JP2007160859A - 気液分離部材を用いたインクジェットカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 クリアインク置換率に優れた信頼性の高いピットインインク供給方式を用いるインクジェットカートリッジを提案することを目的とする。
【解決手段】 液体貯蔵室、気液分離部材、大気開口部、液体供給口とを有し、気液分離部材下面に大気開口部を構成したインクジェットカートリッジにおいて、液体貯蔵室の液体供給口側における側面のほぼ中央部に液体供給口を配置することにより、液体の充填ならび液体の置換に優れたインクジェットカートリッジである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、気液分離部材を用いたインクジェットカートリッジに関するものであり、さらに詳しくは、ピットインインク供給方式を用いたインクカートリッジに関するものである。

ピットインインク供給方式を用いたインクジェットカートリッジの代表例として、特開2000-334982に記載のインクジェットカートリッジが挙げられる。特開2000-334982のインクジェットカートリッジは、大気連通口から気体を吸引することによって、液体供給口からカートリッジ内部にインクを取入れ可能であって、大気連通口にはインクは通さずに気体を通す気液分離部材を備えている。この気液分離部材が満タン弁の役目を果たしており、インクの補充を容易に、かつ、確実に行うことができる。

また、気液分離部材を用いた溶着方法は特開1997-141891等が挙げられる。
特開２０００−３３４９８２号公報 特開平９−１４１８９１号公報

従来の気液分離部材を用いるインクジェットカートリッジにおいては、液体貯蔵室の液体供給口側における側面のほぼ中央部から、液体吐出側に偏って液体供給口が配置されていたが、以下のような課題が発生する。

インクジェットカートリッジ製品の搬送中や保管中において、環境変化による液体吐出口のインク固着を防止するために、印字検査終了後、固着しない透明なインク（以後クリアインクと称する）に置換する必要がある。よって、吐出ユニット部の液体吐出口からインク排出後、クリアインクを液体供給口から供給する。この一連の工程を数回繰り返すことにより、液体保持部材に保持されているインクをクリアインクに置き換えている（以後クリアインク置換(1)と称する）。

液体貯蔵室内の液体保持部材に充填されたクリアインクは、注入直後、液体供給口付近に集中するが、時間が経過（約１時間）すると液体保持部材内でクリアインクは拡散される。しかし、生産上、クリアインクを拡散させる時間が無駄になるため、クリアインク充填後、迅速に吐出ユニット部の液体吐出口からインク排出を行うことが必須である。その場合、クリアインクの供給はピットイン方式のため、クリアインクは気液分離部材側に向かって充填されるが、液体保持部材内に残存していたインクは、気液分離部材の下部にある液体付着防止側の1部に残ってしまう。よって、インク排出の際、液体吐出口側にあるインクから先に吸引され、液体保持部材内の液体付着防止側に残存したインクは、１部液体吐出口から排出しきれず、液体付着防止部材側に残る課題がある。結果、液体付着防止部材側に残存したインクは、液体吐出口から排出しにくくなり、１回あたりのクリア置換率が低下し、クリア置換回数が増加する。

以上より、液体供給口を液体貯蔵室の液体供給口側における側面のほぼ中央部に配置することで、上記の課題を解決することができる。その理由としては、液体供給口が気液分離部材側に近づくことにより、クリアインクが気液分離部材下側に充填され、元に存在したインクは、インク吐出口側に押し出されやすくなるためである。しかし、液体貯蔵室の液体供給口側における側面のほぼ中央部から気液分離部材側に偏って液体供給口を配置した場合、以下の課題が発生するので適さない。

・大気連通口より気体を吸引することにより、インクは液体供給口から液体貯蔵室に流れ、液体保持部材に充填されるが、液体供給口が液体貯蔵室中央部から気液分離部材側に寄っていると液体保持部材全体にインクが充填される前に、インクが気液分離部材の表面全体に到達して、気液分離部材の表面全体を塞いでしまい気液交換が不可能になる。結果、大気連通口から気体が引けなくなり、液体供給口から液体保持部材全体にインクが廻らなく、インク充填不足が生じる。

本発明は上記課題に省みて、クリアインク置換率に優れた信頼性の高いピットインインク供給方式を用いるインクジェットカートリッジを提案することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は液体吐出口を有する吐出ユニット部と、記録ヘッドに供給される液体を貯蔵する液体貯蔵室と、液体貯蔵室内で負圧を発生させ液体を保持するための液体保持部材と、メインタンクと接続され、インクジェット記録ヘッドの一部に設けられた液体供給針と、液体供給針と接続され、液体貯蔵室の一部に設けられた液体供給口と、液体貯蔵室の一部に設けられた大気と連通する気液分離部材と、気液分離部材の液体接面に液体が付着しないように液体貯蔵部材に設けた液体付着防止部材と、気液分離部材を介して大気と連通する大気連通口と、前記気液分離部材から前記液体保持部材に通ずる大気開口部と、前記液体保持部材と前記液体供給口に大気が通ずる大気連通路と、を有し、
大気開口部が気液分離部材下面に有る大気連通口より液体貯蔵室内を負圧にて吸引することで、メインタンクよりインクの注入を行う気液分離部材を使用したインクジェットカートリッジにおいて、液体供給口を液体貯蔵室の液体供給口側における側面のほぼ中央部に配置することを特徴とする。

また、気液分離部材はポリテトラフルオロエチレン多孔質部材であることを特徴とする。

また、気液分離部材は撥水性を有する処理がなされていることを特徴とする。

上述した通り、液体供給口を液体貯蔵室の液体供給口側における側面のほぼ中央部に配置することにより、クリアインク置換において、液体保持部材内に残存していたインクの気液分離部材側に残存するインク量が減少し、液体吐出口からインクが排出しやすくなる。それにより、液体吐出口からインクを吸引した後、液体保持部材内のインクを拡散させる時間を設けなくても、液体保持部材内に残存したインクは排出しやすくなる。結果、クリアインク置換率の向上・安定に繋がった。

すなわち、インク置換率に優れた信頼性の高いピットインインク供給方式を用いるインクジェットカートリッジを提案することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施例のインクジェットカートリッジの断面図である。

１は液体を吐出するための吐出ユニット部であり、２は吐出ユニット部へ供給する液体を貯蔵する液体貯蔵室である。３はメインタンク４２と接続される液体供給針である。４は液体供給針と接続される液体供給口である。カバープレート部材９の液体貯蔵室２側の内面には、気液分離部材５が、液体貯蔵室２に溶着されている（本実施例で用いた吐出するための液体を以下インクと称する）。液体貯蔵室２内にはインクを吸収保持する液体保持部材６が充填され、液体保持部材６から吐出ユニット部１へ通じるための液体流路口６０がある。液体保持部材６と気液分離部材５の間には、気液分離部材５のインク接面にインクが残存しなようにするため、液体付着防止部材７を設けており、それは液体保持部材６に隣接している。液体付着防止部材７を設けることにより、インクが疎空間（液体付着防止部材７）から密空間（液体保持部材６）の方向に流れる仕組みになっている。

８は吸引ポンプと接続される大気連通口であり、５０は液体貯蔵室２から直接、気液分離部材５に通ずる大気開口部である。また、５１は大気開口部５０から大気を連通する通路であり、液体供給口４から液体を流れやすくするための通路である。

図２は本実施でのピットインインク供給を説明する図である。

図２に示すように、吐出ユニット部１の液体吐出口１０を本体側吸引キャップ１３でシールし、大気連通口８から吸引ポンプより吸引を行うことで、液体貯蔵室２内に液体供給口４よりインク１１（図：実線矢印）が供給され、液体保持部材６に吸収される。

気液分離部材５に大気連通口８から吸引によりタンク内部を負圧にするため、圧力がかかり液体貯蔵室２内の空気１２（図：破線矢印）を吸うことにより、液体供給口４からインク１１を吸い上げてくる。そのインク１１が気液分離部材５のインク接面まで到達すると液体保持部材６側の空気１２が引けなくなり、液体貯蔵室２がインク１１で満タンとなり、インク充填が終了する。

図３は本インクジェットカートリッジのインク排出を説明する図である。インク排出時は、大気連通口８と液体供給口４、液体供給針３を大気開放状態にし、図２で注入されたインクを本体側吸引キャップ１３から吸引ポンプで吸引することで、インクを液体吐出口１０から排出する。

次に冒頭で挙げたクリアインク置換(1)について、従来例で説明をすると、（クリアインク置換においてのみ、インクの種類を区別するために吐出で用いるインクを染料インク２０、クリアインク置換で注入するインクをクリアインク２１と称する）、図４のように液体貯蔵室２に貯蔵された染料インク２０を液体吐出口１０からすべて排出し（インクの流れる方向１１）、その後、図６のようにクリアインク２１を液体供給口４から注入すること（インク流れる方向１１）を数回繰り返すことで、クリアインク置換が完了する。図４においては、Ｉの場所において、クリアインク注入で染料インクは、クリア置換回数が増すごとに染料インクは薄くなっていく。液体付着防止部材側には、染料インクはほとんど残っていなく、クリアインクで充填されているため、インク排出では、染料インク（薄くなったインク）を排出しやすい
次に液体供給口４を液体貯蔵室２のほぼ中央部に配置しなければならない理由は次の通りである。

・インク供給は、図２のピットイン方式である液体貯蔵室２内の空気１２を吸引することにより、液体供給口４から液体保持部材６内に徐々に吸収されて、最終的に液体保持部材６はインクで満タンになる。

しかし、図５のように液体供給口４が液体貯蔵室２の中央部から気液分離部材５側に寄って配置されている（本実施例では、液体貯蔵室２の液体供給針３と平行する辺において、１：３の比率の位置に液体供給口４がある）場合、
インク１１が液体保持部材６に完全に吸収される前に、気液分離部材５表面全体にインク１１が到達する。なぜなら、液体供給口４から気液分離部材５表面までの寸法の方が、液体供給口４から液体吐出口１０までの寸法より近いため、インク１１が気液分離部材５まで速く到達するためである。よって、図９、図１０のように気液分離部材５表面全体に先にインク１１が到達してしまうと、気液分離部材５表面全体がインク１１で塞がれてしまい、気体連通口８から空気１２を吸えなくなり、液体供給口４からインク１１は引けなく、液体保持部材６内はインク充填不足になる。図５のII部分では、液体保持部材がインクで満タンになる前に気液分離部材面にインクが付着するため、液体保持部材内のエアーが引けなくなり、インクが充填できない
また、図９、図１０のように液体供給口４が液体貯蔵室２の中央部から液体吐出口１０側にある場合（本実施例では、液体貯蔵室２の液体供給針３と平行する辺において、３：１の比率の位置に液体供給口４がある場合）、クリアインク置換において、以下のように置換効率の低下を招いてしまう。

冒頭で述べたようにクリアインク置換は、染料インクを排出してクリアインク２１に置き換えることであり、液体吐出口１０から染料インク２０を排出後、液体供給口４によってクリアインク２１が供給される。クリアインク供給の際、気液分離部材５側にクリアインク２１が引っ張られるが、液体付着防止部材７側全体には、クリアインク２１はすぐに到達しないため、染料インク２０が在存したままになる。結果、インクの排出では、液体吐出口１０近傍に存在する染料インク２０から排出されるが、液体付着防止部材７側の液体保持部材６に残存した染料インク２０は排出されにくい。よって、染料インク２０→クリアインク２１へのインク置換回数が増える。ただし、クリアインク供給後、約１時間以上滞留させることが可能なら、クリアインク２１は液体保持部材６内で拡散するため、液体供給口４がいずれの位置に配置されていても、液体供給口４が中央部にある場合と同等のクリア置換率を達成することができる。しかし、クリアインク供給後、クリアインク２１が液体保持部材６内で拡散するまで滞留させることは、生産ラインにおけるタクトの関係上不可能である。

図９のIII部分において、染料インクは、クリアインクで多少薄められてはいるが、液体付着防止部材側に残る。

染料インク排出の際、ノズル周辺の染料インクから先に排出され、液体付着防止部材側の染料インクは排出されにくくなる。

以上から、図４、図６のように液体貯蔵室２の液体供給口４をほぼ中央部に配置した染料インク排出（図４）、クリアインク注入（図６）により、以上の問題点が解消され、サブタンク搭載の気液分離部材５を用いたインクジェットカートリッジにおいて、クリアインク置換効率の最良化が実現する。

クリアインク置換の回数に関しては、液体供給口４を液体貯蔵室２中央部にもってくることによって、クリア置換回数が約２回分（排出→注入）が減少し、トータル５回の置換回数で行えるようになった。

液体供給口４の形状や数については、本実施例で用いている液体供給口４の形状は、長方形や円等でも良く、本実施例では長方形を用いた。その他に三角形や四角形、多角形等でも可能である。また、液体供給口４の数に関しては、本実施例では液体貯蔵室２ １つに対して１個であるが、流抵抗が前記と同等であれば、数に限りはない。本実施例での液体貯蔵室２の数は３個である。

また、図１の液体貯蔵室２を立体的に図７で説明すると、本発明は、側面Ａ３０、側面Ｂ３１における各辺のアスペクト比に大きく影響する。側面Ａ３０に関しては、液体供給針３に直交する辺４０とそれに平行する辺４１とのアスペクト比が大きいほど、本発明による効果は増す。また、側面Ｂ３１側については、側面Ｂ３１の高さと液体供給口４の高さとの比が４倍以上、側面Ｂ３１の高さと幅との長さ比が３倍以上あることが必要である。

本実施例での気液分離部材５の液体貯蔵室２への溶着方法は、インパルス溶着を用いてるが、他の熱溶着でも可能である。

気液分離部材５における溶着部は、開口部を有していなく、気液分離部材５は多孔質部材であるため、気体は容易に通し液体は通さないものである。その原理は、気液分離部材５の液体接面には撥水剤（パーフルオロアルキル系）が施され、液体の表面張力により気液分離部材５表面で液体を保持し、液体が浸透しない構造になっている。本実施例で用いる気液分離部材５は、インクに接するため化学的耐性に優れていて、かつ、インク供給と吸引圧のバランスにおいて繊維状構造体が高孔率可能な材質であること。本実施例では平均孔径０.３３μｍのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いた。気液分離部材５の材質は他にポリイミド、ポリプロピレン等があるが、機械的強度が高いため高孔率化が不可能である。本実施例で用いた液体貯蔵室２の材質は、ポリサルフォンであるが、気液分離部材５を溶着できる樹脂、例えば、ポリプロピレンやノリル等でも可能である。

図８は、従来例で、液体貯蔵室２における液体供給口４の位置関係を表す図であり、液体供給口４は、液体貯蔵室の高さ４３のほぼ中央部より下側にある。従来例においては、吐出ユニット部１につながる液体流路口６０は、図８の位置にあるが、本発明におけるインクジェットカートリッジでは小型化のために、液体貯蔵室２の下面に設けている。

本発明の実施例であるインクジェットカートリッジの代表図（断面図） 本発明の実施例であるインクジェットカートリッジのインク供給状態図 本発明の実施例であるインクジェットカートリッジのインク排出状態図 本発明の実施例であるインクジェットカートリッジの染料インク排出状態図 インクジェットカートリッジのインク満タン注入が不可能な状態図 本発明の実施例であるインクジェットカートリッジのクリアインク供給状態図 図１の液体貯蔵室を立体的に説明する図 液体供給口位置の従来例（特開2000-334982の図２２から抜粋） 従来例であるインクジェットカートリッジの染料インク排出状態図 従来例であるインクジェットカートリッジのクリアインク供給状態図

符号の説明

１ 吐出ユニット部
２ 液体貯蔵室
３ 液体供給針
４ 液体供給口
５ 気液分離部材
６ 液体保持部材
７ 液体付着防止部材
８ 大気連通口
９ カバープレート部材
１０ 液体吐出口
１１ インク
１２ 空気
１３ 本体側吸引キャップ
２０ 染料インク
２１ クリアインク
３０ 側面Ａ
３１ 側面Ｂ
４０ 液体供給針３に直交する辺
４１ 液体供給針３に平行する辺
４２ メインタンク
４３ 液体貯蔵室の高さ
４４ 液体供給口の高さ
５０ 大気開口部
５１ 大気連通路
６０ 液体流路口

Claims (3)

1. 液体吐出口を有する吐出ユニット部と、
   前記記録ヘッドに供給される液体を貯蔵する液体貯蔵室と、
   前記液体貯蔵室内で負圧を発生させ液体を保持するための液体保持部材と、
   前記液体貯蔵室の一部に設けられたメインタンクと接続される液体供給口と、
   前記液体貯蔵室の一部に設けられた大気と連通する気液分離部材と、
   前記気液分離部材の液体接面に液体が残存しないように前記液体貯蔵部材に設けた液体付着防止部材と、
   前記気液分離部材を介して大気と連通する大気連通口と、
   前記気液分離部材から前記液体保持部材に通じる大気開口部と、
   前記液体保持部材と前記液体供給口に大気が通じる大気連通路と、
   を有し、
   前記大気開口部が前記気液分離部材下面に有る
   前記大気連通口より前記液体貯蔵室内を負圧にて吸引することで、メインタンクよりインクの注入を行う前記気液分離部材を使用したインクジェットカートリッジにおいて
   前記液体貯蔵室の前記液体供給口側における側面のほぼ中央部に該液体供給口を配置することを特徴とするインクジェットカートリッジ。
2. 前記気液分離部材はポリテトラフルオロエチレン多孔質部材であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットカートリッジ。
3. 前記気液分離部材は撥水性を有する処理がなされていることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットカートリッジ。

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