JP4735344B2 - 液体収容体 - Google Patents

Description

本発明は、機器側の収容体装着部に着脱可能に装着される容器本体内に、大気開放流路に浸入した液体を貯留可能な空気室を備える液体収容体に関する。

液体収容体として、例えばインクジェット式プリンタに使用されるインクカートリッジが挙げられる。インクジェット式プリンタ用のインクカートリッジは、印刷ヘッドに供給するインクを収容しているインク収容室が容器本体に設けられ、使用の際には所定位置のカートリッジ装着部に着脱可能に嵌合装着される。そして、インク収容室内に収容されたインクは、ホストコンピュータから送られた印刷データに応じて駆動する印刷ヘッドに供給され、印刷ヘッドに設けられたノズルによって用紙等の被印刷物上の目標位置に噴射される。

これまで、インクジェット式プリンタに装着される大気開放タイプのインクカートリッジとして、プリンタ側のカートリッジ装着部に着脱可能に装着される容器本体内に、インクを収容するインク収容室と、インク収容室に連通して設けられカートリッジ装着部のインク受け部に接続されるインク供給孔と、インク収容室を外部に連通させてインク収容室内のインクの消費に伴って外部の空気をインク収容室内に導入する大気開放流路と、この大気開放流路の途中に設けられて大気開放流路に浸入したインクを貯留可能な空気室とを備えた構成のものが、各種提案されている。
空気室は、環境温度の変化等でインク収容室内の空気が熱膨張し、この空気の熱膨張によってインク収容室内のインクが大気開放流路を逆流するとき、インクが外部に漏洩することを防止するために設けられている。

このようなインクの漏洩防止のための空気室は、例えば、カートリッジが傾斜した時にも、インク収容室への空気導入機能が損なわれることがないように、大気開放流路との接続位置等に工夫が要求される。
また、インク収容室内の空気の熱膨張によって逆流するインク液量を収容し得る十分な容積を確保しておくことも重要となり、容積確保等にも工夫が必要とされる。

このような空気室を備えるインクカートリッジとして、空気室はインク収容室の外部の下方位置に独立して設けて、空気室とインク収容室とを専用の空気導入路で連通させるとともに、空気室は比較的に大きな面積を持つ両側壁を気体の通過は許容するが液体は通過させない気液分離膜で形成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２０９８４７号公報

ところが、空気室の隔壁に使用した気液分離膜は、一旦インクが接触すると、そのインクの接触域は空気の通過性が低下するため、インク収容室への通気性が当初よりも低下してしまい、インク収容室への通気性の低下が円滑なインク供給を妨げる虞があった。

さらに、比較的に大きな面積の気液分離膜を空気室の両端の隔壁として機能させるため、気液分離膜を平坦な壁状に安定支持する支持構造が必要になって、空気室の構成部品の増加が、組立性の悪化やコストアップを招いてしまう。
また、空気室をプリンタ側に設けた場合、プリンタとインクカートリッジ間で大気開放流路を気密に接続する必要があり、接続構造を形成するためのコストアップを招くこととなる。

そこで、本発明の目的は、空気室を形成するためのコストアップを招くことなく、液体収容室内の空気の熱膨張によって液体が大気開放流路を逆流しても、逆流した液体を空気室に貯留して外部への漏洩を防止することができ、また、空気室に貯留した液体は液体収容室内の空気の熱収縮時に速やかに全量を液体収容室に戻すことができて、熱膨張・収縮のサイクルが繰り返されても、空気室への液体の残留による液体の浪費を招くことがない液体収容体を提供することにある。

上記課題を解決することのできる本発明に係る液体収容体は、機器側の収容体装着部に着脱可能に装着される容器本体と、前記容器本体内に設けられ液体を収容する液体収容室と、前記液体収容室に連通して設けられ前記機器側の液体受け部に接続される液体供給孔と、前記液体収容室を外部に連通させ、前記液体収容室内の液体の消費に伴って外部の空気を前記液体収容室内に導入する大気開放流路と、前記大気開放流路の途中に設けられて前記大気開放流路に浸入した液体を貯留可能な空気室と、を備える液体収容体であって、
前記空気室は、前記液体を貯留可能であり、前記大気開放流路は、一端が前記液体収容室の底壁内面近傍に開口し他端が前記空気室の底壁内面に接近した位置に開口する下部開放流路と、一端が前記空気室の天井壁内面に接近した位置に開口し他端が外部に開口した大気開放孔である上部開放流路と、を有すると共に、前記空気室は、前記液体収容室内の上部の少なくとも一端側の隅部を含んだ直方体形状に区画形成され、前記下部開放流路の両端の開口は、前記液体収容室および前記空気室内の同一方向の一隅に接近する位置に配置され、前記上部開放流路の一端側開口は、前記下部開放流路の他端が開口する隅部と対角位置の隅部に接近した位置に配置されていることを特徴とする。

このような構成の液体収容体によれば、液体を貯留した液体収容室内の空気の熱膨張によって液体が下部開放流路を逆流したときには、逆流した液体は、下部開放流路の開口位置に広がる空気室に貯留される。そのため、逆流した液体が、外部へ漏洩することを防止することができる。
また、天地逆の姿勢になっても、下部開放流路の液体収容室内への開口端が液体収容室内の液面位置よりも上方に突出するため、下部開放流路を経由する逆流が起こらず、液体が外部へ漏洩することを防止することができる。
また、下部開放流路の他端が空気室の底壁を貫通し底壁内面に接近した位置に開口しているため、空気室に貯留された液体は、機器の液体の消費による負圧吸引力ないしは、液体収容室内の空気の熱収縮時に、熱収縮に伴う負圧吸引力により、速やかに全量を液体収容室に戻すことができる。したがって、熱膨張・収縮のサイクルが繰り返されても、空気室への液体の残留による貯留液体の浪費を招くことがない。

また、空気室は、液体収容室内の空間に区画形成されるもので、機器側の収容体装着部に特別な構造等が不要なため、構造及び構成を簡略化することができ、この構造及び構成の簡略化により、組立性の向上や、コスト低減を図ることができる。

なお、本発明においては、大気開放孔は、前記液体収容室の天井壁側に開口していてもよいし、また、前記液体収容室の底壁側に開口していてもよい。

このような構成の液体収容体によれば、例えば、液体収容体が横倒しの姿勢で放置された場合に、下部開放流路の液体収容室内の開口が液体収容室内に貯留されている液体中に没しているケースでは、液体収容室内の液体が下部開放流路を伝って空気室に流入するが、空気室を外部に連通させる上部開放流路は、上部開放流路に対して対角位置に位置しているため、空気室に流入した液体に接触することがなく、空気室に流入した液体が外部に漏出することはない。
一方、液体収容体が反対方向に横倒しになっていても、下部開放流路の液体収容室内の開口が液体収容室内に貯留されている液体の上方空間に位置するケースでは、液体収容室内の液体が下部開放流路を介して空気室に流れることがなく、この場合も、液体収容室内の液体が大気開放流路を伝って外部に漏出することがない。したがって、液体収容体がどのような姿勢になっても、液体収容室に貯留されている液体が外部に漏出することを防止することができる。

また、本発明に係る液体収容体において、前記液体収容室の天井壁の一部が前記空気室の天井壁となるように、前記空気室が前記液体収容室内の上部に区画形成されていることが好ましい。

このような構成の液体収容体によれば、空気室が液体収容室の上方に位置する通常の使用状態では、液体収容室内の空気の熱膨張によって下部開放流路や上部開放流路を逆流する液体は、重力に逆らって各流路を上昇しなければならないため、逆流が起こりにくくなり、外部への漏出が起こり難くなる。また、空気室の区画は、天井壁が液体収容室と共通であることから、天井壁以外の隔壁を追加するだけで画成でき、空気室の区画形成を容易にすることができ、空気室のための追加構造の削減により、コストの低減を図ることができる。
また、空気室が液体を貯留する液体収容室の上部に位置しているため、空気室に貯留された液体は、液体収容室内の空気の熱収縮時に、熱収縮に伴う負圧吸引力と、重力の双方の作用により、速やかに全量を液体収容室に戻す作用を効果的に得ることができる。したがって、熱膨張・収縮のサイクルが繰り返されても、空気室への液体の残留による貯留液体の浪費を招くことがない。

また、空気室は、液体収容室に連通した下部開放流路の他端開口と、外部に連通した上部開放流路の一端開口とを、上下に離間させて配置した単純構造の容器とすることができ、貯留する液体が接触する隔壁部に気液分離膜を使用する必要がないため、気液分離膜に液体が接触することで、通気性が低下することがない。したがって、液体収容室への通気性が途中で低下することがなく、液体収容室への良好な通気性を安定維持することで、円滑な液体供給を長期に渡って安定維持することができる。

また、本発明に係る液体収容体において、前記空気室の容積が、前記液体収容室の容積の１０％以上かつ３０％以下に設定されていることが好ましい。

液体収容体が使用環境で晒される温度変化の範囲を考慮し、環境が整備された室内で使用される場合（温度変化が１０℃〜４０℃の範囲）を想定した場合には、その温度変化を許容して液体の漏れを防止し得る空気室の容積は液体収容室の全容積の約１０％程度となる。また、環境が整備されていない最悪の場合（温度変化が−３０℃〜６０℃の範囲）を想定した場合には、その温度変化を許容して液体の漏れを防止し得る空気室の容積は液体収容室の全容積の約３０％程度となる。したがって、通常は、上記構成に示したように、空気室の容積を液体収容室の容積の１０％〜３０％の範囲に設定しておけば、温度変化によって最大限に逆流が生じたときでも、空気室に逆流した液体が空気室から溢れて外部に漏洩することがなく、しかも、空気室が過大となって液体収容体の大型化を招くこともない。

また、本発明に係る液体収容体において、前記上部開放流路の他端である前記大気開放孔が、封止フィルムで封止されていることが好ましい。

このような構成の液体収容体によれば、液体収容体が製造されてからユーザが使用するまでの期間は封止フィルムにより大気開放流路が完全に封止されているため、保管や搬送中に大気開放流路から液体が漏洩することを確実に防止でき、また、大気開放流路を介して液体収容室中の液体の水分蒸発が防止できるため、液体の濃度上昇による凝固等の不都合の発生を防止することができる。

また、本発明に係る液体収容体において、前記上部開放流路に、気体の通過を許容し液体の通過を許容しない気液分離膜が設けられていることが好ましい。

このような構成の液体収容体によれば、想定した温度変化の幅を上回る温度変化をして空気室に充満した逆流液体にさらに圧力がかかる場合でも、気液分離膜によって液体の外部への漏洩を防止することができ、漏洩防止に対する信頼性が向上する。また、温度変化による熱膨張で下部開放流路を逆流した液体が空気室に残留している状態で、液体収容体が横倒しになって、空気室内の上部開放流路の開口が残留する液体中に没するような事態が発生しても、液体が上部開放流路から外部に漏洩することがなくなり、漏洩防止に対する信頼性が向上する。

また、本発明に係る液体収容体において、前記液体収容室が、当該液体収容室内を仕切る隔壁によって第１の液体収容室と第２の液体収容室に区画され、これらの第１及び第２の液体収容室相互をそれぞれの底壁に接近した位置で連通させる連結流路を備え、これら第１及び第２の液体収容室の一方が前記下部開放流路を介して前記空気室に連通していることが好ましい。

このような構成の液体収容体によれば、液体収容室への当初の液体貯留量を、第１及び第２の液体収容室の一方が完全に満たされ、さらに他方の液体収容室の一部が液体により占有されるように設定すると、逆流時の漏洩防止のために確保する空気室の容積は、他方の液体収容室に貯留される液体の容積分に対応させるだけでよく、液体収容室が分割されていない場合と比較すると、空気室の容積を低減させて、液体収容体の小型化を図ることができる。

また、本発明に係る液体収容体において、前記第１の液体収容室及び第２の液体収容室は、容積が略等しくなるように設定されていることが好ましい。

このような構成の液体収容体によれば、漏洩防止のために確保する空気室の容積を、液体収容室が分割されていない場合と比較して、約２分の１に低減させることができ、空気室の容積低減による液体収容体の小型化が図り易くなる。

また、本発明に係る液体収容体において、前記連結流路の内径が、メニスカスにより気泡の通過を阻止する大きさに設定されていることが好ましい。

このような構成の液体収容体によれば、液体収容室への当初の液体貯留量を、例えば、第１及び第２の液体収容室の内、下部開放流路が開口している側の液体収容室はその容積の一部が液体により占有され、他方の密閉状態の液体収容室は全容積が完全に液体で満たされるように、液体の貯留量を設定した場合、下部開放流路が開口している側の液体収容室の液体を使い切るまでは、他方の密閉状態の液体収容室に気泡が入り込むことを防止できる。 すなわち、仮に、連結流路の内径がメニスカスによる表面張力を発生できないほど大きいと、下部開放流路が開口している側の液体収容室の液体を使い切る以前に、一方の液体収容室から他方の密閉状態の液体収容室に気泡が入り込んで、熱膨張時に逆流する液体量が増大して、空気室は液体収容室が分割されていないときと同様の容積が必要となってしまうが、そのような不都合の発生を防止することができる。

本発明に係る液体収容体では、液体収容室内の空気の熱膨張によって液体が大気開放流路を逆流しても、逆流した液体を空気室に貯留して外部への漏洩を防止することができる。また、天地逆の姿勢になっても、下部開放流路の液体収容室内への開口端が液体収容室内の液面位置よりも上方に突出するため、下部開放流路を経由する逆流が起こらず、液体が外部へ漏洩することを防止することができる。
また、下部開放流路の他端が空気室の底壁を貫通し底壁内面に接近した位置に開口しているため、空気室に貯留された液体は、液体収容室内の空気の熱収縮時に、速やかに全量を液体収容室に戻すことができる。したがって、熱膨張・収縮のサイクルが繰り返されても、空気室への液体の残留による貯留液体の浪費を招くことがない。
また、空気室は、液体収容室内の空間に区画形成されるものであり、空気室を形成するためのコストアップを招くことがない。

以下、本発明に係る液体収容体の実施の形態の例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１から図５は、本発明に係る液体収容体の第１の実施の形態としてのインクカートリッジを示したものであって、図１は第１の実施の形態となるインクカートリッジの概略構成を示す縦断面図であり、図２は図１のII−II線断面図であり、図３は図１に示したインクカートリッジの液体収容室内のインクが空気の熱膨張によって下部開放流路を逆流して空気室に貯留された状態の説明図であり、図４は図１に示したインクカートリッジが一側に横倒しになって液体収容室内のインク液が空気室に流入した状態の断面図であり、図５は図１に示したインクカートリッジが図４の場合とは逆側に横倒しになった時の液体収容室内のインク液の状態を示す断面図である。

本実施の形態の液体収容体は、一例として、インクジェット式プリンタにおいて、液体噴射部である印刷ヘッドが搭載されたキャリッジ上のカートリッジ装着部に装着されるインクカートリッジである。
本発明の第１の実施の形態として示したインクカートリッジ１は、印刷ヘッドへのインク供給を担うもので、外形形状が略直方体形状に形成されてプリンタ側の収容体装着部（カートリッジ装着部）に着脱可能に装着される容器本体３内に、インク（液体）５を収容するインク収容室（液体収容室）７と、このインク収容室７に連通して設けられプリンタ側のインク受け部（液体受け部）に接続されるインク供給孔９と、インク収容室７を外部に連通させてインク収容室７内のインク５の消費に伴って外部の空気をインク収容室７内に導入する大気開放流路１１と、この大気開放流路１１の途中に設けられて大気開放流路１１を逆流したインク５を貯留可能な空気室１３とを備えている。

なお、インク供給孔９は、通常、未使用状態の時は、先端開口部が封止フィルムによって封止されている。この封止フィルムは、プリンタのキャリッジ等に設けられているカートリッジ装着部に装着した際、カートリッジ装着部側のインク供給針により突き破られて封止が解除され、インクの供給が可能になる。

空気室１３は、インク収容室７内の上部の空間（すなわち、空気が流入している空間）に、インク５を貯留可能な密封空間として、区画形成されている。この空気室１３の形成位置は、インク収容室７内の上部の空間の少なくとも一端側の隅部７ｃを含んだ領域（すなわち、一端側に偏った領域）で、形状は直方体形状である。

また、本実施の形態の場合、インク収容室７の天井壁７ｂの一部が前記空気室１３の天井壁１３ｂとなるように、空気室１３を、インク収容室７内の上部寄りに形成している。そして、空気室１３の容積は、インク収容室７の全容積Ｖ１の１０％以上かつ３０％以下の範囲内に設定されている。

また、大気開放流路１１は、下部開放流路１５と、上部開放流路１７とに分割されて形成されている。
下部開放流路１５は、一端１５ａがインク収容室７内の底壁７ａの内面に接近した位置に開口し、他端１５ｂが空気室１３の底壁１３ａを貫通し該底壁１３ａの内面に接近した位置に開口している。
上部開放流路１７は、一端１７ａが空気室１３の天井壁１３ｂの内面に接近した位置に開口し、他端１７ｂが天井壁１３ｂを貫通して外部に開口した大気開放孔として形成されている。

そして、下部開放流路１５の両端の開口１５ａ，１５ｂは、図１に示すように、インク収容室７内及び空気室１３内の同一方向の一隅７ｃに接近する位置に設定されている。また、上部開放流路１７の一端側開口１７ａは、図２に示すように、空気室１３の矩形断面内で、下部開放流路１５の他端１５ｂが開口する隅部１３ｃと対角位置の隅部１３ｄに接近した位置に設定されている。
なお、本実施の形態の場合、空気室１３の一方の隅部１３ｃは、インク収容室７における一隅７ｃに重なっている。

本実施の形態では、図１に示すように、上部開放流路１７の他端（大気開放孔）１７ｂを、封止フィルム２１で封止している。

このようなインクカートリッジ１によれば、インク５を貯留したインク収容室７内の空気の熱膨張によって貯留インク５が下部開放流路１５を逆流したときには、逆流したインク５は、図３に示すように、下部開放流路１５の開口位置に広がる空気室１３に貯留される。そのため、逆流したインク５が、外部へ漏洩することを防止することができる。
また、インクカートリッジ１をカートリッジ装着部から外した時等に、天地逆の姿勢とされても、下部開放流路１５のインク収容室７内への開口端が、インク収容室７内の液面位置よりも上方に突出するため、下部開放流路１５を経由する逆流が起こらず、この場合も、インク５が外部へ漏洩することを防止することができる。

また、下部開放流路１５の他端１５ｂが空気室１３の底壁１３ａを貫通し該底壁１３ａの内面に接近した位置に開口しているため、空気室１３に貯留されたインク５は、インク収容室７内の空気の熱収縮時に、熱収縮に伴う負圧吸引力と、重力の双方の作用により、速やかに全量をインク収容室７に戻すことができる。したがって、熱膨張・収縮のサイクルが繰り返されても、空気室１３へのインク５の残留による貯留インク５の浪費を招くことがない。

また、このインクをインク収容室７に戻す作用は、空気室１３がインク５を貯留するインク収容室７の上部に位置していることによって、さらに効果的に機能する。なお、空気室１３がインク収容室７の下部にある場合であっても、下部開放流路１５の他端１５ｂが空気室１３の底壁１３ａを貫通し該底壁１３ａの内面に接近した位置に開口していれば、同様の効果が得られる。

また、空気室１３は、インク収容室７に連通した下部開放流路１５の他端開口１５ｂと、外部に連通した上部開放流路１７の一端開口１７ａとを、上下に離間させて配置した単純構造の容器で、貯留するインク５が接触する隔壁部に気液分離膜が使用されていないため、空気室１３の隔壁にインク５が接触することで、通気性が低下することがない。
したがって、インク収容室７への通気性が途中で低下することがなく、インク収容室７への良好な通気性を安定維持することで、円滑なインク供給を長期に渡って安定維持することができる。

また、空気室１３は、インク収容室７内の上部の空間に区画形成されるもので、インク収容室７の外部に独立して空気室１３を区画形成した従来品と比較すると、機器側の収容体装着部に特別な構造等が不要なため、構造及び構成を簡略化することができ、この構造及び構成の簡略化により、組立性の向上や、コスト低減を図ることができる。

また、本実施の形態の場合、例えば、インクカートリッジ１が横倒しの姿勢で放置された場合に、下部開放流路１５のインク収容室７内の開口１５ａがインク収容室７内に貯留されているインク５中に没している状態では、図４に示すように、インク収容室７内のインク５が下部開放流路１５を伝って空気室１３に流入するが、空気室１３を外部に連通させる上部開放流路１７は、上部開放流路１７に対して対角位置に位置しているため、空気室１３に流入したインク５に接触することがないため、空気室１３に流入したインク５が外部に漏出することはない。

一方、インクカートリッジ１が横倒しになっていても、図５に示すように、下部開放流路１５のインク収容室７内の開口１５ａがインク収容室７内に貯留されているインク５の上方空間に位置するケースでは、インク収容室７内のインク５が下部開放流路１５を介して空気室１３に流れることがなく、この場合も、インク収容室７内のインク５が大気開放流路１１を伝って外部に漏出することがない。
したがって、インクカートリッジ１がどちらの向きで横倒し状態になっても、インク収容室７に貯留されているインク５が外部に漏出することを防止することができる。

また、本実施の形態のインクカートリッジ１では、空気室１３がインク収容室７の上方に位置する通常の使用状態では、インク収容室７内の空気の熱膨張によって下部開放流路１５や上部開放流路１７を逆流するインク５は、重力に逆らって各流路を上昇しなければならないため、逆流が起こりにくくなり、外部への漏出が起こり難くなる。
また、空気室１３の区画は、天井壁１３ｂがインク収容室７と共通であることから、天井壁１３ｂ以外の隔壁を追加するだけで画成でき、空気室１３の区画形成を容易にすることができ、空気室１３のための追加構造の削減により、コストの低減を図ることができる。

ところで、Ｔ１℃の空気がＴ２℃に温度変化したときの体積膨張率Ａは、次の［１］式で表される。
Ａ＝（Ｔ２＋２７３）／（Ｔ１＋２７３） …［１］
インク収容室７内にインク５が充満していて、インク収容室７内に空気が全く存在していない時は、温度変化があっても、空気の熱膨張力が作用しないので、インク収容室７内に貯留しているインク５の逆流は、発生しない。また、インク収容室７内にインク５が残留していない空の状態では、インク収容室７内の空気が熱膨張をしても、インク５の逆流は発生しない。
インク５の逆流が発生するのは、インク収容室７内にインク５と空気の双方が貯留されている状態のときである。

上記インク収容室７の全容積をＶ１、インク収容室７内に残留している空気体積をＶ２、インク収容室７内に貯留しているインク５体積をＶ３、とすると、次の［２］式が成立する。
Ｖ１＝Ｖ２＋Ｖ３ …［２］
そして、空気室１３に逆流するインク５量が最大となるのは、インク収容室７内に残留している空気が熱膨張によりインク収容室７の全容積Ｖ１まで膨張し、これにより、インク収容室７内に貯留しているインク５の全量（Ｖ３）が全て空気室１３に逆流した場合で、次の［３］式が成立する。
Ｖ２×Ａ＝Ｖ１ …［３］
上記の［２］，［３］式から、
Ｖ３＝（Ａ−１）÷（Ａ×Ｖ１） …［４］

空気室１３の容積をＶ３より大きく設定すると、逆流したインク５の漏洩は確実に防止できるが、空気室１３内に無駄な空き空間が残る過大容積となって、インクカートリッジ１の大型化を招く虞がある。一方、空気室１３の容積をＶ３未満に設定すると、逆流が最大量に達したときには、インク５が空気室１３から外部に漏洩する虞がある。したがって、空気室１３の容積は、Ｖ３に設定しておくのが最適である。
そこで、このインク収容室７の全容積Ｖ１と、空気室１３に装備すべき最大容積Ｖ３の比をＢとすると、
Ｂ＝Ｖ３／Ｖ１ …［５］
となり、この［５］式に上記［４］式を代入すると、
Ｂ＝（Ａ−１）／Ａ …［６］
となる。
したがって、インク収容室７が使用される環境の温度変化を設定し、その温度変化に対する体積膨張率Ａを［１］式から求め、その体積膨張率Ａを［６］式に代入することにより、その温度変化を許容してインク５の漏れを防止し得る空気室１３の容積比Ｂを得ることができる。

インクカートリッジ１が使用環境で晒される温度変化の範囲を、例えば、次の３通りに設定する。
第１の温度条件は、環境が整備された室内で使用される場合を想定したもので、温度変化が１０℃〜４０℃の範囲である。
第２の温度条件は、環境が整備されていない最悪の場合を想定したもので、例えば、温度変化が−３０℃〜６０℃の範囲である。
第３の温度条件は、第１の温度条件と第２の温度条件の中間的な範囲を想定したもので、温度変化が−２０℃〜４０℃の範囲である。

第１の温度条件の時の体積膨張率Ａは、［１］式にＴ１＝４０、Ｔ２＝１０を代入して、Ａ＝１．１０６０となる。このときの空気室１３の容積比Ｂは、［６］式から、Ｂ＝０．０９５８となる。したがって、この温度条件のとき、空気室１３の容積は、インク収容室７の全容積の約１０％程度に設定すれば、漏洩が生じない最適なインクカートリッジ１が得られることになる。

一方、第２の温度条件の時の体積膨張率Ａは、［１］式にＴ１＝６０、Ｔ２＝−３０を代入して、Ａ＝１．３７０４となる。このときの空気室１３の容積比Ｂは、［６］式から、Ｂ＝０．２７０３となる。したがって、この温度条件のとき、空気室１３の容積は、インク収容室７の全容積の約３０％程度に設定すれば、漏洩が生じない最適なインクカートリッジ１が得られることになる。

インクカートリッジ１が通常の使用環境で晒される温度変化の範囲は、上記の第１の温度条件の場合と、第２の温度条件の場合の間にあると考えられる。
したがって、通常は、上記実施の形態に示したように、空気室１３の容積を、インク収容室７の容積の１０％〜３０％の範囲に設定しておけば、温度変化によって最大限に逆流が生じたときでも、空気室１３に逆流したインク５が空気室１３から溢れて外部に漏洩することがなく、しかも、空気室１３が過大となってインクカートリッジ１の大型化を招くこともない。

なお、好ましくは、第３の温度条件の時に、逆流したインク５が空気室１３から溢れないように、空気室１３の容積比を決定すると良い。第３の温度条件の時の体積膨張率Ａは、［１］式にＴ１＝４０、Ｔ２＝−２０を代入して、Ａ＝１．３７０４となる。このときの空気室１３の容積比Ｂは、［６］式から、Ｂ＝０．１９１７となる。したがって、この温度条件のとき、空気室１３の容積は、インク収容室７の全容積の約２０％程度に設定すれば、漏洩が生じない最適なインクカートリッジ１が得られることになる。

さらに、上記インクカートリッジ１では、インクカートリッジ１が製造されてからユーザが使用するまでの期間は封止フィルム２１により大気開放流路１１が完全に封止されているため、保管や搬送中に大気開放流路１１からインク５が漏洩することを確実に防止でき、また、大気開放流路１１を介してインク収容室７中のインク５の水分蒸発が防止できるため、インク５の濃度上昇による凝固等の不都合の発生を防止することができる。
なお、使用時の封止フィルム２１の除去は、インクカートリッジ１を機器の収容体装着部に装着する前にユーザが手動で封止フィルム２１を剥離除去する方法の他に、機器の収容体装着部側に封止フィルム２１を破る封止解除針等を設けておく方法等が考えられる。

図６は本発明に係る液体収容体の第２の実施の形態であるインクカートリッジの概略構成を示す縦断面図である。
この第２の実施の形態のインクカートリッジ２３は、第１の実施の形態で示したインクカートリッジ１における上部開放流路１７に、気体の通過を許容しインク５の通過を許容しない気液分離膜２５を設けたもので、それ以外の構成は、第１の実施の形態のものと同一である。第１の実施の形態と同一の構成については、図中に同一符号あるいは相当符号を付すことにより説明を簡略化あるいは省略する。

このような構成にすると、想定した温度変化の幅を上回る温度変化をしたために、空気室１３に充満した逆流インク５にさらに圧力がかかる場合でも、気液分離膜２５によってインク５の外部への漏洩を防止することができ、漏洩防止に対する信頼性が向上する。
また、温度変化による熱膨張で下部開放流路１５を逆流したインク５が空気室１３に残留している状態で、インクカートリッジ１が横倒しになって、空気室１３内の上部開放流路１７の開口が残留するインク５中に没するような事態が発生しても、インク５が部開放流路から外部に漏洩することがなくなり、漏洩防止に対する信頼性が向上する。

図７は本発明に係る液体収容体の第３の実施の形態であるインクカートリッジの概略構成を示す縦断面図である。
この第３の実施の形態のインクカートリッジ３１は、第１実施の形態のインクカートリッジ１におけるインク収容室７が、該インク収容室７内を垂直方向に仕切る隔壁３２によって第１のインク収容室７１と第２のインク収容室７２に分割され、これらの第１及び第２のインク収容室７１，７２相互をそれぞれの底壁に接近した位置で連通させる連結流路３３を備え、さらに、インク収容室７の一隅側に位置する第２のインク収容室７２が下部開放流路１５を介して前記空気室１３に連通した構成で、大気開放流路１１を構成している下部開放流路１５や上部開放流路１７の各開口端の位置や、空気室１３の装備位置、空気室１３の形状等は、第１の実施の形態と共通で良い。

なお、この第３の実施の形態において、第１のインク収容室７１及び第２のインク収容室７２は、容積が略等しくなるように、隔壁３２の位置等が寸法設定されている。
さらに、この第３の実施の形態において、連結流路３３は、その内径が、メニスカスにより気泡の通過を阻止する大きさに設定されている。本実施形態では、連結流路３３の一端３３ａ及び他端３３ｂは、それぞれ第１のインク収容室７１及び第２のインク収容室７２の底壁７１ａ，７２ａの内面に接近した位置にてそれぞれ開口している。

以上に説明した第３の実施の形態のインクカートリッジ３１では、各インク収容室７１，７２への当初のインク貯留量を、図７に示すように、第１のインク収容室７１が完全に満たされ、さらに第２のインク収容室７２の一部がインク５により占有されるように設定すると、逆流時の漏洩防止のために確保する空気室１３の容積は、第２のインク収容室７２に貯留されるインク５の容積分に対応させるだけでよく、インク収容室が分割されていない場合と比較すると、空気室１３の容積を低減させて、インクカートリッジ１の小型化を図ることができる。
なお、分割された第１及び第２のインク収容室７１，７２は、その底壁に接近した位置で連結流路３３により連通して連通管として機能するため、第１のインク収容室７１の底壁にインク供給孔９が設けられていれば、貯留しているインク５の全量をインク供給孔９から外部に供給することができ、貯留しているインク５の一部がインク供給孔９に流れずに未使用のまま残ってしまうということもない。

また、上記インクカートリッジ３１のように、第１のインク収容室７１と第２のインク収容室７２との容積を略等しく設定すると、漏洩防止のために確保する空気室１３の容積を、インク収容室７が分割されていない場合と比較して、約２分の１に低減させることができ、空気室１３の容積低減によるインクカートリッジ１の小型化が図り易くなる。

さらに、本実施の形態のように、連結流路３３の内径がメニスカスの表面張力を利用できる大きさに設定されていると、各インク収容室７１，７２への当初のインク５の貯留量を、例えば、下部開放流路１５が開口している側の第２のインク収容室７２はその容積の一部がインク５により占有され、他方の密閉状態の第１のインク収容室７１は全容積が完全にインク５で満たされるように、インク５の貯留量を設定した場合、下部開放流路１５が開口している第２のインク収容室７２のインク５を使い切るまでは、他方の密閉状態の第１のインク収容室７１に気泡が入り込むことを防止できる。

すなわち、もしも、連結流路３３の内径がメニスカスの表面張力を発生できないほど大きいと、下部開放流路１５が開口している第２のインク収容室７２のインク５を使い切る以前に、第２のインク収容室７２側から第１のインク収容室７１に気泡が入り込むことで、熱膨張時に逆流するインク液量が増大して、空気室１３はインク収容室７が分割されていないときと同様の容積が必要となってしまうが、本実施の形態のようにすれば、そのような不都合の発生を防止することができる。

図８は本発明に係る液体収容体の第４の実施の形態であるインクカートリッジの概略構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の断面図と逆側からみた平面図である。
この第４の実施の形態のインクカートリッジ４１は、第１の実施の形態のインクカートリッジ１における上部開放流路の形状を及び大気開放孔の位置を変更したものであり、その他の形状は第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態では、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、上部開放流路８７は、一端側開口８７ａが空気室１３の天井壁１３ｂの内面近傍においてインクカートリッジ４１の厚み方向（図８の紙面垂直方向）に開口し、裏側に形成された蛇道形状の流路８７ｃに連通している。流路８７ｃは、距離を稼ぐために迂回を繰り返しながらインクカートリッジ４１の底壁７ａの方向に導かれ、他端８７ｂが底壁７ａを貫通して外部に開口した大気開放孔として形成されている。

上部開放流路８７の一端側開口８７ａは、図８（ａ）に示すように、空気室１３の矩形断面内で、下部開放流路１５の他端１５ｂが開口する隅部１３ｃと対角位置の隅部１３ｄに接近した位置に設定されている。また、本実施の形態では、図８（ｂ）に示すように、上部開放流路８７の他端（大気開放孔）８７ｂは、封止フィルム２１で封止されている。

本実施の形態では、大気開放孔となる大気開放流路８７の他端８７ｂを底壁７ａの側に形成するように構成されている。したがって、天井壁７ｂの側に開口が形成されないように構成することができる。一般のインクカートリッジの場合、天井壁７ｂの外表面は内部のインクの種類や型番等を示す商品ラベル等が貼り付けられることが多いため、開口が形成されると、その美観が損なわれたり、ラベルの貼付面積が減少して視認性が劣ったりする可能性がある。しかしながら、本実施形態のように、下方に大気開放孔が形成されるように上部開放流路８７を構成することにより、ラベルの貼付面積を十分に確保して視認性を向上させるとともに、違和感のない美しいインクカートリッジを提供することが可能となる。

図９は本発明に係る液体収容体の第５の実施の形態であるインクカートリッジの概略構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の断面図と逆側からみた平面図である。
この第５の実施の形態のインクカートリッジ１４１は、第４の実施の形態のインクカートリッジ４１におけるインク収容室７を仕切壁１３２によって第１のインク収容室１７１と第２のインク収容室１７２の二つに分割したものである。ここで仕切壁１３２は、インク収容室７の底壁７ａと天井壁７ｂとの間に略水平方向に沿って配置されており、したがって、本実施形態では、第１のインク収容室１７１と第２のインク収容室１７２が上下に形成された構成となっている。

本実施の形態では、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、上部開放流路８７は、一端側開口８７ａが空気室１３の天井壁１３ｂの内面近傍においてインクカートリッジ１４１の厚み方向（図９の紙面垂直方向）に開口し、裏側に形成された蛇道形状の流路８７ｃに連通している。流路８７ｃは、距離を稼ぐために迂回を繰り返しながらインクカートリッジ１４１の底壁７ａの方向に導かれ、他端８７ｂが底壁７ａを貫通して外部に開口した大気開放孔として形成されている。

上部開放流路８７の一端側開口８７ａは、図９（ａ）に示すように、空気室１３の矩形断面内で、下部開放流路１１５の他端１１５ｂが開口する隅部１１３ｃと対角位置の隅部１１３ｄに接近した位置に設定されている。また、本実施の形態では、図９（ｂ）に示すように、上部開放流路８７の他端（大気開放孔）８７ｂは、封止フィルム２１で封止されている。

下部開放流路１１５は、一端側開口１１５ａが第１のインク収容室１７１の底壁を構成する仕切壁１３２の内面に接近した位置に開口し、他端側開口１１５ｂが空気室１３の底壁１３ａを貫通し該底壁１３ａの内面に接近した位置に開口している。すなわち、下部開放流路１１５によって、第１のインク収容室１７１と空気室１３とは、連通している。

また、第１のインク収容室１７１と第２のインク収容室１７２とは、インク収容室間連通流路１３３によって連通している。インク収容室間連通流路１３３の一端側開口１３３ａは、第２インク収容室１７２の底壁１７２ａの内面に接近した位置に開口し、他端側開口１３３ｂは、第１インク収容室１７１の矩形断面内で、下部開放流路１１５の一端側開口１１５ａが開口する隅部１１３ｃとは異なる位置で第１のインク収容室１７１の底壁を構成する仕切壁１３２の内面に接近した位置に開口している。

本実施形態のように、インク収容室７が上下に２つのインク収容室１７１，１７２とに分割されているような場合であっても、空気室１３に連通する下部開放流路１１５の一端側開口１１５ａが第１のインク収容室１７１の底壁となる仕切壁１３２に接近して開口しており、他端側開口１１５ｂが空気室１３の底壁１３ａ近傍であって、上部開放流路８７の一端側開口８７ａと対角線上に位置するように開口していれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、第４の実施形態と同様に、大気開放孔となる大気開放流路８７の他端８７ｂをインク収容室７の底壁７ａの側に形成するように構成されている。したがって、天井壁７ｂの側に開口が形成されないように構成することができる。一般のインクカートリッジの場合、天井壁７ｂの外表面は内部のインクの種類や型番等を示す商品ラベル等が貼り付けられることが多いため、開口が形成されると、その美観が損なわれたり、ラベルの貼付面積が減少して視認性が劣ったりする可能性がある。しかしながら、本実施形態のように、下方に大気開放孔が形成されるように上部開放流路８７を構成することにより、ラベルの貼付面積を十分に確保して視認性を向上させるとともに、違和感のない美しいインクカートリッジを提供することが可能となる。

なお、本発明に係る液体収容体の用途は、上記実施の形態に示したインクカートリッジに限らない。例えば、本発明の液体収容体は、複数の液体収容体を収容体装着部に着脱可能に装着し、液体噴射装置の液体噴射ヘッドに液体を供給するのに適したものである。ここで言う液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式記録装置の液体噴射ヘッド（印刷ヘッド）、液晶ディスプレイのカラーフィルタを製造するカラーフィルタ製造装置の色剤噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極材（導電ペースト）噴射ヘッド、さらにはバイオチップを製造するバイオチップ製造装置の生体有機物噴射ヘッド及び精密ピペットしての試料噴射ヘッドなどが該当する。

本発明に係る液体収容体の第１の実施の形態であるインクカートリッジの概略構成を示す縦断面図である。 図１のII−II線断面図である。 図１に示したインクカートリッジの液体収容室内のインク液が、空気の熱膨張によって下部開放流路を逆流して、空気室に貯留された状態の説明図である。 図１に示したインクカートリッジが一側に横倒しになって、液体収容室内のインク液が空気室に流入した状態の断面図である。 図１に示したインクカートリッジが図４の場合とは逆側に横倒しになった時の液体収容室内のインク液の状態を示す断面図である。 本発明に係る液体収容体の第２の実施の形態であるインクカートリッジの概略構成を示す縦断面図である。 本発明に係る液体収容体の第３の実施の形態であるインクカートリッジの概略構成を示す縦断面図である。 本発明に係る液体収容体の第４の実施の形態であるインクカートリッジの概略構成を示す縦断面図である。 本発明に係る液体収容体の第５の実施の形態であるインクカートリッジの概略構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１ インクカートリッジ（液体収容体）
３ 容器本体
５ インク（液体）
７ インク収容室（液体収容室）
７ａ 底壁
７ｂ 天井壁
９ インク供給孔（液体供給孔）
１１ 大気開放流路
１３ 空気室
１３ａ 底壁
１３ｂ 天井壁
１３ｃ 隅部
１３ｄ 隅部
１５ 下部開放流路
１５ａ 一端（一端側開口）
１５ｂ 他端（他端側開口）
１７ 上部開放流路
１７ａ 一端（一端側開口）
１７ｂ 他端（他端側開口、大気開放孔）
２１ 封止フィルム
２３ インクカートリッジ
２５ 気液分離膜
３１ インクカートリッジ
３２ 隔壁
３３ 連結流路
７１ 第１のインク収容室
７２ 第２のインク収容室

Claims (10)

1. 機器側の収容体装着部に着脱可能に装着される容器本体と、
   前記容器本体内に設けられ液体を収容する液体収容室と、
   前記液体収容室に連通して設けられ前記機器側の液体受け部に接続される液体供給孔と、
   前記液体収容室を外部に連通させ、前記液体収容室内の液体の消費に伴って外部の空気を前記液体収容室内に導入する大気開放流路と、
   前記大気開放流路の途中に設けられて前記大気開放流路に浸入した液体を貯留可能な空気室と、を備える液体収容体であって、
   前記空気室は、前記液体を貯留可能であり、
   前記大気開放流路は、一端が前記液体収容室の底壁内面近傍に開口し他端が前記空気室
   の底壁内面に接近した位置に開口する下部開放流路と、一端が前記空気室の天井壁内面に接近した位置に開口し他端が外部に開口した大気開放孔である上部開放流路と、を有すると共に、
   前記空気室は、前記液体収容室内の上部の少なくとも一端側の隅部を含んだ直方体形状
   に区画形成され、
   前記下部開放流路の両端の開口は、前記液体収容室および前記空気室内の同一方向の一
   隅に接近する位置に配置され、
   前記上部開放流路の一端側開口は、前記下部開放流路の他端が開口する隅部と対角位置
   の隅部に接近した位置に配置されていることを特徴とする液体収容体。
2. 前記大気開放孔は、前記液体収容室の天井壁側に開口していることを特徴とする請求項
   １に記載の液体収容体。
3. 前記大気開放孔は、前記液体収容室の底壁側に開口していることを特徴とする請求項１
   に記載の液体収容体。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の液体収容体において、
   前記液体収容室の天井壁の一部が前記空気室の天井壁となるように、前記空気室が前記
   液体収容室内の上部に区画形成されていることを特徴とする液体収容体。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の液体収容体において、
   前記空気室の容積が、前記液体収容室の容積の１０％以上かつ３０％以下に設定されて
   いることを特徴とする液体収容体。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の液体収容体において、
   前記上部開放流路の他端である前記大気開放孔が、使用時に除去可能な封止フィルムで
   封止されていることを特徴とする液体収容体。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の液体収容体において、
   前記上部開放流路に、気体の通過を許容し液体の通過を許容しない気液分離膜が設けら
   れていることを特徴とする液体収容体。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の液体収容体において、
   前記液体収容室が、当該液体収容室内を仕切る隔壁によって第１の液体収容室と第２の
   液体収容室に区画され、これらの第１及び第２の液体収容室相互をそれぞれの底壁に接近
   した位置で連通させる連結流路を備え、これら第１及び第２の液体収容室の一方が前記下
   部開放流路を介して前記空気室に連通していることを特徴とする液体収容体。
9. 請求項８に記載の液体収容体において、
   前記第１の液体収容室及び第２の液体収容室は、容積が略等しくなるように設定されて
   いることを特徴とする液体収容体。
10. 請求項１〜８の何れか一項に記載の液体収容体において、
    前記連結流路の内径が、メニスカスにより気泡の通過を阻止する大きさに設定されてい
    ることを特徴とする液体収容体。

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