JP3587655B2 - インクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造及びインクカートリッジ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像情報に応じてインク滴を吐出して記録媒体に画像を形成するインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造及びインクを収容するインクカートリッジに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、圧電素子等の加圧手段を有するインクジェット記録ヘッドのキャビティにインクを供給し、上記加圧手段を駆動することでキャビティに収容されたインクを加圧して、上記キャビティに連通するノズルからインクを吐出させて記録媒体に画像を形成するインクジェット記録装置が使用されている。
上記インクジェット記録装置にインクを供給するには、図11に示すように、インクジェット記録ヘッド200を保持するキャッリジ201に設けられたインクカートリッジ収容部203にインクが収容されたインクカートリッジ205を接続して行う。
【0003】
上記インクカートリッジ205は、本体が箱体からなっており、その内部上側部分は仕切り板207によってインク収容室209と充填剤収容室211とに仕切られている。充填剤収容室211には多孔質材からなる充填剤213が収容されており、この充填剤213は充填剤収容室211の内部天井部と床部にそれぞれ設けられたリブ215と217によって固定されている。充填剤収容室211の天井部には通気口219が形成され、床部分にはインク供給口221が形成されている。また、インク供給口221の出口には円筒形状からなる押圧針挿入部223が形成されている。
【0004】
インク収容室209にはインクが収容されており、インク収容室209と充填剤収容室211との連通部225(仕切り板207の下端部)からインクが充填材213に浸透するようになっている。
【0005】
インク収容室203には上記押圧針挿入部223が収容される凹部227が形成されている。また、この凹部227の底部分には押圧針229が突設してあり、押圧針挿入部223が凹部227に収容された状態で、押圧針挿入部223には押圧針229が挿入されるようになっている。また、凹部227の縁にはOリング231が取り付けてあり、凹部227と押圧針挿入部223とが隙間無く接続されるようになっている。押圧針229の先端は、充填材213に突き刺さるように尖っており、また、押圧針229の内部に形成されたインク通路233に連通するインク侵入口235が形成されている。上記インク通路231はインクジェット記録ヘッド200のインク供給路235に連通されている。
【0006】
上記構成からなるインクカートリッジ205をインクカートリッジ収容部203に接続すると、押圧針229が押圧針支持部223に挿入され、その先端が充填材213に突き刺さり、充填材213に浸透しているインクがインク侵入口235から侵入してインク通路233及びインク供給路235を介してインクジェット記録ヘッド200に供給される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成のインクカートリッジ205では、インク収容室209の内部にインクが残っている場合はもちろんのこと、インク収容室209の内部のインクを使い切った場合であっても、充填材213にインクが浸透していることから、インクカートリッジ205を交換する際にインク供給口221からインクが漏れてしまうという問題点があった。これに対して、インクの漏れを防止するためにインク供給口221に開閉可能な蓋を設けた場合、蓋の開閉機構がインクカートリッジの製造コストの増加を招くという問題点がある。
【0008】
また、押圧針229を充填材213に突き刺す際に空気を含んだインクがインク侵入口235に侵入する場合がある。このようにして空気を含んだインクがインクジェット記録ヘッド200に供給されると、この空気が気泡となってインクを加圧するインク加圧室(キャビティ)内でダンパーとして働き、インクの加圧を阻害するため、所望のインク滴を吐出することができない。このため、インクジェット記録装置では良好な画像を形成することができない場合があるという問題があった。
【0009】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、請求項1に記載のインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造では、インクを収容したインクカートリッジのインク供給口をインクカートリッジ接続部に着脱自在に設け、インクカートリッジのインク供給口をインクカートリッジ接続部に装着した状態で、インクカートリッジ接続部を介してインクジェット記録ヘッドにインクを供給するようにしたインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造において、上記インク供給口を、非伸長状態ではインクが通過できない大きさの複数の小孔を有する伸縮自在膜で遮蔽し、インク供給口をインクカートリッジ接続部に装着した状態で、上記伸縮自在膜を押圧し、伸長して上記小孔をインクが通過できる大きさに広げてインクカートリッジ内のインクをインクカートッジ接続部に供給する押圧部材を、上記伸縮自在膜または上記インクカートリッジ接続部のどちらか一方または両方に設けたことを特徴としている。
【0010】
また、請求項2に記載のインクカートリッジでは、インクを収容したインクカートリッジのインク供給口を、非伸長状態ではインクが通過できない大きさであって、伸長状態ではインクが通過できる大きさの複数の小孔を有する伸縮自在膜で遮蔽することを特徴としている。
【0011】
【発明の作用及び効果】
本発明に係るインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造及びインクカートリッジでは、インクカートリッジのインク供給口をインクカートリッジ接続部に接続すると、押圧部材によってインク供給口を遮蔽する伸縮自在膜が押圧されて伸長し、伸縮自在膜に形成された小孔が広がり、この小孔をインクが通過してインクカートリッジからインクカートリッジ接続部にインクが供給される。このように、インク供給口をインクカートリッジに接続した際に限り、伸縮自在膜にはインクが通過するので、インクカートリッジ内のインクの有無に拘わらず、インクカートリッジをインクカートリッジ接続部から取り外した際にインク供給口からインクが漏れることが防止される。また、インク供給口には開閉機構を備えた蓋を設ける必要が無いので、インクカートリッジの製造コストの増加を招くこともない。
【0012】
また、本発明に係るインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造では、押圧部材を伸縮自在膜に押圧してインク供給口からインクをインクカートリッジ接続部に供給するので、空気を含んだインクがインクカートリッジ接続部を介してインクジェット記録ヘッドに供給されることが無い。したがって、本発明に係るインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造を備えたインクジェット記録装置では、インク加圧室内におけるインクの加圧が正確に行われるので、所望のインク滴を吐出して良好な画像を形成することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明に係るインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造1を備えたインクジェット記録装置3を示している。インクジェット記録装置3は、記録媒体である用紙5を副走査方向(矢印y方向)に送り出すための送り出し機構7と、キャリッジ12を主走査方向(x方向)に移動させるための移動機構9を備えており、インクジェット記録ヘッド(以下、「記録ヘッド」と呼ぶ。)10は上記キャリッジ12に取り付けられることで主走査方向(x方向)に移動するように設けてある。
【0014】
図2、図3にそれぞれ記録ヘッド10の正面、図2のIII−III断面を示す。これらの図に示すように、記録ヘッド10は第1記録ヘッド部26と、第2記録ヘッド部28からなり、天板30、隔壁32、振動板34、ベースプレート36を一体的に組み合わせて構成されている。第1記録ヘッド部26と第2記録ヘッド部28は記録ヘッド10の移動方向に並んでおり、中央の一点鎖線38に関して左右対称な構成をしている。
【0015】
天板30は隔壁32との対向面を電鋳あるいはフォトリソグラフィー等の方法により微細加工して複数の凹部を形成し、第1記録ヘッド部26、第2記録ヘッド部28のそれぞれにインクを収容する複数のキャビティ40と、補給用のインクを収容するインク供給室42と、各キャビティ40をインク供給室42に連結するインクインレット44が形成されている。
【0016】
第1記録ヘッド部26と第2記録ヘッド部28のキャビティ40は、これらの記録ヘッド部26、28が対向する方向に向かって伸びる長溝状に且つ平行に形成されている。また、天板30には、キャビティ40のインクインレット44と反対側にキャビティ40に連通するノズル46がキャビティ40の長手方向に直交する1つの直線上に所定の間隔を置いて複数形成されている。ノズル46は外側に向かって細くなるテーパ状をしており、吐出側の内径が25μmとしてある。
【0017】
隔壁32は導電材からなる薄肉フィルムが用いられており、天板30と振動板34との間に固定されている。なお、この隔壁は後述する圧電部材48の変形を阻害するものでなく、圧電部材48の変形に応じて変形する。
【0018】
振動板34は、例えばセラミックス板の上面及び下面に金属を蒸着するなどの方法により導電層を設けたものであり、隔壁32とベースプレート36にそれぞれ導電性の接着剤で固定されている。また、振動板34は、ベースプレート36に接着固定した後、ダイシング加工により縦横に切断して、キャビティ40に対向する圧電部材48と各圧電部材48を囲む壁50とに分離し、高温下で各圧電部材48は高圧を印加して分極処理してある。
【0019】
ベースプレート36は振動板34との対向面に複数の導電リード部(図示せず)を備えており、各導電リード部は圧電部材48に対向している。
【0020】
また、上記構成の記録ヘッド10では、各記録ヘッド部26、28において、後述するインクカートリッジ60からインクカートリッジ接続部70を介してインク供給室42にインクが供給されると、インク供給室42のインクは、インクインレット44を介して各キャビティ40に分配されるようになっている。なお、記録ヘッド10の構成は、第1記録ヘッド部26と、第2記録ヘッド部28から構成するものに限らず、第1ヘッド部26のみで構成してもよい。また、第1記録ヘッド部26と第2記録ヘッド部28のノズル46は、2列に平行に形成するものに限定するものではなく、例えば、千鳥状に配置するように形成してもよいし、複数列であってもよい。
【0021】
上記構成のインクジェット記録装置3では、圧電部材48に所定の電圧(印字信号)を印加して圧電部材48をキャビティ40に向かって変形させて、その変形を隔壁32に伝え、キャビティ40内のインクを加圧することでノズル46よりインク滴を吐出させるようになっている。また、この際記録ヘッド10を主走査方向(x方向)に往復移動させるとともに、用紙5を副走査方向(y方向)に移動させることで所望の画像が用紙5に形成される。
【0022】
次に、本発明の特徴部分であるインクカートリッジ接続構造1について説明する。図4(a)に示すように、キャリッジ12にはインクカートリッジ60を収容する収容空間61が形成されている。インクカートリッジ60には開閉可能な蓋62が設けてあり、収容空間61にインクカートリッジ60を収容し、蓋62を閉じた状態で蓋62に設けられた係合爪63がインクキャビティ本体に設けられた被係合部64と係合するようになっている。また、蓋62がインクキャビティ本体に密着するように、蓋62の内側周縁にはゴムパッド65が取り付けてある。
【0023】
図5に示すように、収容空間61の底面には、インクカートリッジ60のインク供給口66が接続されるインクカートリッジ接続部70が設けてある。このインクカートリッジ接続部70は、上記インク供給口66が収容される凹部71と、該凹部71の中央に立設した押圧部材73とからなっている。上記凹部71の縁にはOリングが取り付けてあり、インク供給口66と凹部71とが隙間無く接続されるようになっている。
【0024】
上記押圧部材73は丸棒の先端部分77を半球状に加工し、内部を切削加工してインク流路79を形成するとともに、該インク流路79に連通する楕円形状からなる複数のインク流入口81を先端部分77に形成してある(図4b参照)。上記インク流路79は、キャリッジ12に形成されたインク流路83を介して記録ヘッド10のインク供給室42に連通するインク流路85に連通してある。
【0025】
インクカートリッジ60は本体が箱体からなっており、その内部は底面側の連通部87を除いて、仕切り板89によってインク収容室91と充填剤収容室93とに仕切られている。充填剤収容室93にはスポンジで形成された充填剤95が収容されており、この充填剤95は充填剤収容室93の内部天井部に設けられたリブ97によって固定されている。充填剤収容室93の天井部には通気口99が形成され、床部分にはインク供給口66が形成されている。インク供給口66はインクが流出する開口部100と、該開口部の外側に設けられた円筒形状からなる押圧部挿入部101とで構成されている。
【0026】
上記開口部100の充填材収容室93に面する側には、厚さ100μmのシリコンゴムからなる伸縮自在膜105が貼り付けてあり、開口部100が遮蔽されている。上記伸縮自在膜105は、図6aに示されるように矩形形状からなっており、開口部100に対向する対向部分107には、インクが通過することが出来ない大きさの孔109(直径約20μm)が複数形成してある。上記対向部分107は、インクカートリッジ60をインクカートリッジ接続部70に接続した状態で、押圧部材73で押圧されることにより伸長し、孔109がインクが通過することが出来る大きさの孔111(直径約100μm)に変形するようになっている。なお、上記伸縮自在膜105の材質は、シリコンゴムに限らず、フルオロシリコンゴム、ブタジエンゴム、ウレタンゴム等の所定の強度、可撓性及び伸縮性を有するゴムであればよい。なお、孔109、111の径及び形状は、インクカートリッジ60に収容されるインク、伸縮自在膜105の材質、及び充填材95の材質等に基づいて適宜設定すればよく、上記大きさに限定されるものではない。
【0027】
インク収容室91にはインクが収容されており、連通部87からインクが充填材95に浸透するようになっている。なお、上記のように、伸縮自在膜105によって開口部100が遮蔽されているので、インクカートリッジ60の内部は、インク収容室91のみで構成するようにしてもインクがインク開口部100から漏れることが無い。
【0028】
上記構成からなるインクカートリッジ接続構造1では、キャリッジ12の収容空間61にインクカートリッジ60を収容し、蓋62を閉じることでインクカートリッジ60のインク供給口66がインクカートリッジ接続部70の凹部71に接続される。図7に示すように、インク供給口66が凹部71に接続されることで、押圧部材73は押圧部挿入部101から充填材収容室93の内部に挿入される。この際、押圧部材73の先端部分は伸縮自在膜105をインクカートリッジ60の内部に押し込むので、伸縮自在膜105の対向部107は伸長する。これにより、孔109は拡張してインクが通過できる孔111に変形する。したがって、充填材95に浸透しているインクが孔109を通過してインク流入口81からインク流路79に流入する。インク流路79に流入したインクはインク流路83を介して記録ヘッド10のインク供給室42に連通するインク流路85に流入する。
【0029】
このように、インクがインク流入口81に侵入する際には伸縮自在膜105の対向部107と押圧部材73の先端部77は密着しているので、これらの間には空気が介在しない。このため、インク流入口81に侵入するインクには空気が混入することがないので、記録ヘッド10のインク供給室42及びキャビティ40内で気泡が発生することがない。したがって、キャビティ40におけるインクの加圧制御を正確に行うことができるので、記録ヘッド10では所望のインク滴を吐出して良好な画像を形成することができる。
【0030】
また、インクカートリッジ60をキャリッジ12から取り外した状態では、インク供給口66を遮蔽する伸縮自在膜105の対向部107は、インクが通過することができない大きさの孔109を有する形状に復元するので、孔109からインクが漏れることが防止される。
【0031】
図8、9、10は、それぞれ、本発明に係るインクカートリッジ接続構造1の変形例1、2、3を示しており、図5に示すインクカートリッジ60及びインクカートリッジ接続部70と同一部分または対応部分については同一符号を付してある。
【0032】
図8に示すインクカートリッジ60は、その内部を仕切り板89で上下に仕切ってあり、上部をインク収容室91、下部を充填材収容室93としてある。インク収容室91に収容されたインクは仕切り板89によって仕切られていない連通部87から充填材収容室93に収容された充填材95に浸透するようになっている。
【0033】
また、孔109が形成された伸縮自在膜105はキャップ形状に加工されてインク供給口66の押圧部挿入部101に嵌合・接着されており、伸縮自在膜105の縁部分106がOリングの役割を果たしている。なお、図示するように、伸縮自在膜105と充填剤95との間に空間96が形成されている場合であっても、押圧部材73がインク供給口66から充填材収容室93に挿入された状態で、充填材95、伸縮自在膜105及び先端部77とが密着していれば、押圧部材73の流入口81から流入するインクに空気が混入することは無い。
【0034】
図9に示すインクカートリッジ60では、開口部100を遮蔽する伸縮自在膜105のインク供給口66の出口側に円柱形状の押圧部材74が取り付けてある。また、インクカートリッジ接続部70のインク流路83には凸状部材84が設けてあり、インク供給口66をインクカートリッジ接続部70の凹部71に接続した状態で、押圧部材74と凸状部材84が当接し、伸縮自在膜105が充填材収容室93の内部に押し込まれ、対向部107が伸長して孔109が拡張する。これにより、インクが孔111を通じてインク流路83に流入するようになっている。
【0035】
図10に示すインクカートリッジ60は、その内部を上下に仕切る仕切り板89の中央部分に連通部87が形成されている。また、伸縮自在膜105はキャップ形状に加工されてインク供給口66の凸状部材挿入部102に嵌合・接着されるとともに、シート形状に加工されたものがインクカートリッジ接続部70の凹部71を遮蔽するように貼り付けてある。インクカートリッジ接続部70のインク流路83には凸状部材84が設けてあり、インク供給口66をインクカートリッジ接続部70の凹部71に接続した状態で、凸状部材84が伸縮自在膜105、105を充填材収容室93の内部に押し込んで伸縮自在膜105、105のそれぞれの孔109、109を拡張し、孔111、111を通じてインクがインク流路83に流入するようになっている。
【0036】
次に、上記図5に示したインクカートリッジ接続構造(実施の形態)1、図8に示した変形例1、図9に示した変形例2、図10に示した変形例3及び図11に示した従来のインクカートリッジ205について、(i)インク補給性能、(ii)気泡混入、(iii)不純物混入、及び(iv)インク漏れ性に関して行った実験について説明する。インクは、水分77.0%、多価アルコール/ジエチルグリコール6.5%、多価アルコールエーテル/トリエチレングリコールモノブチルエーテル6.5%、染料BakerBK−SP4.5%で構成されたものを使用し、用紙はエプソン社製SF(スーパーファイン)紙を使用した。
【0037】
(i)インク補給性能
インク補給性能に関する実験では、インクカートリッジに収容されたインクがインクカートリッジ接続部に供給される供給率について調査したもので、供給率が65%以上である場合は〇、30〜65%である場合△、30%未満である場合は×で評価している。
【0038】
(ii)気泡混入
気泡混入に関する実験では、染料を除去したインクを使用し、インクカートリッジ接続部のインク流入路に流入したインクを透明チューブを介して吸引ポンプ装置で吸引し、透明チューブ内の気泡の有無を測定した。気泡が無い場合は◎、気泡が3個以内である場合は〇、気泡が5個以内である場合は△、気泡が5個を越える場合は×で評価している。なお、気泡が5個以内であればキャビティ内のインクの加圧制御に問題を発生させることはない。
【0039】
(iii)不純物混入
不純物混入に関する実験では、染料を除去したインクを使用し、インクカートリッジをインクカートリッジ接続部に着脱する動作を10回繰り返した後、インクカートリッジ接続部のインク流入路に流入したインクを透明チューブを介して吸引ポンプ装置で吸引し、この吸引されたインクをメンブランフィルタで濾過した後、メンブランフィルタを洗浄した純水をコールターカウンターで回収して、ごみ等の不純物の有無を測定した。不純物が無い場合は◎、不純物が3個以内である場合は〇、不純物が5個以内である場合は△、不純物が5個を越える場合は×で評価している。なお、不純物が3個以内である場合は印字に問題を発生させることがない。
【0040】
(iv)インク漏れ性
インク漏れ性に関する実験では、1回のみインクカートリッジ接続部に接続し、その後取り外したインクカートリッジを1mの高さから落下させてインク供給口からインクが飛散するか否か測定した。インク滴の飛散が5個以内である場合は〇、6個以上である場合は△、10個以上である場合は×で評価している。上記実験(i)〜(iv)の結果を下記の表1に示した。
【0041】
【表1】
【0042】
上記表1から明らかなように、実施の形態1、変形例1〜3については、全ての実験に関して、実用上問題となる不具合を発生させることはなかった。特に変形例3においては、優れた結果を得ることができた。これは、伸縮自在膜をインクカートリッジ60のインク供給口66と、インクカートリッジ接続部70の凹部71に設けてあるため、伸縮自在膜105の遮蔽性がより顕著に働いたからであると考えられる。また、従来例では、実験(i)を除いて、実験(ii)〜(iv)において良好な結果を得ることができず、印字等に不具合を発生させることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造を備えたインクジェットプリンタの部分斜視図である。
【図2】インクジェット記録ヘッドの平面図である。
【図3】図2に示すインクジェット記録ヘッドのIII−III線断面図である。
【図4】(a)はキャリッジにインクカートリッジを収容する状態を示す斜視図であり、(b)は押圧部材の部分拡大斜視図である。
【図5】インクカートリッジをインクカートリッジ接続部に接続する状態を示す断面図である。
【図6】(a)は伸縮自在膜の斜視図であり、(b)は伸長した伸縮自在膜の斜視図である。
【図7】インク供給口をインクカートリッジ接続部に接続した状態の部分断面図である。
【図8】図5に示すインクカートリッジ接続構造の第1の変形例を示す断面図である。
【図9】図5に示すインクカートリッジ接続構造の第2の変形例を示す断面図である。
【図10】図5に示すインクカートリッジ接続構造の第3の変形例を示す断面図である。
【図11】従来のインクカートリッジをインクカートリッジ接続部に接続する状態を示す断面図である。
【符号の説明】
1…インクカートリッジ接続構造、3…インクジェット記録装置、10…インクジェット記録ヘッド、60…インクカートリッジ、66…インク供給口、70…インクカートリッジ接続部、73…押圧部材。105…伸縮自在膜、109、111…孔。
Claims (2)
- インクを収容したインクカートリッジのインク供給口をインクカートリッジ接続部に着脱自在に設け、インクカートリッジのインク供給口をインクカートリッジ接続部に装着した状態で、インクカートリッジ接続部を介してインクジェット記録ヘッドにインクを供給するようにしたインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造において、
上記インク供給口を、非伸長状態ではインクが通過できない大きさの複数の小孔を有する伸縮自在膜で遮蔽し、インク供給口をインクカートリッジ接続部に装着した状態で、上記伸縮自在膜を押圧し、伸長して上記小孔をインクが通過できる大きさに広げてインクカートリッジ内のインクをインクカートッジ接続部に供給する押圧部材を、上記伸縮自在膜または上記インクカートリッジ接続部のどちらか一方または両方に設けたことを特徴とするインクジェット記録装置のインクカートリッジ接続構造。 - インクを収容したインクカートリッジのインク供給口を、非伸長状態ではインクが通過できない大きさであって、伸長状態ではインクが通過できる大きさの複数の小孔を有する伸縮自在膜で遮蔽したことを特徴とするインクカートリッジ。
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