JPH0768780A

JPH0768780A - インクジェットカートリッジ

Info

Publication number: JPH0768780A
Application number: JP22108193A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Otsubo; 一三大坪; Yasuhide Sonoda; 康英園田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-09-06
Filing date: 1993-09-06
Publication date: 1995-03-14

Abstract

(57)【要約】【目的】印字時の背圧を一定にして印字品質の向上を
図り、また環境変化にともなうインク漏れを解消できる
インクジェットカートリッジを提供すること。【構成】インクタンク３１とサブタンク室３３を連通
し、インクタンク３１内の負圧力をある一定範囲内に保
つために、インク残量に比例した負圧力で大気を流入す
るエアバルブ３６を設け、さらにサブタンク室３３内に
ポリウレタンなどからなる微細連続孔を有するインク保
持部材３４を設けることにより、インク漏れをなくして
印字品質を向上させた。また好ましくは、容積効率をよ
り高めるために、サブタンク室３３をカートリッジ２０
のデッドスペースであるインクタンク３１の底面より低
い位置に配設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録方
式におけるインク吐出手段、電気的接続手段、およびイ
ンク収容手段等を一体化した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】近年、コンピュータの形態がデスクトッ
プ型からラップトップ型、ノートサイズ型と小型化する
のに伴ってプリンタも携帯性の良さ、小型化が要求され
るようになってきた。このような状況を背景として、使
い捨てタイプのインクジェットカートリッジ（以下、単
にカートリッジという）は、使い勝手の良さやプリンタ
の小型化が容易であることから、ラップトップ型、ノー
トサイズ型などの小型のコンピュータ用プリンタ方式と
して注目を集めている。

【０００３】従来、インク吐出手段、電気的接続手段、
及びインク収容手段を一体化したカートリッジは、図５
に示すような構成が一般的であった。以下、その構成に
ついて図５を参照しながら説明する。図５は従来のカー
トリッジの断面図を示す。１はヘッド基板であり、イン
ク吐出手段（図示せず）、吐出ノズル２を備えたノズル
板、およびインクジェットプリンタ本体と電気エネルギ
ーの授受をするための電気的接続手段を備えている。３
はヘッド基板１を支持し、多孔質材からなるインク収容
手段４を収容するキャビティ、５はインク収容手段４か
らヘッド基板１へインクを導くため、キャビティ３の前
面に形成されたインク供給孔、６はインク収容手段４か
らヘッド基板１に供給されるインク中の気泡や塵を除去
するフィルタ、７はキャビティ３と嵌合してインク収容
手段４を密閉、位置決めする裏蓋、８はキャビティ３内
と大気を連通させる連通孔である。

【０００４】以上のように構成されたカートリッジにつ
いて、以下にそのメカニズムについて簡単に説明する。
図５において、インク収容手段４は、ポリウレタンフォ
ームなどの多孔質材を用いており、インクの表面エネル
ギーを利用して多孔質材の微細な空間にインクを保持し
ている。このインク収容手段４でのインク保持力は、微
細な空間の寸法に依存しており、（吐出ノズル２の毛細
管力）＞（インク収容手段４のインク保持力）＞（イン
ク水頭圧力）となるように多孔質材が選ばれる。このよ
うにインクに関して力学的バランスを保つことにより、
吐出ノズル２や連通孔８等からの不要なインク漏れを防
ぐことができ、インク吐出手段および吐出ノズル２への
インクの安定供給が可能となる。また、キャビティ３内
は連通孔８により大気と連通しているため、ある範囲の
温度、気圧などの環境の変化に対しても、不要なインク
漏れを防止することができる。ところが、図５のような
従来の構成では、インクの消費とともに吐出ノズル２の
背圧は次第に大きくなり、使用できずにインク収容手段
４内に残存するインクの量も多く、容積効率が低いとい
う問題点があった。

【０００５】また図６は、特開平１−２０９１４８号に
記載された従来のカートリッジの断面図である。図中、
１１はインクを収容するインクタンク、１２は一方で大
気と、もう一方ではインクタンク１１と連通するサブタ
ンク室、１３はインク供給孔１４を有し、インクタンク
１１およびサブタンク室１２の外壁となるキャビティ、
１５はインクタンク１１とサブタンク室１２の隔壁１６
に設けられたエアバルブである。インク供給孔１４から
のインクの消費にともない、インクタンク１１内の空気
の負圧力は次第に大きくなるが、ある負圧力を越えよう
とすると、エアバルブ１５から気泡が流入し、インクタ
ンク１１内の負圧力を緩和することになる。このインク
タンクシステムは、インクの残量にかかわらずインク供
給孔１４の背圧を一定にすることが可能で、かつ容積効
率も優れているが温度、気圧などの環境変化に対する保
証システムがないため、環境変化時に不要なインク漏れ
が起きるおそれがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように上記従来
の構成では、インクの消費量にかかわらず背圧を一定に
すること、容積効率が優れていること、ある範囲の環境
変化時にも不要なインク漏れを起こさないことなどのカ
ートリッジに必要な要件を全て満足することが難しいと
いう問題点があった。

【０００７】そこで本発明は、上記従来の問題点を解消
し、印字時の背圧を一定にして印字品質の向上を図り、
また環境変化にともなう不要なインク漏れを解消できる
カートリッジを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のカートリッジは、インクタンクとサブタンク
室を連通し、インクタンク内の負圧力をある一定範囲内
に保つために、インク残量に比例した負圧力で大気を流
入するエアバルブと、サブタンク室内に配設されたイン
ク保持部材とを設け、サブタンク室を大気と連通させる
連通孔を形成している。また、好ましくは、容積効率を
より高めるために、インクジェットプリンタ本体に搭載
した状態で、サブタンク室をインクタンクの底面より低
い位置に配置している。

【０００９】

【作用】このような構成により、インクの消費量にかか
わらず背圧は一定でしかも高い容積効率のインクタンク
が得られる。また温度、気圧など、カートリッジの環境
が変化してインクタンク内の圧力が上昇した場合でも、
インクタンク内のインクはサブタンク室内のインク保持
部材で保持することができ、カートリッジの外部に不要
なインクを漏らすことがない。また環境条件がある保証
範囲内に戻れば、インクはサブタンク室からインクタン
ク内へ流れ込み、印字時に消費されることになる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
を説明する。図１は本発明の一実施例におけるインクジ
ェットプリンタの概観斜視図で、２０はインクジェット
プリンタ本体に搭載されたカートリッジ、２１はカート
リッジ２０を装着するキャリッジ、２２はキャリッジ２
１を矢印Ｘ方向（副走査方向）に駆動するため、モータ
（図示せず）などからの力を伝達するタイミングベル
ト、２３はキャリッジ２１を副走査方向にガイドするキ
ャリッジシャフト、２４は矢印Ｙ方向（主走査方向）に
搬送される記録紙、２５はインクジェットプリンタにカ
ートリッジ２０を挿入する際の挿入口である。インクジ
ェットプリンタに印字信号が送られてくると、キャリッ
ジ２１を副走査方向に移動させながら適時インクを記録
紙２４に吐出させ、指定された印字幅の印字終了後、記
録紙２４をプラテン（図示せず）などにより、指定され
た幅だけ搬送し、次の印字幅の印字に備えることにな
る。

【００１１】図２は本発明の一実施例におけるカートリ
ッジの略断面図、図３は同分解斜視図である。２６はヘ
ッド基板で、インク吐出手段（図示せず）を内蔵し、吐
出ノズル２７及びインク吐出手段に必要な電気エネルギ
ーをインクジェットプリンタ本体より授受する電気的接
続手段２８が適切なピッチで配設されており、主に配線
（電極）材料と可撓性の樹脂などから構成されている。
２９はキャビティで、ヘッド基板２６を支持し、一方の
開口面はインクタンクプレート３０で密閉してインクタ
ンク３１を形成し、その反対側の開口面は、サブタンク
プレート３２で密閉してサブタンク室３３を形成する。
キャビティ２９はポリフェニレンオキシド、ポリエチレ
ンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン等の耐薬品
性に優れ高剛性のエンジニアリングプラスチックで形成
されており、携帯に便利なカードサイズの大きさ（約５
６ｍｍ×８７ｍｍ、厚さ２ｍｍ〜１５ｍｍ）となってい
る。このときサブタンク室３３は、印字姿勢時において
インクタンク３１の底面より低い位置に配置されるのが
好ましい。つまりカートリッジ２０のデッドスペースを
サブタンク室３３とし、有効利用することでカートリッ
ジ２０の容積効率を向上させるものである。

【００１２】３４はサブタンク室３３に収納されたイン
ク保持手段であって、ポリウレタンフォームなどの微細
連続孔を有する発泡成形品で作られており、その素材と
しては微細な連続孔を有するセラミックスやその他の高
分子材料で作られた多孔質材料なども考えられる。この
インク保持手段３４の空孔部の総容積は、インクタンク
３１の容積の少なくとも５％以上であることが望まし
い。３５はインクタンク３１からヘッド基板２６に供給
されるインク中の気泡や塵を補捉するフィルタで、ステ
ンレス細線を織り込んだものや、メンブレンフィルタの
ような高分子材料からなるろ過フィルタを用い塵の捕捉
を行う。３６はインクタンク３１とサブタンク室３３を
連通し、インクタンク３１内をインク残量に比例した負
圧状態に保つエアバルブで、直径０．５ｍｍ以下程度の
孔である。３７はサブタンク室３３と大気とを連通させ
る連通孔でサブタンク室３３内に常に大気圧を与える。
３８はサブタンク室３３内に設けられたリブ、３９はイ
ンクタンク３１内に設けられたリブでキャビティ２９と
一体に成形されている。リブ３８はインク保持手段３４
の外端に一様に大気圧をかけるために設けられている。
また、リブ３９はカートリッジ２０の厚さ方向にかかる
外力に対するキャビティ２９の変形防止と、印字時のイ
ンクの揺動抑制の２つの機能を有する。

【００１３】以上のように構成されたインクジェットカ
ートリッジについて以下にそのメカニズムについて説明
する。インクタンク３１に充填されているインクは、吐
出ノズル２７の毛細管力により、吐出ノズル２７からの
インクの消費に伴い、ヘッド基板２６のインク流路（図
示せず）に供給され、吐出ノズル２７の端面まで流れ込
む。この間において、フィルタ３５を通過する際に微細
なインク流路を塞いでしまうようなインク中の気泡、塵
は捕捉される。インクジェットプリンタ本体側からの吐
出信号にしたがって、電気的接続手段２８からインク吐
出手段に電気エネルギーが供給される。その後、ヘッド
基板２６に内蔵されたインク吐出手段によって急激な圧
力変動を発生させ、これを吐出エネルギーとしてインク
の吐出を行う。吐出後、インクは前述したメカニズムに
より、吐出ノズル２７の端面まで順次充填され、次の印
字に備えることになる。インクが消費されるにつれてイ
ンクタンク３１内の負圧力は増大していく。インクタン
ク３１内がエアバルブ３６の形状、インクの物性及びイ
ンクとエアバルブ３６との界面特性などによって決定さ
れるある負圧力以上となると、前述したような気泡流入
を繰り返し、エアバルブ３６より気泡が流入しインクタ
ンク３１内の負圧力は緩和され、インクの残量に比例し
てエアバルブ３６からの気泡流入時のインクタンク３１
内の負圧力は減少していく。しかしながら、この時のイ
ンクタンク３１内の負圧力からインク水頭圧を差し引い
た背圧は、図４のカートリッジの背圧変化図に示すよう
にほぼ一定になり、インクタンク３１内のインク残量に
関係なく、非常に安定した印字品質が得られる。

【００１４】またインクタンク３１内に空気が混入する
ため、温度上昇や気圧降下などがおこると、インクタン
ク３１の体積変化はほとんどないので、インクタンク３
１内の気圧は著しく上昇する。これらの環境変化に対す
る保証システムがないと、環境変化時に不要なインク漏
れを起こすことになる。そこで本実施例のものは、サブ
タンク室３３にインク保持手段３４を配設することで、
不要なインク漏れに対する保証手段とする。本実施例に
おいて、前述したようなインクタンク３１内の気圧上昇
が起こると、インクはエアバルブ３６を通じてサブタン
ク室３３に流出する。エアバルブ３６のサブタンク室３
３側にはインク保持手段３４が密接されており、インク
はインク保持手段３４の連続した微細孔の中に流入して
いくことになる。ある保証された温度上昇値、気圧降下
値（高度）までの変化中にインク保持手段３４に含まれ
たインクは、カートリッジがもとの環境条件に戻ると順
次インクタンク３１内に回収されることになる。例え
ば、初期状態で２０℃のものが７０℃まで温度上昇した
とすると、インクタンク３１内の気圧は約１７％程度上
昇することになる。この分を体積変化で補うためには、
同じように約１７％程度の体積増加が必要となる。すな
わちこの分のインクが、インクタンク３１からインク保
持手段３４へ流出することになる。

【００１５】

【発明の効果】以上のように本発明のインクジェットカ
ートリッジは、インクタンクとサブタンク室を連通し、
インクタンク内の負圧力をインク残量にほぼ比例した値
に保つために、大気を流入するエアバルブを設けること
で、印字時の背圧をほぼ一定にして印字品質を向上さ
せ、またサブタンク室にインク保持部材を備えること
で、温度上昇や気圧降下などでインクタンク内の空気圧
が上昇しても、ある温度範囲では不要なインクの流出を
防ぐことが可能となり、環境がもとに戻り次第インクは
順次インクタンクへ戻り、インクの消費率が損なわれる
ことはない。さらに好ましくはサブタンク室をインクジ
ェットカートリッジのデッドスペースであるインクタン
クの底面より低い位置に配設することで、容積効率をよ
り高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるインクジェットプリ
ンタの概観斜視図

【図２】本発明の一実施例におけるインクジェットカー
トリッジの略断面図

【図３】本発明の一実施例におけるインクジェットカー
トリッジの分解斜視図

【図４】本発明の一実施例におけるインクジェットカー
トリッジの背圧変化図

【図５】従来のインクジェットカートリッジの断面図

【図６】従来のインクジェットカートリッジの断面図

【符号の説明】

２０カートリッジ２７吐出ノズル２８電気的接続手段３１インクタンク３３サブタンク室３４インク保持手段３６エアバルブ３７連通孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吐出ノズルよりインクを吐出させるインク
吐出手段と、このインク吐出手段に必要な電気エネルギ
ーをインクジェットプリンタ本体より授受する電気的接
続手段と、前記インク吐出手段に供給するためのインク
を収容するインクタンクと、温度、気圧等の環境変化時
に前記インクタンクからの漏れインクの収容空間となる
サブタンク室と、前記インクタンクと前記サブタンク室
を連通し、前記インクタンク内の負圧力をある一定範囲
内に保つために、インク残量に比例した負圧力で大気を
流入するエアバルブと、前記サブタンク室内に配設され
たインク保持部材とを備え、前記サブタンク室を大気と
連通させる連通孔を形成したことを特徴とするインクジ
ェットカートリッジ。
【請求項２】前記インクジェットプリンタ本体に搭載し
た状態で、前記サブタンク室が、前記インクタンクの底
面より低い位置に配置されることを特徴とする請求項１
記載のインクジェットカートリッジ。
【請求項３】前記インク保持部材が微細連続孔を有する
ポリウレタンフォームなどの発泡成形品からなることを
特徴とする請求項１記載のインクジェットカートリッ
ジ。
【請求項４】前記インク保持部材の空孔部の総容積が前
記インクタンクの容積の少なくとも５％以上であること
を特徴とする請求項３記載のインクジェットカートリッ
ジ。