JP2004243759A - 液体カートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】空気が記録ヘッドに引き込まれることを防止する。
【解決手段】液体噴射装置へ装着されることにより液体噴射装置に液体を供給する液体カートリッジであって、液体を収容する液体収容部と、液体収容部に収容された液体を液体噴射装置へ供給する供給部と、液体収容部と大気とを連通する連通孔を、開放又は封止する大気弁と、連通孔を封止すべく、大気弁を連通孔に向けて付勢する付勢部とを備え、付勢部は、当該液体カートリッジが大気圧に開放された場合に、大気弁が連通孔を開放する付勢力を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、液体カートリッジに関する。特に本発明は、液体噴射装置に液体を供給する液体カートリッジに関する。

液体噴射装置の一例として、インクジェット式記録装置は、記録ヘッドに設けられたノズルからインクを吐出することにより被記録物に印刷する。液体カートリッジの一例としてのインクカートリッジは、インク収容部にインクを保持し、インクジェット式記録装置に装着されることにより、インクジェット式記録装置にインクを供給する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２７７５３０号公報（第２から３頁、第１図）

インクカートリッジを初めて使用する前の状態では、インクカートリッジは、減圧密封パッケージ内に包装されている。この減圧密封パッケージを開封してインクカートリッジをインクジェット式記録装置に装着すると、インク収容部内には負圧がかかっているので、インクが記録ヘッドからインクカートリッジへ引き込まれ、更に空気が記録ヘッドに引き込まれる場合がある。そのため、記録ヘッドに形成されたインクのメニスカスが破壊され、記録ヘッドが使用できなくなることがあった。

そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる液体カートリッジを提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、液体噴射装置へ装着されることにより液体噴射装置に液体を供給する液体カートリッジであって、液体を収容する液体収容部と、液体収容部に収容された液体を液体噴射装置へ供給する供給部と、液体収容部と大気とを連通する連通部を、開閉する大気弁と、連通部を封止すべく、大気弁を連通部に向けて付勢する付勢部とを備え、付勢部は、液体収容部内部が大気圧よりも低い圧力でパッケージに密封された当該液体カートリッジがパッケージの開封により大気圧に開放された場合に、大気弁が連通部を開閉可能な付勢力を有する。これにより、液体カートリッジの液体収容部内の圧力が大気圧より低い場合に、大気弁が連通孔を一旦、開放して大気と連通させるので、液体収容部内の圧力と大気圧との差を弱めることができる。よって、液体カートリッジが液体噴射装置に装着された場合に、液体カートリッジが液体噴射装置から液体を引きこむことを防ぐことができる。

上記液体カートリッジにおいて、付勢部はコイルバネを含んでいてもよい。これにより、付勢部として用いられるコイルバネの付勢力に基づいて、液体収容部内の圧力と大気圧との差を弱める程度を調整することができる。更に、コイルバネは、連通部に対して、大気弁を液体収容部側から大気側へ付勢してもよい。これにより、液体カートリッジが大気圧に開放された場合に、簡便な構成で、大気弁が連通部を開放して大気と連通させることができる。

上記液体カートリッジにおいて、供給部を封止し、液体カートリッジの初回使用時に開封されるシールを更に備えてもよい。これにより、減圧密封パッケージが開封されて液体カートリッジが大気圧に開放されたときに、供給部側が大気開放することを防ぎ、大気弁を確実に移動させて連通部を開放して大気と連通させることができる。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、液体噴射装置の液体噴射ヘッドに液体を供給するのに適した液体カートリッジの一例を、インクジェット式記録装置用のインクカートリッジ１００に例を採り、その構造を斜め上方からみた状態で示す正面斜視図である。

なお、本発明でいう液体噴射装置とは、インクジェット式記録装置の液体噴射ヘッドだけではなく、液晶ディスプレイのカラーフィルタを製造するカラーフィルタ製造装置の色剤噴射ヘッドや、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極材（導電ペースト）噴射ヘッド、さらにはバイオチップを製造するバイオチップ製造装置の生体有機物噴射ヘッド及び精密ピペットしての試料噴射ヘッドなどを含む。

図２及び図３は、図１のインクカートリッジ１００を斜め下方からみた背面斜視図で、図２は、インクカートリッジ１００の表面にフィルム１１０が貼り付けられる前の状態を示す図であり、図３は、インクカートリッジ１００にフィルム１１０が貼り付けられた状態を示す図である。さらに図４、図５は、インクカートリッジ１００を構成する部材を分解して示す組み立て斜視図である。図６及び図７は、図１のインクカートリッジ１００の正面図であり、図６は、インクカートリッジ１００の開口部１２２にフィルム１３０が貼り付けられる前の状態を示す図であり、図７は、インクカートリッジ１００の開口部１２２にフィルム１３０が貼り付けられた状態を示す図である。なお、図７において、ハッチングで示された領域にフィルム１３０が貼り付けられる。

図４に示すように、インクカートリッジ１００は、開口部１２２を有する有底の略筐体形状のカートリッジ本体１２０、この開口部１２２のほぼ全面を覆うフィルム１３０、および、このフィルム１３０の外側を覆う蓋体１４０を備える。カートリッジ本体１２０の内部は、後述のようにリブや壁により区画される。フィルム１３０は、カートリッジ本体１２０の開口部１２２のほぼ全面を、その内部が密閉状態となるように封止する。蓋体１４０は、さらにフィルム１３０の外側を非密閉状態で被覆するようにカートリッジ本体１２０に固定される。

カートリッジ本体１２０は、インクを収容するインク収容部１１１と、インク収容部１１１からインク供給部１６０までのインク流路部と、インク収容部１１１を大気に連通させるインク側通路、大気弁収容部及び大気側通路からなる大気連通部とを備え、例えばプロピレン（ＰＰ）により一体成形されている。

インクカートリッジ１００はさらに、インク供給制御手段１５０と、インク供給部１６０と、記憶手段１７０と、係合レバー１８０とを有する。インク供給部１６０は、カートリッジ本体１２０の下面に配され、インクカートリッジ１００が装着されるキャリッジ４２に形成されたインク供給針が挿入されて、インク収容部１１１に収容されたインクをインクジェット式記録装置の記録ヘッドへ供給する。記憶手段１７０は、取付部１９０にかしめられ、この取付部１９０は、カートリッジ本体１２０の側面の下方にかしめられて取り付けられる。記憶手段１７０は、インクカートリッジ１００の種類の情報、インクカートリッジ１００が保持するインクの色の情報、および、インクの現存量等の情報を記憶し、表面に露出した複数の端子１７１により装置本体との間でこれらの情報を受け渡す。係合レバー１８０は、カートリッジ本体１２０における取付部１９０と対向する側面の上部に成形され、インクジェット式記録装置のキャリッジ４２と係合する。取付部１９０の側面は、キャリッジに形成された図示しないリブにより規制されて、上記端子１７１とキャリッジ側の弾性接点とが確実に当接するように構成されている。

インク供給制御手段１５０は、インクの消費に伴って発生するインク収容部１１１とインク供給部１６０との圧力差により、インク収容部１１１のインクをインク供給部１６０へ供給する差圧弁から構成されている。インク供給制御手段１５０は、弾性変形可能であって、カートリッジ本体１２０の凹部４９５に挿入される弁部材の一例である膜弁９００と、凹部４９５を覆う弁蓋１５１と、膜弁９００および弁蓋１５１の間に配される付勢部材の一例としてのコイルバネ９０７とを有する。

インク収容部１１１は、図６、７に示したように水平方向に延びる壁２７２により、上部と下部とに大きく分割され、下部には連通孔２４２により大気と連通可能な大気側収容部２７０が、また上部には大気から遮断された２つの第１インク収容部２９２及び第２インク収容部２９４からなる供給側収容部２９０が形成されている。供給側収容部２９０は、壁２７２の近傍（下部領域）に連通部２７６を有する斜めの壁２７１により、第１、及び第２インク収容部２９２、２９４の２つに分割され、また第２インク収容部２９４に周りを囲まれるように配された流路部２９６が形成されている。流路部２９６は下部の連通部２７８を介して、第２インク収容部２９４と接続されるとともに、通路２９８、３００及び通孔９１８を介してインク供給制御手段１５０に接続されている。
また、インク供給制御手段１５０の下流側は、インク供給制御手段１５０と連通する通孔９１０、通孔９１０と連通する連通部３０２および流路３２１、流路３２１の一端に形成され、表面側に向けて形成された通孔３２３、および、通孔３２３と一端が連通した連通部３０４を介して、インク供給部１６０と連通するよう構成されている。

大気側収容部２７０と第１インク収容部２９２とは垂直に延びる連通路２９５により連通されていて、インク供給部１６０からのインクの消費に対応して大気側収容部２７０のインクを第１インク収容部２９２に吸い上げ、ここから第２インク収容部２９４、流路部２９６等を介してインク供給制御手段１５０に流れ込ませるように構成されている。インク収容部１１１の大気側収容部２７０からインク供給制御手段１５０へは、連通部２７４、第２のインク注入口１６２、連通路２９５、連通部２７６、２７８、流路部２９６、通路２９８、３００、通孔９１８をこの順に通ってインクが流れ込む。

一方、大気弁部２５０は、大気弁２５４が収容される中空の大気弁収納室２３２を有し、大気弁収納室２３２の下方の壁面には、大気弁２５４の軸部２６４の径より若干径が大きく大気の連通流路をも兼ねる連通孔２３９を有し、ここに大気弁２５４の軸部２６４がコイルバネ２５５により常時、インクカートリッジ１００の底面に向かって付勢されて摺動自在に挿入されて、インクカートリッジ１００がインクジェット式記録装置のキャリッジ４２に装着されていない場合に大気弁２５４によって連通孔２３９を封止している。これにより、大気弁２５４は、インクカートリッジ１００がキャリッジ４２へ装着される鉛直方向に移動可能に配され、キャリッジ４２に装着される場合に、キャリッジに形成された当接部材の一例としての当接部材６０により押し上げられ、連通孔２３９を開放する。なお、コイルバネ２５５のバネ力については後述する。

図８は、図１のインクカートリッジ１００においてフィルム１１０が貼り付けられる前の状態を示す背面図である。上述した連通孔２３９を境として大気と連通する側である大気側通路は、開口２１２、蛇行した通路２１４、フィルタ収容部２１６、連通孔２１８および連通部２２２、連通部２２２の底面に形成された連通孔２５３、連通部２２４により構成されている。

詳細には、図８に示すように、カートリッジ本体１２０の表側に形成された迷路状に蛇行した１本の通路２１４の一端は開口２１２として大気に開放され、他端は撥インク性と通気性の機能を備えたフィルタ２１５(図４、図５)が収容されたフィルタ収容部２１６に接続されている。フィルタ収容部２１６は、カートリッジ本体１２０の表側から裏側に貫通する連通孔２１８と連通する。連通孔２１８は、カートリッジ本体１２０の裏側において連通部２２２、連通部２２２を区画する部屋の底部に形成された連通孔２５３を介して連通部２２４と接続している。通路２１４の途中には、凹部からなるチャンバ９３０が設けられている。

図２に示すように、連通部２２４は、カートリッジ本体１２０の底面に凹部２５７として形成され、大気弁２５４の作動棹である軸部２６４を露出させ、かつ大気弁２５４を収容する大気弁収納室２３２との連通が可能な連通孔２３９と、連通部２２２に連通する連通孔２５３が凹部２５７内に形成され、凹部２５７の外面を第１のインク注入口１６１、第２のインク注入口１６２を封止するフィルム１３２により封止して形成されている。このフィルム１３２は、キャリッジ４２に設けられた操作部材の押圧力により弾性変形可能なものが選択されている。

一方、図６に示すように上述した連通孔２３９を境として大気側収容部２７０と連通するインク側通路は、大気弁収納室２３２、通孔２３４ａ、連通室２３４ｂ、連通部２３４ｃ、連通室２３４ｄ、連通部２３６、連通室２３７および連通孔２３８、連通溝２４０、連通孔２４２とで形成されている。詳細には、大気弁収納室２３２の上部の壁には通孔２３２ａが形成されており、この通孔２３２ａを介して連通室２３４ｂ、連通室２３４ｂの上部の壁の切り欠きによって形成された連通部２３４ｃ、連通部２３４ｃの上部に設けられた連通室２３４ｄ、連通室２３４ｄの上部の壁の切り欠きによって形成された連通部２３６、下方に連通孔２３８が形成された連通室２３７と順に連通する大気通路が形成されている。カートリッジ本体１２０の裏側から表側に貫通する連通孔２３８は、連通孔２３８と連通する連通溝２４０、連通溝２４０と連通すると共にカートリッジ本体１２０の表側から裏側に貫通する連通孔２４２を介して大気側収容部２７０と連通する。これら、大気側収容部２７０、供給側収容部２９０、大気弁部２５０、及び大気側通路、インク側通路は、それぞれを区画する壁にフィルム１３０、１１０を熱溶着などの方法で貼着することにより大気と隔離された領域となる。

インク供給部１６０は、キャリッジ４２に設けられたインク供給針が挿入される挿入口２６を有するエラストマ等から形成されたシール部材１２と、シール部材１２の挿入口２６を塞ぐ供給弁１３と、供給弁１３をシール部材１２に向けて付勢するコイルスプリング等からなる付勢部材１４とを有する。なお、シール部材１２の挿入口２６には、工場出荷時において、シール６０４が貼り付けられている。

インクカートリッジ１００がインクジェット式記録装置のキャリッジ４２に装着されると、キャリッジ４２に設けられた凸部がフィルム１３２を介して大気弁２５４の軸部２６４を上方に押し上げるとともに、キャリッジ４２のインク供給針がインク供給部１６０の供給弁１３を上方に押し上げる。これにより、連通孔２３９は、大気弁収納室２３２から連通孔２４２までの大気流路を大気と連通する。また、インク供給部１６０における供給弁１３より上流は、インク供給針と連通する。

連通孔２４２が大気と連通している状態において、インクジェット式記録装置が記録を始めると、インク供給部１６０からインク供給針を通して記録ヘッドへインクが供給される。インク供給部１６０からインクが供給されると、インク収容部１１１において図６に示す矢印ａ、通孔９１８の順に流れたインクが、インク供給制御手段１５０を経由して、図６に示す矢印ｂ、ｃ、ｄの順に流れて、インク供給部１６０に流れ込み、インク供給部１６０に挿入されたインク供給針にインクが供給される。

このインクの流れにあわせてインク収容部１１１においては、大気側収容部２７０のインクが供給側収容部２９０に供給される。大気側収容部２７０のインクの消費に伴って空気が、図６における矢印ｆ、底面の連通部２２４、および矢印ｇの経路を順に通って、連通孔２４２から大気側収容部２７０へ流入する。インク供給部１６０から記録ヘッドへインクが供給されて大気側収容部２７０の液面が下がるが、大気側収容部２７０と供給側収容部２９０とを接続する流路は、大気側収容部２７０の最も下部に連通口があるので、大気側収容部２７０の全てのインクが供給側収容部２９０へ移動するまで、供給側収容部２９０には空気が流入しない。

大気側収容部２７０のインクがすべて消費された後に、供給側収容部２９０の第１インク収容部２９２および第２インク収容部２９４のインクがこの順に消費される。この間、供給側収容部２９０と大気側収容部２７０とを連通する第２のインク注入口１６２に形成されるインクのメニスカスによる表面張力により、供給側収容部２９０のインクが大気側収容部２７０に逆流することが防止される。

第１インク収容部２９２のインクが消費され始めると、第１インク収容部２９２に空気が流入する。これにより、第１インク収容部２９２の液面が下がるが、第１インク収容部２９２と第２インク収容部２９４とは、下部のみが連通部２７６により連通しているので、まず、第１インク収容部２９２のインクが消費される。第１インク収容部２９２のインクが消費されて、液面が連通部２７６に到達すると、第２インク収容部２９４のインクが消費されるのにあわせて、空気は第２インク収容部２９４にも流入する。第２インク収容部のインクが消費される間、連通部２７６にインクのメニスカスによる表面張力が生じるため、第２インク収容部２９４のインクが第１インク収容部２９２に逆流することが防止される。

上述のように大気側収容部２７０、第１インク収容部２９２および第２インク収容部２９４のインクはこの順に消費されるが、インクの液面がいずれの収容部にあっても、インクは、インク収容部１１１を上下に略二分する壁２７２の近傍に配された連通部２７８から通路３００を経由して通孔９１８を通ってインク供給部１６０へ供給される。

図６に示したコイルバネ２５５は、本発明における付勢部の一例である。コイルバネ２５５は、連通孔２３９に対して、大気弁２５４をインク収容部１１１側から大気側へ付勢する。これにより、インクカートリッジ１００がインクジェット式記録装置に装着されない状態において、大気弁２５４が連通孔２３９を封止して、インク収容部１１１と大気との連通を遮断している。ここで、コイルバネ２５５は、インクカートリッジ１００が大気圧に開放された場合に、大気圧により大気弁２５４がこのコイルバネ２５５に抗して移動し、連通孔２３９を開放する付勢力を有する。例えば、コイルバネ２５５は、インクカートリッジ１００の開封時におけるインク収容部１１１内の圧力と大気圧との差圧に、大気弁２５４の軸部２６４と当接するフィルム１３２が大気圧に接して撓むことができる領域の面積を乗じた力よりも弱い力で大気弁２５４を付勢する。本実施形態において、フィルム１３２が大気圧に接して撓むことができる領域は、連通部２２４の領域と略同一である。

上述の構成を有するインクカートリッジ１００のインク収容部１１１内にインクが収容された後に、インクカートリッジ１００は、減圧下でアルミ等の減圧密封パッケージ等により減圧密封される。これにより、インクカートリッジ１００のインク収容部１１１内も減圧され大気圧よりも低い状態となる。この状態から、減圧密封パッケージが開封されると、インクカートリッジ１００は大気圧に開放される。この場合に、インク収容部１１１内の圧力よりも大気圧が大きいので、大気弁２５４は大気圧側からインク収容部１１１側へ圧力を受ける。ここで大気弁２５４をインク収容部１１１側から連通孔２３９に付勢しているコイルバネ２５５は上述の付勢力を有するので、大気弁２５４は、大気圧によりコイルバネ２５５の付勢力に抗して連通部２２４を開放する上方へ移動する。よって、インク収容部１１１が連通孔２３９を通じて大気と連通し、インク収容部１１１の圧力が高まる。これにより、大気弁２５４は、インク収容部１１１内の圧力と大気圧との差を弱めることができる。

上述の状態から更に、インク収容部１１１の圧力が高まることによりインク収容部１１１の圧力と大気圧との差が弱まると、大気圧が大気弁２５４に及ぼす圧力よりもコイルバネ２５５の付勢力が勝り、大気弁２５４が再び連通孔２３９を封止する。これにより、インクカートリッジ１００がインクジェット式記録装置に装着されていない状態において、連通孔２３９が封止された状態が保たれ、インクカートリッジ１００からインクが漏れ出すことを防ぐことができる。

上記のように、本実施形態のインクカートリッジ１００によれば、インクカートリッジ１００を収容する減圧密封パッケージが開封された時に、大気圧により大気弁２５４が、付勢部６００の付勢力に抗して連通部２２４を開放する上方へ一旦、移動するので、インクカートリッジ１００を大気開放してインクカートリッジ１００内の圧力と大気圧との差を弱めることができる。これにより、インクカートリッジ１００がインクジェット式記録装置に装着された場合に、インクカートリッジ１００がインクジェット式記録装置の記録ヘッドからインクを引き込むことを防止し、空気が記録ヘッドに引き込まれることにより記録ヘッドが故障することを防ぐことができる。

また、図５に示すように、付勢部としてコイルバネ２５５を用いているので、コイルバネ２５５の付勢力を適宜選択することにより、各インクカートリッジ１００におけるインク収容部１１１内の圧力と大気圧との差を弱める程度を調整することができる。例えば、より弱い付勢力のコイルバネ２５５を用いた場合には、減圧密封パッケージを開封した場合に、インク収容部１１１内の圧力と大気圧との差をより弱めることができる。

更に、図２及び図３で説明したように、インク供給部１６０がシール６０４により封止されているので、インク供給部１６０が大気と連通せず、インク供給部１６０側がインク収容部１１１を大気に開放することを防ぐことができる。そのため、減圧密封パッケージを開封してインクカートリッジ１００を大気に開放した場合に、大気弁２５４を確実に移動させ、インク収容部１１１の負圧を確実に弱めることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

第１の実施形態によるインクカートリッジ１００の正面斜視図である。 フィルム１１０が貼り付けられる前のインクカートリッジ１００の背面斜視図である。 フィルム１１０が貼り付けられた後のインクカートリッジ１００の背面斜視図である。 インクカートリッジ１００の分解斜視図である。 インクカートリッジ１００の分解斜視図である。 フィルム１３０が貼り付けられる前のインクカートリッジ１００の正面図である。 フィルム１３０が貼り付けられた後のインクカートリッジ１００の正面図である。 フィルム１１０が貼り付けられる前のインクカートリッジ１００の背面図である。

符号の説明

１００ インクカートリッジ、１１１ インク収容部、１２０ カートリッジ本体、１３１、１３２ フィルム、１４０ 蓋体、１５０ インク供給制御手段、１６０ インク供給部、１７０ 記憶手段、１８０ 係合レバー、２１０ 大気側通路、２１２ 開口、２１４ 通路、２１６ フィルタ収容部、２１８ 連通孔、２２２、２２４ 連通部、２３０ インク側通路、２３２ 大気弁収容室、２３４、２３６、２７４、２７６、２７８ 連通部、２４０ 連通溝、２３８、２４２ 連通孔、２５０ 大気弁部、２７０ 大気側収容室、２７２ 壁、２９０ 供給側収容室、２９２ 第１インク収納部、２９４ 第２インク収容部、２９６ 流路部、２９８、３００ 通路、３０２、３０４ 連通部、６０４ シール

Claims (4)

1. 液体噴射装置へ装着されることにより前記液体噴射装置に液体を供給する液体カートリッジであって、
   液体を収容する液体収容部と、
   前記液体収容部に収容された液体を前記液体噴射装置へ供給する供給部と、
   前記液体収容部と大気とを連通する連通部を、開閉する大気弁と、
   前記連通部を封止すべく、前記大気弁を前記連通部に向けて付勢する付勢部と
   を備え、
   前記付勢部は、前記液体収容部内部が大気圧よりも低い圧力でパッケージに密封された当該液体カートリッジが前記パッケージの開封により大気圧に開放された場合に、前記大気弁が前記連通部を開閉可能な付勢力を有する液体カートリッジ。
2. 前記付勢部はコイルバネを含むことを特徴とする請求項１に記載の液体カートリッジ。
3. 前記コイルバネは、前記連通部に対して、前記大気弁を前記液体収容部側から前記大気側へ付勢する請求項２に記載の液体カートリッジ。
4. 前記供給部を封止し、前記液体カートリッジの初回使用時に開封されるシールを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の液体カートリッジ。

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