JP4260954B2 - インクジェットプリントヘッドに接続するのに適したインク供給容器、およびそのようなインク供給容器とインクジェットプリントヘッドとからなるシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク室を含むインク供給容器に関し、このインク供給容器は、インク室内に通じるインク充填開口部と、インク室外に通じるインク流出開口とを備え、このインク流出開口はインクジェットプリントヘッドに接続するのに適しており、このインク供給容器はさらに、インク室内の負圧を維持する手段を備えるかまたは少なくともそれに接続可能である。本発明はまた、インクジェットプリントヘッドとインク供給容器とを含むインクジェットシステムにも関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット装置では、ノズルからの望ましくないインク漏れを防止するために、インクジェットプリントヘッドのノズルに接続されたインク溜めまたはインクダクト内に負圧が存在しなければならない。この要件は、インク供給容器にインクを補給することが即単純なことではないことを意味する。閉鎖使い捨てシステムを使用しない限り、補給のために追加手段を使用しなければならないか、でなければインク供給容器に補給を可能にする特殊構造を設けなければならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
インクジェットプリントヘッドがインク溜め上に配置される装置の場合、負圧は、例えば米国特許４５７１５９９から知られるように、流体静力学的に得ることができる。これは、インクジェットプリントヘッドのノズルにおける負圧を、それに接続され、インクジェットプリントヘッドより低い位置に配置され、完全に遮断された主インク溜めであって、その内部では負圧が支配的である主インク溜めによっていかに維持できるかを記載している。この主インク溜め内に補助インク溜めが存在し、主インク溜めと液体連絡し、気泡を含み、その内部の圧は大気圧に等しい。大気圧はその中で、空気は透過できるが液体は透過できない隔壁によって維持される。インク液面の変化、したがって主インク溜め内の圧の変化は、補助インク溜め内に空気を流入させることによって相殺される。この種の装置の欠点は、必要な流体静力学的圧力低下を得るために、インク溜めをインクジェットプリントヘッドより下の位置に配置しなければならないことである。また、ここに記載されたシステムは使い捨てシステムとして設計され、インクを補充することができない。
【０００４】
インクジェットプリントヘッドがインクジェットインク溜めと同じ高さかそれより低い高さに配置される装置では、負圧を維持するために他の方法を適用しなければならない。
【０００５】
例えば、米国特許４５０９０６２は、インクジェットプリントヘッドを閉鎖インク溜めの下に配置したインクジェット装置を記載している。インク溜めは、インクジェットプリントヘッドのノズルと液体連絡する。この場合、必要な一定の負圧は、ばねによって外力が加えられるようにした、インク溜めを画定する隔壁によって得られる。この文献は、隔壁を弾性材料から形成することによって、隔壁とばねを結合できることも記述している。インク溜めにインクをどのように補充するかについては示されていない。
【０００６】
米国特許５０３９９９９は、閉鎖インクジェットインク溜め内で、インク溜めの円筒部のピストンによって、一定の負圧をいかに維持するかを記載している。この場合、円筒部は閉鎖インク溜めと液体連絡する。インク溜めの容積は、ピストンの運動およびその内部で得られる負圧によって拡大する。円筒部とピストンの壁との間の空間は、この場合、その中に存在するインクによって気密密閉される。インク溜めは、特殊な充填開口部によって閉鎖される。気泡は、ピストンと円筒部の壁との間の円形溝内に捕捉される。インク溜めに充填するには、プラグによって密閉される補充開口部を使用する。この装置では、連続または自動補充は不可能である。
【０００７】
欧州特許ＥＰ０４４４６５４は、インク射出開口部と空気出口弁とを備えた閉鎖インク溜めを有するインクジェットシステムを記載している。必要な負圧は、インク溜め内に存在する海綿状材料によって得られる。動作モード時に、インク射出開口部はインク出口ダクトを形成するので、補充のためにはインク出口ダクトに接続されたインクジェットプリントヘッドを取り外さなければならない。欧州特許ＥＰ０６４５２４４は、インクジェットプリントヘッドがインク溜めの下または隣に配置されたインクジェット装置を記載している。インク溜めは、インクジェットプリントヘッドのノズルに通じる液体輸送ダクトに、漏れの無い継手を介して、取外し可能に接続される。流体静力学的圧力を、したがって自然発生的インク漏れを補償するために必要な負圧は、インク溜め内に配置された海綿状材料の毛管作用によって得られる。この液体輸送ダクトにはフィルタ室が設けられ、その中にはインクを透過できるメタルガーゼのフィルタが含まれる。メタルガーゼの機能はインク内の不純物を保持することである。インク溜めはインクが尽きたときに交換される。
【０００８】
米国特許４７９１４３８は、毛管ダクトを介して主インク溜めに接続される予備インク溜めによって主インク溜めの負圧を維持するインクジェット装置を記載している。負圧は前記ダクトの毛管作用によって維持される。インクは、プラグによって密封可能なインク供給用の供給開口部を介して予備インク溜めに供給される。この装置では、インクの連続的または自動的補給はできない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によるインク供給容器は、上記欠点を回避し、多孔性材料がインク充填開口部とインク室との間に存在することを特徴とする。
【００１０】
適切に選択したインク充満状態（インクが十分に染み込んだ状態）の多孔性材料はインクは透過できるが、空気はほとんど透過できない。その結果、インク室の負圧を維持することができ、また多孔性材料を介したインクの連続供給が可能になる。インク室の負圧は、インクが多孔性材料を介してインク供給開口部からインク室に移動し、そこに残るのに役立つ。インク供給開口が動作状態でインク室より上に位置する場合、重力もこの役目を果たすことができる。インクが供給されなくなると、毛管作用によって決定されるある量のインクが多孔性材料の穴に残る。その結果、各穴内のインクによって及ぼされる表面張力は負圧を打ち消すのに十分な大きさになる。インクがインク供給開口部を介して再び供給されたときにのみ、この表面張力が破れ、インクが再びインク室に移動できるようになる。
【００１１】
これに関連して、供給されたインク内の望ましくない不純物を保持するために、多孔性材料がフィルタ機能をも有することに留意する必要がある。また、前記多孔性材料などのフィルタ材料を、インク室とインクジェットプリントヘッドとの間の液体輸送ダクト内ではなく、インク供給開口部に設けることも、フィルタ材料の許容貫流抵抗がより高いためにより有利である。最初の例では最小貫流抵抗は、輸送されるインクの瞬時インク量によってではなく、輸送されるインクの平均量によって決定される。その場合、貫流抵抗を大きくし、開口部を小さくすることができる。
【００１２】
一つの有利な実施形態は、多孔性材料がインク室に向かう方向において最小寸法を有することを特徴とする。その一例は、インク室を閉鎖する多孔性材料の薄壁である。インクを供給する場合、この例では多孔性材料内でインク室の方向へのインクの大きな動きが生じる。気密密封の場合、インク充満材料の比較的薄い層があるだけでよく、最適供給のためにはインク室の方向を向いた大きい表面が有利である。
【００１３】
別の有利な実施形態は、多孔性材料がインク室に向かう方向とそれに対して直角な方向の両方にインクを透過できることを特徴とする。
【００１４】
その結果、インクを多孔性材料の一部分に供給したとき、インクはその表面全体に広がる。このようにして、気密密閉が保証され、またインク室へのインクのよりよい輸送が達成される。
【００１５】
さらに改善された実施形態は、多孔性材料がスレッドまたはワイヤの規則正しい織物によって形成されることを特徴とする。織物では、スレッドまたはワイヤ間の穴のサイズおよび均一性が正確に固定される。その結果、目づまりや漏れの危険性が低くなる。一方、織物では、織物自体の表面上にインクの良好な動きが生じる。
【００１６】
そのような織物の一つの有利な実施形態は、第一の織り方向のスレッドまたはワイヤが第二の織り方向のスレッドまたはワイヤとは異なる直径を有することを特徴とする。この種の織物は、「オランダ織り（Dutch weave）」という名前でも知られる。ここでは、主としてより細い方のスレッドまたはワイヤが変形される。この結果、穴はシーブガーゼ（sieve gauze）の場合のように一つのまっすぐな面内ではなく、曲がった面内に存在するようになる。この種の織物では、織物の表面全体にわたるインクの広がりが改善される。また、この織物では、通過穴のサイズがより正確に画定される。その結果、密閉効果をより十分に保証することができる。
【００１７】
また、別の実施形態は、動作モード時の多孔性材料の少なくとも一部分が、動作モード時にインク室内に通常存在するインクと液体接触することを特徴とする。
【００１８】
これにより多孔性材料のインクの充満がさらによく保証され、またインクが多孔性材料から無くなったときに多孔性材料が空気を通すことがなくなる。
【００１９】
別の有利な実施形態では、インク供給容器は、第一のインク室と液体連絡する第二のインク室を含み、この第二のインク室は動作モード時に、重力の方向から見て第一のインク室より上に位置する。多孔質材料は全て第二のインク室のインク液面より下にあるので、多孔質材料のインクの完全な充満が達成される。
【００２０】
別の有利な実施形態では、多孔性材料によって形成されインク室の方向を向いた平面が、動作モード時に、重力方向に対して斜めに配向した平面を形成する。インク室中に存在し、多孔質材料によって画定されるインク表面に向かって移動する空気は、このときその最高点に向かわせられる。このようにすると、そのような空気は多孔質材料の前に蓄積せず、排出用開口部から排出することができる。
【００２１】
別の有利な実施形態では、インク供給容器は、少なくとも一つのインク室に通じる開口部であって、その少なくとも一つのインク室内にほぼ一定の負圧を加える手段に接続するのに適した開口部を備える。この場合、前記手段は、例えば、ばねに接続された隔壁、ベローズ構造、またはピストンとシリンダの組合せで構成することができる。このようにすると、インク室、特にインク室の多孔質材料に隣接する部分に負圧を伝達することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明による装置について、添付の図面を参照しながら、以下で詳しく説明する。
【００２３】
図１Ａに、本発明によるインク供給容器１の第一の実施形態を示す。インク供給容器１は、詳細には図示されていない大きいインク溜めからインクを供給するためのインク供給開口部２を含む。インク室３は、インク供給容器１の壁と多孔性材料４の別個の壁とによって形成される。この多孔性材料４は、インク室３をインク供給開口部２から分離する。また、インク室３に通じる開口部５がインク供給容器１の壁に設けられる。開口部５は、インク室３に負圧を加える手段（詳細には図示せず）を接続するのに役立つ。最後に、インクジェットプリントヘッド（図示せず）に接続するのに適したインク流出開口部６が概略的に示されている。負圧を加える手段に関する詳細、およびインクジェットヘッドに関する詳細について、以下で図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１Ａには、動作モード時のインク７の位置も示されている。インク液面８は概略的に示されている。また、本発明によるインク供給容器１は、室温で液体の水性インクと、室温で液体でない溶融可能なインクの両方に適することにも留意されたい。この後者のインクは、ホットメルトインクとしても知られる。この種の溶融可能なインクを使用する場合、インク供給容器１は、その内部に存在するインクを液体状態に保持するために、加熱に適した加熱手段によって加熱される。
【００２５】
多孔性材料４は、インク供給開口部２から供給された液体インクをインク室３に通すのに適した種類のものである。多孔性材料４中に存在するマイクロダクト（詳細には図示せず）はこれらの状況でインクで満たされるので、一方では、多孔性材料４は空気をほとんど透過できないインク充満状態になる。その結果、インク室３内の負圧を維持することができ、またインクの連続供給が可能になる。
【００２６】
拡散によりインク内に生じる極めて小さい気泡がインク中に拡散することがあることに留意されたい。しかし、これは緩慢なプロセスである。この拡散にもかかわらず、空気抵抗は依然として長時間にわたって負圧を維持できるようなものである。前記拡散の結果生じる圧力低下は、必要な場合、目的に適した手段によって、開口部５を介して絶えずまたは定期的に補償することができる。
【００２７】
インク供給開口部２を介してインクが供給されない場合、多孔性材料４のマイクロダクトの毛管作用によりインクがその中に残るので、多孔性層４はインクが充満したままである。このように記述された効果が得られるマイクロダクトの最大サイズは、一方では使用するインクの特性によって決定され、他方ではマイクロダクトの形状、長さ、および表面特性によって決定される。インクの表面張力はこの点で特に重要な役目を果たす。実際には、１０〜２００ｍｍの高さの水柱によって及ぼされる圧力に対応する負圧がインク室３内で維持される。必要な圧は、接続されたインクジェットプリントヘッドのノズルのサイズによっても決定される。
【００２８】
インク供給開口部２を介してインクを再び供給した場合、多孔性材料４のマイクロダクトを閉塞するインクの表面張力が破られ、インクがインク室３に輸送されるようになる。図１Ａに示す装置では、動作モード時の重力方向９は多孔性材料４の主横断面に対して直角であり、そのような輸送は重力だけで起こる。しかし、インク室３内に存在する負圧は、インク室３の方向に向かうインク輸送をも引き起こす。したがって、多孔性材料４の横断面は、必ずしも重力方向９に対して直角な方向に配向する必要はない。
【００２９】
図１Ｂに、多孔性材料４の横断面が重力方向９に対して９０°未満の角度をなす第二の実施形態の一例を示す。また、図１Ｂによる実施形態では、多孔性材料４は動作モード時にインク室３内のインク７と連続液体接続する。その結果、多孔性材料４にインクが充満した状態が維持されることがさらに保証される。このときインク室３内に存在する負圧は、このときインク室３内にインク７を保持するためにより重要な役目を果たす。
【００３０】
図１Ｃに、多孔性材料４の横断面全体がこのとき動作モード時に存在するインク７と液体接触する第三の実施形態を示す。このために、インク供給容器はこの場合、上述の第一のインク室３以外に、第二のインク室１０を備える。第二のインク室１０は第一のインク室３より高い位置にあり、ダクト１１を介して第一のインク室と液体連絡する。動作モード時、インク液面８は、重力方向９から見たときに多孔性材料４より高い位置にある。
【００３１】
図１Ｃに示す実施形態の別の利点は、インク７内に存在する気泡が多孔性材料４の表面全体に蓄積せず、インク室３の最も高い点まで移動することである。ここに蓄積する空気は、最終的にダクト１１を介して第二のインク室１０に移動する。その利点は、第一のインク室３ができる限り空気の無い状態を維持し、したがってインク流出開口部６が気泡によって閉塞される危険性が低くなることである。これに関連して、インク供給容器１に接続されたインクジェットヘッド中に存在する空気は、インク室１０および３に一時的に加えられる圧力パルスと、目的に適した手段（詳細には図示せず）とによってインクジェットプリントヘッドから除去できることに留意する必要がある。
【００３２】
図１Ｄに、多孔性材料４が動作モード時にインク室３の下にある実施形態を示す。重力方向は図示の方向９に対応する。図１Ｃに示す実施形態と同様に、この実施形態は、多孔性材料が表面全体にわたって常にインク室３のインクと接触するという利点を有するが、この場合は図１Ｃでは必要であった第二のインク室８が無い。
【００３３】
最後に図１Ｅに、動作モード時の多孔性材料４の表面が、重力を示す方向９に対して平行に配置された単純な実施形態を示す。
【００３４】
多孔性材料４は、例えば固い石のような材料で構成することができるが、例えば固定の網目幅を有する規則正しく織られたシーブガーゼなど、スレッドまたはワイヤの織物によって形成することもできる。この種の織物の一つの有利な実施形態を図２に示す。
【００３５】
図２Ａおよび図２Ｂに示す織物は、第一の織り方向のスレッドまたはワイヤ１２が第二の織り方向のスレッドまたはワイヤ１３より太い種類の織物である。細い方のスレッドまたはワイヤ１３は、このような状態で最も変形しやすい。したがって、スレッドまたはワイヤ１２、１３によって形成される穴は同じ平面内にはなく、湾曲している。これらの穴は、単にインクの貫流方向に対して直角な方向に並んでいるのではなく、したがって貫流方向に対してより大きい抵抗を生じる。さらに、この種の織物はより平滑な表面を生じる。この種のガーゼは、「オランダ織り」として知られる。効果的な織物は、細いスレッドまたはワイヤ１３用には直径２５マイクロメートルのステンレス鋼ワイヤを、太いスレッドまたはワイヤ１２用には直径５０マイクロメートルのステンレス鋼ワイヤを使用することによって得られる。これらの状態で形成される貫流穴は、５〜３０マイクロメートル、好ましくは１０〜１５マイクロメートルの保持サイズによって決定される。保持サイズは、依然として織物を通過できるガラスビーズの最大サイズによって決定される。保持サイズは、様々なサイズのガラスビーズの懸濁液を使用して実験により決定される。間接的かつより実際的な測定法は、含浸した織物片の表面張力に打ち勝つための正圧を測定する「泡立ち点試験」である。
【００３６】
多孔性材料４の穴のサイズ、または「オランダ織り」の場合、保持サイズは、必要な負圧に、したがって接続されたインクジェットプリントヘッドのノズルのサイズに関係する。多孔性材料４の穴のサイズが小さければ小さいほど、多孔性材料４があまりに多くの空気を通す危険性が小さくなる。しかし、穴のサイズが小さいと供給されるインクの貫流が遮断されないので、妥協点を見つけなければならない。
【００３７】
図２Ｂに、細い方のワイヤ１３がパンタイルのように構成されたフィルタガーゼの実施形態を示す。
【００３８】
図３Ａ〜３Ｃに、図１Ｃに示す実施形態のインク供給容器１を、ただしこの場合はインクジェットプリントヘッドと組み合わせて三次元的に示す。したがってインク供給容器の個々の部品に使用する符号は、図１Ｃの符号に対応しており、それ以上は説明しない。第一のインク室３の二つの側面に設けられたインク流出開口部６の各々は、液体ダクト１６を内部に備えたダクトプレート１４に接続される。そのようなダクトは概略的に示されており、ノズル（図示せず）に通じる。これらのノズルの直径は約３０マイクロメートルである。ダクトプレート１４に対向して、圧電性材料で構成されるアクチュエータプレート１５がある。圧電性材料は、ダクトプレート１４の各液体ダクト１６が、前記液体ダクト１６に対応しかつ別個に制御される圧電性材料の一部分に電圧パルスを印加することによって別個に影響を受けるように構成される。その結果生じる圧電性材料の変形の結果、対応する液体ダクト１６が圧縮され、それによりその中に存在するインクがノズルを介して射出される。
【００３９】
本発明によるインク供給容器は、この種のインクジェットヘッドに限定されない。圧電型のインクジェットプリントヘッドの代わりに、感熱型のインクジェットプリントヘッドを接続することも可能である。この場合、液体ダクト内に存在するインクは一時的に加熱され、それにより液体ダクト内に存在するインクを射出する蒸気気泡が形成される。
【００４０】
図４に、図１Ｃおよび図３Ａ〜３Ｃに示すインク供給容器の実施形態を、この場合はインク室３、１０内に負圧を加え、維持する手段の有利な実施形態と組み合わせて示す。ベローズ１７がインク室１０の接続用開口部５に接続される。ベローズ１７は、多数のひだ１９を有する弾性材料で構成される。動作モード時、ベローズ１７は一部分が折り畳まれた状態になり、弾性材料によって及ぼされる力の結果、必要な負圧が得られる。インク液面８の変化による容積の変化は、ベローズ１７の容積変化によって吸収される。その結果、負圧はほぼ一定に維持される。最後に、充填時にベローズ１７内に存在する空気を逃がすために逆止め弁１８が設けられる。
【００４１】
これに関連して、負圧を加え、維持するための別の手段も考慮できることに留意する必要がある。例として、ばね機構と隔壁の組合せやピストンとシリンダの組合せがある。
【００４２】
図５Ａに、インクジェットプリントヘッドと組み合わせた図３Ａ〜３Ｃのインク供給容器の断面をより詳細に示す。符号は図３に対応する。インク供給容器のインク室３のインク流出開口部６がダクトプレート１４の液体ダクト１６にどのように接続するかが、ここでは特により容易に見ることができる。ダクト１６のノズル２０も容易に見ることができる。図５Ｂは、図５Ａに示す線Ｉ−Ｉにおけるインク供給容器とインクジェットプリントヘッドの断面図である。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明によるインク供給容器の実施形態の概略断面図である。
【図１Ｂ】本発明によるインク供給容器の他の実施形態の概略断面図である。
【図１Ｃ】本発明によるインク供給容器の他の実施形態の概略断面図である。
【図１Ｄ】本発明によるインク供給容器の他の実施形態の概略断面図である。
【図１Ｅ】本発明によるインク供給容器の他の実施形態の概略断面図である。
【図２Ａ】多孔性材料の実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】多孔性材料の他の実施形態を示す図である。
【図３Ａ】インクジェットプリントヘッドと組み合わせた図１Ｃのインク供給容器の概略斜視図である。
【図３Ｂ】インクジェットプリントヘッドと組み合わせた図１Ｃのインク供給容器の平面図である。
【図３Ｃ】インクジェットプリントヘッドと組み合わせた図１Ｃのインク供給容器の概略斜視図である。
【図４】負圧を加える手段と組み合わせた図１Ｃのインク供給容器を示す図である。
【図５Ａ】図３Ａ〜３Ｃに示すインク供給容器とインクジェットプリントヘッドの詳細を概略的に示す図である。
【図５Ｂ】図３Ａ〜３Ｃに示すインク供給容器とインクジェットプリントヘッドの詳細を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１ インク供給容器
２ インク供給開口部
３ インク室
４ 多孔性材料
６ インク流出開口部
８ インク液面

Claims (11)

1. 少なくとも１つのインク室を含むインク供給容器であって、
   前記インク室内に通じるインク充填開口部と、インクジェットプリントヘッドに接続するのに適した、前記インク室外に通じるインク流出開口部とを備えており、
   前記インク供給容器がさらに、インク充填開口部とインク室との間に存在する多孔性材料と、この多孔性材料に加え、前記インク室内に負圧を加え維持すべく前記インク室に作用可能に結合される装置とを備えていることを特徴とするインク供給容器。
2. 前記多孔性材料がインク室に向かう方向に関して最小寸法を有し、該多孔性材料の最大寸法がインク室をほぼ完全に閉鎖していることを特徴とする請求項１に記載のインク供給容器。
3. 前記多孔性材料がインク室に向かう方向とそれに対して直角な方向の両方にインクを透過できることを特徴とする請求項２に記載のインク供給容器。
4. 前記多孔性材料がスレッドまたはワイヤの規則正しい織物によって形成されることを特徴とする請求項２または３に記載のインク供給容器。
5. 第一の織り方向のスレッドまたはワイヤが第二の織り方向のスレッドまたはワイヤとは異なる直径を有することを特徴とする請求項４に記載のインク供給容器。
6. 前記織物が、貫流方向に配置された５〜３０マイクロメートルの最大寸法を有する開口を有することを特徴とする請求項４または５に記載のインク供給容器。
7. 動作モード時の前記多孔性材料の少なくとも一部分が、動作モード時にインク室内に通常存在するインクと液体接触する請求項１から６のいずれか一項に記載のインク供給容器。
8. 前記インク室が、第一のインク室と該第一のインク室に液体連絡する第二のインク室とからなり、動作モード時の前記第二のインク室が重力方向から見て第一のインク室より上に位置することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のインク供給容器。
9. 前記多孔性材料によって形成されかつインク室の方向を向いた平面が、動作状態で、重力方向に対して斜めに配向した平面を形成することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のインク供給容器。
10. 少なくとも一つのインク室に通じ、その少なくとも一つのインク室内にほぼ一定の負圧を加える装置に接続されるように形成された開口部を備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のインク供給容器。
11. インクジェットプリントヘッドと請求項１から１０のいずれか一項に記載のインク供給容器とを含むインクジェットシステムであって、前記インクジェットプリントヘッドが前記インク供給容器のインク射出開口部に通じる対応するインク供給ダクトを有するノズルを備えたインクジェットシステム。

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