JP5719429B2 - インクカートリッジ充填装置および当該装置を用いたインクカートリッジ充填方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクカートリッジ充填装置および当該装置を利用してインクを充填するインクカートリッジ充填方法に関わる。

インクジェットプリンターは、プリント信号の駆動によりインクをプリントヘッドのノズルから紙等の記録媒体に吹き付けて文字や図絵の記録を行うものである。インクジェット技術の日々の進歩により、インクジェットプリンターの体積もますますコンパクト化し、これにより、インクを貯留する容器であるインクカートリッジの容量も減り、使用者は頻繁にインクカートリッジを交換する必要があった。だが使い切ったインクカートリッジのほとんどはそのまま捨てられ、これらの使い捨てられたインクカートリッジはプラスチック、薄いフィルム等から作られ、そのほとんどは自然分解できず、資源のムダ使いや環境汚染につながっている。この問題を解決する方法として一番簡単なのはインクカートリッジを交換する必要もなくインクカートリッジにインクを充填するだけで利用価値をよみがえらせる方法である。実際でもこの需要を睨んで様々なインクカートリッジ充填用のインク充填グッズが市販されている。

米国特許US7470008は負圧を利用してインクカートリッジ内部にインクを充填する一種のインクカートリッジを公開している。当該インクカートリッジ充填装置は、充填用インクを収容するインクボトル、充填待ちインクカートリッジを置く台座、インクカートリッジ内部を減圧させる為の吸引器、インクボトルおよびインクカートリッジとそれぞれ接続するL型コネクタおよび2つのL型コネクタと接続するチューブを含む。その使用プロセスは次の通り。インクカートリッジを台座に固定し、2つのL型コネクタをそれぞれインクボトルおよびインクカートリッジのインク注入口に接続した後、吸引器をインクカートリッジのインク吐出口に接続し、インクカートリッジ内部の空気を吸出し、インクカートリッジ内部を一定の負圧状態にする。圧力バランス原理により、インクボトルの中のインクは自然にインクカートリッジの中に流れるようになり、吸引器にインクがあることを確認した時点で、インクカートリッジの充填が完了する。

しかし、上記の方法では、インクボトル、台座、インクカートリッジ等はいずれも別々に設けられ、使用の際に使用者はチューブを使って両者を接続させる必要があった。この方法だと取り扱いが不便、密封性が悪い、占用スペースが大きい欠点が伴う。

本発明は、占用スペースが大きい、取り扱いが不便および生産コストが高い等の従来のインクカートリッジ充填装置に見受けられる技術的課題を解決できるインクカートリッジ充填装置を提供するものである。

上記目的を実現する本発明において採用した構成は次の通り。

次のものからなるインクカートリッジ充填装置。

インクカートリッジに充填するインクを貯留するためのインクタンク。

前記充填待ちインクカートリッジの注入口と緊密に接続するインク注入流路。

一端は吸引器と協働して前記充填待ちインクカートリッジ内の空気を吸い出し、他端は前記充填待ちインクカートリッジのインク吐出口と直接接続する吸引口からなる空気抽出流路および

外部からインクタンクに空気を引き込むための空気注入流路。

本発明によれば、前記空気抽出流路と空気注入流路はいずれも前記インクタンク上に成型されている。

本発明によれば、前記空気注入流路の上には漏れ防止部材が設けられている。

本発明によれば、前記空気注入流路は前記空気抽出流路と同一の軸に設けられている。

本発明によれば、前記空気注入流路と前記空気抽出流路はそれぞれ前記インクタンクの異なる位置に設けられている。

本発明によれば、前記漏れ防止部材は一つのバルブ部材である。

本発明によれば、前記バルブ部材は、密封リング、弾性部材およびバルブ台座から構成され、このうち前記密封リングは前記バルブ台座と、前記弾性部材の片側は前記密封リングとそれぞれ当接し、もう片側は前記空気注入流路と当接する。

本発明によれば、前記バルブ部材はさらに軸受筒を含み、前記軸受筒の硬度は前記密封リングの硬度より高く、このうち前記密封リングは前記バルブ台座と緊密に嵌め合い、前記軸受筒は前記密封リングと緊密に嵌め合い、前記弾性部材の一端は前記密封リングと当接し、他端は前記空気注入流路と当接する。

本発明によれば、前記バルブ部材は一つの自閉弁である。

本発明によれば、前記漏れ防止部材は一つの透気防水フィルムである。

本発明によれば、前記漏れ防止部材は一つの密封栓である。

本発明によれば、前記空気抽出流路は直線型かつ前記インクタンクを横方向に貫通している。

本発明によれば、前記インクカートリッジ充填装置にはさらに前記インクカートリッジを前記インクカートリッジ充填装置に固定するのに用いる一つのストッパーが設けられている。

下記のステップを含む請求項1記載のインクカートリッジ充填装置を利用したインクを充填するインクカートリッジ充填方法。

A、充填待ちインクカートリッジを前記インクカートリッジ充填装置に固定し、そのインク注入口を前記インク注入流路と、インク吐出口を吸引口とそれぞれしっかり接続させる。

B、前記インクカートリッジ充填装置を逆さまにし、前記充填待ちインクカートリッジを前記インクカートリッジ充填装置の下に位置するようにする。

C、吸引器と空気抽出流路の吸引端と接続し、前記充填待ちインクカートリッジの中の空気を吸い出す。

前記ステップCを終えた後、次のステップDに進む。（Ｄ）吸引器にインクがあることを確認し、吸引器を取り外し、前記インクカートリッジを取り外すステップ。

前記ステップDにおいて、前記インクカートリッジを取り外す前に、先に前記インクカートリッジを前記インクカートリッジ充填装置とともに回して、前記インクカートリッジをインクの上部に位置するようにする。

上記技術的手段を採用すると、空気抽出流路、空気注入流路はいずれもインクタンクの中に位置するため、全体的な構造がコンパクトで、占用スペースが少なくかつ取り扱いも簡単で、製造過程においては、鋳型の数は従来よりも少なく、製造コストを最大限に削減でき、占用スペースが大きい、取り扱いが不便および製造コストが高い等の従来のインクカートリッジ充填装置の技術的課題を解決した。また、空気注入流路には漏れ防止部材が設けられているため、インクカートリッジ充填装置は、使用の時や運搬の時もインクの漏出を効果的に防ぐことかできる。

本発明に係る実施例１、実施例２および実施例３における充填待ちインクカートリッジを示す説明図である。 本発明に係る実施例１におけるインク充填装置を分解した状態を示す説明図である。 本発明に係る実施例１においてインク充填装置でまだ充填を始めていない状態を示す説明図である。 本発明に係る実施例１におけるバルブ部材が閉鎖状態の時の局部拡大図で、即ち図3のA拡大図である。 本発明に係る実施例１においてインク充填装置で充填を始めた時の状態を示す説明図である。 本発明に係る実施例１におけるインク充填装置のバルブ部材を使用している時の局部拡大図で、即ち図5のB拡大図である。 本発明に係る実施例１においてインク充填装置で充填を完了した時の状態を示す説明図である。 本発明に係る実施例２におけるインク充填装置の構造を示す説明図である。 本発明に係る実施例３におけるインク充填装置の構造を示す説明図である。

次に、図面および実施例を用いて本発明の具体的なステップについて説明する。

図１は、本実施例における充填待ちインクカートリッジ１２の構造を示す図である。インクカートリッジ１２はプラスチック製で、内部にはプリンターにインクを供給するインクタンク１４が設けられ、その上にはプリンターのインク供給針と協働してインクをプリンターの印刷ヘッドに送るインク吐出口１５、インクをインクタンク１４に充填するためのインク注入口、プリンターの構造を利用してインクカートリッジ１２をプリンターの上に固定するため弾性取っ手１７が設けられる。

インクタンク１４とインク吐出口１５の間にあるインク流路には薄膜逆止弁１６が設けられており、通常時は、当該薄膜逆止弁１６はオフの状態にあるが、必要によって、インクタンク１４とインク吐出口１５の間の圧力差に応じて自由に開閉することができる。この例を見てもわかるように、当該薄膜逆止弁１６を採用することで、インクカートリッジ１２内部の負圧を効果的に調節し、インクをより安定的にインク吐出口１５に供給できるようになる。

図２は、本実施例におけるインクカートリッジ充填装置１を分解した状態を示す説明図である。上の図面からわかるように、インクカートリッジ充填装置１は、インクカートリッジ１２に充填するインクを貯留するインクタンク２、前記インクカートリッジ１２のインク注入口と接続して内部にインクを注入するためのインク注入流路３、インクタンク２の中に設けられた充填装置を使用する際に外部空気をインクタンク２に取り込んで内部圧力を調整するための空気注入流路４、吸引口５２と吸引端５１を含めた吸引流路５から構成されている。吸引口５２は、インクカートリッジ１２のインク吐出口１５と連通し、吸引端５１は吸引器１０と協働して充填待ちインクカートリッジ１２の中の空気を吸い出してインクカートリッジ１２の内部を負圧状態に変える。このうち、本実施例において、空気抽出流路５は直線型で、インクタンク２を貫通してインク吐出口１５と連通する。即ち空気抽出流路５はインクタンク２の中にあるが、インクタンク２と連通しておらず、インクカートリッジ１２としか連通していない。よってインクタンク２の中の空気を吸い込まず、空気抽出流路５を利用してインクカートリッジ１２の中の空気しか吸い込んでいない。これにより、繰り返し充填する際に吸い込む空気量の不変性を確保することができる。また、充填装置の構造をよりコンパクト化するため、本実施例において、空気注入流路と空気抽出流路を同一の軸に設置する方案を優先的に採用した。

図２に示すように、充填装置にはさらにインクカートリッジ１２を固定するためのストッパー７、空気抽出流路５の吸引端５１と協働して空気を吸い込む吸引器１０、充填装置を掴みやすくさせる把持部１１が設けられている。把持部１１は、充填装置の外壁と並行する数本の凹溝から構成され、当該把持部１１は、さらに隣接する充填装置同士の接続部として使用することもできる。そのため、別の充填装置の外部に上記凹溝形状とかみ合う突起（図示せず）を設置するだけ実現することができる。この方法を採用することで、使用者は簡単に異なる色のインクの充填装置を一つにつなげて保存することができる。

運搬過程あるいは使用過程においてインクが空気注入流路４から漏れることを防ぐため、空気注入流路４にさらに一つの漏れ防止部材を設置した。当該漏れ防止部材は、空気を吸い込み、インクの流出を防ぐことのできる防水通気フィルムか、もしくは使用者が自ら装着・取外できるゴム栓を使用する。本実施例においては、当該漏れ防止部材に自由に開閉可能なバルブ部材６を使用した。空気注入流路４と空気抽出流路５は同じの軸に設けられ、バルブ部材６は空気抽出流路にある吸引端５１の上に設けられる。図４に示すように、本実施例において、バルブ部材６は密封リング６１、バネ６２およびバルブ台座６３から構成される。よって当該バルブ部材６は空気注入流路４を自由に開閉できる。図４に示すように、インクカートリッジ充填装置１が未使用の場合、当該バルブ部材６は閉鎖状態となり、このうちバネの一端は密封リングと接続し、他端は空気注入流路と接続する。密封リング６１はバネ６２の弾性力でバルブ台座６３としっかりくっつき、インクタンク２への空気の混入を防ぐ。

図６に示すように、インクカートリッジ充填装置１を用いて、インクカートリッジ１２にインクを充填する際に、吸引器１０は吸引端と協働して下向きの力を引き起こし、かつ下向きの力はバネ６２の弾力より大きく、これによりバネ６２は変形して下方向に移動し、それによって密封リング６１を下方向に移動させてバルブ台座６３から離れさせる。すなわち当該バルブ部材６は下向きに移動して空気注入流路４を開け、外部空気が図の示すルートに沿ってインクタンク２に流れ込む。吸引器１０を外すと、密封リング６１はバネ６２の力で再び台座６３としっかりくっつき、空気注入流路４を再び閉じる。

また、図２に示すように、インクカートリッジ充填装置1が未使用の時、運搬過程においてインク漏れが発生するのを防ぐため、インク注入流路３とインク注入口との接続端は密封部材で密封する。図２に示すように、当該密封部材はスリーブ８とゴム栓９から構成され、しかもスリーブ８の硬度は、ゴム栓９の硬度よりも高い。理由としては、充填装置のコンパクト化を実現するために、その上方のインクカートリッジ１２を収容するスペースは比較的狭くゴム栓９だけで密封すると、使用者は使用する時に手を狭いスペースに入れてゴム栓９を取り出す必要があってとても不便だからである。ゆえにゴム栓９と一体化可能な長さが比較的長く、かつインクカートリッジ１２より若干短い一つのスリーブ８を設置すれば、使用者は使用する時にスリーブ８を抜き出すだけでゴム栓９を抜き出し、インク注入流路３を開けることができるため、使用者の利便性を向上させることができる。

次にインクカートリッジ充填装置１を用いたインクカートリッジ12のインク充填方法やステップについて説明する。
（１）インクカートリッジ充填装置１を平らの場所に置き、インク注入流路３の密封部材８および９を取り出す。
（２）図３に示すように、インクカートリッジ１２をインクカートリッジ充填装置１の上に置き、この時のインクカートリッジ１２の弾性取っ手１７は充填装置のストッパー７とかみ合ってインクカートリッジ１２を固定し、インクカートリッジ１２のインク吐出口１５、インク注入口はそれぞれ充填装置の空気抽出口とインク注入流路３と連通する。
（３）すでに固定したインクカートリッジ１２およびインクカートリッジ充填装置１を完全に逆さまにし、インクタンク２をインクカートリッジ１２の上方にあるようにする。
（４）事前に用意した吸引器１０を空気抽出流路５の吸引端５１と連通し、インクカートリッジ１２の中の空気を吸い出す。この時にインクカートリッジ１２の薄膜逆止弁は開けられ、インクタンク１４の中の空気も抜き取られ、即ちインクカートリッジ１２の内部は真空状となる。このとき圧力バランス原理により、図５に示すようにインクタンク２の中のインクはインクカートリッジ１２に流れ、かつこの時、空気抽出流路５にあるバルブ部材６も開けられ、外部の空気は空気注入流路４からインクタンク２に入り込み、これによりインクタンク２の圧力の安定化を図ることができる。
（５）吸引器１０にインクがあることが確認された場合、インクカートリッジ１２の充填が完了し、印刷を始めることができることを意味する。この時、先に吸引器１０を外し、バルブ部材６はバネ６２の作用をもって空気注入流路４を閉じてインクタンク２を密封する。
（６）図７に示すように、インクカートリッジ１２とインクカートリッジ充填装置１を再びひっくり返し、インクカートリッジ１２をインクタンク２上方にあるようにし、インクカートリッジ１２を外して、吸引器１０をインク注入流路３と接続し、中の余分なインクをインクタンク２に戻していく。
（７）最後に吸引器１０を外して、元の密封部材８および９でインク注入流路３を密封して終了する。

上述のとおり、本発明では空気注入流路と空気抽出流路がいずれもインクタンクに設けられたインクカートリッジ充填装置１とその充填方法を紹介し、これによりインクカートリッジ充填装置の使用スペースの削減、利便性の向上、製造コストの低減を実現したほか、使用者の使用コストも低減した。

図８に示すように、実施例２と実施例１の違いは、バルブ部材の構造が異なる点である。本実施例において、バルブ部材６は軸受筒６４、密封リング６１、バネ６２およびバルブ台座６３から構成され、このうち、密封リング６１はバルブ台座６３としっかりとかみ合い、軸受筒６４は密封リング６１と併用し、しかも軸受筒６４の硬度は密封リング６１よりも大きく、軸受筒６４は前記空気抽出流路５に沿ってスライドする。理由としては、軸受筒６４は密封リング６１と同じ直径を持つ協働部64aおよび空気抽出流路５より若干直径が大きいスライド部分６４bから構成されているからである。このため、インクカートリッジ充填装置１を使用する時、吸引器１０と吸引端５１を併用して生じる力のもとで、密封リング６１はバルブ台座６３から離れ、この時、軸受筒６４と密封リング６１は連動関係であるため、軸受筒６４も空気抽出流路５に沿って下向きに移動し始める。この時バルブ部材６は既に開けられ、空気はインクタンク２の中に入り込みインクタンク２の内部圧力を調整し始める。

バルブ部材６を採用する場合は、実施例１のバルブ部材６と比べると１点しか部材が増えていないが、実際は吸引器１０が装着されているとそれほど大きな力がなくでも簡単に開けることができ、制御精度が向上した。

インクカートリッジ充填装置１のその他構造や具体的な取り扱い方法について実施例１と変わらないため、ここでの説明は割愛する。

図９に示すように、実施例３と実施例１の違いは、空気注入流路４と空気抽出流路５はインクタンク2の異なる位置に別々に設けられ、しかも空気注入流路４には空気の流入を制御する逆止弁（図に未記載）が設けられている点である。このうち、当該逆止弁は空気注入口と協働して内外の圧力差に応じて開閉できる自閉弁、あるいはその他薄膜弁等である。これらはいずれも成熟した技術で、適切な構造を持つものであってもよい。ここでの説明を割愛する。空気抽出流路５は一つの密封リング６１によって密封されている。当該密封リング６１は大きい弾力性を持つシリカゲル製で、使用するときは、吸引器１０は密封リング６１を通ってインクカートリッジ１２の空気を吸い込む。吸引器１０を取り出した後、インクがインクタンク２から漏れ出すのを防ぐ対策として、密封リング６１上の吸引器１０の通った部分が弾力で自動的に閉鎖する。
実施例３は実施例１と比べ、部材の数が増えたものの、技術的ハードルが低いのは明らかである。

インクカートリッジ充填装置１のその他構造や具体的な取り扱い方法について実施例１と変わらないため、ここでの説明は割愛する。

以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。用語「又は」に関して、例えば「Ａ又はＢ」は、「Ａのみ」、「Ｂのみ」ならず、「ＡとＢの両方」を選択することも含む。特に記載のない限り、装置又は手段の数は、単数か複数かを問わない。

1 ・・・ インクカートリッジ充填装置
2 ・・・ インクタンク
3 ・・・ インク注入流路
4 ・・・ 空気注入流路
5 ・・・ 空気抽出流路
51 ・・・ 吸引端
52 ・・・ 吸引口
6 ・・・ バルブ部材
61 ・・・ 密封リング
62 ・・・ バネ
63 ・・・ バルブ台座
7 ・・・ ストッパー
8 ・・・ スリーブ
9 ・・・ ゴム栓
10 ・・・ 吸引器
11 ・・・ 把持部
12 ・・・ インクカートリッジ
13 ・・・ インクタンク
14 ・・・ インク吐出口
15 ・・・ インク注入口
16 ・・・ 薄膜逆止弁
17 ・・・ 弾性取っ手
64 ・・・ 軸受筒
64a ・・・ 協働部
64b ・・・ スライド部

Claims (10)

1. インクカートリッジ充填装置において、
   インクカートリッジ（１２）に充填するインクを貯留するインクタンク（２）を有し、 前記インクタンク（２）は、
   （Ａ）前記インクカートリッジ（２）の注入口に接続するインク注入流路（３）と、
   （Ｂ）一端に吸引器（１０）と協働して前記インクカートリッジ（１２）内の空気を吸い出す吸引端（５１）と、他端に前記インクカートリッジ（１２）のインク吐出口（１４）と直接接続する吸引口（５２）とを有する空気抽出流路（５）と、
   （Ｃ）前記インクタンク（２）に空気を引き込む空気注入流路（４）と、
   を有し、
   前記空気抽出流路（５）と空気注入流路（４）とは、同一の軸上に設けられている
   ことを特徴とするインクカートリッジ充填装置。
2. 前記空気注入流路（４）には、漏れ防止部材が設置されている
   ことを特徴とする請求項1記載のインクカートリッジ充填装置。
3. 前記漏れ防止部材は、バルブ型部材（６）である
   ことを特徴とする請求項２記載のインクカートリッジ充填装置。
4. 前記バルブ部材（６）は、密封リング（６１）と、弾性部材（６２）と、バルブ台座（６３）とを有し、
   前記密封リング（６１）は、前記バルブ台座（６３）と緊密に嵌め合い、
   前記弾性部材（６２）の一端は、前記密封リング（６１）と当接し、他端は空気注入流路（４）と当接している
   ことを特徴とする請求項３記載のインクカートリッジ充填装置。
5. 前記バルブ部材（６３）は、軸受筒（６４）を更に有し、
   前記軸受筒（６４）の硬度は、前記密封リング（６１）の硬度より高く、
   前記密封リング（６１）は、前記バルブ台座（６３）と緊密に嵌め合い、
   前記軸受筒（６４）は、前記密封リング（６１）と緊密に嵌め合い、
   前記弾性部材（６２）の一端は、前記密封リング（６１）と当接し、他端は前記空気注入流路（４）と当接している
   ことを特徴とする請求項４記載のインクカートリッジ充填装置。
6. 前記バルブ部材（６３）は、自閉弁である
   ことを特徴とする請求項３記載のインクカートリッジ充填装置。
7. 前記漏れ防止部材は、通気防水フィルムである
   ことを特徴とする請求項２記載のインクカートリッジ充填装置。
8. 前記漏れ防止部材は、密封栓である
   ことを特徴とする請求項２記載のインクカートリッジ充填装置。
9. 前記空気抽出流路（５）は、直線型で、前記インクタンク（２）を横切る
   ことを特徴とする請求項1―８のいずれかに記載のインクカートリッジ充填装置。
10. 前記インクカートリッジ充填装置は、前記インクカートリッジ（１２）を前記インクカートリッジ充填装置（１）に固定する留め部材が設けられている
    ことを特徴とする請求項1−８のいずれかに記載のインクカートリッジ充填装置。

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