JP4701707B2 - 流体射出容器システム及びインクジェット式プリントヘッド・カートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、流体タンクに関する。即ち、本発明は、流体射出容器システム、及び、該システムを含むインクジェット式プリントヘッド・カートリッジに関する。

例えば、ドロップオンデマンド液体インクプリンタなどの流体噴射システムは、流体の液滴を受容シートに対し射出する、少なくとも１つの流体イジェクタを有する。走査形インクジェット・プリンタは、流体インクを含む流体噴射ヘッドを備えている。流体は、コンピュータ、スキャナ、又は、同様の装置から受信される印刷データに基づく配列でシートに塗布される。流体のシートへの送出を制御するために、流体噴射ヘッドは、流体をシートに付与するようにシートを横切って移動され、流体は液滴として射出される。各液滴は、画素と呼ばれる液体量と一致する。各画素は、特定の単位面積を暗くしたり、又はカバーするのに必要な量に関連付けられる。

コストを下げて、慣性を制限することによって性能を改良するために、可動ヘッド流体噴射システムは、再充填可能な流体容器を使用することが多い低重量流体噴射ヘッドとともに設計される。重量を最小にするために、流体噴射ヘッドは、比較的小量の流体を含む。従って、流体噴射ヘッド（又は、それらの流体リザーバ）は、定期的に交換又は再充填（補充）されなければならない。交換可能カートリッジは、家庭用のプリンタで一般に使用されている。一部の使用頻度の多い業務用のプリンタは、連続的な再充填のために、アンビリカル（umbilical）チューブ（導管）を介して流体噴射ヘッドを取り付けている。その他の使用頻度の多いプリンタは、流体噴射ヘッドを定期的に再充填する。

本発明は、流体タンク供給ポート開口部を有する流体タンク・チャンバ内部に発泡体要素を有する、印刷装置で使用するような流体タンクを目的とする。発泡体要素の圧縮状態が変化することにより、結果として、供給開口部シールが除去されるとき、流体タンク供給開口部を通る流体タンクからの流体の漏出量が減少され、流体の使用法及び効率が改良され、タンクに流体を充填するプロセスの間に発泡体要素内の流体インピーダンスが減少され、高水位の減圧状態で流体の漏出量が減少され、デプライム（ｄｅｐｒｉｍｅ）条件が軽減され、さらに、流体タンクが動作中に接続される印刷ヘッドに対する流体出口圧力が改善されることになる。

カートリッジを交換することは、ユーザによる頻繁な相互作用を必要とし、大量生産で使用されたり、又は、ネットワークによって噴射データソースに連結される流体イジェクタにとって不都合であると考えられる。アンビリカル・システムは、費用がかかり、加圧、管成形、管にハーネスを付けることを必要とし、水分蒸発、加速による圧力変動又は温度変化による性能の低下を被る可能性があり、管成形ハーネル抗力による動作ヒステリシスを受けることがある。

１つの一般的な流体噴射システムは、インクジェクタ・プリンタである。インクジェット・プリンタにおいて、定期的再充填システムは通常、プリントヘッドに付着されるインクを正確に測定しない。従って、プリントヘッドにおけるインク・リザーバは、再充填されたプリントヘッドのインク・リザーバから余剰のインクが流出することを避けるために、かなり少なめに再充填しておかなければならない。その結果、この少なめの再充填が空間を無駄にし、再充填作業がより頻繁に生じることにより、プリンタの生産性を低下させる。

同様に、流体噴射の種々の用途における消耗性流体用の他の容器は、流体を流体リザーバに再充填したり、又は交換するために、液面を検出する必要がある。このような用途は、インクジェット・プリンタに限定されるものではなく、調剤、薬品、受信媒体上の写真結果、放出を制御するために還元剤をエンジン排気に注入すること、冷却等の間に結露を排出することなどが挙げられるが、これらに限定されない。再充填可能な流体容器を使用する他の技術は、燃料電池、燃料タンク、化学薬品処理装置、及び、電気のバッテリを含む。こうした技術の流体容器における流体レベル検出は、電気的に流体を検出することが、例えば、流体容器に収容された流体に火花が点火したり、又は、流体が腐食作用などによって電気センサーを劣化させるような、危険をもたらすことがあるために、困難である。

流体リザーバのための１つの光学的レベル検出システムは、エミッタから光センサに光を反射するために１つ以上のセンサーターゲット、例えば、光学プリズムを含む。センサーシステムは、流体レベルが１つ以上のセンサーターゲットより下に下がっているかどうか決定する。センサーターゲットは、流体リザーバにおける低液面の低プリズム若しくはセンサーターゲット、及び、流体リザーバにおける高液面の高プリズム若しくはセンサーターゲットを含むことができる。エミッタは、低入射面に対する低プリズム若しくはセンサー、及び、高入射面に対する高プリズム若しくはセンサの少なくとも１つを介して光線を射出する。光センサは、液体が低プリズム又はセンサーターゲットよりも下にあるときに、低プリズム又はセンサーターゲットから反射される光線を検出する。光センサは、また、液面が高プリズム又はセンサーターゲットより下にあるときに、高プリズム又はセンサーターゲットからの光線を検出する。より詳しくは、センサーは、流体レベルが、高プリズム又はセンサーターゲットの高入射面より上に上昇する場合を検出するために光線の欠如を使用する。

例えば、印刷装置に用いられるインクタンクなどの流体タンクにおいて、流体リザーバ・チャンバ内部の毛管又は発泡体要素は、流体リザーバの少なくとも一部として使用できる。このような流体タンクにおいて、流体リザーバ・チャンバは、液状流体リザーバ、及び、毛管若しくは発泡体要素を内部に有する毛管媒体チャンバを含む。液状流体リザーバ及び毛管媒体チャンバは、バリア（境界）によって分離され、該バリアは、流体が毛管媒体チャンバから液状流体リザーバに流れるためのバリア間隙又はオリフィスを有する。しかしながら、収容される流体に加えて、空気が、毛管媒体チャンバに存在していてもよく、バリア間隙又はオリフィスを介して液状流体リザーバに流入することもできる。

しかしながら、流体を使用する間にこのような構造において、毛管媒体チャンバからの空気は、液状流体リザーバに流入し、気泡を形成する。こうした気泡は、流体レベル検出システムのセンサーターゲットに集まる可能性がある。流体がカートリッジから徐々に排出するとき、流体の気泡がセンサーターゲットの反射面を覆おうことがある。これら表面上の流体は、光を反射する代わりに、光を屈折させ、カートリッジが誤って光センサいっぱいに見えてしまうことになる。

本発明は、流体タンク供給ポート開口部を有する流体タンク・チャンバ内部に発泡体要素を有する、印刷装置で使用するような流体タンクを目的とする。発泡体要素の圧縮状態の変化により、結果として、供給開口部シールが除去されるときに流体タンク供給開口部を通る流体タンクからの流体の漏出量が減少され、流体の使用法及び効率が改良され、タンクに流体を充填するプロセスの間に発泡体要素内の流体インピーダンスが減少され、高水位の減圧状態で流体の漏出量が減少され、デプライム（ｄｅｐｒｉｍｅ）条件が軽減され、さらに、流体タンクが動作中に接続される印刷ヘッドに対する流体出口圧力が改善されることになる。

したがって、本発明は、流体レベル検出のための光学的レベル検出システムを含む液状流体リザーバにおいて流体の気泡が集まることを防止するための装置及び方法を提供する。

種々の例示的な実施の形態において、少なくとも１つの液状流体リザーバ、少なくとも１つの毛管媒体チャンバ、及び、光学的レベル検出システムを含む、流体タンク構造が、提供される。

本発明の第１の態様は、流体を含むための流体射出容器システムであって、流体を保持するための第１のチャンバ、前記第１のチャンバ内に鉛直方向に沿って設けられる第１の壁により形成される、流体を保持するための毛管媒体を有する第２のチャンバ、前記第１のチャンバ内に位置決めされ流体のレベルを検出する流体レベル検出手段、前記流体レベル検出手段と前記第２チャンバとの間に設けられた、前記第１の壁に平行な第２の壁、前記第１の壁の底面側に設けられ、前記第１チャンバとの間で流体を流通させる第１の流路、前記第２の壁の底面側に設けられ、前記第１の流路より狭く、流体を流通させる第２の流路、を含むことを特徴とする。

本発明の第２の態様は、上記流体がインクである、上記第１の態様による流体射出容器システムを含む、インクジェット式プリントヘッド・カートリッジである。

本発明のこれら及びその他の特徴と効果は、本発明によるシステム及び方法の種々の例示的な実施の形態の以下の詳細な説明に述べられ、又は、該説明から明らかである。

本発明による、マニホールド及びインクリザーバの間に連通チャネルを有する流体容器の種々の例示的な実施の形態の以下の詳細な説明は、明確であり、またよく知られていることから、１つの特定のタイプの流体システム、例えば、本発明による再充填可能な流体容器を使用するインクジェットプリンタを想定してもよい。しかしながら、以下に概説されたり、あるいは論述されるように、本発明の原理が、本明細書中に詳細に議論されるインクジェットプリンタを越えて、いずれの公知の、又は、今後開発される流体射出装置にも等しく適用され得ることは認識すべきである。

図１は、インクジェット式プリントヘッドのためのカートリッジ・リザーバ１００の組み立て分解等角図を示す。カートリッジ・リザーバ１００は、流体チャンバ１１０、チャンバ・リッド１２０、流体射出インタフェース・モジュール１５０、マニホールド１６０、フェース・テープ１７０、及び、再充填ポート１８０を含む。このような従来の再充填可能な流体容器は、オプションとして、光学的レベル検出システムなどの流体レベルセンサ１３０を含むこともできる。このような光学的レベル検出システムは、例えば、米国特許出願第１０／４５５，３５７号（出願日：２００３年６月６日）に述べられ、これは全体が本明細書中に参照によって組み込まれる。毛管媒体インサート１１１は、流体チャンバ１１０内に挿入されることができる。

流体チャンバ容器１１０は、毛管媒体チャンバ１１２及び液状流体リザーバ１１６を含む。チャンバ・リッド１２０が流体チャンバ１１０上に配置される前に、毛管媒体インサート１１１は、開放上部を通して毛管媒体チャンバ１１２内に収容されることができる。プリズム又はセンサーターゲット１３５を受容するフレーム１１５は、液状流体リザーバ１１６上に配置される。バリア壁１１４は、２つの分割されたチャンバにおいて別々の流体レベルを可能にするために毛管媒体チャンバ１１２及び液状流体リザーバ１１６を分離するが、流体が底部間隙又はオリフィス１１８（図３に図示）に沿ってバリア壁１１４の下で連通することを可能にする。この底部間隙又はオリフィス１１８は、毛管媒体チャンバ１１２及び液状流体リザーバ１１６間における流体の湿潤流路となる。流体チャンバ１１０は、マニホールド・リム１６４内に配置されるフィルタ１６６を通って流体を連通させる。液状流体リザーバ１１６は、そうでなければ隔離され、毛管媒体チャンバ１１２は、空気が両チャンバ間を連通できるように、通気ポート１２２に接続されている。したがって、毛管媒体チャンバ１１２のインクレベルが、バリア壁又はオリフィス１１８のレベルの下に減少するまで、空気が液状流体リザーバ１１６に入り込むことを防止すると同時に、流体が流動することを可能にするために、液状流体リザーバ１１６に対する逆止弁として作用する。

毛管媒体インサート１１１は、独立気泡網目状ポリウレタンから構成することができる。こうした気泡の網目状（裂け目）は、含水スポンジを生成するための化学エッチング又は火炎処理によって達成できる。毛管媒体インサート１１１は、発泡材料やフェルト材料などの、毛管ウィッキングを用いて、流体を湿り領域から乾燥領域に移動させることができる。このような毛管媒体は、流体チャンバ１１０内に負のゲージ圧を可能にする。通気経路は、流体を除去し、空気と置き換えられ得るように、毛管媒体インサート１１１の上部に接続される。

チャンバ・リッド１２０は、通気ポート１２２、センサーターゲット・ウィンドウ１２４、及び、ブリッジ１２６を含む。プリズム又はセンサーターゲット１３５は、センサーターゲット・ウィンドウ１２４に収容され、フレーム１１５内で液状流体リザーバ１１６に挿入されることができる。通気ポート１２２は、毛管媒体チャンバ１１２を周囲圧力とつり合わせるためにカートリッジ・リザーバ１００の外部から内部に接続しているオリフィスを含む。

インタフェース１５０は、フレキシブル回路１５２、ヒートシンク１５４、及び、注入口１５８を有する射出チップ１５６を含む。フレキシブル回路１５２は、コマンドによって流体を射出するための信号の通信路を提供する。ヒートシンク１５４は、電気抵抗による加熱からの温度応答を減衰させる。射出チップ１５６は、ヒートシンク１５４に隣接している。注入口１５８は、流体射出ノズル（図示せず）によって、媒体（同じく図示せず）上に流体が制御可能に放出されるための流路を提供する。

マニホールド１６０は、マニホールド容器１６２及びマニホールド・リム１６４を含む。流体チャンバ１１０は、マニホールド・リム１６４内に配置されるフィルタ１６６を介して、マニホールド１６０に流体を移送する。ヒートシンク１５４、射出チップ１５６、及び、マニホールド容器１６２のそれぞれの底部は、インタフェース・シールとなるフェース・テープ１７０によって被覆される。フェース・テープ１７０は、ヒートシンク１５４の底部を被覆するヒートシンク部１７２、射出チップ１５６が流体を流体射出ノズルから媒体上に流動させることを可能にする開放領域１７４、及び、マニホールド容器１６２の底部を被覆するマニホールド部１７６を含む。流体は、フィルタ１６６を介して流体チャンバ１１０からマニホールド容器１６２に流動する。流体は、注入口１５８を介してマニホールド容器１６２から射出チップ１５６に放出される。

再充填ポート１８０は、液状流体リバーザ１１６と共有される側壁に沿って、流体チャンバ１１０に取り付けることができる。再充填ポート１８０は、元の製造の間に、最初に流体チャンバ１１０を充填するための手段となる。再充填ポート１８０は、また、以前に供給された流体が消費された後に、流体チャンバ容器１１０に流体を充填するための手段ともなる。

最初に流体チャンバ１１０に流体を充填するときに、通気ポート１２２はガスケットにより封止され、内部空気は、負のゲージ圧（即ち、周囲圧力以下）で、少なくとも不完全真空を形成するように流体チャンバ１１０から排気される。流体は、再充填ポート１８０を通して液状流体リザーバ１１６内に移送される。液状流体リザーバ１１６が充填されるとき、流体の一部はバリア壁１１４内のバリア間隙又はオリフィス１１８を介して毛管媒体チャンバ１１２内に流入する。液状流体リザーバ１１６を充填すると、（不完全な真空排気から生じられる）小さな気泡が、液状流体リザーバ１１６内に残存し、該液状流体リザーバ１１６の残りには、流体が含まれる。一方、毛管媒体チャンバ１１２は、流体が充填されている３分の２に対し約半分である。

搬送及び／又は初期設定の間に、周囲圧力及び温度が変化することがある（例えば、高度の変化による気圧の減少、日周サイクル、あるいは、緯度変化の際の温度上昇）。このような環境は、最初の充填作業の間の状態から毛管媒体チャンバ１１２において気圧変動を生じさせる可能性がある。毛管媒体チャンバ１１２の内圧の変化は、流体を膨張させ、通気ポート１２２を介して移動させることができる。また、カートリッジ・リザーバ１００の方向付けの変化により、毛管媒体チャンバ１１２の上方領域に、及び、通気ポート１２２内に重力誘発性の流れを引き起こす可能性がある。流体が通気ポート１２２から流出することにより、カートリッジ・リザーバ１１０から望ましくない流体の漏出が生じる可能性がある。本発明の種々の例示的な実施の形態は、このような潜在的漏出を抑制したり、又は、防止するように設計されている。

さらに、通気ポート１２２の流路は、空気が周囲条件から毛管媒体チャンバ１１２まで連通できるように、障害を取り除いておくべきである。印刷する間に、例えば、流体はマニホールド・チャンバ１６２から引き出されている射出チップ１５６を介して消費される。マニホールド・チャンバ１６２に対する流体は、液状流体リザーバ１１６及び／又は毛管媒体チャンバ１１２を介して、流体チャンバ１１０から供給される。液状流体リザーバ１１６に流体がなくなり、からになると、毛管媒体チャンバ１１２は、バリア間隙又はオリフィス１１８を介して流体を補充する。

このサイフォンで吸い上げる間に、液状流体リザーバ１１６の流体レベルは上昇し、一方で、毛管媒体チャンバ１１２の流体レベルが下降し、外気が、圧力とつり合うように、通気ポート１２２から毛管媒体チャンバ１１２内に入り込む。これら流体レベルは、それによって、モノメーターに類似した方法でつり合う。流体プリントヘッドの動作中に、一定の内容積を維持する流体チャンバ１１０は、流体を除去させ得るように通気させなければならず、したがって、ノズルに対する流体の安定した出口圧力を維持する。液状流体リバーザ１１６を補充する流体を交換するために外気が毛管媒体チャンバに入り込むことなく、流体は、流体チャンバ１１０内の低圧状態によって閉じ込められ、マニホールド・チャンバ１６２及び射出チップ１５６に伝送されることになる。したがって、通気ポート１２２は、流体から妨げられることなく空気の流れを可能にしなければならない。

図２は、図１に示すような、例示的な従来の再充填可能な流体容器１００を示す。カートリッジ・リザーバ１００は、流体チャンバ１１０、チャンバ・リッド１２０、マニホールド１６０、及び、再充填ポート１８０を含む。流体チャンバ１１０は、毛管媒体チャンバ１１２（図示せず）、及び、液状流体リザーバ１１６（切り取りにより示される）を有する。毛管媒体チャンバ１１２及び液状流体リザーバ１１６は、バリア壁１１４（図示せず）によって、互いに分離されている。チャンバ・リッド１２０は、通気ポート１２２及びブリッジ１２６を含む。

光学的レベル検出システム１３０は、液状流体リザーバ１１６に挿入される。センサー１９０は、液状流体リザーバ１１６内の流体のレベルを決定するための光源及びレシーバを備えている。再充填ステーションは、流体チャンバ１１０を適切なレベルに再充填するために通気ポート１２２及び再充填ポート１８０を係合させるための機器を備えている。

図３は、従来の再充填可能な流体容器１００のｙ−ｚ断面に沿った拡大概略図を示している。再充填可能な流体容器１００は、マニホールド領域１６０、液状流体リザーバ１１６、及び、毛管媒体チャンバ１１２から構成されている。液状流体リザーバ１１６及び毛管媒体チャンバ１１２は、バリア壁１１４によって分離される。液状流体リザーバ１１６及び毛管媒体チャンバ１１２の間の連通は、バリア壁１１４のバリア間隔又はオリフィス１１８によって、使用可能である。液状流体リザーバ１１６及びマニホールド領域１６０は、フィルタ手段１６６によって分離される。このような従来の再充填可能な流体容器は、オプションとして、光学的レベル検出システムなどの、流体レベルセンサ１３０を含むこともできる。

図４は、従来の再充填可能な流体容器１００のｘ−ｙ断面に沿った拡大概略図を示している。再充填可能な流体容器１００は、液体流体リザーバ１１６、及び、毛管媒体チャンバ１１２を含む。液状流体リザーバ１１６及び毛管媒体チャンバ１１２は、バリア壁１１４によって分離される。

流体及び空気が毛管媒体チャンバ１１２から液状流体リザーバ１１６に流れるとき、空気は小さい気泡となり、これらは、約２０乃至３０秒の半減期を有する持続性を有する。本明細書において使用される「半減期」は、気泡の約半分が破壊するのに要する時間である。光センサなどのレベルセンサ手段は、このような気泡に非常に影響される。気泡が液状流体リザーバ内を移動し、破壊するとき、センサの読み取り値は大幅に変化する可能性がある。気泡が破壊し、より多くのセンサーが空気に露出されるとき、全体的なセンサ信号は、図５に示されるように、大幅に改善されることになる。

図６は、本発明によるインクジェット式プリントヘッド用のカートリッジ・リザーバ４００の組み立て分解等角図を示す。カートリッジ・リザーバ４００は、流体チャンバ４１０、チャンバ・リッド４２０、流体射出インタフェース・モジュール４５０、マニホールド４６０、フェース・テープ４７０、及び、再充填ポート４８０を含む。このような再充填可能な流体容器は、光学的レベル検出システムなどの流体レベルセンサ４３０を含む。毛管媒体インサート４１１は、流体チャンバ４１０内に挿入されることができる。

流体チャンバ４１０は、毛管媒体チャンバ４１２、液状流体リザーバ４１６、及び、少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７を含む。チャンバ・リッド４２０が流体チャンバ４１０上に配置される前に、毛管媒体インサート４１１は、開放上部を通して毛管媒体チャンバ４１２内に受容されることができる。光学的レベル検出システム４３０のプリズム又はセンサーターゲット４３５を受容するフレーム４１５は、液状流体リザーバ４１６上に配置される。

バリア壁４１４は、分割されたチャンバにおける個々の流体レベルを可能にするように、毛管媒体チャンバ４１２、液状流体リザーバ４１６、及び、少なくとも１つの液状流体リザーバ４１７を分離するが、流体が（図７乃至図１１に示される）バリア間隔又はオリフィス４１８に沿ってバリア壁４１４を介して連通することを可能にする。バリア間隔又はオリフィス４１８は、毛管媒体チャンバ４１２及び少なくとも１つの液状流体リザーバ４１７の間に流体用の湿潤流路を備えている。バリア間隔又はオリフィス４１８の位置は、特に限定されない。種々の例示的な実施の形態において、バリア間隔又はオリフィス４１８は、バリア壁４１４の底部、又は、その近くに位置決めされている。液状流体リザーバ４１６は、少なくとも１つの細い流体連通チャネル５５０を介して少なくとも１つの更なる液体流体リザーバ４１７と連通することが可能である。流体チャンバ４１０は、マニホールド・リム４６４内に配置されるフィルタ４６６を介してマニホールド４６０と連通する。液状流体リザーバ４１６及び４１７は、別な方法で隔離され、その一方毛管媒体チャンバ４１２が空気を両リザーバ間で連通可能にするように通気ポート２２に接続される。したがって、毛管媒体チャンバ４１２の流体レベルが、バリア間隔又はオリフィス４１８のレベルより下に減少するまで、空気が液状流体リザーバ４１６及び４１７に流入することを防止しながら、流体の通過を可能にするように、毛管媒体チャンバ４１２は、液状流体リザーバ４１６に対する逆止弁として機能することができる。液状流体リザーバ４１６は、少なくとも１つの細い流体連通チャネル５５０を介して少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７と連通することが可能である。

毛管媒体インサート４１１は、独立気泡網目状ポリウレタンから構成することができる。毛管媒体インサート４１１は、発泡材料や、フェルト材料などに対する毛管ウィッキングを用いて、流体を湿潤領域から乾燥領域に移動させることができる。このような毛管媒体は、流体チャンバ４１０内で負のゲージ圧を可能にする。通気経路は、流体を除去し、空気と置き換えられ得るように、毛管媒体インサート４１１の上部に接続される。

チャンバ・リッド４２０は、通気ポート４２２、プリズム又はセンサーターゲット・ウィンドウ４２４、及び、ブリッジ４２６を含む。プリズム又はセンサーターゲット４４０は、プリズム・ウィンドウ４２４に収容され、フレーム４１５内で液状流体リザーバ４１６に挿入されることができる。通気ポート４２２は、毛管媒体チャンバ４１２を周囲圧力とつり合わせるためにカートリッジ・リザーバ４００の外部から内部に接続しているオリフィスを含む。

インタフェース４５０は、フレキシブル回路４５２、ヒートシンク４５４、及び、注入口４５８を有する射出チップ４５６を含む。フレキシブル回路４５２は、コマンドによって流体を射出するために信号の通信路を提供する。ヒートシンク４５４は、電気抵抗による加熱からの温度応答を減衰させる。射出チップ４５６は、ヒートシンク４５４に隣接している。注入口４５８は、流体射出ノズル（図示せず）によって、媒体（同じく図示せず）上に流体が制御可能に放出されるための流路を提供する。

マニホールド４６０は、マニホールド容器４６２及びマニホールド・リム４６４を含む。流体チャンバ４１０は、マニホールド・リム４６４内に配置されるフィルタ４６６を介して、マニホールド４６０に流体を移送する。ヒートシンク４５４、射出チップ４５６、及び、マニホールド容器４６２のそれぞれの底部は、インタフェース・シールとなるフェース・テープ４７０によって被覆される。フェース・テープ４７０は、ヒートシンク４５４の底部を被覆するヒートシンク部４７２、射出チップ４５６が流体を流体射出ノズルから媒体上に流動させることを可能にする開放領域４７４、及び、マニホールド容器４６２の底部を被覆するマニホールド部４７６を含む。流体は、フィルタ４６６を介して流体チャンバ４１０からマニホールド容器４６２に流動する。流体は、注入口４５８を介してマニホールド容器４６２から射出チップ４５６に放出される。

再充填ポート４８０は、液状流体リザーパ４１６と共有される側壁に沿って、流体チャンバ４１０に取り付けることができる。再充填ポート４８０は、元の製造の間に、最初に流体チャンバ４１０を充填するための手段となる。再充填ポート４８０は、また、以前に供給された流体が消費された後に、流体チャンバ４１０に流体を充填するための手段ともなる。

最初に流体チャンバ４１０に流体を充填するときに、通気ポート４２２はガスケットにより封止され、内部空気は、負のゲージ圧（即ち、周囲圧力以下）で、少なくとも不完全真空を形成するように流体チャンバ４１０から排気される。流体は、再充填ポート４８０を通して液状流体リザーパ４１６及び４１７内に移送される。液状流体リザーバ４１６及び４１７が充填されるとき、流体の一部はバリア壁４１４のバリア間隙又はオリフィス４１８をを介して毛管媒体チャンバ１１２内に流入する。液状流体リザーバ４１６及び４１７を充填すると、（不完全な真空排気から生じられる）小さな気泡が、液状流体リザーバ４１６及び４１７の集積領域５２５に残存し、液状流体リザーバ４１６及び４１７の残りには、流体が含まれる。一方、毛管媒体チャンバ１１２は、流体が充填されている３分の２に対し約半分である。

搬送及び／又は初期設定の間に、周囲圧力及び温度が変化することがある（例えば、高度の変化による気圧の減少、日周サイクル、あるいは、緯度変化の際の温度上昇）。このような環境は、最初の充填作業の間の状態から毛管媒体チャンバ４１２において気圧変動を生じさせる可能性がある。毛管媒体チャンバ４１２の内圧の変化は、流体を膨張させ、通気ポート４２２を介して移動させることができる。また、カートリッジ・リザーバ４００の方向付けの変化により、毛管媒体チャンバ４１２の上方領域に、及び、通気ポート４２２内に重力誘発性の流れを引き起こす可能性がある。流体が通気ポート４２２から流出することにより、カートリッジ・リバーバ４１０から望ましくない流体の漏出が生じる可能性がある。本発明の種々の例示的な実施の形態は、このような潜在的漏出を抑制したり、又は、防止するように設計されている。

さらに、通気ポート４２２の流路は、空気が周囲条件から毛管媒体チャンバ４１２まで連通できるように、障害を取り除いておくべきである。印刷する間に、例えば、流体はマニホールド・チャンバ４６２から引き出され、射出チップ４５６を介して消費される。マニホールド・チャンバ４６２に対する流体は、液状態流体リザーバ４１６と４１７及び／又は毛管媒体チャンバ４１２を介して、流体チャンバ４１０から供給される。液状流体リザーバ４１６及び４１７に流体がなくなり、からになると、毛管媒体チャンバ４１２は、バリア間隙又はオリフィス４１８を介して流体を補充する。

このサイフォンで吸い上げる間に、液状流体リザーバ４１６及び４１７の流体レベルは上昇し、一方で、毛管媒体チャンバ４１２の流体レベルが下降し、外気が、圧力とつり合うように、通気ポート４２２から毛管媒体チャンバ４１２に入り込む。これら流体レベルは、それによって、モノメーターに類似した方法でつり合う。流体プリントヘッドの動作中に、一定の内容積を維持する流体チャンバ４１０は、流体を除去させ得るように通気させなければならず、したがって、ノズルに対する流体の安定した出口圧力を維持する。液状流体リザーバ４１６及び４１７を補充する流体を交換するために外気が毛管媒体チャンバ４１２に入り込むことなく、流体は、流体チャンバ４１０内の低圧状態によって閉じ込められ、マニホールド・チャンバ４６２及び射出チップ４５６に伝送されることになる。したがって、通気ポート４２２は、流体から妨げられることなく空気の流れを可能にしなければならない。

図７は、図６に示すような、本発明による再充填可能な流体容器４００の例示的な実施の形態の等角図を示す。再充填可能な流体容器４００は、流体チャンバ４１０、チャンバ・リッド４２０、マニホールド４６０、及び、再充填ポート４８０を含む。流体チャンバ４１０は、毛管媒体チャンバ４１２、液状流体リザーバ４１６（切り取りにより示される）、及び、少なくとも１つの別の流体リザーバ４１７を有する。毛管媒体チャンバ４１２及び液状流体リザーバ４１６と４１７は、バリア壁４１４によって、互いに分離されている。チャンバ・リッド４２０は、通気ポート４２２及びブリッジ４２６を含む。ヒートシンク４５４及びフレキシブル回路４５２は、それぞれ、マニホールド４６０及び流体チャンバ４１０の近くにある。

光学的レベル検出システム４３０は、液状流体リザーバ４１６に挿入される。センサー４９０は、液状流体リザーバ４１６内の流体のレベルを決定するための光源及びレシーバを備えている。再充填ステーションは、適切なレベルに流体チャンバ４１０を再充填するために通気ポート４２２及び再充填ポート４８０を係合させるための機器を備えている。

図８は、本発明による、再充填可能な流体容器４００の例示的な実施の形態のｙ−ｚ断面に沿った拡大概略図を示す。再充填可能な流体容器４００は、マニホールド領域４６０、液状流体リザーバ４１６、少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７、毛管媒体チャンバ４１２、及び、光学的流体検出システム４３０を含む。液状流体リザーバ４１６及び４１７は、バリア壁４１４によって、毛管媒体チャンバ４１２から分離されている。少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７及び毛管媒体チャンバ４１２の間の連通は、バリア壁４１４の少なくとも１つのバリア間隔又はオリフィス４１８によって、使用可能である。液状流体リザーバ４１６及び少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７の間の連通は、少なくとも１つの細い流体連通チャネル５５０によって、使用可能である。液状流体リザーバ４１６及び４１７は、空気集積領域５２５を含む。液状流体リザーバ４１６及びマニホールド領域４６０は、フィルタ手段４６６によって分離されている。

少なくとも１つの細い流体連通チャネル５５０は、液状流体リザーバ４１６及び少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７を接続し、再充填可能な流体容器４００の流体チャンバの上部及び底部の各壁に対し拡張することもでき、再充填可能な流体容器４００及び／又はバリア壁４１４の各側壁によって境界付けされてもよい。したがって、少なくとも１つの流体チャネル５５０は、液状流体リザーバ４１６及び４１７の全長を拡張することもできる。光学的レベル検出装置４３０は、液状流体リザーバ４１６に位置決めされる。

流体及び空気が、毛管媒体チャンバ４１２から少なくとも１つの更なる液体流体リザーバに流入するとき、空気は、約２０乃至３０秒の半減期を有する、小さい持続性のある気泡５１０を形成する。小さい気泡５１０は、少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７の流体表面まで上昇する。小さい気泡５１０の表面張力により、小さい気泡５１０を１つにつながり合わせ、流体と空気のインタフェース５２０にあわ（フロス）５１５を形成し、少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７に含まれ、一方で、流体が、少なくとも１つの細い流体連通チャネル５５０を介して、少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７及び液状流体リザーバ４１６間で自由に流動可能とされる。フロス５１５の小さい気泡５１０はより大きい気泡を形成するように結合してもよい。この大きい気泡は、表面張力が低く、こわれやすい。この大きい気泡は、少なくとも１つの細い流体連通チャネル５５０を介して液状流体リザーバ４１６に流入することもある。

図９は、再充填可能な流体容器４００の例示的な実施の形態のｘ−ｙ断面に沿った拡大概略図を示す。再充填可能な流体容器４００は、液状流体リザーバ４１６、少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７、及び、毛管媒体チャンバ４１２を含む。液状流体リザーバ４１６と４１７、及び、毛管媒体チャンバ４１２は、少なくとも１つのバリア壁４１４によって分離される。少なくとも１つの液状流体リザーバ４１７のうちの少なくとも１つ、及び、毛管媒体チャンバ４１２の間の連通は、バリア壁４１４のバリア間隔又はオリフィス４１８によって、使用可能である。少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７及び液状流体リザーバ４１６の間の流体の自由な連通は、少なくとも１つの細い流体連通チャネル５５０によって、使用可能である。液体流体リザーバ４１６及び４１７は、空気集積領域５２５を含む。液状流体リザーバ４１６及びマニホールド領域４６０は、フィルタ手段４６６によって分離される。

図１０は、再充填可能な流体容器４００の更なる例示的な実施の形態のｘ−ｙ断面に沿った拡大概略図を示す。再充填可能な流体容器４００は、液状流体リザーバ４１６、少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７、毛管媒体チャンバ４１２、任意レベル検出システム４３０、及び、少なくとも１つの流体チャネル５５０を含む。液状流体リザーバ４１６及び４１７は、バリア壁４１４によって、毛管媒体チャンバ４１６から分離されている。少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７及び毛管媒体チャンバ４１２の間の連通は、バリア壁４１４のバリア間隔又はオリフィス４１８によって、使用可能である。液状流体リザーバ４１６及び少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７は、流体が液状流体リザーバ４１６及び少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７間に自由に通過可能にする、少なくとも２つの細い流体チャネル５５０により接続される。図示されるように、２つの流体チャネル５５０は、毛管媒体チャンバ４１２のそれぞれ反対側にある。液状流体リザーバ４１６及び４１７は、空気集積領域５２５を含む。液状流体リザーバ４１６及びマニホールド領域４６０は、フィルタ手段４６６によって分離されている。

図１１は、再充填可能な流体容器４００の更なる例示的な実施の形態のｘ−ｙ断面に沿った拡大概略図を示す。再充填可能な流体容器４００は、マニホールド領域４６０、液状流体リザーバ４１６、少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７、毛管媒体チャンバ４１２、及び、光学的流体検出システム４３０を含む。液状流体リザーバ４１６及び４１７は、バリア壁４１４によって、毛管媒体チャンバ４１２から分離される。少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７及び毛管媒体チャンバ４１２間の連通は、バリア壁４１４の少なくとも１つのバリア間隔又はオリフィス４１８によって、使用可能である。液状流体リザーバ４１６及び少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７間の流体の自由な連通は、少なくとも１つの細い流体連通チャネル５５０によって、使用可能である。液状流体リザーバ４１６及び４１７は、空気集積領域５２５を含む。液状流体リザーバ４１６及びマニホールド領域４６０は、フィルタ手段４６６によって分離される。

図１２は、再充填可能な流体容器４００の更なる例示的な実施の形態のｙ−ｚ断面に沿った拡大概略図を示す。再充填可能な流体容器４００は、マニホールド領域４６０、液状流体リザーバ４１６、少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７、毛管媒体チャンバ４１２、及び、光学的流体検出システム４３０を含む。液状流体リザーバ４１６及び４１７は、バリア壁４１４によって、互いに、さらに、毛管媒体チャンバ４１２から分離されている。少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７及び毛管媒体チャンバ４１２間における流体の自由な連通は、少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７及び毛管媒体チャンバ４１２を分離する各バリア壁４１４における少なくとも１つのバリア間隔又はオリフィス４１８によって、使用可能である。液状流体リザーバ４１６及び少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７間の流体の自由な連通は、少なくとも１つの別のバリア間隔又はオリフィス５６０によって、使用可能である。この少なくとも１つの別のバリア間隔又はオリフィス５６０は、バリア間隔又はオリフィス５５０より狭くてもよく、少なくとも１つの別のバリア間隔又はオリフィス５６０の上面は、上記バリア間隔又はオリフィス５５０より低くてもよい。この構造により、分離されたリザーバが個別にドレイン排出することを可能にし、リザーバ４１６を最後に排出させることができる。液状流体リザーバ４１６及び４１７は、空気集積領域５２５を含む。液状流体リザーバ４１６及びマニホールド領域４６０は、フィルタ手段４６６によって分離されている。

再充填可能な流体容器４００、マニホールド領域４１０、液状流体リザーバ４１６、少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７、及び、毛管媒体チャンバ４１２の形状寸法が特に限定されない点に留意すべきである。液状流体リザーバ４１６及び少なくとも１つの別の液状流体リザーバ４１７は、バリア壁４１４のバリア間隔又はオリフィス４１８が光学的検出装置４３０から離れて方向付けられるのであれば、単一の液状流体リザーバに一体化されてもよい。

本発明を上記概説される例示的な実施の形態に関連させて説明してきたが、種々の代替、修正、変形、改良及び／又は実質的な同等物が、既知であっても、あるいは、現在は予測できなくても、当業者にとって明らかである。したがって、前述のように、本発明の例示的な実施の形態は、説明を目的とするものであり、これに制限されるものではない。種々の変更は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、実施することができる。したがって、本発明によるシステム、方法、及び、装置は、公知の、又は、今後開発される代替物、修正、変更、改良及び／又は実質的な同等物をすべて包含することを意図する。

従来の再充填可能な流体容器の分解図である。 図１に示すような、従来の再充填可能な流体容器の等角図である。 図１に示すような、従来の再充填可能な流体容器のｙ−ｚ断面に沿った拡大概略図である。 図１に示すような、従来の再充填可能な流体容器ｘ−ｙ断面に沿った拡大概略図である。 気泡レベル及びセンサ信号レベルを比較するグラフである。 本発明の例示的な実施の形態による再充填可能な流体容器の分解図である。 図６に示すような、本発明の例示的な実施の形態による再充填可能な流体容器の等角図である。 図６に示すような、本発明の例示的な実施の形態による再充填可能な流体容器のｙ−ｚ断面に沿った拡大概略図である。 図６に示すような、本発明の例示的な実施の形態による再充填可能な流体容器のｘ−ｙ断面に沿った拡大概略図である。 図６に示すような、本発明の例示的な実施の形態による再充填可能な流体容器のｘ−ｙ断面に沿った拡大概略図である。 図６に示すような、本発明の例示的な実施の形態による再充填可能な流体容器のｘ−ｙ断面に沿った拡大概略図である。 本発明による再充填可能な流体容器の例示的な実施の形態のｙ−ｚ断面に沿った拡大概略図である。

Claims (2)

1. 流体を保持するための第１のチャンバ、
   前記第１のチャンバ内に鉛直方向に沿って設けられる第１の壁により形成される、流体を保持するための毛管媒体を有する第２のチャンバ、
   前記第１のチャンバ内に位置決めされ流体のレベルを検出する流体レベル検出手段、
   前記流体レベル検出手段と前記第２チャンバとの間に設けられた、前記第１の壁に平行な第２の壁、
   前記第１の壁の底面側に設けられ、前記第１チャンバとの間で流体を流通させる第１の流路、
   前記第２の壁の底面側に設けられ、前記第１の流路より狭く、流体を流通させる第２の流路、
   を含む流体射出容器システム。
2. 前記流体が、インクである、請求項１に記載の流体射出容器システムを含む、インクジェット式プリントヘッド・カートリッジ。

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