JPH04284258A - プリントヘッドアセンブリ及びプリントヘッド加熱防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】〔発明の背景〕本発明はサーマルインクジ
ェット印刷装置に関する、そして更に詳述すると、サー
マルインクジェツトプリンタヘッドのインク供給システ
ムに関する。

【０００２】サーマルインクジェットプリンタは少なく
とも１個のプリントヘッドを有し、その中でサーマルエ
ネルギーパルスが使用されて、インクで満たされたチャ
ネル内でベーパーバブルを生じ、それによってインク小
滴をチャネルオリフィスから記録媒体の方へ放出させる
。サーマルエネルギーパルスは通常、抵抗器によって生
じ、抵抗器の各々はチャネルの夫々のチャネルに設置さ
れ、前記チャネルは電流パルスによって個々にアドレス
指定され、チャネル中のインクを加熱し且つ蒸発させる
ことが出来る。ベーパーバブルがチャネルのいづれの中
でも成長するにつれて、インクはチャネルオリフィスか
ら膨れ出て、遂には電流パルスが止まり、バブルが潰れ
始める。この段階に於いて、チャネル内のインクは引き
込み、そして膨れ出たインクから分離して、小滴を形成
し、チャネルから離れる方向へそして記録媒体の方向へ
移動する。このとき、チャネルは順繰りにインクを供給
容器から引き込む毛管作用によって再充填される。ある
装置が通常、設けられて、プリントヘッドの使用時に定
期的にチャネルオリフィスを洗浄し、そしてプリントヘ
ッドが使用されていないときには前記オリフィスを完全
に閉止して、前記プリントヘッドの中のインクの乾燥を
防止する場合がある。

【０００３】サーマルインクジェットプリンタの一つの
形式がヨーロッパ特許第０，２１０，８４８号明細書に
記述されている。前記プリンタはキャリッジタイプであ
って、各々にそれ専用のインク供給カートリッジを備え
た複数個のプリントヘッドが往復運動キャリッジ上に取
り付けられている。各プリントヘッドのチャネルオリフ
ィスは前記キャリッジの移動線に直角に位置合せされ、
そして一群の情報はキャリッジが一方向に移動するにつ
れて、固定された記録媒体に印刷される。次に記録媒体
は印刷群の幅に等しい距離だけキャリッジ移動線に直角
に進められ、そして次にキャリッジは逆方向に移動して
、もう一つの情報群を印刷する。それ専用のインクカー
トリッジを備えた各プリントヘッドを提供する代わりに
、プリントヘッドキャリッジ上に取り付けられる必要の
ない１個以上の供給タンクからインクが供給されること
が可能である。

【０００４】サーマルインクジェットプリンタのもう一
つの形式では、数個のプリントヘッドが正確に並置され
て、ページ幅アレイを固定した状態で形成し、一方記録
媒体は前記アレイの長さに直角の方向に一定速度で移動
する。このタイプのプリンタはアヤタらの米国特許第４
，４６３，３５９号（図１７及び２０を参照方）に記述
されている。これらの特殊なプリンタでは、プリントヘ
ッドは吸熱器として機能する共通金属板上に取り付けら
れ、プリンタの作動中に発生する熱を効率的に発散する
。

【０００５】〔発明の概要〕複数個のプリントヘッド並
びに前記プリントヘッドと熱交換関係にある吸熱器とか
ら構成されたタイプのインクジェットプリンタ用の改良
プリントヘッドアセンブリを提供するのが本発明の目的
である。

【０００６】本発明によると、サーマルインクジェット
プリンタ用のプリントヘッドアセンブリには、インクを
プリントヘッドに供給するためのインク供給通路が設置
されているから、前記供給通路に沿って通過するインク
は熱をプリントヘッドアセンブリから受け取る。インク
供給通路はプリントヘッドアセンブリのプリントヘッド
と熱交換関係にある共通吸熱器を通過していて有利であ
る。

【０００７】本発明はまた同時に、インクを容器からプ
リントヘッドへ運ぶためのインク供給通路を有するプリ
ントヘッドアセンブリと、前記供給通路に連結され、そ
してプリントヘッドに供給されるインクが蓄積すること
が出来、それによってプリントヘッドに関するタンク位
置がインク噴出オリフィスにインク圧力を確立する位置
付けを与えるタンクと、タンクに大気へのベント管を設
置したベント手段並びに、前記タンクから容器への返却
通路とを提供している。容器とタンク間のインク供給通
路はプリントヘッドアセンブリのプリントヘッドと熱交
換関係にある共通吸熱器を通過している。

【０００８】本発明の実施例では、ポンプ手段が供給通
路に設けられて、インクを容器からタンクへ供給してい
る。キャッピング手段はまた同時に、プリントヘッドと
の係合用に設けられて、キャッピング手段を容器に連結
するサクション通路の他に、インク噴出オリフィスに蓋
をする。サクション手段はサクションをキャッピング手
段にそして恐らくまた例えば第一容器を経由してタンク
に適用するために設けられることがある。

【０００９】〔図面の簡単な説明〕例を用いることによ
り、本発明の実施例が添付図を引用しながら記述されて
いて、その中で、図１は関連インク供給システムを含ん
だサーマルインクジェットプリンタ用のプリントヘッド
アセンブリの図形である。図２はプリントヘッドアセン
ブリの一部の拡大された概略の透視図である。そして、
図３は共通吸熱器付きの複数個のプリントヘッドアセン
ブリを示した図形である。

【００１０】〔好適な実施態様の説明〕図１において点
線で示された前記アセンブリのプリントヘッド１は電極
板２（これは熱伝導性のものである）に恒久的に取り付
けられている。プリントヘッドは図２に更に詳しく示さ
れており、複数個のインクチャネル（図では見えない）
を含み、その各々は放出オリフィス１Ａで終結し、選択
的にアドレス指定が可能な抵抗器（図示せず）を含み、
これは通電されたとき、インク小滴をオリフィスから記
録媒体（図示せず）の方向へ放出させる。本発明に使用
されたプリントヘッドの例は詳細に米国特許第４，７７
４，５３０号並びに第４，８９９，１８１号明細書に記
述されており、そしてこれらの特許は参考用にこの中に
も取り入れられている。抵抗器用のアドレス指定電極３
は基板２（図１参照）の表面に形成され、そしてプリン
トヘッド上の抵抗器端子３Ａに連結されており、その幾
つかが図２に見られる。電極は絶縁層による基板（図示
せず）によって電気的に絶縁され、あるいは電極はプリ
ント回路板（図示せず）上に形成されそしてプリントヘ
ッドに隣接した基板に接着されることもあるから、直接
的な熱通路は前記基板及びその上に取り付けられた直接
接触プリントヘッド間で保持されている。アダプターブ
ロック４は、それを通ってインクが充填ホール４Ａ並び
にプリントヘッドのマニホールドを経由してプリントヘ
ッドチャネルに供給されるが、前記充填ホールを収容し
たプリントヘッド側のプリントヘッド上に取り付けられ
、そしてプリントヘッドのもう一つの側は基板２の一方
側に取り付けられている。吸熱器５はプリントヘッド側
と反対の基板側に取り付けられている。アダプターブロ
ック４は図２からは省略されている。

【００１１】プリントヘッド１用のインク供給源は主供
給タンク６に収容されている。インクはタンク出口９か
ら吸熱器５を通過し二次供給タンク１０へ延出している
配管８に設置されたポンプ７によって前記タンクから供
給されている。二次タンク１０の下部にある供給出口１
１は配管１２に接続され、インクをプリントヘッドアダ
プターブロック４へ供給し、一方二次タンクの上部にあ
る返却出口１３は配管１４によって接続され、インクを
主供給タンク６へ戻している。二次タンク１０の頂部に
はまた同時に空気抜き１５がある。

【００１２】プリントヘッドアダプターブロック４に供
給されるインクは充填ホール４Ａ（図２）を経由してプ
リントヘッドのマニホールドに流れる。プリントヘッド
のインクチャネルは通常のように毛管作用によって前記
マニホールドから満たされる。

【００１３】プリントヘッド用の保守装置１６は主タン
ク６の頂部にある夫々のポートに配管１７によって接続
される。バキュームポンプ１８は、それは下記に説明す
る通り、保守装置１６の操作に関連するが、また同時に
、主タンクの頂部にある夫々のポートに配管１９によっ
て接続されている。

【００１４】システムがインク流路配管、例えば供給及
び返却配管８、１４並びにプリントヘッドアダプターブ
ロック４に適切な流体フィルタを含むことは理解できる
。

【００１５】図１に示したプリントヘッドアセンブリの
操作をここで説明する。そして先ず最初に前記アセンブ
リが一部分を形成しているプリンタは既に運転中である
から、ポンプ７は作動中であり、インクは主タンク６か
ら吸い込まれていると仮定する。ポンプ７はあらゆる条
件の下で、インクが印刷用に二次タンクから引き戻され
る速度に少なくとも等しい速度でインクを二次タンク１
０に供給する（即ち供給出口１１を経由して）。従って
、二次タンク１０内のインクレベルは上昇することがあ
る。そしてそれが返却出口１３にまで達した場合には、
過剰インクは配管１４を経由して主タンクに戻される。

【００１６】プリントヘッド１では、インク液滴が周知
のようにインクチャネル内のベーパーバブルの形成によ
ってチャネルオリフィスから放出される。各放出に続い
て、チャネルは既に説明した通り、インクを二次タンク
１０から受けたアダプターブロック４から毛管作用によ
って再充填される。

【００１７】主タンク６から二次タンク１０への通過時
に、インクはインクチャネルのヒータ抵抗器の近くにあ
るプリントヘッドの吸熱器５を通過し、加熱される。従
って、インクは主タンク６のインクよりも高い温度で二
次タンク１０に達する、そしてそれによりプリントヘッ
ドが作動する高温により好都合である。

【００１８】保守装置１６は、その構造が型通りのもの
であって詳細に述べる必要もないが、プリントヘッド１
の方へそしてそれから離れて移動可能であり、プリンタ
の使用時にチャネルオリフィスを洗浄するために、そし
てまたプリンタがシャットダウンしているとき、即ち長
期間にわたって使用されないとき、プリントヘッドに蓋
をするためにも使用される。後者の場合、前記装置１６
（常に幾らかのインクを含んでいる）はプリントヘッド
１に向って閉ざされているから、プリントヘッドのチャ
ネルオリフィスは前記保守装置の密封され、インクを含
んだチェンバーに通じている。このようにして、液体イ
ンク溶剤のチャネルオリフィスからの蒸発速度は遅速さ
れる。プリンタの作動が再開すると、装置１６はプリン
トヘッドから離れて移動し、バキュームポンプ１８が始
動し、インクポンプがこれに続く、そしてプリントヘッ
ドヒータ２１、温度センサ２３及び温度制御器２２が図
２に示し且つ後程議論する通り、作動に入る。装置１６
は、バキュームポンプ１８に接続されて主タンク６に通
じているが、このときプリントヘッドの向い側に戻され
、サクションをチャネルオリフィスに適用することによ
ってプリントヘッドに呼びインクを差し且つ洗浄する。 インクはオリフィスを通って装置１６に吸い込まれ、そ
れによってプリントヘッドのインク充填を確実にし、一
方全ての空気あるいは異物、例えばインクチャネルに蓄
積したかも知れない汚れや乾燥インクを除去し、そして
装置１６は次に再度引っ込められる。装置１６がプリン
トヘッドから離れるにつれて、インクはチャネルオリフ
ィスを通って流れるのが止まり、それに代って、バキュ
ームポンプ１８が空気にプリントヘッドを横断して吸気
させ、オリフィスを含むプリントヘッド面上に蓄積した
かも知れない全ての残留インク、特に噴出小滴に指向性
をもたらす恐れのあるオリフィス周辺のインクを一掃す
る。もし望むならば、印刷を開始する前に、プリントヘ
ッドをここで作動し、インク小滴を保守装置１６に向け
て、洗浄操作を完了することも可能である。プリンタの
作動中であっても、必要に応じて、保守装置１６をプリ
ントヘッドに向ってそして次にそれから離して移動し、
バキュームによって誘発された空気流をプリントヘッド
面に吹き流してどんなインクも除去することによってプ
リントヘッドを洗浄することが可能である。プリンタが
再び休止されると、インクポンプ７は止められ、そして
プリントヘッドヒータ並びに温度制御器は休止される。 バキュームポンプ１８が次に止められ、そして保守装置
１６がプリントヘッドに向って閉じられ、既に説明した
通り、後者に蓋をする。配管１７と装置１６との接続が
設置されて、幾らかのインクが装置内に留まって湿度環
境を与え、既に説明した通り、プリントヘッドオリフィ
スからの蒸発を遅らせることを確実にする。

【００１９】保守装置１６は図示した通りタンク６を通
す代りに直接的にバキュームポンプ１８に接続してもよ
い。然し乍ら、示された配列は洗浄操作時にプリントヘ
ッドから吸い込まれたインクが直接、タンク６に流れ、
一方二次タンクの返却出口１３はサクション源（主タン
クの頂部経由で）に接続されて過充填の防止を確実にす
るという利点を有している。然ももう一つの選択として
、インクポンプ７はプリントヘッド１に呼びインクを差
す際、作動する必要がない。その場合、二次タンク１０
からの返却配管１４にあるバルブ２０はプライミング時
には閉じられるから、バキュームポンプ１８が作動する
とき二次タンク１０から引き込まれるインクだけがプラ
イミングに必要なインクである。

【００２０】プリントヘッドのチャネルオリフィスのイ
ンク圧力は僅かな低減レベル、一般的には水柱で−０．
２から−２．０インチ（−０．５から−５．１ｃｍ）の
範囲で維持されるのが通常受け入れられている。図面に
示した配列では、チャネルオリフィスに関する二次タン
ク１０の位置は後者でのインク圧力を決定する、そして
調整されて負圧力ヘットが確立され、チャネルオリフィ
スの所要インク圧力が達成されることを確実にする。イ
ンク中に生じる圧力サージの可能性はベント１５での二
次タンク１０の大気への空気抜きによって軽減される。

【００２１】カラープリンタ（図示せず）では、複数個
のプリントヘッドアセンブリ（一般的には４個）が設け
られており、各々のアセンブリは図１に示した通りであ
って、特殊カラーのインクを放出するために使用されて
いる。プリントヘッドが取り付けられているカラープリ
ンタ用の吸熱器５は図３に図示した通り全てのアセンブ
リに共通であるが、各プリントヘッドは吸熱器の夫々の
冷却フィン５Ａに取り付けられ、そして各プリントヘッ
ドはそれ専用の主並びに二次インクタンク６、１０並び
にそれ専用の保守装置１６を有している。共通吸熱器５
に接した複数個のプリントヘッドアセンブリはプリント
ヘッドからのインクが蒸着される記録媒体を横断して往
復運動を行うキャリッジ（図示せず）上に取り付けられ
ている。

【００２２】満足した操作のために、プリントヘッド１
は軽使用の条件下においても、一定の高温に十分保持さ
れることが望ましい。これを確実なものにするために、
ヒータ２１が設けられて、温度制御器２２（図３には図
示しないが、図２には示されている）の制御の下で共通
吸熱器を加熱している。各プリントヘッドは勿論またそ
れ専用のチャネル抵抗器により作動時に加熱され、加熱
程度はプリントヘッドが使用される度合いに依存する、
即ち、カラーインクを多量に使用し放出するプリントヘ
ッドはカラーインクを少量だけ使用し放出するプリント
ヘッドに比較してそのチャネル抵抗器からより多くの熱
量を受ける。各プリントヘッド毎のインク供給装置は図
１を引用して上記で説明した通り、重使用の期間中に所
要レベルを超えるプリントヘッド温度上昇の危険を低減
する（チャネル抵抗器加熱のため）、その理由としては
過剰熱はインクが吸熱器を通り複数個の二次タンク１０
に流れることによってプリントヘッドから運び出される
からである。各カラーインクは夫々のプリントヘッドが
使用されないときでも、吸熱器フィンを通って循環する
から、インクの各々は比較的重使用（そして最も高温の
）のプリントヘッドからの熱除去に寄与する。インクに
よって与えられる冷却の度合いはインクが流れるプリン
トヘッドアセンブリと夫々の主タンク６間の温度差に直
接比例し、そして主タンクからのインクの流速に直接比
例する。従って、流速は設計によって大気温度の最悪ケ
ースの条件及び印刷条件にも順応させるに十分に高く設
定することが可能であり、また流速は運転条件に従って
制御することが可能である。過剰なインク流量の使用は
プリントヘッドヒータ２１にそうでない場合に必要とさ
れるよりも多くの熱量を与えさせる。

【００２３】図に示した配列は、それが共通プリントヘ
ッドヒータ２１並びに関連温度制御器２２付きの共通温
度センサ２３の使用を可能にし、プリントヘッド１が軽
使用の期間中でも、プリントヘッドが重使用の期間中に
過熱される恐れもなく、適正温度に保持されることを確
実にする点から、プリントヘッド温度の効果的制御の達
成を可能にしている。温度センサによって感知された温
度に基づいて、温度制御器は必要に応じてヒータに通電
し、吸熱器５の所要温度を維持し、それに取り付けられ
且つそれとの優れた熱伝導界面を有するプリントヘッド
の温度をそれがまた制御する。更に加えて、吸熱器５を
通過時にインクが受ける熱はインクをプリントヘッドの
温度に調整し、そしてまたインクがプリントヘッドに達
する前にそれがインクからの過剰溶存ガスの排出を促進
することから、インクを脱気する有益な効果を有してい
る。インクから分離し、そして二次タンク１０に集まる
空気は全てベント１５を通じて除去することが出来る。

【００２４】図に示した装置はこれまでに説明したキャ
リッジタイプのプリンタに使用することが出来る、そし
てまた同時に共通吸熱器並びにページ幅プリンタに見ら
れるような大形遠隔供給源を備えた大規模で、固定形の
プリントヘッドアレイにも適用することが可能である。 図１に示したシステムの他の構成部品の中にはプリント
ヘッド（あるいはその中の幾つか）によって共有するこ
との出来るものがある。例えば、２個以上の主タンク６
がある場合でも（例えば、カラープリンタの場合のよう
に）単一バキュームポンプ１８だけが必要である。図２
に示したプリントヘッドの形状は重要な特徴ではなく、
そしてプリントヘッドの他の形状が使用されてもよい。

【簡単な図面の説明】

【図１】　　関連インク供給システムを含んだサーマル
インクジェットプリンタ用のプリントヘッドアセンブリ
の図形である。

【図２】　　プリントヘッドアセンブリの一部の拡大さ
れた概略の透視図である。

【図３】　　共通吸熱器付きの複数個のプリントヘッド
アセンブリを示した図形である。

【符号の説明】

１　　プリントヘッド、１Ａ　　オリフィス、２　　電
極板、３　　アドレス指定電極、３Ａ　　抵抗器端子、
４　　アダプターブロック、４Ａ　　充填ホール、５　
　吸熱器、５Ａ　　冷却フィン、６　　主供給タンク、
８　　配管、９　　タンク出口、１０　　二次供給タン
ク、１１　　供給出口、１２　　配管、１３　　返却出
口、１４　　配管、１５ベント、１６　　保守装置、１
７　　配管、１８　　バキュームポンプ、１９　　配管
、２１　　プリントヘッドヒータ、２２　　温度制御器
、２３　　共通温度センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　インク小滴を記録媒体に付着させるた
   めのサーマルインクジェットプリンタ用のプリントヘッ
   ドアセンブリであって、その各々が少なくともその中に
   １個のインクチャネルと、前記チャネルの一端にあるイ
   ンク噴出オリフィスと、熱を前記チャネル中のインクに
   加えインク小滴を前記インク噴出オリフィスから放出さ
   せ、そして記録媒体の方へ推進させるために操作可能な
   加熱素子とを有する複数個のプリントヘッドと、熱を前
   記複数個のプリントヘッドに供給するための操作可能な
   手段と、インクを各プリントヘッドに供給するための夫
   々のインク供給通路と、前記複数個のプリントヘッドと
   熱交換関係にある共通吸熱器とから成る各インク供給通
   路がそれを通過するインクが熱をプリントヘッドアセン
   ブリから受けるように設置されているアセンブリ。
2. 【請求項２】　　複数個のプリントヘッドを有し、その
   各々がその中にあるオリフィスから必要に応じてインク
   小滴を噴出し且つ記録媒体に付着させるサーマルインク
   ジェットプリンタの操作方法であって、次の段階を含む
   、重使用時に於ける個々のプリントヘッドの過熱を防止
   する操作方法： （ａ）共通吸熱器の所定の別々の位置に前記複数個のプ
   リントヘッドを取り付ける段階； （ｂ）インクを供給タンクから各プリントヘッド用に、
   前記プリントヘッドの夫々に接した吸熱器の一部を通し
   てまた同時に各プリントヘッド用に二次タンクへ送り込
   む段階； （ｃ）インクを前記プリントヘッド前記二次タンクから
   供給する段階であって、前記二次タンクがその関連プリ
   ントヘッドに対して高所に設置され、前記の夫々のプリ
   ントヘッド中のインクに所定の負圧力を保持し、それに
   よって前記プリントヘッドから噴出したインクと置き換
   わるべきインクが前記二次タンクからの毛管作用によっ
   て達成される段階； （ｄ）共通吸熱器の温度を監視し且つ感知された温度に
   よって必要に応じてそのヒータに通電することによって
   制御し、吸熱器温度を所望の温度範囲に保持する段階；
   （ｅ）前記二次タンクに大気へのベント管を設置し、イ
   ンクによって放出された空気を除去し、そして前記二次
   タンク内のインク高さの調整を可能にし、前記プリント
   ヘッド中のインク圧力を調整する段階。