JPH071742A

JPH071742A - サーマルインクジェットペン用の剛性ループケース構造体

Info

Publication number: JPH071742A
Application number: JP5323680A
Authority: JP
Inventors: David W Swanson; デイヴィッド・ダブリュ・スワンソン; James L Ruder; ジェイムズ・エル・ルーダー; Timothy J Carlin; ティモシー・ジェイ・カーリン
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1993-12-22
Publication date: 1995-01-06
Also published as: DE69323051D1; DE69323051T2; EP0603516A3; EP0603516A2; EP0603516B1; US5451995A

Abstract

(57)【要約】【目的】ペンパッケージが薄くてその容積効率が高い
サーマルインクジェットペンを提供すること【構成】ケース内にインク溜めを備えたサーマルイン
クジェットペンカートリッジ用の剛性外部ケース構造体
である。ケースはエンジニアリングプラスチック製の外
部フレーム構造体を備え、これにより開ループが規定さ
れ、そのループの各対向側部に対向開放領域が規定され
る。２つの対向する薄い金属製の側方カバー板が、前記
フレーム構造体に取り付けられて前記開放領域が覆わ
れ、ケース構造体に剛性が与えられる。その結果、フレ
ーム構造体は、前記側方部材又は前記フレーム構造体に
加えられる力に対して実質的に非圧縮性のものとなり、
これによりインク溜めが保護され、またペンのプリント
ヘッドからのインクの漏出が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ペンパッケージが薄く
てその容積効率が高いことを特徴とするサーマルインク
ジェット（TIJ）ペンに関する。

【０００２】

【従来の技術】どのような事務用品であっても、製品の
全体サイズは、その製品のコストと売行きに影響する。
サーマルインクジェットプリンタ市場では、ユーザーの
卓上に適合するようパーソナルプリンタを充分に小型化
できれば、そのプリンタの床投影面積は主要なセールス
ポイントになる。本出願人であるヒューレット・パッカ
ード・カンパニー（HP社）により販売されたPaintjet X
L及びPaintjet XL300等の旧来のプリンタの場合、その
プリンタは、比較的大型のものであり、その大きさゆ
え、一般にはユーザーのデスクの傍らのサイドテーブル
上に置かれている。HP社のDeskjetは、その床投影面積
が小さく、一般にユーザーのデスク上に置かれている。
このHP社のDeskjetは、単一ペン式の装置であり、従っ
て床投影面積は小さく維持されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、４ペ
ン式カラープリンタが、上記のような従来の単一ペン式
プリンタと同様の床投影面積を有することを可能にする
ことである。

【０００４】サーマルインクジェット製品が１ページ上
に印刷を行う際、そのペンキャリッジは、全てのペンの
全てのノズルが用紙の全領域に到達する機会を有するよ
うにページを横切って進行しなければならない。インク
ジェット装置の場合、用紙は一般に一つの移動軸に沿っ
て駆動され、ペンはその用紙の駆動軸に対して90°の角
度をなして延びるペン走査軸に沿って駆動される。本発
明は、ペン走査軸に沿った行程の短縮化を意図するもの
である。

【０００５】HP社のDeskjet等の単一ペン式製品の場
合、ペン軸は、用紙幅にペンヘッド幅を加えた距離だけ
進行しなければならない。また、４ペン式製品の場合に
は、ペン軸は、用紙幅に、４つのペン幅とそれらのペン
を取り付けるのに必要なペン間の間隔とを加えた距離だ
け進行しなければならない。この場合、製品の最小幅
は、用紙幅にペンキャリッジ幅の約２倍を加えたものと
なる。用紙幅は（第３の移動軸によりペンに対して駆動
されない限り）一定である。従来のフォーム(foam)ベー
スのペンの場合、ペン幅は約31.7mm（約1.25inch）であ
り、ペン取付間隔はペン１つにつき約5.0mm（約0.2inc
h）を要した。４ペン式製品の場合、その幅に152.4mm
（6inch）というキャリッジ幅が加わる。本発明によ
り、同じインク量を有するペンを、例えば約12mm（0.5i
nch）という一層狭い幅で供給することが可能となり、
約71mm（約2.8inch）のキャリッジ幅で同じインク容積
を提供することが可能となる。その結果として、この例
では、必要とされる製品幅が少なくとも約162.56mm（6.
4inch）だけ縮小されることになる。

【０００６】製品幅が縮小されるので、製造に要する材
料の体積、及び、プラスチック部品の大きさが縮小し、
成形機械の大きさ、ひいては成形コストが低減される。
ペンキャリッジは、行程長に亘るビームにより支持され
る。行程が長くなると、これらのビームの強度要件によ
り、そのビームの断面積、ひいてはそのコストが増大す
ることになる。従って、行程長が短縮されれば必ずコス
ト上有利となる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、インク
溜め及びプリントヘッドを含むサーマルインクジェット
ペン用の剛性外部ペンケース構造体が提供される。イン
ク溜めは、プリントヘッドと液体連通してケース構造体
内に配設される。ケース構造体は、第１の強度係数値を
有することを特徴とする第１の材料から製造された外部
ペンフレーム構造体を含む。この外部フレーム構造体
は、フレームの閉ループと、そのループの両側の第１及
び第２の側方開放領域とを規定するものである。ケース
は、第２の強度係数値を有することを特徴とする第２の
材料から製造された第１及び第２の薄いカバー部材を更
に含む。第２の強度係数値は第１の強度係数値よりも高
い。カバー部材は、開放領域を覆うためにフレーム構造
体に取り付けられてケース構造体を剛性化し、前記側方
部材又は前記フレーム構造体に加えられる力に対して実
質的に非圧縮性のものとなるようにする。

【０００８】好適実施例では、第１の材料はエンジニア
リングプラスチック、カバーを形成する第２の材料は軟
鋼である。カバー部材は、フレーム構造体の全ての側部
に沿った点でそのフレーム構造体に取り付けられ、カバ
ーを支持するために開放領域を横切って延びる支持構造
体はない。その結果、ケース構造体は高い容積効率を有
する。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明を実施したTIJプリンタ30を
示すものである。このプリンタは、シート用紙等のプリ
ント媒体36を支持するプラテン34を含む種々の要素の支
持を行うハウジング32を備えている。このプリンタは、
ペン50からプリント媒体へとインク滴を噴射するために
支持シャフト40に沿って駆動されるペンキャリッジ38を
備えている。当業界で公知のように、このプリンタは更
に、媒体搬送機構（図１では図示せず）を備えており、
この機構は、媒体進行軸に沿って矢印42のＹ方向に媒体
を進行させ、走査軸44に沿ってキャリッジ38により行わ
れる後続の連続的な横断の区画に関して媒体を位置決め
する。本発明の一態様によれば、キャリッジ38は複数の
薄いペン46を保持し、キャリッジが移動するＸ方向44に
沿ったペン厚さが薄いため、前記キャリッジは比較的狭
いものとなる。その結果として、プリンタ30に必要とな
る幅もまた、従来設計より比較的狭くすることができ
る。更に、ペンの奥行き寸法が高さ寸法より小さく、こ
れにより、ペンの床投影面性を最小限にすると共に、容
積の大きいペンを提供することができる。このため、プ
リンタの床投影面積を更に縮小することが可能となる。

【００１０】好適実施例では、キャリッジ38は、例えば
ブラック、シアン、マゼンタ、及びイエロー等の、各々
が異なるカラーを有する４つのペン50を担持するように
なっている。そのペン50は、緊密に詰められた配置で固
定されており、また、新たなペンと交換するためにキャ
リッジから選択的に取り外すことができる。キャリッジ
38は、一対の対向側壁38A,38Bと、ペン隔室を形成する
隔置された短い内壁38C〜38Eとを備えている（図２参
照）。そのキャリッジの壁は、剛性のエンジニアリング
プラスチックからなり、薄いものである。本実施例で
は、キャリッジ壁の厚さは、約2.03mm(約0.08inch)であ
る。ペン50のプリントヘッドは、プリント媒体に面する
ペン隔室の開口部を介して露出されている。

【００１１】図３ないし図９は、本発明を実施したTIJ
ペン50を示すものである。このペンは、フレーム構造体
60と一対の側方カバー70,80とからなる外部ペンケース
構造体を備えている。フレーム構造体60は、閉じられた
帯体即ち閉ループフレームと、その帯体即ちループの両
側の第１及び第２の対向する側方開放領域64,66とを規
定するものである。ペン50の一隅にはそのペンの筒先領
域75が規定され、その筒先領域75の端部77にTIJプリン
トヘッドが固定される（図５参照）。TIJプリントヘッ
ドは、当業界で公知のものであり、プリントヘッド面に
配置された複数のプリントルズルを備えている。本実施
例では、ノズルは、プリントヘッド面とほぼ直交する方
向にインク滴を噴射する。ペンの向きを規定するため、
ノズル面に対して垂直な方向を「縦」方向とみなす。ペ
ン50及びキャリッジ38にはまた、当業界で公知のよう
に、プリントヘッドの動作を制御するプリンタ制御装置
にプリントヘッド76を接続するための電気的配線要素
（図示せず）も設けられる。

【００１２】この実施例では、ペン50は、そのペンの最
長寸法即ち高さ寸法が垂直方向にほぼ沿って延び、また
プリント媒体がペンのプリントヘッドの下方でほぼ水平
位置に配置されるように、キャリッジ38に固定される。
このような構造により、ペンの床投影面積は最小限にな
るが、本発明はそのようなペンの「垂直」配向に限定さ
れるものではない。またペンは、例えば、ペンの最長寸
法が水平方向に沿って延び、プリント媒体がプリント領
域中の垂直方向に沿って延びるように配置することがで
きる。

【００１３】ペン50は、係属米国特許出願第07/928,811
号及び第07/929,615号で詳細に記載されている簡単且つ
高効率のインク給送システムを備えている。一般には、
外部フレーム要素78に固定された相溶性プラスチック材
料からなる内部フレーム部材68に接合された２つの薄い
ポリエチレンバッグ材料片64,66により形成されたイン
ク溜め62内にインクが収容される。そのインク溜め62内
の２つのピストン板72A,72B及びバネ74により背圧即ち
負圧が提供され、これにより、TIJプリントヘッド52の
ノズルからのインクの漏出が防止される。

【００１４】フレーム構造体60は、２つの異なるプラス
チック材料からなる２つの要素68,78を備えている。部
材78は、第１の材料、好適にはエンジニアリングプラス
チックからなる外部フレーム部材であり、これは、外部
表面を形成すると共に、構造的支持を提供するものであ
る。その目的に適した典型的なプラスチックは酸化ポリ
フェニール(PPO)である。また、部材68は、第２のプラ
スチック材料からなる内部フレーム要素であり、これ
は、インク用の液体通路を提供するものであり、係属米
国特許出願第07/853,372号で詳細に記載されているよう
に、バッグ薄膜64,66の取り付けに適したものである。
第２プラスチック材料に適した典型的なプラスチック
は、ポリオレフィン合金又はガラス充填ポリエチレンで
ある。薄膜64,66用の好適材料は、エチレン−ビニール
アセテート(EVA)である。

【００１５】一対の要素90,92は、プリントヘッド76用
のインク溜め62とインクチャンバ94との間の液体通路中
に配置される。部材90,92は、微細網状スクリーンであ
り、これは気泡チェック弁及び粒子フィルタとして働
き、気泡がプリントヘッドのノズルからインク溜めに進
入してバネバッグの負圧が低減するのを防止する。部材
90,92はまた、粒子がインク溜めからプリントヘッド内
に進入してプリントヘッドのノズルを詰まらせるのを防
止する。要素90,92については、「Combined Filter/Air
Check Valve for Thermal Ink-Jet Printer」(attorne
y docket no.191179-1)と題する米国特許出願に詳細に
記載されている。

【００１６】インク溜めは、本好適実施例では負圧バネ
バッグ式インク溜めであるが、インク溜めは、この特定
のバネバッグ式を採用する必要はない。従って、本発明
は、ペンが使用する特定のインク供給システムに限定さ
れるものではない。

【００１７】カバー70,80は、任意の適当な材料から製
造可能なものである。本実施例ではカバーは金属製であ
る。薄い金属製の側方カバー70,80は、内部の構成要素
を保護し、システムに相当の剛性を付与し、高度の容積
効率を提供する。カバー70,80は、美観上完全な外観を
提供するように事前処理された金属、例えば、予め塗装
された表面を有する金属やＰＣＶ圧着金属から製造する
ことができる。カバー70,80は、例えばペンの取り扱い
中に、カバーに力が加えられた場合にインクが漏出しな
いよう極めて高い剛性を有していなければならない。カ
バー70,80を製造可能な典型的な材料は、厚さが約0.482
mm（約0.019inch）の低炭素鋼である。

【００１８】金属製カバー70,80は、接着剤又はねじ止
めにより、又は熱処理又は超音波処理により、プラスチ
ックフレーム60に取り付けることができる。しかし、
「Thermal Ink-Jet Pen with a Plastic/Metal Attachm
ent for the Cover」と題する一部係属米国特許出願に
記載されているように、薄いプラスチックフレームへの
カバーの取り付けに関する問題は、カバー70,80上に一
連の金属タブ82,84を設計することで解決される。それ
らの金属タブ82,84は、それらに適合するフレーム60上
のプラスチック機構、例えばスロット86上（図４参照）
にロックするものである。それらのタブは、組立中にフ
レームの適合する機構上のプラスチックにとって代わる
ものであり、これにより、接着剤、ねじ、熱又は超音波
処理を用いることなく簡単な機械的押圧によりカバーを
フレームに取り付けることが可能になる。カバーにタブ
を設計することはまた、そのタブをフレーム中にロック
することを可能にし、また面取りされた隅部をタブ上に
追加すれば、導入面が提供されて組立てが容易になる。
その結果として生じるカバー及びフレームの継ぎ目は、
ペンに対して外部から負荷が加えられることに起因して
接合部で生じるせん断力、軸方向の力、及び横方向の力
に抗することになる。このような接合方法により、美観
上適切なカバー材料（例えば事前塗装された金属、ＰＣ
Ｖ圧着金属、又は適当な表面の美観を備えた金属）の使
用が可能となる。

【００１９】図６(a),(b),(c)は、それぞれ、ペン50の
側面図、正面図、及び平面図を示すものである。これら
図面は、ペンの本体の幅W、高さH、及び奥行きDをそれ
ぞれを示している。本発明の一態様によれば、幅の狭い
ペンを提供すると同時に相当量のインク溜め容量を有す
るペンを提供するために、高さ寸法及び奥行き寸法は、
幅寸法の少なくとも２倍に選択される。一実施例では、
寸法Wは18.5mm(0.73inch)、寸法Dは60.1mm(2.37inch)、
寸法Hは77.9mm(3.07inch)である。このような比較的高
くて狭いペン本体により、走査軸に沿った必要とされる
キャリッジの行程を従来のペン設計より大幅に短縮する
と同時に、そのような従来設計による入手可能なインク
溜めを容量を超えないまでも、ほぼ等しい本体容量を提
供することができる。ペンの筒先領域75は、ペン本体の
幅Wと等しい幅を有する。

【００２０】ペン50は、そのペン50がキャリッジ38と共
に駆動される際に沿う走査軸44に対してそのペン50の狭
い幅Wが整列されるように設計されている、ということ
が図１及び図２から理解されよう。キャリッジ38の幅が
縮小され、ひいてはプリンタのハウジング32の幅が縮小
されるのは、ペン50の幅Wを上記のように狭くしたこと
に起因する。寸法H,D（図６参照）は、狭い幅Wが測定さ
れる際に沿う軸44に対して直交して延びる軸に沿って測
定される。キャリッジ38は、ペンの筒先領域75及びプリ
ントヘッド76をプリント媒体36の上面の上方に間隔をお
いて位置決めする。

【００２１】ペン50の典型実施例は、約19mmのペン幅で
42.5ccのインク容量を有するように製造することができ
る。この容量と幅の比(42.5cc/19mm=2.24cc/mm)は、現
在市販されている別のインクカートリッジに匹敵し得る
ものである。例えば、HP社の51608A型カートリッジは、
キャリッジ軸に沿って31mmの幅寸法を有し、19ccのイン
ク容量を有する(0.61cc/mm)。また、HP51606A型カート
リッジは、同様の28mmの幅寸法を有し、インク容量は12
ccである(0.43cc/mm)。本発明は、所定のキャリッジ進
行距離に対するインク容量の明白な利点を有しており、
これにより、プリンタに必要とされる幅が最小限にな
る。

【００２２】図７は、外部フレーム要素78により形成さ
れた剛性開ループを示すものである。同図は、図３の7-
7断面図であって、図示明瞭化のために内部のインク溜
めバッグ及びバネ部材を省略したものであり、前記ルー
プによって全体的に囲まれた開放領域を示している。

【００２３】図８及び図９は、図７の8-8断面図及び9-9
断面図をそれぞれ示すものであり、この場合もまた、図
示明瞭化のために、内部のインク溜めバッグ及びバネ部
材が省略されている。これら図面は、外部プラスチック
フレーム要素78に形成された機構86（図４参照）等の凹
機構に嵌合するよう押圧されるタブ82,84を用いること
により、カバー70,80をフレーム60へ取り付ける態様を
示している。これらの図面に示すように、タブは、フレ
ーム要素の全ての側でそのフレーム要素78に取り付けら
れる。

【００２４】本発明の別の態様によれば、カバー70,80
は、フレーム要素78を形成する材料より高強度の材料か
ら形成される。このため、フレーム要素78は、第１の強
度係数値を有することを特徴とする第１の材料から形成
され、カバー70,80は、前記第１の強度係数値より大き
い第２の強度係数値を有することを特徴とする第２の材
料から形成される。その結果として、要素70,78,80は、
TIJペン用の剛性外部ケース構造体を規定する。この構
造体は、ほぼ変形することなく、カバーの面に垂直に加
わる圧縮力に抗し、また、要素78にほぼ垂直でカバー7
0,80にほぼ平行なケース構造体に加わる力に抗するもの
である。したがって、外部ケース構造体の剛性は、例え
ば、通常の格納や取り扱い時にケース構造体が被り易い
典型的な圧縮力に応じてカバーが内側に撓んでインク溜
めの給送容積が減少するのを防止する。そのような撓み
は、プリントヘッドのノズルからのインクの漏出を十分
に発生させ得るものである。

【００２５】一例を挙げると、フレーム要素78を製造す
るために実施例で用いた、GeneralElectric Companyか
ら商標「NORYL GFN2」（20％だけガラスを充填したNORY
L）で市販されているエンジニアリングプラスチック
は、9.25×10⁵psi程度の引張係数値を有するものであ
る。カバーを製造する好適材料は、25,000〜33,000Kpsi
程度のヤング率値を有する軟鋼である。また、代替的
に、E.I. de Nemours DupontCompanyから「Kapton」と
いう商標名で市販されているプラスチック材料を使用し
てカバーを製造することが可能であり、そのヤング率値
は10.000psi程度である。

【００２６】フレーム要素78より高強度のカバー材料を
使用することにより、領域110の内部に延びると共に対
向するカバー70,80間の距離に亘る連結用ウェブ又はリ
ブ等の別のカバー支持構造体を必要とすることなく、開
放領域110にかかるように薄いカバーを使用することが
可能となる。そのような支持構造体は、フレーム78と比
較して同等またはそれ以下の強度を有する材料からなる
薄いカバーの撓みを防止するために従来十分に必要とさ
れたものであるが、インク溜めのために利用できるケー
ス構造体内の容積を縮小させ、バネ及びバッグ要素の設
計を複雑化し、ペンのコストを高くするという欠点を伴
うものである。勿論、撓み力に対する撓みを防止するよ
う必要な強度を与えるために弱い材料を使用して厚いカ
バーを製造した場合には、ペンの幅寸法Wが大きくな
り、ひいてはキャリッジ及びプリンタの幅が大きくなる
ことになる。金属カバーは、プラスチックカバーを射出
成形できるより大幅に即ち５倍も薄く製造することがで
きる。（シート状の）薄いプラスチックをカバーとして
使用し、剛性ループフレーム構造体の縁部の周りの継ぎ
目を溶接することが可能である。この場合、薄いプラス
チックカバー材料は、フレーム78の材料より高強度のも
のである。

【００２７】図１０は、本発明による幅の縮小されたペ
ン構造体がプリンタの必要幅を縮小するという利点を示
すものである。図１０(a)は、軸44に沿った走査の最も
左位置にあるキャリッジ38を示している。図１０(b)
は、最も右位置にあるキャリッジ38を示している。プリ
ント媒体36の全幅にわたって各ペンのプリントヘッドが
アクセス可能なキャリッジの全行程をSで示す。この行
程は、媒体36の幅Pにキャリッジ38の幅の２倍を加えた
ものにほぼ等しい。ペン幅Wが例えば19.05mm（0.75inc
h）であり、キャリッジのペン取付幅がペン一つにつき
約6.35mm（0.25inch）を必要とする場合には、全キャリ
ッジ幅を約101.6mm（4.0inch）にすることができる。こ
れは、少なくとも約31.75mm（1.25inch）の幅を有し、
少なくとも約172.72mm（6.8inch）のキャリッジ幅を必
要とする従来のペンとは対照的なものである。

【００２８】上述の実施例は、本発明の原理を表現可能
な考えられる特定実施例を例示したものに過ぎないこと
が理解されよう。当業者であれば、本発明の範囲及び思
想から逸脱することなく上記原理に従って別の構成を容
易に実施することができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、ペ
ンパッケージが薄くてその容積効率が高いサーマルイン
クジェットペンを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施したプリンタ装置を示す斜視図で
ある。

【図２】図１のプリンタのペンキャリッジを示す斜視図
である。

【図３】本発明によるプリンタペンを示す斜視図であ
る。

【図４】図３のペンの分解斜視図である。

【図５】図４の5-5断面図である。

【図６】請求項３のペンの三面図である。

【図７】図３の7-7断面図である。

【図８】図７の8-8断面図である。

【図９】図７の9-9断面図である。

【図１０】プリント媒体のそれぞれの端部におけるプリ
ントキャリッジの位置決めを示す正面図である。

【符号の説明】

50 TIJペン 60 フレーム構造体 62 インク溜め 64,66 側方開放領域 70,80 側方カバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ティモシー・ジェイ・カーリンアメリカ合衆国カリフォルニア州92131サン・ディエゴ，エイヴィエリー・コート・ 10894

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク溜め及びプリントヘッドを備えたペ
ンカートリッジにおいて、そのペンケース構造体が、第１の材料からなる外部ペンフレーム構造体であって、
対向する壁縁部と前記対向する壁縁部内の第１及び第２
の対向する側方開放領域とを有する周辺壁構造体を規定
する、前記外部ペンフレーム構造体と、その外部ペンフレーム構造体の前記開放領域を覆うため
にその外部ペンフレーム構造体に取り付けられる、第２
の材料からなる第１及び第２の薄いカバー部材と、前記プリントヘッドと液体連通状態で前記ケース構造体
内に収容された前記インク溜めとからなり、前記フレーム構造体に対する前記カバー部材の取付時
に、前記ペンケース構造体が剛性化して、前記側方部材
又は前記フレーム構造体に加わる力に対して実質的に非
圧縮性となることを特徴とする、ペンケース構造体。