JP2682485B2 - インクジェットプリントカートリッジ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクを貯蔵するイン
クタンクと、インクを吐出するプリントヘッドとを一体
に構成したインクジェットプリントカートリッジに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、インクタンクとプリントヘッドと
を一体に構成したインクジェットプリントカートリッジ
におけるインク貯蔵方法としては、特開昭６３−８７２
４２号公報（米国特許第４７７１２９５号明細書）、特
開平４−１７９５５４号公報等に開示されているような
多孔質体にインクを含浸させる方法等が知られている。
また一方、カートリッジの容積効率を上げるためには、
インクを多孔質体等を用いず直接収納するのが好ましい
が、その方法として、例えば特開昭５９−９８８５７号
公報（米国特許第４５０９０６２号明細書）に開示され
ているようなゴムブレダー中にインクを収納する方法が
知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の２つのインクジェットプリントカートリッジで
は、前者の場合は、フォーム等の多孔質体中にインクを
含浸させるため、多孔質体の容積分がロスとなり、容積
効率が悪く、さらにはタンク内のインク減少に伴い負圧
が大きくなり、使用できないインクがタンク内にかなり
残ってしまうという問題点があり、タンクの大容量化が
難しいという問題があった。また、後者の場合は、キャ
リッジの移動等によりタンク中のインクが揺動し、プリ
ントヘッドに対して圧力変動が起こるためプリントヘッ
ドのオリフィス中を流れるインクの流量が変動し、液滴
形成の安定性、印字品質等が低下するという問題があ
る。また、ゴムブレダーのためタンクの大容量化は難し
い。さらに、タンク内のインクの減少に伴って負圧が大
きくなるので、貯えられたすべてのインクが使用できな
いなどの問題があった。

【０００４】したがって、本発明は上記したような従来
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、カートリッジの容積効率を上げ、かつ内部気体の
体積膨張によるインクの漏洩を防止し、環境変化に対応
し得るインクジェットプリントカートリッジを提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、インクを吐出するプリン
トヘッドと、このプリントヘッドに供給されるインクを
貯蔵し前記プリントヘッドにインクを供給するインクタ
ンクとを備えたインクジェットプリントカートリッジに
おいて、前記インクタンクを、インクを直接貯蔵するメ
インタンクと、インクを多孔質体に含浸させて貯蔵する
サブタンクとから構成し、このサブタンクを外気に連通
するとともに、その下部を前記メインタンクの下部と毛
細管力が発生し得る程微細な管からなるインク連絡管に
より連通させ、前記メインタンクの下部を前記プリント
ヘッドのオリフィスと連通させたことを特徴とする。請
求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明におい
て、前記サブタンクは、カートリッジ内部の気体の体積
膨張時に前記メインタンクから溢れ得る最大インク量を
収納できる容積を有することを特徴とする。請求項３に
記載の発明は、請求項１または２に記載の発明におい
て、前記サブタンク内の多孔質体中のインクの境界面上
のメニスカスがインクに与える圧力Ｐｆ（ただし、メニ
スカス状態が凹の時を正とする）、プリントヘッドのオ
リフィスでの前記メニスカスがインクに与える圧力Ｐｏ
（ただし、メニスカス状態が凹の時を正とする）、イン
クの密度ρ、重力加速度ｇ、前記サブタンク内の前記多
孔質体中のインクの境界面と前記メインタンク内のイン
ク面の高さの差Ｈｆ、前記メインタンク内のインク面の
高さと前記プリントヘッドのオリフィス面との高さの差
Ｈｏ、前記サブタンク内の前記多孔質体が発生する毛細
管力Ｐｆｃ、前記プリントヘッドの前記オリフィスが発
生する毛細管力Ｐｏｃ、前記プリントヘッドのオリフィ
スでのメニスカスがインクに与える圧力がインク滴の吐
出可能限界のときの圧力Ｐｏｍとした場合、−ρｇ（Ｈ
ｆ−Ｈｏ）＜Ｐｆ＜Ｐｏｍ−ρｇ（Ｈｆ−Ｈｏ）で、且
つＰｆｃ＜Ｐｏｃの毛細管力を発生する前記多孔質体が
前記サブタンク内に挿入されていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のうちのいずれ
か１つに記載の発明において、前記メインタンクと前記
プリントヘッドとの間に、多孔質体が装填されたインク
供給室とインク供給路とを形成し、前記インク供給室と
前記インク供給路の間にフィルタを介在させたことを特
徴とする。

【０００６】

【作用】本発明において、メインタンクとサブタンク
は、互いにその下部が微細なインク連絡管によって連通
しており、連続したインクタンクを形成する。サブタン
クは外気と連通し、タンク内が負圧になることはない。
インク供給室とインク供給路は、メインタンクからプリ
ントヘッドへのインク供給において、キャリッジの移動
等でのカートリッジ内のインクの揺動によるプリントヘ
ッドのオリフィスでのインクの圧力変動を緩和する。ま
た、インク供給室は、メインタンク内に気体があるとき
のキャリッジの移動等での、メインタンク内のインクの
揺動によって気体がインクに溶け込んだ場合に、吐出不
良の原因となる気体を留めプリントヘッドに通さない役
目も果たす。サブタンク内の多孔質体は、メインタンク
内に気体があるときの温度、気圧の変化による内部気体
の体積膨張によって引き起こされるメインタンクから溢
れ出たインクを吸収する。フィルタは、インク中に含ま
れている不純物を除去し、不純物がプリントヘッドのオ
リフィスに侵入しないようにする。カートリッジ内の圧
力バランスは常に以下の式で表される。 Ｐｉ＋Ｐｏ＋ρｇＨｏ＝Ｐａ ・・・（１） Ｐｉ＋Ｐｆ＋ρｇＨｆ＝Ｐａ ・・・（２） 式（１）、（２）より Ｐｏ＝Ｐｆ＋ρｇ（Ｈｆ−Ｈｏ） ・・・（３） ただし、Ｐａは外気の圧力、Ｐｉはタンク内の気体の圧
力である。インクがカートリッジ外へ溢れ出ないために
は、プリントヘッドのオリフィスで発生するメニスカス
（表面張力により液体の自由表面が曲げられること）が
凹の状態、いわゆるＰｏ＞０でなければならない。その
ためには、Ｐｆ＞−ρｇ（Ｈｆ−Ｈｏ）の毛細管力を発
生する多孔質体をサブタンク内に装填する必要がある。
また、インクの消費に伴いプリントヘッドのオリフィス
でのメニスカスがインクに与える圧力が大きくなること
によって、メニスカスの凹の状態が大きくなると、イン
ク滴の吐出不良を起こす。そのため、プリントヘッドの
オリフィスでのメニスカスがインクに与える圧力が、イ
ンク滴の吐出限界を越える前にサブタンク側から外気を
カートリッジ内に導入し、カートリッジ内のインクに与
えられている負圧を緩和しなければならない。このこと
から、Ｐｏ＜Ｐｏｍでなければならない。そのために
は、多孔質体がＰｆ＜Ｐｏｍ−ρｇ（Ｈｆ−Ｈｏ）の毛
細管力を発生するものであることが要求される。さら
に、メインタンクに内部気体があるときの温度、気圧の
変化による内部気体の体積膨張によって引き起こされる
メインタンクからのインクの漏洩が、プリントヘッドの
オリフィス側から漏れずにサブタンク内の多孔質体に吸
収されるためには、Ｐｆｃ＜Ｐｏｃでなければならな
い。結果として、多孔質体は、−ρｇ（Ｈｆ−Ｈｏ）＜
Ｐｆ＜Ｐｏｍ−ρｇ（Ｈｆ−Ｈｏ）で、且つＰｆｃ＜Ｐ
ｏｃの毛細管力を発生するものとされ、これによりイン
クの漏れを起こさず安定したインク滴の吐出が可能とな
る。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明に係るインクジェットプ
リントカートリッジの一実施例を示す断面図である。同
図において、プリンタのキャリッジ（図示せず）に搭載
されるインクジェットプリントカートリッジ１は、イン
ク２を収納するインクタンク３と、インク２を吐出する
プリントヘッド４を一体に備えている。

【０００８】インクタンク３は、内部が３つの室、すな
わちメインタンク５、サブタンク６およびインク供給室
７に仕切られた容器からなり、メインタンク５内にはイ
ンク２が直接収納され、サブタンク６内にはインク２を
含浸させる機能をもつフォーム等の多孔質体８が収納さ
れ、インク供給室７には同じくフォーム等の多孔質体９
と、金属や化学繊維などを微細なメッシュ状に織り込ん
だフィルタ１０が収納されている。サブタンク６はイン
ク供給室７と共にメインタンク５の下方に設けられ、外
気と連通する外気導入孔１１を有している。外気導入孔
１１としてはインク２の蒸発および乾燥を防ぐため、可
及的微細な孔であることが好ましい。メインタンク５の
下部とサブタンク６の下部は、毛細管力が発生し得る程
微細な管からなるインク連絡管１２によって互いに連通
されている。インク供給室７はメインタンク５の下方に
これと連通して設けられ、サブタンク６とは隔絶されて
いる。また、インク供給室７は、前記プリントヘッド４
のインクを吐出するオリフィスとインク供給路１３を介
して連通している。前記フィルタ１０はインク供給室７
とインク供給路１３との間に介在されており、インク２
中に含まれている不純物を除去する。前記プリントヘッ
ド４は前記インクタンク３の下面に配設されている。

【０００９】使用前において、インク２はカートリッジ
１内の殆ど内部全体、すなわち外気導入孔１１周辺を除
いたサブタンク６、メインタンク５、インク連絡管１
２、インク供給室７およびインク供給路１３中に大きな
残留気泡を残さずに充填されている。サブタンク６内の
外気導入孔１１周辺は大気圧のためインク未充填部２０
が形成されている。

【００１０】メインタンク５からプリントヘッド４への
インク供給は、キャリッジの移動等でのカートリッジ内
のインクの揺動によるプリントヘッド４のオリフィスで
のインクの圧力変動を緩和する目的で、多孔質体９が挿
入されたインク供給室７およびインク供給路１３を経て
プリントヘッド４に供給される。また、インク供給室７
は、メインタンク５内に気体があるときのキャリッジの
移動等での、メインタンク５内のインク２の揺動によっ
て気体がインクに溶け込んだ場合に、吐出不良の原因と
なる気体をプリントヘッド４に通さない役目を果たす。

【００１１】図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明に係
るインクジェットプリントカートリッジ１の動作説明図
である。インクジェットプリントカートリッジ１の使用
開始時から使用終了時迄のインク２の消費状態経過は次
の通りである。プリントヘッド４のインク吐出によって
インク２が消費されていくと、サブタンク６内の多孔質
体８に含浸されているインクがインク連絡管１２を通り
メインタンク５に移動する。それに伴い、図２（ａ）、
（ｂ）に示すようにサブタンク６側に設けられている外
気導入孔１１から外気１５がサブタンク６内に導入さ
れ、これにより見かけ上サブタンク６側のインクが最初
に消費されていく。その後、サブタンク６側のインクが
全て消費された後は、図２（ｃ）に示すようにサブタン
ク６に導入された外気１５がインク連絡管１２を通って
メインタンク５に供給され、メインタンク５側のインク
２が消費されていく。

【００１２】次に、多孔質体８の毛細管力について説明
する。サブタンク６内の多孔質体８中のインクの境界面
上のメニスカスがインクに与える圧力Ｐｆ（ただし、メ
ニスカス状態が凹の時を正とする）、プリントヘッド４
のオリフィスでのメニスカスがインクに与える圧力Ｐｏ
（ただし、メニスカス状態が凹の時を正とする）、イン
クの密度ρ、重力加速度ｇ、サブタンク６内の多孔質体
８中のインクの境界面とメインタンク５内のインク面の
高さの差Ｈｆ、メインタンク５内のインク面の高さと前
記プリントヘッド４のオリフィス面との高さの差Ｈｏ、
外気１５の圧力Ｐａおよびメインタンク５内の気体の圧
力Ｐｉとすると、カートリッジ内の圧力バランスは常に
以下の式で表される。 Ｐｉ＋Ｐｏ＋ρｇＨｏ＝Ｐａ ・・・（１） Ｐｉ＋Ｐｆ＋ρｇＨｆ＝Ｐａ ・・・（２） 式（１）、（２）より Ｐｏ＝Ｐｆ＋ρｇ（Ｈｆ−Ｈｏ） ・・・（３）

【００１３】そこで、インクがカートリッジ外へ溢れ出
ないためには、プリントヘッド４のオリフィスで発生す
るメニスカスが凹の状態、いわゆるＰｏ＞０でなければ
ならない。そのためには、Ｐｆ＞−ρｇ（Ｈｆ−Ｈｏ）
の毛細管力を発生し得る多孔質体８をサブタンク６内に
装填する必要がある。

【００１４】また、カートリッジ内のインク２の消費に
よりプリントヘッド４のオリフィスでのメニスカスがイ
ンクに与える圧力が大きくなることによって、メニスカ
スの凹の状態が大きくなると、インク滴の吐出不良を起
こしてしまう。そのため、プリントヘッド４のオリフィ
スでのメニスカスがインクに与える圧力が、インク滴の
吐出限界を越える前にサブタンク６側の外気導入孔１１
から外気１５をカートリッジ１内に導入し、カートリッ
ジ内のインクに与えられている負圧を緩和しなければな
らない。そこで、プリントヘッド４のオリフィスでのメ
ニスカスがインクに与える圧力がインク滴の吐出可能限
界のときの圧力をＰｏｍとすると、Ｐｏ＜Ｐｏｍでなけ
ればならない。そのためには、Ｐｆ＜Ｐｏｍ−ρｇ（Ｈ
ｆ−Ｈｏ）の毛細管力を発生する多孔質体８を用いる必
要がる。

【００１５】さらに、メインタンク５に内部気体がある
ときの温度、気圧の変化による内部気体の体積膨張によ
って引き起こされるメインタンク５からのインクの漏洩
が、プリントヘッド４のオリフィス側から漏れずにサブ
タンク６内の多孔質体８に吸収されるためには、サブタ
ンク６内の多孔質体８が発生する毛細管力Ｐｆｃ、プリ
ントヘッド４のオリフィスが発生する毛細管力Ｐｏｃと
すると、Ｐｆｃ＜Ｐｏｃでなければならない。

【００１６】このことから、多孔質体８は、−ρｇ（Ｈ
ｆ−Ｈｏ）＜Ｐｆ＜Ｐｏｍ−ρｇ（Ｈｆ−Ｈｏ）で、且
つＰｆｃ＜Ｐｏｃの毛細管力を発生するものとされ、こ
れにより本発明においてはインク２の漏洩を起こさず安
定したインク滴の吐出を行うことができる。

【００１７】図３（ａ）、（ｂ）は本発明に係るカート
リッジ内部の気体の体積膨張時の状態説明図である。気
温、気圧の変化等の環境変化が起こると、特にメインタ
ンク５内の気体が体積膨張し、これによりメインタンク
５からインクが漏洩する。その際、サブタンク６内の多
孔質体８が発生する毛細管力（Ｐｆｃ）が、プリントヘ
ッド４のオリフィスの持つ毛細管力（Ｐｏｃ）より小さ
く設定されているため、メインタンク５から溢れるイン
クが常にサブタンク６側へ移動するようになっている。

【００１８】使用前の本発明のカートリッジ内のインク
は、サブタンク６の外気導入孔１１周辺を除いて各部に
大きな残留気泡を残さずに充填されている。そのため、
サブタンク６内のインクが完全に消費されていない状態
で内部気体の体積膨張が起きても、カートリッジのイン
ク中に残っている残留気体はごく微量であることから、
サブタンク６側へ溢れるインク量はごく微量のため、サ
ブタンク６の外気導入孔１１周辺のインク未充填部２０
（図２（ａ）参照）によって十分に吸収される。また、
サブタンク６内のインクが完全に消費され、メインタン
ク５に気体１５が供給された後に内部気体の体積膨張が
起きたときは、空になっているサブタンク６の持つイン
ク保持量が、メインタンク５内の気体の体積膨張により
溢れ得る最大インク量より多く設定されているため、サ
ブタンク６が一時的なインク溜め部としての機能を果た
し、メインタンク５から溢れるインクをサブタンク６で
吸収する。

【００１９】サブタンク６中に吸収されたインクは、体
積膨張が回復したとき順次メインタンク５に戻るため、
繰り返し体積膨張が起きた場合でも常に安定した性能が
得られる。

【００２０】このような構成からなるインクジェットプ
リントカートリッジ１にあっては、メインタンク５内に
インク２を直接充填しているので、多孔質体に含浸させ
て充填した場合に比べて容積効率が大きく、大容量のイ
ンクを収納することができる。また、温度、圧力等の変
化による内部気体の体積膨張によってメインタンク５か
ら溢れ出たインク２は多孔質体８とプリントヘッド４の
オリフィスの毛細管力の差によりサブタンク６内に入り
多孔質体８に吸収されるので、インク２がプリントヘッ
ド４から漏洩することがない。さらに、サブタンク６内
に吸収されたインクは体積膨張が回復すると、再びメイ
ンタンク５に戻るため、繰り返し体積膨張が起きた場合
でも安定に使用できる。さらにまた、インク供給室７は
キャリッジの移動等でキャリッジ内のインクが揺動した
場合、プリントヘッド４のオリフィスでのインクの圧力
変動を緩和するので、吐出効率、液滴形成の安定性、印
字品質等に優れたカートリッジを提供し得る。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るインク
ジェットプリントカートリッジは、インクを吐出するプ
リントヘッドと、このプリントヘッドに供給されるイン
クを貯蔵し前記プリントヘッドにインクを供給するイン
クタンクとを備えたインクジェットプリントカートリッ
ジにおいて、前記インクタンクを、インクを直接貯蔵す
るメインタンクと、インクを多孔質体に含浸させて貯蔵
するサブタンクとから構成し、このサブタンクを外気に
連通するとともに、その下部を前記メインタンクの下部
と毛細管力が発生し得る程微細な管からなるインク連絡
管により連通させ、前記メインタンクの下部を前記プリ
ントヘッドのオリフィスと連通させたので、メインタン
クとサブタンクが連続したインクタンクを形成し、イン
ク吐出時は見かけ上サブタンク中のインクから消費さ
れ、サブタンクにインクがあるときは通常のインクタン
クとしての機能を果たすため、カートリッジの容積効率
を向上させることができる。また、温度、圧力等の変化
による内部気体の体積膨張によってメインタンク内から
溢れ出たインクは多孔質体とプリントヘッドのオリフィ
スの毛細管力の差によりサブタンク内に入り多孔質体に
吸収されるので、インクの漏洩を良好に防止することが
できる。さらに、サブタンク内に吸収されたインクは気
体の体積膨張が回復すると、メインタンクに戻るため、
繰り返し体積膨張が起きた場合でも安定に使用できる。
さらにまた、インク供給室はキャリッジの移動等でキャ
リッジ内のインクが揺動した場合、プリントヘッドのオ
リフィスでのインクの圧力変動を緩和するので、安定し
た性能を発揮することができる。したがって、あらゆる
環境変化に対応したカートリッジを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るインクジェットプリントカート
リッジの一実施例を示す断面図である。

【図２】 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）はカートリッジの動
作を説明するための図である。

【図３】 （ａ）、（ｂ）はカートリッジ内部の気体の
体積膨張時の状態説明図である。

【符号の説明】

１…インクジェットプリントカートリッジ、２…イン
ク、３…インクタンク、４…プリントヘッド、５…メイ
ンタンク、６…サブタンク、７…インク供給室、８…多
孔質体、９…多孔質体、１０…フィルタ、１１…外気導
入孔、１２…インク連絡管、１３…インク供給路、１５
…外気。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出するプリントヘッドと、こ
   のプリントヘッドに供給されるインクを貯蔵し前記プリ
   ントヘッドにインクを供給するインクタンクとを備えた
   インクジェットプリントカートリッジにおいて、 前記インクタンクを、インクを直接貯蔵するメインタン
   クと、インクを多孔質体に含浸させて貯蔵するサブタン
   クとから構成し、このサブタンクを外気に連通するとと
   もに、その下部を前記メインタンクの下部と毛細管力が
   発生し得る程微細な管からなるインク連絡管により連通
   させ、前記メインタンクの下部を前記プリントヘッドの
   オリフィスと連通させたことを特徴とするインクジェッ
   トプリントカートリッジ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のインクジェットプリント
   カートリッジにおいて、 前記サブタンクは、カートリッジ内部の気体の体積膨張
   時に前記メインタンクから溢れ得る最大インク量を収納
   できる容積を有することを特徴とするインクジェットプ
   リントカートリッジ。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のインクジェット
   プリントカートリッジにおいて、 前記サブタンク内の多孔質体中のインクの境界面上のメ
   ニスカスがインクに与える圧力Ｐｆ（ただし、メニスカ
   ス状態が凹の時を正とする）、プリントヘッドのオリフ
   ィスでの前記メニスカスがインクに与える圧力Ｐｏ（た
   だし、メニスカス状態が凹の時を正とする）、インクの
   密度ρ、重力加速度ｇ、前記サブタンク内の前記多孔質
   体中のインクの境界面と前記メインタンク内のインク面
   の高さの差Ｈｆ、前記メインタンク内のインク面の高さ
   と前記プリントヘッドのオリフィス面との高さの差Ｈ
   ｏ、前記サブタンク内の前記多孔質体が発生する毛細管
   力Ｐｆｃ、前記プリントヘッドの前記オリフィスが発生
   する毛細管力Ｐｏｃ、前記プリントヘッドのオリフィス
   でのメニスカスがインクに与える圧力がインク滴の吐出
   可能限界のときの圧力Ｐｏｍとした場合、 −ρｇ（Ｈｆ−Ｈｏ）＜Ｐｆ＜Ｐｏｍ−ρｇ（Ｈｆ−Ｈ
   ｏ）で、且つＰｆｃ＜Ｐｏｃの毛細管力を発生する前記
   多孔質体が前記サブタンク内に挿入されていることを特
   徴とするインクジェットプリントカートリッジ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のうちのいずれか１つに記
   載のインクジェットプリントカートリッジにおいて、 前記メインタンクと前記プリントヘッドとの間に、多孔
   質体が装填されたインク供給室とインク供給路とを形成
   し、前記インク供給室と前記インク供給路の間にフィル
   タを介在させたことを特徴とするインクジェットプリン
   トカートリッジ。