JP2005131904A

JP2005131904A - インクカートリッジおよびインクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2005131904A
Application number: JP2003369896A
Authority: JP
Inventors: Toru Suzuki; 亨鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2005-05-26

Abstract

【課題】インクジェットヘッドとそのインクジェットヘッドへインクを供給する供給機構とを有するインクジェットプリンタに着脱可能なインクカートリッジにおいて、小型・軽量のプリンタを実現でき、かつユーザーがカートリッジに触れてもインクで手を汚す可能性の低い、安価で高信頼性のインクカートリッジを提供すること。
【解決手段】インクジェットカートリッジ外部面に、液体吸収部材が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット記録方式で用いられる、インクを収納した交換型のインクカートリッジに関するものである。

印刷可能領域としてミシン目を有する印刷用紙に対して、銀塩写真同様にレイアウトして印刷するインクジェット記録装置がある。これは、印刷後にミシン目に沿って用紙の外周部分を除去する事によって、余白のない印字物を得る技術である。しかしながら、この技術では、ユーザーが印字物各々に対し外周部除去の行為が発生し、大量に印字する場合の負荷が大きい。また、この除去された外周部は直ちに廃却されるため紙資源の消費としても環境に対する負荷が大きい。

これを解決するために、所望の大きさにカットされた用紙を使用し、上記のような銀塩写真同様の余白のない全面レイアウト印刷を可能にするインクジェット記録装置がある。ソフトウェア上で印字領域を用紙幅以上にレイアウトし全面に印刷する技術である。従来は用紙端部から用紙外部に吐出されたインクが本体プラテン上に堆積し、後に供給される用紙を汚染していた。プラテンの用紙端部に位置する場所にインク吸収体を配置することにより、後から供給される用紙を汚すことなく全面レイアウトが可能になった。
特開２０００−３５１２０５特開２００２−０８６７５７

このインク吸収体は本体のプラテンに収納され、本体寿命と同等の期間に印刷するために必要な量のインク吸収性能が求められる。このため、使用頻度の多いユーザーにとってはプリンタを使用するに従い、プリンタ本体に蓄積されるインクによりプリンタの重量が増加し、持ち運ぶのが難しくなる。また、使用頻度の少ないユーザーにとっても、使用頻度の多いユーザーと同等のインク吸収体が本体に予め設置されているため、最終的に使用しないまま廃棄される吸収体もある。さらに、本体内に蓄積されるインクが姿勢差や環境変化によって漏れないように、漏れに対する信頼性のマージンを高くするためには必要吸収量よりも吸収可能インク量を充分余裕を見たものでなければならない。これらの事から、従来は本体内の吸収体を減らし、プリンタ本体を小型にする事が困難であった。

また、交換型のインクカートリッジ内部にインク吸収体を配置し、所定の開口部を設け、その吸収体で直接インクを保持する場合がある。しかしながら、この場合、ユーザーが無意識のうちにケース開口部から直接吸収体に触れてしまうおそれがあり、インクで手を汚す可能性がある。また、ユーザーの手の汚れを防ぐためにシャッター（図７の６）が設けられることがあったが、板金の加工部品が必要であり、部品コストが高くなるデメリットがあった。

そこで本発明の目的は、インクジェットヘッドとそのインクジェットヘッドへインクを供給する供給機構とを有するインクジェットプリンタに着脱可能なインクカートリッジにおいて、小型・軽量のプリンタを実現でき、かつユーザーがカートリッジに触れてもインクで手を汚す可能性の低い、安価で高信頼性のインクカートリッジを提供することである。

上記目的を達成するために本発明は、インクジェットヘッドとそのインクジェットヘッドへインクを供給する供給機構とを有するインクジェットプリンタに着脱可能なインクカートリッジにおいて、インクジェットカートリッジ外部の少なくとも一面に、液体吸収部材が配置されていることを特徴とする。

このとき、カートリッジ内に収納されているインク量によって、印刷可能枚数は規定され、その印刷に必要な量のインク吸収性能を持つ吸収部材を内部に配置する。これは、従来プリンタ内に配置していた吸収体の体積と比較して充分小さく、プリンタ本体を小型化することができる。また、吸収部材の表面に付着したインクが速やかに内部へ拡散され保持されるため表面をユーザーが無意識に触れてもインクで手を汚す可能性の小さい高信頼性のインクカートリッジを提供することができる。

本発明により、インクジェットヘッドとそのインクジェットヘッドへインクを供給する供給機構とを有するインクジェットプリンタに着脱可能なインクカートリッジにおいて、小型・軽量のプリンタを実現でき、かつユーザーがカートリッジに触れてもインクで手を汚す可能性の低い、安価で高信頼性のインクカートリッジを提供することが可能になる。

以下、図を参照して本発明の実施形態を説明する。

図1は本発明のインクカートリッジにおける、第一の実施形態を示す概略斜視図である。

図1に示すインクカートリッジは、インクを収容するインク収容容器をインクカートリッジ筐体２とインクカートリッジ蓋１、カートリッジ下蓋４で構成された容器に収められている。

図１のインクカートリッジの内部を説明するために、図１のAA部を切断し、内部構成を図2にて説明する。インクカートリッジには、インクジェットプリンタで使用するインクC、M、Yをそれぞれ収納するインク収容容器部３がある。本インクカートリッジを使用した液体供給システムでは、インクジェットヘッドに設けられた針状筒（図示せず）がジョイント部５に挿通され、インク収容容器内のインクがインクジェットヘッド１０１へ導出される。このとき、インク収容容器は内部に収納されたインクの導出に対応して変形する袋状の容器を使用した。インクの吐出は、ノズルの吐出口近傍に配置した発熱素子または振動素子（図示せず）の熱もしくは振動エネルギーにより、ノズル内の液体を押し出すことにより行われる。このように、吐出後に間欠的に、ヘッド内タンクに接続したポンプの負圧を動力としてインクを満たすサイクルが繰り返され、インクはインク収容容器から吸い上げられる。

インク収容容器部３はインクカートリッジの投影面積が最小になるように、幅32mm、長さ130mm厚さ0.1mmのフィルムを熱溶着で貼り合わせて作製した。インクを収納したインク袋の厚みは各3mmである。インクジェットプリンタでは吐出信頼性を確保するために回復操作を行うが、回復操作に必要なインク容量と、本実施例では用紙50枚が印字可能なインク容量、を加えてインク（シアン、マゼンタ、イエロー）各4ｍｌを収容している。この回復操作で使用したインクは本体の排出口（図示せず）から第二開口部２２に排出されインク吸収体102へ吸収・保持される。本実施例では、このインク吸収体１０２の吸収可能インク量を12mlに設定しているが、本発明はこれに限定されない。

カートリッジ蓋１の表面には、厚み280μmの基材が紙でできたインクジェット用記録媒体をインク吸収部材７として、インク受容層が外面になるように貼り付けた。この時カートリッジ蓋１には深さ300μmの凹みがあらかじめ設けてあり、吸収部材７がカートリッジ外部へ出ないようにし、着脱時に本体との干渉を防いでいる。また、この凹部は吸収部材７を取り付ける時の位置決めとした。この吸収部材７は、被記録媒体よりも大きな範囲に印字し、余白なし印字をするときに使用される。この吸収部材は、被記録媒体に吸収されなかったインクを吸収・保持し、浮遊ミストによる印字品位の劣化を防止している。本実施例では、この吸収部材の大きさは、被記録媒体よりも幅の広い130mm、ノズル列（図示せず）よりも長い20mmとしているが、本発明はこれに限定されない。また、本実施例では、紙基材のインクジェット用記録媒体を使用したが、プラスチックベースの記録媒体を使用してもよい。また、基材はカートリッジ蓋と同じ材質、またはカートリッジ蓋に溶着可能な材質を使用し、直接溶着してもよい。また、本実施例ではインクジェット用記録媒体を吸収部材として使用しているため、媒体の受容層に吸収したインクが再転写してユーザーの手を汚す可能性が低いことは容易に理解できるが、本実施例における吸収部材が、インクジェット用記録媒体に限定されるものではない。

以上のように、インク収容容器部３、インク吸収体１０２を内包したインクカートリッジの外面にインク吸収部材７を設けることで本実施例のインクカートリッジが完成する。

本発明の実施形態を説明する。

インクカートリッジは、インクを収容するインク収容容器をインクカートリッジ筐体２とインクカートリッジ蓋１、カートリッジ下蓋４で構成された容器に収められている。内部構成を図３にて説明する。インクカートリッジには、インクジェットプリンタで使用するインクC、M、Yをそれぞれ収納するインク収容容器部３がある。本インクカートリッジを使用した液体供給システムでは、インクジェットヘッド101（図４）に設けられた針状筒（図示せず）がジョイント部５に挿通され、インク収容容器内のインクがインクジェットヘッド１０１へ導出される。このとき、インク収容容器は内部に収納されたインクの導出に対応して変形する袋状の容器を使用した。インクの吐出は、ノズルの吐出口近傍に配置した発熱素子または振動素子（図示せず）の熱もしくは振動エネルギーにより、ノズル内の液体を押し出すことにより行われる。このように、吐出後に間欠的に、ヘッド内タンクに接続したポンプの負圧を動力としてインクを満たすサイクルが繰り返され、インクはインク収容容器から吸い上げられる。

カートリッジ蓋１の表面には幅130mm、長さ20mm、深さ300μmの凹みが設けてある。ここカルボキシルメチルセルロース10wt％水溶液を滴下した。その後に120℃の恒温漕で10分間乾燥し吸収部材７とした。この吸収部材は、被記録媒体に吸収されなかったインクを吸収・保持し、浮遊ミストによる印字品位の劣化を防止しており、25%dutyの画像50枚分、約0.2mlのインクを吸収することができる。ここで吸収部材にカルボキシルメチルセルロースを使用しているが、ポリビニルアルコールまたはスチレンアクリル酸またはポリビニルピロリドンでもよい。本実施例において、カルボキシルメチルセルロースがインクを吸収し、再転写しない状態になるには、約1時間の放置時間が必要である。ユーザーがカートリッジを速やかに取り外す可能性がある場合には、この吸収部材7の表層を、更に外層が親水性繊維、内層が疎水性繊維によって構成される積層皮膜で被覆することが望ましい。親水性繊維の面に付着したインクは、その繊維上での接触角が小さいことから速やかに付着位置から広い範囲に拡散し、局所的なインク過多を防止することができる。次に、広範囲の親水性繊維に拡散したインクは、より高い毛管力の疎水性繊維へと速やかに移動する。そして、このインクが前記吸収部材７に吸収される。このインクの移動は速やかに、かつ不可逆的に進行する。以上の機構により、ユーザーが速やかにカートリッジを取り外した場合に、ユーザーの手にインクが再転写する可能性が低下し、より信頼性の高いカートリッジを提供することができる。

以上のように、インク収容容器部３、インク吸収体１０２を内包したインクカートリッジの外面に、インク吸収部材７を設けることで本実施例のインクカートリッジが完成する。

以下、本発明の実施形態を図で説明する。

図４は本発明のインクジェット記録装置を示す概略斜視図である。インクジェット記録装置内で被記録媒体１０３が搬送され、搬送方向に直交してインクジェットヘッド１０１が走査される。インクカートリッジ１００は、被記録媒体１０３が常にインクカートリッジ１００とインクジェットヘッド１０１間にあるように配置される。かつインクカートリッジ１００は、インクカートリッジ１００の2箇所の第一開口部２１がそれぞれ被記録媒体１０３の搬送方向の端部とインクジェットヘッド１０１の走査方向とのになるように配置される。すなわち被記録媒体１０４の端部およびその外側に吐出されたインクを第一開口部２１に位置する第一吸収体１１にて吸収される。ここで初期速度v0を持つ半径aの液滴が空気中を飛行している場合の、液滴の運動についての理論的計算を行い説明する。25℃ 1気圧での空気の密度はρ空気=1.29e-03g/cm^3、空気の運動粘性率は、ν空気=1.50e-01cm^2/sである。レイノルズ数Rは特徴的な長さL、運動粘性率ν空気、速度vとして
R=L・v/ν空気
で表される。ｖ=14m/sを用いるとＲ＝1〜20 であり充分小さい。レイノルズ数Ｒが充分小さい場合、ナビエス・トークス方程式の慣性項を無視して近似解（ストークス近似）を得ることが出来る。つまり、液滴の周りの空気流について
divｖ =0
∂v /∂ｔ＝-1/ρ空気・grad p+ν空気Δv
の線形方程式を解く。液滴の運動についは、上式から空気流が及ぼす液滴にかかる抵抗力を計算する。抵抗力 F は、液滴の半径a、速度ｖの時
F=6πρ空気ν空気ａｖ
で表される．従って液滴の運動方程式は
md/dt・（dx/dt）=-6πρ空気ν空気 a・dx/dt
となる（液滴の質量をm，液滴はx軸方向に飛翔しているとした）．この微分方程式の解は，初期条件としてdx/dt｜t=0=v０，x｜t=0=０とすれば
x=mv0/（6πρ空気ν空気 a）・（１-exp（-6πρ空気ν空気 a/m・t））
dx/dt=v０・exp（-6πρ空気ν空気 a/m・t）
である。液滴の質量の代わりに液滴半径ａとインク密度ρインクを用いれば、m=4/3・π a^3・ρインクから
x=2ρインク v0 a^2/（9ρ空気ν空気）・
（1-exp（-9ρ空気ν空気/（2ρインク a^2）・t））
dx/dt=v0・exp（-9ρ空気ν空気/（2ρインク a^2）・t）
を得る。初速度を14m/sと前提とした。液滴を球と仮定した場合、各体積における液滴の半径毎に、液滴の位置（オリフィスからの距離）の経時変化を求めた。（図6）ストークス近似により吐出直後（t0=0[s]）からの経過時間t[s]とt時点での速度v[m/s]の関係を示すことができる。ここから、吐出するインク体積毎の経過時間t[s]とその時の到達距離x[mm]（吐出直後をx=0とする）の関係を導き図6に示した。経過時間とともに吐出速度は低下し、1m/s以下では吐出液滴が機内に浮遊した状態となって、被記録媒体１０３に付着した場合印字品位を低下させる可能性がある。特に、0.5pl以上の吐出液滴が被記録媒体に付着すると肉眼で判別できる印字品位の劣化を引き起こす。従って、0.5plの吐出液滴を機内に浮遊させないため、図5に示すようにインクジェットヘッドの吐出口面と吸収体１１間の距離を3mm以下とするようにインクカートリッジをインクジェット記録装置に配置させている。

本発明の第一の実施例を示すインクカートリッジ全体の概略斜視図。図１のA-A断面図。本発明の第二の実施例を示すインクカートリッジの断面図。本発明の第三の実施例を示すインクジェット記録装置の概略斜視図。図４のB-B断面図。吐出時からの経過時間と到達距離を示すグラフ。従来のインクカートリッジを示す概略斜視図。

符号の説明

１インクカートリッジ蓋
２インクカートリッジ筐体
３インク収容容器部
４インクカートリッジ下蓋
５ジョイント部
６シャッター
７液体吸収部材
８多層フィルム
２１第一開口部
２２第二開口部
１００インクカートリッジ
１０１インクジェットヘッド
１０２吸収体
１０３記録用紙

Claims

被記録媒体に液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドへ液体を供給する液体供給機構とを有する印字装置に着脱可能なインクカートリッジであって、
前記インクジェットカートリッジ外部の少なくとも一面に、基材および基材の少なくとも一方の面に設けたインク受容層を含む記録媒体が配置されていることを特徴とするインクカートリッジ。
前記記録媒体のインク受容層が、必須成分としてポリビニルアセタール樹脂とシリカ微粒子を含有することを特徴とする請求項１に記載のインクカートリッジ。
前記記録媒体の基材がプラスチックフィルムである事を特徴とする請求項1に記載のインクカートリッジ。
前記記録媒体の基材が前記インクカートリッジの外装部材と同材質で、相互に溶融して保持されている事を特徴とする請求項３に記載のインクカートリッジ。
前記記録媒体の基材が紙である事を特徴とする請求項1に記載のインクカートリッジ。
被記録媒体に液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドへ液体を供給する液体供給機構とを有する印字装置に着脱可能なインクカートリッジであって、
前記インクジェットカートリッジ外部の少なくとも一面に、液体吸収部材が配置されていることを特徴とするインクカートリッジ。
前記液体吸収部材が高分子吸収体であることを特徴とする請求項６に記載のインクカートリッジ。
前記液体吸収部材がポリビニルアルコールまたはカルボキシルメチルセルロースまたはスチレンアクリル酸またはポリビニルピロリドンであることを特徴とする請求項６に記載のインクカートリッジ。
外層が親水性繊維、内層が前記親水性繊維よりも高毛管力の疎水性繊維によって構成される多層フィルムの疎水性繊維側が、液体吸収部材を被覆していること事を特徴とする請求項６に記載のインクカートリッジ。
請求項１または６に記載のインクカートリッジの液体吸収部材が、前記液体吐出ヘッドの吐出口が配置されている面と対抗するように配置されることを特徴とするインクジェット記録装置。
請求項１または６に記載のインクカートリッジの液体吸収部材表面と、前記液体吐出ヘッドの吐出口が配列されている面間の距離が3mm以下に配置されることを特徴とするインクジェット記録装置。