JP2013184433A - インクカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】多孔質体を使用せずに部品点数の削減を図りつつ、生産作業性を向上させて生産効率を向上させると共に、残インクを低減して安定した品質を確保するインクカートリッジを提供する
【解決手段】インクジェットプリンターと電気的に通信する制御部を有すると共にインクをインクジェットプリンターに供給するものであって、インクを収容するインクタンク３と、インクタンク３を保持する外装カバー材２とを一体化してなり、外装カバー材２は、インクジェットプリンターに対する位置決めと機械的な保持機能及び制御部を有し、インクタンク３は、インク収容室４１とインク供給部６とを有し、インク供給部６の上方には、インク収容室４１とインク流出口５０を介して連通する負圧発生部３４を有してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェットプリンターにインクを供給するインクカートリッジに関する。

従来のインクカートリッジは、インクを収納する収容部を有し、該収容部から連通口を介してインクを吸収保持するインク保持体を有し、さらにプリンターに対しインクを供給する部材を備えている。プリンターの印字範囲を往復動するキャリッジにカートリッジを搭載する方式では、インクは激しい動きにより収容部内で多くの気泡を発生させる。この気泡が消えない状態でインクがプリンターに供給されると、気泡によってインクが分断されるために、印字かすれ等の問題を誘発するおそれがあったため、これを防止するため、一旦、インクを多孔質体（ウレタンゴム発泡体または不織布）に吸収保持させ、そこから供給部材を介してインクのみを供給し、印字品質の安定化を図っていた。

これらの構成において、インクのより適正な移動と、プリンターへの安定的なインク供給の課題を解決するため、複数のインク保持体を設けるなど、様々な態様が提案されている。中には、可撓性フィルムを用いたインクバッグとして、空気を完全に排除した状態でインクを充填し、インクタンクを構成したものもあり、あらゆる環境において気泡の発生を防止したインクカートリッジもある。

多孔質体は、細かいセル（気泡）を有する連泡の発泡体に代表されるが、別の材料として不織布も多く利用されている。一般的に利用されている連泡セルを有する材料は、ウレタンであり、発泡率は５０％以下のものが多く利用されている。

多孔質体の中でも、特に連泡の発泡体を用いる大きな目的は、インクを充満させた状態でインクが消費されると、セルの中に充填されていたインクが移動することで、セルの間に圧減少が発生し、そこに圧力傾斜が生じてインクが移動する負圧発生部が形成され、インクが安定的に移動できる状態を維持することにある。

インク消費によって生じるセル間の圧力変動は、セルが小さくなるに従い、その反応は僅かなインクの変動を捉えるので、感度が高くなる。そのため、多孔質体（発泡体）は、収容部またはインクの搬送部内に圧縮収納するのが有効である。多孔質体をインクカートリッジ内に納めたものとしては、例えば特許文献１に挙げるようなものがある。

特開２０００−３３７１５号公報

しかし、多孔質体を圧縮しながら収容するのは、作業上困難である上、収納後もセルの配列の均一性を維持するのが難しく、安定性に欠けることが多い。また、多孔質体を圧縮収納し、それにインクを充満させても、インクの容量はセルに充填される量に止まり、インクカートリッジ本体の大きさの割にはインク量が制約されることにより、効率的なインク収納が阻害される。さらに、多孔質体につき、インクの保持性の理論から、インク伝達性の異なる性質のものを複数組み合わせる方法が用いられていたが、その材質は特殊性が高く、高コストとなっていた。多孔質体には、インクが親和性を持って移動できるようにするため、予め界面活性剤等で前処理する必要もあり、これも製造工程を複雑化していた。

また、多孔質体のセル内のインクは、完全に消費するまで使用することは不可能であり、多孔質体に充填させる方式のインクカートリッジでは、約３０％のインク残量があるにもかかわらず、印刷不能となったものもある。従来の多孔質体を用いたインクカートリッジは、多孔質体内の圧力傾斜によってインクを移動させていた。このため、インクカートリッジ底部にインクが残留していても、それを使用できることなく廃棄することとなっていた。

本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、多孔質体を使用せずに部品点数の削減を図りつつ、生産作業性を向上させて生産効率を向上させると共に、残インクを低減して安定した品質を確保するインクカートリッジを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係るインクカートリッジは、インクジェットプリンターと電気的に通信する制御部を有すると共にインクをインクジェットプリンターに供給するインクカートリッジにおいて、
インクを収容するインクタンクと、該インクタンクを保持する外装カバー材とを一体化してなり、該外装カバー材は、前記インクジェットプリンターに対する位置決めと機械的な保持機能及び前記制御部を有し、前記インクタンクは、インク収容室とインク供給部とを有し、該インク供給部の上方には、前記インク収容室とインク流出口を介して連通する負圧発生部を有してなることを特徴として構成されている。

また、本発明に係るインクカートリッジは、前記インクタンクのインク収容室は、インクタンクに一体形成された構造体以外にはインクのみが収納されることを特徴として構成されている。

さらに、本発明に係るインクカートリッジは、前記負圧発生部には、インクの消費に伴いインクを移動させる負圧発生部材が配置され、該負圧発生部材は前記インク収容室と連通するインク供給経路を通じてインクを吸引し、該インクを連続的に供給することを特徴として構成されている。

さらにまた、本発明に係るインクカートリッジは、前記負圧発生部には、前記負圧発生部材の下部にインクの流路を塞ぐ鋼球が配置され、該鋼球は前記インクジェットプリンターのインク吸収管によって押し上げられて、インクを流動可能とすると共に、前記負圧発生部材に押し付けられることでインクを絞り出すことを特徴として構成されている。

そして、本発明に係るインクカートリッジは、前記インクタンクの外周面の四辺には前記外装カバー材とのギャップを維持する突起が設けられ、該突起の近傍には前記外装カバー材に対して嵌合するロック用突起が設けられることを特徴として構成されている。

また、本発明に係るインクカートリッジは、前記インク収容室にはインク流出口が形成され、該インク流出口の底面は前記インク収容室の底面と面一状であり、該インク収容室の底面には傾斜面が形成され、該傾斜面は前記インク流出口に向かって下り傾斜状であることを特徴として構成されている。

さらに、本発明に係るインクカートリッジは、前記インク収容室から負圧発生部までインクを導くインク供給経路は、前記インク流出口から伸びるインク供給溝に熱溶着フィルムを溶着して構成され、前記インク収容室に大気を導入する大気導入経路は、前記インク供給溝と同じ面に形成される大気連通溝に熱溶着フィルムを溶着して構成され、該大気連通溝に設けられる熱溶着フィルムと前記インク供給溝に設けられる熱溶着フィルムを一枚で構成してなることを特徴として構成されている。

さらにまた、本発明に係るインクカートリッジは、前記負圧発生部には、前記鋼球を載置可能な球面座を有するシールが設けられることを特徴として構成されている。

そして、本発明に係るインクカートリッジは、前記負圧発生部は、前記負圧発生部材の高さ範囲内にインク導入口を有することを特徴として構成されている。

また、本発明に係るインクカートリッジは、前記インクタンクには前記インク収容室に大気を導入する大気導入経路が形成され、該大気導入経路には互いに連通する２つの小部屋が形成され、前記インク収容室に近い側の小部屋には連泡発泡体を収納し、前記インク収容室から遠い側の小部屋は空間状としてなることを特徴として構成されている。

本発明に係るインクカートリッジによれば、インクを収容する機能とプリンターに対して固定及び電気的通信を行う機能とをそれぞれ別部材に設けたので、外装カバー材を共通化してインクタンク及び制御部を変えることで、色違いなどのバリエーションに対し、効率的に製造を行うことができると共に、コストも低減することができる。

また、本発明に係るインクカートリッジによれば、インク収容室にインク保持体などの物体を設けていないので、製造工程を簡素化できると共に、残インクを生じさせないようにすることができる。

さらに、本発明に係るインクカートリッジによれば、インク収容室と隔離された負圧発生部で効率的にインクを吸引してプリンターに供給することができる。

さらにまた、本発明に係るインクカートリッジによれば、鋼球の動作によってインクの流動を円滑にすると共に、プリンターからインクカートリッジを取り外した際には、鋼球が蓋となってインクの流出を防止することができる。

そして、本発明に係るインクカートリッジによれば、外装カバー材とインクタンクとを適切に位置決め及び強固に固定することができる。

また、本発明に係るインクカートリッジによれば、インク収容室においてインクがインク流出口に向かって流れることを促進するように形成されているので、使用不能なインクを生じさせないようにすることができる。

さらに、本発明に係るインクカートリッジによれば、熱溶着フィルムを介してインクの色を視認できるので、生産の正確性を向上させ、さらには熱溶着フィルムを一枚で構成しているので、製造も容易にすることができる。

さらにまた、本発明に係るインクカートリッジによれば、鋼球が球面座に安定的に載置されることで、鋼球の動作を確実にすると共に、確実に密閉もできるようにすることができる。

インクカートリッジの概略を表した斜視図である。 インクカートリッジの分解斜視図であって、外装カバー材とインクタンクの固定構造について表した図である。 インクカートリッジの分解斜視図であって、自動ロック機構について説明する図である。 インクタンクの内部構造を表した斜視図である。 インクタンクを筐体の開口と反対側から見た斜視図である。 負圧発生部の構造を示すインクタンクの断面図である。

本発明の実施形態について、図面に沿って詳細に説明する。図１はインクカートリッジ本体の概略を表した分解斜視図である。インクカートリッジの基本構成は、外装カバー材２とインクタンク３に大別され、これらが最終的には所定の方法で一体化され、インクカートリッジ１としての機能を発揮する。

外装カバー材２は、プリンター側と電気的に接続して制御動作をなす制御基板４と、プリンターに対し機械的に取付・保持状態を確立するロック機構５とを備えている。インクタンク３は、インク収容部と、プリンターに対し連続的かつ安定的にインクを供給するインク供給部６と、インクの流路となるインク供給経路７と、インクを安定的に供給するために、インクタンク３内に大気を導入する大気連通経路８を有している。

外装カバー材２は、インクタンク３を包括的に保持するため、一面に開口９を備えた箱状に形成されている。外装カバー材２の短辺を構成する一側面外側には、プリンターにインクカートリッジ１を固定する際に保持機能を発揮する突起２０を備えたロックレバー５が形成されている。ロックレバー５の根元部２８は、外装カバー材２と一体成形で形成され、取付時の自動ロック状態を可能とする突起２０を有しており、この突起２０をプリンター側からロック解除するため、ロックレバー５は、薄肉状で弾性を有するように形成され、可動となっている。

ロックレバー５の下方には、プリンター側と電気的な通信を行うために、導電性を有した複数の接点を有する基板４が設けられる。基板４には、制御用のＩＣが設けられる。基板４は、樹脂製の突起１０を外装カバー材２の切欠に嵌合させ、熱カシメすることによって、外装カバー材２に正確に位置決めされると共に、強固に固定される。

外装カバー材２とインクタンク３とを一体化する際の正確な位置決めのため、インクタンク３のインク供給部６の受け部は、正確な精度で形状が定められ、また、自動ロック機構２７がインクタンク３の外周部の突起２５と共に形成されている。このため、外装カバー材２とインクタンク３とを一体化する際には、工具・道具・設備等を使用することなく、正確に精度よく、かつ容易に行うことができる。

図２は、インクカートリッジ１の分解斜視図であって、外装カバー材２とインクタンク３の固定構造について表した図である。外装カバー材２とインクタンク３との一体化に際しては、インクタンク３の外周面の四辺にギャップ維持用の突起２６が設けられているので、両者の間隔は四周に渡って均一となり、バランスを保つことができる。また、外装カバー材２とインクタンク３の一体化された状態を維持するためのロック機構として、外装カバー材２の外周各面に溝２２が、インクタンク３の外周面にはロック用突起２５が、それぞれ設けられ、両者が嵌合自在となっている。ロック用突起２５とギャップ維持用の突起２６の距離は、１０ｍｍ以内とすることで、ギャップ及びロック状態の維持を安定させることができる。

図３は、インクカートリッジ１の分解斜視図であって、自動ロック機構２７について説明する図である。この図に示すように、インクタンク３下部のインク供給部６には、係止部２７Ａが形成されており、外装カバー材２の下部には、係止部２７Ａに係止される係合部２７が形成されている。外装カバー材２の係合部２７をインク供給部６に形成された係止部２７Ａに係止させることで、インク供給部６の位置ずれを防止すると共に、外装カバー材２とインクタンク３の結合をより強固にすることができる。

図４は、インクタンク３の内部構造を表した斜視図である。インクタンク３は、大面積の一面を開放状とした筐体３１を備え、その内部には、負圧発生部３４と大気導入口を有する小部屋３６、３７及び大気導入経路を内部に備えた補強リブ４７が設けられ、それ以外の領域は空間となっていて、インクを収容するインク収容室４１となっている。小部屋３７には、連泡発泡体４５が挿入される。連泡発泡体４５は、気温変化や圧力変化などにより、インクが大気導入路に侵入することを防止するために設けられている。

筐体３１の開口部には、インク収容室４１を密閉するため、熱溶着フィルム４２が全周に渡って溶着される。このとき、補強リブ４７も熱溶着フィルム４２により密閉されるので、インクタンク３内部の大気連通口は、インクと隔離された状態で大気を導入することができる。

筐体３１のインク収容室４１を構成する大面積を有する面の側壁には、インクを負圧発生部３４に供給するためのインク流出口５０が設けられている。インク流出口５０の開口部下面は、インク収容室４１を構成する筐体３１の底面３５と同一面を形成する。インク収容室４１の底面３５には、インク流出口５０に向かって液体の移動を可能とする傾斜面が形成されており、インク流出口５０の下面位置が最下部となるように形成されている。これにより、インクを最後まで確実にインク収容室４１から流出させることができる。本実施形態で底面３５は、１０ｍｍあたり０．３ｍｍ下降する傾斜率に形成されている。

図５は、インクタンク３を筐体３１の開口９と反対側から見た斜視図である。筐体３１の外側面には、インクを負圧発生部３４に供給する供給溝５１が形成されている。供給溝５１は、インク収容室４１側から外側面を貫通したインク流出口５０を起点に、負圧発生部３４のインク流入口５２まで伸びている。インク流入口５２は、負圧発生部３４においてウレタン発泡体７２が設けられる高さ範囲内に配置される。

筐体３１の外側面には、インク収容室４１への大気導入のための大気連通溝６１も形成されている。大気連通溝６１を含む大気導入経路は、筐体３１の外側面に設けられた大気導入口６０であり、そこから筐体３１の外側面を貫通して内側に入り、補強リブ４７に形成されたトンネルを経て、再び外側面を貫通し、外側の大気連通溝６１に至っている。大気連通溝６１は複数回往復する形状を有し、その端部から外側面を貫通して図４に示す小部屋３６、３７に到達する。小部屋３６、３７は、微小な隙間を介して互いに連通していると共に、小部屋３７はインク収容室４１にも連通している。これにより、大気は最終的にはインク収容室４１に導かれる。

大気導入経路にインクが逆流することを防止するため、連泡発泡体４５が小部屋３７に挿入されている。インクカートリッジ１を倒したり振ったりすると、インクは大気導入経路に逆流する。逆流を完全に防止することは不可能であるが、小部屋３７に連泡発泡体４５が設けられていることにより、逆流したインクを吸収して、さらにそのインクは、大気によってインク収容室４１に押し戻されるので、インクのそれ以上の逆流を防止することができる。

筐体３１の外側面に設けられたインク流出口５０、供給溝５１、インク流入口５２と大気連通溝６１は、いずれも完全に密閉されていなければならないので、外側面の外側から熱溶着フィルム６５を溶着している。ここでは、一枚の熱溶着フィルム６５で密閉してもよいし、それぞれを分割した熱溶着フィルム６５で密閉してもよいが、作業効率の点からは、一枚の熱溶着フィルム６５で密閉することが望ましい。

大気導入口６０については、使用前に開放する必要があるので、シールフィルム６６を大気導入口６０に溶着しておく。シールフィルム６６を剥がした後に、フィルムが残ることを防ぐため、溶着面の形状には配慮が必要である。

図６は、負圧発生部３４の構造を示すインクタンク３の断面図である。負圧発生部３４は、筐体３１内に配置され、上面は開口３２を有している。負圧発生部３４の下部には、インクをプリンターに供給するための供給口６が設けられている。

負圧発生部３４は、インク滞留空間７０を有し、その下部には、インクの微小消費を完治する連泡のウレタン発泡体７２が配される。ウレタン発泡体７２は、インクの微小消費を検出すると共に、下方に位置する鋼球７３を下方向に付勢する機能を有している。

鋼球７３は、インクカートリッジ１をプリンターにセットした際、プリンターのインク吸収管１０１によって上方に押し上げられ、下部に位置するシール７４までの空間にインクが流れ込み、プリンターにインクを供給する。インクカートリッジ１をプリンターから取り外す際、インク吸収管１０１は下方に抜き去られるが、鋼球７３が自重及びウレタン発泡体７２の付勢により下方に落下し、球面座状に形成されたシール７４の上部に納まって、これを密閉するため、インクの落下を防止することができる。

負圧発生部３４におけるインクの流れをより詳細に説明する。プリンターにインクカートリッジ１をセットする際、まず、大気導入口６０に熱溶着されたシールフィルム６６を剥がす。プリンターにインクカートリッジ１をセットすると、プリンターのインク吸収管１０１が、インクカートリッジ１下部のインク供給部６に溶着されたシールフィルムを突き破り、シール７４に沿って負圧発生部３４に進入する。

インク吸収管１０１の先端は、負圧発生部３４内にさらに進入すると、鋼球７３を押し上げて、ウレタン発泡体７２に充填されたインクが絞り出され、インク吸収管１０１付近にインクが満たされる。これにより、プリンターが必要とするインクが確保され、印字かすれ等の不具合を防止することができる。

プリンターがインクを消費するにつれて、負圧発生部３４内のインクには圧力変化が生じ、インクは供給溝５１を介して順次、インク流出口５０からインク流入口５２へと連続的に供給され、良好な印字品質を確保することができる。

インクタンク３へのインクの充填は、以下のように行われる。全てのシールするフィルムを熱溶着した状態において、開放状態にあるのは、筐体３１の上面に空いている孔３２と孔３３である。孔３２は、負圧発生部３４の延長上にあり、孔３３はインク収容室４１に直結している。孔３２は、インク注入時の減圧用に用いられるもので、インクカートリッジ１内部を高い負圧状態とする。孔３３がインク注入用で、減圧が完了するまでは密閉状態とされる。

筐体３１の内部が所定の負圧状態となったところで、インクを注入する孔３３に設けられるインク供給弁が開放され、インクがインク収容室４１に注入される。インクは、最初にインク収容室４１の下部に位置するインク流出口５０から供給溝５１を経由して、インク流出口５２から負圧発生部３４へと侵入する。インクの注入は、負圧発生部３４内にインクを完全に充填するため、減圧下での注入が必須となる。負圧発生部３４内への気泡の侵入は、印字品質維持の観点から、避けなければならない。

インクの注入が完了したら、孔３２と孔３３を封印するため、ゴム栓３８を挿入し、密閉性を高めるため、その上からさらに熱溶着フィルム６７を溶着する。これにより、インクタンク３はインクを充填した状態で密閉され、インクが漏れることがないようにすることができる。

本実施形態のインクカートリッジ１は、インクタンク３の筐体３１、特にインク収容室４１の内部には、筐体３１に一体形成された構造体以外に他の部材を設ける必要がないので、製造コストを大幅に低減することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。

１ インクカートリッジ
２ 外装カバー材
３ インクタンク
４ 基板
５ ロックレバー
６ インク供給部
７ インク供給経路
８ 大気連通経路
２５ ロック用突起
２６ 突起
２７ 自動ロック機構
３１ 筐体
３４ 負圧発生部
４１ インク収容室
４２ 熱溶着フィルム
５０ インク流出口
５１ 供給溝
５２ インク流入口
６１ 大気連通溝

Claims (10)

1. インクジェットプリンターと電気的に通信する制御部を有すると共にインクをインクジェットプリンターに供給するインクカートリッジにおいて、
   インクを収容するインクタンクと、該インクタンクを保持する外装カバー材とを一体化してなり、該外装カバー材は、前記インクジェットプリンターに対する位置決めと機械的な保持機能及び前記制御部を有し、前記インクタンクは、インク収容室とインク供給部とを有し、該インク供給部の上方には、前記インク収容室とインク流出口を介して連通する負圧発生部を有してなることを特徴とするインクカートリッジ。
2. 前記インクタンクのインク収容室は、インクタンクに一体形成された構造体以外にはインクのみが収納されることを特徴とする請求項１記載のインクカートリッジ。
3. 前記負圧発生部には、インクの消費に伴いインクを移動させる負圧発生部材が配置され、該負圧発生部材は前記インク収容室と連通するインク供給経路を通じてインクを吸引し、該インクを連続的に供給することを特徴とする請求項１または２記載のインクカートリッジ。
4. 前記負圧発生部には、前記負圧発生部材の下部にインクの流路を塞ぐ鋼球が配置され、該鋼球は前記インクジェットプリンターのインク吸収管によって押し上げられて、インクを流動可能とすると共に、前記負圧発生部材に押し付けられることでインクを絞り出すことを特徴とする請求項３記載のインクカートリッジ。
5. 前記インクタンクの外周面の四辺には前記外装カバー材とのギャップを維持する突起が設けられ、該突起の近傍には前記外装カバー材に対して嵌合するロック用突起が設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
6. 前記インク収容室にはインク流出口が形成され、該インク流出口の底面は前記インク収容室の底面と面一状であり、該インク収容室の底面には傾斜面が形成され、該傾斜面は前記インク流出口に向かって下り傾斜状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
7. 前記インク収容室から負圧発生部までインクを導くインク供給経路は、前記インク流出口から伸びるインク供給溝に熱溶着フィルムを溶着して構成され、前記インク収容室に大気を導入する大気導入経路は、前記インク供給溝と同じ面に形成される大気連通溝に熱溶着フィルムを溶着して構成され、該大気連通溝に設けられる熱溶着フィルムと前記インク供給溝に設けられる熱溶着フィルムを一枚で構成してなることを特徴とする請求項６記載のインクカートリッジ。
8. 前記負圧発生部には、前記鋼球を載置可能な球面座を有するシールが設けられることを特徴とする請求項４記載のインクカートリッジ。
9. 前記負圧発生部は、前記負圧発生部材の高さ範囲内にインク導入口を有することを特徴とする３、４、８のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
10. 前記インクタンクには前記インク収容室に大気を導入する大気導入経路が形成され、該大気導入経路には互いに連通する２つの小部屋が形成され、前記インク収容室に近い側の小部屋には連泡発泡体を収納し、前記インク収容室から遠い側の小部屋は空間状としてなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。

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