JP3039358B2 - インク供給装置および記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばインクジェ
ット方式の記録装置のように、液体インクを利用する記
録装置に用いられるインク供給装置、および、そのイン
ク供給装置を用いた記録装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液体インクを用いた記録装置におけるイ
ンク供給装置は、例えば、米国特許第５，１５８，３７
７号明細書に記載されているように、多孔質部材にイン
クを保持させ、プリントヘッドに設けた毛細管部材を多
孔質部材に直接押し当てて、インクをプリントヘッドに
供給するものが知られている。

【０００３】このような記録装置では、プリントヘッド
対して適当な負圧を与えるようにしている。例えば、特
開平３−１８０３５７号公報に記載されたインクジェッ
トペンでは、密閉したハウジングに設けられたバブルジ
ェネレータからインクの消費量に応じて気泡を導入して
負圧状態でインクを貯蔵するようにしている。この記録
装置では、ハウジングの姿勢によっては、インクが外部
に流出するという問題については考慮されていない。

【０００４】また、特開平７−５２４０５号公報や特開
平７−８１０８４号公報の図７〜図１１に記載されたイ
ンク供給装置では、プリントヘッドに連通する主インク
室と、毛細管部材を配置した副インク室と、主インク室
の壁の一部に設けられ多数の微小孔を有するメニスカス
形成部材と、メニスカス形成部材に液体を供給するイン
ク供給部材を有し、インク供給部材により供給されたイ
ンクによってメニスカス形成部材の有する微小孔に形成
されるバブルポイント圧力の差圧により、インク室内を
負圧に保たれるように構成されている。

【０００５】このインク供給装置では、プリントヘッド
の印字によってインクが消費されると、メニスカス形成
部材のバブルポイント圧力で、中間インク室へは、空気
が導入されることになる。このような状態のときに、イ
ンク供給装置の姿勢が、プリンター本体の設置姿勢の変
化や、プリントヘッドの交換や、インク供給装置を記録
装置から分離して放置するなどの理由により変化する
と、主インク室内のインクが、副インク室内の毛細管部
材に引かれて移動し、代わりに副インク室のメニスカス
形成部材に接している大気圧の空気が主インク室に、気
泡となって侵入してしまい、インクと空気の置換が行な
われ、残印字状態に戻したときに、残りのインクが使用
できない状態が生じることがあるという問題がある。

【０００６】また、特開平７−８１０８４号公報の図４
〜図６に示すインク供給装置のように、インク室と毛細
管部材を配置したインク室等を上下に配置したもので
も、インク供給装置の姿勢により同じ問題が生じること
があるという問題点を有している。

【０００７】特に、頻繁にインク供給装置の姿勢が、変
化するような場合には、インク室に空気が置換されると
いう現象は、大きな問題となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、インクを負圧状態で保持す
るとともに、インク供給装置が様々な姿勢に放置された
場合にも、インク使用効率の低下などを招かない、信頼
性の高いインク供給装置および記録装置を提供すること
を目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
おいては、インクをプリントヘッドに供給するインク供
給装置において、インクを供給するための連通孔と該連
通孔に設けられ微小孔が形成された第１のメニスカス形
成部材を有し、インクを内部に負圧状態で収容可能な第
１のインク室と、前記連通孔と連通し、前記プリントヘ
ッドに連通するジョイント部を有し、密閉状態の第２の
インク室とを備え、前記第１のインク室の発生している
負圧をＰＲ、前記第１のメニスカス形成部材のバブルポ
イント圧力をＰＢ、前記第１のメニスカス形成部材の前
記第１のインク室側の面に作用するインクの水頭圧をＰ
Ｈとするとき、 ｜ＰＢ｜≧｜ＰＲ｜＋｜ＰＨ｜ の関係を満たしていることを特徴とするものである。

【００１０】請求項２に記載の発明においては、請求項
１に記載のインク供給装置において、前記第１のメニス
カス形成部材のバブルポイント圧力を設定して、 ｜ＰＢ｜≧｜ＰＲ｜＋｜ＰＨ｜ の関係を満たすことを特徴とするものである。

【００１１】請求項３に記載の発明においては、請求項
１または２に記載のインク供給装置において、前記第１
のインク室は、外部の大気と連通する大気連通孔と、該
大気連通孔に連通する多孔質部材を有し、該多孔質部材
の毛細管力により負圧を発生させることを特徴とするも
のである。

【００１２】請求項４に記載の発明においては、請求項
１または２に記載のインク供給装置において、前記第１
のインク室は、底部近傍の壁面の一部にバブルジェネレ
ータを有し、該バブルジェネレータのバブルポイント圧
力により負圧を発生させることを特徴とするものであ
る。

【００１３】請求項５に記載の発明においては、請求項
１または２に記載のインク供給装置において、前記第１
のインク室は、インクを収容する可動部材を有し、該可
動部材により負圧を維持することを特徴とするものであ
る。

【００１４】請求項６に記載の発明においては、請求項
３に記載のインク供給装置において、前記多孔質部材
は、ポリエステルフェルトから構成され、その密度が
０．０４ｇ／ｃｍ³ 〜０．２ｇ／ｃｍ³ であることを特
徴とするものである。

【００１５】請求項７に記載の発明においては、請求項
１〜６のいずれか１項に記載のインク供給装置におい
て、前記第１のメニスカス形成部材は、ＳＵＳの畳綾織
フィルタであり、その濾過粒度が５〜８０μｍ程度であ
ることを特徴とするものである。

【００１６】請求項８に記載の発明においては、請求項
１〜７のいずれか１項に記載のインク供給装置におい
て、前記第２のインク室のジョイント部は、第２のメニ
スカス形成部材を有し、該第２のメニスカス形成部材の
バブルポイント圧力をＰＢ２とし、前記第１のインク室
の発生している負圧をＰＲ、前記第１のメニスカス形成
部材の前記第１のインク室側の面に作用するインクの水
頭圧をＰＨとするとき、 ｜ＰＢ２｜≧｜ＰＲ｜＋｜ＰＨ｜ の関係を満たすことを特徴とするものである。

【００１７】請求項９に記載の発明においては、請求項
１〜８のいずれか１項に記載のインク供給装置におい
て、前記水頭圧ＰＨは、前記インク供給装置を通常の状
態の載置したときとは異なる状態に載置したときに、前
記第１のメニスカス形成部材に作用する水頭圧である特
徴とするものである。

【００１８】請求項１０に記載の発明においては、請求
項１〜９のいずれか１項に記載のインク供給装置におい
て、前記水頭圧ＰＨは、インクが第１のインク室に満た
されたときの状態で取り得る値の中で最大の水頭圧であ
ることを特徴とするものである。

【００１９】請求項１１に記載の発明においては、記録
装置において、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の
インク供給装置を有することを特徴とするものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のインク供給装置
の第１の実施の形態のインク供給装置の概略を示すもの
で、図１（Ａ）は斜視図、図１（Ｂ）は断面構成図であ
る。図中、１はハウジング、２は主インク室、３は毛細
管部材、４は中間インク室、５は大気連通孔、６は連通
孔、７は第１のメニスカス形成部材、８はインク供給部
材、９はジョイント部、１０はプリントヘッドである。
この実施の形態では、プリントヘッドと分離型のインク
供給装置を示している。図１（Ａ）の斜視図では、手前
側の側壁および毛細管部材３を除いて図示している。

【００２１】このインク供給装置は、その内部は、主イ
ンク室２と、その下方に中間インク室４が設けられてい
る。ハウジング１は、剛性を持ち、長期のインク保持を
可能にするため、耐インク性の良い材料が選択される。
ジョイント部９において、プリントヘッド１０と接続さ
れる。中間インク室４内のインクは、ジョイント部９を
通って、プリントヘッド１０へ供給される。

【００２２】主インク室２の下部には、連通孔６が設け
られており、中間インク室４およびジョイント部９と連
通している。連通孔６の断面形状としては、円形、楕円
形、多角形、星形、十字形、スリット形状等、種々の形
状とすることができる。また、主インク室２の底面は、
連通孔６を最低部とするような斜面で形成されている。
この斜面は第１のメニスカス形成部材７が設置されてい
る水平面に対して、図２に示すようにα゜の傾きを有し
て形成されている。

【００２３】主インク室２の内部には、毛細管部材３が
配置されている。この毛細管部材３は、毛細管力により
インクを保持し、記録ヘッドにおける負圧を維持してい
る。毛細管部材３の材料としては、２次元構造を持つ繊
維状材料、３次元構造を持つ多孔質体材料、繊維状材料
を３次元状に紡績したフェルトおよび不織布材料等を使
用することができる。具体的には、例えば、ポリエステ
ル繊維を一方向に束ねた中綿材を使用することができ
る。

【００２４】この毛細管部材３の形状を、図２に示して
いる。３ａは凸状部分である。毛細管部材３の周囲形状
は、主インク室２の内部と同じ形状であり、若干寸法が
大きくなっている。厚さは、インクタンクの奥行きＤと
ほぼ同じであるか、やや厚めにしてある。この毛細管部
材３を主インク室２に挿入して用いる。

【００２５】この毛細管部材の底面は、毛細管部材３の
上面と平行な面に対して、角度β゜を有する斜面で形成
されている。さらに、図１で説明した連通孔６に設けら
れた第１のメニスカス形成部材７に接する部分３ａが、
高さがｔｍｍの凸状に形成されている。

【００２６】図１で説明した角度αと図２で説明した角
度βの関係は、β＞αとなっており、より好適にはβ−
α＝１５゜となっている。また、凸状部分３ａの高さｔ
は、好適なｔの一例として、ｔ＝４ｍｍで形成されてい
る。このような形状の毛細管部材を、図１で説明した主
インク室２内の底面全体において接するように装填する
と、第１のメニスカス形成部材７の上面で凸状部分３ａ
が圧縮され、特に高密度な部分が形成される。また、連
通孔６の周辺も、斜面の傾きの差異から、連通孔６の近
傍が特に高密度になり、密度勾配が生じる。これよっ
て、記録ヘッドでインクが消費されたときのインクの移
動は、低密度でインク保持力の弱い毛細管部材末端から
生じ、最終インク残量が少ない、効率の良いインク供給
が可能となる。

【００２７】このインク供給部材８は、第１のメニスカ
ス形成部材７と別の部材として構成され、連通孔６の径
よりも小さい断面寸法を有しており、第１のメニスカス
形成部材７と接触するように配置されている。このよう
に第１のメニスカス形成部材７に直接取り付ける構成と
したり、あるいは、中間インク室４の側壁からリブなど
の支持部材を用いて固定する構成とすることもできる。
インク供給部材８の材料としては、第１のメニスカス形
成部材７と同一の材料でなくともよく、毛細管力により
インクを第１のメニスカス形成部材７へ上げることがで
きる材料であればよい。例えば、ポリエステル繊維を一
方向に束ねた中綿材や、ポリウレタン、メラミンフォー
ム等の多孔質性部材、２次元、３次元状の繊維構造体等
を使用することができる。

【００２８】第１のメニスカス形成部材７の一部をイン
ク供給部材８として中間インク室４の底面まで延在させ
てもよい。インク供給部材８は、第１のメニスカス形成
部材７の下面に気泡が溜り、空気の層ができてしまった
り、あるいは、主インク室２内のインクがなくなり、中
間インク室４の高さよりもインクの液面が低下すると、
このインク供給部材８が中間インク室４の底部よりイン
クを吸い上げて第１のメニスカス形成部材７にインクを
供給することにより、第１のメニスカス形成部材７を常
に濡れた状態に保ち、負圧を保つことができる。これに
より、インクを使いきるまで、最良の状態を維持するこ
とができる。インク供給部材８の断面形状は任意であ
り、スリット状や、直方体、三角柱などの角柱、円筒形
状、楕円柱状であってもよい。

【００２９】図３は、ジョイント部の一実施例の断面図
である。図中、１１はジョイント口、１２は第２のメニ
スカス形成部材である。ジョイント部のジョイント口１
１には、第２のメニスカス形成部材１２が設けられてい
る。この第２のメニスカス形成部材１２は、上述した第
１のメニスカス形成部材と同様に微細孔によるバブルポ
イント圧力を有するものである。インク供給装置が取り
外されて放置された状態においては、この第２のメニス
カス形成部材１２に設けられた微細孔に形成されるイン
クの表面張力によって、インクタンク内の負圧が、外部
の空気（大気圧）を引き込むことによって、インクタン
ク内へ空気が浸入することを防止し、また、インクが漏
れることを防止している。また、インク供給装置を記録
装置に装着する際には、装着時の圧力によってジョイン
ト口１１に残留してしまう空気を第２のメニスカス形成
部材１２のインク膜を通過させ、中間インク室に移動さ
せる。そのため、プリントヘッドに気泡が混入するのを
低減させることができる。さらに、インク供給装置が装
着されている状態では、この第２のメニスカス形成部材
１２は、細密な濾過径を有するフィルタとして機能し、
インク中に存在するごみや異物を除去する。それととも
に、インク供給装置にかかる振動および衝撃、加速度に
よる圧力変動、および、プリントヘッドのノズル側から
の気泡混入を防止することができる。

【００３０】なお、ジョイント部のジョイント口１１に
プリントヘッドが接続されるものであることを前提とし
て説明したが、これに限られるものではない。記録装置
に設けられたプリントヘッドに連通する接続口にインク
供給装置のジョイント口を接続するようにしてもよく、
あるいは、インク供給装置とプリントヘッドが一体型と
なるように構成されたものでもよい。

【００３１】第２のメニスカス形成部材１２の材料とし
ては、第１のメニスカス形成部材と同様に、金属や樹脂
などの網などの網目状体や多孔質体を用いることができ
る。網目状体の具体例として、金属フィルタメッシュや
金属繊維の圧縮燒結体フィルタ、エレクトロフォーミン
グ金属フィルタを使用することができる。また、例え
ば、畳綾織などの樹脂繊維や金属の編み物であるフィル
タや、レーザビーム加工、電子ビーム加工等による高精
細な穴径を有するフィルタを用いることができる。

【００３２】また、ジョイント口１１に付着したインク
が、インク供給装置の着脱時に、たれ落ちないように、
吸収材を設けることもできる。吸収材としては、インク
の吸収力に優れた材料が用いられ、例えば、スポンジ、
もしくはポリエステル繊維を一方向に束ねた中綿材等で
構成することができる。この吸収材は、流路抵抗が低い
ことが望まれる。また、この吸収材をインクタ供給装置
が装着される記録装置側に設けることもできる。

【００３３】図４〜図１０は、本発明のインク供給装置
の第１の実施の形態における動作の一例の説明図であ
る。図中、図１と同様の部分には同じ符号を付して説明
を省略する。斜めのハッチングで示した１３はインクで
ある。

【００３４】図４は、使用前の状態である。主インク室
２および中間インク室４には、この実施の形態のインク
供給装置は、分離型であるから、使用前のインク供給装
置には、プリントヘッドは取り付けられていない。

【００３５】図４は、図１に示したインク供給装置にイ
ンクが充填された使用前の状態を示している。この状態
において、主インク室２には、毛細管部材３による毛細
管力によって保持できる限界までインク１３が充填され
ている。使用前の状態としては、インク使用効率上の観
点から、できる限り主インク室２内にインクを満たすこ
とが望ましいが、毛細管部材３の毛細管力によって負圧
を発生させるために、毛細管部材３にはある程度のイン
ク未充填部分が必要である。また、中間インク室４に
は、インク１３が満たされている。使用前には、ジョイ
ント部９の開口および大気連通口５には気密シールを貼
っておくことができる。この状態で、パッケージングさ
れている。インク供給装置を使用する際には、気密シー
ルをはがし、記録装置に装着する。

【００３６】記録装置にインク供給装置を装着するとき
に、ジョイント部９に多少の空気が残留することがあ
る。残留した空気は、インク供給装置の装着時の圧力に
よって、中間インク室４内に気泡として侵入する。中間
インク室４内に侵入した気泡は、気泡自身の浮力によっ
て中間インク室４の上面の傾斜に従って移動し、上部に
集積される。

【００３７】インク供給装置が装着された後、印字が始
まると、プリントヘッド１０においてインクが消費され
る。すると、図５に示すように、消費されたインクの量
だけ、大気連通口５から徐々に空気が毛細管部材３に広
がってゆく。毛細管部材３に保持されるインクの減少と
ともに、インクの水頭圧が減少し、負圧は徐々に増大す
るが、許容範囲内で推移し、インクが少なくなっても、
毛細管部材３の有する毛細管力により、安定した負圧で
インクをプリントヘッド１０に供給することができる。
毛細管部材３が保持するインクは、第１のメニスカス形
成部材７を通ってスムースに中間インク室４に移動す
る。

【００３８】また、通常の印字動作におけるインク供給
において、大気連通口５から侵入した空気は、主インク
室２の壁面を伝わって第１のメニスカス形成部材７へ侵
入しようとするが、主インク室２の底面における毛細管
部材３との圧接により、第１のメニスカス形成部材７の
表面まで到達する空気は微量である。多少の空気が第１
のメニスカス形成部材７の表面に到達したとしても、空
気は第１のメニスカス形成部材７上にトラップされたま
ま、インクの移動が続く。インク内に混入している気泡
が毛細管部材３を通過して、第１のメニスカス形成部材
７の上面に空気が接触した場合も、第１のメニスカス形
成部材７の濾過粒度を毛細管部材３よりも細かく設定し
ておくことにより、空気は第１のメニスカス形成部材７
上にトラップされ、インクの移動が続く。主インク室２
から中間インク室４へのインクの移動は、毛細管部材３
の保持するインクがほぼなくなるまで行なわれる。

【００３９】第１のメニスカス形成部材７の表面に気泡
がトラップされている状態で、ノズルの目詰まり回避な
どのために、メンテナンス動作としてノズル先端からイ
ンクを吸引することがある。この場合には、ノズルの先
端から強制的にインクを吸引するため、通常よりも大き
な負圧が発生する。また、ベタ印字など、大量にインク
を消費する場合にも、通常よりも負圧が大きくなる場合
がある。このようなとき、第１のメニスカス形成部材７
の表面にトラップされていた気泡が微細孔からインクと
ともに中間インク室４内に引き込まれることがまれにあ
る。第１のメニスカス形成部材７から中間インク室４側
に引き込まれた気泡は、中間インク室４の傾斜した上面
を伝わって上部に集積されることになる。第１のメニス
カス形成部材７の下面が気泡によって覆われても、第１
のメニスカス形成部材７の微細孔に形成されているイン
クの界面の有する表面張力によって、負圧は保たれる。

【００４０】毛細管部材３が保持していたインクがほぼ
なくなると、第１のメニスカス形成部材７上に空気が接
する状態となる。この状態を図６に示している。この状
態では、第１のメニスカス形成部材７の微細孔には、イ
ンクの界面あるいはインクのメニスカスが形成されてい
る。さらに印字が続けられると、図７に示すように、中
間インク室４のインク１３が消費される。中間インク室
４内のインク１３が消費されるに従って徐々に中間イン
ク室４内の負圧が増大するが、ある一定の負圧値（第１
のメニスカス形成部材７の濾過粒度によって決定される
インクのバブルポイント圧力）が第１のメニスカス形成
部材７に加わると、第１のメニスカス形成部材７上に形
成されているインクの界面あるいはメニスカスを通し
て、空気の細かな気泡が第１のメニスカス形成部材７の
下面側に発生する。発生した細かな気泡は、隣接して発
生した細かな気泡や、後続の気泡などと合体し、蟹が吹
く泡のように大きな気泡となりながら、やがて、気泡が
破れ、中間インク室４内に空気が導入され、負圧の増大
は停止し、導入された空気により負圧はやや上昇する。
したがって、この状態では、プリントヘッドの背圧は、
第１のメニスカス形成部材７の毛細管力によって維持さ
れている。そのためには、第１のメニスカス形成部材７
の毛細管にインクがあることが重要である。第１のメニ
スカス形成部材７の上下面が空気に接しても、インク供
給部材８によって、第１のメニスカス形成部材７へ中間
インク室４内からインクが吸い上げられるから、第１の
メニスカス形成部材７は、常に濡れた状態に保たれる。
そのため、第１のメニスカス形成部材７にはインクの膜
が形成され続け、気泡発生後の負圧の制御動作は有効に
作動する。

【００４１】図７に示した状態で、環境温度が上昇した
ときや、周囲の気圧が低下したときは、図８に示すよう
に、中間インク室４内部の空気が膨張して、負圧が過度
に減少する。しかし、中間インク室４内のインク１３の
一部は、インク供給部材８と第１のメニスカス形成部材
７を通して、主インク室２に逆流され、中間インク室４
内の負圧が維持される。この状態では、プリントヘッド
１０の背圧は、毛細管部材３の毛細管力によって維持さ
れる。

【００４２】再び、環境温度が低下したり、周囲気圧が
上昇すると、主インク室２のインクは、第１のメニスカ
ス形成部材７とインク供給部材８を通して、中間インク
室４に流れ込み、図９に示す状態となる。図８や図９の
状態で印字が行なわれると、主インク室２内のインクが
消費され、プリントヘッド１０の背圧は、毛細管部材３
の毛細管力によって維持される。

【００４３】図８の状態から、さらに環境温度が低下し
たり、周囲気圧が上昇すると、図７の状態に戻る。この
ような、環境変化等により、主インク室２と中間インク
室４との間のインクの移動は、図７の状態に限らず、図
５，図６の状態でも同様である。

【００４４】このようにして、主インク室２のインクが
消費され、中間インク室４のインクも消費されて、図１
０に示すように、中間インク室４のインクを使いきって
終了する。終了時においても、第１のメニスカス形成部
材７はインクに濡れており、メニスカスが形成され、プ
リントヘッドへの背圧は維持されている。

【００４５】上述した説明では、主インク室の毛細管部
材３に保持されたインクが均一に消費されるように説明
したが、実際は、毛細管部材３の密度の高い部分にイン
クが残留してインク塊が存在している。

【００４６】図１１は、図６の状態において、インク塊
１３ａが残留している状態を模式的に示している。この
状態では、第１のメニスカス形成部材７の主インク室２
側の面の一部分は、大気連通口から流入してきた空気の
パスと接触している。また、他の一部分は残留インク塊
と流体連通している。このとき毛細管力によって発生す
る圧力ＰＲと、残留インク塊の発生する水頭圧ＰＨを図
中に示した。残留インク塊の発生する合圧ＰＺ＝ＰＲ−
ＰＨとなる。この合圧ＰＺは、第１のメニスカス形成部
材７のバブルポイント圧力と等しく、平衡状態を保って
いる。

【００４７】上記のような状態のインク供給装置が、記
録装置全体の移動などの際や、一時的にインク供給装置
が記録装置から外された場合などにおいて、例えば、図
１２に示すような横向きの姿勢になるなど、通常のプリ
ンター登載時の姿勢から他の姿勢に変化されることがあ
る。この状態では、残留インク塊の発生する水頭圧ＰＨ
が減少するために、残留インク塊の発生する圧力との合
圧ＰＺが大きくなり、中間インク室４のインクが主イン
ク室側に引き出される。そうすると、中間インク室４内
の負圧が上昇し、負圧が第１のメニスカス形成部材７の
バブルポイント圧力を越えると、気泡が中間インク室４
内に侵入することとなる。これら一連の動作を、上記合
圧ＰＺが、メニスカス形成部材のバブルポイント圧力と
平衡するまで、繰り返すことによって、中間インク室内
のインクと主インク室側の空気との置換現象が発生す
る。中間インク室内のインクと空気の置換現象により、
中間インク室内のインクがすべて、主インク室内に移動
してしまうようなことになると、プリントヘッドとのイ
ンク連通が遮断され、プリントヘッドは印字不可能とな
り、インク供給装置の交換が必要となる。このとき主イ
ンク室内に移動し、残留しているインクは、未使用のま
ま捨てられることになり、インク供給装置としてのイン
ク使用効率が、低減してしまうという問題があった。

【００４８】この問題に対処して検討した結果、主イン
ク室内に発生している負圧をＰＲとし、第１のメニスカ
ス形成部材の主インク室側の面に作用するインクの水頭
圧をＰＨとし、第１のメニスカス形成部材のバブルポイ
ント圧力をＰＢとするとき、 ｜ＰＢ｜≧｜ＰＲ｜＋｜ＰＨ｜ の関係式を満たせば、インク供給装置姿勢がどのような
向きになった時にも、第１のメニスカス形成部材のメニ
スカスが破れることがなく、中間インク室内のインクと
主インク室側の空気との置換現象は生じないことが分か
った。

【００４９】この関係式を満たすためには、第１のメニ
スカス形成部材のインクに対する濡れ性や気孔の大きさ
などを選択して、バブルポイント圧力ＰＢを大きくすれ
ばよい。また、毛細管部材の毛細管力を下げて、負圧Ｐ
Ｒを小さくしてもよく、あるいは、毛細管部材の第１の
メニスカス形成部材近傍の圧縮力を下げて、残留インク
塊がここに存在しないようにするなど、あるいは、これ
らの方法を組み合わせるなどにより、上記関係式を満足
することができる。

【００５０】好適な実施例として、毛細管力による圧力
ＰＲを発生する毛細管部材として、２次元構造を持つ繊
維状材料、３次元構造を持つウレタンフォームやメラミ
ンフォームなどの多孔質体材料、繊維状材料を３次元状
に紡績したフェルトおよび不織布材料等を使用すること
ができる。具体的には、例えば、ポリエステル繊維を一
方向に束ねた中綿材を使用することができる。この中綿
材としては、例えば、密度（＝重量／体積）が５％〜１
５％の間のものを用いることができる。また、ポリエス
テル繊維を３次元状に紡績したポリエステルフェルトを
使用することもできる。このポリエステルフェルトの密
度としては、０．０４ｇ／ｃｍ³ 〜０．２ｇ／ｃｍ³ の
ものが適当である。なお、材料の構成はポリエステル繊
維に限定されるものではなく、適度な毛細管力を有し、
インク耐性のあるものなら、他の材料を用いることがで
きる。

【００５１】第１のメニスカス形成部材については、例
えば、金網や樹脂性の網等の網目状体や、多孔質体を用
いることができる。網目状態の具体的な例としては、金
属メッシュフィルタや金属繊維、例えばＳＵＳの細線を
フェルト状にし、あるいは、圧縮焼結させた金属焼結フ
ィルタや、エレクトロフォーミング金属フィルタ、電子
線加工金属フィルタ、レーザービーム加工金属フィルタ
などを用いることができる。特に、バブルポイント圧力
がばらつかないことが好ましく、高精細な穴径を有する
フィルタは適当である。この実施例では、ＳＵＳの畳綾
織フィルタを用いている。畳綾織フィルタの濾過粒度
は、５〜８０μｍが好ましい。

【００５２】上述した関係式を満たすインク供給装置
は、インクの使用効率の向上が可能である。図１３は、
インク供給装置のインク供給圧力を測定したグラフであ
り、曲線Ａは、実施例のインク供給圧力の変化を示すも
のであり、上記関係式を満たすものである。曲線Ｂは、
従来例のインク供給圧力の変化を示すものであり、第１
のメニスカス形成部材のバブルポイント圧力が、主イン
ク室内の毛細管部材とインクが発生する毛細管力による
圧力ＰＲと、残留インク塊の発生する水頭圧ＰＨとの合
圧ＰＺよりも、小さいものである。このグラフで、中間
インク室内のインクを消費している時というのは、大気
連通口によって大気に連通した空気が、第１のメニスカ
ス形成部材を通して、バブルポイント圧力で、中間室内
に侵入しながら、印字によってインク消費が行われてい
る状態である。

【００５３】曲線Ａでは、メニスカス形成部材のバブル
ポイント圧力が、主インク室内の毛細管部材とインクが
発生する毛細管力による圧力ＰＲと、残留インク塊の発
生する水頭圧ＰＨとの合圧ＰＺよりも、常に大きくなる
ように設定されているために、中間インク室のインクを
バブルポイント圧力でヘッドに供給している時の、供給
インク圧力が最も大きな負圧となっている。第１のメニ
スカス形成部材のバブルポイント圧力が毛細管部材の負
圧に比較して高いため、第１のメニスカス形成部材近傍
の毛細管部材に残留する残留インクが少なくでき、中間
インク室内のインクを消費する時点が曲線Ｂより左方に
ずれている。

【００５４】曲線Ｂでは、メニスカス形成部材のバブル
ポイント圧力よりも、主インク室内の毛細管部材とイン
クが発生する毛細管力による圧力ＰＲと、残留インク塊
の発生する水頭圧ＰＨとの合圧ＰＺの方が大きいため
に、毛細管部材のインクを消費している最後の部分のイ
ンク供給圧力が最も大きく、その後、メニスカス形成部
材からバブルポイント圧力で、空気侵入後の供給圧力は
低くなっている。この状態で、インク供給装置の姿勢を
変化させると、残留インク塊のインク水頭圧変化が起こ
って、合圧ＰＺが大となり、多量のインクー空気置換現
象を引き起こすこととなることは上述したとおりであ
る。なお、上述した説明では、インク水頭圧ＰＨについ
て、残留インク塊により説明したが、図５のような状態
では、残留インク塊が生じるところまでインクは消費さ
れていない。この場合では、主インク室２のインクが第
１のメニスカス形成部材７に接している。したがって、
問題となる水頭圧ＰＨは、第１のメニスカス形成部材７
の主インク室２側の面に作用する水頭圧であるというこ
とができる。この水頭圧ＰＨは、図４から図１０におい
ては、図４の状態が最大である。

【００５５】図３で説明した第２のメニスカス形成部材
１２は、インク供給装置が取り外されて放置されたとき
にインクの漏れを防ぐとともに、逆にインクタンク１１
内への空気の侵入を防ぐ機能を有している。特に、主イ
ンク室内の毛細管部材にインクが保持されている状態で
は、第１のメニスカス形成部材はフィルタとして機能
し、主インク室１２と中間インク室１４は液的に連通し
ている。

【００５６】ここで、インク供給装置をジョイント口を
上にして置いた場合に、主インク室内に発生している負
圧をＰＲとする。また、第２のメニスカス形成部材に作
用するインクの水頭圧は、主インク室と中間インク室が
液的に連通しているから、第１のメニスカス形成部材の
主インク室側の面に作用する水頭圧と同じでＰＨであ
る。ここで、第２のメニスカス形成部材１２のバブルポ
イント圧力をＰＢ２としたとき、 ｜ＰＢ２｜≧｜ＰＲ｜＋｜ＰＨ｜ の関係式を満足していれば、インク供給装置を逆さにし
て放置しても、第２のメニスカス形成部材１２からイン
ク供給装置内に空気が侵入することはない。第２のメニ
スカス形成部材１２のメニスカス開口径は、上述のよう
にバブルポイント圧力とともに、使用するインクとの界
面張力と、濡れ角から規定されるが、具体的には、５μ
ｍ〜６０μｍ程度のものを使用することができる。

【００５７】図１４，図１５は、本発明の第２の実施の
形態を説明するためのもので、図１４は、インク供給装
置の断面図、図１５は、同じく斜視図である。図中、図
１〜図３と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略
する。１４は連通路である。図１（Ａ）と同様に、図１
５における手前側の側壁および毛細管部材３を除いて示
している。

【００５８】この実施の形態では、中間インク室４の体
積を小さくして、連通孔６とは連通路１４を介して連通
させている。連通路１４の上壁は、平らに構成してもよ
いが、図１４に示すように、中間インク室４に向かって
次第に高くなるように斜めに構成することができる。こ
れにより、連通路１４に発生した気泡をスムースに中間
インク室４へ移動させることができる。この斜面は中間
インク室４と主インク室２を結ぶ区間のみでもよいが、
主インク室２とジョイント口１１を結ぶ区間も上面を斜
面とすることによって、ジョイント口１１から導入され
る気泡を中間インク室４へスムースに移動させることが
できる。連通路５の底面は、水平であってもよいが、残
留するインク量をなるべく減らすため、この実施例では
中間インク室４と主インク室２を連通する区間だけ斜面
で形成されている。

【００５９】中間インク室４は、第１の実施の形態と同
様に、初期状態ではインクにより満たされている。そし
て、主インク室２から第１のメニスカス形成部材７を通
過して連通路５に侵入した気泡が集積される。中間イン
ク室４の大きさは、主インク室２内のインクがなくなる
までにまれに侵入する気泡を集積できる大きさがあれば
よく、小さな室で構成することができる。また、気泡を
集積するため、中間インク室４の上面は主インク室２の
連通孔６よりも高さが上となるように構成する必要があ
る。

【００６０】この実施の形態においても、第１の実施の
形態で説明した関係式を満たすように設計されること
は、上述の説明から明らかである。それにより、インク
供給装置が様々な姿勢に放置された場合にも、中間イン
ク室４のインクが主インク室側に移動することが防止で
きる。また、第２のメニスカス形成部材から、中間イン
ク室４内に空気が浸入することはない。

【００６１】図１６は、本発明の第３の実施の形態を説
明するためのもので、インク供給装置の断面図である。
図中、図１〜図３および図１７と同様な部分には同じ符
号を付して説明を省略する。１５はバブルジェネレータ
である。

【００６２】この実施の形態では、小孔を用いたバブル
ジェネレータ１５によって主インク室２内の負圧を制御
する構成を示している。ハウジング１の内部には、主イ
ンク室２と、その側方に中間インク室４が設けられてい
ることは、第２の実施の形態と同様である。主インク室
２は、密閉されており、内部にインクが収容される。バ
ブルジェネレータ１５には、主インク室２内に収容され
ているインク１３によってメニスカスが形成されてお
り、主インク室２内の圧力が低下すると、主インク室２
内に外部の空気による気泡を発生させる。そのため、小
孔のバブルポイント圧力は、制御するインクの負圧に依
存して決定される。

【００６３】この第３の実施の形態では、主インク室２
内には、毛細管部材が用いられないから、インクのみが
収容され、主インク室２の容積のほぼ１００％のインク
を収容することができ、インク供給装置の利用効率を向
上させることができる。また、主インク室２内のインク
を使いきるため、バブルジェネレータ１５は、なるべく
底部に近い部分に設ける方がよい。

【００６４】この第３の実施の形態においても、第１の
実施の形態で説明した関係式を満たすように設計され
る。それにより、インク供給装置が様々な姿勢に放置さ
れた場合にも、中間インク室４のインクが主インク室側
に移動することが防止できる。また、第２のメニスカス
形成部材から、中間インク室４内に空気が浸入して、バ
ブルジェネレータ１５から外部にインクが流出すること
もない。なお、中間インク室４は、連通路を用いずに、
第１の実施の形態と同様に、主インク室の下に配置して
もよい。

【００６５】図１７は、本発明の第４の実施の形態を説
明するためのもので、インク供給装置の断面図である。
図中、図１〜図３および図１７と同様な部分には同じ符
号を付して説明を省略する。１６は可動部材、１７はシ
ール部材である。

【００６６】この実施の形態では、インク１３の上面に
接する可動部材１６を用いた。可動部材１６の上の面
は、大気連通孔５に連通している。インクのシールと、
可動部材１５の周囲を主インク室２の内壁に適当な摩擦
力を与えるために、シール部材１７を用いた。シール部
材１７は、ゴムにような可撓性の材料を用いた。適当な
弾性を与えるために中空の管状部材を用いることができ
る。もちろん、中空でなければならない理由はない。

【００６７】この実施の形態では、可動部材１５の重量
と摩擦力により負圧が発生できる。この実施の形態にお
いても、第１の実施の形態で説明した関係式を満たすよ
うに設計される。それにより、インク供給装置が様々な
姿勢に放置された場合にも、中間インク室４のインクが
主インク室側に移動することが防止できる。また、第２
のメニスカス形成部材から、中間インク室４内に空気が
浸入することはない。この実施の形態でも、中間インク
室４は、連通路１４を用いずに、第１の実施の形態と同
様に、主インク室の下に配置してもよい。

【００６８】図１８は、本発明の記録装置の一実施例に
おける外観図である。図中、２１は記録装置、２２は下
部ケース、２３は上部ケース、２４はトレー挿入口、２
５はディップスイッチ、２６はメインスイッチ、２７は
用紙受け、２８はパネルコンソール、２９は手差し挿入
口、３０は手差しトレー、３１はインクタンク挿入蓋、
３２はインクタンク、３３は用紙送りローラ、３４は用
紙トレー、３５はインタフェースケーブル、３６はメモ
リカードである。図１８では、上述のインク供給装置の
第１ないし第４の実施の形態が適用される記録装置の全
体を示している。

【００６９】記録装置２１の筺体は、概ね下部ケース２
２と上部ケース２３により構成されている。この中に図
示しない電気回路や駆動系部品などが収納されている。
下部ケース２２にはトレー挿入口２４が設けられ、ここ
から記録するための用紙が収納された用紙トレー３４が
挿入され、記録装置２１に用紙が装填される。

【００７０】また、下部ケース２２にはディップスイッ
チ２５およびメインスイッチ２６が取り付けられてい
る。ディップスイッチ２５は、記録装置２１の動作の一
部を設定するものであり、設定変更の頻度の少ない機能
設定が割り付けられている。このディップスイッチ２５
は、使用しないときにはカバーで覆うように構成されて
いる。メインスイッチ２６は、記録装置２１の電源を切
入するためのスイッチである。下部ケース２２には、さ
らに、図示しないインタフェースコネクタや、メモリカ
ード３６の挿入口等が設けられている。インタフェース
コネクタには、インタフェースケーブル３５が接続さ
れ、外部のコンピュータなどとのデータ交換が行なわれ
る。メモリカード３６は、記録装置２１の動作時に拡張
メモリとして用いられたり、ある場合にはフォントが格
納され、記録時に用いられる。

【００７１】上部ケース２３には、用紙受け２７が形成
されており、記録済みの用紙が排出される。また、パネ
ルコンソール２８が設けられており、記録モードの設定
や、給紙、排紙等の指示など、ユーザが頻繁に使用する
入力手段や、記録装置側からのメッセージの表示手段な
どが配置されている。さらに、手差し挿入口２９、手差
しトレー３０が設けられており、ここからユーザが手差
しにより給紙することができる。

【００７２】また、上部ケース２３にはインクタンク挿
入蓋３１が設けられている。この蓋を開けることによ
り、内部のインクタンク３２の着脱を行なうことができ
る。インクタンク３２は、上述の各実施例で示したよう
な構成のものを用いることができる。ここでは、４つの
インクタンク３２が装着される。インクタンク３２は、
図示しない記録ヘッドに装着される。装着の状態は、上
述の図９ないし図１２に示したとおりである。また、記
録ヘッドは図示しないキャリッジに取り付けられてい
る。

【００７３】用紙トレー３４に収納された用紙は、内部
の図示しない搬送系により１枚ずつ取り出されて搬送さ
れ、用紙送りローラ３３の円周に沿って送られる。イン
クタンク３２が装着された図示しない記録ヘッドが用紙
の搬送方向とは直角方向に移動し、帯状領域ごとに記録
を行なう。そして、用紙送りローラ３３によって次の帯
状領域の記録位置まで用紙の長さ方向に用紙を送る。こ
の動作を繰り返し行なうことにより、用紙上に記録を行
なう。そして、上部ケース２３の用紙受け２７へ排紙さ
れる。

【００７４】上述の記録装置の一実施例においては、イ
ンクタンク１をプリントヘッド３に装着する構成を示し
たが、例えば、プリントヘッド３も記録装置のキャリッ
ジに対して着脱自在に構成し、インクタンク１をキャリ
ッジに対して装着する構成であってもよい。

【００７５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、上述した関係式を満たすことにより、どのよ
うなインク供給装置姿勢の時にも、中間インク室内のイ
ンクと空気との置換現象を防止することにより、インク
供給装置のインク使用効率信頼性を向上させることがで
きる。また、インク供給装置が外された場合でも、ジョ
イント口から空気がインク供給装置内に浸入したり、イ
ンクを流出させることも防止できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のインク供給装置の第１の実施の形態
のインク供給装置の概略を示すもので、図１（Ａ）は斜
視図、図１（Ｂ）は断面構成図である。

【図２】 毛細管部材の形状の説明図である。

【図３】 ジョイント部の一実施例の断面図である。

【図４】 本発明のインク供給装置の第１の実施の形態
における動作の説明図である。

【図５】 本発明のインク供給装置の第１の実施の形態
における動作の説明図である。

【図６】 本発明のインク供給装置の第１の実施の形態
における動作の説明図である。

【図７】 本発明のインク供給装置の第１の実施の形態
における動作の説明図である。

【図８】 本発明のインク供給装置の第１の実施の形態
における動作の説明図である。

【図９】 本発明のインク供給装置の第１の実施の形態
における動作の説明図である。

【図１０】 本発明のインク供給装置の第１の実施の形
態における動作の説明図である。

【図１１】 インク供給装置内にインク塊が残留してい
る状態の説明図である。

【図１２】 記録装置から外されたインク供給装置を横
向きの姿勢に置いた場合の説明図である。

【図１３】 インク供給装置のインク供給圧力を測定し
たグラフである。

【図１４】 本発明の第２の実施の形態のインク供給装
置の断面図である。

【図１５】 図１４のインク供給装置の斜視図である。

【図１６】 本発明の第３の実施の形態のインク供給装
置の断面図である。

【図１７】 本発明の第４の実施の形態のインク供給装
置の断面図である。

【図１８】 本発明の記録装置の一実施例における外観
図である。

【符号の説明】

１…ハウジング、２…主インク室、３…毛細管部材、４
…中間インク室、５…大気連通孔、６…連通孔、７…第
１のメニスカス形成部材、８…インク供給部材、９…ジ
ョイント部、１０…プリントヘッド、１１…ジョイント
口、１２…第２のメニスカス形成部材、１３…インク、
１３ａ…残留インク塊、１４…連通路、１５…バブルジ
ェネレータ、１６…可動部材、１７…シール部材、２１
…記録装置、２２…下部ケース、２３…上部ケース、２
４…トレー挿入口、２５…ディップスイッチ、２６…メ
インスイッチ、２７…用紙受け、２８…パネルコンソー
ル、２９…手差し挿入口、３０…手差しトレー、３１…
インクタンク挿入蓋、３２…インクタンク、３３…用紙
送りローラ、３４…用紙トレー、３５…インタフェース
ケーブル、３６…メモリカード。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/175

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクをプリントヘッドに供給するイン
   ク供給装置において、インクを供給するための連通孔と
   該連通孔に設けられ微小孔が形成された第１のメニスカ
   ス形成部材を有し、インクを内部に負圧状態で収容可能
   な第１のインク室と、前記連通孔と連通し、前記プリン
   トヘッドに連通するジョイント部を有し、密閉状態の第
   ２のインク室とを備え、前記第１のインク室の発生して
   いる負圧をＰＲ、前記第１のメニスカス形成部材のバブ
   ルポイント圧力をＰＢ、前記第１のメニスカス形成部材
   の前記第１のインク室側の面に作用するインクの水頭圧
   をＰＨとするとき、 ｜ＰＢ｜≧｜ＰＲ｜＋｜ＰＨ｜ の関係を満たしていることを特徴とするインク供給装
   置。
2. 【請求項２】 前記第１のメニスカス形成部材のバブル
   ポイント圧力を設定して、 ｜ＰＢ｜≧｜ＰＲ｜＋｜ＰＨ｜ の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のイン
   ク供給装置。
3. 【請求項３】 前記第１のインク室は、外部の大気と連
   通する大気連通孔と、該大気連通孔に連通する多孔質部
   材を有し、該多孔質部材の毛細管力により負圧を発生さ
   せることを特徴とする請求項１または２に記載のインク
   供給装置。
4. 【請求項４】 前記第１のインク室は、底部近傍の壁面
   の一部にバブルジェネレータを有し、該バブルジェネレ
   ータのバブルポイント圧力により負圧を発生させること
   を特徴とする請求項１または２に記載のインク供給装
   置。
5. 【請求項５】 前記第１のインク室は、インクを収容す
   る可動部材を有し、該可動部材により負圧を維持するこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載のインク供給装
   置。
6. 【請求項６】 前記多孔質部材は、ポリエステルフェル
   トから構成され、その密度が０．０４ｇ／ｃｍ³ 〜０．
   ２ｇ／ｃｍ³ であることを特徴とする請求項３に記載の
   インク供給装置。
7. 【請求項７】 前記第１のメニスカス形成部材は、ＳＵ
   Ｓの畳綾織フィルタであり、その濾過粒度が５〜８０μ
   ｍ程度であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか
   １項に記載のインク供給装置。
8. 【請求項８】 前記第２のインク室のジョイント部は、
   第２のメニスカス形成部材を有し、該第２のメニスカス
   形成部材のバブルポイント圧力をＰＢ２とし、前記第１
   のインク室の発生している負圧をＰＲ、前記第１のメニ
   スカス形成部材の前記第１のインク室側の面に作用する
   インクの水頭圧をＰＨとするとき、 ｜ＰＢ２｜≧｜ＰＲ｜＋｜ＰＨ｜ の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜７のいずれ
   か１項に記載のインク供給装置。
9. 【請求項９】 前記水頭圧ＰＨは、前記インク供給装置
   を通常の状態の載置したときとは異なる状態に載置した
   ときに、前記第１のメニスカス形成部材に作用する水頭
   圧であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項
   に記載のインク供給装置。
10. 【請求項１０】 前記水頭圧ＰＨは、インクが第１のイ
    ンク室に満たされたときの状態で取り得る値の中で最大
    の水頭圧であることを特徴とする請求項１〜９のいずれ
    か１項に記載のインク供給装置。
11. 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれか１項に記載
    のインク供給装置を有することを特徴とする記録装置。