JP2004167796A - 液体吐出カートリッジ - Google Patents
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Abstract
【課題】大気連通口からのインクの蒸発量を抑制し、画像品位の低下及び吐出特性の劣化を低減させる。
【解決手段】蓋部材１０５は、気液分離部材１０４を覆う連通部１０２ｂをさらに覆うようにして液体貯蔵室１０２の上面１０２ｄ上に取り付けられている。インクジェットカートリッジ１００は、気液分離部材１０４から大気連通口１０６までの経路における各経路の長さをＬｎ、各経路の断面積をＳｎ、拡散抵抗をＲ ＝ Σ（Ｌｎ ／ Ｓｎ）とし、係数Ｋ ＝ １００００ ［ｍｇ・ｍｍ／ｍｍ２］とし、液体貯蔵室１０２内に充填される液体の総重量をＶとしたとき、Ｋ ／ Ｖ ＜ Ｒ ＜ ２０００が成り立つように、Ｌｎ、Ｓｎが設定されている。
【選択図】 図１
【解決手段】蓋部材１０５は、気液分離部材１０４を覆う連通部１０２ｂをさらに覆うようにして液体貯蔵室１０２の上面１０２ｄ上に取り付けられている。インクジェットカートリッジ１００は、気液分離部材１０４から大気連通口１０６までの経路における各経路の長さをＬｎ、各経路の断面積をＳｎ、拡散抵抗をＲ ＝ Σ（Ｌｎ ／ Ｓｎ）とし、係数Ｋ ＝ １００００ ［ｍｇ・ｍｍ／ｍｍ２］とし、液体貯蔵室１０２内に充填される液体の総重量をＶとしたとき、Ｋ ／ Ｖ ＜ Ｒ ＜ ２０００が成り立つように、Ｌｎ、Ｓｎが設定されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種記録分野に利用される液体吐出カートリッジに関するものであり、さらに詳しくは、ピットインインク供給方式を用いた液体吐出カートリッジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクジェット記録装置においては、インクジェット記録ヘッドがガイド軸によりガイドされて記録媒体上を左右に走査しながら記録が行われる。
【０００３】
このようなインクジェット記録ヘッドを走査しながら記録を行うインクジェット記録装置におけるインク供給手段としてインクを吐出するためのノズルを備えたインクジェット記録ヘッドとインクを保持しているメインタンクとが一つにまとまったヘッドカートリッジをキャリッジ上に有し、キャリッジがヘッドカートリッジをガイド軸に沿って走査させ記録を行う、いわゆるヘッドカートリッジ方式が知られている。
【０００４】
また、キャリッジ上にはインクジェット記録ヘッドのみを有し、インクの入ったタンクカートリッジは本体側に設け、インクジェット記録ヘッドとタンクカートリッジの間をフレキシブルなインク供給チューブでつなぐことでインクを供給する、いわゆるタンクカートリッジ方式のものもある。
【０００５】
しかしながら、ヘッドカートリッジ方式においては、キャリッジ上にインクをその中に保持するヘッドカートリッジを有するため重量が重くなり、キャリッジの高速走査の妨げになる場合があった。また、重量を軽くするためにヘッドカートリッジを小型化すると記録可能な枚数が少なくなってしまう場合があった。
【０００６】
一方、タンクカートリッジ方式では、本体側にあるインクカートリッジとインクジェット記録ヘッドをインク供給チューブで継ぐために機構が複雑になり装置の小型化が困難となる場合があった。
【０００７】
そこで、キャリッジ上にはサブタンクを備えた記録ヘッドが設けられ、キャリッジがホームポジション、あるいは所定の位置にあるときに装置本体に設けられたメインタンクからキャリッジ上のサブタンクに所定量のインクを供給しようとする、いわゆるピットイン方式が提案されている。
【０００８】
ピットイン方式のインクジェット記録装置に用いられるインクジェットカートリッジとして、サブタンク内部に、気体は透過するがインクなどの液体は遮断するＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などで形成された多孔質部材からなる気液分離部材を備えたものが開示されている。ピットイン方式の場合、サブタンクに設けられた、サブタンク内を大気に連通させる大気連通口から吸気することでサブタンク内部を負圧にし、この負圧により、サブタンクに設けられた液体供給口からサブタンク内部にインクを取入れる。サブタンク内に気液分離部材が設けられていることにより、大気連通口へとインクが流れ込んでしまうことがなく、また、この気液分離部材は、満タン弁の役目を果たしており、インクの補充を容易に、かつ、確実に行うことができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−３３４９８２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の大気連通口を備えたインクジェットカートリッジの場合、大気連通口が大気に開放しているため、未使用時にも大気連通口よりサブタンク内のインクが蒸発する。大気連通口からのサブタンク内のインクの蒸発が進むと、サブタンク内のインクは水成分が蒸発してインクの含有成分である染料の濃度が高いインクとなるため、本来求められている画像よりも濃い画像となり、画像品位が低下する。また、インクの蒸発がさらに進むと、ノズル部周辺のインクの増粘やノズル部周辺に染料が固着するなどして、吸引回復動作を行ってもノズル部のインクがリフレッシュされずに、吐出方向のヨレや不吐出を発生させ、吐出特性を劣化させてしまう場合があった。
【００１１】
未使用時には大気連通口をキャップして密閉状態にするでサブタンク内のインクの蒸発を抑制することも可能であるが、温度変化によりサブタンク内のエアーが膨張収縮を緩和する手段がなくなり、ノズル部や液体供給口からのインク漏れや、ノズル部や液体供給口からエアーの抱きこみなどの問題が発生するおそれがある。
【００１２】
そこで、本発明は上記課題を解決するため、気液分離部材を満タン弁として利用するピットインインク供給方式を用いたインクジェットカートリッジにおいて、大気連通口からのインクの蒸発量を抑制し、画像品位の低下及び吐出特性の劣化を低減したインクジェットカートリッジを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の液体吐出カートリッジは、液体を吐出する液体吐出口を有する記録ヘッドと、前記記録ヘッドに供給される液体を貯蔵する、少なくとも１つの液体貯蔵室と、前記液体貯蔵室に形成された開口部に配置された気液分離部材と、前記液体貯蔵室内と大気とを前記気液分離部材を介して連通させる大気連通口とを有する液体吐出カートリッジにおいて、
前記気液分離部材から前記大気連通口までの経路における各経路の長さをＬｎ、各経路の断面積をＳｎとしたときの拡散抵抗Ｒを
Ｒ ＝ Σ（Ｌｎ ／ Ｓｎ）
とし、前記液体吐出口周辺への前記液体の含有成分の固着を来さない液体の蒸発率と、前記拡散抵抗Ｒと、液体の蒸発量とに基づいて算出した係数Ｋを、
Ｋ ＝ １００００ ［ｍｇ・ｍｍ／ｍｍ２］
とし、前記液体貯蔵室内に充填される液体の総重量をＶとしたとき、
Ｋ ／ Ｖ ＜ Ｒ ＜ ２０００
が成り立つことを特徴とする。
【００１４】
本発明の液体吐出カートリッジは、液体吐出口周辺への液体の含有成分の固着を来さない液体の蒸発率と、拡散抵抗Ｒと、液体の蒸発量とから算出した係数Ｋを、Ｋ ＝ １００００ ［ｍｇ・ｍｍ／ｍｍ２］としたときに、拡散抵抗Ｒが、Ｋ／Ｖ＜Ｒとなるようにしている。拡散抵抗Ｒがこのような値をとるように、液体吐出カートリッジの気液分離部材から大気連通口までの経路における各経路の長さをＬｎ、各経路の断面積をＳｎを設定することで、液体の蒸発量を抑制することができる。これにより、液体の濃度が高くなりすぎて液体吐出口周辺に液体の含有成分、すなわち、インクの染料が液体吐出口周辺に固着してしまうといったことなく、良好な吐出状態を得ることができる。
【００１５】
また、本発明者の検討結果より拡散抵抗Ｒが２０００を越えると急激にピットイン時間が増加することが明らかとなっているが、本発明の液体吐出カートリッジは、拡散抵抗Ｒが、Ｒ＜２０００の範囲内に収まるようにしていることで、ピットイン時間が増加することもない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。各実施例に示す数値は一例であり、これらに限定されるものではない。
（第１の実施例）
図１（ａ）に、本発明の第１の実施例におけるインクジェットカートリッジの側断面図を、また、図１（ｂ）に平面断面図をそれぞれ示す。なお、図１（ｂ）では、各部寸法を示すため、気液分離部材は省略している。
【００１７】
本実施例のインクジェットカートリッジ１００は、内部にインクを貯蔵する液体貯蔵室１０２と、液体貯蔵室１０２の内部と大気を連通させる大気連通管１０６を備えた蓋部材１０５と、インクを吐出するための複数のインク吐出口１０１ａが形成された記録ヘッド１０１と、満タン弁の役目を果たす気液分離部材１０４とを有する。
【００１８】
液体貯蔵室１０２は、不図示のメインタンクからのインクを供給するための液体供給口１０３が側面１０２ｃに設けられており、上面１０２ｄには、連通部１０２ｂが形成されており、この連通部１０２ｂを覆うようにして気液分離部材１０４が取り付けられている。また、液体貯蔵室１０２の下面１０２ｅには、記録ヘッド１０１にインクを供給するための液体供給路１０２ａが形成されている。
【００１９】
蓋部材１０５は、気液分離部材１０４を覆う連通部１０２ｂをさらに覆うようにして液体貯蔵室１０２の上面１０２ｄ上に取り付けられている。この蓋部材１０５の側面１０５ａに設けられた大気連通管１０６は、中空の円筒部材からなり、その第１の端部１０６ａは気液分離部材１０４の概ね中央部に位置し、第２の端部１０６ｂは蓋部材１０５の側面１０５ａから突出して設けられている。
【００２０】
気液分離部材１０４は、気体は透過するがインクなどの液体は遮断するＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などで形成された多孔質部材からなる。
【００２１】
被記録材にインクを吐出して記録を行う記録ヘッド１０１は、各インク吐出口１０１ａに連通する不図示の複数のノズル内に形成され吐出エネルギ発生手段であるヒータを備えている。各ヒータに接したインクは、各ヒータに電気エネルギが入力されることで、急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態変化を生じ、このインクの状態変化に基づく作用力によってインク吐出口１０１ａからインクが吐出され、被記録材上に画像が形成される。
【００２２】
図２は、本実施例におけるインクジェットカートリッジの未使用時における断面図を示す。
【００２３】
記録ヘッド１０１のインク吐出口１０１ａはインク吐出口用キャップ２０１に覆われ、液体供給口１０３は液体供給口用キャップ２０２に覆われている。一方、大気連通管１０６は温度変化による液体貯蔵室１０２内の泡の膨張収縮を緩和するために、大気に開放されている。このような状態で未使用時は保管されるが、液体貯蔵室１０２内のインクは矢印で示したように大気連通管１０６から蒸発する。液体貯蔵室１０２内のインクの蒸発が進むとインクは水成分が蒸発して染料濃度が高くなり、本来求められている画像よりも濃い画像となり、画像品位が低下する。また、さらに蒸発が進むと、ノズル部周辺のインクの増粘やノズル部周辺に染料が固着するなどして、吸引回復動作をしてもノズル部のインクがリフレッシュされずに、吐出方向のヨレや不吐出を発生させ、吐出特性が劣化する。
【００２４】
そこで、本実施例においては、大気連通管１０６を上述したように円筒部材で構成し、気液分離部材１０４から大気連通管１０６の第２の端部１０６ｂまでの経路における拡散抵抗成分を高くすることで、大気連通管１０６からの蒸発量を抑制した。
【００２５】
以下に本実施例のインクジェットカートリッジ１００の大気連通管１０６等の具体的な数値を示す（図１（ａ）、（ｂ）参照）。
【００２６】
気液分離部材から大気連通口管：
距離ｌ１＝０．５［ｍｍ］
連通部面積ｌ２×ｌ３＝３．０［ｍｍ］×６．５［ｍｍ］
大気連通口管：
内径φＤ１＝φ０．２５［ｍｍ］
長さｌ４＝１０［ｍｍ］
とした。
【００２７】
よって、この形態での気液分離部材から大気連通口までの経路におけるインクの移動量Ｑは、単位時間当たりの移動量をＷ、時間をｔとすると、
Ｗ ＝ Ｑ ／ ｔ ＝ ｖｕ（Ｓ／Ｌ）
ｖ：拡散係数 ［ｍｍ２／年］
ｕ：区間濃度差 ［ｍｇ／ｍｍ３］
Ｓ：断面積 ［ｍｍ２］
Ｌ：長さ ［ｍｍ］
となる。
【００２８】
また、拡散抵抗をＲとすると、
Ｒ ＝ Σ（Ｌｎ ／ Ｓｎ）
である。よって、
となる。
【００２９】
また、本実施例における液体貯蔵室１０２内のインク満タン時の容量は１２０［ｍｇ］であるが、インク満タン状態で２５℃１年相当の保管をした際のインク容量は１１０．５［ｍｇ］となった。本実施例では、液体貯蔵室１０２や蓋部材１０５などの枠体から蒸発はほとんどない形態にしているので、大気連通管１０６より９．５［ｍｇ］のインクが蒸発したことになる。
【００３０】
よって、
また、区間濃度差 ｕ［ｍｇ／ｍｍ３］は本実施例では１と考えられるので、
ｖ ＝ １９３８ ［ｍｍ２／年］
となる。
【００３１】
表１は液体貯蔵室１０２内のインクの蒸発率を変化させた際の、ノズル部周辺における染料の固着の発生状況をまとめたものである。
【００３２】
【表１】
【００３３】
表１に示すように、蒸発率が２０［％］以下では、染料の固着は発生しておらず、蒸発率が２５［％］以上で染料の固着は発生している。
【００３４】
本実施例の液体貯蔵室１０２においては大気連通管１０６より９．５［ｍｇ］のインクが蒸発したが、これはインク満タン時の７．９［％］に相当し、２５℃１年相当の保管をした際においても、ノズル部周辺のインクの増粘やノズル部周辺に染料が固着するなどすることはなく、良好な吐出状態を得ることができた。また、インクの染料濃度の上昇も抑制することができ、画像品位の劣化はなかった。
【００３５】
ここで、２５℃１年相当の保管をした際において、インクの蒸発量を２０［％］以下に抑制するためには、インクの満タン時の容量をＶとすると、
１９３８ ／ Ｒ ＜ Ｖ × ０．２
Ｒ ＞ ９６９０ ／ Ｖ
となり、設計マージンを含めて、
Ｒ ＞ １００００ ／ Ｖ … ▲１▼
という式が成り立つ。また、▲１▼式における１００００を係数Ｋ［ｍｇ・ｍｍ／ｍｍ２］とおきかえると、
Ｒ ＞ Ｋ ／ Ｖ
となる。上式に、本実施例におけるインクの満タン時の容量１２０［ｍｇ］を代入すると、
となり、本実施例は
Ｒ ＝ ２０４
であり、成立していることがわかる。
【００３６】
次に、図３に、
Ｒ ＝ Σ（Ｌｎ ／ Ｓｎ）
を変化させた時のインクピットイン供給時間を示したグラフを示す。
【００３７】
図３からわかるように、
Ｒ ＝ Σ（Ｌｎ ／ Ｓｎ）
の値が２０００を越えると、急激にピットイン時間が増えている。ピットイン時間の増加はそのまま記録時間の増加になり、記録スピードの低下を招くことになる。また、ピットイン時間の増加は気液分離部材への負荷の増加にもつながり、ピットイン耐久性が低下する恐れもある。よって、
Ｒ ＜ ２０００ ・・・ ▲２▼
にすることで、ピットインインク供給を素早くかつ安定的に行うことができる。
【００３８】
なお、本実施例においては、２０．３［ｋＰａ］で５秒の吸引によりピットイン供給が行われる。
【００３９】
以上、説明したように、本実施例のインクジェットカートリッジは、気液分離部材から大気連通口までの経路における各経路の長さをＬｎ、各経路の断面積をＳｎとし、拡散抵抗Ｒを
Ｒ ＝ Σ（Ｌｎ ／ Ｓｎ）
とし、係数Ｋを
Ｋ ＝ １００００ ［ｍｇ・ｍｍ／ｍｍ２］
とし、液体貯蔵容器に充填される液体の総重量をＶとしたとき、
Ｋ ／ Ｖ ＜ Ｒ ＜ ２０００
の式を満足するものとなっている。拡散抵抗Ｒがこのような値をとるように、液体吐出カートリッジの気液分離部材から大気連通口までの経路における各経路の長さをＬｎ、各経路の断面積をＳｎを設定することで、液体の蒸発量を抑制することができる。これにより、インクの濃度が高くなりすぎてインクの染料が液体吐出口周辺に固着してしまうといったことなく、良好な吐出状態を得ることができる。また、拡散抵抗Ｒが、Ｒ＜２０００の範囲内に収まるようにしていることで、ピットイン時間が増加することもないので、画像品位の低下及び吐出特性の劣化を低減し、かつ素早く安定的なピットイン供給を行うことのできるインクカートリッジを提供することができる。
【００４０】
なお、本実施例においては、気液分離部材から大気連通口までの経路における拡散抵抗成分を高めるために、大気連通管として内径Ｄ＝φ０．２５［ｍｍ］、長さＬ＝１０［ｍｍ］の針形状の部材を用いたが、他の形状で、拡散抵抗成分を高めたものを用いた構造も、本発明に準ずるものである。その一例として、フタ部材に迷路構造を設けて、抵抗成分を高めたインクカートリッジは当然、本発明に含まれる。
（第２の実施例）
図４（ａ）に、本発明の第１の実施例におけるインクジェットカートリッジの側断面図を、また、図４（ｂ）に平面断面図をそれぞれ示す。なお、図１（ｂ）では、各部寸法を示すため、気液分離部材は省略している。
【００４１】
本実施例のインクジェットカートリッジ２００は、それぞれはイエローインク用、マゼンタインク用、シアンインク用として３つの液体貯蔵室２０２が並列して設けられた構成となっており、各液体貯蔵室２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃに対応した連通部２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃが形成されている。また、記録ヘッド２０１に各液体貯蔵室２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ内のインクを供給する液体供給路２１１も図示しないが、各液体貯蔵室２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃに対応して３つ形成されている。
【００４２】
大気連通管２０６は、並列して設けられた液体貯蔵室２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃのうち、真ん中に配置された液体貯蔵室２０２ｂの上方に第１の端部２０６ａが対応するように蓋部材２０５に設けられている。
【００４３】
なお、上述した以外の基本的な構成は、第１の実施例で示したインクジェットカートリッジと同様であるため、詳細の説明は省略する。
【００４４】
次に、本実施例における、気液分離部材から大気連通口までの経路における具体的は数値を以下に示す（図４（ａ）、（ｂ）参照）。
【００４５】
気液分離部材から大気連通口管：
距離ｌ５＝０．５［ｍｍ］
連通部面積ｌ６×ｌ７＝（２．７［ｍｍ］×３）×６．５［ｍｍ］
大気連通口管：
内径φＤ２＝φ０．２５［ｍｍ］
長さｌ８＝１０［ｍｍ］
よって、この形態での気液分離部材から大気連通口までの経路の拡散抵抗Ｒは、
となる。
【００４６】
本実施例における各色の液体貯蔵室内におけるインク満タン時の容量は１２０［ｍｇ］であり、３色を合計すると３６０［ｍｇ］となる。
【００４７】
ここで、第１の実施例で示した液体貯蔵室に充填される液体の総重量をＶとしたときの
Ｒ ＞ １００００ ／ Ｖ ・・・ ▲１▼
という式に、上記数値を代入すると、
となり、本実施例において上式を満足していることが確認される。
【００４８】
また、
Ｒ ＜ ２０００ ・・・ ▲２▼
も満足していることがわかる。
【００４９】
本実施例においても、気液分離部材から大気連通口までの経路における各経路の長さをＬｎ、各経路の断面積をＳｎとし、拡散抵抗Ｒを
Ｒ ＝ Σ（Ｌｎ ／ Ｓｎ）
とし、係数Ｋを
Ｋ ＝ １００００ ［ｍｇ・ｍｍ／ｍｍ２］
とし、液体貯蔵容器に充填される液体の総重量をＶとしたとき、
Ｋ ／ Ｖ ＜ Ｒ ＜ ２０００
の式を満足しており、第１の実施例と同様に、画像品位の低下及び吐出特性の劣化を低減し、かつ素早く安定的なピットイン供給を行うことのできるインクカートリッジを提供することができる。
【００５０】
以上、本発明のインクジェットカートリッジの一例について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。以下に、本発明の実施態様の例を列挙する。
〔実施態様１〕
液体を吐出する液体吐出口を有する記録ヘッドと、前記記録ヘッドに供給される液体を貯蔵する、少なくとも１つの液体貯蔵室と、前記液体貯蔵室に形成された開口部に配置された気液分離部材と、前記液体貯蔵室内と大気とを前記気液分離部材を介して連通させる大気連通口とを有する液体吐出カートリッジにおいて、
前記気液分離部材から前記大気連通口までの経路における各経路の長さをＬｎ、各経路の断面積をＳｎとしたときの拡散抵抗Ｒを
Ｒ ＝ Σ（Ｌｎ ／ Ｓｎ）
とし、前記液体吐出口周辺への前記液体の含有成分の固着を来さない液体の蒸発率と、前記拡散抵抗Ｒと、液体の蒸発量とに基づいて算出した係数Ｋを、
Ｋ ＝ １００００ ［ｍｇ・ｍｍ／ｍｍ２］
とし、前記液体貯蔵室内に充填される液体の総重量をＶとしたとき、
Ｋ ／ Ｖ ＜ Ｒ ＜ ２０００
が成り立つことを特徴とする液体吐出カートリッジ。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、係数Ｋ ＝ １００００ ［ｍｇ・ｍｍ／ｍｍ２］ときの拡散抵抗Ｒが、Ｋ ／ Ｖ ＜ Ｒ ＜ ２０００の範囲内の数値となるように、インクジェットカートリッジの気液分離部材から大気連通口までの経路における各経路の長さをＬｎ、各経路の断面積をＳｎを設定しているので、ピットイン時間を増やすことなく、大気連通口からの液体の蒸発量を抑制して良好な吐出状態を得ることができ、よって、画像品位の低下及び吐出特性の劣化を低減したインクジェットカートリッジを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるインクジェットカートリッジの側断面図および平面断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例におけるインクジェットカートリッジの未使用時における断面図である。
【図３】Σ（Ｌｎ ／ Ｓｎ）を変化させた時のインクピットイン供給時間を示したグラフである。
【図４】本発明の第２の実施例におけるインクジェットカートリッジの側断面図および平面断面図である。
【符号の説明】
１００、２００ インクジェットカートリッジ
１０１、２０１ 記録ヘッド
１０１ａ インク吐出口
１０２、２０２、２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ 液体貯蔵室
１０２ａ、２１１ 液体供給路
１０２ｂ、２１０、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ 連通部
１０２ｃ、１０５ａ 側面
１０２ｄ 上面
１０２ｅ 下面
１０３、２０３ 液体供給口
１０４、２０４ 気液分離部材
１０５、２０５ 蓋部材
１０６ 大気連通管
１０６ａ、２０６ａ 第１の端部
１０６ｂ、２０６ｂ 第２の端部
２０１ インク吐出口用キャップ
２０２ 液体供給口用キャップ
Ｄ 内径
Ｋ 係数
Ｌ 経路の長さ
ｌ１ 距離
Ｑ 移動量
Ｒ 拡散抵抗
Ｓ 断面積
Ｖ 液体の総重量
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種記録分野に利用される液体吐出カートリッジに関するものであり、さらに詳しくは、ピットインインク供給方式を用いた液体吐出カートリッジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクジェット記録装置においては、インクジェット記録ヘッドがガイド軸によりガイドされて記録媒体上を左右に走査しながら記録が行われる。
【０００３】
このようなインクジェット記録ヘッドを走査しながら記録を行うインクジェット記録装置におけるインク供給手段としてインクを吐出するためのノズルを備えたインクジェット記録ヘッドとインクを保持しているメインタンクとが一つにまとまったヘッドカートリッジをキャリッジ上に有し、キャリッジがヘッドカートリッジをガイド軸に沿って走査させ記録を行う、いわゆるヘッドカートリッジ方式が知られている。
【０００４】
また、キャリッジ上にはインクジェット記録ヘッドのみを有し、インクの入ったタンクカートリッジは本体側に設け、インクジェット記録ヘッドとタンクカートリッジの間をフレキシブルなインク供給チューブでつなぐことでインクを供給する、いわゆるタンクカートリッジ方式のものもある。
【０００５】
しかしながら、ヘッドカートリッジ方式においては、キャリッジ上にインクをその中に保持するヘッドカートリッジを有するため重量が重くなり、キャリッジの高速走査の妨げになる場合があった。また、重量を軽くするためにヘッドカートリッジを小型化すると記録可能な枚数が少なくなってしまう場合があった。
【０００６】
一方、タンクカートリッジ方式では、本体側にあるインクカートリッジとインクジェット記録ヘッドをインク供給チューブで継ぐために機構が複雑になり装置の小型化が困難となる場合があった。
【０００７】
そこで、キャリッジ上にはサブタンクを備えた記録ヘッドが設けられ、キャリッジがホームポジション、あるいは所定の位置にあるときに装置本体に設けられたメインタンクからキャリッジ上のサブタンクに所定量のインクを供給しようとする、いわゆるピットイン方式が提案されている。
【０００８】
ピットイン方式のインクジェット記録装置に用いられるインクジェットカートリッジとして、サブタンク内部に、気体は透過するがインクなどの液体は遮断するＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などで形成された多孔質部材からなる気液分離部材を備えたものが開示されている。ピットイン方式の場合、サブタンクに設けられた、サブタンク内を大気に連通させる大気連通口から吸気することでサブタンク内部を負圧にし、この負圧により、サブタンクに設けられた液体供給口からサブタンク内部にインクを取入れる。サブタンク内に気液分離部材が設けられていることにより、大気連通口へとインクが流れ込んでしまうことがなく、また、この気液分離部材は、満タン弁の役目を果たしており、インクの補充を容易に、かつ、確実に行うことができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−３３４９８２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の大気連通口を備えたインクジェットカートリッジの場合、大気連通口が大気に開放しているため、未使用時にも大気連通口よりサブタンク内のインクが蒸発する。大気連通口からのサブタンク内のインクの蒸発が進むと、サブタンク内のインクは水成分が蒸発してインクの含有成分である染料の濃度が高いインクとなるため、本来求められている画像よりも濃い画像となり、画像品位が低下する。また、インクの蒸発がさらに進むと、ノズル部周辺のインクの増粘やノズル部周辺に染料が固着するなどして、吸引回復動作を行ってもノズル部のインクがリフレッシュされずに、吐出方向のヨレや不吐出を発生させ、吐出特性を劣化させてしまう場合があった。
【００１１】
未使用時には大気連通口をキャップして密閉状態にするでサブタンク内のインクの蒸発を抑制することも可能であるが、温度変化によりサブタンク内のエアーが膨張収縮を緩和する手段がなくなり、ノズル部や液体供給口からのインク漏れや、ノズル部や液体供給口からエアーの抱きこみなどの問題が発生するおそれがある。
【００１２】
そこで、本発明は上記課題を解決するため、気液分離部材を満タン弁として利用するピットインインク供給方式を用いたインクジェットカートリッジにおいて、大気連通口からのインクの蒸発量を抑制し、画像品位の低下及び吐出特性の劣化を低減したインクジェットカートリッジを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の液体吐出カートリッジは、液体を吐出する液体吐出口を有する記録ヘッドと、前記記録ヘッドに供給される液体を貯蔵する、少なくとも１つの液体貯蔵室と、前記液体貯蔵室に形成された開口部に配置された気液分離部材と、前記液体貯蔵室内と大気とを前記気液分離部材を介して連通させる大気連通口とを有する液体吐出カートリッジにおいて、
前記気液分離部材から前記大気連通口までの経路における各経路の長さをＬｎ、各経路の断面積をＳｎとしたときの拡散抵抗Ｒを
Ｒ ＝ Σ（Ｌｎ ／ Ｓｎ）
とし、前記液体吐出口周辺への前記液体の含有成分の固着を来さない液体の蒸発率と、前記拡散抵抗Ｒと、液体の蒸発量とに基づいて算出した係数Ｋを、
Ｋ ＝ １００００ ［ｍｇ・ｍｍ／ｍｍ２］
とし、前記液体貯蔵室内に充填される液体の総重量をＶとしたとき、
Ｋ ／ Ｖ ＜ Ｒ ＜ ２０００
が成り立つことを特徴とする。
【００１４】
本発明の液体吐出カートリッジは、液体吐出口周辺への液体の含有成分の固着を来さない液体の蒸発率と、拡散抵抗Ｒと、液体の蒸発量とから算出した係数Ｋを、Ｋ ＝ １００００ ［ｍｇ・ｍｍ／ｍｍ２］としたときに、拡散抵抗Ｒが、Ｋ／Ｖ＜Ｒとなるようにしている。拡散抵抗Ｒがこのような値をとるように、液体吐出カートリッジの気液分離部材から大気連通口までの経路における各経路の長さをＬｎ、各経路の断面積をＳｎを設定することで、液体の蒸発量を抑制することができる。これにより、液体の濃度が高くなりすぎて液体吐出口周辺に液体の含有成分、すなわち、インクの染料が液体吐出口周辺に固着してしまうといったことなく、良好な吐出状態を得ることができる。
【００１５】
また、本発明者の検討結果より拡散抵抗Ｒが２０００を越えると急激にピットイン時間が増加することが明らかとなっているが、本発明の液体吐出カートリッジは、拡散抵抗Ｒが、Ｒ＜２０００の範囲内に収まるようにしていることで、ピットイン時間が増加することもない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。各実施例に示す数値は一例であり、これらに限定されるものではない。
（第１の実施例）
図１（ａ）に、本発明の第１の実施例におけるインクジェットカートリッジの側断面図を、また、図１（ｂ）に平面断面図をそれぞれ示す。なお、図１（ｂ）では、各部寸法を示すため、気液分離部材は省略している。
【００１７】
本実施例のインクジェットカートリッジ１００は、内部にインクを貯蔵する液体貯蔵室１０２と、液体貯蔵室１０２の内部と大気を連通させる大気連通管１０６を備えた蓋部材１０５と、インクを吐出するための複数のインク吐出口１０１ａが形成された記録ヘッド１０１と、満タン弁の役目を果たす気液分離部材１０４とを有する。
【００１８】
液体貯蔵室１０２は、不図示のメインタンクからのインクを供給するための液体供給口１０３が側面１０２ｃに設けられており、上面１０２ｄには、連通部１０２ｂが形成されており、この連通部１０２ｂを覆うようにして気液分離部材１０４が取り付けられている。また、液体貯蔵室１０２の下面１０２ｅには、記録ヘッド１０１にインクを供給するための液体供給路１０２ａが形成されている。
【００１９】
蓋部材１０５は、気液分離部材１０４を覆う連通部１０２ｂをさらに覆うようにして液体貯蔵室１０２の上面１０２ｄ上に取り付けられている。この蓋部材１０５の側面１０５ａに設けられた大気連通管１０６は、中空の円筒部材からなり、その第１の端部１０６ａは気液分離部材１０４の概ね中央部に位置し、第２の端部１０６ｂは蓋部材１０５の側面１０５ａから突出して設けられている。
【００２０】
気液分離部材１０４は、気体は透過するがインクなどの液体は遮断するＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などで形成された多孔質部材からなる。
【００２１】
被記録材にインクを吐出して記録を行う記録ヘッド１０１は、各インク吐出口１０１ａに連通する不図示の複数のノズル内に形成され吐出エネルギ発生手段であるヒータを備えている。各ヒータに接したインクは、各ヒータに電気エネルギが入力されることで、急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態変化を生じ、このインクの状態変化に基づく作用力によってインク吐出口１０１ａからインクが吐出され、被記録材上に画像が形成される。
【００２２】
図２は、本実施例におけるインクジェットカートリッジの未使用時における断面図を示す。
【００２３】
記録ヘッド１０１のインク吐出口１０１ａはインク吐出口用キャップ２０１に覆われ、液体供給口１０３は液体供給口用キャップ２０２に覆われている。一方、大気連通管１０６は温度変化による液体貯蔵室１０２内の泡の膨張収縮を緩和するために、大気に開放されている。このような状態で未使用時は保管されるが、液体貯蔵室１０２内のインクは矢印で示したように大気連通管１０６から蒸発する。液体貯蔵室１０２内のインクの蒸発が進むとインクは水成分が蒸発して染料濃度が高くなり、本来求められている画像よりも濃い画像となり、画像品位が低下する。また、さらに蒸発が進むと、ノズル部周辺のインクの増粘やノズル部周辺に染料が固着するなどして、吸引回復動作をしてもノズル部のインクがリフレッシュされずに、吐出方向のヨレや不吐出を発生させ、吐出特性が劣化する。
【００２４】
そこで、本実施例においては、大気連通管１０６を上述したように円筒部材で構成し、気液分離部材１０４から大気連通管１０６の第２の端部１０６ｂまでの経路における拡散抵抗成分を高くすることで、大気連通管１０６からの蒸発量を抑制した。
【００２５】
以下に本実施例のインクジェットカートリッジ１００の大気連通管１０６等の具体的な数値を示す（図１（ａ）、（ｂ）参照）。
【００２６】
気液分離部材から大気連通口管：
距離ｌ１＝０．５［ｍｍ］
連通部面積ｌ２×ｌ３＝３．０［ｍｍ］×６．５［ｍｍ］
大気連通口管：
内径φＤ１＝φ０．２５［ｍｍ］
長さｌ４＝１０［ｍｍ］
とした。
【００２７】
よって、この形態での気液分離部材から大気連通口までの経路におけるインクの移動量Ｑは、単位時間当たりの移動量をＷ、時間をｔとすると、
Ｗ ＝ Ｑ ／ ｔ ＝ ｖｕ（Ｓ／Ｌ）
ｖ：拡散係数 ［ｍｍ２／年］
ｕ：区間濃度差 ［ｍｇ／ｍｍ３］
Ｓ：断面積 ［ｍｍ２］
Ｌ：長さ ［ｍｍ］
となる。
【００２８】
また、拡散抵抗をＲとすると、
Ｒ ＝ Σ（Ｌｎ ／ Ｓｎ）
である。よって、
【００２９】
また、本実施例における液体貯蔵室１０２内のインク満タン時の容量は１２０［ｍｇ］であるが、インク満タン状態で２５℃１年相当の保管をした際のインク容量は１１０．５［ｍｇ］となった。本実施例では、液体貯蔵室１０２や蓋部材１０５などの枠体から蒸発はほとんどない形態にしているので、大気連通管１０６より９．５［ｍｇ］のインクが蒸発したことになる。
【００３０】
よって、
ｖ ＝ １９３８ ［ｍｍ２／年］
となる。
【００３１】
表１は液体貯蔵室１０２内のインクの蒸発率を変化させた際の、ノズル部周辺における染料の固着の発生状況をまとめたものである。
【００３２】
【表１】
表１に示すように、蒸発率が２０［％］以下では、染料の固着は発生しておらず、蒸発率が２５［％］以上で染料の固着は発生している。
【００３４】
本実施例の液体貯蔵室１０２においては大気連通管１０６より９．５［ｍｇ］のインクが蒸発したが、これはインク満タン時の７．９［％］に相当し、２５℃１年相当の保管をした際においても、ノズル部周辺のインクの増粘やノズル部周辺に染料が固着するなどすることはなく、良好な吐出状態を得ることができた。また、インクの染料濃度の上昇も抑制することができ、画像品位の劣化はなかった。
【００３５】
ここで、２５℃１年相当の保管をした際において、インクの蒸発量を２０［％］以下に抑制するためには、インクの満タン時の容量をＶとすると、
１９３８ ／ Ｒ ＜ Ｖ × ０．２
Ｒ ＞ ９６９０ ／ Ｖ
となり、設計マージンを含めて、
Ｒ ＞ １００００ ／ Ｖ … ▲１▼
という式が成り立つ。また、▲１▼式における１００００を係数Ｋ［ｍｇ・ｍｍ／ｍｍ２］とおきかえると、
Ｒ ＞ Ｋ ／ Ｖ
となる。上式に、本実施例におけるインクの満タン時の容量１２０［ｍｇ］を代入すると、
Ｒ ＝ ２０４
であり、成立していることがわかる。
【００３６】
次に、図３に、
Ｒ ＝ Σ（Ｌｎ ／ Ｓｎ）
を変化させた時のインクピットイン供給時間を示したグラフを示す。
【００３７】
図３からわかるように、
Ｒ ＝ Σ（Ｌｎ ／ Ｓｎ）
の値が２０００を越えると、急激にピットイン時間が増えている。ピットイン時間の増加はそのまま記録時間の増加になり、記録スピードの低下を招くことになる。また、ピットイン時間の増加は気液分離部材への負荷の増加にもつながり、ピットイン耐久性が低下する恐れもある。よって、
Ｒ ＜ ２０００ ・・・ ▲２▼
にすることで、ピットインインク供給を素早くかつ安定的に行うことができる。
【００３８】
なお、本実施例においては、２０．３［ｋＰａ］で５秒の吸引によりピットイン供給が行われる。
【００３９】
以上、説明したように、本実施例のインクジェットカートリッジは、気液分離部材から大気連通口までの経路における各経路の長さをＬｎ、各経路の断面積をＳｎとし、拡散抵抗Ｒを
Ｒ ＝ Σ（Ｌｎ ／ Ｓｎ）
とし、係数Ｋを
Ｋ ＝ １００００ ［ｍｇ・ｍｍ／ｍｍ２］
とし、液体貯蔵容器に充填される液体の総重量をＶとしたとき、
Ｋ ／ Ｖ ＜ Ｒ ＜ ２０００
の式を満足するものとなっている。拡散抵抗Ｒがこのような値をとるように、液体吐出カートリッジの気液分離部材から大気連通口までの経路における各経路の長さをＬｎ、各経路の断面積をＳｎを設定することで、液体の蒸発量を抑制することができる。これにより、インクの濃度が高くなりすぎてインクの染料が液体吐出口周辺に固着してしまうといったことなく、良好な吐出状態を得ることができる。また、拡散抵抗Ｒが、Ｒ＜２０００の範囲内に収まるようにしていることで、ピットイン時間が増加することもないので、画像品位の低下及び吐出特性の劣化を低減し、かつ素早く安定的なピットイン供給を行うことのできるインクカートリッジを提供することができる。
【００４０】
なお、本実施例においては、気液分離部材から大気連通口までの経路における拡散抵抗成分を高めるために、大気連通管として内径Ｄ＝φ０．２５［ｍｍ］、長さＬ＝１０［ｍｍ］の針形状の部材を用いたが、他の形状で、拡散抵抗成分を高めたものを用いた構造も、本発明に準ずるものである。その一例として、フタ部材に迷路構造を設けて、抵抗成分を高めたインクカートリッジは当然、本発明に含まれる。
（第２の実施例）
図４（ａ）に、本発明の第１の実施例におけるインクジェットカートリッジの側断面図を、また、図４（ｂ）に平面断面図をそれぞれ示す。なお、図１（ｂ）では、各部寸法を示すため、気液分離部材は省略している。
【００４１】
本実施例のインクジェットカートリッジ２００は、それぞれはイエローインク用、マゼンタインク用、シアンインク用として３つの液体貯蔵室２０２が並列して設けられた構成となっており、各液体貯蔵室２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃに対応した連通部２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃが形成されている。また、記録ヘッド２０１に各液体貯蔵室２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ内のインクを供給する液体供給路２１１も図示しないが、各液体貯蔵室２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃに対応して３つ形成されている。
【００４２】
大気連通管２０６は、並列して設けられた液体貯蔵室２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃのうち、真ん中に配置された液体貯蔵室２０２ｂの上方に第１の端部２０６ａが対応するように蓋部材２０５に設けられている。
【００４３】
なお、上述した以外の基本的な構成は、第１の実施例で示したインクジェットカートリッジと同様であるため、詳細の説明は省略する。
【００４４】
次に、本実施例における、気液分離部材から大気連通口までの経路における具体的は数値を以下に示す（図４（ａ）、（ｂ）参照）。
【００４５】
気液分離部材から大気連通口管：
距離ｌ５＝０．５［ｍｍ］
連通部面積ｌ６×ｌ７＝（２．７［ｍｍ］×３）×６．５［ｍｍ］
大気連通口管：
内径φＤ２＝φ０．２５［ｍｍ］
長さｌ８＝１０［ｍｍ］
よって、この形態での気液分離部材から大気連通口までの経路の拡散抵抗Ｒは、
【００４６】
本実施例における各色の液体貯蔵室内におけるインク満タン時の容量は１２０［ｍｇ］であり、３色を合計すると３６０［ｍｇ］となる。
【００４７】
ここで、第１の実施例で示した液体貯蔵室に充填される液体の総重量をＶとしたときの
Ｒ ＞ １００００ ／ Ｖ ・・・ ▲１▼
という式に、上記数値を代入すると、
【００４８】
また、
Ｒ ＜ ２０００ ・・・ ▲２▼
も満足していることがわかる。
【００４９】
本実施例においても、気液分離部材から大気連通口までの経路における各経路の長さをＬｎ、各経路の断面積をＳｎとし、拡散抵抗Ｒを
Ｒ ＝ Σ（Ｌｎ ／ Ｓｎ）
とし、係数Ｋを
Ｋ ＝ １００００ ［ｍｇ・ｍｍ／ｍｍ２］
とし、液体貯蔵容器に充填される液体の総重量をＶとしたとき、
Ｋ ／ Ｖ ＜ Ｒ ＜ ２０００
の式を満足しており、第１の実施例と同様に、画像品位の低下及び吐出特性の劣化を低減し、かつ素早く安定的なピットイン供給を行うことのできるインクカートリッジを提供することができる。
【００５０】
以上、本発明のインクジェットカートリッジの一例について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。以下に、本発明の実施態様の例を列挙する。
〔実施態様１〕
液体を吐出する液体吐出口を有する記録ヘッドと、前記記録ヘッドに供給される液体を貯蔵する、少なくとも１つの液体貯蔵室と、前記液体貯蔵室に形成された開口部に配置された気液分離部材と、前記液体貯蔵室内と大気とを前記気液分離部材を介して連通させる大気連通口とを有する液体吐出カートリッジにおいて、
前記気液分離部材から前記大気連通口までの経路における各経路の長さをＬｎ、各経路の断面積をＳｎとしたときの拡散抵抗Ｒを
Ｒ ＝ Σ（Ｌｎ ／ Ｓｎ）
とし、前記液体吐出口周辺への前記液体の含有成分の固着を来さない液体の蒸発率と、前記拡散抵抗Ｒと、液体の蒸発量とに基づいて算出した係数Ｋを、
Ｋ ＝ １００００ ［ｍｇ・ｍｍ／ｍｍ２］
とし、前記液体貯蔵室内に充填される液体の総重量をＶとしたとき、
Ｋ ／ Ｖ ＜ Ｒ ＜ ２０００
が成り立つことを特徴とする液体吐出カートリッジ。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、係数Ｋ ＝ １００００ ［ｍｇ・ｍｍ／ｍｍ２］ときの拡散抵抗Ｒが、Ｋ ／ Ｖ ＜ Ｒ ＜ ２０００の範囲内の数値となるように、インクジェットカートリッジの気液分離部材から大気連通口までの経路における各経路の長さをＬｎ、各経路の断面積をＳｎを設定しているので、ピットイン時間を増やすことなく、大気連通口からの液体の蒸発量を抑制して良好な吐出状態を得ることができ、よって、画像品位の低下及び吐出特性の劣化を低減したインクジェットカートリッジを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるインクジェットカートリッジの側断面図および平面断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例におけるインクジェットカートリッジの未使用時における断面図である。
【図３】Σ（Ｌｎ ／ Ｓｎ）を変化させた時のインクピットイン供給時間を示したグラフである。
【図４】本発明の第２の実施例におけるインクジェットカートリッジの側断面図および平面断面図である。
【符号の説明】
１００、２００ インクジェットカートリッジ
１０１、２０１ 記録ヘッド
１０１ａ インク吐出口
１０２、２０２、２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ 液体貯蔵室
１０２ａ、２１１ 液体供給路
１０２ｂ、２１０、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ 連通部
１０２ｃ、１０５ａ 側面
１０２ｄ 上面
１０２ｅ 下面
１０３、２０３ 液体供給口
１０４、２０４ 気液分離部材
１０５、２０５ 蓋部材
１０６ 大気連通管
１０６ａ、２０６ａ 第１の端部
１０６ｂ、２０６ｂ 第２の端部
２０１ インク吐出口用キャップ
２０２ 液体供給口用キャップ
Ｄ 内径
Ｋ 係数
Ｌ 経路の長さ
ｌ１ 距離
Ｑ 移動量
Ｒ 拡散抵抗
Ｓ 断面積
Ｖ 液体の総重量
Claims (1)
- 液体を吐出する液体吐出口を有する記録ヘッドと、前記記録ヘッドに供給される液体を貯蔵する、少なくとも１つの液体貯蔵室と、前記液体貯蔵室に形成された開口部に配置された気液分離部材と、前記液体貯蔵室内と大気とを前記気液分離部材を介して連通させる大気連通口とを有する液体吐出カートリッジにおいて、
前記気液分離部材から前記大気連通口までの経路における各経路の長さをＬｎ、各経路の断面積をＳｎとしたときの拡散抵抗Ｒを
Ｒ ＝ Σ（Ｌｎ ／ Ｓｎ）
とし、前記液体吐出口周辺への前記液体の含有成分の固着を来さない液体の蒸発率と、前記拡散抵抗Ｒと、液体の蒸発量とに基づいて算出した係数Ｋを、
Ｋ ＝ １００００ ［ｍｇ・ｍｍ／ｍｍ２］
とし、前記液体貯蔵室内に充填される液体の総重量をＶとしたとき、
Ｋ ／ Ｖ ＜ Ｒ ＜ ２０００
が成り立つことを特徴とする液体吐出カートリッジ。
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