JP2005161845A - インクカートリッジ及びインクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成でノズルにかかる背圧変動を抑制する。
【解決手段】 インクタンク１１と、インクタンク１１内のインクを外部へ流出させるインク流出口５１と、インクタンク１１内へ大気を流入させる大気流入口５２とを備えている。大気流入口５２は、インクタンク１１に内に貯溜されたインクと接するように、且つインク流出口５１の近傍に設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクを吐出して印刷を行うインクジェットヘッドに対してインクを供給するためのインクカートリッジ及びこれを含むインクジェットプリンタに関する。

記録用紙に向けてノズルからインクを吐出して印刷を行うインクジェットプリンタが知られている。このようなインクジェットプリンタには、着脱可能なインクカートリッジを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、インク収容室（インクタンク）の通気口（大気導入口）がインク収容室の上側にある場合には、インクの液面が大気圧レベルとなるため、インクが消費されてインク液面が低下すると、ノズルに作用するインクの背圧が変動することになる。ノズルに作用するインクの背圧が変動すると、ノズルからのインクの吐出精度に悪影響を及ぼすことがある。

そのためインクジェットプリンタにおいては、インクの背圧変動を抑制する機構が設けられていることが多い。このようなインクジェットプリンタの一例として、ノズルに接続され、その内部に貯溜されたインクの液面がほぼ一定になるように構成されたバッファタンクを備えたものがある（例えば、特許文献２参照）。このバッファタンクには、インクカートリッジ内のインクをバッファタンクに供給するための中空針状のインク供給針と、インクカートリッジ内に大気を導入するための中空針状の空気導入針とが、バッファタンクの上壁部を貫通した状態で配設されている。バッファタンク内において、インク供給針は空気導入針よりも下方へ延びている。

ノズルからインクが吐出されていないときには、インクの液面は空気導入針の下端付近の位置にある。即ち、この状態では、空気導入針の下端部の内部にインクによるメニスカスが形成されており、大気が空気導入針からインクカートリッジ内に導入されず、そのため、インクもインクカートリッジからバッファタンク内に供給されない。そして、ノズルからインクが吐出されたときには、バッファタンクの底部に形成されたインク供給口からインクがノズルに供給され、バッファタンク内のインクの液面が低下する。すると、空気導入針の下端からインクの液面が離れて空気導入針内のメニスカスがブレイクされるため、空気導入針に大気が入り込みインクカートリッジ内に大気が導入される。このとき、同時に、インク供給針を介してインクカートリッジからインクがバッファタンク内に供給される。そして、バッファタンク内のインクの液面が空気導入針の下端付近に達すると、空気導入針からインクカートリッジ内へ大気が導入されなくなり、バッファタンク内へのインクの供給が停止する。この場合、ノズルにかかる背圧変動はインクカートリッジ内におけるインク残量には影響されず、容積の小さいバッファタンクのインク残量の影響のみを受けることになるため、結果として背圧変動を抑制することができる。

特開２００１−３２８２７９号公報（図１） 特開２００２−３０７７１１号公報（図３）

上述した構成では、インク吐出によるインクの消費を補うために、空気導入針の下端部に形成されたメニスカスを壊す必要がある。このメニスカスの強度は、インクの組成や種類によって決まるもので、インク消費に伴って、ある程度の背圧の変化が生じなければこれを壊すことはできない。すなわち、インク液面が空気導入針の下端から離れた後、さらに液面のレベルが下降する必要がある。このとき、ノズルにかかる背圧は、バッファタンク内のインク液面のレベルにより決まる。そのため、ノズル内のインクが感じる背圧が変動することになる。さらに、このメニスカスを破壊するために必要なインク液面の下降量は、インクの組成や種類によっても異なるので、背圧の変動の程度も、インクの組成や種類によって異なる。また、上述した構成では、バッファタンクが装置本体側に設置されている。そのため、インクカートリッジを取り外した状態でプリンタが振動するとインク供給管からインクが漏れ出しやすいという問題がある。

そこで、本発明の主たる目的は、簡単な構成でノズルにかかる背圧変動を抑制することができるインクカートリッジ及びこれを含むインクジェットプリンタを提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明のインクカートリッジは、インクジェットプリンタにセットされてインクジェットプリンタのインクジェットヘッドのノズルにインクを供給するためのインクカートリッジであって、インクを貯溜するためのインクタンクと、インクタンクの内壁に形成され、インクタンク外へインクを流出させるインク流出口と、インクタンクの内壁に形成され、インクタンク内へ大気を流入させる大気流入口とを備え、大気流入口は、インクタンクの内壁においてインクタンク内に貯溜されたインクと接する領域に設けられている。

本発明によると、大気流入口をインクと接する領域に設けるという簡単な構成で、ノズルに対する背圧変動を抑制することができる。また、インクが消費され、インク液面の高さが変化しても背圧変動が生じないため、好適なインク吐出条件を満たすインクカートリッジの配置可能範囲を広くすることができる。

本発明においては、大気流入口は、インクカートリッジがインクジェットプリンタに装着されたときに、ノズルに対する高さが−１０ｍｍ〜−８０ｍｍとなる位置に設けられていることが好ましい。これによると、簡単な構成で、インクの吐出が良好に行える範囲内でノズルに対する背圧変動を抑制することができる。

本発明においては、大気流入口とインク流出口との高低差が７０ｍｍ以下であることが好ましい。これによると、大気流入口がノズルに対して−１０ｍｍ〜−８０ｍｍとなる高さ位置に設けられたときに、インクタンク内のインクを使い切るまでインクの吐出が良好に行える背圧を維持することができる。

本発明においては、大気流入口がインクタンクの底面と上面との中間よりも下方に位置していることが好ましい。さらには、大気流入口がインクタンクの底面近傍に位置していることがより好ましい。これによると、インクの使い切りを悪化させることなく、背圧変動を抑制することができる。

本発明において、大気流入口に通じ、外部から大気流入口まで大気を流入させる大気流入流路をさらに備え、大気流入流路の少なくとも一部には、インクタンク内の大気の膨張に伴ってインクタンクから流出するインクを貯溜するためのバッファ部を構成することが好ましい。これによると、温度変化や気圧変化によりインクタンク内に導入された空気の体積が膨張したときでも、インクタンク内の膨張した空気により押し出されたインクをバッファタンクに流し込むことにより、ノズルからインクが漏れ出すのを防止することができる。

本発明においては、バッファ部が大気流入口よりも高い位置に配置されていることが好ましい。これによると、大気の膨張によりバッファ部に流入したインクを、大気が収縮したときにインクの重量によってインクタンク内に全て戻すことができるため、インクを効率よく使用することができる。

本発明においては、バッファ部が大気流入口よりも高い位置であって、インクタンクの下方に配置されていることがより好ましい。これによると、インクタンクの容積を確保することができる。

本発明においては、バッファ部は、外部から大気が流入する大気側口を有し、大気側口が、バッファ部において最も高い位置に設けられていることが好ましい。これによると、バッファタンク内の空間のほとんどを、流入したインクを保持するためのバッファとして使用することができる。

本発明においては、バッファ部の容積が、インクタンクの容積の５％以上２０％以下であることが好ましい。これによると、インクタンクの容積を確保しつつ、バッファタンクのオーバーフローを防止することができる。

本発明において、インクタンク内には、大気流入口からインクタンク内に導入された気泡を所定の経路に沿って上方へと導く壁が設けられていることが好ましい。これによると、大気流入口から流入した気泡がインク流出口に吸引されることを防止することができる。

本発明においては、大気流入口が、インク流出口の近傍に設けられており、壁がインク流出口と大気流入口との間に設けられていることが好ましい。これによると、大気流入口からインクタンクに流入した気泡がインク流出口に吸引されることを効果的に防止することができる。

本発明においては、壁が断続的に設けられていることが好ましい。これによると、大気流入口からインク流出口への気泡の侵入を防止しつつ、インク流出口へのインクの流れを確保することができる。

本発明において、壁は、上方にある部分ほどインク流出口から離れる方向に傾斜していることが好ましい。これによると、大気流入口から流入した気泡がインク流出口に侵入することをより一層効果的に防止することができる。

本発明においては、インク流出口に通じ、インク流出口から流出したインクを外部へ流出させるインク流出流路をさらに備えていることが好ましい。これによると、インクの漏れ出しのない確実なインクの流出を行うことができる。

別の観点から見て本発明のインクジェットプリンタは、インクを吐出するノズルが複数配列されたインク吐出面を有するインクジェットヘッドと、インクジェットヘッドにインクを供給する着脱式のインクカートリッジとを備えている。インクカートリッジは、インクを貯溜するためのインクタンクと、インクタンクの内壁に形成され、インクタンク外へインクを流出させるインク流出口と、インクタンクの内壁に形成され、インクタンク内へ大気を流入させる大気流入口とを備えている。大気流入口は、インクタンクの内壁においてインクタンク内に貯溜されたインクと接する領域に設けられている。そして大気流入口は、インクカートリッジがインクジェットプリンタに装着された状態のときに、ノズルに対する高さが−１０ｍｍ〜−８０ｍｍとなる位置に設けられている。

本発明によると、大気流入口をインクと接する領域に設けるという簡単な構成で、ノズルに対する背圧変動を抑制することができる。また、インクが消費され、インク液面の高さが変化しても背圧変動が生じないため、好適なインク吐出条件を満たすインクカートリッジの配置可能範囲を広くすることができる。

以下、本発明に係る好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明に係る好適な実施の形態によるインクカートリッジを含むインクジェットプリンタの部分概略図である。尚、インクカートリッジ１は断面構造を示している。また、図中矢印７１はインクの流れを、矢印７２は大気の流れを示している。

図１に示すように、インクジェットプリンタ１０１は、記録用紙Ｐに向けてインクを吐出するためのインクジェットヘッド５と、インクジェットプリンタ１０１のカートリッジ装着部（図示せず）に装着されるとともにインクジェットヘッド５に吐出されるインク（図中Ｉ）を貯溜するためのインクカートリッジ１と、インクジェットヘッド５をガイド７に沿って一方向（紙面に対して垂直方向）に且つ直線的に往復移動させるキャリッジ６と、記録用紙Ｐをインクジェットヘッド５の移動方向に対して垂直方向に且つインクジェットヘッド５のインク吐出面に対して平行に搬送するための搬送機構８と、インクジェットヘッド５内のエアや高粘度化したインクを吸引するためのパージ装置９とを備えている。パージ装置９は、インクジェットヘッド５の駆動軌道上における記録用紙Ｐのさらに外側に配置されており、インクジェットヘッド５のインク吐出面に対して接近／離隔する方向に移動可能で且つインクジェットヘッド５のインク吐出面に装着されるパージキャップ１０と、インクを吸引するための吸引ポンプ１１とを備えている

このインクジェットプリンタ１０１においては、インクカートリッジ１に貯溜されたインクが供給チューブ４を介してインクジェットヘッド５に供給される。インクジェットヘッド５はキャリッジ６により往復駆動されるとともに、搬送機構８に搬送される記録用紙Ｐに対してノズルからインクを吐出することにより、記録用紙Ｐ上に所望の画像を形成する。そして、インクジェットヘッド５は所定の時間が経過する毎にキャリッジ６によりパージ装置９のパージキャップ１０上に移動され、その後にパージキャップ１０がインクジェットヘッド５のインク吐出面と接するように移動される。この状態で吸引ポンプ１１が駆動され、インクジェットヘッド５のノズルからエアや高粘度化したインクが吸引される。

次にインクジェットヘッド５及びインクカートリッジ１について詳細に説明する。インクジェットヘッド５は、インクを吐出するノズルが多数形成されているインク吐出面を有しており、図示しない制御装置に制御されてインク供給チューブ４から供給されたインクを各ノズルから吐出する。インク供給チューブ４は一方の端部がインクジェットヘッド５に接続されており、他方の端部がインク供給管４１に接続されている。インク供給管４１は、インクカートリッジ１に接続される先細り形状を有する管であり、封止されている先端部４１ｂの近傍にその周囲方向に沿うように形成されている複数のインク流入口４２と、インク流入口４２を介して外部と連通している管内インク流路４３とを備えている（図２参照）。

インクカートリッジ１は、合成樹脂で形成された略直方体状のケースであり、インク（Ｉはインクの液面とする）を貯溜するためのインクタンク１１と、インクタンク１１に貯溜されたインクをインクカートリッジ１外に流出させるためのインク流出流路１２と、インクタンク１１に大気を流入させるための大気流入流路１３と、インク流出流路１２とインク供給管４１とを接続するためのジョイント１４（図２参照）とを備えている。インクタンク１１は、インクカートリッジ１の内壁によって区画された空間であり、貯溜したインクをインク流出流路１２に排出するためのインク流出口５１と、大気を流入させるための大気流入口５２とを備えている。ここで、インクタンク１１はインク流出口５１と大気流入口５２以外では外部に通じることのないように閉じられており、インクタンク１１内のインクは大気流入口５２を通じてのみ大気と接するようになっている。インク流出口５１及び大気流入口５２は、インクタンク１１の底部において互いに対向する側壁に互いに対向するように配置されている。また、インクタンク１１はインク流出口５１を介してインク流出流路１２と連通しており、大気流入口５２を介して大気流入流路１３と連通している。尚、大気流入口５２の寸法は、インクの表面張力によりメニスカスを形成して、インクタンク１１内のインクが大気流入口５２から大気流入流路１３に入り込まないように決定されている。

また、インクタンク１１、インク流出口５１と大気流入口５２との間を仕切る位置に大気誘導壁５３が配置されている。大気誘導壁５３は、大気流入口５２から流入した大気である気泡がインク流出口５１に吸い込まれないように、気泡をインクタンク１１の上方側且つインク流出口５１の反対側に誘導するものである。また、大気誘導壁５３はインクタンク１１の上方にある部分ほどインク流出口５１から離れる側に傾斜して延在するとともに切欠部５３ａを有して断続的に配置されている。

インク流出流路１２は、インクタンク１１の下方且つインクカートリッジ１の底部に配置されており、インク流出口５１を介してインクタンク１１と連通しているとともに、ジョイントインク流路５５を介して外部と連通している。このインク流出流路１２は、インク供給管４１がジョイント１４に接続されているときに、インク供給管４１の管内インク流路４３内に通じる流路である。そして、インク流出流路１２はインク流出口５１から垂直方向上側（インクタンク１１の上方側）に延び、さらに垂直方向下側（インクタンク１１の底面側）に向かってジョイント１４の内部を経由し、インクカートリッジ１の底面においてジョイントインク流路５５に至るインクの流れを形成している（図１の矢印７１及び図２の矢印７３参照）。

大気流入流路１３は、インクタンク１１の下方且つインクカートリッジ１の底部に配置されており、大気流入口５２を介してインクタンク１１と連通しているとともに、大気導入口５６を介して外部と連通している。また、大気流入流路１３は、その流路の一部としてバッファタンク１５を備えている。大気導入口５６は、インク供給管４１がジョイント１４に接続されているときに、インク供給管４１の外周に形成される開口であり、カートリッジ１の底面に配置されるとともにインク供給管４１を中心円とした環形状を有している。バッファタンク１５は、インクタンク１１の下方に隣接して配置されており、その底面近傍において大気流入口５２を介してインクタンク１１と連通するとともに、大気流入口５２の反対側の上面近傍において大気側口５４を介して大気導入口５６と連通している。ここで図１に示されるように、バッファタンク１５内の空間は大気流入口５２より上方で、大気側口５４よりも下方となるように位置している。そして、大気流入流路１３は大気導入口５６からジョイント１４の内部を経由してインクタンク１１の下方に形成された通路を経て、さらに垂直方向上側に延びて大気側口５４を介してバッファタンク１５内を経由し、大気流入口５２を介してインクタンク１１に至る大気の流れを形成している（図１の矢印７２及び図２の矢印７４参照）。なお、本実施の形態では、バッファタンク１５の底面が、全体的に大気流入口５２に向かって下降するように傾斜面となっている。これにより、バッファタンク１５内にインクが流入したとしても、このインクを容易にインク流出口５１側に導くことができる。

次にジョイント１４の詳細について図２を参照しつつ説明する。図２は図１に示したインクカートリッジ１のＡＡ'断面を図１中に示した矢印Ｙの方向から見た断面図である。尚、図２（ａ）は、ジョイント１４にインク供給管４１が接続されていない状態を、図２（ｂ）は、ジョイント１４にインク供給管４１が接続された状態を示している。また、図中矢印７３はインクの流れを、矢印７４は大気の流れを示している。

ジョイント１４内には、インク流出流路１２の一部であり、垂直方向に連続して延在するとともに上筒部５７と上筒部５７より大径の下筒部５８との内部空間によって形成されるジョイントインク流路５５が設けられている。ジョイントインク流路５５の下筒部５８における内壁には、大気流入流路１３の一部である連通口６７が形成されている。また、ジョイント１４は、ジョイントインク流路５５内に配置されているパッキン６１と、弁体６２と、バネ６３と、封止部材６４とを備えている。

パッキン６１は、筒形状を有しているとともに、ジョイントインク流路５５の下筒部５８内に摺動可能に配置されている。また、パッキン６１は、縁６５と、挿入孔６６とを備えている。縁６５は下筒部５８の内壁と密着することによりパッキン６１の周囲からインクが漏れ出るのを防止するとともに、連通口６７に流入する大気の流れを遮断または開放するものであり、パッキン６１の上面及び底面に形成されている。挿入孔６６は、インク供給管４１が挿入される孔であり、下部にインク供給管４１の先端周囲部４１ａの形状に合わせたテーパ孔部と円柱孔部とから構成されている。

弁体６２は、ジョイントインク流路５５におけるインクの流れを遮断及び開放するためのものであり、パッキン６１の上側に配置されている。弁体６２は底面に受け部６８を備えている。受け部６８は、挿入されたインク供給管４１の先端部４１ｂを受けるものであり、インク供給管４１の先端部４１ｂの形状に合わせて凹状に形成されている。また、受け部６８の周囲部６９がパッキン６１の上面において、挿入孔６６の周りを囲うように配置されることでジョイントインク流路５５内のインクのパッキン６１の挿入孔６６へ向けた流出を遮断することができる。

バネ６３は、弁体６２をパッキン６１に付勢するものであり、ジョイントインク流路５５の上筒部５７内で弁体６２の上側に配置されている。封止部材６４は、バネ６３により付勢された弁体６２及びパッキン６１が外部に排出されないようにジョイントインク流路５５内に封止する抜け止めである。封止部材６４の中心には、円形状を有する開口部７０が形成されている。また、開口部７０の内径はインク供給管４１の外径よりも大きく、インク供給管４１は開口部６７を介して挿入される。そして、図２（ｂ）に示されるように、インク供給管４１が開口部７０を通じて完全に挿入されると、インク供給管４１の管内インク流路４３内にジョイントインク流路５５が形成され、インク供給管４１の外周部に大気流入口５６が形成される。

次にジョイント１４の動作について説明する。図２（ａ）に示すように、ジョイント１４にインク供給管４１が接続されていないときには、バネ６３により付勢された弁体６２がパッキン６１の上面に密着するため、受け部６８の周囲部６９がパッキン６１の挿入孔６６の周りを囲うように密着し、パッキン６１の挿入孔６６へのインクの流出が遮断される。これによりジョイントインク流路５５におけるインクの流れが遮断される。また、パッキン６１の縁６５が、ジョイントインク流路５５の下筒部５８の内壁の上部及び下部に密着し、連通口６７への大気の流入が遮断される。これにより大気流入流路１３の大気の流れが遮断される。

図２（ｂ）に示すように、ジョイント１４にインク供給管４１が接続されるときには、開口部７０から挿入されたインク供給管４１の先端周囲部４１ｂがパッキン６１の挿入孔６６に係合することにより、インク供給管４１の挿入に応じてインク供給管４１とパッキン６１と弁体６２とが一体となってジョイントインク流路５５内を上方（インク供給管４１の挿入方向）に摺動する。このとき、ジョイントインク流路５５の連通口６７がパッキン６１の下部の縁６５より下に位置することにより、連通口６７が開放され、大気流入流路１３に流入する大気の流れが開放される。そして、この状態でさらにインク供給管４１を挿入すると、パッキン６１がジョイントインク流路５５内の下筒部５８の内壁の上面に当接して摺動を妨げられるため、インク供給管４１が挿入孔６６内に密着するとともに先端部４１ｂが挿入孔６６を貫通する。そして挿入孔６６を貫通したインク供給管４１の先端部４１ｂが弁体６２の受け部６８と係合する。これによりインク供給管４１及び弁体６２がさらに上方に摺動する。このとき、弁体６２がパッキン６１から離隔してパッキン６１の挿入孔６６を貫通したインク供給管４１の先端部４１ｂの近傍に形成されているインク流入口４２が挿入孔６６を貫通する。これによりジョイントインク流路５５のインクの流れがインク供給管４１のインク流入口４２を介して管内インク流路４３と通じ、ジョイントインク流路５５のインクがインク流入口４２を介して管内インク流路４３に流入する。管内インク流路４３に流入したインクは、インク供給チューブ４内を通過してインクジェットヘッド５に供給される。

以上説明したインクカートリッジ１は、インクジェットプリンタ１０１のカートリッジ装着部に対して着脱可能であり、カートリッジ装着部に装着されたときは重力方向においてインク流出口５１はインクタンク１１より下方となる姿勢となる。

次に、インクカートリッジ１とインクジェットヘッド５との位置関係について説明する。インクジェットヘッド５のノズルが常に開口状態にあるため、インクジェットヘッド５のノズルにおけるインクの大気レベルＬｎ（ノズル内のインクが大気と接する位置の高さレベル）が、インクカートリッジ１内のインクにかかる大気レベルＬｃ（カートリッジ内のインクが大気に接する位置の高さレベル）よりも低い場合には、インクジェットヘッド５のノズルからインクが漏れ出ることがある。逆に、インクジェットヘッド５のノズルにおける大気レベルＬｎが、インクカートリッジ１内のインクにかかる大気レベルＬｃよりも高すぎる場合には、インクジェットヘッド５がインクを吐出するために発生させる所定の吐出圧力ではインクの吐出量が不足したり、インクを吐出することができなくなったりすることがある。そこで、インクジェットヘッド５のノズルにおける高さに対するインクカートリッジ１の大気流入口５２の高さｘ（図１参照）が問題となる。この点につき発明者は、ノズル内のインクが大気と接する位置の方が、インクカートリッジ１内のインクが大気と接する位置よりも高さ方向に１０ｍｍ〜８０ｍｍ高いと、上記の不具合なく好適なインクの吐出を行うことができることを知見した。すなわち、この大気レベルの差（＝Ｌｎ−Ｌｃ）１０ｍｍ〜８０ｍｍに対応して、インクジェットヘッド５のノズル内のインクにかかる背圧が−１０ｍｍａｑ〜−８０ｍｍａｑの範囲にあることが、安定したインクの吐出を行うために好適である。従って、Ｌｃを決定する大気流入口５２の高さ位置は、インクカートリッジ１がインクジェットプリンタ１０１に装着されたときに、インクジェットヘッド５のノズルとインクカートリッジ１の大気流入口５２との高さ方向の距離ｘが、−１０ｍｍ〜−８０ｍｍの範囲になるように決められている。このように、本実施の形態においては、大気流入口５２はインクタンク１１の底部において、インク流出口５１とほぼ同じ高さに形成されているため、インクの消費量にかかわらず、インクカートリッジ１内のインクにかかる大気レベルＬｃは変動しない。よって、インクジェットヘッド５のノズル内のインクにかかる背圧は、インクの消費にかかわらず、常に−１０ｍｍａｑ〜−８０ｍｍａｑの範囲に維持されるので好適なインク吐出を行える範囲内で背圧が維持される。

尚、本実施の形態においては、大気流入口５２とインク流出口５１はほぼ同じ高さに設けられているが、インク流出口５１が大気流入口５２よりも下方に設けられていてもよく、このとき、インク流出口５１がインクジェットヘッド５のノズル８に対して−１０ｍｍ〜−８０ｍｍの範囲に形成されていれば、インクが全て使い切られるまでインクジットヘッド５のノズル内のインクにかかる背圧を、−１０ｍｍａｑ〜−８０ｍｍａｑの範囲に維持することができる。例えば、大気流入口５２がインクジェットヘッド５のノズルに対して−１０ｍｍの高さに設けられている場合は、インク流出口５１を、大気流入口５２に対して０〜−７０ｍｍの高さに設定すれば、インクが全て使い切られるまでインクジェットヘッド５のノズル内のインクにかかる背圧を、−１０ｍｍａｑ〜−８０ｍｍａｑの範囲に維持することができる。この場合、Ｌｃはインクタンク１１内のインクの液面Ｉ（図３参照）の高さにより決まる。そのため、インクの消費に伴う液面Ｉの低下量に対応してノズル内のインクの背圧が変化する。

次に、バッファタンク１５の作用について図３を参照しつつ説明する。図３はインクタンク１１内に導入された空気の体積が気温の変化等により膨張したときのバッファタンク１５の作用を示した図である。尚、図３（ａ）は空気の体積が膨張する前のインクカートリッジ１を示しており、図３（ｂ）は空気の体積が膨張した後のインクカートリッジ１を示している。また、図３においては、インクカートリッジ１にインク供給管４１（図示せず）が接続されている状態を示している。

図３（ａ）に示すように、インクタンク１１内の空気の体積が膨張する前には、大気流入口５２において大気とインクとの圧力バランスがとれているため、大気流入口５２にインクによるメニスカスが張っている。そして、この状態で、例えば温度上昇等によりインクタンク１１内において空気の体積が膨張すると、インクタンク１１内の圧力が上昇する。インクタンク１１内の圧力が上昇すると、図３（ｂ）に示すように、インクの液面Ｉが、空気の膨張前に比べて下方に押し下げられる。これに対応して、大気流入口５２におけるメニスカスが破壊され、インクタンク１１内のインクが大気流入口５２を介してバッファタンク１５に押し出される。このとき、インクカートリッジ１内のインクにかかる大気レベルＬｃは、バッファタンク１５内のインクの液面高さとなり、膨張の程度によってバッファタンク１５内のインクの液面Ｉ'は変動するが、本実施の形態においては、バッファタンク１５内のインクがとりえる液面Ｉ'の高さが、大気流入口５２よりも高く大気側口５４よりも低い範囲となり、この範囲がインクジェットヘッド５のノズルに対して−１０ｍｍ〜−８０ｍｍの範囲に収まるように大気流入口５２及び大気側口５４の位置を設定しているので、空気が膨張しないときと同様に好適な吐出を行うことができる。

次に、バッファタンク１５の容積の決定方法について説明する。バッファタンク１５の容積は、インクタンク１１内の空気の体積が膨張したときに、インクタンク１１内のインクが流入してきてもオーバーフローしないように、且つインクタンク１１の容積を確保できる範囲で決定しなければならない。ここで、インクタンク１１内の空気が数１０℃の気温変化に遭遇するとする。この気温変化に対して、インクタンク１１内の空気量とバッファタンク１５内に流入するインク量との関係を定性的に説明すると次のようになる。

例えば、インクタンク１１内の空気量が少ない場合、この空気の膨張量(増加分)も少ない。同時に、インクの液面Ｉの変位も少なく、バッファタンク１５内に流入するインク量も少ないので、バッファタンク１５内には余裕がある。この状態に比べてはじめの空気量が多くなると、この空気の増加分に対応して液面Ｉはさらに下降するようになり、液面Ｉ'は上昇するようになる。ついには、はじめの空気量がある量になると、空気の膨張量がちょうどバッファタンク１５の容積と等しくなる。本実施の形態では、このとき、インクタンク１１内のインクがほとんど全てバッファタンク１５に移動してしまうように構成されている。そのため、さらにはじめの空気量が増えても、その膨張によりインクがバッファタンク１５側に同様の移動を起こすが、逆に、バッファタンク１５内の余裕は次第に多くなっていく。すなわち、液面Ｉ'は次第に下降していくようになっている。そこで、最も大量のインクがバッファタンク１５に流れ込む場合として、インクタンク１１内の大気の体積が膨張してインクタンク内のインクが全てバッファタンク１５に流入する場合を想定する。ここで、初期の気温をＴ１、最大に上昇した後の気温をＴ２、気温Ｔ１時の空気量をx、気温上昇による空気の増加分(膨張量)をy、インクタンク１１の内容積をＶとし、インクタンク１１に占める気温Ｔ１時の空気量の割合（＝ｘ／Ｖ：空気容積率（％））をＸ、インクタンク１１に占める気温Ｔ２時の空気増加分の割合（＝ｙ／Ｖ：インク流出率（％））をＹと定義する。なお、空気増加分は、バッファタンク１５に流入するインク量に等しい。このとき、インクタンク１１内の空気の圧力はほぼ一定と考えられ、近似的にはボイルシャルルの法則が成り立つと考えられる。これより、Ｔ１／ｘ＝Ｔ２／（ｘ＋ｙ）の関係が成り立つ。これを展開すると、
ｙ＝ｘ（Ｔ２／Ｔ１―１）・・・（１）
となる。また、気温上昇による空気の増加分（膨張量）ｙが最大となるときには、Ｖ＝ｘ＋ｙの関係が成り立つので、
ｙ＝Ｖ−ｘ・・・（２）
となる。これらの関係を、絶対温度Ｔ（＝２７３°Ｋ）、空気容積率Ｘ及びインク流出率Ｙを用いて表現し直すと、
Ｙ＝Ｘ（（Ｔ＋Ｔｍａｘ）／（Ｔ＋Ｔｍｉｎ）−１）・・・（３）
Ｙ＝１００−Ｘ・・・（４）
ただし、
Ｔ１＝Ｔ＋Ｔｍｉｎ
Ｔ２＝Ｔ＋Ｔｍａｘ
となる。

気温の変化の起こりえる最大の範囲を０℃〜４０℃と想定し、Ｔｍａｘを４０℃、Ｔｍｉｎを０℃とすると、Ｘ＝８７．２（％）、Ｙ＝１２．８（％）となる。すなわち、バッファタンク１５に流入する最大インク量のインクタンク１１容量に対する割合が１２．８％となる。このとき、インクカートリッジ１の容積は、ほとんどインクタンク１１とバッファタンク１５との容積の和に等しいとすると、インクカートリッジ１の容積に対するバッファタンク１５の容積の割合（容積率）が１１．３％に決定される。したがって、本実施の形態のインクカートリッジ１の容積が１００ｍｌであるとするならば、そのうちのバッファタンク１５の容積は１１．３ｍｌに設定すればよい。これにより、０℃〜４０℃の間の温度変化によるインクタンク１１内の大気の膨張に十分対応することができる。なお、インクカートリッジ１の持ちうる容積の大きさにもよるが、インクタンク１１の容量を変えずにバッファタンク１５の容積を１１．３ｍｌ以上に設定することで、より確実にインクタシク１１内の大気の膨張に対応することができるようになる。また、インクカートリッジ１の容積は１００ｍｌに限定するものではなく、要求される貯留インク量に対応して決めればよい。上記の式（３）、（４）は、式（１）、（２）の関係をインクタンク１１の容積Ｖで規格化した関係式であることを考えると、インクカートリッジ１の容積によらず、バッファタンク１５の容積を少なくともインクカートリッジ１の容積の１１．３％にすることで、大気が膨張しても背圧変動を確実に抑えることができる。

以上説明した好適な実施の形態においては、インクタンク１１内のインクが徐々に消費され、インクの液面が変動してもインクの液面が大気流入口５２に至るまではインクジェットヘッド５のノズルにかかる背圧変動がほとんど発生しないため、大気流入口５２をインクタンク１１の内壁である底面の近傍に設けるという簡単な構成で背圧変動を抑制することができる。そして、背圧変動が抑制されることにより、好適なインク吐出条件を満たすインクカートリッジ１の配置可能範囲を広くすることができる。

さらに、インクジェットヘッド５のノズルにおける高さに対するインクカートリッジ１の大気流入口５２の高さが、−１０ｍｍ〜−８０ｍｍの範囲で決定されているため、インクジェットヘッド５のノズルの吐出特性を良くすることができる。

加えて、大気流入口５２の寸法は、インクの表面張力によりメニスカスが形成されるように決定されているため、大気流入口５２に大気が流れ込むときに、インクタンク１１からインクが漏れ出るのを防止することができる。

また、温度変化や気圧変化によりインクタンク１１内の空気の体積が膨張したときでも、インクタンク１１内の大気に押し出されたインクが大気流入流路１３の一部として設けられたバッファタンク１１に流れ込むため、インクジェットヘッド５のノズルからインクが漏れ出すのを防止することができる。

バッファタンク１５が大気流入口５２よりも高い位置に配置されているため、大気の体積が膨張することによりバッファタンク１５に流入したインクの液面の大気レベルＬｃは大気流入口５２より低くなることはないため、バッファタンク１５に流入したインクを好適な吐出により効率よく使用することができる。

さらに、バッファタンク１５が、インクタンク１１の下側に配置されているため、インクタンク１１の容積を確保することができる。

加えて、バッファタンク１５において、大気流入口５２が底面近傍に、大気側口５４が上面近傍に配置されているため、バッファタンク１５を効率よく使用することができる。

また、大気誘導壁５３が大気流入口５２とインク流出口５１との間に配置されているため、大気流入口５２からインクタンク１１に流入した気泡がインク流出口５１に吸引されることをより効果的に防止することができる。

さらに、大気誘導壁５３が断続的に設けられているため、大気流入口５２からインク流出口５１への気泡の吸引を防止しつつ、大気誘導壁５３によって仕切られた大気流入口５２側の空間に存在するインクが、インク流出口５１へ向かうインクの流れを確保することができる。

加えて、大気誘導壁５３は、上方にある部分ほどインク流出口５１から離れる方向に傾
斜しているため、大気流入口５２から流入した気泡がインク流出口５１に吸引することを
より一層効果的に防止することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、本実施の形態においては、大気流入口５２がインクタンク１１の底面近傍に配置される構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、大気流入口５２が、インクタンク１１の内壁のインクタンク１１内のインクと接する位置に設けられていれば、インクタンクの底面より高い位置に配置される構成でもよい。

このように構成することで、インクタンク１１にインクが満タンに貯溜された状態から、インクの液面が大気流入口５２よりも低くなる状態までの間は、インクタンク１１内のインクにかかる大気レベルＬｃが変動しない。従って、インクジェットヘッド５のノズルにかかる背圧の変動が抑制される。尚、大気流入口５２をインクタンク１１の底面の近傍以外の位置に設ける場合は、インクジェットヘッド５のノズルからのインクの漏れ出しを防止し、且つ所定の吐出圧力で吐出量の不足なくインクを吐出させることを考慮すると、大気流入口５２をインクジェットヘッド５のノズルに対して−１０ｍｍ〜−８０ｍｍの範囲の高さに設定することが望ましい。そして、この場合は、インクタンク１１内のインクの液面が大気流入口５２よりも低くなるまで消費され、カートリッジ１内のインクにかかる大気レベルＬｃがインクの液面に応じて徐々に低下してゆき、ノズル内のインクにかかる背圧が−８０ｍｍａｑを下回ったときは、インクタンク１１内にインクが残っていたとしても、そのインクカートリッジ１の使用を止めることが望ましい。従って、インクのある程度の使い切りを考慮すると、大気流入口５２は、インクタンク１１の底面と上面の中間よりも下方に設けるべきである。

また、バッファタンク１５をできるだけ底面積が広くなるように構成すると、バッファタンク１５内に流入したインクの液面の高さ変動が少なくなるため、バッファタンク１５内のインクの液面の変動を受けてインクジェットヘッド５のノズルの背圧が変動する場合の変動の幅を少なくすることができる。また、上述した本実施の形態においては、気温の変化する最大範囲を０℃〜４０℃と想定し、この範囲内の温度変化によるインクタンク１１内の気体の膨張に対して対応可能なバッファタンク１５の容積率を求めていたが、バッファタンク１５の容積率は、インクタンク１１が使用される環境での温度変化に応じて適宜設定する方が良い。例えば、温度変化の少ない環境（１０℃〜２５℃）においては、ｙ＝５．０３、インクカートリッジ１の容積が１００ｍｌであるならば、バッファタンク１５の容積は、５．０３ｍｌ以上に設定すればよいこととなるが、上述した本実施の形態の場合に比べて、インクタンク１１の体積を大きくすることができるので、記録に使用できるインクの量を多くすることができる。

また、現実に起こりえる様々な使用環境に耐えられるインクカートリッジ１を考えた場合、温度変化の範囲を−１０℃〜５０℃と広く設定すると、ｙ＝１８．５８となり、インクタンク１１の容積が１００ｍｌであるならば、バッファタンク１５の容積は、１８．５８ｍｌ以上と大きく設定しなければならない。以上の観点を全て考慮すると、インクタンク１１の容積に対するバッファタンクの容積率は５％以上且つ２０％以下であることが好ましい。

また、本実施の形態においては、大気流入流路１３がバッファタンク１５を備える構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、あえてバッファタンク１５を備えない構成でもよい。

さらに、本実施の形態においては、バッファタンク１５が大気流入口５２よりも高い位置に配置される構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、バッファタンク１５が大気流入口５２と同じ位置またはそれよりも低い位置に配置される構成でもよい。

加えて、本実施の形態においては、バッファタンク１５がインクタンク１１の下方に配置される構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、バッファタンク１５がインクタンク１１と同じ位置またはそれよりも高い位置に配置される構成でもよい。

また、本実施の形態においては、大気側口５４がバッファタンク５４の上面近傍に配置される構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、バッファタンク５４の上面近傍以外に配置される構成でもよい。

加えて、本実施の形態においては、インクタンク１１がインク流出口５１と大気流入口５２との間に大気誘導壁５３を備える構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、大気誘導壁がインク流出口５１と大気流入口５２とのさらに上方に配置される構成でもよいし、大気誘導壁５３を備えない構成でもよい。また、筒形状など他の形状の大気誘導壁を備える構成でもよい。

また、本実施の形態においては、断続的に大気誘導壁５３を備える構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、連続する大気誘導壁を備える構成でもよい。

さらに、本実施の形態においては、大気誘導壁５３が上方にある部分ほどインク流出口５１から離れる方向に傾斜する構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、大気誘導壁が垂直方向に延在するような構成であってもよい。

本発明に係る実施の形態によるインクカートリッジを含んでいるインクジェットプリンタの部分概略図である。 図１に描かれたジョイント部の断面図ある。 図１に描かれたバッファタンクの作用について説明するためのインクカートリッジの断面図である。

符号の説明

１ インクカートリッジ
４ インク供給チューブ
５ インクジェットヘッド
１１ インクタンク
１２ インク流出流路
１３ 大気流入流路
１４ ジョイント
１５ バッファタンク
４１ インク供給管
４２ インク流入口
４３ 管内インク流路
５１ インク流出口
５２ 大気流入口
５３ 大気誘導壁
５４ 大気側口
５５ ジョイントインク流路
５６ 大気導入口
１０１ インクジェットプリンタ

Claims (16)

1. インクジェットプリンタにセットされてインクジェットプリンタのインクジェットのノズルにインクを供給するためのインクカートリッジであって、
   インクを貯溜するためのインクタンクと、
   前記インクタンクの内壁に形成され、前記インクタンク外へインクを流出させるインク流出口と、
   前記インクタンクの内壁に形成され、前記インクタンク内へ大気を流入させる大気流入口とを備え、
   前記大気流入口は、前記インクタンクの内壁において前記インクタンク内に貯溜されたインクと接する領域に設けられていることを特徴とするインクカートリッジ。
2. 前記大気流入口は、前記インクカートリッジが前記インクジェットプリンタに装着されたときに、前記ノズルに対する高さが−１０ｍｍ〜−８０ｍｍとなる位置に設けられてい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。
3. 前記大気流入口と前記インク流出口との高低差が７０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載のインクカートリッジ。
4. 前記大気流入口が、前記インクタンクの底面と上面との中間よりも下方に位置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
5. 前記大気流入口が、前記インクタンクの底面近傍に位置していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
6. 前記大気流入口に通じ、外部から前記大気流入口まで大気を流入させる大気流入流路をさらに備え、
   前記大気流入流路の少なくとも一部は、前記インクタンク内の大気の膨張に伴って前記インクタンクから流出するインクを貯溜するためのバッファ部を構成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
7. 前記バッファ部が前記大気流入口よりも高い位置に配置されてい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。
8. 前記バッファ部が前記大気流入口よりも高い位置であって、前記インクタンクの下方に配置されてい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。
9. 前記バッファ部は、外部から大気が流入する大気側口を有し、
   前記大気側口が、前記バッファ部において最も高い位置に設けられていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
10. 前記バッファ部の容積が、前記インクタンクの容積の５％以上２０％以下であることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
11. 前記インクタンク内には、前記大気流入口から前記インクタンク内に導入された気泡を所定の経路に沿って上方へと導く壁が設けられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
12. 前記大気流入口が、前記インク流出口の近傍に設けられており、前記壁が前記インク流出口と前記大気流入口との間に設けられていることを特徴とする請求項１１に記載のインクカートリッジ。
13. 前記壁が断続的に設けられていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のインクカートリッジ。
14. 前記壁は、上方にある部分ほど前記インク流出口から離れる方向に傾斜していることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
15. 前記インク流出口に通じ、前記インク流出口から流出したインクを外部へ流出させるインク流出流路をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
16. インクを吐出するノズルが複数配列されたインク吐出面を有するインクジェットヘッドと、
    前記インクジェットヘッドにインクを供給する着脱式のインクカートリッジとを備えており、
    前記インクカートリッジは、
    インクを貯溜するためのインクタンクと、
    前記インクタンクの内壁に形成され、前記インクタンク外へインクを流出させるインク流出口と、
    前記インクタンクの内壁に形成され、前記インクタンク内へ大気を流入させる大気流入口とを備え、
    前記大気流入口は、前記インクタンクの内壁において前記インクタンク内に貯溜されたインクと接する領域に設けられており、
    前記大気流入口は、前記インクカートリッジが前記インクジェットプリンタに装着された状態のときに、前記ノズルに対する高さが−１０ｍｍ〜−８０ｍｍとなる位置に設けられていることを特徴とするインクジェットプリンタ。
    
    
    

Images