JPH06286154A

JPH06286154A - インクジェットカートリッジ

Info

Publication number: JPH06286154A
Application number: JP10190193A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Fujimura; 義彦藤村
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1993-04-05
Filing date: 1993-04-05
Publication date: 1994-10-11

Abstract

(57)【要約】【目的】カートリッジの取り扱いや、気温、気圧の変
動等の外部環境が変化しても、記録ヘッドに供給するイ
ンク圧力を常に適正に保持し、信頼性の高いインクジェ
ットカートリッジを提供する。【構成】第１の室３と第２の室８は、管路６により接
続されている。管路６の第２の室８側の端部は、撥イン
ク性を有しており、適正なインクの表面張力により、第
２の室８の圧力が調整される。管路６の第１の室３側の
端部には、第１の多孔質部材が配されており、カートリ
ッジが逆さにされても第１の室３内の空気が管路６に入
り込まない。第２の室８の空気の容積は、管路６の容積
の３倍以内に構成されており、気温や気圧の変化により
第２の室８内の圧力変化を、管路６により吸収し、記録
ヘッド１に対するインク圧は一定に保持される。

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
タに用いるインクジェットカートリッジに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット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
録ヘッドノズル面より高くなることがある。このような
場合、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、インクタンク内に負圧を発生する手段を必
要とする。

【０００３】このインクタンク内に負圧を発生する手段
としては、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する方法が一般的であ
り、広く用いられている。しかし、スポンジにインクを
完全に充填することができず、また、充填されたインク
を使い切ることができない等の欠点を有しており、カー
トリッジの小型化が困難であった。また、インクタンク
と記録ヘッド間に圧調整弁を設ける方法も提案されてい
るが、高価となるとともに、圧調整弁の故障が生じやす
く、実際の使用には適さなかった。

【０００４】また、特願平３−２８５７４５号に記載さ
れているような、インクを貯留する第１の室と、密閉さ
れた第２の室と、第１の室と第２の室とを毛細管で接続
する技術がある。この技術では、第１の室内のインクに
かかる大気圧と、記録ヘッドにおけるインクの消費によ
る第２の室内の負圧との圧力差により、インクが毛細管
を介して第２の室に供給される。このとき、毛細管の第
２の室側の開口部において、インクの表面張力により、
第２の室および記録ヘッドにおけるインク圧を一定にし
ている。

【０００５】この技術によれば、記録ヘッドに適正な圧
力でインクを供給することができる。しかし、カートリ
ッジの取り扱い方によっては、例えばカートリッジを逆
さに保持した場合などは、第１の室の空気が毛細管を介
して第２の室に入り込み、第２の室における圧力が上昇
し、記録ヘッドに対して良好な負圧を保持できず、記録
ヘッドのノズルよりインクが流失してしまう場合があ
る。また、気圧の変動や温度の変化により、第２の室の
空気の体積が変化すると、第２の室の空気が毛細管内に
入り込み、毛細管内が空気で満たされた状態になり、例
えば、第２の室内の空気が第１の室に逃げるなど、毛細
管力による圧力のバランスを保てなくなってしまうとい
う問題があった。

【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、カートリッジの取り扱い
や、気温の変化や、気圧の変動といった外部環境の変化
によるインクの漏れやこぼれをなくし、記録ヘッドに供
給するインク圧力を常に適正なものとすることにより、
信頼性の高いインクジェットカートリッジを提供するこ
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、記録ヘッドと
インクタンクを有するインクジェット記録装置に用いる
インクジェットカートリッジにおいて、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、多孔質部材を有する密閉された第２の室と、前記
第１の室と第２の室とを接続する管路を有し、前記管路
の第２の室側の先端よりインクが滴下するようにしたも
のであって、請求項１に記載の発明では、前記管路の第
１の室側の開口部に多孔質部材を有することを特徴とす
るものである。また、請求項２に記載の発明では、前記
管路の少なくとも第２の室側の開口部先端が撥水性を有
するように構成されていることを特徴とするものであ
る。さらに、請求項３に記載の発明では、前記第２の室
に配された多孔質部材に凹部を設けたことを特徴とする
ものである。請求項４に記載の発明では、前記第２の室
の容積が前記管路の容積の３倍以下に構成されているこ
とを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】本発明によれば、請求項１に記載の発明におい
て、管路の第１の室側の開口部に多孔質部材を設けるこ
とにより、例えば、カートリッジを逆さにされた場合で
も、多孔質部材によりインクが保持されるので、管路内
に空気の侵入するのを防ぐことができる。また、請求項
２に記載の発明において、管路の少なくとも第２の室側
の開口部先端に撥水性を持たせることにより、管路の開
口部にインク滴の表面が異常に大きくなって、インク圧
のバランスが崩れるのを防止することができる。さら
に、請求項３に記載の発明において、第２の室に配され
た多孔質部材に凹部を設けることにより、多少の傾斜に
より管路の開口部から斜めにインクが滴下する場合で
も、インクを確実に多孔質部材に吸収させることができ
るとともに、多孔質部材に吸収されているインクと滴下
するインクを、空気を抱き込むことなく収容することが
できる。請求項４に記載の発明において、第２の室の容
積が管路の容積の３倍以下に構成されることにより、温
度や気圧の変化により、第２の室内の空気が膨張して管
路内に侵入しても、管路の全長が空気により満たされる
ことはない。これらの構成により、カートリッジの取り
扱いや、温度や気圧の変化といった環境の変化によるイ
ンク圧の変化を抑え、常に良好なインク圧を確保するこ
とができる。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明のインクジェットカートリッ
ジの一実施例を示す概略構成図である。図中、１は記録
ヘッド部、２はインクタンク、３は第１の室、４は大気
連通孔、５はメッシュ部材、６は管路、７は第１の多孔
質部材、８は第２の室、９は第２の多孔質部材、１０は
フィルタ、１１は流路、１２はインクである。記録ヘッ
ド１は、ヘッドチップが取り付けられたヒートシンク
と、ヘッドチップに電気信号を供給するプリント配線基
板、ヘッドチップにインクを供給するマニホールドなど
から構成される。これらの構成については、図示してい
ない。ヘッドチップには、多数のノズルが高密度で形成
されている。例えば、１２８本のノズルを３００ｓｐｉ
の密度で配置することができる。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
体が設けられている。図１において、インク滴の噴射は
下向きに行なわれる。

【００１０】インクタンク２は、インク１２を貯蔵する
第１の室３と、第２の多孔質部材９を有する第２の室８
とからなる。インクタンク２は、例えば、ＰＥＴ（ポリ
エチレンテレフタレート）で形成することができる。第
１の室３には第１の室の圧力を大気圧に等しく保つ大気
連通孔４が設けられており、大気連通孔４の下部にはイ
ンクが大気連通孔から流出するのを防ぐため、空気のみ
を通し、インクを通さないメッシュ部材５が配置されて
いる。メッシュ部材５は、例えば、ＳＵＳメッシュフィ
ルタにフッ素樹脂コーティングを行なって撥水性を付与
した材料や、緻密に織られた布に防水加工を行なったも
のを用いることができる。

【００１１】第２の室８は、管路６および記録ヘッド部
１へのインクの流路１１を封鎖すると、密閉状態とな
る。第２の室８は、約１．５ｃｃの容積を持ち、略半分
を第２の多孔質部材９が占めている。この第２の室８の
容積は、管路６の容積の３倍以下に構成する。第２の多
孔質部材９に用いられる多孔性材料としては、例えば、
ポリエステルフェルト、ウレタンフォーム、プラスチッ
ク焼結体などがある。また、適度な保持圧を発生させる
ため、その空隙密度が適宜制御されている必要があり、
平均ボアサイズは２００μ程度が望ましい。

【００１２】第１の室３と第２の室８は、管路６によっ
て連結されている。第１の室３は大気解放されており、
第２の室８は密閉されている。従って、第２の室８側の
管路６の端部には、インク１２の液面と管路６の端部の
高低差、および、大気と第２の室８の差圧が作用し、イ
ンクタンク２の第１の室３に蓄えられたインクは、第１
の室３と第２の室８とを接続する管路６によって、第２
の室８に供給される。管路６の第１の室側には、第１の
多孔質部材７が設けられている。第１の多孔質部材７
は、インクジェットカートリッジを例えば逆さにした場
合に、管路６に空気が混入するのを防止している。材料
としては、フェルト、セルローススポンジ、ウレタンフ
ォームなどを用いることができる。

【００１３】管路６は、ケースと一体で形成することが
でき、第１の室側の開口はインクタンクの略底部に設け
られ、第１の多孔質部材７に接して、または、埋没させ
て配置されている。また、第２の室側の開口は、通常使
用時のインク液面より高い位置にある。また、管路６に
は、図示しない蛇行部を設けることができ、管路の全容
積を約０．５ｃｃとすることができる。

【００１４】管路６の先端は、第２の室内の空間に突出
している。突出部は、例えば先端外径４００μｍ、内径
２００μｍとすることができる。管路６は、その内部お
よび外部とともにフッソ系コーティング剤でコートされ
ており、インクが約６０度の接触角を有するように構成
されている。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）や、含フッ素シリコンＫＰ−８０１
（信越化学株式会社）等を用いることができる。

【００１５】第２の多孔質部材９は、この管路６の先端
を略中心とした球面に近い形状の凹部を有している。こ
のインクジェットカートリッジを使用する時に、管路６
の先端からインク滴が第２の多孔質部材９へ滴下する際
に、振動等により滴下方向がずれても確実に多孔性材料
に吸収することができるように配置されている。また、
第２の多孔質部材９に含まれているインク面が凹部の底
部付近より上になるように設定することにより、滴下し
たインクが第２の多孔質部材９内のインクに収容され、
空気の抱き込みを低減することができる。例えば、図２
に示したように、インクの滴下する中央部付近に凹部を
設けて、この部分ではインク面が露出するように構成す
ることができる。もちろん、球面形状と中央部付近の凹
部を組み合わせて形成することも可能である。第２の室
の下側には、ゴミをトラップするフィルタ１０が設けら
れており、流路１１により記録ヘッド部１と接続されて
いる。

【００１６】記録ヘッド部１のインク供給圧は、第２の
室８の圧力、すなわち、大気との差圧と、第２の室８の
第２の多孔質部材９の保持圧と、第２の室８と記録ヘッ
ド部１のノズル面との高低差の和で定まる。この値が印
字に適した値になるように、第２の多孔質部材９が選定
される。インク供給圧としては、例えば、−３０〜−１
５０ｍｍＨ₂Ｏとすることができる。

【００１７】本発明のインクジェットカートリッジの一
実施例におけるインク供給動作の例について説明する。
通常状態では、管路６の端部のインクは、インク自身の
表面張力によって、管路６の端部に保持されている。印
字によってインクが消費されると、第２の室８の第２の
多孔質部材９を充填しているインクが記録ヘッド部１に
送られる。これによって第２の室８の圧力が低下する。
第２の室８の負圧が大きくなり、第１の室３と第２の室
８の圧力差が管路６の先端のインクの表面張力と高低差
による力を上回ると、管路６の端部におけるインクの表
面張力による釣合が崩れ、管路６の端部からインクが流
出し、液滴を形成し、最終的に第２の多孔質部材９に滴
下する。第２の室８の圧力は、インクの滴下によって緩
和される。これにより、第１の室３と第２の室８の圧力
差が、管路先端でのインクの表面張力と、第２の室８と
記録ヘッド部１のノズル面との高低差の和との釣り合い
が回復し、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のとほぼ同じ量のインクが、第１
の室３から第２の室８へ供給される。

【００１８】このように、本発明のインクジェットカー
トリッジでは、インク１２の液面が記録ヘッド部１のノ
ズルより高い位置にあるにもかかわらず、ノズルに適正
な負圧を作用させることができる。そのために、本発明
においては、第１の室３から記録ヘッド部１にいたるイ
ンク流路を、管路６の第２の室８側の端部において、一
旦インクの表面張力で遮断する必要がある。このときの
管路６の毛細管力によるインクの保持状態が重要とな
る。図３乃至図６は、管路６の先端部付近のインクの保
持状態の説明図である。図３に示すように、接触角を
θ，インクの表面張力をγ，管路６の半径をｒとすると
き、圧力差Ｐは、Ｐ＝２×γ×ｓｉｎθ／ｒで求められる。この関係から、接触角θ＝６０゜，イン
クの表面張力γ＝３０ｄｙｎ／ｃｍ，管路６の半径ｒ＝
１００μｍのとき、保持圧力Ｐは５２ｍｍＨ₂Ｏであ
る。図４に示すように、インクの表面が、管路６の外径
にまで広がってしまった場合には、管路６の外径の１／
２がｒとなり、例えばｒ＝２００μｍとすれば、保持圧
力Ｐは１／２の２６ｍｍＨ₂Ｏとなる。このように、管
路６の先端におけるインクの付着状態によって、保持圧
力が変化してしまう。

【００１９】そのため、インクの保持状態を安定に保つ
には、管路６の先端付近の表面処理を施すことが効果的
である。図５に示すように、コーティング１３などによ
って外面に撥インク性の表面処理を行なっておくと、イ
ンクの保持は管路６の内壁で安定して行なわれ、結果と
して記録ヘッド部１へのインクの供給も安定して行なう
ことができる。

【００２０】また、図６に示すように、毛細管先端にテ
ーパーをつけ、毛細管先端の外径を細くすると、実効的
な管路の径の変化が小さくなり、インク保持圧の変動を
小さくすることができる。この場合も、管路の先端付近
や外面に、撥インク性のコーティングを施すことによ
り、さらに安定したインクの供給を行なうことができ
る。

【００２１】使用中に温度や気圧等の環境条件が変動す
る場合について説明する。温度の上昇、あるいは大気圧
の減少によって、第２の室の気圧が相対的に増加する
と、管路６内のインクが第１の室３へ戻されることによ
って、第２の室８内の気圧が過剰に高くなることなく、
釣合が保たれる。一般に起こり得る気圧変化や温度変化
による気圧変化は、最大で３０％程度である。この変化
によって、第２の室８の空気容積の３０％のインクが第
１の室３へ戻されることによって、ノズルからのインク
流出が防止される。このとき、管路６が完全に空気で置
き換わると、管路６による毛細管力が好適に作用しなく
なるので好ましくない。また、空気が第１の室３へ流入
してしまうと、繰り返しの変動に耐えられなくなり、動
作が損なわれる。従って、管路６の容量は、第２の室８
の空気容積の３０％以上を有することが望ましく、安定
して動作するには第２の室８の容積の１／３以上が望ま
しい。

【００２２】本発明のインクジェットカートリッジは、
図１に示されているような、記録ヘッド部１とインクタ
ンク２が一体の構成に限らない。例えば、前出の特願平
３−２８５７４５号に記載されているように、記録ヘッ
ド部１とインクタンク２を別体で構成し、インクタンク
２を着脱可能に構成することができる。この場合には、
インクタンク２が記録ヘッド部１から外れている状態に
おいて、第２の室８の密閉性を考慮する必要がある。そ
のために、インクの流路１１が途中で分離される部分
に、ジョイント部として、シール部材やゴム等によるパ
ッキング部材を設けて、インクタンク２を記録ヘッド部
１に装着する際に、記録ヘッド部１からのインク流路が
ジョイント部を貫通するように構成することができる。
また、ジョイント部に弁を設け、インクタンク２の装着
時に弁が開く構成を用いることもできる。

【００２３】また、第１の室３を着脱可能に構成するこ
とも可能である。図７は、第１の室を着脱可能に構成し
た場合の構成図である。図中、１４は連結部である。こ
の場合には、第１の多孔質部材７を残して第１の室３が
着脱される。第１の室３が外された状態でも、第１の多
孔質部材７にインクが含浸されており、長期にわたり放
置されない限り、管路６内に空気が入り込むことはな
い。また、この状態で装置を傾けた場合でも、第１の多
孔質部材７の毛細管力により、インクが他の部分へ流失
することもない。このような構成の場合にも、第１の室
３は、取り外された状態でインクが漏れないように構成
する必要がある。例えば、第１の多孔質部材７に連結さ
れる連結部１４に、シール部材や弁等を設け、装着時に
シール部材に開口したり、弁を開ける構成を用いること
ができる。または、大気連通孔４を第１の室３の着脱に
応じて開閉する構成とすることもできる。このように、
第１の室３を着脱可能に構成することにより、交換部分
の構成を簡素化し、また、構成部品を小型化し、または
収容するインク量を増加させることができ、ランニング
コストを低減することができる。もちろん、第１の室３
を着脱可能に構成し、さらに、第２の室８から記録ヘッ
ド部１を着脱自在に構成することができる。この場合に
は、交換の必要のない第２の室８の部分を固定し、交換
の必要のある記録ヘッド部１と第１の室３を交換可能と
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、カートリッジの取り扱いに関する条件を緩和
し、例えば、カートリッジを逆さまにした後に装着した
場合であっても、インク漏れなどを起こさず、正常に動
作させることができる。また、傾斜などの設置状態や温
度、気圧などの変化など、使用する環境条件を緩和し、
記録ヘッドに供給するインク圧力を常に適正なものとす
ることにより、信頼性の高いインクジェットカートリッ
ジを提供することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットカートリッジの一実
施例を示す概略構成図である。

【図２】本発明のインクジェットカートリッジの一実
施例における第２の多孔質部材の別の形状の説明図であ
る。

【図３】管路の先端部付近のインクの保持状態の説明
図である。

【図４】管路の先端部付近のインクの保持状態の説明
図である。

【図５】管路の先端部付近のインクの保持状態の説明
図である。

【図６】管路の先端部付近のインクの保持状態の説明
図である。

【図７】本発明のインクジェットカートリッジにおい
て第１の室を着脱可能に構成した場合の構成図である。

【符号の説明】

１記録ヘッド部、２インクタンク、３第１の室、
４大気連通孔、５メッシュ部材、６管路、７第１
の多孔質部材、８第２の室、９第２の多孔質部材、
１０フィルタ、１１流路、１２インク、１３コ
ーティング、１４連結部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録ヘッドとインクタンクを有するイン
クジェット記録装置に用いるインクジェットカートリッ
ジにおいて、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、多孔質部材を有する密
閉された第２の室と、前記第１の室と前記第２の室とを
接続する管路と、該管路の第１の室側の開口部に多孔質
部材を有し、前記管路の第２の室側の先端よりインクが
滴下するようにしたを特徴とするインクジェットカート
リッジ。
【請求項２】記録ヘッドとインクタンクを有するイン
クジェット記録装置に用いるインクジェットカートリッ
ジにおいて、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、多孔質部材を有する密
閉された第２の室と、前記第１の室と前記第２の室とを
接続し少なくとも第２の室側の開口部先端が撥水性を有
するように構成した管路を有し、前記管路の第２の室側
の先端よりインクが滴下するようにしたを特徴とするイ
ンクジェットカートリッジ。
【請求項３】記録ヘッドとインクタンクを有するイン
クジェット記録装置に用いるインクジェットカートリッ
ジにおいて、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、凹部を有する多孔質部
材が配され密閉された第２の室と、前記第１の室と前記
第２の室とを接続する管路を有し、該管路の第２の室側
の先端よりインクが滴下するようにしたを特徴とするイ
ンクジェットカートリッジ。
【請求項４】記録ヘッドとインクタンクを有するイン
クジェット記録装置に用いるインクジェットカートリッ
ジにおいて、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、多孔質部材を有する密
閉された第２の室と、前記第１の室と前記第２の室とを
接続する管路を有し、前記第２の室の容積が前記管路の
容積の３倍以下に構成されていることを特徴とするイン
クジェットカートリッジ。