JPH1029317A - 液体インクプリンタ用のインク循環装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気泡によるインクジェット印刷ヘッドのノズ
ルのプライミング（呼び水作用）不良を防止することで
ある。 【解決手段】 本発明のインクジェットプリンタは、記
録媒体１１を横切って往復運動するように構成した液体
インク印刷ヘッド２６と、印刷ヘッドに結合されてい
て、印刷ヘッドの運動に応じて印刷ヘッドを通してイン
クを循環させるインク循環装置（３０、３４、３６、３
８、４４、４６）を備えている。インク循環装置は印刷
ヘッドを通して一方向にインクを循環させるインク流方
向制御器４４を備えている。インク内の気泡はこの循環
するインク流によってインク供給源の空気室（５８）に
集まり、そこから除去される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般には往復運動をす
る液体インク印刷ヘッドを備えた液体インクプリンタ、
より詳細には往復運動する印刷ヘッドの運動を利用して
インクを循環させる、液体インクプリンタ用のインク循
環装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、印刷ヘッドを使用しているとき
はノズルを定期的に清掃することによって、または、長
期間使用しないときは印刷ヘッドにキャップを被せるこ
とによって、インクジェット印刷ヘッドのインク噴出ノ
ズルを保全する必要性のあることが認識されるようにな
った。印刷ヘッドにキャップを被せることは、印刷ヘッ
ド内のインクが乾燥するのを防ぐことを意図している。
さらに、印刷ヘッドのインクチャンネルが確実にインク
で完全に満され、かつ汚染物質または気泡を含んでいな
いように使用前に印刷ヘッドをプライミング（呼び水）
すること、およびノズルの正しい機能を定期的にメンテ
ナンスすることが必要である。例えば、米国特許第４，
８５５，７６４号、米国特許第４，８５３，７１７号、
米国特許第４，７４６，９３８号に、さまざまな形式の
インクジェットプリンタの印刷ヘッドのためのメンテナ
ンス・ステーションおよび（または）プライミング・ス
テーションが記載されている。また米国特許第４，６７
９，０５９号に、印刷中に印刷ヘッドのインクリザーバ
から気体を除去する方法が記載されている。

【０００３】米国特許第４，３４７，５２４号に、イン
クジェットプリンタのインク供給源への衝撃を吸収する
装置が記載されている。印刷ヘッド内のインクに対する
インク供給管またはインク供給カートリッジの物理的衝
撃の影響を最小にするため、衝撃吸収機構がインク供給
管の中に配置されている。インク供給管の直径より小さ
い直径の長いチューブをもつ流量制限装置とリザーバ装
置が配置されているので、衝撃吸収機構の物理的特性
は、ＲＣ（抵抗及びコンデンサから成る）ローパスフィ
ルタの電気的特性と似ている。

【０００４】米国特許第４，８３７，５８５号は、印刷
ヘッド内のインク圧力の過渡的変動を減らすダンピング
装置を備えたコンティニュアス型インクジェットプリン
タを開示している。インク循環装置は印刷ヘッドのキャ
ビティ入口に連結されたインク供給導管と、キャビティ
出口に連結されたインク戻し導管を有する。

【０００５】ヨーロッパ特許出願公開第０４７６３１７
−Ａ２号は、インクタンクおよび前記インクタンクを使
用するインクジェット記録装置を開示している。インク
タンクは、記録装置の記録ヘッドへ供給されるインク液
に気泡が混入するのを防止する。記録ヘッドとインクタ
ンクの間に、空気リザーバを有する補助タンクが配置さ
れている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１の態様と
して、記録媒体を横切って往復運動するように構成した
液体インク印刷ヘッドと、該印刷ヘッドに結合されてい
て、印刷ヘッドの運動に応じて該印刷ヘッドを通してイ
ンクを循環させるインク循環装置を備えた、記録媒体に
液体インクを付着させる形式の液体インクプリンタを提
供する。

【０００７】本発明は、第２の態様として、記録媒体を
横切って往復運動するように構成した液体インク印刷ヘ
ッドを備えた液体インクプリンタにおいて、インクから
気泡を除去する方法を提供する。この方法は、往復運動
する印刷ヘッドの運動に応じて、印刷ヘッドを通してイ
ンクを循環させるステップと、循環するインクによって
移動した気泡を集めるステップから成っている。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は、例えば、用紙１１（また
は透明材またはウェブ状記録媒体等であってもよい）に
カラー像または白黒像を生成する往復キャリッジ型サー
マルインクジェットプリンタ１０を示す。内部にインク
が入ったインクカートリッジ１２はキャリッジ１４に取
り付けられている。このキャリッジ１４は用紙進行方向
１８に移動している用紙１１を横切って、処理方向１６
に前後に動く、すなわち往復運動するように構成されて
いる。用紙１１はステップモーターまたは他の割送りモ
ーター２０によって用紙進行方向１８に動かされる。ス
テップモーターまたは他の割送りモーター２０は、用紙
１１を用紙進行方向１８にステップ状に動かし、カート
リッジ１２が処理方向１６に用紙１１を横切って移動し
ている間は用紙１１を静止位置に保持し、そのあとカー
トリッジ１２の作用によって生じた印刷スワース（区
画）の間で用紙１１を用紙進行方向１８に割送りするよ
うに構成されていることが好ましい。

【０００９】キャリッジ１４は用紙１１を横切ってカー
トリッジ１２を前後に動かすいろいろな可能な手段の１
つを備えている。図１に示すように、キャリッジ１４は
その構造と相互作用をするねじ部をもつ回転可能なリー
ドスクリュー２２を備えている。モーター（図示せず）
でリードスクリューを回転させると、キャリッジ１４の
構造とリードスクリューとの相互作用によって、キャリ
ッジ１４とその上に取り付けられたカートリッジ１２が
用紙１１を横切って処理方向１６に移動する。本発明を
使用するインクジェットプリンタのほとんどの実施例の
場合、印刷操作を双方向に実行できるように、リードス
クリュー２２の回転がカートリッジ１２のほぼ一様な前
後運動をもたらすことが好ましい。キャリッジ１４の運
動に機械的安定性を与えるため、例えばスタビライザー
ロッド２４をキャリッジ１４の孔に通すことができる。
もちろん、リードスクリューの代わりに、キャリッジ１
４とカートリッジ１２に往復運動をさせる代替手段、例
えばこの分野で知られたベルト・プーリー装置を使用し
てもよい。

【００１０】図１に示すように、カートリッジ１２の底
に、用紙１１の方に向いた印刷ヘッド２６がある。印刷
ヘッド２６はサーマルインクジェットノズルの１つまた
はそれ以上の線形アレイで構成されており、各ノズル
は、本発明の特定の実施例に従って、以下に詳細に説明
するやり方で特定のインク供給源に連結されている。一
般に、印刷ヘッド２６の線形アレイは用紙進行方向１８
と平行な方向に延びているので、カートリッジ１２が処
理方向１６に動くと、線形アレイは用紙を横切って「掃
引」し、従って印刷スワースを生成する。キャリッジが
用紙１１を横切って移動している間に、線形アレイの多
数のノズルが作動し、調節された量のインクを像の形状
に放出して用紙の上に所望の像を形成する。印刷ヘッド
２６のノズルの典型的な解像度は２００〜１２００ノズ
ル／インチである。

【００１１】また用紙進行方向１８に沿って下流に、乾
燥手段、例えば図１に示した加熱板２８が配置されてい
る。乾燥手段の目的は、より迅速にエネルギーを与える
ことである。図１に加熱板２８を例示したが、乾燥手段
としては、マイクロ波発生装置など、用紙１１上のイン
クに熱または他のエネルギーを与える多数の装置があ
る。

【００１２】印刷ヘッド２６と動作上関連付けられてい
るのは、バス３２によって印刷ヘッド２６に接続された
データ入力装置すなわちコントローラ３０である。コン
トローラ３０の目的は、処理方向１６のカートリッジ１
２の動きおよび用紙進行方向１８の用紙１１の動きに印
刷ヘッド２６の多数のノズルの作動を調和させることに
よって、ディジタルデータに従って所望の像を用紙１１
上にインクで描くことである。コントローラ３０に、デ
ィジタル形式のイメージデータが入力される。コントロ
ーラ３０は用紙１１に対する印刷ヘッド２６の位置を調
整し、必要に応じてインクジェット印刷の分野の専門家
に周知の仕方で、多数のノズルを作動させる。コントロ
ーラ３０は、さらに、種々のモーター、例えば用紙進行
方向１８の用紙１１の位置を制御するモーター２０と、
キャリッジ１４の運動を制御するモーター（図示せず）
に動作上関連付けられている。

【００１３】図１に示すように、カートリッジ１２は第
１可撓チューブ３６と第２可撓チューブ３８によってイ
ンク供給源３４に連絡されている。インク供給源３４に
入っている補充用インクは、カートリッジ１２内に格納
され印刷ヘッド２６に供給される少量のインクを補充す
るため使用される。異なる色のインクが入っている複数
のインク供給源も本発明の範囲に含まれる。使用中、イ
ンク供給源３４に入っているインクは、第１インク供給
チューブ３６を通って矢印４０の方向にインクカートリ
ッジ１２へ向かって動き、インクカートリッジ１２を通
り、そのあと第２インク供給チューブ３８を通って矢印
４２の方向に動く。

【００１４】この分野で知られているように、インクジ
ェットプリンタを悩ます主要な問題は、気泡がインクの
通路を塞ぐために起きるインクノズルの目詰まり、すな
わちプライミング（呼び水作用）不良である。また、イ
ンクレベルに依存してインクをノズルへ供給するのに必
要な大気圧以下の圧力を得ているインクジェットプリン
タは、カートリッジ内の格納場所すなわちマニホルド内
に蓄積した気泡の影響を受けやすい。蓄積した気泡は、
マニホルドのプライミング不良を引き起こすので、イン
クがインクチャンネルおよびインクノズルへ正常に流れ
るのを阻害することがある。これらの理由で、気泡形成
の管理はすべてのインク供給バブル装置の第１の目標と
みなされている。

【００１５】気泡形成の１つの主要発生源はインク自体
に含まれる空気である。インク液は一定量の空気を含ん
でいて、それはインクの温度が高くなるとガス放出され
る。空気のガス放出は、一般に無数の小さい気泡の形成
で始まり、最終的に合体してより大きな気泡になり、イ
ンクジェット印刷ヘッドの正常な動作を阻害することが
ある。他の空気発生源としては、インク供給源の中に入
っているインク内へのリーク、もしインク供給源が完全
にインクで満たされていなければインク供給源内の空気
空間、インク供給チューブによるインク供給源とカート
リッジ間の連絡、および使用した材料の浸透性がある。
この分野で知られているように、１つの解決策は、イン
クを供給するインクリザーバすなわちマニホルドを通し
て印刷ヘッドへインクを循環させることによってインク
から気泡を追い出すことである。そのような装置は、一
般にポンプ、電気制御弁、および関連する電子制御装置
を必要とするので、製品の製造コストがかなり高くな
る。従って、一般に十分な性能を与えると同時にインク
供給源から気泡を除去する既知の装置は、プリンタの全
ユニットの製造コストを高くするので、望ましくない。

【００１６】本発明は、キャリッジ１４とカートリッジ
１２が静止位置からかなりの一定の速度まで加速され、
印刷が完了すると直ちに静止位置へ戻されることを認識
して、インク供給チューブ３６，３８内のインクに作用
する加速力と減速力（インクに動きをもたらす）を利用
する。これらの力を積極的に利用するために、本発明
は、インク供給チューブ３６，３８内のインクの運動を
一方向にのみ制限することによって、印刷ヘッドカート
リッジ１２の加速力と減速力をインクを循環させること
に向けるインク流方向制御器４４を備えている。受動的
要素すなわちインク流方向制御器４４によって誘起され
たこの循環により、気泡は装置を通って収集場所へ移動
し、そこで装置から除去される。

【００１７】図２は、印刷ヘッドカートリッジ１２に連
結した本発明のインク循環装置の略図を示す。この図で
は、印刷ヘッド２６が使用するインクが入っているイン
ク供給源３４からインクを受け取る入口４８と出口５０
を持つインクリザーバ４６を示すために、印刷ヘッドカ
ートリッジ１２の外側ハウジングは除いてある。この分
野では知られているように、印刷ヘッドが発生した熱を
除去するために、ヒートシンク５２が設けられている。
図２の実施例は、静止状態のインクジェット印刷ヘッド
を示し、可撓チューブ３６の中に集まった気泡を含んで
いる。

【００１８】インク流方向制御器４４（その中に逆止弁
を含めることができる）は閉位置で示してある。コント
ローラ３０が印刷ヘッド２６に用紙１１にインクを付着
させる印刷信号を発生すると、印刷ヘッドカートリッジ
１２は、図３に示すように矢印５６の方向に動く。印刷
ヘッドが動き始めると、印刷ヘッドは矢印５６の方向に
加速するので、インクリザーバ４６に入っているインク
に相当な圧力サージが発生し、インクの流れが生じる。
インクは静止のままであろうとするから、加速方向とは
反対の方向に圧力が発生し、その結果インクは矢印４
０，４２の方向に流れる。カートリッジ１２を３／４イ
ンチの距離だけ割送りして１Ｇの力を生じさせると、水
柱で９インチ以上の圧力が発生することが判った。図３
に示すように、この圧力を受けて、インク流方向制御器
４４が開くので、インクは正の圧力サージから生じる指
示した方向に流れる。逆方向の流れは、逆止弁の閉止
（加速が終わると直ちにインクが効率よく静止状態に戻
るのに応じて起きる）によって阻止される。

【００１９】キャリッジを数回割送りすることによっ
て、気泡がマニホルドすなわちインクリザーバ４６から
インク供給源３４の中に移動することが判った。移動し
た気泡を収集するため、インク供給源３４は離脱した空
気を収集する空気室５８を備えている。インクリザーバ
からインク供給源内に移動した空気が離脱して空気室５
８の中に入るように、一方向気体浸透膜６０、例えば G
oretex (商標) でインク供給源のインクリザーバを被覆
することができる。また、理論的解析または経験的試験
を実施し、静止位置から印刷ヘッドキャリッジを動かす
ことによって生じた加速度を知ることにより、循環効率
が最大になるように、インク供給チューブ４０，４２の
内径を選定することができる。

【００２０】本発明は、強制インク循環を使用する設計
に対する低コストの代替装置を提供するが、本発明によ
ってインクを循環させる方法は追加の利点を有する。も
し特定の色のインクをある期間使用しなければ、インク
供給チューブの内部の大きな表面積と水蒸気転移率がイ
ンク配合物を劣化させることがあるので、本発明は、使
用の有無に関係なく、すべての色のインクを循環させ
る。この連続インク循環により、インクチューブ内に残
ったインクの特定部分の水分損失が少なくなるので、イ
ンク配合物が劣化する可能性が大幅に減る。

【００２１】図４は、一定量の空気をトラップするよう
に、印刷ヘッドカートリッジのインクリザーバ４６の上
に空気室すなわち空気リザーバ６２を配置した本発明の
別の実施例を示す。また、空気室を備え、インクを印刷
ヘッドへ供給する独立したインク供給タンクも可能であ
る。インクは空気室の下を連続して循環し、従ってイン
ク内に存在する過剰な空気は空気室の中に逃げる。さら
に、インクが空気室の下を循環するので、空気は空気リ
ザーバからインク供給源へ循環するインクによっても運
ばれる。これは、インクがインク供給チューブ内で移動
するときのインクの非圧縮性のためである。さらに、空
気室は、インクリザーバ内でダンパーとして作用し、追
従性を加えることによってインク噴出ノズルに対する圧
力の影響を少なくする。さらに、複数のバッフル６４
（小さい孔を設けてもよい）は、インクリザーバ４６の
減衰機構として、マニホルド内でインクがパチャパチャ
はねる効果を弱める働きをする。

【００２２】本発明は、一般にオフィス環境に設置され
るインクジェットプリンタに限定されないばかりでな
く、３６インチまたはそれ以上の距離を往復運動する印
刷ヘッドを有し、大きな用紙またはウェブ状記録媒体に
印刷する工業用プロッタを含んでいる。従って、本発明
は、特許請求の範囲に記載した発明の精神及び広義の範
囲に入るすべての代替物、修正物、および均等物を包含
しているものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を組み込んだインクジェットプリンタの
部分斜視図である。

【図２】印刷ヘッドカートリッジとインク循環装置の断
面図である。

【図３】インク流の方向を示す、図２に似た印刷ヘッド
カートリッジとインク循環装置の断面図である。

【図４】印刷ヘッドカートリッジの断面図である。

【符号の説明】

１０ インクジェットプリンタ １１ 記録媒体（用紙） １２ 印刷ヘッドカートリッジ １４ キャリッジ １６ 処理方向 １８ 用紙進行方向 ２０ ステップモーター ２２ リードスクリュー ２４ スタビライザーロッド ２６ 印刷ヘッド ２８ 加熱板 ３０ コントローラ ３２ バス ３４ インク供給源 ３６，３８ インク供給チューブ ４０，４２ チューブ内のインク流の方向 ４４ インク流方向制御器 ４６ インクリザーバ ４８ 入口 ５０ 出口 ５２ ヒートシンク ５４ 気泡 ５６ 加速方向 ５８ 空気室 ６０ 一方向ガス透過膜 ６２ 空気室 ６４ バッフル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体インクを記録媒体に付着させる形式
   の液体インクプリンタにおいて、 記録媒体を横切って往復運動するように構成した液体イ
   ンク印刷ヘッドと、 前記印刷ヘッドに結合されていて、前記往復運動する印
   刷ヘッドの運動に応じて前記印刷ヘッドを通してインク
   を循環させるインク循環装置とを備えていることを特徴
   とする液体インクプリンタ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の液体インクプリンタに
   おいて、前記インク循環装置が前記印刷ヘッドを通して
   循環させたインクの流れを一方向に向けるインク流方向
   制御器を有していることを特徴とする液体インクプリン
   タ。
3. 【請求項３】 記録媒体を横切って往復運動するように
   構成した液体インク印刷ヘッドを備えた液体インクプリ
   ンタにおいて、インクから気泡を除去する方法であっ
   て、 前記往復運動する印刷ヘッドの運動に応じて、該印刷ヘ
   ッドを通してインクを循環させるステップと、 循環するインクによって移動した気泡を集めるステップ
   とから成ることを特徴とする気泡除去方法。