JPH1120194A - インクジェットプリンタ用空気除去方法およびインクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク中の気泡を取り除く。 【解決手段】 浸透性の管２２を、プリンタの小滴を射
出するプリントヘッド１２のインク注入口３４近くのイ
ンク中に置く。浸透性の管２２を減圧源５８に接続し、
管内部の減圧した中に空気を拡散させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リンタ、特にインクジェットプリンタのインクに溶解し
た空気およびインク供給通路に蓄積した気泡を除去し、
印刷品位の低下を押さえるためのものである。

【０００２】

【従来の技術】ＤＯＤ（ドロップレット−オン−デマン
ド：droplet-on-demand）型のインクジェットプリンタ
用プリンタヘッドにおいて、一定の印刷品位を得るため
には、エアーポケットや気泡を含んではならないことが
良く知られている。泡が増大しある程度の大きさになる
と、ノズルに流れるインクを制限してしまうためであ
る。このような制限を受けることにより、ノズルにつな
がるチャネルや通路に、インクを充填するのが遅くなる
だけでなく、充填が止まってしまい、ドロップレットの
射出が遮断されてしまう。わずかな気泡や溶解した空気
は印刷品位を損ねることがなければ無視できるのだが、
一度混入すると印刷している間に大きくなってしまう傾
向がある。そのため、空気が問題を引き起こす前に、イ
ンクから空気を取り除き、インク供給路から気泡を取り
除く手段がたいへん必要とされている。

【０００３】一般的に空気は、例えば米国特許第５，４
０４，１５８等に開示されているプリントヘッドのプラ
イミングをメンテナンス位置（メンテナンスステーショ
ン：maintenance station）で行うと取り除ける。プラ
イミング操作は、基本的にノズルからインクを吸い出
し、それと同時に気泡も取り出す。この脱気操作が成功
しても、この方法ではエンドユーザが購入した高価なイ
ンクを無駄にしてしまう。米国特許第５，３３９，１０
２にも、プリントヘッドがメンテナンス位置でふたをさ
れている時にプライミング操作をすることによって、プ
リントヘッドから気泡を取り除く試みが開示されてい
る。残念ながら、プライミングしてインクを取り出すこ
とによって、インクの流れを悪くしている気泡をプリン
タヘッドリザーバあるいは隣接したインク供給路から、
常に取り除けるわけではない。いくつかのノズルはイン
クが途絶えドロップレットの射出ができなくなってしま
う。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の一つとしては、
インクジェットプリンタにおいて、溶解した空気とイン
クの流れる通路に蓄積した気泡を取り除く方法を提供す
る。この方法は三つのステップで構成されている。第一
に、気体が浸透する膜でできた管を少なくとも一つ、イ
ンクジェットプリンタのインク供給部のインクで満たさ
れている通路に置く。この管は一方の端が閉じていて、
もう一方は開いている。第二に、この管の開いている端
を減圧源（ヴァキュムソース：vacuum source）に接続
する。最後に、減圧源によって管を減圧して、管を通し
て空気を減圧した中に拡散させる。

【０００５】本発明に含まれるもう一つは、インクに溶
解した空気と、インクジェットプリンタのインクの流る
通路に蓄積した気泡を取り除く手段を持つ、インクジェ
ットプリンタである。これは三つのステップで構成され
ている。気体が浸透する膜でできた管を少なくとも一
つ、インクジェットプリンタのインク供給部のインクで
満たされている少なくとも一つの通路におく。この管
は、一方の端が閉じていて、もう一方の端が開いてい
る。第二に、管の開いている端に接続された減圧源を用
意する。最後に、前記減圧源によって管の中を減圧する
手段を用意し、管を通して空気を減圧した中に拡散させ
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明を添付された図を参照し
て、本発明の実施の形態について説明する。本発明は、
全幅アレイプリンタヘッド（フルウィドゥスアレイプリ
ンタヘッド：full width array printheads）あるいは
一部幅プリンタヘッド（パーシャルウィドゥスプリント
ヘッド：partial width printheads）がトランスレイタ
ブルキャリッジ（トランスレイタブルキャリッジ：tran
slatable carriages）に取り付けられたインクジェット
プリンタに利用できるのだが、本発明を説明するため
に、一部幅プリンタヘッド（パーシャルウィドゥスプリ
ントヘッド：partial widthprintheads）構成を任意的
に使用する。図１は、一体成形のプリンタヘッド１２の
ついた使い捨てインクカートリッジ１０を示す図であ
る。このカートリッジは米国特許第５，５１９，４２５
に開示された物に似ている。その特許は本発明の参照と
して示されている。カートリッジはハウジング１４で構
成されいてる。このハウジング１４は通常軽量で耐久性
のあるプラスティックでできていて、チェンバー１６を
持ち、第一の吸収材料（ここには示されていない）、例
えば針を通した（ニードルド：needled）ポリエステル
フェルトのような物にインクを貯える。このチェンバー
は、後述する密閉されているプリンタヘッドノズルへの
インクの通路、そして排気口１８がある以外は完全に密
閉されている。排気口１８はチェンバーの床２０を貫通
していて、終端１９を通して外部に開口している。へこ
みあるいはくぼみ２８がチェンバーの床に一体成形で設
けられていて、接続用通路（トランジッショニングパサ
ジュウェイ：transitioning passageway）３６につなが
る開口部あるいは出力ポート３０を持っている。接続用
通路３６はこの通路に垂直につながっている細長い出口
３８に続いている。出口３８はプリンタヘッドリザーバ
３４のインク注入口３２（図２）と重なり合い密着して
いる。後述されているが、気泡はインクの通路の中で形
成される。本発明によってインク内に溶解した空気と蓄
積した気泡を取り除くために、浸透性の（気体を透過さ
せる）膜でできた管２２をプリンタヘッドリザーバ３４
へのインク注入口３２と、細長い出口３８の間に設置す
る。そしてこの管を減圧し、この管を通して空気を減圧
した中に拡散させる。後述する図３に、より詳しく示さ
れている。第二の吸収材３１は、第一の吸収材より強い
毛細管引力を持ち、くぼみ２８の開口部をふさいでい
る。フィルタ３３を第二の吸収材とくぼみ２８の開口部
の間に随意的に挟むことができる。接続用通路3６は幾
何学的な形状になっていて、インクの流れに対する抵抗
を最小にしている。この形状によって、カートリッジの
くぼみ２８へ気泡が移動するのを促している。接続用通
路と細長い出口３８は図２により詳しく示されている。
これらは擬似的に等大で示され、見やすくするために一
部のハウジングが省略されている。

【０００７】プリントヘッド１２と回路基板４２はヒー
トシンク４０に接着されていて、ワイヤー結線（ワイヤ
ーボンド：wire bonds）４１によって電気的に接続さ
れ、プリントヘッドアセンブリ４６を形成している。こ
のプリントヘッドアセンブリは、支柱ピン（ステークピ
ン：stake pins）４４によってカートリッジハウジング
１４に固定されている。支柱ピン４４は、カートリッジ
ハウシングと一体成形されていて、整合穴（アライメン
トホール：alignment holes）４３を通ってヒートシン
クに挿入されている。支柱ピンは超音波を使って打ち込
まれ、留め末端（ファストニングヘッド：fastening he
ads）４５が形成されている。これによりプリンタヘッ
ドアセンブリをカートリッジに固定し、プリンタヘッド
リザーバ注入口が、細長い出口３８に重なって接着され
るようになっている。

【０００８】図２は、プリントヘッド１２とヒートシン
ク４０の等大の図を拡大した図である。プリントヘッド
は三つの部位で構成される。一つ目は、加熱器とアドレ
ス電極（示されていない）を持つヒータープレート４８
である。二つ目は、チャネル平行アレイ５１（破線で示
されている）を持つチャネルプレート５０である。チャ
ネル平行アレイは一端がプリントヘッド正面２９を通っ
て開いていて、ノズル２７となっている。そして、三つ
目は注入口３２のあるリザーバ３４（破線で示されてい
る）である。リザーバは、チャネルのノズルとして働く
終端と反対側の端と液体のやり取りをする。ポリイミド
のようなものでできた厚いフィルム層５２で加熱器と電
極を持つヒータープレートの表面全体を被膜し、加熱器
と電極の端点（示されていない）の部分の被膜を取り除
く。これによって、加熱器用に穴ができ（示されていな
い）、電極の終端部と印刷回路基板４２（図１参照）と
をワイヤー結線できるようになっている。チャネルプレ
ートは、米国特許第４，７７４，５３０に開示されてい
るように、各チャネル用の加熱器を持つヒータープレー
ト４８の上の厚いフィルム層に接着されている。この特
許は本発明の参照として示されている。プリントヘッド
１２はヒートシンク４０に接着され、前述したようにカ
ートリッジハウジング１４に固定されている。図解する
ために、ノズルから射出された小滴１３とその軌道１５
を示す。

【０００９】好ましい実施の形態では、接続用通路３６
と細長い出口３８はカートリッジのチャンバーフロアー
２０に一体成形されている。図２は、接続用通路と細長
い出口を二点鎖線（想像線）で示した図であり、これら
を取り囲むハウジング１４の一部は省略されている。こ
の図によって、本発明と、空気ポケットあるいは気泡５
５、５６が発生または蓄積し成長しやすい一般的な場所
を、簡単に理解できる。空気ポケット５４は、プリンタ
ヘッドリザーバ３４の中に破線で示されている。この場
所は気泡がインクの流れを押え、印刷品位に影響を与え
る可能性が最も高い場所である。空気ポケット５７は、
カートリッジくぼみ２８（図１参照）の中の破線で示さ
れている。これらの気泡あるいは空気ポケットは、しば
しばカートリッジチェンバー１６にインクを最初に注入
する時に形成されることもある。あるいはまた、プリン
トヘッドのプライミングの間に形成されることさえあ
る。時々これらの気泡は、しばらく時間が経過した後
に、インクに溶解した空気から形成されることがある。
高い温度下で印刷を行うと、溶解していた空気がインク
を取り除き、蓄積して泡となるのである。このような空
気ポケットはたいてい印刷に問題をきたさないが、リザ
ーバの中の空気ポケット５４がある十分な大きさに達す
ると、隣接するチャネルへ流れ込むインクを局所的に制
限してしまう。流れが制限されてしまうことによりチャ
ネルの充填プロセスが遅くなり、影響を受けたチャネル
のノズルから小滴が射出できなくなるようになってしま
う。空気ポケットあるいは気泡をプリンタヘッドリザー
バで取り除くと、接続用通路３６とカートリッジくぼみ
２８の中の空気ポケットは基本的に印刷品位に影響しな
いことになる。チャネルやチャネルノズルへの流れを制
限しなくなるからである。

【００１０】米国特許第５，３３９，１０２に開示され
ているように、メンテナンス位置を設けて、プリンタが
印刷していない時に、プリンタヘッドのノズルを選んで
ふたをする手法は良く知られている。ふたをしている間
は、プリンタヘッドのノズルは湿った環境に保たれ、ノ
ズルの表面のインクが乾いたりせず、またインクの小滴
がふたに射出されるこのとにより、粘度が高いインクが
ノズルに詰まるのを避けられる。更に、ノズルに吸引力
をかけインクを引き出しインク中にある気泡を吸い出し
て、プリントヘッドのプライミングを可能にできる。’
１０２特許では、ふたを選択して約３ｍ（１２０ｉｎｃ
ｈ）の水圧の低い減圧源に少しの間接続する。この方法
では、プリンタヘッドリザーバの中の大きな空気ポケッ
トの、少なくとも一部は取り除かれるが、カートリッジ
の中のインクを失ってしまいその分コストがかかる。こ
のプライミング操作で一般的に印刷品位を維持できるの
だが、この方法では、プリンタヘッドリザーバに大抵の
場合存在するより小さな空気ポケットを完全に取り除く
ことはできない。プリンタヘッドリザーバ３４の中の空
気ポケットは、時間が経ち使っていく間により大きくな
っていく傾向があり、そのため適切な印刷品位を保ちイ
ンクの無駄を押さえるためには、定期的なプライミング
が必要になる。

【００１１】本発明では、気体が浸透する膜でできた管
２２を細長い出口３８、つまりインクジェットカートリ
ッジ１０のインクの流れる通路の一部に挿入している。
細長い出口３８は、図２および３に示されているように
接続用通路３６の隣接するくぼみ出口ポート３０と反対
側の端に位置し、この接続用通路に対して垂直になって
いる。管をこの位置でインクの中に浸し、プリンタヘッ
ドリザーバ３４のインク注入口３２に近づいている。管
の一つの終端２３は閉じられていて、通常細長い出口３
８の中にあり、そしてもう一方の終端部２５はカップリ
ング（示されていない）を通してハウジングを貫通して
いて、管２２の内部の圧力を下げる減圧源５８につなが
っている。管２２の外側の表面に接しているインクに溶
解した空気の分子は、管の壁から圧力の低い内部に浸透
し、減圧源５８によって取り除かれる。管に近接するイ
ンクの空気の濃度は下がり、管の表面では最小になる。
管はリザーバ注入口３２に近いので、リザーバの中の空
気の濃度は小さくなる。また、リザーバへ流れるすべて
のインクはこの管を通りこさなくてはならない。インク
の流れる通路内で取り込まれた気泡中の気体分子は、イ
ンクに吸収される。空気の分子は管の壁を通り抜け圧力
の低い側に到達し、減圧源によって取り除かれる。よっ
て結果として、時間とともに気泡の体積は小さくなって
いく。

【００１２】適切に気体が浸透する管であれば、どんな
物でも十分である。一つの実施の形態では、外径が３ｍ
ｍ（１／８ｉｎｃｈ）で、壁の厚さが０．８ｍｍ（１／
３２ｉｎｃｈ）のＭａｎｏｓｉｌ Ｓｉｌｌｉｃｏｎ
Ｒｕｂｂｅｒ（商品名）管が使われた。管をリザーバか
ら３ｍｍ以内に置き、ヒートシンクの温度を約３５℃に
し、６８６ｍｍＨｇ（27 inch mercury vacuum）の圧力
を減圧源にかけた場合、プリンタヘッドリザーバで観測
された泡は２．５時間の間に消滅した。

【００１３】好適な実施の形態では、図３に示されるよ
うに、リザーバ注入口３２に隣接した細長い出口３８の
中に棚３９を設けて、管２２をより良い位置に置く。接
着剤５９を使ってこの位置に、随意に接着してもよい。

【００１４】ハウジングから細長い出口にかけて穴（示
されていない）をあけ、管の閉じた終端２３をこの穴に
挿し込み、接着剤（示されていない）を使って管２２を
この穴に接着してもよい。あるいは産業界で良く知られ
ているように、この穴に管カップリング（示されていな
い）を設けてシーリングし、管と減圧源とを相互に接続
することも好適である。

【００１５】本発明は三つの点を考慮することで更に最
適化できる。管の壁厚の最小値を求める、リザーバ注入
口３２に対する管の位置をきめる、そして、ガスを取り
除いたあるいは脱気したインクをプリンタヘッドリザー
バ３４に流し込む量を増やすために、プリントヘッドノ
ズル２７（図２）からメンテナンス用のインク小滴を発
射する適切な回数を求める。減圧源５８には減圧ポンプ
（示されていない）のような独立した減圧源５８を使っ
たり、インクジェットプリンタのメンテナンス位置にあ
る既存の減圧ポンプ（示されていない）を使っても良
い。この既存のポンプは、プリンタヘッドがメンテナン
ス位置（示されていない）でふたをされている時に、プ
ライムするために使われる物である。典型的なメンテナ
ンス位置減圧ポンプは、管２２を使ってインクを脱気す
るのに十分な圧力、すなわち６８６ｍｍＨｇを発生させ
ることができる。減圧ポンプを絶えず作動させずに管の
内部を一定の減圧状態に保つために、減圧アキュムレー
タ６０を随意使用しても良い。減圧アキュムレータ６０
の真空度を監視し、その圧力が指定された範囲、例えば
６８６ｍｍＨｇから７３４ｍｍＨｇの間から外れると、
減圧源ポンプは減圧アキュムレータの圧力を適切な真空
圧まで下げる。消耗シリンダ（コンスーマブルシリン
ダ：consumable cylinder）あるいは手動減圧ポンプな
どの適した減圧装置であればどんな物でも問題はない。
本発明の要素やパラメータが、得られる真空度のレベル
で動作するように設計されていればよい。

【００１６】図４は、気体が浸透する膜でできた管２２
の側面図の部分的な断面を具体的に示した図である。中
には、螺旋形のスプリングのような内部螺旋形サポート
要素が挿入されている。このサポート要素のおかげで、
内部を減圧した時につぶれてしまうような非常に薄い壁
の管が使える。このサポート要素が薄い壁の管の内径を
適切に保つからである。薄い壁でできた管を使う利点
は、溶解したあるい取り込まれた空気を非常に効果的に
インクから取り出せることである。内部サポート要素を
持つ浸透性の膜でできたこの管の壁の厚さは、１ｍｍか
ら２ｍｍあるいは２５μｍから５０μｍにすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 インクジェットカートリッジの一部を切断し
て見えるようにした側面の概略図である。プリンタヘッ
ドが一体化しており、本発明に示される空気の除去の方
法を示している。

【図２】 プリントヘッドの等大の概略図である。空気
除去を施す位置と、プリンタヘッドのインク注入口、そ
してプリントヘッドとインク供給カートリッジの間のイ
ンクの通路との位置関係を示している。

【図３】 プリントヘッドのインク注入口と、インク供
給カートリッジのインク出口との間の接点の拡大図であ
り、本発明の空気除去方法を示している。

【図４】 図１と図３の中の膜でできた管を具体的に示
し部分的に切断した正面図である。内部の螺旋形のサポ
ート要素が示されている。

【符号の説明】

１０ インクカートリッジ、１２ プリンタヘッド、２
２ 管、３２ インク注入口、３４ プリンタヘッドリ
ザーバ、３６ 接続用通路、５８ 減圧源。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクジェットプリンタのインクの流れ
   る通路における溶解した空気と蓄積した気泡の両方を取
   り除く方法であって、 インクジェットプリンタのインク供給部のインクで満た
   された通路に、気体が浸透する管であって一方の端は閉
   じていて、もう一方の端は開いている管を少なくとも一
   つ置き、 この管の開いている端部を減圧源に接続し、 減圧源によって管内を減圧して、管を通して管の中の減
   圧した中に空気を拡散させて管に近接したインクから空
   気を取り除くインクジェットプリンタ用空気除去方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の方法であって、 前記インク供給部のインクで満たされた通路は、小滴を
   射出するプリントヘッドを含み、前記管はプリンタのプ
   リントヘッドのリザーバの注入口に隣接して設置されて
   いるインクジェットプリンタ用空気除去方法。
3. 【請求項３】 インクに溶解した空気と、インクの流れ
   る通路に蓄積した気泡の両方を取り除く手段を持つイン
   クジェットプリンタであって、 少なくとも一つの気体が浸透する膜でできた管であって
   一方の端が閉じていて、もう一方の端が開いている管
   を、インクジェットプリンタのインク供給部のインクで
   満たさた通路の少なくとも一つに置くと共に、 前記管の開いている端に接続された減圧源と、 前記減圧源によって管の中を減圧し、管を通して空気を
   減圧した中に拡散させる手段と、 を有するインクジェットプリンタ。