JP3908656B2 - インクジェットプリンタ用インクカートリッジ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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を２つの領域に分割し、記録ヘッド側に多孔質体を収容し、また他方の領域にインクを収容するようにしたものが提案されている。
【０００３】
このような構造を採ると、記録ヘッドへのインクの供給が多孔質体を介して行なわれるため、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。
しかしながら、記録ヘッドと多孔質体との接合は、容器の側部に穿設された通孔に記録ヘッドに連通する突起を押圧することにより行なわれるため、圧電振動子をインク吐出用のアクチュエータとして使用するインクジェット式記録ヘッドように、圧力発生室への気泡の混入を嫌う記録ヘッドには適用できないという問題がある。
【０００４】
このような問題を解消するために、図１２（ａ）に示したように記録ヘッドのインク供給針の周面に弾接するＯリングＡを使用することも考えられるが、カートリッジ装着時に大きな摩擦力が生じて、記録ヘッドやキャリッジに負担がかかるばかりでなく、各Ｏリングがその外周をカートリッジ本体Ｂに支持されているため、記録ヘッドのインク供給針との位置に誤差が存在すると、装着が極めて困難になり、特に図１２（ｂ）に示したように３色のカラータンクＣ、Ｄ、Ｅを一体としたカートリッジでは装着が不可能になる虞があるという問題がある。
【特許文献１】
欧州特許出願公開第581531号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、軽い装着力と大きな余裕をもって装着することができ、また可及的に小さなデッドスペースでインク供給針と高い気密性を保持して結合でき、記録ヘッドヘの気泡の混入を確実に防止することができるインクジェット式プリンタ用のインクカートリッジを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解消するために本発明においては、インクを収容するインク収容部を構成する容器と、前記インク収容部に連通して記録ヘッドにインクを供給するインク供給口と、前記インク供給口に装填され、先端がテーパ状に形成された記録装置のインク供給針と係合するパッキン部材とを備えたインクカートリッジにおいて、前記パッキン部材が、前記インク供給口の内面に装着固定される弾性材料からなる筒状部と、前記筒状部に一体に形成され、一端が前記筒状部の内面と接続され、他端が前記筒状部の内部に向けて、かつ前記インク収容部と反対方向に開口面積を狭めるように形成され、さらに前記他端が筒状部の内面に非接触状態で、かつ前記筒状部内に位置するように形成された前記弾性材料からなるテーパ部とにより構成され、前記インク供給針が挿入されたとき、前記パッキン部材のテーパ部の先細り側が前記先端をテーパ状に形成されたインク供給針と弾接するように形成されている。
これにより、インク供給口が、記録ヘッドのインク供給針に挿入されると、インク供給針の先端のテーパ状の領域がパッキン部材のテーパ部を貫通して係合する際、テーパ部が筒状部に非接触で或る程度の移動の自由度を有するため、インク供給針とインク供給口との相対的な位置ずれを吸収してインク供給針をインク供給口に確実に係合させる。
【０００７】
また請求項２の発明は、前記テーパ部の一端が、前記筒状部の内面に非接触となるように形成されている。
これにより、テーパ部の一端がインク供給針に対応して筒状部の内側で移動、変形して、一層、確実にインク供給針と係合する。
【０００８】
【実施例】
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例の基づいて説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明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、図２に示したように仕切り板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多孔質体２０を収容するフォーム室１１と、インクを収容するインク室１２に分離されている。
そして多孔質体２０は、それ自体の体積がフォーム室１１の容積よりも大きく選ばれ、フォーム室１１には圧縮されて収容されている。また、フォーム室１１とインク室１２と収容されるインク量は、フォーム室１１側が２０乃至３０％程度多くなるように容積比が選択されている。
【０００９】
このようにフォーム室１１側のインク量をインク室１２のインク量よりも多く設定しておくことにより、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認識しにくくして、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、また、カートリッジ廃棄時には、インクが多孔質体に吸収されているから、流れ出しを防止して環境の保護を図ることができる。
【００１０】
各フォーム室１１の下端には記録ヘッドのインク供給針５０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の上端はフォーム室１１に対向する位置にそれぞれ２つ１組みのインク注入口１４、１５を有する蓋体１６で封止されている。
【００１１】
蓋体１６の裏面のフォーム室１１に位置する領域には、インク注入口１４、１５を取り囲むように突起１６ａ、１６ｂが形成されていて、これらの突起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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、こ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、これに一端が連通し、他端が後述するパッキンに連通する通孔２４が設けられ、さらに凹部２３の上他端にフィルター２５が固定されている。
【００１４】
３０は、パッキン部材で、インク供給口１３の下端に設けられたゴム等の弾性材料で形成されて上方に拡開するロート状のパッキンとして構成されている。そして下端は他の部分に比較して厚肉の筒状部３１として構成され、またテーパ部３２の周縁上端３３がインク供給口１３の段部１３ａと当接し、さらにテーパ部３２との境界が薄肉の接続部３４として構成されている。
【００１５】
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、インク供給針との気密性を確保することができる。
【００１６】
また、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１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分離用の連通孔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。
【００１７】
一方、カラーインクカートリッジよりも比較的小さく製作されるものの、インク室１２の容積が有色のインクよりも多くなるブラックインクのカートリッジは、図３に示したようにインク室１２とフォーム室１１とを区画する中仕切り１０と容器本体１の側壁１ａとの間に底面から上部近傍まで延びる隔壁１７を形成して、インク室１１を２つの部屋１２ａ、１２ｂに分割して、後述するインク注入時の負圧や、また使用時の外圧による容器全体の変形を防いで、インクの漏れだしを防止するように構成されている。なお、分割された各部屋１２ａ、１２ｂは、中仕切り１０の連通孔１９を介してフォーム室１１で接続されているが、隔壁１７の下部に連通孔を設けてもよい。
【００１８】
またキャリッジに搭載されたとき、外部から見易い位置の壁、この実施例では側壁１ａには、内面に上下に延びる複数条のリブ１８、１８が形成されていて、インクを壁面１ａから速やかに降下させるとともに、コントラストを大きくしてインクの残量をたやすく検知できるように構成されている。なお、図中符号１９ａは、中仕切り１０のフォーム室１１側の面に形成された後述する溝部を示している。
【００１９】
図４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、インク注入用の孔で、多孔質体が収容されている領域に形成されており、インク注入用の孔１４には、蛇行した溝４０、４０、４０を介して大気連通口４１、４１、４１に接続されていている。
【００２０】
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、インク注入用の孔１４、１５、及び大気連通口４１を覆うシール４２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４２には大気連通口４１に至る途中に設けられた括れ部４３を介して一部が蓋体１６から突出する舌片４５が形成さている。このような構成により舌片４５を蓋体１６から引き剥がすと、舌片４５だけを括れ部４３から容易に分離でき、大気連通口４１だけを露出させることができる。
【００２１】
このシール４２は、溝４０、４０、４０を常時封止する本体４４の表面には文字やイラスト等のパターンが印刷されているとともに、括れ部４３を介して本体４４と接続する舌片４５には色やパターン等を違えて印刷が施されている。
【００２２】
例えば、本体４４は、地膚色を青色とするとともに、黒色で文字やイラストが印刷されているのに対して、舌片４５は黄色や赤色など本体４４の地膚色に対してコントラストの高い色を地膚色とし、黒色系や青色系を中心とする色の文字やイラストが印刷されている。このように本体４４と舌片４５との色や、パターンを明確に異ならせることにより、使用者に対して舌片４５の引き剥がしを喚起することが可能となる。
【００２３】
このように構成されたカートリッジは、インク供給口をフィルム４６により封止するとともに、インク注入用の口１４、１５に気密的に注入針を挿入し、一方の注入針を排気手段に、また他方の注入針を閉塞する。
【００２４】
この状態で排気手段を作動させると、フォーム室１１、及びインク室１２が減圧される。所定の圧力まで減圧した段階で、排気操作を停止し、他方の注入針を計量管に連通させると、計量管に収容されているインクが一旦、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。
【００２５】
計量管により規定された量のインクが流入した段階で、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、及び連通口４１を減圧下で封止することにより、フォーム室１１、及びインク室１２は減圧状態を維持されることになる。
【００２６】
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、舌片４５が括れ部４３を境にして本体４４から分離される。これによりインク注入口１４が溝４０を介して大気連通口４１に連通する。使用状態においては各フォーム室４、５、６は、蛇行する長い溝４０を介して大気に連通することになるから、通気性を確保しつつインクの蒸発を防止することができる。
【００２７】
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５（ａ）に示したようにインク供給針５０は、そのテーパ部５１がシール４６を貫通してパッキン部材３０の孔に当接する。パッキン部材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、パッキン部材３０を貫通する。
【００２８】
このようなインク供給針５０をパッキン部材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、インク供給針の先端がパッキン部材３０の孔に係合しさえすれば、テーパ部３２が接続部３４の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。
【００２９】
そして、インクカートリッジ装着直後における記録ヘッドへのインクの充填時や、インク吐出能力回復操作時のように記録ヘッドに負圧を作用させてカートリッジからインクを強制的に記録ヘッドに流入させる場合には、カートリッジ側に大きな負圧が作用するため、カートリッジと大気とを隔てているパッキン部材３０のテーパ部３２がインクカートリッジ側に変形する。
【００３０】
この結果、パッキン部材３０のテーパ部３２が圧力差によりインク供給針５０に弾圧されて、より一層、高いシール性を発揮することになる。
【００３１】
またインク供給針５０が貫通するまで押し込むことなく、図５（ｂ）に示したようにインク供給針５０のテーパ部５１がパッキン部材３０のテーパ部３２に弾接しさえすれば、テーパ部３２に下方ヘの弾性力が蓄積されるから、インク供給針５０との気密性を確保することができる。
【００３２】
このような使用形態によればインク供給針５０の先端が直接シールされるため、デッドスペースが極めて小さく、かつ押し込みによるピストン効果に起因する空気の注入を防止できる。
【００３３】
この状態で、記録ヘッドのノズル開口側から負圧を作用させると、多孔質体２０に吸収されているインクが通孔２４からインク供給針の通孔５１、５１を経由して記録ヘッドに流れ込む。
【００３４】
所定量のインクが消費されて、多孔質体２０のインク量が少なくなって、液位が低下すると、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。
【００３５】
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。
【００３６】
図６はこの過程を示すもので、図中符号Ｆはフォーム室１１の多孔質体２０の水頭圧を、また符号Ｇはインク室１２のインク量を示しており、この図からの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、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からフォーム室１１にインクが徐々に流れ込む。
【００３７】
この結果、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。
【００３８】
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のと同等のインクが残っている。
【００３９】
したがって多孔質体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。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。
【００４０】
そして、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ΔＴのインクを記録ヘッドに供給することができるから、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り、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を補給することが可能となる。
【００４１】
ところで、前述したように本発明のインクカートリッジは、印刷中も内部を負圧に保持する必要上、前述のインク供給口とインク供給針との気密性確保に加えて、インク室１２からフォーム室１１へのインク供給プロセスが極めて重要な要因となる。そこで、次に、インク室１２からフォーム室１１へのインクの供給を管理するための構造について説明する。
【００４２】
図７に示した実施例は、フォーム室１１とインク室１２の境界にインク室側が高くなった段差部６０を形成するとともに、その下部に両室を接続する溝６１を形成したものである。
【００４３】
この実施例によれば、連通孔１９に接する多孔質体２０を段差部６０で確実に受け止めて、この近傍の圧縮率を高め、連通孔１９を介してのインク室１２とフォーム室１１との圧力差を確実に確保することができるばかりでなく、インク室１２のインクが少なくなった段階で、溝６１によりインク室１２のインクを集めて、これを多孔質体２０に吸収させることができるため、インク室のインクを無駄なく記録ヘッドに供給することができる。
【００４４】
図８に示した実施例は、インク室１２の底面をフォーム室１１側よりも高くして段差６２を形成し、この段差６２で多孔質体２０の下部を受け止めて連通孔１９近傍での多孔質体２０の圧縮率を高めるとともに、必要に応じてインク室１２からフォーム室１１に向かう傾斜６３が付けられている。
【００４５】
この実施例によれば、インク室１１のインクを連通孔１９に片寄らせて集めることが可能となり、この結果キャリッジの傾きなどに関りなく、インク室１２のインクを確実に記録ヘッドに供給することができる。
【００４６】
図９に示した実施例は、フォーム室１１とインク室１２を区画している中仕切りの連通孔１９の上部に連通するようにして、フォーム室側に前述した細い溝部１９ａ（図２、図３を参照）を形成するとともに、さらにインク室１２からフォーム室１１への空気の通路を確保するために、溝部１９ａの下端に貫通部１９ｂを形成したものである。
【００４７】
この実施例によれば、細い溝部１９ａで形成される空間を介して多孔質体２０の上部を連通孔１９に連通させることになる。
【００４８】
この結果、多孔質体２０の上部の比較的毛細管力が小さな領域と細い溝部１９ａを介して連通孔１９が接続するため、インクと空気との置換を円滑に行わせることができ、インク室１２のインクを確実にフォーム室１１に流れ込ませてインクの供給ミスを防止することができる。
【００４９】
図１０は、本発明の他の実施例を示すものであって、図中符号６５は、フォーム室１２の底部に設けられた馬蹄形の突部で、連通孔１９の近傍に空間を確保して、インク室１２のインクをフォーム室１１に流れ込みやすくしたものである。
【００５０】
なお、上述の実施例においては、フォーム室１１とインク室１２とを１枚の中仕切り１０により区画するようににしているが、単一色のインクカートリッジにあっては図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示したように、フォーム室７０の２方、または３方を取り囲むようにインク室７１を形成し、フォーム室７０とインク室７１とを区画する壁７２、７２、７２の少なくとも１つに連通孔７３を形成することにより、インクカートリッジ全体の容積に比較して大量のインクを収容することができるばかりでなく、インクの有無を広い角度から確認することができる。なお、図中符号７４は、インク供給口を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明をカラーインクカートリッジに適用した場合の一実施例を示す断面図である。
【図２】 同上インクカートリッジのインク容器本体の一実施例を示す斜視図である。
【図３】 黒インク用カートリッジのインク容器本体の一実施例を示す斜視図である。
【図４】蓋体のフォーム室側の構造を示す上面図で、図（ａ）はシールが未貼着の状態を、また図（ｂ）はシールを貼着した状態を示すものである。
【図５】 図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ同上インクカートリッジを記録ヘッドに装着した状態を示す図である。
【図６】 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。
【図７】 フォーム室とインク室との境界領域の構造を示す実施例の図である。
【図８】 フォーム室とインク室との境界領域の構造の他の実施例を示す図である。
【図９】 図（ａ）、（ｂ）は、それぞれフォーム室とインク室との境界近傍の構造の他の実施例を縦断面、及びＡ−Ａ線での断面構造を示す図である。
【図１０】 図（ａ）、（ｂ）は、それぞれフォーム室とインク室との境界近傍の構造の他の実施例を示す縦断面図、及び横断面図である。
【図１１】 図（ａ）、（ｂ）は、それぞれインクカートリッジの他の実施例を示す断面図である。
【図１２】 図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ従来のインクカートリッジの一例を示す図である。
【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 ２０ 多孔質体 ３０ パッキン ３１ 筒状部 ３２ テーパ部

Claims (1)

1. インクを収容するインク収容部を構成する容器と、前記インク収容部に連通して記録ヘッドにインクを供給するインク供給口と、前記インク供給口に装填され、先端がテーパ状に形成された記録装置のインク供給針と係合するパッキン部材とを備えたインクカートリッジにおいて、
   前記パッキン部材が、前記インク供給口の内面に装着固定される弾性材料からなる筒状部と、前記筒状部に一体に形成され、一端が前記筒状部の内面と接続され、他端が前記筒状部の内部に向けて、かつ前記インク収容部と反対方向に開口面積を狭めるように形成され、さらに前記他端が筒状部の内面に非接触状態で、かつ前記筒状部内に位置するように形成された前記弾性材料からなるテーパ部とにより構成され、前記インク供給針が挿入されたとき、前記パッキン部材のテーパ部の先細り側が前記先端をテーパ状に形成されたインク供給針と弾接するように形成されたインクカートリッジ。

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