JP3165794B2

JP3165794B2 - 液体収納容器

Info

Publication number: JP3165794B2
Application number: JP12101797A
Authority: JP
Inventors: 規文小板橋; 昌彦日隈; 雅実池田; 弘光平林; 重泰名越; 仁杉本; 雅哉植月; 美由紀松原; 史博後藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1997-05-12
Publication date: 2001-05-14
Anticipated expiration: 2016-05-14
Also published as: JPH1044461A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体噴射ヘッドに
供給する液体を貯留した液体収納容器に関し、特に前記
液体噴射ヘッドに対する安定した負圧を提供可能な構成
の液体収納容器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インクジェット記録装置用の液体
噴射ヘッド（以下、記録ヘッドともいう。）に液体（以
下、インクともいう。）を供給する液体収納容器（以
下、インクタンクともいう。）としては、大きく分類し
て次の２つが挙げられる。

【０００３】１つは、インクタンクがインクジェット記
録装置本体内に内蔵され、インクタンクからインク供給
管等を本体内にはい回して記録ヘッドに結合させインク
を供給する方式がある。

【０００４】この方式は、インクの供給系が大きなもの
となり、装置本体の小型化、低コスト化は難しい。ま
た、供給系でのインクがとぎれやすく、吐出信頼性を上
げるための吐出回復系（機構）が、大がかりなものとな
り、やはり、装置の小型化、低コスト化の達成が難しい
ばかりか、回復に要するインク消費量も多量となるた
め、廃インクの処理の問題、ひいてはランニングコスト
の増大につながる。

【０００５】しかしながら、記録ヘッドのインク吐出部
で、安定したメニスカスを維持させるための方法は、記
録ヘッドの位置に対して、インクタンクを下方に取り付
けることで達成することができ、簡単かつ、安定した負
圧を記録ヘッドのインク吐出口部に発生させられる。

【０００６】２つ目は、インクタンク内全体に負圧発生
部材として吸収体を収納し、その吸収体によってインク
を保持し、かつ、記録ヘッドのインク吐出口部で安定し
たメニスカスを維持させるインクタンクがある。この全
吸収体インクタンク方式は、吸収体が最大保持可能なイ
ンク量よりもやや少ないインクを保持させて、大気連通
部側の吸収体内部にメニスカスを発生させることによ
り、インク供給部で所定の内部負圧を発生させているの
で、インクタンクの毛細管力を大気連通部側の吸収体内
部のメニスカスと記録ヘッドの吐出部とのインク水頭差
を考慮して調整しておくことにより、記録ヘッドの吐出
部での安定したメニスカスを維持することが可能であ
り、安定したインクの吐出が可能である。しかしなが
ら、従来公知の全吸収体インクタンク方式は、インクタ
ンク容積に対する保持可能なインク量（インク保持比
率）が少なく、インクタンクが記録ヘッドとともに記録
紙に対向して記録走査することを考えると、記録装置本
体の小型化や、ランニングコストの低減化の上で改善す
る課題となっていた。特に、印字姿勢可変型のインクジ
ェット記録装置では小型化が重要な要素であり、安定し
た内部負圧を発生でき、かつ、インク保持比率の高い方
式が必要となっている。

【０００７】一方、特開昭５６−６７２６９号公報、あ
るいは特開昭５９−９８８５７号公報には、インクタン
ク内にバネで付勢したインク袋を用いたバネ袋インクタ
ンク方式が開示されている。バネ袋方式はバネ力を用い
てインク供給部での内部負圧を安定して発生させている
点で優れているが、所定の内部負圧を得るためのバネ形
状の制約や、インクタンクに袋を固定する工程がやや複
雑になり製造コストが高いこと、さらには薄型のインク
タンクではインク保持比率が小さくなるなどの問題点も
多い。

【０００８】また、特開平０２−２１４６６６号公報に
は、インクタンク内を複数のインク室に区切り、互いに
負圧発生可能な細孔で互いに連通させた区分インク室イ
ンクタンク方式が開示されている。本件開示の区分イン
ク室方式はインク室を互いに連通させている細孔の毛細
管力によってインク供給部での内部負圧を発生させてい
る方式である。区分インク室方式はバネ袋方式に比べて
インクタンクの構成が簡略化できるので製造コストの面
で有利であることと、インクタンクの形状に機構的な制
約が少ない点で有利である。しかしながら、上述件開示
の区分インク室方式ではインクタンクの保持姿勢を変え
るとインク残量によっては細孔部のインクがない状態と
なることがあり、細孔による内部負圧が不安定となりイ
ンク漏れが発生する場合もあり、インクタンク取り扱い
上の制約が大きい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
に各種のインクタンク形態における技術課題を改善しよ
うとなされたものであって、区分インク室インクタンク
方式を改良して、取り扱い性の優れた、インク保持比率
の高い、かつ環境変化に対して、インク漏れのない、か
つ、負圧特性を安定化させて、インクの吐出特性に影響
を与えずに、記録ヘッドに安定したインク供給を行なう
インクタンクの形態を実現することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の目的を
達成するために提案されたもので、大気と連通する大気
連通部と、液体噴射ヘッドに液体を供給するための液体
供給部とを備え、内部に負圧発生部材を収納した負圧発
生部材収納室と、前記負圧発生部材収納室と連通路を介
して連通するとともに、前記連通路を除いて実質的に密
閉である液体収納室と、前記負圧発生部材収納室の前記
連通路から上方へ延在する壁と、を有する液体噴射ヘッ
ド用の液体収納容器であって、前記連通路の上方側を大
気の前記液体収納室への移動に寄与する第１領域とし
て、前記連通路の下方側を前記大気の導入に応じた前記
液体の前記負圧発生部材収納室への移動に寄与する第２
領域として区分したことを特徴とする。

【００１１】また、前記壁と前記負圧発生部材との間に
は、前記壁の途中から前記第１領域に向って構成された
大気導入路を有している。

【００１２】さらに、前記大気連通部と前記大気導入路
の上端とを結ぶ経路には前記負圧発生部材が介在してい
る。

【００１３】これにより、大気導入経路を利用してイン
ク供給時に大気を前記連通路に強制的に導入すること
で、前記連通路におけるメニスカスを安定かつ、すみや
かに破断させてインク収容部のインクとの気液交換を良
好に行わせる。

【００１４】大気の移動と液体の移動の領域を区分した
ことで、気液交換動作がよりスムーズに行なえる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のインクジェット
記録装置の記録ヘッド、インクタンク、キャリッジの結
合の状態を示す断面図である。本実施例における記録ヘ
ッド２０は電気信号に応じて膜沸騰をインクに対して生
じせしめるための熱エネルギーを生成する電気熱交換体
を用いて記録を行なうバブルジェット方式のものであ
る。図１において記録ヘッド２０の主たる構成はすべて
ヘッドベースプレート１１１に設けた位置決め用の突起
１１１−１、１１１−２を位置決め基準としてヘッドベ
ースプレート１１１上に接着ないしは圧着して積層配置
されて成る。ここで、図１の面内上下方向はキャリッジ
ＨＣのヘッド位置決め部１０４と突起１１１−２とで位
置決めされる。更に、図１の横断図の垂直方向は、突起
１１１−２の一部がヘッド位置決め部１０４を覆うよう
に突出し、該突起１１１−２の切り欠き部（不図示）と
ヘッド位置決め部１０４とで位置決めされる。ヒータボ
ード１１３はＳｉ基板上に複数の列状に配された電気熱
変換体（吐出ヒータ）と、これに電力を供給するアルミ
ニウム等の電気配線とが成膜技術により形成されてな
り、本体装置からの電気信号を受け取るパッドを端部に
配した配線を有するヘッドフレキシブル基板（以下、
「ヘッドＰＣＢ」という。）１０５に対して、それぞれ
の配線を対応させてワイヤボンディングにより接続され
ている。吐出ヒータに対応して複数のインク流路を各々
区分するための隔壁や流路を介して交換インクタンク１
からインクを導入してインク流路に供給する共通液室と
複数の吐出口を形成するオリフィスとをポリサルフォン
等で一体成型した溝天板１１２をヒータボード１１３に
不図示のバネで押圧するとともに封止剤を用いて圧着固
定及び封止してインク吐出部を形成している。

【００１６】溝天板１１２に結合封止された流路１１５
は、交換インクタンク１と結合可能とするために、本実
施例においてはヘッドＰＣＢ１１３及びヘッドベースプ
レート１１１に設けた穴を通ってヘッドベースプレート
１１１の反対側へ貫通させるとともに、貫通部でヘッド
ベースプレート１１１に接着固定されている。また、流
路１１５のインクタンク１と結合する側の端部には吐出
部へのゴミや不如意の気泡などの流入を防止するための
フィルタ２５が設けてある。

【００１７】交換用インクタンクは係合ガイド及び加圧
手段１０３とにより記録ヘッド２０と結合され、インク
供給部のインク吸収体が流路１１５の先端に設けたフィ
ルタ２５と接することにより機械的に結合がなされる。
結合後、記録装置本体の記録ヘッド吸引回復ポンプ５０
１５などを用いて、記録ヘッド２０に交換インクタンク
１から強制的にインクを供給充填することでインク結合
を行なう。

【００１８】本実施例では、加圧手段による係合時に記
録ヘッド２０及び交換用インクタンク１が結合されると
ともに、同一方向で記録ヘッド２０とキャリッジＨＣと
が機械的及び電気的接続がなされることになるので、ヘ
ッドＰＣＢ１０５上のパッドとヘッド駆動電極１０２と
の位置決めも確実に行なわれる。

【００１９】リングシールはインク供給部のガタを許容
できるように交換インクタンク外壁との接合部を広めに
取れるように、本実施例ではやや太い弾性体リングで構
成している。

【００２０】以上説明したように、本実施例では交換イ
ンクタンク１と記録ヘッド２０とを十分に結合させた上
で交換インクタンクを付勢することで、キャリッジと記
録ヘッドと位置決めを簡単な構成で確実に行なうととも
に、記録ヘッドと交換インクタンクとを本体外で簡単に
結合した上でキャリッジに装着するようにしたので交換
操作を容易にすることができた。また、本実施例では、
キャリッジ（記録装置本体）と記録ヘッドとの電気的接
続も同時に行うように構成したので、記録ヘッド・交換
インクタンクの交換時の操作性も良好であるが、電気的
接続を別途コネクタ接続方式などにして、記録ヘッドの
位置決めと交換インクタンクとの結合をより確実なもの
とするための構成自由度を高くするのも良い。

【００２１】ここで、本実施例におけるインクジェット
記録装置における記録ヘッドの配置及び動作を説明する
ために、横置き印字姿勢の図４を用いて記録装置の動作
を説明する。図４で、記録媒体Ｐをプランテンローラ５
０００を用いて紙面下方から上方へ案内し、紙押さえ板
５００２でキャリッジ移動方向にわたってプランテン５
０００に対して押圧する。キャリッジＨＣは、キャリッ
ジ移動ピンをそのらせん溝５００４にはめ込んで、それ
自身が回転することで駆動源として動作するリードスク
リュー５００５とリードスクリューに平行に配置された
スライダ５００３とに支持係合されてプランテンローラ
５０００上に案内された記録媒体Ｐの記録面に沿って左
右に往復動する。リードスクリュー５００５は駆動伝達
ギア５０１１、５００９を介して駆動モータの正逆回転
に連動して回転駆動制御される。５００７、５００８は
フォトカプラでキャリッジのレバー５００６のこの域で
の存在を確認してモータ５０１３の回転方向切換等を行
なうためのホームポジション検知手段である。

【００２２】画像記録信号は、記録ヘッドを搭載するキ
ャリッジの移動にタイミングを計って記録ヘッドに送ら
れ、所定の位置でインク滴を吐出させて記録を行なう。
５０１６は記録ヘッドの前面をキャップするキャップ部
材５０２２を支持する部材で、５０１５はこのキャップ
内を吸引する吸引手段で、キャップ内開口５０２３を介
して記録ヘッドの吸引回復を行なう。５０１７はクリー
ニングブレードで、５０１９はこのブレードを前後方向
に移動可能にする部材であり、本体支持板５０１８にこ
れらは支持されている。吸引手段、ブレード等は、この
形態でなくとも良く、周知のものが適用可能なことはい
うまでもない。また、５０１２は、吸引回復動作のタイ
ミングを決めるためのレバーで、キャリッジと係合する
カム５０２０の移動に伴って移動し、駆動モータからの
駆動力がクラッチ切換等の公知の伝達手段で移動制御さ
れる。これらの回復手段は、キャリッジがホームポジシ
ョン側領域にきたときにリードスクリュー５００５の作
用によって、それらの対応位置で所望の処理が所定のタ
イミングで行なえるように構成されている。

【００２３】さてそれでは、本発明のインクタンクの実
施例を詳細に説明する。

【００２４】まず、初めに本発明の基礎となるインクタ
ンクの構成及び動作原理を説明する。

【００２５】（構成）図２に示すように、インクタンク
の本体は、インクジェット記録ヘッドと連結するための
開口部２を持ち、負圧発生部材３を収容した負圧発生部
材収容部４と該負圧発生部材収容部にリブ５を介して隣
接し、インクタンク底部１１の隙間部８を介して連通し
たインク９を収容するインク収容部６とからなる。

【００２６】（動作原理（１））図２は、本発明のイン
クタンク１にインクジェット記録ヘッド２０へインク９
を供給するジョイント部材７が挿入され、負圧発生部材
３に圧接してインクジェット記録装置が稼動可能な状態
になったときの模式断面図である。尚、ジョイント部材
７の端部にはインクタンク内のゴミを排除するためにフ
ィルター２５が設置されている場合もある。

【００２７】インクジェット記録装置が稼動するとイン
クジェット記録ヘッド２０のオリフィスからインクが吐
出され、インクタンク１にインク吸引力が発生する。イ
ンク９はこの吸引力によりインク収容部６からリブ端部
Ｂとインクカートリッジ底部１１との間であって、イン
ク収納部６と負圧発生部材収容部４とを連通する隙間部
８を通り、負圧発生部材収容部４へ、負圧発生部材３を
通ってジョイント部材７内に引き込まれインクジェット
記録ヘッド２０へ供給される。これにより隙間部８以外
は密閉しているインク収容部６の内部の圧力が低下し、
インク収容部６と負圧発生部材収容部４との間に圧力差
を生じる。記録が継続すると、その圧力差は上昇を続け
るが、負圧発生部材収容部４は大気連通孔１３により大
気に開放されているため、空気は負圧発生部材３を通っ
てリブ端部Ｂとインクカートリッジ底部１１との隙間部
８からインク収容部６に入る。この時点で、インク収容
部６と負圧発生部材収容部４との間の圧力差が解消され
る。インクジェット記録中はこの動作が繰り返され、あ
る一定の負圧がインクカートリッジ内に得られる。ま
た、インク収容部６内のインク９は、インク収容部６内
の壁面に付着するインク９以外は、ほぼ全て使用できる
ためインク使用効率が向上する。

【００２８】（動作原理（２））上述した本インクタン
クの動作原理（１）を元に、本インクタンクの動作原理
を説明するための簡単なモデルを図１０に示し、より詳
細な動作原理（２）を述べる。

【００２９】図１０において、インク収容部１０６は、
インク収容部６に相当し、インクが入っている。１０
２、１０３−１、１０３−２は負圧発生部材３を機能面
から模式的に表わした毛細管であり、そのメニスカスの
力により、インクタンク内に負圧を発生させる。１０７
はジョイント部材７に相当し、図示されないインクジェ
ット記録ヘッドと結合されており、この領域はインクタ
ンクからインクを供給するインク供給部に相当する部分
であり、オリフィスからインクが吐出されることで、イ
ンクの流れＱが生じる。

【００３０】この図は、インク収容部、負圧発生部材に
インクが十分充填された状態から、負圧発生部材中の供
給可能なインク及び、インク収容部から、少しインクを
消費した状態に相当し、記録ヘッドのオリフィスでの水
頭圧とインク収容部１０６内での減圧状態と、１０２、
１０３−１、１０３−２の毛細管力が釣り合った状態で
ある。インク供給部から、インク供給がなされると、１
０３−１、１０３−２の毛細管の高さはほとんど変化せ
ず、インク収容部１０６からインクが隙間部８に相当す
る１０８を通り消費される。その際のインク収容部１０
６での負圧の増大により、１０２の毛細管のメニスカス
が変位して、気泡形状となり、更に、そのメニスカスが
破れることで、大気が気泡として、インク収容部１０６
内に取り込まれる。これにより１０３−１、１０３−２
の毛細管の高さを変化させずに、すなわち負圧発生部材
中のインク分布はほとんどが変化せずに、ほぼ内圧の平
衡を維持したまま、インク供給分だけ、インク収容部１
０６からインクが消費されるのである。

【００３１】すなわち、インク供給部からインク量Ｑだ
け、インク供給がなされると、その体積分の変化が１０
２の毛細管で、メニスカスの変位として生じ、その際の
メニスカスの表面エネルギーの変化分が圧力損失分とし
て、インク供給部の負圧を増大させるのだが、メニスカ
スが破断されて、気泡としてインク収容部内に取り込ま
れ、ついに気泡とインクが交換されることで、メニスカ
スも元に戻って、インク供給部の内圧も、１０２の毛細
管力によって所定の内圧に維持されるのである。

【００３２】図１１は、本実施例のインクタンクのイン
ク供給部における内圧がインク供給量（消費量）に応じ
て変化する様子を示すものである。初期状態（図１４）
では、上述のように負圧発生部材収容部からのインク供
給が始まる。すなわち、インク室壁下端部、すなわち隙
間部８にメニスカスが形成されるまで負圧発生部材収容
部に存在しているインクが供給されるので、従来の全吸
収体方式のインクタンクと同様に負圧発生部材収容部内
の圧縮インク吸収体のインク上面（気液界面）の毛細管
力とインク自身の水頭圧とのバランスによってインク供
給部の内圧が発生している。インク供給（消費）に伴っ
て負圧発生部材収容部のインクが減少して上述のごとく
インク室下端部に気液界面が形成される状態（図１５）
となるとインク収容部からのインク供給が始まり、イン
ク室下端部近傍の圧縮インク吸収体の毛細管力によって
インク供給部の内圧が維持されるようになり、インク収
容部からインクが供給されている間はほぼ一定の内圧を
保持する。インクが更に消費されてインク収容部のイン
クがほぼ消費されてインク室壁下端部よりインク収容部
のインク液面が低くなると（図１６）、インク収容部に
大気が一気に供給され、インク収容部が大気と完全に連
通し、インク収容部に残余していた若干のインクが負圧
発生部材収容部の圧縮インク吸収体に吸収されて負圧発
生部材収容部内のインクが増量するためインク上面（気
液界面）がやや上昇する分だけインク供給部の内圧がや
や正方向に変化する。更に、インクが消費されると負圧
発生部材収容部のインクが再び消費されはじめるが、イ
ンク供給部より気液界面下がると記録ヘッドに大気が供
給され始めるのでインク供給の限界となり（図１７）、
インクタンクの交換が必要となる。

【００３３】本発明者の検討では、記録ヘッドへの結合
時に前述の記録装置本体の吸引手段で吸引回復を行い、
結合時に発生するインク流路中の気泡を除去するととも
に若干のインクをインクタンクから流出させることで、
初期から安定したインク内圧を維持することが可能であ
り、負圧発生部材収容部のインクを初期及び交換直前に
消費する場合においても、図１１に示したインク安定供
給期間で記録特性になんら問題はなく、良好な記録が行
えた。

【００３４】以上述べたメカニズムにより、インクが供
給されるためには、次の重要なポイントがあることが分
かった。

【００３５】それは、隙間部８のごく近傍に安定して、
インクと大気とのメニスカスが形成されている必要があ
ることである。そうでないと、メニスカスを変位させ
て、インク収容部まで移動させるために、インク供給部
の内圧をかなり大きい負圧にするまで、インクを供給し
なければならない。そうなると、高周波数での駆動が難
しくなり、高速印字を行うためには不利なものとなる。

【００３６】図１１は先程説明した、このインクタンク
のインク供給部における内圧がインク供給量（消費量）
に応じて変化する様子を示すものであり、インク供給を
行わない状態での、いわゆる静負圧と、インク供給を行
っている状態の、いわゆる動負圧を示している。

【００３７】この図における、動負圧と静負圧の差がイ
ンクを供給する際の圧力損失であり、先に説明した、メ
ニスカス変位の際に生ずる負圧が大きな比率をしめるも
のである。

【００３８】よって、この部分におけるメニスカスの破
断をすみやかに行わせることが本発明のポイントであ
り、そのための手段は、大気を隙間部８の近傍に強制的
に導入する大気導入路を設けることであり、以下にその
実施例を示す。

【００３９】＜実施例１＞図３に本発明の第１の実施例
を示したもので、この図をもとに詳細に説明する。イン
クタンクの負圧発生部材３はウレタンフォーム等の吸収
体であるが、この吸収体３が負圧発生部材収容部４に納
入した際に、負圧発生部材収容部４のリブ５と吸収体３
との間に大気導入路１４となる隙間を形成しており、リ
ブ端部Ｂとインクタンク底部１１との隙間部８の近傍に
まで、その隙間部として大気導入路１４が伸びている形
状となっている。そして、大気連通口を介して大気と連
通している。このためインク供給部２からインク９を供
給しはじめると、吸収体３からある程度のインクを消費
して、インク供給部２の内圧が所定の負圧に達すると、
図３に示すようなインク面を吸収体３中に安定して形成
し、隙間部８の近傍でインクと大気の間でメニスカスを
形成する。そして、この状態に至ると、その後のインク
９の供給により、すぐに隙間部８でのメニスカスの破断
を行わせることができる結果、圧力損失△Ｐをあまり大
きな値にさせることなく安定してインクを供給すること
ができるため、吐出安定性の良い、しかも高速印字が可
能となった。

【００４０】非記録時においては、負圧発生部材自身の
毛細管力（あるいはインク−負圧発生部材界面でのメニ
スカス力）などが発現され、インクジェット記録ヘッド
からインクが漏れることを抑制する。

【００４１】尚、本発明のインクタンク１をカラーイン
クジェット記録装置に対応するために各色（例えばブラ
ック、イエロー、マゼンタ、シアンの４色）のインクを
それぞれ個別のインクタンクに収容して使用することが
できる。また、個別のインクカートリッジを一体化させ
てインクタンクとしても良く、あるいは、使用頻度の高
いブラックインク用の交換型インクカートリッジと、他
のカラーインク一体化交換カートリッジを分離した交換
型インクカートリッジとしても良い。これらの組み合わ
せはインクジェット装置に合わせて任意である。

【００４２】以下に本発明をより詳細に説明する。

【００４３】本発明のインクタンクにおいて、インクジ
ェット記録ヘッドにおける負圧を制御するためには、負
圧発生部材３の選定、形状、寸法はもとより、リブ端部
Ｂの形状、寸法、リブ端部Ｂとインクタンク底部１１と
の間の隙間部８の形状、寸法、負圧発生部材収容部４と
インク収容部６の容積割合、ジョイント部材７のインク
タンクへの挿入量、形状、寸法、フィルター２５の形
状、寸法、目の荒さ及びインクの表面張力などを最適化
することが好ましい。

【００４４】本発明で使用する負圧発生部材３は、それ
自身、液体（インク）の自重及びわずかな振動に対して
もインクを保持する能力を有するものであれば従来公知
の部材が使用できる。例えば、繊維を網状に網込んだ綿
状体や連通孔を有する多孔質体などがあげられる。イン
ク保持力及び負圧発生などが調整容易なポリウレタンフ
ォームなどのスポンジが好ましい。特に、フォームの場
合には、フォーム製造時に所望の多孔密度となるように
調整できるので好ましい。尚、フォームを熱圧縮処理を
して更に多孔密度を調整した場合には、加熱による分解
物が発生し、インク物性を変化させ、記録品位に悪影響
を及ぼす場合があるので、洗浄などの処理が必要とな
る。また、各種インクジェット記録装置に対応したイン
クカートリッジを製造するためそれに応じた多孔密度の
フォームが要求されるが、熱圧縮を施していない特定の
セル数（１インチ当りの空孔の数）を持つフォーム材を
所望の寸法にカットし、負圧発生部材収容部４に圧縮挿
入し、多孔密度、毛細管力を調整することが好ましい。

【００４５】（インクジェット記録装置内での環境変
化）密閉系のインク収容部６を持つインクカートリッジ
（インクタンク）においては、インクジェット記録装置
内に装填された状態での外部環境変化（温度上昇、ある
いは気圧低下）に対しては、インク収容部の空気膨張に
より（インクの膨張もある）、インク収容部６に残存し
ているインク９をインク収容部６外へ押し出し、その結
果インクタンクの外へのインク漏れ発生の可能性があ
る。しかしながら、本発明のインクカートリッジにおい
ては、最悪想定される環境状態に応じた密閉系インク収
容部６の空気膨張体積（僅かではあるがインク膨張分も
含む）を予想し、それに伴うインク収容部６からのイン
ク移動量分を負圧発生部材収容部４にあらかじめ持たせ
ることが好ましい。尚、大気連通孔１３の設置位置は、
負圧発生部材収容部４側のインク供給口２としてのジョ
イント開口部より上部ならば特に指定はしないが、環境
変化時の負圧発生部材３中のインクの流れをジョイント
開口部から離すために、ジョイント開口部から遠い位置
にあるのが好ましい。また、大気連通孔１３の数及び形
状、大きさなどはインクの蒸発を考慮して任意に設定す
ることができる。

【００４６】（インクカートリッジ単独の物流）インク
カートリッジ単独の物流時においては、ジョイント開口
部及び又は、大気連通孔１３をシール材などで密閉して
インクの蒸発やインクカートリッジ内の空気膨張に備え
ることが好ましい。シール材としては、包装分野におい
てバリヤー材と称される単体層のバリヤー及び数層のプ
ラスチックフィルムの複合化及びこれらと紙、布などの
補強材またアルミニウム箔などを複合化した複合化バリ
ヤー材を使用することが好ましい。インクカートリッジ
本体材質と同様な材質をバリヤー材の接着層とし、熱な
どで溶着することによって密閉性を上げることがより好
ましい。

【００４７】また、インクカートリッジからのインクの
蒸発あるいは、外部大気からの空気の流入を抑制するた
めには、インクカートリッジを挿入後は包材内の空気を
脱気してから密閉する包装形態をとれば効果的である。
包材としては、気体透過度及び液体透過度を考慮し、上
記シール材同様バリヤー材から選択することが好まし
い。

【００４８】上述のような包装形態を選択することによ
って、インクカートリッジ単独の物流は、インク漏れな
どもなく、非常に信頼性の高いものとなる。

【００４９】（製造方法）インクカートリッジ本体材料
は、従来成形品に用いられるいかなる材料であってもよ
いが、インクジェット用インクへの影響がないような材
料あるいは、影響がないように処理された部材から選択
する必要がある。また、インクカートリッジの生産性を
考慮することも必要となる。例えば、インクカートリッ
ジ本体をインクカートリッジ底部１１部分とその上部部
分とに分割して樹脂材料にてそれぞれを一体成形し、負
圧発生部材３を挿入後、インクカートリッジ底部１１部
分とその上部部分を溶着してインクカートリッジ本体を
製造することができる。樹脂材料に透明あるいは、半透
明なものを選択すればインク収容部のインクはインクカ
ートリッジ外部から視認することができるので、インク
カートリッジの取り替え時期を目視にて判断することが
できる。また、上記シール材などの溶着を容易にするた
めに図のような凸部を設けることが好ましい。更に、イ
ンクカートリッジ本体外面にシボなどの加工を施すこと
もデザイン上好ましい。

【００５０】インクの充填には、加圧及び減圧法いずれ
もが使用できる。尚、インクの充填にタンク本体のいず
れかにインク充填口を設けることは他のインクカートリ
ッジ開口部を汚すことがないので好ましい。インク充填
後のインク充填口は、プラスチックあるいは、金属材料
にて栓することが好ましい。

【００５１】インクカートリッジの構成及び形状は、本
発明の範囲から逸脱することなく各種の変形を行うこと
ができる。

【００５２】（その他）本インクタンク（カートリッ
ジ）は、交換型として使っても良いし、記録ヘッドと一
体化させたものであっても良い。

【００５３】また、交換型として使用される場合、本体
による交換タンクの自動検知あるいは、ユーザー自身に
よる吸引等の回復動作をすることが好ましい。

【００５４】また、言うまでもないが、図１８のよう
に、４つの記録ヘッドが一体となって構成された記録ヘ
ッド２０に、Ｂｋ（ブラック）１ａ、Ｃ（シアン）１
ｂ、Ｍ（マゼンタ）１ｃ、Ｙ（イエロー）１ｄの４色の
交換インクタンクを結合させて記録を行うインクジェッ
トプリンターとして使っても良い。

【００５５】＜比較例＞ここで、本実施例における比較
例をインクタンクのインク供給部における内圧がインク
供給量に応じて変化する様子を交えながら示す。

【００５６】このインクタンク内には、特に大気導入路
が設けられておらず、負圧発生部材収容部内には、ほぼ
均一なポアサイズ分布の吸収体が内蔵されている。

【００５７】初期の状態では、図１４のようにインク収
容部内にはインクがほぼ充填された状態であり、負圧発
生部材収容部内にも、ある程度のインクが充填されてい
る。この状態から、インク供給が始まると、まず、負圧
発生部材収容部からのインクが供給されるので、負圧発
生部材収容部内の吸収体のインク上面（気液界面）の毛
細管力とインク自身との水頭圧とのバランスによってイ
ンク供給部の内圧が発生しているが、インク供給が進む
につれ、インク上面が降下していくため、その高さに対
して、ほぼ直線的に負圧が増大していく。図１３のａの
状態となる。このまま、インク供給に伴って、インク室
の下端部である隙間部に気液界面（メニスカス）が形成
される状態にならないと、インク供給部の負圧はどんど
ん高まってしまう。

【００５８】そして、隙間部でのメニスカスが形成され
た状態になるまでに、吸収体内でのインク面は、かなり
下降してしまい、場合によってはヘッドとのジョイント
部よりも液面が下降してしまう。

【００５９】こうなると、記録ヘッド内に大気をとり込
むこととなり、吐出が不安定となり、不吐出に至ってし
まう。

【００６０】また、このようにならないまでも、インク
供給部の内圧は図１３のｂの状態のように、隙間部の吸
収体のポアサイズによって決まる一定の負圧を越えて、
更に大きくなる場合もある。これは、吸収体はその周囲
を負圧発生部材収容部の内壁によって、多少圧縮されて
いるが、隙間部においては壁が存在しないので、圧縮さ
れていないため、その周囲に比べて圧縮率が若干小さい
ため、ちょうど図１２で示したモデルのような状態とな
っていると考えられる。

【００６１】この図は、ある程度、負圧発生部材収容部
からインクを消費した状態である。この状態から、更に
インクを供給すると、吸収体のポアサイズがＲ₂ 、Ｒ
₃ 、Ｒ₄ の中で一番大きいＲ₄ の部分のメニスカスがＲ
₃ 、Ｒ₄ の部分に比べて大きく変位移動し、引き続き隙
間部の近くにまで来ると、急にメニスカス力が弱まるた
め、インク収容部側にまでメニスカスが移動して、その
メニスカスが破断することで、大気がインク収容部にと
り込まれる。この時には、Ｒ₂ の部分からだけではな
く、Ｒ₃ 、Ｒ₄ の部分からも少しインクが消費される。
この際のメニスカスの移動の際の圧力損失△Ｐは比較的
大きなものとなる。

【００６２】しかしながら、一度破断したメニスカス
も、復帰の際の勢いにより、再び元の位置に近い所でメ
ニスカスを形成するため、しばらくはこのまま圧力損失
の高い状態となる。

【００６３】そして、メニスカスが隙間部のポアサイズ
Ｒ₁ の部分に安定するまで、同様なことを繰り返し、一
旦、隙間部でメニスカスが安定すると、隙間部のポアサ
イズＲ₁ で決まる負圧になるまで気泡がインク収容部に
入り安定する。

【００６４】ここまでの状態が図１３−ｂの状態であ
り、インク収容部及び吸収体の双方からインクを消費し
ている状態である。このように、大気導入路が設定され
ないと、前記のようにインク供給部における内圧が安定
されないで、インク供給時の圧力損失△Ｐも大きくなる
ため、吐出特性が悪化し、高速印字が難しくなる場合が
ある。

【００６５】＜実施例２＞図５に、他の実施例を示し
た。

【００６６】本実施例においては、ついたてリブ５の負
圧発生部材収容部４内側に、２本のリブ６１を設けた。
リブ６１はインクタンクの天井部分から隙間部８の近傍
にまでわたって設けられている。リブの間と吸収体３で
挟まれた部分が大気導入路１４となる。

【００６７】このリブ６１の下端Ａは、ついたてリブ５
の下端Ｂよりも上に位置するようにすることで、単に直
方体形状の吸収体３を負圧発生部材収容部４内に挿入す
るだけで、隙間部８を吸収体３でカバーすることができ
るため、簡単にかつ安定した大気導入路１４を隙間部８
の極く近傍まで導く構成とすることが可能となる。尚、
リブ６１の天井部分の接点と大気連通孔１３との間は、
吸収体３が介在している。

【００６８】このインクタンクを用いて、印字を行った
ところ、印字によるインク供給によって、素早く、図５
に示すようなインク面及びメニスカスを形成して、しか
も、歯切れの良い、メニスカス破断による気泡とインク
の交換が行われるため、圧力損失の少ないインク供給が
行えるようになり、高速印字を安定して行うことが可能
となった。

【００６９】＜実施例３＞図６に、大気導入路１４の他
の構成を示し、実施例２におけるリブ６１と同様のリブ
７１を更に増して、大気導入路１４の数を増して、か
つ、そのリブ７１を負圧発生部材収容部の天井にも設け
た。尚、天井部分に設けられたリブ７１の端部と大気連
通孔１３との間には吸収体３が介在している。

【００７０】これによって、複数の大気導入路１４を大
気連通口１３から、隙間部８の近傍まで安定して確保す
ることが可能となり、実施例１、２同様、圧力損失の少
ないインク供給が行えるようになり、高速印字を安定し
て行うことが可能となった。

【００７１】また、大気連通孔１３を隙間部８から離れ
た位置に設けても、大気の導入がスムーズに行うことが
可能となる。

【００７２】＜実施例４＞図７に、他の実施例を示し
た。

【００７３】本実施例においては、実施例２、３と同
様、ついたてリブ５にリブ８１を設けることで、大気導
入路１４を形成しているものであるが、リブ８１をつい
たてリブ５に対して非対称に構成することにより、イン
ク収容部６から隙間部８を通って負圧発生部材収容部４
に移動するインク９の流れる通路と、そのインク９の流
れと相補的に発生する、大気導入路１４から隙間部８を
通って、インク収容部６に入り込む大気の流れの通路
を、中心線Ａに対して、それぞれ独立別個にすること
で、入れ換えのための圧力損失を小さくする効果があ
る。

【００７４】こうすることで、インクと気泡の入れ替え
のための圧力損失△Ｐは、約半分となった。

【００７５】これにより、記録ヘッドからより安定し
た、インクの吐出を行うことが可能となった。

【００７６】＜実施例５＞図８に、リブ９１の他の変形
例を示す。

【００７７】実施例２〜４では、リブ９１の上端を、負
圧発生部材収容部の内壁の上側にまで伸ばしていたが、
本実施例では、そこまで伸ばさず短いものとしている。

【００７８】こうすることで、リブ９１によって、吸収
体の上部が圧縮されるのを防ぎ、圧縮された部分で、メ
ニスカス力が発生する危険性を防ぎ、負圧のコントロー
ルをより安定したものにすることができる。

【００７９】更に詳しくは、インクが消費される初期の
インクタンク中における、負圧発生部材３である吸収体
中のインク液面から、安定したインク液面に移行するま
では、吸収体中のインクを消費するようにする。すなわ
ち、大気導入路１４を通した早すぎる気液交換を促す
と、インク収容部６からインクが消費される結果、吸収
体３からのインクの消費が少なくなってしまうため、気
圧変動等の環境変化時に、インク収容部６からのインク
が、負圧発生部材収容部４へ移ることが可能なインク量
が制限されるため、吸収体３のインク漏れに対するバッ
ファー効果が半減するという弊害が発生する。そこで、
本実施例では、インクが吸収体３中で、ある程度消費さ
れてから、大気導入がされるように、大気導入路１４を
設置して、吸収体３中のインク液面をコントロールし、
インク漏れに対するバッファー効果を高めた。

【００８０】加えて、大気導入路１４付近に吸収体３中
のインク液面レベルが安定的に維持することが可能とな
り、インク収容部６内のインク９が消費される間、ほぼ
一定の負圧（水頭差）を発生させることになる。これに
より、ヘッドに対する負圧を安定化でき、吐出口からの
インクの吐出を安定させられる。

【００８１】＜実施例６＞図９に、他の実施例を示す。

【００８２】本実施例では、大気導入路１４を、ついた
てリブに溝１００を設けることで形成する。

【００８３】負圧発生部材収容部４内に収容する吸収体
３の圧縮率のひずみが少なくなるため、負圧のコントロ
ールがしやすいため、安定してインクを供給できる。

【００８４】＜実施例７＞図１９に他の実施例を説明す
る。

【００８５】構成としては、実施例６とほぼ同じである
が、異なるところは大気導入路１４はリブ下端Ｂまで、
つき抜けた構成となっていることである。

【００８６】実施例５、６と同様に、インクが消費され
る初期のインクタンク中における吸収体３中のインク液
面から、大気導入路１４の上端部Ｃの高さの安定したイ
ンク液面に移行するまでは、吸収体中のインクを消費す
るようにして、その後は大気導入路１４を通して気液交
換を行いながら、インク収容部６のインク９を消費して
いくが、大気導入路がリブ下端Ｂまでつき抜けているた
め、図２０のようなモデルとして、考えることができる
挙動となる。

【００８７】以下にモデルを用いて、詳細に説明する。

【００８８】負圧発生部材である吸収体３を機能面から
模式的に表わすと図２０のような毛細管と考えられ、大
気導入路１４は上端部Ｃの部分から、リブ下端Ｂまで継
っており、大気導入路１４は、上端部Ｃの部分から上側
では再び、毛細管と継っていると考えられる。

【００８９】先にも述べたように、吸収体３中のインク
液面は、インクが消費される初期のインクタンク中で
は、ある程度の高さになっているが、インクが消費され
るに従って徐々に、その液面が下がっていき、それに従
い、インク供給部６における内圧（負圧）は徐々に大き
くなっていく。

【００９０】そして、大気導入路１４の上端である、上
端部Ｃの部分の高さまで、インクが消費されると、イン
ク液面は毛細管中のＤの位置でメニスカスを形成してい
る。更にインクが受給・消費されると、再びインク液面
すなわち、メニスカスが下降するが、Ｅの位置まで来る
と、大気導入路１４中のインク液面のメニスカス力は急
激に弱まるため、一気に大気導入路１４中のインクが消
費されるようになるため、その後、この位置で、インク
収容部のインクが消費されるようになる。すなわち、気
液交換が行なわれるようになる。よって、インク消費中
はインク液面が上端部Ｃの高さのわずか下方の位置Ｃで
安定するため、インク供給部６での内圧は安定領域に入
るのである。そして、インク供給が停止すると、毛細管
中のメニスカスはＥの位置から再びＤの位置に戻り安定
する。

【００９１】このように、インク収容部６のインクを全
て、消費するまで、吸収体３中のインク液面はＤとＥの
間を往復する。

【００９２】そして、その後は吸収体３中のインクを消
費するようになるため、再び、インク供給部２の内圧
（負圧）は増大していき、インク切れとなる。

【００９３】ところで、インク供給部６における内圧は
吸収体３の毛細管力（すなわち、吸収体がインクを吸い
上げることができる高さに相当する）から吸収体３中の
インク液面の高さ分の差として得られるため、上端部Ｃ
の高さを、インク供給部２に対して、高く設定する必要
があることから考えると、吸収体３のポアサイズをある
程度、小さくする必要がある。

【００９４】上端部Ｃの高さをインク供給部２に対して
高く設定する理由は明白であり、インク供給部２よりイ
ンク液面が低くなると、大気をとり込んでしまって吐出
不良を引き起こすためそれを防止するためである。

【００９５】また、逆に、あまり高くすると良くない。
すなわち環境変化による、インクタンク内の内圧変化
で、インク収容部６から吸収体３側へインクがあふれた
際のバッファの余地が少なくなるためである。そこでＣ
の高さから上の吸収体３部の容積は、インク収容部６の
容積の半分程度に設定している。

【００９６】上記説明したメカニズムを更に簡易に述べ
る。

【００９７】すなわち、吸収体３が一様な密度であると
すると、インク供給部２における内圧（負圧）は、吸収
体３の毛細管力、すなわちインク供給部２の高さから吸
い上げることができる高さＨ₁から、インク供給部２の
高さからすでにインクが吸い上げられている高さＨ₂の
差すなわちＨ₁−Ｈ₂によって決まるのである。

【００９８】すなわち、例えば吸収体３のインクを引き
上げる力がＨ₁＝６０ｍｍで、インク供給部２から大気
導入路１４のＣの部分の高さがＨ₂＝１５ｍｍであれ
ば、インク供給部の内圧はＨ₁−Ｈ₂＝６０ｍｍ−１５ｍ
ｍとなり４５ｍｍＡｑとなるのである。

【００９９】よって初期は、吸収体３からインク９が消
費されるに従いその液面の高さが下がるに従い、ほぼリ
ニアに内圧（負圧）は下がっていくのである。

【０１００】以上説明した構成のインクタンクを用いれ
ば、安定した負圧によるインク供給を行うことができ
る。

【０１０１】また、インクタンク自体の構成も、型等で
容易に作成することができるため大量に安く作成するこ
とが可能となった。

【０１０２】次に更にインクが消費され吸収体３中の液
面が大気導入路１４の所まで、すなわち上端部Ｃの所ま
で来ると、すなわち、インク液面が図２０のＥの状態に
なると大気導入路１４中のインクはメニスカス保持でき
なくなるため、吸収体３側に吸収され大気の通路が形成
され一気に大気導入による気液交換が行なわれ、一方、
吸収体３側に吸収されたインクにより吸収体３の液面が
再び上昇することで液面がＤの状態となり、気液交換が
停止する。この状態では、大気導入路１４中にはすでに
インクはなく、モデル図として書いた大気導入路１４の
上の吸収体３は、単純に弁として機能しているのであ
る。ここで、大気導入路１４の上端部Ｃと大気連通孔１
３との間には負圧発生部材が介在した構成となってい
る。

【０１０３】よって、この状態で再びインクが消費され
れば、吸収体３の液面が少し下がり、そのため弁が開く
ことになるため、一気に気液交換が行なわれインク収容
部６側のインクが消費されるようになり、インク消費が
終了すれば、吸収体３の液面が、吸収体の毛細管力によ
って上昇するが、Ｄの位置まで来ると気液交換が停止す
るため、その位置で液面が安定することになるのであ
る。

【０１０４】このように、インク液面は大気導入路１４
の高さ、すなわち、上端部Ｃの高さによって安定して制
御でき、かつ、吸収体３の毛細管力、すなわち、インク
の引き上げ高さはあらかじめ調整すれば、簡易にインク
供給部２の内圧を制御することが可能となるのである。

【０１０５】また、環境の変化によるインクタンク内の
圧の変化によって、インク収容部から、吸収体側へあふ
れるインクを保持するために、吸収体の毛細管力、すな
わち、インク引き上げ高さを大きくしておくことで、イ
ンク９がインクタンクからあふれたり、インク供給部２
が正圧になるのを防ぐのである。

【０１０６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明では、
大気の移動と液体の移動に寄与する領域を区分したこと
で、インク供給時にインク収容部中のインクと大気と
が、安定かつ、すみやかに気液交換されることが可能と
なり、その結果、インク供給部における内圧を安定して
制御することが可能となり、記録ヘッドにおける吐出安
定性の良い、しかも、高速印字が可能となった。

【０１０７】また、外部環境の変化に対する、インクタ
ンク内の圧力変化に対しても、インク漏れが発生するこ
とのない、インクタンクを提供することが可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヘッドとインクタンクとの結合の一例を示す概
略図である。

【図２】本発明にかかるヘッドとタンクの他の例を示す
概略図である。

【図３】本発明にかかるタンクの一例を示す概略図であ
る。

【図４】記録装置の概略を示す斜視図である。

【図５】本発明にかかるインクタンクの一例を示す概略
図である。

【図６】本発明にかかるインクタンクの他の例を示す概
略図である。

【図７】本発明にかかるインクタンクのさらに他の例を
示す概略図である。

【図８】本発明にかかるインクタンクの別の例を示す概
略図である。

【図９】本発明にかかるインクタンクのさらに別の例を
示す概略図である。

【図１０】本発明におけるインク供給の状態をモデル化
して示す図である。

【図１１】本発明におけるインク供給部での内圧変化の
様子を示す特性図である。

【図１２】比較例におけるインク供給の状態をモデル化
して示す図である。

【図１３】比較例におけるインク供給部での内圧変化の
様子を示す特性図である。

【図１４】インクタンク内にインクが充填された初期状
態を示す図である。

【図１５】気液界面が形成始めた状態を示す図である。

【図１６】インク供給の終期付近を示す図である。

【図１７】インクが供給された状態を示す図である。

【図１８】４つのヘッドを一体とし個別タンクを取付け
可能とした形態を示す斜視図である。

【図１９】本発明にかかるインクタンクのさらに別の例
を示す概略図である。

【図２０】本発明におけるインク供給の状態をモデル化
して示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平林弘光東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者名越重泰東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者杉本仁東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者植月雅哉東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者松原美由紀東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者後藤史博東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献実公平２−39213（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/175

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】大気と連通する大気連通部と、液体噴射
ヘッドに液体を供給するための液体供給部とを備え、内
部に負圧発生部材を収納した負圧発生部材収納室と、前記負圧発生部材収納室と連通路を介して連通するとと
もに、前記連通路を除いて実質的に密閉である液体収納
室と、前記負圧発生部材収納室の前記連通路から上方へ延在す
る壁と、を有する液体噴射ヘッド用の液体収納容器であって、前記連通路の上方側を大気の前記液体収納室への移動に
寄与する第１領域として、前記連通路の下方側を前記大
気の導入に応じた前記液体の前記負圧発生部材収納室へ
の移動に寄与する第２領域として区分したことを特徴と
する液体収納容器。
【請求項２】前記壁と前記負圧発生部材との間には、
前記壁の途中から前記第１領域に向って構成された大気
導入路を有していることを特徴とする請求項１に記載の
液体収納容器。
【請求項３】前記大気連通部と前記大気導入路の上端
とを結ぶ経路には前記負圧発生部材が介在していること
を特徴とする請求項２に記載の液体収納容器。