JPS5959456A - インクカ−トリツジおよびインク供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は記録用インクの補充供給をカートリッジ方式で
行なうインクジェット記ｏ装置におけるインクカートリ
ッジに関するものであり、特にインクカートリッジから
記録ヘッドに至るインク流路内の気泡除去を可能になし
たインクカートリッジに関するものである。

インクジェット記録装置は、細いノズルからインクを小
滴として噴射飛（ｌｉさせて、記録紙上に文字、図形等
をドツト記録させるものである。この場合、高品質な文
字、図形等を描かせるためには、微細かつ等しい径のイ
ンク滴を規則正しく間欠的に噴射させねばならない。こ
のようなインク滴の噴射飛ｅＪを円滑に行なわせ、記録
紙上に安定して文字、図形等を描かせるためには、イン
ク自体の性質も充分均一化された安定なものとする必要
があるが、同時にインクタンクから記録ヘッドに至るイ
ンク流路内にを気泡が混入することを防止するようにし
なければならない。

また、ノズル内のインクの乾燥や埃、紙粉等によりイン
ク内に固形物を生じ、目詰りがしばしば生じる。このた
めインクの不射出又は射出不安定を起したり、噴射効率
、インク滴形成の安定性、応答性等の噴***度が低下し
てしまうので、上記のこれら不純物除去を行なう必要が
ある。

以上のように、インクジェット記録装置においては、イ
ンク流路内に発生又は混入する気泡や固化物を完全に除
去することが、必要不可欠な条件となる。

記録ヘッド内のノズル又は他のインク流路内に気泡や固
化物が入った場合には、従来次のような手段が講じられ
てきた。

（１）　　インクカートリッジの可動部又は可撓部を押
圧して、インク圧力を上昇させてインク流部の末端であ
るノズルから気泡固化物等をインクと共に排出させる方
法。

（２）　　インクタンクと記録ヘッドを流体接続させる
インク供給系の中間に加圧室を設け、電動ポンプ等によ
りインク送り景とインク圧を増加させてインクをノズル
側に送り、ノズルから気泡や固化物等を吐出させる方法
（特開昭５５−５３５７０号公報ほか） （３）　　ノズル面にキャップを接近して当て、吸引ポ
ンプでノズルからインクを吸い出して、気泡や固化物等
を除去する方法。（％開閉５６−１１３４６４号公報） しかしながら、気泡、固化物を除去（パージ）する上記
の各方法には次のような欠点があり実用上の問題となっ
ている。

（１）の機械的押圧手段は、圧力精度や安定性に欠け、
特にインク残量によらずに一定圧で加圧することが困難
である。

（２）のポンプ加圧手段は、高価な液体用ポンプを必要
とするのでコスト面に問題がある。

（３）のノズル面よりの吸引手段は、装置が複雑で高価
となり、かつ吸引速度とインク供給速度との相対関係に
より高精度を要する。

以上のように、従来のパージ手段は何れも構造、コスト
、安定性の面で未だ不充分なものである。

一方、インクジェット記録装置において、記録ヘッドに
インクを供給するインク供給装置のインクタンクとして
は、インクを外気に触れさせることなく安定した状態に
保つために、通常密封形のインクカートリッジが用いら
れている。このインクカートリッジには、インクが気密
性の高い袋又は容器に空気が入らないように充填されて
いる。

このインクカートリッジをカートリッジ受は部に対して
着脱可能に設け、インクカートリッジを交換することに
よって新してインクを補充できるようになされている。

交替可能なインクカートリッジの従来の実施例としては
、実公昭５２−３８２１５号公報が知られている。第１
図はその断面図を示す。図においてインク供給装置は補
充用インクを収容したインクカートリッジ１とインクカ
ートリッジ受は部７とから成り、このインクカートリッ
ジ１は一端部に空気穴２を穿孔した筒体のインクカート
リッジ基体３、この基体３の筒内部に収納されたインク
収容袋４および該インク収容袋４を液密にすると共に基
体３の他端部に密封状態に嵌着した弾性部材のギャップ
５から成る。６は補充用インクである。

さらにインクカートリッジ受は部７は、凹部に形成され
た受は基体８、この受は基体８のほぼ中央部突起部に針
支持板９を介して突設した非常に狭いインク流通路を有
するインクカートリッジ差し込み用の針１０、そのイン
ク流通路に連通するように受は基体８を通って図示しな
い液体ポンプに接続されるインク流通路１１から構成さ
れている。

しかしながら、この従来例においては、空気穴２は絶え
ず外気にのみ通じていて、この構成でインク圧を高める
にはインクカートリッジと記録ヘッドの中間に設けた加
圧用液体ポンプ、インク槽、液体用逆止弁、圧力調整器
等を駆動して行なわねばならない。これは構造や肛（動
が複雑高価な上記の部材を用いねばならず実施上の問題
となっていた。

本発明は前述の各問題点を解決し、かつ玉記従来実施例
を改善するためになされたものである。

即ち不発明は、記録時には記録ヘッド内に所定のインク
圧力を保持してインクを均一に供給し、非記録時であっ
て前記インク流路内の気泡や固化１勿を除去するときに
は、記録−＼ラド内に加圧インクを給送するようになし
、かし交換可能なインクカートリッジを提供するもので
ある。

本発明によるインクジェット記録装置用のインクカート
リッジは、記録用インクを満たした可撓性材料製のイン
ク収容袋と、該インク収容袋を内蔵する剛性の筐体とか
ら構成し５、該筐体に気体導入用の孔を設げたことを特
徴とするものである。

また本発明によるインク供給装置は、上記インクカート
リッジの気体導入孔に対して、気体圧送手段の排気口を
連通可能に構成し、気体圧送手段からの加圧気体を上記
排気口から上記導入孔に導入して前記インクカートリツ
′）筐体内に充填することによって、インクを前記イン
ク収容袋から記録ヘッドに向けて送り、もって記録ヘッ
ド内の気泡や固化物をインクと共に吐出させ、かつ記録
再開時には、前記気体圧送手段による加圧給送を止め、
インクカートリッジの筐体内の気体を前記導入孔より排
出し筐体内の気体圧を復元させるようになしたことを特
徴とするものである。

本発明によるインクジェット記録装置のインクカートリ
ッジとインク供給装置とによって、従来方法に比べ構造
簡単で、確実に動作する手段により、精度の高い、安定
した二種類のインク供給、即ち記録時のインク供給と気
泡−固形物除去（パージ）時のインク供給とを円滑に切
換え可能になした。

本発明によるインクジェット記録装置のインクカートリ
ッジとインク供給装置の効果は次の通りである。

（ａ）　　インク収容袋内のインク残片に′拘もず、常
に一定の圧力でインクを圧送できる。

（１〕）記録時の静水圧によるインク供給と、非記録時
のパージのための加圧給送との切換えが容易でＡしる。

（Ｃ）　　インクカートリッジ内のインクを均等に加圧
できる。

（ｄ）　　インク収容袋に部分的に無理な力が加えられ
ることがないので、インク収容袋が破壊することがな−
・。

（ｅ）　　構造が簡単で、動作が確実である。

（ｆ）　　低コスト化ができる。

（ｇ）　　記録時の定常圧のインク供給と、パージ時の
高圧インク供給との切替えが容易・確実である。

以下、図面に従って本発明を具体的に説明する。

第２図は本発明によるインクカートリッジの構造を示す
断面図である。図において、インクカートリッジ２０は
、補充用のインク２１を満たした可撓性材料製のインク
収容袋２２と、該インク収容袋２２を内蔵し気密性剛体
材料構造の一部に気体導入孔２４を有するカートリッジ
筐体２３と、前記インク収容袋２２の開口部に気密状態
に接続すると共に前記カートリッジ筐体２３の一開口部
に固設された弾性又は剛性材料から成る口金部２５　　
と、該口金部２５の内部に充填され前記補給用インクの
流出や外部からの気体流入を防止する弾性部材２６とか
ら成る。

尚、前記構成部材のうち、インク収容袋２２と口金部２
５、あるいは口金部２５と弾性部材２６をそれぞれ同一
材料で一体成形することも可能である。

このようにして、インクカートリッジ２０内の補充用イ
ンク２１は、外部への漏出や外部気体の進入を完全に防
止できる密封状態に保持される。

次に第３図は前記インクカートリッジ２０を着脱可能に
する受は部の断面図である。図において、受は部３０は
、前記インクカートリッジ２０を着脱可能に保持するよ
う口金部２５と嵌合する受入部材３１と、該受入部材３
１のほぼ中央部に充填された弾性キャップ部材３２と、
前記インクカートリッジ２０内のインク２１をインクジ
ェット記録装置の記録ヘッド（図示せず）に供給するた
めの連通手段である中空ニードル３３と、前記中空ニー
ドル３３を保持しかつ前記受入部材３１をガイドする外
筒３４と、前記受入部材３１をバネ付勢するコイルバネ
３５とから構成されている。このようにして中空ニード
ル３３は外筒３４に保持され、一端は弾性キーヤツブ部
材３２により中空ニードル先端部は弾力的にキャップさ
れ、他端はインク供給管３６に接続されている。

本発明に係る上記インクカートリッジを構成する各部材
の材料は例えば次の通りである。

インク収容袋２２は、可撓性材料で作られ、例えばポリ
エチレン、塩化ビニリデン等のプラスチックシート又は
アルミ等の金属箔又はこれらのラミネート材であり、補
充用インク２１による変化や経年変化することなく長期
に亘って気密状態を保持できるものでなければならない
。

カートリッジ筐体２３の材料としては後述の加圧状態に
おいても変形しない硬質のプラスチック例えばアクリル
樹脂、インパクトスチロール樹脂、ポリプロピレン樹脂
等で、好ましくは透明又は半透明で内部が観察可能なも
のがよい。

弾性部材２６の材料としては、例えば天然ゴム又は合成
ゴム等よりなり、中空ニードル３３の貫通を繰返すこと
によって摩擦欠落することなくかつ中空ニードル３３の
外周を絶えず圧着状態に包囲して補充用インクの漏出や
外気より気泡が漏れないような材料が必要である。尚、
受は部３０例の中空ニードル３３はステンレス鋼等で作
られる。

第４図は本発明によるインクカートリッジ２０と受は部
３０との接続状態を示す断面図である９インクカートリ
ツジ２０の一端な形成する口金部２５の凸部と、インク
ジェット記録装置内に固設された受は部３０の一端を形
成する受入部材３１の四部とを嵌合させて、インクカー
トリッジ２０を図面左方向罠押し付けると、受入部材３
１は内方に押し込まれ、固定された中空ニード／Ｉ／３
３の先端は弾性キャップ部材３２から突出し、更にイン
クカートリッジ２０側の弾性部材２６を貫通して、イン
ク収容袋２２内の補充用インク２１に通じるっかくして
、インク収容袋２２内の補充用インク２１は前記中空ニ
ードル３３を通ってインク供給管３６を介して記録ヘッ
ド（図示せず）内に連通ずる。

この状態においてインクジェット記録が行なわれる。即
ち、カートリッジ筐体２３の一部には気体導入孔２４が
開口しているので、カー）　＋Ｊツジ筐体２３内の気体
圧力は外気圧と等しく、よってインク収容袋２２内の補
充用インク２１の液圧も外気圧と一致している。従って
インク収容袋２２内と中空ニードル３３、インク供給管
３６を介して連通ずる記録ヘッド内のインクの液圧は、
上記インク収容袋２２内のインクの液圧と、インク収容
袋２２の水位と記録ヘッドのノズル位置の水位との差に
よる静水圧とによって一定値を保持される。

次に第５図は本発明に係るインクカートリッジおよびイ
ンク供給装置を含むインクジェット記録装置の概要を示
す断面図である。図において、記録ヘッド４０内のイン
ク流路は、インク滴を噴射する複数のノズル４１と、該
ノズルに連通ずる同数の圧力室４２と、該各圧力室４２
にインクを分配共通する共同インク室４３と、該共同イ
ンク室４３にインクカートリッジ２０からのインクを導
入する入口手段４４とから構成されている。また記録ヘ
ッド４０に記録用インクを供給する供給系は、インクカ
ートリッジ２０　と、中空ニードル３３を含む受は部３
０と、インク供給管３６と、フィルター３７とから構成
されている。

以上の構成のインク供給系において、インクカートリッ
ジ２０を受は部３０に接続することにより、インク収容
袋２２内のインクは口金部２５と受は部３０により流体
的に連結され、更にフレキシブルなインク供給管３６を
通って、フィルター３７を介して記録ヘッド４０の入口
手段４４から記録ヘッド内に供給される。記録ヘッド内
に供給されたインクは、先ず共同インク室４３に入り、
ここから更に１記録されるドツトマトリクス状の文字の
たて方向の画素に対応する複数のノズル４１より内方に
はインクカートリッジからのインクで満たされ°〔いる
。インクカートリッジ２３と記録ヘッド４０の位置関係
は非記録時には記録ヘッド内にインクが満たされ、しか
も記録ヘッド４０のノズル４１からインクが漏出しない
ように、また記録時にはノズル４１からインクが正常に
噴射し、消費されたインクが正常に供給されるように、
記録ヘッド４０内の静水圧、ノズル４】先端におけるイ
ンクの表面張力を考慮して決められる。なおインク供給
系にインク供給用弁を備えている方式においてはこのよ
うな静水圧を考慮した配置はとらなくてもよい。

一方、前記圧力室４２の壁の一部は可撓性壁となってい
て、その外壁面には電子パルス発生器５１に電気的に接
続された圧電変換素子５２が接着されている。該圧電変
換素子５２は、前記パルス発、生器５１から電気信号を
受けると変形し圧力室４２内の液圧を変動させる電機−
後板変換素子で、例えばピエソ電気クリスタル、高分子
圧電体フィルム等が用いられる。

上記の構成をなすインクジェット記録装置においては、
電子パルス発生器５１からの電気信号により圧電変換素
子５２は圧力室４２の内方に急激に撓み、このため生ず
る圧力室４２の容積の急激な減少は内部のインクをノズ
ル４１からインク滴として放出飛翔させ、対向して相対
移動する記録紙上に到達させて、ドツト画像を記録する
。

次に、本発明によるインクカートリッジ加圧装置を引続
き第５図に基づいて説明する。前記インク収容袋２２を
内蔵するカートリッジ筐体２３は、気体導入孔２４以外
は密閉構造となっていて、通常は図のように気体導入穴
２４を介してカートリッジ筐体内は外気と流通している
。またカートリッジ２０を記録装置本体の受は部３０に
正しく装着した状態で、上記気体導入孔２４の外方には
連結手段５４が固設されていて、更にこの連結手段５４
の中空状可動軸５５の一端は加圧用エアポンプ５６に連
結している。可動軸５５の他端にはツＩＩ性を有する圧
接部材（例えばＯリング）５７が取り付けられている。

連結手段５４は例えば電磁ソレノイドであって、内蔵す
るコイルに電流を接続すれば鉄　から成る可動軸５５が
上下動する。

可動軸５５は中空となっていで、加圧用エアポンプ５６
かもチューブ５８を介して送られてくる圧縮空気が流れ
て他端に達するような空気流路を形成している。

非記録時であって、前記パージを必要とする時には、自
動又は手動スイッチにより、連結手段５４のソレノイド
がＯＮになり、可動軸５５は押し下げられて、圧接部材
５７を介してカートリッジ筐体２３に密接する。これに
よりエアポンプ５６からチューブ５８、可動軸５５、圧
接部材５７、気体導入孔２４を経てカー）リッジ筐体２
３に至る気密状態の空気流路が連結される。この状態に
おいて自動的にエアポンプ５６が作動し、エアポンプ５
６かもの空気流は上記空気流路を経て、カートリッジ筐
体２３内に圧入され、カートリッジ筐体２３内の空気の
圧力は上昇し、内蔵するインク収容袋２２が圧縮される
ことにより、内部のインクが加圧される。この結果、イ
ンク収容袋２２内のインクは口金部２５とこれに接続す
る受は部３０を通って、インク供給管３６、フィルター
３７を経て圧送され、記録ヘッド４００Å口手段４４か
ら内部に導入され、ノズル４１から外部へ溢れ出る。こ
の時、ノズル４１および記録ヘッド内の気泡や固化物は
溢れ出るインクと共にノズル４１外に排出されて、ノズ
ルその他の洗浄が行なわれ、目詰まりがなくなる。

次に、上記パージ動作が終了し、再び印字に移行する際
には、連結手段５４の電源がＯＦＦになり、これによっ
てソレノイドのコイル電流が断たれ、可動軸５５は原状
に復帰することにより、圧接部材５７を有する可動軸５
５の先端部はカートリッジ筐体２３の外壁から離脱する
。同時に加圧用エアポンプ５６の電源も断たれ圧送動作
も停止する。

かくしてカートリッジ筐体２３内の与圧空気は気体導入
孔２４を通って外気に流出し、カートリッジ筐体２３内
の空気は大気圧に保たれ、前記静水圧インクによるイン
ク滴噴射を可能にする。

次に第６図は、本発明に係るインクカートリッジとイン
ク供給装置の他の実施例である。これはインクカートリ
ッジ６０のカートリッジ筐体６１の一部に、口金部２５
と平行位置にテーパー状の中空突起６２の内面は空気孔
６３が形成されている。記録装置本体側のカートリッジ
装填室の内部には、前記中空突起６２に嵌合連結可能な
形状ななす連結部材６４が設けられている。連結部材６
４の他端は管６５に接続し、更に手動プロワ−６６に接
続して（・る。手動プロワ−６６は弾性可撓壁から成る
半球状または提灯状の形状をなし、その壁の一部に空気
孔６７が開口している。この開口状態においては、手動
プロワ−６６がら管６５、連結部材６４、中空突起６３
を介してカートリッジ筐体６１に至る流路はすべて大気
圧になっている。この状態においてインクジェット記録
がなされる。

パージを必要とするときには、上記手動プロワ−６６の
空気孔６７を指６８又は操作部利によって閉じて圧縮し
、この容積縮小によって加圧送風し、カートリッジ筐体
６１内の空気圧を上昇させ、インク収容袋２２内のイン
クを加圧し、前述と同様に記録−＼ラド４０のノズル４
１から吐出させ、気泡や固形物をインクと共に放出させ
る。

圧に戻り、カートリッジ筐体内の空気圧およびインク圧
力も大気圧に戻り、印字可能な状態になる。

本方式のインクカートリッジおよびインク供給装置は加
圧力が比較的少なくてよい場合には、構造が簡単で有効
である。

前記インクカートリッジの構造はインクカートリッジ内
にインクを充填する場合にも極めて効果的である。例え
ば、先ず前記気体導入孔より加圧気体をカートリッジ筐
体２３内に導入して筐体内の気体圧力を上昇させるか、
あるいは受は部３０を減圧ポンプに接続して、インク収
容袋内の空気を追放して真空減圧状態となし、次に受は
部３０に補充用インクを入れたインク槽に接続した後、
カートリッジ筐体２３の気体導入孔２４に減圧ポンプを
接続し、カートリッジ筐体内を減圧状態にすると、上記
インク槽内の補充用インクはインク収容袋２２内に導入
することができる。

以上のような構成から成る本発明のインクシェド記録装
置は、記録用インクを収容するインク収容袋を格納する
カートリッジ筐体にインク供給手段と気体導入孔とを設
けたことを特徴とするもので、常時は大気圧と流通可能
となし、非記録時で記録ヘッド内の気泡や固化物を除去
する必要時には、前記導入孔より加圧気体を導入してカ
ートリッジ筐体内の圧力を上昇させて内包するインクを
加圧吐出させるインクカートリッジおよびインク供給装
置である。そしてカー１−　ＩＪッジの糸膜操作は容易
であり、定常のインク供給とパージ時の加圧給送の切換
動作も確実である。そのうえ構造も簡単であるので実用
上有効な装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のインクカートリッジと受は部を示す断面
図、第２図は本発明のインクカートリッジの構造を示す
断面図、第３図は本発明によるインクカートリッジ接続
用の受は部の断面図、第４図は不発ＱＩ［よるインクカ
ートリッジと受り部の接続状態を示す断面図、第５図は
本発明に係るインクジェット記録装置の実施例の概略を
示す断面図、第６図は本発明に係るインクジェット記録
装置用インク加圧手段の他の実施例を示す断面図である
。 ２０．６０・・・インクカートリッジ ２１・・・補充用インク　　２２・・・インク収容袋２
３．６１・・・カートリッジ筐体 ２４．６３・・・気体導入孔 ２５・・・口金部　　　　　２６・・・弾性部月３０・
・・受げ部　　　　　３１・・・受入部栃３３・・・中
空ニードル　　５４．６４・・・連結手段５６・・・エ
アポンプ　　　６６・・・手ｆｌｈ　７”　ロワー代理
人　桑原義美

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）記録用インクを満たした可撓性材料製のインク収
   容袋と、該インク収容袋を内蔵する剛性の筐体とから成
   り、該筐体に加圧気体を導入・排出せしめる孔を設けた
   ことを特徴とするインクカート　リ　ッ　ジ。
2. （２）　　記録用インクを満たした可撓性材料製のイン
   ク収容袋と、該インク収容袋を内蔵し加圧気体導入排出
   用の孔を有する剛性の筐体とから成るインクカートリッ
   ジ、および前記筐体に接離可能であって、前記孔に連通
   する気体排出口を有する気体圧送手段とで構成され、該
   気体圧送手段を前記インクカートリッジに近接させて前
   記孔を通して加圧気体を前記筐体内に送ることにより、
   インクを前記インク収容袋から記録ヘッドに向けて送り
   、記録ヘッドのノズルより吐出させ、かつ前記気体圧送
   手段を前記インクカートリッジから離間することにより
   、前記筐体内の気体を前記孔より排出するようになした
   ことを特徴とするインク供給装置。