JP2013151100A - 液体供給システムおよび液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体容器の液体中に空気導入口から空気が導入されて発生する気泡が、液体の流れに乗って噴射ヘッドに侵入することを抑制する。
【解決手段】液体容器内の液体収容室の空気導入口と流出口との間に、液体を通過させるフィルターを設ける。このフィルターの目の最大径φは、液体の表面張力をσ、流出口から噴射ヘッドまでの液体流路の長さをＬ、液体流路の平均内径をＤ、流出口から流出する液体の最大流量をＡとして、φ＜（Ｄ^２πＬσ^２．２０／９６６．２Ａ）^０．４１の関係を満たし、且つ、０＜φ４０μｍの範囲内にあるものとする。こうすれば、フィルターを通過した気泡を、噴射ヘッドに到達する前に液体流路内で自己圧壊により消滅させることができるので、噴射ヘッドへの気泡の侵入を抑制することが可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、液体供給システムおよび液体噴射装置に関する。

液体噴射装置の一例として、インクなどの液体を噴射ヘッドから噴射することで画像等
を印刷する、いわゆるインクジェットプリンターが知られている。噴射ヘッドから噴射さ
れる液体は、インクタンクなどの専用の液体容器に収容されており、この液体容器から噴
射ヘッドに液体が供給される。液体容器と噴射ヘッドとを単純に接続チューブ等で接続す
る場合には、液体容器内の液面よりも噴射ヘッドが低い位置にあると、水頭圧によって噴
射ヘッドから液体が漏れ出てしまうことがある。このため、液体容器内の液面よりも噴射
ヘッドの位置を高くしておく必要があり、液体容器の形状や噴射ヘッドに対する配置が制
約される。

そこで、「マリオットの瓶」の原理を利用して、液体容器内の液面よりも低い位置に噴
射ヘッドを配置しても噴射ヘッドから液体が漏れ出ない液体容器が提案されている（特許
文献１）。この液体容器では、上部が大気に開放されていない代わりに、大気開放通路を
介して大気と連通する空気導入口が液体容器の底部に開口している。液体容器の流出口か
ら液体が流出すると、上部が密閉された状態の液体容器では内部圧力が低下する（負圧が
増大する）ので、空気導入口から液体中に空気（気泡）が流入して液体容器内の負圧が解
除される。これを繰り返しながら、液体容器内の液体が流出口から一定の流量で流出する
。このような液体容器では、大気圧がかかる空気導入口に対する噴射ヘッドの高さによっ
て水頭圧が決まるので、空気導入口よりも噴射ヘッドの位置を高く設定しておけば、液体
容器内の液面の高さに関係なく、水頭圧で噴射ヘッドから液体が漏れ出ることを防止でき
る。

特開２０１１−２４０７０５号公報

しかし、こうしたマリオットの瓶の原理を利用した液体容器からインクジェットプリン
ターなどの液体噴射装置に液体を供給すると、噴射ヘッドから液体が適切に噴射されない
不具合（いわゆるドット抜け）が発生することがあるという問題があった。これは、次の
ような理由によるものである。先ず、空気導入口から液体容器の液体中に気泡が流入する
際には、液体と空気との界面が空気導入口を覆い、この界面が大気開放通路内の空気から
引きちぎられて気泡化することによって、空気導入口の径に応じた大きさの通常の気泡と
、この通常の気泡に比べて遥かに小さいマイクロバブルと呼ばれる微小な気泡が発生する
。また、通常の気泡が浮力で浮き上がり、液体容器内の液面で泡が重なり合って弾ける際
にも液体中にマイクロバブルが発生する。こうしたマイクロバブルは浮力が小さく、液体
の流れの影響を受け易いので、流出口から流出する液体の流れに乗ってマイクロバブルが
噴射ヘッドに入り込んでしまうと、噴射ヘッドから液体が適切に噴射されずドット抜けが
生じる。

この発明は、従来の技術が有する上述した課題を解決するためになされたものであり、
液体容器の液体中に空気導入口から空気が導入されて発生する気泡が液体の流れに乗って
噴射ヘッドに侵入することを抑制可能な技術の提供を目的とする。

上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の液体容器は次の構成を採用
した。すなわち、
噴射ヘッドから液体を噴射する液体噴射装置に供給される前記液体を収容する液体容器
と、前記液体容器から前記噴射ヘッドに向けて前記液体が流れる液体流路とを有する液体
供給システムであって、
前記液体容器は、
前記液体を収容可能な液体収容室と、
前記液体流路が接続され、前記液体収容室内の液体が流出する流出口と、
前記液体収容室を大気と連通させる空気通路と、
前記液体収容室の液体中に前記空気通路から空気を導入する空気導入口と、
前記液体収容室内に設けられ、該液体収容室内の液体を前記空気導入口側から前記流
出口側に通過させるフィルターと
を備え、
前記フィルターは、
前記フィルターの目の最大径φが、０＜φ≦４０μｍの範囲内にあり、且つ、
前記液体の２３℃における表面張力をσ、
前記流出口から前記噴射ヘッドまでの前記液体流路の長さをＬ、
前記液体流路の平均内径をＤ、
前記流出口から流出する前記液体の最大流量をＡ
としたときに、
φ＜（Ｄ^２πＬσ^２．２０／９６６．２Ａ）^０．４１
の関係を満たしていることを要旨とする。

このような本発明の液体供給システムでは、液体収容室の液体が流出口から液体噴射装
置の噴射ヘッドに向けて流出することにより液体収容室内の圧力が低下すると、大気と連
通する空気通路を通って供給される空気が空気導入口から液体収容室の液体中に気泡とな
って流入する。また、液体収容室内には、液体を空気導入口側から流出口側に通過させる
フィルターが設けられている。このフィルターの目の最大径φは、０＜φ４０μｍの範囲
内にあり、且つ、φ＜（Ｄ^２πＬσ^２．２０／９６６．２Ａ）^０．４１の関係を満たして
いる。尚、σは液体の２３℃における表面張力、Ｌは流出口から噴射ヘッドまでの液体流
路の長さ、Ｄは液体流路の平均内径、Ａは流出口から流出する液体の最大流量を表すもの
とする。

空気通路の空気が空気導入口から液体収容室の液体中に気泡となって流入する際には、
空気導入口の径に応じた大きさの通常の気泡の他に、通常の気泡に比べて遥かに小さい（
直径が数十μｍ程度の）マイクロバブルと呼ばれる微小な気泡が発生する。こうしたマイ
クロバブルは、流出口から流出する液体の流れに乗って噴射ヘッドに入り込むと、噴射ヘ
ッドから液体が適切に噴射されない不具合の原因となる。そこで、液体収容室の空気導入
口と流出口との間にフィルターを設けておけば、液体を通過させながら、マイクロバブル
が流出口に向かうことを抑制することができる。

また、特に直径が４０μｍ以下のマイクロバブルでは、時間の経過とともに縮小して自
然に消滅する現象（自己圧壊）が見られる。詳しくは後述するが、直径Ｒのマイクロバブ
ルが自己圧壊で消滅するまでの時間Ｔ１は、Ｔ１＝２４１．５５Ｒ^２．４１／σ^２．２０
と表すことができる。一方、流出口から流出する液体の流れに乗ってマイクロバブルが噴
射ヘッドに到達するまでの時間Ｔ２は、Ｔ２＝Ｄ^２πＬ／４Ａと表すことができる。そし
て、フィルターを通過したマイクロバブルの直径Ｒはフィルターの目の最大径φよりも小
さくなっていることから、フィルターを通過したマイクロバブル（最大で直径φ）が自己
圧壊で消滅するまでの時間Ｔ１が、流出口から流出したマイクロバブルが噴射ヘッドに到
達するまでの時間Ｔ２よりも短ければ（Ｔ１＜Ｔ２）、流出口から流出したマイクロバブ
ルは、噴射ヘッドに到達する前に液体流路内で自己圧壊により消滅することになる。つま
り、上記のＴ１およびＴ２の各々の関係式を、Ｔ１＜Ｔ２に代入することにより得られる
φ＜（Ｄ^２πＬσ^２．２０／９６６．２Ａ）^０．４１の関係を満たし、且つ、０＜φ≦４
０μｍの範囲内となるように、適切な目の大きさ（最大径φ）のフィルターを設置するこ
とによって、フィルターを通過したマイクロバブルが噴射ヘッドに到達することを抑制す
ることができ、結果として、マイクロバブルの侵入に起因して噴射ヘッドから液体が適切
に噴射されない不具合を防止することができる。

上述した本発明の液体供給システムでは、液体収容室内のフィルターを疎水性の材料を
用いて形成してもよい。

疎水性の材料で形成されたフィルターの表面は、水溶性の液体で濡れ難く、親水性のフ
ィルターに比べて液体中の気泡（空気）との親和性が高いので、フィルターによる気泡（
マイクロバブル）の捕捉力を向上させ、気泡が流出口に向かうことを抑制するのに好適で
ある。

また、こうした本発明の液体供給システムでは、液体流路の途中に、液体の通過方向に
直交する面で切断した断面積が一端で増加し他端で減少する拡幅部を設けてもよい。

液体流路を一定の流量で流れる液体の流速は、液体流路の断面積が増加することにより
遅くなる（例えば、液体流路の断面積が２倍になると、液体の流速は１／２となる）。ま
た、液体流路を流れる液体の流速は、液体流路の断面の中心で最も速く、中心から外れて
液体流路の内壁に近いほど遅くなる傾向にある。従って、液体流路の途中に拡幅部を設け
ておけば、この拡幅部では、液体の流速が拡幅部に入る直前よりも遅くなるので、液体の
流れに乗って移動するマイクロバブルに浮力が働き易くなる。そして、液体流路の中心部
を流れていたマイクロバブルが浮き上がって液体流路の内壁に近づくと、中心部よりもマ
イクロバブルの移動速度が遅くなる。これにより、マイクロバブルが噴射ヘッドに到達す
るまでの時間を遅らせることができるので、噴射ヘッドに到達する前にマイクロバブルを
自己圧壊で消滅させるのに好適である。

また、本発明は、上述した本発明の何れかの液体供給システムを備える液体噴射装置の
態様で把握することもできる。

このような本発明の液体噴射装置では、液体収容室で発生するマイクロバブルが液体の
流れに乗って噴射ヘッドに侵入することが抑制されるので、マイクロバブルの侵入に起因
して噴射ヘッドから液体が適切に噴射されない不具合を防止することができる。

いわゆるインクジェットプリンターを例として本実施例の液体噴射装置の大まかな構成を示した説明図である。 インクジェットプリンターの大まかな内部構造を示した説明図である。 インクタンクにインクを充填するために、インクジェットプリンターからタンクケースを取り外した状態を示した説明図である。 タンクケース内に設けられたインクタンクの構成を示した断面図である。 空気室の空気が連絡通路を通って空気導入口からインク室のインク中に気泡となって流入する様子を示した説明図である。 マイクロバブルが自己圧壊する過程を示した説明図である。 純水中における空気の気泡の直径と、その気泡が自己圧壊により消滅するまでの時間との関係を示したグラフである。 気泡の内外の圧力差と、気泡が自己圧壊するまでの時間との関係を示したグラフである。 気泡の直径と、気泡の自己圧壊までの時間との関係を、表面張力の大きさを変えて比較したグラフである。 近似式の係数と、表面張力との関係を示したグラフである。 変形例の接続チューブをインクの通過方向に沿って切断した断面図である。

以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施
例を説明する。
Ａ．インクジェットプリンターの構成：
Ｂ．インクタンクの構成：
Ｃ．インク室で発生する気泡：
Ｄ．フィルターの目の大きさ：
Ｅ．変形例：

Ａ．インクジェットプリンターの構成 ：
図１は、いわゆるインクジェットプリンターを例として本実施例の液体噴射装置の大ま
かな構成を示した説明図である。図示したインクジェットプリンター１０は、略箱形の外
観形状をしており、前面のほぼ中央には前面カバー１１が設けられ、その左隣には複数の
操作ボタン１５が設けられている。前面カバー１１は下端側で軸支されており、上端側を
手前に倒すと、印刷媒体としての印刷用紙２が排出される細長い排紙口１２が現れる。ま
た、インクジェットプリンター１０の背面側には、図示しない給紙トレイが設けられてお
り、給紙トレイに印刷用紙２をセットして操作ボタン１５を操作すると、給紙トレイから
供給された印刷用紙２が所定量ずつ紙送りされて、内部で印刷用紙２の表面に画像等が印
刷された後、排紙口１２から印刷用紙２が排出されるようになっている。

また、インクジェットプリンター１０の上面側には上面カバー１４が設けられている。
上面カバー１４は、奥側で軸支されており、手前側を持ち上げて上面カバー１４を開くと
、インクジェットプリンター１０の内部の状態を確認したり、あるいはインクジェットプ
リンター１０の修理などを行ったりすることが可能となっている。

さらに、インクジェットプリンター１０の図中の左側面には、箱形形状のタンクケース
１００が設けられている。タンクケース１００の内部には４つのインクタンク１０２が設
けられており、これらインクタンク１０２に収容されているインクがインクジェットプリ
ンター１０に供給されて印刷に用いられるようになっている。本実施例のインクジェット
プリンター１０では、シアン色、マゼンタ色、イエロー色、黒色の４種類のインクを用い
てカラー画像を印刷可能であり、インクの種類毎にインクタンク１０２が設けられている
。尚、タンクケース１００の側面（インクジェットプリンター１０から遠い側の面）には
、確認窓１４０が設けられており、タンクケース１００内に設けられた４つのインクタン
ク１０２を目視可能となっている。また、インクタンク１０２は透明あるいは半透明な樹
脂材料で形成されているため、インクタンク１０２内のインクの残量を目視によって確認
することができる。

図２は、インクジェットプリンター１０の大まかな内部構造を示した説明図である。図
示されているように、インクジェットプリンター１０の内部には、印刷用紙２上で往復動
するキャリッジ２０が設けられている。キャリッジ２０の底面側（印刷用紙２を向いた側
）には、複数の噴射ノズルが形成された噴射ヘッド２２が搭載されており、噴射ノズルか
ら印刷用紙２に向かってインクが噴射される。本実施例のインクジェットプリンター１０
では、シアン色、マゼンタ色、イエロー色、黒色の４種類のインクを用いることから、キ
ャリッジ２０に搭載された噴射ヘッド２２には、インクの種類毎に噴射ノズルが設けられ
ている。

キャリッジ２０は、図示しない駆動機構によって駆動されて、ガイドレール２８にガイ
ドされながら印刷用紙２上で往復動を繰り返す。また、インクジェットプリンター１０に
は、印刷用紙２を紙送りするための図示しない紙送機構も設けられており、キャリッジ２
０が往復動する動きに合わせて印刷用紙２が少しずつ紙送りされていく。そして、キャリ
ッジ２０が往復動する動きと、印刷用紙２が紙送りされる動きとに合わせて、噴射ヘッド
２２の噴射ノズルからインクを噴射することによって、印刷用紙２に画像等が印刷される
。

噴射ヘッド２２の噴射ノズルから噴射される４種類のインク（シアン色、マゼンタ色、
イエロー色、黒色）は、タンクケース１００内に設けられた４つのインクタンク１０２に
それぞれ収容されている。各インクタンク１０２内のインクは、インクの種類毎に設けら
れた接続チューブ１０４を介して、キャリッジ２０の噴射ヘッド２２に供給される。尚、
インクタンク１０２の詳細な構成については、後ほど別図を用いて説明する。また、本実
施例のインクタンク１０２は、本発明の「液体容器」に相当し、本実施例のインクタンク
１０２および接続チューブ１０４は、本発明の「液体供給システム」に相当している。

また、キャリッジ２０をガイドレール２８に沿って印刷用紙２の外側まで移動させた位
置には、ホームポジションと呼ばれる領域が設けられている。ホームポジションには、キ
ャップ３０が設けられており、このキャップ３０は図示しない昇降機構によって上下方向
に移動可能となっている。インクジェットプリンター１０が画像等を印刷していない間は
、キャリッジ２０をホームポジションに移動させて、キャップ３０を上昇させると、キャ
ップ３０が噴射ヘッド２２の底面側に押し当てられて噴射ノズルを覆うように閉空間が形
成されるので、噴射ヘッド２２内のインクが乾燥することを防止できる。また、キャップ
３０には、吸引チューブ３２を介して吸引ポンプ３４が接続されており、噴射ヘッド２２
の底面側にキャップ３０を押し当てた状態で吸引ポンプ３４を作動させることで、噴射ヘ
ッド２２へのインクの初期充填を行ったり、噴射ヘッド２２内の劣化したインク（乾燥し
て増粘したインクなど）を吸い出したりすることも可能である。

更に、インクジェットプリンター１０の内部には、インクジェットプリンター１０の全
体の動作を制御する制御部４０が搭載されている。キャリッジ２０を往復動させる動作や
、印刷用紙２を紙送りする動作や、噴射ノズルからインクを噴射する動作や、正常に印刷
可能なようにメンテナンスを実行する動作などは、全て制御部４０によって制御されてい
る。

図３は、インクタンク１０２にインクを充填するために、インクジェットプリンター１
０からタンクケース１００を取り外した状態を示した説明図である。本実施例のインクタ
ンク１０２を収納するタンクケース１００は、インクジェットプリンター１０の側面に設
けられた台座１５０に対して着脱可能に構成されており、台座１５０に取り付けられる側
の面（取付面）が開放されている。また、タンクケース１００は、台座１５０に取り付け
られた状態で上面側を覆う上蓋カバー１４６が、台座１５０から遠い側の端部で回動可能
に軸支されている。タンクケース１００を台座１５０から取り外して取付面が上方を向く
ようにタンクケース１００を倒すと、各インクタンク１０２に設けられた注入口１２４の
開口面が鉛直上方を向くとともに、上蓋カバー１４６が水平方向に回動した状態となる。
この状態でインクタンク１０２の注入口１２４を開栓してインクの充填を行う。

インクタンク１０２にインクを充填したら、注入口１２４を密栓した後、タンクケース
１００を起こして台座１５０に取り付ける。タンクケース１００の取付面には、２箇所に
フック１４８が立設されており、また、台座１５０には、フック１４８に対応する位置に
引掛部１５２が設けられている。タンクケース１００を持ち上げてフック１４８の位置と
引掛部１５２の位置とを合わせ、タンクケース１００を設置面に降ろすと、フック１４８
と引掛部１５２とが係合してタンクケース１００が台座１５０に取り付けられた状態とな
る。一方、タンクケース１００を台座１５０から取り外す際には、タンクケース１００を
上方に持ち上げることによって、容易にフック１４８と引掛部１５２との係合を解くこと
ができる。

Ｂ．インクタンクの構成 ：
図４は、タンクケース１００内に設けられたインクタンク１０２の構成を示した断面図
である。図４には、タンクケース１００が台座１５０に取り付けられており、インクタン
ク１０２内のインクをインクジェットプリンター１０に供給している状態（使用状態）が
示されている。図示されているように、インクタンク１０２の内部には、隔壁１１２によ
って仕切られた空気室１１４とインク室１１６とが隣り合わせて設けられている。これら
空気室１１４およびインク室１１６は、連絡通路１１８によって空気室１１４の底部とイ
ンク室１１６の底部とが連通している。尚、本実施例のインク室１１６は、本発明の「液
体収容室」に相当しており、本実施例の空気室１１４および連絡通路１１８は、本発明の
「空気通路」に相当している。

空気室１１４は、隔壁１１２と向き合う側壁の上部に大気開放口１２２が設けられてお
り、大気に開放されているので、空気室１１４内は大気圧となっている。一方、インクを
収容するインク室１１６の上部は、大気開放されておらず、密閉された状態となっている
。インク室１１６内のインクには重力がかかっており、液面１１６Ｌが下がろうとすると
、インク室１１６の上部の空気相では体積が増大することになるので、圧力が大気圧より
も小さくなる（負圧になる）。この負圧とインクによる圧力（水圧）とを足し合わせた圧
力が空気室１１４の大気圧と釣り合うことによって、インク室１１６のインクが空気室１
１４に流れ込まないようになっている。

また、インク室１１６の底部には、流出口１２８が設けられており、この流出口１２８
は、出口通路１３０を介して接続チューブ１０４と接続されている。インクジェットプリ
ンター１０でインクが消費されて流出口１２８からインクが流出すると、インク室１１６
内では液面１１６Ｌが下がって空気相の圧力が低下する（負圧が増大する）。すると、イ
ンク室１１６と空気室１１４との圧力の釣り合いが崩れるので、空気室１１４から引き込
まれた空気が連絡通路１１８を通り、インク室１１６の底部に開口する空気導入口１２０
からインク中に気泡となって流入する。これにより、インク室１１６の圧力が上昇する（
負圧が緩和される）ことから、インク室１１６と空気室１１４とで圧力が再び釣り合う。
尚、本実施例の出口通路１３０および接続チューブ１０４は、本発明の「液体流路」に相
当している。

このような構成のインクタンク１０２では、「マリオットの瓶」の原理により、大気圧
がかかる空気導入口１２０と噴射ヘッド２２との高さの差によって水頭圧が決まり、イン
ク室１１６内の液面１１６Ｌの高さとは関係なく、空気導入口１２０の位置を噴射ヘッド
２２よりも低く設定しておけば、水頭圧によって噴射ヘッド２２の噴射ノズルからインク
が漏れ出ることはない。本実施例のインクジェットプリンター１０では、噴射ノズルから
インクを噴射した際に噴射ヘッド２２内に発生する負圧によってインク室１１６のインク
を吸い上げるようになっており、噴射ヘッド２２の負圧に応じた一定の流量で流出口１２
８からインクが供給される。

また、インク室１１６の内部には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの疎
水性材料を用いて形成されたフィルター１３２が設けられており、このフィルター１３２
によって、インク室１１６が空気導入口１２０側と流出口１２８側とに二分されている。
フィルター１３２はインクを通過させ、流出口１２８からインクが流出すると、空気導入
口１２０側のインクがフィルター１３２を通って流出口１２８側に移動するので、フィル
ター１３２を境に空気導入口１２０側と流出口１２８側とで液面１１６Ｌの高さが異なる
ことはない。尚、インク室１１６内のフィルター１３２の役割については後ほど詳しく説
明する。

さらに、インク室１１６の上部には、空気室１１４よりも一段高く形成された部分があ
り、この部分の空気室１１４側の側壁には、注入口１２４が開口面を水平方向に向けて設
けられている。図４に示した使用状態では、注入口１２４は栓部材１２６によって密栓さ
れており、インク室１１６の上部（空気相）は密閉状態となっている。図３を用いて前述
したように、インクタンク１０２にインクを充填する際には、注入口１２４の開口面が鉛
直上方を向くようにタンクケース１００を倒して行う。この倒した状態では、空気室１１
４がインク室１１６の上方に位置することになり、注入口１２４の栓部材１２６を外して
インク室１１６にインクを充填しても、空気室１１４にインクが流れ込むことはない。ま
た、インクタンク１０２を倒した状態でインク室１１６に規定量のインクを充填した際の
インクの液面１１６Ｌは、噴射ヘッド２２よりも低い位置に設定されているので、インク
の充填中に水頭圧によって噴射ヘッド２２の噴射ノズルからインクが漏れ出ることもない
。そして、インクを充填したら、注入口１２４を栓部材１２６で密栓した後、タンクケー
ス１００を起こして台座１５０に取り付けると、図４に示したように、インク室１１６と
空気室１１４とで圧力が釣り合った状態となる。

以上のように、マリオットの瓶の原理を利用したインクタンク１０２では、流出口１２
８からのインクの流出に伴って空気室１１４の空気が連絡通路１１８を通って空気導入口
１２０からインク室１１６のインク中に気泡となって流入することにより、インク室１１
６内のインクの液面１１６Ｌの高さに関係なく、噴射ヘッド２２の負圧に応じた一定の流
量で流出口１２８からインクが供給される。その結果、インクジェットプリンター１０の
噴射ヘッド２２から正確な分量のインクを噴射することが可能となる。また、本実施例の
インクタンク１０２では、インク室１１６の空気導入口１２０と流出口１２８との間にフ
ィルター１３２を設けて、このフィルター１３２の目の大きさを適切に設定しておくこと
によって、インク室１１６内で発生する気泡が噴射ヘッド２２に侵入することを抑制でき
、結果として、気泡の侵入に起因して噴射ヘッド２２から液体が適切に噴射されない不具
合（いわゆるドット抜け）を防止することが可能となっている。以下では、この点につい
て詳しく説明するが、その準備として、先ずインク室１１６内で発生する気泡について説
明する。

Ｃ．インク室で発生する気泡 ：
図５は、空気室１１４の空気が連絡通路１１８を通って空気導入口１２０からインク室
１１６のインク中に気泡となって流入する様子を示した説明図である。図５に示したイン
クタンク１０２では、インク室１１６の底面に空気導入口１２０が鉛直上方を向いて開口
しており、インク室１１６のインクが空気導入口１２０から連絡通路１１８に流入して連
絡通路１１８内でインクと空気との界面１１８Ｌが形成される。前述したように、流出口
１２８からインクが流出すると、インク室１１６内のインクの液面１１６Ｌが下がること
によってインク室１１６の上部の空気相の圧力が低下（負圧が増大）するので、インク室
１１６の圧力が全体として低下し、図５（ａ）に示すように、連絡通路１１８内のインク
と空気との界面１１８Ｌはインク室１１６側に引き寄せられる。

インク室１１６の圧力が低下していくと、図５（ｂ）に示すように、インクと空気との
界面１１８Ｌが空気導入口１２０の全体を覆った状態となる。この状態からインク室１１
６の圧力がさらに低下すると、図４（ｃ）に示すように、界面１１８Ｌが連絡通路１１８
内の空気から引きちぎられるように気泡化し、空気導入口１２０の口径に応じた大きさの
通常の気泡（以下、通常気泡と呼ぶ）と、通常気泡に比べて遥かに小さく直径が数十μｍ
程度の微小な気泡（以下、マイクロバブルと呼ぶ）とが発生する。

インク室１１６のインク中に気泡が流入することによって、インクの液面１１６Ｌが上
がりインク室１１６の空気相の圧力が上昇（負圧が減少）するので、インク室１１６の全
体の圧力も上昇（復元）する。また、インク室１１６に気泡が流入するのと同時に、イン
ク室１１６のインクが空気導入口１２０から連絡通路１１８に流入し、図５（ｄ）に示す
ように、連絡通路１１８内にインクと空気との界面１１８Ｌが再び形成される。そして、
流出口１２８からインクが流出することによって再びインク室１１６の圧力が低下すると
、図５（ａ）に示したように、界面１１８Ｌがインク室１１６側に引き寄せられる。

また、このようにして周期的にインク室１１６のインク中に発生する通常気泡には浮力
がはたらき、通常気泡が浮き上がることにより、インク室１１６内のインクの液面１１６
Ｌに泡が発生する（図４参照）。そして、こうした泡が液面１１６Ｌで重なり合うなどし
て弾けると、インク中（液面１１６Ｌよりも下方）に微小な気泡（マイクロバブル）が発
生する。

以上のように、マリオットの瓶の原理を利用したインクタンク１０２では、空気が空気
導入口１２０からインク室１１６のインク中に流入して通常気泡が発生すると同時に、マ
イクロバブルが発生する。また、通常気泡が浮力で浮き上がってインクの液面１１６Ｌで
泡が弾ける際にもインク中にマイクロバブルが発生する。こうしたマイクロバブルは、通
常気泡に比べて浮力が小さく、インク室１１６内のインクの流れの影響を受け易いという
特性がある。そして、流出口１２８から流出するインクの流れに乗ってマイクロバブルが
噴射ヘッド２２に入り込むと、噴射ヘッド２２の噴射ノズルからインクが適切に噴射され
なくなってしまい、いわゆるドット抜けが生じる。

そこで、本実施例のインクタンク１０２では、インク室１１６の空気導入口１２０と流
出口１２８との間にフィルター１３２を設けることにより、インクは通過可能としながら
、通常気泡やマイクロバブルが流出口１２８に向かうことを抑制している。前述したよう
に、フィルター１３２は疎水性材料を用いて形成されており、これにより、フィルター１
３２の表面はインクで濡れ難く、インク中の気泡（空気）との親和性が増すので、気泡（
マイクロバブル）の捕捉を向上させるのに好適である。尚、このようにフィルター１３２
の表面でマイクロバブルを捕捉すると、複数が重なり合って大きな気泡に成長することに
より浮力がはたらくようになるので、浮き上がらせることができる。また、特に直径が４
０μｍ以下のマイクロバブルは、時間の経過とともに縮小して自然に消滅すること（自己
圧壊）が知られており、フィルター１３２の目の大きさを次のように適切に設定しておく
ことによって、マイクロバブルがフィルター１３２を通過したとしても、通過したマイク
ロバブルが噴射ヘッド２２に侵入することを防止可能となっている。

Ｄ．フィルターの目の大きさ ：
図６は、マイクロバブルが自己圧壊する過程を示した説明図である。先ず、図６（ａ）
には、２３℃の純水中における空気の気泡の大きさ（直径）の時間変化を測定した結果が
示されている。図示されているように、直径４０μｍの気泡（マイクロバブル）は、時間
の経過とともに縮小していき、所定時間（１２７ｓ）が経過すると消滅する。

図６（ｂ）に示すように、気泡は気液界面で取り囲まれており、この気液界面には表面
張力が作用する。表面張力は、表面積を小さくしようと働く力であり、気泡内部の気体を
加圧するように作用する。ここで、表面張力による気泡の内圧と外圧との圧力差ΔＰは、
表面張力をσ、気泡の直径をＲとして、
ΔＰ＝４σ／Ｒ （ヤング・ラプラスの式）
で表すことができる。つまり、気泡の内圧は気泡の大きさに反比例する。

表面張力によって気泡内の気体の圧力が上昇すると、ヘンリーの法則に従って気体は周
囲の液体に溶解し易くなる。そして、気液界面で気体が液体に溶解することによって気泡
が縮小すると、上述のヤング・ラプラスの式で表されるように気泡内の気体の圧力がさら
に上昇する。これを繰り返すことによって気泡はどんどん縮小していき、最終的には気体
が液体に完全に溶解して気泡が消滅する。

図７は、純水中における空気の気泡の直径Ｒと、その気泡が自己圧壊により消滅するま
での時間Ｔ１との関係を示したグラフである。この図７のグラフは、図６（ａ）のグラフ
から気泡の大きさ（直径Ｒ）毎に自己圧壊までの時間Ｔ１を読み取ってグラフ化したもの
である。当然のことながら、気泡の直径Ｒが大きいほど、自己圧壊までに要する時間Ｔ１
は長くなる。また、図７のグラフは、純水中の気泡が自己圧壊する場合であり、インク中
の気泡とは異なっている。すなわち、インクには、印刷用紙などへの浸透を高めるために
、界面活性剤が含まれているのが一般的であり、インクの表面張力は純水に比べて小さく
なっている。そのため、インク中では、純水中に比べて気泡内の気体が表面張力によって
加圧され難く、気泡が自己圧壊するまでに要する時間が長くなる。

ここで、２３℃の純水の表面張力σは７３ｍＮ／ｍであり、前述したヤング・ラプラス
の式を用いると、気泡の直径Ｒから、気泡の内圧と外圧との圧力差ΔＰ（＝４σ／Ｒ）を
計算することができる。例えば、純水中の気泡の直径Ｒが４０μｍであれば圧力差ΔＰは
０．０７ｋｇｆ／ｃｍ^２であり、純水中の気泡の直径Ｒが２０μｍであれば圧力差ΔＰは
０．１５ｋｇｆ／ｃｍ^２である。

図８は、気泡の内外の圧力差ΔＰと、気泡が自己圧壊するまでの時間Ｔ１との関係を示
したグラフである。この図８のグラフは、ヤング・ラプラスの式を用いて、図７のグラフ
における気泡の直径Ｒを、気泡の内外の圧力差ΔＰに変換したものである。図８のグラフ
から明らかなように、気泡が自己圧壊で消滅する直前には、気泡内の気体（空気）の圧力
が急激に高まる。また、図８のグラフにおいて、気泡の自己圧壊までの時間Ｔ１（ｙ軸）
を、気泡の内外の圧力差ΔＰ（ｘ軸）の関数として、近似式を求めると、
Ｔ１＝０．２２７１／ΔＰ^２．４１ 近似式（１）
と表すことができる。

上記の近似式（１）を用いて、気泡の内外の圧力差ΔＰと、気泡の自己圧壊までの時間
Ｔ１との関係を、表面張力σが３０ｍＮ／ｍの場合、４０ｍＮ／ｍの場合、５０ｍＮ／ｍ
の場合のそれぞれに適用し、さらに再びヤング・ラプラスの式を用いて、先程とは逆に気
泡の内外の圧力差ΔＰを、気泡の直径Ｒ（＝４σ／ΔＰ）に変換すれば、それぞれの表面
張力σにおける気泡の直径Ｒと、気泡の自己圧壊までの時間Ｔ１との関係を求めることが
できる。

図９は、気泡の直径Ｒと、気泡の自己圧壊までの時間Ｔ１との関係を、表面張力σを変
えて比較したグラフである。図９のグラフには、表面張力σ＝３０ｍＮ／ｍの場合が破線
で示され、σ＝４０ｍＮ／ｍの場合が一点鎖線で示され、σ＝５０ｍＮ／ｍの場合が二点
鎖線で示されている。また、図７に示した純水（σ＝７３ｍＮ／ｍ）の場合が実線で示さ
れている。前述したように表面張力σが小さくなると、気泡内の気体が加圧され難くなる
ので、気泡の直径Ｒが同じであっても、表面張力σが小さいほど、気泡が自己圧壊するま
での時間Ｔ１が長くなっている。また、図９のグラフにおいて、気泡の自己圧壊までの時
間Ｔ１（ｙ軸）を、気泡の直径Ｒ（ｘ軸）の関数として、それぞれの表面張力σについて
近似式を求めると、
（σ＝３０ｍＮ／ｍ） Ｔ１＝０．１４Ｒ^２．４１ 近似式（２）
（σ＝４０ｍＮ／ｍ） Ｔ１＝０．０７Ｒ^２．４１ 近似式（３）
（σ＝５０ｍＮ／ｍ） Ｔ１＝０．０４Ｒ^２．４１ 近似式（４）
（σ＝７３ｍＮ／ｍ） Ｔ１＝０．０２Ｒ^２．４１ 近似式（５）
と表すことができる。

図１０は、近似式（２）〜（５）の係数Ｋと、表面張力σとの関係を示したグラフであ
る。図１０のグラフにおいて、近似式（２）〜（５）の係数Ｋ（ｙ軸）を、表面張力σ（
ｘ軸）の関数として、近似式を求めると、
Ｋ＝２４１．５５／σ^２．２０ 近似式（６）
と表すことができる。そして、近似式（６）を近似式（２）〜（５）の係数として代入す
ることにより、気泡の自己圧壊までの時間Ｔ１は、気泡の直径Ｒおよび表面張力σの２つ
を変数として、
Ｔ１＝２４１．５５Ｒ^２．４１／σ^２．２０ 式（Ａ）
と表すことができる。

一方、インクタンク１０２の流出口１２８から噴射ヘッド２２までのインク流路（出口
通路１３０および接続チューブ１０４）の体積Ｖは、インク流路の長さをＬ、インク流路
の平均内径をＤとして、
Ｖ＝（Ｄ／２）^２πＬ＝Ｄ^２πＬ／４
と表すことができる。そして、流出口１２８から流出するインクの最大流量をＡとすると
、流出口１２８から流出するインクの流れに乗って気泡が噴射ヘッド２２に到達するまで
の時間Ｔ２は、
Ｔ２＝Ｖ／Ａ＝Ｄ^２πＬ／４Ａ 式（Ｂ）
と表すことができる。

そして、気泡の自己圧壊までの時間Ｔ１が、流出口１２８から流出した気泡が噴射ヘッ
ド２２に到達するまでの時間Ｔ２よりも短ければ、気泡が噴射ヘッド２２に侵入すること
を防止することができる。すなわち、上記の式（Ａ）および式（Ｂ）の２つの式から、
Ｔ１＜Ｔ２
２４１．５５Ｒ^２．４１／σ^２．２０＜Ｄ^２πＬ／４Ａ
Ｒ^２．４１＜Ｄ^２πＬσ^２．２０／９６６．２Ａ
Ｒ＜（Ｄ^２πＬσ^２．２０／９６６．２Ａ）^０．４１ 式（ｃ）
を満たす直径Ｒの気泡（マイクロバブル）であれば、たとえ流出口１２８から流出したと
しても、噴射ヘッド２２に到達する前に自己圧壊で消滅するので、噴射ヘッド２２に侵入
することを防止できる。

前述したように、本実施例のインクタンク１０２では、インク室１１６の空気導入口１
２０と流出口１２８との間にフィルター１３２が設けられており、フィルター１３２の目
の最大径をφとすると、フィルター１３２を通過した気泡（マイクロバブル）の直径Ｒは
、フィルター１３２の目の最大径φよりも小さくなっている。また、気泡の自己圧壊は、
特に直径が４０μｍ以下のマイクロバブルにおいて見られる現象である。従って、上記の
式（ｃ）の気泡の直径Ｒをフィルター１３２の目の最大径φに置き換えて、
φ＜（Ｄ^２πＬσ^２．２０／９６６．２Ａ）^０．４１ 式（ｄ）
を満たし、且つ、０＜φ≦４０μｍの範囲内となるように適切な目の大きさφのフィルタ
ー１３２を設置しておけば、フィルター１３２を通過したマイクロバブルが噴射ヘッド２
２に侵入することはなく、マイクロバブルの侵入に起因して噴射ヘッド２２からインクが
適切に噴射されない不具合（ドット抜け）を防止することができる。

Ｅ．変形例 ：
以下では、上述した実施例の変形例について説明する。尚、変形例の説明にあたっては
、上述の実施例と同様の構成部分については、先に説明した実施例と同様の符号を付し、
その詳細な説明を省略する。

図１１は、変形例の接続チューブ１０４をインクの通過方向に沿って切断した断面図で
ある。図示されているように、変形例の接続チューブ１０４の内径（断面積）は一律では
なく、接続チューブ１０４の一部に他の部分よりも内径（断面積）が大きい拡幅部１０４
ｗが設けられている。

前述したように、インク室１１６内のインクは、噴射ヘッド２２の負圧に応じた一定の
流量で流出口１２８から供給される。また、インクと共に流出口１２８から流出した気泡
（マイクロバブル）は、図１１（ａ）に示すように、インクの流れに乗って移動する。こ
こで、接続チューブ１０４内を流れるインクの流速（マイクロバブルの移動速度）は、接
続チューブ１０４の断面の中心で最も速く、中心から離れて接続チューブ１０４の内壁に
近づくほど遅くなる傾向にある。尚、図１１中の矢印の長さは、接続チューブ１０４内の
マイクロバブルの移動速度を表している。

図１１（ｂ）に示すように、接続チューブ１０４内を流れるインクの流れに乗ってマイ
クロバブルが拡幅部１０４ｗに達すると、拡幅部１０４ｗでは断面積が広がるので、一定
の流量で流れるインクの流速は、拡幅部１０４ｗに入る直前よりも低下する。こうしてイ
ンクの流速が低下すると、マイクロバブルには浮力が働き易くなる。そのため、接続チュ
ーブ１０４の中心部を流れていたマイクロバブルは、浮力で浮き上がることにより、接続
チューブ１０４の中心から外れて内壁に近づくことになる。前述したように、接続チュー
ブ１０４内のインクの流速は、中心よりも内壁に近いほど遅くなることから、図１１（ｃ
）に示すように拡幅部１０４ｗ内のマイクロバブルは、浮き上がることによって移動速度
が低下する。

以上に説明したように、変形例の接続チューブ１０４には、拡幅部１０４ｗが設けられ
ており、接続チューブ１０４内のインクの流れに乗って移動するマイクロバブルは、拡幅
部１０４ｗに達すると、浮き上がることで移動速度が低下する。これにより、マイクロバ
ブルが噴射ヘッド２２に到達するまでの時間を遅らせることができるので、噴射ヘッド２
２に到達する前にマイクロバブルを自己圧壊で消滅させるのに好適である。

以上、各種の実施形態を説明したが、本発明は上記すべての実施形態に限られるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

例えば、インク室１１６内のフィルター１３２を設置する位置は、空気導入口１２０と
流出口１２８との間でインクを通過させるようになっていればよく、実施例の態様に限ら
れるわけではない。例えば、流出口１２８を覆うように設置しておいてもよい。ただし、
フィルター１３２によってインクの流れの抵抗が増加することから、前述した実施例のよ
うにインク室１１６を二分する態様で面積が大きいフィルター１３２を設置しておけば、
フィルター１３２を通過するインクの流量を確保するのに好適である。

１０…インクジェットプリンター、 ２０…キャリッジ、 ２２…噴射ヘッド、
１００…タンクケース、 １０２…インクタンク、 １０４…接続チューブ、
１１４…空気室、 １１６…インク室、 １１８…連絡通路、
１２０…空気導入口、 １２２…大気開放口、 １２４…注入口、
１２６…栓部材、 １２８…流出口、 １３０…出口通路、
１３２…フィルター

Claims (4)

1. 噴射ヘッドから液体を噴射する液体噴射装置に供給される前記液体を収容する液体容器
   と、前記液体容器から前記噴射ヘッドに向けて前記液体が流れる液体流路とを有する液体
   供給システムであって、
   前記液体容器は、
   前記液体を収容可能な液体収容室と、
   前記液体流路が接続され、前記液体収容室内の液体が流出する流出口と、
   前記液体収容室を大気と連通させる空気通路と、
   前記液体収容室の液体中に前記空気通路から空気を導入する空気導入口と、
   前記液体収容室内に設けられ、該液体収容室内の液体を前記空気導入口側から前記流
   出口側に通過させるフィルターと
   を備え、
   前記フィルターは、
   前記フィルターの目の最大径φが、０＜φ≦４０μｍの範囲内にあり、且つ、
   前記液体の２３℃における表面張力をσ、
   前記流出口から前記噴射ヘッドまでの前記液体流路の長さをＬ、
   前記液体流路の平均内径をＤ、
   前記流出口から流出する前記液体の最大流量をＡ
   としたときに、
   φ＜（Ｄ^２πＬσ^２．２０／９６６．２Ａ）^０．４１
   の関係を満たしている液体供給システム。
2. 請求項１に記載の液体供給システムであって、
   前記フィルターは、疎水性の材料を用いて形成されている液体供給システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の液体供給システムであって、
   前記液体流路の途中には、前記液体の通過方向に直交する面で前記液体流路を切断した
   断面積が一端で増加し他端で減少する拡幅部が設けられている液体供給システム。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の液体供給システムを備えた液体噴射装置
   。

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