JP4547054B2 - インクジェットプリンター用の定圧インク貯蔵容器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はケーシングとケーシングに対して移動可能であるピストンから成り、インク貯蔵容器と連通する体積可変チャンバーをケーシングとピストンで画成するインクジェットプリンターのインク貯蔵容器における圧力を制御する装置に関する。ピストンは体積可変チャンバーと外部の間の圧力差を維持するように附勢されている。
【０００２】
【従来の技術】
一般には、インクジェットプリンターは一つ又はそれ以上のノズルアレーと、ノズルアレーのノズルへ液体インクを供給するインク貯蔵容器を有するプリントヘッドから成り、その結果当業者には周知であるように、インク液滴は熱若しくは圧電作用によりノズルから噴射される。インク貯蔵容器におけるインクのレベルがノズルのレベルよりも高ければ、インク貯蔵容器はノズルからインクが漏れないようにするために、準大気圧に維持されるべきである。インク貯蔵容器の内部圧と大気圧の間の差は液滴発生の過程に影響を与え、よって印字画像の品質に影響を与えるので、この圧力差を一定に保つことが望まれる。しかしながら、インク貯蔵容器の内部圧は含まれるインク体積の変化、例えば熱膨張等に応じて変化するので、インク貯蔵容器の内部圧を制御することが必要である。
【０００３】
米国特許第5,039,999 号には、上述したようなタイプの圧力制御装置が開示されており、コイルばねがピストンにバイアスをかけるために利用されている。米国特許第4,509,062 号には、別のタイプの圧力制御装置が開示されており、体積可変チャンバーが、弾性的に変形可能なブラダーにより結合されている。
双方の従来設計には、インク貯蔵容器の内部圧と大気圧の差を維持させる弾性的バイアス力が夫々ばね若しくはブラダーの変形の程度に依存し、その結果圧力差は体積可変チャンバーの膨張若しくは収縮に沿って依然として変化するという欠点を有している。
【０００４】
欧州特許第0,375,383 号には圧力制御装置が説明されており、体積可変チャンバーは回転ダイアフラムにより部分的に結合されている。この回転ダイアフラムは、コイルばねにより附勢されたピストンと同様な、実質的に直線的関係にある体積/ 圧力特性を有する。この装置において、回転ダイアフラムは体積変化に応じて圧力変動を緩和するためだけに利用され、最終的には、圧力は小さなオリフィスを介して体積可変チャンバーへ空気泡若しくは液体を吸い上げることにより一定に保たれる。よって、上記装置はむしろ複雑な設計が必要となり、さらに体積可変チャンバーへ吸い上げられた空気泡により、僅かな圧力変動が生じるという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、高精度でインク貯蔵容器の内部圧を一定に保つことを可能とする単純な装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、主に重力によりピストンに附勢をかける装置により達成される。
ピストン自身の重量若しくはピストンに加えられた追加の負荷により生じる重力は、体積可変チャンバーの体積変化に関係なく一定であるので、インク貯蔵容器の内部圧、より正確にはインク貯蔵容器と外部の圧力差は、たとえ体積可変チャンバーの体積が比較的広範囲内で変化が許されたとしても、高精度で一定である。結果として、液滴発生過程がノズル間での圧力降下にかなり敏感であり、ノズルへの空気の進入が安全に防止されているシステムであっても、高品質の印字画像が得られる。本発明のよる装置は、高温度で操作されるホット- メルトインクジェットと組合せて特に有用である。
【０００７】
本発明の具体的な有利な特徴は、独立クレームに示してある。
ピストンは、ピストンとケーシングの間に実質的な摩擦を生じることなしに、ピストンとケーシング壁の間のギャップに完全な密閉を与えるかなり可とう性のあるダイアフラムにより、体積可変チャンバーを画成するケーシングの壁につながっていることが好ましい。結果として、インク貯蔵容器の内部圧が大気圧よりも僅かに低い、例えば大気圧よりも約１ｋパスカル低い場合であっても、摩擦効果は無視でき、ピストンの有効感圧領域は比較的小さく、したがってその結果、附勢をかけるのに必要とされる重力は極端に小さい。
【０００８】
特に好ましい実施例において、体積可変チャンバーを画成するケーシングはシリンダーの形状をしており、ピストンは、ピストンの外部円周表面とシリンダー壁の内部円周表面との間に小さな環状ギャップを有して合わさり、回転ダイアフラムはこの環状ギャップに収納される。このようにして、特定なコンパクト構造の装置が得られ、ダイアフラムは実質的に摩擦がなくシリンダー内に滑らかに、安定に案内される。ダイアフラムは実質的な引張応力を全く受けないので、極端に薄く作られ、その結果ピストンには弾性力は全くが働かない。体積可変チャンバーの内部と外部の間の圧力差は、回転ダイアフラムの二層を分離させるのに役に立ち、ピストンが変位するときに、ダイアフラムの二層の間でのみ相対的移動が起こるので、摩擦はほとんど完全に除去される。加えて、ダイアフラムは弾性的性質を有する必要はないので、材料はそれ自身に関して摩擦係数を減少させる点から、最適化される。
【０００９】
インクジェットプリンターのプリントヘッドは一般には移動キャリッジに取付けられるのに対して、圧力制御装置は、フレキシブルホースを通してプリントヘッドのインク貯蔵容器に接続されたプリンターの固定フレーム上に取付けられる。よって、重量附勢をかけられたピストンは、実質的に慣性力を受けない。プリントヘッドが、例えばカラープリンターのような複数のインク貯蔵容器から成るならば、全てのインク貯蔵容器は同じ圧力制御装置に接続される。
【００１０】
ピストンに作用する一定の重力により、ピストンの変位はインク貯蔵容器の全空気体積、体積可変チャンバー及びそれに接続したホースに直線的に依存する。
長い目で見れば、上記空気体積は、漏れ若しくは拡散によりわずかに上昇する傾向にある。好ましい実施例において、空気体積の上記上昇はピストンの位置を監視することにより検出され、その結果インク貯蔵容器から空気を抜くリセット過程は、必要なときに自動的に開始される。同様に、ピストンの変位は空気体積が目標値に再び達したときに、真空排気過程を自動的に停止させる信号を発生させるのに利用される。代替として、体積可変チャンバーは、例えばプリンターの各走査サイクルの終わりに規則的間隔で特定体積へリセットされる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施例は添付した図面と共に説明される。
図１に示すように、インクジェットプリンターのプリントヘッド１０は、両矢印Ｓにより示される方向に走査移動するキャリッジ１２に取付けられている。プリントヘッドは、インク貯蔵容器１６の低い端に取付けられた二つのノズルアレー１４から成る。プリンターが作動状態にあるときに、インクはノズルアレー１４のノズルへ供給される。インク貯蔵容器１６の液体インクのレベルは、点線１８により示される。このインクのレベルはノズルアレー１４のノズルのレベルよりも高いので、ノズル中のインクは静圧下にあり、その結果インクはノズルから漏れる。この理由のために、インク貯蔵容器１６のインクのレベル１８以上の空気体積は、準大気圧、例えば大気圧よりも１ｋパスカル低い圧に維持される。
【００１２】
この圧力はプリンターの固定フレーム２２に取付けられ、可とう性ホース２４によりインク貯蔵容器１６の上部に接続した圧力制御装置２０により制御される。
圧力制御装置２０は、直立したシリンダーの形をし、開放底を有するケーシング２６から成る。ホース２４に接続した接続口２８はケーシング２６の上部壁に形成される。
【００１３】
円筒キャップ形状をしたピストン３０は、ケーシングの内部へ上向きに面する開放端を有するケーシング２６に摺動可能に配置され、その結果体積可変チャンバー３２はケーシング２６及びピストン３０の内部を画成する。
極端に薄く可とう性材料から作られるホース若しくはバックの形の回転ダイアフラム３４は、ケーシング２６の円周壁の低い縁に密閉されて接続された端部３６と、ピストン３０の底に密閉して接続されたダイアフラムの他端を有する。
【００１４】
ピストン３０の外部円周表面とケーシング２６の内部壁は、ダイアフラム３４の主要部をを収容する環状ギャップ４０を画成する。この主要部は、ケーシング２６の壁に係合する外部層４２とピストン３０の外部円周用面に係合する内部層４４を形成する。外部及び内部層４２、４４は回転リム４６により各上部端で相互接続されている。
【００１５】
ピストン３０は自身の重量により下向きに附勢されており、よって体積可変チャンバー３２を延在させる傾向にある。ダイアフラム３４はピストンとケーシング２６の間に気密密閉を形成し、体積可変チャンバー３２の拡張は、チャンバー及びさらにインク貯蔵容器１６に存在する圧力を大気圧以下に低下させる。したがって、ピストン３０は、ピストンの底面に働く差異圧力により相殺された重力のある平衡位置にある。よって、インク貯蔵容器１６の内部圧は、ピストン３０の重量及び断面積により決定される一定値を保つ。
【００１６】
ダイアフラム３４はピストン３０の変位に関係なく、ピストン３０には全く弾性力を及ぼさないことを指摘しておくことは重要である。僅かな弾性応力がダイアフラムの回転リム４６に発生するが、上記力はピストンに上向き若しくは下向きに附勢されないが、むしろケーシング２６の軸上のピストンを調整する傾向がある。
【００１７】
体積可変チャンバー３２の準大気圧により、周囲の空気はダイアフラム３４の外部層と内部層の間の小さなギャップへ浸透し、上記層がケーシング２６の壁とピストン３０とに夫々係合するのを助ける。よって、外部及び内部層４２、４４はわずかなギャップによりいつも分離され、その結果上記層の間の摩擦力はピストン３０の軸変位を邪魔する。
【００１８】
インク貯蔵容器１６のインクレベル１８は変化し、又はこのインクのレベル以上の空気が熱膨張を受けるときに、ピストン３０はケーシング２６内を自由に移動し、その結果インク貯蔵容器内の圧力は常に一定である。
長い目で見れば、インク貯蔵容器及び可変体積チャンバー３２に存在する準大気圧は、漏れ、拡散等により空気の進入を引き起こす。結果として、図２に示すように、ピストン３０は徐々に下に向かって移動する。ピストンの上記の徐々に下に向かう移動は、ピストンを“リセット”させることにより時間毎に補正すべきある。この目的のために、真空ポンプ４８が図１に示すホース２４につながっている。真空ポンプ４８が作動状態にあるときには、インク貯蔵容器１６及び体積可変チャンバー３２は、ピストン３０が再び上昇するように空気が抜かれる。
オリフィス５０はインク貯蔵容器及び体積可変チャンバーから引かれる空気の流れを制限し、その結果ピストン３０は、インク貯蔵容器に一時的な圧力低下を引き起こすことなく、空気を抜くことにより容易に維持される。オリフィス５０とホース２４の間に接続された圧力アキュムレータ５２は、真空ポンプ４８により生じる圧力変動を滑らかにする。
【００１９】
図１に示す実施例において、例えば光学センサーであるピストンセンサー５４はフレーム２２に取付けられる。体積可変チャンバー３２は空気が抜かれ、ピストン３０が図１に示す位置に上昇する際に、センサー５４は真空プンプ４８をオフにする信号を送る。よって、空気抜きが開始された後に、ピストン３０は元の位置は自動的に戻る。
【００２０】
光学的には、別の位置センサー５６がセンサー５４よりも低い位置に設けられる。空気の進入によりピストン３０が図２に示す位置に下がった際に、センサー５６は空気抜き過程を自動的に開始する信号を送る。
図３は規則的時間間隔で圧力制御装置２０をリセットさせるリセット機構の変形実施例を示す。この実施例において、圧力制御装置２０と、例えばカラープリンターの複数のプリントヘッド１０は、プリンターのフレーム２２に対して前後に移動するキャリッジ１２に、共通に取付けられる。さらに真空ポンプ４８もキャリッジ１２に取付けられる。よって、圧力制御装置２０はプリントヘッド１０と真空ポンプ４８に剛体配管により接続され、その結果可とう性ホースは必要なくなる。
【００２１】
真空ポンプ４８は作用チャンバー６２を画成するシリンダー５８とピストン６０から成る。ピストン６０はキャリッジ１２の走査方向Ｓに平行な方向に、シリンダー５８に対して移動可能であり、フレーム２２の部分に向かって突出するプランジャ６４から成る。作用チャンバー６２に収納された圧縮ばね６６は、フレームの前記部分、つまり作用チャンバーの体積が増大する方向に向かってピストンに附勢させる。
【００２２】
真空ライン６８は、真空ポンプの作用チャンバー６２と圧力制御装置２０の可変体積チャンバー３２をつなげ、真空ポンプ４８の方向に開く第一のチェックバルブ７０を含む。別のチェックバルブ７２は大気圧に対して開き、第一のチェックバルブ７０と真空ポンプの間の真空ライン６８に接続される。
さらに大気圧に対して開く第三のチェックバルブ７４は、圧力制御装置２０のケーシングの上部壁に配置される。上記チェックバルブのバルブ部材は圧力制御装置のピストンに下向きに突出する制御棒７６に接続される。
【００２３】
プリンターが作動状態であり、キャリッジ１２は走査ストロークの端の位置に達したときに、プランジャ６４はフレーム２２に対して接し、ピストン６０は圧縮ばね６６の力に対して内側に押される。作用チャンバー６２からの空気の移動は、チェックバルブ７０が閉じている間に、チェックバルブ７２を通して抜かれる。それからキャリッジ１２は次の走査サイクルを実行し、フレーム２２から離れて移動するときに、作用チャンバー６２は圧縮ばね６６の力に対して再び膨張する。このような条件において、空気が体積可変チャンバー３２から吸い上げられ、作用チャンバー６２へ送られるように、チェックバルブ７２は閉じており、チェックバルブ７０は開いている。結果として、圧力制御装置のピストン３０は上昇する。
【００２４】
上昇するピストン３０があるゼロ位置に達したときに、ピストンの底は制御方７６の端に接し、チェックバルブ７４を開かせる。よって、圧縮ばね６６は伸長を続け、体積可変チャンバー３２から吸い上げられて空気は、開いたチェックバルブ７４から引き込まれた周囲の空気と置き換わる。結果として、ピストン３０はさらには上昇せず、ゼロ位置に留まる。圧縮ばね６６が平衡位置に近づくとき、つまり附勢される力がゼロに近づくときに、真空ポンプ４８の吸い上げる力は、ピストン３０の重量により生じる吸い上げる力にはもはや打勝つことはない。
この瞬間、チェックバルブ７０及び７４は閉じ、体積可変チャンバー３２は周囲の空気及び真空ポンプ４８の双方から切り離され、その結果体積可変チャンバー３２の真空圧は、ゼロ位置に戻ったピストン３０の重量によってのみ再び決定される。よって、リセット過程は完成する。
【００２５】
上記説明したリセット過程はキャリッジ１２の各走査サイクル後に繰り返され、夫々プランジャ６４がフレーム２２に係合する。
本発明の特定の実施例を上記に説明したが、添付した特許請求の範囲内で多様な変形が可能であることは、当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は概略的に描いたインクジェットプリンターの関連する構成部品と共に、圧力制御装置の主要構成部品の断面図である。
【図２】図２は図１とは異なる作動状態を示す装置の断面図である。
【図３】図３は、変形実施例によるプリンターの圧力制御装置のリセット機構の線図である。
【符号の説明】
１０ プリントヘッド
１２ キャリッジ
１４ ノズルアレー
１６ インク貯蔵容器
１８ 点線（インクのレベル）
２０ 圧力制御装置
２２ フレーム
２４ ホース
２６ ケーシング
２８ 接続口
３０ ピストン
３２ 体積可変チャンバー
３４ ダイアフラム
３６ 端部
４０ 環状ギャップ
４２ 外部層
４４ 内部層
４６ 回転リム
４８ 真空ポンプ
５０ オリフィス
５２ 圧力アキュムレータ
５４ センサー
５６ センサー

Claims (13)

1. ケーシングと該ケーシングに対して移動可能なピストンとを含み、インク貯蔵容器と連通した体積可変チャンバーを該ケーシングと該ピストンとで画成し、該ピストンが該体積可変チャンバーと外部との間の圧力差を維持するように附勢されたインクジェットプリンターのインク貯蔵容器における圧力を制御する装置であって、
   前記ピストンは、重力により附勢されており、可とう性ダイアフラムにより前記ケーシングの壁に密閉して接続されており、
   前記可とう性ダイアフラムは、前記ピストンの変位の方向において、前記ピストンに実質的な弾性力を及ぼさないように配置されている、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記ダイアフラムは巻き上げ式ダイアフラムであることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記ケーシングは円筒であり、前記ピストンも円筒であり、前記ピストンの外部円周表面と前記ケーシングの内部円周表面との間に形成された小さな環状ギャップにより、前記ピストンは、前記ケーシング内で案内され、
   前記ギャップは前記巻き上げ式ダイアフラムの外部層及び内部層を収納する、
   ことを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 前記ピストンは自身の重量により附勢されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の装置。
5. 真空ポンプが前記体積可変チャンバーから空気を抜くために設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の装置。
6. 前記ピストンの位置を検出し、前記ピストンが所定の位置に達したときに前記真空ポンプをオフとする信号を送るピストンセンサーを含むことを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 前記ピストンの位置を検出し、前記ピストンが他の所定の位置に達したときに前記真空ポンプをオンとする信号を送る他のピストンセンサーを含むことを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 前記体積可変チャンバーは、制御可能なチェックバルブを経由して大気圧と接続可能であり、
   制御手段は、前記ピストンが所定の位置に上昇したときに前記チェックバルブを開けるように配置されている、
   ことを特徴とする請求項５記載の装置。
9. 液体インクと該インクのレベルの上にある空気体積を含むインク貯蔵容器を有するプリントヘッドを含むインクジェットプリンターであって、前記空気体積は請求項１乃至８のうちいずれか１項記載の装置の体積可変チャンバーに接続されていることを特徴とするインクジェットプリンター。
10. 前記装置は、当該プリンターの固定フレームに取付けられ、可とう性ホースにより、移動するプリントヘッドに接続されていることを特徴とする請求項９記載のインクジェットプリンター。
11. 前記装置は、当該プリンターの移動するキャリッジに取付けられ、前記体積可変チャンバーから空気を抜く真空ポンプは、該キャリッジと当該プリンターのフレームとの相対運動により駆動されることを特徴とする請求項９記載のインクジェットプリンター。
12. 前記真空ポンプは、前記キャリッジに取付けられ、前記キャリッジが各走査サイクルの終わりに端の位置に近づくときに当該プリンターの前記フレームのある部分と係合するプランジャを含むことを特徴とする請求項１１記載のインクジェットプリンター。
13. 前記真空ポンプは、
    シリンダーと、
    該シリンダー内の作用チャンバーを画成するピストンと、
    該作用チャンバーの体積が増大する方向に前記ピストンを附勢するばねと、
    該作用チャンバーの体積が、前記フレームに係合する前記プランジャにより減少させられるときに該作用チャンバーを大気圧に接続し、且つ、該作用チャンバーの体積が、該ばねの作用により増加するときに該作用チャンバーを前記体積可変チャンバーに接続するチェックバルブと、を含む
    ことを特徴とする請求項１２記載のインクジェットプリンター。

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