JP3156319B2 - インク・ジェット印刷機用のインク・カートリッジ - Google Patents

インク・ジェット印刷機用のインク・カートリッジ

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JP3156319B2 JP33540291A JP33540291A JP3156319B2 JP 3156319 B2 JP3156319 B2 JP 3156319B2 JP 33540291 A JP33540291 A JP 33540291A JP 33540291 A JP33540291 A JP 33540291A JP 3156319 B2 JP3156319 B2 JP 3156319B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的にインク・ジェ
ット印刷システム用インク・カートリッジに関し、さら
に詳しくは、高いインク貯蔵能力を有し、さらにインク
洩れを防止する改良されたカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】サーマル・インク・ジェット印刷機は、
一般的にキャリッジに取り付けられたプリントヘッドを
有し、このキャリッジは、用紙のような可動記録媒体の
幅を横切って前後に移動する。プリントヘッドは、通
常、記録媒体と対向する１列のノズルを有する。各ノズ
ルは、インクを充填したチャネルの一端に位置し、その
他端はインク供給壺に接続される。ノズル近くのインク
が使用されるにつれて、壺のインクが補充される。チャ
ネル内の小型抵抗器は、ディジタル化された情報または
ビデオ信号を表す電流パルスによって、個々にアドレス
される。これらの抵抗器からの熱エネルギーによって、
小滴をノズルから吐出して記録媒体上に前進させ、そこ
で各小滴は、画像のエレメント即ち画素を印刷する。
【０００３】インクは、ノズルで負圧（大気圧以下）に
保持され、その結果、小滴が熱エネルギーによって吐出
されなければ、インクは記録媒体上に滴ることがないと
いう点が重要である。負圧は、またインクが壺から補充
されるにしたがって、ノズルから吐出されるインクの小
滴のサイズを一定に保持することを保証するという利点
を有する。負圧は、通常−0.５インチないし−2.０イン
チの範囲である。
【０００４】負圧でインクを供給する既知の、きわめて
単純な方法を図１に示す。容器６の中のインクは、プリ
ントヘッド１より0.５インチ低い最高インク供給水準２
を有する。容器６の底部は、プリントヘッドより2.０イ
ンチ低い。インクは、プリントヘッドのノズルの毛細管
作用によって、インク供給チューブ３の中を上に吸い上
げられる。容器６が大気圧に露出されたアパチャ４を有
する限り、この構成は、0.５インチないし2.０インチの
負圧で、インク供給チューブ３を介して、プリントヘッ
ド１にインクを供給する。この構成の欠点は、もしカー
トリッジを真直に保持しなければ、インクがノズルから
こぼれること、およびプリントヘッドで使用可能なイン
クの量が、プリントヘッドのノズルの下にあるこの装置
の使用可能な容積によって制限されることである。
【０００５】図２は、負圧でインクを供給する他の既知
の方法を示す。この構成では、チャンバ６は、毛細管作
用によってインクがその中に浮遊した発泡体によって充
満されている。この発泡体は、通常、部分的に飽和した
網状のウレタン・フォームである。発泡体がインクを吸
収することによって、このインクは、プリントヘッド１
で負圧で保持される。負圧の値は、選択された発泡体の
特性、インクの表面張力、プリントヘッド１に対する発
泡体の高さ、および特に重要な発泡体の飽和度を含む多
くの要因によって決定される。もし発泡体にその能力の
１００％までインクが充満すると、インクは恰も発泡体
が存在しないかのように挙動し、したがって負圧にはな
らない。発泡体を部分的に飽和させるような設計に固有
の長所は、インクが発泡体によって吸収されるので、カ
ートリッジの方向に関係なく、インクがこぼれないこと
である。この点は、特にカートリッジの輸送の際に有利
である。しかし、この設計の重大な欠点は、その容積効
率の悪さであり、このカートリッジは、所定のインク量
を供給するために比較的大きな容積を必要とする。例え
ば、ヒューレット−パッカード社（Hewlett − Packard
Ｃorporation）製のこの種のカートリッジは、４５cc
の容積を有するが、これは２２ccの使用可能なインクを
供給できるに過ぎない。従って、このカートリッジの効
率は、５０％未満に過ぎない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】これらのインク供給シ
ステムに関連して問題が存在するので、改善された容積
効率を有し、一方でさらに洩れの可能性をできるだけ小
さくするインク・ジェット・カートリッジに対する必要
性が存在する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上で留意した
欠点を克服するインク・ジェット印刷機用のインク・カ
ートリッジに関する。このカートリッジは、上部チャン
バ、下部チャンバおよびそれらの間の第１壁を有するカ
ートリッジ・ハウジングを含む。上部チャンバは、イン
クを吸収するための特定可能な毛細管作用機能を有する
毛細管発泡体を実質的に全体に含む。このチャンバの壁
にあるアパチャによって、発泡体が大気に露出される。
下部チャンバには、実質的にインクが充填されている。
プリントヘッドは、下部チャンバの最上部の水準よりも
高い垂直の高さに設けられる。供給パイプが設けられ、
これは毛細管作用によってインクをチャンバからプリン
トヘッドに供給する。第２毛細管発泡体は、第１毛細管
発泡体の毛細管作用能力よりも高い、特定可能な毛細管
作用能力を有する。第２発泡体は、上部チャンバおよび
下部チャンバ並びに供給パイプと流体によって連通して
いる。実質的にインクに浸されている第２発泡体の高い
飽和度によって、空気が下部チャンバに流入するのが防
止される。
【０００８】発泡体を含むチャンバと、発泡体を含まな
いチャンバとの２つのインク・チャンバを設けることに
よって、カートリッジは、容量が小さくても、比較的高
いインク貯蔵能力を全体として提供する。さらに、この
カートリッジ、その方向に関係なく、インク洩れを防止
するという利点がある。もし第２発泡体が完全に飽和す
ると、インクの充填された下部チャンバは空気から遮断
され、したがってインクは、そこからこぼれ出ることが
できない。カートリッジを傾けた場合に起り得るよう
に、もし第２発泡体が僅かに非飽和状態になれば、第２
発泡体内のインクは、供給パイプの中のインクを保持す
るのに十分な負圧になり、その結果、インクはプリント
ヘッドからこぼれない。したがって、カートリッジの方
向または第２発泡体の飽和の程度に関係なく、インクは
こぼれることができない。
【０００９】本発明の他の実施例ではチャンバを１個の
み設け、このチャンバは第１実施例の下部チャンバに相
当する。飽和した発泡体のインク源を設けないので、こ
のカートリッジの容積効率は、図１に示した既知のカー
トリッジの場合と同様に最大になる。しかし、図１のカ
ートリッジとは異なり、この実施例では、毛細管作用能
力の高い発泡体が供給パイプの入口と当接するので、イ
ンク洩れを防止するという利点がある。アパチャによっ
て、このチャンバは大気に露出される。第１実施例の第
２発泡体と同様に、カートリッジの方向に関係なく、こ
の高い毛細管作用能力によって、またインク洩れが防止
される。
【００１０】上記が、開示されたインク・ジェット・カ
ートリッジの幾つかの欠点と、本発明の利点についての
簡単な説明である。本発明の他の特徴、利点および実施
例は、以下の説明、添付図および上記の請求項から、当
業者に明らかとなる。
【００１１】
【実施例】図３は、本発明によるインク・ジェット・カ
ートリッジの第１実施例の側部断面図である。このカー
トリッジは、上部チャンバ７を有し、この上部チャンバ
７には、縮充した（felted）網状ポリウレタン発泡体の
ような毛細管発泡体８が実質的に充填されている。この
発泡体８は、チャンバ７の壁に対して圧縮されている。
チャンバはアパチャ４を有し、このアパチャ４によっ
て、上部チャンバ７内の発泡体８が大気圧に露出されて
いる。
【００１２】上部チャンバで使用する発泡体は、メラミ
ン発泡体、繊維体、または不可欠である毛細管作用を行
うどのような材料でもよい。本例では、発泡体は、水柱
１インチ乃至６インチの圧力を与えなければならない。
下部チャンバ６が設けられ、これには当初実質的にイン
クが充填されている。第１壁２３によって、上部チャン
バ７の底部と下部チャンバ６の上部の両方が形成され
る。この第１壁２３は、２つのチャンバ６と７の間を水
平に延びるが、カートリッジの垂直壁３０とは間隔があ
り、２つのチャンバ６と７を接続する開口部３１を形成
する。チャンバ６は、その上部のレベル１３がプリント
ヘッド１のレベルよりも低くなるように位置する。図３
において、チャンバ６の上部のレベル１３は、プリント
ヘッド１より0.５インチ下に位置する。下部チャンバ６
の底部１６は、プリントヘッド１の2.０インチ下になる
ように位置するのが有利である場合もある。下部チャン
バには、組み立て中に、充填用導管１９を介してインク
が充填され、次にこれは充填プラグ１８によって密封シ
ールされる。
【００１３】この構成の場合、上部チャンバ７は、アパ
チャ４と下部チャンバへの開口部３１を除いて、周囲の
大気から隔離される。したがって、このチャンバ内の圧
力は、アパチャ４と開口部３１の間の圧力差によって制
御される。上部チャンバと同じように、下部チャンバの
発泡体は、縮充した網状ポリウレタン、メラミン発泡体
またはポリビニル・スポンジ、多孔性焼結プラスチック
または不可欠の毛細管作用能力を有するどのような材料
でもよい。発泡体９は、１００％または１００％に近い
飽和度で、空気を通さないで、１０インチ乃至１５イン
チの水柱を保持しなければならない。
【００１４】上述した特性を有する高い毛細管作用能力
を有する発泡体９は、第１壁２３の端部と垂直壁３０の
間の開口部の内部に配設され、その結果、この発泡体９
は、発泡体８、下部チャンバ６およびインク供給パイプ
３に対してぴったりと位置する。発泡体９はまた第１壁
２３に当接し、２つのチャンバの間にシール部１２を形
成する。その結果、第２発泡体は、上部チャンバ内の発
泡体から供給されるインクの不純物除去剤としての機能
を果たす。インクが印刷の間に取り出されるのにつれ
て、第２発泡体は上部の発泡体からインクを補充される
ので、常に１００％の飽和度を保持する。換言すれば、
インク・プラグ１８と発泡体８および９の両方の高い飽
和度によって、空気がチャンバ６に入り、出て行くイン
クと代替するのが防止されるので、チャンバ６からイン
クが無くなることはない。
【００１５】インク供給パイプ３によって、インクは発
泡体９の底部からプリントヘッド１へ毛細管作用によっ
て移送される。第２壁２５は、チャンバ６の底部１６と
インク流パイプ３の間に位置する。発泡体８よりも高い
毛細管作用能力を有する高毛細管性の発泡体９は、イン
クを上部および下部チャンバ７と６からインク供給パイ
プ３に連通させる伝導体として機能する。発泡体９の毛
細管作用能力は、発泡体８のそれよりも高く、したがっ
てインクのより優れた吸収体であるので、発泡体８また
はチャンバ６にインクがある限り、この発泡体９はイン
クで１００％飽和された状態を保持する。発泡体９は、
ポリビニール・アルコールの発泡体によって構成されて
もよい。
【００１６】図３に示したカートリッジの動作は、次の
通りである。発泡体８が負圧になるように、１００％未
満の飽和度で発泡体８にインクを充填する。更に詳しく
は、この発泡体には、その能力の約６０％迄インクを充
填する。更に、チャンバ６にその最上部のレベル１３迄
インクを充填する。インク充填プラグ１８で充填孔１９
を塞ぎ、導管１９とチャンバ６の両方を密封シールす
る。チャンバ６と７の両方のインクは、プリントヘッド
１に対して負圧になる。チャンバ７では、インクは発泡
体８によって吸収されてしまうので、負圧になる。チャ
ンバ６では、インクはプリントヘッド１のレベルよりも
下に位置するので、負圧になる。
【００１７】高毛細管性の発泡体９は、発泡体８よりも
高い毛細管作用能力を有するので、発泡体９は、インク
でより速く飽和する。しかし、上で説明したように、チ
ャンバ６内のインクは空気と遮断されているので、下部
チャンバ６のインクを、発泡体９を介して連通させるこ
とはできない。したがって、最初発泡体９は、上部チャ
ンバ７からのインクによって飽和されるだけである。次
に、今や発泡体９内にあるインクは、プリントヘッドの
ノズルの毛細管作用によって、インク流パイプ３を通っ
てプリントヘッドに送られ、そこでこのインクは、熱エ
ネルギーによって小滴が吐出される迄、負圧のままであ
る。
【００１８】小滴がプリントヘッド１から吐出される
と、毛細管作用によって、等量のインクが発泡体９から
インク流パイプ３に吸引される。次に、発泡体８から発
泡体９にインクが流入し、発泡体９を１００％の飽和度
に保持する。発泡体８からインクを流出するにつれて、
空気がアパチャ４を介して流入し、このインクに取って
代る。発泡体８のインクが空になり、ここに空気が充満
する迄、この過程が繰返される。
【００１９】発泡体８に少しずつ空気が充満するにつれ
て、この空気の一部が発泡体９に入り、第１壁２３と発
泡体９の間の気密シール１２を破る。その結果、空気は
チャンバ６に入ることができ、その中のインクは、最早
空気から遮断されていない。その結果、インクは今やチ
ャンバ６から発泡体９の中へ流れ始める。チャンバ６か
らのこのインクの供給によって、発泡体８が空になった
後でも、発泡体９は１００％の飽和度に保持される。発
泡体９は、インクがチャンバ６から全て流出してしまう
迄、完全に飽和したままである。
【００２０】本発明のインク・ジェット・カートリッジ
によって、図１と図２に示す既知のカートリッジに対し
て多くの利点が提供される。第１に、比較的容積効率の
悪い、発泡体の充填されたチャンバ７が、容積効率の良
い、インクの充填されたチャンバ６と結合されるので、
カートリッジ全体の容積効率は、図２に示す既知のカー
トリッジよりも優れている。さらに、図１に示す既知の
カートリッジと違って、本発明のカートリッジは、その
方向に関係なく、インク洩れを防止する利点がある。発
泡体９が飽和している限り、下部チャンバ６は空気と遮
断され、したがって、インクはそこからこぼれ出ること
ができない。プリントヘッド１がカートリッジの残り部
分より下に位置する（図３で反時計方向に９０°回転し
た位置）ように、カートリッジを傾けても、引力によっ
て、チャンバ６と７内のインクが発泡体９から引き離な
されるので、インクはこぼれ出ない。その結果、発泡体
９は、僅かに非飽和状態になり、したがってその中のイ
ンクは、毛細管作用のため負圧になる。この負圧は、供
給パイプ３中にインクを保持するのに十分であり、その
結果、インクはプリントヘッド１からこぼれない。
【００２１】図４は、本発明の他の実施例を示す。図３
の構成部品に相当する図４の構成部品には、同じ参照番
号を使用する。この実施例は、インク・プラグ１８をゴ
アテックス（gortex）（登録商標）の通気孔２７に置き
換えた点が、図３の実施例と異なり、この通気孔２７に
よって、空気は絶えず空気導管１９を介して流れるが、
流体には浸透しない。その結果、下部チャンバ６は、決
して空気と遮断されず、発泡体９はゴアテックスの通気
孔２７を介して空気を取り入れ、常にインクを吸収する
ことができる。この実施例では、発泡体９は、インクを
チャンバ６と７の両方から同時に吸収する。チャンバ６
またはチャンバ７からの流速のいずれがより速いかは、
発泡体８と９の相対的毛細管作用能力を含む多くの要因
によって決まる。チャンバ６またはチャンバ７のどちら
かが、先にインクを流出してしまうように、カートリッ
ジを設計してもよい。ゴアテックスの通気孔２７には流
体が浸透しないので、インクは、空気導管１３を介して
下部チャンバ６からこぼれ出ることができず、したがっ
て、この実施例によって、図４に示した実施例と同じよ
うに、インク洩れが効果的に防止される。
【００２２】本発明の更に他の実施例を図５と図６に示
し、この実施例は、図３または図４で使用することがで
き、または図１のコンセプトの改良に使用することがで
きる。前出の図の構成部品に相当する図５と図６の構成
部品には、同じ参照番号を使用する。この実施例では、
下部チャンバ６が唯一のインク源である。飽和した発泡
体のインク源が無いので、このカートリッジの容積効率
は最大になる。しかし、図１に示したカートリッジと違
って、この実施例には、インク洩れを防止する利点があ
る。高毛細管性の発泡体９は、インク供給パイプ３の吸
入口２９としっかり当接し、この吸入口２９はアパチャ
４の真下に位置する。プリントヘッド１が、カートリッ
ジの残りの部分より下に位置するように、もしカートリ
ッジを傾けても、引力によってインクが発泡体９から引
き離され、発泡体９は若干非飽和状態になる。発泡体９
が非飽和状態になるため、そこに残っているインクは、
供給パイプ３内にインクを保持するのに十分な負圧にな
り、その結果、インクはプリントヘッド１からこぼれな
い。
【００２３】以上が本発明の特定の実施例の詳細な説明
である。本発明の範囲全体は、上記の請求項およびそれ
らの実施例で説明されている。したがって、請求項およ
び明細書は、本発明がそれに値する保護の範囲全体を不
当に狭めるように解釈すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】負圧でインクを供給する既知のインク・カート
リッジの側部断面図である。
【図２】インクで飽和した発泡体を使用し、負圧でイン
クを供給する他の既知のインク・カートリッジの側部断
面図である。
【図３】本発明の一実施例であるインク・ジェット・カ
ートリッジの側部断面図である。
【図４】本発明の他の実施例の側部断面図である。
【図５】本発明の更に他の実施例の側部断面図である。
【図６】図５で示した本発明の他の実施例の平面図であ
る。
【符号の説明】
１ プリントヘッド ３ インク供給パイプ ４ アパチャ ６、７ チャンバ ８、９ 発泡体 １６ 底部 １８ 充填プラグ １９ 充填用導管 ２３、２５、３０ 壁 ３１ 開口部
フロントページの続き (72)発明者 スティーヴン ジェイ ディートル アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14519 オンタリオ ヘイリー ロード 163 (72)発明者 リチャード エイ モラノ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14489 ライオンズ ピルグリム ポー ト ロード 3984 (56)参考文献 特開 平２−34352（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−8405（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−139446（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−34353（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B41J 2/175

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 インク・ジェット印刷機用のインク・カ
    ートリッジであって、 負圧でインクを保有する第１及び第２のチャンバを有す
    るカートリッジ・ハウジングであって、第１チャンバが
    第２チャンバの上方に配置されている上記カートリッジ
    ・ハウジングと、 上記第２チャンバの最上部のレベルより垂直方向に高く
    配置されているプリントヘッドと、 インクを上記プリントヘッドに送る供給パイプと、 上記第１及び第２のチャンバからのインクを上記供給パ
    イプに伝導する手段であって、この手段が上記第１及び
    第２のチャンバの各々の負圧よりも低い圧力に保持され
    る上記手段と、 を有することを特徴とするインク・カートリッジ。
  2. 【請求項２】 インク・ジェット印刷機用のインク・カ
    ートリッジであって、 上部チャンバと、下部チャンバと、これらのチャンバの
    間の第１壁とを有するカートリッジ・ハウジングであっ
    て、上記上部チャンバは大気に露出するアパチャを有す
    ると共にインクを吸収する第１の毛細管作用機能を持つ
    第１多孔性部材を有し、上記下部チャンバは下部チャン
    バを大気に通す導管を有する上記カートリッジ・ハウジ
    ングと、 上記下部チャンバの最上部のレベルより垂直方向に高く
    配置されているプリントヘッドと、 毛細管作用機能によりインクを上記プリントヘッドに送
    る供給パイプと、 上記第１多孔性部材の毛細管作用機能より大きな第２の
    毛細管作用機能を持つ第２多孔性部材であって、上記上
    部チャンバ、下部チャンバ及び供給パイプと流体的に連
    通している上記第２多孔性部材と、 を有することを特徴とするインク・カートリッジ。
  3. 【請求項３】 インク・ジェット印刷機にインクを供給
    する方法であって、 プリントヘッドに対して負圧のカートリッジの第１チャ
    ンバにインクを供給する工程と、 プリントヘッドに対して負圧のカートリッジの第２チャ
    ンバにインクを供給する工程と、 上記第１及び第２のチャンバからのインクを第１及び第
    ２のチャンバの負圧よりも低い負圧の流体の伝導手段に
    案内する工程と、 この流体的な案内手段からのインクを毛細管作用により
    供給パイプに案内する工程と、 この供給パイプからのインクをプリントヘッドに案内す
    る工程と、 を有することを特徴とする方法。
JP33540291A 1990-12-27 1991-12-19 インク・ジェット印刷機用のインク・カートリッジ Expired - Fee Related JP3156319B2 (ja)

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US07/634585 1990-12-27
US07/634,585 US5233369A (en) 1990-12-27 1990-12-27 Method and apparatus for supplying ink to an ink jet printer

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JPH04278360A JPH04278360A (ja) 1992-10-02
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US (2) US5233369A (ja)
EP (1) EP0493058B1 (ja)
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