JP2009029145A

JP2009029145A - インクカートリッジ

Info

Publication number: JP2009029145A
Application number: JP2008291209A
Authority: JP
Inventors: Eizo Kawano; 栄三川野; Hiroaki Masuko; 浩明益子; Hiroyuki Nishii; 弘行西井
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2009-02-12

Abstract

【課題】インクと接触している状態で温度が上昇し、ケース内部の空気の熱膨張やインクの蒸発が生じてインクが通気フィルタに押しつけられても、インクが漏洩しにくい通気フィルタを備えたインクカートリッジを提供する。
【解決手段】通気孔１４に、フッ素樹脂多孔質膜と通気性支持材との積層体である通気フィルタ１３を取り付ける。通気フィルタ１３は、ケース１の内部空間に面し、インク２との接触面となる表面をフッ素樹脂多孔質膜により構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクカートリッジに関し、特に、カートリッジ内の正圧または負圧を解放するための通気孔を有するインクカートリッジに関するものである。

従来から、プリンタなどの画像形成装置では、インクカートリッジから印字ヘッドにインクを供給する機構が多用されている。この機構では、予めインクをケースに収容したインクカートリッジがプリンタなどの所定位置に搭載される。この状態で、インクカートリッジは印字ヘッドと導通し、インクが印字ヘッドへと供給される。インク成分の分散媒としては、一般に、水、または水と良好な相溶性を有する有機溶媒（例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ｎ−プロパノールなどの低級アルコール）との混合溶媒が用いられる。

ところが、インクが減少するにつれてインクの液面が下降すると、カートリッジの内部には負圧が生じる。この負圧が大きくなると、インクの正常な流出が妨げられ、印字にかすれが生じてしまう。そこで、ケースに通気孔を設けたインクカートリッジが使用されている。通気孔は、インクカートリッジをプリンタなどに搭載した状態ではインクに浸らない位置に設けられる。しかし、カートリッジの輸送時や保管時には、インクカートリッジが傾けられたり倒されたりして通気孔がインクに浸り、通気孔からインクが漏洩する危険がある。このため、インクカートリッジの通気孔には、空気は通過させるが液体は通過させない通気フィルタを取り付けることが提案されている。通気フィルタとしては、ポリエチレン多孔質膜などのポリオレフィン多孔質膜やポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」という）多孔質膜などのフッ素樹脂多孔質膜が用いられる。

しかしながら、通気孔に通気フィルタを取り付けたインクカートリッジを用いても、インクと通気フィルタとが接触している状態で温度が上昇すると、インクが通気フィルタに染み込み、漏洩に至る危険がある。これは、ケース内部の空気の熱膨張やインクの蒸発により、ケース内のインクの液面に正圧が加わり、インクが通気フィルタに押しつけられるためである。特に、通気フィルタと通気孔の接合部からインクは漏洩しやすくなる。

そこで、本発明は、通気フィルタ自体を改善することにより、輸送時や保管時におけるインクの漏洩を防止するインクカートリッジを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のインクカートリッジは、インクを収容する空間を有し、通気孔が形成されたケースと、前記通気孔に取り付けられた通気フィルタとを備え、前記通気フィルタが、フッ素樹脂多孔質膜と通気性支持材とをそれぞれ少なくとも１層含む積層体であり、前記フッ素樹脂多孔質膜が前記空間に面するように配置されていることを特徴とする。

本発明のインクカートリッジでは、フッ素樹脂多孔質膜と通気性支持材との積層体を用いており、フッ素樹脂多孔質膜が通気性支持材により補強されるので、圧力により変形したりすることがない。また、インクと接触するのは、インクをはじく特性を有するフッ素樹脂多孔質膜であるから、通気フィルタへのインクの浸透自体も抑制できる。

また、本発明のインクカートリッジにおいては、通気フィルタの少なくとも１層に撥水撥油処理が施されていることが好ましい。

本発明によれば、フッ素樹脂多孔質膜と通気性支持材とをそれぞれ少なくとも１層含み、フッ素樹脂多孔質膜がインク側に面するように配置した通気フィルタを用いることにより、輸送時や保管時におけるインクの漏洩を効果的に防止できるインクカートリッジが提供される。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明のインクカートリッジの一形態を示す断面図である。このインクカートリッジのケース１の内部は、インク２を収容するための空間として使用される。インク２は、インク注入孔１１からケース内部へと注入される。インク２を注入した後、インク注入孔１１にはキャップ１２がはめ込まれる。インク２は、インクカートリッジがプリンタヘッドなどに装着された状態で、インク供給孔３からプリンタヘッドなどの描画装置へと送り込まれる。

キャップ１２の内部には、通気孔１４が設けられており、この通気孔１４を通じてケース１の内部空間と外部空間（大気）とが導通している。通気孔１４には、通気フィルタ１３が取り付けられている。通気フィルタ１３は、通気孔１４を覆うようにキャップ１２の外側の面に貼り付けられている。通気フィルタ１３は、熱融着、接着などにより、キャップ１２に固着される。なお、通気フィルタ１３は、通気孔１４の内部で孔を区切るように配置してもよいが、インク漏洩防止の観点から、ケースに露出している通気孔１４を覆うようにケース内面または外面に配置することが好ましい。

なお、通気フィルタ１３を備えた通気孔１４はケース１に複数設けてもよい。この場合は、複数の通気孔を、インクカートリッジがどのような姿勢におかれても、少なくとも一つの通気孔１４がインクに埋没しないように配置することが好ましい。

通気フィルタ１３には、フッ素樹脂多孔質膜と通気性支持材との積層体が用いられる。この積層体には、少なくとも１層のフッ素樹脂多孔質膜と少なくとも１層の通気性支持材が含まれていればよく、ケースの内部空間（インク収容空間）に面する側がフッ素樹脂多孔質膜であれば、積層数や積層の順序に特に制限はない。

以下、フッ素樹脂多孔質膜と通気性支持材とについて説明する。

フッ素樹脂多孔質膜を構成するフッ素樹脂としては、ＰＴＦＥ、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロプレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体などが挙げられる。特に、ＰＴＦＥ多孔質膜は、通気性、耐インク性、撥水撥油性に優れているため、目詰まりによる通気性の低下を防いだり、インク漏れを長時間防止することができる。

ＰＴＦＥ多孔質膜を製造する方法の一例を以下に説明する。まず、ＰＴＦＥファインパウダーに液状潤滑剤を加えたぺースト状の混和物を予備成形する。液状潤滑剤は、ＰＴＦＥファインパウダーの表面を濡らすことができて、抽出や加熱により除去できるものであれば特に制限されず、例えば、流動パラフィン、ナフサ、ホワイトオイルなどの炭化水素を使用できる。液状潤滑剤の添加量は、ＰＴＦＥファインパウダー１００重量部に対して５〜５０重量部程度が適当である。上記予備成形は、液状潤滑剤が絞り出されない程度の圧力で行う。次に、予備成形体を、ぺ一スト押出や圧延によってシート状に成形し、このＰＴＦＥ成形体を少なくとも一軸方向に延伸してＰＴＦＥ多孔質膜を得る。なお、ＰＴＦＥ成形体の延伸は、液状潤滑剤を除去してから行うことが好ましい。この多孔質膜は、ＰＴＦＥの融点以上の温度で加熱し焼成したものであってもよい。

フッ素樹脂多孔質膜の平均孔径は、大き過ぎると、膜の強度が低下したり、インクカートリッジの内圧の上昇によってインク漏れが発生しやすくなる。このため、フッ素樹脂多孔質膜の平均孔径は、通常５μｍ以下、好ましくは０．０５〜２μｍである。

同様に、フッ素樹脂多孔質膜の膜厚は、薄すぎると、膜の強度が低下したり、インクカートリッジの内圧の上昇によってインク漏れが発生しやすくなる。このため、フッ素樹脂多孔質膜の膜厚は、通常５〜５００μｍ、好ましくは２０〜３００μｍである。

通気性支持材は、材質、構造、形態が特に限定されるものではないが、積層するフッ素樹脂多孔質膜よりも孔径が大きく通気性に優れたものが好ましい。通気性支持材としては、例えば不織布、織布、メッシュ(網目状シート)、その他の多孔質材料を用いることができる。ただし、強度、柔軟性、作業性の観点から不織布が好ましい。さらに、不織布を構成する一部または全部の繊維が芯鞘構造の複合繊維であり、芯成分が鞘成分より相対的に融点が高い合成繊維が好ましい。なお、通気性支持材の材料としては、特に限定されないが、ポリオレフィン(ポリエチレン(ＰＥ)、ポリプロピレン(ＰＰ)など)、ポリアミド、ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)など)、芳香族ポリアミドまたはこれらの複合材を用いることができる。

通気性支持材と積層することにより、通気フィルタの強度を向上させることができる。また、フッ素樹脂多孔質膜よりも孔径が大きく通気性に優れた通気性支持材と積層することにより、通気フィルタの目詰まりによる通気性の低下を抑制することができる。また、熱可塑性樹脂材料の通気性支持材と積層することにより、熱融着性を向上させることができる。

通気性支持材とフッ素樹脂多孔質膜とを含む積層体を製造する方法は、特に限定されず、ただ単に重ね合わせるだけでもよいし、例えば、接着剤ラミネート、熱ラミネートなどの方法を適用してもよい。熱ラミネートにより積層する場合は、加熱により通気性支持材の一部を溶融させて融着する方法や、ホットメルトパウダーを界面に介在させて加熱して接着する方法などを採用できる。

また、通気性支持材とフッ素樹脂多孔質膜との積層の順序は特に制限されず、フッ素樹脂多孔質膜と通気性支持材とを交互に積層してもよく、フッ素樹脂多孔質膜を連続して重ね合わせた層を含んでいてもよい。ＰＴＦＥ多孔質膜などのフッ素樹脂多孔質膜相互を積層する方法も、特に限定されず、ただ単に重ね合わせるだけでも構わないし、成膜時に圧着積層したり、熱融着してもよい。

通気フィルタの積層構造の例を図２および図３に示す。図２に示した通気フィルタは、通気性支持材７とフッ素樹脂多孔質膜８とを１層ずつ積層した積層体である。この通気フィルタは、フッ素樹脂多孔質膜８がインクを収容する空間に面するように配置される。図３に示した通気フィルタは、１層の通気性支持材７を２層のフッ素樹脂多孔質膜を挟持した積層体である。

なお、通気フィルタは、インクカートリッジの内部と外部との圧力差を迅速に解消できる程度の通気性を有することが好ましく、ガーレー数により表示して、２００ｓｅｃ／１００ｍｌ以下（特に６０ｓｅｃ／１００ｍｌ以下）であることが好ましい。ここで、ガーレー数は、ＪＩＳＰ８１１７に規定されているガーレー試験法により定められる。

通気フィルタには、インクの性質に応じ、撥水撥油処理を施してもよい。撥水撥油処理は、フッ素樹脂多孔質膜（フッ素樹脂多孔質膜が２層以上のときは少なくとも１層）に施せばよいが、通気性フィルタ全体に施すこともできる。

撥水撥油処理剤としては、具体的には、各種の含フッ素ポリマーを用いることができる。含フッ素鎖を有する高分子は、繊維の表面に低表面自由エネルギーの皮膜を形成し、撥水撥油効果を発揮する。含フッ素ポリマーとしては、パーフルオロアルキル基を有する高分子が好ましい。パーフルオロアルキル基を有するポリマーとしては、フロラード（住友スリーエム社製）、テックスガード（ダイキン社製）、ユニダイン（ダイキン社製）、スコッチガード（住友スリーエム社製）、アサヒガード（旭硝子社製）などの市販の撥水撥油処理剤を用いることができる。撥水撥油処理は、撥水撥油処理剤への含浸、同処理剤の塗布、スプレーなどにより行えばよい。撥水撥油処理剤の塗布量は、充分な撥水撥油性が得られ、かつフィルタの通気性が妨げられないように調整することが好ましい。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例により制限されるものではない。

（実施例１）
ＰＴＦＥ多孔質膜（厚さ：７０μｍ、気孔率：７５％、平均孔径：０．６μｍ、通気度：８ｓｅｃ／１００ｍｌ）と、ＰＥＴ／ＰＥ芯鞘不織布（ユニチカ社製「エルベスTO303WDO」）とを熱ラミネートにより接合して、図２と同様の構成を有する積層体を作製した。

一方、上記で作製した積層体を通気フィルタとして取り付けた図４に示すカートリッジを得るために、直径２ｃｍ、高さ１２ｃｍの円筒状のプラスチック製ケース５内に市販の水性インク（表面張力３３ｄｙｎｅ／ｃｍ²）６を４ｃｍ²充填した。また、通気孔２４として直径５ｍｍの孔が貫通した、ポリプロピレン製のキャップ２２を用意した。

ＰＴＦＥ多孔質膜とＰＥＴ／ＰＥ芯鞘不織布とからなる積層体を、通気孔２４を覆うようにキャップ２２の外側の面に熱融着して通気フィルタ２３とした。通気フィルタ２３は、ＰＴＦＥ多孔質膜がインク側（ケース内部側）となり、不織布が大気側となるように配置した。

（実施例２）
実施例１と同じＰＴＦＥ多孔質膜と、別のＰＴＦＥ多孔質膜（厚さ：２０μｍ、気孔率：９３％、平均孔径：０．７μｍ、通気度：１ｓｅｃ／１００ｍｌ）とを、実施例１と同じ不織布を介して熱ラミネートにより接合して、図３と同様の構成を有する積層体を作製した。

こうして得た積層体を厚さ２０μｍのＰＴＦＥ多孔質膜がインク側となるように配置した点を除いては、実施例１と同様にして、図４に示したようなカートリッジを得た。

（実施例３）
ユニダインＴＧ−７２５（ダイキン社製）をトルエンで希釈し、固形分５重量％の撥水撥油処理剤を作製した。この処理剤を、実施例１と同じＰＴＦＥ多孔質膜に塗布し、１３０℃で３分間加熱して撥水撥油処理を施したＰＴＦＥ多孔質膜を得た。このＰＴＦＥ多孔質膜を用いた点を除いては、実施例１と同様にして、図４に示したようなカートリッジを得た。

（比較例１）
不織布と積層することなく、単層で、実施例１と同じＰＴＦＥ多孔質膜を通気フィルタとして用いた点を除いては、実施例１と同様にして、図４に示したようなカートリッジを得た。

（比較例２）
実施例１と同様にして作製した積層体を不織布をインク側として配置した点を除いては、実施例１と同様にして、図４に示したようなカートリッジを得た。

上記実施例および比較例により得たカートリッジを、図５に示したように、通気フィルタにインクが接触するように、１回転／２秒で回転させる試験機に投入した。そして、所定回数ごとに試験機を止め、５００，０００回転までフィルタを目視で観察した。結果を表１に示す。

（表１）
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回転数（回数）
100,000 500,000
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実施例１ ○ ×
実施例２ ○ ○
実施例３ ○ ○
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比較例１ × −
比較例２ × −
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表１では、インクのにじみや漏れが観察されなかった場合を○、インクのにじみや漏れが観察された場合を×として表記した。なお、比較例１、２において、インクのにじみは通気フィルタを熱融着により接合した接続部において観察された。

本発明のインクカートリッジの一形態の断面図である。本発明のインクカートリッジに用いる通気フィルタの一形態の断面図である。本発明のインクカートリッジに用いる通気フィルタの別の形態の断面図である。実施例で作製したカートリッジの断面図である。実施例で行ったカートリッジの回転の形態を示す図である。

符号の説明

１，５ケース
２，６インク
３インク供給孔
７通気性支持材
８フッ素樹脂多孔質膜
１１インク注入孔
１２，２２キャップ
１３，２３通気フィルタ
１４、２４通気孔

Claims

インクを収容する空間を有し、通気孔が形成されたケースと、前記通気孔に取り付けられた通気フィルタとを備え、前記通気フィルタが、フッ素樹脂多孔質膜と通気性支持材とをそれぞれ少なくとも１層含む積層体であり、前記フッ素樹脂多孔質膜が前記空間に面するように配置されていることを特徴とするインクカートリッジ。
フッ素樹脂多孔質膜の少なくとも１層に撥水撥油処理が施されている請求項１に記載のインクカートリッジ。
前記通気性支持材は、不織布である請求項１または２に記載のインクカートリッジ。
前記不織布は、芯鞘構造の複合繊維を含み、前記複合繊維は、芯部分が鞘部分よりも融点が高い請求項３に記載のインクカートリッジ。
前記通気性支持材は、熱可塑性樹脂材料からなる請求項１〜３に記載のインクカートリッジ。