JP5107554B2 - パージデバイスを備えたインクジェットデバイス - Google Patents

Description

本発明は、インク貯蔵部及びジェッティング組立体を有するインクジェットデバイスに係り、ジェッティング組立体は、少なくとも１つの印刷ノズルを有する。

インクジェットデバイス、たとえばインク貯蔵部及びジェッティング組立体を備えたインクジェットプリンタにおいて、インク貯蔵部は、ジェッティング組立体とともにプリントヘッドに通常配置されている。プリントヘッドは、印刷領域にわたって往復運動する。インクもまた往復運動するプリントヘッドの外側に格納されているとき、プリントヘッドは通常、インクをインク貯蔵部へ供給するインク供給ラインを有する。たとえばホットメルトインク（すなわち、室温では固体のインク）で動作するインクジェットプリンタにおいて、インク供給ラインは、溶解したインクをインク貯蔵部へ供給するインク溶解ユニットを含むことができ、且つ固体インクペレットを、その時々にプリントヘッドの外側からインク溶解ユニットの開口端へ供給できる。汚染物質のインク貯蔵部への侵入防止を確実にするため、インクフィルタを、インク供給ラインで設けることができ、且つ溶解したインクを、インクフィルタを通じてインク貯蔵部へと流すことができる。

インクジェットデバイスの構成に依存して、吸引デバイスを設ける必要があるかも知れない。吸引デバイスは、負圧をインク貯蔵部の内部空間に適用して、ジェッティング組立体の印刷ノズルからのインクの漏出を防ぐ。この場合インクフィルタは、流体止め（hydraulic lock）として機能することができるので、負圧がインク貯蔵部へともたらされることができると同時に、インクが、インクフィルタを通じてインク貯蔵部へ供給されることができる。

ジェッティング組立体に存在し得る気泡又は汚染物質を処理するため、その時々にジェッティング組立体の印刷ノズルをパージすることが望ましく、それによって如何なる気泡及び汚染物質をも除去する。したがって、パージデバイスを、設けることができる。パージデバイスは、パージ圧を貯蔵部の内部空間へ適用するよう適合されて、インクを印刷ノズルへと押し出す。しかしながら、開口端を有するインク供給ラインの場合、インク供給ラインは、インク貯蔵部から遮断されなくてはならず、それによりパージデバイスのインク貯蔵部におけるパージ圧の蓄積を可能にする。

必要なパージ圧は、通常は負圧の絶対値より高い。負圧は、インクの印刷ノズルからの漏出を防ぐため、インク貯蔵部へ適用される。上述したインクフィルタを有するインク供給ラインの場合、インクフィルタは、比較的高いパージ圧下では流体止めとして機能し得ない。したがって、インクフィルタの突破（break-through）、すなわち、所望でない空気又はインク流れが、インク貯蔵部からインクフィルタを通過してしまうという事態が起こり得る。この場合、必要なパージ圧を、インク貯蔵部内に蓄積できない。

米国特許第４，６４１，１５４号明細書（特許文献１）から、請求項１のプレアンブルに対応するインクジェットデバイスが、知られている。当該インクジェットデバイスは、インク貯蔵部の上方壁に位置付けられたチルトバルブを有する。ホットメルトインクが、インク溶解ユニットにおいて溶解され、且つチルトバルブを通って重力に従いインク貯蔵部へと流れる。パージ圧が、インクジェットプライミングシステムによって蓄積されるとき、チルトバルブは、アクチュエータによって閉鎖位置に移動される。したがって、チルトバルブは、活動的に（actively）閉鎖されなくてはならず、それによりインクジェットプライミングシステムは、インク貯蔵部内にパージ圧を蓄積できるようになる。バルブを閉鎖するために必要なアクチュエータ及びインク供給ラインに配置されたバルブの移動部品が、不都合である。更なる不都合は、バルブが、溶解されたインクの重力によって開放されてしまうという事実によるものである。その原因は、バルブの開口が、毛管力によって抑えられ得るため、すなわち、バルブエレメント、溶解インク、及び貯蔵部の上壁の間が接着するためである。このような場合、インク供給ラインは、ブロックされてしまう。

米国特許第６，０４８，０５７号明細書（特許文献２）から、第１チャンバ及び第２チャンバを備えたインク貯蔵器を有するホットメルトインクジェットプリントヘッドが、知られている。第２チャンバは、第１バルブ及び第２バルブを含む。プリントヘッドの通常の印刷動作において、インクは、第１チャンバからプリントヘッドのノズルヘッドへ流れる。パージ動作中、第１チャンバと第２チャンバとの間のチャネルが、閉鎖され、且つノズルヘッドと第２チャンバとの間のチャネルが、開放される。次に、インクが、第１チャンバからノズルヘッドを通って第２チャンバへと流れる。それによって、ノズルヘッドに存在する如何なる気泡をも、第２チャンバへと移動する。通常の印刷動作中、インクは、第２チャンバから第１チャンバへ流れることが可能である。複数のバルブは、レバーの移動によって交互に閉鎖されるレバーの対向するアームに配置される。レバーは、アクチュエーティング機構によって作動される。不都合な点は、バルブの１つが常に閉鎖位置にあるので、インクが、印刷中にノズルヘッドと第２チャンバとの間のチャンバにおいて循環されないことである。更に、バルブは、インク貯蔵器からインク供給ラインを遮断しない。

米国特許第５，４８９，９２５号明細書（特許文献３）から、インクジェット印刷システムが知られており、当該インクジェットシステムは、遠隔の液体インク貯蔵部からプリントヘッドのインク貯蔵部へ延在する液体インク供給ラインが、受動逆止めバルブによって遮断される、というものである。逆止めバルブは、バルブの閉鎖位置へと付勢される。プリントヘッドのインク貯蔵部は、遠隔の貯蔵部の上に持ち上げられてもよく、且つインクは、ポンプによって逆止めバルブを通じてインク貯蔵部へ供給され、それによって逆止めバルブが、開放される。圧力制御システムが、プリントヘッドのインク貯蔵部におけるインク圧力を制御して、オリフィス及び通路からの気泡及び汚染物質のパージを可能にする。このインクジェット印刷システムの不都合な点は、インク供給ラインにおける逆止めバルブを通じて活発にインクを汲み上げるために、ポンプが必要であることである。
米国特許第４，６４１，１５４号明細書 米国特許第６，０４８，０５７号明細書 米国特許第５，４８９，９２５号明細書

本発明は、パージ圧をインク貯蔵部内に蓄積できるインクジェットデバイスを提供することを目的とする。インク貯蔵部におけるインク供給ラインは、パージ動作中確実に遮断され且つパージ動作後確実に開放され、インクを供給するためのポンプを必要としない。

本発明によれば、本目的は、
インク貯蔵部と；
少なくとも１つの印刷ノズルを有するジェッティング組立体であり、インク貯蔵部から液体インクを受けるためにインク貯蔵部へ結合されているジェッティング組立体と；
インク貯蔵部へインクを供給するインク供給ラインであり、インク供給ラインのインク貯蔵部への結合をブロックするバルブを備え、該バルブは当該インク供給ラインの下端に配置され、当該インク供給ライン及びインク貯蔵部は、インクに作用している重力に従い且つ支持されて、液体インクがバルブを通じてインク貯蔵部２０へと流れることが可能であるよう配置されている、ところのインク供給ラインと；
インクを少なくとも１つの印刷ノズルへと押すため、パージ圧をインク貯蔵部の内部空間へ適用するよう適合されるパージデバイスと；
を有し、
バルブはインク貯蔵部の公称上の最低充填レベルの下に配置され、且つ
バルブは受動的な一方向バルブであり、インク貯蔵部内の圧力が所定の値に達するとき、インク供給ラインのインク貯蔵部への結合をブロックするよう適合される、
ところのインクジェットデバイスにより達成される。この所定の圧力の値は、印刷中インク貯蔵部へ適用される圧力の設定値とパージ圧設定値との間の値であり得る。バルブにより、インク供給ラインは、パージ動作中確実にインク貯蔵部から遮断されるので、パージ圧は、インク貯蔵部内に蓄積されることができる。更に、バルブは、受動的なバルブである。受動的なバルブは、インク貯蔵部内の圧力が十分高いときは閉鎖される。上記十分に高い圧力は、パージ圧よりも高くなる必要はなく、バルブは、パージ圧が蓄積されると自動的に閉鎖される。

したがって、バルブを閉鎖するためのアクチュエータを、省略することができる。

更に、バルブの確実な開放が、以下の理由で達成される。バルブは、インク貯蔵部の公称上の最低充填レベルの下に配置されているため、バルブは、インク貯蔵部のインク及びインク供給ライン内に存在するインクによって包囲される。したがって、バルブの開放を妨げる毛管接着力が、なくなる。したがって、バルブは、インク供給ラインに存在するインクに作用する重力に従い又は支持されて開放されるよう適合されることができる。

更に、バルブは、好ましくはバルブエレメントを含む。バルブエレメントは、バルブエレメントによって排水される、すなわち同体積のインクの質量よりも大きな質量を有する。それゆえ、バルブの開放もまた、バルブエレメント上に作用する重力によって支持される。

液体インクは、重力によって支持されてバルブを通じてインク貯蔵部へと流れるため、ポンプを省略することができる。このことは、インクジェットデバイスの容易な構築を促進する。

本発明の有用な詳細については、従属クレームに示される。

好ましい実施形態において、インク供給ラインは、インクフィルタ及びバルブを更に有し、バルブは、インクフィルタとインク貯蔵部との間に配置されている。この場合、本発明のバルブは、パージ圧によるインクフィルタの突破を防止するのに非常に有用である。好ましくは、インク貯蔵部への唯一のインク経路は、インクフィルタを通じてであり、且つインクフィルタに続いては、バルブを通じてである。好ましくは、インクフィルタは、インク貯蔵部の上に配置される。一実施形態において、インク供給ラインは更に、サブチャンバを含み、サブチャンバは、インクフィルタとバルブとの間に配置される。それによって、サブチャンバ内に存在するインクに作用する重力が、バルブの開放に寄与する。

好ましい実施形態において、インク供給ラインは更に、インク溶解ユニットを含み、インク溶解ユニットは、溶解インクを、インクフィルタを通じてインク貯蔵部へ供給する。

好ましくは、インクジェットデバイスは、吸引デバイスを有する。吸引デバイスは、負圧をインク貯蔵部の上記内部空間へ適用するよう適合される。それによって、印刷ノズルからのインクの漏出を、防ぐことができる。インクフィルタがインク供給ラインで設けられた場合、インクフィルタは、好ましくは流体止めとして機能するので、負圧を適用できると同時に、液体インクを、引き続きフィルタを通じてインク貯蔵部へ供給することができる。

一実施形態において、バルブは、インクジェットデバイスの印刷動作中、継続的に開放されるよう適合され且つインク貯蔵部の上記内部空間に適用されているパージ圧によって閉鎖されるよう適合される。

好ましい実施形態において、バルブは、球状のバルブエレメント、ケージ、及びバルブエレメントのためのバルブシートを含む。バルブエレメントは、バルブシートとケージとの間を自由に移動可能であり、バルブエレメントの質量は、バルブエレメントによって排水される、すなわち同体積の液体インクの質量よりも大きい。バルブは、バルブエレメントがバルブシートに対して押しつけられたとき閉鎖されるよう適合される。代替的に、バルブは、ダックビルバルブであってもよい。

好ましくは、ケージは、バルブを通じてインク貯蔵部へと流れるインクのディフューザを形成する。それによって、インク貯蔵部内の液体インクの循環が、促進される。

特に好ましい実施形態において、インク供給ラインは、縦方向の管、上記管の内壁に配置されているバルブシートを更に含み、管は、バルブエレメントがバルブシートに対して押しつけられたとき、バルブエレメントの少なくとも上半分を包囲する。それによって、インク貯蔵部内にパージ圧が蓄積する間、インクが、バルブへと瞬間的に移動することで、より確実にバルブエレメントを、バルブシートに対して押しつける。

本発明の好ましい実施形態を、図面と併せて以下に説明する。

図１〜図３は、ジェッティング組立体１０を備えたインクジェットデバイスを示す。ジェッティング組立体１０は、インクジェットデバイスの下方部分を形成する。印刷ノズル１２のアレイが、ジェッティング組立体１０に配置されて、縦方向にインク液滴を放出する。図１において、複数の印刷ノズル１２のうち１つが示され、且つ複数のインク液滴１４が、示される。ジェッティング組立体１０は、フィルタ１６を介してインク貯蔵部２０の内部空間１８へ結合されている。

インク貯蔵部２０は、液体のホットメルトインク２２で通常充填され、鎖線で示された少なくとも公称上の最低充填レベルLまで充填される。電気加熱デバイス２４が、従来技術で一般に知られている方法でインク貯蔵部２０に配置されて、ホットメルトインク２２を液状に保つ。充填レベルセンサ２６が、インク貯蔵部２０の壁に配置されて、インク貯蔵部２０内の実際のインク充填レベルが、公称上の最低充填レベルL近くまで下がったかどうか検出する（図１及び図２参照）。この場合、新たな液体インクが、インク供給ライン２８を介してインク貯蔵部２０の内部空間１８へ供給される。図３では、図１及び図２に示される実際充填レベルより高い実際充填レベルが示される。

インク貯蔵部２０の上に、インク供給ライン２８のインク溶解ユニット３０が、配置されている。必要な際は、複数の固体インクペレットが、インク溶解ユニット３０へ供給される。インク溶解ユニット３０の壁に、電気加熱デバイス３２が、配置されている。電気加熱デバイス３２は、インク溶解ユニット３０において存在しているインクペレットを溶解する。インク溶解ユニット３０は、ファンネルを形成し、ファンネルの下端は、インク貯蔵部２０の第１サブチャンバ３４へと開いている。第１サブチャンバ３４は、インク貯蔵部２０の断面領域に略わたって延在する。第１サブチャンバ３４は、下方壁を有し、下方壁は、インクフィルタ３６によって形成される。インクフィルタ３６は、第１サブチャンバ３４を第２サブチャンバ３８へ結合させる。第２サブチャンバ３８は、インクフィルタ３６の下に配置されている。第２サブチャンバ３８の上方部分は、ファンネルを形成し、ファンネルは、第２サブチャンバ３８の下方部分を形成する縦方向の管４０へ結合される。縦方向の管４０の下端で、インク供給ライン２８は、バルブ４２を介してインク貯蔵部２０の内部空間１８へ結合される。バルブ４２に関しては、以下により詳細に説明する。

縦方向の管４０の下端で、縦方向の管４０の内壁が、球のバルブシート４４を形成する。球は、球状バルブエレメント４６を形成する。バルブシート４４で、縦方向の管４０は、バルブ開口４８を形成する。バルブ４２の閉鎖位置において、球状バルブエレメント４６は、インク貯蔵部２０内の圧力によってバルブシート４４に対して押しつけられ、それによってバルブシート開口４８が、閉鎖される。こうして、インク供給ライン２８のインク貯蔵部２０への結合が、ブロックされる。この状態を、図３に示す。

図１及び図２において、バルブ４２の開放位置が示される。開放位置において、バルブエレメント４６は、ケージ５０によって保持される。ケージ５０は、縦方向の管４０の下端に配置されている。バルブエレメント４６は、ケージ５０とバルブシート４４との間を自由に移動する。バルブエレメント４６は、バルブエレメント４６によって排水される、すなわち同体積のインクの質量よりも大きな質量を有するので、通常、バルブ４２の開放位置においてケージ５０上に静止する。それによって、バルブ４２のインク貯蔵部２０へのインク流れの影響が、最小化される。

しかしながら、縦方向の管４０は、バルブ４２の開放位置における球状バルブエレメント４６の少なくとも上半分を包囲するよう配置されている。それによって、圧力がインク貯蔵部２０内に蓄積されるとき、結果として縦方向の管４０へのインクの移動が生じて、バルブエレメント４６がバルブシート４４に対して押しつけられることを確実にする。バルブ４２の閉鎖位置において、縦方向の管４０は、バルブエレメント４６の更に広範囲の部分を包囲する。

インク供給ライン２８から開放されたバルブ４２を通じてインク貯蔵部２０へと流れるインク流れが、ケージ５０によって少なくとも２つの分岐に分けられる。それによって、ケージ５０は、インク流れのためのディフューザを形成する。こうして、インクは、少なくとも２つの異なった方向においてインク貯蔵部２０の内部空間１８へと入る。それによって、インク貯蔵部２０内のインク２２の循環が、達成される。図示される実施形態において、インクは、ケージ５０と縦方向の管４０との間の複数の開口を通じて、バルブ４２の２つの対向する側部で流れる。すなわち、図１の縦方向の管４０の左右へ流れる。

インク貯蔵部２０の内部空間１８の上方領域で、通気導管５２が、内部空間１８へ結合される。通気導管５２は、たとえば可撓性のホースによって形成される。通気導管５２は、インク貯蔵部２０の内部空間１８を、エアフィルタ５４を介して、吸引及びパージ一体型デバイス５６へ結合する。インクジェットデバイスの通常の印刷動作中、吸引及びパージ一体型デバイス５６は、通気導管５２を介して内部空間１８へ負圧を適用する。それによって、液体インク２２が、ジェッティング組立体１０の印刷ノズル１２を通じて漏れることから防ぐ。負圧下で、インク供給ライン２８のインクフィルタ３６は、流体止め（hydraulic lock）として機能する。何故なら、インクフィルタ３６の毛管チャネルが、インクで充填されるからである。それによって、負圧は、インク貯蔵部２０の内部空間１８内に維持されることができる。印刷動作中、バルブ４２は、継続して開放される。

インクジェットデバイスのパージ動作が実行されるとき、吸引及びパージ一体型デバイス５６は、より高い正圧を、インク貯蔵部２０の内部空間１８へとかける。これを、パージ圧という。パージ圧がインク貯蔵部２０へ適用されるとき、バルブエレメント４６が、バルブシート４４に対して押しつけられ、それゆえ、バルブ４２が、閉鎖される。それによって、インク供給ライン２８のインク貯蔵部２０への結合が、ロックされる。したがって、インクフィルタ３６は、インク貯蔵部２０の内部空間１８内のパージ圧の蓄積に干渉されない。具体的には、インクフィルタ３６の突破が、防止される。

パージ動作が実行された後、吸引及びパージ一体型デバイス５６は、負圧をインク貯蔵部２０の内部空間１８へ再度適用してもよい。縦方向の管４０内のインクに作用している重力に従い且つインク貯蔵部２０内の負圧により、バルブエレメント４６を下向きに移動させる力が、バルブエレメント４６にかかる。バルブエレメント４６が、公称上の最低充填レベルLの下に配置されているため、バルブエレメント４６は、バルブ４２の閉鎖位置において液体インク２２によって包囲される。それによって、毛管の接着力（capillary adhesion）が、バルブエレメント４６とバルブシート４４との間に起こることを防ぐ。したがって、パージ動作後、バルブ４２は、確実に開放される。

こうして、バルブ４２は、受動的な一方向弁として機能する。受動的な一方向弁は、パージ圧がインク貯蔵部２０へ適用されるとき、インク供給ライン２８のインク貯蔵部２０への結合を確実にブロックし、且つ、インク貯蔵部２０内の圧力が印刷動作中に通常レベルにあるとき、確実に再度開く。

ホットメルトインクのインク供給ラインを備えた、インクジェットデバイスの概略的な断面図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩに沿ったインクジェットデバイスの下方部分の概略的な断面図である。 パージ動作中の図１のインクジェットデバイスを示す。

符号の説明

１０ ジェッティング組立体
１２ 印刷ノズル
１４ インク液滴
１６ フィルタ
１８ 内部空間
２０ インク貯蔵部
２２ ホットメルトインク
２４、３２ 電気加熱デバイス
２６ 充填レベルセンサ
２８ インク供給ライン
３０ インク溶解ユニット
３４ 第１サブチャンバ
３６ インクフィルタ
３８ 第２サブチャンバ
４０ 縦方向の管
４２ バルブ
４４ バルブシート
４６ バルブエレメント
４８ バルブ開口
５０ ケージ
５２ 通気導管
５４ エアフィルタ
５６ 吸引及びパージ一体型デバイス
Ｌ 公称上の最低充填レベル

Claims (10)

1. インク貯蔵部と；
   少なくとも１つの印刷ノズルを有するジェッティング組立体であり、前記インク貯蔵部から液体インクを受けるために前記インク貯蔵部へ結合されているジェッティング組立体と；
   前記インク貯蔵部へインクを供給するインク供給ラインであり、該インク供給ラインの前記インク貯蔵部への結合をブロックするバルブを備え、該バルブは当該インク供給ラインの下端に配置され、当該インク供給ライン及び前記インク貯蔵部は、前記インクに作用している重力により、前記液体インクが前記バルブを通じて前記インク貯蔵部へと流れることが可能であるよう配置されている、ところのインク供給ラインと；
   前記インクを前記の少なくとも１つの印刷ノズルへと押すため、パージ圧を前記インク貯蔵部の内部空間へ適用するよう適合されるパージデバイスと；
   を有し、
   前記バルブは前記インク貯蔵部の公称上の最低充填レベルの下に配置されることを特徴とし、且つ
   前記バルブは受動的な一方向弁であり、前記インク貯蔵部内の圧力が所定の値に達するとき前記インク供給ラインの前記インク貯蔵部への前記結合をブロックするよう適合される、
   インクジェットデバイス。
2. 前記インク供給ラインは、
   インクフィルタと、
   該インクフィルタと前記インク貯蔵部との間に配置されている前記バルブと、
   を更に有する、
   請求項１記載のインクジェットデバイス。
3. 前記インク貯蔵部への唯一のインク経路は、前記インクフィルタを通じてであり、且つ前記インクフィルタに続いては、前記バルブを通じてである、
   請求項２記載のインクジェットデバイス。
4. 前記インクフィルタは前記インク貯蔵部の上に配置されている、
   請求項２又は３記載のインクジェットデバイス。
5. 前記インク供給ラインは、前記インクフィルタと前記バルブとの間に配置されているサブチャンバを更に有する、
   請求項２乃至４の何れか一項に記載のインクジェットデバイス。
6. 前記インク供給ラインは、溶解されたインクを前記インクフィルタを通じて前記インク貯蔵部へ供給するインク溶解ユニットを更に有する、
   請求項２乃至５の何れか一項に記載のインクジェットデバイス。
7. 負圧を前記インク貯蔵部の前記内部空間へ適用するよう適合される吸引デバイスを更に有する、
   請求項１乃至６の何れか一項に記載のインクジェットデバイス。
8. 前記バルブは、
   球状バルブエレメントと、
   ケ―ジと、
   前記のバルブエレメントのためのバルブシートと、
   を有し、
   前記のバルブエレメントは前記バルブシートと前記ケージとの間を自由に移動可能であり、
   前記のバルブエレメントの質量は前記バルブエレメントによって排水される前記液体インクよりも大きい、
   請求項１乃至７の何れか一項に記載のインクジェットデバイス。
9. 前記ケージは、前記インク貯蔵部への前記インクの流れを少なくとも２つの分岐に分ける、
   請求項８記載のインクジェットデバイス。
10. 前記インク供給ラインは、
    縦方向の管と、
    前記の管の内壁に配置される前記バルブシートと、
    を更に有し、
    前記の管は、前記バルブエレメントが前記バルブシートに対して押されたときに前記バルブエレメントの少なくとも上半分を包囲している、
    請求項８及び９の何れか一項に記載のインクジェットデバイス。
    

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