JP2015196349A - インクタンク - Google Patents

Abstract

【課題】攪拌のための駆動源や時間を特別に用意することなく、簡易な構成でインクタンク内の色材濃度をなるべく一様に保つことが可能なインクタンクを提供する。【解決手段】インク残量が多いときは浮力を受けて水平姿勢を保ち、インクが消費されるに連れて浮力の変化に伴って回動し残量インクを攪拌する可動部材２４を、インク収容室３０内に設ける。【選択図】図２

Description

本発明は、インクジェット記録装置などに用いられるインクタンクに関する。

インクタンクには、インク中に含まれる成分の沈降という課題がある。例えば色材として顔料を含むインクタンクでは、インクタンク内において顔料粒子が重力の影響で沈降することがある。このような沈降が起きると、インクタンク内の色材濃度が一様でなくなり、記録する画像の濃度が安定しなかったり、記録ヘッドの吐出動作が安定しなかったりと、様々な弊害が懸念される。そのため、顔料インクを用いるインクジェット記録装置では、インクタンク内の色材濃度をなるべく一様に保つための構成が要求される。

例えば、特許文献１には、インクを収納するカートリッジの内部に、重力方向と交差する遮蔽板を設け、顔料の沈降を抑制する構成が開示されている。また、特許文献２には、インク収納室内にインクを攪拌するための攪拌子を設け、駆動源によって攪拌子を駆動する構成が開示されている。

特開２００７−４４９５１号公報 特開２０１０−１８４３８３号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、カートリッジの姿勢を変えない限り遮蔽板の上に顔料が積載された状態が維持され、顔料の使用効率が低く抑えられてしまう。また、沈降した顔料が多く含まれた高濃度インクを消費した後は顔料濃度の低い低濃度のインクが残されるため、同じインクタンクを使用する間に画像濃度が変化してしまうという問題も発生する。

一方、特許文献２の構成では、駆動源を備えた攪拌装置が必要となるため、装置が大掛かりになったりコストが上がってしまったりする。また、攪拌動作のための時間が必要となるので、印刷時間の増大も懸念される。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものである。よってその目的とするところは、攪拌のための駆動源や時間を特別に用意することなく、簡易な構成でインクタンク内の色材濃度をなるべく一様に保つことが可能なインクタンクを提供することである。

そのために本発明は、インクを収容する収容室と該収容室に収容されたインクを記録ヘッドに供給するためのインク供給口を有するインクタンクであって、前記収容室の内壁に固定された支持部を中心に前記収容室の内部を回動可能な可動部材を備え、前記可動部材は、前記収容室内のインクの液面が前記支持部よりも高い場合は、インクの浮力を受けて水平な姿勢を保ち重力に従って沈降するインクに含まれる沈降成分を受容し、前記収容室内のインクの液面が前記支持部よりも低くなった場合は、重力に従って前記支持部を中心に回動することにより、受容した前記沈降成分を前記収容室に残ったインク中に落下させることを特徴とする。

本発明によれば、特別に駆動源を用いることなく、インクタンクの使用開始時から終了時まで、安定した濃度で記録ヘッドにインクを供給することが可能となる。

本発明に使用可能なインクジェット記録装置の内部構造を示す図である。 (ａ)および（ｂ）は、インク供給ユニットの内部構成図である。 （ａ）〜（ｃ）は、インク消費に伴うインク収容室内の様子を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、可動部材の変形列を示す図である。 第２の実施形態におけるインクタンクの内部構成図である。 本実施形態を従来構成と比較するための比較例である。

以下に本発明の実施形態の詳細を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明に使用可能なインクジェット記録装置の内部構造を示す図である。２つのガイドレール８および９によって案内支持されたキャリッジ２は、不図示のキャリッジモータを駆動源として図のＸ方向に所定の速度で往復移動可能になっている。そして、キャリッジ２に着脱可能に搭載されているインクジェット記録ヘッド１が、キャリッジ２の移動中に記録データに従ってインクを吐出することにより、記録媒体Ｓ上に１バンド分の画像が記録される。なお、記録ヘッド１には、吐出するインク色に対応する数のノズル列が形成されている。

記録ヘッド１による１バンド分の記録走査が終了すると、搬送ローラ３が回転し、記録媒体Ｓを１バンド分の幅に相当する分だけＹ方向に搬送する。このような記録ヘッド１による１バンド分の記録走査と記録媒体Ｓの搬送動作とを交互に繰り返すことにより、記録媒体Ｓには、所望の画像が段階的に形成されて行く。本実施形態において、記録媒体Ｓの種類は特に限定されるものではなく、普通紙の他、コート紙、ＯＨＰフィルムなどを用いることができる。記録ヘッド１が記録走査を行う領域の記録媒体Ｓの下方には、記録媒体Ｓを平滑に支持し、記録ヘッド１の吐出口面との距離を一定に保つためのプラテンが配備されている。

インク供給ユニット５には、インク色に対応する数のインクタンク１０が着脱可能に装着され、記録ヘッド１は、その往復移動に追従可能なインクチューブ６を介して、個々のインクタンク１０からインクを補給している。キャリッジ２が移動可能な領域であって記録領域から外れた位置には、記録ヘッド１のメンテナンス処理を行うための回復ユニット７が配備されている。回復ユニット７は、記録ヘッド１の吐出口面をキャッピングするためのキャップ部、吐出口面からインクを強制的に吸引するための吸引機構、吐出口面の汚れを払拭するためのブレードなどを備えている。

図２(ａ)および（ｂ）は、インク供給ユニット５およびインクタンク１０の内部構成を説明するための図である。図２(ａ)はインク供給ユニット５の断面図であり、図２（ｂ）は同図(ａ)におけるインクタンク１０のＡ−Ａ断面図である。まず、図２(ｂ)を参照する。インクタンク１０は、その片側の側壁と底面を構成するＬ字型の側壁部１４ａと、もう片側の側壁をとなる平板の側壁部１４ｂとが図のように組み立てられた後溶着され、その内空にインクが収容された後、蓋部材２２により開口が塞がれる。

図２(ａ)を参照するに、インクタンク１０の底面は、インクを導出するためのインク供給口１２および空気を導入するための大気連通口１３が設けられたボトムカバー１１によって覆われている。また、ボトムカバー１１の一部には記憶媒体ホルダ１６が配備され、記憶媒体ホルダ１６はインクタンク１０の識別情報（ＩＤ）を電気的に記憶する記憶媒体を備えた電気配線基板１７を収納している。インクタンク１０が、インク供給ユニット５に装着されることにより、インク供給ユニット５の側に設けられたインク導入針１８および空気導入針１９が、ボトムカバー１１のインク供給口１２および大気連通口１３を貫通する。その結果、インク導入針１８および空気導入針１９は弾性部材１５に支持された状態で、インク収容室３０に接続する。インク導入針１８の接続によりインク収容室３０と記録ヘッド１とがインクチューブ６を介して連通し、空気導入針１９の接続によりインク収容室３０と大気とが空気導入管２１を介して連通する。

このような構成のもと、記録動作に伴って記録ヘッド１からインクが消費されると、インク収容室３０からは新たなインクが断続的に供給される。この際、インク収容室３０内においては、インクの消費に伴って負圧が発生するが、この負圧に対応した分だけ、空気導入管２１および空気導入針１９を介して大気が供給される。詳しくは、空気導入針１９の端面において、インクと空気のメニスカス力とインク収容室３０の内圧が平衡になる程度に空気が導入される。導入された空気は気泡となり、インク収容室３０内を上昇し、インク液面上の空気層に到達する。

空気導入針１９の端部１９ａは、記録ヘッド１の吐出口面２０よりも重力方向において十分低く、インク収容室３０の最底面に位置している。このような高低差によって、連通するインクには水頭圧が作用し、記録ヘッド１には、インク収容室３０内のインクの液面高さに拠らない一定の負圧が維持される。

インク収容室３０の略中央辺りには、支持部２４ａを中心軸として矢印Ｃ方向に回動可能な平板から成る可動部材２４が備えられている。可動部材２４はその内部が中空であるか或は（および）インクよりも軽い樹脂で形成されており、鉛直上方向にインクの浮力が作用する。但し、側壁部１４ａおよび１４ｂには突起状に形成されたインク誘導部２３ａおよび２３ｂが備えられており、可動部材２４の回動は、これらによって上限位置が規定される。図２（ａ）および（ｂ）では、インクの液面がインク誘導部２３ａおよび２３ｂよりも上方にあり、浮力で上昇しようとする可動部材２４が、インク誘導部２３ａおよび２３ｂに突き当たって、水平の姿勢が維持されている状態を示している。

図３（ａ）〜（ｃ）は、記録動作に伴ってインクが消費されて行く際のインク収容室３０内の様子を示す図である。インクが然程消費されておらず、液面が十分に高い位置にある場合、可動部材２４は図３（ａ）のように、水平の姿勢が保たれている。このような姿勢のままある程度の時間が経過すると、分散系の顔料粒子は重力により沈降し、平板からなる可動部材２４およびインク収容室３０の底面には顔料濃度の高い高濃度インク層３１ｂが形成される。結果、インク収容室３０内は、図４（ａ）のように、高濃度インク層３１ｂと低濃度インク層３１ａの組が交互に２組形成される。なお、図では、高濃度インク層３１ｂと低濃度インク層３１ａを明確に区別したが、実際には連続的な濃度勾配が鉛直方向に２段階形成される。

図６は、本実施形態を従来構成と比較するための比較例である。従来の構成では、インク収容室３０内の途中に可動部材２４が設けられていないので、インク収容室３０内において、顔料インクの連続的な濃度勾配は１組である。このため、インク収容室３０内の底部における高濃度インク層３１ｂと上部における低濃度インク層３１ａの顔料濃度の差は、本実施形態の構成よりも大きくなる。結果、インクタンク１０を長時間放置した後、記録動作を開始すると、インク導入針１８からは高濃度インク層３１ｂのインクが供給され、理想よりも高濃度の画像が形成されてしまう。また、高濃度インク層３１ｂが消費された後には、顔料濃度の低い低濃度インク層３１ａしか残っていないので、同じインクタンク１０を連続的に用いる状況であっても、出力される画像の濃度が徐々に低濃度に変化してしまう。

これに対し、本実施形態では、再度図３（ａ）を参照するに、インク収容室３０内の途中に可動部材２４を設けられているので、顔料粒子が上下２箇所で沈降する。その結果、インクタンク１０を長時間放置したとしても、底面に形成される高濃度インク層の顔料濃度は図６のほぼ半分程度に抑えられ、インク収容室３０内における顔料濃度差も約半分に抑えられる。そして、記録媒体に形成される画像濃度も従来の構成に比べ安定する。更に、本実施形態では、インク導入針１８の端部をインク収容室３０の底部よりある程度高い位置に配置しており、顔料濃度が最も高い領域から記録ヘッド１にインクが供給されるのを回避している。

図３（ｂ）は、インクの消費が進み、その液面が可動部材２４の直上にまで下がった状態を示している。この段階においても、可動部材２４には、上昇させようとするインクの浮力と、反対方向に押さえつけようとするインク誘導部２３ａおよび２３ｂの抗力が作用し、その姿勢は水平に保たれている。但し、インク収容室３０の底部では、インク消費に伴って高濃度インク層が減少し、顔料濃度もある程度低くなっている。

図３（ｃ）は、更にインクの消費が進み、その液面が可動部材２４の支持部２４ａよりも下がった状態を示している。浮力によって支えられていた可動部材２４は、液面と共に下方に移動しようとするが、片方の端部（図の左側）が支持部２４ａに固定されていることにより、その姿勢は図のように傾く。すなわち、可動部材２４は、インクの消費が進むに連れて時計回りに回転する。その結果、可動部材２４の上に載っていた高濃度インク層（顔料）は、重力に従って下方に移動し、インク収容室３０内の残されたインクは攪拌される。この際、可動部材２４はインクの消費と共に徐々に傾き顔料も徐々にインク中に落下するので、残されたインクの濃度は最後まで偏りが抑えられた状態で記録ヘッド１に供給される。更に、可動部材２４上の顔料は最終的に全て落下するので、使用後のインク収容室３０において顔料が残留することが抑制される。

このように本実施形態によれば、インク残量が多いときは水平姿勢を保ち、インクが消費されるに連れて浮力の変化に伴って回動し、インク収容室内の残量インクを攪拌する可動部材２４を設けている。結果、特別に駆動源を用いることなく、インクタンクの使用開始時から終了時まで、安定した濃度で記録ヘッドにインクを供給することが可能となる。

なお、図２および図３では、平板から成る可動部材２４を用いた例について説明した。このような構成であれば、図２（ｂ）を参照するに、インク誘導部２３ａおよび２３ｂの面が、可動部材２４の上面に向けて傾斜しているので、これらによって凹部形状が形成され、顔料粒子を搭載しやすくできる。しかしながら、可動部材２４の形状はこれに限るものではない。浮力が十分に働いている場合は顔料を下方から支持し、浮力が及ばなくなり回動が進むに連れて支持していた顔料を少しずつ落下させる形状であれば、他の形状とすることもできる。

図４（ａ）〜（ｃ）は、可動部材２４の変形列を示す図である。図４（ａ）〜（ｃ）のように、可動部材２４を上に凹となるような形状とすれば、インク残量が多いときはより積極的に顔料粒子（インク高濃度層）を受容することができる。また、インク残量が消費されるに従って残量インクに顔料粒子をより積極的に供給および攪拌することができる。

（第２の実施形態）
図５は、本実施形態におけるインクタンク１０の内部構成を説明するための図である。第１の実施形態と異なる点は、インク収容室３０内に複数（５つ）の可動部材４０〜４４と、この回転を抑えるための複数（５組）のインク誘導部５０ａ〜５４ａおよび５０ｂ〜５４ｂが配備されていることである。本実施形態の可動部材４０〜４４は、夫々の支持部４０ａ〜４４ａが右側と左側の内壁に交互に配置されており、インクが消費されたときの回転方向が反対でその回動領域が互いに重ならないようになっている。また、可動部材４０〜４４は下方に位置するほど小さくなり、インク残量が少なくなるほど新たに供給される高濃度インク層（顔料）の量も少なくなるようにしている。即ち、複数の可動部材のうち、重力方向において下方に位置する可動部材が受容することが可能な沈降成分の量は、上方に位置する可動部材が受容することが可能な沈降成分の量よりも少ない。このような構成であれば、インクの消費に伴って、より上方に位置する可動部材５０ａから順番に顔料の降下およびインク収容室３０内の攪拌が行われるので、顔料濃度の偏りも、第１の実施形態に比べ更に低く抑えることが可能となる。

更に、本実施形態では、インク導入針１８を接続するためのインク供給口１２を、複数の可動部材のうち最も低い位置に設置された可動部材４４およびこれを支持するインク誘導部５４ａおよび５４ｂの直下に配置している。このような構成であれば、インクタンク１０が長期間放置されたとしても、インク導入針１８の直上は可動部材４４によって覆われているので、顔料粒子はインク導入針１８に入り込み難くなる。結果、記録ヘッドに供給されるインク濃度の上昇を抑えることができる。

なお、可動部材の個数は、更に多くしたり少なくしたりしても良い。また、個々の可動部材の大きさや高さも、図６の状態に限定されるものではない。可動部材の個数や大きさおよび取り付け位置は、インク収容室３０全体の形状や大きさ、初期の顔料濃度など様々な条件に応じて調整されれば良い。

本実施形態で使用するインクは顔料インクであるが、そのタイプは特に限定されるものではない。例えば、インク溶媒との親和性をもたせるために親水基を付与した顔料による自己分散タイプや、疎水性顔料を界面活性剤により分散安定化したもの、あるいは低分子樹脂による樹脂分散やマイクロカプセルタイプなどを使用することができる。また、本発明が分散することを目的としている沈降成分は、必ずしも色材顔料でなくても構わない。いずれにしても、溶解系ではなく分散系であり、インクタンクを長時間同じ姿勢で維持しておくと、その粒子が重力の影響で沈降する傾向があれば、本発明の効果を発揮することができる。

１ 記録ヘッド
１０ インクタンク
１２ インク供給口
１８ インク導入針
２４ 可動部材
２４ａ 支持部
３０ インク収容室

Claims (9)

1. インクを収容する収容室と該収容室に収容されたインクを記録ヘッドに供給するためのインク供給口を有するインクタンクであって、
   前記収容室の内壁に固定された支持部を中心に前記収容室の内部を回動可能な可動部材を備え、
   前記可動部材は、前記収容室内のインクの液面が前記支持部よりも高い場合は、インクの浮力を受けて水平な姿勢を保ち重力に従って沈降するインクに含まれる沈降成分を受容し、前記収容室内のインクの液面が前記支持部よりも低くなった場合は、重力に従って前記支持部を中心に回動することにより、受容した前記沈降成分を前記収容室に残ったインク中に落下させることを特徴とするインクタンク。
2. 前記収容室内のインクの液面が前記支持部よりも高い場合、インクの浮力を受ける前記可動部材は、前記収容室の内壁に設けられた突起に突き当たることにより、水平な姿勢を保っている請求項１に記載のインクタンク。
3. 前記インクタンクは、前記支持部が重力方向において異なる位置に固定されている複数の前記可動部材を備える請求項１または２に記載のインクタンク。
4. 前記複数の可動部材のうち、重力方向において下方に位置する前記可動部材が受容することが可能な前記沈降成分の量は、上方に位置する前記可動部材が受容することが可能な前記沈降成分の量よりも少ない請求項３に記載のインクタンク。
5. 前記複数の可動部材は、回動領域が互いに重ならないように、前記収容室の内壁に前記支持部が固定されている請求項３または４に記載のインクタンク。
6. 前記複数の可動部材のうち、重力方向において最も下方に位置する前記可動部材は、水平な姿勢を保つ状態において、前記インク供給口の直上に位置している請求項３ないし５のいずれか１項に記載のインクタンク。
7. 前記インク供給口は、前記収容室の底面よりも高い位置に配置されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載のインクタンク。
8. 前記可動部材は、重力に従って沈降する前記沈降成分を受容する凹部形状が形成されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載のインクタンク。
9. 前記沈降成分は顔料である請求項１ないし８のいずれか１項に記載のインクタンク。

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