JPH09131889A

JPH09131889A - インク・ジェットの軸外のインク送り出しシステム

Info

Publication number: JPH09131889A
Application number: JP8253718A
Authority: JP
Inventors: Eric J Johnson; エリック・ジェイ・ジョンソン; Brian D Gragg; ブライアン・ディー・グラッグ
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1995-09-05
Filing date: 1996-09-04
Publication date: 1997-05-20
Also published as: GB2304639A; DE19631157A1; GB9615002D0; DE19631157B4; US5886718A; GB2304639B

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】軸外のインク槽からプリントヘッドの軸上のア
キュムレータにインキを補充する、単一の多機能のイン
ク転送機構。【解決手段】インクジェットハードコピー装置のための
軸外インク配送システムは、多機能インクポンプ及び流
れスイッチデバイス１０６を含む。半永久的な、負圧の
かかるペン１０２及びプリントヘッド２０８は、インク
ポンプ及び流れスイッチデバイス１０６を介して、静止
している、補充可能なあるいは交換可能な、軸外のイン
ク槽１０４に流体的に結合している。ペン１０２の負圧
動作状態を作り出す機構は、インクポンプ及び流れスイ
ッチデバイス１０６が「開」位置にあるとき、インク槽
１０４からインクを引き出すのに使われる。負圧リセッ
ト機能、ノズルプライミング機能、ペン空気パージ機能
もまた、同じインクポンプ及び流れスイッチデバイス１
０６によって提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】本発明は、一般的にインク・ジェット技
術に関し、より詳細には、軸外の(offaxis)インク送り
出しシステムに関する。

【０００２】

【関連技術の説明】インク・ジェット技術は比較的よく
開発されている。コンピュータプリンタ、グラフィック
プロッタ、ファクシミリ等の市販製品は、インク・ジェ
ット技術を用いてハードコピーを作成する。この技術の
基本は、例えば、Hewlett-PackardJournalにおける様々
な論文、第３６巻Ｎｏ．５（１９８５年５月）、第３９
巻Ｎｏ．４（１９８８年８月）、第３９巻Ｎｏ．５（１
９８８年１０月）、第４３巻Ｎｏ．４（１９９２年８
月）、第４３巻Ｎｏ．６（１９９２年１２月）、及び第
４５巻Ｎｏ．１（１９９４年２月）の版に開示されてい
る。インク・ジェット装置はまた、W. J. Lloyd及びH.
T. Taubによって、"Output Hardcopy（原文どおり）Dev
ices"第１３章（R. C. Durbeck及びS. Sherr編集、米国
San DiegoのAcademic Press社、１９８８年）において
も説明されている。

【０００３】基本的に、熱インク・ジェットプリントに
おいて、加熱要素と組み合わせたオリフィス板を有する
プリントヘッドを備えることが知られている。インクを
熱励起することを用いて、液滴が小さなノズル、または
オリフィスを通ってプリント媒体上に噴出される。液滴
のドットマトリクスの操作によって、英数字の文字及び
グラフィックのプリントを行うことができる。インク滴
発生装置として圧電変換器または電波伝搬を使用したも
の等、他のインク噴出機構もまた、当業者によってよく
開発されている。

【０００４】インク・ジェット・ペンそれ自体が、イン
クを貯蔵しプリントサイクルの間適切な量のインクをプ
リントヘッドに供給する内蔵式の槽を有していてもよ
い。こういった内蔵式のペンは、当業者にはプリントカ
ートリッジとも呼ばれている。

【０００５】ハードコピー機器に、プリントカートリッ
ジではなく再使用可能なペンを用いる場合には、インク
は通常、離れた、軸外の（または、ボードの外部の）イ
ンク槽から、比較的永久的なペン本体及びプリントヘッ
ド機構に供給される。初期のインク・ジェット・プリン
タでは、米国特許番号第４，３１２，００７号（Winfie
ld）に説明する軸外の槽を用いた。さらに、大きなフォ
ーマットで技術図面等にプロットするもの等、ハードコ
ピーの用途によっては、無理のない大きさであって交換
することができるプリントカートリッジ内に収容するこ
とができるインクの体積よりもはるかに多い体積のイン
クを用いる必要があることがわかっている。従って、改
良した、比較的大きな、またペンから離れたインク槽シ
ステムもより近年には開発されている。例えば、マルチ
カラーのボード外部に置かれたインク供給システムを示
す米国特許番号第４，８３１，３８９号（Chan）、低圧
再循環ポンプシステムを用いたインク・ジェット・プリ
ンタのインク送り出しシステムを説明している米国特許
番号第４，９２９，９６３号（Balazar）、及びサービ
ス・ステーションにおいて補充することのできるインク
・ジェット・ペンを教示している米国特許番号第４，９
６８，９９８号（Allen）を参照されたい。

【０００６】プリントカートリッジであっても、インク
・ジェット・ペンであっても、インク滴をプリントヘッ
ドからプリント媒体上に「噴射する」信頼性のある効率
的な手段を提供するが、プリントヘッドには通常、プリ
ントヘッドが起動していないときにインクがオリフィス
を通って自由に流れることを防止する機構が必要であ
る。このような制御がなければ、インクはプリント表面
上へ、またはプリンタ機構内へ漏れたり、「たれる」可
能性がある。このように漏れたインクはまた、積み重な
ってプリントヘッドそれ自体にこびりつき、正確な動作
を損なう可能性もある。ハードコピー機器の一部とし
て、しばしば複雑なペンのサービス・ステーションが設
けられ、そこでプリントヘッドをぬぐったり、起動して
過剰なインクを「吐出」して除くことができるようにな
っている（プライミングとして知られている）。代表的
なサービス・ステーションが、米国特許番号第４，８５
３，７１７号（Harmon他）に開示されている。

【０００７】この問題を緩和するために、プリントヘッ
ドにおける周囲の気圧よりも低いわずかなアンダープレ
ッシャー(under pressure)をかけて（当業者には「背
圧」または「負圧」操作とも呼ばれる）、インクを槽か
らプリントヘッドに供給するインク・ジェット・プリン
タが多い。効果的なものにするために、ペンの背圧は、
所望の動作範囲内に一定にそして予測可能に維持されね
ばならない。すなわち、ペンの背圧は、ペンが使用され
ていないときにインクがオリフィスを通って自由に流れ
るという望ましくないことを防止できるよう十分大きい
が、同時に、付勢されたときにはその背圧に打ち勝って
インク滴を一定で予測可能な方法で噴出することができ
るよう十分小さいものでなければならない。この背圧
は、周囲の雰囲気及びペンの内部圧力の状態のどちらか
あるいは両方における変化の影響を受ける。同様に、温
度が変化すると、それによってインク・ジェット・ペン
内のインク及び空気が収縮または膨張する可能性があ
り、これもまた背圧に影響を与える。このような動作上
の変動に加えて、プリントカートリッジを航空貨物とし
て出荷すると、温度及び気圧の過度の逸脱にさらされる
ことが多い。従って、こういった要因を考慮に入れて、
背圧を所定の望ましい動作範囲内に維持する機構をイン
ク・ジェット・ペンに組み込まねばならない。

【０００８】米国特許番号第４，７７１，２９５号（Ba
ker他）は、インクを十分に染み込ませたフォームを用
いたプリントカートリッジを示し、フォームの毛管効果
によって必要な背圧が維持されている。

【０００９】プリントカートリッジのインクの容量を大
きくするために、インクが自由なインク槽もまた開発さ
れてきている。その基本的態様において、インクが自由
なプリントカートリッジ装置は、柔軟性のある袋を含
み、その袋にはばねが入っていて、槽からインクが枯渇
していく間に所定の設計の背圧が一定して与えられるよ
うになっている。

【００１０】"Ink Reservoir With Essentially Consta
nt Negative Back Pressure"という名称の米国特許番号
第４，５０９，０６２号（Low他）及び"Variable Rate
Spring Ink Pressure Regulator for a Thermal Ink Je
t Printer"という名称の、米国特許番号第５，３２５，
１１９号（Fong）は、インクが自由なプリントカートリ
ッジにおける背圧調整を扱う特定の機構を教えている。
米国特許出願番号第０８／０６５，９５７号（Seccombe
他)及び第０８／３３１，４５３号（PawlowskiJr.他）
は、プリントカートリッジに用いられるばねの入った袋
の概念に関係するさらなる発明を開示している。

【００１１】より高解像度のプリント（例えば、グラフ
ィックが写真に近い品質になる、インチ当たり１２００
ドット）を行うことができるハードコピー機器を提供
し、無理のない大きさの使い捨て式のプリントカートリ
ッジが提供することができるよりも大きな体積のインク
の、信頼性のある源で、大きなフォーマットのプリント
グラフィックを提供する、という目標を達成するため
に、背圧の概念を用いて動作する比較的永久的なペン及
びプリントヘッドに適合する、補充することのできる軸
外のインク槽を用いたシステムの必要がある。

【００１２】

【発明の概要】その基本的態様として、本発明は以下の
ものを含むハードコピー機器のインク送り出しシステム
を提供する。ハードコピー機器内に搭載され、プリント
ヘッド及びプリントヘッドに連結されてプリントヘッド
の背圧調整を行うインクのアキュムレータを含む、イン
クを隣接するプリント媒体上に噴出するインク噴出機
構、インク噴出機構への供給インクを収容する軸外のイ
ンク貯蔵機構、及びインク噴出機構とインク貯蔵機構と
を流体が通るように連結して、インク噴出機構のインク
のアキュムレータの補充を制御し、インクのアキュムレ
ータの補充に続いてインクのアキュムレータを所定の背
圧設定値にリセットする、インクのポンピング及び流れ
スイッチング機構。

【００１３】多機能のインクのポンピング及び流れスイ
ッチング機構はさらに、プリントヘッドのプライミング
及びペンの空気またはインクの蒸気ガスのパージのため
の機構として使用するように適合できる。

【００１４】それぞれのカラーのインクについて１つの
実施例を用いることにより、カラーのハードコピー機器
も提供される。

【００１５】本発明の利点は、実証されている、ばねの
入った袋の背圧調整技術を利用し(leverages)て、軸外
のインク槽からプリントヘッドの軸上のインクのアキュ
ムレータにインクを補充する、ということである。

【００１６】本発明の他の利点は、軸外の槽からインク
・ジェット・ペンにインクを転送する、単一の多機能の
インク転送機構を提供する、ということである。

【００１７】本発明の他の利点は、補充、プライミン
グ、パージに用いるものを含むいくつかのインクポンプ
機能、及び背圧を確立する機構を、単一の装置に統合す
ることによって、製造コストを低減する、ということで
ある。

【００１８】本発明の他の利点は、自己較正するインク
・ジェット・ペンの補充動作を提供する、ということで
ある。

【００１９】本発明の他の利点は、加圧機構を全く必要
としない簡単な軸外のインク槽を用いることができる、
ということである。

【００２０】本発明の他の利点は、様々な大きさのハー
ドコピー機器及び様々なインク使用率の設計要素に合わ
せて変えることができる、ということである。

【００２１】本発明の他の利点は、現存するばねの入っ
た袋の背圧の製造、供給、及び工学的な能力に適合でき
る、ということである。

【００２２】本発明の他の利点は、永久的なペン及びプ
リントヘッド、及び永久的なインク転送装置を補充する
ことのできるまたは交換することのできるインク槽と共
に用いることができるようにすることにより、結果とし
てページ当たりのプリントコストが低くなる、というこ
とである。

【００２３】本発明の他の利点は、軸外のインク槽のイ
ンク・ジェットのハードコピー機器の部品数が、従来技
術の軸外のインク槽のシステムと比較して、低減され
る、ということである。

【００２４】本発明の他の利点は、ハードコピー機器の
他にとり得る出荷方法に融通が利く、ということであ
る。

【００２５】本発明の他の目的、特徴、及び利点は、以
下の詳細な説明及び添付の図面を考察すれば明白となろ
う。全図を通じて、対応する参照番号は、対応する特徴
を表す。

【００２６】

【好適実施例の説明】以下に、本発明の具体的な実施例
を詳細に参照する。これは、発明者が現在考える、本発
明を実施する最良の態様を示す。他の実施例も、適用で
きるものとして簡単に説明する。

【００２７】図１に表された、本発明による、ばねの入
った袋に基づいた、インクが自由なインク・ジェット・
ペンの、軸外のインク送り出しシステムが、インク・ジ
ェットのハードコピー機器１００（内部が見えるように
描いた線(phantom line)で表す）内に配置されている。
様々なかかる機器がよく知られており、上に引用した参
照資料を、その詳細についての背景として検討すること
ができる。

【００２８】移動する（矢印で表す）キャリッジ機構
（図示せず）内に、１つまたはそれ以上のばねの入った
袋に基づいたペン１０２が搭載されている。キャリッジ
機構は、当業者に公知のハードコピー機器１００の他の
機構（図示せず）によりペン１０２と並列に運搬される
プリント媒体（図示せず）を、横切るように移動する。
フルカラーのインク・ジェットプリント機器において
は、通常用いられるシアン、イエロー、マゼンタ、及び
ブラック（「ＣＭＹＫ」）のインク用の、多数の室のあ
る単一のペンを設けること、または図１に示すように４
つまでの別個のペン１０２を設けること、が知られてい
る。本発明の好適な実施例のペン１０２は、ばねの入っ
た袋のタイプのものである。

【００２９】インクは軸外の槽からそれぞれのペン１０
２に供給されるので、それぞれのペン１０２が所定のハ
ードコピー機器のプリントパラメータに合った最小の物
理的大きさを有するように設計するよう意図されてい
る。例えば、ノート型のパーソナル・コンピュータに付
属したまたは内蔵されるプリンタ等の持ち運びできるハ
ードコピー機器においては、たぶん最終使用者はそれぞ
れの特定のプリントジョブの間に数ページのテキストを
プリントするだけということが多いであろう。しかし、
技術図面のプロッタにおいては、おそらくそれぞれのプ
リントジョブにおいては比較的大きな体積のインクが使
用されるであろう。持ち運びできるハードコピー機器
は、数ページのテキストのジョブに適合するように、小
型のペン及びプリントヘッド装置、及び小型の搭載され
たインクのアキュミュレータのばねの入ったインクのア
キュムレータを有するべきである。プロッタは、プリン
ト時間を短くするために１回にプリントする面積(swat
h)を大きくすることに適合するペン及びプリントヘッド
を有し、ジョブ割り込みをしてアキュミュレータを補充
する必要なしにそれぞれの１回にプリントする面積に必
要なより大きな体積のインクを扱う搭載されたインクの
アキュミュレータのばねの入った袋を有するべきであ
る。

【００３０】特定のハードコピー機器の設計には、基板
上のインクのアキュミュレータであるばねの入った袋の
補充サイクルの間にどれくらいのページをプリントする
べきかを決定することによって取り組むことができる。
補充サイクルの頻度が、単一ページを完全に覆い尽く
す、すなわちすべての画素がインクでドットを打たれた
プリント（これは、実際の被覆度が一般的に約５パーセ
ントであるテキストのみのタイプのプリントについて予
想されるような、被覆度が低いパーセントのプリントで
の多数のページと等価である）後かもう少しプリントし
た後である場合には、基板上のインクのアキュミュレー
タのばねの入った袋の最小容積を決定することができ
る。１ページを完全に覆い尽くすプリントにどれくらい
の体積のインクが使用されると予想されるかを計算する
と、体積／ページ＝ｄｐｉ＊ｄｐｉ＊体積／液滴＊面積／ペ
ージただし、体積／ページ＝ページ当たり（各色当たり）の
使用されるインクの体積、ｄｐｉ＝インチ当たりのドット数で表した解像度、体積／液滴＝発射される液滴当たりのインクの体積、及
び面積／ページ＝１ページ上でプリントできる面積である。

【００３１】搭載されたインクのアキュミュレータのば
ねの入った袋の大きさを決定する他の方法は、ある特定
のプリントヘッドに適合するのに必要なペンの最小の幅
（当業者に公知のノズル及びオリフィスの数及び間隔に
基づく）を、適合できるばねの入った袋の構成と関係づ
ける、というものである。例えば、ある特定のペンの幅
を１５ミリメートルに設定すると仮定する。この１５ミ
リメートルの押し流す限界内のある特定の背圧設定値ま
でばねの入った袋をバイアスするように搭載された、円
形の、直径１インチのばね板によって押し流される(swe
pt)体積は、約７．６立方センチメートルである。現在
の６００ｄｐｉのハードコピー機器において、３５ピコ
リットルの液滴を８５平方インチのプリントできる面積
（標準のマージンを取った、８−１／２×１１インチの
標準の紙）上に噴出すると、補充サイクルの間に、塗り
つぶしでは６ページをプリントすることができ、被覆度
が５パーセントの場合には１２０ページ以上をプリント
することができる。その結果、プリントヘッドのノズル
領域及び押し流されない袋の領域を含むオン・アクシス
のインク全体の体積は、ペン補充サイクルに続く軸上の
インクの１０立方センチメートルに近くなる。

【００３２】システムのそれぞれのペン１０２には、軸
外のインク槽１０４が設けられている。ここでもまた、
特定の構成は、ハードコピー機器１００の形状によって
決まる。インク・ジェットのファクシミリの設計では、
１つのペン１０２のみが必要かもしれず、従って１つ
の、比較的大きな軸外のインク槽１０４を有するかもし
れない。フルカラーのインク・ジェット・プリンタであ
れば、図１に表すように、４つのペン１０２及び４つの
軸外のインク槽１０４を有するかもしれない。特定の構
成がどんなものであれ、軸外のインク槽１０４は、補充
することができるまたは交換することができるカートリ
ッジのタイプである。以下に図２に関してさらに説明す
る本発明によれば、インク槽１０４は正圧機構を全く必
要としない、ということに特に注目すべきである。

【００３３】本発明の第３の基本的な構成要素は、永久
的な、多機能の、インクのポンピング及び流れスイッチ
ング装置１０６である。このインクのポンピング及び流
れスイッチング装置１０６は、以下の４つの機能を備え
ている。（１）軸外のインク槽１０４とペン１０２の間でインク
が流れるようにする、（２）軸外のインク槽１０４とペ
ン１０２の間のインクの流れを遮断する、（３）ペン１
０２内のばねの入った袋の機構における初期背圧を定期
的に設定する、及び（４）ペン１０２に正圧を与え、ペ
ン１０２の、空気のパージ及び正圧のプライミングがで
きるようにする。

【００３４】柔軟性のある管類等のインクの管路（また
は当業者に公知の他の適当なインクの管路）１０８、１
１０によって、軸外のインク槽１０４とインクのポンピ
ング及び流れスイッチング装置１０６の間、及びインク
のポンピング及び流れスイッチング装置１０６とペン１
０２の間が、それぞれ流体が通るように連結される。

【００３５】フルカラーの機器、例えばＣＹＭＫのプリ
ンタについては、それぞれのカラーのインクにシステム
の部品及び適当な管類がそれぞれ１つずつ必要である。

【００３６】次に図２を参照して、１つのカラーのイン
クについて、軸外のインク送り出しシステムをより詳細
に表したものを示す。ペン１０２は、ばねの入った袋の
インクのアキュムレータ２０４を収容するハウジング２
０２を有する。ばねの入った袋のタイプのペン１０２に
関する詳細について、米国特許番号第５，３２５，１１
９号及び上に参照した他の米国特許及び特許出願を参照
することができる。空気パージポート２０６、プリント
ヘッド２０８、及びインク転送ポート２１０といったペ
ン１０２の特徴が、本発明の説明を容易にするために示
されている。

【００３７】軸外のインク槽１０４は、供給インク２１
４を収容するハウジング２１２を含む。かかる離れたイ
ンク供給機構は、当業者にはよく知られており、使い捨
て式のインクのカートリッジの形であれば、機構は、内
部に反応しないインクを通さない材料の袋を有するプラ
スチックのハウジングのように簡単なものでよい。イン
ク出口ポート２１６が設けられている。供給インクが、
図示のように堅いハウジング２１２の中に収容された、
たるんだ、インクでいっぱいになったつぶれることので
きる袋内にある場合には、軸外のインク槽１０４のハウ
ジングのインク閉じ込め室は、周囲の気圧に通気させる
必要はない。そうではなく、堅いハウジング２１２自体
を用いてインクを収容する場合には、かかる通気孔が設
けられる。

【００３８】インクのポンピング及び流れスイッチング
装置１０６は、シリンダ２２０を含むケーシング２１８
を有する。シリンダ２２０は、ポリスルホンのプラスチ
ック、ステンレス鋼、その他インクと化学的に反応しな
い材料等の適当な堅い材料で形成されている。管類１０
８によって、インク入口ポート２２２が、軸外のインク
槽１０４のインク出口ポート２１６に連結されている。
管類１１０によって、インクポンピングポート２２４
が、ペン１０２のインク転送ポート２１０に連結されて
いる。ケーシング２１８はまた、シリンダ２２０の中央
の室２３０内に開いた中央の穴２２８を有するピストン
のシャフト方向の部材(piston shaftway member)２２６
も含む。Ｏリング等の液密のベアリング２３４に支えら
れて動くピストンのシャフト２３２が、シリンダ２２０
の中央の室２３０内のピストンヘッド２３６に連結され
ている。ピストンのシャフト２３２の末端部２３８は、
ピストンアクチュエータ（図示せず）に連結されてい
る。ピストンアクチュエータは、ピストンのシャフト２
３２を押したり引いたりする力を発生してシリンダ２２
０内のピストンヘッド２３６を移動させるような機械的
または電気機械的な直線的に作動する装置であればいか
なるものであってもよい。

【００３９】図３Ａないし図３Ｄは、インクのポンピン
グ及び流れスイッチング装置１０６のサブコンポーネン
トの説明を容易にするものであり、図４と共に、本発明
の動作の説明を容易にするものである。ピストンヘッド
２３６（図２）は、それぞれピストンのシャフト２３２
に連結された、第１のシール３０４及び第２のシール３
０２を含む。シール３０２、３０４は、フッ化珪素等、
インク・ジェット・システムにおいて用いられるタイプ
のインクを通さずそういったインクと反応しないエラス
トマーで組み立てられている。シール３０２、３０４
は、当業者に公知の適当な方法でピストンのシャフト２
３２上に設けられたフランジ３０６、３０８のそれぞれ
の上にそれぞれのシール３０２、３０４をはめ込むこと
等によって、インクのポンピング及び流れスイッチング
装置１０６の製造に適した何らかな方法によって、ピス
トンのシャフト２３２に固定して搭載されている。第１
のシール３０４と第２のシール３０２の間の間隙「ｇ」
が、シール３０２、３０４を分離するシール間の空隙３
１０を形成することに注目されたい。第１のシール３０
４には、シール間の空隙３１０からケーシング２１８の
インクポンピングポート２２４に隣接するシリンダ２２
０内の中央の室２３０の領域２３０’まで延びる流体の
チャネルを形成する穴３１２が設けられている。それ以
外では、シール３０２、３０４は、前記中央の室２３０
内の液密のバリヤを形成している。ピストンヘッド２３
６は選択的に位置することができるということに注目さ
れたい。内部を貫くインクの流れのチャネルを有する第
２のシール３０２、及び第１のシール３０４を含むピス
トンヘッド２３６が、シール３０２、３０４の間に所定
の間隙「ｇ」をとってピストンのシャフト２３２上に搭
載されており、間隙の幅及びシール３０２、３０４の形
状及び寸法によって所定の容積測定領域が規定されるよ
うになっている。

【００４０】動作において、インクのポンピング及び流
れスイッチング装置１０６及び軸外のインク槽１０４は
静止しているが、ペン１０２はキャリッジ（図示せず）
上に搭載されており、プリント中の１ページのプリント
媒体（図示せず）を横切る。（しかし、本発明はまた、
静止した、ページの幅のプリントヘッド機構にも容易に
適合することに注目されたい。）ペン１０２は、ばねを
入れたインクのアキュムレータ２０４を収容しており、
プリントヘッド２０８において所定の設計の背圧を維持
している。インクのアキュムレータ２０４は、インクの
ポンピング及び流れスイッチング装置１０６及びインク
の管路１０８、１１０を経由して、軸外のインク槽１０
４と流体を伝達する。

【００４１】１プリントサイクルの間に、インクのポン
ピング及び流れスイッチング装置１０６は、図３Ｃ及び
図４の位置３に表すように、閉じられる。軸外のインク
槽１０４とインクのアキュムレータ２０４の間のインク
の流れは、遮断される。

【００４２】ペン１０２のインクのレベルが低くなる
（プリントされた液滴の数をカウントすること、機械的
または電気機械的なインクのレベルの検出機構等の当業
者に公知のものによって判断される［例えば、米国特許
番号第４，９３１，８１３号（Hamlin）を見よ］）と、
プリントサイクルは必要であれば中断し、インクのポン
ピング及び流れスイッチング装置１０６は、図３Ａに表
すように開位置に変化する（図４の位置２も見よ）。開
位置においては、インクは自由に、出口ポート２１６及
び管類１０８を経由して軸外のインク槽１０４を出て、
シリンダ２２０の入口ポート２２２を通り、シール間の
空隙３１０内に流入することに注目されたい。ほとんど
いっぱいになると、インクは、シール間の空隙３１０か
らは、インクは穴３１２、すなわち、第２のシール３０
２を通りインクポンピングポート２２４を含むシリンダ
２２０の中央の室２３０の領域２３０’内への流体のチ
ャネル、を通ってのみ流れることができる。それからイ
ンクはインクポンピングポート２２４を通り、管類１１
０を通り、ペン１０２のインク転送ポート２１０を通
り、そこでインクのアキュムレータ２０４をいっぱいに
する。

【００４３】ペンは基本的には、先立つプリントサイク
ルの間にインクのアキュムレータ２０４からインクが枯
渇するにつれてアキュムレータ２０４の内部の曲げられ
たばねに蓄えられてきた位置エネルギーを用いていっぱ
いになるということに注目されたい。通常、この補充作
業は、プリントジョブの間の、キャリッジがペン１０２
をサービス・ステーション機構（図示せず）内に止めて
おく時に起こる。

【００４４】概して、補充時間は、インクのポンピング
及び流れスイッチング装置１０６が開かれた後、ばねを
入れたアキュムレータ２０４が「空」から「いっぱい」
になるまでに要する時間量となる。補充時間は、Poiseu
illeの法則に基づいた流れの計算を用いて当業者に知ら
れるように、部品の設計仕様（例えば、インクのアキュ
ムレータの大きさ、ばね定数等）、ハードコピー機器内
での部品の相対的な向き（例えば、インクの管路の長
さ）、インクの粘度等に左右される。

【００４５】インクのアキュムレータ２０４がこのよう
な方法で補充されると、インクのポンピング及び流れス
イッチング装置１０６が作動して（図３Ｂにおいて「引
く」とある矢印を見よ；また図４の位置４も見よ）、逆
方向にポンプ動作し、十分な量のインクがアキュムレー
タ２０４から管類１１０を経由してシリンダ２２０の中
央の室の領域２３０’へと引き出され、アキュムレータ
２０４内のばねに荷重がかかって、プリントヘッド２０
８において適切なプリント動作のための所定の設計の背
圧が確立される。この、インクの逆方向ポンプ作用によ
り、具体的なペン１０２に合わせて計算しあるいは実験
的に仕立て上げて、プリントヘッド２０８で所定の設計
上の背圧を確立するのに必要なピストンヘッド２３６の
反対向きの変位を確立することができる。設計上の背圧
のリセットに続いて、プリントを再び開始することがで
きる。

【００４６】インク・ジェットのハードコピー機器は、
通常、プリント品質が低下したように見えるときにプリ
ントヘッドをプライミングする機構をユーザに提供して
いる。通常、少量のインクをそれぞれのノズルから押し
出すことによって、プリントヘッドがプライミングされ
る（当業者に知られているように、提供されているハー
ドコピー機器サービス・ステーションにおいて行われ
る）。さらに、ペン内の空気またはインク機構内にたま
った気体も、プリントヘッドの動作に干渉することを防
ぐために、時折パージするべきである。インクのポンピ
ング及び流れスイッチング装置１０６を用いて正圧も与
えられ（図３Ｄの「押す」とある矢印を見よ；また図４
の位置１も見よ）、この正圧により、プリントヘッドを
プライミングすることができ、また当業者に知られてい
るように、泡発生器、逆止弁等を用いて空気の泡がパー
ジ通気孔２０６の近くまたはそれを通ってたまっている
場合にノズルを通してインクのアキュムレータ２０４の
空気または他の気体をパージすることもできる（例え
ば、米国特許出願番号第０８／５１９，３８４（Hall）
を見よ）。基本的に、気体のパージ機構は、インクのア
キュムレータ２０４と、その局部の水平面(local horiz
ontal)に関してその上の高い点において連結され、前記
アキュムレータ内の自由な気体及び気体が飽和したイン
クがパージ機構のところまで上がってきて、パージ機構
において気体が除去されるようになっている。この特徴
は、具体的なペンの設計において気体がたまることが問
題とはならない場合には、省略することができる。

【００４７】インクポンピング及び流れスイッチング装
置の大きさは、プライミング及び気体のパージのために
必要な場合にインクのアキュムレータに押し込まれねば
ならないインクの量、及び圧力が均一化した後にプリン
トヘッドにおいて十分な背圧を確立するために引き込ま
なければならないインクの量によって決定される。言い
換えれば、インクのポンピング及び流れスイッチング装
置は、アキュムレータから所定の体積のインクを引き出
して設計の背圧をリセットせねばならず、インクのポン
ピング及び流れスイッチング装置は、所定の体積のイン
クをアキュムレータに押し込んでノズルをプライミング
しペンから気体をパージせねばならない。インクのポン
ピング及び流れスイッチング装置は、ピストンヘッド
が、プリントヘッドをプライミングするためだけの第１
の正圧のストロークの距離、及び第１のものより大きい
ペンから気体をパージする第２の正圧のストロークの距
離を有するように設計することができるということに注
目されたい。プリントヘッドは半導体装置の方法で組み
立てられる比較的デリケートな部品であるから、ピスト
ンの最大ストロークはもちろん、プリントヘッドを損な
う可能性のある圧力よりも少ない圧力を与えるべきであ
る。同様に、ばねの入った袋もまた、具体的なペンの設
計で考慮に入れねばならない限られた正圧を保持する能
力を有する。ポンピングの体積は、与えられたペンの設
計について経験的に決定することができ、ばね定数、ア
キュムレータの容積、インクの袋の薄膜の厚さ及び弾
性、管類の大きさ及び弾性、インクの押し流される体積
等、当業者に明白なものによって決まる。

【００４８】本発明は、インク・ジェットのハードコピ
ー機器の軸外のインク送り出しシステムを提供する。多
機能のインクのポンピング及び流れスイッチング装置を
用いて、ばねを入れたアキュミュレータのペンの動作に
必要なすべての機能が果たされ、この装置は、ペン内に
与えられたばね力を利用して、軸外のインク槽内に正圧
の力が必要ないようにする。いったんアキュムレータが
完全にいっぱいになり、少量のインクが引き出されてプ
リントヘッドにおいて背圧が確立されると、ペンは、搭
載された利用できる既知の量のインクでプリントする準
備ができる。この点から、ハードコピー機器は、プリン
ト中に枯渇するインクの量を監視することができる。プ
リントジョブ中、または、好ましくはプリントジョブ後
に、所定の一部のまたはそれより少ないインクしかアキ
ュムレータ内に残らなくなると、キャリッジがペンを補
充位置に移動して、補充工程が繰り返される。

【００４９】いかなる理由にせよ、ハードコピーのプリ
ント動作が中断されると、インク送り出しシステムは上
に説明した補充工程を通ることによって既知の位置にリ
セットされることができる、ということに注目された
い。このことは、典型的には電源を入れるサイクルにお
いて言えよう。インクのアキュムレータが常にほぼいっ
ぱいであるということを確実にするために、補充手続き
を必要な頻度よりも高い頻度で行うこともできる。理想
的には、補充作業は、ハードコピーの処理能力に与える
影響を最小にするために、各プリントバッチの間に起こ
る。

【００５０】しかし、補充作業は通常各プリントジョブ
のバッチの間のペンがサービス・ステーションに止めら
れている間に行われるが、プリント中に補充することも
可能である、ということに注目されたい。これは、プリ
ントジョブが長時間中断されないことが要求されるかも
しれない大きなフォーマットのグラフィックの市場にお
いて重要であり得る。インクポンプ及び流れスイッチが
開位置にあるときのアキュムレータに入ってくるインク
の推定速度は、与えられたペンについて、インク送り出
しシステムにおける決定された圧力損失及びプリントヘ
ッドにおける背圧に基づいて計算することができる。ハ
ードコピー機器のマイクロプロセッサまたは特定用途集
積回路（ＡＳＩＣ）の制御装置は、補充したインクの体
積から費やしたインク（噴出した液滴の数をカウントす
る）を引き算し、次に、多機能のインクポンプ及び流れ
スイッチがプリントジョブの間にインクが槽からペンに
自由に流れる位置にある間に補充されるインクの量を足
し算することによって、軸上のインクの体積を追跡する
ことができる。

【００５１】本発明の好適な実施例の上記の説明は、例
示及び説明のために行ったものである。上記の説明は、
網羅的なものとして意図されたものではなく、本発明を
開示されたまさにその形式に制限するように意図された
ものではない。明らかに、当業者には多くの修正及び変
形が明白である。例えば、他のポンプ−スイッチの装置
の設計を行って、前に説明した４つの機能のモードを行
ってもよい。本発明は、熱インク・ジェットのプリント
ヘッドの設計以外のインク噴出機構に適合させることが
できる。さらに、アキュムレータは、ばね−袋のタイプ
とは異なる設計の背圧調整装置であってもよい。同様
に、同じ結果を達成するために、説明したいかなる工程
の段階も他の段階と互いに交換することができる。実施
例は、本発明の原理及びその最良の態様の実際的な用途
を最も良く説明し、それによって他の当業者が意図した
特定の用途に適するような様々な実施例について、及び
様々な修正と共に、本発明を理解することができるよう
に、選択し説明したものである。本発明の範囲は、添付
の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって規定され
るよう意図されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による軸外インク送り出しシステムの概
略斜視図である。

【図２】単一のカラーのインクのシステムについての、
図１に示す本発明の部品の図式的詳細図である。

【図３Ａ】図２に示す本発明のインクのポンピング及び
流れスイッチング部品の４つの動作モードの１つを説明
する図である。

【図３Ｂ】図２に示す本発明のインクのポンピング及び
流れスイッチング部品の４つの動作モードの１つを説明
する図である。

【図３Ｃ】図２に示す本発明のインクのポンピング及び
流れスイッチング部品の４つの動作モードの１つを説明
する図である。

【図３Ｄ】図２に示す本発明のインクのポンピング及び
流れスイッチング部品の４つの動作モードの１つを説明
する図である。

【図４】インクのポンピング及び流れスイッチング部品
の４つの動作モードを表すところの、図１及び図２に示
す本発明の図形シンボル図である。

【符号の説明】

１００：ハードコピー機器１０２：ペン１０４：インク槽１０６：インクのポンピング及び流れスイッチング装置１０８：管路１１０：管路２０４：インクアキュムレータ２０８：プリントヘッド２１４：インク供給容器２１８：ケーシング２２２：インク入口ポート２２４：インクポンピングポート２３０：中央の室２３２：ピストンのシャフト２３６：ピストンヘッド２３８：ピストンのシャフトの末端部３０２：第２のシール３０４：第１のシール３１２：チャネル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハードコピー機器のインク送り出しシステ
ムにおいて、前記ハードコピー機器内に搭載され、プリントヘッド及
び前記プリントヘッドに連結されてプリントヘッドの背
圧調整を行うインクのアキュムレータを含む、インクを
隣接するプリント媒体上に噴出するインク噴出手段、前記インク噴出手段への供給インクを収容する軸外のイ
ンク貯蔵手段、及び前記インク噴出手段と前記インク貯
蔵手段とを流体が通るように連結して、前記インクのア
キュムレータの補充を選択的に制御し、前記インクのア
キュムレータの補充に続いて前記インクのアキュムレー
タを所定の背圧設定値に選択的にリセットする、インク
のポンピング及び流れスイッチング手段を含むことを特
徴とするシステム。
【請求項２】前記インクのポンピング及び流れスイッチ
ング手段がさらに、前記プリントヘッドをプライミングし前記インク噴出手
段からガスをパージするために、前記インクのアキュム
レータ内に所定の正圧を選択的に及ぼす手段を含むこと
を特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】前記インクのポンピング及び流れスイッチ
ング手段が、第１のシール部材及び内部を貫くインクの流れのチャネ
ルを有する第２のシール部材を含み、前記第１のシール
部材と前記第２のシール部材はその間に間隙をおいてピ
ストンのシャフト上に搭載され、前記間隙及び前記第１
のシール部材及び前記第２のシール部材の所定の形状及
び寸法によって所定の容積測定領域が規定されるように
なっていて、前記インク貯蔵手段からのインクの流れを
制御し、前記インク噴出手段への及びそこからのインク
の流れの向きを制御するピストンヘッドを有する選択的
に位置することができるピストン手段、及び、前記ピストン手段をその中に保持する中央の室、前記イ
ンク貯蔵手段に連結され、前記第１のシール部材及び前
記第２のシール部材が選択的に位置して要求に応じて前
記インク入口ポートを開閉することができるように位置
したインク入口ポート、及びインクが前記インク貯蔵手
段から前記インクのチャネルを通って前記間隙内に、そ
してインクポンピングポートに隣接する前記中央の室の
領域を通ってポンピングポートに流れるように、前記イ
ンクのアキュムレータと連結されたインクポンピングポ
ートを含むハウジング手段を含み、それによって、前記
ピストン手段が第１の所定の位置にあって前記間隙が前
記インク入口ポートに開いているときに、インクが前記
インク貯蔵手段から前記アキュムレータに転送されるこ
とを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】前記入口ポートが前記第２のシール部材に
よってふさがれ、それによって前記インク貯蔵手段から
前記間隙内へのインクの流れが阻止される前記ピストン
手段の第２の所定の位置をさらに含むことを特徴とす
る、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】前記ピストン手段が前記第１の所定の位置
から前記第２の所定の位置に移動するときに、前記第１
の所定の位置と前記第２の所定の位置の間で前記第２の
シール部材が押し流す前記中央の室内の体積が、前記イ
ンクのアキュムレータから引っ込めるインクの所定の体
積を規定して、前記プリントヘッドにおける前記所定の
背圧設定値を確立するように、前記ピストン手段が前記
中央の室内で位置していることをさらに含むことを特徴
とする、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】前記第１のシール部材が前記インク入口ポ
ートをふさぎ、それによって前記ピストンが前記第２の
位置から第３の所定の位置に動くときに前記中央の室内
で押し流される体積及び前記間隙の前記所定の容積測定
領域が前記インクのアキュムレータ内に所定の正圧を確
立する、前記ピストン手段の前記中央の室内での第３の
所定の位置をさらに含むことを特徴とする、請求項５に
記載のシステム。
【請求項７】前記インク貯蔵手段が、前記ピストン手段
が前記第１の所定の位置にあるときに前記インクのアキ
ュムレータの影響下で内部のインクが引き出されるよう
にする静止したインク閉じ込め手段であることを特徴と
する、請求項３に記載のシステム。