JPH0768782A

JPH0768782A - インクジェットヘッドカートリッジ

Info

Publication number: JPH0768782A
Application number: JP24642093A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kataoka; 雅樹片岡
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1993-09-07
Filing date: 1993-09-07
Publication date: 1995-03-14

Abstract

(57)【要約】【目的】良好な印字品質を確保するとともに、インク
カートリッジ内のインク利用効率を高め、かつ安価なイ
ンクジェットヘッドカートリッジを提供する。【構成】ヘッドカートリッジが装着されると、蓋１３
および流路開閉弁９が開状態となり、インクタンク１１
内のインク１４は、連通路１０からサブインクタンク７
内のインク保持材８に供給され、保持される。また、イ
ンク供給管路６を介して記録ヘッド２へインクが供給さ
れる。インク保持材８は、保持するインク量の増加とと
もに体積が増加し、流路開閉弁９が閉状態となる。イン
クが消費されると、インク保持材８の体積が減少し、流
路開閉弁９が開状態となり、再びインクタンク１１内の
インク１４がサブインクタンク７へ供給される。このイ
ンクの供給により、インク保持材８の体積が増加し、再
び流路開閉弁９が閉状態となる。この動作が繰り返し行
われる。

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ヘッドカートリッジの構成に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットヘッドカートリッジにお
いては、プリンタの構成上、インクタンクのインク液面
の高さが、記録ヘッドのノズル面の高さより高くなるこ
とが多い。このような場合、記録ヘッドのノズル面には
水頭差圧が加わり、ノズルよりインクか流出してしま
う。そのため、従来のインクジェットヘッドカートリッ
ジでは、インクタンクに負圧を発生する手段を必要とし
ていた。

【０００３】例えば、特開昭６３−８７２４２号公報
や、特開平２−３４３４９号公報に開示されているよう
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、記録ヘッドのノズルに常
に負圧を発生させている。このような方法が一般的であ
り、広く用いられている。

【０００４】しかし、このようなインクタンク内に多孔
性部材を用いる従来の方法では、多孔性部材にインクを
完全に充填することができず、インクタンク容積の８０
％程度しかインクが入らない。また、多孔性部材に充填
されたインクの一部は、使用されずにスポンジに残留
し、充填されたインクの７０％程度しか使用されない。
このため、インクタンク容積の利用効率が５０〜６０％
しかなく、カートリッジの小型化が困難であるばかり
か、インクの利用効率が悪く、ランニングコストの低価
格化を阻害していた。

【０００５】

【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、良好な印字品質を確保する
とともに、インクカートリッジ内のインク利用効率を高
め、かつ安価なインクジェットヘッドカートリッジを提
供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、記録ヘッド部
と前記記録ヘッド部へインクを供給するインクタンクを
備えたインクジェットヘッドカートリッジにおいて、前
記インクタンクと前記記録ヘッド間に設けられたサブイ
ンクタンクと、該サブインクタンク内に配設されインク
を保持することにより体積変化を起こすインク保持部材
と、前記サブインクタンクと前記インクタンクの間に設
けられ前記インク保持部材の体積変化により前記インク
タンクと前記サブインクタンク間のインク流路の開閉を
行なう開閉手段を有することを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】本発明によれば、初期使用時に、サブインクタ
ンク内にインクがない状態の時には、サブインクタンク
内の膨張部材は収縮しており、インクタンクとサブイン
クタンク間の開閉手段が解放され、インクタンクに蓄え
られたインクは、サブインクタンクに供給される。サブ
インクタンクに供給されたインクは、サブインクタンク
内のインク保持部材に保持される。インク保持部材にイ
ンクが保持されると、インク保持部材は例えば膨張す
る。保持されるインク量が一定量を越えると、インク保
持部材の膨張により開閉手段は閉塞され、インクタンク
からのインクの供給は停止する。

【０００８】インクの消費により、サブインクタンク内
のインクが減少すると、インク保持部材は収縮し、開閉
手段が解放されて、再びインクタンクからサブインクタ
ンクへのインクの供給が開始される。供給されたインク
により、インク保持部材が膨張し、開閉手段が閉塞され
て、インクの供給が停止する。この動作が繰り返し行な
われることにより、ほぼ一定量のインクがサブインクタ
ンク内のインク保持部材に保持され、安定したインク背
圧によって記録ヘッドを動作させることができる。

【０００９】また、インクタンク内には、従来のように
多孔性部材などを配置する必要がなく、また、インクタ
ンク内に未使用のまま残るインク量も少ないので、イン
クタンク内のインクをほぼ１００％使用することが可能
となる。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明のインクジェットヘッドカー
トリッジの一実施例を示す概略構成図である。図中、１
はヘッドカートリッジ、２は記録ヘッド、３はヒートシ
ンク、４はマニホールド、５はフィルタ、６はインク供
給管路、７はサブインクタンク、８はインク保持材、９
は流路開閉弁、１０は連通管、１１はインクタンク、１
２は大気連通孔、１３は蓋、１４はインクである。

【００１１】ヘッドカートリッジ１には、記録ヘッド
２、サブインクタンク７、インクタンク１１を有してい
る。記録ヘッド２には、図示しない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４０
０ｓｐｉの密度で形成することができる。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
めの図示しない発熱体が設けられている。図１におい
て、インク滴の噴射は横向きに行なわれる。しかし、こ
れに限らず、例えば、下向きに噴射する構成としてもよ
い。記録ヘッド２は、ヒートシンク３に取り付けられて
いる。また、記録ヘッド２に電気信号を供給する図示し
ないプリント配線基板、プリンタ装置側からの信号や電
源の供給等を行なうための図示しないコネクタ等も取り
付けられている。記録ヘッド２は、マニホールド４、フ
ィルタ５を介してインク供給管６によりサブインクタン
ク７に接続され、サブインクタンク７から記録ヘッド２
にインクが供給される。

【００１２】サブインクタンク７内には、インク保持材
８が収容されている。インク保持材８は、インクタンク
１１から供給されるインクを保持するとともに、インク
保持材８が有する毛細管力により、記録ヘッド１にイン
ク背圧を保持する。該インク背圧は、印字に適した値、
例えば、−２０〜−１３０ｍｍＨ₂Ｏに設定される。イ
ンク保持材８としては、インクの含浸により体積の変化
する材料が用いられる。例えば、ポリエステルフェル
ト，アクリルフェルト，ポリウレタンスポンジ，ポリエ
チレンスポンジ等の多孔質体や、ポリビニールアルコー
ル等の高分子吸収体等を用いることができる。

【００１３】インクタンク１１とサブインクタンク７
は、連通路１０で接続されている。連通路１０は、サブ
インクタンク７への急激なインク流入を防止するため
に、十分な流路抵抗を持つ管径サイズが選ばれる。連通
路１０の解放、閉塞を制御するため、インク保持材８に
接して流路開閉弁９が配置されている。流路開閉弁９
は、インク保持材８の体積変化に応じて連通路１０を開
閉する。

【００１４】インクタンク１１には、インク１４が収容
されている。インクタンク１１には、インクタンク１１
の内圧を大気に解放するための大気連通孔１２と、この
大気連通孔１２を開閉可能な蓋１３が設けられている。
大気連通孔１２によって、インクタンク１１内のインク
は大気圧で押され、流路開閉板９が解放されているとき
にサブインクタンク７へインクが移動する。この大気連
通孔１２は蓋１３により閉じておくことにより、インク
タンク１１内のインクの漏れを防ぐことができる。ヘッ
ドカートリッジ１を使用する場合には、蓋１３は開いて
いる。

【００１５】本発明のインクジェットヘッドカートリッ
ジの一実施例の動作を説明する。ヘッドカートリッジ１
は、初期状態およびプリンタ装置への非装着時には、大
気連通孔１２の蓋１３および流路開閉弁９は閉状態とな
っている。これにより、インクタンク内は完全に密閉さ
れており、外部の気圧変動に関係なく、インク漏れ等が
発生しない構成となっている。

【００１６】ヘッドカートリッジがプリンタ装置に装着
されると、蓋１３および流路開閉弁９が開状態となり、
インクタンク１１は大気圧に解放される。インクタンク
１１内のインク１４は、連通路１０からサブインクタン
ク７に供給される。供給されたインクは、インク保持材
８により保持される。インク保持材８に保持されるイン
ク量が一定以上になると、インクタンク１１のインク静
圧により、インク供給管路６を介して記録ヘッド２へイ
ンクが供給される。さらに、プリンタ装置により、例え
ば、プライミング等によって記録ヘッド２の吐出口を負
圧とすることで、記録ヘッド内部はインクで完全に満た
される。この後、さらにインク保持材８に保持されるイ
ンク量が増加し、インク保持材８の体積が増加すること
により、流路開閉弁９が閉状態となり、インクタンク１
１とサブインクタンク７が分離される。これにより、記
録ヘッド２にかかるインク背圧は、インクタンクのイン
ク静水圧と隔離され、サブインクタンク７内のインク保
持材８の有するインク保持力によって決定される。

【００１７】通常使用時において、サブインクタンク７
内のインクが消費されると、インク量が一定量以下とな
ると、インク保持材８の体積の減少により流路開閉弁９
が開状態となり、再びインクタンク１１内のインク１４
がサブインクタンク７へ供給される。サブインクタンク
７に供給されるインクにより、インク量がある一定量以
上となると、インク保持材８の体積の増加により、再び
流路開閉弁９が閉状態となる。この繰り返しによって、
インクタンク７内のインクが完全に使用されるまで、記
録ヘッド２はほぼ一定のインク背圧で印字を行なうこと
ができ、良好な印字画質が得られる。

【００１８】ヘッドカートリッジ１が中途でプリンタ装
置から取り外された場合、大気連通孔１２の蓋１３は閉
状態となる。インクを消費していない状態では、流路開
閉弁９は閉塞状態となっているので、インクタンク１１
は密閉され、インク漏れが発生することはない。

【００１９】インクタンク１１内のインク１４がなくな
った場合、例えば、図示しないインク検出手段により、
サブインクタンク７のインク量が一定以下であることを
検出し、ある時間以上変化がない場合、ヘッドのインク
がなくなったと判断し、プリンタ装置のヘッドカートリ
ッジ交換時期の信号をＯＮさせる。これにより、プリン
タ装置は印字を停止するとともに、利用者はヘッドカー
トリッジの交換を行なうことになる。

【００２０】図２は、流路開閉弁９の一例を示す断面図
である。図中、図１と同様の部分には同じ符号を付して
説明を省略する。２１はボール、２２は弾性部材であ
る。連通路１０のサブインクタンク７側には、ボール２
１と、そのボール２１を受ける弾性部材２２が設けられ
ている。インク保持材８に設定量以下のインクが保持さ
れている場合、インク保持材８の体積が収縮しており、
また、弾性部材２２の多少の押圧力によって、ボール２
１は下方に移動し、弾性部材２２に設けてある間隙より
インクがサブインクタンク７に供給される。インク保持
材８に設定量以上のインクが含有された場合、インク保
持材８の体積膨張により、ボールは上方に移動し、弾性
部材２２に押圧されて、弾性部材２２に設けてある間隙
を塞ぐ。これにより、連通路１０はインクタンク１１か
らのインク供給をなさなくなる。

【００２１】図３は、流路開閉弁９の別の例を示す断面
図である。図中、図１と同様の部分には同じ符号を付し
て説明を省略する。３１は移動部材、３２は弁、３３は
スプリングである。この例では、連通路１０の内部は、
螺旋状のインク流路が形成されている。連通路１０の内
部には、螺旋状のインク流路を開閉するための弁３２が
設けられている。インク保持材８の上部には、移動部材
３１が設けられており、移動部材３１はスプリング３３
により一定に加圧されている。弁３２は、移動部材３１
と連動して上下動するように構成されている。このと
き、連通路１０が螺旋状のため、インクによって上下方
向の力を受けずに、弁３２は上下動を行なうことができ
る。インク保持材８に一定量のインクが保持されると、
インク保持材８の体積の膨張により、移動部材３１は上
昇し、移動部材３１と連動して、弁３２が上昇すること
により、連通路１０内の螺旋状のインク流路が閉じら
れ、インク供給が停止する。記録ヘッドによりインクが
消費されると、インク保持材８の体積膨張力が低下し、
スプリング３３の加圧力により、移動部材３１および弁
３２が下降し、連通路１０内の螺旋状のインク流路が開
状態となり、再びインクの供給がなされる。

【００２２】上述の図２に示した流路開閉弁９のボール
２１の代わりに平板を用いて連通路１０の端部を開閉す
る構造とすることもできる。また、図３に示した構造で
は、スプリング３３は、種々の弾性体で構成することも
できるし、また、移動部材３１の自重のみで上下するよ
うに構成することもできる。流路開閉弁９の構造は、上
述の種々の例に限らず、インク保持材８の体積変化に応
じて連通路１０の開閉が行なわれるものであればよく、
これらの例に示した構造に限られるものではない。

【００２３】図４は、本発明のインクジェットヘッドカ
ートリッジの別の実施例を示す断面図である。図中、図
１と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。
４１は着脱用レバー、４２はガイド部材、４３は細管、
４４は弾性体、４５はインクカートリッジである。この
実施例では、記録ヘッド２とサブインクタンク７からな
るヘッドカートリッジ１と、インクカートリッジ４５を
分離可能に構成した例を示している。

【００２４】ヘッドカートリッジ１は、図１に示したヘ
ッドカートリッジと同様に、記録ヘッド２が取りつけら
れたヒートシンク３、記録ヘッドに電気信号を供給する
図示しないプリント配線基板、プリンタ装置側からの信
号や電源の供給を行なうための図示しないコネクタ、記
録ヘッド１にインクを供給するマニホールド４、マニホ
ールド部に取り付けられたフィルタ５、サブインクタン
ク７とマニホールド４を連結するインク供給管路６、イ
ンク量により体積の変化するインク保持材８を有するサ
ブインクタンク７を有している。また、インクカートリ
ッジ４５との接続のための連通路１０を有しており、連
通路１０のサブインクタンク７側には、流路開閉弁９が
設けられている。連通路１０のインクカートリッジ４５
側は、例えば、斜めに切断されており、インクカートリ
ッジ４５への装着を容易にしている。流路開閉弁９とし
ては、例えば、上述の図２、図３に示した構成のものを
用いることができる。さらに、インクカートリッジ４５
の装着時に、インクカートリッジ４５の内圧を大気とあ
る一定の差圧をもって平衡状態に保つための細管４３が
形成されており、細管４３のヘッドカートリッジ１側は
大気連通孔１２に連結されている。細管４３のインクカ
ートリッジ４５側は、例えば斜めに切断されており、イ
ンクカートリッジ４５との結合を容易にしている。細管
４３は、インクが流出するのを防止するために、撥イン
ク性材料を用いた微細管で構成することができる。ま
た、ヘッドカートリッジ１には、板バネ状のインクカー
トリッジ４５の位置決めおよび振動防止のためのガイド
部材４２と、インクカートリッジ４５の着脱用レバー４
１が形成されている。

【００２５】インクカートリッジ４５は、インク１４を
貯蔵する部屋と弾性体４４から構成されている。弾性体
４４は、ヘッドカートリッジ１との接続を容易にしてい
る。また、初期状態や、インクが残った状態でインクカ
ートリッジ４５を取り外した場合でも、インク漏れを防
いでいる。インクカートリッジ４５の筐体は、剛性を持
ち、長期のインク保存を可能にするため、耐インク性の
良いものが選択される。

【００２６】図４に示したインクジェットヘッドカート
リッジの動作を説明する。インクカートリッジ４５は、
ガイド部材４２に沿って、図中、上から下へヘッドカー
トリッジ１に挿入される。インクカートリッジ４５をヘ
ッドカートリッジ１にに取り付けたとき、先端の鋭利な
連通路１０と細管４３は、インクカートリッジ４５の弾
性体４４を貫通し、インクカートリッジ４５に収容され
ているインク１４内に達する。このとき、細管４３は大
気に解放されているので、細管４３からインクカートリ
ッジ４５内に空気が吸入されるとともに、インク１４は
連通路１０からヘッドカートリッジ１内のサブインクタ
ンク７に供給される。サブインクタンク７に供給された
インクは、インク保持材８に吸収され、インク保持材８
は体積膨張を引き起こす。インク保持材８の体積膨張が
ある一定量に達することによって、流路開閉弁９は閉
じ、インクカートリッジ４５からのインクの供給が停止
される。インク保持材８に保持されたインクは、インク
供給管６を通じ、記録ヘッド２に供給される。記録ヘッ
ド２によりインクが消費されると、インク保持材８の体
積も減少し、流路開閉弁９は開状態となり、インクカー
トリッジ４５よりサブインクタンク７へインクが供給さ
れる。このようにして、サブインクタンク７のインク保
持材８のインク含有量がほぼ一定幅にコントロールされ
る。このとき、記録ヘッド２に働くインク圧力は、イン
ク保持材８の材質やボアサイズおよびインク含有量によ
りほぼ決定される。このインク圧力は、印字に適した
値、例えば−２０〜−１３０ｍｍＨ₂Ｏ程度に設定され
る。

【００２７】インクカートリッジ４５内のインク１４が
なくなった後も、サブインクタンク７内のインク保持材
８にはインクが保持されているので、すぐに記録ヘッド
２において空吐出をするおそれが少ない。ここで、イン
クカートリッジ４５の筐体を透明あるいは半透明の部材
で形成したり、または、覗き窓等が設けておくことによ
り、目視で容易にインク残量を知ることが可能である。
目視以外にも、例えば、光学的な検出素子により、イン
ク残量を監視することもできる。あるいは、インクカー
トリッジ４５の弾性部材４４からインク１４内にプロー
ブを挿入し、インクの有無を検知するように構成するこ
ともできる。

【００２８】インクカートリッジ４５を取り外すときに
は、着脱用レバー４１を回動させることにより、インク
カートリッジ４５は上方に移動し、取り外しが容易にな
る。インクカートリッジ４５を取り外すと、弾性部材４
４を貫通していた連通路１０および細管４３はインクカ
ートリッジ４５から抜けるが、弾性部材４４の弾性によ
り、貫通時の孔は塞がれ、例えばインクカートリッジ４
５内にインクが残留している場合でも、インク漏れは発
生しない。

【００２９】

【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、サブインクタンク内のインク保持材の体積変
化により、インクタンクとの連通路を開閉する開閉弁を
有しているので、簡単な構成により、インクタンクと記
録ヘッドの高低差による差圧を遮断し、常に適正なイン
ク圧により印字を行なうことがでる。さらに、記録ヘッ
ドへのインク圧は、サブインクタンク内のインク保持材
の保持力と開閉弁の設定により、好ましい圧力値に設定
でき、変動幅も小さくなるので、終始良好な印字品質が
得られる。また、従来のように、インクタンク中に多孔
性材料を充填する必要がないので、インクの使用効率を
高くでき、また、同量のインクを有する他のカートリッ
ジに比べ、カートリッジを小型化し、低コスト化を可能
と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ヘッドカートリッジ
の一実施例を示す概略構成図である。

【図２】流路開閉弁９の一例を示す断面図である。

【図３】流路開閉弁９の別の例を示す断面図である。

【図４】本発明のインクジェットヘッドカートリッジ
の別の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ヘッドカートリッジ、２記録ヘッド、３ヒート
シンク、４マニホールド、５フィルタ、６インク
供給管路、７サブインクタンク、８インク保持材、
９流路開閉弁、１０連通管、１１インクタンク、
１２大気連通孔、１３蓋、１４インク、２１ボ
ール、２２弾性部材、３１移動部材、３２弁、３
３スプリング、４１着脱用レバー、４２ガイド部
材、４３細管、４４弾性体、４５インクカートリッ
ジ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録ヘッド部と前記記録ヘッド部へイン
クを供給するインクタンクを備えたインクジェットヘッ
ドカートリッジにおいて、前記インクタンクと前記記録
ヘッド間に設けられたサブインクタンクと、該サブイン
クタンク内に配設されインクを保持することにより体積
変化を起こすインク保持部材と、前記サブインクタンク
と前記インクタンクの間に設けられ前記インク保持部材
の体積変化により前記インクタンクと前記サブインクタ
ンク間のインク流路の開閉を行なう開閉手段を有するこ
とを特徴とするインクジェットヘッドカートリッジ。