弁機構、インク貯蔵容器
【課題】インク貯蔵容器のインク供給を安定化させる。
【解決手段】インク貯蔵容器内に配置される弁機構７０であって、貫通孔７６Ｂを備える弾性弁７６と、弾性弁７６の下流側に配置される負圧形成空間８２と、弾性弁の上流側に配置されるインク供給空間８４と、弾性弁７６と当接してインク供給空間８４と貫通孔７６Ｂの間を遮断する遮断部９０と、弾性弁７６を付勢して遮断部９０に当接させるバネ８６と、を備えるようにする。負圧形成空間８２に負圧が印加されると、弾性弁７６が下流側に変位して、遮断部９０と弾性弁７６が離反し、インク供給空間８４から貫通孔７６を介して負圧形成空間８２にインクが流れるようにした。
【解決手段】インク貯蔵容器内に配置される弁機構７０であって、貫通孔７６Ｂを備える弾性弁７６と、弾性弁７６の下流側に配置される負圧形成空間８２と、弾性弁の上流側に配置されるインク供給空間８４と、弾性弁７６と当接してインク供給空間８４と貫通孔７６Ｂの間を遮断する遮断部９０と、弾性弁７６を付勢して遮断部９０に当接させるバネ８６と、を備えるようにする。負圧形成空間８２に負圧が印加されると、弾性弁７６が下流側に変位して、遮断部９０と弾性弁７６が離反し、インク供給空間８４から貫通孔７６を介して負圧形成空間８２にインクが流れるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁機構、及び該弁機構を備えたインクを内部に貯留するインク貯蔵容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
インク貯蔵容器の例としては筆記具のインクタンクや、インクジェットプリンタのインク（タンク）カートリッジなどがある。これらは文字や画像を形成する筆記や印刷に消費されたインク量に対応して外気をタンク内に取込んで空気交換し、タンク内の気圧変化がインクの消費に悪影響を及ぼさないようにした機構とされており、その機構としては、外気の取込み口として単なる孔を形成したものや、液体は通さないが通気のみを行う弁機構付きの通気路を形成したものを挙げることができる。
【０００３】
しかし、外気の取込み口として単なる孔を設けたものでは、この孔からのインクが漏れてしまう可能性がある。また、単に気体は通すが液体は通さない膜を配置しただけのものでは、インクカートリッジの内部が大気圧と同一になるため、インクが吐出口から吹き出してしまう可能性がある。そこで、スポンジなどのインク吸蔵体をインク吐出口上に配置して、インクを保持する必要がある。
【０００４】
ところが、このようにスポンジなどのインク吸蔵体によってインクを保持したのでは、インク吸蔵体を有しない空のインク貯蔵部に比べてインク保持量が少なくなり、それだけ同体積におけるインク量の減少による印字数が少なくなる。
【０００５】
そこで、特許文献１又は２に開示されているように、例えば、空気の流量を制御可能な空気流量制御部を、貯蔵容器の上蓋に内蔵するインク貯蔵容器が提案されている。このインク貯蔵容器によれば、インク吸蔵体を容器内部に配置したものと比べて、インク保持量が少なくなってしまうことを回避し、更に、この空気流量制御部によって容器内部を負圧にすることができるので、内部のインクが、吐出ノズルから安易に吹き出てしまうことを防止できる。
【０００６】
また、特許文献３に開示されているように、インクカートリッジの内部に、貫通孔を有しない弾性部材を利用した弁を配置し、この弾性部材の一方の面側には負圧発生専用空間を形成し、他方の面にはインク供給専用空間を形成することで、弾性部材の変形によってインクの供給を制御する弁機構が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２７７７７７号公報
【特許文献２】特許４２４６７８７号公報
【特許文献３】特許３９９１８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献２等に記載のインク貯蔵容器は、基本的に極めて優れたものであり、容器内の気圧が適切に負圧に維持されるので、安定した印刷が可能である。一方、本発明者らの未公知の実験によると、この種のインク貯蔵容器では、空気側の流量を制御することで、間接的にインクの吐出を制御する構造であるため、プリンタ側のトラブル等によって、プリンタ側のインク吸引力が増大すると、インクが出過ぎてしまう恐れがあった。
【０００９】
また、特許文献３の弁機構では、負圧発生専用空間とインク供給専用空間をそれぞれ設ける必要があるため、弁構造が複雑化するという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、インク貯蔵容器におけるインク貯蔵用空間の利用効率を極大化しつつも、インクの過大吐出等を抑制し、環境変化やプリンタ側のトラブル等を含めた、微少な気圧変化から大きな気圧変化に亘って、安定したインク吐出制御を確実に行えるインク貯蔵容器を提供することをその主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成する本発明は、インク貯蔵容器内に配置されてインク貯蔵部とインク吐出部の間に配置される弁機構であって、弾性変形可能な膜状に構成され、且つ貫通する貫通孔を備える弾性弁と、前記弾性弁の下流側に配置され、前記吐出口と連通される負圧形成空間と、前記弾性弁の上流側に配置され、前記インク貯蔵部と連通されることで前記弾性弁側にインクを供給するインク供給空間と、前記インク供給空間側に配置されて前記弾性弁と当接し、前記インク供給空間と前記貫通孔の間を遮断する遮断部と、前記負圧形成空間側に配置されて、前記弾性弁を前記インク供給空間側に付勢して前記遮断部と前記弾性弁を当接させるバネと、を備え、前記負圧形成空間に印加される負圧により、前記バネの付勢に抗して前記弾性弁が下流側に変位して、前記遮断部と前記弾性弁が離反し、前記インク供給空間から前記貫通孔を介して前記負圧形成空間にインクが流れることを特徴とする弁機構である。
【００１２】
上記目的を達成する弁機構の前記負圧形成空間には、更に、前記弾性弁が下流側に変位する際に前記貫通孔の近傍と当接して、前記弾性弁の変位量を制限する変位規制部を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成する弁機構の前記変位規制部内には、更に、前記弾性弁と当接した状態で前記貫通孔と前記負圧形成空間を連通させるスリットが形成されることを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成する弁機構は、更に、前記変位規制部によって、前記バネの一端が保持されることを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成する弁機構の前記変位規制部は、更に、前記バネの内側に嵌り込んで前記バネを一端を保持する円形突起を有していることを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成する弁機構は、更に、前記弾性弁が前記バネに付勢されて前記遮断部と当接した状態で、前記変位規制部と前記弾性弁の間の隙間が３ｍｍ以下に設定されることを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成する弁機構は、更に、前記弾性弁が前記バネに抗して前記変位規制部と当接した状態で、前記遮断部と前記弾性弁の間の隙間が２ｍｍ以下に設定されることを特徴とする。
【００１８】
上記目的を達成する弁機構は、更に、前記貫通孔の内径は１．５ｍｍ以下に設定されることを特徴とする。
【００１９】
上記目的を達成する弁機構の前記弾性弁には、更に、前記貫通孔の外周を囲う環状の肉厚部が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
上記目的を達成する弁機構の前記肉厚部は、更に、前記バネの内側に嵌り込んで前記バネの他端を保持することを特徴とする。
【００２１】
上記目的を達成する弁機構は、更に、前記肉厚部の最大外径は２ｍｍ以上に設定されることを特徴とする。
【００２２】
上記目的を達成する弁機構の前記遮断部は、更に、前記弾性弁の前記貫通孔の外周近傍を囲む環状の遮断突起が形成され、前記バネの内径は、前記遮断突起の外径と同等又は大きく設定されることを特徴とする。
【００２３】
上記目的を達成する弁機構の前記インク供給空間は、更に、前記インク貯蔵部の底面に対向した状態で近接配置されるインク吸い込み口を有することを特徴とする。
【００２４】
上記目的を達成する本発明は、上記のいずれかに記載の弁機構と、前記インク貯蔵部の上方側に設けられて内外間の空気流量を制御する空気流量制御部と、を備えることを特徴とするインク貯蔵容器である。
【００２５】
上記目的を達成するインク貯蔵容器の前記空気流量制御部は、更に、通常時は空気を流通させないが、前記インク貯蔵部の内圧変化に応じて外部との間で空気交換を行わせる弾性変形可能な連通多孔質の弁体と、前記弁体よりも前記インク貯蔵部側に配設されて通気性を有しかつ撥水処理を施された撥液膜体と、を備えることを特徴とする。
【００２６】
上記目的を達成するインク貯蔵容器は、更に、前記インク貯蔵部の下方側に設けられる前記インク吐出部に、外部部材からの付勢によって上下動する移動弁を備え、該移動弁の上下動によって前記インクの吐出・停止を切り替えるようになっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、インクの供給を常に安定させることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係るインク貯蔵容器の構造を示す断面図である。
【図２】空気流量制御部の断面図である。
【図３】空気流量制御部が備える各部材の斜視図である。
【図４】閉状態における、弁機構の（Ａ）水平方向に沿った断面図、（Ｂ）鉛直方向に沿った断面図である。
【図５】弁機構の第２プレートを示す平面図である。
【図６】開状態における、弁機構の（Ａ）水平方向に沿った断面図、（Ｂ）鉛直方向に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の例について詳細に説明する。なお、以下の各実施形態におけるインク貯蔵容器は、インクジェットプリンタ用のインクカートリッジに適用した場合を例に挙げて説明する。
【００３０】
図１は、本実施形態に係るインク貯蔵容器１００の構造を示す断面図である。インク貯蔵容器１００は、適宜の合成樹脂から構成されており、同図に示されるように、内部にインクＭを貯蔵するインク貯蔵部１０と、インク貯蔵部１０の内外間で空気の流量を制御する空気流量制御部２０と、インク貯蔵部１０に貯蔵されたインクＭの吐出を制御するためのインク吐出部３０と、インク貯蔵部１０とインク吐出部３０の間に配置される弁機構７０を有して構成されている。
【００３１】
＜インク貯蔵部＞
インク貯蔵部１０は、上部が開口した中空の本体部１１と、本体部１１の開口を塞ぐ蓋として上部に組み合わされる上面部１２から構成されている。本体部１１は、図の縦横の寸法よりも奥行きの寸法が小さい略直方体状に形成されている。本体部１１の底部には、インク吐出部３０が設けられている。
【００３２】
上面部１２は、平面視（図の上から見た場合）が横長の長方形板状である天板１２ａと、天板１２ａの周縁のやや内側の下面から下方に向けて突出する嵌合壁１２ｂから構成されている。上面部１２は、この嵌合壁１２ｂを本体部１１の内部に嵌合させることによって本体部１１と組み合わされる。
【００３３】
＜空気流量制御部＞
図１に示されるように、上面部１２の天板１２ａには、図の右側の長手方向端部の近傍に空気流量制御部２０が設けられている。図２は、空気流量制御部２０の断面図である。同図に示されるように、上面部１２の天板１２ａには、陥没する平断面円形状の凹部１２ｅが形成されており、空気流量制御部２０は、この凹部１２ｅ内に収容される弁体２２、撥水膜体２４、押圧リング２６およびキャップ２８を備えている。空気流量制御部２０は、凹部１２ｅ内に撥水膜体２４を載置し、その上に押圧リング２６を載置し、さらにその上に弁体２２を載置した上で、これらの上からキャップ２８を凹部１２ｅに嵌合させ、弁体２２、撥水膜体２４および押圧リング２６をキャップ２８と凹部１２ｅの間に挟持することによって構成されている。
【００３４】
凹部１２ｅの底部１２ｆには、その中央においてインク貯蔵部１０の内部１３に連通する円形断面の導通口１２ｇが穿たれている。この導通口１２ｇは、内部１３に向けて内径が拡大するように形成されている。なお、この導通口１２ｇの内面および周縁部に撥水処理加工を施すようにしてもよい。撥水処理加工を施すことで、導通口１２ｇの内面および周縁部、または撥水膜体２４下面に付着するインクを効率的に滴下し、導通口１２ｇまたは撥水膜体２４の詰りを未然に防止することができる。
【００３５】
底部１２ｆの導通口１２ｇの周囲には、撥水膜体着座部１２ｈと下端受容部１２ｉが設けられている。撥水膜体着座部１２ｈは、撥水膜体２４を位置決めして受け止める環状の窪み（環状の段部）である。下端受容部１２ｉは、この撥水膜体着座部１２ｈの外周に同心円状に設けられる環状溝であり、後述するキャップ２８の周面部２８ｂの下端を受容する構造となっている。
【００３６】
撥水膜体着座部１２ｈは、オレフィン系樹脂素材によって成型されると共に平滑面として形成され、これにより、撥水膜体２４が撥水膜体着座部１２ｈに着座したときに、撥水膜体２４の撥水膜体着座部１２ｈに対する密着度を高め、インクＭが接触面の間から浸入するのを極力抑制するように設定されている。特に、オレフィン系樹脂素材は濡れ性が低いため、撥水効果が高い。従って、撥水膜体２４と密着することで、その隙間にインクが浸入できないようになっている。なお、オレフィン系樹脂としては、ポリプロピレンや、ポリエチレン等の各種素材があるが、本実施形態ではポリプロピレンを採用している。
【００３７】
撥水膜体着座部１２ｈと下端受容部１２ｉの間には、図の上方に向けて突出する環状の突条部１２ｊが形成されている。この突条部１２ｊは、撥水膜体２４が横方向にずれないように位置決めすると共に、キャップ２８の周面部２８ｂの進入を円滑にするガイドとしても機能するようになっている。
【００３８】
図３は、空気流量制御部２０が備える各部材の斜視図である。同図に示されるように、弁体２２は、複数の微細孔が連通した弾性材料からなる略円板形状の平板であり、例えばポリウレタン等の素材を圧縮多孔体とすることにより構成される。
【００３９】
弁体２２は、インク貯蔵部１０の内部１３と外部との間に気圧差がない通常時には、通気性が遮断され空気の出入りはないが、所定値以上の気圧差が生じた場合には、微少な弾性変形により伸び、これにより微細孔が押し広げられて通気性が惹起し、気圧の高い側から低い側へ空気が流入することで、空気流量の制御を行う機能が発揮されるように構成されている。
【００４０】
すなわち、空気流量制御部２０は、外部とインク貯蔵部１０の内部１３との気圧差に応じてこの弁体２２の複数の微細孔を通過する空気量が変化し、この変化によって外部からインク貯蔵部１０の内部１３への空気流量を制御する機能を有するものである。なお、弁体２２の材質や構造等は特に限定されるものではなく、弁体２２として上記特許文献１で開示されたものや市販品を採用することができる。
【００４１】
弁体２２は、本実施形態では圧縮体として、圧縮した場合に通気性がないようにしている。すなわち、弾性材料からなる連通多孔体を通気性がなくなるまで圧縮して、圧縮多孔体を作ることで空気流量制御機能をより発揮できるように加工している。このような圧縮多孔体では、内部において、連通多孔体を構成している弾性体が押し潰され折り重なってできた不定形の空間が多数形成されているが、圧縮された状態では通気性がなくなる。ところが、圧縮多孔体内で形成された多数の不定形の空間は連通されているので、内外の気圧差が生じた場合、弁体２２が延びることによって生じた所定の気圧差以上によって、外部から圧縮多孔体の内部へと空気が押し込まれ、空気は、圧縮多孔体内にネットワークされた空間を結んでいる通気孔を押し広げながら、弁体を変形させ、圧縮多孔体の反対側、すなわちインク貯蔵部１０の内部１３側へ移動することで通気性を生じる。
【００４２】
この通気量（空気流量）は、圧縮多孔体内にネットワークされた空間の通りやすさによって決められるので気圧差が大きい場合には弁体２２は大きく伸び、圧縮多孔体内にネットワークされた空間中を空気が通りやすくなり、通気量は大きくなる。一方、所定の気圧差以上であって気圧差が小さい場合には弁体２２は小さく伸び、圧縮多孔体内にネットワークされた空間中を空気が通る量は少なくなり、通気量は小さくなる。弁体２２による通気によって気圧差が減少した場合、弁体２２も縮み、通気量が少なくなる。さらに所定の気圧差未満となった場合、弁体２２が再び圧縮されるため弁体２２の通気性はなくなる。このように気圧差の大きさに応じて通気量も応じるので迅速で適切なインク貯蔵部１０内の気圧を一定化する気圧調整が可能となる。
【００４３】
外部（大気）とインク貯蔵部１０内部との気圧差がどの程度で弁体２２の通気性を生じさせるようにするかは、連通多孔、圧縮の程度などを適宜選択して決めればよいが、例えば、気圧差が２０ｍｍＨ２Ｏ以下のときは通気性が無く、気圧差が２０ｍｍＨ２Ｏ以上のときは通気性が有るように圧縮するようにすると好適である。
【００４４】
弁体２２を構成する弾性材料は複数の微細孔を有するもので伸びた状態でこの微細孔を通過するものであれば足りるが、例えば、ポリプロピレン、各種ゴム、各種エラストマーを挙げることができる。連通多孔孔質体の場合には、ゴム及び／又はプラスチック原料に不活性ガス、分解性発泡剤、揮発性有機液体を混合し、内部に気泡を形成することにより発砲させて連通多孔を形成したものや、ゴム・プラスチック原料に炭酸カルシウムなどの無機粒子を混練りしたものを板状に形成した後、無機粒子を溶出して連通多孔を形成したもの等が挙げられ、前記ゴム及び／又はプラスチック原料としては、弾性材料として、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ネオプレンゴム、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリロニトリルブタジエン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリウレタン、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。中でも特に、液体に対しての耐久性や、連通多孔質体の形成しやすさ、生産性等を考慮するとエーテル系ポリウレタン樹脂などが好適である。
【００４５】
弁体２２を構成する弾性材料は気圧差が働くと伸び、通気すると気圧差は減少し、ついには元の状態に戻り通気は無くなるという繰り返しによっても、常にはじめの圧縮された通気性のない状態が維持されると好適である。このためには圧縮体であると圧縮永久ひずみ特性が優れていることが好適である。この圧縮は、圧縮率を圧縮前の材料の厚みの５％以上４０％以下とすることが好ましく、これによって気圧差が所定値未満の場合に確実に閉塞されたものとしやすい。
【００４６】
撥水膜体２４は、通気性を有する撥水性材料から構成された略円板形状の平板である。本実施形態では、撥水膜体２４の材料として通気性の撥水性材料を用いているが、これに限られることなく、防水性材料、弁体２２に対してインク成分が接触することを防止する膜であれば足り、臨界表面張力が大きい材料であってもよい。また通気性は、膜が導通口１２ｇ全体を塞がず少なくとも一部が貫通している場合については必要ではない場合がある。
【００４７】
本実施形態で用いられる撥水性材料は、それ自体通気性を有する材料であれば足りる。特に臨界表面張力が２５ｄｙｎ／ｃｍ以下である撥水性材料であると好適である。そのような材料として、各種樹脂膜、無機膜が用いられるが、フッ素樹脂、フッ素ゴムなどを好適に用いることができ、テフロン（登録商標）、すなわちポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いるとさらに好適である。
【００４８】
撥水膜体２４は、通気性を考慮して連通している複数の微細孔を有し、複数の微細孔の孔径は５μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以下とすると好適である。
【００４９】
押圧リング２６は、略円形状の平板の中央に略円形断面の貫通孔２６ａが形成された所謂ドーナツ型形状の平板である。本実施形態では、押圧リング２６をドーナツ形状とすることで、撥水膜体２４と弁体２２の間に空気層２９（図２参照）を形成するようにしている。この空気層により、例え撥水膜体２４を通過しても空気層２９があるので、より弁体２２にインク貯蔵部１０に貯えられたインクＭが達することを防止できるので好適である。
【００５０】
なお、本実施形態では所謂ドーナツ型形状の押圧リング２６を例示したがこれに限られることなく、空気層２９を形成できる構造のものを用いて代用することが可能である。すなわち撥水膜体２４と弁体２２の間に空気の層を形成できる部材形状、配置であれば代用することが可能である。本実施形態では上述の通り、弁体２２を均一に押圧するので好適であることから中空略円盤形状の押圧リング２６を用いている。
【００５１】
また、押圧リング２６は、本実施形態では金属を素材として形成されている。これにより、押圧リング２６の上下両面の平滑度が高められ、弁体２２や撥水膜体２４に均一な面圧が作用して互いの接触面の密着度を高め、これによりインクが漏れるのを阻止できるようにしている。
【００５２】
キャップ２８は、適宜の剛性を有する樹脂材で成形され、円板状の天井部２８ａと、その周縁から軸方向に延在する筒状の周面部２８ｂとを有する。天井部２８ａには、撥水膜体着座部１２ｆに対向する位置（図の下面）に平坦な面を成す環状の弁体着座部２８ｃが形成され、この弁体着座部２８ｃには３個の通気孔２８ｄが設けられている。
【００５３】
図２に戻って、キャップ２８の天井部２８ａと周面部２８ｂの内側における角部、換言すると、天井部２８ａの下面側の周縁（周面部２８ｂの内周側の付け根）には、薄肉で形成した弾性ヒンジＰが設けられる。こうして、弁体着座部２８ｃを形成する円状の突条部２８ｆの外側近傍に存するヒンジＰを基点として周面部２８ｂが弾性変形し易くなるようにしている。さらに、周面部２８ｂの下端は下端受容部１２ｉに当接しうるように形成されている。
【００５４】
本実施形態では、この下端が下端受容部１２ｉに当接することでキャップ２８の押し込み量を一定に制限し、空気流量制御部２０が無理に圧縮されるのを回避している。すなわち、周面部２８ａの下端は、キャップ２８を凹部１２ｅに装着する際に、一時的に下端受容部１２ｉに当接するストッパとして機能するようになっている。この結果、組み立て時において弁体２２や撥水膜体２４に過負荷が作用し、空気流量制御部２０の機能が低下するのを防止することができる。
【００５５】
なお、組み立てを完了した後は、弁体２２および撥水膜体２４の復元力によって、キャップ２８が上方に付勢され、キャップ２８の周面部２８ａの下端と下端受容部１２ｉの間には微小な隙間が形成されるようになっている。このようにすることで、凹部１２ｅにキャップ２８を装着した場合に、弁体２２、押圧リング２６および撥水膜体２４を、キャップ２８の弁体着座部２８ｃと凹部１２ｅの撥水膜体着座部１２ｈの間に適正な圧力で挟持することが可能となっている。
【００５６】
即ち、この空気流量制御部２０は、弾性変形可能とされることで、インク貯蔵部の内圧変化に応じて外部との間で正負双方向の空気交換を行わせる連通多孔質の弁体２２に対して、インクＭ側に当接するように押圧リング２６が配置され、更に押圧リング２６のインクＭ側には撥水膜体２４が当接するように配置される。更に、弁体２２の空気通過方向両外側には、弁体２２が弾性変形するための空隙が形成され、この撥水膜体２４、押圧リング２６、および弁体２２が挟圧保持される構造となる。
【００５７】
＜インク吐出部＞
インク吐出部３０は、図１に戻って、本体部１１の底面において、外側（図の下方）に向けて突出形成される円筒状の突出部３１と、本体部１１の底面において、内側（図の上方）に向けて突出形成される円筒状のシリンダ３４を備える。突出部３１の内部には円形断面の挿通孔１５が形成される。この挿通孔１５は、シリンダ３４側に進むにつれて小さくなるような、逆さのすり鉢形状となっている。シリンダ３４の内部にはガイド孔３４ａが形成される。挿通孔１５とガイド孔３４ａは同軸状態で連続している。
【００５８】
挿通孔１５及びガイド孔３４ａの内部には移動弁３３が配置されている。移動弁３３は、この挿通孔１５とガイド孔３４ａと間で隙間（遊び）を有しているので、移動弁３３の周囲には、ガイド孔３４ａを介して供給されるインクが保持される。移動弁３３は、シリンダ３４側のガイド孔３４ａに沿って移動して上下方向に案内される。この挿通孔１５（突出部３１）の下端にはリング状のシール部材３２が設けられている。更に、シリンダ３４側のガイド孔３４ａには、移動弁３３をシール部材３２に向けて付勢するコイルスプリング３５が収容される。このコイルスプリング３５の上端は、シリンダ３４の底部に当接し、コイルスプリング３５の下端は、移動弁３３と係合する。この結果、移動弁３３はガイド孔３４ａによって軸方向に案内され、コイルスプリング３５によって常にシール部材３２側に付勢される。
【００５９】
シール部材３２は略円筒状の部材であり、ゴム等の弾性材料から構成されている。このシール部材３２は、挿通孔１５に圧入する事で固定される。シール部材３２の上端は半径方向内側に突出しており、移動弁３３の下端が当接する。コイルスプリング３５の力に抗して、外部から移動弁３３を押しこむと、この当接状態が開放されて移動弁３３の周囲のインクが、シール部材３２から外部に吐出される。なお、このインクカートリッジをプリンタにセットした際は、常に、この当接状態は開放された状態にある。また、プリンタ側において印刷を行う際には、プリンタ側からインク吐出部３０に負圧が印加されて、インクＭを吸引するようになっている。
【００６０】
＜弁機構＞
シリンダ３４上端の近傍には弁機構７０が配置される。この弁機構７０は、インク貯蔵部１０の底面に対向して近接配置されるインク吸い込み口７４と、シリンダ３４に連結されるインク流出路７２を備えている。インク吐出部３０側からインク流出路７２を介して弁機構７０の内部に負圧が印加されると、弁機構７０内の弁が開放し、更にインク吸い込み口７４からインクＭを吸い上げて、インク流出路７２を介してインク吐出部３０にインクＭを供給する。一方、インク吐出部３０側からの負圧の印加が停止すると、弁機構７０の内部の弁が閉じて、機械的にインクＭの供給が遮断される。
【００６１】
図４（Ａ）は閉じた状態の弁機構７０の水平方向に沿った断面図、図４（Ｂ）は閉じた状態の弁機構７０の垂直方向に沿った断面図である。弁機構７０は、弾性弁７６、第１ケース７８、第２ケース８０、負圧形成空間８２、インク供給空間８４、バネ８６、変位規制部８８、遮断部９０を有する。
【００６２】
弾性弁７６は、シリコン等の弾性材料による円形薄膜であり、外周縁には環状に肉厚となる保持部７６Ａが形成され、中央には貫通孔７６Ｂが形成され、貫通孔７６Ｂを囲むように環状の肉厚部７６Ｃが形成される。貫通孔７６Ｂの内径は１．５ｍｍ以下、望ましくは１．０ｍｍ以下、より好ましくは０．８ｍｍ以下に設定される。なお、本実施形態では０．８ｍｍとなっている。更にこの弾性弁７６は、保持部７６Ａと肉厚部７６Ｃの間において、周方向に沿って屈曲部７６Ｄが形成されている。この屈曲部７６Ｄは、軸方向に向かって断面Ｕ字状に突出するように折れ曲がっている。従って弾性弁７６が半径方向に伸縮できるようになり、弾性変形時の柔軟性が高められる。
【００６３】
第１ケース７８は、概ね円形のプレート材料であって、弾性弁７６と平行且つ上流側に配置される。この第１ケース７８の外周縁には、環状の第１連結突起７８Ａが形成されており、この第１連結突起７８Ａが、後述する第２ケース８０と係合する。また、第１ケース７８における第１連結突起７８Ａの半径方向内側には、環状の第１弁固定突起７８Ｂが形成されており、弾性弁７６の保持部７６Ａに食い込んで係合する。更に、第１ケース７８の中央、即ち弾性弁７６の貫通孔７６Ｂと対向する場所には、遮断部９０が形成されている。この遮断部９０は貫通孔７６Ｂの周囲と当接する。弾性弁７６と第１ケース７８によって形成される空間を、ここではインク供給空間８４と定義する。従って、遮断部９０と弾性弁７６が当接すると、インク供給空間８４と貫通孔７６Ｂが遮断され、インクＭの供給が停止される。一方、遮断部９０と弾性弁７６が離反すると、インク供給空間８４と貫通孔７６Ｂが連通され、インクＭが供給される。
【００６４】
鉛直方向に沿って配置される第１ケース７８の下縁近傍には、インクＭを吸い上げるためインク吸引路７８Ｃが形成されている。即ち、インク供給空間８４はインク吸引路７８Ｃを介してインク貯蔵部１０と連通している。既に述べたように、インク吸引路７８Ｃの下端に形成されるインク吸い込み口７４は、インク貯蔵部１０の底面に対向して近接配置されていることから、このインク吸い込み口７４及びインク吸引路７８Ｃを介してインク供給空間８４内ににインクＭが吸い上げられる構造となっている。
【００６５】
第２ケース８０は、概ね円形のプレート材料であって、弾性弁７６と平行且つ下流側に配置される。第２ケース８０の外周縁には、環状の第２連結突起８０Ａが形成されており、第１ケース７８の第１連結突起７８Ａと係合する。第２ケース８０における第２連結突起８０Ａの半径方向内側には、環状の第２弁固定突起８０Ｂが形成される。弾性弁７６の周縁は、第１ケース７８の第１弁固定突起７８Ｂと、第２ケース８０の第２弁固定突起８０Ｂによって周方向に沿って挟持される。
【００６６】
更に、第２ケース８０の中央、即ち弾性弁７６の貫通孔７６Ｂと対向する場所には、変位規制部８８が形成されており、弾性弁７６の貫通孔７６Ｂの周囲と当接する。弾性弁７６と第２ケース８０によって形成される空間を、ここでは負圧形成空間８２と定義する。詳細は後述するが、変位規制部８８にはバネ８６が設けられており、このバネ８６によって弾性弁７６の肉厚部７６Ｃを第１プレート７８の遮断部９０側に付勢する。負圧形成空間８２に負圧が印加されると、バネ８６の付勢に抗して弾性弁７６が負圧形成空間８２側に弾性変形して、肉厚部７６Ｃが第２ケース８０側に移動して変位規制部８８に当接する。この結果、肉厚部７６Ｃの変位量が変位規制部８８によって制限される。
【００６７】
シリンダ３４に連結されるインク流出路７２は、鉛直方向に沿って配置される第２ケース８０の側部近傍に形成される。即ち、負圧形成空間８２はインク流出路７２を介して、インク吐出部３０のシリンダ３４と連通している。
【００６８】
第１プレート７８に形成される遮断部９０は、弾性弁７６側に突出する環状の遮断突起９０Ａを備えている。この遮断突起９０Ａは、弾性弁７６側に向かって次第に径が小さくなるような部分円錐形状の傾斜面９０Ｂを有している。この遮断突起９０Ａの突端は、貫通孔７６Ｂの周囲を囲むようにして弾性弁７６に当接する。面接触させる場合と比較して、遮断突起９０Ａを弾性弁７６に線接触させることで、接触部分の圧力が高くなる。この結果、インク供給空間８４と貫通孔７６Ｂの間の遮断力が高められる。更に、遮断突起９０Ａの突端の直径は、貫通孔７６Ａの内径（０．８ｍｍ）よりも大きく設定され、一方で、バネ８６の内径と略同等またはそれ以下に設定される。具体的にバネ８６の内径は約２．５ｍｍであることから、遮断突起９０Ａの突端の直径は、０．８ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内で設定される。なお、本実施形態では約２ｍｍに設定される。このようにすることで、バネ８６によって付勢される弾性弁７６の肉厚部７６Ｃが、遮断突起９０Ａの傾斜面９０Ｂに沿って変形するので、互いの密着性が良好になる。
【００６９】
第２プレート８０に形成される変位規制部８８は、図５に示されるように、弾性弁７６側に突出する円形の突起となっている。変位規制部８８の突端面８８Ｅは、弾性弁７６の貫通孔７６Ｂ及び肉厚部７６Ｃと当接することで、肉厚部７６Ｃの変位量を規制する。更にこの変位規制部８８には、環状溝８８Ａが形成されており、この環状溝８８Ａに囲まれる範囲が円形の中央突起８８Ｄとなる。この中央突起８８Ｄの外周壁の外径（環状溝８８Ａの内側径）は、バネ８６の内径よりも僅かに小さく設定されていることから、この中央突起８８Ｄがバネ８６の内側に嵌り込むようにして、バネ８６の一端が保持される。なお、弾性弁７６の肉厚部７６Ｃの外径もバネ８６の内径よりも僅かに小さく設定されていることから、この肉厚部７６Ｃがバネ８６の内側に嵌り込むようにして、バネ８６の他端が保持されている。即ち、肉厚部７６Ｃと中央突起８８Ｄの外径は略同じに設定される。
【００７０】
図４に示したように、このバネ８６が、弾性弁７６の肉厚部７６Ｃを遮断部９０側に付勢することにより、肉厚部７６Ｃが遮断部９０に当接する際、遮断部９０の遮断突起９０Ａが肉厚部７６Ｃに１ｍｍ程度食い込むようになっている。この状態において、弾性弁７６（肉厚部７６Ｃ）と突端面８８Ｅの隙間は５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下に設定され、ここでは３ｍｍとなっている。図６に示されるように、弾性弁７６の肉厚部７６Ｃと遮断部９０が離反し、この肉厚部７６Ｃが変位規制部８８側に当接する際、弾性弁７６（肉厚部７６Ｃ）と、遮断部９０の遮断突起９０Ａの突端の隙間は４ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下に設定され、ここでは２ｍｍとなっている。
【００７１】
変位規制部８８の環状溝８８Ａの内側には、半径方向に延びる内側スリット８８Ｂが１本形成されている。また、変位規制部８８の環状溝８８Ａの外側にも、半径方向に延びる外側スリット８８Ｃが周方向に９０度間隔で４本形成されている。内側スリット８８Ｂ、及び外側スリット８８Ｃは、弾性弁７６の貫通孔７６Ｂから流れ込んだインクＭが、この変位規制部８８から負圧形成空間８２側に流れ出るための流路として機能する。
【００７２】
次に、このインク貯蔵容器１００の動作について説明する。
【００７３】
図１のように、インク貯蔵部１０にインクＭが溜まっている状態で、特に図示しないインクジェットプリンタにセットされると、インク吐出部３０の移動弁３３が上方に押し上げられる。なお、この状態では、弁機構７０は図４に示した状態となっており、バネ８６によって、弾性弁７６の肉厚部７６Ｃが遮断部９０側に変位して当接され、インク供給空間８４と貫通孔７６Ｂが遮断される。この結果、インクＭが漏れ出さないようになっている。
【００７４】
印刷を行う際には、インクジェットプリンタ側からインク吐出部３０に負圧が印加される。この負圧は、インク流出路７２を介して負圧形成空間８２に印加され、この負圧によって、弾性弁７６がバネ８６の力に抗して負圧形成空間８２側に弾性変形する。この結果、インク供給空間８４と貫通孔７６Ｂが連通されるので、負圧形成空間８２側の負圧が貫通孔７６Ｂを介してインク供給空間８４にも印加される。この負圧によって、インク貯蔵部１０内のインクＭは、インク吸い込み口７４及びインク吸引路７８Ｃを介してインク供給空間８４に吸い上げられ、貫通孔７６Ｂに流れ込み、変位規制部８８のスリット８８Ｂ、８８Ｃを経て負圧形成空間８２に供給される。このインクＭは、インク流出路７２からインク吐出部３０を経てインクジェットプリンタに吐出される。
【００７５】
この過程で、インク貯蔵部１０内のインクＭの量が減少するので、インクＭの上方の空間Ｓも負圧となる。空気流量制御部２０は、内部と外部の間で必要以上の気圧差が生じる場合、弁体２２が微少な弾性変形により伸び、これにより微細孔が押し広げられて通気性が惹起し、気圧の高い側から低い側へ空気が流入して空気流量の制御を行う。しかし、所望（定格）の気圧差が生じない場合は、弁体２２の弾性変形量が小さいので空気交換が行われない。即ち、この空気流量制御部２０の気圧バイアスによって、基本的にインクＭの上方の空間Ｓは負圧に維持される。
【００７６】
インクジェットプリンタによる印刷が終了し、インク吐出部３０に対する負圧の印加が停止すると、負圧形成空間８２の負圧が無くなるので、図４のようにバネ８６の付勢力によって弾性弁７６が遮断部９０側に変位して、インクＭの供給が停止される。この際、変位規制部８８によって、弾性弁７６の変形量が２ｍｍに設定されていることに加えて、空気流量制御部２０によって内部空間Ｓ側に負圧のバイアスが作用しているので、弁機構７０が素早く閉じられるので、インクＭの漏れが抑制される。
【００７７】
以上、本実施形態のインク貯蔵容器１００によれば、弁機構７０によってインクの供給経路が機械的に開閉するので、インクジェットプリンタにセットされた状態における未使用時（印刷を行わないとき）のインクの漏れを防止できる。特に、この弁機構７０は、弾性弁７６の変位量を変位規制部８８によって５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下に制限しているので、開閉の応答性が向上する。特に、開状態から閉状態に移行する際には、その変位量が約４ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下の移動によって弾性弁７６と遮断部９０が接触するようにしているので、素早く閉じることが出来る。
【００７８】
更に、弁機構７０の肉厚部７６Ｃがバネ８６の内周に嵌り込んでいるので、開閉動作中の肉厚部７６Ｃの安定性が増し、肉厚部７６Ｃの位置ずれが低減する。この結果、肉厚部７６Ｃと遮断部９０の当接状態や、肉厚部７６Ｃと変位規制部８８の当接状態が良好となり、製品の信頼性を高めることが出来る。
【００７９】
また、インクジェットプリンタ側からインク吐出部３０に負圧が印加される際、弁機構７０を素早く開くためには、バネ８６の力を出来る限り弱くすることが好ましい。一方で、インクジェットプリンタによる印字が終了しても、インクジェットプリンタから弁機構７０に積極的に正圧が印加される訳ではないため、弁機構７０の弾性弁７６は時間（例えば１時間程度）をかけながら徐々に閉じていく。この時間を出来る限り短くするには、バネ８６の力を強くすることが好ましい。即ち、弁機構７０において、素早く開くことと、素早く閉じることは矛盾関係にある。
【００８０】
そこで本実施形態では、空気流量制御部２０と弁機構７０を併用し、バネ８６の力を出来る限り弱くすることでこの矛盾を解消している。例えば、弁機構７０にセットされたバネ８６は、弾性弁７６が閉じた状態において、３ｇｆ（重量グラム）〜２０ｇｆ（重量グラム）の弱い力（ここでは５ｇｆ）で弾性弁７６を付勢する。空気流量制御部２０は、インク貯蔵容器１００の内圧を、大気圧と比較して微小な負圧状態（−２０ｍｍＨ２Ｏ）に維持し、それ以上の気圧差が生じる際、時間をかけながら通気性を確保する。従って、印字時にインクジェットプリンタ側からインク吐出部３０に負圧が印加されると、バネ８６の付勢力が比較的弱いため、弾性弁７６が素早く開く。印字中は、弁機構７０に負圧が継続して印加され、且つインク量も減少するので、インク貯蔵容器１００の内圧が更に低下する。この負圧により、空気流量制御部２０の弁体２２に通気性が生じ、容器外から大気を取り込むが、これにはある程度の時間が必要となるため、印字中はインク貯蔵容器１００の内圧は下がり続けて、例えば−２００ｍｍＨ２Ｏの負圧状態まで低下する。
【００８１】
インクジェットプリンタによる印字が終了しても、空気流量制御部２０が通気抵抗を生じさせるので、インク貯蔵容器１００の内圧はしばらくの間−４０ｍｍＨ２Ｏ近傍に維持される（これを時間差作用と呼ぶ）。従って、バネ８６の復元力に加えて、インク貯蔵容器１００内の負圧が、弾性弁７６を強制的に復帰させようとするので、例えば３０分以内で弾性弁７６を素早く閉じさせる。弾性弁７６が閉じた後も、空気流量制御部２０のバイアス作用によって内圧が−２０ｍｍＨ２Ｏに維持されるので、環境変化や振動等が生じても、弾性弁７６が想定外に開いてしまうことを防止できる。
【００８２】
以上の結果、空気流量制御部２０と弁機構７０の相乗効果によって、開閉動作の双方の応答性をより高めることが可能となる。
【００８３】
また、このように空気流量制御部２０と弁機構７０を併用することで、仮に一方の機能が失われても、インク漏れを抑制することが可能となる。例えば、何らかの理由で弾性弁７６が閉じなくなっても、空気流量制御部２０が容器内を負圧に維持できるので、インクが漏れにくい。同様に、空気流量制御部２０の弁体２２が損傷して、インク貯蔵容器１００の内部が常に大気圧となってしまっても、弁機構７０が存在するのでインクが漏れにくい。
【００８４】
また、インク貯蔵容器１００は、弁構造７０の変位規制部８８内にスリット８８Ａ（インク用流路）が形成されるので、弾性弁７６の変位量を規制しながらも、貫通孔７６Ｂを利用したインクの供給を円滑に行うことが出来る。また、貫通孔７６Ｂの内径を１ｍｍ以下に設定しつつ、その周囲を肉厚部７６Ｃで囲っているので、弾性弁７６の貫通孔７６Ｃ近辺の剛性が部分的に増し、変形量を小さくすることがでｋる。この結果、遮断部９０や変位規制部８８と当接する際の密着精度が増大する。更に、この遮断部９０における遮断突起９０Ａの直径と比較して、バネ８６の内径が同等またはそれ以上に設定されるので、バネ８６が弾性弁７６を押し広げるようにして付勢して、遮断突起９０Ａとの密着性を高めることが出来る。
【００８５】
なお、本実施形態では、シリンダ３４を介してインクＭを供給する構造としたが、本発明はこれに限定されず、例えば、シリンダ３４とは別の部位からインクＭを供給するようにしても良い。
【００８６】
以上、本発明を実施形態により詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も本発明の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、インク貯蔵容器、特にインクジェットプリンタ用のインクカートリッジとして利用できる。
【符号の説明】
【００８８】
１０ インク貯蔵部
１１ 本体部
１２ 上面部
１３ インク貯蔵部の内部
２０ 空気流量制御部
２２ 弁体
２４ 撥水膜体
３０ インク吐出部
３３ 移動弁
３４ シリンダ
７０ 弁機構
７２ インク流出路
７４ インク吸い込み口
７６ 弾性弁
８２ 負圧形成空間
８４ インク供給空間
８６ バネ
８８ 変位規制部
９０ 遮断部
１００ インク貯蔵容器
Ｍ インク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁機構、及び該弁機構を備えたインクを内部に貯留するインク貯蔵容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
インク貯蔵容器の例としては筆記具のインクタンクや、インクジェットプリンタのインク（タンク）カートリッジなどがある。これらは文字や画像を形成する筆記や印刷に消費されたインク量に対応して外気をタンク内に取込んで空気交換し、タンク内の気圧変化がインクの消費に悪影響を及ぼさないようにした機構とされており、その機構としては、外気の取込み口として単なる孔を形成したものや、液体は通さないが通気のみを行う弁機構付きの通気路を形成したものを挙げることができる。
【０００３】
しかし、外気の取込み口として単なる孔を設けたものでは、この孔からのインクが漏れてしまう可能性がある。また、単に気体は通すが液体は通さない膜を配置しただけのものでは、インクカートリッジの内部が大気圧と同一になるため、インクが吐出口から吹き出してしまう可能性がある。そこで、スポンジなどのインク吸蔵体をインク吐出口上に配置して、インクを保持する必要がある。
【０００４】
ところが、このようにスポンジなどのインク吸蔵体によってインクを保持したのでは、インク吸蔵体を有しない空のインク貯蔵部に比べてインク保持量が少なくなり、それだけ同体積におけるインク量の減少による印字数が少なくなる。
【０００５】
そこで、特許文献１又は２に開示されているように、例えば、空気の流量を制御可能な空気流量制御部を、貯蔵容器の上蓋に内蔵するインク貯蔵容器が提案されている。このインク貯蔵容器によれば、インク吸蔵体を容器内部に配置したものと比べて、インク保持量が少なくなってしまうことを回避し、更に、この空気流量制御部によって容器内部を負圧にすることができるので、内部のインクが、吐出ノズルから安易に吹き出てしまうことを防止できる。
【０００６】
また、特許文献３に開示されているように、インクカートリッジの内部に、貫通孔を有しない弾性部材を利用した弁を配置し、この弾性部材の一方の面側には負圧発生専用空間を形成し、他方の面にはインク供給専用空間を形成することで、弾性部材の変形によってインクの供給を制御する弁機構が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２７７７７７号公報
【特許文献２】特許４２４６７８７号公報
【特許文献３】特許３９９１８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献２等に記載のインク貯蔵容器は、基本的に極めて優れたものであり、容器内の気圧が適切に負圧に維持されるので、安定した印刷が可能である。一方、本発明者らの未公知の実験によると、この種のインク貯蔵容器では、空気側の流量を制御することで、間接的にインクの吐出を制御する構造であるため、プリンタ側のトラブル等によって、プリンタ側のインク吸引力が増大すると、インクが出過ぎてしまう恐れがあった。
【０００９】
また、特許文献３の弁機構では、負圧発生専用空間とインク供給専用空間をそれぞれ設ける必要があるため、弁構造が複雑化するという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、インク貯蔵容器におけるインク貯蔵用空間の利用効率を極大化しつつも、インクの過大吐出等を抑制し、環境変化やプリンタ側のトラブル等を含めた、微少な気圧変化から大きな気圧変化に亘って、安定したインク吐出制御を確実に行えるインク貯蔵容器を提供することをその主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成する本発明は、インク貯蔵容器内に配置されてインク貯蔵部とインク吐出部の間に配置される弁機構であって、弾性変形可能な膜状に構成され、且つ貫通する貫通孔を備える弾性弁と、前記弾性弁の下流側に配置され、前記吐出口と連通される負圧形成空間と、前記弾性弁の上流側に配置され、前記インク貯蔵部と連通されることで前記弾性弁側にインクを供給するインク供給空間と、前記インク供給空間側に配置されて前記弾性弁と当接し、前記インク供給空間と前記貫通孔の間を遮断する遮断部と、前記負圧形成空間側に配置されて、前記弾性弁を前記インク供給空間側に付勢して前記遮断部と前記弾性弁を当接させるバネと、を備え、前記負圧形成空間に印加される負圧により、前記バネの付勢に抗して前記弾性弁が下流側に変位して、前記遮断部と前記弾性弁が離反し、前記インク供給空間から前記貫通孔を介して前記負圧形成空間にインクが流れることを特徴とする弁機構である。
【００１２】
上記目的を達成する弁機構の前記負圧形成空間には、更に、前記弾性弁が下流側に変位する際に前記貫通孔の近傍と当接して、前記弾性弁の変位量を制限する変位規制部を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成する弁機構の前記変位規制部内には、更に、前記弾性弁と当接した状態で前記貫通孔と前記負圧形成空間を連通させるスリットが形成されることを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成する弁機構は、更に、前記変位規制部によって、前記バネの一端が保持されることを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成する弁機構の前記変位規制部は、更に、前記バネの内側に嵌り込んで前記バネを一端を保持する円形突起を有していることを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成する弁機構は、更に、前記弾性弁が前記バネに付勢されて前記遮断部と当接した状態で、前記変位規制部と前記弾性弁の間の隙間が３ｍｍ以下に設定されることを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成する弁機構は、更に、前記弾性弁が前記バネに抗して前記変位規制部と当接した状態で、前記遮断部と前記弾性弁の間の隙間が２ｍｍ以下に設定されることを特徴とする。
【００１８】
上記目的を達成する弁機構は、更に、前記貫通孔の内径は１．５ｍｍ以下に設定されることを特徴とする。
【００１９】
上記目的を達成する弁機構の前記弾性弁には、更に、前記貫通孔の外周を囲う環状の肉厚部が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
上記目的を達成する弁機構の前記肉厚部は、更に、前記バネの内側に嵌り込んで前記バネの他端を保持することを特徴とする。
【００２１】
上記目的を達成する弁機構は、更に、前記肉厚部の最大外径は２ｍｍ以上に設定されることを特徴とする。
【００２２】
上記目的を達成する弁機構の前記遮断部は、更に、前記弾性弁の前記貫通孔の外周近傍を囲む環状の遮断突起が形成され、前記バネの内径は、前記遮断突起の外径と同等又は大きく設定されることを特徴とする。
【００２３】
上記目的を達成する弁機構の前記インク供給空間は、更に、前記インク貯蔵部の底面に対向した状態で近接配置されるインク吸い込み口を有することを特徴とする。
【００２４】
上記目的を達成する本発明は、上記のいずれかに記載の弁機構と、前記インク貯蔵部の上方側に設けられて内外間の空気流量を制御する空気流量制御部と、を備えることを特徴とするインク貯蔵容器である。
【００２５】
上記目的を達成するインク貯蔵容器の前記空気流量制御部は、更に、通常時は空気を流通させないが、前記インク貯蔵部の内圧変化に応じて外部との間で空気交換を行わせる弾性変形可能な連通多孔質の弁体と、前記弁体よりも前記インク貯蔵部側に配設されて通気性を有しかつ撥水処理を施された撥液膜体と、を備えることを特徴とする。
【００２６】
上記目的を達成するインク貯蔵容器は、更に、前記インク貯蔵部の下方側に設けられる前記インク吐出部に、外部部材からの付勢によって上下動する移動弁を備え、該移動弁の上下動によって前記インクの吐出・停止を切り替えるようになっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、インクの供給を常に安定させることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係るインク貯蔵容器の構造を示す断面図である。
【図２】空気流量制御部の断面図である。
【図３】空気流量制御部が備える各部材の斜視図である。
【図４】閉状態における、弁機構の（Ａ）水平方向に沿った断面図、（Ｂ）鉛直方向に沿った断面図である。
【図５】弁機構の第２プレートを示す平面図である。
【図６】開状態における、弁機構の（Ａ）水平方向に沿った断面図、（Ｂ）鉛直方向に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の例について詳細に説明する。なお、以下の各実施形態におけるインク貯蔵容器は、インクジェットプリンタ用のインクカートリッジに適用した場合を例に挙げて説明する。
【００３０】
図１は、本実施形態に係るインク貯蔵容器１００の構造を示す断面図である。インク貯蔵容器１００は、適宜の合成樹脂から構成されており、同図に示されるように、内部にインクＭを貯蔵するインク貯蔵部１０と、インク貯蔵部１０の内外間で空気の流量を制御する空気流量制御部２０と、インク貯蔵部１０に貯蔵されたインクＭの吐出を制御するためのインク吐出部３０と、インク貯蔵部１０とインク吐出部３０の間に配置される弁機構７０を有して構成されている。
【００３１】
＜インク貯蔵部＞
インク貯蔵部１０は、上部が開口した中空の本体部１１と、本体部１１の開口を塞ぐ蓋として上部に組み合わされる上面部１２から構成されている。本体部１１は、図の縦横の寸法よりも奥行きの寸法が小さい略直方体状に形成されている。本体部１１の底部には、インク吐出部３０が設けられている。
【００３２】
上面部１２は、平面視（図の上から見た場合）が横長の長方形板状である天板１２ａと、天板１２ａの周縁のやや内側の下面から下方に向けて突出する嵌合壁１２ｂから構成されている。上面部１２は、この嵌合壁１２ｂを本体部１１の内部に嵌合させることによって本体部１１と組み合わされる。
【００３３】
＜空気流量制御部＞
図１に示されるように、上面部１２の天板１２ａには、図の右側の長手方向端部の近傍に空気流量制御部２０が設けられている。図２は、空気流量制御部２０の断面図である。同図に示されるように、上面部１２の天板１２ａには、陥没する平断面円形状の凹部１２ｅが形成されており、空気流量制御部２０は、この凹部１２ｅ内に収容される弁体２２、撥水膜体２４、押圧リング２６およびキャップ２８を備えている。空気流量制御部２０は、凹部１２ｅ内に撥水膜体２４を載置し、その上に押圧リング２６を載置し、さらにその上に弁体２２を載置した上で、これらの上からキャップ２８を凹部１２ｅに嵌合させ、弁体２２、撥水膜体２４および押圧リング２６をキャップ２８と凹部１２ｅの間に挟持することによって構成されている。
【００３４】
凹部１２ｅの底部１２ｆには、その中央においてインク貯蔵部１０の内部１３に連通する円形断面の導通口１２ｇが穿たれている。この導通口１２ｇは、内部１３に向けて内径が拡大するように形成されている。なお、この導通口１２ｇの内面および周縁部に撥水処理加工を施すようにしてもよい。撥水処理加工を施すことで、導通口１２ｇの内面および周縁部、または撥水膜体２４下面に付着するインクを効率的に滴下し、導通口１２ｇまたは撥水膜体２４の詰りを未然に防止することができる。
【００３５】
底部１２ｆの導通口１２ｇの周囲には、撥水膜体着座部１２ｈと下端受容部１２ｉが設けられている。撥水膜体着座部１２ｈは、撥水膜体２４を位置決めして受け止める環状の窪み（環状の段部）である。下端受容部１２ｉは、この撥水膜体着座部１２ｈの外周に同心円状に設けられる環状溝であり、後述するキャップ２８の周面部２８ｂの下端を受容する構造となっている。
【００３６】
撥水膜体着座部１２ｈは、オレフィン系樹脂素材によって成型されると共に平滑面として形成され、これにより、撥水膜体２４が撥水膜体着座部１２ｈに着座したときに、撥水膜体２４の撥水膜体着座部１２ｈに対する密着度を高め、インクＭが接触面の間から浸入するのを極力抑制するように設定されている。特に、オレフィン系樹脂素材は濡れ性が低いため、撥水効果が高い。従って、撥水膜体２４と密着することで、その隙間にインクが浸入できないようになっている。なお、オレフィン系樹脂としては、ポリプロピレンや、ポリエチレン等の各種素材があるが、本実施形態ではポリプロピレンを採用している。
【００３７】
撥水膜体着座部１２ｈと下端受容部１２ｉの間には、図の上方に向けて突出する環状の突条部１２ｊが形成されている。この突条部１２ｊは、撥水膜体２４が横方向にずれないように位置決めすると共に、キャップ２８の周面部２８ｂの進入を円滑にするガイドとしても機能するようになっている。
【００３８】
図３は、空気流量制御部２０が備える各部材の斜視図である。同図に示されるように、弁体２２は、複数の微細孔が連通した弾性材料からなる略円板形状の平板であり、例えばポリウレタン等の素材を圧縮多孔体とすることにより構成される。
【００３９】
弁体２２は、インク貯蔵部１０の内部１３と外部との間に気圧差がない通常時には、通気性が遮断され空気の出入りはないが、所定値以上の気圧差が生じた場合には、微少な弾性変形により伸び、これにより微細孔が押し広げられて通気性が惹起し、気圧の高い側から低い側へ空気が流入することで、空気流量の制御を行う機能が発揮されるように構成されている。
【００４０】
すなわち、空気流量制御部２０は、外部とインク貯蔵部１０の内部１３との気圧差に応じてこの弁体２２の複数の微細孔を通過する空気量が変化し、この変化によって外部からインク貯蔵部１０の内部１３への空気流量を制御する機能を有するものである。なお、弁体２２の材質や構造等は特に限定されるものではなく、弁体２２として上記特許文献１で開示されたものや市販品を採用することができる。
【００４１】
弁体２２は、本実施形態では圧縮体として、圧縮した場合に通気性がないようにしている。すなわち、弾性材料からなる連通多孔体を通気性がなくなるまで圧縮して、圧縮多孔体を作ることで空気流量制御機能をより発揮できるように加工している。このような圧縮多孔体では、内部において、連通多孔体を構成している弾性体が押し潰され折り重なってできた不定形の空間が多数形成されているが、圧縮された状態では通気性がなくなる。ところが、圧縮多孔体内で形成された多数の不定形の空間は連通されているので、内外の気圧差が生じた場合、弁体２２が延びることによって生じた所定の気圧差以上によって、外部から圧縮多孔体の内部へと空気が押し込まれ、空気は、圧縮多孔体内にネットワークされた空間を結んでいる通気孔を押し広げながら、弁体を変形させ、圧縮多孔体の反対側、すなわちインク貯蔵部１０の内部１３側へ移動することで通気性を生じる。
【００４２】
この通気量（空気流量）は、圧縮多孔体内にネットワークされた空間の通りやすさによって決められるので気圧差が大きい場合には弁体２２は大きく伸び、圧縮多孔体内にネットワークされた空間中を空気が通りやすくなり、通気量は大きくなる。一方、所定の気圧差以上であって気圧差が小さい場合には弁体２２は小さく伸び、圧縮多孔体内にネットワークされた空間中を空気が通る量は少なくなり、通気量は小さくなる。弁体２２による通気によって気圧差が減少した場合、弁体２２も縮み、通気量が少なくなる。さらに所定の気圧差未満となった場合、弁体２２が再び圧縮されるため弁体２２の通気性はなくなる。このように気圧差の大きさに応じて通気量も応じるので迅速で適切なインク貯蔵部１０内の気圧を一定化する気圧調整が可能となる。
【００４３】
外部（大気）とインク貯蔵部１０内部との気圧差がどの程度で弁体２２の通気性を生じさせるようにするかは、連通多孔、圧縮の程度などを適宜選択して決めればよいが、例えば、気圧差が２０ｍｍＨ２Ｏ以下のときは通気性が無く、気圧差が２０ｍｍＨ２Ｏ以上のときは通気性が有るように圧縮するようにすると好適である。
【００４４】
弁体２２を構成する弾性材料は複数の微細孔を有するもので伸びた状態でこの微細孔を通過するものであれば足りるが、例えば、ポリプロピレン、各種ゴム、各種エラストマーを挙げることができる。連通多孔孔質体の場合には、ゴム及び／又はプラスチック原料に不活性ガス、分解性発泡剤、揮発性有機液体を混合し、内部に気泡を形成することにより発砲させて連通多孔を形成したものや、ゴム・プラスチック原料に炭酸カルシウムなどの無機粒子を混練りしたものを板状に形成した後、無機粒子を溶出して連通多孔を形成したもの等が挙げられ、前記ゴム及び／又はプラスチック原料としては、弾性材料として、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ネオプレンゴム、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリロニトリルブタジエン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリウレタン、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。中でも特に、液体に対しての耐久性や、連通多孔質体の形成しやすさ、生産性等を考慮するとエーテル系ポリウレタン樹脂などが好適である。
【００４５】
弁体２２を構成する弾性材料は気圧差が働くと伸び、通気すると気圧差は減少し、ついには元の状態に戻り通気は無くなるという繰り返しによっても、常にはじめの圧縮された通気性のない状態が維持されると好適である。このためには圧縮体であると圧縮永久ひずみ特性が優れていることが好適である。この圧縮は、圧縮率を圧縮前の材料の厚みの５％以上４０％以下とすることが好ましく、これによって気圧差が所定値未満の場合に確実に閉塞されたものとしやすい。
【００４６】
撥水膜体２４は、通気性を有する撥水性材料から構成された略円板形状の平板である。本実施形態では、撥水膜体２４の材料として通気性の撥水性材料を用いているが、これに限られることなく、防水性材料、弁体２２に対してインク成分が接触することを防止する膜であれば足り、臨界表面張力が大きい材料であってもよい。また通気性は、膜が導通口１２ｇ全体を塞がず少なくとも一部が貫通している場合については必要ではない場合がある。
【００４７】
本実施形態で用いられる撥水性材料は、それ自体通気性を有する材料であれば足りる。特に臨界表面張力が２５ｄｙｎ／ｃｍ以下である撥水性材料であると好適である。そのような材料として、各種樹脂膜、無機膜が用いられるが、フッ素樹脂、フッ素ゴムなどを好適に用いることができ、テフロン（登録商標）、すなわちポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いるとさらに好適である。
【００４８】
撥水膜体２４は、通気性を考慮して連通している複数の微細孔を有し、複数の微細孔の孔径は５μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以下とすると好適である。
【００４９】
押圧リング２６は、略円形状の平板の中央に略円形断面の貫通孔２６ａが形成された所謂ドーナツ型形状の平板である。本実施形態では、押圧リング２６をドーナツ形状とすることで、撥水膜体２４と弁体２２の間に空気層２９（図２参照）を形成するようにしている。この空気層により、例え撥水膜体２４を通過しても空気層２９があるので、より弁体２２にインク貯蔵部１０に貯えられたインクＭが達することを防止できるので好適である。
【００５０】
なお、本実施形態では所謂ドーナツ型形状の押圧リング２６を例示したがこれに限られることなく、空気層２９を形成できる構造のものを用いて代用することが可能である。すなわち撥水膜体２４と弁体２２の間に空気の層を形成できる部材形状、配置であれば代用することが可能である。本実施形態では上述の通り、弁体２２を均一に押圧するので好適であることから中空略円盤形状の押圧リング２６を用いている。
【００５１】
また、押圧リング２６は、本実施形態では金属を素材として形成されている。これにより、押圧リング２６の上下両面の平滑度が高められ、弁体２２や撥水膜体２４に均一な面圧が作用して互いの接触面の密着度を高め、これによりインクが漏れるのを阻止できるようにしている。
【００５２】
キャップ２８は、適宜の剛性を有する樹脂材で成形され、円板状の天井部２８ａと、その周縁から軸方向に延在する筒状の周面部２８ｂとを有する。天井部２８ａには、撥水膜体着座部１２ｆに対向する位置（図の下面）に平坦な面を成す環状の弁体着座部２８ｃが形成され、この弁体着座部２８ｃには３個の通気孔２８ｄが設けられている。
【００５３】
図２に戻って、キャップ２８の天井部２８ａと周面部２８ｂの内側における角部、換言すると、天井部２８ａの下面側の周縁（周面部２８ｂの内周側の付け根）には、薄肉で形成した弾性ヒンジＰが設けられる。こうして、弁体着座部２８ｃを形成する円状の突条部２８ｆの外側近傍に存するヒンジＰを基点として周面部２８ｂが弾性変形し易くなるようにしている。さらに、周面部２８ｂの下端は下端受容部１２ｉに当接しうるように形成されている。
【００５４】
本実施形態では、この下端が下端受容部１２ｉに当接することでキャップ２８の押し込み量を一定に制限し、空気流量制御部２０が無理に圧縮されるのを回避している。すなわち、周面部２８ａの下端は、キャップ２８を凹部１２ｅに装着する際に、一時的に下端受容部１２ｉに当接するストッパとして機能するようになっている。この結果、組み立て時において弁体２２や撥水膜体２４に過負荷が作用し、空気流量制御部２０の機能が低下するのを防止することができる。
【００５５】
なお、組み立てを完了した後は、弁体２２および撥水膜体２４の復元力によって、キャップ２８が上方に付勢され、キャップ２８の周面部２８ａの下端と下端受容部１２ｉの間には微小な隙間が形成されるようになっている。このようにすることで、凹部１２ｅにキャップ２８を装着した場合に、弁体２２、押圧リング２６および撥水膜体２４を、キャップ２８の弁体着座部２８ｃと凹部１２ｅの撥水膜体着座部１２ｈの間に適正な圧力で挟持することが可能となっている。
【００５６】
即ち、この空気流量制御部２０は、弾性変形可能とされることで、インク貯蔵部の内圧変化に応じて外部との間で正負双方向の空気交換を行わせる連通多孔質の弁体２２に対して、インクＭ側に当接するように押圧リング２６が配置され、更に押圧リング２６のインクＭ側には撥水膜体２４が当接するように配置される。更に、弁体２２の空気通過方向両外側には、弁体２２が弾性変形するための空隙が形成され、この撥水膜体２４、押圧リング２６、および弁体２２が挟圧保持される構造となる。
【００５７】
＜インク吐出部＞
インク吐出部３０は、図１に戻って、本体部１１の底面において、外側（図の下方）に向けて突出形成される円筒状の突出部３１と、本体部１１の底面において、内側（図の上方）に向けて突出形成される円筒状のシリンダ３４を備える。突出部３１の内部には円形断面の挿通孔１５が形成される。この挿通孔１５は、シリンダ３４側に進むにつれて小さくなるような、逆さのすり鉢形状となっている。シリンダ３４の内部にはガイド孔３４ａが形成される。挿通孔１５とガイド孔３４ａは同軸状態で連続している。
【００５８】
挿通孔１５及びガイド孔３４ａの内部には移動弁３３が配置されている。移動弁３３は、この挿通孔１５とガイド孔３４ａと間で隙間（遊び）を有しているので、移動弁３３の周囲には、ガイド孔３４ａを介して供給されるインクが保持される。移動弁３３は、シリンダ３４側のガイド孔３４ａに沿って移動して上下方向に案内される。この挿通孔１５（突出部３１）の下端にはリング状のシール部材３２が設けられている。更に、シリンダ３４側のガイド孔３４ａには、移動弁３３をシール部材３２に向けて付勢するコイルスプリング３５が収容される。このコイルスプリング３５の上端は、シリンダ３４の底部に当接し、コイルスプリング３５の下端は、移動弁３３と係合する。この結果、移動弁３３はガイド孔３４ａによって軸方向に案内され、コイルスプリング３５によって常にシール部材３２側に付勢される。
【００５９】
シール部材３２は略円筒状の部材であり、ゴム等の弾性材料から構成されている。このシール部材３２は、挿通孔１５に圧入する事で固定される。シール部材３２の上端は半径方向内側に突出しており、移動弁３３の下端が当接する。コイルスプリング３５の力に抗して、外部から移動弁３３を押しこむと、この当接状態が開放されて移動弁３３の周囲のインクが、シール部材３２から外部に吐出される。なお、このインクカートリッジをプリンタにセットした際は、常に、この当接状態は開放された状態にある。また、プリンタ側において印刷を行う際には、プリンタ側からインク吐出部３０に負圧が印加されて、インクＭを吸引するようになっている。
【００６０】
＜弁機構＞
シリンダ３４上端の近傍には弁機構７０が配置される。この弁機構７０は、インク貯蔵部１０の底面に対向して近接配置されるインク吸い込み口７４と、シリンダ３４に連結されるインク流出路７２を備えている。インク吐出部３０側からインク流出路７２を介して弁機構７０の内部に負圧が印加されると、弁機構７０内の弁が開放し、更にインク吸い込み口７４からインクＭを吸い上げて、インク流出路７２を介してインク吐出部３０にインクＭを供給する。一方、インク吐出部３０側からの負圧の印加が停止すると、弁機構７０の内部の弁が閉じて、機械的にインクＭの供給が遮断される。
【００６１】
図４（Ａ）は閉じた状態の弁機構７０の水平方向に沿った断面図、図４（Ｂ）は閉じた状態の弁機構７０の垂直方向に沿った断面図である。弁機構７０は、弾性弁７６、第１ケース７８、第２ケース８０、負圧形成空間８２、インク供給空間８４、バネ８６、変位規制部８８、遮断部９０を有する。
【００６２】
弾性弁７６は、シリコン等の弾性材料による円形薄膜であり、外周縁には環状に肉厚となる保持部７６Ａが形成され、中央には貫通孔７６Ｂが形成され、貫通孔７６Ｂを囲むように環状の肉厚部７６Ｃが形成される。貫通孔７６Ｂの内径は１．５ｍｍ以下、望ましくは１．０ｍｍ以下、より好ましくは０．８ｍｍ以下に設定される。なお、本実施形態では０．８ｍｍとなっている。更にこの弾性弁７６は、保持部７６Ａと肉厚部７６Ｃの間において、周方向に沿って屈曲部７６Ｄが形成されている。この屈曲部７６Ｄは、軸方向に向かって断面Ｕ字状に突出するように折れ曲がっている。従って弾性弁７６が半径方向に伸縮できるようになり、弾性変形時の柔軟性が高められる。
【００６３】
第１ケース７８は、概ね円形のプレート材料であって、弾性弁７６と平行且つ上流側に配置される。この第１ケース７８の外周縁には、環状の第１連結突起７８Ａが形成されており、この第１連結突起７８Ａが、後述する第２ケース８０と係合する。また、第１ケース７８における第１連結突起７８Ａの半径方向内側には、環状の第１弁固定突起７８Ｂが形成されており、弾性弁７６の保持部７６Ａに食い込んで係合する。更に、第１ケース７８の中央、即ち弾性弁７６の貫通孔７６Ｂと対向する場所には、遮断部９０が形成されている。この遮断部９０は貫通孔７６Ｂの周囲と当接する。弾性弁７６と第１ケース７８によって形成される空間を、ここではインク供給空間８４と定義する。従って、遮断部９０と弾性弁７６が当接すると、インク供給空間８４と貫通孔７６Ｂが遮断され、インクＭの供給が停止される。一方、遮断部９０と弾性弁７６が離反すると、インク供給空間８４と貫通孔７６Ｂが連通され、インクＭが供給される。
【００６４】
鉛直方向に沿って配置される第１ケース７８の下縁近傍には、インクＭを吸い上げるためインク吸引路７８Ｃが形成されている。即ち、インク供給空間８４はインク吸引路７８Ｃを介してインク貯蔵部１０と連通している。既に述べたように、インク吸引路７８Ｃの下端に形成されるインク吸い込み口７４は、インク貯蔵部１０の底面に対向して近接配置されていることから、このインク吸い込み口７４及びインク吸引路７８Ｃを介してインク供給空間８４内ににインクＭが吸い上げられる構造となっている。
【００６５】
第２ケース８０は、概ね円形のプレート材料であって、弾性弁７６と平行且つ下流側に配置される。第２ケース８０の外周縁には、環状の第２連結突起８０Ａが形成されており、第１ケース７８の第１連結突起７８Ａと係合する。第２ケース８０における第２連結突起８０Ａの半径方向内側には、環状の第２弁固定突起８０Ｂが形成される。弾性弁７６の周縁は、第１ケース７８の第１弁固定突起７８Ｂと、第２ケース８０の第２弁固定突起８０Ｂによって周方向に沿って挟持される。
【００６６】
更に、第２ケース８０の中央、即ち弾性弁７６の貫通孔７６Ｂと対向する場所には、変位規制部８８が形成されており、弾性弁７６の貫通孔７６Ｂの周囲と当接する。弾性弁７６と第２ケース８０によって形成される空間を、ここでは負圧形成空間８２と定義する。詳細は後述するが、変位規制部８８にはバネ８６が設けられており、このバネ８６によって弾性弁７６の肉厚部７６Ｃを第１プレート７８の遮断部９０側に付勢する。負圧形成空間８２に負圧が印加されると、バネ８６の付勢に抗して弾性弁７６が負圧形成空間８２側に弾性変形して、肉厚部７６Ｃが第２ケース８０側に移動して変位規制部８８に当接する。この結果、肉厚部７６Ｃの変位量が変位規制部８８によって制限される。
【００６７】
シリンダ３４に連結されるインク流出路７２は、鉛直方向に沿って配置される第２ケース８０の側部近傍に形成される。即ち、負圧形成空間８２はインク流出路７２を介して、インク吐出部３０のシリンダ３４と連通している。
【００６８】
第１プレート７８に形成される遮断部９０は、弾性弁７６側に突出する環状の遮断突起９０Ａを備えている。この遮断突起９０Ａは、弾性弁７６側に向かって次第に径が小さくなるような部分円錐形状の傾斜面９０Ｂを有している。この遮断突起９０Ａの突端は、貫通孔７６Ｂの周囲を囲むようにして弾性弁７６に当接する。面接触させる場合と比較して、遮断突起９０Ａを弾性弁７６に線接触させることで、接触部分の圧力が高くなる。この結果、インク供給空間８４と貫通孔７６Ｂの間の遮断力が高められる。更に、遮断突起９０Ａの突端の直径は、貫通孔７６Ａの内径（０．８ｍｍ）よりも大きく設定され、一方で、バネ８６の内径と略同等またはそれ以下に設定される。具体的にバネ８６の内径は約２．５ｍｍであることから、遮断突起９０Ａの突端の直径は、０．８ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内で設定される。なお、本実施形態では約２ｍｍに設定される。このようにすることで、バネ８６によって付勢される弾性弁７６の肉厚部７６Ｃが、遮断突起９０Ａの傾斜面９０Ｂに沿って変形するので、互いの密着性が良好になる。
【００６９】
第２プレート８０に形成される変位規制部８８は、図５に示されるように、弾性弁７６側に突出する円形の突起となっている。変位規制部８８の突端面８８Ｅは、弾性弁７６の貫通孔７６Ｂ及び肉厚部７６Ｃと当接することで、肉厚部７６Ｃの変位量を規制する。更にこの変位規制部８８には、環状溝８８Ａが形成されており、この環状溝８８Ａに囲まれる範囲が円形の中央突起８８Ｄとなる。この中央突起８８Ｄの外周壁の外径（環状溝８８Ａの内側径）は、バネ８６の内径よりも僅かに小さく設定されていることから、この中央突起８８Ｄがバネ８６の内側に嵌り込むようにして、バネ８６の一端が保持される。なお、弾性弁７６の肉厚部７６Ｃの外径もバネ８６の内径よりも僅かに小さく設定されていることから、この肉厚部７６Ｃがバネ８６の内側に嵌り込むようにして、バネ８６の他端が保持されている。即ち、肉厚部７６Ｃと中央突起８８Ｄの外径は略同じに設定される。
【００７０】
図４に示したように、このバネ８６が、弾性弁７６の肉厚部７６Ｃを遮断部９０側に付勢することにより、肉厚部７６Ｃが遮断部９０に当接する際、遮断部９０の遮断突起９０Ａが肉厚部７６Ｃに１ｍｍ程度食い込むようになっている。この状態において、弾性弁７６（肉厚部７６Ｃ）と突端面８８Ｅの隙間は５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下に設定され、ここでは３ｍｍとなっている。図６に示されるように、弾性弁７６の肉厚部７６Ｃと遮断部９０が離反し、この肉厚部７６Ｃが変位規制部８８側に当接する際、弾性弁７６（肉厚部７６Ｃ）と、遮断部９０の遮断突起９０Ａの突端の隙間は４ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下に設定され、ここでは２ｍｍとなっている。
【００７１】
変位規制部８８の環状溝８８Ａの内側には、半径方向に延びる内側スリット８８Ｂが１本形成されている。また、変位規制部８８の環状溝８８Ａの外側にも、半径方向に延びる外側スリット８８Ｃが周方向に９０度間隔で４本形成されている。内側スリット８８Ｂ、及び外側スリット８８Ｃは、弾性弁７６の貫通孔７６Ｂから流れ込んだインクＭが、この変位規制部８８から負圧形成空間８２側に流れ出るための流路として機能する。
【００７２】
次に、このインク貯蔵容器１００の動作について説明する。
【００７３】
図１のように、インク貯蔵部１０にインクＭが溜まっている状態で、特に図示しないインクジェットプリンタにセットされると、インク吐出部３０の移動弁３３が上方に押し上げられる。なお、この状態では、弁機構７０は図４に示した状態となっており、バネ８６によって、弾性弁７６の肉厚部７６Ｃが遮断部９０側に変位して当接され、インク供給空間８４と貫通孔７６Ｂが遮断される。この結果、インクＭが漏れ出さないようになっている。
【００７４】
印刷を行う際には、インクジェットプリンタ側からインク吐出部３０に負圧が印加される。この負圧は、インク流出路７２を介して負圧形成空間８２に印加され、この負圧によって、弾性弁７６がバネ８６の力に抗して負圧形成空間８２側に弾性変形する。この結果、インク供給空間８４と貫通孔７６Ｂが連通されるので、負圧形成空間８２側の負圧が貫通孔７６Ｂを介してインク供給空間８４にも印加される。この負圧によって、インク貯蔵部１０内のインクＭは、インク吸い込み口７４及びインク吸引路７８Ｃを介してインク供給空間８４に吸い上げられ、貫通孔７６Ｂに流れ込み、変位規制部８８のスリット８８Ｂ、８８Ｃを経て負圧形成空間８２に供給される。このインクＭは、インク流出路７２からインク吐出部３０を経てインクジェットプリンタに吐出される。
【００７５】
この過程で、インク貯蔵部１０内のインクＭの量が減少するので、インクＭの上方の空間Ｓも負圧となる。空気流量制御部２０は、内部と外部の間で必要以上の気圧差が生じる場合、弁体２２が微少な弾性変形により伸び、これにより微細孔が押し広げられて通気性が惹起し、気圧の高い側から低い側へ空気が流入して空気流量の制御を行う。しかし、所望（定格）の気圧差が生じない場合は、弁体２２の弾性変形量が小さいので空気交換が行われない。即ち、この空気流量制御部２０の気圧バイアスによって、基本的にインクＭの上方の空間Ｓは負圧に維持される。
【００７６】
インクジェットプリンタによる印刷が終了し、インク吐出部３０に対する負圧の印加が停止すると、負圧形成空間８２の負圧が無くなるので、図４のようにバネ８６の付勢力によって弾性弁７６が遮断部９０側に変位して、インクＭの供給が停止される。この際、変位規制部８８によって、弾性弁７６の変形量が２ｍｍに設定されていることに加えて、空気流量制御部２０によって内部空間Ｓ側に負圧のバイアスが作用しているので、弁機構７０が素早く閉じられるので、インクＭの漏れが抑制される。
【００７７】
以上、本実施形態のインク貯蔵容器１００によれば、弁機構７０によってインクの供給経路が機械的に開閉するので、インクジェットプリンタにセットされた状態における未使用時（印刷を行わないとき）のインクの漏れを防止できる。特に、この弁機構７０は、弾性弁７６の変位量を変位規制部８８によって５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下に制限しているので、開閉の応答性が向上する。特に、開状態から閉状態に移行する際には、その変位量が約４ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下の移動によって弾性弁７６と遮断部９０が接触するようにしているので、素早く閉じることが出来る。
【００７８】
更に、弁機構７０の肉厚部７６Ｃがバネ８６の内周に嵌り込んでいるので、開閉動作中の肉厚部７６Ｃの安定性が増し、肉厚部７６Ｃの位置ずれが低減する。この結果、肉厚部７６Ｃと遮断部９０の当接状態や、肉厚部７６Ｃと変位規制部８８の当接状態が良好となり、製品の信頼性を高めることが出来る。
【００７９】
また、インクジェットプリンタ側からインク吐出部３０に負圧が印加される際、弁機構７０を素早く開くためには、バネ８６の力を出来る限り弱くすることが好ましい。一方で、インクジェットプリンタによる印字が終了しても、インクジェットプリンタから弁機構７０に積極的に正圧が印加される訳ではないため、弁機構７０の弾性弁７６は時間（例えば１時間程度）をかけながら徐々に閉じていく。この時間を出来る限り短くするには、バネ８６の力を強くすることが好ましい。即ち、弁機構７０において、素早く開くことと、素早く閉じることは矛盾関係にある。
【００８０】
そこで本実施形態では、空気流量制御部２０と弁機構７０を併用し、バネ８６の力を出来る限り弱くすることでこの矛盾を解消している。例えば、弁機構７０にセットされたバネ８６は、弾性弁７６が閉じた状態において、３ｇｆ（重量グラム）〜２０ｇｆ（重量グラム）の弱い力（ここでは５ｇｆ）で弾性弁７６を付勢する。空気流量制御部２０は、インク貯蔵容器１００の内圧を、大気圧と比較して微小な負圧状態（−２０ｍｍＨ２Ｏ）に維持し、それ以上の気圧差が生じる際、時間をかけながら通気性を確保する。従って、印字時にインクジェットプリンタ側からインク吐出部３０に負圧が印加されると、バネ８６の付勢力が比較的弱いため、弾性弁７６が素早く開く。印字中は、弁機構７０に負圧が継続して印加され、且つインク量も減少するので、インク貯蔵容器１００の内圧が更に低下する。この負圧により、空気流量制御部２０の弁体２２に通気性が生じ、容器外から大気を取り込むが、これにはある程度の時間が必要となるため、印字中はインク貯蔵容器１００の内圧は下がり続けて、例えば−２００ｍｍＨ２Ｏの負圧状態まで低下する。
【００８１】
インクジェットプリンタによる印字が終了しても、空気流量制御部２０が通気抵抗を生じさせるので、インク貯蔵容器１００の内圧はしばらくの間−４０ｍｍＨ２Ｏ近傍に維持される（これを時間差作用と呼ぶ）。従って、バネ８６の復元力に加えて、インク貯蔵容器１００内の負圧が、弾性弁７６を強制的に復帰させようとするので、例えば３０分以内で弾性弁７６を素早く閉じさせる。弾性弁７６が閉じた後も、空気流量制御部２０のバイアス作用によって内圧が−２０ｍｍＨ２Ｏに維持されるので、環境変化や振動等が生じても、弾性弁７６が想定外に開いてしまうことを防止できる。
【００８２】
以上の結果、空気流量制御部２０と弁機構７０の相乗効果によって、開閉動作の双方の応答性をより高めることが可能となる。
【００８３】
また、このように空気流量制御部２０と弁機構７０を併用することで、仮に一方の機能が失われても、インク漏れを抑制することが可能となる。例えば、何らかの理由で弾性弁７６が閉じなくなっても、空気流量制御部２０が容器内を負圧に維持できるので、インクが漏れにくい。同様に、空気流量制御部２０の弁体２２が損傷して、インク貯蔵容器１００の内部が常に大気圧となってしまっても、弁機構７０が存在するのでインクが漏れにくい。
【００８４】
また、インク貯蔵容器１００は、弁構造７０の変位規制部８８内にスリット８８Ａ（インク用流路）が形成されるので、弾性弁７６の変位量を規制しながらも、貫通孔７６Ｂを利用したインクの供給を円滑に行うことが出来る。また、貫通孔７６Ｂの内径を１ｍｍ以下に設定しつつ、その周囲を肉厚部７６Ｃで囲っているので、弾性弁７６の貫通孔７６Ｃ近辺の剛性が部分的に増し、変形量を小さくすることがでｋる。この結果、遮断部９０や変位規制部８８と当接する際の密着精度が増大する。更に、この遮断部９０における遮断突起９０Ａの直径と比較して、バネ８６の内径が同等またはそれ以上に設定されるので、バネ８６が弾性弁７６を押し広げるようにして付勢して、遮断突起９０Ａとの密着性を高めることが出来る。
【００８５】
なお、本実施形態では、シリンダ３４を介してインクＭを供給する構造としたが、本発明はこれに限定されず、例えば、シリンダ３４とは別の部位からインクＭを供給するようにしても良い。
【００８６】
以上、本発明を実施形態により詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も本発明の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、インク貯蔵容器、特にインクジェットプリンタ用のインクカートリッジとして利用できる。
【符号の説明】
【００８８】
１０ インク貯蔵部
１１ 本体部
１２ 上面部
１３ インク貯蔵部の内部
２０ 空気流量制御部
２２ 弁体
２４ 撥水膜体
３０ インク吐出部
３３ 移動弁
３４ シリンダ
７０ 弁機構
７２ インク流出路
７４ インク吸い込み口
７６ 弾性弁
８２ 負圧形成空間
８４ インク供給空間
８６ バネ
８８ 変位規制部
９０ 遮断部
１００ インク貯蔵容器
Ｍ インク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク貯蔵容器内に配置されてインク貯蔵部とインク吐出部の間に配置される弁機構であって、
弾性変形可能な膜状に構成され、且つ貫通する貫通孔を備える弾性弁と、
前記弾性弁の下流側に配置され、前記吐出口と連通される負圧形成空間と、
前記弾性弁の上流側に配置され、前記インク貯蔵部と連通されることで前記弾性弁側にインクを供給するインク供給空間と、
前記インク供給空間側に配置されて前記弾性弁と当接し、前記インク供給空間と前記貫通孔の間を遮断する遮断部と、
前記負圧形成空間側に配置されて、前記弾性弁を前記インク供給空間側に付勢して前記遮断部と前記弾性弁を当接させるバネと、を備え、
前記負圧形成空間に印加される負圧により、前記バネの付勢に抗して前記弾性弁が下流側に変位して、前記遮断部と前記弾性弁が離反し、前記インク供給空間から前記貫通孔を介して前記負圧形成空間にインクが流れることを特徴とする弁機構。
【請求項２】
前記負圧形成空間には、前記弾性弁が下流側に変位する際に前記貫通孔の近傍と当接して、前記弾性弁の変位量を制限する変位規制部を備えることを特徴とする請求項１に記載の弁機構。
【請求項３】
前記変位規制部内には、前記弾性弁と当接した状態で前記貫通孔と前記負圧形成空間を連通させるスリットが形成されることを特徴とする請求項２に記載の弁機構。
【請求項４】
前記変位規制部によって、前記バネの一端が保持されることを特徴とする請求項２又は３に記載の弁機構。
【請求項５】
前記変位規制部は、前記バネの内側に嵌り込んで前記バネを一端を保持する円形突起を有していることを特徴とする請求項４に記載の弁機構。
【請求項６】
前記弾性弁が前記バネに付勢されて前記遮断部と当接した状態で、前記変位規制部と前記弾性弁の間の隙間が３ｍｍ以下に設定されることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の弁機構。
【請求項７】
前記弾性弁が前記バネに抗して前記変位規制部と当接した状態で、前記遮断部と前記弾性弁の間の隙間が２ｍｍ以下に設定されることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の弁機構。
【請求項８】
前記貫通孔の内径は１．５ｍｍ以下に設定されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の弁機構。
【請求項９】
前記弾性弁には、前記貫通孔の外周を囲う環状の肉厚部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の弁機構。
【請求項１０】
前記肉厚部は、前記バネの内側に嵌り込んで前記バネの他端を保持することを特徴とする請求項９に記載の弁機構。
【請求項１１】
前記肉厚部の最大外径は２ｍｍ以上に設定されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の弁機構。
【請求項１２】
前記遮断部は、前記弾性弁の前記貫通孔の外周近傍を囲む環状の遮断突起が形成され、
前記バネの内径は、前記遮断突起の外径と同等又は大きく設定されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の弁機構。
【請求項１３】
前記インク供給空間は、前記インク貯蔵部の底面に対向した状態で近接配置されるインク吸い込み口を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の弁機構。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の弁機構と、
前記インク貯蔵部の上方側に設けられて内外間の空気流量を制御する空気流量制御部と、を備えることを特徴とするインク貯蔵容器。
【請求項１５】
前記空気流量制御部は、
通常時は空気を流通させないが、前記インク貯蔵部の内圧変化に応じて外部との間で空気交換を行わせる弾性変形可能な連通多孔質の弁体と、
前記弁体よりも前記インク貯蔵部側に配設されて通気性を有しかつ撥水処理を施された撥液膜体と、を備えることを特徴とする請求項１４に記載のインク貯蔵容器。
【請求項１６】
前記インク貯蔵部の下方側に設けられる前記インク吐出部に、外部部材からの付勢によって上下動する移動弁を備え、該移動弁の上下動によって前記インクの吐出・停止を切り替えるようになっていることを特徴とする請求項１４又は１５に記載のインク貯蔵容器。
【請求項１】
インク貯蔵容器内に配置されてインク貯蔵部とインク吐出部の間に配置される弁機構であって、
弾性変形可能な膜状に構成され、且つ貫通する貫通孔を備える弾性弁と、
前記弾性弁の下流側に配置され、前記吐出口と連通される負圧形成空間と、
前記弾性弁の上流側に配置され、前記インク貯蔵部と連通されることで前記弾性弁側にインクを供給するインク供給空間と、
前記インク供給空間側に配置されて前記弾性弁と当接し、前記インク供給空間と前記貫通孔の間を遮断する遮断部と、
前記負圧形成空間側に配置されて、前記弾性弁を前記インク供給空間側に付勢して前記遮断部と前記弾性弁を当接させるバネと、を備え、
前記負圧形成空間に印加される負圧により、前記バネの付勢に抗して前記弾性弁が下流側に変位して、前記遮断部と前記弾性弁が離反し、前記インク供給空間から前記貫通孔を介して前記負圧形成空間にインクが流れることを特徴とする弁機構。
【請求項２】
前記負圧形成空間には、前記弾性弁が下流側に変位する際に前記貫通孔の近傍と当接して、前記弾性弁の変位量を制限する変位規制部を備えることを特徴とする請求項１に記載の弁機構。
【請求項３】
前記変位規制部内には、前記弾性弁と当接した状態で前記貫通孔と前記負圧形成空間を連通させるスリットが形成されることを特徴とする請求項２に記載の弁機構。
【請求項４】
前記変位規制部によって、前記バネの一端が保持されることを特徴とする請求項２又は３に記載の弁機構。
【請求項５】
前記変位規制部は、前記バネの内側に嵌り込んで前記バネを一端を保持する円形突起を有していることを特徴とする請求項４に記載の弁機構。
【請求項６】
前記弾性弁が前記バネに付勢されて前記遮断部と当接した状態で、前記変位規制部と前記弾性弁の間の隙間が３ｍｍ以下に設定されることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の弁機構。
【請求項７】
前記弾性弁が前記バネに抗して前記変位規制部と当接した状態で、前記遮断部と前記弾性弁の間の隙間が２ｍｍ以下に設定されることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の弁機構。
【請求項８】
前記貫通孔の内径は１．５ｍｍ以下に設定されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の弁機構。
【請求項９】
前記弾性弁には、前記貫通孔の外周を囲う環状の肉厚部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の弁機構。
【請求項１０】
前記肉厚部は、前記バネの内側に嵌り込んで前記バネの他端を保持することを特徴とする請求項９に記載の弁機構。
【請求項１１】
前記肉厚部の最大外径は２ｍｍ以上に設定されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の弁機構。
【請求項１２】
前記遮断部は、前記弾性弁の前記貫通孔の外周近傍を囲む環状の遮断突起が形成され、
前記バネの内径は、前記遮断突起の外径と同等又は大きく設定されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の弁機構。
【請求項１３】
前記インク供給空間は、前記インク貯蔵部の底面に対向した状態で近接配置されるインク吸い込み口を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の弁機構。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の弁機構と、
前記インク貯蔵部の上方側に設けられて内外間の空気流量を制御する空気流量制御部と、を備えることを特徴とするインク貯蔵容器。
【請求項１５】
前記空気流量制御部は、
通常時は空気を流通させないが、前記インク貯蔵部の内圧変化に応じて外部との間で空気交換を行わせる弾性変形可能な連通多孔質の弁体と、
前記弁体よりも前記インク貯蔵部側に配設されて通気性を有しかつ撥水処理を施された撥液膜体と、を備えることを特徴とする請求項１４に記載のインク貯蔵容器。
【請求項１６】
前記インク貯蔵部の下方側に設けられる前記インク吐出部に、外部部材からの付勢によって上下動する移動弁を備え、該移動弁の上下動によって前記インクの吐出・停止を切り替えるようになっていることを特徴とする請求項１４又は１５に記載のインク貯蔵容器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２２４９１７（Ｐ２０１１−２２４９１７Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９８４０３（Ｐ２０１０−９８４０３）
【出願日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（５０３４０１６１４）ジット株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（５０３４０１６１４）ジット株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
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