インクカートリッジ
【課題】従来のインクカートリッジは、温度変化によるインクカートリッジ内の熱膨張した空気圧を大気開口やインク吐出口に直接伝達してしまうため、インクの移動を伴いインク漏れが発生するという欠陥があった。
【解決手段】大気開放口とインク吐出口との間に一端が大気開放口と連通し他端がインク収容室と連通する連通口を有する大気連通路の途中にメニスカスを形成するメニスカス形成部と前記大気開放口に連通する開口部を有する気液分離室を備え、前記気液分離室は前記メニスカス形成部の位置より下部がインク溜まり部を形成し前記メニスカス形成部の位置より上部が空間部を形成し、インク収容室内の圧力上昇に相当するインク量を前記メニスカス形成部が前記圧力上昇に追従して前記インク溜まり部に移動させて前記空間部に圧力開放することができるので、温度変化に起因するインク吐出口からのインク漏れを防止することができる。
【解決手段】大気開放口とインク吐出口との間に一端が大気開放口と連通し他端がインク収容室と連通する連通口を有する大気連通路の途中にメニスカスを形成するメニスカス形成部と前記大気開放口に連通する開口部を有する気液分離室を備え、前記気液分離室は前記メニスカス形成部の位置より下部がインク溜まり部を形成し前記メニスカス形成部の位置より上部が空間部を形成し、インク収容室内の圧力上昇に相当するインク量を前記メニスカス形成部が前記圧力上昇に追従して前記インク溜まり部に移動させて前記空間部に圧力開放することができるので、温度変化に起因するインク吐出口からのインク漏れを防止することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印刷装置に装着されるインクカートリッジに関する。さらに詳しくは、インクカートリッジに備える大気開放口とインク吐出口との間に圧力開放と気液を分離する圧力開放気液分離室を備えることにより、温度変化によるインクカートリッジ内の圧力上昇があっても吐出口や大気開放口からインクが漏れ出すことがなく良好な印刷ができるインクカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷装置の一例として挙げられるインクジェット式プリンタは、通常、装置内のインクカートリッジ装着部に装着されたインクカートリッジに貯留されているインクを記録ヘッドへ送り込み、この記録ヘッドが用紙等の被記録媒体にインク滴を噴射・塗布することで、画像や文字の記録を行う。
【０００３】
インクジェット式プリンタにおける記録ヘッドは、熱や振動を利用してインク滴の噴射を制御するもので、印刷中の機械的振動や温度変化によりインクカートリッジ内のインクがインク吐出口から漏れ出し記録ヘッドに過剰のインクを流出して良好な印刷ができなくなり、ひいては記録ヘッドの故障を招くという問題がある。また、インクカートリッジの輸送中や保管中の温度変化が起因するインクカートリッジ内の体積膨張がインク吐出口や大気開口からインクが漏れ出すという問題がある。
【０００４】
そこで、上記の問題点を解決するために、インクカートリッジ内を複数のリブで区画した複数のインク室（４室）を構成し、インク吐出口にもっとも隣接したインク室の一つにインク吸収体を充填し、この吸収体の毛管力によりインク吐出口からのインク漏れを解消する試みのインクカートリッジが提案されている。また、複数のインク室（４室）のうち、インク吐出口にもっとも隣接したインク室の一つにインク吸収体を充填するとともに、かつ吐出口からもっとも離れた側壁に接合したインク室にインク吸収体を充填してバッファー室とし、インク吐出口からのインク漏れを解消する試みのインクカートリッジが提案されている。（例えば特許文献１〜３）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−４００４４号公報
【特許文献２】特開平６−４００４１号公報
【特許文献３】特開平７−１９５７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１〜３に提案されているインクカートリッジは、温度変化の程度が緩やかで且つその変化幅が少ない場合に適用されるものであり、温度変化の変化幅が大きい場合においてはインク吐出口や大気開口からインクが漏れるという問題がある。上記特許文献１〜３に提案されているインクカートリッジは、例えば、インクカートリッジ内を複数のリブで区画して横に複数並んだインク室（４室）とインクカートリッジの側面に配置した吐出口とインク吐出口にもっとも隣接したインク室の一つにインク吸収体を充填した構成としている。そしてインクが消費されていくとインク吸収体が充填されていない中央部のインク室には空気が存在する空間部が形成されてしまうが、温度変化によりインク室内に圧力変化が生じるとこのインク室には大気開口がないからインク室内のインクは、圧力開放がされずインク吐出口に移動しインク吐出口側でのインク漏れにつながる。ましてインク吐出口がインクカートリッジの底部に設けられたケースにおいてはインク吐出口からインク漏れすることは明らかである。結局、インク室内の圧力変化によって移動するインクは他のインク室に圧力を分散するだけで圧力開放ができていないから、インク吐出口からインクが漏れ出す事が見られた。
【０００７】
また、上記特許文献１〜３に提案されているインクカートリッジのうち、インクカートリッジ内を複数のリブで区画した複数のインク室（４室）を構成し、インク吐出口にもっとも隣接したインク室の一つにインク吸収体を充填し、かつ吐出口からもっとも離れた側壁に接合したインク室にインク吸収体を充填してバッファー室とした場合であっても、インクが消費されインク吸収体が充填されていない中央部のインク室に空気が存在する空間部が形成されてしまい、温度変化によりインク室内に圧力変化が生じるとこのインク室には大気開口がないからインク室内のインクは、圧力開放がされずインク吐出口とバッファー室に移動し、このバッファー室内にはインク吸収体が空隙なく充填されているので、このインク吸収体が逆に抵抗となってインク吐出口側でのインク漏れにつながる。結局、バッファー室内を設けた場合であってもインク室内の圧力変化によって移動するインクは他のインク室に圧力を分散するだけで圧力開放ができていないから、インク吐出口からインクが漏れ出す事が見られた。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑み本発明者が鋭意検討した結果、温度変化の変化幅が大きい場合であっても、温度変化に起因するインク室内の上昇圧力に相当するインク量をその上昇圧力に追従して移動させながら開放すれば、インク室外に大きな影響を与える前に解消することができると考え、そのためにはインク室内で発生した上昇圧力に追従してインクを移動させるためのメニスカス発生部と圧力上昇に相当するインク量を開放するための空間部が一体的に構成する必要があることを見出した。さらに前記の構成はインク吐出口に影響しない位置に配置する必要があることも見出した。
【０００９】
また、インク吸収体をインク吐出口側とそこから離れた２室を介した端部室とに夫々に充填した場合には、その間にあるインク室のインクが少なくなるとお互いに綱引きをし始めて、結果的にインクが途切れインク供給できなくなることも見出した。
【００１０】
即ち、従来のインクカートリッジは、温度変化によるインクカートリッジ内の熱膨張した空気圧を結果的に、大気開口やインク吐出口に直接伝達してしまうため、インクの移動を伴いインク漏れが発生するという欠陥がある。本発明は上記知見により、温度変化に起因するインカートリッジ内の上昇圧力に相当するインク量の移動と開放をインク室内の圧力上昇に追従して連続的に行うことにより、大気開口やインク吐出口からのインク漏れを低減あるいは防止することを第１の課題とし、インク漏れがない良好な印刷ができるインクカートリッジを提供することを目的とする。
【００１１】
さらに、第１の課題に加えて、同一機種のインクカートリッジに対して、インク充填量を増量することを第２の課題とし、インク容量が増大したインク漏れがない良好な印刷ができるインクカートリッジを提供することを目的とする。
さらに、付随して輸送中の衝撃に対してもインク漏れを起こさないインクカートリッジを提供することを目的とする。
【００１２】
この目的は、特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。特に、本発明は、インクの圧力変化によって移動するインク量が、空気の温度変化による計算上の体積変化分よりも多くのインクが実際には漏れているという現状を認識したうえで、この原因がインクの移動後の慣性力によって増大せしめられているという実態を根本的に解決することが原点にある。そして、本発明は、圧力変化に相当するインク量をメニスカス形成部で少しずつ移動させながら圧力を空間に開放するという機構をインク収容室の内部に持たせるという新たな解決法に至り、バッファー機能に必要な空間をも最小限化できるという画期的な発想から生まれたものである。そして、インク室内で発生した上昇圧力に追従してインクを移動させるためのメニスカス発生部と圧力上昇に相当するインク量を開放するための空間部が一体的に必要であるという知見に至り完成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
即ち、本発明の第１の発明は、大気開放口とインク吐出口とインクを収容するインク収容室を備えるインクカートリッジにおいて、大気開放口とインク吐出口との間に一端が大気開放口と連通し他端がインク収容室と連通する連通口を有する大気連通路を備え、前記大気連通路の途中にメニスカスを形成するメニスカス形成部と前記大気開放口に連通する開口部を有する気液分離室を前記インク収容室の内部に備え、前記気液分離室は前記メニスカス形成部の位置より下部がインク溜まり部を形成し前記メニスカス形成部の位置より上部が空間部を形成してインク収容室内の圧力が上昇した場合にインク収容室内の圧力上昇に相当するインク量を前記メニスカス形成部が前記圧力上昇に追従して前記インク溜まり部に移動させるとともに前記空間部に圧力開放する機能を備え、前記空間部が各辺５ｍｍ以上の断面であって１．０ｍｌ以上の容積を有することを特徴とするインクカートリッジである。
【００１４】
本発明の第２の発明は、第１の発明に記載の前記開口部がメニスカス形成部の位置より上部に位置することを特徴とする請求項１に記載のインクカートリッジ。
【００１５】
本発明の第３の発明は、第１の発明または第２の発明に記載の前記空間部が高さ３ｍｍ以上で１．５ｍｌ以上の容積を有することを特徴とするインクカートリッジである。
【００１６】
本発明の第４の発明は、第１の発明ないし第３の発明のいずれかに記載の前記連通口が前記インク収容室のインク中に配置されるように底部側に設けられていることを特徴とするインクカートリッジである。
【００１７】
本発明の第５の発明は、第１の発明ないし第４の発明のいずれかに記載の前記気液分離室がインク吐出口から離間して設けられていることを特徴とするインクカートリッジである。
【００１８】
本発明の第６の発明は、第１の発明ないし第５の発明のいずれかに記載の前記気液分離室が、前記開口部に当接固定されたインク吸収材を備えていることを特徴とするインクカートリッジである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の第１の発明であるインクカートリッジは、大気開放口とインク吐出口とインクを収容するインク収容室を備えるインクカートリッジにおいて、大気開放口とインク吐出口との間に一端が大気開放口と連通し他端がインク収容室と連通する連通口を有する大気連通路を備え、前記大気連通路の途中にメニスカスを形成するメニスカス形成部と前記大気開放口に連通する開口部を有する気液分離室を前記インク収容室の内部に備え、前記気液分離室は前記メニスカス形成部の位置より下部がインク溜まり部を形成し前記メニスカス形成部の位置より上部が空間部を形成してインク収容室内の圧力が上昇した場合にインク収容室内の圧力上昇に相当するインク量を前記メニスカス形成部が前記圧力上昇に追従して前記インク溜まり部に移動させるとともに前記空間部に圧力開放する機能を備え、前記空間部が各辺５ｍｍ以上（特に高さ３ｍｍ以上が好ましい）の断面であって１．０ｍｌ以上の容積を有する構成にしている。本発明は、上記の構成としているので、温度変化の変化幅が大きい場合であっても、メニスカス発生部が温度変化に起因するインク室内で発生した上昇圧力に相当するインク量をその上昇圧力に追従してインクを移動させるとともに、その圧力を空間部に開放するという一体的な作用機能を有する気液分離室の機能が、従来では成しえなかった温度変化に起因するインク室内の上昇圧力をインク室外に大きな影響を与える前に解消することができる。したがってインク吐出口からのインク漏れを防止することができるという効果とてインク漏れがない良好な印刷ができるインクカートリッジを提供することができるという効果を奏する。
【００２０】
また、本発明の第２の発明であるインクカートリッジは、第１の発明に記載の第１の発明に記載の前記開口部がメニスカス形成部の位置より上部に位置する構成としているので、前記第１の発明の効果に加えて、前記インク溜まり部に移動してきたインクが大気開放口へ漏れるのを防止することができる。
【００２１】
また、本発明の第３の発明であるインクカートリッジは、第１の発明に記載の前記気液分離室内の空間部が高さ３ｍｍ以上で１．５ｍｌ以上の容積を有する構成としているので、前記第１及び第2の発明の効果に加えて、インク室内で発生した上昇圧力に相当するインク量が多くなった場合であっても、一旦インクを保持できるので、さらにその圧力を前記空間部に開放することができる。
【００２２】
また、本発明の第４なし第５の発明であるインクカートリッジは、前記連通口が前記インク収容室のインク中に配置されるように底部側に設けられている構成としているので、連通口がインク収容室内での負圧を形成するとともに温度変化に起因するインク収容室内の上昇圧力に追従してインクを気液分離室へ移動させる作用を前記の発明の効果に加えてさらに高めることができる。また、
前記気液分離室がインク吐出口から離間して設けられている構成としているので、温度変化に起因するインク収容室内の上昇圧力がインク吐出口に及ばなく前記気液分離室で開放されるという作用を前記の発明の効果に加えてさらに高めることができる。したがって、インク吐出口からのインク漏れをさらに防止することができる。したがって、よりインク漏れがない良好な印刷ができるインクカートリッジを提供することができるという効果を奏する。
【００２３】
また、本発明の第６の発明であるインクカートリッジは、前記気液分離室が、前記開口部に当接固定されたインク吸収材を備えた構成としているので、前記インク溜まり部６に流出したインクが前記メニスカス形成部１０に到達しメニスカスの形成が解離された場合でも、前記吸収材１９が到達したインクを素早く吸収しメニスカス形成部のメニスカス形成を遅滞なく回復させることができる。したがって、温度変化に起因するインク室内の上昇圧力をインク室外に大きな影響を与える前に解消し、インク吐出口からのインク漏れを防止することができるという効果を奏する。また、インク漏れがない良好な印刷ができるインクカートリッジを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第1の実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を説明する模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を説明する模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態を説明する模式図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（本発明の第１の実施の形態）
以下に、本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を示す模式図である。図２から図４は本発明の第１の実施の形態を説明する模式図である。
【００２６】
本発明の第１の実施の形態であるインクカートリッジ１は、大気開放口２とインク吐出口３とインクを収容するインク収容室４を備えるインクカートリッジ１において、大気開放口２とインク吐出口３との間に一端が大気開放口２と連通し他端がインク収容室１と連通する連通口１１を有する大気連通路を備え、前記大気連通路の途中にメニスカスを形成するメニスカス形成部１０と前記大気開放口２に連通する開口部９を有する気液分離室８を前記インク収容室４の内部に備え、前記気液分離室８は前記メニスカス形成部１０の位置より下部がインク溜まり部６を形成し前記メニスカス形成部１０の位置より上部が空間部７を形成してインク収容室４内の圧力が上昇した場合にインク収容室４内の圧力上昇に相当するインク量を前記メニスカス形成部１０が前記圧力上昇に追従して前記インク溜まり部６に移動させるとともに前記空間部７に圧力開放する機能を備え、前記空間部７が各辺５ｍｍ以上の断面であって１．０ｍｌ以上の容積を有する構成となっている。
【００２７】
さらに詳しくは、本発明のインクカートリッジ１は、インクカートリッジ１の上部に大気開放口２と底部にインク吐出口３とインクを収容するインク収容室４を備え、さらに大気開放口２とインク吐出口３との間に一端が大気開放口２と連通し他端がインク収容室４内の底部と連通する連通口１１（例えば１〜３ｍｍφ）を有する大気連通路５ｂを備え、前記大気連通路５の途中に前記気液分離室８を前記インク収容室４の内部に備えた構成となっている。前記インク吐出口３はインクカートリッジ１の底部に、また大気開放口２は前記吐出口３から離れた位置であってインクカートリッジ１の上部に備えられている。そして、前記気液分離室８は、大気連通路５ｂと連通してメニスカスを形成するメニスカス形成部１０（例えば１〜３ｍｍφ）とを備えインク吐出口３から離れ大気開放口２の近傍であって前記インク収容室４内の上部に実質密閉系に配置された構成となっている。また、前記気液分離室８は、さらに前記メニスカス形成部１０の位置より下部がインク溜まり部６（例えば１．０〜１．５ｍｌ）を形成し前記メニスカス形成部１０の位置より上部が空間部７（例えば１．０〜１．５を形成してインク収容室４内の圧力が上昇した場合にインク収容室４内の圧力上昇に相当するインク量を前記メニスカス形成部１０が前記圧力上昇に追従して前記インク溜まり部６に移動させるとともに前記空間部７に圧力開放する機能を備えている。そして前記空間部７は、各辺５ｍｍ以上の断面であって１．０以上の容積を有しているが好ましくは高さ３ｍｍ以上で１．５ｍｌである。
【００２８】
また、大気開放口２は、大気連通路５ａと連通して気液分離室８内の開口部９（例えば３〜５ｍｍφ）と連通しさらにメニスカス形成部１０、大気連通路５ｂと連通して連通口１１と連通している。そしてインク収容室４内のインクが消費されると前記大気開放口２から流入した空気は、大気連通路５ａ、気液分離室８の上部に設けた開口部９、メニスカス形成部１０を通じて大気連通路５ｂの延出端であるインク収容室４と連通する連通口１１からインク収容室４に流入して気液交換が行われインクカートリッジ１内の負圧を良好に維持する構成となっている。また、前記開口部９は、前記開口部に当接してインク吸収材１９がリブ２０によって固定されている。後述するように、前記インク溜まり部６に流出したインクが前記メニスカス形成部１０に到達しメニスカスの形成が解離された場合でも、前記吸収材１９が到達したインクを素早く吸収しメニスカス形成部のメニスカス形成を遅滞なく回復させる機能を有している。さらに、前記メニスカス形成部に移動するインクが万が一飛散した場合であっても前記インク吸収材１９が飛散インクを吸収保持するので前記大気連通路５ａを経由して前記大気開放口２へ漏れるのを防止することができる。
【００２９】
そして、インク収容室４内のインクは、前記インク収容室４内の底部に設けられたインク吸引口１２からインク吐出口３に隣接するインク収容室４内に設けたインク貯留室１３に流入する構成となっている。また、前記インク貯留室１３はインク吐出口３の上部に接して設けられインク流入口１４を備えている。そして、インク流入口１４を介してインク収容室４から流入したインクはインク貯留室１３に流入されインク吐出口３から印刷装置の記録ヘッド（不示せず）に供給される。
【００３０】
上述した本発明のインクカートリッジ１のインク収容室４の内部に設けられた気液分離室８は、温度変化がなくインクカートリッジ１内の圧力が上昇しない通常の状態においては前記したようにして負圧を良好に維持しながらインク収容室４に貯留されてインクが連続的に消費され印刷が行われる。また本発明のインクカートリッジ１は、インク残量検知用のプリズム１５を備えている。
【００３１】
上述した本発明のインクカートリッジ１において、温度変化に起因してインク収容室４内に圧力変化が生じると、気液分離室８の上部に設けたメニスカス形成部１０の作用によってインク収容室４内で発生した上昇圧力に相当するインク量をその上昇圧力に追従してインク収容室４内のインク収容室４と連通する連通口１および大気連通路５ｂを経由して前記インク溜まり部６に移動し、前記空間部７に前記上昇圧力が開放される。前記したように本発明の気液分離室８は、メニスカス発生部１０が温度変化に起因するインクを移動させるとともにその圧力を前記空間部７に開放するという一体的な作用機能を有している。
上記において、圧力変化によって前記気液分離室８内に移動するインク量は圧力変化に見合うインク量だけでなくインクの移動に伴う慣性が働くため、前記空間部７及びインク溜まり部６の容積は、各々インク収納容室４内のインク充填量が１０ｍｌの場合、１．０ｍｌ〜１．５ｍｌに構成している。
【００３２】
上述した本発明のメニスカス発生部１０が温度変化に起因するインクを移動させるとともにその圧力を空間部７に開放するという一体的な作用機能について、図２〜図４を参照してさらに説明する。図２は、温度変化に起因してインク収容室４内の圧力が上昇し前記インク収容室４内のインクが大気連通路５aを経由してインク溜まり部６に移動する様子を説明する模式図である。図示するように本発明の気液分離室８は、前記気液分離室８の上部に形成した開口（例えば１〜３ｍｍφ）部でメニメニスカスが形成されるメニスカス形成部１０の作用により、前記インク収容室４内のインクが前記圧力上昇に追従して前記インク溜まり部６に徐々に流出され引き続いて大気開放口２に連通する前記空間部７にその圧力が開放される構成となっている。
【００３３】
次に図３及び図４参照して説明する。図3は、前記した状況が進んで前記インク溜まり部６に流出してきたインクが前記メニスカス形成部１０に達した様子を説明する模式図である。図示するように、温度変化に起因して圧力が上昇した前記ンク収容室４内のインクが前記メニスカス形成部１０に達すると前記メニスカス形成部１０でのメニスカスは記号Aのように解離される。そして引き続いて移動してきたインクが前記空間部７の容積が前記大気連通路５aの容積より大きい前記空間部７の大気中に一気に開放され、図４に図示するようにその反動により大気連通路５aを介してインク収容室4にインクが戻るというインク戻り現象が起こる（記号B）とともに、前記開口部９に当接してインク吸収材１９がリブ２０によって固定されているので、前記メニスカス形成部１０に到達し前記インク溜まり部６に流出したインクは前記吸収材１９によって素早く吸収する。このように前記インク吸収材１９のインク吸収作用とインク戻りの慣性により、インク溜まり部６のインクレベルが低下して、解離されたメニスカスを遅滞なく回復させることができる。
【００３４】
上述のように本発明のインクカートリッジは、前記気液分離室が、前記開口部に当接固定されたインク吸収材を備えた構成としているので、前記インク溜まり部６に流出したインクが前記メニスカス形成部１０に到達しメニスカスの形成が解離された場合でも、前記吸収材１９が到達したインクを素早く吸収しメニスカス形成部のメニスカス形成を遅滞なく回復させることができる。したがって、温度変化に起因するインク室内の上昇圧力をインク室外に大きな影響を与える前に解消し、インク吐出口からのインク漏れを防止することができるという効果を奏する。また、インク漏れがない良好な印刷ができるインクカートリッジを提供することができるという効果を奏する。
【００３５】
本発明のインクカートリッジ１は上述の構成としているので、従来では成しえなかった温度変化に起因するインク室内の上昇圧力をインク室外に大きな影響を与える前に解消することができインク吐出口からのインク漏れを防止することができるという効果並びにインク漏れがない良好な印刷ができるインクカートリッジを提供することができるという効果を奏する。
【００３６】
また本発明のインクカートリッジ１は、大気開放口２からインク吐出口３に向かって順次インクの流路抵抗が大きくなるように構成されており、本実施形態では、大気連通路５ａ、開口部９、メニスカス形成部１０、大気連通路５ｂ、連通口１１、インク吸引口１２、インク流入口１４、インク貯留室１３内に充填したインク吸収材及びインク吐出口３内に充填されたインク吸収材（コンタクトフィルター）の順にインク吐出口３に向けて順次インクの流路抵抗が大きくなるような負圧を形成している。このような負圧構成とすることによりインク収容室４内の圧力が上昇した場合であっても、連通口１１の流路抵抗がインク吸引口１２に対する流路抵抗より小さいので、上述したように、圧力上昇に相当するインクがインク吐出口３に影響することなく気液分離室８に圧力開放されインク吐出口３からのインク漏れを防止することができる。上述した本発明の効果は、温度変化の変化幅が大きい場合であっても有効に機能することができる。
【００３７】
上述した本発明のインクカートリッジ１は上記の構成となるように製造されインクが充填されるが、以下にインク充填方法の一例を示す。本実施形態ではインク充填口（図示せず）は、インクカートリッジ１のインク吐出口３が構成された底部に設けられている。本発明のインクカートリッジ１は常圧下でも減圧かでも充填可能であるが、常圧下でインク充填する方法を例示する。
【００３８】
インクカートリッジ１のインク吐出口３を上方にして、大気開放口２は密栓しインク吐出口３を形成した面に配置したインク充填口（図示せず）から注射器やポンプによりインクカートリッジ１内のインク収容室４にインクを充填する。次いでインクが充填されると、インク充填口を密栓してインクカートリッジ１のインク吐出口３を下側にして大気開放口２を開栓しインク吐出口３を介してインクカートリッジ１内を減圧にする。そして、インク貯留室１３及びインク吐出口３から充填インクの一部を抜き出しインク流路全体をインクで満たし、大気開放口２を密封する。インク吐出口３からインクを多く抜き出しインクカートリッジ１内のインクが不足する場合は再度インク充填口から不足分のインクを充填すればよい。この場合は、インク吐出口３からのインク抜き出し操作は必要ない。
【００３９】
このようにしてインクが充填されたインクカートリジ１は大気開放口２とインク吐出口３をシール材または栓部材で密封し輸送されることになる。本発明のインクカートリジ１は、上述したようにインク吐出口３に向かって順次インクの流路抵抗が大きくなるように負圧が形成されているのでシールや栓部材による密封が開封されることがない。また機械的な衝撃や振動があってもインクが漏れることがない。さらに、上述した本発明のインクカートリッジ１の構成は、インクカートリッジ１内のインク未充填部が少ない構造となっているため、同一機種のインクカートリッジ１に対してインク充填量を増量することができる。また本発明のインクカートリジ１は、使用済みのインクカートリッジであってもインクカートリッジ１の構成が複雑でないので、再充填口を設けることに再充填を行うことができる。
【００４０】
（本発明の他の実施形態例）
次に、本発明の他の施形態例について図５を参照して以下に説明する。本発明のインクカートリッジ１は大気開放口２とインク吐出口３とインクを収容するインク収容室４を備えるインクカートリッジ１において、大気開放口２とインク吐出口３との間に一端が大気開放口２と連通し他端がインク収容室１と連通する連通口１１を有する大気連通路を備え、前記大気連通路の途中にメニスカスを形成するメニスカス形成部１０と前記大気開放口２に連通する開口部９を有する気液分離室８を前記インク収容室４の内部に備え、前記気液分離室８は前記メニスカス形成部１０の位置より下部がインク溜まり部６を形成し前記メニスカス形成部１０の位置より上部が空間部７を形成してインク収容室４内の圧力が上昇した場合にインク収容室４内の圧力上昇に相当するインク量を前記メニスカス形成部１０が前記圧力上昇に追従して前記インク溜まり部６に移動させるとともに前記空間部７に圧力開放する機能を備え、前記空間部７が各辺５ｍｍ以上の断面であって１．０ｍｌ以上の容積を有する構成となっている。
【００４１】
本発明の他の実施形態例については、前述した第１の実施形態例で詳述したので、第１の実施形態と異なる構成部について説明する。本発明の他の実施形態例では、第１の実施の形態例で説明した構成に加えて、第２気液分離室１５、前記インク収容室４とは区画されて複数の小開口（図示せず）を介してインク吐出口３と連通する複数のインク収容室４ａ、４ｂ、４ｃをさらに備え、一方向に通過するインク通過弁１６が前記複数のインク収容室の一つであるインク収容室４ａに備えられた構成となっている。また、インク収容室４ｂは、上部で開口されインク収容室４区画とはされたインク収容室である。本実施形態例の構成におけるインク吐出口３へのインクの流入順位は、インク室４内のインクがインク吸引口１２及びインク流入口１４を通じてインク収容室４ａに設けたインク通過弁１６からインク収容室４cに流出され、インク貯留室１３を経由してインク吐出口３から印刷装置の記録ヘッド（不示せず）に供給される構成となっているが、上部が開口されたインク収容室４ｂ内のインクはインク戻り流路１７によりインク収容室４のインクレベルがインク収容室４ｂの底部より減少するとインク戻り流路１７を通じてインク収容室４に流入されてインク吐出口３から印刷装置の記録ヘッド（不示せず）に供給される構成となっている。本実施形態ではこのような構成を適宜構成することができる。
【００４２】
上記構成において、前記気液分離室１６を設けたのは、予測し得ないような大きな温度変化が起きる地域を勘案して設けたものであって、仮に前記インカートリッジ１内の上昇圧力が大きくなり気液分離室８の空間７に開放されたインクが多く流出する場合があっても、前記気液分離室１６内でインクと空気を分離し空気のみを大気開放口２に逃がすことができる構成となっているものである。
【００４３】
次に、上記構成におけるインク通過弁１９の内部構成について説明する（図示せず）。インク通過弁１６が設けられたインク収容室４ａはインク収容室４とは区画されておりまた容積も小さい構成としている。インク収容室４ａに設けたインク通過弁１６は、弁を構成する台座表面に微細凹凸が形成されており、弁膜を弁座に当接密着固定することにより前記微細凹凸と弁膜との間で形成される微細孔が一方向に通過するインクの流路抵抗を構成した微細口形成部を有している。前記台座表面の微細凹凸は７５ミクロン〜１００ミクロンの範囲で形成することができる。また、前記弁膜は、弾性部材で形成された円状の膜であって中央に止めピン挿入用の穴が形成されている。前記弁膜の固定は、弁を構成する前記台座の内側に構成された樹脂製の止めピンに前記弁膜の穴を通して、前記止めピンの先端を溶着し前記台座に当接密着固定して前記インク通過弁１６が構成されている。したがって、インク収容室４ａは、インク収容室４に対して区分され、インクをインク収容室に初期充填する際、インク収容室４ａ内に最終的に充填するためには加圧充填しないと充填できないほどの規制力を前記微細孔形成部が発揮する。本実施形態ではこのような構成を適宜構成することができる。
【００４４】
また本発明のインクカートリッジ１は、大気開放口２からインク吐出口３に向かって順次インクの流路抵抗が大きくなるように構成されており、本実施形態では、大気連通路５ａ、開口部９、メニスカス形成部１０、大気連通路５ｈｂ、連通口１１、インク吸引口１２、インク流入口１４、インク通過弁１６、インク貯留室１３内に充填したインク吸収材及びインク吐出口３内に充填されたインク吸収材（コンタクトフィルター）の順にインク吐出口３に向けて順次インクの流路抵抗が大きくなるような負圧を形成している。このような負圧構成とすることによりインク収容室４内の圧力が上昇した場合であっても、連通口１１の流路抵抗がインク吸引口１２に対する流路抵抗より小さいので、上述したように、圧力上昇に相当するインクがインク吐出口３に影響することなく気液分離室８に圧力開放されインク吐出口３からのインク漏れを防止することができる。上述した本発明の効果は、温度変化の変化幅が大きい場合であっても有効に機能することができる。
【００４５】
また、本実施の形態例におけるメニスカス形成部、メニメニスカスが形成されるメニスカス形成部１０の作用により、前記インク収容室４内のインクが前記圧力上昇に追従して前記インク溜まり部６に徐々に流出され引き続いて大気開放口２に連通する前記空間部７にその圧力が開放される気液分離室８の構成については、前述しているので詳細な説明は割愛する。
【００４６】
次に、上述したように、本発明の第１の実施の形態例に加えて、第２気液分離室１６、複数のインク収容室４ａ〜４ｃ及びインク通過弁１６などを備えた本実施形態例のインクカートリッジのインク充填方法の一例について図５を参照して以下に説明する。本実施形態ではインク充填口（図示せず）は、インクカートリッジ１のインク吐出口３が構成された底部とは対向する上部に設けることができる。この場合、インク吐出口３からインクカートリッジ１内を減圧にして、インク充填口からまずインク収容室４にインクを充填し、次いで連続してインク吐出口３からインクを吸引し、インク吸引口１２、インク流入口１４、インク収容室４ａ、インク通過弁１６、インク収容室４ｃを経由してインク貯留室１３、インク吐出口３までインクを充填する。次いで、常圧下で前記第１の実施形態で説明したようにしてインクカートリッジ１内にインクを充填することができる。
【００４７】
上述のとおり、本発明のインクカートリッジ１は、温度変化に起因するインカートリッジ内の上昇圧力に相当するインク量の移動と開放をインク室内の圧力上昇に追従して連続的に行うことにより、大気開口やインク吐出口からのインク漏れを低減あるいは防止するという第１の課題を解決しとし、インク漏れがない良好な印刷ができるインクカートリッジを提供することができるという優れた効果を奏する。
【００４８】
さらに、第１の課題の解決に加えて、さらに、同一機種のインクカートリッジに対して、インク充填量を増量するという第２の課題を解決し、インク容量が増大したインク漏れがない良好な印刷ができるインクカートリッジを提供することができるという優れた効果を奏する。さらに、付随して輸送中の衝撃に対してもインク漏れを起こさないインクカートリッジを提供することができる。
【００４９】
さらに、付随して本発明のインクカートリッジ１は、大気開放口２からインク吐出口３に向かって順次インクの流路抵抗が大きくなるように構成されており、本実施形態では、大気連通路５a、開口部９、インク吸収材６、メニスカス形成部１０、大気連通路５b、連通口１１、インク吸引口１２、インク流入口１４、インク貯留室１３内に充填したインク吸収及びインク吐出口３内に充填されたインク吸収材（コンタクトフィルター）の順にインク吐出口３に向けて順次インクの流路抵抗が大きくなるような負圧を形成している。さらに前記した複数のインク収容室は複数の小開口（図示せず）を介してインク吐出口３と連通するとともに、インク吐出口３へ向かってインクの流路抵抗が高くなるように負圧が構成されている。上述したように、インクカートリッジ１内のいたるところでインク吐出口３へ向かってインク流路抵抗が高くなるように構成してインクカートリッジ１内の負圧を形成しているので、インク吐出口３からのインクが漏れることがないという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明のインクカートリッジは、液体インクを消費する印刷装置に使用されるものであれば、インクの種類に関係なく種々のインクカートリッジに適用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１ インクカートリッジ
２ 大気開放口
３ インク吐出口
４ インク収容室
４ａインク収容室
４ｂインク収容室
４ｃインク収容室
５ａ 大気連通路
５ｂ 大気連通路
６ インク溜まり部
７ 空間部
８ 気液分離室
９ 開口部
１０ メニスカス形成部
１１ 連通口
１２ インク吸引口
１３ インク貯留室
１４ インク流入口
１５ プリズム
１６ インク通過弁
１７ インク戻り流路
１８ インク
１９ インク吸収材
２０ リブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印刷装置に装着されるインクカートリッジに関する。さらに詳しくは、インクカートリッジに備える大気開放口とインク吐出口との間に圧力開放と気液を分離する圧力開放気液分離室を備えることにより、温度変化によるインクカートリッジ内の圧力上昇があっても吐出口や大気開放口からインクが漏れ出すことがなく良好な印刷ができるインクカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷装置の一例として挙げられるインクジェット式プリンタは、通常、装置内のインクカートリッジ装着部に装着されたインクカートリッジに貯留されているインクを記録ヘッドへ送り込み、この記録ヘッドが用紙等の被記録媒体にインク滴を噴射・塗布することで、画像や文字の記録を行う。
【０００３】
インクジェット式プリンタにおける記録ヘッドは、熱や振動を利用してインク滴の噴射を制御するもので、印刷中の機械的振動や温度変化によりインクカートリッジ内のインクがインク吐出口から漏れ出し記録ヘッドに過剰のインクを流出して良好な印刷ができなくなり、ひいては記録ヘッドの故障を招くという問題がある。また、インクカートリッジの輸送中や保管中の温度変化が起因するインクカートリッジ内の体積膨張がインク吐出口や大気開口からインクが漏れ出すという問題がある。
【０００４】
そこで、上記の問題点を解決するために、インクカートリッジ内を複数のリブで区画した複数のインク室（４室）を構成し、インク吐出口にもっとも隣接したインク室の一つにインク吸収体を充填し、この吸収体の毛管力によりインク吐出口からのインク漏れを解消する試みのインクカートリッジが提案されている。また、複数のインク室（４室）のうち、インク吐出口にもっとも隣接したインク室の一つにインク吸収体を充填するとともに、かつ吐出口からもっとも離れた側壁に接合したインク室にインク吸収体を充填してバッファー室とし、インク吐出口からのインク漏れを解消する試みのインクカートリッジが提案されている。（例えば特許文献１〜３）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−４００４４号公報
【特許文献２】特開平６−４００４１号公報
【特許文献３】特開平７−１９５７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１〜３に提案されているインクカートリッジは、温度変化の程度が緩やかで且つその変化幅が少ない場合に適用されるものであり、温度変化の変化幅が大きい場合においてはインク吐出口や大気開口からインクが漏れるという問題がある。上記特許文献１〜３に提案されているインクカートリッジは、例えば、インクカートリッジ内を複数のリブで区画して横に複数並んだインク室（４室）とインクカートリッジの側面に配置した吐出口とインク吐出口にもっとも隣接したインク室の一つにインク吸収体を充填した構成としている。そしてインクが消費されていくとインク吸収体が充填されていない中央部のインク室には空気が存在する空間部が形成されてしまうが、温度変化によりインク室内に圧力変化が生じるとこのインク室には大気開口がないからインク室内のインクは、圧力開放がされずインク吐出口に移動しインク吐出口側でのインク漏れにつながる。ましてインク吐出口がインクカートリッジの底部に設けられたケースにおいてはインク吐出口からインク漏れすることは明らかである。結局、インク室内の圧力変化によって移動するインクは他のインク室に圧力を分散するだけで圧力開放ができていないから、インク吐出口からインクが漏れ出す事が見られた。
【０００７】
また、上記特許文献１〜３に提案されているインクカートリッジのうち、インクカートリッジ内を複数のリブで区画した複数のインク室（４室）を構成し、インク吐出口にもっとも隣接したインク室の一つにインク吸収体を充填し、かつ吐出口からもっとも離れた側壁に接合したインク室にインク吸収体を充填してバッファー室とした場合であっても、インクが消費されインク吸収体が充填されていない中央部のインク室に空気が存在する空間部が形成されてしまい、温度変化によりインク室内に圧力変化が生じるとこのインク室には大気開口がないからインク室内のインクは、圧力開放がされずインク吐出口とバッファー室に移動し、このバッファー室内にはインク吸収体が空隙なく充填されているので、このインク吸収体が逆に抵抗となってインク吐出口側でのインク漏れにつながる。結局、バッファー室内を設けた場合であってもインク室内の圧力変化によって移動するインクは他のインク室に圧力を分散するだけで圧力開放ができていないから、インク吐出口からインクが漏れ出す事が見られた。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑み本発明者が鋭意検討した結果、温度変化の変化幅が大きい場合であっても、温度変化に起因するインク室内の上昇圧力に相当するインク量をその上昇圧力に追従して移動させながら開放すれば、インク室外に大きな影響を与える前に解消することができると考え、そのためにはインク室内で発生した上昇圧力に追従してインクを移動させるためのメニスカス発生部と圧力上昇に相当するインク量を開放するための空間部が一体的に構成する必要があることを見出した。さらに前記の構成はインク吐出口に影響しない位置に配置する必要があることも見出した。
【０００９】
また、インク吸収体をインク吐出口側とそこから離れた２室を介した端部室とに夫々に充填した場合には、その間にあるインク室のインクが少なくなるとお互いに綱引きをし始めて、結果的にインクが途切れインク供給できなくなることも見出した。
【００１０】
即ち、従来のインクカートリッジは、温度変化によるインクカートリッジ内の熱膨張した空気圧を結果的に、大気開口やインク吐出口に直接伝達してしまうため、インクの移動を伴いインク漏れが発生するという欠陥がある。本発明は上記知見により、温度変化に起因するインカートリッジ内の上昇圧力に相当するインク量の移動と開放をインク室内の圧力上昇に追従して連続的に行うことにより、大気開口やインク吐出口からのインク漏れを低減あるいは防止することを第１の課題とし、インク漏れがない良好な印刷ができるインクカートリッジを提供することを目的とする。
【００１１】
さらに、第１の課題に加えて、同一機種のインクカートリッジに対して、インク充填量を増量することを第２の課題とし、インク容量が増大したインク漏れがない良好な印刷ができるインクカートリッジを提供することを目的とする。
さらに、付随して輸送中の衝撃に対してもインク漏れを起こさないインクカートリッジを提供することを目的とする。
【００１２】
この目的は、特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。特に、本発明は、インクの圧力変化によって移動するインク量が、空気の温度変化による計算上の体積変化分よりも多くのインクが実際には漏れているという現状を認識したうえで、この原因がインクの移動後の慣性力によって増大せしめられているという実態を根本的に解決することが原点にある。そして、本発明は、圧力変化に相当するインク量をメニスカス形成部で少しずつ移動させながら圧力を空間に開放するという機構をインク収容室の内部に持たせるという新たな解決法に至り、バッファー機能に必要な空間をも最小限化できるという画期的な発想から生まれたものである。そして、インク室内で発生した上昇圧力に追従してインクを移動させるためのメニスカス発生部と圧力上昇に相当するインク量を開放するための空間部が一体的に必要であるという知見に至り完成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
即ち、本発明の第１の発明は、大気開放口とインク吐出口とインクを収容するインク収容室を備えるインクカートリッジにおいて、大気開放口とインク吐出口との間に一端が大気開放口と連通し他端がインク収容室と連通する連通口を有する大気連通路を備え、前記大気連通路の途中にメニスカスを形成するメニスカス形成部と前記大気開放口に連通する開口部を有する気液分離室を前記インク収容室の内部に備え、前記気液分離室は前記メニスカス形成部の位置より下部がインク溜まり部を形成し前記メニスカス形成部の位置より上部が空間部を形成してインク収容室内の圧力が上昇した場合にインク収容室内の圧力上昇に相当するインク量を前記メニスカス形成部が前記圧力上昇に追従して前記インク溜まり部に移動させるとともに前記空間部に圧力開放する機能を備え、前記空間部が各辺５ｍｍ以上の断面であって１．０ｍｌ以上の容積を有することを特徴とするインクカートリッジである。
【００１４】
本発明の第２の発明は、第１の発明に記載の前記開口部がメニスカス形成部の位置より上部に位置することを特徴とする請求項１に記載のインクカートリッジ。
【００１５】
本発明の第３の発明は、第１の発明または第２の発明に記載の前記空間部が高さ３ｍｍ以上で１．５ｍｌ以上の容積を有することを特徴とするインクカートリッジである。
【００１６】
本発明の第４の発明は、第１の発明ないし第３の発明のいずれかに記載の前記連通口が前記インク収容室のインク中に配置されるように底部側に設けられていることを特徴とするインクカートリッジである。
【００１７】
本発明の第５の発明は、第１の発明ないし第４の発明のいずれかに記載の前記気液分離室がインク吐出口から離間して設けられていることを特徴とするインクカートリッジである。
【００１８】
本発明の第６の発明は、第１の発明ないし第５の発明のいずれかに記載の前記気液分離室が、前記開口部に当接固定されたインク吸収材を備えていることを特徴とするインクカートリッジである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の第１の発明であるインクカートリッジは、大気開放口とインク吐出口とインクを収容するインク収容室を備えるインクカートリッジにおいて、大気開放口とインク吐出口との間に一端が大気開放口と連通し他端がインク収容室と連通する連通口を有する大気連通路を備え、前記大気連通路の途中にメニスカスを形成するメニスカス形成部と前記大気開放口に連通する開口部を有する気液分離室を前記インク収容室の内部に備え、前記気液分離室は前記メニスカス形成部の位置より下部がインク溜まり部を形成し前記メニスカス形成部の位置より上部が空間部を形成してインク収容室内の圧力が上昇した場合にインク収容室内の圧力上昇に相当するインク量を前記メニスカス形成部が前記圧力上昇に追従して前記インク溜まり部に移動させるとともに前記空間部に圧力開放する機能を備え、前記空間部が各辺５ｍｍ以上（特に高さ３ｍｍ以上が好ましい）の断面であって１．０ｍｌ以上の容積を有する構成にしている。本発明は、上記の構成としているので、温度変化の変化幅が大きい場合であっても、メニスカス発生部が温度変化に起因するインク室内で発生した上昇圧力に相当するインク量をその上昇圧力に追従してインクを移動させるとともに、その圧力を空間部に開放するという一体的な作用機能を有する気液分離室の機能が、従来では成しえなかった温度変化に起因するインク室内の上昇圧力をインク室外に大きな影響を与える前に解消することができる。したがってインク吐出口からのインク漏れを防止することができるという効果とてインク漏れがない良好な印刷ができるインクカートリッジを提供することができるという効果を奏する。
【００２０】
また、本発明の第２の発明であるインクカートリッジは、第１の発明に記載の第１の発明に記載の前記開口部がメニスカス形成部の位置より上部に位置する構成としているので、前記第１の発明の効果に加えて、前記インク溜まり部に移動してきたインクが大気開放口へ漏れるのを防止することができる。
【００２１】
また、本発明の第３の発明であるインクカートリッジは、第１の発明に記載の前記気液分離室内の空間部が高さ３ｍｍ以上で１．５ｍｌ以上の容積を有する構成としているので、前記第１及び第2の発明の効果に加えて、インク室内で発生した上昇圧力に相当するインク量が多くなった場合であっても、一旦インクを保持できるので、さらにその圧力を前記空間部に開放することができる。
【００２２】
また、本発明の第４なし第５の発明であるインクカートリッジは、前記連通口が前記インク収容室のインク中に配置されるように底部側に設けられている構成としているので、連通口がインク収容室内での負圧を形成するとともに温度変化に起因するインク収容室内の上昇圧力に追従してインクを気液分離室へ移動させる作用を前記の発明の効果に加えてさらに高めることができる。また、
前記気液分離室がインク吐出口から離間して設けられている構成としているので、温度変化に起因するインク収容室内の上昇圧力がインク吐出口に及ばなく前記気液分離室で開放されるという作用を前記の発明の効果に加えてさらに高めることができる。したがって、インク吐出口からのインク漏れをさらに防止することができる。したがって、よりインク漏れがない良好な印刷ができるインクカートリッジを提供することができるという効果を奏する。
【００２３】
また、本発明の第６の発明であるインクカートリッジは、前記気液分離室が、前記開口部に当接固定されたインク吸収材を備えた構成としているので、前記インク溜まり部６に流出したインクが前記メニスカス形成部１０に到達しメニスカスの形成が解離された場合でも、前記吸収材１９が到達したインクを素早く吸収しメニスカス形成部のメニスカス形成を遅滞なく回復させることができる。したがって、温度変化に起因するインク室内の上昇圧力をインク室外に大きな影響を与える前に解消し、インク吐出口からのインク漏れを防止することができるという効果を奏する。また、インク漏れがない良好な印刷ができるインクカートリッジを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第1の実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を説明する模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を説明する模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態を説明する模式図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（本発明の第１の実施の形態）
以下に、本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を示す模式図である。図２から図４は本発明の第１の実施の形態を説明する模式図である。
【００２６】
本発明の第１の実施の形態であるインクカートリッジ１は、大気開放口２とインク吐出口３とインクを収容するインク収容室４を備えるインクカートリッジ１において、大気開放口２とインク吐出口３との間に一端が大気開放口２と連通し他端がインク収容室１と連通する連通口１１を有する大気連通路を備え、前記大気連通路の途中にメニスカスを形成するメニスカス形成部１０と前記大気開放口２に連通する開口部９を有する気液分離室８を前記インク収容室４の内部に備え、前記気液分離室８は前記メニスカス形成部１０の位置より下部がインク溜まり部６を形成し前記メニスカス形成部１０の位置より上部が空間部７を形成してインク収容室４内の圧力が上昇した場合にインク収容室４内の圧力上昇に相当するインク量を前記メニスカス形成部１０が前記圧力上昇に追従して前記インク溜まり部６に移動させるとともに前記空間部７に圧力開放する機能を備え、前記空間部７が各辺５ｍｍ以上の断面であって１．０ｍｌ以上の容積を有する構成となっている。
【００２７】
さらに詳しくは、本発明のインクカートリッジ１は、インクカートリッジ１の上部に大気開放口２と底部にインク吐出口３とインクを収容するインク収容室４を備え、さらに大気開放口２とインク吐出口３との間に一端が大気開放口２と連通し他端がインク収容室４内の底部と連通する連通口１１（例えば１〜３ｍｍφ）を有する大気連通路５ｂを備え、前記大気連通路５の途中に前記気液分離室８を前記インク収容室４の内部に備えた構成となっている。前記インク吐出口３はインクカートリッジ１の底部に、また大気開放口２は前記吐出口３から離れた位置であってインクカートリッジ１の上部に備えられている。そして、前記気液分離室８は、大気連通路５ｂと連通してメニスカスを形成するメニスカス形成部１０（例えば１〜３ｍｍφ）とを備えインク吐出口３から離れ大気開放口２の近傍であって前記インク収容室４内の上部に実質密閉系に配置された構成となっている。また、前記気液分離室８は、さらに前記メニスカス形成部１０の位置より下部がインク溜まり部６（例えば１．０〜１．５ｍｌ）を形成し前記メニスカス形成部１０の位置より上部が空間部７（例えば１．０〜１．５を形成してインク収容室４内の圧力が上昇した場合にインク収容室４内の圧力上昇に相当するインク量を前記メニスカス形成部１０が前記圧力上昇に追従して前記インク溜まり部６に移動させるとともに前記空間部７に圧力開放する機能を備えている。そして前記空間部７は、各辺５ｍｍ以上の断面であって１．０以上の容積を有しているが好ましくは高さ３ｍｍ以上で１．５ｍｌである。
【００２８】
また、大気開放口２は、大気連通路５ａと連通して気液分離室８内の開口部９（例えば３〜５ｍｍφ）と連通しさらにメニスカス形成部１０、大気連通路５ｂと連通して連通口１１と連通している。そしてインク収容室４内のインクが消費されると前記大気開放口２から流入した空気は、大気連通路５ａ、気液分離室８の上部に設けた開口部９、メニスカス形成部１０を通じて大気連通路５ｂの延出端であるインク収容室４と連通する連通口１１からインク収容室４に流入して気液交換が行われインクカートリッジ１内の負圧を良好に維持する構成となっている。また、前記開口部９は、前記開口部に当接してインク吸収材１９がリブ２０によって固定されている。後述するように、前記インク溜まり部６に流出したインクが前記メニスカス形成部１０に到達しメニスカスの形成が解離された場合でも、前記吸収材１９が到達したインクを素早く吸収しメニスカス形成部のメニスカス形成を遅滞なく回復させる機能を有している。さらに、前記メニスカス形成部に移動するインクが万が一飛散した場合であっても前記インク吸収材１９が飛散インクを吸収保持するので前記大気連通路５ａを経由して前記大気開放口２へ漏れるのを防止することができる。
【００２９】
そして、インク収容室４内のインクは、前記インク収容室４内の底部に設けられたインク吸引口１２からインク吐出口３に隣接するインク収容室４内に設けたインク貯留室１３に流入する構成となっている。また、前記インク貯留室１３はインク吐出口３の上部に接して設けられインク流入口１４を備えている。そして、インク流入口１４を介してインク収容室４から流入したインクはインク貯留室１３に流入されインク吐出口３から印刷装置の記録ヘッド（不示せず）に供給される。
【００３０】
上述した本発明のインクカートリッジ１のインク収容室４の内部に設けられた気液分離室８は、温度変化がなくインクカートリッジ１内の圧力が上昇しない通常の状態においては前記したようにして負圧を良好に維持しながらインク収容室４に貯留されてインクが連続的に消費され印刷が行われる。また本発明のインクカートリッジ１は、インク残量検知用のプリズム１５を備えている。
【００３１】
上述した本発明のインクカートリッジ１において、温度変化に起因してインク収容室４内に圧力変化が生じると、気液分離室８の上部に設けたメニスカス形成部１０の作用によってインク収容室４内で発生した上昇圧力に相当するインク量をその上昇圧力に追従してインク収容室４内のインク収容室４と連通する連通口１および大気連通路５ｂを経由して前記インク溜まり部６に移動し、前記空間部７に前記上昇圧力が開放される。前記したように本発明の気液分離室８は、メニスカス発生部１０が温度変化に起因するインクを移動させるとともにその圧力を前記空間部７に開放するという一体的な作用機能を有している。
上記において、圧力変化によって前記気液分離室８内に移動するインク量は圧力変化に見合うインク量だけでなくインクの移動に伴う慣性が働くため、前記空間部７及びインク溜まり部６の容積は、各々インク収納容室４内のインク充填量が１０ｍｌの場合、１．０ｍｌ〜１．５ｍｌに構成している。
【００３２】
上述した本発明のメニスカス発生部１０が温度変化に起因するインクを移動させるとともにその圧力を空間部７に開放するという一体的な作用機能について、図２〜図４を参照してさらに説明する。図２は、温度変化に起因してインク収容室４内の圧力が上昇し前記インク収容室４内のインクが大気連通路５aを経由してインク溜まり部６に移動する様子を説明する模式図である。図示するように本発明の気液分離室８は、前記気液分離室８の上部に形成した開口（例えば１〜３ｍｍφ）部でメニメニスカスが形成されるメニスカス形成部１０の作用により、前記インク収容室４内のインクが前記圧力上昇に追従して前記インク溜まり部６に徐々に流出され引き続いて大気開放口２に連通する前記空間部７にその圧力が開放される構成となっている。
【００３３】
次に図３及び図４参照して説明する。図3は、前記した状況が進んで前記インク溜まり部６に流出してきたインクが前記メニスカス形成部１０に達した様子を説明する模式図である。図示するように、温度変化に起因して圧力が上昇した前記ンク収容室４内のインクが前記メニスカス形成部１０に達すると前記メニスカス形成部１０でのメニスカスは記号Aのように解離される。そして引き続いて移動してきたインクが前記空間部７の容積が前記大気連通路５aの容積より大きい前記空間部７の大気中に一気に開放され、図４に図示するようにその反動により大気連通路５aを介してインク収容室4にインクが戻るというインク戻り現象が起こる（記号B）とともに、前記開口部９に当接してインク吸収材１９がリブ２０によって固定されているので、前記メニスカス形成部１０に到達し前記インク溜まり部６に流出したインクは前記吸収材１９によって素早く吸収する。このように前記インク吸収材１９のインク吸収作用とインク戻りの慣性により、インク溜まり部６のインクレベルが低下して、解離されたメニスカスを遅滞なく回復させることができる。
【００３４】
上述のように本発明のインクカートリッジは、前記気液分離室が、前記開口部に当接固定されたインク吸収材を備えた構成としているので、前記インク溜まり部６に流出したインクが前記メニスカス形成部１０に到達しメニスカスの形成が解離された場合でも、前記吸収材１９が到達したインクを素早く吸収しメニスカス形成部のメニスカス形成を遅滞なく回復させることができる。したがって、温度変化に起因するインク室内の上昇圧力をインク室外に大きな影響を与える前に解消し、インク吐出口からのインク漏れを防止することができるという効果を奏する。また、インク漏れがない良好な印刷ができるインクカートリッジを提供することができるという効果を奏する。
【００３５】
本発明のインクカートリッジ１は上述の構成としているので、従来では成しえなかった温度変化に起因するインク室内の上昇圧力をインク室外に大きな影響を与える前に解消することができインク吐出口からのインク漏れを防止することができるという効果並びにインク漏れがない良好な印刷ができるインクカートリッジを提供することができるという効果を奏する。
【００３６】
また本発明のインクカートリッジ１は、大気開放口２からインク吐出口３に向かって順次インクの流路抵抗が大きくなるように構成されており、本実施形態では、大気連通路５ａ、開口部９、メニスカス形成部１０、大気連通路５ｂ、連通口１１、インク吸引口１２、インク流入口１４、インク貯留室１３内に充填したインク吸収材及びインク吐出口３内に充填されたインク吸収材（コンタクトフィルター）の順にインク吐出口３に向けて順次インクの流路抵抗が大きくなるような負圧を形成している。このような負圧構成とすることによりインク収容室４内の圧力が上昇した場合であっても、連通口１１の流路抵抗がインク吸引口１２に対する流路抵抗より小さいので、上述したように、圧力上昇に相当するインクがインク吐出口３に影響することなく気液分離室８に圧力開放されインク吐出口３からのインク漏れを防止することができる。上述した本発明の効果は、温度変化の変化幅が大きい場合であっても有効に機能することができる。
【００３７】
上述した本発明のインクカートリッジ１は上記の構成となるように製造されインクが充填されるが、以下にインク充填方法の一例を示す。本実施形態ではインク充填口（図示せず）は、インクカートリッジ１のインク吐出口３が構成された底部に設けられている。本発明のインクカートリッジ１は常圧下でも減圧かでも充填可能であるが、常圧下でインク充填する方法を例示する。
【００３８】
インクカートリッジ１のインク吐出口３を上方にして、大気開放口２は密栓しインク吐出口３を形成した面に配置したインク充填口（図示せず）から注射器やポンプによりインクカートリッジ１内のインク収容室４にインクを充填する。次いでインクが充填されると、インク充填口を密栓してインクカートリッジ１のインク吐出口３を下側にして大気開放口２を開栓しインク吐出口３を介してインクカートリッジ１内を減圧にする。そして、インク貯留室１３及びインク吐出口３から充填インクの一部を抜き出しインク流路全体をインクで満たし、大気開放口２を密封する。インク吐出口３からインクを多く抜き出しインクカートリッジ１内のインクが不足する場合は再度インク充填口から不足分のインクを充填すればよい。この場合は、インク吐出口３からのインク抜き出し操作は必要ない。
【００３９】
このようにしてインクが充填されたインクカートリジ１は大気開放口２とインク吐出口３をシール材または栓部材で密封し輸送されることになる。本発明のインクカートリジ１は、上述したようにインク吐出口３に向かって順次インクの流路抵抗が大きくなるように負圧が形成されているのでシールや栓部材による密封が開封されることがない。また機械的な衝撃や振動があってもインクが漏れることがない。さらに、上述した本発明のインクカートリッジ１の構成は、インクカートリッジ１内のインク未充填部が少ない構造となっているため、同一機種のインクカートリッジ１に対してインク充填量を増量することができる。また本発明のインクカートリジ１は、使用済みのインクカートリッジであってもインクカートリッジ１の構成が複雑でないので、再充填口を設けることに再充填を行うことができる。
【００４０】
（本発明の他の実施形態例）
次に、本発明の他の施形態例について図５を参照して以下に説明する。本発明のインクカートリッジ１は大気開放口２とインク吐出口３とインクを収容するインク収容室４を備えるインクカートリッジ１において、大気開放口２とインク吐出口３との間に一端が大気開放口２と連通し他端がインク収容室１と連通する連通口１１を有する大気連通路を備え、前記大気連通路の途中にメニスカスを形成するメニスカス形成部１０と前記大気開放口２に連通する開口部９を有する気液分離室８を前記インク収容室４の内部に備え、前記気液分離室８は前記メニスカス形成部１０の位置より下部がインク溜まり部６を形成し前記メニスカス形成部１０の位置より上部が空間部７を形成してインク収容室４内の圧力が上昇した場合にインク収容室４内の圧力上昇に相当するインク量を前記メニスカス形成部１０が前記圧力上昇に追従して前記インク溜まり部６に移動させるとともに前記空間部７に圧力開放する機能を備え、前記空間部７が各辺５ｍｍ以上の断面であって１．０ｍｌ以上の容積を有する構成となっている。
【００４１】
本発明の他の実施形態例については、前述した第１の実施形態例で詳述したので、第１の実施形態と異なる構成部について説明する。本発明の他の実施形態例では、第１の実施の形態例で説明した構成に加えて、第２気液分離室１５、前記インク収容室４とは区画されて複数の小開口（図示せず）を介してインク吐出口３と連通する複数のインク収容室４ａ、４ｂ、４ｃをさらに備え、一方向に通過するインク通過弁１６が前記複数のインク収容室の一つであるインク収容室４ａに備えられた構成となっている。また、インク収容室４ｂは、上部で開口されインク収容室４区画とはされたインク収容室である。本実施形態例の構成におけるインク吐出口３へのインクの流入順位は、インク室４内のインクがインク吸引口１２及びインク流入口１４を通じてインク収容室４ａに設けたインク通過弁１６からインク収容室４cに流出され、インク貯留室１３を経由してインク吐出口３から印刷装置の記録ヘッド（不示せず）に供給される構成となっているが、上部が開口されたインク収容室４ｂ内のインクはインク戻り流路１７によりインク収容室４のインクレベルがインク収容室４ｂの底部より減少するとインク戻り流路１７を通じてインク収容室４に流入されてインク吐出口３から印刷装置の記録ヘッド（不示せず）に供給される構成となっている。本実施形態ではこのような構成を適宜構成することができる。
【００４２】
上記構成において、前記気液分離室１６を設けたのは、予測し得ないような大きな温度変化が起きる地域を勘案して設けたものであって、仮に前記インカートリッジ１内の上昇圧力が大きくなり気液分離室８の空間７に開放されたインクが多く流出する場合があっても、前記気液分離室１６内でインクと空気を分離し空気のみを大気開放口２に逃がすことができる構成となっているものである。
【００４３】
次に、上記構成におけるインク通過弁１９の内部構成について説明する（図示せず）。インク通過弁１６が設けられたインク収容室４ａはインク収容室４とは区画されておりまた容積も小さい構成としている。インク収容室４ａに設けたインク通過弁１６は、弁を構成する台座表面に微細凹凸が形成されており、弁膜を弁座に当接密着固定することにより前記微細凹凸と弁膜との間で形成される微細孔が一方向に通過するインクの流路抵抗を構成した微細口形成部を有している。前記台座表面の微細凹凸は７５ミクロン〜１００ミクロンの範囲で形成することができる。また、前記弁膜は、弾性部材で形成された円状の膜であって中央に止めピン挿入用の穴が形成されている。前記弁膜の固定は、弁を構成する前記台座の内側に構成された樹脂製の止めピンに前記弁膜の穴を通して、前記止めピンの先端を溶着し前記台座に当接密着固定して前記インク通過弁１６が構成されている。したがって、インク収容室４ａは、インク収容室４に対して区分され、インクをインク収容室に初期充填する際、インク収容室４ａ内に最終的に充填するためには加圧充填しないと充填できないほどの規制力を前記微細孔形成部が発揮する。本実施形態ではこのような構成を適宜構成することができる。
【００４４】
また本発明のインクカートリッジ１は、大気開放口２からインク吐出口３に向かって順次インクの流路抵抗が大きくなるように構成されており、本実施形態では、大気連通路５ａ、開口部９、メニスカス形成部１０、大気連通路５ｈｂ、連通口１１、インク吸引口１２、インク流入口１４、インク通過弁１６、インク貯留室１３内に充填したインク吸収材及びインク吐出口３内に充填されたインク吸収材（コンタクトフィルター）の順にインク吐出口３に向けて順次インクの流路抵抗が大きくなるような負圧を形成している。このような負圧構成とすることによりインク収容室４内の圧力が上昇した場合であっても、連通口１１の流路抵抗がインク吸引口１２に対する流路抵抗より小さいので、上述したように、圧力上昇に相当するインクがインク吐出口３に影響することなく気液分離室８に圧力開放されインク吐出口３からのインク漏れを防止することができる。上述した本発明の効果は、温度変化の変化幅が大きい場合であっても有効に機能することができる。
【００４５】
また、本実施の形態例におけるメニスカス形成部、メニメニスカスが形成されるメニスカス形成部１０の作用により、前記インク収容室４内のインクが前記圧力上昇に追従して前記インク溜まり部６に徐々に流出され引き続いて大気開放口２に連通する前記空間部７にその圧力が開放される気液分離室８の構成については、前述しているので詳細な説明は割愛する。
【００４６】
次に、上述したように、本発明の第１の実施の形態例に加えて、第２気液分離室１６、複数のインク収容室４ａ〜４ｃ及びインク通過弁１６などを備えた本実施形態例のインクカートリッジのインク充填方法の一例について図５を参照して以下に説明する。本実施形態ではインク充填口（図示せず）は、インクカートリッジ１のインク吐出口３が構成された底部とは対向する上部に設けることができる。この場合、インク吐出口３からインクカートリッジ１内を減圧にして、インク充填口からまずインク収容室４にインクを充填し、次いで連続してインク吐出口３からインクを吸引し、インク吸引口１２、インク流入口１４、インク収容室４ａ、インク通過弁１６、インク収容室４ｃを経由してインク貯留室１３、インク吐出口３までインクを充填する。次いで、常圧下で前記第１の実施形態で説明したようにしてインクカートリッジ１内にインクを充填することができる。
【００４７】
上述のとおり、本発明のインクカートリッジ１は、温度変化に起因するインカートリッジ内の上昇圧力に相当するインク量の移動と開放をインク室内の圧力上昇に追従して連続的に行うことにより、大気開口やインク吐出口からのインク漏れを低減あるいは防止するという第１の課題を解決しとし、インク漏れがない良好な印刷ができるインクカートリッジを提供することができるという優れた効果を奏する。
【００４８】
さらに、第１の課題の解決に加えて、さらに、同一機種のインクカートリッジに対して、インク充填量を増量するという第２の課題を解決し、インク容量が増大したインク漏れがない良好な印刷ができるインクカートリッジを提供することができるという優れた効果を奏する。さらに、付随して輸送中の衝撃に対してもインク漏れを起こさないインクカートリッジを提供することができる。
【００４９】
さらに、付随して本発明のインクカートリッジ１は、大気開放口２からインク吐出口３に向かって順次インクの流路抵抗が大きくなるように構成されており、本実施形態では、大気連通路５a、開口部９、インク吸収材６、メニスカス形成部１０、大気連通路５b、連通口１１、インク吸引口１２、インク流入口１４、インク貯留室１３内に充填したインク吸収及びインク吐出口３内に充填されたインク吸収材（コンタクトフィルター）の順にインク吐出口３に向けて順次インクの流路抵抗が大きくなるような負圧を形成している。さらに前記した複数のインク収容室は複数の小開口（図示せず）を介してインク吐出口３と連通するとともに、インク吐出口３へ向かってインクの流路抵抗が高くなるように負圧が構成されている。上述したように、インクカートリッジ１内のいたるところでインク吐出口３へ向かってインク流路抵抗が高くなるように構成してインクカートリッジ１内の負圧を形成しているので、インク吐出口３からのインクが漏れることがないという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明のインクカートリッジは、液体インクを消費する印刷装置に使用されるものであれば、インクの種類に関係なく種々のインクカートリッジに適用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１ インクカートリッジ
２ 大気開放口
３ インク吐出口
４ インク収容室
４ａインク収容室
４ｂインク収容室
４ｃインク収容室
５ａ 大気連通路
５ｂ 大気連通路
６ インク溜まり部
７ 空間部
８ 気液分離室
９ 開口部
１０ メニスカス形成部
１１ 連通口
１２ インク吸引口
１３ インク貯留室
１４ インク流入口
１５ プリズム
１６ インク通過弁
１７ インク戻り流路
１８ インク
１９ インク吸収材
２０ リブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気開放口とインク吐出口とインクを収容するインク収容室を備えるインクカートリッジにおいて、大気開放口とインク吐出口との間に一端が大気開放口と連通し他端がインク収容室と連通する連通口を有する大気連通路を備え、前記大気連通路の途中にメニスカスを形成するメニスカス形成部と前記大気開放口に連通する開口部を有する気液分離室を前記インク収容室の内部に備え、前記気液分離室は前記メニスカス形成部の位置より下部がインク溜まり部を形成し前記メニスカス形成部の位置より上部が空間部を形成してインク収容室内の圧力が上昇した場合にインク収容室内の圧力上昇に相当するインク量を前記メニスカス形成部が前記圧力上昇に追従して前記インク溜まり部に移動させるとともに前記空間部に圧力開放する機能を備え、前記空間部が各辺５ｍｍ以上の断面であって１．０ｍｌ以上の容積を有することを特徴とするインクカートリッジ。
【請求項２】
前記開口部がメニスカス形成部の位置より上部に位置することを特徴とする請求項１に記載のインクカートリッジ。
【請求項３】
前記空間部が高さ３ｍｍ以上で１．５ｍｌ以上の容積を有することを特徴とする請求項１または２に記載のインクカートリッジ。
【請求項４】
前記連通口が前記インク収容室のインク中に配置されるように底部側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３に記載のいずれかのインクカートリッジ。
【請求項５】
前記気液分離室がインク吐出口から離間して設けられていることを特徴とする請求項１ないし４に記載のいずれかのインクカートリッジ。
【請求項６】
前記気液分離室が、前記開口部に当接固定されたインク吸収材を備えていることを特徴とする請求項１ないし５に記載のいずれかのインクカートリッジ。
【請求項１】
大気開放口とインク吐出口とインクを収容するインク収容室を備えるインクカートリッジにおいて、大気開放口とインク吐出口との間に一端が大気開放口と連通し他端がインク収容室と連通する連通口を有する大気連通路を備え、前記大気連通路の途中にメニスカスを形成するメニスカス形成部と前記大気開放口に連通する開口部を有する気液分離室を前記インク収容室の内部に備え、前記気液分離室は前記メニスカス形成部の位置より下部がインク溜まり部を形成し前記メニスカス形成部の位置より上部が空間部を形成してインク収容室内の圧力が上昇した場合にインク収容室内の圧力上昇に相当するインク量を前記メニスカス形成部が前記圧力上昇に追従して前記インク溜まり部に移動させるとともに前記空間部に圧力開放する機能を備え、前記空間部が各辺５ｍｍ以上の断面であって１．０ｍｌ以上の容積を有することを特徴とするインクカートリッジ。
【請求項２】
前記開口部がメニスカス形成部の位置より上部に位置することを特徴とする請求項１に記載のインクカートリッジ。
【請求項３】
前記空間部が高さ３ｍｍ以上で１．５ｍｌ以上の容積を有することを特徴とする請求項１または２に記載のインクカートリッジ。
【請求項４】
前記連通口が前記インク収容室のインク中に配置されるように底部側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３に記載のいずれかのインクカートリッジ。
【請求項５】
前記気液分離室がインク吐出口から離間して設けられていることを特徴とする請求項１ないし４に記載のいずれかのインクカートリッジ。
【請求項６】
前記気液分離室が、前記開口部に当接固定されたインク吸収材を備えていることを特徴とする請求項１ないし５に記載のいずれかのインクカートリッジ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１１５５２（Ｐ２０１２−１１５５２Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４７１７６（Ｐ２０１０−１４７１７６）
【出願日】平成２２年６月２９日（２０１０．６．２９）
【出願人】（３９７０２５５８７）エステー産業株式会社 (38)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２９日（２０１０．６．２９）
【出願人】（３９７０２５５８７）エステー産業株式会社 (38)
【Ｆターム（参考）】
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