JP2007015402A - インクカートリッジの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インク供給口とインク収容領域との間に差圧弁が配置されたインクカートリッジにおいて、空気の混入が少ないインクを供給できるインクカートリッジの製造方法を提供する。
【解決手段】製造工程において、インク供給口２をシール１６で封止する。膜弁座３の上方のインク室に負圧を作用させてカートリッジ内の空気を排除する。インク供給室５よりもインク室側の圧力が低下するため、図（ハ）に示したように弁体支持部材１１がインク室側に移動して膜弁座３と弁体８との間に間隙を形成するから、膜弁座３及び弁体８の存在に関りなく、カートリッジ全体の空気を排除することができて、インク供給室５を含めてカートリッジ全体にインクを充填することが可能となり、空気の混入が少ないインクが充填でき、インク供給室５に空気が混入しないインクカートリッジを製造できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッドを搭載するキャリッジに装着するのに適したインクカートリッジの製造方法に関する。

インクジェットプリンタは、共通のインク室とノズル開口とに連通する圧力発生室に圧力を印加してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドをキャリッジと、記録ヘッドにインクを供給するインクカートリッジを搭載し、キャリッジを往復動させながら印刷データに一致させてインク滴を記録用紙に吐出させるように構成されている。

ところで記録ヘッドのノズル開口は、インクカートリッジのインク液面よりも低い箇所に位置しているため、ノズル開口には水頭圧が作用するため、通常インクカートリッジ内に多孔質体を収容し、多孔質体による表面張力によりインクカートリッジの圧力がノズル開口よりも若干低くなるように構成して、ノズル開口からのインクの滲み出しを防止する対策がとられている。

しかしながら、インクの消費が進んで多孔質体に吸収されているインクの量が少なくなると、多孔質体の表面張力が大きくなって記録ヘッドへのインクの供給が滞りやすくなり、カートリッジ内のインクを完全に消費できないという問題がある。また、多孔質体の実質的な体積の分だけ、カートリッジに収容できるインクが少なくなるため、インクカートリッジが大型化するという問題がある。

このような問題を解決するため、例えば特許文献１、特許文献２に示されたようにインクタンクの下部に通孔を備えた壁によりインク溜めと空洞とに分離し、この通孔にアンブレラチェックバルブを移動可能に設けて、記録ヘッドのインク圧が低下した時点で、バルブを開弁させてタンク溜めのインクを空洞に排出させて記録ヘッドに供給するように構成したインクジェット記録ヘッド用のインクカートリッジが提案されている。このインクカートリッジは記録ヘッド一体型であり、弁の下流側の空洞、すなわち、弁と記録ヘッドとの間の空洞には、印刷動作中はインクで満たされていなければならないことが開示されている。
米国特許第４，６７７，４４７号明細書 特開昭６２−２３１７５９号公報

これによれば、カートリッジ内に多孔質体を収容する必要がなくなるため、タンクの実質的インク収容量を大きくすることが可能となるが、一般的にアンブレラチェックバルブは、記録ヘッドへのインクの供給を精密に調整するにはそのオフセット量が大き過ぎ、インク供給量に変動を来して印字品質の低下を招くという大きな問題がある。

一方ではアンブレラチェックバルブが閉弁した状態では、インク溜部と記録ヘッドとが完全に遮断されるため、環境温度の変化で空洞のインクが２乃至５％体積膨張した場合には、空洞の圧力が上昇して記録ヘッドとの接続口のシールを破損してインクが漏洩したり、また記録ヘッドに装着されている状態では、この圧力がそのまま記録ヘッドに作用して記録ヘッドとインクタンクとの間での負圧を維持できなくなって記録ヘッドからインクの漏洩が生じるという問題がある。

さらには、アンブレラチェックバルブは、記録ヘッドへの安定なインク供給を行うために維持すべき数十ｍｍＡｑ程度の圧力差では閉弁力が弱いため、キャリッジの移動によるインクの揺動に応動して開弁してしまい、安定な印字が不可能であるという問題がある。

さらに、このように、インク供給室とインク収容領域との間に配置され、圧力差によりインク収容領域からインク供給室への流路を開閉する弁体である差圧弁を用いたインクカートリッジにおいては、インク供給口と差圧弁との間のインク供給室に空気が混入されると、安定な印字が不可能となる。したがって、本発明は、記録ヘッドにインクを供給するインク供給針が挿入されるインク供給口と、このインク供給口に連通するインク収容領域との間に配置された差圧弁を有し、インク供給口にシール部材を有するインクカートリッジにおいて、空気の混入が少ないインクを供給できるインクカートリッジの製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、記録ヘッドにインクを供給するインク供給針が挿入されるインク供給口と、前記インク供給口に連通するインク収容領域と、前記インク供給口と前記インク収容領域との間にインク供給室を形成し、前記インク供給室と前記インク収容領域との間に配置され、圧力差により前記インク収容領域から前記インク供給室への流路を開閉する差圧弁を有するインクカートリッジの製造方法において、前記インク収容領域と前記インク供給室に、前記差圧弁を介して、負圧を作用させ、前記インク収容領域と前記インク供給室にインクを充填することを特徴とする。

本発明のインクカートリッジの製造方法によれば、インク収容領域とインク供給室に、差圧弁を介して、負圧を作用させ、インク収容領域とインク供給室にインクを充填するので、インク供給室への空気の混入を防止して、安定した印字が可能なインクカートリッジを製造することができる。

そこで、以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例を示すものであって、図中符号１は、インクカートリッジ本体を構成する容器で、底面１ａには記録ヘッドのインク供給針が挿入されるインク供給口２が形成され、また容器内の空間は後述する膜弁座３によりインク室４とインク供給室５に分割されている。したがって、インク室４とインク供給室５は、膜弁座３のみによって連通可能であり、インク室４とインク供給室５を連通可能とする流路は存在しない。

３は前述の膜弁座で、インクに対して耐久性を備えたゴム膜や高分子エラストマー膜等の弾性膜に、中央に通孔６を穿設して構成され、容器１の下部に形成された段差部７に張設されている。

８は、弁体で、弁組立体９に設けられている通孔１０に上下に移動可能に挿入されており、インクを流下させることができる程度の間隙を確保できる太さを備え、かつ長さが弁組立体９の厚さよりも若干長くなるように構成され、常時は下部が膜弁座３の通孔６を封止するように後述する弁体支持部材１１により膜弁座３に弾接させられている。弁組立体９にはインクを導くインク流路１５が形成されている。

１１は、前述の弁体支持部材で、弁組立体９の表面には張設され、常時弁体８を膜弁座３に弾接させる一方、弁体８が一定位置よりも降下するのを制限するもので、膜弁座３と同等の材料からなる弾性膜に通孔１２を穿設するとともに、弁体８の頂部を通孔により保持するように構成されている。

容器１は、その上面を大気連通孔１４を備えた蓋部材１３により封止されている。蓋部材１３のインク室側にはこの連通孔１４を取り囲む凹部３０と、この凹部３０から一定の距離を隔てて位置する連通口３２と、これらを接続するキャピラリを構成する細溝３１が形成されている。これら凹部３０及び溝３１の上面には、蓋部材１３が上方に位置する場合には通孔から離れる程度にたるませた可撓性膜３３が張設されている。

これら膜弁座３、弁体支持体１１、及び弁体８は、好ましくは弁組立体９に一体に組み付けて構成され、容器１の段差部７に陥入させて容器１に組み込まれている。

この実施例において、容器１が傾けられてインク室４のインクが蓋部材１３に接触すると、可撓性膜３３がインクの圧力を受けて通孔１４の周囲の凸部１４ａに接触するため、通孔１４が封止され、大気連通孔１４からのインクの漏れ出しが防止される。

インク供給口２を、キャリッジの搭載されている記録ヘッドのインク供給針に挿通すると、インク供給室５と記録ヘッドとが接続される。この状態では、蓋部材１３の可撓性膜３３が重力により垂れ下がって通孔１４が開放されるから、凹部３０、溝３１、及び連通孔３２を介してインク室４が大気と連通する。

この状態で、印刷が実行されて記録ヘッドからインク滴が吐出すると、インク供給室５のインクがインク供給口２から記録ヘッドに流れ込み、インク供給室５の圧力が徐々に低下する。インク供給室５の圧力低下に対応して膜弁座３は、インク室４からの圧力を受けてその弾性により半径Ｒを持つ球面状に膨張しながら降下する。この時点では弁体８が膜弁座３に追従するため（図２（イ））、インク供給室５の圧力が過度に低下するのを防止しつつ、インク室４からインク供給室５へのインクの流れ込みを阻止して、インク供給室５の圧力が過度に上昇するのを防止する。これにより、記録ヘッドの圧力がインク室４に対して一定の負圧状態に維持される。

さらに記録ヘッドでのインクの消費が進んで膜弁座３が一段と降下すると、弁体８が弁体支持部材１１により一定位置以下に降下するのを阻止されるから、弁体８が膜弁座３から極わずか離れる（図２（ロ））。これにより、インク室４のインクが弁体８と膜弁座３との間に形成された狭い間隙を経由して通孔６からインク供給室５に流れ込む。

インクの流入によりインク供給室５の圧力が若干上昇すると、膜弁座３が自身の弾性により弁体８側に移動して弁体８に弾接し、通孔６が弁体８の下面で塞がれる。これによりインク室４からインク供給室５ヘのインクの流れ込みが停止する。この結果、インク室３のインクの量に関りなく、インク供給口２の圧力が一定に維持されることになる。

以下、インク供給室６の圧力が若干低下する度に膜弁座３が若干下方に膨張して弁体８との間に間隙を形成し、この間隙からインク室３のインクをインク供給室５に流れ込ませる。このように弾性膜で形成された膜弁座３がインクの消費に合わせて弁体８に接離するため、膜弁座３の弾性を適切な大きさに設定すると、インク供給開始時点の圧力とインク供給停止時点の圧力差、つまりオフセットを極めて小さくすることができるばかりでなく、インク室４のインクを全て記録ヘッドに排出することが可能となる。

一方、印刷が中断している状態で、環境温度が上昇した場合には、インク供給室５の圧力が上昇するが、膜弁座３がこの圧力に応動して大気に開放されているインク室４側に移動する。これにより、インク供給室５の圧力が上昇するのが防止され、温度上昇に関わりなく記録ヘッドとの間で最適な負圧が維持され、したがって圧力上昇に起因する記録ヘッドからのインクの漏洩が防止されることになる。

図３は、膜弁座３として厚さ０．０４ｍｍで、かつ実効直径、つまり弾性変形可能な領域が直径２０ｍｍとなるゴム膜で構成し、また流れ出し寸前、つまり弁体８との臨界状態（図２（イ））における球面の半径Ｒが２６ｍｍとなるように弁体８の下限位置を設定した本発明のインクカートリッジの水頭値の変化を示すもので、毎分５グラムという大量のインクを供給した場合にも、水頭値の増加が小さく、記録ヘッドでの大量のインク消費に対しても、記録ヘッドに過度な負圧を作用させることなく、スムーズにインクを供給できることが判る。

他方、製造工程においてはインク供給口２をシール１６で封止してインク室４に負圧を作用させてカートリッジ内の空気を排除する場合には、インク供給室５よりもインク室４の圧力が低下するため、図２（ハ）に示したように弁体８が弁体支持部材１１の弾性力に抗してインク室側に移動して膜弁座３と弁体８との間に空間を形成するから、膜弁座３及び弁体８の存在に関りなく、カートリッジ全体の空気を排除することができて、インク供給室５を含めてカートリッジ全体にインクを充填することが可能となる。

図４は、弁体８の他の実施例を示すものであって、この実施例においては弁体８の下面が膜弁座３に当接したとき、弁組立体９の上面に当接する平板状の位置決め片３５が設けられている。

この実施例によれば、弁体８が膜弁座３に当接している状態では、位置決め片３５が弁組立体９の上面に接触し、弁体３が弁組立体９に支持されて可及的に垂直な姿勢を維持するから、キャリッジの運動などによる振動に対しても確実に膜弁座３の通孔６を封止することができる。

図５は、本発明の他の実施例を示すものであって、図中符号２０は、弁体で、弁組立体９に形成された弁体収容室９ａに常時バネ２１により下方に弾圧された状態で挿入され、また弁体収容室９ａの下部の凸部９ｂに、弁体２０に形成された位置決め片３６が当接することにより下限位置が規定されている。なお、図中符号２２、２３はインク室４とインク供給室５とを接続する通孔をそれぞれ示す。

この実施例において、インク供給室５の圧力低下に対応して膜弁座３は、インク室４からの圧力を受けてその弾性により半径Ｒを持つ球面状に膨張しながら降下する。この時点では弁体２０がバネ２１の弾性により膜弁座３に追従し、また位置決め片３６が凸部９ｂに当接して弁体２０が垂直な姿勢に保持されるため（図６（イ））、インク供給室５の圧力が過度に低下するのを防止しつつ、インク室４からインク供給室５へのインクの流れ込みが阻止される。これにより、キャリッジの移動による揺動に関りなく、膜弁座３が弁体２０に当接するため、記録ヘッドのインク圧力がインク室４に対して一定の負圧状態に維持される。

記録ヘッドでのインクの消費が進んで膜弁座３が一段と降下すると、弁体２０が弁体収容室９ａの突起９ｂにより一定位置以下に降下するのを阻止されるから、弁体８が膜弁座３から極わずか離れる（図６（ロ））。これにより、インク室４のインクが弁体８と膜弁座３との間に形成された狭い間隙を経由して通孔６からインク供給室５に流れ込む。

インクの流入によりインク供給室５の圧力が若干上昇すると、膜弁座３が自身の弾性により弁体２０側に移動して弁体２０に弾接し、通孔６が弁体８の下面で塞がれる。これによりインク室４からインク供給室５ヘのインクの流れ込みが停止する。この結果、インク室３のインクの量に関りなく、インク供給口２の圧力が一定に維持されることになる。

他方、製造工程においてはインク供給口２をシール１６で封止してインク室４に負圧を作用させてカートリッジ内の空気を排除する場合には、インク供給室５よりもインク室４の圧力が低下するため、図６（ハ）に示したように弁体８がバネ２１に抗してインク室側に移動して膜弁座３と弁体２０との間に間隙を形成するから、膜弁座３及び弁体２０の存在に関りなく、カートリッジ全体の空気を排除することができて、インク供給室を含めてカートリッジ全体にインクを充填することが可能となる。

なお、上述の実施例においては、弁体２０を膜弁座３に当接させる弾性部材を弁組立体９の中に組み込むようにしているが、図７に示したように弁体３７を笠型に形成して、笠部３７ａを位置決め片及びストッパとして機能させ、バネ３８により頂点を膜弁座３側に弾圧するようにしてもよい。

この実施例によれば弁組立体９の外部から弁体３７やバネ３８を取付けることができるため、組立作業の簡素化を図ることができる。

なお、上述の実施例においては弁体に上方にバネを設けるようにしているが、図８に示したように容器４０を、通孔４１ａを備えた仕切り板４１によりインク室４２とインク供給室４３とに分離し、インク供給室４３に、膜弁座４４と、下面に膜弁座４４の通孔４５を封止する球面４６ａ及び球面４６ａから垂直に延びて膜弁座４４の通孔４５を貫通する支持部４６ｂとからなる弁体４６とを収容し、支持部４６ｂを常時下方に弾圧するバネ４７を介して支持するようにしても同様の作用を奏することは明らかである。なお、図中符号４８は、支持部４６ｂの下端と嵌合して弁体４６を垂直な姿勢に位置決めガイド孔を、また４９は、インク供給口を示す。

この実施例によれば、弁体４６は、その下部をバネ４７により下方に引かれるため、インクによる浮力に関わりなく姿勢が安定するため、キャリッジの移動による揺動に関わりなく、インクを記録ヘッドに安定に供給することができる。

図９は本発明の他の実施例を示すものであって、図中符号５０は、液面安定化膜で、膜弁座３の移動に追従できる程度の軟質性の多孔質体の膜や格子状の膜で構成され、弁体８に対向する領域には弁体８に嵌合する通孔５１が形成されていて、周囲を組立体９に固定され、また中央部を弁体８に固定されている。

この実施例において、インクの消費の消費によりインク供給室５の圧力が低下すると、膜弁座３が弁体８から離れてインク室４のインクが液面安定化膜５０を通過してインク供給室５に流れ込む。

さらにインクの消費が進んでインク室４の液面が組立体９近傍にまで低下すると、キャリッジの移動に起因して弁体８近傍でインクが激しく揺動するが、液面安定化膜５０により圧力変動が可及的に抑えられてから膜弁座３の通孔６を通過することになり、インク室４のインク量の減少に拘わりなく記録ヘッドのインク圧が一定に保たれる。

なお、上述の実施例においては弾性手段を用いて弁体を膜弁座３に弾接させるようにしているが、膜弁座３自身の弾性力を積極的に利用すれば弁体を膜弁座３に弾接させる弾性部材を不要とすることができる。
図１０は弁体を膜弁座に弾圧する弾性部材を不要とした一実施例を示すもので、図中符号２４は、膜弁座で、後述する弁体２８と対向する領域に通孔２５が形成され、周囲を弁組立体２７により固定されている。２８は弁体で、弁組立体２７に垂直な姿勢となるように移動不能に固定されている。なお、図中符号２９は、インク室４とインク供給室５とを接続する通孔を示す。

この実施例において、インク室４とインク供給室５との差圧が所定値以下の場合には、膜弁座２４が自身の弾性により通孔２５を弁体２８に弾接するから、インク室４からインク供給室５ヘのインクの流れは停止する。

一方、インク供給室５の圧力が低下すると、膜弁座２４が球面状に膨張しながら降下するため、通孔２５が弁体２８から離れ、インク室４からインク供給室５にインクが流れ込み、インクの供給が進んでインク供給室５の圧力が上昇した時点で、膜弁座２４が差圧に打勝って弁体２８に弾接してインクの流出を停止させる。

ところで、記録ヘッドに空気が浸入すると、インク滴を吐出させるための圧力が空気に起因して記録ヘッドの流路内で発生した気泡に吸収されてしまって、印字不良を引き起こすため、インクカートリッジのインク終了時における記録ヘッドの空気吸い込みを防止する必要がある。

図１１は、このような記録ヘッドのインク終了時における記録ヘッドへの空気の浸入を防止したインクカートリッジの一実施例を示すもので、インク供給口５２とインク供給室５３との接続領域に上方が拡開する円錐状の弁座５４を形成して、ここに浮力により浮き上がる球状の浮き弁５５を収容するとともに、上部をインクが透過可能な網などの弁押え板５６を設けて遮蔽弁が構成したものである。なお、図中符号５７は、弁体５８に当接してインク室からのインクの流入を制御する膜弁座を示す。

この実施例において、インクカートリッジが記録ヘッドに装着されている状態では、浮き弁５５が浮力により弁押え板５６に張り付いた状態となり、インク供給口５２が開放されて記録ヘッドへのインクの供給が行なわれる。

一方、カートリッジのインクの消費が進んで、インクの水位がインク供給口５２近傍にまで低下すると、浮き弁５５がインクによる浮力を失って弁座５４に当接（図中、点線で示す状態）する。したがって、さらに印刷が進んだとしても、インク供給口５２が封止されているから、記録ヘッドへの空気の浸入が阻止され、印字障害の発生を未然に防止することができる。

また、インクカートリッジは通常、記録ヘッドに装着されると、インク室のインクが消費され尽くされるまで、挿脱されるものではないが、それでも誤った操作により記録ヘッドから抜かれることがある。このように一旦、装着されたカートリッジが記録ヘッドから抜かれると、インク供給口２が大気に開放されてインク供給室やインク室に空気が侵入して、記録動作に悪影響を与えることになる。

図１２は、インクカートリッジの着脱に起因する上述の不都合を防止するための実施例を示すものであって、図中符号６０は、インク供給口６１に設けられた伸縮可能な弁体で、下部にインク供給針７０が嵌合するインク供給針嵌合孔６２が設けられている。また上限位置に移動したときインク供給室６３とインク供給針嵌合孔６２とを接続する通孔６４が穿設されている。

この実施例において、常時は、図１２（イ）に示したように弾性により弁体６０がインク供給室６３の底部６３ａに弾接してインク供給室６３からのインクの流出を確実に阻止する。

インク供給針７０が嵌合孔６２に挿入されると、弁体６０が上限位置にまで伸長してインク供給室６３の底面６３ａから離れ、また連通孔６４がインク供給室６３に露出する（同図（ロ））。これによりインク供給室６３とインク供給針７０のインク流路７０ａとが連通孔６４、７０ｂを介して接続され、インク供給室６３のインクがインク供給針７０に流れ込み、記録ヘッドにインクが供給されることになる。

記録ヘッドに装着されたインクカートリッジが取り外されると、弁体６０が下方に移動してインク供給室６３とインク供給口６１を遮断するから（同図（イ））、インク供給室６３からのインクの流出とインク供給室６３への空気の浸入が防止されることになる。

本発明の一実施例を示す断面図である。 図（イ）、（ロ）はそれぞれ記録ヘッドに装着された状態での膜弁座と弁体との動作を示す図であり、また同図（ハ）はインクカートリッジにインクを充填する場合における弁体の状態を示す図である。 本発明のインクカートリッジのインクの排出量と水頭値との関係を示す線図である。 本発明の他の実施例を、インク供給室近傍を拡大して示す図である。 本発明の他の実施例を示す断面図である。 図（イ）、（ロ）はそれぞれ記録ヘッドに装着された状態での膜弁座と弁体の動作を示す図であり、また同図（ハ）はインクカートリッジにインクを充填する場合における弁体の状態を示す図である。 本発明の他の実施例を、インク供給室近傍を拡大して示す図である。 本発明の他の実施例を、インク供給室近傍を拡大して示す図である。 本発明の他の実施例を、インク供給室近傍を拡大して示す図である。 本発明の他の実施例を、インク供給室近傍を拡大して示す図である。 インク供給口の実施例を示す図である。 図（イ）、（ロ）は、それぞれインク供給口の他の実施例を、記録ヘッドに装着されていない状態と、記録ヘッドに装着された状態とで示す図である。

符号の説明

１ 容器
２ インク供給口
３ 膜弁座
４ インク室
５ インク供給室
６ 通孔
７ 段差部
８ 弁体
９ 弁組立体
２５ 軟質多孔質体膜

Claims (1)

1. 記録ヘッドにインクを供給するインク供給針が挿入されるインク供給口と、前記インク供給口に連通するインク収容領域と、前記インク供給口と前記インク収容領域との間にインク供給室を形成し、前記インク供給室と前記インク収容領域との間に配置され、圧力差により前記インク収容領域から前記インク供給室への流路を開閉する差圧弁を有するインクカートリッジの製造方法において、前記インク収容領域と前記インク供給室に、前記差圧弁を介して、負圧を作用させ、前記インク収容領域と前記インク供給室にインクを充填することを特徴とするインクカートリッジの製造方法。

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