JPH06183030A - 背圧制御システム及び方法 - Google Patents

背圧制御システム及び方法

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JPH06183030A
JPH06183030A JP5117758A JP11775893A JPH06183030A JP H06183030 A JPH06183030 A JP H06183030A JP 5117758 A JP5117758 A JP 5117758A JP 11775893 A JP11775893 A JP 11775893A JP H06183030 A JPH06183030 A JP H06183030A
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JP
Japan
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tank
ink
pump
back pressure
pressure
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JP5117758A
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Bruce Cowger
ブルース・カウガー
Robert R Beeson
ロバート・アール・ビーソン
Christopher A Schantz
クリストファー・エィ・シャンツ
William J West
ウイリアム・ジェイ・ウエスト
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HP Inc
Original Assignee
Hewlett Packard Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】インクジェット・プリントヘッドのインク・タ
ンク内の背圧を一定に維持すること。 【構成】インク・タンク２２にポンプ３６を接続するこ
とにより、タンク内に負圧を与える。更に、ポンプの脈
動を吸収するために、レギュレータ２０を介在させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、インク・ジェット・プ
リンタのタンク（resevoir）内の流体の圧力を制御する
ためのシステムを志向するものであり、このシステムは
固形または液状のインクを使用するプリンタに使用する
ことができる。背景情報
【０００２】ある種のインク・ジェット・プリンタに使
用されるインクは、外気条件下においては固形状態であ
り、プリント動作時に加熱されることによって液状にさ
れる。この固形インクは、プリント・ヘッドが取付けら
れているタンク内に貯えられる。このプリント・ヘッド
は、液状化されたインクをプリント・ヘッド中の隣接し
たオリフィスを介して噴射のために方向付けする発射チ
ャンバを含んでいる。この液状化されたインクを噴射す
るための機構は、例えば圧電素子を使用することができ
る。この圧電素子は、制御信号に応答して発射チャンバ
内で液状化されたある体積のインクを急激に圧縮し、そ
れによって、プリント・ヘッドのオリフィスを通してイ
ンク滴を押し進める圧力波を発生させる。
【０００３】一般的に、固形インクは、プリントするた
めに、液状に至る約130℃まで加熱される必要がある。
この加熱に起因するタンク内の温度上昇によって、タン
ク内の気体の体積が相当に膨張する。更に、固形インク
は、通常、揮発性の噴射剤を含む。この噴射剤は、イン
クが融解した際のタンク内の蒸気圧の上昇に大きく寄与
する。気体の膨張および蒸気圧の増大などに起因する流
体圧力の累積的な増加をタンク内で仮に許すと、液状化
インクは、タンク内の高圧によって、プリント・ヘッド
を介して、制御不能に強制的に押し出されてしまう。プ
リント・ヘッドを介してこの様な態様で液状化インクが
動く問題は、「垂れ流し(drooling)」として知られてい
る。
【０００４】タンク内において流体圧の大きな増加があ
るとなしとにかかわらず、一般に望ましいことは、タン
ク内にわずかな背圧を作り、それによって、液状化イン
クが、付勢されたプリント・ヘッドによって意図的に吐
出される時まで、この液状化インクをタンク内に留める
ことである。本明細書において使用されているところで
は、用語「背圧」は、液化したインクがプリント・ヘッ
ドを通して流れるのに抵抗するためのタンク内の部分的
真空を意味する。背圧は、これが大きくなれば部分的真
空が大きくなることを表すように、正の値として考え
る。従って、この背圧は、水柱高のような正値で測定さ
れる。
【０００５】しかしながら、タンク内の背圧の大きさ
は、プリント・ヘッドがこの背圧に打ち勝ってインクを
噴射することができなくなるほどの大きさであってはな
らない。
【０００６】液状インクを採用したインク・ジェット・
プリンタは、しばしば、インクのうちの隣接したオリフ
ィス付近の部分を選択的に加熱して蒸発させる抵抗器を
含む加熱型インク噴射機構を使用する。このインクの蒸
気の急激な膨張によって、インクの液滴がオリフィスを
通して押し出される。
【０００７】液状インク型プリンタは、上述の垂れ流し
問題を生じ易く、それ故、タンク内の背圧のレベルを制
御されたものにする必要がある。この背圧のレベルは、
タンク内の流体圧の変化、例えば周辺温度や外気圧の変
化に起因するような流体圧の変化を補償するために調整
される必要がある。
【０００８】
【目的】本発明は、上述した従来技術の問題点を解消
し、インクジェット・プリンタ・ヘッド内の背圧を調整
することを目的とする。
【０００９】
【概要】本発明は、通常、タンク内に貯えられる液状イ
ンクまたは通常は固形状態の液状化インクをプリントす
るインク・ジェット・プリンタにおける背圧を制御する
ための機構を志向する。好ましい実施例において、タン
ク内の背圧はポンプによって制御される。このポンプは
タンクに接続され、プリント装置によって活性化されて
活性化されることにより、タンクから空気をポンプで排
出し、それによって固形インクが融解する際に生じる流
体圧力の増加にもかかわらずタンク内の背圧を維持す
る。ここにはまたタンクに接続されているレギュレータ
も含まれている。このレギュレータはポンプによって維
持される背圧の大きさを制限し、背圧の大きさを、レギ
ュレータがない場合にはプリント・ヘッドの機能不全を
引き起こす背圧のレベルの大きさよりも低い値に下の値
に維持する。
【００１０】
【実施例】図１を参照すると、本発明の一実施例のシス
テム20は、室温で固形状態のインク24が入っているタン
ク22に接続される。プリント・ヘッド26はタンク22に取
付けられ、プリント・ヘッドに対して相対的に動かされ
る紙30の紙面にインク滴28を噴射させるための、当業界
において既知の、例えば圧電素子のような機構によって
作動させられる。
【００１１】ここで注目すべきこととして、以下の説明
は一般に固形インク型プリンタに関しているけれども、
本発明のシステムは加熱型プリント・ヘッドを使用する
液体インク・プリンタに対しても有用である。
【００１２】プリント・ヘッド26の圧電素子は、通常の
プリンタ制御システム32によって、紙面に画像または文
字を描くためにインク滴28を噴射する順序で選択的に付
勢することができる。
【００１３】プリンタが付勢されると、ヒータ34を動作
させて、貯えられているインク24を液化させる。好まし
い実施例では、インクは約130℃で液体状態（従って、
プリント準備完了状態）に達する。
【００１４】インクを加熱した結果、タンク22内の流体
の圧力は増加する。本発明のシステム20を使用すること
により、インクが液体状態にある時のタンク内の圧力が
調整され、それによって、プリント・ヘッドからのイン
クの垂れ流し問題を防ぐ上で最適なレベルに、タンク内
で背圧を確立する。更に、背圧を調整することによっ
て、プリント・ヘッドが背圧に打ち勝つことができない
結果起こるプリント・ヘッドの動作不良を引き起こすレ
ベルを超えないようにする。このプリント・ヘッドの動
作不良により、空気がプリント・ヘッドを介してタンク
内に引き込むことがある。
【００１５】図２に示される通り、本発明のシステム
は、大きく見れば、ポンプ36とこれに対応する真空レギ
ュレータ38を含む。ポンプ36と真空レギュレータ38は夫
々、導管40によってタンク22の頂部に接続される。この
ポンプは、図示したダイヤフラム型のような、容積型ポ
ンプ（positive-displacement pump）の一型式のもので
あってよい。好ましい実施例において、柔軟なポンプ・
ダイヤフラム42がポンプ本体44に取付けられ、ポンブ・
チャンバ48を形成する位置にスプリング46によって支持
される。
【００１６】マニホルド52は逆止弁50によってポンブ・
チャンバ48に接続される。このマニホルド52はまた、導
管40を介して、タンク22の内部と流体的に接続される。
従って、ポンブ・チャンバ48とタンク内部の間の流体の
径路は、マニホルド52と、接続された導管40とによって
形成される。
【００１７】ポンプ36は、往復動するプッシュ・ロッド
54によって機械的に付勢される。プッシュ・ロッド54が
前進すると、スプリング46を圧縮し、それによってポン
ブ・チャンバ48の容積を減少させる。この容積の減少に
よって引き起こされるポンブ・チャンバ48内の圧力の上
昇により、このポンブ・チャンバ内の空気がポート56及
びこれに対応付けられている逆止弁58から排出される。
【００１８】プッシュ・ロッド54が引込められるとスプ
リング46が伸び、それによってポンブ・チャンバ48の容
積が増大するので、その結果このポンブ・チャンバ内の
圧力が降下して、マニホルド52（従って、タンク22）か
ら空気を吸い出す上で充分な圧力勾配が作り出される。
当業者ならば簡単に理解できるように、往復動するプッ
シュ・ロッドとスプリングによって偏倚されたダイヤフ
ラムがポンプを形成する。このポンプは、作動中、タン
ク22に通ずる導管40内の圧力を連続的に減少させる。
【００１９】望ましくは、プッシュ・ロッド54はモータ
（図示せず）に接続される。このモータは、プリンタの
スイッチが入れられている時にはいつでもプリンタ制御
システム32によって動作されるので、このポンプはイン
クが加熱されている時はいつでも動作している。
【００２０】上述のポンプ36は、タンク22内のガスまた
は空気を取除き、それによりこのポンプがない場合に、
例えばインクが固形状態から液状に変化する際に生ずる
圧力の増加を調整することができる上で効果的である。
それ故、ポンプ36は、インクが液体状態にある間、タン
ク内に背圧を発生させて、液状インクがプリント・ヘッ
ドから垂れ流れないようにする。
【００２１】導管40はタンク22から容易に取外すことが
できるので、使用者は必要に応じてタンク22にインクを
再充填することができる。タンク内に背圧を発生維持す
るためのこのシステムは、タンクの再充填によって影響
を受けることがないことが理解できるであろう。
【００２２】レギュレータ38はマニホルド52を介してポ
ンプ36に接続され、外気をこのマニホルド（従って、導
管40）に配送するように動作するので、タンク22内の背
圧はプリント・ヘッドが動作不良に陥るほどの高いレベ
ルにまでポンプ36によって増大させられるようなことは
ない。好ましくは、レギュレータ38はポンプ本体44の延
長部として構成される。このポンプ本体44は、ダイヤフ
ラム60によって入口チャンバ62と出口チャンバ64に分割
される空間を取り囲んでいる。このレギュレータ38の入
口チャンバ62は、ポート66を介して外気と連通してい
る。
【００２３】ニードル弁アセンブリ68はレギュレータ38
の一部を構成する。ニードル弁アセンブリ68は調節ニー
ドル70を含む。調節ニードル70は弁管72の一端に対して
前後に動かすことができる。弁管72はダイヤフラム60に
取付けられて、入口チャンバ62と出口チャンバ64の間に
空気導管を提供する。圧縮ばね74は弁管72を調節ニード
ル70に対して押し付ける。調節ニードル70を前進、後進
させると、出口チャンバ64内の圧力降下量がそれぞれ増
加、減少する。この圧力降下は、ニードル弁アセンブリ
68を開けることによって、弁管72とポート66を介して出
口チャンバ64に外気を提供するために必要とされる。
【００２４】出口チャンバ64内の空気はポート76を介し
てマニホルド52内に流入することができる。空気がタン
ク22からポンプ36によって専ら吸い出され続けられる場
合に起こるタンク内の背圧の増加が、このような空気の
流入によって軽減される。
【００２５】このシステムの好ましい実施例では、レギ
ュレータ38のニードル弁アセンブリ68を調節して、タン
ク22内の（従って出口チャンバ64内の）背圧が約２イン
チの水柱高の圧力まで増加した時にはいつでもこの弁が
開くようにする。所望の背圧レベルを得るためのこのニ
ードル弁アセンブリの調節量は、ダイヤフラムの面積と
厚みと弾性、並びに上記ばねのばね定数と自由長の関数
であることが理解できるだろう。
【００２６】プリンタのスイッチが切られると、ポンプ
36の作動も止まって、インクが冷えて固化する。インク
は冷えるにつれて自己の体積を減少させる。タンク内の
空気は冷えて収縮し、またタンク内の蒸気も凝縮する。
これらの空気およびインクの体積の収縮に起因するタン
ク内の背圧の増大は、レギュレータ38によって軽減され
ることによって、所定の背圧レベル（例えば２インチの
水柱高さの圧力レベル）以下に保たれる。
【００２７】好ましくは、このシステムは、プリンタが
プリント動作に適切な向きに配置されたとき、レギュレ
ータのダイヤフラム60が、図２に示されるように水平向
きになるように構成される。従って、出口チャンバ64内
の部分的真空はダイヤフラム60とそれに結合された弁管
72の双方の重量によって一部影響を受ける。なぜなら
ば、これらの重量によってばね74が圧縮されて出口チャ
ンバ64の容積が減少する傾向があるからである。仮に、
プリンタが傾けられるかまたはプリント動作を行う位置
からずらされることによって、プリンタとそれに取付け
られたポンプ本体44が垂直方向になっていくと、レギュ
レータのダイヤフラム60とそれに取付けられた弁管72の
双方の重量がばね74から取除かれるので、出口チャンバ
の容積がわずかに増加し、それと同時にタンク内の背圧
も増加する。従って、タンク22内の背圧は、プリンタが
プリント動作を行う時の向きから外れている時にはいつ
でもわずかに変化（増加）するので、これによってプリ
ンタがプリント動作時の向きになっていない時は垂れ流
しが起きる恐れがわずかに少なくされる。
【００２８】好ましい実施例を参照しながら本発明の原
理を説明し図解したが、本発明はこの原理から逸脱する
ことなく、構成や細部の点で、更に改変され得ることは
明らかであろう。例えば導管40は複数のインク・タンク
22に分岐して、これらのタンク内の背圧を制御すること
ができる。更に、真空レギュレータ38の代わりに空気堰
80（図３）を使用することもできる。空気堰80は、気化
によって失われないようにするために水82かまたは比較
的低い蒸気圧の他の液体のような液体で満たされたチャ
ンバを含んでよい。その一端が外気に対して開口してい
る管84が空気堰80に取付けられて、液体82の中に向かっ
て、タンク22内に与えるべき背圧に対応する深さ（即
ち、水柱高さ）まで伸びる。
【００２９】更にまた、ポンプによって与えられる背圧
のレベルを調整するための手段を、弁チャンバ48と組合
わされる逆止弁58の一部として組込むことによって、別
個のレギュレータ部品が必要ないようにすることもでき
るということも、本願では考えられている。この点につ
いて言えば、逆止弁を故意に漏れを起こすように（即
ち、ポンブ・チャンバ48への空気の逆流を許すように）
設計することができる。特に、弁チャンバ48と連絡して
いるタンクの背圧が、このタンク内に与えられるべき所
望の最大値の背圧のレベルに近づいた時に、比較的高い
速度で漏れるように、この逆止弁を設計することができ
る。望ましくは、この弁の漏れ速度は、背圧が好ましい
範囲内にある時はいつでも極めて低くされる。この低い
漏れ速度によって、電源が落ちたときに生じるような、
短期間の間のペンの不作動時にはいつでも背圧が一時的
に維持される。一方向弁すなわち逆止弁50、58は、別個
の部品として説明されたが、これらのこの弁は、この弁
に関連する部品を覆うダイヤフラム42の延長部と一体的
に形成することができるということも、本願発明では考
えている。本発明は本願特許請求の範囲内およびその精
神に従う全ての改変例およびその均等構成を含むという
ことが理解される。
【００３０】
【効果】以上詳細に説明したように、本願発明によれ
ば、インクのタンク内の背圧を簡単にかつ正確に一定に
維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のブロック図。
【図２】本発明の一実施例の詳細なブロック図。
【図３】本発明の他の実施例のブロック図。
【符号の説明】
20：システム 22：タンク 24：インク 26：プリント・ヘッド 28：インク滴 30：紙 32：プリンタ制御システム 34：ヒータ 36：ポンプ 38：レギュレータ 40：導管 42：ポンプ・ダイヤフラム 44：ポンプ本体 46：スプリング 50：逆止弁 54：プッシュ・ロッド 56：ポート 58：逆止弁 62：入口チャンバ 64：出口チャンバ 66：ポート 68：ニードル弁アセンブリ 70：調節ニードル 72：弁管 74：圧縮ばね 80：空気堰 82：液体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストファー・エィ・シャンツ アメリカ合衆国カリフォルニア州フォスタ ー・シティ・シェル・ブールバード 939 ナンバ105 (72)発明者 ウイリアム・ジェイ・ウエスト アメリカ合衆国カリフォルニア州ロス・ア ルトス・ホーソーン・アベニュー 339

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】以下の(a)及び(b)を設け、インクを貯える
    タンク内の背圧を制御するシステム： (a)前記タンクに接続され、前記タンクから流体を取出
    す動作によって前記タンク内に背圧を与えるポンプ； (b)前記ポンプによって与えられる背圧のレベルを制限
    するレギュレータ手段。
  2. 【請求項２】以下の(a)ないし(c)を設けたプリント装
    置： (a)インクを含むタンク； (b)前記タンクの近傍に取り付けられ、前記インクの少
    なくとも一部分を加熱するように動作するヒータ； (c)前記タンクに接続され、前記ヒータが動作している
    間、前記タンク内の背圧を維持するためのポンプ。
  3. 【請求項３】以下のステップ(a)及び(b)を設け、インク
    を貯えるタンク内の背圧を制御する方法： (a)前記インクを溶融する； (b)前記インクの少なくとも一部分が溶融している間、
    前記タンクから気体を吸い出し、もって前記タンクに負
    圧を与える。
JP5117758A 1992-04-24 1993-04-21 背圧制御システム及び方法 Pending JPH06183030A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US873,918 1986-06-13
US87391892A 1992-04-24 1992-04-24

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JPH06183030A true JPH06183030A (ja) 1994-07-05

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ID=25362598

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JP5117758A Pending JPH06183030A (ja) 1992-04-24 1993-04-21 背圧制御システム及び方法

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US (1) US5646666A (ja)
EP (1) EP0567270B1 (ja)
JP (1) JPH06183030A (ja)
DE (1) DE69306295T2 (ja)
HK (1) HK91797A (ja)

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