
バッフルをインク補給容器本体と一体に形成するか、バッフルをインク容器本体の１つまたは複数の壁に後部において取り付けるかに関わらず、バッフルは、インクがインク補給容器内で四方に飛散した際にインク内部に衝撃波を発生させる堅固構造を形成する。さらに、堅固に取り付けられたバッフルを有するインク補給容器は、バッフルを成形プロセス中に容器本体の一部として形成するか、またはバッフルを容器本体から別個に成形し、インク補給容器を成形した後でインク補給容器の１つまたは複数の壁に取り付ける必要があり、したがってその製造に追加のステップが必要となるので、製造が複雑になる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、往復台によって支持されるインク補給容器用バッフル・アセンブリを提供する。バッフル・アセンブリは、第１の端部と第２の端部を有する第１のバッフル・プレートを含み、第１の端部プレートは第１のバッフル・プレートの第１の端部に結合され、第２の端部プレートは第１のバッフル・プレートの第２の端部に結合される。本発明の好ましい実施形態では、第１のバッフル・プレート、第１の端部プレート、および第２の端部プレートは一体構造を形成する。
【０００９】
バッフル・アセンブリをインク補給容器内に挿入する場合、第１のバッフル・プレートとインク補給容器の隣接する側壁との間の距離ｂは、下記の関係式（１）を満足する。
ｂ＜（ｇ／ａ）Ｄｍ／２ｋ （１）
ここでｇは局所重力加速度、ａは往復台が移動方向を変えた際にインク補給容器が受ける加速度、Ｄｍはインク補給容器内のインク貯留圧力の変化により排出されるインク滴量の変化、ｋはインク滴量対インク貯留圧力のグラフの勾配である。
【００１０】
バッフル・アセンブリは、インク補給容器の容積を複数の小さな仕切室に大まかに分割する。複数の仕切室間のインクの流れは、第１のバッフル・プレートとインク補給容器の床壁との間に間隙を設けることによって得られる。
【００１１】
バッフル・アセンブリまたはバッフル・プレートは、インク補給容器を形成する材料とは異なる材料から形成してもよい。そのような場合、例えば、バッフル・プレートは、例えばプラスチック、ゴムまたは金属などの可撓性材料から形成される。
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態では、バッフル・アセンブリがインク補給容器内で支持台の移動方向に平行な方向に移動できるようにアセンブリを寸法決定する。
【００１３】
他の実施形態では、上述のバッフル・アセンブリは、さらに第１のバッフル・プレートに実質上平行に配置された第２のバッフル・プレートを備える。第２のバッフル・プレートは第１の端部および第２の端部を有し、また第１の端部プレートは第２のバッフル・プレートの第１の端部に結合され、第２の端部プレートは第２のバッフル・プレートの第２の端部に結合される。このようなアセンブリでは、第１のバッフル・プレートと第２のバッフル・プレートの間の距離ｂは上記の代数関係式（１）を満足する。
【００１４】
本発明の他の特徴および利点は、以下の図面および本発明の詳細な説明から理解できよう。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、本発明のバッフル・アセンブリ１０は、インク補給容器本体１２内に矢印１１によって示される方向に挿入するようになっている。そして、プリンタ・カートリッジ８は、インク補給容器本体１２とバッフル・アセンブリ１０とを含むように構成されている。さらに、プリンタ・カートリッジ８は、不図示の往復台によって支持されている。この往復台が移動方向を変更することによって、記録媒体に複数の印刷列を印刷可能となる。なお、このようなプリンタ・カートリッジ８は、例えばインク・ジェット方式のプリンタ・カートリッジとして使用される。
バッフル・アセンブリ１０はバッフル・プレート１４と端部プレート１８ａ、１８ｂからなる。バッフル・アセンブリ１０は、少なくとも１つのバッフル・プレート１４を備え、また図１に示すように、バッフル・プレート１４ａ、１４ｂおよび１４ｃとして個々に識別される複数のバッフル・プレート１４を備えることもできる。容器本体１２は、床壁１６および側壁１７ａ、１７ｂ、１７ｃおよび１７ｄを備える。
【００１６】
バッフル・プレート１４は、容器本体１２の床１６に実質上垂直になるように配置する。さらに、複数のプレート１４を使用した場合、これらのプレート１４は、各プレートの平面が隣接するプレートに実質上平行な向きとなる。また、各バッフル・プレートは、容器側壁１７ａと１７ｃに実質上平行な向きとなる。プレート１４の向きと各々の間隔は、端部プレート１８ａおよび１８ｂによって保たれる。端部プレート１８ａおよび１８ｂは、成形プロセス中にバッフル・アセンブリ１０と一体に形成されるか、または溶接によってまたは接着剤を使用してバッフル・プレート１４に取り付けてもよい。
【００１７】
バッフル・アセンブリ１０は、容器本体１２内にぴったり嵌まるように寸法決定される。あるいは、バッフル・アセンブリ１０は、容器本体１２内にゆるく嵌まるように寸法決定でき、このようにすると容器液体インクが四方に飛散した際に、容器本体１２内でバッフル・アセンブリ１０がわずかに移動することによって、バッフルの機械的エネルギー吸収能力が更に向上する。バッフル・アセンブリのそのような移動は主に、双頭矢印２０によって示されるように往復台の移動方向において起こるのが好ましい。
【００１８】
バッフル・アセンブリ１０のバッフル・プレート１４は、容器の容積を小さい仕切室に大まかに分割する。バッフル壁内に計略的に配置されたスロットまたはホールによって、または各バッフル要素１４ａ〜１４ｃの下端と床壁１６との間のゆるい嵌合または間隙を保つことによって、仕切室間のインクの流れが確保される。
【００１９】
バッフル・アセンブリ１０は、以下に示す基準を使用して設計することが好ましい。効果的なバッフルの設計における重要な寸法は、図１における双頭矢印２０によって示される往復台の移動方向に平行な方向における、隣接するバッフル・プレート１４ａと１４ｂの間の距離、隣接するバッフル・プレート１４ｂと１４ｃの間の距離、外側バッフル・プレート１４ａと隣接する容器本体壁１７ａの間の距離、および外側バッフル・プレート１４ｃと隣接する容器本体壁１７ｃの間の距離である。これは、動作中のプリンタ・カートリッジが受ける最大加速度が、通常、往復台が印刷列（ｓｗａｔｈｓ）間で方向を反転する際に起こるためである。
【００２０】
加速度は、加速度計を使用すれば正確に測定でき、下記の式（２）によってほぼ与えられる。
ａ＝２ｖ／ｔ （２）
上記式（２）で、ａは、往復台が移動方向を変更した際に容器本体１２が受ける加速度である。ｖは、往復台の速度である。また、ｔは、往復台が印刷列間で方向を変更するのに要する時間である。
【００２１】
バッフル間隔に対する条件は、簡単な下記の不等式（３）によって与えられる。
ｄａｂ＜Ｄｐ （３）
上記式（３）で、ｄは、インクの質量密度である。ａは、往復台が移動方向を変えた際に容器本体１２が受ける加速度である。ｂは、往復台の移動に平行な方向におけるバッフルの間隔である。また、Ｄｐは、圧力衝撃の最大許容値である。なお、Ｄｐは上記の場合には、プリンタ・カートリッジ容器内のほぼ一定の静水インク圧からの圧力変化を示す。
【００２２】
圧力衝撃の値Ｄｐは、静水圧の変化として便宜的に下記の式（４）で表される。
Ｄｐ＝ｄｇＤｈ （４）
上記式（４）で、Ｄｐは、圧力衝撃の最大許容値である。ｄは、インクの質量密度である。ｇは、局所重力加速度（約９８０ｃｍ／ｓ２）である。また、Ｄｈは、最大許容圧力衝撃値に等しい静水圧である。
【００２３】
したがって、バッフル間隔の不等式は下記の式（５）のように書き直せる。
ｂ＜（ｇ／ａ）Ｄｈ （５）
上記式（５）で、ｂは、往復台の移動に平行な方向におけるバッフルの間隔である。ｇは、局所重力加速度（約９８０ｃｍ／ｓ２）である。ａは、往復台が方向を変えた際に容器本体１２が受ける加速度である。また、Ｄｈは、最大許容圧力衝撃値に等しい静水圧である。
【００２４】
衝撃圧力の変化が印刷品質に及ぼす影響は実験的に評価できる。貯留圧力の変化が印刷品質に及ぼす主要な影響は、排出されるインク滴量の変化に反映される。圧力衝撃は、本来波動現象であるので、特に印刷密度の可視変動として現れる。排出されるインク滴量と貯留圧力との関係は、図２に示すように下記の式（６）で表される勾配ｋの直線によって示される。
ｋ＝Ｄｍ／Ｄｈ （６）
上記式（６）で、ｋは、滴量対貯留圧力のグラフの回帰勾配である。Ｄｍは、貯留圧力の変化による排出される滴量の変化（滴量）である。また、Ｄｈは、最大許容圧力衝撃値に等しい静水圧（背圧）である。
【００２５】
上記の影響の大きさは、特定の印刷要素およびその動作条件によって異なる。但し、一定の勾配ｋの代表的な値は、貯留静水圧が１ｃｍ変化するのに対してインク質量が約２ｎｇ（ナノグラム）変化するものである。
【００２６】
大きさＤｍの滴量の変動がかろうじて容認できると判断された場合、容器が受ける静水圧の変化が、下記の不等式（７）を満足する値Ｄｈよりも大きくならないように、バッフル間の距離ｂ（往復台の移動に対して垂直な方向での）を選択できる。
２Ｄｈ＜Ｄｍ／ｋ （７）
【００２７】
圧力衝撃の波動性質のために静水圧が平衡貯留圧力よりも上下に量Ｄｈだけ変動するので、上記（７）式の左辺に示すファクタの２が必要である。
【００２８】
したがって、滴量の変動がしきい値Ｄｍ以下に減衰するのに必要なバッフル間の距離ｂは、下記の不等式（８）を満足しなければならない。
ｂ＜（ｇ／ａ）Ｄｍ／２ｋ （８）
上記式（８）で、ｂは、往復台の移動に平行な方向におけるバッフルの間隔である。ｇは、局所重力加速度（約９８０ｃｍ／ｓ２）である。ａは、往復台が移動方向を変えた際に容器本体が受ける加速度である。Ｄｍは、貯留圧力の変化による排出されるインク滴量の変化である。また、ｋは、滴量対インク貯留圧力のグラフの回帰勾配である。
【００２９】
上記の設計基準を使用して、インク容器内にぴったり嵌まるバッフル・アセンブリ、またはいくつかの実施形態のように、インク容器内にゆるく嵌まるように寸法決定されたバッフル・アセンブリを提供することができる。
【００３０】
【実施例】
２．５４ｃｍ当たり３００ドットの印刷解像度をもつインク・ジェット・プリンタで、毎秒６００ドットで印刷要素を動作させると仮定すると、下記に示す往復台の速度が得られる。
Ｖ＝２０インチ／ｓ＝５０．８ｃｍ／ｓ
ここで、Ｖは往復台の速度である。
【００３１】
往復台が方向反転する時間は、５０ミリ秒が妥当なところである。
したがって、

となる。
【００３２】
さらに、滴量のかろうじて許容できる変化が１５ｎｇであり、勾配ｋが２ｎｇ／ｃｍ静水圧であると仮定すると、

となる。
【００３３】
したがって、滴量の許容できない変動が生じないようにするために、バッフル間隔は不等式ｂ＜１．８ｃｍに従う必要がある。ここで、ｂは往復台の移動に平行な方向におけるバッフルの間隔である。
【００３４】
上記の式で使用される変数の値は、プリンタ機構、プリンタ・カートリッジおよび／または使用するインクに関連する要因に依存する。例えば、加速度（ａ）はプリンタ機構、特に印刷ヘッドの往復台の物理特性に依存する。背圧（Ｄｈ）および勾配（ｋ）は、プリンタ・カートリッジの物理特性に依存する。また、滴量の変動（Ｄｍ）は、例えば、印刷媒体の種類、インクジェット・ノズルのサイズ、および印刷媒体とインク・ジェット・ノズルの間の間隔に依存する。これらの変数の典型的なパラメータ範囲は
ａ＝７００〜７０００ｃｍ／ｓ２、
ａ／ｇ＝０．５〜１０、
Ｄｍ＝２〜４０ｎｇ、
Ｄｈ＝０．５〜２０ｃｍ水柱、
ｋ＝０．２〜６ｎｇ／ｃｍ水柱、
である。
【００３５】
【発明の効果】
このように、本発明のバッフル・アセンブリは、インク補給容器内に挿入可能であるため、インク補給容器とバッフル・アセンブリとを一体に成形する場合や、インク補給容器にバッフル・アセンブリを固定する場合に比べて製造工程が簡略化できる利点がある。
【００３６】
また、本発明の更なる利点は、インク補給容器本体の材料とは異なる材料から挿入可能なバッフル・アセンブリを製造することによって得られる。例えば、バッフルの寸法と構造の完全性に対する制約がインク補給本体の場合ほど厳しくないので、より低コストの材料が選択できる。さらに、より可撓性のある材料が選択でき、そのために飛散減衰器としてのバッフルの有効性が高まる。
【００３７】
いくらか可撓性（柔軟性）を有する（コンプライアント）材料をバッフル・アセンブリ用に選択すれば、飛散液体の機械エネルギーのいくらかが吸収されるので、飛散減衰器としてのバッフル・アセンブリの有効性が高まる。したがって、バッフル・プレートが接触時に曲がるので、インクがバッフルと接触した際に発生する振動による衝撃が低減される。したがって、本発明の好ましい実施形態では、可撓性材料、例えばプラスチック、ゴムまたは金属などからバッフル・アセンブリを製造する。バッフル・プレートの厚さは、選択した材料に基づいて、バッフル・プレートが所望の可撓性を有するように選択する。
【００３７】
以上、本発明について好ましい実施形態に関して説明したが、頭記の請求の範囲の精神および範囲を逸脱することなく、形態および細部の変更が可能であることを当業者なら理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバッフル・アセンブリの分解斜視図
【図２】排出されるインク滴量と貯留圧力との関係を示すグラフ
【符号の説明】
８・・プリンタ・カートリッジ、１０・・バッフル・アセンブリ、１２・・インク補給容器本体、１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・バッフル・プレート、１６・・床壁、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ・・側壁、１８ａ、１８ｂ・・端部プレート、２０・・往復台の移動方向。

Claims (11)

1. 補給インクを蓄える容器を形成するとともに、往復台によって支持される容器本体と、
   前記容器本体内に配置され、バッフル・プレートを備えるバッフル・アセンブリとを含み、
   前記バッフル・アセンブリは、前記容器本体に固定されていないか、またはそれと一体になっていないプリンタ・カートリッジであって、
   前記バッフル・プレートが、前記容器本体の床に実質上垂直になるように配置されることを特徴とするプリンタ・カートリッジ。
2. 前記バッフル・アセンブリが、
   第１の端部と第２の端部を有する第１のバッフル・プレートと、
   前記第１のバッフル・プレートの第１の端部に結合された第１の端部プレートと、
   前記第１のバッフル・プレートの第２の端部に結合された第２の端部プレートとを含むことを特徴とする、請求項１に記載のプリンタ・カートリッジ。
3. 前記バッフル・アセンブリは、前記第１のバッフル・プレート、前記第１の端部プレート、および前記第２の端部プレートが一体構造を形成することを特徴とする、請求項２に記載のプリンタ・カートリッジ。
4. 前記バッフル・アセンブリは、前記第１のバッフル・プレートが、前記容器本体の容積を複数のより小さい仕切室に大まかに分割し、かつ前記複数の仕切室間のインクの流れが、前記第１のバッフル・プレートと前記容器本体の床壁との間の間隙によって得られることを特徴とする、請求項２に記載のプリンタ・カートリッジ。
5. 前記バッフル・アセンブリは、前記第１のバッフル・プレートを前記容器本体を形成する材料とは異なる材料から形成することを特徴とする、請求項２に記載のプリンタ・カートリッジ。
6. 前記バッフル・アセンブリが前記容器本体内で前記往復台の移動方向に平行な方向に移動できるように前記バッフル・アセンブリを寸法決定することを特徴とする、請求項２に記載のプリンタ・カートリッジ。
7. 前記バッフル・アセンブリは、前記第１のバッフル・プレートに実質上平行に配置され、第１の端部および第２の端部を有する第２のバッフル・プレートを更に備え、前記第１の端部プレートが第２のバッフル・プレートの第１の端部に結合され、前記第２の端部プレートが第２のバッフル・プレートの第２の端部に結合されることを特徴とする、請求項２に記載のプリンタ・カートリッジ。
8. 往復台によって支持されるインク補給容器本体と、
   前記インク補給容器本体内に挿入されるとともに、前記インク補給容器本体を複数の仕切室に分割するバッフル・プレートを備えるバッフル・アセンブリとを含み、
   前記バッフル・プレートと前記インク補給容器本体の隣接する側壁との間の距離ｂが不等式
   ｂ＜（ｇ／ａ）Ｄｍ／２ｋ
   （ここで、ｇは局所重力加速度、ａは前記往復台が移動方向を変えた際に前記インク補給容器本体が受ける加速度、Ｄｍは前記インク補給容器本体内のインク貯留圧力の変化による排出されるインク滴量の変化、ｋは前記インク滴量対インク貯留圧力のグラフの勾配である）を満足するプリンタ・カートリッジであって、
   前記バッフル・プレートが、前記インク補給容器本体の床に実質上垂直になるように配置されることを特徴とするプリンタ・カートリッジ。
9. 往復台によって支持されるインク補給容器本体と、
   前記インク補給容器本体内に挿入されるとともに、前記インク補給容器本体を複数の仕切室に分割するバッフル・プレートを備えるバッフル・アセンブリとを含み、
   前記バッフル・プレートと前記インク補給容器本体の隣接する側壁との間の距離ｂが不等式
   ｂ＜（ｇ／ａ）Ｄｈ
   （ここで、ｇは局所重力加速度、ａは前記往復台が移動方向を変えた際に前記インク補給容器本体が受ける加速度、Ｄｈは最大許容圧力衝撃値に等しい静水圧である）を満足するプリンタ・カートリッジであって、
   前記バッフル・プレートが、前記インク補給容器本体の床に実質上垂直になるように配置されることを特徴とするプリンタ・カートリッジ。
10. 往復台によって支持されるインク補給容器本体と、
    前記インク補給容器本体内に配置されるとともに、第１のバッフル・プレートおよび第２のバッフル・プレートを備えるバッフル・アセンブリとを含み、
    前記第１のバッフル・プレートと前記第２のバッフル・プレートとの間の距離ｂが不等式
    ｂ＜（ｇ／ａ）Ｄｍ／２ｋ
    （ここで、ｇは局所重力加速度、ａは前記往復台が移動方向を変えた際に前記インク補給容器本体が受ける加速度、Ｄｍは前記インク補給容器本体内のインク貯留圧力の変化による排出されるインク滴量の変化、ｋは前記インク滴量対インク貯留圧力のグラフの勾配である）を満足するプリンタ・カートリッジであって、
    前記第１及び第２のバッフル・プレートが、前記インク補給容器本体の床に実質上垂直になるように配置されることを特徴とするプリンタ・カートリッジ。
11. 補給インクを蓄える容器を形成するとともに、往復台によって支持される容器本体と、
    前記容器本体内に配置されるとともに、第１のバッフル・プレートおよび第２のバッフル・プレートを備えるバッフル・アセンブリとを含み、
    前記第１のバッフル・プレートと前記第２のバッフル・プレートとの間の距離ｂが不等式
    ｂ＜（ｇ／ａ）Ｄｈ
    （ここで、ｇは局所重力加速度（約９８０ｃｍ／ｓ^２）、ａは前記往復台が移動方向を変えた際に前記容器本体が受ける加速度、Ｄｈは最大許容圧力衝撃値に等しい静水圧である）を満足するプリンタ・カートリッジであって、
    前記第１及び第２のバッフル・プレートが、前記容器本体の床に実質上垂直になるように配置されることを特徴とするプリンタ・カートリッジ。

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