JP2004106300A - インクカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】インクカートリッジ時のインク漏れ、連続吐出時の安定供給、インクカートリッジ体積の有効利用を図り、インクの特性に応じたインク吸収体の設計指針を有するインクカートリッジ及びインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】インクカートリッジは、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備える。インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒとが、下記式、２００≦Ｎ・Ｒ≦３２０を満たす。
【選択図】 図１
【解決手段】インクカートリッジは、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備える。インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒとが、下記式、２００≦Ｎ・Ｒ≦３２０を満たす。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えるインクカートリッジ及び該インクカートリッジを備えた画像形成装置に関するものであり、特にインクジェット記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、画像形成装置としてのインクジェット記録装置は、インク吸収体が収納されたインク収納部を備えるインクカートリッジを備えている。インク吸収体は、インクを保持する高分子弾性多孔質体からなっており、例えば、ポリエーテル型ウレタンフォーム（発泡フォーム）が用いられている。
【０００３】
このインク吸収体には、多孔質体にインクが含浸されており、インク収納部に圧縮して収容されている。多孔質内に保持されているインクは、インク排出部へ、インク収納部に備えられたインク供給口としてのノズルを介して毛管力によって、インクカートリッジ内から排出される。
【０００４】
このようなインク吸収体に求められる条件として、例えば、特許文献１には、インク収納部に収納する前のインク吸収体の空孔量（セル密度）Ｎ（個／ｉｎｃｈ）（ただし、Ｎは６０以下）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮比（圧縮率）Ｒとが、下記式、
１００≦Ｎ・Ｒ≦２００
を満たせば良いことが示されている。
【０００５】
上記式を満たすインク吸収体によって、要求される特性、すなわち、連続記録特性、回復特性、インク易動特性等を満たす、インクジェットカートリッジ用のインク吸収体が得られ、多孔質体にばらつきがあっても、有効なインク吸収体が得られるので、製造コストの削減が可能である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平４−３５７０４６号公報（公開日：１９９２年１２月１０日）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載のインクカートリッジにおいては、Ｎ・Ｒが２００を越すインク吸収体を用いることができず、インク吸収体の選択の幅が狭まれていた。
【０００８】
また、上記公報に記載のインクカートリッジにおいては、インク吸収体に吸収されるインクの特性が考慮されていない。したがって、インクの種類によっては、インクジェット記録装置において、連続排出時にインク供給不足が発生したり、インクカートリッジ着脱時にインク漏れを起こしたりする等の不具合が発生していた。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、インク吸収体設計指針の選択の幅を広げることができるインクカートリッジ及び画像形成装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明のさらなる目的は、連続排出時にインク供給不足が発生したり、インクカートリッジ着脱時にインク漏れを起こしたりする不具合の発生を防止し得るように、インクの特性に応じたインク吸収体の設計指針を有するインクカートリッジ及び画像形成装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒとが、下記式、
２００≦Ｎ・Ｒ≦３２０
を満たすことを特徴としている。
【００１２】
まず、インクカートリッジにおいては、インク収納部としてのインクカートリッジの高さ、インク吸収体としてのフォーム材（発泡フォーム）のセルのばらつき、及びインクカートリッジにかかる振動を考慮して、インクの保持力を定めなければならない。なぜなら、保持力が足りないと、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生するからである。
【００１３】
例えば、インクカートリッジの高さが３４ｍｍである場合には、安全率を２とすると、保持力は、水頭で６８（＝３４×２）ｍｍ（０．６８ｋＰａ）である。
【００１４】
また、広く用いられているカートリッジ高さは概ね４０ｍｍ以下であることより水頭圧は０．８ｋＰａが必要である。したがって、Ｎ・Ｒが２００以上であれば、水頭で８６ｍｍ（０．８６ｋＰａ）以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題の発生を防ぐことができる。
【００１５】
また、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧は安全率を考慮すると、約２．０ｋＰａ以下でなければ、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題が発生し、インクの安定供給ができなくなる。
【００１６】
そこで、Ｎ・Ｒが３２０以下であれば、供給系の負圧は１．５ｋＰａ以下となり、インクを連続吐出するときにも、マージンを持ってインクの安定供給が可能になり、かつ、インクカートリッジの体積を効率よく活用することができる。
【００１７】
さらに、従来は、Ｎ・Ｒを２００以下としてのみ、インク吸収体が用いられていたが、２００以上でも３２０以下であればよいので、インク吸収体を用いる選択の幅を広げることができる。
【００１８】
この結果、２００≦Ｎ・Ｒ≦３２０を満たすことにより、インク吸収体設計指針の選択の幅を広げることができるインクカートリッジを提供することができる。
【００１９】
また、連続排出時にインク供給不足が発生したり、インクカートリッジ着脱時にインク漏れを起こしたりする不具合の発生を防止し得るように、インクの特性に応じたインク吸収体の設計指針を有するインクカートリッジを提供することができる。
【００２０】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒとが、下記式、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧０．０８
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすことを特徴としている。
【００２１】
上記の発明によれば、インクカートリッジは、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧０．０８
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たす。
【００２２】
すなわち、Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂが０．０８以上であれば、０．８ｋＰａ以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することを防ぐことができる。
【００２３】
また、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮に入れることができるので、より確実に上記の問題が発生することを防ぐことができる。
【００２４】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧γ・ｈ
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすことを特徴としている。
【００２５】
上記の発明によれば、インクカートリッジは、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧γ・ｈ
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たす。
【００２６】
すなわち、Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂがγ・ｈ以上であれば、任意の姿勢で生じる最大水頭圧力以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することを防ぐことができる。
【００２７】
また、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮に入れることができるので、より確実に上記の問題が発生することを防ぐことができる。
【００２８】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）とが、下記式、
Ｃ・ ［μ・Ｌ・Ｑ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］≦Ｔ／Ｄ
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５
を満たすことを特徴としている。
【００２９】
上記の発明によれば、インクカートリッジは、
Ｃ・［μ・Ｌ・Ｑ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］≦Ｔ／Ｄ
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５を満たす。
【００３０】
すなわち、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧はノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力以下でなければ、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題が発生し、インクの安定供給ができなくなる。
【００３１】
そこで、上式を満たしていれば、ノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力に対して供給系の負圧を小さくでき、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になる。
【００３２】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク吸収体に吸収されるインクの粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）とが、下記式、
（Ｋ／Ａ）・Ｑ・（Ｎ・Ｒ）２・（μ・Ｌ）／Ｓ≦２０００
ただし、係数（Ｋ／Ａ）＝７．５２×１０５
を満たすことを特徴としている。
【００３３】
上記の発明によれば、インクカートリッジは、
（Ｋ／Ａ）・Ｑ・（Ｎ・Ｒ）２・（μ・Ｌ）／Ｓ≦２０００
ただし、係数（Ｋ／Ａ）＝７．５２×１０５を満たす。
【００３４】
すなわち、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧は安全率を考慮すると、約２．０ｋＰａ以下でなければ、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題が発生し、インクの安定供給ができなくなる。
【００３５】
そこで、上式を満たしていれば、供給系の負圧は２ｋＰａ以下となり、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になる。
【００３６】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が、下記式、
２００≦Ｍ≦３２０
を満たすことを特徴としている。
【００３７】
上記の発明によれば、２００≦Ｍ≦３２０を満たす。
【００３８】
すなわち、インク収納部としてのインクカートリッジの高さ、インク吸収体としてのフォーム材のセルのばらつき、及びインクカートリッジにかかる振動を考慮して、インクの保持力を定めなければならない。なぜならば、保持力が足りないと、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生するからである。
【００３９】
例えば、インクカートリッジの高さが３４ｍｍである場合には、安全率を２とすると、保持力は、水頭で６８（＝３４×２）ｍｍ（０．６７ｋＰａ）必要であり、セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が２００以上であれば、水頭で８６ｍｍ（０．８６ｋＰａ）以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題の発生を防ぐことができる。
【００４０】
また、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧は安全率を考慮すると、約２．０ｋＰａ以下でなければ、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題が発生し、インクの安定供給ができなくなる。そこで、セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が３２０以下であれば、供給系の負圧は２ｋＰａ以下となり、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になる。
【００４１】
さらに、従来は、Ｎ・Ｒを２００以下としてのみ、インク吸収体が用いられていたが、セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）＝Ｎ・Ｒが２００以上でも３２０以下であればよいので、インク吸収体を用いる選択の幅を広げることができる。
【００４２】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）とが、下記式、
Ｔ・Ｍ・Ｂ≧０．０８
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすことを特徴としている。
【００４３】
上記の発明によれば、インクカートリッジは、
Ｔ・Ｍ・Ｂ≧０．０８
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たす。
【００４４】
すなわち、Ｔ・Ｍ・Ｂが０．０８以上であれば、０．８ｋＰａ以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することを防ぐことができる。
【００４５】
また、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮に入れることができるので、より確実に上記の問題が発生することを防ぐことができる。
【００４６】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧γ・ｈ
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすことを特徴としている。
【００４７】
上記の発明によれば、インクカートリッジは、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧γ・ｈ
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たす。
【００４８】
すなわち、Ｔ・Ｍ・Ｔ・Ｂがγ・ｈ以上であれば、任意の姿勢で生じる最大水頭圧力以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することを防ぐことができる。
【００４９】
また、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮に入れることができるので、より確実に上記の問題が発生することを防ぐことができる。
【００５０】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）が、下記式、
Ｑ・Ｍ２・（μ・Ｌ）・Ｃ／Ｓ≦Ｔ／Ｄ
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５
を満たすことを特徴としている。
【００５１】
上記の発明によれば、インクカートリッジは、
Ｑ・Ｍ２・（μ・Ｌ）・Ｃ／Ｓ≦Ｔ／Ｄ
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５
を満たす。
【００５２】
すなわち、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧はノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力以下でなければ、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題が発生し、インクの安定供給ができなくなる。
【００５３】
そこで、上式を満たしていれば、ノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力に対して供給系の負圧を小さくでき、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になる。
【００５４】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、インク吸収体に吸収されるインク粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）とが、下記式、
（Ｋ／Ａ）・Ｑ・Ｍ２・（μ・Ｌ）／Ｓ≦２０００
ただし、係数（Ｋ／Ａ）＝７．５２×１０５
を満たすことを特徴としている。
【００５５】
上記の発明によれば、インクカートリッジは、
（Ｋ／Ａ）・Ｑ・Ｍ２・（μ・Ｌ）／Ｓ≦２０００
ただし、係数（Ｋ／Ａ）＝７．５２×１０５
を満たす。
【００５６】
すなわち、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧は安全率を考慮すると、約２．０ｋＰａ以下でなければ、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題が発生し、インクの安定供給ができなくなる。
【００５７】
そこで、上式を満たしていれば、供給系の負圧は２ｋＰａ以下となり、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になる。
【００５８】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）と、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
［Ｔ・Ｓ／（Ｃ・Ｄ・μ・Ｌ・Ｑ）］０．５ ≧（Ｎ・Ｒ）≧γ・ｈ ／（Ｔ・Ｂ）
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすことを特徴としている。
【００５９】
上記の発明によれば、インクカートリッジは、
［Ｔ・Ｓ／（Ｃ・Ｄ・μ・Ｌ・Ｑ）］０．５ ≧（Ｎ・Ｒ）≧γ・ｈ ／（Ｔ・Ｂ）
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たす。
【００６０】
すなわち、Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂがγ・ｈ以上であれば、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮して任意の姿勢で生じる最大水頭圧力以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することをより確実に防ぐことができ、かつ、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧はノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力以下にでき、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまいインク吐出動作不良となることを防止できる。
【００６１】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）と、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
｛Ｔ・Ｓ／（Ｃ・Ｄ・μ・Ｌ・Ｑ）｝０．５ ≧ Ｍ ≧γ・ｈ ／（Ｔ・Ｂ）
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすことを特徴としている。
【００６２】
すなわち、Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂがγ・ｈ以上であれば、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮して任意の姿勢で生じる最大水頭圧力以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することをより確実に防ぐことができ、かつ、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧はノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力以下にでき、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまいインク吐出動作不良となることを防止できる。
【００６３】
また、本発明の画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記いずれかに記載のインクカートリッジを備えたことを特徴としている。
【００６４】
上記の発明によれば、上記記載のインクカートリッジを例えばインクジェット記録装置等の画像形成装置が備えている。
【００６５】
したがって、インク吸収体設計指針の選択の幅を広げることができる画像形成装置を提供することができる。
【００６６】
また、連続排出時にインク供給不足が発生したり、インクカートリッジ着脱時にインク漏れを起こしたりする不具合の発生を防止し得るように、インクの特性に応じたインク吸収体の設計指針を有する画像形成装置を提供することができる。
【００６７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１ないし図１８に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００６８】
本実施の形態における画像形成装置としてのインクジェット記録装置は、図２に示すように、給紙部、分離部、搬送部、印刷部及び排出部から構成される。
【００６９】
給紙部は、印刷を行う際に記録用紙であるシートを供給するものであり、給紙トレイ１０１及びピックアップローラ１０２よりなる。印刷を行わない際には、シートを保管する機能を果たす。
【００７０】
分離部は、給紙部より供給されるシートを、印刷部へ一枚ずつ供給するためのものであり、図示しない給紙ローラ及び分離装置よりなる。分離装置では、シートとの接触部分であるパッド部分とシートとの摩擦が、シート間の摩擦より大きくなるように設定されている。また、給紙ローラでは、給紙ローラとシートとの摩擦が、パッドとシートとの摩擦や、シート間の摩擦よりも大きくなるように設定されている。そのため、２枚のシートが分離部まで送られてきたとしても、給紙ローラによって、これらのシートを分離し、上側のシートのみを搬送部に送ることができる。
【００７１】
搬送部は、分離部より一枚ずつ供給されるシートを、印刷部へと搬送するためのものであり、図示しないガイド板、及び搬送押えローラ１１１・搬送ローラ１１２等のローラ対よりなる。ローラ対は、シートを印字ヘッド１とプラテンとの間に送り込む際に、印字ヘッド１からのインクがシートの適切な位置に吹き付けられるように、シートの搬送を調整する部材である。
【００７２】
印刷部は、搬送部のローラ対より供給されるシートへ印刷を行うためのものであり、印字ヘッド１、この印字ヘッド１を搭載したキャリッジ２、キャリッジ２を案内するための部材であるガイドシャフト１２１、印字ヘッド１にインクを供給するインクカートリッジ２０、及び印刷時にシートの台となるプラテンより構成される。このうち、印字ヘッド１、インク供給経路３、及びインクカートリッジ２０は、後述するインク供給装置１０を構成する。
【００７３】
排出部は、印刷が行われたシートをインクジェット記録装置の外へ排出するためのものであり、排出ローラ１３１・１３２及び排出トレイ１３４よりなる。
【００７４】
上記構成を備えたインクジェット記録装置は、次のような動作によって印刷を行う。
【００７５】
まず、図示しないコンピュータ等から、画像情報に基づく印刷要求が、インクジェット記録装置に対してなされる。印刷要求を受信したインクジェット記録装置は、給紙トレイ１０１上のシートを、ピックアップローラ１０２によって給紙部より搬出する。
【００７６】
次に、搬出されたシートは、給紙ローラによって分離部を通過し、搬送部へと送られる。搬送部では、搬送押えローラ１１１・搬送ローラ１１２のローラ対によって、シートを印字ヘッド１とプラテン１１３との間へと送る。
【００７７】
そして、印刷部では、印字ヘッド１の吐出ノズルよりプラテン１１３上のシートへ、画像情報に対応してインクが吹き付けられる。この時、シートはプラテン１１３上で一端停止されている。インクを吹き付けつつ、キャリッジ１０は、ガイドシャフト１２１に案内されて、主走査方向に渡って一ライン分走査される。
【００７８】
それが終了すると、シートは、プラテン１１３上で副走査方向に一定の幅だけ移動させられる。印刷部において、上記処理が画像情報に対応し継続して実施されることにより、シート全面に印刷がなされる。
【００７９】
印刷が行われたシートは、インク乾燥部を経て、排出ローラ１３１・１３２によって用紙排出口１３３を通して排出トレイ１３４に排出される。その後、シートは印刷物としてユーザに提供される。
【００８０】
ここで、上記のインクジェット記録装置のインク供給装置１０について、図３〜図５に基づいて詳細に説明する。
【００８１】
図３に示すように、インク供給装置１０は、前述したように、印字ヘッド１、インク供給経路３及びインクカートリッジ２０を備えている。
【００８２】
図４（ａ）（ｂ）に示すように、通常、インクカートリッジ２０内にはインクを貯留する空間であるインク収納部としてのインクタンク２１が備えられている。本実施の形態のインクカートリッジ２０では、このインクタンク２１の内部に、例えば、ポリウレタン樹脂製の多孔質保持体であるインク吸収体２２が備えられている。
【００８３】
そして、インクタンク２１の、例えば底面には、印字ヘッド１にインクを供給するためのインク供給チューブからなるインク供給経路３が設けられている。
【００８４】
インク供給経路３の端部には、フィルタ２３が設けられたインク供給口２４が設けられている。このインク供給口２４は、インクタンク２１に挿し込まれるように接続されており、インクタンク２１内に位置することになっている。
【００８５】
また、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、上記インクタンク２１外のインク供給経路３には、このインク供給経路３を挟持するように一対の検出電極２５・２５が設けられている。
【００８６】
なお、印字ヘッド１は、例えば、１分当たり０．５ｃｃのインクを吸引４９ｃｃのインクを吐出するようになっており、そのときのインク供給経路３にかかる圧力は圧力ゲージにて測定できるようになっている。また、印字ヘッド１とインクカートリッジ２０との配置は、例えば、印字ヘッド１の水頭（Ｐｈ）は５０ｍｍ、インクタンク２１の水頭（Ｐｈ）は３０ｍｍとなるように配置されている。
【００８７】
上記のフィルタ２３は、図５に示すように、帯状の、例えばステンレス材を網状に編み込むようにして作成されている。また、上記の方法に限らず、例えば、エッチングにより、網目を形成させた板状部材をフィルタ２３としてもよい。
【００８８】
そして、このインクカートリッジ２０では、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、フィルタ２３を介して、インク供給経路３に混入してきた空気によって、上記の検出電極２５・２５間のインクが押し出されたとき、すなわち、検出電極２５・２５間にインクがなくなったとき、その検出電極２５・２５極間には電流が流れないようになることを利用して、インクの残量、つまりインクのなくなりを検出するようになっている。
【００８９】
上記のようなインク残量を検出する過程を、インク供給経路３にかかる負圧と時間経緯とのグラフである図６及び図７を用いて詳細に説明する。なお、図７は、図６の簡略説明図となっている。
【００９０】
まず、上記印字ヘッド１を駆動させると、すなわちインクタンク２１内のインクを消費するためにインク供給経路３に負圧をかけていくと、図６及び図７に示すように、インクの使用量の増加に伴って負圧も徐々に上昇して行く。そして、インク残量が少なくなると、ある時点で急激に負圧が上昇する。これは、インク供給経路３に大きな吸引力がかかることにより負圧をかけすぎたことによって、インク吸収体２２にかかるインク供給圧力よりもその圧力値が大きくなり、フィルタ２３の網目（セル）に形成されていたインク膜が破れ、負圧の低下が起きたことを示している。
【００９１】
すなわち、インクの表面張力によりセル径による臨界圧力まで上昇し、さらには、図８に示すように、セル径よりも小さい上記フィルタ２３の網目に形成されるインクメニスカスによる臨界圧力まで急激に負圧が上昇し、上記印字ヘッド１からの吸引圧が臨界圧を越えると、フィルタ２３の網目に形成されていたインクメニスカスの表面が破れ、負圧の低下が起きたことを示している。
【００９２】
次に、前述したインクカートリッジ２０におけるインク吸収体２２の最適化のための詳細について、以下に説明する。
【００９３】
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、本実施の形態では、インク吸収体２２としてのフォーム材が収納されたインクタンク２１を備えるインクカートリッジ２０を備えている。このフォーム材の多孔質体にはインクが含浸されており、このフォーム材がインクタンク２１内に圧縮して収容されている。
【００９４】
多孔質内に保持されているインクは、インクカートリッジ２０に備えられたインク供給口２４であるノズルを通して毛管力によって、インクカートリッジ２０内から印字ヘッド１側へ排出される。
【００９５】
ところで、多孔質内に保持されているインクの保持力によっては、連続排出時にインク供給不足が発生したり、インクカートリッジ２０着脱時にインク漏れを起こしたりする不具合の発生する。
【００９６】
この問題を解消するためには、インクの特性に応じたインク吸収体２２の設計指針が必要となる。本実施の形態では、インク、フォーム材及びインクカートリッジ２０を用いて実験を行い、インクカートリッジ２０における安定負圧Ｐを測定し、設計指針の検討を行った。実験の結果を表１に示す。また、インク、フォーム材及びインクカートリッジ２０の諸条件については、以下の通りとした。
【００９７】
・インクの表面張力Ｔ＝０．０３（Ｎ／ｍ） （３０ｄｙｎ／ｃｍ）
・インクの粘度 μ＝０．０７（Ｐａ・ｓ） （７ｃｐ）
・インク組成 Ｈ２Ｏ、顔料、ポリエチレングリコール
・フォーム材のセル密度Ｎ＝４０（個／ｉｎｃｈ）＝１．５７（個／ｍｍ）
・フォーム材の材質 ポリウレタン
・インクカートリッジ収納時のフォーム材外寸（幅×奥行×高）
Ｗ×Ｄ×Ｌ＝０．０１５×０．０７４×０．０３０（ｍ）
・インクカートリッジ内寸（幅×奥行×高）
Ｗ×Ｄ×Ｌ＝０．０１５×０．０７４×０．０３０（ｍ）
なお、表１における項目は下記の通りである。
【００９８】
・圧縮率Ｒ：インクカートリッジに圧縮されて収納された時のインクカートリッジに収納される前に対するフォーム材の体積比率
・セル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）：インクカートリッジに収納する前のインク吸収体
２２のフォーム材のセル密度
・圧縮時のフォーム材の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）：インクカートリッジに圧縮されて収納されている時のフォーム材の実装セル密度
・流量Ｑ（ｍ３／ｓ）：インクの流量
・効率（％）：インクカートリッジからの総流出量÷インク充填量
・インク上限時安定負圧Ｐｈ（Ｐａ）：インクカートリッジ内のインクが上限まで充填されている時、すなわち満載の状態で所定のインク流量とした時に測定されたインクカートリッジにおける安定負圧
・インク下限時安定負圧ＰＬ（Ｐａ）：インクカートリッジ内のインクが下限までしか充填されていない時、すなわちカートリッジ内のインクが無くなる直前に所定のインク流量とした測定されたインクカートリッジにおける安定負圧
【００９９】
【表１】
【０１００】
後で詳細説明するが、発生負圧の測定値を流体力学理論に基づき詳細検討した結果、インク上限時安定負圧Ｐｈは、インクの粘性に基づく流路の圧力損失に起因し、またインク下限時安定負圧ＰＬはインクの表面張力Ｔに基づく毛管の臨界圧力に起因していることが判明した。
【０１０１】
ここで、インクカートリッジ２０の高さ、フォーム材セルのばらつき、及びインクカートリッジ２０にかかる振動を考慮して、インクの保持力を定めなければならない。保持力が足りないと、特にインク上限時にインクカートリッジ２０の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じる。
【０１０２】
まず、インクカートリッジ２０の高さが３４ｍｍであるので、安全率を２とすると、保持力は、水頭で６８（＝３４×２）ｍｍ、つまり０．６７ｋＰａ必要である。
【０１０３】
ところで、インクの保持力は表面張力Ｔに基づく毛管圧力であり、インク下限時安定負圧ＰＬは、実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が２００以上であれば、水頭で０．８６ｋＰａ、８９ｍｍ以上の保持力が得られるので、インクカートリッジ２０の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じることを防ぐことができる。
【０１０４】
また、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧は安全率を考慮すると、約２．０ｋＰａ以下でなければ、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題が生じ、インクの安定供給ができなくなる。
【０１０５】
そこで、実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が３２０以下であれば、供給系の負圧は１．５ｋＰａ以下となり、インクを連続吐出するときにも、マージンを持ってインクの安定供給が可能になる。
【０１０６】
また、インクカートリッジ２０内面の収納体積に対して実際に使用可能となるインク容積の比を効率とすると、図９に示すように、効率はＲの値が増加するのに伴って低下し、図１に示すように、実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が３２０になると大きく低下し始める。したがって、インクカートリッジ２０の体積を効率よく活用する条件として、実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が３２０以下となる。
【０１０７】
なお、これらは理論値であるが、実測値においても、これを満たしていることが、確認された。すなわち、前記表１において、実装セル密度Ｍ＝Ｎ・Ｒ（個／ｉｎｃｈ）が２００のとき、実測安定負圧であるインク下限時安定負圧ＰＬが０．８６ｋＰａ以上となっているとともに、実装セル密度Ｍ＝Ｎ・Ｒ（個／ｉｎｃｈ）が３２０のとき、実測安定負圧であるインク下限時安定負圧ＰＬが１．５０ｋＰａ以下となっている。なお、この実測安定負圧であるインク下限時安定負圧ＰＬは、メニスカスがいかなる負圧に耐え得るかを示している。
【０１０８】
次に、インク下限時安定負圧ＰＬ及びインク上限時安定負圧Ｐｈに対して考察を加える。なお、インク上限時安定負圧Ｐｈとは、インクが流れているときの負圧を表したものである。
【０１０９】
まず、正規化するために、圧縮率Ｒ＝５．５、流量Ｑ＝８．１７ｎｍ３／ｓ（０．４９ｃｃ／ｍｉｎ）におけるインク上限時安定負圧Ｐｈ＝０．６２ｋＰａに対して、各データにおけるインク上限時安定負圧Ｐｈを正規化した値が、始点の比率におけるＲｓである。また、Ｒ２は、圧縮率Ｒ２について、圧縮率Ｒ＝５．５に対して正規化したものである。
【０１１０】
一方、圧縮率Ｒ＝５．５、流量Ｑ＝８．１７ｎｍ３／ｓにおけるインク下限時安定負圧ＰＬ＝０．９９ｋＰａに対して、各データにおけるインク下限時安定負圧ＰＬを正規化した値が終点の比率におけるＲｅである。また、Ｒ１は、圧縮率Ｒについて、圧縮率Ｒ＝５．５に対して正規化したものである。
【０１１１】
ここで、それぞれ、始点においてＲｓ／Ｒ２を算出し、終点においてＲｅ／Ｒ１を算出すると、表１より、それぞれ略１であることがわかる。したがって、インク上限時安定負圧Ｐｈは圧縮率Ｒの２乗に比例し、インク下限時安定負圧ＰＬは圧縮率Ｒに比例することがわかる。
【０１１２】
以上に基づき、さらに、インク及びフォーム材の設計指針を詳しく得るために、これらの理論付けを以下のように行い、検討を加えた。
【０１１３】
インクカートリッジ２０内のインクが上限まで充填されている時、すなわち、インクカートリッジ２０にインクが満載されている時には、フォーム材の各セルを円形管路とみなし、管路の圧力差によって管内の液（本発明におけるインク）が流れていると想定することができる。図１０に示すように、円形管路を流れる流量Ｑｉ（ｍ３／ｓ）は、式（１）によって定義される。
【０１１４】
Ｑｉ＝ΔＰ・π・ｄ４／（１２８・μ・Ｌ） ・・・（１）
となる。ここで、ΔＰは管路の圧力損失（Ｐａ）、ｄは管路直径（ｍ）、μは粘度（Ｐａ・ｓ）、Ｌは管路の流路長（ｍ）である。
【０１１５】
ｄ（ｍ）を圧縮時のセル径とみなすと、圧縮時のフォーム材の実装セル密度Ｍ＝Ｎ・Ｒ（個／ｉｎｃｈ）より、
ｄ＝０．０２５４／（Ｎ・Ｒ） ・・・（２）
となる。
【０１１６】
フォーム材は圧縮されてインクカートリッジ２０内に収容されているので、フォーム材の各セルは、図１１に示すように、最密状態であると考えられる。したがって、圧縮時のフォーム材下端におけるセル総数Ｎｄ（個）は、
Ｎｄ＝（２／√３）・Ｓ／（ｄ２） ・・・（３）
となる。ここで、Ｓはフォーム材の断面積（Ｗ×Ｄ）である。
【０１１７】
したがって、（３）による直径一定の円柱状の流路を想定し、全流量Ｑｔ（ｍ３／ｓ）は、式（１）、（２）、（３）より、
Ｑｔ＝Ｑｉ・Ｎｄ
＝［ΔＰ・π・ｄ４／（１２８・μ・Ｌ）］・［（２／√３）・Ｓ／（ｄ２）］＝Ａ・ΔＰ・Ｓ／［μ・Ｌ・（Ｎ・Ｒ）２］ ・・・（４）
ただし 係数Ａ＝１．８３×１０−５
となる。従って、全流量Ｑｔは圧縮時のフォーム材の実装セル密度Ｍ＝Ｎ・Ｒ（個／ｉｎｃｈ）の２乗に反比例していることがわかる。
【０１１８】
式（４）により、図１０に示す円柱状の流路を想定した理論値である全流量Ｑｔを求めた結果を、表２に示す。
【０１１９】
【表２】
【０１２０】
実際のフォーム内では球形状又は多面体上のセルが数珠状に連通しており、図１２に示すように、連珠状の流路により実効の直径は上記理論値よりも小さな値となり、セル径を用いて求めた流量Ｑｔの実際の流量Ｑに対する平均倍率を求め、これを補正係数ｋとする。表２の場合、補正係数ｋは１３．７５である。
【０１２１】
ここで、図１３に示すように、直径をｄｍ、その中心位置をＸ＝０とした球状流路を積分して求めた正規化流路抵抗をＲｄ、円柱状流路の正規化流路抵抗をＲｍとした抵抗比Ｒｄ／Ｒｍを、図１４に示す。同図に示すように、Ｘが０近傍の場合ではｒｄ／Ｒｍ≒１であるが、Ｘがｄｍ／２に近づくに伴ってＲｄ／Ｒｍが上昇することがわかる。この検討より、補正係数Ｋ＝１３．７５を考察すると、正規化セル径を１としたとき、Ｘ＝０．４８８の位置でＲｄ／Ｒｍ＝１３．７５となる。これは流路が正規化直径０．２１で隣接セルと連通しているモデル化できることを意味し、この検討からも実測値より決定した補正係数Ｋの値が適切であると言える。
【０１２２】
これより、算出流量Ｑｃを、
Ｑｃ＝Ｑｔ／ｋ ・・・（５）
或いは、
Ｑｃ＝（Ａ／ｋ）・ΔＰ・Ｓ・／［μ・Ｌ・（Ｎ・Ｒ）２］ ・・・（４’）
ただし 係数（Ａ／ｋ）＝１．３３×１０−６
として求める。
【０１２３】
ここで、表２より、各データにおいて、Ｑ／Ｑｃは略１であるので、補正係数ｋを用いることにより、精度よく流量Ｑを求めることができることがわかる。
【０１２４】
また逆に、式（４）、（５）より、
ΔＰ＝（ｋ／Ａ）・［μ・Ｌ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］・Ｑ ・・・（６）
ただし 係数（ｋ／Ａ）＝７．５２×１０５
管路の圧力差ΔＰを実際の流量Ｑより求めた結果を、表３に示す。
【０１２５】
【表３】
【０１２６】
理論値圧の実際の圧力差であるインク上限時安定負圧Ｐｈに対する平均倍率を求めて補正係数とする。これにより算出された算出圧力差Ｐｃとインク上限時安定負圧Ｐｈとの比をＰｃ／Ｐｈとすると略１である。
【０１２７】
また、表２と表３とをグラフとして示した図１５に示す。同図に示すように、理論値からの算出値による安定負圧が、実際に測定した安定負圧とよく一致していることがわかり、インク上限時安定負圧Ｐｈはインクの粘度に基づく圧力損失に起因するものであり、補正係数を用いて精度よくインク上限時安定負圧Ｐｈを求めることができることがわかる。
【０１２８】
次に、インクカートリッジ２０内のインクが下限までしか充填されていない時、すなわちインクカートリッジ２０内のインクが無くなる直前の状態は、フォーム材の下端のセルを毛管とみなすことができる。
【０１２９】
したがって、図１６及び図１７に示すように、毛管内の液面（メニスカス）の臨界圧力Ｐｔ（Ｐａ）は、式（７）によって定義される。
【０１３０】
Ｐｔ＝２・Ｔ・ｃｏｓθ／（ｄ／２） ・・・（７）
ここで、Ｔは管内の液（本発明におけるインク）の表面張力（Ｎ／ｍ）、θは管との接触点の角である接触角、ｄは毛管の直径（ｍ）である。なお、インク吸収体２２はインクに対して濡れ性の良いものが選ばれるので、θは略０とみなすことができるので、式（７）は、
Ｐｔ≒４・Ｔ／ｄ ・・・（８）
となる。
【０１３１】
したがって、式（２）及び式（８）より、
Ｐｔ＝（４／０．０２４５）・Ｔ・（Ｎ・Ｒ） ・・・（９）
となる。
【０１３２】
式（９）より、毛管内液面の臨界圧力Ｐｔを求めた結果を、表４に示す。
【０１３３】
【表４】
【０１３４】
式（９）より求めた理論値臨界圧力Ｐｘの実際の圧力であるインク下限時安定負圧ＰＬに対する比Ｐｘ／ＰＬは、略１であるので、インク下限時安定負圧ＰＬはインクの表面張力に基づく毛管の臨界圧力に起因しているという理論の正しさを示すとともに、精度よくインク下限時安定負圧ＰＬを求めることができることがわかる。
【０１３５】
インクカートリッジ２０の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じることを防ぐ必須条件としてはインク水頭圧力に対してフォーム材の保持力である臨界圧力が大きいことが要求される。
【０１３６】
したがって、インク供給口２４に対するインクの水頭高さｈ（ｍ）は、インクカートリッジ２０において、インクの比重をγとすると、水頭圧力は９．８×１０３・γ・ｈ（Ｐａ）であり、式（９）における臨界圧力Ｐｔ（Ｐａ）が以下の条件式を満たすことが必須となる。
【０１３７】
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧γ・ｈ ・・・（１０）
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
また、インクカートリッジ２０内に収納された状態でのフォーム材のセル密度、つまり実装セル密度Ｍ＝Ｎ・Ｒ（個／ｉｎｃｈ）は、例えばセル密度Ｎ＝４０個／ｉｎｃｈを圧縮率Ｒ＝５で圧縮加工して得られたインク吸収体２２をインクカートリッジ２０に収納することによりさらに１０％の圧縮を受けるとき、
Ｍ＝４０×５．５×１．１＝２４２個／ｉｎｃｈ
であり、（９）式の必須条件は、実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）を代入すると、
Ｔ・Ｍ・Ｂ≧γ・ｈ ・・・（１１）
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
となる。なお、実装セル密度Ｍは、実測値を用いても良い。
【０１３８】
インク供給口２４に対するインクの水頭高さｈは、通常の姿勢においてはフォーム材或いはインクカートリッジ２０内壁の高さとすれば良い。
【０１３９】
ハンドリングに配慮する必要がある場合は、インクカートリッジ２０を傾けた姿勢も含めて、とり得る供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さとする。
【０１４０】
セル径の分布等を考慮すると安全率を２倍程度以上とすることが望ましく、
よって
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧２・γ・ｈ ・・・（１２）
又は
Ｔ・Ｍ・Ｂ≧２・γ・ｈ ・・・（１３）
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
とすることが望ましい。
【０１４１】
インクカートリッジの高さはインクレベルの変動への配慮により概ね４０ｍｍ以下が広く実用化されており、安全率を２とすると、具体的な臨界圧力として約０．８ｋＰａ（０．０８ｍＨ２Ｏ）を満足することが望ましく
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧０．０８ ・・・（１４）
又は
Ｔ・Ｍ・Ｂ≧０．０８ ・・・（１５）
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
とすることにより、０．８ｋＰａ以上に保つことができ、インクカートリッジ２０の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じることを防ぐことができる。
【０１４２】
ここで、表２と表３とをグラフとして示した前記図１５に示すように、理論値及び算出値による安定負圧が、実際に測定した安定負圧とよく一致していることがわかる。また、実装セル密度Ｍ（≒Ｎ・Ｒ）の各設定時における負圧を、表４及び図１に示す。
【０１４３】
次に、インクノズルのインク滴出によるオリフィスのインク後退による臨界圧Ｐｎを求める。
【０１４４】
インク吐出周波数８０００ｐｐｓ、ノズル数６４本と設定ときのインク流量ＱがＱ＝８．１７ｎｍ３／ｓ（０．４９ｃｃ／ｍｉｎ）であったとき、インクの１滴は、
０．００８１７／８０００／６４＝１．６×１０−８（ｃｃ）
となる。
【０１４５】
オリフィスの形状として、図８に示すように、円管のノズルの径を２０μｍ、長さを２０μｍとし、ノズル端部から頂角９０度、頂部円径２０μｍの円錐台形がそこから延出していると仮定する。
【０１４６】
この場合、インクが１滴吐出したときの、オリフィス内のインクの後退による液面位置における円錐部の直径Ｈを、表５に示している。なお、表５において、円錐部の直径Ｈ＝２０μｍとは、エキシマレーザ加工等により、ノズル先端のストレート部が充分に長い場合を表している。また、インク１滴として、１．６×１０−８（ｃｃ）と１．８×１０−８（ｃｃ）との場合を示し、各場合に対して、ノズル先端でのメニスカスの過渡振動を考慮しない場合と、図１８（ａ）〜（ｈ）に示すように、ノズル先端でのメニスカスの過渡振動等により吐出量に対して２倍の後退量として考慮した場合を示している。
【０１４７】
式（８）に円錐部の直径Ｈ（ｍ）を代入してノズルの臨界圧力Ｐｎは
Ｐｎ≒４・Ｔ／Ｈ ・・・・（８’）
となる。
【０１４８】
インクの供給不足を起こさない必須条件はａｂｓ（Ｐｎ）＞ａｂｓ（Ｐｈ）であり、ノズル直径をＤ（ｍ）とすると式（６）、（８’）より
（ｋ／Ａ）・［μ・Ｌ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］・Ｑ≦４・Ｔ／Ｄ ・・・（１６）
式（１６）を整理して
Ｃ・［μ・Ｌ・Ｑ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］≦Ｔ／Ｄ ・・・（１７）
ただし 係数Ｃ＝（ｋ／Ａ）／４＝１．８８×１０５
を得る。
【０１４９】
また、実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）を式（１７）適合すると必須条件は、
Ｃ・［μ・Ｌ・Ｑ・Ｍ２／Ｓ］≦Ｔ／Ｄ ・・・（１８）
ただし 係数Ｃ＝（ｋ／Ａ）／４＝１．８８×１０５
となる。
【０１５０】
式（８’）を用いて算出した各場合の臨界圧Ｐｎ（ｋＰａ）を、表５に示している。
【０１５１】
この表５により、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧は安全率、すなわち、過渡振動及び流量の誤差を考慮すると、１．８８ｋＰａ、すなわち、約２．０ｋＰａ以下であれば、インク吐出後にノズル先端のメニスカスが後退した状態でメニスカスにより生じるインクを吸引する臨海圧力Ｐｎがインク供給系の負圧より大きくすることにより連続吐出においても必要量が安定供給されることが可能となる。
【０１５２】
したがって、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題は、供給系の負圧は約２．０ｋＰａ以下であれば、発生を防止することができ、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になる。
【０１５３】
上記検討結果を整理するとフォーム材のセル密度Ｎ及び圧縮率Ｒに要求される条件としては式（９）、（１７）より
［Ｔ・Ｓ／（Ｃ・Ｄ・μ・Ｌ・Ｑ）］０．５≧（Ｎ・Ｒ）≧γ・ｈ／（Ｔ・Ｂ） ・・・（１９）
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５、係数Ｂ＝０．０１６１
また、実装状態の実装セル密度Ｍ＝Ｎ・Ｒ（個／ｉｎｃｈ）としては式（１０）、（１８）より
［Ｔ・Ｓ／（Ｃ・Ｄ・μ・Ｌ・Ｑ）］０．５≧Ｍ≧γ・ｈ／（Ｔ・Ｂ）・・・（２０）
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５、係数Ｂ＝０．０１６１
となり、式（１９）、又は式（２０）を満足することによりカートリッジ着脱時のインクの洩れを防止し、かつ、連続吐出時にインクを安定供給することが可能となる。
【０１５４】
【表５】
【０１５５】
また、供給系の負圧を２．０ｋＰａ以下に抑えるには（６）式より、
（ｋ／Ａ）・［μ・Ｌ・Ｑ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］≦２０００ ・・・（２１）
ただし 係数（ｋ／Ａ）／４＝７．５２×１０５
を得る。
【０１５６】
また、実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）を式（２１）適合すると、
（ｋ／Ａ）・［μ・Ｌ・Ｑ・Ｍ２／Ｓ］≦２０００ ・・・（２２）
ただし 係数（ｋ／Ａ）＝７．５２×１０５
となり、式（２１）、又は式（２２）を満足することにより吐出時にインクを安定供給することが可能となる。
【０１５７】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、インクの粘度μ＝０．０７（Ｐａ・ｓ）（＝７ｃｐ）、インクの表面張力Ｔ＝０．０３（Ｎ／ｍ）（＝３０ｄｙｎ／ｃｍ）、及びフォーム材のセル密度Ｎ＝４０（個／ｉｎｃｈ）＝１．５７（個／ｍｍ）として、解析を行った。
【０１５８】
しかしながら、特にこれに限定するものではなく、との条件とすることが可能である。すなわち、インクジェットのインクは、
・粘度μ＝０．０１５〜０．１５（Ｐａ・ｓ）
・インクの表面張力Ｔ＝０．０３〜０．０５（Ｎ／ｍ）
・フォーム材のセル密度Ｎ＝４０〜１００（個／ｉｎｃｈ）
が一般的である。
【０１５９】
そこで、例えば、異なる条件として、以下の条件を採用して検討を行った。
【０１６０】
・粘度μ＝０．０１５（Ｐａ・ｓ）
・インクの表面張力Ｔ＝０．０４（Ｎ／ｍ）
・フォーム材のセル密度Ｎ＝８０（個／ｉｎｃｈ）
その結果、前記表３及び表４に代わる表６及び表７を得た。
【０１６１】
【表６】
【０１６２】
【表７】
【０１６３】
そして、この結果においても、前述した各式（１）〜（２２）を満たすことが、判明した。
【０１６４】
【発明の効果】
本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒとが、下記式、
２００≦Ｎ・Ｒ≦３２０
を満たすものである。
【０１６５】
それゆえ、Ｎ・Ｒが２００以上であれば、水頭で８６ｍｍ（０．８６ｋＰａ）以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題の発生を防ぐことができる。
【０１６６】
また、Ｎ・Ｒが３２０以下であれば、供給系の負圧は１．５ｋＰａ以下となり、インクを連続吐出するときにも、マージンを持ってインクの安定供給が可能になり、かつ、インクカートリッジの体積を効率よく活用することができる。
【０１６７】
さらに、従来は、Ｎ・Ｒを２００以下としてのみ、インク吸収体が用いられていたが、２００以上でも３２０以下であればよいので、インク吸収体を用いる選択の幅を広げることができる。
【０１６８】
この結果、２００≦Ｎ・Ｒ≦３２０を満たすことにより、インク吸収体設計指針の選択の幅を広げることができるインクカートリッジを提供することができるという効果を奏する。
【０１６９】
また、連続排出時にインク供給不足が発生したり、インクカートリッジ着脱時にインク漏れを起こしたりする不具合の発生を防止し得るように、インクの特性に応じたインク吸収体の設計指針を有するインクカートリッジを提供することができるという効果を奏する。
【０１７０】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒとが、下記式、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧０．０８
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすものである。
【０１７１】
それゆえ、Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂが０．０８以上であれば、０．８ｋＰａ以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することを防ぐことができる。また、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮に入れることができるので、より確実に上記の問題が発生することを防ぐことができるという効果を奏する。
【０１７２】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒ、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧γ・ｈ
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすものである。
【０１７３】
それゆえ、Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂがγ・ｈ以上であれば、任意の姿勢で生じる最大水頭圧力以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することを防ぐことができる。また、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮に入れることができるので、より確実に上記の問題が発生することを防ぐことができるという効果を奏する。
【０１７４】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）とが、下記式、
Ｃ・ ［μ・Ｌ・Ｑ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］≦Ｔ／Ｄ
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５
を満たすものである。
【０１７５】
それゆえ、上式を満たしていれば、ノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力に対して供給系の負圧を小さくでき、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になるという効果を奏する。
【０１７６】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）とが、下記式、
（Ｋ／Ａ）・Ｑ・（Ｎ・Ｒ）２・（μ・Ｌ）／Ｓ≦２０００
ただし、係数（Ｋ／Ａ）＝７．５２×１０５
を満たすものである。
【０１７７】
それゆえ、上式を満たしていれば、供給系の負圧は２ｋＰａ以下となり、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になるという効果を奏する。
【０１７８】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が、下記式、
２００≦Ｍ≦３２０
を満たすものである。
【０１７９】
それゆえ、セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が２００以上であれば、水頭で８６ｍｍ（０．８６ｋＰａ）以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題の発生を防ぐことができる。
【０１８０】
また、セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が３２０以下であれば、供給系の負圧は２ｋＰａ以下となり、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になるという効果を奏する。
【０１８１】
さらに、従来は、Ｎ・Ｒを２００以下としてのみ、インク吸収体が用いられていたが、セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）＝Ｎ・Ｒが２００以上でも３２０以下であればよいので、インク吸収体を用いる選択の幅を広げることができるという効果を奏する。
【０１８２】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）とが、下記式、
Ｔ・Ｍ・Ｂ≧０．０８
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすものである。
【０１８３】
それゆえ、Ｔ・Ｍ・Ｂが０．８以上であれば、０．８ｋＰａ以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することを防ぐことができる。また、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮に入れることができるので、より確実に上記の問題が発生することを防ぐことができるという効果を奏する。
【０１８４】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧γ・ｈ
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすものである。
【０１８５】
それゆえ、Ｔ・Ｍ・Ｔ・Ｂがγ・ｈ以上であれば、任意の姿勢で生じる最大水頭圧力以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することを防ぐことができる。
【０１８６】
また、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮に入れることができるので、より確実に上記の問題が発生することを防ぐことができるという効果を奏する。
【０１８７】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）が、下記式、
Ｑ・Ｍ２・（μ・Ｌ）・Ｃ／Ｓ≦Ｔ／Ｄ
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５
を満たすものである。
【０１８８】
それゆえ、上式を満たしていれば、ノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力に対して供給系の負圧を小さくでき、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になるという効果を奏する。
【０１８９】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク吸収体に吸収されるインクの粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）とが、下記式、
（Ｋ／Ａ）・Ｑ・Ｍ２・（μ・Ｌ）／Ｓ≦２０００
ただし、係数（Ｋ／Ａ）＝７．５２×１０５
を満たすものである。
【０１９０】
それゆえ、上式を満たしていれば、供給系の負圧は２ｋＰａ以下となり、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になるという効果を奏する。
【０１９１】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）と、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
［Ｔ・Ｓ／（Ｃ・Ｄ・μ・Ｌ・Ｑ）］０．５ ≧（Ｎ・Ｒ）≧γ・ｈ ／（Ｔ・Ｂ）
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすものである。
【０１９２】
それゆえ、Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂがγ・ｈ以上であれば、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮して任意の姿勢で生じる最大水頭圧力以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することをより確実に防ぐことができ、かつ、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧はノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力以下にでき、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまいインク吐出動作不良となることを防止できるという効果を奏する。
【０１９３】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）と、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
［Ｔ・Ｓ／（Ｃ・Ｄ・μ・Ｌ・Ｑ）］０．５ ≧ Ｍ ≧γ・ｈ ／（Ｔ・Ｂ）
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５、係数Ｂ＝０．０１６１を満たすものである。
【０１９４】
それゆえ、Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂがγ・ｈ以上であれば、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮して任意の姿勢で生じる最大水頭圧力以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することをより確実に防ぐことができ、かつ、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧はノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力以下にでき、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまいインク吐出動作不良となることを防止できるという効果を奏する。
【０１９５】
また、本発明の画像形成装置は、以上のように、上記いずれかに記載のインクカートリッジを備えたものである。
【０１９６】
それゆえ、インク吸収体設計指針の選択の幅を広げることができる画像形成装置を提供することができる。また、連続排出時にインク供給不足が発生したり、インクカートリッジ着脱時にインク漏れを起こしたりする不具合の発生を防止し得るように、インクの特性に応じたインク吸収体の設計指針を有する画像形成装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるインクジェット記録装置の実施の一形態を示すものであり、実装セル密度Ｍ＝Ｎ・Ｒ（個／ｉｎｃｈ）と効率との関係を示すグラフである。
【図２】上記インクジェット記録装置の全体構成を一部切り欠いて示す斜視図である。
【図３】上記インクジェット記録装置のインク供給装置を示す概略構成図である。
【図４】（ａ）はインクカートリッジの構成を示す断面図であり、（ｂ）はインクカートリッジからインク供給経路を抜いた状態を示す断面図であり、（ｃ）は検出電極の構成を示す断面図である。
【図５】上記インク供給装置のフィルタの構成を示す正面図である。
【図６】上記インクカートリッジにインクを満たした状態からインクを継続して吐出したときの時間とインクカートリッジの負圧との関係を示すグラフである。
【図７】図６を模式的に示すグラフである。
【図８】供給口の端部の構成を拡大して示す断面図である。
【図９】セル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と効率との関係を示すグラフである。
【図１０】インクカートリッジのフォーム材の各セルを円形管路とみなしたとき、円形管路を流れる流量と管路の圧力差とを示す模式図である。
【図１１】最密充填されているセルを示す構成図である。
【図１２】インクカートリッジにおける実際のフォーム材内では、球形状又は多面体上のセルが数珠状に連通している状態を示す断面図である。
【図１３】実際のフォーム材内ではセルは連珠状の流路となっているとしたときの、実効直径の求め方を示す説明図である。
【図１４】セルの直径をｄｍ、その中心位置をＸ＝０とした球状流路を積分して求めた正規化流路抵抗をＲｄ、円柱状流路の正規化流路抵抗をＲｍとしたときの、Ｘと抵抗比Ｒｄ／Ｒｍ及びセル直径ｄとの関係を示すグラフである。
【図１５】圧縮率Ｒと負圧との関係を示すグラフである。
【図１６】インクカートリッジ内のインクが無くなる直前の状態ではフォーム材の下端のセルを毛管とみなすことができるとしたときの、毛管内の液面（メニスカス）の臨界圧力を示す模式図である。
【図１７】毛管内の液面（メニスカス）の臨界圧力を示す模式図である。
【図１８】（ａ）〜（ｈ）はインクがノズルから吐出する状態を順に示す断面図である。
【符号の説明】
１ 印字ヘッド
２ キャリッジ
３ インク供給経路
１０ インク供給装置
２０ インクカートリッジ
２１ インクタンク（インク収納部）
２２ インク吸収体
２３ フィルタ
２４ インク供給口
２５ 検出電極
Ｄ ノズルの直径
Ｌ インク吸収体の高さ
Ｍ インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度
Ｎ インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度
Ｑ ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量
Ｒ 圧縮率
Ｓ インク吸収体の断面積
Ｔ インクの表面張力
γ インクの比重
μ インクの粘度
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えるインクカートリッジ及び該インクカートリッジを備えた画像形成装置に関するものであり、特にインクジェット記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、画像形成装置としてのインクジェット記録装置は、インク吸収体が収納されたインク収納部を備えるインクカートリッジを備えている。インク吸収体は、インクを保持する高分子弾性多孔質体からなっており、例えば、ポリエーテル型ウレタンフォーム（発泡フォーム）が用いられている。
【０００３】
このインク吸収体には、多孔質体にインクが含浸されており、インク収納部に圧縮して収容されている。多孔質内に保持されているインクは、インク排出部へ、インク収納部に備えられたインク供給口としてのノズルを介して毛管力によって、インクカートリッジ内から排出される。
【０００４】
このようなインク吸収体に求められる条件として、例えば、特許文献１には、インク収納部に収納する前のインク吸収体の空孔量（セル密度）Ｎ（個／ｉｎｃｈ）（ただし、Ｎは６０以下）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮比（圧縮率）Ｒとが、下記式、
１００≦Ｎ・Ｒ≦２００
を満たせば良いことが示されている。
【０００５】
上記式を満たすインク吸収体によって、要求される特性、すなわち、連続記録特性、回復特性、インク易動特性等を満たす、インクジェットカートリッジ用のインク吸収体が得られ、多孔質体にばらつきがあっても、有効なインク吸収体が得られるので、製造コストの削減が可能である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平４−３５７０４６号公報（公開日：１９９２年１２月１０日）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載のインクカートリッジにおいては、Ｎ・Ｒが２００を越すインク吸収体を用いることができず、インク吸収体の選択の幅が狭まれていた。
【０００８】
また、上記公報に記載のインクカートリッジにおいては、インク吸収体に吸収されるインクの特性が考慮されていない。したがって、インクの種類によっては、インクジェット記録装置において、連続排出時にインク供給不足が発生したり、インクカートリッジ着脱時にインク漏れを起こしたりする等の不具合が発生していた。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、インク吸収体設計指針の選択の幅を広げることができるインクカートリッジ及び画像形成装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明のさらなる目的は、連続排出時にインク供給不足が発生したり、インクカートリッジ着脱時にインク漏れを起こしたりする不具合の発生を防止し得るように、インクの特性に応じたインク吸収体の設計指針を有するインクカートリッジ及び画像形成装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒとが、下記式、
２００≦Ｎ・Ｒ≦３２０
を満たすことを特徴としている。
【００１２】
まず、インクカートリッジにおいては、インク収納部としてのインクカートリッジの高さ、インク吸収体としてのフォーム材（発泡フォーム）のセルのばらつき、及びインクカートリッジにかかる振動を考慮して、インクの保持力を定めなければならない。なぜなら、保持力が足りないと、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生するからである。
【００１３】
例えば、インクカートリッジの高さが３４ｍｍである場合には、安全率を２とすると、保持力は、水頭で６８（＝３４×２）ｍｍ（０．６８ｋＰａ）である。
【００１４】
また、広く用いられているカートリッジ高さは概ね４０ｍｍ以下であることより水頭圧は０．８ｋＰａが必要である。したがって、Ｎ・Ｒが２００以上であれば、水頭で８６ｍｍ（０．８６ｋＰａ）以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題の発生を防ぐことができる。
【００１５】
また、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧は安全率を考慮すると、約２．０ｋＰａ以下でなければ、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題が発生し、インクの安定供給ができなくなる。
【００１６】
そこで、Ｎ・Ｒが３２０以下であれば、供給系の負圧は１．５ｋＰａ以下となり、インクを連続吐出するときにも、マージンを持ってインクの安定供給が可能になり、かつ、インクカートリッジの体積を効率よく活用することができる。
【００１７】
さらに、従来は、Ｎ・Ｒを２００以下としてのみ、インク吸収体が用いられていたが、２００以上でも３２０以下であればよいので、インク吸収体を用いる選択の幅を広げることができる。
【００１８】
この結果、２００≦Ｎ・Ｒ≦３２０を満たすことにより、インク吸収体設計指針の選択の幅を広げることができるインクカートリッジを提供することができる。
【００１９】
また、連続排出時にインク供給不足が発生したり、インクカートリッジ着脱時にインク漏れを起こしたりする不具合の発生を防止し得るように、インクの特性に応じたインク吸収体の設計指針を有するインクカートリッジを提供することができる。
【００２０】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒとが、下記式、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧０．０８
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすことを特徴としている。
【００２１】
上記の発明によれば、インクカートリッジは、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧０．０８
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たす。
【００２２】
すなわち、Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂが０．０８以上であれば、０．８ｋＰａ以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することを防ぐことができる。
【００２３】
また、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮に入れることができるので、より確実に上記の問題が発生することを防ぐことができる。
【００２４】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧γ・ｈ
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすことを特徴としている。
【００２５】
上記の発明によれば、インクカートリッジは、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧γ・ｈ
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たす。
【００２６】
すなわち、Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂがγ・ｈ以上であれば、任意の姿勢で生じる最大水頭圧力以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することを防ぐことができる。
【００２７】
また、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮に入れることができるので、より確実に上記の問題が発生することを防ぐことができる。
【００２８】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）とが、下記式、
Ｃ・ ［μ・Ｌ・Ｑ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］≦Ｔ／Ｄ
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５
を満たすことを特徴としている。
【００２９】
上記の発明によれば、インクカートリッジは、
Ｃ・［μ・Ｌ・Ｑ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］≦Ｔ／Ｄ
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５を満たす。
【００３０】
すなわち、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧はノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力以下でなければ、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題が発生し、インクの安定供給ができなくなる。
【００３１】
そこで、上式を満たしていれば、ノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力に対して供給系の負圧を小さくでき、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になる。
【００３２】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク吸収体に吸収されるインクの粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）とが、下記式、
（Ｋ／Ａ）・Ｑ・（Ｎ・Ｒ）２・（μ・Ｌ）／Ｓ≦２０００
ただし、係数（Ｋ／Ａ）＝７．５２×１０５
を満たすことを特徴としている。
【００３３】
上記の発明によれば、インクカートリッジは、
（Ｋ／Ａ）・Ｑ・（Ｎ・Ｒ）２・（μ・Ｌ）／Ｓ≦２０００
ただし、係数（Ｋ／Ａ）＝７．５２×１０５を満たす。
【００３４】
すなわち、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧は安全率を考慮すると、約２．０ｋＰａ以下でなければ、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題が発生し、インクの安定供給ができなくなる。
【００３５】
そこで、上式を満たしていれば、供給系の負圧は２ｋＰａ以下となり、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になる。
【００３６】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が、下記式、
２００≦Ｍ≦３２０
を満たすことを特徴としている。
【００３７】
上記の発明によれば、２００≦Ｍ≦３２０を満たす。
【００３８】
すなわち、インク収納部としてのインクカートリッジの高さ、インク吸収体としてのフォーム材のセルのばらつき、及びインクカートリッジにかかる振動を考慮して、インクの保持力を定めなければならない。なぜならば、保持力が足りないと、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生するからである。
【００３９】
例えば、インクカートリッジの高さが３４ｍｍである場合には、安全率を２とすると、保持力は、水頭で６８（＝３４×２）ｍｍ（０．６７ｋＰａ）必要であり、セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が２００以上であれば、水頭で８６ｍｍ（０．８６ｋＰａ）以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題の発生を防ぐことができる。
【００４０】
また、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧は安全率を考慮すると、約２．０ｋＰａ以下でなければ、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題が発生し、インクの安定供給ができなくなる。そこで、セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が３２０以下であれば、供給系の負圧は２ｋＰａ以下となり、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になる。
【００４１】
さらに、従来は、Ｎ・Ｒを２００以下としてのみ、インク吸収体が用いられていたが、セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）＝Ｎ・Ｒが２００以上でも３２０以下であればよいので、インク吸収体を用いる選択の幅を広げることができる。
【００４２】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）とが、下記式、
Ｔ・Ｍ・Ｂ≧０．０８
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすことを特徴としている。
【００４３】
上記の発明によれば、インクカートリッジは、
Ｔ・Ｍ・Ｂ≧０．０８
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たす。
【００４４】
すなわち、Ｔ・Ｍ・Ｂが０．０８以上であれば、０．８ｋＰａ以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することを防ぐことができる。
【００４５】
また、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮に入れることができるので、より確実に上記の問題が発生することを防ぐことができる。
【００４６】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧γ・ｈ
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすことを特徴としている。
【００４７】
上記の発明によれば、インクカートリッジは、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧γ・ｈ
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たす。
【００４８】
すなわち、Ｔ・Ｍ・Ｔ・Ｂがγ・ｈ以上であれば、任意の姿勢で生じる最大水頭圧力以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することを防ぐことができる。
【００４９】
また、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮に入れることができるので、より確実に上記の問題が発生することを防ぐことができる。
【００５０】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）が、下記式、
Ｑ・Ｍ２・（μ・Ｌ）・Ｃ／Ｓ≦Ｔ／Ｄ
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５
を満たすことを特徴としている。
【００５１】
上記の発明によれば、インクカートリッジは、
Ｑ・Ｍ２・（μ・Ｌ）・Ｃ／Ｓ≦Ｔ／Ｄ
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５
を満たす。
【００５２】
すなわち、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧はノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力以下でなければ、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題が発生し、インクの安定供給ができなくなる。
【００５３】
そこで、上式を満たしていれば、ノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力に対して供給系の負圧を小さくでき、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になる。
【００５４】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、インク吸収体に吸収されるインク粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）とが、下記式、
（Ｋ／Ａ）・Ｑ・Ｍ２・（μ・Ｌ）／Ｓ≦２０００
ただし、係数（Ｋ／Ａ）＝７．５２×１０５
を満たすことを特徴としている。
【００５５】
上記の発明によれば、インクカートリッジは、
（Ｋ／Ａ）・Ｑ・Ｍ２・（μ・Ｌ）／Ｓ≦２０００
ただし、係数（Ｋ／Ａ）＝７．５２×１０５
を満たす。
【００５６】
すなわち、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧は安全率を考慮すると、約２．０ｋＰａ以下でなければ、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題が発生し、インクの安定供給ができなくなる。
【００５７】
そこで、上式を満たしていれば、供給系の負圧は２ｋＰａ以下となり、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になる。
【００５８】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）と、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
［Ｔ・Ｓ／（Ｃ・Ｄ・μ・Ｌ・Ｑ）］０．５ ≧（Ｎ・Ｒ）≧γ・ｈ ／（Ｔ・Ｂ）
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすことを特徴としている。
【００５９】
上記の発明によれば、インクカートリッジは、
［Ｔ・Ｓ／（Ｃ・Ｄ・μ・Ｌ・Ｑ）］０．５ ≧（Ｎ・Ｒ）≧γ・ｈ ／（Ｔ・Ｂ）
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たす。
【００６０】
すなわち、Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂがγ・ｈ以上であれば、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮して任意の姿勢で生じる最大水頭圧力以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することをより確実に防ぐことができ、かつ、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧はノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力以下にでき、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまいインク吐出動作不良となることを防止できる。
【００６１】
また、本発明のインクカートリッジは、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）と、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
｛Ｔ・Ｓ／（Ｃ・Ｄ・μ・Ｌ・Ｑ）｝０．５ ≧ Ｍ ≧γ・ｈ ／（Ｔ・Ｂ）
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすことを特徴としている。
【００６２】
すなわち、Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂがγ・ｈ以上であれば、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮して任意の姿勢で生じる最大水頭圧力以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することをより確実に防ぐことができ、かつ、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧はノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力以下にでき、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまいインク吐出動作不良となることを防止できる。
【００６３】
また、本発明の画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記いずれかに記載のインクカートリッジを備えたことを特徴としている。
【００６４】
上記の発明によれば、上記記載のインクカートリッジを例えばインクジェット記録装置等の画像形成装置が備えている。
【００６５】
したがって、インク吸収体設計指針の選択の幅を広げることができる画像形成装置を提供することができる。
【００６６】
また、連続排出時にインク供給不足が発生したり、インクカートリッジ着脱時にインク漏れを起こしたりする不具合の発生を防止し得るように、インクの特性に応じたインク吸収体の設計指針を有する画像形成装置を提供することができる。
【００６７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１ないし図１８に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００６８】
本実施の形態における画像形成装置としてのインクジェット記録装置は、図２に示すように、給紙部、分離部、搬送部、印刷部及び排出部から構成される。
【００６９】
給紙部は、印刷を行う際に記録用紙であるシートを供給するものであり、給紙トレイ１０１及びピックアップローラ１０２よりなる。印刷を行わない際には、シートを保管する機能を果たす。
【００７０】
分離部は、給紙部より供給されるシートを、印刷部へ一枚ずつ供給するためのものであり、図示しない給紙ローラ及び分離装置よりなる。分離装置では、シートとの接触部分であるパッド部分とシートとの摩擦が、シート間の摩擦より大きくなるように設定されている。また、給紙ローラでは、給紙ローラとシートとの摩擦が、パッドとシートとの摩擦や、シート間の摩擦よりも大きくなるように設定されている。そのため、２枚のシートが分離部まで送られてきたとしても、給紙ローラによって、これらのシートを分離し、上側のシートのみを搬送部に送ることができる。
【００７１】
搬送部は、分離部より一枚ずつ供給されるシートを、印刷部へと搬送するためのものであり、図示しないガイド板、及び搬送押えローラ１１１・搬送ローラ１１２等のローラ対よりなる。ローラ対は、シートを印字ヘッド１とプラテンとの間に送り込む際に、印字ヘッド１からのインクがシートの適切な位置に吹き付けられるように、シートの搬送を調整する部材である。
【００７２】
印刷部は、搬送部のローラ対より供給されるシートへ印刷を行うためのものであり、印字ヘッド１、この印字ヘッド１を搭載したキャリッジ２、キャリッジ２を案内するための部材であるガイドシャフト１２１、印字ヘッド１にインクを供給するインクカートリッジ２０、及び印刷時にシートの台となるプラテンより構成される。このうち、印字ヘッド１、インク供給経路３、及びインクカートリッジ２０は、後述するインク供給装置１０を構成する。
【００７３】
排出部は、印刷が行われたシートをインクジェット記録装置の外へ排出するためのものであり、排出ローラ１３１・１３２及び排出トレイ１３４よりなる。
【００７４】
上記構成を備えたインクジェット記録装置は、次のような動作によって印刷を行う。
【００７５】
まず、図示しないコンピュータ等から、画像情報に基づく印刷要求が、インクジェット記録装置に対してなされる。印刷要求を受信したインクジェット記録装置は、給紙トレイ１０１上のシートを、ピックアップローラ１０２によって給紙部より搬出する。
【００７６】
次に、搬出されたシートは、給紙ローラによって分離部を通過し、搬送部へと送られる。搬送部では、搬送押えローラ１１１・搬送ローラ１１２のローラ対によって、シートを印字ヘッド１とプラテン１１３との間へと送る。
【００７７】
そして、印刷部では、印字ヘッド１の吐出ノズルよりプラテン１１３上のシートへ、画像情報に対応してインクが吹き付けられる。この時、シートはプラテン１１３上で一端停止されている。インクを吹き付けつつ、キャリッジ１０は、ガイドシャフト１２１に案内されて、主走査方向に渡って一ライン分走査される。
【００７８】
それが終了すると、シートは、プラテン１１３上で副走査方向に一定の幅だけ移動させられる。印刷部において、上記処理が画像情報に対応し継続して実施されることにより、シート全面に印刷がなされる。
【００７９】
印刷が行われたシートは、インク乾燥部を経て、排出ローラ１３１・１３２によって用紙排出口１３３を通して排出トレイ１３４に排出される。その後、シートは印刷物としてユーザに提供される。
【００８０】
ここで、上記のインクジェット記録装置のインク供給装置１０について、図３〜図５に基づいて詳細に説明する。
【００８１】
図３に示すように、インク供給装置１０は、前述したように、印字ヘッド１、インク供給経路３及びインクカートリッジ２０を備えている。
【００８２】
図４（ａ）（ｂ）に示すように、通常、インクカートリッジ２０内にはインクを貯留する空間であるインク収納部としてのインクタンク２１が備えられている。本実施の形態のインクカートリッジ２０では、このインクタンク２１の内部に、例えば、ポリウレタン樹脂製の多孔質保持体であるインク吸収体２２が備えられている。
【００８３】
そして、インクタンク２１の、例えば底面には、印字ヘッド１にインクを供給するためのインク供給チューブからなるインク供給経路３が設けられている。
【００８４】
インク供給経路３の端部には、フィルタ２３が設けられたインク供給口２４が設けられている。このインク供給口２４は、インクタンク２１に挿し込まれるように接続されており、インクタンク２１内に位置することになっている。
【００８５】
また、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、上記インクタンク２１外のインク供給経路３には、このインク供給経路３を挟持するように一対の検出電極２５・２５が設けられている。
【００８６】
なお、印字ヘッド１は、例えば、１分当たり０．５ｃｃのインクを吸引４９ｃｃのインクを吐出するようになっており、そのときのインク供給経路３にかかる圧力は圧力ゲージにて測定できるようになっている。また、印字ヘッド１とインクカートリッジ２０との配置は、例えば、印字ヘッド１の水頭（Ｐｈ）は５０ｍｍ、インクタンク２１の水頭（Ｐｈ）は３０ｍｍとなるように配置されている。
【００８７】
上記のフィルタ２３は、図５に示すように、帯状の、例えばステンレス材を網状に編み込むようにして作成されている。また、上記の方法に限らず、例えば、エッチングにより、網目を形成させた板状部材をフィルタ２３としてもよい。
【００８８】
そして、このインクカートリッジ２０では、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、フィルタ２３を介して、インク供給経路３に混入してきた空気によって、上記の検出電極２５・２５間のインクが押し出されたとき、すなわち、検出電極２５・２５間にインクがなくなったとき、その検出電極２５・２５極間には電流が流れないようになることを利用して、インクの残量、つまりインクのなくなりを検出するようになっている。
【００８９】
上記のようなインク残量を検出する過程を、インク供給経路３にかかる負圧と時間経緯とのグラフである図６及び図７を用いて詳細に説明する。なお、図７は、図６の簡略説明図となっている。
【００９０】
まず、上記印字ヘッド１を駆動させると、すなわちインクタンク２１内のインクを消費するためにインク供給経路３に負圧をかけていくと、図６及び図７に示すように、インクの使用量の増加に伴って負圧も徐々に上昇して行く。そして、インク残量が少なくなると、ある時点で急激に負圧が上昇する。これは、インク供給経路３に大きな吸引力がかかることにより負圧をかけすぎたことによって、インク吸収体２２にかかるインク供給圧力よりもその圧力値が大きくなり、フィルタ２３の網目（セル）に形成されていたインク膜が破れ、負圧の低下が起きたことを示している。
【００９１】
すなわち、インクの表面張力によりセル径による臨界圧力まで上昇し、さらには、図８に示すように、セル径よりも小さい上記フィルタ２３の網目に形成されるインクメニスカスによる臨界圧力まで急激に負圧が上昇し、上記印字ヘッド１からの吸引圧が臨界圧を越えると、フィルタ２３の網目に形成されていたインクメニスカスの表面が破れ、負圧の低下が起きたことを示している。
【００９２】
次に、前述したインクカートリッジ２０におけるインク吸収体２２の最適化のための詳細について、以下に説明する。
【００９３】
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、本実施の形態では、インク吸収体２２としてのフォーム材が収納されたインクタンク２１を備えるインクカートリッジ２０を備えている。このフォーム材の多孔質体にはインクが含浸されており、このフォーム材がインクタンク２１内に圧縮して収容されている。
【００９４】
多孔質内に保持されているインクは、インクカートリッジ２０に備えられたインク供給口２４であるノズルを通して毛管力によって、インクカートリッジ２０内から印字ヘッド１側へ排出される。
【００９５】
ところで、多孔質内に保持されているインクの保持力によっては、連続排出時にインク供給不足が発生したり、インクカートリッジ２０着脱時にインク漏れを起こしたりする不具合の発生する。
【００９６】
この問題を解消するためには、インクの特性に応じたインク吸収体２２の設計指針が必要となる。本実施の形態では、インク、フォーム材及びインクカートリッジ２０を用いて実験を行い、インクカートリッジ２０における安定負圧Ｐを測定し、設計指針の検討を行った。実験の結果を表１に示す。また、インク、フォーム材及びインクカートリッジ２０の諸条件については、以下の通りとした。
【００９７】
・インクの表面張力Ｔ＝０．０３（Ｎ／ｍ） （３０ｄｙｎ／ｃｍ）
・インクの粘度 μ＝０．０７（Ｐａ・ｓ） （７ｃｐ）
・インク組成 Ｈ２Ｏ、顔料、ポリエチレングリコール
・フォーム材のセル密度Ｎ＝４０（個／ｉｎｃｈ）＝１．５７（個／ｍｍ）
・フォーム材の材質 ポリウレタン
・インクカートリッジ収納時のフォーム材外寸（幅×奥行×高）
Ｗ×Ｄ×Ｌ＝０．０１５×０．０７４×０．０３０（ｍ）
・インクカートリッジ内寸（幅×奥行×高）
Ｗ×Ｄ×Ｌ＝０．０１５×０．０７４×０．０３０（ｍ）
なお、表１における項目は下記の通りである。
【００９８】
・圧縮率Ｒ：インクカートリッジに圧縮されて収納された時のインクカートリッジに収納される前に対するフォーム材の体積比率
・セル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）：インクカートリッジに収納する前のインク吸収体
２２のフォーム材のセル密度
・圧縮時のフォーム材の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）：インクカートリッジに圧縮されて収納されている時のフォーム材の実装セル密度
・流量Ｑ（ｍ３／ｓ）：インクの流量
・効率（％）：インクカートリッジからの総流出量÷インク充填量
・インク上限時安定負圧Ｐｈ（Ｐａ）：インクカートリッジ内のインクが上限まで充填されている時、すなわち満載の状態で所定のインク流量とした時に測定されたインクカートリッジにおける安定負圧
・インク下限時安定負圧ＰＬ（Ｐａ）：インクカートリッジ内のインクが下限までしか充填されていない時、すなわちカートリッジ内のインクが無くなる直前に所定のインク流量とした測定されたインクカートリッジにおける安定負圧
【００９９】
【表１】
後で詳細説明するが、発生負圧の測定値を流体力学理論に基づき詳細検討した結果、インク上限時安定負圧Ｐｈは、インクの粘性に基づく流路の圧力損失に起因し、またインク下限時安定負圧ＰＬはインクの表面張力Ｔに基づく毛管の臨界圧力に起因していることが判明した。
【０１０１】
ここで、インクカートリッジ２０の高さ、フォーム材セルのばらつき、及びインクカートリッジ２０にかかる振動を考慮して、インクの保持力を定めなければならない。保持力が足りないと、特にインク上限時にインクカートリッジ２０の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じる。
【０１０２】
まず、インクカートリッジ２０の高さが３４ｍｍであるので、安全率を２とすると、保持力は、水頭で６８（＝３４×２）ｍｍ、つまり０．６７ｋＰａ必要である。
【０１０３】
ところで、インクの保持力は表面張力Ｔに基づく毛管圧力であり、インク下限時安定負圧ＰＬは、実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が２００以上であれば、水頭で０．８６ｋＰａ、８９ｍｍ以上の保持力が得られるので、インクカートリッジ２０の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じることを防ぐことができる。
【０１０４】
また、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧は安全率を考慮すると、約２．０ｋＰａ以下でなければ、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題が生じ、インクの安定供給ができなくなる。
【０１０５】
そこで、実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が３２０以下であれば、供給系の負圧は１．５ｋＰａ以下となり、インクを連続吐出するときにも、マージンを持ってインクの安定供給が可能になる。
【０１０６】
また、インクカートリッジ２０内面の収納体積に対して実際に使用可能となるインク容積の比を効率とすると、図９に示すように、効率はＲの値が増加するのに伴って低下し、図１に示すように、実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が３２０になると大きく低下し始める。したがって、インクカートリッジ２０の体積を効率よく活用する条件として、実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が３２０以下となる。
【０１０７】
なお、これらは理論値であるが、実測値においても、これを満たしていることが、確認された。すなわち、前記表１において、実装セル密度Ｍ＝Ｎ・Ｒ（個／ｉｎｃｈ）が２００のとき、実測安定負圧であるインク下限時安定負圧ＰＬが０．８６ｋＰａ以上となっているとともに、実装セル密度Ｍ＝Ｎ・Ｒ（個／ｉｎｃｈ）が３２０のとき、実測安定負圧であるインク下限時安定負圧ＰＬが１．５０ｋＰａ以下となっている。なお、この実測安定負圧であるインク下限時安定負圧ＰＬは、メニスカスがいかなる負圧に耐え得るかを示している。
【０１０８】
次に、インク下限時安定負圧ＰＬ及びインク上限時安定負圧Ｐｈに対して考察を加える。なお、インク上限時安定負圧Ｐｈとは、インクが流れているときの負圧を表したものである。
【０１０９】
まず、正規化するために、圧縮率Ｒ＝５．５、流量Ｑ＝８．１７ｎｍ３／ｓ（０．４９ｃｃ／ｍｉｎ）におけるインク上限時安定負圧Ｐｈ＝０．６２ｋＰａに対して、各データにおけるインク上限時安定負圧Ｐｈを正規化した値が、始点の比率におけるＲｓである。また、Ｒ２は、圧縮率Ｒ２について、圧縮率Ｒ＝５．５に対して正規化したものである。
【０１１０】
一方、圧縮率Ｒ＝５．５、流量Ｑ＝８．１７ｎｍ３／ｓにおけるインク下限時安定負圧ＰＬ＝０．９９ｋＰａに対して、各データにおけるインク下限時安定負圧ＰＬを正規化した値が終点の比率におけるＲｅである。また、Ｒ１は、圧縮率Ｒについて、圧縮率Ｒ＝５．５に対して正規化したものである。
【０１１１】
ここで、それぞれ、始点においてＲｓ／Ｒ２を算出し、終点においてＲｅ／Ｒ１を算出すると、表１より、それぞれ略１であることがわかる。したがって、インク上限時安定負圧Ｐｈは圧縮率Ｒの２乗に比例し、インク下限時安定負圧ＰＬは圧縮率Ｒに比例することがわかる。
【０１１２】
以上に基づき、さらに、インク及びフォーム材の設計指針を詳しく得るために、これらの理論付けを以下のように行い、検討を加えた。
【０１１３】
インクカートリッジ２０内のインクが上限まで充填されている時、すなわち、インクカートリッジ２０にインクが満載されている時には、フォーム材の各セルを円形管路とみなし、管路の圧力差によって管内の液（本発明におけるインク）が流れていると想定することができる。図１０に示すように、円形管路を流れる流量Ｑｉ（ｍ３／ｓ）は、式（１）によって定義される。
【０１１４】
Ｑｉ＝ΔＰ・π・ｄ４／（１２８・μ・Ｌ） ・・・（１）
となる。ここで、ΔＰは管路の圧力損失（Ｐａ）、ｄは管路直径（ｍ）、μは粘度（Ｐａ・ｓ）、Ｌは管路の流路長（ｍ）である。
【０１１５】
ｄ（ｍ）を圧縮時のセル径とみなすと、圧縮時のフォーム材の実装セル密度Ｍ＝Ｎ・Ｒ（個／ｉｎｃｈ）より、
ｄ＝０．０２５４／（Ｎ・Ｒ） ・・・（２）
となる。
【０１１６】
フォーム材は圧縮されてインクカートリッジ２０内に収容されているので、フォーム材の各セルは、図１１に示すように、最密状態であると考えられる。したがって、圧縮時のフォーム材下端におけるセル総数Ｎｄ（個）は、
Ｎｄ＝（２／√３）・Ｓ／（ｄ２） ・・・（３）
となる。ここで、Ｓはフォーム材の断面積（Ｗ×Ｄ）である。
【０１１７】
したがって、（３）による直径一定の円柱状の流路を想定し、全流量Ｑｔ（ｍ３／ｓ）は、式（１）、（２）、（３）より、
Ｑｔ＝Ｑｉ・Ｎｄ
＝［ΔＰ・π・ｄ４／（１２８・μ・Ｌ）］・［（２／√３）・Ｓ／（ｄ２）］＝Ａ・ΔＰ・Ｓ／［μ・Ｌ・（Ｎ・Ｒ）２］ ・・・（４）
ただし 係数Ａ＝１．８３×１０−５
となる。従って、全流量Ｑｔは圧縮時のフォーム材の実装セル密度Ｍ＝Ｎ・Ｒ（個／ｉｎｃｈ）の２乗に反比例していることがわかる。
【０１１８】
式（４）により、図１０に示す円柱状の流路を想定した理論値である全流量Ｑｔを求めた結果を、表２に示す。
【０１１９】
【表２】
実際のフォーム内では球形状又は多面体上のセルが数珠状に連通しており、図１２に示すように、連珠状の流路により実効の直径は上記理論値よりも小さな値となり、セル径を用いて求めた流量Ｑｔの実際の流量Ｑに対する平均倍率を求め、これを補正係数ｋとする。表２の場合、補正係数ｋは１３．７５である。
【０１２１】
ここで、図１３に示すように、直径をｄｍ、その中心位置をＸ＝０とした球状流路を積分して求めた正規化流路抵抗をＲｄ、円柱状流路の正規化流路抵抗をＲｍとした抵抗比Ｒｄ／Ｒｍを、図１４に示す。同図に示すように、Ｘが０近傍の場合ではｒｄ／Ｒｍ≒１であるが、Ｘがｄｍ／２に近づくに伴ってＲｄ／Ｒｍが上昇することがわかる。この検討より、補正係数Ｋ＝１３．７５を考察すると、正規化セル径を１としたとき、Ｘ＝０．４８８の位置でＲｄ／Ｒｍ＝１３．７５となる。これは流路が正規化直径０．２１で隣接セルと連通しているモデル化できることを意味し、この検討からも実測値より決定した補正係数Ｋの値が適切であると言える。
【０１２２】
これより、算出流量Ｑｃを、
Ｑｃ＝Ｑｔ／ｋ ・・・（５）
或いは、
Ｑｃ＝（Ａ／ｋ）・ΔＰ・Ｓ・／［μ・Ｌ・（Ｎ・Ｒ）２］ ・・・（４’）
ただし 係数（Ａ／ｋ）＝１．３３×１０−６
として求める。
【０１２３】
ここで、表２より、各データにおいて、Ｑ／Ｑｃは略１であるので、補正係数ｋを用いることにより、精度よく流量Ｑを求めることができることがわかる。
【０１２４】
また逆に、式（４）、（５）より、
ΔＰ＝（ｋ／Ａ）・［μ・Ｌ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］・Ｑ ・・・（６）
ただし 係数（ｋ／Ａ）＝７．５２×１０５
管路の圧力差ΔＰを実際の流量Ｑより求めた結果を、表３に示す。
【０１２５】
【表３】
理論値圧の実際の圧力差であるインク上限時安定負圧Ｐｈに対する平均倍率を求めて補正係数とする。これにより算出された算出圧力差Ｐｃとインク上限時安定負圧Ｐｈとの比をＰｃ／Ｐｈとすると略１である。
【０１２７】
また、表２と表３とをグラフとして示した図１５に示す。同図に示すように、理論値からの算出値による安定負圧が、実際に測定した安定負圧とよく一致していることがわかり、インク上限時安定負圧Ｐｈはインクの粘度に基づく圧力損失に起因するものであり、補正係数を用いて精度よくインク上限時安定負圧Ｐｈを求めることができることがわかる。
【０１２８】
次に、インクカートリッジ２０内のインクが下限までしか充填されていない時、すなわちインクカートリッジ２０内のインクが無くなる直前の状態は、フォーム材の下端のセルを毛管とみなすことができる。
【０１２９】
したがって、図１６及び図１７に示すように、毛管内の液面（メニスカス）の臨界圧力Ｐｔ（Ｐａ）は、式（７）によって定義される。
【０１３０】
Ｐｔ＝２・Ｔ・ｃｏｓθ／（ｄ／２） ・・・（７）
ここで、Ｔは管内の液（本発明におけるインク）の表面張力（Ｎ／ｍ）、θは管との接触点の角である接触角、ｄは毛管の直径（ｍ）である。なお、インク吸収体２２はインクに対して濡れ性の良いものが選ばれるので、θは略０とみなすことができるので、式（７）は、
Ｐｔ≒４・Ｔ／ｄ ・・・（８）
となる。
【０１３１】
したがって、式（２）及び式（８）より、
Ｐｔ＝（４／０．０２４５）・Ｔ・（Ｎ・Ｒ） ・・・（９）
となる。
【０１３２】
式（９）より、毛管内液面の臨界圧力Ｐｔを求めた結果を、表４に示す。
【０１３３】
【表４】
式（９）より求めた理論値臨界圧力Ｐｘの実際の圧力であるインク下限時安定負圧ＰＬに対する比Ｐｘ／ＰＬは、略１であるので、インク下限時安定負圧ＰＬはインクの表面張力に基づく毛管の臨界圧力に起因しているという理論の正しさを示すとともに、精度よくインク下限時安定負圧ＰＬを求めることができることがわかる。
【０１３５】
インクカートリッジ２０の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じることを防ぐ必須条件としてはインク水頭圧力に対してフォーム材の保持力である臨界圧力が大きいことが要求される。
【０１３６】
したがって、インク供給口２４に対するインクの水頭高さｈ（ｍ）は、インクカートリッジ２０において、インクの比重をγとすると、水頭圧力は９．８×１０３・γ・ｈ（Ｐａ）であり、式（９）における臨界圧力Ｐｔ（Ｐａ）が以下の条件式を満たすことが必須となる。
【０１３７】
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧γ・ｈ ・・・（１０）
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
また、インクカートリッジ２０内に収納された状態でのフォーム材のセル密度、つまり実装セル密度Ｍ＝Ｎ・Ｒ（個／ｉｎｃｈ）は、例えばセル密度Ｎ＝４０個／ｉｎｃｈを圧縮率Ｒ＝５で圧縮加工して得られたインク吸収体２２をインクカートリッジ２０に収納することによりさらに１０％の圧縮を受けるとき、
Ｍ＝４０×５．５×１．１＝２４２個／ｉｎｃｈ
であり、（９）式の必須条件は、実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）を代入すると、
Ｔ・Ｍ・Ｂ≧γ・ｈ ・・・（１１）
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
となる。なお、実装セル密度Ｍは、実測値を用いても良い。
【０１３８】
インク供給口２４に対するインクの水頭高さｈは、通常の姿勢においてはフォーム材或いはインクカートリッジ２０内壁の高さとすれば良い。
【０１３９】
ハンドリングに配慮する必要がある場合は、インクカートリッジ２０を傾けた姿勢も含めて、とり得る供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さとする。
【０１４０】
セル径の分布等を考慮すると安全率を２倍程度以上とすることが望ましく、
よって
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧２・γ・ｈ ・・・（１２）
又は
Ｔ・Ｍ・Ｂ≧２・γ・ｈ ・・・（１３）
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
とすることが望ましい。
【０１４１】
インクカートリッジの高さはインクレベルの変動への配慮により概ね４０ｍｍ以下が広く実用化されており、安全率を２とすると、具体的な臨界圧力として約０．８ｋＰａ（０．０８ｍＨ２Ｏ）を満足することが望ましく
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧０．０８ ・・・（１４）
又は
Ｔ・Ｍ・Ｂ≧０．０８ ・・・（１５）
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
とすることにより、０．８ｋＰａ以上に保つことができ、インクカートリッジ２０の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じることを防ぐことができる。
【０１４２】
ここで、表２と表３とをグラフとして示した前記図１５に示すように、理論値及び算出値による安定負圧が、実際に測定した安定負圧とよく一致していることがわかる。また、実装セル密度Ｍ（≒Ｎ・Ｒ）の各設定時における負圧を、表４及び図１に示す。
【０１４３】
次に、インクノズルのインク滴出によるオリフィスのインク後退による臨界圧Ｐｎを求める。
【０１４４】
インク吐出周波数８０００ｐｐｓ、ノズル数６４本と設定ときのインク流量ＱがＱ＝８．１７ｎｍ３／ｓ（０．４９ｃｃ／ｍｉｎ）であったとき、インクの１滴は、
０．００８１７／８０００／６４＝１．６×１０−８（ｃｃ）
となる。
【０１４５】
オリフィスの形状として、図８に示すように、円管のノズルの径を２０μｍ、長さを２０μｍとし、ノズル端部から頂角９０度、頂部円径２０μｍの円錐台形がそこから延出していると仮定する。
【０１４６】
この場合、インクが１滴吐出したときの、オリフィス内のインクの後退による液面位置における円錐部の直径Ｈを、表５に示している。なお、表５において、円錐部の直径Ｈ＝２０μｍとは、エキシマレーザ加工等により、ノズル先端のストレート部が充分に長い場合を表している。また、インク１滴として、１．６×１０−８（ｃｃ）と１．８×１０−８（ｃｃ）との場合を示し、各場合に対して、ノズル先端でのメニスカスの過渡振動を考慮しない場合と、図１８（ａ）〜（ｈ）に示すように、ノズル先端でのメニスカスの過渡振動等により吐出量に対して２倍の後退量として考慮した場合を示している。
【０１４７】
式（８）に円錐部の直径Ｈ（ｍ）を代入してノズルの臨界圧力Ｐｎは
Ｐｎ≒４・Ｔ／Ｈ ・・・・（８’）
となる。
【０１４８】
インクの供給不足を起こさない必須条件はａｂｓ（Ｐｎ）＞ａｂｓ（Ｐｈ）であり、ノズル直径をＤ（ｍ）とすると式（６）、（８’）より
（ｋ／Ａ）・［μ・Ｌ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］・Ｑ≦４・Ｔ／Ｄ ・・・（１６）
式（１６）を整理して
Ｃ・［μ・Ｌ・Ｑ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］≦Ｔ／Ｄ ・・・（１７）
ただし 係数Ｃ＝（ｋ／Ａ）／４＝１．８８×１０５
を得る。
【０１４９】
また、実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）を式（１７）適合すると必須条件は、
Ｃ・［μ・Ｌ・Ｑ・Ｍ２／Ｓ］≦Ｔ／Ｄ ・・・（１８）
ただし 係数Ｃ＝（ｋ／Ａ）／４＝１．８８×１０５
となる。
【０１５０】
式（８’）を用いて算出した各場合の臨界圧Ｐｎ（ｋＰａ）を、表５に示している。
【０１５１】
この表５により、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧は安全率、すなわち、過渡振動及び流量の誤差を考慮すると、１．８８ｋＰａ、すなわち、約２．０ｋＰａ以下であれば、インク吐出後にノズル先端のメニスカスが後退した状態でメニスカスにより生じるインクを吸引する臨海圧力Ｐｎがインク供給系の負圧より大きくすることにより連続吐出においても必要量が安定供給されることが可能となる。
【０１５２】
したがって、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題は、供給系の負圧は約２．０ｋＰａ以下であれば、発生を防止することができ、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になる。
【０１５３】
上記検討結果を整理するとフォーム材のセル密度Ｎ及び圧縮率Ｒに要求される条件としては式（９）、（１７）より
［Ｔ・Ｓ／（Ｃ・Ｄ・μ・Ｌ・Ｑ）］０．５≧（Ｎ・Ｒ）≧γ・ｈ／（Ｔ・Ｂ） ・・・（１９）
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５、係数Ｂ＝０．０１６１
また、実装状態の実装セル密度Ｍ＝Ｎ・Ｒ（個／ｉｎｃｈ）としては式（１０）、（１８）より
［Ｔ・Ｓ／（Ｃ・Ｄ・μ・Ｌ・Ｑ）］０．５≧Ｍ≧γ・ｈ／（Ｔ・Ｂ）・・・（２０）
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５、係数Ｂ＝０．０１６１
となり、式（１９）、又は式（２０）を満足することによりカートリッジ着脱時のインクの洩れを防止し、かつ、連続吐出時にインクを安定供給することが可能となる。
【０１５４】
【表５】
また、供給系の負圧を２．０ｋＰａ以下に抑えるには（６）式より、
（ｋ／Ａ）・［μ・Ｌ・Ｑ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］≦２０００ ・・・（２１）
ただし 係数（ｋ／Ａ）／４＝７．５２×１０５
を得る。
【０１５６】
また、実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）を式（２１）適合すると、
（ｋ／Ａ）・［μ・Ｌ・Ｑ・Ｍ２／Ｓ］≦２０００ ・・・（２２）
ただし 係数（ｋ／Ａ）＝７．５２×１０５
となり、式（２１）、又は式（２２）を満足することにより吐出時にインクを安定供給することが可能となる。
【０１５７】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、インクの粘度μ＝０．０７（Ｐａ・ｓ）（＝７ｃｐ）、インクの表面張力Ｔ＝０．０３（Ｎ／ｍ）（＝３０ｄｙｎ／ｃｍ）、及びフォーム材のセル密度Ｎ＝４０（個／ｉｎｃｈ）＝１．５７（個／ｍｍ）として、解析を行った。
【０１５８】
しかしながら、特にこれに限定するものではなく、との条件とすることが可能である。すなわち、インクジェットのインクは、
・粘度μ＝０．０１５〜０．１５（Ｐａ・ｓ）
・インクの表面張力Ｔ＝０．０３〜０．０５（Ｎ／ｍ）
・フォーム材のセル密度Ｎ＝４０〜１００（個／ｉｎｃｈ）
が一般的である。
【０１５９】
そこで、例えば、異なる条件として、以下の条件を採用して検討を行った。
【０１６０】
・粘度μ＝０．０１５（Ｐａ・ｓ）
・インクの表面張力Ｔ＝０．０４（Ｎ／ｍ）
・フォーム材のセル密度Ｎ＝８０（個／ｉｎｃｈ）
その結果、前記表３及び表４に代わる表６及び表７を得た。
【０１６１】
【表６】
【表７】
そして、この結果においても、前述した各式（１）〜（２２）を満たすことが、判明した。
【０１６４】
【発明の効果】
本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒとが、下記式、
２００≦Ｎ・Ｒ≦３２０
を満たすものである。
【０１６５】
それゆえ、Ｎ・Ｒが２００以上であれば、水頭で８６ｍｍ（０．８６ｋＰａ）以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題の発生を防ぐことができる。
【０１６６】
また、Ｎ・Ｒが３２０以下であれば、供給系の負圧は１．５ｋＰａ以下となり、インクを連続吐出するときにも、マージンを持ってインクの安定供給が可能になり、かつ、インクカートリッジの体積を効率よく活用することができる。
【０１６７】
さらに、従来は、Ｎ・Ｒを２００以下としてのみ、インク吸収体が用いられていたが、２００以上でも３２０以下であればよいので、インク吸収体を用いる選択の幅を広げることができる。
【０１６８】
この結果、２００≦Ｎ・Ｒ≦３２０を満たすことにより、インク吸収体設計指針の選択の幅を広げることができるインクカートリッジを提供することができるという効果を奏する。
【０１６９】
また、連続排出時にインク供給不足が発生したり、インクカートリッジ着脱時にインク漏れを起こしたりする不具合の発生を防止し得るように、インクの特性に応じたインク吸収体の設計指針を有するインクカートリッジを提供することができるという効果を奏する。
【０１７０】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒとが、下記式、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧０．０８
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすものである。
【０１７１】
それゆえ、Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂが０．０８以上であれば、０．８ｋＰａ以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することを防ぐことができる。また、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮に入れることができるので、より確実に上記の問題が発生することを防ぐことができるという効果を奏する。
【０１７２】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒ、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧γ・ｈ
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすものである。
【０１７３】
それゆえ、Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂがγ・ｈ以上であれば、任意の姿勢で生じる最大水頭圧力以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することを防ぐことができる。また、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮に入れることができるので、より確実に上記の問題が発生することを防ぐことができるという効果を奏する。
【０１７４】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）とが、下記式、
Ｃ・ ［μ・Ｌ・Ｑ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］≦Ｔ／Ｄ
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５
を満たすものである。
【０１７５】
それゆえ、上式を満たしていれば、ノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力に対して供給系の負圧を小さくでき、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になるという効果を奏する。
【０１７６】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）とが、下記式、
（Ｋ／Ａ）・Ｑ・（Ｎ・Ｒ）２・（μ・Ｌ）／Ｓ≦２０００
ただし、係数（Ｋ／Ａ）＝７．５２×１０５
を満たすものである。
【０１７７】
それゆえ、上式を満たしていれば、供給系の負圧は２ｋＰａ以下となり、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になるという効果を奏する。
【０１７８】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が、下記式、
２００≦Ｍ≦３２０
を満たすものである。
【０１７９】
それゆえ、セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が２００以上であれば、水頭で８６ｍｍ（０．８６ｋＰａ）以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題の発生を防ぐことができる。
【０１８０】
また、セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が３２０以下であれば、供給系の負圧は２ｋＰａ以下となり、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になるという効果を奏する。
【０１８１】
さらに、従来は、Ｎ・Ｒを２００以下としてのみ、インク吸収体が用いられていたが、セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）＝Ｎ・Ｒが２００以上でも３２０以下であればよいので、インク吸収体を用いる選択の幅を広げることができるという効果を奏する。
【０１８２】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）とが、下記式、
Ｔ・Ｍ・Ｂ≧０．０８
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすものである。
【０１８３】
それゆえ、Ｔ・Ｍ・Ｂが０．８以上であれば、０．８ｋＰａ以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することを防ぐことができる。また、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮に入れることができるので、より確実に上記の問題が発生することを防ぐことができるという効果を奏する。
【０１８４】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧γ・ｈ
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすものである。
【０１８５】
それゆえ、Ｔ・Ｍ・Ｔ・Ｂがγ・ｈ以上であれば、任意の姿勢で生じる最大水頭圧力以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することを防ぐことができる。
【０１８６】
また、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮に入れることができるので、より確実に上記の問題が発生することを防ぐことができるという効果を奏する。
【０１８７】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）が、下記式、
Ｑ・Ｍ２・（μ・Ｌ）・Ｃ／Ｓ≦Ｔ／Ｄ
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５
を満たすものである。
【０１８８】
それゆえ、上式を満たしていれば、ノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力に対して供給系の負圧を小さくでき、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になるという効果を奏する。
【０１８９】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク吸収体に吸収されるインクの粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）とが、下記式、
（Ｋ／Ａ）・Ｑ・Ｍ２・（μ・Ｌ）／Ｓ≦２０００
ただし、係数（Ｋ／Ａ）＝７．５２×１０５
を満たすものである。
【０１９０】
それゆえ、上式を満たしていれば、供給系の負圧は２ｋＰａ以下となり、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になるという効果を奏する。
【０１９１】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）と、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
［Ｔ・Ｓ／（Ｃ・Ｄ・μ・Ｌ・Ｑ）］０．５ ≧（Ｎ・Ｒ）≧γ・ｈ ／（Ｔ・Ｂ）
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすものである。
【０１９２】
それゆえ、Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂがγ・ｈ以上であれば、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮して任意の姿勢で生じる最大水頭圧力以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することをより確実に防ぐことができ、かつ、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧はノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力以下にでき、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまいインク吐出動作不良となることを防止できるという効果を奏する。
【０１９３】
また、本発明のインクカートリッジは、以上のように、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）と、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
［Ｔ・Ｓ／（Ｃ・Ｄ・μ・Ｌ・Ｑ）］０．５ ≧ Ｍ ≧γ・ｈ ／（Ｔ・Ｂ）
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５、係数Ｂ＝０．０１６１を満たすものである。
【０１９４】
それゆえ、Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂがγ・ｈ以上であれば、インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔの違いも考慮して任意の姿勢で生じる最大水頭圧力以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することをより確実に防ぐことができ、かつ、インクを連続吐出するときに、供給系の負圧はノズル先端でのメニスカスにより生じるインク吸引圧力以下にでき、供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまいインク吐出動作不良となることを防止できるという効果を奏する。
【０１９５】
また、本発明の画像形成装置は、以上のように、上記いずれかに記載のインクカートリッジを備えたものである。
【０１９６】
それゆえ、インク吸収体設計指針の選択の幅を広げることができる画像形成装置を提供することができる。また、連続排出時にインク供給不足が発生したり、インクカートリッジ着脱時にインク漏れを起こしたりする不具合の発生を防止し得るように、インクの特性に応じたインク吸収体の設計指針を有する画像形成装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるインクジェット記録装置の実施の一形態を示すものであり、実装セル密度Ｍ＝Ｎ・Ｒ（個／ｉｎｃｈ）と効率との関係を示すグラフである。
【図２】上記インクジェット記録装置の全体構成を一部切り欠いて示す斜視図である。
【図３】上記インクジェット記録装置のインク供給装置を示す概略構成図である。
【図４】（ａ）はインクカートリッジの構成を示す断面図であり、（ｂ）はインクカートリッジからインク供給経路を抜いた状態を示す断面図であり、（ｃ）は検出電極の構成を示す断面図である。
【図５】上記インク供給装置のフィルタの構成を示す正面図である。
【図６】上記インクカートリッジにインクを満たした状態からインクを継続して吐出したときの時間とインクカートリッジの負圧との関係を示すグラフである。
【図７】図６を模式的に示すグラフである。
【図８】供給口の端部の構成を拡大して示す断面図である。
【図９】セル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と効率との関係を示すグラフである。
【図１０】インクカートリッジのフォーム材の各セルを円形管路とみなしたとき、円形管路を流れる流量と管路の圧力差とを示す模式図である。
【図１１】最密充填されているセルを示す構成図である。
【図１２】インクカートリッジにおける実際のフォーム材内では、球形状又は多面体上のセルが数珠状に連通している状態を示す断面図である。
【図１３】実際のフォーム材内ではセルは連珠状の流路となっているとしたときの、実効直径の求め方を示す説明図である。
【図１４】セルの直径をｄｍ、その中心位置をＸ＝０とした球状流路を積分して求めた正規化流路抵抗をＲｄ、円柱状流路の正規化流路抵抗をＲｍとしたときの、Ｘと抵抗比Ｒｄ／Ｒｍ及びセル直径ｄとの関係を示すグラフである。
【図１５】圧縮率Ｒと負圧との関係を示すグラフである。
【図１６】インクカートリッジ内のインクが無くなる直前の状態ではフォーム材の下端のセルを毛管とみなすことができるとしたときの、毛管内の液面（メニスカス）の臨界圧力を示す模式図である。
【図１７】毛管内の液面（メニスカス）の臨界圧力を示す模式図である。
【図１８】（ａ）〜（ｈ）はインクがノズルから吐出する状態を順に示す断面図である。
【符号の説明】
１ 印字ヘッド
２ キャリッジ
３ インク供給経路
１０ インク供給装置
２０ インクカートリッジ
２１ インクタンク（インク収納部）
２２ インク吸収体
２３ フィルタ
２４ インク供給口
２５ 検出電極
Ｄ ノズルの直径
Ｌ インク吸収体の高さ
Ｍ インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度
Ｎ インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度
Ｑ ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量
Ｒ 圧縮率
Ｓ インク吸収体の断面積
Ｔ インクの表面張力
γ インクの比重
μ インクの粘度
Claims (13)
- インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、
上記インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒとが、下記式、
２００≦Ｎ・Ｒ≦３２０
を満たすことを特徴とするインクカートリッジ。 - インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、
上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒとが、下記式、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧０．０８
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすことを特徴とするインクカートリッジ。 - インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、
上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧γ・ｈ
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすことを特徴とするインクカートリッジ。 - インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、
上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）とが、下記式、
Ｃ・ ［μ・Ｌ・Ｑ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］≦Ｔ／Ｄ
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５
を満たすことを特徴とするインクカートリッジ。 - インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、
上記インク吸収体に吸収されるインクの粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）とが、下記式、
（Ｋ／Ａ）・Ｑ・（Ｎ・Ｒ）２・（μ・Ｌ）／Ｓ≦２０００
ただし、係数（Ｋ／Ａ）＝７．５２×１０５
を満たすことを特徴とするインクカートリッジ。 - インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、
上記インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）が、下記式、
２００≦Ｍ≦３２０
を満たすことを特徴とするインクカートリッジ。 - インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、
上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）とが、下記式、
Ｔ・Ｍ・Ｂ≧０．０８
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすことを特徴とするインクカートリッジ。 - インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、
インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
Ｔ・Ｎ・Ｒ・Ｂ≧γ・ｈ
ただし、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすことを特徴とするインクカートリッジ。 - インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、
上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）が、下記式、
Ｑ・Ｍ２・（μ・Ｌ）・Ｃ／Ｓ≦Ｔ／Ｄ
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５
を満たすことを特徴とするインクカートリッジ。 - インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、
インク吸収体に吸収されるインクの粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）とが、下記式、
（Ｋ／Ａ）・Ｑ・Ｍ２・（μ・Ｌ）／Ｓ≦２０００
ただし、係数（Ｋ／Ａ）＝７．５２×１０５
を満たすことを特徴とするインクカートリッジ。 - インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、
インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）と、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
［Ｔ・Ｓ／（Ｃ・Ｄ・μ・Ｌ・Ｑ）］０．５≧（Ｎ・Ｒ）≧γ・ｈ／（Ｔ・Ｂ）
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすことを特徴とするインクカートリッジ。 - インクを保持する多孔質体からなるインク吸収体が収納されたインク収納部を備えたインクカートリッジにおいて、
上記インク吸収体に吸収されるインクの表面張力Ｔ（Ｎ／ｍ）及び粘度μ（Ｐａ・ｓ）と、インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度Ｎ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納された時のインク収納部に収納される前に対する体積比である圧縮率Ｒと、インク収納部に圧縮されて収納された状態でのインク吸収体の実装セル密度Ｍ（個／ｉｎｃｈ）と、インク収納部に圧縮されて収納されたインク吸収体の断面積Ｓ（ｍ２）及び高さＬ（ｍ）と、インク収納部からインクが吐出されるノズルの直径Ｄ（ｍ）と、ノズルから吐出されるインクの最大インク吐出量Ｑ（ｍ３／ｓ）と、任意の姿勢でとり得るインク供給口に対する鉛直方向の最大高さの水頭高さｈ（ｍ）と、インクの比重γとが、下記式、
［Ｔ・Ｓ／（Ｃ・Ｄ・μ・Ｌ・Ｑ）］０．５ ≧Ｍ≧γ・ｈ／（Ｔ・Ｂ）
ただし、係数Ｃ＝１．８８×１０５、係数Ｂ＝０．０１６１
を満たすことを特徴とするインクカートリッジ。 - 請求項１から１２のいずれか１項に記載のインクカートリッジを備えたことを特徴とする画像形成装置。
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