JPH0596743A

JPH0596743A - インクジエツトプリンタのインクタンク

Info

Publication number: JPH0596743A
Application number: JP28574591A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Fujimura; 義彦藤村; Takao Koike; 孝雄小池; Naoki Morita; 直己森田; Masaki Kataoka; 雅樹片岡; Masashi Hiratsuka; 昌史平塚; Nobuyuki Takao; 信之高尾
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1991-10-05
Filing date: 1991-10-05
Publication date: 1993-04-20
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: JP2958392B2

Abstract

(57)【要約】【目的】記録ヘッドに供給するインク圧力を適正なも
のとすることができ、それにより、インクの利用効率が
高く、信頼性の高いインクタンクを実現する。【構成】インク２０を貯留する第１の室１１と、多孔
性部材１６を配置した第２の室１５との間に毛細管１４
が設けられ、その先端部のインクの表面張力によってイ
ンクが保持されている。ジョイント部１７を記録ヘッド
部１に結合して、マニホルド５からヘッドチップ２にイ
ンクが供給される。印字によるインクの消費によって、
第２の室１５は負圧となり、毛細管１４からインクが滴
下して、第１の室１１からのインク供給ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
タに用いられるカートリッジ化されたインクタンクに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリンタのインクカート
リッジにおいては、プリンタの構成上インクタンクのイ
ンク液面が記録ヘッドもノズル面より高くなることがあ
る。このような場合には、記録ヘッドのノズル面には高
さの相違による水頭差圧が加わり、ノズルよりインクが
流出する。これを防止するために、インクタンク内に負
圧を与える方法が用いられており、負圧発生手段を必要
とした。

【０００３】インクタンク内にインクを収容しておく方
法としては、特開昭６３−８７２４２号公報や、特開平
３２−３４３４９号公報に記載されているように、イン
クタンク内にスポンジなどの多孔性部材を配置し、その
毛細管力を利用してインクを保持させる方法が一般的で
あり、広く用いられている。

【０００４】しかしながら、この方法では、スポンジに
インクを完全に充填することができず、インクタンクの
容積の７０％程度しかインクが入らないという問題があ
り、しかも、スポンジに充填されたインクの一部はスポ
ンジに残留してしまい、充填されたインクの８０％程度
しか使用されないという問題がある。このため、インク
タンクの容積の利用効率は、５０〜６０％程度しかな
く、カートリッジの小型化が困難であった。

【０００５】また、特開昭６２−２３１７５９号公報に
記載されているように、インクタンクと記録ヘッド間に
圧力調整弁を設ける方法も提案されているが、この方法
は、弁の破損やゴミ等による詰まりなどにより、圧力調
整弁の故障が生じやすく、故障した場合にインクタンク
からインク漏れを生じるため、実際の使用に適さなかっ
た。

【０００６】

【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、記録ヘッドに供給するイン
ク圧力を適正なものとすることができ、それにより、イ
ンクの利用効率が高く、かつ、信頼性を高くすることが
できるインクジェットプリンタのインクタンクを提供す
ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、記録ヘッド部
分とインクタンクとが分離可能に構成されたインクジェ
ットプリンタのインクタンクにおいて、前記インクタン
クは主にインクを貯留し大気との開口を有する第１の室
と、記録ヘッドとのジョイント部と多孔性部材を有する
密閉された第２の室と、一端側が前記第１の室のインク
内に開口し他端側が前記第２の室にインクを滴下するよ
う配置された毛細管を有することを特徴とするものであ
る。

【０００８】

【作用】インクタンクの第１の室にはインクが蓄えら
れ、毛細管の一端側がインク内に開口し、他端側は第２
の室に開口している。第１の室は大気に開放されてお
り、第２の室は密閉されている。したがって、第２の室
の毛細管端部には、インク液面と毛細管端の高低差と、
大気と第２の室の差圧が作用する。第２の室は、ジョイ
ント部を介して記録ヘッドに接続されており、ジョイン
ト部近傍には多孔性部材が配置されている。記録ヘッド
に作用するインク圧は、ノズル面と多孔性材の高低差
と、大気と第２の室の差圧と、多孔性材の毛細管力の和
である。第２の室の、毛細管端部のインクは、通常は、
自身の表面張力によって毛細管端部に保持されている。
印字によってインクが消費され、第２の室の多孔性材か
ら記録ヘッドにインクが送られると、毛細管のインクが
移動しない限り、第２の室は負圧になる。第２の室の負
圧が大きくなると、毛細管端部の表面張力による釣合が
くずれ、毛細管端からインクが流出し、液滴を形成する
ようになり、最終的に滴下して、第２の室にインクが供
給される。このインク供給によって第２の室の負圧が緩
和されると、毛細管端部の表面張力による釣合が回復
し、インクの供給が停止する。

【０００９】このようにして、第１の室と第２の室とを
接続する毛細管によって、第１の室に蓄えられたインク
が第２の室に供給される。第１の室から記録ヘッドまで
のインク流路中に、表面張力による圧保持部を設け、第
２の室において印字時と同じ重力配置において、毛細管
力を一度遮断することで、第１の室と記録ヘッドの高低
差の圧力（正圧）が記録ヘッドに作用するのを防ぎ、第
２の室の多孔性材の保持圧力（負圧）を記録ヘッドに作
用させ、記録ヘッドには、印字に適した負圧が与えられ
る。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明のインクタンクの第１の実施
例の概略を示す断面図である。図中、１は記録ヘッド
部、２はヘッドチップ、３はハウジング、４はヒートシ
ンク、５はマニホールド、６はジョイントパッキング、
７はプリント配線基板、８はハウジングガイド、１０は
インクタンク部、１１は第１の室、１２は大気連通孔、
１３は膜部材、１４は毛細管、１５は第２の室、１６は
多孔性部材、１７はジョイント部、２０はインクであ
る。記録ヘッド部１とインクタンク部１０とは分離可能
に構成されており、インクタンク部１０のケーシング
が、記録ヘッド部１のハウジング３に形成されたハウジ
ングガイド８に案内されて位置決めされる。記録ヘッド
部１のハウジング３には、ヘッドチップ２が取り付けら
れたヒートシンク４と、ヘッドチップ２に電気信号を供
給するプリント配線基板７、および、ヘッドチップ２に
インクを供給するマニホールド５が取り付けられてお
り、また、ハウジングガイド８が形成されている。ヘッ
ドチップ２には、多数のノズル（図示せず）が高密度で
形成されている。この実施例では、１２８個のノズルが
３００ｓｐｉの密度で形成されている。各ノズルには、
通電によって気泡を発生させ、インク滴を噴射するため
の発熱体（図示せず）が設けられている。図１において
は、インク滴の噴射は下向きに行なわれる。

【００１１】インクタンク１０は、インク２０を貯蔵す
る第１の室１１と多孔性部材１６を有する第２の室１５
とからなっている。多孔性部材１６としては、この実施
例では、平均ボアサイズが２００μｍのウレタンフォー
ムを用いた。インクタンク１０は、ポリエチレンテレフ
タレート（ＰＥＴ）で形成した。第１の室１１には、第
１の室の圧力を大気圧に等しく保つための大気連通孔１
２が設けられており、大気連通孔１２の下部には、イン
ク２０が大気連通孔１２から流出するのを防ぐため、空
気のみを通し、インクを通さない膜部材１３が配置され
ている。第２の室１５の下側には、記録ヘッド部１との
接続を行なうジョイント部１７が設けられている。第１
の室１１と第２の室１５とは、毛細管１４によって連結
されており、第２の室１５は、毛細管１４とジョイント
部１７とを封鎖すると密閉状態となる。毛細管１４の一
方の端部は、第１の室１１の底部にまで延びている。こ
の端部に対向する第１の室１１の底部壁に窪みを設けて
おくと、インク切れとなるときのインクの残量を少なく
できる。毛細管１４の他方の端部は、第２の室１５の空
間に突出しており、インクタンクの使用時に、他方の端
部は突出部として形成され、その先端からインク滴が多
孔性部材１６に滴下するように配置されている。毛細管
１４は、本体が内径２００μｍのステンレス（ＳＵＳ）
パイプであり、突出部は、先端外形が３００μｍ、内径
１００μｍのガラスで構成されている。

【００１２】動作について説明する。まず、インクタン
ク部１０が、記録ヘッド部１から分離している場合につ
いて説明する。毛細管１４には、その毛細管力によって
インクが充填されている。第１の室１１および第２の室
１５は大気圧と等しく、毛細管１４の先端には、インク
２０の液面と毛細管１４の先端との高低差分の圧力が作
用している。この圧力は、毛細管１４の先端でのインク
の表面張力による力と釣合い、インクは毛細管１４の内
側で保持されている。インクタンク部１０の幾何学的デ
ィメンションは、インクタンク部１０をいかなる向きに
置いても、インクが毛細管１４の内側で保持されるよう
に設計される。インクタンクに振動が加えられた場合
も、毛細管１４の内部の流路抵抗が大きく、振動加速度
の作用時間が短いため、インクは毛細管１４の内側で保
持される。したがって、第１の室１１のインクが第２の
室に移動することはない。

【００１３】次に、インクタンク部１０を記録ヘッド部
１に取り付けた場合について説明する。マニホールド５
は、この実施例では、ポリエーテルスルホン（ＰＥＣ）
で形成され、先端部は、ステンレス（ＳＵＳ）で形成さ
れている。この先端部は、ジョイント部１７の開口部よ
り多孔性部材１６に差し込まれ、ジョイント部は、ジョ
イントパッキング６で密閉される。ジョイントパッキン
グ６には、ブチルゴムを用いた。インクタンク部１０を
記録ヘッド部１に取り付けた後、初期充填のためにヘッ
ドチップ２のノズル部より負圧を作用させると、第２の
室１５の圧力が低下する。第１の室１１と第２の室１５
との圧力差が、毛細管１４の先端でのインクの表面張力
による力を上回ると、毛細管１４の先端からインクが流
出し、多孔性部材１６に滴下する。滴下したインクは、
多孔性部材１６を充填し、マニホールド５を介してヘッ
ドチップ２へ送られる。ヘッドチップ２のノズル部に作
用する負圧を止めると、第２の室１５の圧力は、インク
の滴下に伴って大気圧に近づき、第１の室１１と第２の
室１５との圧力差が、毛細管１４の先端でのインクの表
面張力と釣り合うとインクの滴下は停止する。この時、
第２の室１５の圧力は、大気圧に近い弱い負圧である。
ヘッドチップ２のノズル部に働くインクの圧力は、第１
の室１１のインク２０の液面とノズル面との高低差圧
と、多孔性部材１６の保持圧と第２の室の圧力の差であ
り、この値が、印字に適した値、例えば、−２０〜−１
３０ｍｍＨ₂Ｏとなるように、多孔性部材１６のボアサ
イズを選択している。

【００１４】印字動作時について説明する。印字によっ
てインクが消費されると、第２の室１５の多孔性部材１
６に充填されているインクがヘッドチップ２に送られ
る。これによって第２の室１５の圧力が低下し、第１の
室１１と第２の室１５の圧力差が毛細管１４の先端での
インクの表面張力による力を上回ると、毛細管１４の先
端からインクが流出し、多孔性部１６に滴下する。印字
が終了すると、第２の室１５の圧力は、インクの滴下に
伴って大気圧に近づき、第１の室１１と第２の室１５の
圧力差が、毛細管１４の先端でのインクの表面張力と釣
合うと、インクの滴下は停止する。このようにして、印
字によって消費したインク量とほぼ同じ量のインクが、
第１の室１１から第２の室１５へ供給される。

【００１５】図２は、本発明のインクタンクの第２の実
施例の概略を示す断面図である。図中、図１と同様な部
分には同じ符号を付して説明を省略する。この実施例で
は、第２の室１５を第１の室１１の下側に配置した。こ
の配置では、インク２０と毛細管１４の先端との高低差
による圧力が大きいので、毛細管１４の先端に加わる圧
力が大きい。したがって、毛細管１４の先端径を第１の
実施例より小さくする必要がある。この実施例では、イ
ンクタンク部１０を、よりコンパクトに形成できる利点
がある。

【００１６】上述した実施例の説明からも明らかなよう
に、本発明においては、第１の室から記録ヘッドに至る
インク流路を、一旦表面張力で遮断する必要があり、毛
細管先端のインク保持状態が重要である。第１および第
２の実施例においては、１本の毛細管を用いた。しか
し、１本に限られる理由はなく、２本またはそれ以上で
あってもよい。このように、毛細管として管状体を用い
た場合の毛細管の先端のインク保持は、図３に示すよう
に、毛細管１４からインクのメニスカスが生じていると
き、接触角をθ，インクの表面張力をγ，毛細管の半径
をｒ，圧力差をＰとするとＰ＝（２γｃｏｓθ）／ｒであり、θ＝６０°、γ＝３０ｄｙｎ／ｃｍ、ｒ＝５０
μｍでは、保持圧力は、Ｐ＝６０ｍｍＨ₂Ｏである。

【００１７】図４に示すように、毛細管の外径でメニス
カスを保持している場合は、ｒ＝１５０μｍとすれば、
保持圧力は、Ｐ＝２０ｍｍＨ₂Ｏとなり、１／３となってしまう。

【００１８】この毛細管の先端のインク保持状態を安定
に保つために、表面処理をほどこすことは効果的であ
る。図５に示すように、コーティングなどによって外面
を撥インク性コーティング１８により表面処理を行なう
と、インクの保持は、毛細管の内壁で安定して行なわ
れ、結果として、記録ヘッドへのインク供給も安定して
行なわれる。撥インク性のコーティング材料としては、
例えば、シリコーン樹脂ＳＲ２４１０（東レ・ダウコー
ニング株式会社製）や、含フッ化シリコンのＫＰ−８０
１（信越化学株式会社製）などが適している。

【００１９】また、図６に示すように、毛細管１４の先
端に、テーパーを付け、毛細管１４の先端の外径を細く
すると、メニスカスが外径側に変化しても、その変化分
は小さいから、実効的に毛細管径の変化が小さくなり、
インク保持圧の変動を小さく抑えるのに効果的である。

【００２０】さらに、毛細管の管路中に圧電素子等を設
け、毛細管先端に微小な圧力の脈動を加えることは、毛
細管先端からのインクの滴下を安定に行なうことができ
る効果がある。図７に示すように、毛細管１４の外周
に、径方向に伸縮する圧電素子２１を設け、例えば、１
０〜２０ＫＨｚの振動を与えると、滴下するインク滴の
サイズが安定化し、保持圧も一定なものにすることがで
きる。圧電素子２１は、円筒状のＰＺＴセラミックスを
用い、内側と外側に電極２２が設けて、高周波交流２３
を印加した。振動の振幅は、非常に小さい値でよく、毛
細管１４の先端からインクが流出していなければ滴下を
起こすことがない大きさである。圧電素子の駆動は、印
字の有無に拘らず、記録ヘッドの動作時においては連続
して行なわれる。

【００２１】図８は、本発明のインクタンクの第３の実
施例の概略を示す断面図である。図中、図１と同様な部
分には同じ符号を付して説明を省略する。２４は高分子
電歪板である。この実施例では、第２の実施例と同様に
第２の室１５を第１の室１１の下側に配置したが、第１
の室１１と第２の室１５との間は、微細な多数の開口を
有する高分子電歪板２４によって仕切られている。多孔
性部材１６としては、平均ボアサイズが２００μｍのポ
リビニルアルコール（ＰＶＡ）フォームを用いた。イン
クタンク１０の本体は、ポリエーテルサルホン（ＰＥ
Ｓ）で形成したが、これらの材料は一例であり、第１ま
たは第２の実施例で用いた材料や、他の適宜の材料を選
択することができる。

【００２２】高分子電歪板について、図９で説明する。
（Ａ）図は平面図、（Ｂ）図は断面図である。厚さが１
００μｍのポリフッ化ビリニデン（ＰＶＦ２）２５の両
面に、アルミ電極２６が蒸着によって付けられ、これに
直径が５０μｍ程度の孔２７を多数設けてある。さら
に、第１の室に面する側には、レタンコーティングによ
る絶縁被覆２８が、また、第２の室に面する側には、上
述したＫＰ−８０１のコーティングによる撥インク処理
膜２９が施されている。

【００２３】図８に戻って説明する。高分子電歪板２４
は、第２の室１５の上面を形成しており、第２の室１５
の下側には、多孔性部材１６が配置され、さらに下側
に、ジョイント部１７が設けられている。高分子電歪板
２４の電極２６（図９）には、５０Ｖ，１００ＫＨｚの
高周波交流電圧が印加されており、高分子電歪板２４
は、上下に微小な振動をしている。上述した他の実施例
と同様に、印字によって第２の室１５のインクが消費さ
れ、第２の室１５が負圧になると、高分子電歪板２４の
微細な孔２７（図９）が毛細管として作用し、これより
インクが引き出されて供給される。この実施例では、撥
インク性処理膜と高分子電歪板の振動とにより、開口部
がノズル形状でなくてもインクの滴下が安定して行なわ
れる。さらに、第１の室１１と第２の室１５をつなぐ高
分子電歪板２４の保持圧を高めるために、微細孔径を小
さくしたことにより、流路抵抗が高くなっても、微細孔
の数を多くできるので、必要なインク供給量を確保する
ことができる。

【００２４】

【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、インクタンクと記録ヘッドの高低差による差
圧を、流路中で毛細管力により一旦遮断し、表面張力に
よる圧保持部を設けることによってインクを保持する構
成にしたので、インクタンク中の大部分にスポンジの多
孔性部材を充填する必要がなく、インクタンク容積に無
駄がなく、また多孔性部材にインクが残留することがな
く、ほぼ１００％のインクを印字に使用することができ
る。また、インクタンクからのインクの流出は、毛細管
の流路抵抗と、毛細管端部の表面張力によって抑えられ
ているため、静的状態はもとより、振動加速度が加わっ
た場合も、インクタンクからのインク流出を有効に防ぐ
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクタンクの第１の実施例の概略
の断面図である。

【図２】本発明のインクタンクの第２の実施例の概略
の断面図である。

【図３】毛細管によるインク保持力の説明図である。

【図４】毛細管の外径でインクを保持している場合の
説明図である。

【図５】毛細管の一実施例の断面図である。

【図６】毛細管の他の実施例の断面図である。

【図７】毛細管に振動を与えた実施例の断面図であ
る。

【図８】本発明のインクタンクの第３の実施例の概略
の断面図である。

【図９】高分子電歪板の説明図である。

【符号の説明】

１記録ヘッド部、２ヘッドチップ、３ハウジン
グ、４ヒートシンク、５マニホールド、６ジョイン
トパッキング、７プリント配線基板、８ハウジング
ガイド、１０インクタンク部、１１第１の室、１２
大気連通孔、１３膜部材、１４毛細管、１５第２
の室、１６多孔性部材、１７ジョイント部、２０
インク、２４高分子電歪板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者片岡雅樹神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロツクス株式会社海老名事業所内 (72)発明者平塚昌史神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロツクス株式会社海老名事業所内 (72)発明者高尾信之神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロツクス株式会社海老名事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録ヘッド部分とインクタンクとが分離
可能に構成されたインクジェットプリンタのインクタン
クにおいて、前記インクタンクは主にインクを貯留し大
気との開口を有する第１の室と、記録ヘッドとのジョイ
ント部と多孔性部材を有する密閉された第２の室と、一
端側が前記第１の室のインク内に開口し他端側が前記第
２の室にインクを滴下するよう配置された毛細管を有す
ることを特徴とするインクジェットプリンタのインクタ
ンク。