JP3892098B2 - インクカートリッジへのインク注入方法 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタ等に用いられるインクカートリッジへのインク注入方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、インクジェットプリンタに用いられるインクカートリッジとしては、インクを、多孔質体であるフォーム材にしみ込ませて、カートリッジケース内に配置したものが知られている。このようにインクをフォーム材中に担持させているのは、インクをカートリッジケース内に充填しているのみでは、インクがその重量により記録ヘッドへ過剰に供給されたり、印刷時の振動あるいは運搬時の振動等により、インクの液面が揺れてインク内に空気を巻き込み易く、この巻き込まれた空気が、噴射ノズルの供給孔に吸い込まれると、カートリッジ内にインクが十分に残存しているにも関らず、インクの噴射が中断して、印刷品質を低下させたり、印刷が不可能となるおそれがあるためである。
【0003】
インクがフォーム材中に存在する場合には、フォーム材の毛細管力によりインクが記録ヘッドへ適量供給され、また振動があってもインク液面が揺れず、インク内に空気が巻き込まれることがないので、インクの噴射は中断すること無く行われ、印字品質を高く維持することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
カートリッジケース内にフォーム材とインクとを配置するには、まず、開口部からカートリッジケース内に圧縮した状態のフォーム材を挿入した後、蓋体を開口部に熱溶着等により取り付ける。その後、カートリッジケース内の空気を抜いてから、カートリッジケースに設けられたインク供給孔あるいは大気開放孔からインクを注入してフォーム材中にしみ込ませていた。
【0005】
しかし、インクを注入する前にカートリッジケース内の空気を抜く場合、完全に真空状態にすることはできず、実際の製造工程では、気圧にして、大気圧のほぼ1/10程度に下げるのが限度であった。このため、カートリッジケース内にインクを注入する際には、フォーム材中にも少し空気が存在していた。
【0006】
したがってフォーム中にインクがしみ込んだ場合に、この少しの空気を微細な気泡としてインク中に分散してしまった。
このように微細な気泡がインク中に存在しても、フォーム材がなくかつ振動が少ない場合には、自然に気泡はカートリッジケースの上部に移動して、カートリッジケースの下部に存在するインクの供給孔からは離れるので、インクが十分に残存している場合には、気泡がインク供給孔から記録ヘッドに吸い込まれることはなく、インクの噴射に支障を来して印刷品質の低下や印刷不能を招くことはない。
【0007】
しかし、前述した理由によりカートリッジケース内にはフォーム材が配置されているため、インク中の微細な気泡も安定した状態で分散することになる。このため、放置しても、気泡は自然にカートリッジケースの上部に移動することはない。
【0008】
したがって、インクカートリッジ内に十分にインクが残存しているのにも関らず、印刷時の記録ヘッド側の吸い込みにより、気泡が記録ヘッド側に吸い込まれて、印刷品質の低下や印刷不能を招くことがあった。
本発明は、フォーム材等の多孔質体が存在しても、気泡をインク中に分散させることのない、インクカートリッジへのインク注入方法の提供を目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明のインクカートリッジへのインク注入方法は、外部にインクを供給するインク供給孔を備えた収納室内に、外部からインクを注入して、収納室内に配置されている多孔質体にインクを吸収させるインクカートリッジへのインク注入方法であって、前記インクカートリッジを真空チャンバ内にセットし、該真空チャンバ及び前記インクカートリッジ内を真空に近い状態とし、その真空に近い状態の前記収納室内の多孔質体へ高温状態のインクを注入し、その注入後、前記真空に近い状態の前記真空チャンバ内で前記インクカートリッジをシールすることを特徴とする。
【0010】
このように、常温(約20℃〜約26℃)ではなく、高温状態のインクは常温に比較して粘性が低下し非常に流動的となる。この流動性の高いインクを収納室内に注入することにより、多孔質体の全体に均一に流れ、粘性が高い時のように、空気を巻き込むことがない。したがって、多孔質体内の空気をほぼすべて押し出すようにして、インクは、多孔質体内に満たされるので、気泡がインクとともに多孔質体内に残留することが防止される。
【0011】
また、高温状態でインクが注入されるので、インク中に空気が溶け込んでいる量は少なく、注入後にインク自体が気泡を生じることはない。インクカートリッジ内を脱気してインクを注入する場合には、インク中の気泡や溶解している気体が排出されるので、より効果的である。
【0012】
また、注入後にはインクは冷却される。このことによりインクにおける気体の溶解度が上昇するので、わずかに気泡が多孔質体内に存在していても、その気泡をインク中に溶解させて気泡を消失させる効果もある。
高温状態のインクの温度としては、約30〜約60℃であることが好ましい。これより低いと注入時に空気を巻き込み易く、高いとインクの取り扱いが困難となったり、成分の蒸発等により変質を招くおそれもある。特に、好ましくは、約40〜約50℃である。
【0013】
インクの注入は、インク供給孔から収納室内へ行い、注入後、インク供給孔をシールすることが好ましい。
多孔質体としては、発泡ウレタン樹脂や発泡メラミン樹脂等の樹脂材料が好適である。
【0014】
このようにして、インクが注入されたインクカートリッジは、例えば、インクジェットプリンタに用いられる。
【0015】
【発明の実施の形態】
[実施の形態]
図1は、インクカートリッジ2の一例を示す概略縦断面図である。
このインクカートリッジ2は、記録媒体にインクを噴射して印刷を行うインクジェットプリンタに用いられるもので、上面が開口4aを通じて開放された直方体状のカートリッジケース4を有し、このカートリッジケース4の開口4aはキャップ6にて閉塞されている。
【0016】
前記カートリッジケース4の一側(図1左側)には、図2の部分拡大図に示すごとく、インクジェットプリンタにセットされて使用される際にインクジェット記録ヘッド5のインク供給用マニホールド5aにインクを供給するインク供給孔4bが形成され、前記カートリッジケース4の他側(図1右側)には、大気連通孔4cが形成されている。また、大気連通孔4cが形成されている位置の内部には、大気連通孔4cを通じてインクが蒸発するのを防止するための蛇行通路状のエアバッファ4dが形成されている。
【0017】
カートリッジケース4の内部は、インク供給孔4b側にはインク室4eが、大気連通孔4c側にはインクを吸蔵可能である多孔質体4f(ここでは発泡ウレタン樹脂を用いている。)が充填されているフォーム室4g(収納室に該当する。)が、それぞれ形成され、前記両室4e,4gが下部において連通部4hを介して相互に連通されている。
【0018】
インク供給孔4bには、インクジェットプリンタ側のインクジェット記録ヘッド5に供給されるインクに含まれる塵芥等を除くためのメッシュフィルタ部材8、およびインクジェット記録ヘッド5への連結のためのアダプタ10が設けられている。
【0019】
このインクカートリッジ2は、次のようにして製造される。
図3(a),(b)に示すごとく、まずカートリッジケース4のフォーム室4gの内部に、上面に設けられた開口4aから、多孔質体4fが圧縮された状態で充填される。その後、キャップ6を超音波溶着し、次いで、インク供給孔4bを通じてインク注入手段(図示せず)により、脱気されたインクが充填される。なお、図3(a)は、図3(b)に対して直角方向で縦に切断して左側から見た縦断面図である。
【0020】
このインクの注入処理は、図4〜図7に示すインク注入装置20によって行われる。
図4および図5に示すように、インク注入装置20は、インクカートリッジ2が内部にセットされる真空チャンバ22と、この真空チャンバ22を真空に近い状態にする真空ポンプ23(真空手段)と、この真空ポンプ23を真空チャンバ22に接続する真空通路24とを備え、真空チャンバ22内は、真空ポンプ23によって、一500mmHg〜−700mmHg(大気圧を0mmHgとする。)程度の真空に近い状態とできる。それと共に、真空チャンバ22には、開位置と閉位置とを択一的にとる第1開閉弁25が途中に介在している大気開放通路26が接続されている。そして、第1開閉弁25を開位置とすることで真空チャンバ22内が大気に開放され、大気圧状態となる一方、閉位置とすることで真空チャンバ22内を外部と遮断するように構成されている。
【0021】
真空チャンバ22内のほぼ中央位置にはカートリッジ支持部材31が、また、このカートリッジ支持部材31に隣接して接続具支持手段37がそれぞれ設けられている。
カートリッジ支持部材31は、真空チャンバ22の底面より立設され上下方向に延びる支柱部32と、この支柱部32の上端より側方に突設されインクカートリッジ2を、インク供給孔4bが下側に、大気連通孔4cが上側に位置するように支持する支持部33とを有する。
【0022】
また、カートリッジ支持部材31の下側に近接して、インクカートリッジ2のインク供給孔4bを第1シール材12によってシールする第1シール密閉手段34が設けられ、また、カートリッジ支持部材31の上側には、インクカートリッジ2の大気連通孔4cを第2シール材13でシールする第2シール密閉手段35がそれぞれ配置されている。
【0023】
第1シール密閉手段34および第2シール密閉手段35は、それぞれインク供給孔4bおよび大気連通孔4cに対し適用される第1ヒータ部40および第2ヒータ部41を有し、この第1ヒータ部40が、第1ヒータ部40上に載置された第1シール材12をインク供給孔4bに加熱により熱溶着し、第2ヒータ部41が、大気連通孔4c付近に予め載置された第2シール材13を加熱により熱溶着するように構成されている。尚、第1シール材12および第2シール材13は、それぞれ、予め、第1ヒータ部40の上側およびインクカートリッジ2の大気連通孔4c付近の上側に、必要に応じて仮止め手段(図示せず)が施されて、セットされている。
【0024】
第1ヒータ部40および第2ヒータ部41は、それぞれ、第1支持手段および第2支持手段によって回転可能にかつ昇降可能に支持された第1アーム部材42および第2アーム部材43(ヒータ支持部材)の先端部における上側および下側に取り付けて固定されている。
【0025】
上記第1支持手段および第2支持手段は、上記アーム部材42,43の後端部に連結され上下方向の軸線を有する第1シリンダ手段44および第2シリンダ手段45と、アーム部材42,43をその後端部を回転中心として回転する駆動モータ(図示せず)とを備えている。そして、第1シリンダ手段44および第2シリンダ手段45を駆動することで第1アーム部材42および第2アーム部材43が昇降し、駆動モータを駆動することで第1アーム部材42および第2アーム部材43が、第1アーム部材42および第2アーム部材43の後端部を回転中心として水平面内で回転し、結果として第1ヒータ部40および第2ヒータ部41を回転し、昇降するようになっている。
【0026】
一方、接続具支持手段37は、インク供給孔4bに着脱可能に接続される接続具51を有し、この接続具51が、第3アーム部材52(接続具支持部材)の先端部における上側に取り付けられて固定され、第3アーム部材52が第3支持手段によって回転可能にかつ昇降可能に支持されている。
【0027】
この第3支持手段は、第3アーム部材52の後端部に連結され上下方向の軸線を有する第3シリンダ手段53と、第3アーム部材52をその後端部を回転中心として回転させる駆動モータ(図示せず〕とを備えている。そして、第3シリンダ手段53を駆動することで第3アーム部材52が昇降し、駆動モータを駆動することで、第3アーム部材52が、第3アーム部材52の後端部を回転中心として水平面内で回転し、結果として接続具51を回転し、昇降するようになっている。
【0028】
接続具51には、第2開閉弁54が介在しているインク通路55を通じて脱気加熱インクプラント56が接続されている。それによって、接続具51をインクカートリッジ2のインク供給孔4bに接続することで、脱気かつ加熱されて高温状態となったインクを注入できるインク注入手段が構成されている。
【0029】
次に、インクカートリッジ2に対してインクを注入する方法について説明する。
[第1の工程]
まず、図4および図5に示すように、インクカートリッジ2を、インク供給孔4bが下側に、大気連通孔4cが上側に位置するようにカートリッジ支持部材31にセットする。
【0030】
[第2の工程]
第3アーム部材52を回転および昇降させることにより、接続具51をインクカートリッジ2のインク供給孔4bに着脱可能に接続し、それによってインクカートリッジ2を脱気加熱インクプラント56に連結する。
【0031】
具体的には、インクカートリッジ2から離隔し第3シリンダ手段53が収縮状態にある待機位置(図6および図7参照)から、まず、第3アーム部材52を、図示しない駆動モータによって接続具51がインクカートリッジ2のインク供給孔4bの下側に位置する接続位値(図4および図5参照)まで略90度回転し、それから、第3シリンダ手段53を伸張させて接続具51をインク供給孔4bに着脱可能に接続する。
【0032】
このとき、第1アーム部材42および第2アーム部材43に取り付けられて固定された第1ヒータ部40および第2ヒータ部41は、インクカートリッジ2から離隔した待機位置(図4および図5参照)にあり、第1ヒータ部40側の第1シリンダ手段44は収縮状態に、第2ヒータ部41側の第2シリンダ手段45は伸張状態にある。
【0033】
このように接続具51がインク供給孔4bに接続された状態で、第1開閉弁25および第2開閉弁54を共に閉位置とし、真空ポンプ23を作動させ、真空チャンバ22内を、一500mmHg〜−700mmHg程度の真空に近い状態とする。真空に近い状態になると、第2開閉弁54を開位置にする。すると、インクカートリッジ2内の空気もインク供給孔4bおよび大気連通孔4cを通じて吸引されているので、インクカートリッジ2内に、脱気加熱インクプラント56から、脱気されかつ高温のインクが注入される。このインクの温度は、脱気加熱インクプラント56により、約40〜約50℃の範囲に調整されている。
【0034】
注入されたインクは、フォーム室4gとインク室4eとを隔てている隔壁4iに衝突し、上下に別れるが、まず主に流動抵抗の少ないインク室4eに向かって流れて、インク室4eを満たす。それから、下部にある連通部4hを介してフォーム室4gに流れ込む。このことによりフォーム室4g内の多孔質体4f内にインクがしみ込んで、多孔質体4fを満たす。多孔質体4fに吸い込まれるとき、インクは約40〜約50℃に設定されているため、流動性が高くかつ空気の溶解量も少ない。図8に温度によるインクの粘度の測定結果を示す。この測定結果から判るように、常温(約20〜約26℃)に比較して、約40〜約50℃では、十分に粘度が低下し、流動性が高い。
【0035】
したがって、インクは、多孔質体4fの全体に均一に流れ、粘性が高い時のように、空気を巻き込むことがない。したがって、多孔質体4f内の空気をほぼすべて押し出すようにして、インクは、多孔質体4f内に満たされるので、気泡がインクとともに多孔質体4f内に残留することがない。
【0036】
このようにして、インクカートリッジ2内に一定量のインクが注入されると、第2開閉弁54を閉とすると共に、真空ポンプ23を停止し、まず、第3シリンダ手段53を収縮させて接続具51とインク供給孔4bとの接続を解除し、次に、第3アーム部材52を回転して接続具51を待機位置に移動させる。尚、上記接続具51の接続を解除した状態では、インクはすでに多孔質体4fに吸蔵されているので、インク供給孔4bが下向きに開口していても、インク供給孔4bからインクが漏れ出ることはない。
【0037】
[第3の工程]
第1アーム部材42および第2アーム部材43をインクカートリッジ2に対応する位置にまで回転させて、その後、第1シリンダ手段44を伸張させ、一方、第2シリンダ手段45を収縮させて、インクカートリッジ2のインク供給孔4bおよび大気連通孔4cに、第1シール材12および第2シール材13を介して第1ヒータ部40および第2ヒータ部41を適用した状態とする。
【0038】
この状態で、第1ヒータ部40および第2ヒータ部41により加熱することで、インク供給孔4bおよび大気連通孔4cに対して第1シール材12および第2シール材13が熱溶着され、インクカートリッジ2にシールが施される。
熱溶着終了後、第1開閉弁25を開状態とし、真空チャンバ22内を徐々に大気圧に戻す。このときには、すでに第1シール材12および第2シール材13によってインク供給孔4bおよび大気連通孔4cは密閉されているので、インクカートリッジ2内に、空気が侵入することはない。
【0039】
上述のごとく、第1の工程において、真空チャンバ22内にインクカートリッジ2をセットし、第2の工程において、真空チャンバ22内を真空に近い状態とし、次にインクカートリッジ2内にインクを注入し、第3の工程において、インクカートリッジ2のインク供給孔4bおよび大気連通孔4cを第1シール材12および第2シール材13にて密閉するようにしている。このため、簡単に、インクカートリッジ2内を真空に近い状態に保持し、脱気かつ加熱されたインクを注入することができる。
【0040】
特に、第2の工程において、インクカートリッジ2を、インク供給孔4bが下側に、大気連通孔4cが上側に位置するように支持し、下側のインク供給孔4bから、脱気かつ加熱されたインクを注入するようにしている。
従来、このような姿勢のインクカートリッジ2に、脱気されているが常温のインクを注入した場合には、粘性が高いために、インクは多孔質体4fの一部を通過し、多孔質体4fがすべてインクで満たされる前に、大気連通孔4cまでインクが到達し、大気連通孔4cから吹き出して不良品を生じる場合があったり、大気連通孔4cまでインクが到達しなくても、多孔質体4fの一部に空気の塊や、気泡を残したり、あるいはその空気の塊や気泡とインクとが混ざりあってしまう場合があった。
【0041】
しかし、本実施の形態のインク注入方法では、上述のごとく、インクが脱気されているとともに加熱されているため、インクの粘性が低く、多孔質体4f内でも流動性が高く、多孔質体4fの隅々まで流れることと、更に、高温のため空気の溶解量も少ないので、多孔質体4fの一部に空気の塊や、気泡を残してしまうことはない。したがって、使用時にインク供給孔4bから空気の混入したインクがインクジェット記録ヘッド5へ供給されることを確実に防止することができる。
【0042】
更に、フォーム室4g内を脱気してインクを注入しているので、インク中の気泡や溶解している気体が排出され、一層気泡の残留を防止することができる。
また、フォーム室4gへの注入後にはインクは冷却される。このことによりインクにおける気体の溶解度が上昇するので、わずかに気泡が多孔質体4f内に存在していても、その気泡をインク中に溶解して気泡を消失させるので、更に、気泡の残留を少なくできて、印刷品質を高く維持でき、印刷が不能となるのを防止できる。
【0043】
尚、本実施の形態では、2枚のシール材12,13によってインク供給孔4bと大気連通孔4cとをシールするようにしているが、1枚の長尺のシール材によってインク供給孔4bと大気連通孔4cとをシールするようにしてもよい。
[その他]
前述したインクカートリッジ2へのインク注入方法では、約40〜約50℃の範囲でインクを加熱してからインクカートリッジ2へ注入していたが、約30〜約60℃の加熱でも良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 一実施の形態のインクカートリッジの概略縦断面図である。
【図2】 前記インクカートリッジの使用時の部分拡大図である。
【図3】 前記インクカートリッジの製造工程の一部の説明図である。
【図4】 インク注入時のインク注入装置の概略正面図である。
【図5】 前記インク注入装置の概略底面図である。
【図6】 シール材熱溶着時のインク注入装置の概略正面図である。
【図7】 前記インク注入装置の概略底面図である。
【図8】 温度とインク粘度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
2…インクカートリッジ 4…カートリッジケース
4a…開口 4b…インク供給孔 4c…大気連通孔
4d…エアバッファ 4e…インク室 4f…多孔質体
4g…フォーム室 4h…連通部 4i…隔壁
5…インクジェット記録ヘッド 5a…インク供給用マニホールド
6…キャップ 8…メッシュフィルタ部材 10…アダプタ
12…第1シール材 13…第2シール材 20…インク注入装置
22…真空チャンバ 23…真空ポンプ 24…真空通路
25…第1開閉弁 26…大気開放通路
31…カートリッジ支持部材 32…支柱部 33…支持部
34…第1シール密閉手段 35…第2シール密閉手段
37…接続具支持手段 40…第1ヒータ部 41…第2ヒータ部
42…第1アーム部材 43…第2アーム部材
44…第1シリンダ手段 45…第2シリンダ手段 51…接続具
52…第3アーム部材 53…第3シリンダ手段 54…第2開閉弁
55…インク通路 56…脱気加熱インクプラント

Claims (4)

  1. 外部にインクを供給するインク供給孔を備えた収納室内に、外部からインクを注入して、前記収納室内に配置されている多孔質体にインクを吸収させるインクカートリッジへのインク注入方法であって、
    前記インクカートリッジを真空チャンバ内にセットし、該真空チャンバ及び前記インクカートリッジ内を真空に近い状態とし、その真空に近い状態の前記収納室内の多孔質体へ高温状態のインクを注入し、その注入後、前記真空に近い状態の前記真空チャンバ内で前記インクカートリッジをシールすることを特徴とするインクカートリッジへのインク注入方法。
  2. 前記高温状態のインクの温度は、約30〜約60℃であることを特徴とする請求項1記載のインクカートリッジへのインク注入方法。
  3. 前記インクの注入は、前記インク供給孔から前記収納室内へ行い、注入後、前記インク供給孔をシールすることを特徴とする請求項1または2いずれか記載のインクカートリッジへのインク注入方法。
  4. 前記多孔質体は、樹脂材料からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載のインクカートリッジへのインク注入方法。
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