JPH0640043A

JPH0640043A - インクタンク及びインクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH0640043A
Application number: JP4198681A
Authority: JP
Inventors: Norifumi Koitabashi; 規文小板橋; Masahiko Hikuma; 昌彦日隈; Masami Ikeda; 雅実池田; Hiromitsu Hirabayashi; 弘光平林; Shigeyasu Nagoshi; 重泰名越; Hitoshi Sugimoto; 仁杉本; Masaya Uetsuki; 雅哉植月; Miyuki Matsubara; 美由紀松原; Fumihiro Gotou; 史博後藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1992-07-24
Publication date: 1994-02-15
Anticipated expiration: 2012-11-26
Also published as: JP2683187B2

Abstract

(57)【要約】負圧発生部材の収容部と隣接したインク収容部とが、大
気とインクとを置換するための通路によって連通された
インクタンクで、大気を導入するための通路が、大気イ
ンク置換通路の近傍まで設置されている。【目的】インクの安定供給を達成する。【効果】スムーズに大気が、インクとの置換通路に導
入されるためインクの良好な供給を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヘッドに供給するイン
クを貯留したインクタンク及び該インクタンクを用いて
印刷を行なうインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インクジェット記録装置用の記録
ヘッドにインクを供給するインクタンクとしては、大き
く分類して次の２つが挙げられる。

【０００３】１つは、インクタンクがインクジェット記
録装置本体内に内蔵され、インクタンクからインク供給
管等を本体内にはい回して記録ヘッドに結合させインク
を供給する方式がある。

【０００４】この方式は、インクの供給系が大きなもの
となり、装置本体の小型化、低コスト化は難しい。ま
た、供給系でのインクがとぎれやすく、吐出信頼性を上
げるための吐出回復系（機構）が、大がかりなものとな
り、やはり、装置の小型化、低コスト化の達成が難しい
ばかりか、回復に要するインク消費量も多量となるた
め、廃インクの処理の問題、ひいてはランニングコスト
の増大につながる。

【０００５】しかしながら、記録ヘッドのインク吐出部
で、安定したメニスカスを維持させるための方法は、記
録ヘッドの位置に対して、インクタンクを下方に取り付
けることで達成することができ、簡単かつ、安定した負
圧を記録ヘッドのインク吐出口部に発生させられる。

【０００６】２つ目は、インクタンク内全体に吸収体を
収納し、その吸収体によってインクを保持し、かつ、記
録ヘッドのインク吐出口部で安定したメニスカスを維持
させるインクタンクがある。この全吸収体インクタンク
方式は、吸収体が最大保持可能なインク量よりもやや少
ないインクを保持させて、大気連通部側の吸収体内部に
メニスカスを発生させることにより、インクタンク供給
部で所定の内部負圧を発生させているので、インクタン
クの毛細管力を大気連通部側の吸収体内部のメニスカス
と記録ヘッドの吐出部とのインク水頭差を考慮して調整
しておくことにより、吐出部での安定したメニスカスを
維持することが可能であり、安定したインクの吐出が可
能である。しかしながら、従来公知の全吸収体インクタ
ンク方式は、インクタンク容積に対する保持可能なイン
ク量（インク保持比率）が少なく、インクタンクが記録
ヘッドとともに記録紙に対向して記録走査することを考
えると、記録装置本体の小型化や、ランニングコストの
低減化の上で問題となっていた。特に、印字姿勢可変型
のインクジェット記録装置では小型化が重要な要素であ
り、安定した内部負圧を発生でき、かつ、インク保持比
率の高い方式が必要となっている。

【０００７】一方、特開昭５６−６７２６９号公報、あ
るいは特開昭５９−９８８５７号公報には、インクタン
ク内にバネで付勢したインク袋を用いたバネ袋インクタ
ンク方式が開示されている。バネ袋方式はバネ力を用い
てインク供給部での内部負圧を安定して発生させている
点で優れているが、所定の内部負圧を得るためのバネ形
状の制約や、インクタンクに袋を固定する工程がやや複
雑になり製造コストが高いこと、さらには薄型のインク
タンクではインク保持比率が小さくなるなどの問題点も
多い。

【０００８】また、特開平０２−２１４６６６号公報に
は、インクタンク内を複数のインク室に区切り、互いに
負圧発生可能な細孔で互いに連通させた区分インク室イ
ンクタンク方式が開示されている。本件開示の区分イン
ク室方式はインク室を互いに連通させている細孔の毛細
管力によってインク供給部での内部負圧を発生させてい
る方式である。区分インク室方式はバネ袋方式に比べて
インクタンクの構成が簡略化できるので製造コストの面
で有利であることと、インクタンクの形状に機構的な制
約が少ない点で有利である。しかしながら、上述件開示
の区分インク室方式ではインクタンクの保持姿勢を変え
るとインク残量によっては細孔部のインクがない状態と
なることがあり、細孔による内部負圧が不安定となりイ
ンク漏れが発生する場合もあり、インクタンク取り扱い
上の制約が大きい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
に各種のインクタンク形態における技術課題を改善しよ
うとなされたものであって、区分インク室インクタンク
方式を改良して、取り扱い性の優れた、インク保持比率
の高い、かつ環境変化に対して、インク漏れのない、か
つ、負圧特性を安定化させて、インクの吐出特性に影響
を与えずに、記録ヘッドに安定したインク供給を行なう
インクタンクの形態を実現することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の目的を
達成するために提案されたもので、負圧発生部材を収容
した負圧発生部材収容部と該負圧発生部材収容部に隣接
したインクを収容するインク収容部とが、通路により連
通されたインクタンクにおいて、大気を導入する通路
が、前記の負圧発生部材収容部とインク収容部の連通路
の近傍にまで導入設置したことを特徴とする。

【００１１】これにより、インク供給時に大気を前記連
通路に強制的に導入することで、前記連通路におけるメ
ニスカスを安定かつ、すみやかに破断させてインク収容
部のインクとの気液交換を行わせる。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明のインクジェット記録装置の
記録ヘッド、インクタンク、キャリッジの結合の状態を
示す断面図である。本実施例における記録ヘッド２０は
電気信号に応じて膜沸騰をインクに対して生じせしめる
ための熱エネルギーを生成する電気熱交換体を用いて記
録を行なうバブルジェット方式のものである。図１にお
いて記録ヘッド２０の主たる構成はすべてヘッドベース
プレート１１１に設けた位置決め用の突起１１１−１、
１１１−２を位置決め基準としてヘッドベースプレート
１１１上に接着ないしは圧着して積層配置されて成る。
ここで、図１の面内上下方向はキャリッジＨＣのヘッド
位置決め部１０４と突起１１１−２とで位置決めされ
る。更に、図１の横断図の垂直方向は、突起１１１−２
の一部がヘッド位置決め部１０４を覆うように突出し、
該突起１１１−２の切り欠き部（不図示）とヘッド位置
決め部１０４とで位置決めされる。ヒータボード１１３
はＳｉ基板上に複数の列状に配された電気熱変換体（吐
出ヒータ）と、これに電力を供給するアルミニウム等の
電気配線とが成膜技術により形成されてなり、本体装置
からの電気信号を受け取るパッドを端部に配した配線を
有するヘッドフレキシブル基板（以下、「ヘッドＰＣ
Ｂ」という。）１０５に対して、それぞれの配線を対応
させてワイヤボンディングにより接続されている。吐出
ヒータに対応して複数のインク流路を各々区分するため
の隔壁や流路を介して交換インクタンク１からインクを
導入してインク流路に供給する共通液室と複数の吐出口
を形成するオリフィスとをポリサルフォン等で一体成型
した溝天板１１２をヒータボード１１３に不図示のバネ
で押圧するとともに封止剤を用いて圧着固定及び封止し
てインク吐出部を形成している。

【００１３】溝天板１１２に結合封止された流路１１５
は、交換インクタンク１と結合可能とするために、本実
施例においてはヘッドＰＣＢ１１３及びヘッドベースプ
レート１１１に設けた穴を通ってヘッドベースプレート
１１１の反対側へ貫通させるとともに、貫通部でヘッド
ベースプレート１１１に接着固定されている。また、流
路１１５のインクタンク１と結合する側の端部には吐出
部へのゴミや不如意の気泡などの流入を防止するための
フィルタ２５が設けてある。

【００１４】交換用インクタンクは係合ガイド及び加圧
手段１０３とにより記録ヘッド２０と結合され、インク
供給部のインク吸収体が流路１１５の先端に設けたフィ
ルタ２５と接することにより機械的に結合がなされる。
結合後、記録装置本体の記録ヘッド吸引回復ポンプ５０
１５などを用いて、記録ヘッド２０に交換インクタンク
１から強制的にインクを供給充填することでインク結合
を行なう。

【００１５】本実施例では、加圧手段による係合時に記
録ヘッド２０及び交換用インクタンク１が結合されると
ともに、同一方向で記録ヘッド２０とキャリッジＨＣと
が機械的及び電気的接続がなされることになるので、ヘ
ッドＰＣＢ１０５上のパッドとヘッド駆動電極１０２と
の位置決めも確実に行なわれる。

【００１６】リングシールはインク供給部のガタを許容
できるように交換インクタンク外壁との接合部を広めに
取れるように、本実施例ではやや太い弾性体リングで構
成している。

【００１７】以上説明したように、本実施例では交換イ
ンクタンク１と記録ヘッド２０とを十分に結合させた上
で交換インクタンクを付勢することで、キャリッジと記
録ヘッドと位置決めを簡単な構成で確実に行なうととも
に、記録ヘッドと交換インクタンクとを本体外で簡単に
結合した上でキャリッジに装着するようにしたので交換
操作を容易にすることができた。また、本実施例では、
キャリッジ（記録装置本体）と記録ヘッドとの電気的接
続も同時に行うように構成したので、記録ヘッド・交換
インクタンクの交換時の操作性も良好であるが、電気的
接続を別途コネクタ接続方式などにして、記録ヘッドの
位置決めと交換インクタンクとの結合をより確実なもの
とするための構成自由度を高くするのも良い。

【００１８】ここで、本実施例におけるインクジェット
記録装置における記録ヘッドの配置及び動作を説明する
ために、横置き印字姿勢の図４を用いて記録装置の動作
を説明する。図４で、記録媒体Ｐをプランテンローラ５
０００を用いて紙面下方から上方へ案内し、紙押さえ板
５００２でキャリッジ移動方向にわたってプランテン５
０００に対して押圧する。キャリッジＨＣは、キャリッ
ジ移動ピンをそのらせん溝５００４にはめ込んで、それ
自身が回転することで駆動源として動作するリードスク
リュー５００５とリードスクリューに平行に配置された
スライダ５００３とに支持係合されてプランテンローラ
５０００上に案内された記録媒体Ｐの記録面に沿って左
右に往復動する。リードスクリュー５００５は駆動伝達
ギア５０１１、５００９を介して駆動モータの正逆回転
に連動して回転駆動制御される。５００７、５００８は
フォトカプラでキャリッジのレバー５００６のこの域で
の存在を確認してモータ５０１３の回転方向切換等を行
なうためのホームポジション検知手段である。

【００１９】画像記録信号は、記録ヘッドを搭載するキ
ャリッジの移動にタイミングを計って記録ヘッドに送ら
れ、所定の位置でインク滴を吐出させて記録を行なう。
５０１６は記録ヘッドの前面をキャップするキャップ部
材５０２２を支持する部材で、５０１５はこのキャップ
内を吸引する吸引手段で、キャップ内開口５０２３を介
して記録ヘッドの吸引回復を行なう。５０１７はクリー
ニングブレードで、５０１９はこのブレードを前後方向
に移動可能にする部材であり、本体支持板５０１８にこ
れらは支持されている。吸引手段、ブレード等は、この
形態でなくとも良く、周知のものが適用可能なことはい
うまでもない。また、５０１２は、吸引回復動作のタイ
ミングを決めるためのレバーで、キャリッジと係合する
カム５０２０の移動に伴って移動し、駆動モータからの
駆動力がクラッチ切換等の公知の伝達手段で移動制御さ
れる。これらの回復手段は、キャリッジがホームポジシ
ョン側領域にきたときにリードスクリュー５００５の作
用によって、それらの対応位置で所望の処理が所定のタ
イミングで行なえるように構成されている。

【００２０】さてそれでは、本発明のインクタンクの実
施例を詳細に説明する。

【００２１】まず、初めに本発明の基礎となるインクタ
ンクの構成及び動作原理を説明する。

【００２２】（構成）図２に示すように、インクタンク
の本体は、インクジェット記録ヘッドと連結するための
開口部２を持ち、負圧発生部材３を収容した負圧発生部
材収容部４と該負圧発生部材収容部にリブ５を介して隣
接し、インクタンク底部１１で連通したインクを収容す
るインク収容部６とからなる。

【００２３】（動作原理（１））図２は、本発明のイン
クタンクにインクジェット記録ヘッドへインクを供給す
るジョイント部材７が挿入され、負圧発生部材に圧接し
てインクジェット記録装置が稼動可能な状態になったと
きの模式断面図である。尚、ジョイント部材の端部には
インクタンク内のゴミを排除するためにフィルターが設
置されている場合もある。

【００２４】インクジェット記録装置が稼動するとイン
クジェット記録ヘッドのオリフィスからインクが吐出さ
れ、インクタンクにインク吸引力が発生する。インク９
はこの吸引力によりインク収容部６からリブ端部とイン
クカートリッジ底部１１との隙間部８を通り、負圧発生
部材収容部４へ、負圧発生部材３を通ってジョイント部
材７内に引き込まれインクジェット記録ヘッドへ供給さ
れる。これにより隙間部８以外は密閉しているインク収
容部６の内部の圧力が低下し、インク収容部６と負圧発
生部材収容部４との間に圧力差を生じる。記録が継続す
ると、その圧力差は上昇を続けるが、負圧発生部材収容
部は大気連通孔により大気に開放されているため、空気
は負圧発生部材を通ってリブ端部８とインクカートリッ
ジ底部１１との隙間部８からインク収容部４に入る。こ
の時点で、インク収容部６と負圧発生部材収容部４との
間の圧力差が解消される。インクジェット記録中はこの
動作が繰り返され、ある一定の負圧がインクカートリッ
ジ内に得られる。また、インク収容部内のインクは、イ
ンク収容部内の壁面に付着するインク以外は、ほぼ全て
使用できるためインク使用効率が向上する。

【００２５】（動作原理（２））上述した本インクタン
クの動作原理（１）を元に、本インクタンクの動作原理
を説明するための簡単なモデルを図１０に示し、より詳
細な動作原理（２）を述べる。

【００２６】インク収容部１０６は、インク収容部６に
相当し、インクが入っている。１０２、１０３−１、１
０３−２は負圧発生部材３に相当する毛細管であり、そ
のメニスカスの力により、インクタンク内に負圧を発生
させる。１０７はジョイント部材７に相当し、図示され
ないインクジェット記録ヘッドと結合されており、イン
クタンクからインクを供給するインク供給部であり、オ
リフィスからインクが吐出されることで、インクの流れ
Ｑが生じる。

【００２７】この図は、インク収容部、負圧発生部材に
インクが十分充填された状態から、負圧発生部材中の供
給可能なインク及び、インク収容部から、少しインクを
消費した状態に相当し、記録ヘッドのオリフィスでの水
頭圧とインク収容部１０６内での減圧状態と、１０２、
１０３−１、１０３−２の毛細管力が釣り合った状態
で、インク供給部から、インク供給がなされると、１０
３−１、１０３−２の毛細管の高さはほとんど変化せ
ず、インク収容部１０６からインクが隙間部８に相当す
る１０８を通り消費される。その際のインク収容部１０
６での負圧の増大により、１０２の毛細管のメニスカス
が変位して、気泡形状となり、更に、そのメニスカスが
破れることで、大気が気泡として、インク収容部１０６
内に取り込まれることで、１０３−１、１０３−２の毛
細管の高さを変化させずに、すなわち負圧発生部材中の
インク分布はほとんどが変化せずに、ほぼ内圧の平衡を
維持したまま、インク供給分だけ、インク収容部１０６
からインクが消費されるのである。

【００２８】すなわち、インク供給部からインク量Ｑだ
け、インク供給がなされると、その体積分の変化が１０
２の毛細管で、メニスカスの変位として生じ、その際の
メニスカスの表面エネルギーの変化分が圧力損失分とし
て、インク供給部の負圧を増大させるのだが、メニスカ
スが破断されて、気泡としてインク収容部内に取り込ま
れ、ついに気泡とインクが交換されることで、メニスカ
スも元に戻って、インク供給部の内圧も、１０２の毛細
管力によって所定の内圧に維持されるのである。

【００２９】図１１は、本実施例のインクタンクのイン
ク供給部における内圧がインク供給量（消費量）に応じ
て変化する様子を示すものである。初期状態（図１４）
では、上述のように負圧発生部材収容部からのインク供
給が始まる。すなわち、インク室壁下端部、すなわち隙
間部８にメニスカスが形成されるまで負圧発生部材収容
部に存在しているインクが供給されるので、従来の全吸
収体方式のインクタンクと同様に負圧発生部材収容部内
の圧縮インク吸収体のインク上面（気液界面）の毛細管
力とインク自身の水頭圧とのバランスによってインク供
給部の内圧が発生している。インク供給（消費）に伴っ
て負圧発生部材収容部のインクが減少して上述のごとく
インク室下端部に気液界面が形成される状態（図１５）
となるとインク収容部からのインク供給が始まり、イン
ク室下端部近傍の圧縮インク吸収体の毛細管力によって
インク供給部の内圧が維持されるようになり、インク収
容部からインクが供給されている間はほぼ一定の内圧を
保持する。インクが更に消費されてインク収容部のイン
クがほぼ消費されてインク室壁下端部よりインク収容部
のインク液面が低くなると（図１６）、インク収容部に
大気が一気に供給され、インク収容部が大気と完全に連
通し、インク収容部に残余していた若干のインクが負圧
発生部材収容部の圧縮インク吸収体に吸収されて負圧発
生部材収容部内のインクが増量するためインク上面（気
液界面）がやや上昇する分だけインク供給部の内圧がや
や正方向に変化する。更に、インクが消費されると負圧
発生部材収容部のインクが再び消費されはじめるが、イ
ンク供給部より気液界面下がると記録ヘッドに大気が供
給され始めるのでインク供給の限界となり（図１７）、
インクタンクの交換が必要となる。

【００３０】本発明者の検討では、記録ヘッドへの結合
時に前述の記録装置本体の吸引手段で吸引回復を行い、
結合時に発生するインク流路中の気泡を除去するととも
に若干のインクをインクタンクから流出させることで、
初期から安定したインク内圧を維持することが可能であ
り、負圧発生部材収容部のインクを初期及び交換直前に
消費する場合においても、図１１に示したインク安定供
給期間で記録特性になんら問題はなく、良好な記録が行
えた。

【００３１】以上述べたメカニズムにより、インクが供
給されるためには、次の重要なポイントがあることが分
かった。

【００３２】それは、隙間部８のごく近傍に安定して、
インクと大気とのメニスカスが形成されている必要があ
ることである。そうでないと、メニスカスを変位させ
て、インク収容部まで移動させるために、インク供給部
の内圧をかなり大きい負圧にするまで、インクを供給し
なければならない。そうなると、高周波数での駆動が難
しくなり、高速印字を行うためには不利なものとなる。

【００３３】図１１は先程説明した、このインクタンク
のインク供給部における内圧がインク供給量（消費量）
に応じて変化する様子を示すものであり、インク供給を
行わない状態での、いわゆる静圧と、インク供給を行っ
ている状態の、いわゆる動圧を示している。

【００３４】この図における、動圧と静圧の差がインク
を供給する際の圧力損失であり、先に説明した、メニス
カス変位の際に生ずる負圧が大きな比率をしめるもので
ある。

【００３５】よって、この部分におけるメニスカスの破
断をすみやかに行わせることが本発明のポイントであ
り、そのための手段は、大気を隙間部８の近傍に強制的
に導入する大気導入路を設けることであり、以下にその
実施例を示す。

【００３６】＜実施例１＞図３に本発明の第１の実施例
を示したもので、この図をもとに詳細に説明する。イン
クタンクの負圧発生部材３はウレタンフォーム等の吸収
体であるが、この吸収体が負圧発生部材収容部４に納入
した際に、負圧発生部材収容部の１部が大気導入路とな
る隙間を形成しており、リブ端部とインクタンク底部１
１との隙間部８の近傍にまで、その隙間部が伸びている
形状となっている。そして、大気連通口を介して大気と
連通している。このためインク供給部からインクを供給
しはじめると、吸収体３からある程度のインクを消費し
て、インク供給部の内圧が所定の負圧に達すると、図３
に示すようなインク面を吸収体３中に安定して形成し、
隙間部８の近傍でインクと大気の間でメニスカスを形成
する。そして、この状態に至ると、その後のインクの供
給により、すぐに隙間部８でのメニスカスの破断を行わ
せることができる結果、圧力損失△Ｐをあまり大きな値
にさせることなく安定してインクを供給することができ
るため、吐出安定性の良い、しかも高速印字が可能とな
った。

【００３７】非記録時においては、負圧発生部材自身の
毛細管力（あるいはインク−負圧発生部材界面でのメニ
スカス力）などが発現され、インクジェット記録ヘッド
からインクが漏れることを抑制する。

【００３８】尚、本発明のインクタンクをカラーインク
ジェット記録装置に対応するために各色（例えばブラッ
ク、イエロー、マゼンタ、シアンの４色）のインクをそ
れぞれ個別のインクタンクに収容して使用することがで
きる。また、個別のインクカートリッジを一体化させて
インクタンクとしても良く、あるいは、使用頻度の高い
ブラックインク用の交換型インクカートリッジと、他の
カラーインク一体化交換カートリッジを分離した交換型
インクカートリッジとしても良い。これらの組み合わせ
はインクジェット装置に合わせて任意である。

【００３９】以下に本発明をより詳細に説明する。

【００４０】本発明のインクタンクにおいて、インクジ
ェット記録ヘッドにおける負圧を制御するためには、負
圧発生部材３の選定、形状、寸法はもとより、リブ端部
８の形状、寸法、リブ端部８とインクタンク底部１１と
の隙間８の形状、寸法、負圧発生部材収容部４とインク
収容部６の容積割合、ジョイント部材７のインクタンク
への挿入量、形状、寸法、フィルター１２の形状、寸
法、目の荒さ及びインクの表面張力などを最適化するこ
とが重要となる。

【００４１】本発明で使用する負圧発生部材は、それ自
身、液体（インク）の自重及びわずかな振動に対しても
インクを保持する能力を有するものであれば従来公知の
部材が使用できる。例えば、繊維を網状に網込んだ綿状
体や連通孔を有する多孔質体などがあげられる。インク
保持力及び負圧発生などが調整容易なポリウレタンフォ
ームなどのスポンジが好ましい。特に、フォームの場合
には、フォーム製造時に所望の多孔密度となるように調
整できるので好ましい。尚、フォームを熱圧縮処理をし
て更に多孔密度を調整した場合には、加熱による分解物
が発生し、インク物性を変化させ、記録品位に悪影響を
及ぼす場合があるので、洗浄などの処理が必要となる。
また、各種インクジェット記録装置に対応したインクカ
ートリッジを製造するためそれに応じた多孔密度のフォ
ームが要求されるが、熱圧縮を施していない特定のセル
数（１インチ当りの空孔の数）を持つフォーム材を所望
の寸法にカットし、負圧発生部材収容部に圧縮挿入し、
多孔密度、毛細管力を調整することが好ましい。

【００４２】（インクジェット記録装置内での環境変
化）密閉系のインク収容部を持つインクカートリッジに
おいては、インクジェット記録装置内に装填された状態
での外部環境変化（温度上昇、あるいは気圧低下）に対
しては、インク収容部の空気膨張により（インクの膨張
もある）、インク収容部に残存しているインクをインク
カートリッジ外へ押し出し、インク漏れ発生の可能性が
ある。しかしながら、本発明のインクカートリッジにお
いては、最悪想定される環境状態に応じた密閉系インク
収容部の空気膨張体積（僅かではあるがインク膨張分も
含む）を予想し、それに伴うインク収容部からのインク
移動量分を負圧発生部材収容部にあらかじめ持たせるこ
とが好ましい。尚、大気連通孔の設置位置は、負圧発生
部材収容部側のジョイント開口部より上部ならば特に指
定はしないが、環境変化時の負圧発生部材中のインクの
流れをジョイント開口部から離すために、ジョイント開
口部から遠い位置にあるのが好ましい。また、大気連通
孔の数及び形状、大きさなどはインクの蒸発を考慮して
任意に設定することができる。

【００４３】（インクカートリッジ単独の物流）インク
カートリッジ単独の物流時においては、ジョイント開口
部及び又は、大気連通孔をシール材などで密閉してイン
クの蒸発やインクカートリッジ内の空気膨張に備えるこ
とが好ましい。シール材としては、包装分野においてバ
リヤー材と称される単体層のバリヤー及び数層のプラス
チックフィルムの複合化及びこれらと紙、布などの補強
材またアルミニウム箔などを複合化した複合化バリヤー
材を使用することが好ましい。インクカートリッジ本体
材質と同様な材質をバリヤー材の接着層とし、熱などで
溶着することによって密閉性を上げることがより好まし
い。

【００４４】また、インクカートリッジからのインクの
蒸発あるいは、外部大気からの空気の流入を抑制するた
めには、インクカートリッジを挿入後は包材内の空気を
脱気してから密閉する包装形態をとれば効果的である。
包材としては、気体透過度及び液体透過度を考慮し、上
記シール材同様バリヤー材から選択することが好まし
い。

【００４５】上述のような包装形態を選択することによ
って、インクカートリッジ単独の物流は、インク漏れな
どもなく、非常に信頼性の高いものとなる。

【００４６】（製造方法）インクカートリッジ本体材料
は、従来成形品に用いられるいかなる材料であってもよ
いが、インクジェット用インクへの影響がないような材
料あるいは、影響がないように処理された部材から選択
する必要がある。また、インクカートリッジの生産性を
考慮することも必要となる。例えば、インクカートリッ
ジ本体をインクカートリッジ底部１１部分とその上部部
分とに分割して樹脂材料にてそれぞれを一体成形し、負
圧発生部材を挿入後、インクカートリッジ底部１１部分
とその上部部分を溶着してインクカートリッジ本体を製
造することができる。樹脂材料に透明あるいは、半透明
なものを選択すればインク収容部のインクはインクカー
トリッジ外部から視認することができるので、インクカ
ートリッジの取り替え時期を目視にて判断することがで
きる。また、上記シール材などの溶着を容易にするため
に図のような凸部を設けることが好ましい。更に、イン
クカートリッジ本体外面にシボなどの加工を施すことも
デザイン上好ましい。

【００４７】インクの充填には、加圧及び減圧法いずれ
もが使用できる。尚、インクの充填にタンク本体のいず
れかにインク充填口を設けることは他のインクカートリ
ッジ開口部を汚すことがないので好ましい。インク充填
後のインク充填口は、プラスチックあるいは、金属材料
にて栓することが好ましい。

【００４８】インクカートリッジの構成及び形状は、本
発明の範囲から逸脱することなく各種の変形を行うこと
ができる。

【００４９】（その他）本インクタンク（カートリッ
ジ）は、交換型として使っても良いし、記録ヘッドと一
体化させたものであっても良い。

【００５０】また、交換型として使用される場合、本体
による交換タンクの自動検知あるいは、ユーザー自身に
よる吸引等の回復動作をすることが好ましい。

【００５１】また、言うまでもないが、図１８のよう
に、４つの記録ヘッドが一体となって構成された記録ヘ
ッド２０に、Ｂｋ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｍ１ｃ、Ｙ１ｄの４色
の交換インクタンクを結合させて記録を行うインクジェ
ットプリンターとして使っても良い。

【００５２】＜比較例＞ここで、本実施例における比較
例をインクタンクのインク供給部における内圧がインク
供給量に応じて変化する様子を交えながら示す。

【００５３】このインクタンク内には、特に大気導入路
が設けられておらず、負圧発生部材収容部内には、ほぼ
均一なポアサイズ分布の吸収体が内蔵されている。

【００５４】初期の状態では、図１４のようにインク収
容部内にはインクがほぼ充填された状態であり、負圧発
生部材収容部内にも、ある程度のインクが充填されてい
る。この状態から、インク供給が始まると、まず、負圧
発生部材収容部からのインクが供給されるので、負圧発
生部材収容部内の吸収体のインク上面（気液界面）の毛
細管力とインク自身との水頭圧とのバランスによってイ
ンク供給部の内圧が発生しているが、インク供給が進む
につれ、インク上面が降下していくため、その高さに対
して、ほぼ直線的に負圧が増大していく。図１３のａの
状態となる。このまま、インク供給に伴って、インク室
の下端部である隙間部に気液界面（メニスカス）が形成
される状態にならないと、インク供給部の負圧はどんど
ん高まってしまう。

【００５５】そして、隙間部でのメニスカスが形成され
た状態になるまでに、吸収体内でのインク面は、かなり
下降してしまい、場合によってはヘッドとのジョイント
部よりも液面が下降してしまう。

【００５６】こうなると、記録ヘッド内に大気をとり込
むこととなり、吐出が不安定となり、不吐出に至ってし
まう。

【００５７】また、このようにならないまでも、インク
供給部の内圧は図１３のｂの状態のように、隙間部の吸
収体のポアサイズによって決まる一定の負圧を越えて、
更に大きくなる場合もある。これは、吸収体はその周囲
を負圧発生部材収容部の内壁によって、多少圧縮されて
いるが、隙間部においては壁が存在しないので、圧縮さ
れていないため、その周囲に比べて圧縮率が若干小さい
ため、ちょうど図１２で示したモデルのような状態とな
っていると考えられる。

【００５８】この図は、ある程度、負圧発生部材収容部
からインクを消費した状態である。この状態から、更に
インクを供給すると、吸収体のポアサイズがＲ₂ 、Ｒ
₃ 、Ｒ₄ の中で一番大きいＲ₄ の部分のメニスカスがＲ
₃ 、Ｒ₄ の部分に比べて大きく変位移動し、引き続き隙
間部の近くにまで来ると、急にメニスカス力が弱まるた
め、インク収容部側にまでメニスカスが移動して、その
メニスカスが破断することで、大気がインク収容部にと
り込まれる。この時には、Ｒ₂ の部分からだけではな
く、Ｒ₃ 、Ｒ₄ の部分からも少しインクが消費される。
この際のメニスカスの移動の際の圧力損失△Ｐは比較的
大きなものとなる。

【００５９】しかしながら、一度破断したメニスカス
も、復帰の際の勢いにより、再び元の位置に近い所でメ
ニスカスを形成するため、しばらくはこのまま圧力損失
の高い状態となる。

【００６０】そして、メニスカスが隙間部のポアサイズ
Ｒ₁ の部分に安定するまで、同様なことを繰り返し、一
旦、隙間部でメニスカスが安定すると、隙間部のポアサ
イズＲ₁ で決まる負圧になるまで気泡がインク収容部に
入り安定する。

【００６１】ここまでの状態が図１３−ｂの状態であ
り、インク収容部及び吸収体の双方からインクを消費し
ている状態である。このように、大気導入路が設定され
ないと、前記のようにインク供給部における内圧が安定
されないで、インク供給時の圧力損失△Ｐも大きくなる
ため、吐出特性が悪化し、高速印字が難しくなる場合が
ある。

【００６２】＜実施例２＞図５に、他の実施例を示し
た。

【００６３】本実施例においては、ついたてリブ５の負
圧発生部材収容部４内側に、別の２本のリブ６１を設け
た。リブの間と吸収体３で挟まれた部分が大気導入路と
なる。

【００６４】このリブ６１の下端Ａは、ついたてリブ５
の下端Ｂよりも上に位置するようにすることで、単に直
方体形状の吸収体３を負圧発生部材収容部４内に挿入す
るだけで、隙間部８を吸収体３でカバーすることができ
るため、簡単にかつ安定した大気導入路を隙間部８の極
く近傍まで導く構成とすることが可能となる。

【００６５】このインクタンクを用いて、印字を行った
ところ、印字によるインク供給によって、素早く、図５
に示すようなインク面及びメニスカスを形成して、しか
も、歯切れの良い、メニスカス破断による気泡とインク
の交換が行われるため、圧力損失の少ないインク供給が
行えるようになり、高速印字を安定して行うことが可能
となった。

【００６６】＜実施例３＞図６に、実施例２におけるリ
ブ７１を更に増して、大気導入路の数を増して、かつ、
そのリブ７１を負圧発生部材収容部の天井にも設けた。

【００６７】これによって、複数の大気導入路を大気連
通口から、隙間部８の近傍まで安定して確保することが
可能となり、実施例１、２同様、圧力損失の少ないイン
ク供給が行えるようになり、高速印字を安定して行うこ
とが可能となった。

【００６８】また、大気連通孔１３を隙間部８から離れ
た位置に設けても、大気の導入がスムーズに行うことが
可能となる。

【００６９】＜実施例４＞図７に、他の実施例を示し
た。

【００７０】本実施例においては、実施例２、３と同
様、ついたてリブにリブ８１を設けることで、大気導入
路を形成しているものであるが、リブ８１をついたてリ
ブに対して非対称に構成することにより、インク収容部
から隙間部８を通って負圧発生部材収容部に移動するイ
ンクの流れる通路と、そのインクの流れと相補的に発生
する、大気導入路から隙間部８を通って、インク収容部
に入り込む大気の流れの通路を、中心線Ａに対して、そ
れぞれ独立別個にすることで、入れ換えのための圧力損
失を小さくする効果がある。

【００７１】こうすることで、インクと気泡の入れ替え
のための圧力損失△Ｐは、約半分となった。

【００７２】これにより、記録ヘッドからより安定し
た、インクの吐出を行うことが可能となった。

【００７３】＜実施例５＞図８に、リブ９１の他の変形
例を示す。

【００７４】実施例２〜４では、リブ９１の上端を、負
圧発生部材収容部の内壁の上側にまで伸ばしていたが、
本実施例では、そこまで伸ばさず短いものとしている。

【００７５】こうすることで、リブ９１によって、吸収
体の上部が圧縮されるのを防ぎ、圧縮された部分で、メ
ニスカス力が発生する危険性を防ぎ、負圧のコントロー
ルをより安定したものにすることができる。

【００７６】更に詳しくは、インクが消費される初期の
インクタンク中における、負圧発生部材である吸収体中
のインク液面から、安定したインク液面に移行するまで
は、吸収体中のインクを消費するようにする。すなわ
ち、大気導入路を通した早すぎる気液交換を促すと、イ
ンク収容部からインクが消費される結果、吸収体からの
インクの消費が少なくなってしまうため、気圧変動等の
環境変化時に、インク収容部からのインクが、負圧発生
部材収容部へ移ることが可能なインク量が制限されるた
め、吸収体のインク漏れに対するバッファー効果が半減
するという弊害が発生する。そこで、本実施例では、イ
ンクが吸収体中で、ある程度消費されてから、大気導入
がされるように、大気導入路を設置して、吸収体中のイ
ンク液面をコントロールし、インク漏れに対するバッフ
ァー効果を高めた。

【００７７】＜実施例６＞図９に、他の実施例を示す。

【００７８】本実施例では、大気導入路を、ついたてリ
ブに溝１００を設けることで形成する。

【００７９】負圧発生部材収容部内に収容する吸収体の
圧縮率のひずみが少なくなるため、負圧のコントロール
がしやすいため、安定してインクを供給できる。

【００８０】＜実施例７＞図２０に他の実施例を説明す
る。

【００８１】構成としては、実施例６とほぼ同じである
が、異なるところは大気導入路はリブ下端まで、つき抜
けた構成となっていることである。

【００８２】実施例５、６と同様に、インクが消費され
る初期のインクタンク中における吸収体３中のインク液
面から、大気導入路の先端部Ｃの高さの安定したインク
液面に移行するまでは、吸収体中のインクを消費するよ
うにして、その後は大気導入路を通して気液交換を行い
ながら、インク収容部６のインク９を消費していくが、
大気導入路がリブ下端までつき抜けているため、図２１
のようなモデルとして、考えることができる挙動とな
る。

【００８３】以下にモデルを用いて、詳細に説明する。

【００８４】負圧発生部材である吸収体３は図２１のよ
うな毛細管と考えられ、大気導入路はＣの部分から、リ
ブ下端まで継っており、大気導入路は、Ｃの部分から上
側では再び、毛細管と継っていると考えられる。

【００８５】先にも述べたように、吸収体３中のインク
液面は、インクが消費される初期のインクタンク中で
は、ある程度の高さになっているが、インクが消費され
るに従って徐々に、その液面が下がっていき、それに従
い、インク供給部における内圧（負圧）は徐々に大きく
なっていく。

【００８６】そして、大気導入路の上端である、Ｃの部
分の高さまで、インクが消費されると、インク液面は毛
細管中のＤの位置でメニスカスを形成している。更にイ
ンクが受給・消費されると、再びインク液面すなわち、
メニスカスが下降するが、Ｅの位置まで来ると、大気導
入路中のインク液面のメニスカス力は急激に弱まるた
め、一気に大気導入路中のインクが消費されるようにな
るため、その後、この位置で、インク収容部のインクが
消費されるようになる。すなわち、気液交換が行なわれ
るようになる。よって、インク消費中はインク液面がＣ
の高さのわずか下方の位置Ｃで安定するため、インク供
給部での内圧は安定領域に入るのである。そして、イン
ク供給が停止すると、毛細管中のメニスカスはＥの位置
から再びＤの位置に戻り安定する。

【００８７】このように、インク収容部のインクを全
て、消費するまで、吸収体中のインク液面はＤとＥの間
を往復する。

【００８８】そして、その後は吸収体中のインクを消費
するようになるため、再び、供給部の内圧（負圧）は増
大していき、インク切れとなる。

【００８９】ところで、インク供給部における内圧は吸
収体の毛細管力（すなわち、吸収体がインクを吸い上げ
ることができる高さに相当する）から吸収体中のインク
液面の高さ分の差として得られるため、Ｃの高さを、イ
ンク供給部に対して、高く設定する必要があることから
考えると、吸収体のポアサイズをある程度、小さくする
必要がある。

【００９０】Ｃの高さをインク供給部に対して高く設定
する理由は明白であり、供給部よりインク液面が低くな
ると、大気をとり込んでしまって吐出不良を引き起こす
ためそれを防止するためである。

【００９１】また、逆に、あまり高くすると良くない。
すなわち環境変化による、インクタンク内の内圧変化
で、インク収容部から吸収体側へインクがあふれた際の
バッファの余地が少なくなるためである。そこでＣの高
さから上の吸収体部の容積は、インク収容部の容積の半
分程度に設定している。

【００９２】上記説明したメカニズムを更に簡易に述べ
る。

【００９３】すなわち、吸収体が一様な密度であるとす
ると、インク供給部における内圧（負圧）は、吸収体の
毛細管力、すなわちインク供給部の高さから吸い上げる
ことができる高さＨ₁から、インク供給部の高さからす
でにインクが吸い上げられている高さＨ₂の差すなわち
Ｈ₁−Ｈ₂によって決まるのである。

【００９４】すなわち、例えば吸収体のインクを引き上
げる力がＨ₁＝６０ｍｍで、インク供給部から大気導入
路のＡの部分の高さがＨ₂＝１５ｍｍであれば、インク
供給部の内圧はＨ₁−Ｈ₂＝６０ｍｍ−１５ｍｍとなり４
５ｍｍＡｇとなるのである。

【００９５】よって初期は、吸収体からインクが消費さ
れるに従いその液面の高さが下がるに従い、ほぼリニア
に内圧（負圧）は下がっていくのである。

【００９６】以上説明した構成のタンクを用いれば、安
定した負圧によるインク供給を行うことができる。

【００９７】また、タンク自体の構成も、型等で容易に
作成することができるため大量に安く作成することが可
能となった。

【００９８】次に更にインクが消費され吸収体中の液面
が大気導入路の所まで、すなわちＣの所まで来ると、す
なわち、インク液面がＥの状態になると大気導入路中の
インクはメニスカス保持できなくなるため、吸収体側に
吸収され大気の通路が形成され一気に大気導入による気
液交換が行なわれ、一方、吸収体側に吸収されたインク
により吸収体の液面が再び上昇することで液面がＤの状
態となり、気液交換が停止する。この状態では、大気導
入路中にはすでにインクはなく、モデル図として書いた
大気導入路の上の吸収体は、単純に弁として機能してい
るのである。

【００９９】よって、この状態で再びインクが消費され
れば、吸収体の液面が少し下がり、そのため弁が開くこ
とになるため、一気に気液交換が行なわれインク収容部
側のインクが消費されるようになり、インク消費が終了
すれば、吸収体の液面が、吸収体の毛細管力によって上
昇するが、Ｄの位置まで来ると気液交換が停止するた
め、その位置で液面が安定することになるのである。

【０１００】このように、インク液面は大気導入路の高
さ、すなわち、Ｃの高さによって安定して制御でき、か
つ、吸収体の毛細管力、すなわち、インクの引き上げ高
さはあらかじめ調整すれば、簡易にインク供給部の内圧
を制御することが可能となるのである。

【０１０１】また、環境の変化によるインクタンク内の
圧の変化によって、インク収容部から、吸収体側へあふ
れるインクを保持するために、吸収体の毛細管力、すな
わち、インク引き上げ高さを大きくしておくことで、イ
ンクがインクタンクからあふれたり、インク供給部が正
圧になるのを防ぐのである。

【０１０２】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明では、
インク供給時にインク収容部中のインクと大気とが、安
定かつ、すみやかに気液交換されることが可能となり、
その結果、インク供給部における内圧を安定して制御す
ることが可能となり、記録ヘッドにおける吐出安定性の
良い、しかも、高速印字が可能となった。

【０１０３】また、外部環境の変化に対する、インクタ
ンク内の圧力変化に対しても、インク漏れが発生するこ
とのない、インクタンクを提供することが可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヘッドとインクタンクとの結合の一例を示す概
略図である。

【図２】本発明にかかるヘッドとタンクの他の例を示す
概略図である。

【図３】本発明にかかるタンクの一例を示す概略図であ
る。

【図４】記録装置の概略を示す斜視図である。

【図５】本発明にかかるインクタンクの一例を示す概略
図である。

【図６】本発明にかかるインクタンクの他の例を示す概
略図である。

【図７】本発明にかかるインクタンクのさらに他の例を
示す概略図である。

【図８】本発明にかかるインクタンクの別の例を示す概
略図である。

【図９】本発明にかかるインクタンクのさらに別の例を
示す概略図である。

【図１０】本発明におけるインク供給の状態をモデル化
して示す図である。

【図１１】本発明におけるインク供給部での内圧変化の
様子を示す特性図である。

【図１２】比較例におけるインク供給の状態をモデル化
して示す図である。

【図１３】比較例におけるインク供給部での内圧変化の
様子を示す特性図である。

【図１４】インクタンク内にインクが充填された初期状
態を示す図である。

【図１５】気液界面が形成始めた状態を示す図である。

【図１６】インク供給の終期付近を示す図である。

【図１７】インクが供給された状態を示す図である。

【図１８】４つのヘッドを一体とし個別タンクを取付け
可能とした形態を示す斜視図である。

【図１９】本発明にかかるインクタンクのさらに別の例
を示す概略図である。

【図２０】本発明におけるインク供給の状態をモデル化
して示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平林弘光東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者名越重泰東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者杉本仁東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者植月雅哉東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者松原美由紀東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者後藤史博東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負圧発生部材を収容した負圧発生部材収
容部と該負圧発生部材収容部に隣接したインクを収容す
るインク収容部とが、通路により連通されたインクジェ
ット用インクタンクにおいて、大気を導入する通路が、前記の負圧発生部材収容部とイ
ンク収容部の連通路の近傍にまで導入・形成したことを
特徴とするインクタンク。
【請求項２】負圧発生部材収容部中の１部に隙間が発
生するように負圧発生部材を収容することで、その隙間
を大気導入路として構成したことを特徴とする請求項１
に記載のインクタンク。
【請求項３】負圧発生部材収容部中の内壁に突起を設
けることにより、負圧発生部材と内壁との間に大気導入
路を形成したことを特徴とする請求項１に記載のインク
タンク。
【請求項４】負圧発生部材収容部とインク収容部の連
通路において、大気がインク収容部に導入される部分
と、インクがインク収容部から流れ出る部分とを別にし
たことを特徴とする請求項１に記載のインクタンク。
【請求項５】負圧発生部材収容部中の内壁に溝を設け
ることで、負圧発生部材と内壁との間に大気導入路を形
成したことを特徴とする請求項１に記載のインクタン
ク。
【請求項６】大気導入路を負圧発生部材収容部の途中
から形成することを特徴とする請求項１に記載のインク
タンク。
【請求項７】負圧発生部材として、多孔質吸収体を用
いることを特徴とする請求項１に記載のインクタンク。
【請求項８】前記負圧発生部材収容部の途中から前記
連通路まで大気導入路を形成したことを特徴とする請求
項１に記載のインクタンク。
【請求項９】請求項１に記載のインクタンクと印刷の
ためのヘッド部とを結合して構成される印刷手段を搭載
可能なキャリッジを備えたインクジェット記録装置。