JP2024030550A - インクカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】長期に貯蔵・保管した後に使用しても、インクヘッドのインク吐出が良好で安定するインクカートリッジを提供する。【解決手段】インクカートリッジ（１）は、油性インクジェットインク（７）と、ポリカルボン酸を含む組成物として油性インクジェットインク（７）に混在された金属イオン捕捉部材（８）とを収容している。【選択図】図２

Description

本発明は、インクジェットインクを収容したインクカートリッジに関する。

インクジェット印刷装置は、インクカートリッジが着脱可能に装着されることで、インクカートリッジに収容された油性インクジェットインクがインクヘッドに供給される。
特許文献１には、インクカートリッジに収容する油性インクジェットインクの調整において、カルシウムの含有量を少なくすることが記載されている。

インクジェット印刷装置は、インクヘッドのノズル近傍にカルシウム塩などの金属塩の固形物が堆積すると、正常なインク吐出が妨げられ印刷画像の不良が発生する可能性がある。特許文献１に記載された油性インクジェットインクを用いれば、インクヘッドのノズル近傍にカルシウム塩による固形物が堆積しにくいので印刷画像の不良発生を抑制できる。

特開２０１１－８９０４３号公報

ところで、油性インクジェットインクに色材として例えばアゾレーキ顔料が含まれている場合、貯蔵・保管が長期化すると、経時変化によりインク内にアゾレーキ顔料からカルシウムなどの金属原子がイオンとして溶出する可能性がある。
すなわち、金属イオンの含有量が少なくなるよう調整された油性インクジェットインクを用いても、インク内に経時的に生じる金属イオンの量を調整時のまま維持できない虞がある。そのため、油性インクジェットインクを長期に貯蔵・保管した後に使用すると、経時的に生じた金属イオンに起因する固形物がインクヘッドのノズル近傍に堆積して正常なインク吐出が妨げられる虞があり、改善が望まれている。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、長期に貯蔵・保管した後に使用しても、インクヘッドのインク吐出が良好で安定するインクカートリッジを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は次の１）の構成を有する。
１）油性インクジェットインクと、ポリカルボン酸を含む組成物として前記油性インクジェットインクに混在された金属イオン捕捉部材とを収容したインクカートリッジ。

本発明のインクカートリッジによれば、長期の貯蔵・保管後に使用しても、インクヘッドのインク吐出が良好で安定する。

図１（ａ）は、実施の形態に係るインクカートリッジ１が装填される印刷装置１００の概略構成を示す平面図である。図１（ｂ）は、印刷装置１００の正面図である。図１（ｃ）は、印刷装置１００の側面図である。 図２は、インクカートリッジ１の外観斜視図である。 図３は、インクカートリッジ１の係合部５の正面図である。 図４は、インクカートリッジ１の部分拡大断面図及び印刷装置１００のホルダ部１１１の断面図である。 図５は、インクカートリッジ１と印刷装置１００のホルダ部１１１とが接続された状態を示す断面図である。 図６は、インクカートリッジ１のキャップ６を外した状態における部分拡大断面図である。 図７は、インクカートリッジ１のキャップ６を装着した状態における部分拡大断面図である。 図８Ａは、金属イオン捕捉部材８ａを示す図である。 図８Ｂは、金属イオン捕捉部材８ｂを示す図である。 図８Ｃは、金属イオン捕捉部材８ｃを示す図である。 図９Ａは、インク７及び金属イオン捕捉部材８ａを収容したインクカートリッジ１を示す模式的断面図である。 図９Ｂは、インク７及び金属イオン捕捉部材８ｂを収容したインクカートリッジ１を示す模式的断面図である。 図９Ｃは、インク７及び金属イオン捕捉部材８ｃを収容したインクカートリッジ１を示す模式的断面図である。 図１０は、インク７及び金属イオン捕捉部材８ａ～８ｃを収容したインクカートリッジ１を示す模式的断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。各図面を通じて同一もしくは同等の部位や構成要素には、同一もしくは同等の符号を付している。

以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置等を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

本実施の形態では、インクカートリッジ１が装填される印刷装置１００が、多数のノズルが形成されたインクヘッド（図示せず）を複数備え、それぞれのインクヘッドから異なる色のインクを吐出してライン単位で印刷を行い、搬送ベルト上の用紙に画像を形成するインクジェット方式のラインカラープリンタである場合を例に説明する。

図１（ａ）～（ｃ）に示す印刷装置１００は、本実施の形態に係るインクカートリッジ１が装填されるインクジェット方式のラインカラープリンタである。印刷装置１００は、用紙の搬送方向に沿って並べて配置された４つのインクヘッド（図示せず）を有する。４つのインクヘッドは、それぞれ異なる色のインクを吐出し、各色の画像を互いに重ね合わせてカラー画像を形成する。

インクカートリッジ１を印刷装置１００に対して水平に着脱する方向を「着脱方向Ａ」とする。インクカートリッジ１を印刷装置１００に挿入して装填させる方向を「装填方向Ａ１」とし、インクカートリッジ１を印刷装置１００から離脱させて取り外す方向を「離脱方向Ａ２」とする。
装填方向Ａ１は、インクカートリッジ１に収容された油性インクジェットインク７（以下、インク７）が印刷装置１００に流出する方向（以下、「インク流出方向Ｂ」という）と同方向となり、後述するインク容器２を外装体４に収容する際に挿入する方向は、離脱方向Ａ２と同方向となる。

印刷装置１００には、演算処理装置１０１が備えられており、この演算処理装置１０１が、上述したインクヘッドによる印刷処理や、搬送機構の駆動制御の他、インクカートリッジ１からのインク７の供給に関する制御も行う。

演算処理装置１０１は、ＣＰＵやＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサ、メモリ、及びその他の電子回路等のハードウェア、あるいはその機能を持ったプログラム等のソフトウェア、又はこれらの組み合わせなどによって構成された演算モジュールである。演算処理装置１０１は、プログラムを適宜読み込んで実行することにより種々の機能モジュールを仮想的に構築し、構築された各機能モジュールによって、画像データに関する処理や、各部の動作制御、ユーザ操作に対する種々の処理を行う。また、演算処理装置１０１には、操作パネル１０２が接続されており、この操作パネル１０２を通じて、ユーザによる指示や設定操作を受け付けることができる。

図１（ａ）及び図１（ｃ）に示されるように、印刷装置１００における装置本体１００ａの上部には、インクカートリッジ１が取付けられるカートリッジ取付機構１０３が設けられている。カートリッジ取付機構１０３は、４つのインクヘッドに１つずつ対応して、合計４つ設けられている。

印刷装置１００には、カートリッジ取付機構１０３の上方を覆うように上面装置１０４が配設されている。インクカートリッジ１の装填は、この上面装置１０４の下面と装置本体１００ａの上面との間に水平方向（装填方向Ａ１）に挿入することにより行われる。
上面装置１０４には、例えば、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）にセットした原稿を搬送に伴い光学的に読み取ってデジタルデータ化する画像読取装置（スキャナ）や、上述の操作パネル１０２が配設される。

カートリッジ取付機構１０３には、インクカートリッジ１を印刷装置１００に装填した際に、後述するインクカートリッジ１の供給口部１１と嵌合するホルダ部１１１が設けられている。

図４及び図５に示されるように、ホルダ部１１１は、後述するインクカートリッジ１における供給口部１１の供給口側ジョイント部１３と嵌合するホルダ側ジョイント部１１２を備えている。ホルダ側ジョイント部１１２は、外形が概ね円柱状の部材である。ホルダ側ジョイント部１１２における離脱方向Ａ２側の端部には、インクカートリッジ１の供給口側ジョイント部１３と嵌合する円環状の凸部１１３が形成されている。凸部１１３の内方は凹部１１４となっている。

凹部１１４には、インクカートリッジ１に収容されたインク７を、印刷装置１００内のインクタンク（図示せず）に流入させるためのインク経路１１５が連通されている。
ホルダ側ジョイント部１１２の凹部１１４の中央には、後述するインクカートリッジ１の中栓１５を押圧するための棒状の押圧部１１６が、離脱方向Ａ２に向けて突設されている。

次に、インクカートリッジ１の構成について、図２及び図３を主に参照して説明する。

図２に示されるように、インクカートリッジ１は、インク容器２と、インク供給部３と、外装体４と、係合部５とを備えている。インク供給部３には、保護部材としてのキャップ６が着脱自在に取り付けられる。

インク容器２にはインク７及び金属イオン捕捉部材８が収容されている。金属イオン捕捉部材８は、インク７の成分としてインク容器２に収容されているものではなく、インク７に混在させた状態でインク７と共にインク容器２に収容されている。

本実施の形態のインク容器２は、長方形状の熱可塑性フィルムを２枚重ね、長手方向の一端にインク供給部３を介在させた状態で、その周囲を熱溶着により接合して形成されている。インク容器２を、外装体４の開口部から挿入し、インク供給部３が組み付けられた係合部５を外装体４の開口部に嵌合することで、インクカートリッジ１が組み立てられる。

インク供給部３は、例えば、インク容器２にインク７及び金属イオン捕捉部材８が充填された状態で熱溶着により接続される。他の方法例として、インク容器２にインク７及び金属イオン捕捉部材８の収容口を設けておき、インク供給部３を熱溶着により接合した状態で充填口からインク７及び金属イオン捕捉部材８を収容し、その後、収容口を封止してもよい。
これらの方法により、インク７及び金属イオン捕捉部材８を収容したインクカートリッジ１が得られる。
インク７は、油性インクである。インク７及び金属イオン捕捉部材８の詳細は後述する。

インク供給部３は、インクカートリッジ１が印刷装置１００に装填された際に、インク容器２内のインク７を印刷装置１００に供給するためのものである。インク供給部３は、インク容器２の装填方向Ａ１側の端部に取り付けられている。インク供給部３は、油性インクであるインク７に接触しても膨潤しないポリアセタール樹脂等の素材からなる。

図３～図５に示すように、インク供給部３は、インク容器２の内部と外部とを連通させる供給口部１１を備えている。供給口部１１には、ホルダ側ジョイント部１１２と嵌合する供給口側ジョイント部１３と、供給口側ジョイント部１３の周囲を取り囲む円環状の凹部１４とが設けられている。凹部１４にホルダ側ジョイント部１１２の凸部１１３が挿入されることで、供給口側ジョイント部１３とホルダ側ジョイント部１１２とが嵌合可能になっている。供給口側ジョイント部１３は、中空円柱状に形成され先端に開口部１３ａが形成されている。インク容器２の内部と外部とは、開口部１３ａを介して連通される。供給口部１１は、開口部１３ａが装填方向Ａ１に向けられた状態で係合部５と係合している。

供給口部１１には、中栓１５，付勢部材１６，及び被覆部材１７が組み込まれている。
中栓１５は、開口部１３ａを開放又は閉止する。付勢部材１６は、中栓１５をインク７のインク流出方向Ｂに付勢して開口部１３ａを閉止させる。被覆部材１７は、インクカートリッジ１の着脱に伴う中栓１５の摺動を着脱方向Ａに沿ってガイドする。

インク供給部３は、インク容器２の熱可塑性フィルムに熱溶着された連通管１９を有している。連通管１９は筒状の部材であり、インク容器２の内外を連通している。

中栓１５等が組み込まれた供給口部１１を連通管１９の開口部に挿入して液密状態で嵌着することにより、供給口部１１とインク容器２とは一体化される。この構造によれば、中栓１５による開口部１３ａの開閉によって、インク容器２の内部と外部とを連通させる、又は遮断することができる。

図４及び図５に示されるように、中栓１５は、栓部１５ａ，軸部１５ｂ，係合受け部１５ｃ，及びＯリング１５ｄを有する。
栓部１５ａは、先端が開口部１３ａを塞いでインク容器２の内部と外部との連通を閉止する。軸部１５ｂは、栓部１５ａの後端側（離脱方向Ａ２側）から延設されている。係合受け部１５ｃは、栓部１５ａの先端に設けられ、ホルダ部１１１の押圧部１１６と係合する。Ｏリング１５ｄは、栓部１５ａの周囲に嵌め込まれ、開口部１３ａを閉止した際に栓部１５ａと供給口側ジョイント部１３との間の間隙を埋める。

中栓１５は、付勢部材１６の付勢力によって、栓部１５ａの先端側の面が供給口側ジョイント部１３の先端部の内面１３ｂに当接する。これにより、開口部１３ａは中栓１５によって閉止される。
Ｏリング１５ｄは、栓部１５ａと供給口側ジョイント部１３との間の間隙を埋める。これにより、インク容器２の内部と外部との連通が遮断され、インク７の外部流出が禁止される。

インクカートリッジ１が印刷装置１００に装填される際に、カートリッジ取付機構１０３の押圧部１１６と係合受け部１５ｃとが係合する。この係合に伴い、中栓１５は、付勢部材１６の付勢力に抗して離脱方向Ａ２に摺動する。中栓１５が摺動することで、図５に示されるように、栓部１５ａが開口部１３ａから離隔する。
これにより、インク容器２の内部と外部とが開口部１３ａを介して連通され、インク７がインク流出方向Ｂに沿ってインク容器２の内部から外部に流出可能となる。

付勢部材１６は、バネやゴムなどの弾性体で構成され、栓部１５ａを、開口部１３ａを閉止する方向（すなわち、装填方向Ａ１）に付勢する。本実施の形態において、付勢部材１６はコイルバネである。

被覆部材１７は、付勢部材１６を支持する支持部１７ａと、支持部１７ａから延設された略円筒形状の被覆部１７ｂとを有する。
支持部１７ａは付勢部材１６を支持する。
被覆部１７ｂは、中栓１５の軸部１５ｂにおける供給口部１１から露出している部分を、すべて覆い隠すように長さが設定されている。すなわち、図４に示されるように栓部１５ａが開口部１３ａを閉止している状態であっても、図５に示されるように栓部１５ａが押圧部１１６に押し込まれて開口部１３ａが開放されている状態であっても、中栓１５の軸部１５ｂは、被覆部材１７によって覆い隠されている。

このように、被覆部１７ｂは、中栓１５の摺動の有無に拘わらず、供給口部１１から露出した軸部１５ｂをすべて覆う長さとされている。そのため、例えば、インク容器２内のインク７の残量が少なくなってインク容器２が萎んだときであっても、軸部１５ｂの端部とインク容器２の内面とは接触しない。
これにより、中栓１５によってインク容器２が損傷する危険性がなくなり、ユーザは、取り扱いに注意を払うことなくインクカートリッジ１を使用することができる。

外装体４は、紙製（例えば、段ボール）のシート部材に設定された折り辺を折り曲げて糊代部分が貼り合わされている。これにより、外装体４は、長手方向における一端が開口され他端が閉止された有底の中空直方体をなす箱状に組み立てられている。

外装体４の開口部（カートリッジ装填時における印刷装置１００側の開口部）には、印刷装置１００側のカートリッジ取付機構１０３に係合される係合部５が嵌め込まれている。係合部５は、印刷装置１００のカートリッジ取付機構１０３との突当部材になる。

係合部５は、樹脂、金属などの硬質材料で形成される。係合部５は、インクカートリッジ１を印刷装置１００に装填する際に、カートリッジ取付機構１０３と係合する着脱機構として機能する。係合部５は、外装体４の開口部と嵌合するため、その開口部の寸法と略同等の大きさで形成されている。

図２及び図３に示されるように、係合部５は、外装体４の開口部に嵌合装着された後、裏面に粘着性を有するシール状のラベル２１（例えばフィルム法合成紙のように合成樹脂を主成分とする合成紙の裏面に接着剤を塗布したシート物）で貼り付け固定される。ラベル２１は、外装体４に係合部５を嵌合させた状態で、外装体４の一方の側面から、係合部５を経て反対側の側面に渡って巻き回されるように貼り付けられる。このようにして、係合部５は外装体４に組み付け固定される。

キャップ６は、供給口部１１の開口部１３ａを覆うためのものであり、供給口部１１に着脱される。図６及び図７に示されるように、キャップ６は、キャップ側ジョイント部２６を有する。キャップ側ジョイント部２６は、円筒形状に形成されている。図７のように、キャップ側ジョイント部２６が供給口側ジョイント部１３と嵌合することで、供給口部１１にキャップ６が装着され、開口部１３ａがキャップ６により覆われる。キャップ６は、柔軟性を有するポリプロピレンやゴム等の素材で形成されている。

上述のようなインクカートリッジ１が使用される際、供給口部１１に装着されたキャップ６が取り外され、インク７及び金属イオン捕捉部材８を収容したインクカートリッジ１が印刷装置１００に装着される。
これにより、図５に示されるように、中栓１５は押圧部１１６に押され、栓部１５ａは供給口側ジョイント部１３の先端部の内面１３ｂから離隔する。これにより、栓部１５ａと供給口側ジョイント部１３の先端部の内面１３ｂとの間に隙間が生じ、開口部１３ａが開放される。
開口部１３ａが開放されると、インク容器２内の少なくともインク７が、開口部１３ａから流出し、ホルダ部１１１のインク経路１１５を介して印刷装置１００内のインクタンクに供給される。

インク容器２内のインク７がなくなってインクカートリッジ１の交換が必要になると、インクカートリッジ１が印刷装置１００から取り外される。印刷装置１００から取り外された使用済みのインクカートリッジ１は、回収のためキャップ６が装着される。

使用済みのインクカートリッジ１では、供給口部１１の供給口側ジョイント部１３等にインク７が付着している。インク７が付着した供給口側ジョイント部１３にキャップ６が装着されると、キャップ６がインク７に接触する。

油性インクであるインク７は、シリコーンオイルを含む油性インクであると好適である。シリコーンオイルを含む油性インクであるインク７は、一般的な油性インクに接触すると膨潤しやすいポリプロピレンやゴム等の素材を膨潤させない。このため、本実施の形態のインクカートリッジ１によれば、キャップ６が、一般的な油性インクで膨潤しやすいポリプロピレンやゴム等の素材からなるものであっても、インク７によるキャップ６の膨潤を抑制できる。

上述のインクカートリッジ１の供給口部１１において、開口部１３ａが開放された状態におけるインク容器２の内側と開口部１３ａの外側とを連通する。

次に、インク７及び金属イオン捕捉部材８について詳述する。インク容器２に収容されたインク７は、既述のように、油性インクである。具体的には、インク７は、主として非水系溶剤と色材とから構成される。非水系溶剤には、シリコーンオイル、石油系炭化水素溶剤、脂肪酸エステル系溶剤、高級アルコール系溶剤等が用いられる。色材は、顔料及び染料のいずれも使用することができ、いずれか一方を単独で使用してもよく、両方を併用してもよい。色材にはレーキ顔料を用いるとよい。より具体的には、アゾレーキ顔料であるとよい。
インク７は、顔料分散剤、防腐剤、酸化防止剤、界面活性剤等を含んでいてもよい。

インク７に混在された金属イオン捕捉部材８は、ポリカルボン酸を含む組成物である。ポリカルボン酸の中和度は例えば５０％以下である。金属イオン捕捉部材８は、例えば、ポリカルボン酸系樹脂によってビーズ状，ペレット状，又はシート状に形成してよい。ポリカルボン酸系樹脂の例は、アクリル樹脂である。

金属イオン捕捉部材８の形状は限定されない。図８Ａ～図８Ｃは、例としてそれぞれビーズ状（球状）の金属イオン捕捉部材８ａ，ペレット状の金属イオン捕捉部材８ｂ，シート状の金属イオン捕捉部材８ｃが示されている。
すなわち、インクカートリッジ１は、カルボン酸ポリマ－の金属イオン吸着性を利用し、金属イオン捕捉部材８がインク７と共にインク容器２内に収容されている。
図９（ａ）～図９（ｃ）は、インク７と共に、それぞれ金属イオン捕捉部材８ａ～８ｃを収容したインクカートリッジ１を示した模式的断面図である。

インク７は、色材に用いるレーキ顔料或いはアゾレーキ顔料に含まれる金属塩から、経時的に金属イオンが生じる場合がある。アゾレーキ顔料からイオンとして生じる金属は、例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、マグネシウムなどである。
インクカートリッジ１のインク容器２には、インク７と共に金属イオン捕捉部材８が収容されているので、インク７において経時的に金属イオンが生じても、生じた金属イオンは、金属イオン捕捉部材８に捕捉される。これにより、インク７は、長期にわたり金属イオンが存在しない状態が維持される。

経時的に生じる金属イオンの量に応じて、金属イオン捕捉部材８の形状、量、種類などを適宜設定してよい。
これにより、インク７に存在する金属イオンを、金属イオン捕捉部材８を過剰に収容することなく、印刷に不具合が生じない程度の少ない含有量で抑制した状態、換言するならば、実質的に金属イオンが存在しない状態で長期間維持できる。

このように、インクカートリッジ１は、長期に貯蔵・保管し、その後に使用しても、インク７に含まれる金属イオンの量が実質的に存在しない程度に抑制されているので、金属イオンに起因する固形物がインクヘッドのノズル近傍に堆積して正常なインク吐出が妨げられることはない。従って、印刷装置１００においてインクヘッドのインク吐出は良好で安定する。

金属イオン捕捉部材８の大きさは、少なくとも印刷装置１００のインクヘッドのノズルから吐出されない大きさとする。
また、金属イオン捕捉部材８の大きさは、インクカートリッジ１を装填した印刷装置１００側へインク７と共に流入することなくインク容器２内に留まる大きさとしてもよい。金属イオン捕捉部材８の外形サイズの上限は、例えば、インク容器２への収容のし易さなどから設定してよい。

例えば、ビーズ状の金属イオン捕捉部材８ａは、直径φｄ１を１ｍｍ～１０ｍｍとし、ペレット状の金属イオン捕捉部材８ｂは、最小幅ｄ２及び長さＬ２を１ｍｍ～１０ｍｍとし、シート状の金属イオン捕捉部材８ｃは、短辺長Ｌ３を１ｍｍ以上、厚さｔ１を１０μｍ以上とすることが好ましい。

本発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより、種々の発明を形成できる。

金属イオン捕捉部材８ａ～８ｃは、全体がポリカルボン酸系樹脂で形成されていなくてもよく、樹脂母材の表面にポリカルボン酸を含む膜を形成したものであってもよい。
インクカートリッジ１は、インク容器２に収容された金属イオン捕捉部材８の形状が同一形状であるもの限定されない。インク容器２に収容された金属イオン捕捉部材８は、金属イオン捕捉部材８ａ～８ｃのうちの少なくとも２種類が混在していてもよい。例えば、図１０に示されるように、インクカートリッジ１は、インク容器２にインク７と共に、異なる形状の金属イオン捕捉部材８ａ～８ｃが混在して収容されたものであってもよい。

［付記１］
本出願は、以下の発明を開示する。
油性インクジェットインクと、ポリカルボン酸を含む組成物として前記油性インクジェットインクに混在された金属イオン捕捉部材とを収容したインクカートリッジ。

１ インクカートリッジ
１１ 供給口部
１３ 供給口側ジョイント部
１３ａ 開口部
１３ｂ 内面
１４ 凹部
１５ 中栓
１６ 付勢部材
１７ 被覆部材
２ インク容器
２６ キャップ側ジョイント部
３ インク供給部
４ 外装体
５ 係合部
６ キャップ
７ インク（油性インクジェットインク）
８，８ａ，８ｂ，８ｃ 金属イオン捕捉部材
１００ 印刷装置
１０１ 演算処理装置
１０２ 操作パネル
１０３ カートリッジ取付機構
１０４ 上面装置
１１１ ホルダ部
１１２ ホルダ側ジョイント部
１１５ インク経路
１１６ 押圧部

Claims (1)

1. 油性インクジェットインクと、ポリカルボン酸を含む組成物として前記油性インクジェットインクに混在された金属イオン捕捉部材とを収容したインクカートリッジ。

Images