JP3613346B2 - インクカートリッジへのインクの充填方法 - Google Patents

Description

本発明は、キャリッジにインクジェット式記録ヘッドとインクカートリッジを搭載し、インクの補給をカートリッジの交換で行うインクジェット式プリンタに適したインクカートリッジへのインクの充填方法に関する。

インクジェット式記録ヘッドを搭載したキャリッジにインク収容体を搭載する形式のインクジェット式プリンタにあっては、キャリッジの移動によるインクの揺動に起因する水頭圧の変動や、泡立ちによる印字不良を防止するために、特許文献１に記載されたようにインク収容容器に多孔質体を収容し、多孔質体を介してインクを供給すること行われている。これによれば、インクの揺動に起因する不都合を可及的に防止することができる。
欧州特許出願公開第581531号明細書

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本発明は、このような多孔質体を収容したインクカートリッジに確実にインクを充填するための方法を提案することである。

このような問題を解消するために本発明においては、フォーム室を備えた本体容器と、前記本体容器の底面に前記フォーム室に連通するように形成されたインク供給口と、前記本体容器の開口部を封止するとともに前記フォーム室に対向する位置に形成された２つの通孔と、前記インク供給口に密着し、前記蓋体との間で空間を形成するように収容されたインクの吸収が可能な多孔質体と、からなるインクカートリッジのインクの充填方法において、前記フォーム室の前記多孔質体と前記蓋体とにより形成された前記空間に、排気手段に接続する排気用の中空針を一方の前記通孔から挿入し、他方の前記通孔から前記多孔質体内部に到達するようにインク供給用の中空針を挿入する工程と、前記インク供給用の中空針とインク供給手段との接続を遮断した状態で、前記排気用の中空針により前記カートリッジを排気する工程と、排気終了後に排気状態を維持しつつ前記インク供給用の中空針を前記インク供給手段に連通させてインクを注入する工程と、所定量のインク注入後に前記排気用の中空針及びインク供給用の中空針を引き抜く工程と、前記通孔にシール材を貼着してカートリッジを封止する工程と、を備える。

下部となるインク供給口から順次、インクが上昇するため、インクの充填中に空気を上部空間に追い出しつつインクを充填でき、インク供給口近傍の多孔質材に空気を残存させることなくインクを充填できる。これにより、インクが十分に残存しているのに関らずインクを記録ヘッドに供給できなくなるといった不良を防止することができる。

図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明のインク充填方法が対象とするインクカートリッジの一実施例を示すものであって、図中符号１は、本体容器で、仕切り板２、３より３つの部屋４、５、６に分割され、また各部屋４、５、６はそれれぞれ中仕切り１０、１０、１０によりインクを吸収するに適した弾性材料からなる多孔質体２０を収容するフォーム室１１と、インクをそのまま収容するインク室１２に分離されている。

またこの容器１は、少なくともインク室１２が透明、または半透明となるように構成されていて、外部からインク室１２のインク量が目視で確認できるように構成されている。

そして多孔質体２０は、フォーム室１１に収容される前の体積がフォーム室１１の容積よりも大きいものが選ばれていて、フォーム室１１に圧縮された状態で収容されている。

各フォーム室１１の下端には記録ヘッドのインク供給針と係合するインク供給口１３、１３、１３が設けられ、また容器本体１の開口はフォーム室１１に対向する位置にそれぞれ排気用の通孔１４と、インク注入用の通孔１５を備えた蓋体１６で封止されている。

蓋体１６の裏面のフォーム室１１に位置する領域には、通孔１４、１５を取り囲むように突起１６ａ、１６ｂが形成されていて、これら突起１６ａ、１６ｂにより多孔質体２０がインク供給口１３の形成されている底面に押圧されている。

そしてこれら突起１６ａ、１６ｂの内、インク供給口１３に対向する方の突起１６ａを、インク供給口１３から離れた方の突起１６ｂよりも下方側に位置するように長く形成して、インク供給口１３近傍を最も高い圧力で圧縮するようになっている。

各フォーム室１１の底部には、多孔質体２０を蓋体１６と協同して圧縮するための凸部２２が形成されていて、その上端に一定の開口面積を有する空室を形成する凹部２３と、この凹部２３に連通し、他端が後述するパッキング部材に連通する通孔２４とが設けられている。

凹部２３の上端にはインク通過部の面積が１５平方ｍｍ乃至３０平方ｍｍのフィルタ２５が固定されている。また通孔２４の下端には弾性材料で形成されて上方に拡開するパッキング部材３０が装着されている。

３０は、前述のインク供給口１３の下端に設けられたパッキンング部材で、図４に示したようにゴム等の弾性材料で形成されて上方に拡開するテーパ部３２を持つロート状のパッキンとして構成されている。そしてテーパ部３２の大径側にはテーパ部３２との境界に薄肉の接続部３４を介して他の部分に比較して厚肉の筒状部３１が設けられ、テーパ部３２の周縁上端３３をインク供給口１３の奥段部１３ａに当接させてインク供給口に嵌装されている。またテーパ部３２の開口３２ａの内径は、インク供給針５０の外径より若干小さくなるように選択されている。

これにより、筒状部３１によりインク供給口１３に確実に保持され、また周縁上端３３が奥段部１３ａで上方に移動するのを阻止されるため、インク供給針５０の着脱に際してインク供給口１３にしっかりと固定されることになる。またインク供給針５０との気密性を確保するテーパ部３２は薄肉の接続部３４によりインク供給口１３に固定されているから、変形を来すことなく或程度移動可能となり、このため、インク供給針５０との相対的な位置ずれを吸収しつつ、インク供給針５０との気密性を確保することができる。

一方、フォーム室１１とインク室１２を区分している中仕切り１０は、容器の底面から一定の高さまで連続した長孔を形成して気液交換用の連通孔１９が設けられ、この連通孔１９に一部が接し、この連通孔１９に或程度弾圧された状態でフォーム室１１に多孔質体２０が収容されている。

多孔質体２０は、凸部２２によって、容器１の底面から５乃至１０ｍｍ程度上方に圧縮されている。これにより、図中符号Ａ方向の張力を受けることになり、連通孔１９近傍の領域Ｂの圧縮率が低下し、連通孔１９における空気とインク室１２のインクとの置換に障害を来す虞がある。

このため、本実施例では凸部２２と連通孔１９との距離Ｃを凸部２２の高さの１．５倍以上に設定して、多孔質体２０が連通孔１９に確実に密着するように構成されている。

このような構成を採ることにより、多孔質体２０は、凸部２２の上端のフィルタ２５近傍における圧縮率が最も高くなり、連通孔１９に向けて圧縮率が徐々に低下し、これに対応して毛細管力が連通孔１９から凸部２２の上端に向けて徐々に大きくなるから、インク室１２のインクを通孔２４に確実に導くことができる。

図２は前述した蓋体１６の一実施例を示すもので、図中符号１４、１５は、前述の通孔で、多孔質体が収容されている領域に形成されており、一方の通孔、この実施例では通孔１４には、蛇行した溝４０、４０、４０を介して大気連通口４１、４１、４１に接続されている。

これら溝４０、４０、４０は、後述するインク注入作業が終了した段階で、通孔１４、１５、及び大気連通口４１を覆うシール４３が貼着されたときにキャピラリチューブを形成するようになっている。このシール４３には大気連通口４１近傍に切断線４４が予め設けられていて、舌片４５を引き上げることにより大気連通口４０を簡単に露出できるように構成されている。

次に本発明のインクの充填方法について説明する。
このように構成されたカートリッジは、図３に示したようにインク供給口２４をフィルム４６により封止された状態で負圧の環境に収容される。この状態で排気用の通孔１４とインク注入用の通孔１５に封止部材Ｓ、Ｓで気密性を保持して、一方の注入針Ｎ１をフォーム室１１の上部空間に、また他方の注射針Ｎ２を多孔質体２０を貫通させて底部近傍で、かつ可能な限り連通孔１９の近くに到達するように挿入する。そして一方の注入針Ｎ１を排気手段Ｐを接続し、また他方の注入針Ｎ２を弁Ｖ１により閉塞する。

この状態で排気手段Ｐを作動させると、フォーム室１１、及びインク室１２がさらに減圧される。所定の圧力まで減圧した段階で、排気手段Ｐを停止させて所定の圧力を維持させる。その後、他方の注入針Ｎ２の弁Ｖ１を開放して計量管Ｋを連通させると、計量管Ｋに収容されているインクが多孔質体２０に吸収され、ついで連通孔１９を経由してインク室１２に流入する。

計量管Ｋで規定されたインクがカートリッジ内に流入し終わった段階で、注入針Ｎ２の弁Ｖ１を閉じ、排気手段Ｐを大気に開放してフォーム室１１及びインク室１２を大気圧に戻し、注入針Ｎ１及びＮ２を通孔１４、１５から抜く。

この状態では計量管Ｋは減圧状態を維持しているから、弁Ｖ２を開放することにより、インクが計量管Ｋに流入させることができる。そして弁Ｖ２を閉じて次のカートリッジへのインクの注入に備える。

一方、インクの注入が行われたカートリッジを減圧下において、蓋体１６の表面にシール４２を貼着して注入口１４、１５及び蛇行溝４０、及び大気連通口４１を封止する。

これによりフォーム室１１、及びインク室１２が減圧状態に維持され、したがって注入されたインクも脱気状態が維持される。このように、多孔質体２０を経由してインク室１２にインクを注入するため、多孔質体２０の細孔に余すことなくインクを充填できて、しかもカートリッジ全体が減圧状態で保管されて、温度上昇による過度な圧力上昇を防止できるため、インクの充填率を高めてカートリッジの小型化を図ることが可能となる。

このように構成されたカートリッジは、その使用に際して蓋体１６の舌片４５を剥がすと、フォーム室の通孔１４が溝４０とシール４３により形成されるキャピラリを介して大気連通口４１に連通するので、インクの蒸発を防止しつつ、記録ヘッドとの水頭差に関わりなくノズル開口からのインクの漏れだしを防止する。

この状態でインクカートリッジのインク供給口１３を記録ヘッドのインク供給針５０に位置合わせして押し込むと、図４に示したようにインク供給針５０は、そのテーパ部５１がフィルム４６を貫通してパッキング部材３０の孔に当接する。パッキング部材３０は、上方に拡開しているため、インク供給針５０のテーパ部５１に弾圧されて弾性変形しながら、パッキング部材３０を貫通する。

このようなインク供給針５０をパッキング部材３０に挿通する形態で使用すれば、たとえ記録ヘッドのインク供給針とパッキング部材３０の中心との間に水平方向に若干の位置ずれが存在しても、インク供給針５０の先端がパッキング部材３０の孔に係合しさえすれば、テーパ部３２が弾性によりインク供給針５０に追従するため、インク供給口１３とインク供給針５０とを確実に封止することができる。

印刷によりインクが消費されると、多孔質体２０のインク量が少なくなって水頭圧が低下するから、インク室１２の圧力が連通孔１９近傍の多孔質体２０のインク保持力に打勝って連通孔１９からインク室１２に気泡が侵入する。これによりインク室１２の圧力が上昇してインクがフォーム室１１に流れ込む。

フォーム室１１に流れ込んだインクは多孔質体２０に吸収されてフォーム室１１のインク液位を若干上昇させ、連通孔１９近傍における多孔質体２０のインク保持力とインク室１２の圧力とが平衡した時点で、インク室１２からフォーム室１１ヘのインクの流れ込みが停止する。

図５はこの過程を示すもので、図中符号Ａはフォーム室１１の多孔質体２０の水頭圧を、また符号Ｂはインク室１２のインク量を示しており、この図から明らかなように多孔質体２０に当初充填されているインクが一定量ｗ１まで消費されて多孔質体２０の水頭圧が所定の値、つまりインク室１２の圧力が連通孔１９近傍の多孔質体２０のインク保持力に打勝つ程度まで低下すると、連通孔１９近傍の多孔質体２０のインク保持力がインク室１２の圧力とバランスを回復するまで段階的にインク室１２のインクがフォーム室１１に徐々に流れ込む。

したがって、インク室１２のインク量が徐々に低下するものの、多孔質体２０の水頭圧はほぼ一定に維持され、記録ヘッドに一定の圧力差でもってインクを供給することが可能となる。

記録ヘッドにより所定量ｗ２までインクが消費されると、インク室１２のインクが無くなるものの、多孔質体２０には依然としてインク室１２からフォーム室１１に間断的にインクが供給されていた時と同等のインクが残っているから、多孔質体２０に吸収されているインク量でもって更に印刷が可能となる。そして規定量ｗ３のインクが消費されてしまうと、多孔質体２０からのインクの供給が不能となる。

ところで、インク室１２のインクが全て多孔質体２０に吸収された時点から印刷が不能となるまでになお一定量Δｗのインクを記録ヘッドに供給することができるので、本発明においてはこの特性を積極的に利用するため、フォーム室１１、及びインク室１２に収容するインク量を、フォーム室１１側が１乃至３倍の範囲になるようにフォーム室１１とインク室１２の容積比が選択されている。

すなわち、多孔質体２０の液吸収率が例えば８０％の場合には、フォーム室１１とインク室１２の容積比を２対１となるように設定すると、初期に全充填インク量の約２０％がフォーム室１１側から消費され、次ぎにインク室１２に充填されている全充填インク量の約４０％全てが徐々にフォーム室１１に吸収されて消費され尽くす。

そしてインク室１２のインクが全て消費されてしまうと、フォーム室１１には全充填インク量の４０％が残ることになるが、その内の全充填インク量に換算して３０％分のインクが消費されて、最終的に全充填インク量の約１０％がフォーム室１１に残存する。

これにより、３色のインクを１つのカートリッジで提供する場合、各色インクの消費量のアンバランスに起因するインク室液面のばらつきを視覚的に無くして、インクの残存量に対する消費者の無用な心配を無くすることができる。

また、カートリッジ廃棄時には、インクが多孔質体２０に吸収されていてインク室１２に液の状態では存在しないから、すべてのインク室１２のインクが無くなった時点でカートリッジを交換するようにとのアナウンスを行っておきさえすれば、カートリッジからのインクの流れ出しを可及的に防止して環境の保護を図ることができる。

さらには、インク室１２のインクの有無がカートリッジ全体のインクのニアエンドを表示することになるから、この段階で新しいカートリッジを準備すれば速やかにインク切れを招かずに新しいインクを補給することが可能となる。

図６は、インク供給針を封止するパッキング部材の第２の実施例を示すものであって、柔軟な樹脂材により形成され、内径がインク供給針５０の外径より若干小さな断面円形のリング状の針回りシール部６０と、外径がインク供給口１３の内径より若干大きな断面円形のリング状の口回りシール６１とを、口回りシール６１がインク供給針挿入側となるように２つのシール６０、６１を一体に接続する短い薄肉コーン状連結リング６２とで調芯リングとして構成されている。

この針回りシール６０の外周面には、インク供給口１３の奥部の内径より小径の断面Ｌ字状の可動ブッシュ６４がこのシール６０の外径の拡大を防止するために装着されている。また口回りシール６１の内側にはインク供給針５０の挿入案内をなす断面Ｌ型の固定ブッシュ６５が針回りシール６０に接触しないように装着して、可動ブッシュ６４を供給口１３の内奥段部１３ａに摺接させるように、かつ口回りシール６１をインク供給口１３に填め込むようにして取り付けられている。

また、可動ブッシュ６４にはインク供給口１３の内奥段部１３ａと摺接する面に放射状の突起６６が形成され、これから突条６６の間に複数の通孔６７が形成されていて、カートリッジ本体の内部を負圧にした状態でインクを注入した際に、内部の空気を突条６６の間から通孔６７を通して調芯リングの外側に逃がすように構成されている。

インク供給針５０をインク供給口１３に合わせてカートリッジを挿入すると、インク供給針５０はインク供給口１３を封止しているフィルム４６を破って内部に陥入し、可動ブッシュ６４と密嵌しつつ通孔内に貫入する。インク供給針５０は、その先端のテーパ部５１によって針回りシール６０を内奥段部に沿わせて、かつ薄肉コーン状の連結リング６２を変形させながら径方向の一方に変位させて、針回りシール６０自体に大きな変形を生じさせることなくインク供給針５０の外周を密封させる。

図７は、インク供給針５０を封止するパッキング部材の第３の実施例を示すものであって、インク供給口１３の内奥段部１３ａに当接する弾性材からなる断面円形の環状シール７０と、フィルム４６側に位置する弾性材からなる断面円形の環状シール７１と、これら２つのシール７０、７１を弾接させた状態でインク供給口１３に固定するブッシュ７３とから構成されている。

これら２つのシール７０、７１の内径は、インク供給針５０の外径よりも若干小さくなるように選択され、またシール７０、７１の外径は、インク供給口１３に弾接するようにインク供給口１３の内径よりも若干大きく選択されている。

カ−トリッジのインク供給口をインク供給針５０に位置決めしてカ−トリッジを押し込むと、インク供給針５０はフィルム４６を貫通し、第２のシール７１、第１のシール７０を通過する。この時フィルム４６の一部がインク供給針５０に押されてインク供給口１３内に進入するが、下方に位置する第２のシール７１に扱かれて第２のシール７１より上方に進入するのが阻止される。これにより第１のシール７０がインク供給針５０の周囲を確実に密封する。

図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明のインクカートリッジの一実施例を示す断面図である。 図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ蓋体のフォーム室側の上面の構造を示すものであって、図（ａ）はシールを貼着する前の状態を、また図（ｂ）はシールを貼着した後の状態を示す図である。 本発明のカートリッジへのインクの充填方法を実施するための充填装置の一実施例を示す説明図である。 インクカートリッジを記録ヘッドに装着したときのインクカートリッジのパッキング部材とインク供給針との接合状態を示す図である。 インクの消費量と水頭圧、及びインク室のインク量との関係を示す線図である。 インク供給針を封止するパッキング部材の他の実施例を示す図である。 インク供給針を封止するパッキング部材の他の実施例を示す図である。

符号の説明

１ カートリッジ本体、 ２、３ 仕切り板、 １０ 中仕切り、 １１ フォーム室、 １２ インク室、 １３ インク供給口、 １４、１５ インク注入用の孔、 １６ 蓋体、 １９ 連通孔、 ２０ 多孔質体、 ２４ 通孔、 ３０ パッキン、 ４１ 大気連通口、 ４２ シール、 Ｎ１ 排気用の中空針、 Ｎ２ インク供給用の中空針

Claims (5)

1. フォーム室を備えた本体容器と、前記本体容器の底面に前記フォーム室に連通するように形成されたインク供給口と、前記本体容器の開口部を封止するとともに前記フォーム室に対向する位置に形成された２つの通孔と、前記インク供給口に密着し、前記蓋体との間で空間を形成するように収容されたインクの吸収が可能な多孔質体と、からなるインクカートリッジのインクの充填方法において、
   前記フォーム室の前記多孔質体と前記蓋体とにより形成された前記空間に、排気手段に接続する排気用の中空針を一方の前記通孔から挿入し、他方の前記通孔から前記多孔質体内部に到達するようにインク供給用の中空針を挿入する工程と、
   前記インク供給用の中空針とインク供給手段との接続を遮断した状態で、前記排気用の中空針により前記カートリッジを排気する工程と、
   排気終了後に排気状態を維持しつつ前記インク供給用の中空針を前記インク供給手段に連通させてインクを注入する工程と、
   所定量のインク注入後に前記排気用の中空針及びインク供給用の中空針を引き抜く工程と、
   前記通孔にシール材を貼着してカートリッジを封止する工程と、
   からなるインクカートリッジへのインクの充填方法。
2. 前記フォーム室に連通孔を介して連通し、かつインクを収容するインク室が形成され、前記連通孔を介して前記インク室が前記インク供給口に連通されている請求項１に記載のインクカートリッジへのインクの充填方法。
3. インクを溜めるインク室と、前記インク室に連通孔を介して連通し、前記インクを吸収する多孔質体を収容するとともに、中空針挿入用の２つの通孔が設けられたフォーム室と、記録ヘッドに連通するインク供給口とを有し、前記インク室のインクを前記多孔質体を経由させて記録ヘッドに供給するインクカートリッジへのインクの充填方法において、
   排気手段に接続する排気用の中空針を前記フォーム室の空間に、また前記連通孔近傍に到達するようにインク供給用の中空針を挿入する工程と、
   前記インク供給用の中空針とインク供給手段との接続を遮断した状態で、前記排気用の中空針により前記カートリッジ全体を排気する工程と、
   排気終了後に排気による圧力を維持した状態でインクを注入する工程と、
   所定量のインク注入後に前記排気用の中空針及びインク供給用の中空針を引き抜く工程と、
   前記通孔にシール材を貼着してカートリッジを封止する工程と、
   からなるインクカートリッジへのインクの充填方法。
4. 前記カートリッジは、負圧環境下でシール材によりシールされる請求項１、または請求項３に記載のインクカートリッジへのインクの充填方法。
5. 注入された前記インクが、前記フォーム室に流れ込み、ついで前記インク室に流れ込む請求項２または請求項３に記載のインクカートリッジへのインクの充填方法。

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