JP2011207066A - 液体消費装置および液体収容容器 - Google Patents

Abstract

【課題】液体消費装置側の液体導入口に設けられたフィルターと液体収容容器側の負圧発生部材と間の接触部分に空気が侵入することを抑制可能な技術を提供する。
【解決手段】液体消費装置は、液体収容容器が液体消費装置に装着された際に液体収容容器の液体供給口に備えられた負圧発生部材の露出面に接触し該負圧発生部材の露出面よりも面積の大きな多孔質のフィルターを有する液体導入口と、液体導入口に備えられたフィルターを通じて液体収容容器内から液体を吸引する液体吸引部と、を備える。液体吸引部は、液体の表面張力によってフィルター上に形成されるメニスカスが耐え得る圧力以内で液体の吸引を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体収容容器から液体消費装置に液体を供給する技術に関する。

従来、インクカートリッジからプリンターにインクを供給する方法として、プリンター側のインク導入口に備えられたフィルターに、インクカートリッジのインク供給口に設けられたフォーム（負圧発生部材）を押し当てることでインクを供給する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

しかし、このようなインクの供給方法では、フィルターと負圧発生部材の接触状態やプリンターのインクの吸引力によっては、フィルターと負圧発生部材との境界部分に周囲の空気が侵入して圧力損失が増大し、インクの流れが阻害されてしまう場合があった。このような問題は、プリンターやインクカートリッジに限らず、プリンター以外の液体消費装置やこの液体消費装置に液体を供給する液体収容容器に共通した問題であった。

特開２００５−２０５８９３号公報

上述した問題を踏まえ、本発明が解決しようとする課題は、液体消費装置側の液体導入口に設けられたフィルターと液体収容容器側の負圧発生部材と間の接触部分に空気が侵入することを抑制可能な技術を提供することである。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］液体収容容器が装着される液体消費装置であって、前記液体収容容器が前記液体消費装置に装着された際に前記液体収容容器の液体供給口に備えられた負圧発生部材の露出面に接触し該負圧発生部材の露出面よりも面積の大きな多孔質のフィルターを有する液体導入口と、前記液体導入口に備えられたフィルターを通じて前記液体収容容器内から液体を吸引する液体吸引部と、を備え、前記液体吸引部は、前記液体の表面張力によって前記フィルター上に形成されるメニスカスが耐え得る圧力以内で、前記液体の吸引を行う液体消費装置。

このような構成の液体消費装置では、液体収容容器に備えられた負圧発生部材の露出面に接触するフィルターが、この負圧発生部材の露出面よりも大きな面積を有している。そのため、液体収容容器の負圧発生部材が空気に直接的に接触することを抑制することができる。一般に、フィルター上に形成されるメニスカスが耐え得る圧力は、負圧発生部材に形成されるメニスカスが耐え得る圧力よりも格段に大きいという性質がある。そのため、上記のような構成によって、負圧発生部材が空気に接触することを抑制すれば、メニスカスの耐圧が大きなフィルター側からはもとより、メニスカスの耐圧が小さい負圧発生部材側から負圧発生部材とフィルターとの接触部分に空気が侵入してしまうことを抑制することができる。この結果、フィルターと負圧発生部材との境界部分で圧力損失が増大することを抑制することが可能になる。また、上記構成では、フィルター側が空気に接触しているので、フィルター上に形成されるメニスカスが耐え得る限り、より大きな吸引圧力で液体を吸引することが可能になる。そのため、一度に多くの液体を吸引する場合などにおいても、液体収容容器から液体消費装置にスムーズに液体を供給することが可能になる。

［適用例２］適用例１に記載の液体消費装置であって、前記液体導入口は、前記液体収容容器が前記液体消費装置に装着された際に、前記液体収容容器の筐体の一部と前記液体消費装置の筐体の一部とが密着することで形成される閉空間内に配置され、前記閉空間と大気とを連通する大気連通路を備える液体消費装置。

このような構成であれば、液体導入口が閉空間内に配置された場合であっても、大気連通路から大気を導入することができるので、インクの吸引により閉空間内が負圧になって空気が膨張してしまうことを抑制することができる。よって、負圧発生部材とフィルターとの間に膨張した空気が侵入することを抑制することができる。

［適用例３］適用例２に記載の液体消費装置であって、前記大気連通路は、細管または蛇行した管である液体消費装置。このような構成であれば、閉空間内からの液体の蒸発を抑制することができる。

［適用例４］適用例１に記載の液体消費装置に装着される液体収容容器であって、前記液体を収容する液体収容部と、前記負圧発生部材を有し、該負圧発生部材を通じて前記液体収容部に収容された液体を前記液体消費装置に供給する液体供給口とを備える液体収容容器。本発明は、このような液体収容容器としても適用可能である。

［適用例５］適用例４に記載の液体収容容器であって、前記液体供給口は、前記液体収容容器が前記液体消費装置に装着された際に、前記液体収容容器の筐体の一部と前記液体消費装置の筐体の一部とが密着することで形成される閉空間内に配置され、前記閉空間と大気とを連通する大気連通路を備える液体収容容器。このような構成によっても、適用例２と同様の効果を得ることが可能である。

［適用例６］適用例５に記載の液体収容容器であって、前記大気連通路は、細管または蛇行した管である液体収容容器。このような構成によっても、適用例３と同様の効果を得ることが可能である。

本発明は、上述した液体収容容器や液体消費装置としての構成のほか、例えば、液体収容容器の使用方法や製造方法、液体消費装置の制御方法などとしても構成することができる。

本発明の実施例としてのインクジェットプリンターの概略構成を示す説明図である。 インクカートリッジと印刷ヘッドの接続状態およびこれらの断面構造を示す説明図である。 比較例としてのインクカートリッジと印刷ヘッドとの接続状態を示す説明図である。 比較例におけるフィルターとフォームとの接触部分を図３におけるＡ−Ａ方向から見た図である。 大気連通管をインクカートリッジに設けた例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。
図１は、本発明の実施例としてのインクジェットプリンター１０の概略構成を示す説明図である。液体消費装置としてのインクジェットプリンター１０は、シアン、マゼンタ、イエロー等のインクが収容されたインクカートリッジ５０が装着されるキャリッジ２０と、キャリッジ２０を主走査方向に駆動するキャリッジモーター２５と、印刷用紙ＰＡを副走査方向に搬送する紙送りモーター３０と、キャリッジ２０に搭載され、インクカートリッジ５０から供給されたインクを吐出する印刷ヘッド７０と、印刷ヘッド７０のクリーニングの際に用いられる吸引ポンプ３８と、インクジェットプリンター１０の動作全般を制御する制御ユニット４０と、を備えている。

制御ユニット４０は、所定のインターフェース８５を介して接続されたコンピューター９０等から受信した印刷データに基づいて、キャリッジモーター２５や紙送りモーター３０、印刷ヘッド７０を制御して印刷を行わせる。制御ユニット４０には、操作部８０が接続されており、ユーザからの種々の操作を受け付ける。

本実施例のインクジェットプリンター１０は、印刷ヘッド７０のクリーニングを行う機能を備えている。具体的には、制御ユニット４０は、コンピューター９０や操作部８０を通じてユーザから印刷ヘッド７０のクリーニングの指示を受け付けると、キャリッジモーター２５を駆動してインクカートリッジ５０を吸引ポンプ３８が設置された場所に移動させる。そして、インクカートリッジ５０を吸引ポンプ３８に接続して吸引ポンプ３８を駆動することで、印刷ヘッド７０を通じてインクカートリッジ５０からインクを強制的に吸引する。こうすることで、インクジェットプリンター１０は、印刷ヘッド７０内でのインクの詰まりを解消させることができる。

図２は、インクカートリッジ５０と印刷ヘッド７０の接続状態およびこれらの断面構造を示す説明図である。インクカートリッジ５０の内部は、鉛直方向に設けられた仕切板５１によって、インク室５２とフォーム室５３とに区画されている。インク室５２とフォーム室５３とには、どちらにもインクが収容される。仕切板５１の最下部にはインク連通口５５が設けられており、このインク連通口５５を通じて、インク室５２とフォーム室５３との間でインクが流通可能になっている。フォーム室５３内には、ポリエチレン等によって形成された負圧発生部材としてのフォーム５６が配置されている。フォーム室５３の下部には、フォーム室５３と連通するインク供給口５７が設けられている。インク供給口５７の内側にはフォーム５８が保持されており、このフォーム５８の下面（露出面）を通じて、インクジェットプリンター１０の印刷ヘッド７０にインクが供給される。

印刷ヘッド７０は、インクカートリッジ５０のインク供給口５７からインクを導入するためのインク導入口７１を備えている。このインク導入口７１の上面には、インク供給口５７に設けられたフォーム５８に一部が接触する多孔質の金属製フィルター７２が設けられている。このフィルター７２としては、例えば、ステンレスメッシュやステンレス不織布を用いることができる。本実施例では、フィルター７２の表面積（孔が形成されている部分も含む）は、インク供給口５７に保持されたフォーム５８の露出面の面積よりも大きくなっている。

インク導入口７１は、液体吸引部としてのピエゾ素子７３が設けられたキャビティ７４に通じており、このキャビティ７４の下部にはノズル７５が設けられている。制御ユニット４０によってピエゾ素子７３が駆動されると、キャビティ７４内に貯留されたインクがノズル７５を通じて印刷用紙ＰＡに吐出される。キャビティ７４内からインクが吐出されると、キャビティ７４内が負圧になるため、これにより、インク導入口７１およびフィルター７２を通じて、インクカートリッジ５０のインク供給口５７に備えられたフォーム５８からインクが吸引される。このインクの吸引圧力は、インクの表面張力によってフィルター７２の内面に形成されるメニスカス７６が耐え得る圧力（破壊されない圧力）以内の圧力に設定されている。具体的には、例えば、メニスカス７６が耐え得る圧力が−２５ＫＰａであれば、印刷ヘッド７０によるインクの吸引圧力や、上述した印刷ヘッド７０のクリーニング時において駆動する吸引ポンプ３８の吸引圧力は、−２５ＫＰａ以内に設定される。なお、フォーム５８の下端側面が大気に露出している場合において、この露出部分におけるメニスカス７８の表面張力がフィルター７２の内面におけるメニスカス７６の表面張力よりも小さい場合には、フォーム５８をフィルター７２に強く押し当ててフォーム５８の密度を高めることで、フォーム５８に形成されるメニスカスの耐圧を大きくすることが可能である。

インクカートリッジ５０のインク供給口５７の周囲には、インク供給口５７を囲うように外壁５９が設けられている。この外壁５９の下端には、シールゴム６０が設けられている。この外壁５９とシールゴム６０とは、インクカートリッジ５０がキャリッジ２０に装着された状態において、インクカートリッジ５０のインク供給口５７と印刷ヘッド７０のインク導入口７１との接触状態を適正に保つために設けられている。インクカートリッジ５０がキャリッジ２０に装着されると、インク供給口５７とインク導入口７１とは、これら外壁５９とシールゴム６０とによって形成される閉空間６３内に配置される。この閉空間６３は、印刷ヘッド７０内に設けられた大気連通管７７を通じて外部の大気と連通している。この大気連通管７７は、閉空間６３内のインク供給口５７やインク導入口７１からのインクの蒸発を抑制するために、蛇行した細管状に形成されている。

以上で説明したように、本実施例のインクジェットプリンター１０では、インクカートリッジ５０がキャリッジ２０に装着された状態において、印刷ヘッド７０のインク導入口７１に設けられたフィルター７２に、インクカートリッジ５０のインク供給口５７内のフォーム５８が接触することで、インクカートリッジ５０からインクジェットプリンター１０にインクが供給される。

ここで、本実施例の比較例を、図３および図４を参照して説明する。図３は、本実施例の比較例としてのインクカートリッジ５０ｂと印刷ヘッド７０ｂとの接続状態を示す説明図である。また、図４は、フィルター７２ｂとフォーム５８ｂとの接触部分を図３におけるＡ−Ａ方向から見た図である。これらの図に示す比較例では、インクカートリッジ５０ｂのインク供給口５７ｂに設けられたフォーム５８ｂは、印刷ヘッド７０ｂに設けられたインク導入口７１ｂ上のフィルター７２ｂよりも大きな面積を有しており、更に、フォーム５８ｂとインク導入口７１ｂとの接触部分は、インク供給口５７ｂと、印刷ヘッド７０の表面に設けられたシールゴム６０ｂとによって形成される密閉空間６３ｂ内に配置されている。このような構成において印刷ヘッド７０ｂによってインクが吸引されると、実施例と同様にフィルター７２ｂとフォーム５８ｂとを通じてインクカートリッジ５０内からインクが供給されるが、この比較例では、印刷ヘッド７０ｂのインクの吸引圧力によっては、密閉空間６３ｂ内の圧力が下がって、この密閉空間６３ｂ内の空気が膨張し、メニスカスの耐圧が小さいフォーム５８ｂ側から、フィルター７２ｂとフォーム５８ｂとの接触部分に空気が侵入する場合がある。そうすると、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、徐々に、フォーム５８ｂとフィルター７２ｂとの接触面積（ハッチング部分）が小さくなっていき、圧力損失が増大してしまう。

しかし、本実施例では、図２に示したように、印刷ヘッド７０側のフィルター７２の面積を、インクカートリッジ５０側のフォーム５８の表面積よりも大きくすることで、フォーム５８の露出面が空気に接触することを抑制している。一般に、フィルター７２上に形成されるメニスカスの耐圧は、フォーム５８に形成されるメニスカスの耐圧よりも格段に大きいという性質がある。そのため、本実施例のようにフォーム５８が空気に接触することを抑制すれば、メニスカスの耐圧が大きなフィルター７２側からはもとより、メニスカスの耐圧の低いフォーム５８側から、フォーム５８とフィルター７２との接触部分に、空気が侵入してしまうことを抑制することができる。この結果、フィルター７２とフォーム５８との境界部分で圧力損失が増大することを抑制することが可能になる。また、この境界部分での圧力損失の増大が抑制されれば、印刷時において、ノズル７５側から気泡が引き込まれることが抑制されるので、インクの空打ちを抑制することが可能になる。また、本実施例では、メニスカスの耐圧の大きなフィルター７２側が空気に接触しているので、フィルター７２上に形成されるメニスカス７６が耐え得る限り、より大きな吸引圧力でインクを吸引することが可能になる。そのため、印刷時に限らず、インクのクリーニング時等においてインクを強力に吸引する場合などにおいても、インクカートリッジ５０からインクジェットプリンター１０にスムーズにインクを流すことが可能になる。また、本実施例では、上記のように、フォーム５８の方がフィルター７２よりも小さいため、インクの吸引に伴って、フォーム５８からフィルター７２外に、インク垂れが生じてしまうことを抑制することができる。

更に、本実施例では、大気連通管７７によって閉空間６３内の圧力を大気圧に保つことができるので、比較例のようにインクの吸引によって閉空間６３内の空気が膨張してしまうことが抑制される。そのため、フィルター７２とフォーム５８との接触部分に空気が侵入することを一層抑制することができる。また、例え、閉空間６３内の空気が膨張しても、上記のように、本実施例では、フィルター７２の面積のほうがフォーム５８の露出面の面積よりも大きいため、フィルター７２とフォーム５８との接触部分に空気が侵入することが抑制される。そのため、本実施例の構成から大気連通管７７を省略したとしても、一定の効果を得ることが可能である。

また、本実施例では、印刷ヘッド７０や吸引ポンプ３８によるインクの吸引力を、フィルター７２に形成されるメニスカスが破壊されない圧力以内の圧力に制限したため、フィルター７２からインク導入口７１内に空気が流入することを抑制することができる。そのため、フォーム５８とフィルター７２の接触部分を通じてインクカートリッジ５０からインクジェットプリンター１０にスムーズにインクを供給することができる。

更に、本実施例では、閉空間６３と外部とを結ぶ大気連通管７７を、蛇行した細管によって形成したため、インクジェットプリンター１０の停止時等に、閉空間６３内のフィルター７２やフォーム５８からインクが蒸発してしまうことを抑制することができる。なお、インクの蒸発が抑制可能であれば、大気連通管７７は、蛇行しているだけでもよいし、細管によって形成されているだけでもよい。

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明はこのような実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができる。例えば、図５に示すように、大気連通管７７ｃは、印刷ヘッド７０ｃ内に設けるのではなく、インクカートリッジ５０ｃ側に設けてもよい。こうすることによっても、閉空間６３内からのインクの蒸発を抑制することが可能である。そのほか、上記実施例では、ピエゾ素子７３によってノズル７５からインクを吐出させることとしたが、ノズル７５付近に設けたヒーターによってインクを加熱することでインクを吐出させることとしてもよい。

なお、上記実施例では、本発明をインクカートリッジとインクジェットプリンターとに適用した例を説明したが、本発明は、インク以外の他の液体を噴射したり吐出したりする液体消費装置に用いても良く、また、そのような液体を収容した液体収容容器にも適用可能である。また、本発明の液体収容容器は、微小量の液滴を吐出させる液体噴射ヘッド等を備える各種の液体消費装置に流用可能である。「液滴」とは、上記液体消費装置から吐出される液体の状態をいい、粒状、涙状、糸状に尾を引くものも含むものとする。また、ここでいう「液体」とは、液体消費装置が噴射させることができるような材料であれよい。例えば、物質が液相であるときの状態のものであれば良く、粘性の高い又は低い液状態、ゾル、ゲル水、その他の無機溶剤、有機溶剤、溶液、液状樹脂、液状金属（金属融液）のような流状態、また物質の一状態としての液体のみならず、顔料や金属粒子などの固形物からなる機能材料の粒子が溶媒に溶解、分散または混合されたものなどを含む。また、液体の代表的な例としては上記実施例で説明したようなインクや、液晶等が挙げられる。ここで、インクとは一般的な水性インクおよび油性インク並びにジェルインク、ホットメルトインク等の各種液体組成物を包含するものとする。液体消費装置の具体例としては、例えば、液晶ディスプレイ、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ、面発光ディスプレイ、カラーフィルタの製造などに用いられる電極材や色材などの材料を分散または溶解のかたちで含む液体を噴射する液体消費装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を噴射する液体消費装置、精密ピペットとして用いられ試料となる液体を噴射する液体消費装置であってもよい。さらに、時計やカメラ等の精密機械にピンポイントで潤滑油を噴射する液体消費装置、光通信素子等に用いられる微小半球レンズ（光学レンズ）などを形成するために紫外線硬化樹脂等の透明樹脂液を基板上に噴射する液体消費装置、基板などをエッチングするために酸又はアルカリ等のエッチング液を噴射する液体消費装置を採用してもよい。

１０…インクジェットプリンター
２０…キャリッジ
２５…キャリッジモーター
３０…紙送りモーター
３８…吸引ポンプ
４０…制御ユニット
５０，５０ｂ，５０ｃ…インクカートリッジ
５１…仕切板
５２…インク室
５３…フォーム室
５５…インク連通口
５６…フォーム
５７，５７ｂ…インク供給口
５８，５８ｂ…フォーム
５９…外壁
６０，６０ｂ…シールゴム
６３，６３ｂ…閉空間
７０，７０ｂ，７０ｃ…印刷ヘッド
７１，７１ｂ…インク導入口
７２，７２ｂ…フィルター
７３…ピエゾ素子
７４…キャビティ
７５…ノズル
７６，７８…メニスカス
７７，７７ｂ…大気連通管
８０…操作部
８５…インターフェース
９０…コンピューター

Claims (6)

1. 液体収容容器が装着される液体消費装置であって、
   前記液体収容容器が前記液体消費装置に装着された際に前記液体収容容器の液体供給口に備えられた負圧発生部材の露出面に接触し該負圧発生部材の露出面よりも面積の大きな多孔質のフィルターを有する液体導入口と、
   前記液体導入口に備えられたフィルターを通じて前記液体収容容器内から液体を吸引する液体吸引部と、を備え、
   前記液体吸引部は、前記液体の表面張力によって前記フィルター上に形成されるメニスカスが耐え得る圧力以内で、前記液体の吸引を行う、
   液体消費装置。
2. 請求項１に記載の液体消費装置であって、
   前記液体導入口は、前記液体収容容器が前記液体消費装置に装着された際に、前記液体収容容器の筐体の一部と前記液体消費装置の筐体の一部とが密着することで形成される閉空間内に配置され、
   前記閉空間と大気とを連通する大気連通路を備える液体消費装置。
3. 請求項２に記載の液体消費装置であって、
   前記大気連通路は、細管または蛇行した管である液体消費装置。
4. 請求項１に記載の液体消費装置に装着される液体収容容器であって、
   前記液体を収容する液体収容部と、
   前記負圧発生部材を有し、該負圧発生部材を通じて前記液体収容部に収容された液体を前記液体消費装置に供給する液体供給口と、
   を備える液体収容容器。
5. 請求項４に記載の液体収容容器であって、
   前記液体供給口は、前記液体収容容器が前記液体消費装置に装着された際に、前記液体収容容器の筐体の一部と前記液体消費装置の筐体の一部とが密着することで形成される閉空間内に配置され、
   前記閉空間と大気とを連通する大気連通路を備える液体収容容器。
6. 請求項５に記載の液体収容容器であって、
   前記大気連通路は、細管または蛇行した管である液体収容容器。

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