JPH08207300A - 正味サイズに近い多孔性部材を有するインクジェット・ペン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリウレタン発泡体本体(130,132,134)が、
インク格納及び背圧のためにペンのインク・チャンバ(1
60,162,164)に挿入される、新規のインクジェット・プ
リント・カートリッジ（ペン）を提供する。 【解決手段】 インク・チャンバは高さが高く、幅の狭
い縦横比を有する。ポリウレタン発泡体本体はペンの幅
方向にフェルトされ、フェルトされる前の20％の幅にな
る。フェルトの後、発泡体本体は切断され、インク・チ
ャンバの内部体積として「正味サイズに近い」体積を有
することになる。特に、挿入前の体積はインク・チャン
バの内部体積の約130％より小さい。幅方向における実
質的なフェルトは、高さが高く幅の狭い縦横比を有する
インク・チャンバに挿入されるのに十分な剛性を発泡体
に提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット印
刷で使用するために、インクを網状の発泡体内に格納す
る装置及び方法に関し、詳細には、インク・チャンバに
挿入される前に、挿入後の正味体積に近い体積を有する
網状の発泡体に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット・プリンタは一般に、精
巧なプリントヘッドと、インクが充填された取り付け式
のインク・チャンバを含むインクジェット印刷カートリ
ッジ、又は「ペン」を使用する。プリントヘッドは、超
小型機械部品であり、関連するノズルの配列からインク
小滴を噴出するように付勢される小型熱抵抗器又は圧電
変換器の配列を含む。プリントヘッドはインク供給機構
に永久的に取り付けられる場合もあり、インク供給機構
が個別に交換される場合もある。ペンは、プリンタのキ
ャリッジに取り付けられ、プリンタと電気的なインタフ
ェースを行う。プリンタは、ペンが、選択されたマトリ
ックス・パターンでノズルから小滴を噴出する時に印刷
媒体（例えば、紙）を横切ってペンを前後に走査し、そ
れによって、所望の英数字又はグラフィックスのスワス
を印刷する。各スワスを印刷した後、プリンタは媒体を
進ませ、新しいスワスの印刷を開始する。このように連
続してスワスが印刷され、所望の英数字又はグラフィッ
クスの印刷が媒体上に完成される。

【０００３】ノズルが付勢されていない時に、インクが
ノズルから落ちないように、ペン中のインクは、大気圧
よりも低い圧力でインク・チャンバ中に保持されなけれ
ばならない。しかし、この負の相対圧力、即ち背圧は、
付勢チャンバの内部に空気が吸い込まれ、そのために付
勢チャンバのプライミングが失われ、もはや機能しなく
なるほど大きなものであってはならない。弾性の気孔
や、ばねと柔軟なバッグの組合せ等、適当な背圧を提供
する様々な機構が考案されている。

【０００４】最も信頼性の高い背圧システムの１つは、
合成発泡体のような多孔性材料をインクのタンク内で使
用するものである。インクは、発泡体の中に注入され、
その発泡体は毛管作用によってインクを適当な背圧で保
持する。ヒューレット・パッカード社（本発明の出願
人）に譲渡された米国特許第4,771,295号（ベーカー'29
5）は、インク保持及び背圧用に合成発泡体を使用する
インクジェット・ペンを開示している。この特許（ベー
カー'295）で開示されたペンの重要な特徴は、ペン本体
の底壁から上向きに延びて、発泡体と圧接するインク・
パイプである。このインク・パイプは、発泡体からプリ
ントヘッドまでのインク用の流体導管である。インク・
パイプは、局所的に発泡体を圧縮し、それによってイン
ク・パイプの領域内の発泡体の毛管作用を増大させる。
その発泡体のインクが枯渇すると、インク・パイプ付近
で増大した毛管作用によって、他の全ての発泡体の部分
からインク・パイプにインクが吸引される傾向があり、
そのため、印刷のために最大量のインクが発泡体から吸
引され得る。

【０００５】発泡体を用いた方式のペンでは、発泡体を
インク・パイプにしっかり接触させて、圧縮性毛管作用
と、パイプ及びインクが充填された発泡体の間のインク
密封を維持することが重要である。この圧接が維持され
なくなった場合、発泡体の側面の周りの周辺空気からイ
ンク・パイプの内部に空気の経路が形成され、不幸にも
ペンのプライミングが失われることになる。従来技術の
ペンでは、インク・パイプと発泡体の間に適当な圧接を
確保するために、インクを充填すべきインク・チャンバ
よりも体積が大きな発泡体本体を使用している。従っ
て、発泡体本体は挿入の間に、何らかのメカニズムによ
って圧縮されなければならない。一旦挿入が行われる
と、圧縮は解除され、その結果、発泡体の側面が拡張し
て、インク・チャンバの壁に弾性的に接触する。このイ
ンク・チャンバの壁との圧接によって、発泡体は所定の
位置に維持され、インク・パイプに接触する。多くの場
合、このような発泡体本体は、挿入の前の体積がインク
・チャンバの内部体積よりも50％以上大きい。

【０００６】インク・チャンバに発泡体を挿入する処理
の間に発泡体にしわが寄り、あるいは発泡体にその他の
圧縮異常が発生することを最小限に抑え、あるいは回避
することが非常に重要である。このような局所的なし
わ、及び異常は、より圧縮された意図しない領域をもた
らす。これらの、より圧縮された領域では、周辺の発泡
体よりも毛管作用が増大し、インクはこのような位置に
滞留する。このように滞留したインクは、無駄になり、
印刷に使用することができない。

【０００７】インク・チャンバの内部体積と比べて大き
な体積を有する発泡体部材を挿入するために必要なメカ
ニズムは、ペンの組立を複雑にし、かつコストを増大さ
せる。そのようなメカニズムの１つは、例えば、発泡体
をインク・チャンバよりも小さな幅に圧搾する並列板を
使用するものである。この板と発泡体がインク・チャン
バ内に下降した後、別のメカニズムが発泡体の背部を押
し、同時に、方々に移動させ、又はつめ車をつけて移動
させて、ペン本体から板が取り外される。

【０００８】発泡体挿入メカニズムの複雑さは、インク
・チャンバの高さがより大きくなり、幅がより狭くなる
時に現れる。インクジェット・ペンの幅をできるだけ狭
くすることがますます重要になっている。ペン全体の幅
は、プリンタの幅と、プリンタが占有するデスク・スペ
ースの広さに影響を及ぼす。更にカラー印刷の場合のよ
うに複数のペンで印刷を行う際、ペンの幅を狭くするこ
とによって印刷品質を向上させることもできる。ペンの
幅を狭くするとペンのプリントヘッドをより近接して配
置することができ、そのため、印刷時にペンが印刷媒体
にわたって走査される時に、異なる色のインク滴の噴出
時間間隔が短縮される。一方、プリンタのユーザは、イ
ンクジェット・ペンがより長時間にわたって使用でき、
言い換えると、インクジェット・ペンがより多くのイン
クを保持することを望んでいる。インクの体積を増加さ
せ、同時に幅の狭い形状を維持する最良の方法の１つ
が、ペンの高さを高くすることである場合が多い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ペンの高さが
高く、かつ幅が狭いほど、インク・チャンバに発泡体を
適切に挿入することが困難になる。特に、発泡体が上か
ら下に装填されるペンでは、ペンの高さが高いほど、発
泡体がぺンに装填される時に、望ましくないしわ又はそ
の他の異常が発泡体内に形成される可能性が高くなる。
又、ペンの高さが高いほど、挿入の間の発泡体とペン本
体の内壁の間の摩擦が、発泡体とインク・パイプの間の
望ましい圧縮力を妨げる可能性も高くなる。高さが高
く、幅が狭いインク・チャンバよりもかなり大きな挿入
前の体積を有する発泡体本体を挿入するために必要なメ
カニズムは極めて複雑である。

【００１０】大きな発泡体本体の挿入に関連する問題を
回避し、同時に、発泡体とインク・パイプの間の適切な
密封性を提供する、発泡体を使用する形式のインク格納
装置に対する必要性が未だにある。この解決策は好適に
も、高さが高く幅が狭い縦横比を有するインクジェット
・ペンに対し、上から下に挿入を行うことを可能にす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、内部体積を有
するインク・チャンバを含むインクジェット印刷システ
ム用のインク格納装置及び方法を提供するものである。
網状の合成発泡体本体がインク・チャンバに挿入され
る。発泡体本体は、インク・チャンバに挿入される前
は、インク・チャンバの内部体積の約130％よりも小さ
い体積を有する。

【００１２】本発明は、インク・チャンバ、特に幅の狭
い縦横比を有するインク・チャンバへの発泡体本体の挿
入に関連する問題の解決策を提供するものである。発泡
体の体積及び／又は幅がインク・チャンバの体積及び／
又は幅に近いので、幅の狭い縦横比を有するペンに発泡
体を挿入することに関係する問題が最小限に抑えられ
る。本発明によって製造された発泡体部材を使用せず
に、例示した実施例の中央チャンバのような、高さが高
く、幅の狭い縦横比を有するチャンバに発泡体部材を挿
入することは、不可能ではないが、非常に困難である。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のペンを使用する
インクジェット・プリンタを示している。このプリンタ
は概略的に示されているに過ぎず、用紙吸入トレイ、用
紙排出トレイ、及びその他のオプションは図示されてい
ない。プリンタは、その全体が10で示され、ハウジング
12、キャリッジ14、制御装置16、キャリッジ駆動モータ
18、及び用紙駆動モータ20を含む。単色ブラック・ペン
22及び複数チャンバ三色ペン24は、図のようにキャリッ
ジ14に取り付けられる。ペン22及び24によって印刷され
る印刷媒体26は、プリンタ10内に示されている。印刷媒
体26は、例えば紙でも、透明フィルムでも、封筒でも、
その他の印刷媒体でもよい。

【００１４】プリンタ10は、当技術分野で周知である
が、以下に簡単に説明した方法で印刷媒体26上に印刷す
るようにペン22及び24を作動させる。キャリッジ移動モ
ータ18は、ベルト28によってキャリッジ14に接続され
る。制御装置16は、Ｘで示された矢印の走査方向で右又
は左にキャリッジ14を駆動するようにキャリッジ移動モ
ータ18を作動させる。キャリッジ14が右又は左へ移動す
るたびに、プリンタは媒体26上に「スワス」を印刷す
る。媒体移動モータ20は、伝動メカニズム30（概略的に
図示）に接続される。伝動メカニズム30は駆動ローラ及
びピンチ・ローラ（図示せず）に接続され、駆動ローラ
及びピンチ・ローラは、当技術分野で周知の方法で媒体
26に順に直接接触する。

【００１５】キャリッジ14が１つのスワスの印刷を完了
した後、制御装置16はＹで示された方向、即ち、媒体の
移動方向にスワス１つ分の幅だけ媒体26を移動するよう
に媒体移動モータ20を作動させる。別のスワスが完了し
た後、媒体26は更に別のスワスを印刷することができる
ように、方向Ｙにスワスの幅だけ移動される。このよう
に、全ての所望の英数字及び／又はグラフィックスが媒
体26に印刷されるまで、連続的にスワスが印刷される。

【００１６】印刷される媒体26の領域は印刷ゾーンと呼
ばれ、Ａで示されている。印刷ゾーンＡはキャリッジ14
が媒体26を横切って走査する際の、印刷される現在のス
ワス幅領域とみなすことができる。様々に構成されるペ
ン22及び24の幅は、走査方向Ｘで測定される。ペン22及
び24の構成の長さは、媒体移動方向Ｙで測定される。ペ
ン22及び24の高さは、Ｚで示され、印刷ゾーンＡで印刷
媒体26に垂直な方向で測定される。

【００１７】図２及び図３で示すように、複数チャンバ
のペン24は、本体部材110、側部カバー部材112と114、
中央カバー部材116、フィンガ・タブ118、及び接触パッ
ド122を含む柔軟ストリップ120を含む。フィンガ・タブ
118は、図１で示したように、ユーザがプリンタ・キャ
リッジ14にペン24を容易に挿入できるようにするために
含まれている。ペン24の主要本体部材110は主に、主イ
ンク・キャビティ部124とノーズ部126の２つの部分に分
けられる。

【００１８】図４に示したように、複数チャンバのペン
24は、中央多孔性部材130、側部多孔性部材132、側部多
孔性部材134、中央フィルタ136、側部フィルタ138と14
0、及びプリントヘッド142も含む。プリントヘッド142
は、熱硬化性エポキシ層144によって主要本体部材110に
取り付けられる。柔軟ストリップ120は、主要本体部材1
10に熱かしめ接合される。柔軟ストリップ120は、プリ
ントヘッド上の接触パッドに接続される注文設計の銅製
トレースを有するポリマー・フィルムで形成された注文
生産のテープ自動接着(TAB)回路である。熱可塑性接着
フィルムの接着層146は、主要本体部材に熱かしめ接合
される前に、柔軟ストリップ120に積層される。接着層1
46は、融解して柔軟ストリップ120が主要本体部材に接
着するのを助け、柔軟ストリップ上の導体に電気絶縁を
与えるのを助ける。注文生産のＴＡＢ回路は通常入手可
能であり、電子機器業界で広く使用されている。ペン２
４が挿入されるプリンタは、柔軟ストリップ120上の接
触パッドとインタフェースし、プリントヘッド上の抵抗
器を適当な時間に付勢する適当な駆動信号を提供する。

【００１９】フィルタ136、138、及び140は、主要本体
部材110に取り付けられる。ねじ状ナイロン・プラグ145
は、中央キャップ116に形成された穴148に押し込まれ
る。同様に、ねじ状ナイロン・プラグ150及び152は、主
要本体部材110に形成された穴154及び156に押し込まれ
る。これらのプラグの螺旋状ねじパターンは、発泡体部
材130、132、及び134のインクが枯渇した時に、ペンが
空気を吸入できるようにする空気経路を提供する。この
螺旋状パターンの縦長で幅の狭い溝は、ペン内部から周
囲の環境に蒸気が拡散するのを防ぐ障壁として働く。

【００２０】低摩擦カバー・シート158は、発泡体部材1
30の側面を覆うように設けられる。発泡体部材130は、
主要本体部材110の中央チャンバ160に挿入される。発泡
体部材132は、側部チャンバ162に挿入され、発泡体部材
134は、側部チャンバ164にはめ込まれる。発泡体部材13
0、132、及び134は、酸化防止剤を有さないポリエーテ
ル・ベースのポリウレタン連続気泡発泡体で形成するこ
とが好ましい。本質的に網状で熱硬化性のメラミン凝縮
物のような、他の多孔性材料を使用することもできる。
発泡体部材を主要本体部材に挿入した後、カバー部材11
4、112、及び中央カバー部材116が、ペン内で発泡体部
材130、132、及び134を囲むように、主要本体部材110に
超音波溶接される。カバー部材112、114、及び116を溶
接するステップが完了すると、発泡体部材130、132、及
び134内にインクが注入される。

【００２１】図５に示したように、主要本体部材110
は、前述の中央チャンバ160、及び側部チャンバ162と16
4を含む単一の単体部品として形成される。主要本体部
材110は、マニフォールド部166を含み、マニフォールド
部には、インク・チャンバ160、162、及び164からプリ
ントヘッドの方にインクが送られる。主要本体部材110
は、ペン本体の他の部分の場合と同様に、15％のガラス
充填を有するガラス充填PET（ポリエステル）で製造さ
れる。

【００２２】マニフォールド166は、中央インク・パイ
プ168、及び２つの側部インク・パイプ170と172を含
む。インク・パイプ168は、底壁174から上向きに延び、
インク・パイプ170と172は、側壁176と178から外側に延
びる。インク・パイプ168、170、及び172は、それぞれ
のインク・チャンバからインクを受け取るインク入口を
形成する。これらのインク・パイプは、サイズが9.6mm
×4.5mmの矩形断面を有し、従って、内部断面積は43.2m
m²である。フィルタ136は、ステンレス合金ワイヤ・メ
ッシュで形成され、図のように中央インク・パイプ168
に熱かしめ接合される。同様に、ステンレス合金ワイヤ
・メッシュ・フィルタ138と140を、図のように側部イン
ク・パイプ170と172に熱かしめ接合する。これらのフィ
ルタは、それらが取り付けられるインク・パイプと同じ
有効濾過面積、即ち、43.2mm²を有する。このフィルタ
の名目濾過能力は約15ミクロンであり、典型的な厚さは
約0.15mmである。

【００２３】これらのフィルタは、異物及び気泡が発泡
体からインク・パイプに進入するのを防ぐ。フィルタ
は、フィルタを通過するインクのスパイク・サージ(spi
ked serge)を防止する重要な機能も提供する。このワイ
ヤ・ストランド間の空間は、流体絞りとして作用し、フ
ィルタを通過する流体の速度の指数関数に基づいて流体
の流れに抵抗を与える。従って、インクが、例えば印刷
時のようにフィルタを低速で通過する場合、名目抵抗が
フィルタにおいて満たされる。フィルタがないと、例え
ばインク滴が落下することによってペンが振動する場
合、インクのサージによって、空気が容易にプリントヘ
ッドの付勢チャンバに吸入され、このチャンバのプライ
ミングが失われる。しかし、フィルタが所定の位置にあ
ると、フィルタを通過する急速な流体の流れの大部分が
回避され、その結果、空気の吸入は行われない。

【００２４】中央発泡体部材130はＺ軸方向から中央チ
ャンバ160に挿入され、中央インク・パイプ168及びフィ
ルタ136によって圧縮される。中央発泡体部材130は、図
のように、インク・パイプ168及びフィルタ136上で下向
きに圧縮され、インク・パイプ168及びフィルタ136の周
囲近辺に広がる。摩擦係合のために、インク・パイプ16
8及びフィルタ136の周囲近辺での発泡体部材130のこの
ような圧縮及び重なりは、Ｚ軸方向に対して垂直な方向
の発泡体部材130の動きを著しく制限する。同様に発泡
体部材132は、図５に示したＸ軸方向から側部インク・
チャンバ162に挿入され、側部インク・パイプ170及びフ
ィルタ138の周囲近辺で圧縮され、前記周囲近辺で側部
インク・パイプ170及びフィルタ138の形状に順応する。
図のように、発泡体部材134はＸ軸方向からインク・チ
ャンバ164に挿入され、インク・パイプ172及びフィルタ
140の周囲近辺で圧縮され、前記周囲近辺でインク・パ
イプ172及びフィルタ140の形状に順応する。発泡体部材
132と134がそれぞれのインク・パイプ及びフィルタの近
辺で圧縮されることと、インク・パイプ及びフィルタの
周囲の摩擦係合が、Ｘ軸方向に対して垂直方向での発泡
体部材132及び134の動きを著しく制限する。

【００２５】発泡体部材130、132、及び134がそれぞれ
のインク・パイプ及びフィルタの近辺で圧縮されること
によって、それぞれのインク・パイプ及びフィルタの領
域での発泡体部材の毛管作用が増大する。この毛管作用
の増大のために、インクがインク・パイプ168、170、及
び172の方に吸引される。インクは、これらの導管から
プリントヘッド142の裏側に送られ、そこから、プリン
タから受け取った信号に応じて印刷媒体上に噴射されう
る。

【００２６】プリントヘッド142は、電子機器グレード
のシリコン・ウェハで形成された基板に基づくものであ
る。抵抗器、導体、インク・チャネル・アーキテクチ
ャ、及びその他のプリントヘッド構成要素は、集積回路
の製造で使用されるものと同じ、フォトリソグラフィッ
ク技法を使用して基板上に形成される。プリントヘッド
142は、フェース・シュータ設計であり、これは、イン
クが基板の後方の位置から基板に送られ、インク滴が基
板表面に対して垂直に噴出されることを意味する。イン
クがプリントヘッドの裏面に送られるので、フェース・
シュータ・プリントヘッドでのインク・パイプの自然な
配向は、印刷媒体に垂直で、印刷媒体から離れる方向を
指し、走査方向に直交するものである。裏面からプリン
トヘッド表面にインクを供給することの１つの利点は、
プリントヘッドとインクの接触が、印刷が進行する際に
プリントヘッドから熱を除去するヒート・シンクとして
作用することができることである。

【００２７】図から分かるように、プリントヘッド142
の幅W1は、ペン全体の幅W2よりもかなり小さい。前述の
ように、プリントヘッド内の構成要素は比較的高価であ
るので、プリントヘッドのサイズを最小限に抑えること
は、ペン全体のコストを最小限に抑える上で重要であ
る。プリントヘッド142の裏面では、異なる色のインク
間のインク間インタフェースが１つしか発生しないこと
も明らかである。具体的には、接着層144が異なる色の
インクを互いに離して維持する。従って、ペン24が比較
的多量のインクを備え、比較的小さなプリントヘッドを
有する場合でも、マニフォールド機構166によって、プ
リントヘッドがインク間インタフェースを１つだけ有す
ることが可能になる。言い換えると、ある色のインクが
他の色の専用のチャンバに漏れる可能性のある、プリン
トヘッド内の別の位置に継ぎ目やその他の接続部はな
い。インク間インタフェースが１つしかないというこの
有益な特徴は、主要本体部材110の一部として形成され
た新規のマニフォールド166によって達成される。外側
チャンバが側面から装填されるので、カバー部材112、1
14、及び116の主要本体部材110への取付けポイントでは
インク間インタフェースは発生しない。従って、インク
・チャンバ・カバー部材の取付け領域が他のインク間イ
ンタフェースを提供し、インクが混合される固有の危険
性を有する、前の世代の多色HPペンと比べて、インク間
インタフェースが排除されている。

【００２８】中央チャンバ160は、側壁176と側壁178の
間の空間によって画定され、底壁174から上向きに延び
る。側部チャンバ162及び164はそれぞれ、側壁176及び1
78の外側になるように画定される。インク・パイプ168
は、底壁174から上向きに延び、中央発泡体部材130に圧
接する。内壁176及び178は底壁174から上向きに延び
る。インク・パイプ170及び172はそれぞれ、図のよう
に、内壁176及び178から外側に延び、それぞれの発泡体
部材132及び134に圧接する。マニフォールド166は、３
つのインク出口183、184、及び185を有する。プリント
ヘッド142は、３つのノズル群186、187、及び188を有す
る。図から分かるように、中央インク・パイプ168は、
中央インク出口184に流体連通し、従って中央ノズル群1
87に流体連通する。側部インク・パイプ170は、出口183
に流体連通し、従ってノズル群186に流体連通する。側
部インク・パイプ172は、出口185に流体連通し、従って
ノズル群188に流体連通する。

【００２９】インク・パイプ168、170、及び172が、発
泡体に圧接するように延びて、インク・パイプの領域で
発泡体の毛管作用を増大させることは重要である。フィ
ルタ136、138、及び140は、この圧縮を助けるという重
要な役割も果たす。上述の本発明の出願人による前の世
代のペンでは、これらのインク・パイプは、ペンの底壁
から上向きに、全て同じ方向へ延びている。これらのイ
ンク・パイプは、全て同じ方向、即ち、上向きでペンの
底壁から離れる方向に配向されている。しかし、本発明
で図示されるペンでは、底壁174から離れて上向きに延
びるのはインク・パイプのうちの１つ、即ちインク・パ
イプ168だけである。他の２つのインク・パイプ170及び
172は、外側に向かって、それぞれのインク・チャンバ
内に延びる。

【００３０】ペン24のサイズを以下の表１に示す。この
サイズは、主インク・キャビティ部124に関して示され
たものであり、ノーズ部126は無視されている（図
３）。上述のペン24の各部に関して、幅はＸ軸に沿って
とったものであり、長さはＹ軸に沿ってとったものであ
り、高さはＺ軸に沿ってとったものである。図５に示し
たように、中央チャンバ160の底部幅はW3であり、頂部
幅はW4である。チャンバ162、及び164の底部幅はそれぞ
れW5、W7であり、頂部幅はそれぞれW6、W8である。特に
示されたものを除き、全てのサイズはミリメートル単位
で示される。

【００３１】

【表１】

【００３２】以下の表２は、３つのインク・チャンバ16
0、162、及び164の高さをそれぞれの幅と比較したもの
である。３つのチャンバはそれぞれ、その高さによって
異なる幅を有するので、高さ／幅の比較は、各チャンバ
の底部幅、頂部幅、及び平均幅に関して行われている。

【００３３】

【表２】

【００３４】従って、高さ／幅の比率は全て６以上であ
り、この比率のうちの大部分は７以上である。この比率
は約6.5ないし約8.5の範囲にある。チャンバの平均幅を
使用した高さ／幅の比率は全て７以上であり、約7.5に
近い。長さ／幅の比率は全て５以上である。この比は、
約5.5ないし約７の範囲にある。チャンバの平均幅を使
用した長さ／幅の比率は全て、約６ないし6.25の範囲に
ある。

【００３５】ペン24のチャンバのサイズ及びサイズの比
率は、本発明の出願人であるヒューレット・パッカード
社が製作した前の世代のペンの対応する値と比較するこ
とができる。以下の表３は、一般に知られ広く使用され
ている型式番号で識別された前の世代のHPペンのサイズ
及び主要なサイズの比率を示すものである。

【００３６】

【表３】

【００３７】表３に示したように、DeskJetの51625Aカ
ラー・ペンの高さ／幅の比率は2.96であり、長さ／幅の
比率は1.80である。しかし、解決しなければならない問
題は、DeskJet51625Aカラー・ペンのチャンバの「幅」
がどのようなものであるかということである。上記の表
では、媒体移動方向の最も狭いサイズが幅のサイズとし
て選択されている。（プリンタにペンを設置した時の）
走査方向に沿ったサイズが幅として選択された場合、上
記表中の幅の測定値と長さの測定値が入れ替わる。5162
5Aカラー・ペンのチャンバは、横方向に配向し、又は、
走査方向ではなく用紙移動方向に横に配列されるので、
用紙移動方向でより幅が狭い。この横配向のために、イ
ンク・チャンバからプリントヘッドにインクを送る複雑
なマニフォールドが必要になる。このマニフォールド
は、個別の部品として形成され、ペンの底部に接着剤、
あるいは超音波溶接で取り付けられなければならない。
従って、このマニフォールドは、ペン部品が相互に取り
付けられた位置で異なる色のインク間の望ましくないイ
ンク間インタフェースの追加をもたらす。

【００３８】PaintJet51606Aカラー・ペンの高さ／幅の
比率は4.89であり、長さ／幅の比率は4.86である。従っ
て、PaintJetカラー・ペンのチャンバは、側部から見た
時に正方形に近い断面を有し、小さな縦横比を有するも
のとみなすことができる。PaintJetカラー・ペンは、ペ
ン本体部品間の複数のインク間インタフェースの問題を
回避する。しかし、これらのペンは、非常に幅の広いプ
リントヘッドを有するという望ましくない特徴を有す
る。この幅の広いプリントヘッドは、高価であり、かつ
３つの色に対応するノズル群を、改良された印刷品質の
ための望ましい位置よりもかなり離れた位置に配置す
る。

【００３９】ペン24のチャンバの高さ／幅の比率が、Pa
intJetカラー・チャンバの高さ／幅の比率よりも35％な
いし73％だけ大きいことに十分留意されたい。絶対高さ
に関しては、ペン24のチャンバの高さは、約70mm（ノー
ズ部126を除く）であるが、PaintJetカラー・チャンバ
の高さは33mmに過ぎない。従って、ペン24のチャンバの
高さは、PaintJetカラー・ペンのチャンバの高さよりも
２倍以上も高い。

【００４０】従来のHPの発泡体ベースのペンでは、イン
ク・パイプが上向きに延びてペンの内壁底部から発泡体
内に入っていた。プリントヘッド表面及び印刷媒体に垂
直なこの上向きの配向は、フェース・シュータのペンに
おけるインク・パイプでは自然な配向である。しかし、
ペン24の絶対高さ及びその高さ／幅の縦横比のために、
インクを滞留させる発泡体のしわ又はその他の異常をも
たらさずに、頂部からインク・チャンバ内に発泡体を装
填することは困難である。

【００４１】又、ペン24は、高さ／幅の比率と長さ／幅
の比率が共に４以上なので、縦横比の小さなインク・チ
ャンバを有する。ペン24中のインク・チャンバは、表２
に示したように小さな縦横比の範囲を有するが、発泡体
部材は、縦横比の小さなインク・チャンバに関連する上
述の問題をもたらさずに、それぞれのチャンバ160、16
2、及び164に装填される。これは、様々な要因によるも
のである。第１に、発泡体部材は大幅にフェルトされ、
そのため、これらの発泡体部材には高い剛性が与えられ
る。更に、発泡体部材はそれぞれのチャンバの内部キャ
ビティのサイズに近い最終サイズを有するようにフェル
トされる（フェルトについては、図６及び図７に関して
更に詳しく説明する）。上から下に向かって装填しなけ
ればならない中央チャンバ160では、チャンバは、底部
近くよりも頂部近くの方が大きな幅を有し、そのため、
チャンバの壁は、発泡体が装填されるにつれて発泡体を
徐々に圧縮する。

【００４２】最後に、ペン24の外側チャンバ162及び164
は、頂部からではなく側部に開口され、発泡体部材132
及び134が外側側部から装填される。このため、発泡体
部材132及び134は、非常にわずかな距離（約9mm）だけ
ペン本体に装填すれば、インク・パイプに圧接する。従
って、インクの滞留や、インク・パイプとの接触の不確
実さのような、発泡体の挿入に関係する問題が最小限に
抑えられる。更に、ペン本体に発泡体を挿入するための
特殊な道具が必要とされないので、組立コストも低減さ
れる。発泡体は、外側チャンバにかなり簡単に挿入する
ことができる。

【００４３】検討しなければならない重要な問題は、ペ
ン本体部品を形成するために使用しなければならない成
形プロセスである。インクジェット・ペンの本体は通
常、射出成形されたプラスチックで形成される。前の世
代のHPの発泡体をベースとしたペンのチャンバでは、イ
ンク・パイプがチャンバの底部から上向きに延び、前記
チャンバは、チャンバの頂部から始まる開口部から発泡
体が挿入されるように形成される。従って、このチャン
バは、深い内部キャビティとして形成される。そのよう
な深いキャビティを形成するには、成形部品が、成形さ
れるプラスチック部品内に深く延びていかなければなら
ない。３チャンバ付きペンの場合、そのような３つの成
形部品を近接して並置しなければならない。鋳型内と成
形部品の周りにプラスチックを注入してペン本体を形成
した後、インク・チャンバから深い鋳型部分を除去しな
ければならない。高さ／幅の比率及び／又は長さ／幅の
比率が大きいほど、成形済み部品にダメージを与えるこ
となくこのような鋳型部分を除去することは困難にな
る。発泡体が上から下に挿入されるように、ペン24内の
全ての３つのチャンバを深いキャビティとして形成した
場合、並置されたそのような深い３つのチャンバから内
部成形部品を取り除くことが困難なので、成形組立の設
計は、可能であるにしても、非常に困難なものとなる。

【００４４】中央チャンバ160は、深いキャビティとし
て形成される。しかし、そのような深いチャンバに伴う
問題は、中央チャンバでは、底部から頂部の方に向けて
幅が広くなるように中央チャンバを形成することによっ
て、ある程度解消される。ペンの外部がほぼ矩形の形状
を有するので、外側チャンバは、底部から頂部の方に向
けて幅が狭くなるようにしなければならない。従って、
１つのチャンバ（中央チャンバ）がそのような広くなっ
ていく幅を有することは可能であるが、ペンが矩形でな
い外形要素を有し、あるいは、ペンの壁が均一でない厚
さを有さない限り、全ての３つのチャンバがそのような
広くなっていく幅を有することは不可能である。これら
の代替策はいずれも望ましくない。

【００４５】発泡体本体部材130、132、及び134は、ペ
ン24に挿入される前に「フェルト」されなければならな
い。前述の通り、発泡体本体部材130、132、及び134
は、網状のポリウレタン発泡体で形成することが望まし
い。フェルトとは、発泡体が加熱と圧縮を同時に施され
る処理であり、これによって発泡体は、凝固して圧縮状
態を保持する。フェルト処理について、図６及び図７に
関連して説明する。フェルトを行う前で、発泡体の平均
の孔のサイズは2.54cm(１インチ)当たり85ないし90個で
あり、密度は、0.028m³(１立方フィート)当たり約0.59K
g(約1.3lb）であり、厚さは約5.84cm(約2.3インチ）で
ある。

【００４６】図６及び図７では、２つのフェルト・プレ
ス210及び212が用いられて網状のポリウレタン発泡体部
材214がフェルトされる。図７に示したように、フェル
ト・プレス210及び212をより接近させて発泡体部材214
を圧縮する。同時に、フェルト・プレス210及び212を介
して熱が加えられる。これによって、発泡体部材214の
内部構造が凝固して、図７に示した圧縮構成が保持され
る。発泡体は360゜Fで35分間フェルトされる。フェルト
後、発泡体の厚さは約1.07cm（約0.42インチ）になる。
従って、図６に示した未圧縮状態と比べて、発泡体本体
部材130、132、及び134は、ペン本体に挿入される前に
合計で548％フェルトされる。言い換えれば、発泡体
は、フェルト前の状態の約18％にフェルトされる。ペン
24で使用される発泡体は、前の世代のHPペンよりもかな
り大幅にフェルトが施される。

【００４７】大きな発泡体のスラブをフェルトして、こ
のスラブから発泡体部材を切り出す。発泡体部材は、鋸
あるいは押し型で切断することもできる。より効率的で
廉価であるという点では押し型が好ましい。フェルトに
よって発泡体本体の押し型は更に容易になる。なぜな
ら、フェルトされた発泡体はより硬くなり、押し型処理
の間に縁部の近辺が転動することを抑制するからであ
る。発泡体がフェルトされない場合、発泡体はそれほど
硬くなく、押し型処理の間に縁部が過度に転動する。発
泡体本体をフェルトし、押し型処理を行う場合でも、発
泡体本体のある縁部、具体的には、縁部218、220、及び
222のような、図４に示したＺ軸に平行な縁部と、図示
していない他のＺ軸に垂直な縁部がより直角になるよう
に鋸で切断する仕上げステップを実行することが好まし
い。

【００４８】フェルト処理の利点は、それが、発泡体部
材をペン本体に挿入する上で助けとなることである。こ
れは、中央発泡体部材130について特に当てはまる。フ
ェルト処理によって、発泡体は、図４及び図５に示すＺ
軸方向で更に硬くなる。中央チャンバ160は特に縦長で
あり、幅が狭い。そのような縦長で幅の狭いチャンバに
発泡体部材を挿入することは困難である。しかし、フェ
ルト後の発泡体の剛性のために、発泡体部材を中央チャ
ンバ内に、より容易に挿入することができ、かつ発泡体
内にしわ又は均一でない部分が生じる可能性が低減され
る。発泡体が局所的に強く圧縮される各位置では、発泡
体がわずかに強い毛管作用を有し、これらの位置で、あ
る量のインクが滞留するため、こうした均一でない部分
を除去することは極めて重要である。

【００４９】更に、この剛性は、インク・パイプ168と
発泡体部材130の間の正の圧縮及び密封を維持する上で
も助けとなる。発泡体部材132及び134は、側部チャンバ
162及び164にかなり容易に挿入される。しかし、この配
向でも、フェルト処理によって達成される追加の剛性
は、発泡体本体132及び134とインク・パイプ170及び172
の圧接を維持する上で助けとなる。全ての３つのチャン
バ内の発泡体に関して、フェルト軸、即ちフェルト方向
は同じであり、フェルト・プレス210及び212がフェルト
処理の間に移動する方向、即ち、図６及び図７に示した
Ｘ軸方向である。

【００５０】前述の通り、中央チャンバ160は、底部付
近あるいは底壁174に近い部分よりも頂部付近の方が幅
が広い。フェルト後の中央発泡体部材130は、ほぼ中央
チャンバの頂部付近の幅となる。従って、中央発泡体部
材130は、中央チャンバ160に挿入されるにつれて、内壁
176及び178によって更に圧縮される。

【００５１】中央チャンバ内への発泡体の装填は、ペン
24で使用される発泡体のスラブの「正味に近い」サイズ
のために前の世代のペンを上回る改良がなされている。
インク・チャンバ・キャビティの体積と挿入前の発泡体
の体積の比較を、以下の表４に記載する。

【００５２】

【表４】

【００５３】従って、前の世代のHPの発泡体ベースのペ
ンでは、発泡体／キャビティの体積比率は約1.5以上の
付近のものである。これは、チャンバに挿入される前の
発泡体の全体体積が、発泡体が挿入されるチャンバの実
際の体積よりも少なくとも50％大きいことを意味する。
このことは、挿入処理の間に発泡体をチャンバ内に圧搾
することを要求する。この圧搾では、発泡体を何らかの
手段で圧縮しながら、チャンバ内に挿入するための付加
的な機械を必要とする。

【００５４】本発明が開発される前には、発泡体、ペン
の内壁、及びインク・パイプの間の適当な圧接を達成す
るためにこのような発泡体の余分な挿入前体積が必要で
あると考えられていた。しかし、ペン24内の発泡体のフ
ェルトが高められたため、剛性が著しく高くなり、発泡
体部材は、それがキャビティに挿入される前のキャビテ
ィの体積により近いものにすることができる。表３に示
したように、ペン24の発泡体部材は、キャビティの体積
の1.23倍ないし1.26倍の挿入前体積を有する。従って、
発泡体部材は、キャビティの体積の約125％の挿入前体
積を有し、これが圧縮されて実際に、挿入後の体積に変
わる。挿入後体積の130％よりも小さい挿入前体積が好
ましく、約125％の挿入前体積がより好ましい。挿入後
体積の130％より少ない挿入前体積は、「正味サイズに
近いサイズ」とみなされる。

【００５５】図８は、中央発泡体部材130を、高さが高
く幅が狭い中央チャンバに挿入する前に包み、その挿入
を助けるために使用することができる、スリーブ又はエ
ンベロープ158を示す。まず、図８の一番右に示したよ
うに低摩擦シートの材料を切断する。このシートに用い
られる１つの有用な材料は、デラウェア州Wilmingtonの
E.I.DuPont de Nemours & Co.,Inc.から入手できるTyve
k(R)の商標で知られる材料である。他の使用可能な材料
には、Mylar(TM)や、Teflon(TM)コーティングのMylarが
含まれる。Mylar及びTeflonもDuPont社から入手するこ
とができる。矩形シート158の内側の実線の直線、又は
曲線が切断部を表し、点線が折畳み部を表す。斜線で表
した部分は、切り取られて廃棄される。シート158は、
図８中の位置Ｂに示したように折畳まれる。部分232
は、図のように発泡体部材130の下に位置するサドルを
形成する。従って、シート158は、サドル232と、側部23
4及び236を備える。

【００５６】次に、図８の部分Ｃ及びＤに示したよう
に、中央発泡体部材130の周りをシート158で包む。サド
ル232は発泡体部材130の底面238（図４参照）に接触
し、側部234は発泡体部材130の側面240に接触し、側部2
36は発泡体部材130の側面242に接触する。サドル部232
は発泡体部材130が中央チャンバ160内部の下方向に挿入
された時に発泡体部材130上の所定の位置に材料シート1
58を維持する。サドル232によってシート158は、そのシ
ートと発泡体部材130がインク・チャンバ160に挿入され
た時にインク・チャンバ160の側面に対する摩擦力に抗
することができる。

【００５７】他の実施例では、シート158は、発泡体部
材130の側面に取り付けられる２つの別々なシートとし
て形成される。この実施例では、これらの別々のシート
は部分234及び236と同じであるが、サドル部232は切り
取られる。これらの別々のシート234及び236は、中央チ
ャンバ160に挿入される前に適当な接着剤によって発泡
体部材130の側面240及び242に取り付けられる。

【００５８】他の有利な実施例では、シート158はイン
クに露出された時に膨張する材料で形成される。シート
158はインクに接触した時に膨張するので、発泡体壁と
チャンバ壁の間に存在する空隙を埋めて、発泡体の側面
の周りとインク・パイプ168内に空気経路が形成される
可能性を排除する上で助けとなる。この材料もまた多孔
性であることが好ましい。多孔性材料は、発泡体と共に
毛管作用によって適当な背圧でインクを格納するよう作
用する。又、使用する材料は、発泡体部材130よりも低
い摩擦係数を有することが好ましく、乾燥時に、シート
158及び発泡体部材130の挿入時の引き裂きに耐えられる
ほど強靱であることが好ましい。意外なことに、シート
158に使用できる１つの材料は紙である。なぜなら、大
部分のインクは通常水性であり、そのインクによってセ
ルロース紙繊維が膨張するからである。大部分の紙は、
湿気を帯びた後、著しくもろくなる。しかし、発泡体13
0及びシート158は、発泡体にインクを注入する前に、乾
燥した状態でチャンバ160に挿入され、そのため、紙の
湿潤引き裂き強度は問題とはならない。ボンド紙は、相
応な強度特性、膨張特性、及び摩擦特性を与える。シー
ト158は、本明細書では、３チャンバのペンからなる、
上から装填される中央チャンバに使用できるものとして
開示されているが、単色ペン、又は複数チャンバ・ペン
の複数インク・チャンバでの使用にも適している。

【００５９】従って、大きな相対体積の発泡体をインク
・チャンバに挿入することに関連する問題を回避する、
インク格納装置と、こうした装置を製造する方法が開示
される。例示したインク・チャンバは、高さが高く幅の
狭い縦横比を有するが、発泡体は、しわや圧縮の異常が
最小限に抑えられた状態で挿入される。例示した発泡体
部材の利点は、発泡体部材130が上から下方向に装填さ
れる中央チャンバ160において特に明白である。発泡体
が挿入前にその正味サイズに近く（挿入後の体積に近
く）、かつ幅方向に沿って大幅にフェルトされるので、
このような高さが高く幅の狭いチャンバに発泡体を装填
することに関する潜在的な問題がほぼ解消される。

【００６０】以下に本発明の実施態様を列挙する。

【００６１】１． インクジェット印刷システムにおけ
るインク格納装置であって、内部体積を有するインク・
チャンバ、及び前記インク・チャンバ内に挿入され、前
記インク・チャンバに挿入される前に、前記インク・チ
ャンバの内部体積の約130％よりも小さい体積を有する
網状の合成発泡体本体を備えることを特徴とするインク
格納装置。

【００６２】２． 前記発泡体本体が、前記インク・チ
ャンバ内に挿入される前に、あるフェルト方向にフェル
トされることを特徴とする、項番１に記載のインク格納
装置。

【００６３】３． 前記インク・チャンバが、前記フェ
ルト方向に平行な幅方向と、前記フェルト方向に直交す
る高さ方向を有し、前記発泡体の挿入方向が、前記高さ
方向に沿ったものであることを特徴とする、項番１又は
２のどちらかに記載のインク格納装置。

【００６４】４． 印刷ゾーンで印刷媒体を横切る走査
方向にペンを走査させるインクジェット印刷システム用
のインクジェット・ペンであって、プリントヘッド、前
記プリントヘッドに流体連通され、前記走査方向に平行
な幅方向と前記印刷ゾーンで前記印刷媒体に垂直な高さ
方向を有するインク・チャンバ、及び前記高さ方向に沿
って前記インク・チャンバ内に挿入され、前記幅方向に
フェルトされ、前記インク・チャンバ内に挿入される前
に前記インク・チャンバの内部体積の130％よりも小さ
い体積を有する網状のポリウレタン発泡体本体を備える
ことを特徴とするインクジェット・ペン。

【００６５】５． 前記発泡体が、前記フェルト方向に
少なくとも500％フェルトされることを特徴とする、項
番１ないし４のいずれかに記載のインク格納装置又はペ
ン。

【００６６】６． 前記インク・チャンバの高さが、そ
の幅の少なくとも６倍であることを特徴とする、項番１
ないし５のいずれかに記載のインク格納装置又はペン。

【００６７】７． 前記インク・チャンバの高さが、そ
の幅の少なくとも７倍であることを特徴とする、項番１
ないし６のいずれかに記載のインク格納装置又はペン。

【００６８】８． 前記発泡体本体が、前記インク・チ
ャンバ内に挿入される前に、前記インク・チャンバ内に
挿入が行われる前の前記インク・チャンバの内部体積の
約125％以下の体積を有することを特徴とする項番１な
いし７のいずれかに記載のインク格納装置又はペン。

【００６９】９． インクジェット・ペンを提供する方
法であって、プリントヘッドに流体連通され、内部体積
を有し、高さが幅の少なくとも約６倍であるインク・チ
ャンバと、走査方向に少なくとも500％フェルトされ、
前記インク・チャンバの内部体積の130％よりも小さい
挿入前の体積を有する網状のポリウレタン発泡体本体を
提供するステップ、及び前記発泡体本体にインクを充填
するステップを含むことを特徴とする前記方法。

【００７０】

【発明の効果】本発明によって、大きな発泡体本体の挿
入に関連する問題を回避し、同時に、発泡体とインク・
パイプの間の適切な密封性をもたらす、発泡体を使用す
るインク格納装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット・ペンを使用するプリ
ンタの部分断面斜視図である。

【図２】本発明のペンの斜視図である。

【図３】図２のペンの側面図である。

【図４】本発明のペンの分解斜視図である。

【図５】図３を左から見て、図３の部分線5-5に沿っ
た、組立済みのペンの部分断面図である。

【図６】フェルト・メカニズムの側面図である。

【図７】フェルト・メカニズムの側面図である。

【図８】中央発泡体部材130用の低摩擦カバー・シート1
58を形成する順次ステップを示す図である。

【符号の説明】

10 プリンタ 12 ハウジング 14 キャリッジ 16 制御装置 18 キャリッジ駆動モータ 20 用紙駆動モータ 22 単色ブラック・ペン 24 複数チャンバ３色ペン 26 印刷媒体 28 ベルト 30 伝動メカニズム Ａ 印刷ゾーン

フロントページの続き (72)発明者 ジョン・エム・アルテンドーフ アメリカ合衆国オレゴン州97330コーヴァ リス，チヌーク・ドライブ・2375 (72)発明者 ジョセフ・アール・エリオット アメリカ合衆国オレゴン州97330コーヴァ リス，ノースウエスト・ノーウッド・ドラ イブ・3130

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクジェット印刷システムにおけるイン
   ク格納装置であって、 内部体積を有するインク・チャンバ、及び前記インク・
   チャンバ内に挿入され、前記インク・チャンバに挿入さ
   れる前に、前記インク・チャンバの内部体積の約130％
   よりも小さい体積を有する網状の合成発泡体本体を備え
   ることを特徴とするインク格納装置。