JP5176967B2 - インクカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明はインクカートリッジ及び画像形成装置に関し、特に液滴を吐出する記録ヘッドを備える画像形成装置及びこの画像形成装置に着脱自在に装着されるインクカートリッジに関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。

液体吐出記録方式の画像形成装置は、記録ヘッドからインク滴を、搬送される用紙（紙に限定するものではなく、ＯＨＰなどを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、被記録媒体あるいは記録媒体、記録紙、記録用紙などとも称される。）に対して吐出して、画像形成（記録、印字、印写、印刷も同義語で使用する。）を行なうものであり、記録ヘッドが主走査方向に移動しながら液滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置と、記録ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置がある。

なお、本願において、液体吐出方式の「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液滴を吐出する装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること（単に液滴を媒体に着弾させること、すなわち、液体吐出装置）をも意味する。また、「インク」とは、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用い、例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、洗浄液、保存液なども含まれる。

このような画像形成装置（以下、単に「インクジェット記録装置」ともいう。）において、例えば記録ヘッドを搭載したキャリッジ上に、記録ヘッドにインクを供給するサブタンク（バッファタンク、ヘッドタンクとも称される。）を搭載し、メインのインクカートリッジ（メインタンクとも称される）を画像形成装置本体（以下、単に「装置本体」という。）側に着脱自在に装着し、サブタンクに装置本体側のインクカートリッジからインクを補充供給するようにしたものが知られている。

特に、サブタンク方式で使用されるインクカートリッジとしては、特許文献１、２に記載されているように、内袋部となるインク袋の外側に圧縮された空気を導入する外袋部を設けた二重袋をカートリッジケース内に収容し、外袋部内に空気を導入することでインク袋を加圧して記録ヘッド側にインクを供給するものが知られている。

特開２００４−３０６５０５号公報 特開２００３−２２０７１０号公報

しかしながら、上述した二重袋構造のインクカートリッジにあっては、空気を導入する外袋部がカートリッジケース内の容積よりも小さいために、十分なインク送液量を確保するために与える空気圧に対して、外袋部だけで空気圧で耐えなければならず、外袋部自体の強度を高めなければならず、また外袋部を溶着などで形成している場合には溶着強度を高めなければならないという課題がある。

特に、近年はインクカートリッジは画像形成速度の高速化に対応するために大容量化し、安定したインク供給を行えることが求められているが、上述した従来の技術のインクカートリッジでは外袋部内の圧力を高めると外袋部が破裂してしまうおそれがあるために、安定した高速印刷に対応するインク供給を行うことができない。また、インクカートリッジを大容量化した場合、外袋部にかかる圧力は、外袋部の面積に比例するので、外袋部を溶着で形成していると、圧力に耐えられずに、外袋部が溶着部分で破断してしまうおそれがあり、大容量化も難しい。さらに、高い圧力に耐えられるようにするために外袋部の厚みを増して強度を上げようとすると、低コスト化を図ることができなくなる、というような課題がる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、インクカートリッジの大容量化、高速化、低コスト化を図りつつ安定したインク供給を行えるようにすることを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係るインクカートリッジは、
画像形成装置本体に着脱自在に装着されるインクカートリッジであって、
インクを収容する内袋部と、
前記内袋部を内部に収容し、気体が導入されることで前記内袋部を加圧して前記内袋部内のインクをインクカートリッジ外に供給する外袋部と、
前記外袋部を収容するカートリッジケースと、を備え、
前記外袋部内に気体を導入したときに前記外袋部が前記カートリッジケースの内壁面に当接し、
前記外袋部単体の容積が前記カートリッジケースの前記外部袋を収容する部分の容積よりも大きい
構成とした。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係るインクカートリッジ着脱自在に装着されている構成とした。

本発明に係るインクカートリッジによれば、外袋部内に気体を導入するときの圧力をカートリッジケースで受けられ、外袋部の破損のおそれが低減し、大容量化、高速化、低コスト化を図りつつ安定したインク供給を行える。

本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係るインクカートリッジを備えているので、安定したインク供給が行われ、安定した画像形成を行うことができる。

本発明に係る画像形成装置についてとしてのインクジェット記録装置の一例を示す外観斜視説明図である。 同記録装置の印字機構部の平面説明図である。 キャリッジ及び維持回復機構部分の斜視説明図である。 同装置にインク供給系の模式的説明図である。 同装置のインクカートリッジの一例を示す外観斜視説明図である。 同じく分解斜視説明図である。 同じくインク袋及び空気袋の外観斜視説明図である。 同じく連結部材の斜視説明図である。 同じくインクカートリッジ装着時の連結部材部分の断面説明図である。 同じく模式的断面説明図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る画像形成装置についてとしてのインクジェット記録装置の一例について図１ないし図３を参照して説明する。なお、図１は同記録装置の外観斜視説明図、図２は同記録装置の印字機構部の平面説明図、図３はキャリッジ及び維持回復機構部分の斜視説明図である。

このインクジェット記録装置は、シリアル型インクジェット記録装置であり、記録装置本体１の内部には、図示しない両側板にガイドロッド３及びガイドレール４が掛け渡され、これらのガイドロッド３及びガイドレール４にキャリッジ５が主走査方向に摺動可能に保持されている。なお、ガイドレール４とはキャリッジ５の後部に回転可能に支持された副ガイドローラ６が当接する構成としている。

そして、キャリッジ３を移動走査する主走査機構は、主走査方向の一方側に配置される駆動モータ１１と、駆動モータ１１によって回転駆動される駆動プーリ１２と、主走査方向他方側に配置された従動プーリ１３と、駆動プーリ１２と従動プーリ１３との間に掛け回されたタイミングベルト（ベルト部材）１４とを備えている。なお、従動プーリ１３はテンションスプリングによって外方（駆動プーリ１２に対して離れる方向）にテンションが架けられている。

ここで、駆動プーリ１２と従動プーリ１３は、インク滴吐出方向に沿う方向にプーリ軸方向が位置する配置としている。そして、これらの駆動プーリ１２と従動プーリ１３との間に掛け回されたベルト部材１４は、キャリッジ５の背面側に設けたベルト固定部に一部分が固定保持されていることで、主走査方向と直交する方向におけるキャリッジ５の一方側に配置されている。

また、キャリッジ５には、ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色のインク滴を吐出するノズルを有する液体吐出ヘッドからなる１０個のバッファタンク（サブタンク）付き記録ヘッド２０ａ〜２０ｊ（区別しないときは「記録ヘッド２０」という。）が図示しないヘッドベースに配置されている。ここで、記録ヘッド４ａ、４ｂと記録ヘッド４ｃ、４ｄは用紙搬送方向に位置をずらして千鳥状配置として、例えばブラックのインク滴を吐出するヘッドとして使用する。また、記録ヘッド４ｅ〜４ｇと記録ヘッド４ｈ〜４ｊは用紙搬送方向に位置をずらして千鳥状配置とし、例えば記録ヘッド４ｅ、４ｈはシアンのインク滴を、記録ヘッド４ｆ、４ｉはマゼンタのインク滴を、記録ヘッド４ｇ、４ｊはイエローのインク滴をそれぞれ吐出するヘッドとして使用することで、２つのヘッド分の用紙送り方向の領域を同じ主走査で印字できるようにしている。

一方、キャリッジ５に主走査領域のうち、記録領域では、用紙１０が図示しない紙送り機構によってキャリッジ５の主走査方向と直交する方向（副走査方向）にプラテン部材で案内されて間欠的に搬送される。プラテン部材は、キャリッジ５の主走査領域に沿って少なくとも記録領域で記録ヘッド２０に対向して配設されている。

また、主走査領域のうちの一方の端部側領域には記録ヘッド２０の維持回復を行う維持回復機構８が配置されている。維持回復機構８は、記録ヘッド２０ａ〜２０ｊの各ノズル面を封止（キャッピング）するキャップ３０、図示しないノズル面を払拭するワイパ部材などを備えている。

また、一方の主走査領域外には、図１に示すように、記録ヘッド２０に供給する各色のインクを収容したインクカートリッジ（メインタンク）１００が着脱自在に装着されている。

このインクジェット記録装置では、キャリッジ５を主走査方向に移動し、用紙１０を間欠的に副走査方向に送りながら、記録ヘッド２０を画像情報に応じて駆動して液滴を吐出させることによって、用紙１０上に所要の画像が形成される。

次に、このインクジェット記録装置におけるインク供給系について図４の模式的説明図を参照して説明する。
液滴を吐出する液体吐出ヘッドからなるヘッド部２１及びヘッド部２１にインクを供給するバッファタンク（サブタンク）２２を備える記録ヘッド２０と、記録ヘッド２０に供給するインクを収容するメインタンクである交換可能なインクカートリッジ１００とを備え、記録ヘッド２０のインク消費に応じてインクカートリッジ１００から供給チューブ２４を介してバッファタンク２２にインクが補充供給される。

インクカートリッジ１００は、カートリッジケース１０１内に、インク３００を収容する内袋部であるインク袋１０２と、このインク袋１０２を内部に収容し、気体（ここでは空気とする）が導入されることでインク袋１０２を加圧してインク袋１０２内のインク３００をインクカートリッジ１００外に供給する外袋部である空気袋１０３とからなる二重袋１０４を備え、空気袋１０３内にポンプ２５によって空気を導入してインク袋１０２を加圧することでインク１００が記録ヘッド２０側に供給される。なお、供給チューブ２４とインク袋１０２との接続は中空針４００によって、ポンプ２５と空気袋１０３との接続はエアージョイント部５００によって着脱自在に行われる。

次に、インクカートリッジ１００の詳細について図５ないし図９を参照して説明する。なお、図５は同インクカートリッジの外観斜視説明図、図６は同じく分解斜視説明図、図７は同じくインク袋及び空気袋からなる二重袋の外観斜視説明図、図８は同じく連結部材の斜視説明図、図９は同じくインクカートリッジ装着時の連結部材部分の断面説明図、図１０は同じく模式的断面説明図である。

このインクカートリッジ１００の二重袋１０４は連結部材１１１に内側にインク袋１０２を、外側に空気袋１０３を溶着などで固定している。連結部材１１１は、例えばポリエチレン等の樹脂で一体的に成型され、インク袋１０２内のインクを記録装置１側に供給する供給口部１１２と、インク袋１０２へのインク充填時に使用する充填口部１１３と、カートリッジの充填工程でインクを充填する時に使用する充填口部１０３と、インク袋１０２と空気袋１０３との間に空気が導入する空気口部１１４を有している。また、インク袋１０２を溶着するよう溶着部１１５と、空気袋１０３を溶着する溶着部１１６とを有している。

ここで、充填口１１３は、内部に流路１２０が形成され、インク袋１０２内にインクを充填した後に流路１２０は熱溶着による封止部１１３ａで封止されている。供給口部１１２には、内部に流路１２１が形成され、端部にゴムシール１２２が内蔵されて、キャップ部材１２３でゴムシール１２２が保持されている。そして、溶着部１１５にインク袋１０２が溶着されることで、供給口部１１１２の流路１２１及び充填口部１１３の流路１２０がインク袋１０２内に連通する。

また、空気口部１１４は、内部に流路１２５が形成され、溶着部１１６に空気袋１０３が溶着されることで、流路１２５がインク袋１０２と空気袋１０３との間に空間に連通する。

インク袋１０２としては、２枚の長方形の袋の外周を溶着した平袋タイプでもよいが、インク袋１０２の連結部材１１１に溶着される辺に対して直角方向の少なくとも一辺にガゼット１３１が形成された袋であることが好ましい。ガゼット１３１を設けることで、インクが消費されていき、インク袋１０２が潰れた状態でもガゼット１３１の折れ目でインクの通り道が形成されるので、最後まで使用した時にインク袋１０２内の残留インク量が少なくなり、より効率的にインクを使用できる。

また、インク袋１０２としては、アルミ層のあるシート材を使用している。また、インク袋１０２のかどにＲ形状１３２を入れることによって、インクカートリッジ１００に振動や落下衝撃が加わったときに外側の空気袋１０３を傷付けるおそれがなくなる。

空気袋１０３は、２枚の長方形の袋の外周部１４１を溶着した平袋タイプとしているが、カートリッジケース１０１への装着性を考慮するとインク袋１０２と同様にガゼット付き袋状タイプとすることも好ましい。この空気袋１０３は、インクに接することがなく、インクを直接保存する役割がないので、アルミ層はなくてもよい。

一方、この二重袋１０４を収容しているカートリッジケース１０１は、ベース２０１とカバー２０２とに分割されて構成されている。このカートリッジケース１０１のベース２０１の供給口部係止部２１１及びカバー２０１側の図示しない供給口部係止部にて、二重袋１０４の連結部材１１１を係止保持している。また、ベース２０１とカバー２０２には、二重袋１０４の連結部材１１１の供給口部１１２に対応する開口部２１２及び導入口部１１３及び空気口部１１４に対応する開口部２１３が設けられる。さらに、ベース２０１とカバー２０２は、４箇所のネジ止め部２１５にてネジ止めされているが、スナップフィットなどで固定してもよい。

そして、二重袋１０４の空気袋１０３は、カートリッジケース１０１に組み込む前の自然状態で、最大に膨らませた時の容積が、ベース２０１とカバー２０２を係合させたときに形成されるカートリッジケース１０１のベース２０１とカバー２０２とを係合させたときに形成される空気袋１０３を収容する部分２１４の容積よりも大きくしている。すなわち、空気袋単体の容積をカートリッジケースの空気袋収容部の容積よりも大きくしている。

これにより、図１０に示すように、カートリッジケース１０１内に二重袋１０４を収容し、インク袋１０２と空気袋１０３との間の空間１０５に高圧空気を導入したとき、空気圧によって空気袋１０３が膨らみ、空気袋１０３はカートリッジケース１０１の内壁面２０１ａ、２０２ａに接触（当接）した状態になり、それ以上に膨らむことが阻止される。

つまり、空気袋１０３を膨らませる方向の圧力はカートリッジケース１０１の内壁面によって受け止められるので、空気袋１０３自体で空気圧を吸収する必要がなく、特に強度が弱い可能性が高い空気袋１０３の溶着部等を破断させる様になることはないので、空気袋１０３が損傷して送液不要になることなく、安定してインクを記録装置側に供給することができる。

言い換えると、高速印刷を狙って、インク送液速度を高めたい場合には、空気袋１０３内に供給する空気圧を高める必要があり、更にインクカートリッジの交換頻度を下げて、使いやすさを向上させるために、インクカートリッジのインク容量を大容量化した場合に、空気袋も大きくなる。この場合、高い圧力を大きな空気袋で受け止めるとなると、特に溶着部に多大な加重がかかり、破損へと繋がるので、空気袋が膨らむのをカートリッジケースで受け止めることによって空気袋の破損を防止することができ、高速化に対応した大容量インクカートリッジとしても安定したインク供給を行うことができるようになる。

また、この実施形態においては、前述したようにインク袋１０２のガゼット１３１が形成された辺と直交する方向に設けられた辺の端部に対応して、カートリッジケース１０１には内側に向かって傾斜する傾斜面２１６を形成して絞り部とし、インク袋１０２のインクが満タン状態のときに、インク袋１０２より、ベース２０１とカバー２０２を係合させたときに形成される空気袋１０３を収容する部分２１４の容積を少しだけ大きくしておき、空気袋１０３に入る空気の体積を極力小さくしている。これにより、空気袋１０３内の圧力を狙いの値まで高める時間を短縮することができる。

また、前述したように、インクを供給する時やその前後は空気袋１０３内に５〜１００ｋＰａ程度の圧力を加え、カートリッジケース１０２のベース２０１とカバー２０２でその圧力を受け止めることになるので、ベース２０１とカバー２０２の外面側に補強用リブ２１７を形成している。この場合、ベース２０１とカバー２０２の内側に補強用リブを設けると、リブのエッジによって、空気袋１０３が加圧された場合や、インクカートリッジ１００に振動や落下衝撃が加わった時に、空気袋１０３を損傷してしまうことになるので、補強用のリブは外面側に形成している。

次に、インク送液時の状態について図９を参照して簡単に説明すると、装置本体１側のポンプ２５に接続された空気ジョイント部５００の流路５０１を通じて圧縮空気５０２が供給され、空気口部１１４の流路１２５を通じて空気袋１０３とインク袋１０２との間の空間１０５に供給される。

空気ジョイント部５００は、二重袋１０４の連結部材１１１に向けて付勢されており、弾性部材でできた空気シール部材６００が撓むことによって空気ジョイント部５００と空気口部１１４との間が密着されて、高い圧力の空気を漏れがほとんど無い状態で、送ることができる。

また、装置本体１側に装着されている中空針４００は、供給口部１１２のゴムシール１２２を刺通して内部の流路１２１に刺し込まれ、加圧された空気袋１０３の圧力によって、インクの入ったインク袋１０２が潰される方向に加圧されることで、インク袋１０２内のインクが中空針４００の穴４０１から中空針４００内を通じて装置本体１側へ供給され、前述したように供給チューブ２４から記録ヘッド２０側に送られる。

１…装置本体
５…キャリッジ
２０ａ〜２０ｊ…記録ヘッド
２４…供給チューブ
１００…インクカートリッジ
１０１…カートリッジケース
１０２…インク袋（内袋部）
１０３…空気袋（外袋部）
１０４…二重袋
１１１…連結部材
１１２…供給口部
１１４…空気口部

Claims (3)

1. 画像形成装置本体に着脱自在に装着されるインクカートリッジであって、
   インクを収容する内袋部と、
   前記内袋部を内部に収容し、気体が導入されることで前記内袋部を加圧して前記内袋部内のインクをインクカートリッジ外に供給する外袋部と、
   前記外袋部を収容するカートリッジケースと、を備え、
   前記外袋部内に気体を導入したときに前記外袋部が前記カートリッジケースの内壁面に当接し、
   前記外袋部単体の容積が前記カートリッジケースの前記外部袋を収容する部分の容積よりも大きい
   ことを特徴とするインクカートリッジ。
2. 前記カートリッジケースは前記内袋部の端部に対応する部分が絞られていることを特徴とする請求項１に記載のインクカートリッジ。
3. 請求項１又は２に記載のインクカートリッジが着脱自在に装着されていることを特徴とする画像形成装置。

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