JPH0725029A - インクジェットカートリッジおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明のインクジェットカートリッジは、記
録ヘッドとインクタンクとが分離するもので、その連結
状態は、記録ヘッド側の第一フィルターとインクタンク
側の第二フィルターとの間に形成される空間の体積と、
第一フィルターおよび第二フィルターの界面保持力との
関係が、 【数６】 Ｆ₁ ＞（Ｖ_i ／Ｖ_F ）Ｐ₀ −Ｐ₀
（１） Ｆ₂ ＞（Ｖ_i ／Ｖ_F ）Ｐ₀ −Ｐ₀
（２） Ｐ_V ≧ＶＲ_F
（３） の関係を満たすものであることを特徴とする。 【効果】 したがって、安定な記録動作が可能なインク
ジェット記録装置を提供することが可能である。

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カートリ
ッジおよびインクジェット記録装置に関し、特にインク
ジェット記録ヘッドとインクタンクとが着脱自在に連結
されたインクジェットカートリッジとこのカートリッジ
を有するインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、インクジェット記録装置の記
録部材として、インク的を吐出するインクジェット記録
ヘッドと、そこへインクを供給するインクタンクとが一
体になった構成のインクジェットカートリッジが用いら
れてきた。このようなインクジェットカートリッジのイ
ンクタンクとしては、その内部に圧縮収納された多孔質
体にインクを含浸させたものが一般的に知られている。
このインクタンクのインク供給口は、インクジェット記
録ヘッドのインク導入口に接合部を介して接続される。
インクタンク内の多孔質体に含浸保持されたインクは、
この接合部を介してインクジェット記録ヘッドの共通液
室に導かれ、さらにこの共通液室を介して複数の吐出口
に導かれる。このようなインクタンクから記録ヘッドの
インク供給は、インクジェット記録ヘッドのインク消費
量に応じて生じる毛細現象により導出される。このよう
なインクジェット記録ヘッドとインクタンクとが一体に
形成されたインクジェットカートリッジ内におけるイン
クの流れをスムーズにするために例えば特公平３−４１
３５１号公報は、インクタンクのインク供給口にフィル
ターを備えたものを開示している。しかし、かかるイン
クジェットカートリッジでは、インクジェット記録ヘッ
ドに組み込まれてインク滴の吐出エネルギーを発生する
エネルギー発生部と、そのインクジェット記録ヘッドに
インクを供給するインクタンクとが一体となっているた
め、インクタンク内のインクがなくなった場合には、ま
だ使用可能である高価なインクジェット記録ヘッドの部
分もインクタンクともに交換しなければならない。その
ため必然的にインクタンクの容量をきいものとすること
によって経済性を高める試みされてきた。したがって、
インクジェットカートリッジ全体の小型化を図る上で記
録ヘッドとインクタンクとの一体化は大きな障害になっ
ていた。

【０００３】このような問題の解決策として、インクジ
ェット記録装置に備わるキャリッジ上にて、インクジェ
ット記録ヘッドとインクタンクとを分離可能とすること
が提案されている。図１１ないし１４を用いて従来の分
離型インクジェットカートリッジについて説明する。こ
れらの図は、インクジェットカートリッジの側面断面図
である。このカートリッジは、記録ヘッド３１と、この
記録ヘッド３１にインクを供給するためのインクタンク
３２とからなる。

【０００４】記録ヘッド３１は、所定方向に沿って配列
し、かつインクを吐出するためのノズルと吐出エネルギ
発生手段を有する複数の記録素子が設けられた領域３３
が配設された一端部と、この領域３３とインク流路３４
を介して連通し、かつインクタンク３２と接続してイン
クの供給を受けるインク供給パイプ３５が突出して設け
られた他端部と、さらにインクタンクの係合部が脱着自
在にして係合するための係合部３６が形成されている。
また、インク流路３４には、フィルター３７が配設され
ている。

【０００５】インクタンク３２は、内側に多孔質体から
なるインク吸収体３８が配設されてインク溜め４５を形
成しており、このインク吸収体３８が置かれている空所
と、外部に通じるインク取り出し口３９に連通したイン
ク流路４０とフィルター４１を介して連通している。ま
た、インクタンク３２の記録ヘッド３１と向き合う端面
には、係合手段４２が突出して設けられており、この係
合手段４２と記録ヘッド３１の係合手段３６とが係合す
ることによって記録ヘッド３１とインクタンク３２とが
一体化する。

【０００６】インクタンク３２のインク取り出し口３８
の形状は、記録ヘッド３１のインク供給パイプ３５の突
出部分と脱着自在にして嵌合するように形成されてい
る。また、記録ヘッド３１のインク供給パイプ３５の突
出部分の周面にＯリング４３が填められており、このリ
ング４３によって接合部分からのインクの漏れを防ぐ。
このようなオンキャリッジ型タンク・ヘッド分離タイプ
のものは、インクジェット記録ヘッドの寿命が尽きるま
でタンクのみの繰り返し交換が可能となる。通常の文書
を印刷する限りにおいては、タンクのみの繰り返し交換
をすることにより、１つのインクジェット記録ヘッドに
よって何千枚もの印字が可能となる。そしてインクジェ
ット記録ヘッドの寿命が尽きて印字ができなくなったと
きは、新たなインクジェット記録ヘッドを購入してキャ
リッジに装着することにより、再び印字が可能となる。
このようなインクジェットカートリッジでは、タンクの
みを繰り返し交換しながら１つのインクジェット記録ヘ
ッドによって何千枚もの印字をするため、インクジェッ
ト記録ヘッドとインクタンクとが分離された状態の場合
に外部からゴミがインクジェット記録ヘッド内に侵入し
ないように、インクジェット記録ヘッドにフィルターが
備えられている。そして、インクジェット記録装置にお
いては、記録の信頼性を向上させるために、記録ヘッド
の中に経時的に蓄積されたり、インクタンク交換時に流
路に混入する空気（気泡）を除去する処理が行われる。
これは、たとえば記録装置に用意されているポンプを動
作することで記録ヘッドのインク吐出口よりインクと気
泡とを同時に吸引する回復操作として行われる。この場
合ポンプによって吸い出された余分なインクは記録に使
用されずに廃棄されることになる。従来の比較的大型の
記録装置の場合、インクタンクのインク容量に余裕があ
るため、ポンプの回数やポンプ１動作当たりのインク吸
引量や吸引圧などの能力を十分余裕を持って設計するこ
とで気泡除去法を達成していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、インク容量が
少ない小型のインクタンクにおいては、前述と同様に回
復操作を行い、大量のインクを廃棄することは、タンク
の交換頻度を高め、煩わしいタンク交換作業を使用者に
強いるばかりでなく、ランニングコストを上げる結果、
小型化のメリットを減少させる不具合が生じる。これを
解決する手段として１回当たりのポンプ量を最低限に押
え、それ以上の能力を要する場合のみ、再度回復を行う
方法を採用する方法が検討されてきた。

【０００８】また、インクジェット記録ヘッドとインク
タンクとの両方にフィルターを持つ分離型のインクジェ
ットカートリッジの場合には、例えば、ユーザーが誤っ
て１つのインクタンクを繰り返し結合、分離したときに
インクタンク内に気泡が侵入して以下に示すような問題
も発生する。

【０００９】この問題を図を用いて説明する。図１１
は、記録ヘッド３１とインクタンク３２とが結合した状
態を表すもので、一方図１２は記録ヘッド３１とインク
タンク３２とが分離した状態を表している。

【００１０】図１３に示すように、過度にインクタンク
３２と記録ヘッド３１との着脱が行われた場合は、図１
３に示すようにインクタンク３２に設けられたフィルタ
ー４１の後ろの一部に気泡４４が溜ったり、あるいは図
１４に示すようにフィルター４１のすべてを気泡４４が
覆ってしまうことがある。この場合、一定流量に制限さ
れたポンプでは、フィルター４１の後ろの気泡４４を全
て取り除くことができないため、フィルター４１の部分
での圧力損失が大きくなり印字不良を起こすことがあ
る。また気泡が大きくなり過ぎてしまうとインクタンク
内のインクがとぎれてしまいインク供給ができなくなっ
てしまう。

【００１１】実際に問題になる構成としては、例えばフ
ィルター３７を１２ミクロン、フィルター４１をポアサ
イズを１２ミクロン、密閉開始体積Ｖ_i ＝０．０８ｃ
ｃ，密閉最終体積Ｖ_F ＝０．０４ｃｃの関係のものがあ
る。上記のような構成で記録ヘッド３１とインクタンク
３２を結合すると体積が０．０８ｃｃから０．０４ｃｃ
に変化するためフィルター３７とフィルター４１の間の
内圧Ｐ_N ＝０．０８／０．０４＝２気圧に上昇する。一
方１２ミクロンフィルターの界面保持力は実測により約
０．１５気圧であることがわかっている。（ここで述べ
ているフィルターの界面保持力はインクの表面張力に比
例する空気がフィルター界面を打ち破る圧力を意味す
る。）従って前記内圧Ｐ_N が１．１５気圧以上であるた
めフィルター３７とフィルター４１間の空気がフィルタ
ー３７とフィルター４１の界面を打ち破る。そのためイ
ンク内へ空気（気泡）が侵入する。

【００１２】本発明は、上記問題点を鑑みてなされたも
のであって、簡単な構造のインクジェット記録ヘッドな
いし記録装置に対応でき、かつインク使用効率の高いイ
ンクタンク及び信頼性の高いインクタンクとインクジェ
ット記録ヘッドの結合構造を実現することを目的とした
ものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明にもとづくインクジェットカートリッジは、イ
ンク滴を吐出することによって被記録媒体上へ記録を行
うためのインクジェット記録ヘッドとインクジェット記
録ヘッドへインクを供給するインクタンクとが着脱自在
に連結され、さらにインクジェット記録ヘッドはインク
タンクからインクが導入される開口部近傍に第一フィル
ターを有し、一方インクタンクは記録ヘッドの開口部へ
インクを導出するための開口部近傍に第二フィルターを
有するインクジェットカートリッジにおいて、記録ヘッ
ドとインクタンクとの連結状態は、第一フィルターと第
二フィルターとの間に形成される空間の体積と、第一フ
ィルターおよび第二フィルターの界面保持力との関係
が、

【００１４】

【数２】 Ｆ₁ ＞（Ｖ_i ／Ｖ_F ）Ｐ₀ −Ｐ₀ （１） Ｆ₂ ＞（Ｖ_i ／Ｖ_F ）Ｐ₀ −Ｐ₀ （２） Ｐ_V ≧ＶＲ_F （３） （式中、Ｆ₁ は第一フィルターの界面保持力、Ｆ₂ は第
二フィルターの界面保持力、Ｐ₀ は大気圧、Ｖ_i は記録
ヘッドとインクタンクとの結合時における第一フィルタ
ーと第二フィルターとの間の密閉開始体積、Ｖ_F は記録
ヘッドとインクタンクとの結合時における第一フィルタ
ーと第二フィルターとの間の最終体積、ＶＲ_F は記録ヘ
ッドとインクタンクとの結合時における第一フィルター
と第二フィルターとの間のインク流路体積、ＶＡ_F は記
録ヘッドとインクタンクとの結合時における第一フィル
ターと第二フィルターとの間の閉じた空間体積、そして
Ｐ_Vは吸引動作あたりの吸引体積）の関係を満たすもの
であることを特徴とする。

【００１５】好ましくは、上述のインクカートリッジ
は、第一フィルターのポアサイズが第二フィルターのポ
アサイズより小さいことを特徴とし、またさらに好まし
くは第一フィルターの面積が第二フィルターの面積より
も小さいことを特徴とする。

【００１６】また、本発明にもとづくインクジェット記
録装置は、上述の本発明にもとずくインクカートリッジ
と、このインクジェットカートリッジを脱着自在に搭載
されるキャリッジ、キャリッジを被記録媒体の搬送方向
と直交する方向へ往復移動させる移動手段と、インクジ
ェットカートリッジを構成するインクジェット記録ヘッ
ドの動作を制御する手段とが設けられたことを特徴とす
るもので、好ましくはキャリッジ上で記録ヘッドとイン
クタンクとの着脱が行われる。

【００１７】さらに、本発明にもとずくインクジェット
カートリッジの記録ヘッドは、好ましくはインクを吐出
するために利用されるエネルギーとしてインクに膜沸騰
を生じさせる熱エネルギーを発生する電気熱変換素子を
有する。

【００１８】

【作用】本発明では、第一のフィルターを備えたインク
ジェット記録ヘッドと第二のフィルターを備えたインク
タンク結合の際の体積と第一のフィルターの界面保持力
と第二の界面保持力の関係を以下のように設定する。こ
こで述べいる界面保持力とはフィルター界面の気泡が通
過する圧力を意味する。（以下に述べる界面保持力はす
べてのことを意味する。）

【００１９】

【数３】 Ｆ₁ ＞（Ｖ_i ／Ｖ_F ）Ｐ₀ −Ｐ₀ （１） Ｆ₂ ＞（Ｖ_i ／Ｖ_F ）Ｐ₀ −Ｐ₀ （２） Ｐ_V ≧ＶＲ_F （３） Ｖ₁ ＝ＶＲ_F ＋ＶＡ_F （ＶＡ_F ≧０） （４） Ｆ₁ ..第一フィルターの界面保持力 Ｆ₂ ..第二フィルターの界面保持力 Ｐ₀ ..大気圧とする。（約一気圧） Ｖ_i ..ヘッド・タンク結合時のフィルター間の密閉開
始体積 Ｖ_F ..ヘッドタンクの結合時のフィルター間の最終体
積 ＶＲ_F ..ヘッドタンクの結合時のフィルター間のインク
流路体積 ＶＡ_F ..ヘッドタンク結合時のフィルターの空間体積 Ｐ_V ..記録装置のポンプ等吸引手段１同当たりの吸引
量 式（１）はインクジェット記録ヘッドの第一フィルター
界面保持力Ｆとヘッド・タンクの結合時の第一フィルタ
ーと第二フィルター間の内圧上昇関係を示す。仮に第一
フィルターに１２ミクロンフィルターを用いた場合界面
保持力が０．１５気圧になるためＰ₀ ＝１とすると１．
１５＞Ｖ_i ／Ｖ_F になるように結合部を設計すれば良
い。そうすることによりヘッド・タンク結合時に第一フ
ィルターと第二フィルター間の圧縮された空気が第一フ
ィルターを打ち破って侵入することがない。

【００２０】式（２）はインクタンクの第二フィルター
海面保持力Ｆ₂ とヘッド・タンク結合時の第一フィルタ
ーと第二フィルター間の内圧上昇関係を示す。仮に第二
フィルターに１２ミクロンフィルターを用いた場合界面
保持力が０．１５気圧になるためにＰ₀ ＝１とすると
１．１５＞Ｖ1 ／Ｖ_F になるように結合部を設計すれば
良い。そうすることによりヘッド・タンク結合時に第一
フィルターと第二フィルター間の圧縮された空気が第二
フィルターを打ち破って侵入することがない。

【００２１】式（３）はポンプ吸引量Ｐ_V と第一フィル
ターと第二フィルター間のインクが流れることができる
体積ＶＲ_F を示し、この関係が満たされないと第一フィ
ルターまでインクが到達しないため、インクタンク内の
負圧により第二フィルターまでインクが戻されてしまい
インクが供給できなくなる。

【００２２】式（４）は式（１）〜（３）を満足するた
めに、ヘッドタンク結合時にフィルター間に開口部を持
った閉じた空間ＶＡ_F を用いた場合の関係を示す。

【００２３】これにより、インクジェット記録ヘッドと
インクタンクの着脱を繰り返し行ってもインクタンク内
へ気泡が混入することによる印字不良が吐出口からのイ
ンク漏れを防止することができる。

【００２４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２５】図１は、本発明にもとづくインクジェット
カートリッジが適用されるインクジェット記録装置ＩＪ
ＲＡを説明するための図である。

【００２６】ここで、キャリッジＨＣは後述する構成を
有する液体貯蔵容器（インクタンク）一体型記録ヘッド
ユニットＩＪＣを着脱自在に保持している。このキャリ
ッジＨＣは駆動モータ５０１３の正逆回転に連動して駆
動力伝達ギア５０１１、５００９を介して回転するリー
ドスクリュー５００５の螺旋状溝５００４に対して係合
するピン（不図示）を有し、リードスクリューの回転に
伴って矢印ａ，ｂ方向に往復移動される。５００２は
紙、ＯＨＰ用フィルム、布その他の記録媒体の押さえ板
であり、キャリッジ移動方向にわたって紙をプラテン５
０００に対して押圧する。５００７、５００８はフォト
カプラであり、キャリッジのレバー５００６のこの域で
の存在を確認しモータ５０１３の回転方向切替等を行う
ためのホームポジション検知手段である。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、５０１５はこのキャップ内を吸引する吸
引手段であり、キャップ内開口５０２３を介して記録ヘ
ッドの吸引回復を行う。５０１７はクリーニングブレー
ド、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。ブレードは、この形態でなく周知のクリーニン
グブレードが本例に適用できることはいうまでもない。
また、５０１２は、吸引回復の吸引を開始するためのレ
バーであり、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。

【００２７】これらのキャッピング、クリーニング、吸
引回復は、キャリッジＨＣがホームポジション側領域に
位置づけられ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を行うことがで
きるように構成されている。

【００２８】図２は、図１に示しインクジェット記録装
置ＩＪＲＡに着脱自在にして具備されるインクジェット
カートリッジＩＪＣの斜視図である。

【００２９】記録ヘッド１１は、インクタンク１２と着
脱自在にして連結されている。

【００３０】また、記録ヘッド１１はインク吐出に利用
される熱エネルギーを発生する複数の電気熱変換素子お
よびこれを駆動するための駆動回路が形成された基板
と、この基板上に上記複数の電気熱変換素子の各々に対
応した吐出口および液路、さらには各液路に連通する共
通液室を形成するための天板とが積層されることによっ
て成り、さらには前記駆動回路に記録装置本体から信号
を与えるための電気的接点が設けられている。

【００３１】さらに、記録ヘッド１１の状態を記録装置
本体から検知するためのセンサを記録ヘッド１１内に配
することもでき、具体的には、前記電気熱変換素子近傍
の温度を検知するための温度検知センサ、インクの供給
がなくなり前述の共通液室内からインクがなくなった場
合にこれを検知するインク残量検知センサ、あるいは、
インクタンク１２内のインク種類や記録ヘッドの種類が
異なるものを交換しながら使用する場合にヘッドカート
リッジの種類を特定するためのヘッド種類判別センサ、
等である。これらのセンサからの信号を記録装置本体で
判断し、電気熱変換素子に印加する信号を制御して印字
状態を最適にすることができる。

【００３２】そして、このようにして構成された記録ヘ
ッドの吐出口を配列した吐出口面が被記録媒体に対向す
るようにしてインクジェットカートリッジは記録装置に
搭載される。

【００３３】（実施例１）図３および図４は、インクタ
ンクと記録ヘッドとが分離可能な本発明にもとづくイン
クカートリッジの内部構造を説明するためのものであ
る。図３は記録ヘッドとインクタンクとが結合した状態
を示す図で、図４は記録ヘッドとインクタンクとが分離
した状態を示す図である。

【００３４】記録ヘッド１１は、所定方向に沿って配列
し、かつインクを吐出するためのノズルと吐出エネルギ
発生手段を有する複数の記録素子とが設けられた領域１
３が配設された一端部と、この領域１３とインク流路14
を介して連通し、かつインクタンク１２と接続してイン
クの供給を受けるインク供給パイプ１５が突出して設け
られた他端部と、さらにインクタンクの係合部が脱着自
在にして係合するための係合部１６が形成されている。
すなわち、インクジェット記録ヘッド１１とインクタン
ク１２とは、インクタンク１２から突き出た矢尻状の接
合機構（係合部）２２がインクジェット記録ヘッド１１
の受け入れ部（係合部）１６と係合することで結合され
る。結合と同時にインクジェット記録ヘッドのインク供
給パイプ１５はインクタンク１２のインク取り出し口１
９に挿入され、同時に０リング23が段差を設けたインク
取り出し口１９の密閉を行う。これによりインクタンク
１２から記録ヘッド１１へのインクの供給が可能とな
る。また、インク流路１４には、フィルター１７が配設
されている。このフィルター１７は、通常インク中のご
みを除去するための第一フィルターとしてあり、その有
効空孔は、５ミクロン〜２０ミクロンである。

【００３５】インクタンク１２は、内側に多孔質体から
なるインク吸収体１８が配設されており、このインク吸
収体１８が置かれている空所と、外部に通じるインク取
り出し口１９に連通したインク流路２０とがフィルター
２１を介して連通している。このフィルター２１は第二
のフィルターとして設けられており、その有効空孔は、
５ミクロン〜１００ミクロンである。また、第一フィル
ター１７と第二フィルター２１との間には、第二フィル
ター２１側に開口部を持ちかつ所定の大きさの空間体積
ＶＡ_F を確保するための空間領域２６が形成されてい
る。また、インクタンク１２の記録ヘッド１１と向き合
う端面には、係合手段２２が突出して設けられており、
この係合手段２２と記録ヘッド１１の係合手段１６とが
係合することによって記録ヘッド１１とインクタンク１
２とが一体化する。

【００３６】インクタンク１２のインク取り出し口１９
の形状は、既に述べたように記録ヘッド１１のインク供
給パイプ１５の突出部分と脱着自在にして嵌合するよう
に形成されている。

【００３７】上記した多孔質体（インク吸収体）１８は
インクタンクの空所、すなわちインク流路の上流側にあ
たる部分（インク溜め２５）に圧縮収納されて、かつイ
ンクを含浸した状態となっている。

【００３８】一般にインクジェット記録装置の性能を安
定させるためにはインクジェット記録ヘッド１１の吐出
口に作用するインクの圧力を負に保つ必要がある。その
ためインクタンク１２のインクを負圧にすることが一般
的に行われる。本実施例では多孔質体１８の毛細管力を
利用してインクを負圧に制御している。この実施例で
は、第一のフィルター１７を備えたインクジェット記録
ヘッド１１と第二のフィルター２１を備えたインクタン
ク１２との結合の際の体積、第一フィルター１７の界面
保持力、および第二フィルター２１の界面保持力の関係
とを以下のように設定する。

【００３９】

【数４】 Ｆ₁ ＞（Ｖ_i ／Ｖ_F ）Ｐ₀ −Ｐ₀ （１） Ｆ₂ ＞（Ｖ_i ／Ｖ_F ）Ｐ₀ −Ｐ₀ （２） Ｐ_V ≧ＶＲ_F （３） Ｖ₁ ＝ＶＲ_F ＋ＶＡ_F （ＶＡ_F ≧０） （４） Ｆ₁ ：第一フィルターの界面保持力 Ｆ₂ ：第二フィルターの界面保持力 Ｐ₀ ：大気圧にする。

【００４０】Ｖ_i ：ヘッド・タンク結合時のフィルタ
ー間の密閉開始体積 Ｖ_F ：ヘッド・タンク結合時のフィルター間の最終体
積 ＶＲ_F ：ヘッド・タンク結合時のフィルター間のインク
流路体積 ＶＡ_F ：ヘッド・タンク結合時のフィルター間の閉じた
空間体積 Ｐ_V ：記録装置のポンプ等吸引手段１動作あたりの吸
引量 このような設定を実施することにより、インクタンクと
インクジェット記録ヘッドとが分離・結合可能なインク
ジェットカートリッジを使用者が何らかの理由で分離お
よび結合を何回繰り返したとしても、インクタンク内の
後方へ気泡が侵入することなく、通常の少ない吸引量で
インクタンクからインクジェット記録ヘッドへインクが
安定供給される。

【００４１】以下にこのような設計を実施した場合のイ
ンクタンクとインクジェット記録ヘッドの結合途中・結
合状態を図７にて説明する。

【００４２】図５は結合途中状態を表す。Ｖ_i はインク
取り出し口が０リングによって密閉開始される体積を示
し、ＶＡ_F はヘッド・タンク結合時のインク流路外空気
体積である。図６は結合後状態を表す。Ｖ_F は完全に結
合された状態でのフィルター間での体積を示し、ＶＡ_F
は図５に示す状態のときの体積と同じである。

【００４３】以上のような構成で、第一フィルター１７
と第二フィルター２１に有効空孔１２ミクロンのフィル
ター、Ｖ_i ＝０．０７ｃｃ，Ｖ_F ＝０．０６ｃｃ, ＶＡ
_F ＝０．０２ｃｃにすることにより、インクジェット記
録ヘッド１１とインクタンク１２の着脱を数回繰り返し
行っても吸引量Ｐ_V ＝０．０４ｃｃのポンプによりイン
ク供給が可能になる。

【００４４】（実施例２）図７および８は本発明の第二
実施例を示す。この実施例ではインクジェット記録ヘッ
ド１１のフィルター１７はインクジェット記録ヘッドの
供給パイプの最も上流に配置されている。また、第一フ
ィルター側に開口部を持ち、かつ所定の空間ＶＡ_F を確
保するための空間領域２６が配置されている。その他に
関しては第一実施例と同じである。

【００４５】このような構造で以下の式を満足させる。

【００４６】

【数５】 Ｆ₁ ＞（Ｖ_i ／Ｖ_F ）Ｐ₀ −Ｐ₀ （１） Ｆ₂ ＞（Ｖ_i ／Ｖ_F ）Ｐ₀ −Ｐ₀ （２） Ｐ_V ≧ＶＲ_F （３） Ｖ₁ ＝ＶＲ_F ＋ＶＡ_F （ＶＡ_F ≧０） （４） Ｆ₁ ：第一フィルターの界面保持力 Ｆ₂ ：第二フィルターの界面保持力 Ｐ₀ ：大気圧にする。

【００４７】Ｖ_i ：ヘッド・タンク結合時のフィルタ
ー間の密閉開始体積 Ｖ_F ：ヘッド・タンク結合時のフィルター間の最終体
積 ＶＲ_F ：ヘッド・タンク結合時のフィルター間のインク
流路体積 ＶＡ_F ：ヘッド・タンク結合時のフィルター間の閉じた
空間体積 Ｐ_V ：記録装置のポンプ等吸引手段１動作あたりの吸
引量 このような設計を実施することにより、インクタンクと
インクジェット記録ヘッドが分離・結合可能なインクジ
ェットカートリッジを使用者が何らかの理由で分離・結
合とを何回繰り返しても、インクタンク内の後ろへ気泡
が侵入することなく、通常の少ない吸引量でインクタン
クからインクジェット記録ヘッドへインクが安定供給さ
れる。

【００４８】（実施例３）図９および図１０は本発明の
第三実施例を示す。この実施例ではインク取り出し口１
９がテーパ形状になっている。インク取り出し口をテー
パにすることによりＶ_i からＶ_F への変化量を少なくし
ている。その他に関しては実施例１と同じである。

【００４９】（その他）なお、本発明は、特にインクジ
ェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために
利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段
（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エ
ネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録
ヘッド、記録装置において優れた効果をもたらすもので
ある。かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化が
達成できるからである。

【００５０】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書，同第４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型，
コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特
に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持
されているシートや液路に対応して配置されている電気
熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急
速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加
することによって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せ
しめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結
果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体（インク）
内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成
長，収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐
出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信
号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が
行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐
出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信
号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書，同第
４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが
適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する
発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されて
いる条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことが
できる。

【００５１】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口，液路，電気熱変換体
の組合せ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に
熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示す
る米国特許第４５５８３３３号明細書，米国特許第４４
５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるも
のである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通
するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示
する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギの圧
力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示す
る特開昭５９−１３８４６１号公報に基いた構成として
も本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの
形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録
を確実に効率よく行うことができるようになるからであ
る。

【００５２】さらに、記録装置が記録できる記録媒体の
最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのよう
な記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによっ
てその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の
記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。

【００５３】加えて、上例のようなシリアルタイプのも
のでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装
置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や
装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチ
ップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一
体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの
記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。

【００５４】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加す
ることは本発明の効果を一層安定できるので、好ましい
ものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに
対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或
は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或
はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。

【００５５】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して１個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては
黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備
えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００５６】さらに加えて、以上説明した本発明実施例
においては、インクを液体として説明しているが、室温
やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もし
くは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェ
ット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲
内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあ
るように温度制御するものが一般的であるから、使用記
録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよ
い。加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状
態から液体状態への状態変化のエネルギとして使用せし
めることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発
を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化す
るインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの
記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状イ
ンクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点では
すでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与
によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も
本発明は適用可能である。このような場合のインクは、
特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７
１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部
または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態
で、電気熱変換体に対して対向するような形態としても
よい。本発明においては、上述した各インクに対して最
も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するもので
ある。

【００５７】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシ
ミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インクタンクとインクジェット記録ヘッドが分離・結合
可能なインクジェットカートリッジを使用者が何らかの
理由で分離・結合を何回繰り返えしても、インクタンク
内の後ろへ気泡が侵入することなく、通常の少ない吸引
量でインクタンクからインクジェット記録ヘッドへのイ
ンクが安定供給される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にもとづくインクジェットカートリッジ
を具備したインクジェット記録装置の概略的構成を説明
するための斜視図である。

【図２】本発明にもとづくインクジェットカートリッジ
の斜視図である。

【図３】本発明の第一実施例にもとづくインクジェット
カートリッジの断面図であって、記録ヘッドとインクタ
ンクとが結合した状態を示す。

【図４】本発明の第一実施例にもとづくインクジェット
カートリッジの断面図であって、記録ヘッドとインクタ
ンクとが分離した状態を示す。

【図５】本発明の第一実施例にもとづくインクジェット
カートリッジの部分断面図であって、記録ヘッドとイン
クタンクとが結合した状態を示す。

【図６】本発明の第一実施例にもとづくインクジェット
カートリッジの部分断面図であって、記録ヘッドとイン
クタンクとが分離した状態を示す。

【図７】本発明の第二実施例にもとづくインクジェット
カートリッジの断面図であって、記録ヘッドとインクタ
ンクとが結合した状態を示す。

【図８】本発明の第二実施例にもとづくインクジェット
カートリッジの断面図であって、記録ヘッドとインクタ
ンクとが分離した状態を示す。

【図９】本発明の第三実施例にもとづくインクジェット
カートリッジの断面図であって、記録ヘッドとインクタ
ンクとが結合した状態を示す。

【図１０】本発明の第三実施例にもとづくインクジェッ
トカートリッジの断面図であって、記録ヘッドとインク
タンクとが分離した状態を示す。

【図１１】従来のインクジェットカートリッジの断面図
であって、記録ヘッドとインクタンクとが結合した状態
を示す。

【図１２】従来のインクジェットカートリッジの断面図
であって、記録ヘッドとインクタンクとが分離した状態
を示す。

【図１３】従来のインクジェットカートリッジの断面図
であって、気泡が生じた状態を示す。

【図１４】従来のインクジェットカートリッジの断面図
であって、図１３の場合よりも大きい気泡が生じた状態
を示す。

【符号の説明】

１１ 記録ヘッド １２ インクタンク １３ 領域 １４ インク流路 １５ インク供給パイプ １６ 係合部 １７ フィルター（第一フイルター） １８ インク吸収体（多孔質体） １９ インク取り出し口 ２０ インク流路 ２１ フィルター（第二フィルター） ２２ 係合手段 ２３ Ｏリング ２４ 気泡 ２５ インク溜め ２６ 所定の空間ＶＡ_F を確保するための空間領域

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク液を吐出することによって被記録
   媒体上へ記録を行うためのインクジェット記録ヘッドと
   前記インクジェット記録ヘッドへインクを供給するイン
   クタンクとが着脱自在に連結され、さらに前記インクジ
   ェット記録ヘッドは前記インクタンクから前記インクが
   導入される開口部近傍に第一フィルターを有し、一方前
   記インクタンクは前記記録ヘッドの前記開口部へ前記イ
   ンクを導出するための開口部近傍に第二フィルターを有
   するインクジェトカートリッジにおいて、 前記記録ヘッドと前記インクタンクとの連結状態は、前
   記第一フィルターと前記第二フィルターとの間に形成さ
   れる空間の体積と、前記第一フィルターおよび前記第二
   フィルターの界面保持力との関係が、 【数１】 Ｆ₁ ＞（Ｖ_i ／Ｖ_F ）Ｐ₀ −Ｐ₀ （１） Ｆ₂ ＞（Ｖ_i ／Ｖ_F ）Ｐ₀ −Ｐ₀ （２） Ｐ_V ≧ＶＲ_F （３） （式中、Ｆ₁ は前記第一フィルターの界面保持力、Ｆ₂
   は前記第二フィルターの界面保持力、Ｐ₀ は大気圧、Ｖ
   _i は前記記録ヘッドと前記インクタンクとの結合時にお
   ける前記第一フィルターと前記第二フィルターとの間の
   密閉開始体積、Ｖ_F は前記記録ヘッドと前記インクタン
   クとの結合時における前記第一フィルターと前記第二フ
   ィルターとの間の最終体積、ＶＲ_F は前記記録ヘッドと
   前記インクタンクとの結合時における前記第一フィルタ
   ーと前記第二フィルターとの間のインク流路体積、ＶＡ
   _F は前記記録ヘッドと前記インクタンクとの結合時にお
   ける前記第一フィルターと前記第二フィルターとの間の
   閉じた空間体積、そしてＰ_Vは吸引動作あたりの吸引体
   積）の関係を満たすものであることを特徴とするインク
   ジェットカートリッジ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のカートリッジにおいて、 前記第一フィルターのポアサイズが前記第二フィルター
   のポアサイズよりも小さいことを特徴とするインクジェ
   ットカートリッジ。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のカートリッジに
   おいて、 前記第一フィルターの面積が前記第二フィルターの面積
   よりも小さいことを特徴とするインクジェットカートリ
   ッジ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか一項記載の
   カートリッジにおいて、前記記録ヘッドは前記インクを
   吐出するために利用されるエネルギーとして前記インク
   に膜沸騰を生じさせる熱エネルギーを発生する電気熱変
   換素子を有することを特徴とするインクジェットカート
   リッジ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか一項記載の
   インクジェットカートリッジと、前記インクジェットカ
   ートリッジを着脱自在に搭載されるキャリッジと前記キ
   ャリッジを前記被記録媒体の搬送方向と直行する方向へ
   往復移動させる移動手段と、前記インクジェットカート
   リッジを構成するインクジェット記録ヘッドの動作を制
   御する手段とが設けられたことを特徴とするインクジェ
   ット記録装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の装置において、 前記キャリッジ上で前記記録ヘッドと前記インクタンク
   との着脱が行われることを特徴とするインクジェット記
   録装置。