JP2005161642A - インクカートリッジ、該インクカートリッジが搭載されるインクジェット記録ヘッド、およびインクジェット記録ヘッドカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 インクを自由状態で保持しながら、インクカートリッジ内のインクの水頭圧の影響を抑えた連通部を構成する。
【解決手段】 インクを自由状態で保持するインクカートリッジ２と記録ヘッド部１とは、連通部３０を構成するようにして、互いに着脱自在に連結されている。連通部３０は、インクカートリッジ２の連通口２ｂ内に記録ヘッド１の挿入筒部１ｂが挿入されることによって構成されている。連通口２ｂの内側には環状の弾性部材１８が設けられており、弾性部材１８は挿入筒部１ｂと連通口２ｂとの間でインクの漏れを防止するシールを形成している。挿入筒部１ｂ内には、インクカートリッジ２内のインクの水頭圧の影響を緩和するインク吸収体１４が内挿されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクカートリッジ、該インクカートリッジが搭載されるインクジェット記録ヘッド、およびインク記録ヘッドカートリッジに関し、特に、インクカートリッジとインクジェット記録ヘッドとの間のインクの連通部の構造に関する。

インクを記録紙等に吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドカートリッジは様々な記録装置で使用されている。一般に、インクジェット記録ヘッドカートリッジは、インクを吐出する記録ノズルを備えた記録ヘッド部（インクジェット記録ヘッド）と、その記録ヘッド部に供給するインクを貯留するインクカートリッジとを有しており、記録ヘッド部に対してインクカートリッジが着脱自在に構成されているものが多い。

インクカートリッジは容器形状に形成され、その底面にインクを供給するための連通口が設けられている。一方の記録ヘッド部にもインクカートリッジからインクを導入するための連通口が設けられている。インクカートリッジは、その連通口が記録ヘッド部側の連通口と連通するように、記録ヘッド部の上方に搭載される。これにより、インクカートリッジ内のインクが記録ヘッド部の記録ノズルへ供給されるように構成されている。

記録ヘッド部の上方にインクカートリッジが配置されたインクジェット記録ヘッドカートリッジにおいては、インクを自由状態でインクカートリッジ内に貯留すると、インクカートリッジ内でのインク液面の高低差により、記録ノズルのオリフィスに加わる水頭圧の大きさが変化する。この水頭圧の大きさが、オリフィスに作用しているインクの界面力を超えると、インクが記録ノズルから漏出してしまうことがある。

これを防止するため、例えば特許文献１、２には、インクカートリッジ内にスポンジなどの多孔質部材を配置し、その毛細管力を利用してインクを保持する方法が提案されている。このような構成によれば、インクカートリッジに形成された大気連通孔および開口部をシールすることによりインクカートリッジ単体を簡便でき、使用時には水頭圧の差によるインクの漏れもないため、広く使用されている。

インクカートリッジ底面に形成される連通口は、例えば円形の開口部として設けられていてもよい。開口部の大きさはある程度小さい方が好ましく、これにより、インクカートリッジを記録ヘッド部に対して着脱する際に開口部からインクが漏れにくくなる。さらに、開口部を小さく形成することにより、インクカートリッジの小型化を図ることができ、特に、複数色のインクカートリッジを配置する必要があるフルカラー記録を行うインクジェット記録ヘッドカートリッジには有利である。ただし、開口部の径が小さすぎると、インクの表面張力により、開口部からインクが出にくくなる問題が生じる。具体的には、インクの表面張力（約５０Ｎ／ｍ）は、水道水の表面張力（約７０Ｎ／ｍ）と比べるとその値はやや小さいが、それでも開口部が円形で、かつ水平に配置されるものであるならば、インクが静的に自然落下するためには、開口部の径は約１０ｍｍ以上とする必要がある。

開口部を小さく形成しながらスムースにインクを導出できるものとして、例えば特許文献３には、２本のパイプ状の部材を備えた連通部構造が提案されている。同構造は、インクカートリッジの開口部を弾性部材で塞ぎ、記録ヘッド部側には２本のパイプ状の連通部材からなる連通口を形成し、その２本のパイプ状の連通部材を弾性部材に突き刺すことにより、インクカートリッジと記録ヘッド部とが連通するものである。この構造では、１本のパイプ状の連通部材でインクカートリッジ内に空気を供給しながら、他方の連通部材でインクカートリッジ内のインクを導出するため、小さい開口部であってもスムースにインクを導出される。
特開昭６３―８７２４２号公報 特開平２―３４３４９号公報 特許第２９２９８０４号公報

しかしながら、上述したような従来の構成では以下のような問題点があった。

従来、例えば耐侯性を重視する用途の記録に使用されるインクとして、水などの溶媒中に顔料のような比重の大きな発色性微粒子を均一に分散させたインクが用いられている。このようなインクは、長期間にわたって静止状態に置かれていると、溶媒中の微粒子が、その溶媒との比重差に起因して沈殿してしまう性質を有している。したがって、このようなインクを自由状態で貯留した場合、インクカートリッジの底面にインクの微粒子が沈殿してしまう。このような沈殿物は、インクカートリッジの底面に形成された、インクカートリッジと記録ヘッド部との連通部周辺に沈殿し、その連通部を詰まらせる恐れがある。

また、インクカートリッジ内にスポンジなどの多孔質部材を配置してインクを保持する方法では、多孔質部材がその容積の７０％程度のインクしか保持できないため、インクを効率よく貯留できない。しかも、多孔質部材に保持されたインクのうちの２０％程度は、多孔質部材内に残留するため、インクを有効に使用できないという問題もある。その他にも、例えば多孔質部材の目詰まりなど、信頼性上の問題もある。こうしたことから、インクを貯留する方法としてはやはりインクを自由状態で保持することが好ましく、しかも上述のとおりインクカートリッジ内の水頭圧の影響を受けにくい構造とすることが望まれている。

パイプ状の連通部材を用いる方法では、インクカートリッジ側の弾性部材がパイプ状の連通部材によって何度も突き刺されるため、弾性部材が破損しやすいうえ、その破損した弾性部材の一部が連通部材内に詰まる恐れがある。これに対し、連通部材の先端に丸みをつけるとともに、連通部材が貫通通される弾性部材に切り込み等を設けることにより上記問題が解決されるようにも考えられるが、この構成ではインクカートリッジ内のインクが加圧されると、弾性部材の切り込みからインクが漏れ出す恐れがある。さらに、パイプ状の連通部材を用いるこの方法において連通部材を複数本設けた場合、弾性部材の、貫通される部位どうしが近接するため弾性部材はより破損しやすくなる。これを防ぐためには、貫通される部位どうしの間隔を広くすればよいが、それにより弾性部材は大型化する。弾性部材の大型化は、インクカートリッジの連通部の大型化を意味する。

そこで本発明は、インクを自由状態で保持しながら、インクカートリッジ内のインクの水頭圧の影響を抑えた連通部を構成する、インクカートリッジ、インクジェット記録ヘッド、およびインクジェット記録ヘッドカートリッジを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のインクカートリッジは、記録ノズル部と、筒状に形成され、前記記録ノズル部から吐出するインクを導入する挿入筒部とを有するインクジェット記録ヘッドに対して、着脱自在に搭載されるインクカートリッジであって、
底面に形成され、前記挿入筒部が挿入される筒状の連通口と、
前記挿入筒部によって押圧されることにより変位して前記連通口の開口部を開放する栓部材と、
前記連通口内に配置され、前記挿入筒部が前記連通口内に挿入された状態で、前記挿入筒部と前記連通口との間をシールする、少なくとも１つの環状の弾性部材とを有する。

本発明のインクカートリッジによれば、連通口内に少なくとも１つの環状の弾性部材を有しているため、インクカートリッジをインクジェット記録ヘッドに搭載した際の、連通口と挿入筒部との間をシールが良好に実施される。

本発明のインクジェット記録ヘッドは、記録ノズル部と、筒状に形成され、前記記録ノズル部から吐出するインクを導入する挿入筒部とを有し、上記本発明によるインクカートリッジが搭載されるインクジェット記録ヘッドであって、
前記挿入筒部の内側に挿入されたインク吸収体と、
前記挿入筒部から導入されたインクを貯留し、前記インクを前記記録ノズル部へ供給するサブタンクと、
天面に大気連通孔が形成されたインク退避室と、
前記インク退避室と前記サブタンクとを連通する連通路に配置された界面力発生部材とを有する。

また、本発明のインクジェット記録ヘッドカートリッジは、記録ノズル部と、筒状に形成され、前記記録ノズル部から吐出するインクを導入する挿入筒部とを有するインクジェット記録ヘッドと、上記本発明によるインクカートリッジとを備えたインクジェット記録ヘッドカートリッジであって、
前記インクジェット記録ヘッドは、
前記挿入筒部の内側に挿入されたインク吸収体と、
前記挿入筒部から導入されたインクを貯留し、前記インクを前記記録ノズル部へ供給するサブタンクと、
天面に大気連通孔が形成されたインク退避室と、
前記インク退避室と前記サブタンクとを連通する連通路に配置された界面力発生部材とを有する。

本発明によるインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録ヘッドカートリッジによれば、インクカートリッジ内でインクを自由状態で貯留するものであっても、挿入筒部内にインク吸収体が配置されているため、インクカートリッジ内のインクの水頭圧の影響が緩和される。

本発明のインクカートリッジ、インクジェット記録ヘッド、およびインクジェット記録ヘッドカートリッジによれば、そのインクカートリッジ内にインクを自由状態で保持するため、インクを効率よく貯留できる。また、インクを自由状態で保持するにも関わらずその水頭圧の影響が緩和された連通部を構成しているため、インクの水頭圧に起因したインク漏れなどが防止される。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態によるインクジェット記録ヘッドカートリッジ５０を示す断面図であり、インクカートリッジ２が記録ヘッド部１に搭載された状態を示している。図２、図３は、それぞれ記録ヘッド部１およびインクカートリッジ２の単体の状態を示している。なお、図２（ａ）はその断面図であり、図２（ｂ）は上面側から見た部分拡大図である。

図１に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドカートリッジ５０は、インクを吐出する記録ヘッド部１（インクジェット記録ヘッド）と、記録ヘッド部１に供給するインクを貯留するインクカートリッジ２とを有しており、インクカートリッジ２と記録ヘッド部１とは、連通部３０を構成するようにして、互いに着脱自在に連結されている。連通部３０は、インクカートリッジ２の連通口２ｂ内に記録ヘッド１の挿入筒部１ｂが挿入されることによって構成されている。

記録ヘッド部１は、図２（ａ）に示すように、例えば樹脂材料からなるヘッド筐体１ａによって形成されており、略密封空間として設けられたインク退避室９と、インク退避室９の側方に設けられたサブタンク７と、サブタンク７の下方に位置し、インクを吐出する記録ノズル部３を有している。

記録ノズル部３には、インクを吐出する構造部として多数の記録ノズル（不図示）が、インクを下方に向かって吐出できるように形成されており、例えば１２８個の記録ノズル（不図示）が３００ｄｐｉの高密度で形成されている。また、記録ノズル部３には不図示のプリント配線基板が配置されており、これにより各記録ノズル（不図示）に記録信号が供給されるようになっている。各記録ノズル（不図示）は、その記録信号に応じてインクを吐出できるように構成されている。

サブタンク７は、インク退避室９と比較してその容積が小さく形成された略密封空間として形成され、記録ノズル部３へ供給するインクを一時的に貯留するものである。

サブタンク７の上方には挿入筒部１ｂが、ヘッド筐体１ａの一部として一体に形成されている。挿入筒部１ｂは、円筒状で上方に向かって形成され、記録ヘッド１の上面に対して所定量だけ突出している。挿入筒部１ｂの先端の外周縁は、面取り形状またはＲ形状としてもよい。これにより、連通口２ｂ内への挿入が円滑に行われる。

挿入筒部１ｂの内側にはインク吸収体１４が挿入されている。インク吸収体１４は、図２（ｂ）に示すように角部が挿入筒部１ｂの内壁に内接するような矩形断面の柱状部材である。インク吸収体１４の長さは、図２（ａ）に示すように、挿入筒部１ｂに挿入された状態で下端がサブタンク7の底面に当接し、上端が挿入筒部１ｂの先端にほぼ一致するように調整されている。

インク吸収体１４は、例えば厚さ０．１ｍｍ程度の親水性のステンレス鋼薄板を複数枚積層して構成された毛細管構造体であり、インクを含浸した状態で、外気とサブタンク７内との間に所定の気圧差を保つように構成されていることが好ましい。この「所定の気圧差」の大きさは、インク吸収体１４とそれに含浸されたインクとの間に作用する毛細管力などにより決定される。気圧差の大きさは、インク吸収体１４の材質やボアサイズ等を選定することにより調整可能であり、例えば±２４５〜±３４３Ｐａ（±２５〜±３０ｍｍH₂O）程度が好ましい。当然ながら、インク吸収体１４は、その界面力が記録ノズル（不図示）のオリフィスの界面力よりも十分に小さくなるように構成されており、気圧差の大きさが上記範囲内のとき、インクはオリフィス（不図示）から漏れることはなく、またインクの吐出も良好に行われる。

なお、インク吸収体１４は、ステンレス鋼などの金属からなる繊維が集合して毛細管力を備えた毛細管構造体であってもよい。

図２（ｂ）に示すように、円形断面である挿入筒部１ｂの内側に矩形断面のインク吸収体１４を挿入しているため、挿入筒部１ｂとインク吸収体１４との間には空隙部２０が形成されている。空隙部２０が設けられていることにより、使用時に、サブタンク７内の空気がその空隙部２０を通って上方に移動可能となっている。

サブタンク７の下方には、記録ノズル部３にインクを供給するための流路として、インク流路４ａとノズルインク室４ｂが形成されている。インク流路４ａは、サブタンク７の下面に開口し、下方に向かって形成されている。ノズルインク室４ｂは、そのインク流路４ａの下端に連通するように形成され、記録ノズル部３ｂの裏面側に位置している。サブタンク７内のインクは、インク流路４ａおよびノズルインク室４ｂ内に導入され記録ノズル部３に供給される。

サブタンク７とインク流路４ａとの連通部には、フィルタ６が配置されている。

サブタンク７の内部空間を形成する側壁には、サブタンク７内のインクの残量を検出する残量検出部８が設けられている。残量検出部８は、２等辺直角三角形状に形成され透明なプラスチック部材（屈折率約１．５）からなるプリズム部材（不図示）と、そのプリズム部材に対して光を照射する手段（不図示）と、所定の位置に配置されプリズム部材から反射した光を受光する受光手段（不図示）とを備えている。

残量検出部８は、空気（屈折率１．０）とインク（屈折率約１．３）の屈折率の違いを利用してサブタンク７内のインクの有無を検出する。具体的には、サブタンク７内にインクが存在する場合、プリズム部材の屈折率（約１．５）とインクの屈折率（約１．３）との比がＣＯＳ４５°（約１．４）を超えないため、プリズム部材に向かって照射された光は、所定の屈折率でプリズム部材を透過する。つまり、光はプリズム部材によって反射されず、受光手段で受光されることはない。一方、サブタンク７内にインクが存在しない場合、プリズム部材の屈折率（約１．５）と空気の屈折率（１．０）との比がＣＯＳ４５°（約１．４）以上となるため、光はプリズム部材の、互いに直交する２面でそれぞれ全反射して戻り、受光手段で受光される。このように、サブタンク７内のインクの有無は、残量検出部８の受光手段（不図示）の検出結果から知ることができる。

残量検出部８を、受光手段（不図示）の検出結果に応じて駆動される不図示の警報発生手段に接続してもよい。この場合、警報発生手段は、残量検出部８がサブタンク７内にインクが存在しないことを検出したときに警報を発するように駆動される。なお、この警報は、サブタンク７の底部にまだインクが残っている状態で発せられるようにすることが好ましく、特にフィルタ６および後述する連通路１５ａが露呈されないようにすることが好ましい。そのため、本実施形態では、残量検出部８はフィルタ６および連通路１５ａよりも高い位置に設けられている。

インク退避室９は、インクを貯留する内部空間を備えており、その底面はサブタンク７の底面より下方に位置している。インク退避室９の天面には、細管状に形成された大気連通孔１０が設けられており、インク退避室９の内部と外気とを連通している。

インク退避路９とサブタンク７との間には、サブタンク７およびインク退避室９のいずれに対しても独立し、かつ、互いに独立した略密封空間を形成する空気バッファ室１１ａ、１１ｂが並んで設けられている。

サブタンク７と空気バッファ室１１ａとの間、空気バッファ室１１ａ、１１ｂ間、および空気バッファ室１１ｂとインク退避室９との間は、それぞれ連通路１５ａ、１５ｂ、１５ｃによって連通されている。これにより、サブタンク７は、連通路１５ａ、空気バッファ室１１ａ、連通路１５ｂ、空気バッファ室１１ｂ、連通路１５ｃを経由してインク退避室９に連通し、さらに、大気連通孔１０を介して外気に連通している。

連通路１５ａ〜１５ｃは、いずれも貫通孔として形成されている。連通路１５ａは、サブタンク７の下側の側面に開口するように位置しており、インクが含浸され所定の背圧を形成する界面力発生部材（不図示）が内挿されている。連通路１５ｂは、インク退避室９の底面とほぼ同じ高さに形成されており、連通時１５ｃは、連通路１５ａ、１５ｂの中間の高さ、すなわち、インク退避室９の底面とサブタンク７の底面との中間の高さに位置している。

インクカートリッジ２は、図１または図３に示すように、インクを自由状態で貯留するための１つの内部空間（インク室）を形成するタンク筐体２ａで構成されている。タンク筐体２ａは、ある程度の剛性を備えるとともに、インクの長期貯留を可能とするため耐インク性に優れたプラスチック材料で構成されていることが好ましい。特に、透明なプラスチック材料を選択すれば、インクの残量の視認が容易になる。また、その製造には、ペットボトルや目薬容器の製造のようにブロー成形を用いることができ、これにより、簡単な構成で、消耗品として最適なインクカートリッジ２が安価に製造される。

タンク筐体２ａの底面側には、インクカートリッジ２の内側と外側とを連通する開口部を形成するように筒状に形成された連通口２ｂが設けられている。連通口２ｂは、タンク筐体２ａと一体に形成されており、タンク筐体２に対して所定量だけ突出している。筒状の連通口２ｂは、その開口部が円形断面となっていることが好ましく、これにより後述する弾性部材を効果的に利用できる。

連通口２ｂの内周壁には、２つの互いに独立した円環状の弾性部材１８が内挿されている。環状の弾性部材１８は、例えばゴム部材からなるＯ−リングであってもよい。その材質や大きさは、記録ヘッド部１の挿入筒部１ｂ（図１参照）を弾性部材１８内に挿入した状態で、挿入筒部１ｂと弾性部材１８との間でインクの漏れを防止するシールが形成されるようなものであればよい。弾性部材１８の内径は例えば直径３〜６ｍｍであってもよい。このように弾性部材１８を細径とすることにより、インクが残っているインクカートリッジ２を仮に記録ヘッド部１から取り外しても、表面張力により、インクが連通部２ｂから漏れにくくなる。また、細径の弾性部材１８は、連結部３０（図１参照）の小型化にも有利である。

栓部材１７は、弾性部材または剛性部材の略板状部材からなり、連通口２ｂの開口部を開閉制御するように構成されている。具体的には、栓部材１７は、タンク筐体２ａの内側で、連通口２ｂの開口部を覆う位置に配置されている。栓部材１７は、その一端のみが支持され、図１または図３に示すように、その一端側の支持部を中心として回動自在に構成されている。栓部材１７は、インクカートリッジ２単体の状態（図３参照）のとき、すなわち、栓部材１７に外力が加わっていない無負荷状態のときに連通口２ｂの開口部を閉鎖し、インクカートリッジ２の外側から内側に向かって押されたときに変位して連通口２ｂの開口部を開放する（図１参照）ように設けられている。

栓部材１７をこのように機能させるため、前述した記録ヘッド部１の挿入筒部１ｂの突起量は、記録ヘッド部１とインクカートリッジ２とが連結した状態で（図１参照）、挿入筒部１ｂが栓部材１７を押圧して栓部材１７を変位させ、連通口２ｂの開口部が開放される程度に調整されていればよい。本実施形態では、挿入筒部１ｂの先端がタンク筐体２ａの内壁より高い位置となるように調整されている。

このような構成により、記録ヘッド部１とインクカートリッジ２とが連結した状態では、連通口２ｂの開口部が開放され、インクカートリッジ２内とサブタンク７内とが、インク吸収体１４および空隙部２０を介して連通する。このとき、連通口２ｂの内周壁と挿入筒部１ｂの外周壁との間は弾性部材１８によってシールされ、外気から遮断されるため、インクカートリッジ２の内部空間とサブタンク２の内部空間とは実質的に１つの略密封空間となる。弾性部材１８によるシールは、そのシール部からインクカートリッジ２内のインクが漏れないように構成されている。上述したように、本実施形態の弾性部材１８および挿入筒部１ｂはいずれも円形（環状）に形成されているため、挿入筒部１ｂの外周壁は環状の弾性部材１８によって均一な圧力で押圧されるため、弾性部材１８によるシールは高信頼性なものとなる。

なお、インクカートリッジ２および記録ヘッド部１は、連通部３０を構成するようにして互いに連結されているが、インクカートリッジ２と記録ヘッド部１との間の位置精度をより高くするために、例えば記録ヘッド部１のヘッド筐体１ａに位置決め用のガイド（不図示）を設けてもよい。

以上のように構成されたインクジェット記録ヘッドカートリッジ５０の動作について以下に説明する。
（インクカートリッジ搭載時）
まず、インクカートリッジ２を記録ヘッド部１に搭載したときのインクジェット記録ヘッドカートリッジ５０の挙動について説明する。なお、搭載するインクカートリッジ２は内部にインクが満杯に充填されたものとし、一方の記録ヘッド部１はサブタンク７やインク吸収体１４等にインクは充填されていないものとする。

記録ヘッド部１の挿入筒部１ｂが連通口２ｂの内部に挿入されるように、インクカートリッジ２を記録ヘッド部１に搭載すると、上述のように栓部材１７がタンク筐体２ａの内側に押し込まれ、連通口２ｂの開口部が開放される。すると、内側に押し込まれた栓部材１７の体積に相当するインクが、インクカートリッジ２から挿入筒部１ｂの開口部内に流入する。開口部内に流入したインクは、インク吸収体１４に徐々に吸収されながら、インク吸収体１４内を下方に向かって移動し、サブタンク７内に導入される。これと同時に、サブタンク７内の空気は、空隙部２０（図２（ｂ）参照）を経由してインクカートリッジ２内に移動する。このように気液交換されることによって、サブタンク７内がインクで満たされる。サブタンク７内のインクは、フィルタ６を通過してインク流路４ａおよびノズルンク室４ｂに導入され、記録ノズル部３の不図示の記録ノズルに供給される。インクはまた、連通路１５ａに内挿された界面力発生部材（不図示）にも浸透する。このようにして、インクカートリッジ２から記録ヘッド部１へのインクの導入が終了する。

サブタンク７にインクが導入された状態では、インクカーリッジ２およびサブタンク７内の圧力は大気圧と同じになっており、記録ノズル部３のオリフィス（不図示）や連通路１５ａに内挿された界面力発生部材（不図示）の表面張力によって、インクが外部または空気バッファ室１１ｂ内に漏れることはない。

記録ヘッド部１にインクカートリッジ２を搭載し、サブタンク７内にインクを導入する際に、記録ノズル部３を不図示のキャッピング手段でキャッピングしてもよい。記録ノズル部３をキャッピングすることにより、仮に記録ノズル部３からインクが漏れたとしてもインクはキャッピング手段（不図示）で受けられるため、他の構造部に付着することはない。また、キャッピング手段は、記録ノズル部３をキャッピングしてインクを吸引するための吸引ポンプ（不図示）を備えており、記録ヘッド部１にインクカートリッジ２を搭載した後、吸引ポンプ（不図示）を駆動して、記録ノズル部３からインクを少量ずつ吸引することにより、インクの導入が促され、サブタンク７内およびインクカートリッジ２内がやや負圧の状態となる。
（記録時）
次いで、記録時のインクジェット記録ヘッドカートリッジ５０の挙動について説明する。

インクカートリッジ２が搭載され、記録ノズル部３にインクが供給された状態で、記録ノズル（不図示）に記録信号を与えると記録ノズル（不図示）からインクが吐出され記録が行われる。

記録により記録ノズル部３のインクが消費されると、消費されたインクと同量のインクがサブタンク７内からフィルタ６を通過してインク流路４ａおよびノズルインク室４ｂに導入され、サブタンク７内およびインクカートリッジ２内の圧力は低下する。

記録が続行され、サブタンク７内の圧力が所定圧力以下、具体的には、サブタンク７の内部と外気との圧力の差がインク吸収体１４ａとインクとの間に作用する所定の界面力を超えると、大気連通孔１０からインク退避室９等を経由して外気（空気）が少しずつサブタンク７内に導入される。この空気の導入により一定の気圧差が保たれる。

こうしてサブタンク７内に導入された空気は、空隙部２０を通過してインクカートリッジ２内に移動する。そして、インクカートリッジ２内に入った空気に相当する量のインクがインク吸収体１４に吸収され、インクがサブタンク７に供給される。インクカートリッジ２内にインクが残っている間、このような一連の気液交換が繰り返され、サブタンク７の内部はインクで満杯にされる。

さらに記録が続行され、インクカートリッジ２内のインクが完全に消費されると、サブタンク７内にはもはやインクが供給されないため、サブタンク７内のインクが消費され、サブタンク７内のインク液面が徐々に下がる。サブタンク７内のインク液面が所定の高さより低くなると、残量検出部８が作動して警報が発せられる。
（内圧上昇時）
上述したように、記録時にはサブタンク７およびインクカートリッジ２の内圧は低くなるが、気圧が低下したときや外気温が上昇したときには、サブタンク７およびインクカートリッジ２の内圧は逆に高くなる。以下、インクカートリッジ２等の内圧が高くなったときのインクジェット記録ヘッドカートリッジ５０の挙動について主として説明する。

例えば外気温が上昇してインクカートリッジ２が高温となると、インクカートリッジ２内の空気が膨張し、インクカートリッジ２内の内圧が上昇する。すると、インクはインクカートリッジ２内からインク吸収体１４に向かって押し出される。インク吸収体１４に含浸されたインクは、そのインクとインク吸収体１４との間に作用する界面力を超える圧力で押されたときにインク吸収体１４から押し出され、サブタンク７内に流出する。

サブタンク７内が既にインクで満杯となっている場合、このように加圧されたサブタンク７内のインク、詳細には、インク吸収体１４と空隙部２０（図２参照）内に供給されたインクは、連通路１５ａ内に配置された界面力発生部材（不図示）を通過して空気バッファ室１１ａ内に漏出する。同時に、空気バッファ室１１ａ内に漏出したインクは、連通路１５ｂを通過して、隣接する空気バッファ室１１ｂに流入する。空気バッファ室１１ｂ内のインク液面が連通路１５ｃの高さを越えると、インクはインク退避室内９に流入し、そこで貯留される。

その後、例えば記録によりインクが消費され、サブタンク７内が負圧となると、空気バッファ室１１ａ、１１ｂを介してインク退避室９内も負圧となり、その結果、大気連通孔１０を介して外気がインク退避室９内に取り込まれる。このようにしてインク退避室９内に外気が取り込まれると、空気バッファ室１１ａ内のインクの液面が上昇し、インクは連通路１５ａを経由してサブタンク７内に戻る。

なお、次のような理由から、インク退避室９は、その内部に貯留されるインク液面と記録ノズル部３（図１参照）との間の高低差が小さくなるように構成されていることが好ましい。インク退避室９内に退避したインクは、サブタンク７内のインクとは分離されているが、インク退避室９内のインクの水頭圧は、空気バッファ室１１ａ、１１ｂ内の空気などを介して記録ノズル部３の記録ノズル（不図示）に作用する。より詳細には、インク退避室９内のインク液面と記録ノズル（不図示）との高低差に相当する水頭圧が、記録ノズル（不図示）のオリフィスに作用する。したがって、この水頭圧がノズルオリフィスの界面力を超えると、ノズルからインクが漏れることとなるため、インク退避室９は、貯留されるインクの水頭圧がオリフィスの界面力を超えないように構成する必要がある。

また、インクが消費され、インクカートリッジ２内の空気の比率が増えると、インクカートリッジ２は、例えば外気温の上昇などによる影響を受けやすくなるため、インク退避室９内に押し出されるインクの量も多くなる。したがって、インク退避室９の容積は、押し出されるインクの最大量を考慮してその量以上とすることが好ましい。これにより、例えば外気温の上昇などの環境変化に起因する、インク漏れが防止される。この、容積についての条件と上記水頭圧についての条件を加味すると、インク退避室９は比較的偏平な形状（例えばその内部空間の高さが十数ｍｍ程度）で、その配置位置は記録ノズル部３に対して高低差が小さくなる位置であることが望ましい。

以上説明したように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドカートリッジ５０では、連通口２ｂ内に環状の弾性部材１８を有しているため、インクカートリッジ２を記録ヘッド部１に搭載した際の、連通口２ｂと挿入筒部1ｂとの間のシールが良好に実施される。また、インクカートリッジ２を記録ヘッド部１に搭載した状態では、挿入筒部１ｂの先端はインクカートリッジ２の内部空間の底面より高い位置となるため、挿入筒部１ｂ内に入り込むように沈殿する沈殿物の量も最小限に抑えられる。すなわち、沈殿物は低い部位に沈殿するものであるため、このように挿入筒部１ｂの先端が高い位置となるように構成された連結部構造では、沈殿物は挿入筒部１ｂの先端には蓄積されにくい。

また、インクカートリッジ２内にはスポンジなどの多孔質部材が配置されていないため、インクは自由状態で貯留される。したがって、インクジェット記録ヘッドカートリッジ５０をキャリッジ等に搭載して記録紙２２上を走査させながら記録を行う構成であれば、インクカートリッジ２内のインクが揺動され、このインクの揺動によって、底面に沈殿した沈殿物はインク中に再分散される。

さらに、このようにインクを自由状態で保持したとしても、記録ヘッド部１側の挿入筒部１ｂ内にインク吸収体１４が配置されているため、インクカートリッジ２内のインクの水頭圧の、記録ノズル部１に対する影響が緩和される。また、細径に形成された挿入筒部１ｂであっても、その内側にインク吸収体１４が配置されているため、インクカートリッジ２内のインクがインク吸収体１４内にスムースに導入される。挿入筒部１ｂと連通口２ｂとの間は弾性部材１８によってシールされ、インクカートリッジ２の内部空間とサブタンク２の内部空間とは実質的に１つの略密封空間となっており、インクがそのシール部から漏れることはない。

インク退避室９内のインクの水頭圧の影響を小さくするため、インク退避室９内にインク吸収体を配置してもよい。図４は、インク退避室９内にインク吸収体２１を備えたインクジェット記録ヘッドカートリッジ５１を示す図であり、インクジェット記録装置（不図示）に搭載して使用する状態の構成例を示している。

図４に示すように、一般に、インクジェット記録ヘッドカートリッジ５１をインクジェット記録（不図示）に搭載して使用する場合、記録紙２２の搬送路は、記録紙２２が記録ノズル部３の直下を通過するように構成される。また、記録紙２２の搬送方向において、記録紙２２の浮きを抑えるための押さえローラー２３が記録ノズル部３を間に置いて配置されている。このように押さえローラー２３が配置された構成では、インク退避室９は、押さえローラー２３と干渉しないように必然的に記録ノズル部３に対して高い位置に配置されることとなる。したがって、このような構成のときにはインク退避室９内にインク吸収体２１を配置することにより、インクの水頭圧の影響を記録ノズル部３に及ぼさないようにすることが好ましい。なお、インク吸収体２１は、例えば厚さ０．１ｍｍ程度の親水性のステンレス鋼薄板を複数枚積層して構成された毛細管構造体であってもよい。

インクカートリッジ２内に挿入される挿入筒部１ｂの先端の形状は種々変更可能であり、図５に示すようなものであってもよい。図５（ａ）は挿入筒部を上面側から見た図であり、図５（ｂ）はその挿入筒部の断面図である。

図５に示す挿入筒部１ｃは、その先端のまでの高さが、挿入筒部１ｃが連通口２ｂ内に挿入された状態で、タンク筐体２ａの内壁とほぼ同じ高さとなるように調整されている。挿入筒部１ｃの先端には２つの突部２５が形成されており、突部２５は挿入筒部１ｃの先端に対して所定量だけ突起している。図５（ｂ）に示すように、挿入筒部１ｃが連通口２ｂ内に挿入すると、栓部材１７は、挿入筒部１ｃの突部２５によって押圧され、内側に押し込まれる。したがって、連通部２ｂの開口部が開放され、インクは挿入筒部１ｃの内側に配置されたインク吸収体１４に吸収される。

本実施形態では、例えば図１に示すように、２つの互いに独立した弾性部材１８を連通口２ｂ内に配置したが、弾性部材１８の配置数や形状は種々変更可能である。例えば、環状の弾性部材１８を１つのみ、または３つ以上配置してもよい。また、複数の弾性部材を配置する場合、それらが互いに一体化するように形成されていることが好ましい。一体化していることにより、例えば弾性部材を連通口２ｂ内に配置するときの作業性が向上する。また、環状の弾性部材を複数個配置することにより、そのシールがより確実なものとなる。

部材の一体化は弾性部材１８どうしに限らず、図６に示すように、栓部材１７ａと弾性部材１８ａとが一体に形成されたものであってもよい。栓部材１７ａおよび弾性部材１８ａは、図１、３に示した栓部材１７および弾性部材１８とそれぞれ同形状に形成されており、栓部材１７ａと弾性部材１８ａとは弾性的に変形自在な接続部３１によって接続され一体となっている。このような構造体は、例えば一体成形されたゴム部材からなるものであってもよい。栓部材１７ａは、無負荷状態（図６（ａ）参照）で、連通口２ａの開口部を塞ぐ形状に形成されている。使用時は、図６（ｂ）に示すように、栓部材１７ａが挿入部材１ｂによって押されることにより接続部３１が弾性変形し、栓部材１７ａが変位して連通口２ｂの開口部を開放する。接続部３１は、挿入筒部１ｂが連通口から抜去されると同時に栓部材１７ａが元の位置（図６（ａ）参照）に戻り、連通口２ｂの開口部を塞ぐことができるように形成されていることが好ましい。これにより、インクカートリッジ２を取り外した際のインク漏れが最小限となる。

本実施形態の栓部材１７（図１、３参照）は、無負荷状態のときに連通口２ｂの開口部を閉鎖し、内側に向かって押されたときに開口部を開放するものであったが、栓部材はこれに限らず、例えばインクカートリッジ２単体の流通時にインクが漏れ出さないように栓として貼られた膜状部材であってもよい。

本実施形態によるインクジェット記録ヘッドカートリッジを示す断面図であり、インクカートリッジが記録ヘッド部に搭載された状態を示している。 本実施形態の記録ヘッド部単体を示す図である。 本実施形態のインクカートリッジ単体を示す図である。 インク退避室内にインク吸収体を備えたインクジェット記録ヘッドカートリッジを示す断面図である。 挿入筒部の先端形状の変形例を示す図である。 一体に形成された弾性部材と栓部材を示す図である。

符号の説明

１ 記録ヘッド部
１ａ ヘッド筐体
２ インクカートリッジ
２ａ タンク筐体
２ｂ 連通口
３ 記録ノズル部
４ａ インク流路
４ｂ ノズルインク部
６ フィルタ
７ サブタンク
８ 残量検出部
９ インク退避路
１０ 大気連通孔
１１ａ、１１ｂ 空気バッファ室
１４ インク吸収体
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 空気バッファ室
１７、１７ａ 栓部材
１８、１８ａ 弾性部材
２０ 空隙部
２１ インク吸収体
２２ 記録紙
２３ 押さえローラー
２５ 突部
３０ 連通部
３１ 接続部
５０、５１ インクジェット記録ヘッドカートリッジ

Claims (18)

1. 記録ノズル部と、筒状に形成され、前記記録ノズル部から吐出するインクを導入する挿入筒部とを有する記録ヘッド部に対して、着脱自在に搭載されるインクカートリッジであって、
   底面に形成され、前記挿入筒部が挿入される筒状の連通口と、
   前記挿入筒部によって押圧されることにより変位して前記連通口の開口部を開放する栓部材と、
   前記連通口内に配置され、前記挿入筒部が前記連通口内に挿入された状態で、前記挿入筒部と前記連通口との間をシールする、少なくとも１つの環状の弾性部材とを有するインクカートリッジ。
2. 複数個の前記環状の弾性部材が一体化されている、請求項１に記載のインクカートリッジ。
3. 前記栓部材は、無負荷状態のときに前記連通口の開口部を閉鎖するものである、請求項１または２に記載のインクカートリッジ。
4. 前記栓部材と前記環状の弾性部材とは、弾性的に変形自在な接続部によって一体化されている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
5. 記録ノズル部と、筒状に形成され、前記記録ノズル部から吐出するインクを導入する挿入筒部とを有し、請求項１ないし４いずれか１項に記載のインクカートリッジが搭載されるインクジェット記録ヘッドであって、
   前記挿入筒部の内側に挿入されたインク吸収体と、
   前記挿入筒部から導入されたインクを貯留し、前記インクを前記記録ノズル部へ供給するサブタンクと、
   天面に大気連通孔が形成されたインク退避室と、
   前記インク退避室と前記サブタンクとを連通する連通路に配置された界面力発生部材とを有するインクジェット記録ヘッド。
6. 前記インク吸収体は、板材を複数枚積層して構成された毛細管構造体である、請求項５に記載のインクジェット記録ヘッド。
7. 前記インク吸収体は、繊維が集合して毛細管力を備えた毛細管構造体である、請求項５に記載のインクジェット記録ヘッド。
8. 前記インク吸収体の材質はステンレス鋼である、請求項６または７に記載のインクジェット記録ヘッド。
9. 前記挿入筒部は、前記挿入筒部が前記連通口内に挿入された状態で、その先端が前記インクカートリッジの内部空間の底面より高い位置となる、請求項５ないし８のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
10. 前記挿入筒部の内壁と前記インク吸収体との間には空隙部が形成されている、請求項５ないし９のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
11. 前記サブタンク内のインク残量を検出する残量検出手段をさらに有する、請求項５ないし１０のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
12. 記録ノズル部と、筒状に形成され、前記記録ノズル部から吐出するインクを導入する挿入筒部とを有するインクジェット記録ヘッドと、請求項１ないし４いずれか１項に記載のインクカートリッジとを備えたインクジェット記録ヘッドカートリッジであって、
    前記インクジェット記録ヘッドは、
    前記挿入筒部の内側に挿入されたインク吸収体と、
    前記挿入筒部から導入されたインクを貯留し、前記インクを前記記録ノズル部へ供給するサブタンクと、
    天面に大気連通孔が形成されたインク退避室と、
    前記インク退避室と前記サブタンクとを連通する連通路に配置された界面力発生部材とを有するインクジェット記録ヘッドカートリッジ。
13. 前記インク吸収体は、板材を複数枚積層して構成された毛細管構造体である、請求項１２に記載のインクジェット記録ヘッドカートリッジ。
14. 前記インク吸収体は、繊維が集合して毛細管力を備えた毛細管構造体である、請求項１２に記載のインクジェット記録ヘッドカートリッジ。
15. 前記インク吸収体の材質はステンレス鋼である、請求項１３または１４に記載のインクジェット記録ヘッドカートリッジ。
16. 前記挿入筒部は、前記挿入筒部が前記連通口内に挿入された状態で、その先端が前記インクカートリッジの内部空間の底面より高い位置となる、請求項１２ないし１５のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドカートリッジ。
17. 前記挿入筒部の内壁と前記インク吸収体との間には空隙部が形成されている、請求項１２ないし１６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドカートリッジ。
18. 前記サブタンク内のインク残量を検出する残量検出手段をさらに有する、請求項１２ないし１７のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドカートリッジ。

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