JPH02235646A - サーマル・インクジェット・ペン - Google Patents

サーマル・インクジェット・ペン

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JPH02235646A
JPH02235646A JP2021889A JP2188990A JPH02235646A JP H02235646 A JPH02235646 A JP H02235646A JP 2021889 A JP2021889 A JP 2021889A JP 2188990 A JP2188990 A JP 2188990A JP H02235646 A JPH02235646 A JP H02235646A
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printhead
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ブルース・カウガー
Niels J Nielsen
ニールス・ジェイ・ニールセン
John H Dion
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    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/17—Ink jet characterised by ink handling
    • B41J2/19—Ink jet characterised by ink handling for removing air bubbles

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  • Ink Jet (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、一般に、サーマル・インクジェット・プリン
タに用いる使い捨てのインクジェット・ペンに関する。
特に、インク溜めからインクをインクジェット・プリン
トヘッドへ供給する大きい直径のスタンドパイプ（ｓｔ
ａｎｄｐｉｐｅ）あるいは、供給管（ｆｅｅｄ　ｔｕｂ
ｅ）を有するサーマル・インクジェット・ペンに関する
。
〔従来技術とその問題点〕
インクジェット・ペンのインク貯蔵部と薄膜フィルム・
プリントヘッド（オリフィス・プレートを含む）を相互
接続させる好適な手段としてスタンドパイプまたは供給
管を用いることが知られている。薄膜フィルム・プリン
トヘッドは、ペン本体のハウジングの一方の表面に取り
付けられる。
これらスタンドパイプあるいは供給管は、インク溜めか
ら毛細管現象によってインクを吸引し、プリントヘッド
の発射部を通ってプリント・オリフィ（ｐｒｉｎｔ　ｏ
ｒｉｆｉｉ）へインクを送るために必要な力を調節する
役割を果たすものである。
そのようなスタンドパイプの一例として、米国特許第４
，　７７１，　２９５号に開示されている。スタンドパ
イプの他の例として、米国特許第４，　７９４，　４０
９号に記載されている。
最近の実験では、最大直径を有し、ある一定の最小値以
下しか空気が蓄積させないスタンドパイプは、インクジ
ェット・ペンによるディプライム発生（ｄｅｐｒｉｍｉ
ｎｇ）に大きく影響することが見出されている。これら
のいわゆる小型スタンドパイプのインクジェット・ペン
において、スタンドパイプ内で形成される気泡、特にイ
ンクの入口、あるいはスタンドパイプの入口開口部で形
成され、蓄積する気泡がスタンドパイプのもう一方の端
部に取りつけられたインクジェット・プリントヘッドへ
のインク流を塞ぎ、プリントヘッド内のインクをカラに
し、ディプライム発生の原因となる。プリントヘッドは
、スタンドパイプ内の気泡を通過させ、インクを吸引す
るだけの十分な圧力を生成することができず、小さい直
径のスタンドパイプのインク入口開口部内の気泡は、こ
の開口部でインク流を封じ込め、ペンをカラにしてしま
う。
従来より、小直径のスタンドパイプが設計されているの
で、インクジェット・ペンがブライミングされて（ｐｒ
ｉｍｉｎｇ）いる間、スタンドパイプを通るインク流量
は比較的多く、高速のインク流がスタンドパイプを通り
、気泡は理論上吹き飛ばされることになっているが、実
際には前述の理由によりこのようなことが起きることは
極めて稀である。
〔発明の目的〕
本願発明の目的は、上述の問題点を解決し、ディプライ
ムを発生させないスタンドパイプ構造を存するサーマル
・インクジェット・ペンを提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明では、気泡によるインク流の閉塞とインクジェッ
ト・ペンによるディプライム発生の問題は、空気が蓄積
する部分のスタンドパイプの直径を以下に計算されるに
予め決められた最小値と等しくさせるか、あるいはそれ
以上に設計し、スタソドパイプ内の気泡を通過してイン
クを吸引させることにより解決されることがわかった。
大口径のスタンドパイプから気泡を一掃することは事実
上不可能であり、この事実からそのような設計は非常に
望ましくないものとなる。しかしながら、精密な実験に
より、大口径のスタンドパイプに気泡が存在し、小直径
のスタンドパイプの端部におけるプリントヘッドにより
インクが注入されると、気泡はわずかに変形し、インク
はスタンドパイプの壁より滑降することが示されている
。大きなスタンドパイプを備えるＯＨＰ等の透明媒体用
ペン本体では、長時間にわたってディプライムが発生せ
ず、スタンドパイプ内にインクが見られないときでさえ
頁から頁へと連続的にプリントできることが観測された
。
スタンドパイプ内の気泡を変形させ、したがってその表
面積を増加させるのにエネルギーが必要である。このエ
ネルギー項はスタンドパイプの半径に反比例する。また
インクの粘性が気泡通過速度を制限するので気泡の変形
量は任意に小さくなることはできない。プリントヘッド
の動作によって決定されるインク流量で、そしてインク
の粘性による制限により、適切な圧力でプリントヘッド
を満足させるに十分なインク断面流を確立しなければな
らない。気泡を変形させるために必要なエネルギーは、
プリントヘッドにおける強い吸引力によって供給される
。
さらに、本発明では、空気が蓄積するスタンドパイプ部
分の最小半径ｒが、ｒ　／　ｒ　．．．．＋．　＞１０
０という関係式（　ｒｎｎｚ＊＋ａはインクジェットベ
ンの薄膜フィルム・プリントヘッドのオリフィス・プレ
ートのオリフィの半径である）を満足する場合、ディプ
ラ不ミングが発生したインクジェット・ペンは実質的に
無くなることがわかった。
〔発明の実施例〕
第１図に本願発明の一実施例であるサーマルインクジェ
ット・ペン１を示す。本実施例は、適当なプラスチック
材料から成る主単位のペン本体ハウジング１０（ｍａｉ
ｎ　ｕｎｉｔａｒｙ　ｐｅｎ　ｂｏｄｙ　ｈｏｕｓｉｎ
ｇ）を含む。ハウジング１０は、典型的に、前述の米国
特許第４，　７７１，　２９５号に述べられた方法でイ
ンクを貯蔵するための網状のポリウレタン・フォーム部
材（ｒｅｔｉｃｕｌａｌｅｄ　ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎ
ｅ　ｆｏａｍ）１２を含む。このフオーム部材は、プリ
ントヘッドに毛細管現象に必要な背圧を与え、インクジ
ェット・ペン１からインクがだらだらと流出すること（
ｄｒｏｏｌｉｎｇ　ｏｕ【）を防ぐ。インクジェト・ペ
ンｌは更に出口、すなわちプリントヘッド支持部１４を
含む。プリントヘッド支持部１４は、小さい出口開口部
１６を備え、ここに隣接するように薄膜フィルム・サー
マル・インクジェット・プリントヘッド１８が取り付け
られている。プリントヘッド支持部ｌ４は、内壁２０、
２２を有し、後述する大きい直径のスタンドパイプの輪
郭を決定し、空気蓄積部分２４は以下に述べる方法で計
算された半径ｒによって定義される。
第１図に見られるように、スタンドパイプの空気蓄積部
分２４は、スタンドパイプの上部で、ワイヤ・メッシュ
のスクリーン・フィルタ２６の直下に設置される。イン
クジェット・ベンｌが第１図に示した方向に動作する時
、スクリーン・フィルタ２６がプリントヘッドよりスタ
ンドパイプに入る気泡を捕らえる結果、空気は空気蓄積
部分２４に蓄積される。即ち、気泡は、プリントヘッド
１８を通り、第１図に示す小さい、または、低いスタン
ドパイプ開口部を通って、インクジェット・ペンに入り
込み、スクリーン・フィルタ２６によりスタンドパイプ
内に捕らえられる。このスクリーン・フィルタ２６の絶
対ろか速度（ａｂｓｏｌｕｔｅ　ｆｉｌｔｅｒａ目ｏｎ
　ｒａｔｉｎｇ）は、２５μｍで、毛細管現象防止の役
目をし、フォーム部材Ｉ２中の空気がスタンドパイプに
引き込まれることを防ぐ。
本実施例は、さらに、その中心部に通気管３０を備える
キャップ２８を含み、通気管３０は、インクジェットの
プリント動作中にインクが無《なるとフォーム部材１２
に空気を供給したり、補給したりずる。
第２図により、プリントヘッド１８には、ハウジング表
面３２とほぼ同一平面の出口面またはオリフィス・プレ
ートを有し、平坦なハウジング表面３２は、曲がった表
面３４と交差するように設置されている。これら隣接し
た二面はフレキシブル、すなわちＦＬＥＸ回路（図示せ
ず）を受け入れるように適合し、ＦＬＥＸ回路は、プリ
ントヘッドＩ８に電力および駆動信号を供給するために
用いられる。さらに、このＦＬＥＸ回路は、第２図に示
す側壁３６上に延びる場合もちある。側壁３６は、第１
図のペン本体の右側のハウジング壁に対応する。
スタンドパイプの空気蓄積部分２４の最小許容サイズを
決定するため、２組の、各５本のペンを次表土 小直径のスタンドパイプは、オブラウンド（ｏｂｒｏｕ
ｎｄ）または、溝穴（ｓｌｏｔ）の形状の断面を有し、
臨界サイズは、表Ｔに与えらえた直径である。オブラウ
ンド部分の長さは０．１８インチ（０．　４５７２ｃｍ
）である。
２組のペンは、通常、同一で、次に述べる詳細な構造を
適用することができる。ステンレス鋼ワイヤを編んだス
クリーンを各スタンドパイプの先端部で熱で焼き付ける
（ｈｅａｔｓｔａｋｅｄ）。このようなスクリーン材料
は、Ｎｅｉｖ　ＹｏｒｋＳＥａｓｔ　Ｈ：Ｉ１ｓのＰａ
ｉｌＰｒｏｃｅｓｓ　Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ社から入手
可能な、ＰａｌｌＪ−ｍｅｓｈ材を本実施例に用いた。
多孔度６５孔／インチ（ｐｏｒｅ　ｐｅｒ　ｉｎｃｈ）
の網状ポリウレタン・フォーム部材の一部を、長さ１．
３０インチ（３．３０２ｃｍ）　、高さ１．６０インチ
（４．０６４ｃｍ）　、深さ１．Ｏｏインチ（２．５４
ｃｍ）のインク溜め（ハウジング）　１０内Ｊこ、ある
いは、第１図に示すハウジング１０に配置させる。フォ
ーム部材は、例えば、Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ１Ｅｄ
ｄｙｓｔｏｎｅのＳｃｏｔｆｏａｍ社より入手した。他
のフッ化炭化水素溶媒を用いることもてきるが、最初は
フレオンで洗浄した。フォーム材は、長さｌ，６５イン
チ（４．　１９１ｃａｌ）、高さ２．００インチ（５．
　０８ｃｍ）、深さ１．３０インチ（３．　３０２ｃｍ
＞で、フェルト軸（ａｘｉｓ　ｏｆ　ｆｅｌｔｉｎｇ）
である。インクジェット・ペンに挿入する以前に後述す
るようにインクをしみ込ませ、フォーム部材の重さを２
倍にし、そして、乾燥状態のフォーム部材の重さに等し
くなるまで、全てのインクを排出させる。このステップ
は、フォーム部材にインクで充填させることに役立つ。
スタンドパイプをインクジェット・ペンのインク溜めの
他の位置に配置させてもよいが、フォーム部材の中に少
なくとも０．１０インチ（０．　２５４ｃｍ）、好適に
は０．　１２５インチ（０．　３１７５ｃｍ）伸長させ
なければならない。また、スクリーン・フィルタ２６の
平面で測定されるように、スタンドパイプはインク溜め
のどの壁からも０．０８インチ（０．　２０３２ｃｍ）
以上離れていなければならない。スタンドパイプの垂直
の高さは、０．　４０８インチ（１．　０３６３２ｃｍ
）で、インクが存在する低い方の端部に０．　０７０イ
ンチｘＯ．　１７０インチ（０．　１７７８ｃｎｘ０．
　４３１８ｃｍ）のオブラウンド溝穴を備えている。
薄膜フィルム・プリントヘッド１８は、スタンドパイプ
の出口開口部ｌ６、および直径５２μのプリントヘッド
小滴噴射オリフィに取りつけられる。次に、Ｔ　Ａ　Ｂ
　（ｔａｐｅ　ａｕｔｏｍａｔｅｄ　ｂｏｎｄ）接続形
式を用いてプリントヘッドと電気的に相互接続させる。
この接続形式は、米国特許第４．　６３５．　０７３号
に述べられたタイプの接続形式である。次に、インクジ
ェット・ペンに、１５重量Ｘのジエチレングリコール（
ＤＥＣ）と３重量Ｘの黒色染料（Ｆｏｏｄ　Ｂｌａｃｋ
　２）を含む２２グラムの水性インクを充填させる。
そして、インクジェット・ペンによってプリントさせ、
インクがなくなり、一または複数のノズルによるディプ
ライムが発生した頁が見つけられるまでプリントを続け
させる。結果を表にまとめ、表■に示した。さらに、表
■で与えられた値のサイズ範囲の直径で実験を行ったが
、入口開口部２４で直径が０．２０インチ（０．　５０
８ｃｍ）と小さいのスタンドパイプを用いても、ディプ
ライム発生の割合が著しく増加することはなかった。
ディプライムを発生させないスタンドパイプの最小半径
は、プリントヘッドの小滴噴射オリフィの可能な吸引力
に依存する。当業者に周知のように吸引力は、ｐ＝２σ
ＣＯＳθ／ｒの関係式により推測することができる。こ
こで、ｐはプリントヘッドのイ．ンクに働く吸引力、σ
は空気一インク界面の表面張力、θはインクとオリフィ
の壁が成す接触角、ｒはプリントヘッドのオリフィの半
径である。これらの関係からプリントヘッドがディプラ
イムを発生させないための可能な吸引力は、小滴噴射オ
リフィスの半径に反比例することがわかる。プリントヘ
ッドのオリフィが小さくなるにつれ、入口開口部２４の
スタンドパイプの最小許容直径も小さくなる。これは、
プリントヘッドが増加する吸引力を与え、気泡を変形さ
せ、そして、気泡を通ってインクが流れることに適用で
きるからである。
したがって、前述の関係とパラメータを前述の実験と共
に検討するとスタンドパイプ、あるいは、供給管の大直
径開口部２４の最小許容半径は次の関？を成立させなけ
ればならないことがわかった。
ｒ／ｒｍｏｘ−■＞ｒ１ｅ　／’．。、１．６　　この
式はｒ．／ｒｏ。ｗｔ＋ｅ＝最小直径／ノズル直径＝０
．２０インチ／０．　５２　μ＝０．２０インチ／０．
　００２インチ（０．　５０９ｃｍ／０．００５０８ｃ
ｍ）　＝１００と前述の実験に従って計算することがで
きる。したがって、ｒ　／　ｒ　＊。．．＋．＞１００
であり、同様の関係がオリフィスの直径や表面張力の異
なるペンに対しても決めることができる。
入口開口部２４に対して許容できるスタンドパイプの最
小直径の必要条件は、フォーム部材にインクを溜めるイ
ンクジェット・ペンに制限されない。
むしろ、この必要条件は、米国特許第４，　７９４，　
４０９号に開示されたインク供給構造等のブラダー（ｂ
ｌａｄｄｅｒ）または他の手段によってインクを有する
インクジェット・ペンに対しても同様にうまく適用され
る。ゆえに、本願発明は、スタンドパイプやチャンバを
空気に対して耐性を与えるため、インク供給のスタンド
パイプや他の同様な空気蓄積部あるいはインク通過部材
等のユニークな設計寸法を提供することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、プリントヘッド内部のインク流を
閉塞させる気泡を変形させ、強制的にインクを流入させ
るようにスタンドパイプ（供給管）を構成させることに
より、インクジェット・ペンによるディプライミングの
発生を顕著に低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例であるサーマル・インクジェ
ット・ペンの断面図。 第２図は第１図の部分詳細図。 ハウジング、 フォーム部材、 プリントヘッド支持部、 出口開口部、 プリントヘッド、 入口開口部、 スクリーン争フィルタ、 キャップ、 ３０：通気管。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 インク貯蔵部とインクジェット薄膜プリントヘッドと前
    記インク貯蔵部と接続するスタンドパイプとプリントヘ
    ッドと前記インク貯蔵部と隣接する空気蓄積部分から成
    り、前記空気蓄積部分は前記プリントヘッド内のオリフ
    ィの開口部の寸法と比例した予め決められた値より大き
    い直径を有し、前記プリントヘッドの動作中、前記スタ
    ンドパイプ内に気泡を残留させるサーマル・インクジェ
    ット・ペンにおいて、前記プリントヘッドによって生成
    された吸引力で前記気泡を変形させ、前記スタンドパイ
    プを通って、インクを前記気泡と前記スタンドパイプ壁
    間に通過させ、前記気泡による閉塞から生じる顕著なデ
    ィプライミングなしに連続的に動作することを特徴とす
    るサーマル・インクジェット・ペン。 （２）請求項第１項記載のサーマル・インクジェット・
    ペンにおいて、前記プリントヘッドはオリフィス・プレ
    ートを備え、そこには半径ｒ＿ｎ＿ｏ＿ｚ＿ｚ＿ｉ＿ｅ
    を有するオリフィ開口部と半径ｒを有するスタンドパイ
    プの前記空気蓄積部分が、ｒ／ｒ＿ｎ＿ｏ＿ｚ＿ｚ＿ｉ
    ＿ｅ＞１００の関係が成立することを特徴とする。
JP2021889A 1989-01-31 1990-01-31 サーマル・インクジェット・ペン Expired - Lifetime JP2810751B2 (ja)

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US304549 1989-01-31

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