JP2005288752A

JP2005288752A - 内圧安定化装置及びインクタンク

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Publication number: JP2005288752A
Application number: JP2004103911A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Sugawara; 宏人菅原
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: US7350905B2; EP1582357A2; DE602005012641D1; EP1582357B1; JP4595368B2; EP1582357A3; US20050219332A1

Abstract

【課題】特定の空間の内圧を配置位置に係わらず設定した範囲内に抑制することができ、且つ設定した内圧が時間の経過に伴って変動しないようにする。
【解決手段】インク室３１と、インク室３１に連通している圧力調整管２２とを備えている。圧力調整管２２の内部空間である圧力調整空間３２には、複数の低撥液領域４１と、低撥液領域４１よりも撥液性が高い複数の高撥液膜４０とが、圧力調整空間３２の延在方向に沿って交互に形成されている。高撥液膜４０に対して大気側に隣接した低撥液領域４１に存在する移動液体５０が当該高撥液膜４０へ進入するときにおける移動液体５０の両側の気圧差が、高撥液膜４０に対してインク室３１側に隣接した低撥液領域４１に存在する移動液体５０が当該高撥液膜４０へ進入するときにおける移動液体５０の両側の気圧差よりも大きくなっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、空間を確定するの内圧を安定させるための内圧安定化装置及び、インクジェットプリンタが印刷用紙に対して吐出するインクを収容するインクタンクに関する。

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、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドと、吐出するインクを収容するインクカートリッジ（インクタンク）とを備えたものが知られている。インクジェットヘッド内にはインクカートリッジから供給されたインクを各ノズルに導く個別インク流路が形成されている。この場合、インクのメニスカスがノズル内の所定位置に安定して保たれるように、且つノズルからインクが漏れ落ちないように、インクカートリッジから個別インク流路に至るインク供給系内の内圧を所定の範囲に維持することが好ましい。例えば、インクカートリッジにおけるインク液面位置がノズルの配置位置よりも低くなるように配置することで、液頭差によりインク供給系の内圧を設定したり、インクカートリッジのインク流出口に多孔性を有するスポンジを配置することで、スポンジの毛管力によりインク供給系の内圧を設定したり（例えば、特許文献１参照）する技術が知られている。
特開２００２−１６０３８３号公報（図２）

しかしながら、前者の場合はインクジェットヘッド及びインクカートリッジの位置関係に制約を受けるため、インクジェットヘッド及びインクカートリッジを効率的に配置できず、インクジェットプリンタが大型化する。さらに、全体が傾くとインクジェットヘッド及びインクカートリッジの位置関係が変化するため可搬性を有するインクジェットプリンタに適用することが難しい。また、後者の場合は時間の経過とともにスポンジ内に付着したインクの粘度が増加してインクの流れが悪くなり、インク供給系の適正な背圧を維持することが困難となる。また、長時間の使用によりスポンジが劣化してしまうという問題がある。

そこで本発明の主たる目的は、特定の空間の内圧を配置位置に係わらず設定した範囲内に抑制することができ、且つ設定した内圧が時間の経過に伴って変動しにくい内圧安定化装置及びこれを用いたインクタンクを提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の内圧安定化装置は、少なくとも一部に気体を収容する主空間を画定する主壁体と、前記主空間に連通した副空間を画定する副壁体とを備えており、前記副壁体の内壁に、複数の第１の領域と、前記第１の領域よりも撥液性が高い複数の第２の領域とが、前記副空間の延在方向に沿って交互に形成されており、前記第２の領域に対して前記主空間から離れる方向に隣接した前記第１の領域に前記副空間を遮断するように存在する液体が前記第２の領域へ進入するときにおける液体両側の気圧差と、前記第２の領域に対して前記主空間に近づく方向に隣接した前記第１の領域に前記副空間を遮断するように存在する液体が当該第２の領域へ進入するときにおける液体両側の気圧差とが異なる。

本発明によると、内圧安定化装置の配置位置に係わらず、主空間において大幅な内圧上昇又は内圧低下が起こるのを抑制することができる。また、各部材が劣化しにくいため時間の経過に伴う内圧の変動が起こりにくい。

本発明においては、前記副空間はその延在方向に直交する断面形状が環状であり、前記第１の領域と前記第２の領域とが前記副壁体の内壁に沿って環状に形成されていることが好ましい。これによると、液体が第２の領域にはじかれ、より濡れ性の高い第１の領域上に位置しやすくなるため、主空間において大幅な内圧上昇又は内圧低下が起こるのを効率的に抑制することができる。

本発明において、前記第２の領域に対して前記主空間から離れる方向に隣接した前記第１の領域に存在する液体が当該第２の領域へ進入するときにおける液体両側の気圧差が、前記第２の領域に対して前記主空間に近づく方向に隣接した前記第１の領域に存在する液体が前記第２の領域へ進入するときにおける液体両側の気圧差よりも大きい場合には、主空間における大幅な内圧上昇が起こるのを抑制することができる。

逆に、前記第２の領域に対して前記主空間から離れる方向に隣接した前記第１の領域に存在する液体が前記第２の領域へ進入するときにおける液体両側の気圧差が、前記第２の領域に対して前記主空間に近づく方向に隣接した前記第１の領域に存在する液体が前記第２の領域へ進入するときにおける液体両側の気圧差よりも小さい場合には、主空間内における大幅な内圧低下が起こるのを抑制することができる。

また、本発明においては、前記副空間が大気開放されていることが好ましい。これによると、大気圧を基準に主空間の内圧上昇又は内圧低下を抑制することができる。

加えて、本発明においては、前記第２の領域と当該第２の領域に隣接する２つの前記第１の領域のうちの一方との境界線が、傾斜角が異なる部分を含んだ線であることが好ましい。これによると、傾斜角が異なる部分を含む境界線において、液体が第１の領域から第２の領域へ進入しやすくなる。これによると、第１の領域に存在する液体が主空間から近づく方向に隣接した第２の領域へ進入するときにおける液体の両側の気圧差と、主空間から離れる方向に隣接した第２の領域へ進入するときにおける液体の両側の気圧差とを簡単な構成で異ならせることができる。従って、主空間において内圧上昇又は内圧低下を抑制する範囲を簡単な構成で決定することができる。

例えば、前記第１の領域と当該第１の領域に対して前記主空間から近づく方向に隣接した前記第２の領域との境界線が、前記副空間の延在方向に直交する線であり、前記第１の領域と当該第１の領域に対して前記主空間から離れる方向に隣接した前記第２の領域との境界線が、傾斜角が異なる部分を含んだ線であってもよい。これによると、第１の領域に存在する液体が主空間から近づく方向に隣接した第２の領域へ進入するときにおける液体の両側の気圧差を、主空間から離れる方向に隣接した第２の領域へ進入するときにおける液体の両側の気圧差より大きくして、主空間における大幅な内圧上昇を簡単な構成で抑制することができる。

または、前記第１の領域と当該第１の領域に対して前記主空間から離れる方向に隣接した前記第２の領域との境界線が、前記副空間の延在方向に直交する線であり、前記第１の領域と当該第１の領域に対して前記主空間から近づく方向に隣接した前記第２の領域との境界線が、傾斜角が異なる部分を含んだ線であってもよい。これによると、第１の領域に存在する液体が主空間から近づく方向に隣接した第２の領域へ進入するときにおける液体の両側の気圧差を、主空間から離れる方向に隣接した第２の領域へ進入するときにおける液体の両側の気圧差より小さくして、主空間における大幅な内圧低下を簡単な構成で抑制することができる。

さらに、本発明では、前記第２の領域において、前記副空間の延在方向に関する一方の端部における断面積の大きさが他方と異なっていることが好ましい。これによると、液体が第１の領域から第２の領域へ進入するときの抵抗力が大きくなり、主空間においてより高い又はより低い内圧を基準として大幅な内圧上昇又は内圧低下を抑制することができる。

加えて、本発明においては、前記第２の領域内に、前記副空間の延在方向に関する一方から他方に向かって撥液性が徐々に向上するように、前記第１の領域よりも撥液性が高い複数の区域が設けられていることが好ましい。これによると、液体が第１の領域から一方側に隣接する第２の領域へ進入するときの抵抗力を大きくしつつ、他方側に隣接する第２の領域へ進入するときの抵抗力を小さくすることができるため、より精密に主空間における内圧上昇又は内圧低下を抑制することができる。

また、本発明においては、前記第２の領域内に、前記第２の領域とは撥液性が異なる部分が多数形成されており、前記第２の領域内における前記撥液性が異なる部分の平均密度が、前記副空間の延在方向に関する一方から他方に向かって徐々に増加していることがより好ましい。これによると、より精密に主空間における内圧上昇又は内圧低下を抑制することができる。

本発明においては、前記主空間内にインクが収容されていると共に、前記主空間内のインクを外部に供給するためのインク供給管が形成されていてもよい。これによると、インク供給系における内圧変動の小さい好適なインクタンクとして用いることができる。

別の観点から見て本発明のインクタンクは、インクを収容する主空間を確定するとともに、インクを吐出するノズルに連通されるインク排出口を有する主壁体と、前記主空間に連通した副空間を確定するとともに、副空間を大気開放する開放口を有する副壁体とを備えている。前記副壁体に内壁に、複数の第１の領域と、前記第１の領域よりも撥水性が高い複数の第２の領域とが、前記副空間の延在方向に沿って交互に形成されている。そして、前記第２の領域に対して前記主空間から離れる方向に隣接した前記第１の領域に前記副空間を遮断するように存在する液体が当該第２の領域へ進入するときにおける液体両側の気圧差が、前記第２の領域に対して前記主空間に近づく方向に隣接した前記第１の領域に前記副空間を遮断するように存在する液体が当該第２の領域へ進入するときにおける液体両側の気圧差よりも大きくなっている。

本発明によると、インクタンクとインクジェットヘッドが有するノズルとの位置関係に制約がなくなる。これにより、インクジェットヘッド及びインクタンクを効率よく配置してインクジェットプリンタの小型化を図ることができる。また、主空間を含むインク供給系の内圧を適正な圧力にすることができるため、ノズルからのインク漏れを防止しつつ、ノズルからインク滴を効率よく吐出することができる。

以下、本発明の好適な第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、第１の実施の形態によるインクタンクを含むインクジェットプリンタの概略構成を示す斜視図である。図１に示すように、本実施の形態によるインクジェットプリンタ１は、被印刷媒体である用紙４５を搬送する搬送手段としての搬送ベルト４６と、搬送ベルト４６上にセットされる用紙４５に対してインク液滴を吐出するインクジェットヘッド９とを有している。

搬送ベルト４６は、フレーム４３に回転可能に固定されている軸４２に巻き回されており、図示しないモータによって回転駆動された軸４２により回転する。用紙４５は、インクジェットプリンタ１の近傍に設けられた給紙カセット（図示せず）から給紙され、搬送ベルト４６により用紙搬送方向Ｘに一定速度で搬送される。さらに、搬送ベルト４６に搬送された用紙４５は、インクジェットヘッド９から吐出されるインク液滴により所定の印刷がなされ、その後、排紙される。尚、図１では、用紙４５の給紙機構と排紙機構の詳細な図示を省略している。

インクジェットヘッド９は、用紙搬送方向Ｘに対して垂直に延びるシャフト４４に取り付けられている。そして、インクジェットヘッド９は図示しない駆動機構によりシャフト４４に沿って移動可能となっている。つまり、インクジェットヘッド９は用紙搬送方向Ｘに対して垂直なヘッド搬送方向Ｙに沿って移動可能なシリアルヘッドである。尚、図１に描かれたインクジェットプリンタ１はモノクロプリンタであってインクジェットヘッド９が１つしか配置されていないが、カラー印刷を行う場合にはイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の少なくとも４つのインクジェットヘッド９が用紙搬送方向Ｘに沿って平行に配置される。

次に、インクジェットヘッド９について図２を参照しつつ説明する。図２は、図１に示すインクジェットヘッド９のII−II線の断面図である。図２に示すように、インクジェットヘッド９は、ヘッド本体１０と、インクタンク（内圧安定化装置）１１と、ヘッド搬送方向Ｙに移動可能であるとともに、ヘッド本体１０及びインクタンク１１を支持しているキャリッジ１２とを備えている。ヘッド本体１０は、直方体形状を有するものであり、用紙４５と対向する下面には多数のノズルが形成されているインク吐出面を有している。ヘッド本体１０内には各ノズルに連通する多数の個別インク流路が形成されている。また、ヘッド本体１０のインク吐出面の反対面となる上面には、全ての個別インク流路に連通しているインク流入口１０ａが形成されている。インク流入口１０ａは後述するようにインクタンク１１からインクを流し込まれるものである。インク流入０ａから流し込まれたインクは、全ての個別インク流路に行き渡る。ヘッド本体１０内においては、個別インク流路の一部に形成された圧力室に対応するようにアクチュエータが配置されている。各アクチュエータが駆動することにより対応する圧力室内に圧力が発生し、圧力室内のインク滴がノズルから吐出される。

インクタンク１１は、キャリッジ１２に対して着脱可能となっており、タンク本体（主壁体）２１と、タンク本体２１の上方に配置されている圧力調整管（副壁体）２２とを備えている。タンク本体２１は、インク室（主空間）３１と、インク室３１及び圧力調整管２２の内部空間である（副空間）圧力調整空間３２に連通している連通路２３と、インク供給管２４と、ハッチ２５とを備えている。インク室３１はインクを収容するものであり、直方体形状を有している。

連通路２３は、インク室３１の上壁面中央に配置されており、インク室３１に連通しているとともに、インク室３１との連通部から上方向に延びた後、折り曲げられて下方向に延びている。また、連通路２３は下方向に延びた先で圧力調整空間３２に連通している。つまり、インク室３１は連通路２３を介して圧力調整空間３２に連通している。インク供給管２４は、インク室３１内のインクをヘッド本体１０に供給するためのものであり、インク室３１の底壁面中央に配置されており、インク室３１に連通しているとともに、インク室３１との連通部から垂直下方向に延びている。また、インクタンク１１をキャリッジ１２に装着したとき、インク供給管２４がヘッド本体１０の上面に形成されているインク流入口１０ａに接続される。インク供給管２４がインク流入口１０ａに接続されると、インク室３１に収容されているインクがインク供給管２４及びインク流入口１０ａを介してヘッド本体１０内に形成されている個別インク流路に行き渡る。

ハッチ２５は、インク室３１の上壁面に形成されているインク室３１にインクを注入するための孔３１ａを開閉するものである。ハッチ２５は矩形状を有する薄板であり、インク室３１の上壁面の外側において一辺部を中心に回動可能に支持されている。インク室３１にインクを注入するときは、ハッチ２５を孔３１ａから離隔する位置に回動させて孔３１ａを露出させる。印刷時においては、ハッチ２５を、その平面が孔３１ａの開口部全体と密着する位置に回動させて孔３１ａを封止する。尚、インク室３１にインクを注入するときは、インクタンク１１をキャリッジ１２から取り外してインク供給管２４の端部を封止する。その後ハッチ２５を開いて孔３１ａからインクを注入する。このとき、孔３１ａが大気と連通するためインク室３１の内圧も大気圧となる。インクの注入が完了したらハッチ２５を閉じ、インク供給管２４の端部を開放して、インクタンク１１をキャリッジ１２に装着する。

圧力調整管２２は、連通路２３からヘッド搬送方向Ｙ（図中水平方向）に延在した円筒形状を有している（図１参照）。圧力調整管２２内部には圧力調整空間３２が形成されている。圧力調整管２２の延在方向に直交する断面形状は環状となっている。圧力調整空間３２の一端は連通路２３に連通しており、他端は大気に連通している（大気開放）。以降、圧力調整空間３２における大気と連通する一端側を「大気側（主空間から離れる方向）」と称し、連通路２３を介してインク室３１に連通する他端側を「インク室３１側（主空間から近づく方向）」と称す。圧力調整空間３２の内壁には、圧力調整空間３２の内壁の撥液性と比べて高い撥液性を有する多数の高撥液膜（第２の領域）４０が圧力調整空間３２の内壁に沿って環状になるように形成されている。また、高撥液膜４０は、圧力調整空間３２において、高撥液膜４０と高撥液膜４０が形成されていない低撥液領域（第１の領域）４１とが圧力調整空間３２の延在方向に沿って交互に現れるように配置されている。このとき、低撥液領域４１は圧力調整空間３２の内壁に沿って環状になっている。高撥液膜４０において、大気側の低撥液領域４１との境界線が圧力調整管２２の延在方向に直交する直線からなっており、インク室３１側の低撥液領域４１との境界線が、圧力調整管２２の延在方向に直交する直線に対して傾斜方向が逆の直線が交互に並べられたジグザグ形状となっている。

また、圧力調整空間３２には圧力調整空間３２の延在方向に沿って高撥液膜４０及び低撥液領域４１上を移動する移動液体５０が、圧力調整空間３２を遮断するように配置されている。移動液体５０は高撥液膜４０にはじかれるため、常にいずれかの低撥液領域４１上に停止する。移動液体５０が低撥液領域４１上に位置しているとき、移動液体５０と低撥液領域４１の両側に隣接している高撥液膜４０の端部とが接触している。移動液体５０は、高撥液膜４０との接触面において所定の仰角を有するようにメニスカスを形成している。

高撥液膜４０のインク室３１側の境界線をジグザグ形状にすることによって、低撥液領域４１上に位置した移動液体５０が、インク室３１側に隣接する高撥液膜４０より、大気側に隣接する高撥液膜４０に進入しやすくなる。なぜならば、移動液体５０のメニスカスがブレイクして高撥液膜４０に進入するときにおける移動液体５０のメニスカスの限界仰角が一定であることから、低撥液領域４１上に配置された移動液体５０が大気側に隣接する高撥液膜４０に進入する過程において、高撥液膜４０の境界線のうちで最もインク室３１側に近く、傾斜角の異なる２つの直線部分によって形成されたジグザグ先端部において移動液体５０のメニスカスの仰角が他の個所よりも大きくなって限界仰角に達しやすいからである。

移動液体５０が圧力調整空間３２をインク室３１側と大気側とに分断するように遮断しているため、大気圧の変動がほとんどないとすると、移動液体５０は主にインク室３１の内圧の変化により圧力調整空間３２を移動することになる。例えば、インク室３１の内圧が大気圧より低くなった場合は、圧力調整空間３２内において移動液体５０がインク室３１側に移動しようとする。移動液体５０がインク室３１側に移動するとインク室３１の内圧は上昇する。逆に、インク室３１の内圧が大気圧より高くなった場合は、圧力調整空間３２内において移動液体５０が大気側に移動しようとする。移動液体５０が大気側に移動するとインク室３１の内圧は低下する。

そして、前述のように、低撥液領域４１上に位置した移動液体５０は、インク室３１側に隣接する高撥液膜４０より、大気側に隣接する高撥液膜４０に進入しやすくなっている。このため、高撥液膜４０に対して大気側に隣接した低撥液領域４１に存在する移動液体５０が当該高撥液膜４０へ進入するときにおける移動液体５０の両側の気圧差、つまり、大気圧に対するインク室３１の内圧の低さが、高撥液膜４０に対してインク室３１側に隣接した低撥液領域４１に存在する移動液体５０が当該高撥液膜４０へ進入するときにおける移動液体５０の両側の気圧差、つまり、大気圧に対するインク室３１の内圧の高さよりも大きくなっている。言い換えれば、低撥液領域４１上に配置された移動液体５０がインク室３１側に隣接する高撥液膜４０に進入を開始するインク室３１の内圧（以下「下限圧力」と称す）と大気圧との差が、低撥液領域４１上に配置された移動液体５０が大気側に隣接する高撥液膜４０に進入を開始するインク室３１の内圧（以下「上限圧力」と称す）と大気圧との差よりも大きくなっている（図３（ｂ）参照）。従って、インク室３１の内圧が大気圧より低くなるように移動液体５０が圧力調整空間３２内を移動する。

次に、インクタンク１１の動作について図３〜図７を参照しつつ説明する。図３〜図７は、インクタンク１１の動作について示した図である。各図（ａ）は、インクタンク１１の状態を示す断面図であり、各図（ｂ）はインク室３１の内圧の変化を示す図である。縦軸はインク室３１の内圧を、横軸は時間をそれぞれ示している。また、上側の破線は上限圧力を、下側の破線は下限圧力をそれぞれ示している。

インクが注入されたインクタンク１１がキャリッジ１２に装着されたときは、図３に示すように、インク室３１の内圧が大気圧と同じになっている。例えばインクジェットプリンタ１を起動すると、各部が動作を開始するため、周辺雰囲気の温度上昇が起こる。図４に示すように、温度上昇によりインク室３１内の収容されているインクや空気が熱膨張し、インク室３１の内圧が上昇する。上述したように上限圧力と大気圧との圧力差が小さいため、インク室３１の内圧は容易に上限圧力に達する。インク室３１の内圧が上限圧力に達すると、低撥液領域４１上に配置された移動液体５０が大気側に隣接する高撥液膜４０に進入を開始する。そして、図５に示すように、高撥液膜４０に進入した移動液体５０は当該高撥液膜４０にはじかれて当該高撥液膜４０のさらに大気側に隣接する低撥液領域４１上に配置される。これにより、インク室３１の内圧が若干低下する。

インクジェットプリンタ１が印刷を開始すると、ヘッド本体１０がインク滴を吐出することによりインク室３１内のインクが徐々に消費されていく。図６に示すように、インク室３１内のインクが消費されるとインク室３１の内圧が低下する。インク室３１の内圧が低下すると移動液体５０がインク室３１側に引き込まれて大気側に隣接する高撥液膜４０に進入しようとする。しかし、インク室３１の内圧が下限圧力に達していない場合は、高撥液膜４０の撥液作用による抵抗力が移動液体５０の進入力よりも強いため移動液体５０は高撥液膜４０に進入することなく低撥液領域４１上に留まる。図７に示すように、インク室３１の内圧が下限圧力に達すると、移動液体５０の進入力が高撥液膜４０の撥液作用による抵抗力より大きくなり、低撥液領域４１上に配置された移動液体５０がインク室３１側に隣接する高撥液膜４０に進入を開始する。そして、高撥液膜４０に進入した移動液体５０は当該高撥液膜４０にはじかれて当該高撥液膜４０のさらにインク室３１側に隣接する低撥液領域４１上に移動する。これにより、インク室３１の内圧が若干上昇する。このとき、低撥液領域４１に配置された移動液体５０がインク室３１側に配置されている次の低撥液領域４１に移動することによって生じるインク室３１の内圧の上昇は、下限圧力と大気圧との気圧差に比べて十分小さいため、インク室３１の内圧は下限圧力付近の負圧となっている。

また、印刷時において、インクジェットヘッド９がヘッド搬送方向Ｙを往復動することにより、移動液体５０にインク室３１側及び大気側に慣性力が働く。低撥液領域４１上に位置している移動液体５０は、大気側に隣接する高撥液膜４０に対しては容易に進入できるため、移動液体５０に働く大気側へ向かう慣性力により、移動液体５０が大気側に隣接する高撥液膜４０に進入し、さらに大気側に配置された次の低撥液領域４１まで移動する。これにより、インク室３１の内圧が若干低下する。このとき、インク室３１の内圧が下限圧力よりも低くなると移動液体５０はもとの低撥液領域４１上に移動する。尚、低撥液領域４１上に配置された移動液体５０は、インク室３１側に隣接する高撥液膜４０に対しては容易に進入できないため、移動液体５０に働くインク室３１側の慣性力により、移動液体５０が大気側に隣接する高撥液膜４０に進入することがない。このように、インク室３１の内圧は下限圧力付近の負圧で安定化し、インク室３１の大幅な内圧上昇が抑制される。

以上説明した第１の実施の形態によると、インクタンク１１の配置位置に係わらず、インク室３１の大幅な内圧上昇を抑制することができる。これにより、ヘッド本体１０とインクタンク１１との相対的位置関係に拘束されることがなくなり、これらを効率よく配置してインクジェットプリンタ１の小型化を図ることができる。また、インクジェットプリンタ１が可搬性を有するようにすることができる。さらに、移動液体５０や高撥液膜４０が劣化しにくいため時間の経過に伴うインク室３１の内圧の変化が起こりにくい。これによりインクタンク１１の使用可能時間が長くなりランニングコストの低下を図ることができる。

また、インクタンク１１におけるインク室３１を含むインク供給系の内圧を適切な負圧に維持することができるため、ノズルからのインク漏れを防止しつつ、ノズルからインク滴を効率よく吐出することができる。

また、圧力調整管２２の延在方向に直交する断面形状が環状となっているため、高撥液膜４０及び低撥液領域４１が圧力調整空間３２の内壁に沿って環状となっている。これにより、移動液体５０が高撥液膜４０にはじかれて低撥液領域４１上に位置しやすくなり、効率的にインク室３１の内圧の変化を抑制することができる。

さらに、圧力調整空間３２が大気開放されているため、インク室３１の内圧の基準圧力を大気圧とすることができる。

加えて、高撥液膜４０の大気側の境界線が、圧力調整管２２の延在方向（移動液体５０の移動方向）に直交する直線からなり、インク室３１側の境界線が、圧力調整管２２の延在方向に直交する直線に対して傾斜方向が逆の直線が交互に並べられたジグザグ形状からなっているため、低撥液領域４１に存在する移動液体５０がインク室３１側に隣接した高撥液膜４０へ進入するときにおける移動液体５０の両側の気圧差を、大気側に隣接した高撥液膜４０へ進入するときにおける移動液体５０の両側の気圧差より大きくなる。このように、高撥液膜４０の形状をインク室側と大気側とで異ならせるという簡単な構成でインク室３１の大幅な内圧上昇を抑制することができる。

次に、第１の実施の形態の変形例について図８を参照しつつ説明する。図８はインクジェットプリンタ１’の外観図である。第１の実施の形態においては、インクタンク１１がキャリッジ１２に対して着脱可能となっており、キャリッジ１２からインクタンク１１を取り外してインクの注入を行う構成となっているが、このような構成に限定されるものではない。例えば、インクタンク１１がキャリッジ１２に固定されていてもよい。この場合、図８に示すように、インクジェットプリンタ１’にインクを流出するインク流出管６０をさらに備え、インクタンク１１にインクを注入するときには、ハッチ２５を開き、タンク本体２１の孔３１ａがインク流出管６０の開口部に対向するように、インクジェットヘッド９を移動する。そして孔３１ａがインク流出管６０の開口部に対向した後に、インク流出管６０から孔３１ａに向かってインクを流出してインクを注入すればよい。

次に、本発明に係る第２の実施の形態について図９を参照しつつ説明する。尚、第２の実施の形態においては、圧力調整管の構成のみが第１の実施の形態と異なっている。そこで、以下圧力調整管についてのみ説明し、第１の実施の形態と実質的に同一の部材については第１の実施の形態と同じ符号を付してその説明を省略する。図９は、第２の実施の形態に係る圧力調整管２２Ａの断面図である。

圧力調整管２２Ａは、連通路２３からヘッド搬送方向に延在した円筒形状を有している。圧力調整管２２Ａ内部には圧力調整空間３２Ａが形成されている。圧力調整空間３２Ａの延在方向に直交する断面形状は環状となっている。圧力調整空間３２Ａの一端は連通路２３に連通しており、他端は大気に連通している（大気開放）。以降、圧力調整空間３２Ａにおける大気と連通する一端側を「大気側（主空間から離れる方向）」と称し、連通路２３を介してインク室３１に連通する他端側を「インク室３１側（主空間から近づく方向）」と称す。圧力調整空間３２Ａの内壁には、圧力調整空間３２Ａの内壁の撥液性と比べて高い撥液性を有する多数の高撥液膜（第２の領域）４０Ａが圧力調整空間３２Ａの内壁に沿って環状になるように形成されている。また、高撥液膜４０Ａは、圧力調整空間３２Ａにおいて、高撥液膜４０Ａと高撥液膜４０Ａが形成されていない低撥液領域（第１の領域）４１Ａとが圧力調整空間３２Ａの延在方向に沿って交互に現れるように配置されている。このとき、低撥液領域４１Ａは圧力調整空間３２Ａの内壁に沿って環状になっている。高撥液膜４０Ａにおける両側の低撥液領域４１Ａとの境界線は、圧力調整管２２Ａの延在方向に直交する直線からなっている。また、高撥液膜４０Ａにおいて、インク室３１側の低撥液領域４１Ａとの境界線に沿った断面の径が、大気側の低撥液領域４１との境界線に沿った断面の径よりも大きくなっている。

圧力調整空間３２Ａには圧力調整空間３２Ａの延在方向に沿って高撥液膜４０Ａ及び低撥液領域４１Ａ上を移動する移動液体５０Ａが、圧力調整空間３２Ａを遮断するように配置されている。移動液体５０Ａは高撥液膜４０Ａにはじかれるため、常にいずれかの低撥液領域４１Ａ上に停止する。移動液体５０Ａが低撥液領域４１Ａ上に位置しているとき、移動液体５０Ａと低撥液領域４１Ａの両側に隣接している高撥液膜４０Ａの端部とが接触している。移動液体５０Ａは、高撥液膜４０Ａとの接触面において所定の仰角を有するようにメニスカスを形成している。

このように、高撥液膜４０Ａのインク室３１側の境界線に沿った断面の径を、大気側の境界線に沿った断面の径よりも大きくすることによって、低撥液領域４１Ａ上に配置された移動液体５０Ａが、インク室３１側に隣接する高撥液膜４０Ａより、大気側に隣接する高撥液膜４０Ａに進入しやすくなる。

以上説明した第２の実施の形態によると、低撥液領域４１Ａ上に配置された移動液体５０Ａが、インク室３１側に隣接する高撥液膜４０Ａに進入するときの抵抗力を確実に大きくすることができる。これにより、低撥液領域４１Ａに存在する移動液体５０がインク室３１側に隣接した高撥液膜４０Ａへ進入するときにおける移動液体５０Ａの両側の気圧差を、大気側に隣接した高撥液膜４０Ａへ進入するときにおける移動液体５０Ａの両側の気圧差より一層大きくすることができる。従って、インク室３１の内圧をより低い圧力に維持しつつ大幅な内圧上昇を抑制することができる。

次に、本発明に係る第３の実施の形態について図１０を参照しつつ説明する。尚、第３の実施の形態においては、圧力調整管の構成のみが第１の実施の形態と異なっている。そこで、以下、圧力調整管についてのみ説明し、第１の実施の形態と実質的に同一の部材については第１の実施の形態と同じ符号を付してその説明を省略する。図１０は、第３の実施の形態に係る圧力調整管２２Ｂの断面図である。

圧力調整管２２Ｂは、連通路２３からヘッド搬送方向に延在した円筒形状を有している。圧力調整管２２Ｂ内部には圧力調整空間３２Ｂが形成されている。圧力調整空間３２Ｂの延在方向に直交する断面形状は環状となっている。圧力調整空間３２Ｂの一端が連通路２３に連通しており、他端が大気に連通している（大気開放）。以降、圧力調整空間３２Ｂにおける大気と連通する一端側を「大気側（主空間から離れる方向）」と称し、連通路２３を介してインク室３１に連通する他端側を「インク室３１側（主空間から近づく方向）」と称す。圧力調整空間３２Ｂの内壁には、圧力調整空間３２Ｂの内壁の撥液性と比べて高い撥液性を有する多数の高撥液膜（第２の領域）４０Ｂが圧力調整空間３２Ｂの内壁に沿って環状になるように形成されている。

高撥液膜４０Ｂは、圧力調整空間３２Ｂの延在方向に沿って、且つインク室３１側から順に隣接して配置されている第１高撥液膜４０ａＢ、第２高撥液膜４０ｂＢ、第３高撥液膜４０ｃＢを備えている。第２高撥液膜４０ｂＢは第１高撥液膜４０ａＢよりも高い撥液性を有しており、第３高撥液膜４０ｃＢは第２高撥液膜４０ｂＢよりも高い撥液性を有している。つまり、高撥液膜４０Ｂにおいては、インク室３１側から大気側に向かって、第１高撥液膜４０ａＢ、第２高撥液膜４０ｂＢ、第３高撥液膜４０ｃＢの順に段階的に撥液性が高くなっていく。また、高撥液膜４０Ｂは、圧力調整空間３２Ｂにおいて、高撥液膜４０Ｂと高撥液膜４０Ｂが形成されていない低撥液領域（第１の領域）４１Ｂとが圧力調整空間３２Ｂの延在方向に沿って交互に現れるように配置されている。低撥液領域４１Ｂは圧力調整空間３２Ｂの内壁に沿って環状になっている。高撥液膜４０Ｂにおける両側の低撥液領域４１Ｂとの境界線は、圧力調整管２２Ｂの延在方向に直交する直線からなっている。

また、圧力調整空間３２Ｂには圧力調整空間３２Ｂの延在方向に沿って高撥液膜４０Ｂ及び低撥液領域４１Ｂ上を移動する移動液体５０Ｂが、圧力調整空間３２Ｂを遮断するように配置されている。移動液体５０Ｂは高撥液膜４０Ｂにはじかれるため、常にいずれかの低撥液領域４１Ｂ上に停止する。移動液体５０Ｂが低撥液領域４１Ｂ上に位置しているとき、移動液体５０Ｂと低撥液領域４１Ｂの両側に隣接している高撥液膜４０Ｂの端部とが接触している。移動液体５０Ｂは、高撥液膜４０Ｂとの接触面において所定の仰角を有するようにメニスカスを形成している。

このように、高撥液膜４０Ｂにおいては、インク室３１側から大気側に向かって第１高撥液膜４０ａＢ、第２高撥液膜４０ｂＢ、第３高撥液膜４０ｃＢの順に段階的に撥液性が高くなっていくため、低撥液領域４１Ｂ上に配置された移動液体５０が、インク室３１側に隣接する高撥液膜４０Ｂより、大気側に隣接する高撥液膜４０Ｂに進入しやすくなる。

以上説明した第３の実施の形態によると、低撥液領域４１Ｂ上に配置された移動液体５０Ｂが、インク室３１側に隣接する高撥液膜４０Ｂに進入するときの抵抗力を大きくするとともに、大気側に隣接する高撥液膜４０Ｂに進入するときの抵抗力を小さくすることができる。これにより、インク室３１の内圧上昇をより精密に抑制することができる。

次に、第３の実施の形態の変形例について図１１を参照しつつ説明する。図１１は圧力調整管の変形例の拡大断面図である。第３の実施の形態では、インク室３１側から大気側に向かって、第１高撥液膜４０ａＢ、第２高撥液膜４０ｂＢ、第３高撥液膜４０ｃＢの順に段階的に撥液性が高くなる高撥液膜４０Ｂを備える構成であるが、インク室３１側から大気側に向かって徐々に撥液性が高くなるのであればこのような構成に限定されるものではない。例えば、図１１に示すように、圧力調整空間３２Ｂの内壁の撥液性と比べて高い撥液性を有する高撥液膜（第２の領域）４０Ｂ’が、圧力調整空間３２Ｂの内壁に沿って環状になるように形成されており、高撥液膜４０Ｂ’には、圧力調整空間３２Ｂの内壁を露出させる多数の孔４０ａＢ’が大気側からインク室３１側に向かって徐々に密度が高くなる（撥液性が異なる部分の平均密度が高くなる）ように形成されていてもよい。また、高撥液膜４０Ｂ’の替わりに、圧力調整空間３２Ｂの内壁に沿って環状に配置されたドット形状の高撥液膜が、インク室３１側から大気側に向かって徐々に密度が高くなるように形成されていてもよい。

この構成によると、低撥液領域４１Ｂ上に配置された移動液体５０Ｂが、インク室３１側に隣接する高撥液膜４０Ｂ’に進入するときの抵抗力を徐々に大きくするとともに、大気側に隣接する高撥液膜４０Ｂ’に進入するときの抵抗力を徐々に小さくすることができる。これにより、インク室３１の内圧上昇をより一層精密に抑制することができる。

次に、本発明に係る第４の実施の形態について図１２を参照しつつ説明する。図１２は、第４の実施の形態に係る圧力安定化装置１１Ｃの断面図である。圧力安定化装置１１Ｃは圧力上昇傾向のある空間の内圧を所定の圧力に安定させるものである。圧力安定化装置１１Ｃは、図１２に示すように、主筐体（主壁体）２１Ｃと、圧力調整管（副壁体）２２Ｃとを備えている。主筐体２１Ｃは、内部空間であるチャンバ３１Ｃと、内圧を安定させるべき空間に連通する連通路２４Ｃとを備えている。

圧力調整管２２Ｃは、主筐体２１Ｃから一方向に延在した円筒形状を有している。圧力調整管２２内部には圧力調整空間３２Ｃが形成されている。圧力調整管２２Ｃの延在方向に直交する断面形状は環状となっている。圧力調整空間３２Ｃの一端はチャンバ３１Ｃに連通しており、他端は大気に連通している（大気開放）。以降、圧力調整空間３２Ｃにおける大気と連通する一端側を「大気側（主空間から離れる方向）」と称し、チャンバ３１Ｃに連通する他端側を「チャンバ３１Ｃ側（主空間から近づく方向）」と称す。圧力調整空間３２Ｃの内壁には、圧力調整空間３２Ｃの内壁の撥液性と比べて高い撥液性を有する多数の高撥液膜（第２の領域）４０Ｃが圧力調整空間３２Ｃの内壁に沿って環状になるように形成されている。また、高撥液膜４０Ｃは、圧力調整空間３２Ｃにおいて、高撥液膜４０Ｃと高撥液膜４０Ｃが形成されていない低撥液領域（第１の領域）４１Ｃとが圧力調整空間３２Ｃの延在方向に沿って交互に現れるように配置されている。このとき、低撥液領域４１Ｃは圧力調整空間３２の内壁に沿って環状になっている。高撥液膜４０Ｃにおいて、チャンバ３１Ｃ側の低撥液領域４１Ｃとの境界線が圧力調整管２２Ｃの延在方向に直交する直線からなっており、大気側の低撥液領域４１Ｃとの境界線が、圧力調整管２２Ｃの延在方向に直交する直線に対して傾斜方向が逆の直線が交互に並べられたジグザグ形状となっている。

また、圧力調整空間３２Ｃには圧力調整空間３２の延在方向に沿って高撥液膜４０Ｃ及び低撥液領域４１上Ｃを移動する移動液体５０Ｃが、圧力調整空間３２Ｃを遮断するように配置されている。移動液体５０Ｃは高撥液膜４０Ｃにはじかれるため、常にいずれかの低撥液領域４１上Ｃに停止する。移動液体５０Ｃが低撥液領域４１Ｃ上に位置しているとき、移動液体５０Ｃと低撥液領域４１Ｃの両側に隣接している高撥液膜４０Ｃの端部とが接触している。移動液体５０Ｃは、高撥液膜４０Ｃとの接触面において所定の仰角を有するようにメニスカスを形成している。

つまり、低撥液領域４１Ｃ上に配置された移動液体５０Ｃが大気側に隣接する高撥液膜４０Ｃに進入を開始するチャンバ３１Ｃの内圧（以下「上限圧力」と称す）と大気圧との差が、低撥液領域４１Ｃ上に配置された移動液体５０Ｃがチャンバ３１Ｃ側に隣接する高撥液膜４０Ｃに進入を開始するチャンバ３１Ｃの内圧（以下「下限圧力」と称す）と大気圧との差よりも大きくなる。従って、チャンバ３１Ｃの内圧が大気圧より高くなるように移動液体５０Ｃが圧力調整空間３２Ｃ内を移動する。圧力安定化装置１１Ｃの動作についての詳細な説明は、第１の実施の形態と実質的に同様であるため省略する。

以上説明した第４の実施の形態によると、内圧安定化装置２１Ｃの配置位置に係わらず、チャンバ３１Ｃ及びこれに連通する空間の大幅な内圧低下を抑制することができる。また、移動液体５０Ｃや高撥液膜４０Ｃが劣化しにくいため時間の経過に伴うチャンバ３１Ｃの内圧の変化が起こりにくい。

以上、本発明の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、第１の実施の形態においては、圧力調整空間３２が延在方向に直行する断面が環状となっており、高撥液膜４０及び低撥液領域４１も圧力調整空間３２の内壁に沿って環状となっているが、圧力調整空間３２、高撥液膜４０及び低撥液領域４１が環状以外の形状であってもよい。例えば、圧力調整空間がＵ字状の断面を有する壁面に画定された空間となっており、高撥液膜４０及び低撥液領域が圧力調整空間の内壁に沿ってＵ字状になっていてもよい。この場合、Ｕ字の開口部が上面になるように配置し、且つＵ字の開口部を板部材により封止すればよい。この板部材の内側は高撥液膜及び低撥液領域の中間の撥液性を有していることが好ましい。

さらに、第１の実施の形態では、圧力調整空間３２において、移動液体５０により遮断されたインク室３１側の反対側の空間である遮断空間が大気と連通する構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、遮断空間が密封されていてもよいし、他の空間と連通していてもよい。いずれも場合も遮断空間の圧力を基準としてインク室３１の内圧変動が抑制される。

加えて、第１の実施の形態は、インク室３１を有するインクタンク１１に本発明を適用したものであるが、本発明は、内圧変動を抑制すべきあらゆる空間に対して適用可能なものである。

また、第１の実施の形態は、圧力調整管２２の断面が円形となる円筒形状であり、その内壁に沿って高発液膜４０が環状に形成された構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、圧力調整管の断面が矩形状であり、その内壁の上面及び底面にのみ、高発液膜が形成された構成であっても良い。

さらに、第１の実施の形態は、インクタンク１１がキャリッジ１２に対して着脱可能な構成であったが、このような構成に限定されることはなく、インクジェットプリンタ１に対し備え付けられたものであってもよい。

本発明に係る第１の実施形態のインクタンクを備えるインクジェットプリンタの外観図である。図１に示すII−II線の断面図ある。図２に示すインクタンクの動作状態と、インク室の内圧変動との関係を示した図である。図２に示すインクタンクの動作状態と、インク室の内圧変動との関係を示した図である。図２に示すインクタンクの動作状態と、インク室の内圧変動との関係を示した図である。図２に示すインクタンクの動作状態と、インク室の内圧変動との関係を示した図である。図２に示すインクタンクの動作状態と、インク室の内圧変動との関係を示した図である。第１の実施の形態の変形例を示した図である。本発明に係る第２の実施形態のインクタンクが備える圧力調整管の断面図である。本発明に係る第３の実施形態のインクタンクが備える圧力調整管の断面図である。第３の実施形態の変形例を示した図である。本発明に係る第４の実施形態の圧力安定化装置の断面図である。

符号の説明

１インクジェットプリンタ
９インクジェットヘッド
１０ヘッド本体
１０ａインク流入口
１１インクタンク
１２キャリッジ
２１タンク本体
２２圧力調整管
２３連通路
２４インク供給管
２５ハッチ
３１インク室
３１ａ孔
３２圧力調整空間
４０高撥液膜
４１低撥液領域
４４シャフト
５０移動液体

Claims

少なくとも一部に気体を収容する主空間を画定する主壁体と、
前記主空間に連通した副空間を画定する副壁体とを備えており、
前記副壁体の内壁に、複数の第１の領域と、前記第１の領域よりも撥液性が高い複数の第２の領域とが、前記副空間の延在方向に沿って交互に形成されており、
前記第２の領域に対して前記主空間から離れる方向に隣接した前記第１の領域に前記副空間を遮断するように存在する液体が前記第２の領域へ進入するときにおける液体両側の気圧差と、前記第２の領域に対して前記主空間に近づく方向に隣接した前記第１の領域に前記副空間を遮断するように存在する液体が当該第２の領域へ進入するときにおける液体両側の気圧差とが異なることを特徴とする内圧安定化装置。
前記副空間はその延在方向に直交する断面形状が環状であり、前記第１の領域と前記第２の領域とが前記副壁体の内壁に沿って環状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内圧安定化装置。
前記第２の領域に対して前記主空間から離れる方向に隣接した前記第１の領域に存在する液体が当該第２の領域へ進入するときにおける液体両側の気圧差が、前記第２の領域に対して前記主空間に近づく方向に隣接した前記第１の領域に存在する液体が前記第２の領域へ進入するときにおける液体両側の気圧差よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の内圧安定化装置。
前記第２の領域に対して前記主空間から離れる方向に隣接した前記第１の領域に存在する液体が前記第２の領域へ進入するときにおける液体両側の気圧差が、前記第２の領域に対して前記主空間に近づく方向に隣接した前記第１の領域に存在する液体が前記第２の領域へ進入するときにおける液体両側の気圧差よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の内圧安定化装置。
前記副空間が大気開放されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内圧安定化装置。
前記第２の領域と当該第２の領域に隣接する２つの前記第１の領域のうちの一方との境界線が、傾斜角が異なる部分を含んだ線であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内圧安定化装置。
前記第１の領域と当該第１の領域に対して前記主空間から離れる方向に隣接した前記第２の領域との境界線が、前記副空間の延在方向に直交する線であり、
前記第１の領域と当該第１の領域に対して前記主空間から近づく方向に隣接した前記第２の領域との境界線が、傾斜角が異なる部分を含んだ線であることを特徴とする請求項３又は５に記載の内圧安定化装置。
前記第１の領域と当該第１の領域に対して前記主空間から近づく方向に隣接した前記第２の領域との境界線が、前記副空間の延在方向に直交する線であり、
前記第１の領域と当該第１の領域に対して前記主空間から離れる方向に隣接した前記第２の領域との境界線が、傾斜角が異なる部分を含んだ線であることを特徴とする請求項４又は５に記載の内圧安定化装置。
前記第２の領域において、前記副空間の延在方向に関する一方の端部における断面積の大きさが他方と異なっていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の内圧安定化装置。
前記第２の領域内に、前記副空間の延在方向に関する一方から他方に向かって撥液性が徐々に向上するように、前記第１の領域よりも撥液性が高い複数の区域が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内圧安定化装置。
前記第２の領域内に、前記第２の領域とは撥液性が異なる部分が多数形成されており、
前記第２の領域内における前記撥液性が異なる部分の平均密度が、前記副空間の延在方向に関する一方から他方に向かって徐々に増加していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内圧安定化装置。
前記主空間内にインクが収容されていると共に、前記主空間内のインクを外部に供給するためのインク供給管が形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の内圧安定化装置。
インクを収容する主空間を確定するとともに、インクを吐出するノズルに連通されるインク排出口を有する主壁体と、
前記主空間に連通した副空間を確定するとともに、副空間を大気開放する開放口を有する副壁体とを備えており、
前記副壁体に内壁に、複数の第１の領域と、前記第１の領域よりも撥水性が高い複数の第２の領域とが、前記副空間の延在方向に沿って交互に形成されており、
前記第２の領域に対して前記主空間から離れる方向に隣接した前記第１の領域に前記副空間を遮断するように存在する液体が当該第２の領域へ進入するときにおける液体両側の気圧差が、前記第２の領域に対して前記主空間に近づく方向に隣接した前記第１の領域に前記副空間を遮断するように存在する液体が当該第２の領域へ進入するときにおける液体両側の気圧差よりも大きいことを特徴とするインクジェットプリンタのインクタンク。