JPH08207304A - インク供給カートリッジ及びインクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクをインク供給カートリッジからプリン
トヘッドに安定に供給すること。 【解決手段】 内部空間を定め、第１の位置の空気吸入
口３２と第２の位置のインク排出口３４を有するハウジ
ング１６を有するインク供給カートリッジ１０を提供す
る。分割部材４４でハウジング１６と共に第１のチャン
バ４０と、第３の位置の通気入口６４と、インク吸入口
５０を規定し、通気入口６４とインク吸入口５０は第１
のチャンバ４０と連通する。インク保持部材４６を第１
のチャンバ４０内に配置し、インク吸入口５０からのイ
ンク４８を受け取り、インク４８をインク排出口３４に
放出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般に液体インク印
刷装置に関し、特に液体インクをインクジェットプリン
タ内のプリントヘッドに供給するシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】インク供給カートリッジは一般に、イン
クの供給を保持する密閉した容器を持ち、それに取り付
けた線形ないしマトリックス配列のノズルのプリントヘ
ッドを有する事前にパッケージした使い捨て用品であ
る。プリントヘッドは永続的にカートリッジに取り付け
るか（その場合はプリントヘッド／カートリッジ全体を
廃棄）、あるいはカートリッジは永続的なプリントヘッ
ドを有しない（その場合はカートリッジそれ自身を廃棄
する）。一般にカートリッジはプリンタの電子制御装置
とインターフェイスする端子を含み、カートリッジ自身
内の電子部品は、抵抗器や電子温度センサ並びにヒータ
に画像形成動作を行なわせるために入ってきた信号を変
換するディジタル手段などのように、プリントヘッド内
のインク流路と関連している。一般に消費者はカートリ
ッジを必要に応じて購入し、インクの供給がなくなるか
カートリッジ内のインク量がプリントヘッドへのインク
の背圧を使用可能範囲内で十分維持できなくなるまで使
用する。その結果、インクカートリッジは、カートリッ
ジ内のインクレベルの合計範囲の割合をできるだけ大き
くする使用範囲にかけて背圧を維持するように設計しな
ければならない。背圧を維持できないと、カートリッジ
内のインクがプリントヘッドノズルを通して漏出した
り、カートリッジの有効寿命の末期にノズルに空気を吸
引して印刷に支障をもたらすことがある。

【０００３】ＢＪ−６００Ｃプリンタ用にキャノン（Ｃ
ａｎｏｎ）が販売している１つの型の液体インクカート
リッジには２つのチャンバがある。液体インクの供給分
を含む第１のチャンバはフォーム（ｆｏａｍ）で満たさ
れた第２のチャンバと接触している垂直な溝を有する垂
直壁で分離されている。下部ポートで第１のチャンバと
第２のチャンバを接続している。第２のチャンバはプリ
ントヘッドと連結しており、インクがプリントヘッドノ
ズルから吐出されると、インクは第１のチャンバ内のイ
ンクから第２のチャンバ内のフォームにより吸収され
る。第２のチャンバ内のフォーム内のインクのレベルが
印刷のために一定の点まで減少すると、フォームが不飽
和になって垂直の溝は空気に晒される。フォームは第１
のチャンバからインクを吸収し、それにより第１のチャ
ンバ内のインクの上の空気の圧力は低下する。フォーム
の飽和とインク上の負圧の適切な組合せで溝を通して空
気を吸引し、それにより吸収したインクを変位して平衡
に達する。この種のカートリッジは「バブラー（ｂｕｂ
ｂｌｅｒ）」として知られている。

【０００４】レザンカ（Ｒｅｚａｎｋａ）に対する米国
特許４，５７１，５９９号は、負の圧力のインク供給を
含む密封主インクリザバを有するインクジェットプリン
タのインクカートリッジを記載している。副リザバは大
気圧のエヤーポケットを保持し、プリントヘッドノズル
に対する所望の負圧を維持するのに必要なときに空気を
主リザバに放出する。通路でインクを主リザバからプリ
ントヘッドノズルに提供する。

【０００５】カーロッタ（Ｃａｒｌｏｔｔａ）に対する
米国特許５，１３８，３３２号は、走査カートリッジ上
に取り付けたプリントヘッドとインクリザバを含むプリ
ントヘッドアセンブリを記載している。印刷中にプリン
トヘッドから吐出したインクはリザバから再吸引された
インクで補充する。リザバは印刷中及びプリントヘッド
アセンブリを充填する時に供給されるインクの供給に接
続する。リザバ内の隔壁で充填中にプリントヘッドを通
して空気がリザバから吐出され、それによりリザバ内の
通気を必要のないものとしている。

【０００６】コイタバシ（Ｋｏｉｔａｂａｓｈｉ）他に
対する米国特許５，２１６，４５０号は、インクアブソ
ーバがある区域と一部が管部材で規定され、空気で満た
された空気区域を有するインクジェットヘッドカートリ
ッジを記載している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様によ
ると、内部空間を定め、第１の位置の空気吸入口と第２
の位置のインク排出口を有するハウジングを有するイン
ク供給カートリッジを提供する。部材で前記ハウジング
と共に第１のチャンバと、第３の位置の通気入口と、イ
ンク吸入口を規定し、通気入口とインク吸入口は第１の
チャンバと連通する。インク保持部材を第１のチャンバ
内に配置し、インク吸入口からのインクを受け取り、イ
ンクをインク排出口に放出する。

【０００８】本発明の他の態様によると、インク供給カ
ートリッジと、記録媒体と離してインク供給カートリッ
ジを支持するフレームと、プリントヘッドを有して記録
媒体に印刷するインクジェットプリンタを提供する。イ
ンク供給カートリッジは、内部空間を定め、第１の位置
の空気吸入口と第２の位置のインク排出口を有するハウ
ジングを有する。部材でハウジングの内部空間と共に第
１のチャンバと、第３の位置の通気出口と、インク吸入
口を規定し、通気入口とインク吸入口は第１のチャンバ
と連通する。インク保持部材を第１のチャンバ内に配置
し、インク吸入口からのインクを受け取り、インクをイ
ンク排出口に放出する。

【０００９】

【発明の実施の形態】図７はキャリッジレール１４で支
持されたキャリッジ１２上に取り付けたインクジェット
プリントヘッドカートリッジ１０を有するインクジェッ
トプリンタ８の斜視図である。キャリッジレールはイン
クジェットプリンタ８のフレーム１５により支持されて
いる。プリントヘッドカートリッジ１０には、ケーブル
２０を通してプリンタ８の制御装置（図示せず）から受
信する電気信号の制御下で選別的にインク滴を出すサー
マルインクジェットプリントヘッド１８に供給するイン
クを含むハウジング１６がある。プリントヘッド１８に
はインクをハウジング１６から各々のインク放出穴ない
しノズル（図示せず）に運ぶ複数のインク流路（図示せ
ず）がある。印刷時は、キャリッジ１２は矢印２２の方
向にキャリッジレールに沿って往復する。カートリッジ
１０が用紙やトラスペアレンシィなどの記録媒体２４に
わたって往復すると、インク滴が選別されたプリントヘ
ッドノズルから用紙に対して吐出される。一般にキャリ
ッジ１２の各々のパスの間、記録媒体２４は固定されて
いるが、各々のパスの終わりに矢印２６の方向に一段進
められる。

【００１０】図１はハウジング１６とそれに取り付けた
プリントヘッド１８を含む図７の線１−１に沿ったカー
トリッジ１０の断面立面図である。プリントヘッド１８
はカートリッジ１０に永続的に取り付けるか、あるいは
１つのプリントヘッド１８で１つ以上のカートリッジ１
０を使用するように印刷機と共に半永久的なものとする
ことができる。ハウジング１６は一般に軽量だが耐久性
のあるプラスチックで形成する。ハウジング１６には空
気吸入口３２とインク排出口３４がある。空気吸入口３
２はハウジング１６内部とハウジング１６外部の間の空
気の移動をもたらすハウジング１６内の開口部である。
インク排出口３４はインクカートリッジ１０に含まれる
インクのハウジング１６内部からインクジェットプリン
トヘッド１８への移動をもたらす。大気に向かって開い
て示されている空気吸入口３２はゴアテックス（Ｇｏｒ
ｔｅｘ）（商標）などの空気透過性密封材でカバーして
インクがハウジング１６内部から漏出するのを防ぐこと
ができる。インク排出口３４は、インクはインク排出口
３４に流入させるが異物はプリントヘッド１８に全く入
らないようにする１５ミクロンフィルタのようなフィル
タ３６でカバーする。プリントヘッド１８の裏側はイン
クをインク排出口３４からプリントヘッド１８のマニホ
ルドそして最終的にインク吐出穴に導いてインクを記録
媒体２４に吐出するシムないしプラスチックマニホルド
３８でカバーする。

【００１１】ハウジング１６は分割部材４４で第１のチ
ャンバ４０と第２のチャンバ４２に区分した内部空間を
規定する。分割部材４４はハウジング１６の一方の側壁
からハウジング１６の反対側の壁に延長しており、実質
的にハウジング１６を第２のチャンバ４２が第１のチャ
ンバ４０よりも大きくなるように第１のチャンバ４０と
第２のチャンバ４２に分割している。

【００１２】第１のチャンバ４０には、一般にポリウレ
タンフォームなどの材料でできており液体インクを保持
するインク保持部材４６が内包されている。第２のチャ
ンバ４２に貯蔵された液体インク４８（図２を参照）は
実質的にインク保持材料がない第２のチャンバ４２から
分割部材４４で規定されたインク吸入口すなわち第１の
ポート５０を通してインク保持部材４６に移る。充填ポ
ート４９からカートリッジをインクで充填することがで
きる。

【００１３】インク保持部材４６はインクをインクジェ
ットカートリッジに保持するのに一般的に用いるどの様
な種類のフォームでもよい。適切なフォームは、ニュー
ヨーク州ロチェスターのイルブラック（Ｉｌｌｂｒｕｃ
ｋ）社から部品番号１８０７５ＮＹ−ＳＰとして入手す
ることができる。針状のフェルトを使用することも可能
である。インク保持部材４６は、フォームが第１のチャ
ンバ４０の内壁に対して妥当な接触と圧縮をもたらし、
空気吸入口３２とインク排出口３４をカバーするように
第１のチャンバ４０内に詰め込まれる。図２に示すよう
に、点線部で示す一定量のインク５６がインク保持部材
４６に含まれている。

【００１４】インク４８はインク吸入口５０からインク
保持部材４６に入り、必要に応じてインクをインク排出
口３４に放出してプリントヘッド１８にインクを印刷の
ために供給する。プリントヘッド１８に供給する適切な
量のインクをインク保持部材４６に維持するため、ハウ
ジング１６には液体インク４８上で適切な量の空気圧を
維持してインクを第２のチャンバ４２から第１のチャン
バ４０に移動し、必要に応じてインク保持部材４６をイ
ンクで充填するメカニズムがある。このメカニズムに
は、第２のチャンバ４２に圧力を加えて静的（流れのな
い）状態にする通気出口６６と繋がった通気入口６４を
有する空気移動通路６２を分割部材４４と共に規定する
案内部材６０が含まれる。案内部材６０は分割部材４４
のようには一方の側壁から反対側の側壁へ延長してはい
ないが、約１．６から２ミリの直径を有する通気管を形
成する部材である。案内部材６０を分割部材４４から離
した別の管で置き換えることも可能である。

【００１５】通気入口６４は、空気吸入口３２より下で
第１のポート５０より上で、フロア５４より上に約１
２．２から２０．２ｍｍの間の所定の高さにある。図１
の実施例の通気出口６６は第２のチャンバ４２の最上部
近くのインク４８の供給の上面より上の高さの、通気入
口６４より上にある。加えて通気入口６４はインク保持
部材４６と直接に接触して面している。通気入口では、
空気吸入口３２から受けた空気がインク保持部材４６を
通過し、インク保持部材４６のない空間を通過しないよ
うにひび割れやしわがないようにすべきである。

【００１６】図２は第２のチャンバ４２内に含まれるイ
ンク４８及び第１のチャンバ４０のインク保持部材４６
に含まれるインク５６で満たされたカートリッジ１０を
示している。プリントヘッド１８は図示していない。イ
ンク４８は上面が空間となっている第２のチャンバ４２
の一部を満たしている。カートリッジで印刷していない
ときは、第１のチャンバ４０と第２のチャンバ４２内の
インクレベルは静的状態に達する。インク保持部材４６
はプリントヘッド１８に対して一定量の背圧を形成し、
それによりインクがインク保持部材４６から出てプリン
トヘッド１８のノズルからあるいはプリントヘッドに接
続されていないときにカートリッジ１０から出るのを防
いでいる。インク５６のインクレベル６８は図示するよ
うにハウジング内に含まれるインク量と大気圧量に関し
て一定レベルに平衡化する。インク保持部材４６は更
に、大気圧が変化する時にインクが入ることのできる空
間を提供する。その結果、インク保持部材４６は大気圧
の変化下でインク保持部材４６に流入することのできる
インク予想量よりも大きくなくてはならず、一般に一定
量のインク保持材料はほとんどの大気状態下では乾燥し
たままになる。インク保持部材４６はもちろんカートリ
ッジ１０が満杯になったときに合計インク貯蔵量の約３
３％をなすインク貯蔵場所としての役割もする。更に通
気入口６４はインク供給５６により密封されるので、空
気は通路６２を通して第２のチャンバ４２に入らず、そ
れによりインクが下部ポート５０を通してインク保持部
材４６に流入するのを禁止する。

【００１７】インクが印刷中になくなると、インク保持
部材４６は非飽和状態になり、それにより図３に示すよ
うに通気入口６４が開く。通気入口６４が開くと、空気
吸入口３２を通過する空気は通気入口６４に入り、通路
６２を通って通気出口６６にいき、インクのレベルより
上の第２のチャンバ４２に入る。第２のチャンバ４２で
の空気圧の増大により、インクは下部ポート５０を通し
て第２のチャンバ４２から第１のチャンバ４０に入り、
インク保持部材４６を再び飽和し始める。インク保持部
材４６内のインクのレベルが、図２に示すように通気入
口６４とインク保持部材４６の界面に到達すると、それ
以上の空気は通路６２に入らない。この時、空気は、イ
ンクレベルが通気入口６４以下に低下する時（この時、
同じ一連の事象が再度生じる）まで、それ以上第１のチ
ャンバ４０から第２のチャンバ４２に流入しない。この
サイクルはカートリッジ１０からほぼインクがなくなる
まで続く。

【００１８】特にカートリッジを最初に用いる前に一定
量のインクが通路６２内に溜ることが有り得る。そうで
あれば、その中に溜ったインクは、通気出口６６を通し
てインク保持部材４６の再充填中に第２のチャンバ４２
に押し上げられる。

【００１９】第２のチャンバ４２から受け取ったインク
でインク保持部材４６が連続的に不飽和になったり飽和
したりすることで、バブラーシステムを有する従来のカ
ートリッジよりも均一な背圧をプリントヘッド１８に提
供する。例えばバブラーシステムでは、システム内の圧
力は、気泡が形成されインクの供給源に送られるまで平
衡しない。そのようなシステムでは一連の圧力スパイク
を経験し、各々のスパイクは気泡が形成されるまで振幅
が増大する。更に流速が早いと、バブラーではインクの
泡化を経験することがあり、それは印刷用にカートリッ
ジから得られるインクが少なくなることを意味する。そ
れに対して本発明のカートリッジ内の背圧はカートリッ
ジの寿命を通してかなり一定したレベルに維持される。
そのようなシステムはバブラー型のカートリッジよりも
潜在的に良好な印刷を提供することができる。インクノ
ズルでの液適量は背圧の変化で変化することがあるが、
一定した背圧を有するシステムでより一定した印刷を提
供できる。本システムは、空気を大量に吸引することに
対して、空気を小量づつ吸入することでより一定した背
圧を維持することになぞらえることができる。

【００２０】図４は本発明の別の実施例を示している。
第１のチャンバ４０内に単一のフォームを有する代わり
に、第１のチャンバ４０に第１の部材７２と第２の部材
７４の２部材のインク保持材を含める。比較的高い密度
の毛細管状フォームからなる第２の部材７４の材質に対
して第１の部材７２は低い密度の毛細管状フォームから
なる。高密度毛細管状フォームからなる第２の部材７４
は低密度毛細管状フォーム７２と第２のチャンバ４２を
接続し、それにより下部ポート５０をより効果的に密封
している。高密度毛細管状フォームは低密度毛細管状フ
ォームよりもインチ当りより多くの細孔を有している。
更に第２の部材７４の高密度毛細管状フォームでその高
密度毛管故に印刷中に、第２のチャンバ４２への空気の
放出あるいは流れの調節をより効果的に行う。第１のチ
ャンバ４０からプリントヘッド１８によりインクが吸引
されると、高密度毛細管状フォーム７４はわずかに不飽
和となり、次にすぐに飽和して通気入口６４を流れる気
流を止めて、それにより１部材のフォームで可能な速度
よりも速い速度で第１のチャンバ４０を充填する。等し
く飽和した高い密度の毛細管状フォームが、低い能力の
フォームから液体を吸引しても、第１のフォーム部材は
高く飽和した第２のフォーム部材からインクを吸引する
十分な毛管を有しているので、バランスの取れた飽和レ
ベルでは、ノズルが第１のフォーム部材からインクを吸
引する十分な毛細管現象を有するようになる。

【００２１】更に高密度毛細管状フォームと低密度毛細
管状フォームの組合せでより均一な背圧を生成できる。
バブラー型のシステムと比較して、通気入口６４を通し
た空気の小量づつの吸引と第１のポート５０を通した第
１のチャンバ４０への流体の放出の頻度は増大する。し
かし流体の放出毎に移動する流体の量は減少する。その
結果、図４に示すカートリッジ１０は空気の小量づつの
吸引と流体の放出の早い周期により背圧に対する制御の
向上がもたらされる。更に異なる毛細管現象を有するフ
ォームの種類を選択することで、広範囲の組合せと背圧
から選択できる。

【００２２】二重フォームシステムは、任意の方向に傾
斜されても、下部ポート５０に隣接する高密度毛細管状
フォームは静的状態で完全に飽和したままであり、イン
クがカートリッジ１０内で気密状態になるので、携帯性
の向上をもたらす。

【００２３】単一のフォームシステムないし２フォーム
システムを用いた本発明は、バブラー型のシステムに対
する改良型のシステムである。本発明では、インクカー
トリッジから実質的にインクの大部分がなくなると、バ
ブラー型のシステムに比較してより早く背圧はなくな
る。背圧がゆっくりとなくなると、プリントヘッドのイ
ンクノズルは長期間にかけて空気を吸い込み、すぐには
気づかないような印刷問題を生じがちとなる。しかしシ
ステムの作動が素早く止まると、インク吐出ノズルは十
分なインクの供給を受けた後に殆ど即座に空気が供給さ
れるようになる。それによりプリントヘッドノズルの作
動は素早く停止し、それにより使用者にカートリッジを
交換する必要があることをより効果的に示すことができ
る。

【００２４】図５は案内部材６０を欠いた本発明の追加
の実施例を示している。通気入口６４と通気出口６６
は、別の実施例でカートリッジの寿命中に空気をインク
４８上の地点へ移送していた通路６２の長さで分離され
ていない。この場合、チャンバ４２に放出された空気
は、インクのレベルが通気入口６４ないし通気出口６６
以下に落ちるまでインク４８を移動しなければならな
い。

【００２５】図６は本発明の他の実施例を示しており、
案内部材６０は第１のチャンバ４０内にある。本実施例
ではフォームを圧縮することは望ましくないのでフォー
ム４６を切断して案内部材６０の周りに適合させる必要
がある。

【００２６】本発明は１つないし２つの部材のフォーム
システムに限定されず、異なる毛細管現象を有する２つ
以上の部材を用いることができる。更に第２のチャンバ
４２に実質的にインク保持部材がないようにしておく必
要はない。同様に本発明はカートリッジ型のプリンタに
関して説明したが、本発明はページ幅プリンタで使用さ
れるようなプリントバーで使用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のプリントヘッドカートリッジのイン
ク無しの断面立面図である。

【図２】 本発明のプリントヘッドカートリッジのイン
クを含む断面立面図である。

【図３】 特定の印刷作動時のインクレベルを示す図２
のプリントヘッドカートリッジの断面立面図である。

【図４】 本発明のプリントヘッドカートリッジの別の
実施例の断面立面図である。

【図５】 本発明のプリントヘッドカートリッジの別の
実施例の断面立面図である。

【図６】 本発明のプリントヘッドカートリッジの別の
実施例の断面立面図である。

【図７】 インクジェットプリンタの斜視図である。

【符号の説明】

８…インクジェットプリンタ、１０…インクジェットプ
リントヘッドカートリッジ、１２…キャリッジ、１４…
キャリッジレール、１５…フレーム、１６…ハウジン
グ、１８…サーマルインクジェットプリントヘッド、２
０…ケーブル、２２…矢印、２４…記録媒体、２６…矢
印、３２…空気吸入口、３４…インク排出口、３６…フ
ィルタ、３８…プラスチックマニホルド、４０…第１の
チャンバ、４２…第２のチャンバ、４４…分割部材、４
６…インク保持部材、４８…インク、４９…充填ポー
ト、５０…インク吸入口、５４…フロア、５６…イン
ク、６０…案内部材、６２…空気移動通路、６４…通気
入口、６６…通気出口、６８…インクレベル、７２…第
１の部材、７４…第２の部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部空間を規定し、第１の位置にある空
   気吸入口と第２の位置にあるインク排出口を有するハウ
   ジングと、 前記ハウジングと共に第１のチャンバを規定し、第３の
   位置にある通気入口とインク吸入口とを規定する部材で
   あって、通気入口とインク吸入口が第１のチャンバと連
   通しているものと、 第１のチャンバ内に配置されたインク保持部材であっ
   て、インク吸入口からインクを受け取りインクをインク
   排出口に放出するインク保持部材とからなるインク供給
   カートリッジ。
2. 【請求項２】 内部空間を規定し、第１の位置にある空
   気吸入口と第２の位置にあるインク排出口を有するハウ
   ジングと、前記ハウジングの内部空間と共に第１のチャ
   ンバを規定し、第３の位置にある通気入口と、インク吸
   入口とを規定する部材であって、通気入口とインク吸入
   口が第１のチャンバと連通しているものと、第１のチャ
   ンバ内に配置されたインク保持部材とを有し、前記イン
   ク保持部材がインク吸入口からインクを受け取り、イン
   クをインク排出口に放出するインク供給カートリッジ
   と、 前記インク供給カートリッジのインク排出口と接続した
   プリントヘッドと、 前記インク供給カートリッジを記録媒体と間隔をおいて
   支持するフレームとからなる記録媒体に印刷を行うイン
   クジェットプリンタ。