JP3991853B2 - インクカートリッジ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、印刷信号に対応してインク滴を吐出する記録ヘッドにインクを適正な負圧状態で供給するインクカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置は、通常、記録用紙の紙幅方向に往復動するキャリッジに印刷信号に対応してインク滴を吐出するインクジェット記録ヘッドを搭載して、外部のインクタンクから記録ヘッドにインクを供給するように構成されている。このようなインクタンク等のインク貯蔵容器は、小型の記録装置にあっては取り扱いの便を考慮してキャリッジに着脱可能に搭載できるように構成されている。
【０００３】
このようなインク貯蔵容器は、通常、記録ヘッドからのインクの漏れ出しを防止するため、多孔質材を収容し、この多孔質材にインクを含浸させて毛細管力によりインクを保持するように構成されている。
一方で、印字品質や、印刷速度の向上が求められ、これにともなって記録ヘッドのノズル開口数が多くなり、単位時間当りのインク消費量が増加する傾向にある。
【０００４】
このような傾向に対応するためには、望ましくはインク貯蔵容器に収容するインク量を増量する必要があり、多孔質材の体積が増大する。しかしながら、多孔質材の毛細管力でインクを保持するには、高さ、つまり水頭に限界があるため、底面積を増加させて体積を大きくせざるを得ず、キャリッジのサイズが大きくなり、結果として記録装置が大型化するという問題がある。
このような問題を解消するため、特許文献１に見られるように、インクの圧力により変形可能な膜体の中心に貫通孔を設けて膜弁座を形成する一方、これと対向する位置に弁体を設けたインクカートリッジが提案されている。
このような問題を解消するため、特許文献２には、弾性を有する高分子材料の射出成形により弁体を構成し、中央に貫通孔を形成して、背面をばねにより封止体に押圧し、弁体の背面に作用する負圧により弁体を移動させてインクを貫通孔を経由させてインク供給口に流出させるインクカートリッジが提案されている。
近年、高速印字等の要求に応えるために、記録ヘッドに大量のインクを供給できるインク供給能力の高いインクカートリッジが要求されてきている。記録ヘッドへのインクの供給能力を左右する要因の最も大きなものはカートリッジ内の流路抵抗である。
特許文献２に示されたインクカートリッジでは、膜体のインク流通となる貫通孔が流体抵抗の発生要因となり、さらにこの貫通孔と共同する弁体との相互の間隙でも大きな流体抵抗が生じる。
膜体の貫通孔による流体抵抗を下げる方策としては、貫通孔の径を拡大することが考えられるが、膜体は弾性高分子材料で構成する必要があるため、貫通孔を大きくすると単位面積当たりの荷重が低下してシール圧が低下し、シール性が悪くなるという問題がある。
このため、弁体の封止体に対向する領域に凸部を形成してシール性を高め、この凸部に貫通孔を形成することも行われているが、ばねの付勢力により凸部が弾性変形して押し潰された状態で閉弁状態を維持することになる。
したがって、弁体に負圧が作用して負圧に見合う量だけ封止体から後退しても、弾性変形している凸部が元の状態に復帰するため、開弁時の流路抵抗が高くなり、画像などの印刷のように単位時間当たりのインク消費量が多くなる場合には、十分なインクを供給できなくなる虞がある。
さらに、弁体の閉状態を安定させるため、前記凸部はバネの付勢力で十分押し潰され、弁体の封止体に密接させるため、弁体の凸部はエラストマーからなる弾性材料により構成されている。また、弁体の凸部は、差圧を受ける膜面に比較して厚いために射出成形時に樹脂の乱流が生じ、成形時のウエルドが発生し易く、弁体の凸部を膜面より大きく突出させて形成することが困難であった。
また、弁体の凸部と封止体の同心度のズレが、部品精度や組み立てバラツキから生じるため、弁体凸部の径に比較して封止体の当接面を大きく構成する必要があった。
これらの事情により弁体の凸部の周辺には、封止体が広い面積で存在することになり、流路抵抗が大きくなるという問題がある。
また、弁体に凸部と貫通孔を形成する必要上、封止領域にウエルドによる皺や溝が発生しやすく、製造の歩留まりが低いという問題がある。
さらに、流路抵抗を下げるための弁体の貫通孔形状について、例えばテーパ状の貫通孔を膜体に形成した場合、凸部の下方の肉厚が薄くなり、凸部が貫通孔内に変形してしまう問題もあるため、貫通孔の形状が制約されてしまう問題もある。
【特許文献１】
特開平8-174860号公報 ００４１乃至００４３ 図１０
【特許文献２】
国際公開第００／１０３８７７号パンフレット
【特許文献３】
米国特許第５６５３２５１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負圧発生機構における貫通孔の流路抵抗を小さくして記録ヘッドでの大量のインクの消費に対応できるインクカートリッジを提供することを目的とする。
また、負圧発生機構における貫通孔周辺の流路抵抗を小さくして記録ヘッドでの大量のインクの消費に対応できるインクカートリッジを提供することを目的とする。
また、上記インクカートリッジを歩留まり良く製造可能なインクカートリッジを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために本発明においては、インク収容領域と、前記インク収容領域と連通するインク供給口とを備え、インクの消費に伴って開弁する負圧発生機構を収容したインクカートリッジにおいて、前記負圧発生機構は、前記インク収容領域と前記インク供給口とを接続する流路の間に配置され、前記負圧発生機構は、第１の面と第２の面とを有し、該第１及び第２の面を貫通する孔を有しない弾性部材と、前記弾性部材の前記第１の面側に設けられ、前記インク収容領域と前記弾性部材の前記第１の面側の第１の空間とを連通させる第１の連通路と、前記インク供給口と、前記弾性部材の前記第１の面側に、前記弾性部材が接離するように設けられた開口と、を連通させる流路と、前記弾性部材の前記第２の面側に設けられ、第２の連通路を介して前記インク供給口と連通し、かつ前記第２の連通路にのみ連通する第２の空間と、を備え、前記弾性部材が前記インク供給口側の低下した圧力の作用を受けて前記開口を開放したときに、前記第１の連通路と前記開口とを通じて前記インク収容領域から前記インク供給口にインクを供給するように構成されている。
これによれば、弾性部材に貫通孔を形成することが不要となり、可及的に平面として構成できて、負圧の作用で復帰した場合にも凸部の復元による流路の狭まりがなく、また射出成形時に発生しやすいウエルドを無くして製造の歩留まりを向上させることができる。
さらに、弾性部材の、封止対象である流路の開口に対向する領域を平面として形成できて、流路の開口と、弁体として機能する弾性部材との間隙を大きく確保でき、かつ奥行きも短くできるため、流路抵抗が小さくなり、記録ヘッドでの大量のインク消費にも対応することができ、高速な印刷に適したインクカートリッジを提供できる。
また、弾性部材にインク消費に伴う下流側、つまりインク供給口側の圧力変化を影響させて弾性部材に確実に開弁動作を行なわせることができる。
【０００７】
また、請求項７にかかる発明によれば、インクカートリッジを構成する有底箱型の容器本体にインク供給流路形成部材を形成する場合、射出成型等により容易に一体に形成することができる。
【０００８】
請求項１６にかかる発明によれば、弾性部材が開口から離れてインクを供給する状態では、突出部周辺に可及的に広い空間を確保でき、インクの流れに伴う動圧損を抑えることができる。つまり、突出部を容器本体と同一の材料により構成でき、また突出部の突出量（高さ）を任意に設定でき、さらに突出部の形状、貫通孔の形状の自由度が高くなる。
請求項１７にかかる発明によれば、弾性部材の姿勢に関わりなく弾性部材が突出部に確実に当接し、キャリッジの移動等、外部からの振動に関わりなくシール性を維持することができる。また、弾性部材が突出部に当接する当接力（封止力）を最適な値、つまりキャリッジの移動による接離が防止可能で、かつ最適な負圧を維持してインクを供給できる程度に設定できる。
請求項１９にかかる発明によれば、弾性部材の中心領域は、点対称として変形して略平面状を保持するので、開口を確実に封止してシール性を高めることができる。
請求項２２にかかる発明によれば、弾性部材が円筒状のストレート部の開口に当接して確実なシール性を確保し、またロート状部により流路の断面積を拡大して流路抵抗を下げることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図１及び図２(イ)は、それぞれ本発明のインクカートリッジの一実施例を、その表裏の構造でもって示す組み立て斜視図であり、また図３は断面構造を示す図であって、両側面に開口１を有する枠体２と、この開口１を封止する蓋体３、４とを主体として構成されている。挿入方向の先端側、この実施例では底面にインク供給口５が形成されている。なお、本願発明におけるインク供給口とは、キャリッジに設けられた記録ヘッドとインクカートリッジとを着脱可能に接続する接続部材、例えば中空針や、パイプが挿入、または接続できる部材や開口部を意味する。
【００１０】
枠体２のインク供給口５に対向する近傍には負圧発生手段(負圧発生機構)３０を構成するインク供給流路形成部材６が、枠体２の一方の開口面側を開口部７とするように一体に形成されている。
【００１１】
インク供給流路形成部材６は、略円形の弁体(弾性部材とも称する)２０を収容する弁体収容部８と、インク供給口５を連通させる流路部９とに大きく分けられ、弁体収容部８の中心にはインク流出口をなす第１の貫通孔１０を備えた凸部１１が、また凸部１１からずれた位置にインク流入口をなす第２の貫通孔１２がそれぞれ形成されている。また、流路部９には、弁体２０の前面領域と連通を図るインク流入口をなす第３の貫通孔１３が形成されている。
図４(イ)に示すように第１の貫通孔１０は、弾性部材側が略円筒状のストレート部Ｓに、またインク供給方向下流側が下流側に拡開し、つまりインクの流出口側が拡開してストレート部Ｓに連続するロート状部Ｒとして構成されている。これによってストレート部Ｓで確実なシール性を確保し、またロート状部Ｒにより第１の貫通孔１０の全体の流路抵抗を下げることができる。
【００１２】
一方、インク供給流路形成部材６を区画する壁面６ａの表面１４には凸部１１の第１の貫通孔１０と流路部９の第３の貫通孔１３とを結ぶ凹部１５が形成され、この凹部１５をフィルム１６により封止して連通路(以下、１５'で表現する)が形成されている。
【００１３】
このように構成されたインク供給流路形成部材６には、図４に示したように周囲に厚肉部２０ａを備え、凸部１１側が平面として形成された弾性変形可能な弁体２０が位置調整用の枠２１を介して装填され、その裏面(背面)に差圧調整用のばね２２を中心部に形成された凸部２０ｂに位置決めして当接させ、外側を押え部材２３により流路部９と弁体２０との背面との連通を図り、かつインク収容領域と区画するように液密に封止されている。
このため、インク供給流路形成部材６の流路部９と対向する領域、または押え部材２３の一方、または両方に凹部９ａ、２３ａが形成されている。
【００１４】
弁体２０は、好ましくは射出成形が可能で、かつ弾性を有する高分子材料、例えばエラストマにより構成され、凸部１１と対向する領域、つまり中心部にばね受け用凸部２０ｂが設けられている。
なお、押え部材２３の表面を覆うようにフィルム２４を、弁体収容部８と流路部９とを封止するようにインク供給流路形成部材６を構成する隔壁６ｂに接合して確実な封止と、インク収容領域との分割が行われている。
【００１５】
なお、上述の実施例においては、第２の貫通孔１２を第１の貫通孔１０と同等のサイズにより形成しているが、図２(ロ)に示したように弁体２０を付勢するばね２２の押圧力で変形せず、かつ連通路となる凹部１５を形成できる程度の部分を残し、それ以外の部分を窓１２'として形成しても同様の作用を奏する。
【００１６】
この実施例において、インクカートリッジを記録装置に装着して、記録ヘッドでのインクの消費等によりインク供給口５の側、つまりインクカートリッジからインクが排出される最下流の領域の圧力が低下すると、流路部９、及び凹部１５とフィルム１６とで形成された流路部１５'、及びこれに連通する弁体２０の背面の、凹部２３ａにより形成される流路でのみ開放されている閉鎖空間(以下、圧力作用室とも称する)２７の圧力が低下し、ばね２２に押圧されている面に負圧が作用する。しかし、インク供給口５の負圧が所定値に達しない場合には、ばね２２の付勢力により弁体２０は第１の貫通孔１０を封止した状態を維持する。なお、弁体２０の前面側は、連通路１５'を介して第１の貫通孔１０にもこの負圧が作用するものの、貫通孔１０の面積が極めて小さいため、弁体の前面側に作用する力は、背面に比較して無視できる。
【００１７】
図４(ハ)は、負圧発生手段(負圧発生機構)３０の流路部９を通る断面図である。
負圧が弁体２０の剛性とばね２２により設定されている圧力以上に低下すると、インク供給口５の負圧が凹部２３ａ、または９ａにより連通されている弁体２０の圧力作用室２７に作用する(図４(ハ))。これにより弁体２０はばね２２の付勢力に抗して凸部１１から離れ(図４(ロ))、インク収容領域１７のインクが第２の貫通孔１２(図５(イ)矢印Ａ)、凸部１１の第１の貫通孔１０を経由して連通路１５'に流れ込む。連通路１５'に流れ込んだインクは第３の貫通孔１３から流路部９を経て(図５(イ)矢印Ｂ)、インク供給口５に流れ込む(図５(ロ)矢印Ｃ)。
【００１８】
このようにして所定量のインクがインク供給口５に流れ込んで、弁体２０の背面の圧力が上昇すると、弁体２０がばね２２の付勢力により凸部１１に弾圧され、貫通孔１０を封止する(図４(イ))。
以下、このような動作を繰り返してインク供給口側の圧力を所定の負圧に維持しつつ、記録ヘッドにインクを供給する。
【００１９】
ところで、本発明の弁体は、その封止側が図６（イ）に示したように平面に成形されているため、図７に示した従来の弁体４０のように弁座に当接する領域に貫通孔４１を有する凸部４２が存在しないため、射出成形時に発生しやすいウエルド、つまり溝(図７における割れ目)がなく、製造の歩留まりを向上させることができる。
【００２０】
また、弁体２０の、凸部１１に当接する領域を可及的に広い平面として形成することができるため、弁座となる凸部１１に確実に密着して、高い封止力を得ることができる。
これに対して従来の弁体４０は、図８(イ)、(ハ)に示したようにばね４３の弾性力により凸部４２が封止体４４に押し付けられて押し潰されるように弾性変形した状態となる。
【００２１】
一方、開弁時に作用する負圧は一定であるから、たとえ封止体４４から離れたとしても、弾性変形した領域４２ａが元の状態に復帰して流路間隙Ｌ'が極めて小さく、流路抵抗が大きいという不都合がある。
さらに、弾性変形可能な材料で構成された弁体４０に貫通孔４１を形成する関係上、弁体４０のたわみなどによる貫通孔４１の位置ずれに対応するため、封止体４０の面積を大きく形成する必要があり、貫通孔４１の近傍の狭い間隙の領域が広く、流路抵抗の増加を招くという問題を抱えている。
【００２２】
これに対して本願発明では、弁体２０の封止側が平面として形成されているから、負圧の作用で復帰した場合にも復元がなく、間隙Ｌが大きく維持される。同時に、開弁時にインク流路を形成する第１の貫通孔１０を、弁体に比較して剛性の大きな弁体収容部に形成できるため、凸部１１を可及的に小さく、かつ弁体２０と貫通孔１０の端面との間に十分な流路を確保するように構成でき、貫通孔１０の近傍の流路抵抗を小さく抑えることができる。
【００２３】
なお、上述の実施例においては弁座に当接する面が平面となるように構成されているが、図６(ロ)に示したようにウエルドが発生しない程度に凸部２８を形成しても同様の作用を奏する。この場合、凸部１１の貫通孔１０に進入するテーパとして形成することもできる。
【００２４】
また、上述の実施例においては、弁体と枠体とを別体として構成したが、それぞれに適した材料を２色成形技術により一体物として構成することもできる。
【００２５】
また、上述の実施例においては、負圧発生機構を収容する領域を区画する壁を、インク収容領域を区画する部材と一体に構成しているが、図９に示したように負圧発生機構を収容する領域を区画する部材を別部材３１として構成し、インク供給口５の上流側の開口５ａに挿入するようにしても同様の作用を奏する。
【００２６】
次に、本発明の他実施例について説明する。
図１０乃至図１３は、インクカートリッジの表裏の構造を、開口封止部材を取り外して示したものであり、また図１４乃至図１６は、負圧発生機構の断面構造を示す図であり、インク収容領域を構成する容器本体５０の内側には、略水平方向、より詳細にはインク供給口５１の側が若干下方となるように延びる壁５２により上下に分割されている。なお、インク供給口５１には、弁体(前述の弾性部材に相等する部材)５４、固定部材５５及びばね５３が収容されており、インクカートリッジが記録装置本体に装着されていない状態では、弁体５４は固定部材５５にばね５３により弾接してインク供給口５１を封止している。
【００２７】
壁５２の下部の領域には第１のインク収容領域５６が、また上部は、壁５２を底面とするように容器本体５０の壁５７と一定の間隙を持たせて大気連通路５８を形成するように枠部５９により区画されている。枠部５９の内側の領域は、底部に連通口６０ａが形成された垂直な壁６０によりさらに分割され、一方の領域(図中、右側の領域)を第２のインク収容領域６１として、また他方の領域を第３のインク収容領域６２として形成されている。
【００２８】
第１のインク収容領域５６に対向する領域には、第２のインク収容領域６１と容器本体５０の底面５０ａとを接続する吸い上げ流路６３が形成されている。吸い上げ流路６３は、容器本体５０の表面に凹部６４（図１１）を形成し、この凹部６４を後述する遮気性のフィルム１０４により封止することにより構成されている。
【００２９】
第３のインク収容領域６２には、枠部５９と同一面となるように環状の枠壁６５と、表裏を分割する平面６６を形成してインク供給流路形成部材６７が構成されている。枠壁６５の下部には壁５２との間に垂直な壁６８が形成され、第４のインク収容領域６９が形成されている。なお、壁６８の下部には連通用の凹部６８ａが形成されている。
第４のインク収容領域６９には、枠部５９との間に区画壁７０を設けてインク流路７１が形成されている。インク流路７１の上部は、必要に応じてフィルタ室となる貫通孔７２を介して容器本体５０の表面側に連通されている。
【００３０】
貫通孔７２は、壁７０に連続するように形成された壁７３により分離され、凹部７３ａを介してインク流路７１の上端に連通され、容器本体５０の表面側の水滴形の凹部７４、連通口７３ｂを介して最終的には枠壁６５の内側に連通されている。
【００３１】
インク供給流路形成部材６７の下部とインク供給口５１とは、容器本体５０の表面に形成された凹部８６と、この凹部８６を覆う遮気性フィルムとからなる流路により接続されている。インク供給流路形成部材６７は、容器本体５０の表面側に図１３に示したようにインク収容領域とは反対側の平面６６と環状の壁８０により弁体収容部８１が形成されている。平面６６の略中心には、貫通孔８２を有する凸部８３が形成され、凸部８３から離れた位置には弁体８４の前面に連通する連通路８５が形成されている。この貫通孔８２は、図４(イ)に示したのと同様に、弾性部材側が略円筒状のストレート部Ｓに、またインク供給方向下流側が下流側に拡開し、つまりインクの流出口側が拡開してストレート部Ｓに連続するロート状部Ｒとして構成されている。これによってストレート部Ｓで確実なシール性を確保し、またロート状部Ｒにより貫通孔８２の全体の流路抵抗を下げることができる。
【００３２】
また、壁８０の下端近傍にはインク供給口５１の方向に伸びる凹部８６に接続する切欠部８７が形成されている。この切欠部８７は、弁体８４が装填されたとき、弁体８４の背面側にのみ開口する深さに設定されている。一方、貫通孔８２と対向する裏面、つまり上部インク収容領域側には、連通路８５を避けるようにして周囲と区画し、かつ凹部８６の上端方向に延びる壁８８が形成され、下端で貫通孔８９により凹部８６の上端領域に接続されている。
【００３３】
容器本体５０の表面には、可及的に流路抵抗が高くなるように蛇行する細溝９０と、これの周囲に幅広の溝９１と、第２のインク収容領域６１に対向する領域に矩形状の凹部９２が形成されている。矩形状の凹部９２にはさらに一段下がった位置に枠部９３が形成され、その内側に離散的にリブ９４が形成されている。この枠部９３には撥インク性と通気性とを備えた通気性フィルム９５を張設して大気通気室が形成される。
【００３４】
凹部９２の底面には貫通孔９６が形成されていて、第２のインク収容領域６１の内部に形成された壁９７で区画された細長い領域９８に連通されている。また凹部９２の、通気性フィルム９５よりも表面側の領域には細溝９０の一端９０ａが連通している。領域９８の他端は、ここに形成された貫通孔９９、容器本体５０の表面に形成された溝１０８、及び貫通孔９９ａを介して記録装置に装着された状態で開弁する大気開放弁１００を収容したバルブ収容領域１０１に連通されている。
【００３５】
このように構成された容器本体５０の弁体収容部８１に、前述の実施例と同様に図１１に示した弁体８４、ばね１０２を装填し、押え部材１０３を装填し、容器本体５０の表面を覆うフィルム１０４を貼着する。なお、押え部材１０３には、切欠部８７と連通する溝１０５、及び弁体８４の背面に連通する流路１０６，１０７が形成されている。
これにより、凹部７４、８６、１０５がフィルム１０４と協働してインク流路を構成し、また細溝９０、９１、凹部９２、１０８がフィルムと協働してキャピラリーや大気連通用の流路を構成する。
【００３６】
また、容器本体５０の開口側は、枠部５９、及び壁５２により囲まれた上部インク収容領域６１，６７、６９、及びインク供給流路形成部材６７の開口をフィルム１１０で封止して、下部インク収容領域５６、及び大気連通路５８と区画する。そして蓋体１１１で容器本体５０を封止することにより、下部インク収容領域５６が形成される。
なお、図中符号１２０は、インクカートリッジの語装着を防止する識別片を、また符号１２１は、インクの情報などを記憶し、容器本体の凹部１２２に装着される記憶手段をそれぞれ示す。
【００３７】
このように構成されたインクカートリッジを記録ヘッドに連通するインク供給針に装着すると、弁体５４がばね５３に抗してインク供給針により後退させられてインク供給口５１が開放される。この状態で記録動作などにより記録ヘッドでインクが消費されてインク供給口５１の圧力が低下すると、凹部８６とフィルム１０４とで形成された流路、及び切欠部８７を介して弁体８４の背面、つまりばね１０２により押圧を受けている面にその圧力が作用する。インク供給口５１の圧力が規定の値まで低下していない状態では、弁体８４が凸部８３にばね１０２の付勢力により弾圧された状態を維持して貫通孔８２を閉塞しているから、インク収容領域からインク供給口５１へのインクの流れは生じない。
【００３８】
記録ヘッドでのインクの消費が進行してインク供給口５１、つまりキャリッジに設けられた記録ヘッドとインクカートリッジとを着脱可能に接続する接続部材、例えば中空針や、パイプが挿入、または接続できる部材や開口部の流路の圧力が規定値よりも低下すると、前述した流路を介して弁体８４の背面に作用する圧力がばね１０２に打ち勝つから、弁体８４が凸部８３から離れる。これにより、連通路８５からインクが弁体８４と平面６６との間の領域に流れ込み、貫通孔８２から壁８８とフィルム１１０とで形成された流路、貫通孔８９、凹部８６とフィルム１０４で形成された流路を経由してインク供給口５１から記録ヘッドに流れ込む。
【００３９】
所定量のインクが弁体８４の背面に流れ込んで弁体８４の背面の圧力が上昇すると、弁体８４がばね１０２の付勢力により凸部８３に押し付けられて貫通孔８２を閉塞させて流路を塞ぐ。これにより、インク供給口５１の側の圧力を記録ヘッドからのインクの漏れを防止できる程度の負圧状態に維持しつつ記録ヘッドにインクを供給することが可能となる。
【００４０】
なお、インクが消費される過程では、第４のインク収容領域６９のインクが流路７１、貫通孔７２からインク供給流路形成部材６７の弁体８４の前面に流れ込む。一方、第１のインク収容領域５６だけが大気に開放されているから、第４のインク収容領域６９のインクが消費されると、凹部６０ａ、６８ａで連通している第３のインク収容領域６２のインクが、また第３のインク収容領域が消費されると第２のインク収容領域５９のインクが第３のインク収容領域６２に流れ込む。そして第２のインク収容領域６１のインクが消費されると、吸い上げ流路６３を介して第１のインク収容領域５６のインクが流れ込む。この結果、最初に第１のインク収容領域５６のインクが消費され、次に第２のインク収容領域６１のインクがというように、上流側のインク収容領域ほど先に空になる。
【００４１】
図１７は、上述のインクカートリッジのインク容量を増加させた実施例を示すものであって、この実施例の容器本体５０'は、幅Ｗを大きく構成されている以外は、上述の実施例の容器本体５２と同一の構造を有する。
これにより、インク供給流路形成部材６７の隔壁６５と枠体５９'との高さが異なるため、インク供給流路形成部材６７の隔壁６５の開口部を第３のフィルム１３０により封止するように構成されている。
【００４２】
なお、図１０乃至図１６に示した実施例においては、インク供給流路形成部材６７の凸部８３の表面を貫通孔８２の径に比較して数倍の径として構成しているが、図１８及び図１９に示したように貫通孔８２’、及び凸部８３'を断面円錐状に形成すると、貫通孔８２’の孔径を拡大して流路抵抗を下げつつ、しかも弁体８４と貫通孔８２'の近傍の壁８３ａ'との流路空間を広く確保することができ、流路抵抗を下げることが可能になる。
【００４３】
次に、図１０乃至図１６に示した上述のインクカートリッジの負圧発生機構の作用を、構造を簡素化した模式図である図２０(イ)、(ロ)に基づいてさらに説明する。図２０(イ)、(ロ)は、それぞれ上述の負圧発生機構を簡素化して、閉弁状態、及び開弁状態で示す模式図であって、負圧発生機構の構成と対応させるため、図１０乃至図１６に示した実施例と同一の符号を付して説明する。
【００４４】
図２０(イ)の閉弁状態では、弁体８４がバネ１０２の付勢力により貫通孔８２を閉鎖しているから、インク収容室６２のインクがインク供給口に流れ出すのが阻止されている。この状態で、記録ヘッドによりインクが消費されると、インク供給口側の圧力が低下し、連通路８７及び流路８８を経由して弁体８４に圧力が作用する。
【００４５】
ところで、連通路８７が連通している弁体８４の背面は、弁体８４との間に空隙を形成し、かつ連通路８７を介してのみ外部に開放された閉鎖空間を形成している。つまり弁体８４の背面にインク供給口の圧力変化を伝達するための圧力作用室として機能する。
これにより、弁体８４は、その背面を開放されて広い面積でインク供給口側の圧力を受ける一方、弁体８４の他方の面は、開口８２を介してのみインク供給口側の低下した圧力を受ける。このため、弁体８４は、その表裏の受圧面積の相違によりバネ１０２を圧縮させる方向に力が作用する。インク供給口側の圧力がバネ１０２により設定された圧力よりも低下すると、図２０(ロ)に示したように弁体８４が凸部８３から離れるため、開口８２が開放され連通路８５を経由してインク収容室６２のインクが流路８８を通って記録ヘッドに流れ込む。
【００４６】
このとき、インクは、弁体８４の表面側のみを経由して流れるから、インク収容室６２に停滞していた気泡が引き込まれてもインクの流れに乗って記録ヘッドにそのまま流れ込む。すなわち、弁体８４の背面は、上述したように閉鎖空間(なお、以下、圧力作用室とも称する)１０９となっているため、連通路８７には速いインクの流れが生じないため、気泡Ｂが連通路８７に流れ込むことがなく、弁体８４の背面側に入り込むことはほとんどない。
これによりインク供給口側の圧力変化がインクを介して弁体８４の背面に確実に作用することになり、インクの供給が停止される事態を生じることはない。なお、記録ヘッドに気泡が流れ込んでも、記録ヘッドに負圧を作用させてインクを強制的に排出させれば、気泡を簡単に排除することができる。
【００４７】
これに対して図７に示したように弁体４０にインク流路となる貫通孔４１が形成されている従来のインクカートリッジにあっては、弁体４０の背面、つまりインク供給口の圧力を受ける領域に気泡が流れ込み、この気泡が弁体の駆動力を低下させる可能性がある。
すなわち、図２１(イ)、(ロ)は、それぞれ従来のインクカートリッジの負圧発生機構を簡素化して、閉弁状態、及び開弁状態で示す模式図であって、インク収容領域２００とインク供給口２０１とを弁体４０が遮断している状態(図２１(イ))で、インク供給口２０１の圧力が低下して弁体４０の背面の領域２０３の圧力が低下すると、弁体４０が図２１(ロ)のようにバネ２０４の付勢力に抗して後退し、弁体４０のインク流路となる貫通孔４１が凸部２０６から離れ、インク収容領域２００のインクが貫通孔４１を通過して弁体４０の背面の領域２０３を経由してインク供給口２０１に流れ込む。なお、図中符号２０８は、インク収容領域２００と弁体４０とを連通させる通孔を示す。
【００４８】
このとき、貫通孔４０から流れ込んだインクに気泡Ｂが存在すると、この気泡Ｂが弁体２０２の背面の領域２０３に停滞することになる。このように、弁体４０の背面の領域２０３、つまりインク供給口２０１の圧力を受ける領域に気泡Ｂが入ると、この領域２０３の圧力が低下した場合には、気泡Ｂが容易に膨張して圧力の低下を緩衝するため、弁体４０を移動させることが不可能となり、記録ヘッドにインクの供給ができなくなるという問題を生じる。
【００４９】
また、弁体４０の貫通孔４１を凸部２０６で封止する必要上、弁体４０の貫通孔４１は凸部４２に形成することが好ましいが、弁体４０の変形よる位置ずれに対応するため、弁体４０の貫通孔４１を封止する凸部２０６のサイズＳを可及的に大きくする必要があり、凸部２０６の周辺の面積が拡大し、凸部２０６と弁体４０との狭い間隙の面積が増大しインク流路の抵抗も上昇するという問題がある。
【００５０】
これに対して、本発明においては、凸部８３に形成された開口８２を封止するため、弁体８４の表面が開口８２に密着すればよいので、凸部８３のサイズは、開口８２を形成できる程度で済み、凸部８３のサイズを可及的に小さくすることができて、この近傍、つまり弁体８４と凸部８３とで形成される狭い間隙の領域の面積を縮小して流路抵抗を下げることができる。
【００５１】
なお、上述の実施例においては、弁体８４の背面を連通路８７でのみ外部に開放させた閉鎖空間１０９として構成したが、図２２(イ)、(ロ)にそれぞれ示したように開口８２とインク供給口とを接続する流路８８、及び弁体８４の背面の閉鎖空間１０９の一端に接続し、また圧力作用室にインク供給口に連通する流路を形成することにより、弁体８４の背面の領域をインク流路として作用させることができる。
【００５２】
そして、図２２(ロ)に示した実施例のように弁体８４の背面の圧力作用室１０９に、弁体８４の面に垂直なインク排出流路８６’を形成することにより、弁体８４を水平な姿勢で使用することが可能となる。
【００５３】
なお、弾性変形可能な膜により構成された弁体と、この弁体が当接可能な凸部と、この凸部に弁体により閉塞可能な流路を形成し、弁体の一方の面に需要側の負圧を作用させて弁体を流路から離間させて液の供給、または供給停止を制御する弁構造は、特許文献３に示されているが、開弁状態では弁体の液圧を受ける面積(受圧力面積)が極端に小さくなり、表裏の面積差が大きくなるから、記録ヘッドでのインクの消費に伴って発生する小さな圧力変化では開弁状態を維持できず、また閉弁状態となった時点では受圧面積が極端に大きくなるため、開弁するという動作を繰り返し、インクの供給時に脈動を生じるという問題がある。
【００５４】
なお、例えば図４に示した実施例を例に採ると、弁体２０の背面に差圧調整用のばね２２を配置して凸部１１に弾圧接触させているが、図２３に示したように弁体２０が自体で形成する平面Ｐよりも凸部１１を相対的に弁体２０の側に突出させることにより、弁体２０をゴム等の弾性材料で製作すれば、弁体２０の弾性力だけで凸部１１に弾圧接触させて、ばね２２のような付勢部材を省くことができる。
【００５５】
さらに、本発明においては記録ヘッドに着脱可能な形式のインクカートリッジについて説明したが、記録ヘッドがタンクのようなインク収容体に作りつけられる形式のインクタンク(インクカートリッジ)に適用することができる。このような形式を採る場合、前記インク供給口は、インク収容体と記録ヘッドとが接続されている境界領域、つまり記録ヘッドのインク導入口を意味する。
【００５６】
図２４は、上述した弁体の動作原理を積極的に利用して記録ヘッドにインクを負圧を維持しながら供給する液体供給装置の実施例を示すものであって、この実施例では弁体８４の直近上流（上述のインク収容領域６２）の領域を閉鎖する一方、接続部材、この実施例では中空針１４０により外部と接続可能として弁体構造体１４１として構成し、インクを収容したインクタンクなどのインク容器１４２を着脱可能としたものである。
インク容器１４２は、下部に中空針１４０と液密に契合可能なインク排出口１４３が形成され、未使用の状態ではインクの漏れ出しを防止できるように中空針１４０が挿通可能な図示しないシール用フィルムで封止して構成されいる。なお、図中符号１４４は、中空針１４０の外周に弾接する環状のパッキンを、また符号１４５は、大気連通孔をそれぞれ示す。
このように弁体８４を機能させるに必要な領域だけを弁体構造体１４１として独立に構成することにより、弁体構造体１４１の底部に記録ヘッド１４６を固定し、記録ヘッド１４６のインク導入口１４７を弁体構造体１４１のインク排出口(図中符号８６で示す流路)に接続しても、インク容器１４２を図中符号Ａの方向に挿入して装着、また反対側に移動させて引き出すことにより交換でき、記録ヘッド１４６にインクを供給することができる。
【００５７】
なお、この実施例においても、弁体構造体１４４の作用効果は、上述の実施例と同一であるから、インク容器１４２とを一体化させると前述のインクカートリッジとして機能することは言うまでもない。
また、上述の実施例においては、接続部材（中空針１４０）にインク容器１４２を直接接続(装着)しているが、記録装置本体に設置されたインクカートリッジとをチューブにより接続しても同様の作用を相することは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のインクカートリッジの一実施例を、インク収容領域側から見た状態で示す斜視図である。
【図２】 図(イ)、(ロ)は同上インクカートリッジを、他方の面から見た状態で示す斜視図と、弁体収容部の他の実施例を示す斜視図である。
【図３】 同上インクカートリッジを、負圧発生機構の近傍の断面構造で示す断面図である。
【図４】 図(イ）乃至(ハ)は、それぞれ同上インクカートリッジの負圧発生機構の、閉弁状態、及び開弁状態をそれぞれ図２のＡ−Ａ’線での断面として示す拡大断面図、及び負圧発生機構からインク供給口までのインク流路を図２のＡ−Ｂ線での断面として示す拡大断面図である。
【図５】 図(イ)、(ロ)は、それぞれ同上インクカートリッジのインクの流れを示す図である。
【図６】 図(イ)、(ロ)は、それぞれ弁体の実施例を示す斜視図である。
【図７】 従来のインクカートリッジに使用されている弁体の一例を示す斜視図である。
【図８】 図(イ)乃至(ハ)は、それぞれ従来のインクカートリッジの閉弁状態、開弁状態、及び閉弁状態での凸部の形状を拡大して示す図である。
【図９】 負圧発生機構を収容する領域を区画する部材を、別部材として構成した他の実施例を示す図である。
【図１０】 本発明のインクカートリッジの他の実施例を、容器本体の開口側の構造で示す組み立て斜視図である。
【図１１】 同上インクカートリッジの表面側の構造で示す組み立て斜視図である。
【図１２】 同上容器本体の開口側の正面図である。
【図１３】 同上容器本体の底部側の正面図である。
【図１４】 同上容器の負圧発生機構が組み込まれる領域の断面図である。
【図１５】 同上容器の負圧発生機構が組み込まれる領域からインク供給口に至る流路での断面図である。
【図１６】 同上負圧発生機構の領域を拡大して示す断面図である。
【図１７】 本発明の他の実施例を、容器本体の開口側の構造で示す組み立て斜視図である。
【図１８】 同上容器の負圧発生機構が組み込まれる領域の断面図である。
【図１９】 同上負圧発生機構の領域を拡大して示す断面図である。
【図２０】 図(イ)、(ロ)は、それぞれ本発明のインクカートリッジの負圧発生機構の流路構造を、閉弁状態、及び開弁状態で示す模式図である。
【図２１】 図(イ)、(ロ)は、それぞれ従来のインクカートリッジの負圧発生機構の流路構造を、閉弁状態、及び開弁状態で示す模式図である。
【図２２】 図(イ)、(ロ)は、それぞれ本発明のインクカートリッジの負圧機構の流路構造の他の実施例を、開弁状態で模式的に示す図である。
【図２３】 負圧発生機構の他の実施例を示す断面図である。
【図２４】 本発明の原理を利用した記録ヘッド用流体制御装置の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
２ 枠体、 ３、４ 蓋体、 ５ インク供給口、 ６ インク供給流路形成部材、 ７ 開口部、 ８ 弁体収容部、 ９ 流路部、 １０、１２、１３ 貫通孔、 １１ 凸部、 １２' 窓、 １５ 凹部、 １５'連通路、 １６ フィルム、 １７ インク収容領域、 ２０ 弁体、 ２１枠、 ２２ 差圧調整用のばね、 ２４ フィルム、 ２７ 圧力作用室、 ３０ 負圧発生手段

Claims (22)

1. インク収容領域と、前記インク収容領域と連通するインク供給口とを備え、インクの消費に伴って開弁する負圧発生機構を収容したインクカートリッジにおいて、
   前記負圧発生機構は、前記インク収容領域と前記インク供給口とを接続する流路の間に配置され、
   前記負圧発生機構は、
   第１の面と第２の面とを有し、該第１及び第２の面を貫通する孔を有しない弾性部材と、
   前記弾性部材の前記第１の面側に設けられ、前記インク収容領域と前記弾性部材の前記第１の面側の第１の空間とを連通させる第１の連通路と、
   前記インク供給口と、前記弾性部材の前記第１の面側に、前記弾性部材が接離するように設けられた開口と、を連通させる流路と、
   前記弾性部材の前記第２の面側に設けられ、第２の連通路を介して前記インク供給口と連通し、かつ前記第２の連通路にのみ連通する第２の空間と、
   を備え、
   前記弾性部材が前記インク供給口側の低下した圧力の作用を受けて前記開口を開放したときに、前記第１の連通路と前記開口とを通じて前記インク収容領域から前記インク供給口にインクを供給するインクカートリッジ。
2. 前記弾性部材の、少なくとも前記開口に当接する領域の近傍が、平面として構成されている請求項１に記載のインクカートリッジ。
3. 前記弾性部材の前記第２の面が、付勢部材により前記第１の面側に付勢されている請求項１または２に記載のインクカートリッジ。
4. 前記第１の連通路及び前記開口を形成するインク供給流路形成部材をさらに備え、前記流路及び前記第２の連通路は、前記インク供給流路形成部材に形成された凹部と、前記凹部を封止するフィルムとにより構成されている請求項１〜３のいずれかに記載のインクカートリッジ。
5. 前記開口は、前記インク供給流路形成部材に設けられた貫通孔である請求項４に記載のインクカートリッジ。
6. 前記インク供給口を備えた枠体と、前記枠体の開口面を封止する蓋体とをさらに備え、前記負圧発生機構を収容する領域が、前記枠体と一体、または別部材として構成されている請求項１〜５のいずれかに記載のインクカートリッジ。
7. 前記インク収容領域は、大気に対して密封された上部インク収容領域と、大気に開放された下部インク収容領域とに分割されており、前記上部インク収容領域と前記下部インク収容領域とは、吸い上げ流路により相互に連通しており、前記負圧発生機構は前記上部インク収容領域に収容される請求項１〜３のいずれかに記載のインクカートリッジ。
8. 前記上部インク収容領域が、隔壁により前記インク供給口に連通する下流側インク収容領域と前記吸い上げ流路に連通する上流側インク収容領域とに分割され、前記負圧発生機構が前記下流側インク収容領域に収容されている請求項７に記載のインクカートリッジ。
9. 前記第１の連通路及び前記開口を形成するインク供給流路形成部材と、前記インク収容領域を構成する容器本体とをさらに備え、前記インク供給流路形成部材が、前記容器本体に一体に形成されている請求項７に記載のインクカートリッジ。
10. 前記流路は、前記インク供給流路形成部材に形成された凹部をフィルムで封止して構成され、前記第２の連通路は、前記容器本体に形成された凹部をフィルムで封止して構成されている請求項９に記載のインクカートリッジ。
11. 前記インク供給流路形成部材が、前記インク収容領域を区画する環状の枠部と、底部とを備え、前記開口が前記底部に形成され、また前記弾性部材が前記開口に対向するように前記枠部に装填されている請求項９または１０に記載のインクカートリッジ。
12. 前記インク供給流路形成部材が、前記容器本体と同一の幅となるように構成され、前記容器本体の一部を封止して前記インク収容領域を区画するフィルムにより封止されている請求項９〜１１のいずれかに記載のインクカートリッジ。
13. 前記インク供給流路形成部材が、前記容器本体よりも幅狭に構成され、前記容器本体の一部を封止して前記インク収容領域を区画するフィルムとは異なるフィルムにより封止されている請求項９〜１１のいずれかに記載のインクカートリッジ。
14. 前記開口が、先端が平面部を有する突部に貫通孔を形成して構成されている請求項７〜１３のいずれかに記載のインクカートリッジ。
15. 前記開口が、断面円錐状の突部に貫通孔を形成して構成されている請求項７〜１３のいずれかに記載のインクカートリッジ。
16. 前記弾性部材の前記第１の面側には、前記弾性部材との間に前記第１の空間を形成するように隔壁が配置され、前記隔壁には、前記弾性部材が弾接する突出部が形成され、前記突出部に前記開口が形成されている請求項１または２に記載のインクカートリッジ。
17. 前記弾性部材が、前記突出部と対向する位置に配置された付勢部材により前記突出部の側に付勢されている請求項１６に記載のインクカートリッジ。
18. 前記弾性部材が、自身の弾性変形力により前記突出部の側に付勢されている請求項１７に記載のインクカートリッジ。
19. 前記開口が、前記弾性部材の略中心に対向するように配置されている請求項１〜１８のいずれかに記載のインクカートリッジ。
20. 前記第２の空間は、前記弾性部材の略全体に前記インクの消費による前記弾性部材よりも下流の圧力を作用させことができる空間である請求項１〜１９のいずれかに記載のインクカートリッジ。
21. 前記流路と前記連通路とが分岐しており、前記インク収容領域のインクは、１の連通路、前記開口、前記流路をこの順に流れ、前記第２の空間と前記第２の連通路とを流れることなく、そのまま前記インク供給口に供給される請求項１〜２０のいずれかに記載のインクカートリッジ。
22. 前記開口のインク供給側は、略円筒状のストレート部に連続し、前記ストレート部の前記インク供給側は、インク供給口側が拡開するように設けられたロート状部に連続する請求項１〜１３、１６〜２１のいずれかに記載のインクカートリッジ。

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