JP2008296567A

JP2008296567A - インク容器、及びインク供給システム

Info

Publication number: JP2008296567A
Application number: JP2007171182A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kyogoku; 浩京極
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2008-12-11

Abstract

【課題】所定の範囲内に内部の負圧を調節して、インクジェット記録ヘッドに適正な負圧を伴ってインクを供給することができるとともに、さらに、インクの収容効率、消費効率を改善したシンプルで安価なインク容器を提供する。
【解決手段】インクジェット記録ヘッド部へ着脱可能にインクを供給するインク容器１を構成する周囲壁、またはその近傍のインクを貯留する側に撥インク性の細溝１９を巡らし、さらに前記細溝１９に前記インク容器１の上部近傍で連通し前記インク容器１の内部を外気に連通させる大気連通孔１７を前記インク容器１の周囲壁に配し、該大気連通孔１７は重力方向にＵターン部分を有し、かつ迷路状の比較的細い第１の通路部と、インク溜まりとなる比較的広い第２の通路部とを有し、前記Ｕターン部分や前記比較的広い第２の通路部に満たされた液体によってインク容器内の圧力の変化を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明はインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）のノズルからインク滴を吐出して記録を行う記録装置に関し、より詳しくは、インクを貯留するインク容器、記録ヘッド内の圧力を制御する機構に関する。

記録装置として、キャリッジが直交する方向に移動する被記録媒体上を横切って移動するとき、制御システムが前記キャリッジに搭載された記録ヘッドを作動させてインク滴を吐出して、所望の文字や画像を記録するタイプが広く普及している。インクはキャリッジ上に搭載されるインク容器に貯留されて記録ヘッドへ供給されるタイプが多い。インク容器は記録ヘッドと分離可能に接合され、インクが無くなった時に交換される。記録ヘッドが正常に機能するためには、インク容器はインクを途切れること無く供給するとともに記録ヘッド内に適正な負の背圧を形成し維持することが必須の要件である。背圧とは大気圧を基準とした記録ヘッド内のインクに働く圧力である。負圧が低くなり過ぎると記録ノズルのオリフィスにおけるインクのメニスカス（気液界面）の凹面が大きくなり、インクを吐出した後に気泡を抱き込み易くなり不吐出の原因となる。また、正圧が高くなり過ぎて記録ノズルの前記オリフィスに働くインクの表面張力による界面力を超えるとインクが漏れ出す。従って、インク容器および記録ヘッドは記録装置の保管中、および作動中に遭遇する周囲環境、即ち、温度や気圧などに変動があっても常に適正な一定の範囲内の背圧を生成し、維持することが要求される。

その一例として、インク容器内にフェルト部材やスポンジ部材などのインク吸収部材を配して、含浸させたインクとの間に働く毛細管力を利用してインクを保持しながら供給する方法がある。（例えば、特許文献１、２を参照。）
特開昭６３−８７２４２号公報特開平０２−３４３４９号公報この方法はインク容器の上部に大気連通孔を設けて内部を外気に解放している。前記大気連通孔の外気への開放孔および下部に配されたインク供給口をそれぞれシール部材で封止するという簡単な方法で、インク容器単体での輸送や保存が可能である。インクをインク吸収部材によって保持しつつ、より強い界面力が働く記録ヘッドのノズル部への供給が可能で、インク漏れの恐れも少なく、全体としてシンプルでもあり小型で安価な製品を中心に広く用いられている。しかし、この方法はインクをインク吸収部材の体積の約９０％しか充填できず、貯留インクの約１０％が残留して使用できず、正確なインク残量の検出も難しく、容積効率や使用効率がよくないという問題がある。

この低い容積効率を改良する目的で、大半のインクを自由状態で密閉された空間する方法もある。その密閉された空間に、消費されたインクの代わりに溜まる空気の圧力が上昇した場合のインク漏出の防止法を開示している。（例えば、特許文献３、４を参照。）
特開２００２−３６５９３号公報特許第２８９８７４６号公報しかしながら、インク容器は記録ヘッドと一体構成であり大型のインク吸収部材を必要とし、消耗品としては複雑で小型化や低価格化は難しい。この方法をインク容器単体に適用して、改良した方法がある。（特許文献５を参照。）特許第３２７８４１０号公報図４に示すように、大部分のインク２は独立した空間に自由状態で収容されてはいるものの、インク容器１の半ばを超える容積を占めるインク吸収部材３ｂ、３ｃは容積の約１０％〜約９０％の範囲でしかインクの収容や供給ができず、容積効率が悪いという問題は依然として残る。インク容器の寿命を延ばすために貯留インク２を増量すると、それに応じてインクが消費されて入れ代わる空気の量も増える。それに伴って、その増えた空気が膨張すると押し出されるインクの量も増えるので、押し出されるインクを収容するためのインク吸収部材３ｃの体積も増やさなくてはならず、必然的にインク容器は増やしたインクの容量以上に大型化せざるを得ない。又、化学繊維製フェルト部材などの大型のインク吸収部材はゴミの発生源にもなる恐れもあり、インク容器のコストを圧迫する要因でもある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は記録ヘッド内のインクの背圧を適正な一定の範囲内に維持するための機構を小型化し、消耗品であるインク容器の構造を単純化し、低いコストで製造可能な、膨張した内気を開放する機構を有する、インク漏洩の恐れのない、安価でより信頼性の高いインク容器を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明はインク容器の周囲壁の内部側に撥インク性の細溝を巡らすとともに、該細溝に前記インク容器の上部近傍で連通し、下部に伸び、下部近傍でＵターンして上部側に延伸し、前記インク容器の何れかの周囲壁から内部を外気に開放する大気連通孔を備えており、かつ該大気連通孔には細い迷路状の第１の通路と、インクが溜まりやすい比較的太い第２の通路を有し、少なくとも前記Ｕターン部分と、および比較的太い第２の通路とを満たす液体によって、インク容器内の圧力の変化を調整する。

作用

記録行為でインクが減り始めると、インク容器内に記録ノズルのオリフィスに働くインクの界面力、および大気連通孔の少なくともＵターン部の近傍を満たす液体によって、外気との圧力差に耐える負圧が発生する。インクの消費が進むにつれその負圧は序々に大きく成り、外気は大気連通孔ないの液体を圧力が低くなった内部側に押し込み、Ｕターン部の最下部を通過すると、前記比較的太い第２の通路の液体ないを気泡状となって上昇して気液交換が行われる。最終的には前記インク容器の上部近傍で連通する撥インク性の細溝を経てインク容器の上部に溜まり、一定以上の負圧の増加を防ぎ、インク容器内の負圧とバランスした状態を維持し良好な記録状態を保つ。インク容器内の空気が相対的に収縮した場合には、前述したように大気連通孔のすくなくともＵターン部の近傍を満たす液体を介して外気から少量づつ気泡の取り込みを行い、圧力の差を調整する。反対に気圧の低下や周囲温度の急激な低下などにより、インク容器内の空気が相対的に膨張した場合には、圧力の高まった内部の空気は大気連通孔ないの液体を外気側に押し込む。押し込まれた内部側の空気が前記Ｕターン部を通過すると、前記Ｕターン部の外気側の前記比較的太い第２の通路を満たす液体部分で気泡状になり圧力が上昇した空気を液体で疑似密閉された外気側に押し出す。このようにして、記録ノズルのオリフィスに働くインクの界面力、および大気連通孔の少なくともＵターン部の近傍を満たす液体によって擬似密閉状態のインク容器内は一定の範囲内に内圧の低下や上昇が調節される。

内部にインクを残した状態でインク容器が外された場合は、インク容器がどのような姿勢で放置されても、内部に溜まった空気はインク容器の周囲の内壁面に巡らされた細溝のうちの少なくとも一部に接する。その状態では内部に溜まった空気は前記細溝内の空気と一体状態にあり、前記細溝は連通する大気連通孔の少なくとも一部を満たす液体によって、外気と疑似密閉状態にある。このような一体状態にある内部の空気が環境変化などにより相対的に膨張しても、球状栓部材で封止されたインク供給口から、あるいは密度の高いインク吸収部材で覆われたインク供給口から、押し圧されたインクが漏れ出る前に、大気連通孔の液体で満たされたＵターン部や比較的太い通路で、気泡の形で気液交換され、圧力の高まった空気は徐々に抜け出る。

図１はインク容器１が記録ヘッド部５に装着状態の一実施例を説明する図である。図１中、上部は始めインク２で満たされているが消費されるにつれ増える空気７である。記録ノズル６はインク供給口のインク吸収部材３ａを介して連絡通路１４で連結されている。記録ノズル６には多数のノズルが高密度に配され、例えば５１２個のノズルが６００ｄｐｉの密度で形成されている。図１においてはインク滴の吐出は下向きに行われ、記録ヘッド５には図示していないが、通電によりエネルギーを発生させてインク滴を吐出させる発熱抵抗体や圧電素子などが配され、更には駆動電気信号を供給するプリント配線基板等も設置されている。連絡通路１４への入口部分にはフィルタ１３がゴミなどの異物、インクの凝集物などの混入を防ぐために配置されている。フィルタ１３は記録ノズル６を詰まらせるような大きさの異物の混入を防ぐ目的から濾過精度が約２０μｍ以下のものが使用される。

インク容器１には、内壁の周囲に巡らした細溝１９、および上部近傍の前記細溝１９への連通部８から発し、下部近傍のＵターン部９を経て、再度上部に至り、延伸して開放孔２１で外気に至る大気連通孔１７が配されている。前記大気連通孔１７には複数の太めの通路１８をＵターン部９の両側に配置してある。前記Ｕターン部、およびその近傍に液体２６を存在させることによって、内部のインク室を外気から疑似密閉状態に保っている。前記Ｕターン部９を介して、隣接する大気連通孔１７の主として太めの通路１８に溜まった液体が内部に発生する圧力を調整する働きを有する。インク室に溜まった空気は、周囲の内壁面に巡らされた撥インク性の細溝のいずれかの部分と接触し、前記細溝内の空気と一体状態にある。その状態で、気圧などの変化によりインク容器１内の空気７が外気に対して相対的に膨張した場合、高まった内圧はＵターン部９よりインク室側の大気連通孔１７の液体２６を押し圧する。押し圧された液体２６の液面は徐々に下降しＵターン部９に達する。該Ｕターン部９の外気側に達した膨張した空気は、該Ｕターン部９の外気側の太めの通路１８に押し出された液体２６の中を気泡の状態で上昇する。この押し出された液体が溜まった太めの通路１８を介して、外気側に徐々に開放される。ノズル６の口径約１０μｍのオリフィス群に働く界面力に比べ、十分低い水頭圧でしかない液体２６の量であり、前記オリフィスから押し圧されたインクが漏れ出す前に、圧力が上昇した空気は液体２６で満たされた太めの通路１８を介して開放孔２１を経て外気に漏れ出す。

逆に、記録行為によりインクが消費され内圧が低下した場合は、圧力が相対的に高い外気が大気連通孔１７のＵターン部９に達すると、インク室側の太めの通路１８に押し出された液体２６の中を気泡の形で上昇し前記連通部８を経てインク室内に取り込まれる。このようにしてインク容器１内の背圧をほぼ一定の範囲内に維持する。インク容器１内の背圧を調整する程度は、Ｕターン部９近傍に配された液体２６の量に依存する。液体２６の量を適正に選択することで、インク容器１内の背圧を適正な範囲内に保つことができる。出荷時には、前記Ｕターン部９や太めの通路１８を含む大気連通孔１７の一部は液体２６で満たされ開放孔２１は封止されている。このインク室内の圧力を調整する働きを有するＵターン部９近傍の液体２６は貯留されたインクを使用するのが便利だが、インク室内に貯留するインクとは独立して存在させることも可能なので、凝集する可能性のある色素成分を省いた透明インクのほうが良い。更には、蒸発する可能性も高い水分を極力除き、保湿性も有する溶媒として使用されているジエチレングリコールなどのグリコール類を使用するのが適している。

インク容器１は周囲を構成する内壁面のほぼ中央部に形成した、幅が１００μｍ程度の撥インク性の細溝１９は、連通部８を経て大気連通孔１７に通じている。前記インク容器１のインクを貯留する内部は、前記大気連通孔１７のＵターン部９の近傍に配された液体２６によって、さらに延伸して通じる外気に対して疑似密閉状態を保っている。インク容器１の成型材料として撥水性の高いポリプロピレンＰＰやポリフェニレンサルファイドＰＰＳなどの熱可塑性樹脂を選択すれば、重力方向に位置する細溝にはインクとの気液界面がインクの自重や振動などにより入り込む場合もあるが、撥インク性の細溝の最深部まで定常的に満たされることはなく、細溝１９内の空気層は定常的には途切れることはなく一体の状態を保つ。また、前記撥インク性の細溝にゴアテックス▲Ｒ▼のような防水性の多孔性シートを配すれば、インクの細溝内への侵入はより一層困難となり空気層の一体性の維持はより容易になる。もちろん、部分的にはトンネル状の空洞部を利用してもよい。

また、インクの消費が進み大量の空気７が入った状態でインク容器１を外してどのような姿勢で放置しても、前記空気７はインク容器内に巡らした細溝１９のいずれかの部分の空気と接触する。従って、インク容器１内の空気の圧力が相対的に高まっても、内部に溜まった空気と接触し一体の状態にある細溝１９内の空気も同様に圧力が上昇した状態にあり、インクは細溝１９の最深部の角部にまで定常的に浸入することはない。その高まった内圧は、より高い界面力が働くようにより密度の高いインク吸収部材３ａを配したインク供給口よりインクを外部に押し出す前に、連通部８を経て大気連通孔１７の液体２６を内在させたＵターン部９やその近傍の液体２６で満たされた太めの通路１８を気液交換可能な方向に経由して外気側へ漏出する。

細溝１９は、図２（ａ）に示すようにインク容器１を縦に２分割した樹脂成型部品の壁面に形成した段差１６から作られる。細溝１９は、図４（ａ）の矢印部分Ａ−Ａの壁部の断面で示すように、２分割された一方の接合面の内周に段差１６として形成して、図４（ｂ）に点線で示す他方の成型部品の接合面と溶着して作られる。このような段差構造を２分割されたインク容器の接合面のすくなくとも一方の連続する３面か、または全周に施して溶着することで、内壁面を巡る細溝１９が形成される。また、図４（ａ）や図４（ｃ）に示すように、残る２壁面に至る直交する細溝２０は短く成型される。同様に大気連通孔１７の一部も２分割された樹脂成型部品の細溝１９と同じ側、もしくは反対側に溝部を形成して、溶着することによって形成される。壁の厚みが薄い場合は、図４（ｂ）に示すように接合面の外気側に突出部１０を設けても良いし、図示しないが、壁面の外気側に溝を巡らしてガス透過性の低いテープで覆うことにより形成しても良い。大気連通孔１７は、液体２６の漏出と蒸発とを防止するために微細で長くインク容器１の周囲の壁部に形成される。大気連通孔１７の経路の途中にはＵターン部９の近傍以外にも図４（ｃ）に示すような太めの通路部１８を部分的に複数個設けることによって、もしも液体２６がさらに浸入することがあっても気液交換させ、それ以上の進出を阻止する。大気連通孔１７はインク容器１の周囲を巡らして、インク供給口の近傍に外気への開放孔２１を設置すれば、出荷するときに前記インク供給口と一緒に同一の封止部材で塞ぐことができ便利である。インク供給口は高密度のインク吸収部材３ａで覆ってインクを含浸供給する構成でもよいし、図示しないが、球状栓部材によって開閉可能にインクを直接供給する構成でもよい。

インク室内の背圧を適正に保つ大気連通孔１７の気液交換部は、図３（ｂ）に示すように第３の樹脂成型部品を図３（ａ）に示す側壁部に溶着することで形成される。図３（ａ）は前述した細溝１９や開放孔２１に至る外気側の大気連通孔１７を溶着して形成したインク容器１である。外側にはインク容器の内壁面に巡らした撥水性の細溝１９に連通する連通部８と大気連通孔１７の２つの連絡穴が開けられている。この２つの連絡穴が開けられたインク容器の側壁部に溶着される成型樹脂部品は図３（ｂ）に示すように連通部８に至る端部２４からＵターン部９、複数の細めの通路１１と太めの通路１８、および大気連通路に至る端部２５の凹部が形成されている。太めの通路１８の間をつなぐ細めの通路１１は、容器の何れの側を横にして放置された場合も気液交換がスムーズに行われるように左右互い違いに連結されている。

発明の効果

本発明によれば、インク容器はほぼ等分に分割した２つの樹脂成型部品、および大気連通孔１７のＵターン部９や複数の太めの通路１８などを配した第３の樹脂成型部品が主要構成部品となる。インク室内に大型のインク吸収部材を配置する必要がないこともあって、注液時間を短縮するための吸気工程も必要とせず常圧で短時間での注液が可能となる。また、インクを１００％に近い容積率で貯留が可能であり、かつほぼ１００％のインク消費を実現できる。また、細い溝を撥インク性の樹脂製インク容器の内壁面を巡らして、通路部８を経て通じた液体を内在させたＵターン部、およびその近傍が外気に通じる大気連通孔を疑似密閉しているので、どのような放置姿勢でインク室内の圧力が上昇しても、その上昇した内圧を太めの通路１８を満たした液体を介して外気側に逃がし、内圧を調整することができる。従って、インク漏れの恐れのない、製造が容易で、安価なインク容器を提供できる。このような大型のインク吸収部材のない構成により、消耗品であるインク容器をシンプルな構成にでき、インク供給経路の流路抵抗を低減し、インク消費量の多い多数のノズル群を有する高速ヘッドにも対応可能なインク容器を提供できる。

は本発明における一実施例のインク容器を説明するための図である。（ａ）は２分割されたインク容器の一方の成型樹脂部品の概略図である。（ｂ）は細溝、および大気連通孔の一形状を示す概略図である。（ｃ）は細溝、および大気連通孔の他の形状を示す概略図である。は［図１］の一部分を詳細に説明するための図である。は従来のインク供給システムの一例の断面図である。

符号の説明

１はインク容器、２はインク、３はインク吸収部材、５は記録ヘッド、６は記録ノズル、７は空気、８は連通部、９はＵターン部、１０は突出部、１１は細めの通路部、１３はフィルタ、１６は段差、１７大気連通孔、１８は太めの通路部、１９は撥水性細溝、２０は直交細溝、２１は開放孔、２４は連通部８に至る端部、２５は大気連通孔に至る端部、２６は液体

Claims

内部にインクを貯留するインク容器を構成する内壁面、あるいはその近傍に撥インク性の細溝を巡らすとともに、前記インク容器は上部近傍で前記細溝と連通し内部空間を外気に連通させる大気連通孔を備えており、該大気連通孔は少なくとも一部に蒸発しにくい液体を内在させた複数の液体溜まり部を有し、前記インク容器の上部近傍から前記インク容器の下部近傍を経由して、再び前記インク容器の上部近傍を経由して、延伸して前記インク容器を構成するいずれかの壁面から、外気に開放されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドに着脱可能なインクジェット記録装置のインク容器。