JP4167961B2

JP4167961B2 - インクカートリッジ

Info

Publication number: JP4167961B2
Application number: JP2003346866A
Authority: JP
Inventors: 和彦原; 浩一鳥羽; 隆男小林; 稔碓井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2017-03-12
Also published as: JP2004009743A

Description

本発明は、キャリッジにインクジェット式記録ヘッドとインクカートリッジを搭載し、インクの補給をカートリッジの交換により行うインクジェット式記録装置のインクカートリッジに関する。

インクジェット式記録ヘッドを搭載したキャリッジにインク収容体を搭載する形式のインクジェット式プリンタにあっては、キャリッジの移動によるインクの揺動に起因する水頭圧の変動や、泡立ちによる印字不良を防止するために、特許文献１に記載されたようにインク収容容器を２つの領域に分割し、記録ヘッド側に多孔質体を収容し、また他方の領域にインクを収容するようにしたものが提案されている。
このような構造を採ると、記録ヘッドへのインクの供給が多孔質体を介して行なわれるため、インクの揺動に起因する不都合を防止することができる。
欧州特許出願公開第581531号明細書

ところで、インクジェット式記録装置は、圧力発生室のインクを加圧してインク滴を発生させる関係上、インクに気泡が含まれていると、圧力が低下してインク滴の吐出性能も低下するため、溶存空気を排除したインクを多孔質体に注入することが行われている。
一方、気密性を維持して記録ヘッドとの接続を確保するため、インク供給口には弾性部材からなるパッキンを嵌装されているが、パッキンとカートリッジ本体との間に微小な空間が存在し、この空間の空気が膨張して記録ヘッドに流入してインク吐出に不都合を来すという問題がある。
本発明の目的は、インク供給口に残存する空気を確実に排除することができるインクジェット式記録装置のインクカートリッジを提供することである。

このような問題を解消するために請求項１の発明は、インクを収容するインク収容領域、及び前記インク収容領域と連通するインク供給口を備えたインクカートリッジにおいて、前記インク供給口近傍のインクカートリッジ表面に凹部が形成されていて、前記インク供給口の開口部が、気体透過性が高く、水分透過性が低い低密度ポリエチレンフィルムにより封止され、また前記インク供給口近傍のインクカートリッジ表面の凹部により前記インクカートリッジとの間に空間を形成して減圧状態で遮気性フィルムにより包装されている。

請求項１の発明によれば、インク供給口近傍のインクに溶存している空気だけが低密度ポリエチレンフィルムを透過して空間と遮気性フィルムとで形成された空間に排出され、インク供給口近傍のインクの空気溶存度を可及的に低下させて、カートリッジのインク全体の溶存空気量を可及的に低減して、記録ヘッドでの気泡の発生を確実に防止することができる。

図１は、本発明の製造方法が対象とするインクカートリッジの一実施例を、シアン、マゼンタ、イエローの３種類のインクを収容するものについて示すものであって、図中符号１は、開口側が若干末広がりとなるほぼ直方体の容器本体で、各部材との接合を熱溶着により行いやすくするために、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン等の高分子材料を射出成形して構成されている。

容器本体１は、仕切り板２、３、４よりインクを吸収するのに適した弾性材料からなる多孔質体５を収容するフォーム室６、６、６と、インクをそのまま収容するインク室７、７、７に分離されている。

各フォーム室６の下端には記録ヘッドのインク供給針と係合するインク供給口８が設けられ、また容器本体１の開口は、フォーム室６のインク供給口８の近傍に位置するように穿設されたインク注入口９、９、９と、大気連通口１０、１０、１０を備えた蓋体１１で封止されている。

各フォーム室６の底部には、多孔質体５を蓋体１１と協同して圧縮するための凸部１２が形成されていて、その上端に一定の開口面積を有する空室を形成する凹部１３が形成され、この凹部１３からインク供給口８まで延びる通孔１４が穿設されている。通孔１４の外端には、記録ヘッドのインク供給針と液密に係合するように拡開部１５を形成して、パッキン１６が挿入されており、また凸部１２の先端には凹部１３を覆うようにフィルタ材１７が貼着されている。

これらフィルター材１８、凹部１２、及び通孔１４のインクと接する面は、紫外線を照射してインクに対する濡れ性を改善する処理が施されている。

またパッキン１６は、図３に示したように面１６ａにリング状の細いリブ１６ｂを形成して構成されており、図４（イ）に示したように凸部１２側の上面１６ａに耐インク性を備えた接着剤１９を塗布して容器本体１との間の空間Ｓを完全に埋めるように装填されている。また同図（ロ）に示したようにインク供給針の挿通が可能な窓２０ａを備えた押圧部材２０を、パッキン１６の下端に弾接させて容器本体１に熱溶着され、パッキン１６のリブ１６ｂを拡開部１５に弾性変形させた状態でパッキン１６が挿入されている。

このような手法を採ることによりパッキン１６の側部と拡開部１５との間に存在する空間Ｓと通孔１４との連通を断つことができる。

このようにパッキン１６を挿入して形成されたインク供給口８の先端にはインク供給針の挿入により破損可能で、かつ好ましくは気体透過性が高く、水分透過性が低い低密度ポリエチレンフィルム等からなる遮気性フィルム２１が貼着され、また容器本体１の底部１ａとの間には肉盗み部２２を設けて、包装袋等に密閉された場合にも内部に空間を確保できるように構成されている。

蓋体１１の表面には、図５（イ）に示したように一端が大気連通口１０に連通し、また他端が蓋体１１の他側に延びる蛇行した溝２３、２３、２３が形成され、図５（ロ）に示したようにインク注入口９、大気連通口１０、及び溝２３を覆うように、舌片２４ａの引き剥がしにより溝２３の先端２３ａを大気に開放可能とするフィルム２４が貼着されている。このフィルム２４は、気体透過性が高く、水分透過性が低い低密度ポリエチレンフィルム等の遮気性フィルムを使用するのが望ましい。

つぎに製造方法について説明する。
図６は、製造工程中、容器本体を移送するためのパレットの一実施例を示すものであって、パレット３０は、その表面に容器本体１の底面１ａの外周が填まり込む位置と、開口１ｂの内面が填まり込む位置のそれぞれ少なくとも４本ずつのピン３１、及び３２を植設し、またインク供給口８が対向する位置にはこれを収容できる凹部３３を形成し、さらに周囲に後述するインク注入工程でシール部を形成する段差部３４を形成して構成されている。

先ず、予め射出成形により形成された容器本体１（図７（I））を底面１ａが上方となるように開口部１ｂをピン３１に位置合わせしてパレット３０にセットし、先端に耐インク性を備えた接着剤を薄く塗布したパッキン１６をインク供給口８に仮圧入し、次いで中心を軸にして押込み治具４０を回動させて摩擦を低減させながら所定位置まで圧入する（図７（II））。このようにねじれを与えながら圧入すると、パッキン１６は、周縁等の端部領域のめくれ上がりや、ねじれを起こすこと無くインク供給口８に嵌合されるため、装填後にパッキン１６がインク供給口８からの飛び出しを確実に防止でき、また容器本体１との間のすき間を接着剤で埋めることができる。

またパッキン１６をインクに浸漬してインクを付着させてから、上述と同様に装填し、前述したようにインク供給針の挿通が可能な窓２０ａを備えた押圧部材２０を、パッキン１６の下端に弾接させて容器本体１に熱溶着することにより、後述するインク充填工程でインクが進入し難い空間２０（図４）に予めインクを注入して、パッキン１６の外側側面と拡開部１５との間の空間とインク供給口８とを遮断することができる。

熱溶着性材料からなる遮気性フィルム２１をインク供給口８を覆うようにセットし、治具４１によりインク供給口８の周囲を加熱、加圧して、インク供給口８をフィルム２１により封止し（図７（III））、必要に応じて底面１ａや側面１ｃにロット番号や有効期限を印刷したり、刻印する。

容器本体１の底面１ａに対する全ての作業が終了した段階で、容器本体１を天地返して容器本体１の開口部１ｂが上方となるように容器本体１をパレット３０に再セットする。

インク供給口８と通口により通する凸部１２に形成されている凹部１３の幅よりも若干大きめの幅を有するフィルタとなる不錆鋼のメッシュ材や不織布等のフィルター材のテープを、長手方向に対して斜め方向に所定のサイズに切断してフィルター材１７を形成し、これを凹部１３を覆うようにセットし、セット後に容器本体１が若干軟化する程度に治具４２により加熱、加圧して熱溶着する（図８（I））。不錆鋼のワイヤを織ってフィルター材１７のテープが構成されている場合には、縦糸及び横糸となるワイヤの方向に対して非平行となるように切断することにより、ほつれを防止することができる。

ほつれの発生を皆無とすると次のような効果がある。すなわち、フィルター材１７を構成するワイヤがパッキン１６の領域に浸入すると、カートリッジを記録ヘッドに装着する際に記録ヘッドのインク供給針とパッキン１６との間にワイヤが挟まり込み、これに起因して記録ヘッドのインク供給針とカートリッジとの気密性の保持が低下して外部からの空気の浸入を許して記録ヘッドへのインクの供給に支障を来すという問題を生じるが、ほつれを無くするとこの問題を確実に回避することができる。

また、フィルタ−材１７が固定される凸部１２の形状、通常円形、もしくは楕円形に一致わせてフィルター材をプレスで打ち抜き加工する整形方法に比較して、上述のようにテープ材を斜めカットする整形方法を採ると、ワイヤのほつれ防止の他にテープ材の有効利用を図ることができる。

ついで、多孔質体５の圧入工程に移る。
図９（イ）（ロ）は、それぞれ多孔質材挿入装置、及び多孔質材挿入工程の一実施例を示すものであって、多孔質材挿入装置は、図９（イ）に示したように櫛歯状に形成されて、対向方向に移動可能な圧縮部材４３、４３と、これの間に位置して上下動可能な押圧部材４４とから構成されている。

圧縮部材４３、４３を水平方向に移動させて多孔質材５を挟み（図９（ロ）I）、圧縮部材４３、４３の外端の幅がフォーム室６の内幅よりも小さくなるまで圧縮部材４３、４３を押圧部材４４側に移動させて多孔質材５をその幅がフォーム室６の幅よりも小さくなるように圧縮する（図９（ロ）II）。

ついでフォーム室６に移動して２本の圧縮部材４３、４３の間の押圧部材４４を容器本体１側に移動させて多孔質材５を上端からフォーム室６に押込む（図９（ロ）IＩI）。ついで押圧部材４４を若干さらに降下させてから、容器１を多孔質挿入装置から待避させる。

これにより、図８（II）に示したようにフォーム室６の容積よりも若干大きく成形された多孔質材５が圧縮された状態でフォーム室６にセットされる。

ついで容器本体１の開口部１ｂに蓋材１１を位置決めし、所定の圧力で蓋部材１１を容器本体１に押圧しながら開口部１ｂを含む平面内で治具４５を介して蓋材１１の平面を含む方向、または垂直な方向、さらには斜め方向の何れか、または組み合わせた方向に超音波振動を加えて、容器本体１の開口部１ｂと蓋材１１の裏面とを摩擦溶融させて接着する（図８（III））。

溶着後、容器本体１、及び蓋材１１を構成する材料を軟化させるに足る温度に加熱した加熱棒４６を接合部の周囲に当接させたり、また噴射ノズル４７から熱風を噴射して接合時により生じたバリ等を除去する（図１０）。

このようにして容器が完成した段階で、インク注入ステーションに移動する。
図１１はインク注入装置の一実施例を示すものであって、図中符号５０は、パレット３０を保持する受台で、図示しない駆動機構により矢印Ａで示すように上下動可能に構成されている。５１は、基台で、貫通口を備え、下面をパレット３０の周面の段差部３４とにより、また上面を後述する蓋部材５２とにより注入室５３を形成し、また流路５４により真空ポンプ５５に接続されている。

５２は、前述の蓋部材で、注入室５３に対向する領域に通口５６が穿設され、ここに気密状態を保持しながら図中矢印Ｂで示したように上下動可能なピストン部材５７が挿入されている。

ピストン部材５７は、注入室５３にセットされた容器１のインク注入口９に対向する位置に注入針５８と、容器１の大気連通口１０に対向するように図示しない給気装置に連通する流路６０を設けて構成されている。また注入針５８は、流路５９、チューブ６１を介して分岐管６２に接続されている。

６３は、気液分離ユニットで、この実施例では中空糸束６４を液流路とするように上端と下端をシリンダ６５に液密に固定し、またシリンダ６５を真空ポンプ６６に接続して中空糸の外周に負圧を作用させるように構成され、シリンダ６５の一端がチューブ６７によりインクタンク６８に接続され、また他端が止弁６９を介して分岐管６２に接続されている。

７０は、計量管で、シリンダ７１とピストン７２とにより構成され、上死点側がチューブ７３により分岐管６２に接続されている。なお、図中符号７４は止弁を、また７５はインク圧送用のポンプをそれぞれ示す。

前述の工程により各部材の組み付けが終了した容器１を載せたパレット３０がインク注入装置に到達して、注入室５３の下方にセットされると（図１２（I））、受台５０が基台５１の下面に密着するまで上昇する（図１２（II））。

ついでピストン５６を容器１の蓋部材１１との間に空間が確保できる程度まで降下させて、また気液分離ユニット６３に連通する止弁６８を閉弁状態に維持したまま止弁７４を開弁して、真空ポンプ５５を作動させて注入室５３、チューブ６１、７３、及び計量管７０を所定の圧力まで減圧する（図１３（I））。

所定の圧力まで減圧が進行した段階で、止弁７４を閉弁し、また止弁６８を開弁して所定量のインク７を計量管６３に注入し（図１３（II））、これに併行してピストン部材５７を下死点まで降下させる。これによりピストン部材４７の下端の各パッキン７７、７８が容器１のインク供給口１０、及び大気連通口１０に弾接し、また注入針５８が容器１の底面近傍まで進入する。

この挿入過程においては、好ましくは注入針５８がフィルタ１７の直上に位置させると、フィルタ１７、凹部１３、通孔１４、パッキン１６に気泡を残留させることなくインクを確実に充填することができる。そして、インク注入針のインク噴出口を放射状に形成することにより、多孔質材５全体に均等にインクを吸収させることができる。

また計量管７０に接近して気液分離ユニット６３が接続されているため、計量管７０には気液分離ユニット６３で脱気された直後のインクが流入する。

ついで、止弁６９を閉弁して気液分離ユニット６３と遮断した状態で、止弁７４を開弁して計量管７０のピストンを押圧して所定量のインクを排出すると、容器１には所定量のインクが注入される（図１４））。

このとき、気液分離ユニット６０により確実に脱気されたインクが多孔質体５に注入されるため、インクは、上述の減圧工程（図１３（Ｉ））では排出しきれなかった多孔質体５の細孔内に吸着されている気体を容易に溶解させて多孔質材５内に気泡を発生させたりまた残留させること無く、多孔質体５に均一に吸収される。

特に止弁７４とインク注入針５８を接続するチューブ６１を、インク注入期間中、室温よりも温度が１０乃至２０°Ｃ程度上昇するように加熱すると、インクの粘度が低下して多孔質体５の細孔に確実に進入させることができる。

これにより、インクの注入が終了した時点では、少なくとも多孔質材５には気体が存在しなくなるため、気泡を含むことがなく、印字品質を保証することができる。

インクの注入が終了した段階で、排気口６０を大気に開放して多孔質材５の上部に残ったインクを大気圧との差圧により多孔質材５に完全に吸収させる。その後、受台５０を降下させ、パレット４０を次の工程に移動させてインク注入口９等に付着しているインクを真空吸引や布等で拭き取り、最後にインク注入口９に導管を当接させて微小な正圧を作用させて、蓋体１１の裏に付着しているインクを多孔質体５側に拭き落とす。

容器１を大気連通口１０が上方となるように傾けて減圧容器に収容して、少なくとも大気連通口１０、インク注入口９、及び細溝２３を覆う程度のサイズに切断された遮気性フィルム２４を治具８０により熱溶着により仮止する（図１５）。この際、温度上昇により容器１内の圧力が上昇したとしても、大気連通口１０が可及的に上方に位置するから、膨張した空気は、大気連通口１０から速やかに排出されてインク注入口９からのインクの漏洩を防止することができる。

次いで溝１９を覆う領域を加熱してフイルム２４の一半を溶着し、また他半の要部を引き剥がし可能な程度に溶着して、細溝１９とフィルム２４によりキャピラリを形成する。フィルム２４の他半を貼着する以前にインクカートリッジを脱気室に収容して再脱気する場合には、その減圧値を２００ｍｍＨｇ程度に抑えると、パッキン１６により生じたフィルタ１７よりもインク供給口近傍に残留する、気泡の発生核の物理的成長を抑えつつカートリッジを再減圧することができ、またインク注入口からのインクの噴出を抑え、インクカートリッジに可及的に多くのインクを充填することができる。

このようにして完成したインクカートリッジ７０は、図１６に示したようように少なくともインク供給口８のシール１６を破損しないように少なくともインク供給口８に緩衝材８１を当接させ、かつ遮気フィルム２４の舌片２４ａを折り畳んだ上、遮気性フィルムにより構成された襠８３ａ付きの袋８３に挿入する。

そして開口部近傍の襠８３ａを内側に折り畳んで均等な厚みに成形した上で、減圧環境下で開口近傍を熱溶着して密封すると（図１７（イ））、インク供給口８の近傍に設けられている肉盗み部２２が袋８３との間で減圧空間を形成する。一方、インク供給口８を封止するフィルム２１をガス透過性が高く、かつ水分透過性が低い低密度ポリエチレンフィルム等により構成しておくと、インク供給口近傍のインクに溶存している空気だけがフィルム２１を透過して肉盗み部２２と袋８３とで形成された減圧空間に排出される。これによりインク供給口近傍のインクの空気溶存度を可及的に低下させて記録ヘッドへの気泡の流入を防止することができる。

また、インク供給口８を封止するフィルム２１、及び蓋体１１のインク注入口９、排気口１０、及び溝２３を封止するフィルム２４を気体透過性が高く、水分透過性が低い低密度ポリエチレンフィルム等の遮気性フィルムにより構成することにより、カートリッジのインク全体の溶存空気量を可及的に低減して、記録ヘッドでの気泡の発生を確実に防止することができる。
望ましくは、再脱気後、７２時間以内に袋８３に封入するのが望ましい。

特に、記録ヘッドに初めてインクを充填する場合には、記録ヘッド内の気泡を確実にインクに溶解させて排除する必要上、カートリッジのインクをマイナス３００ｍｍＨｇ程度の脱気度に維持しておくのが望まし。このようにインクに高い脱気度を維持させるためには容器の肉盗み部２２の容積を大きくしたり、また袋８３とカートリッジとの間に積極的にデッドスペースを形成する目的で、厚目の緩衝材８１に凹部や通孔を設けたり、またスペーサを同封して封止するのが望ましい。

最後にケース８４に納めて商品に仕上げる（図１７（ロ））。記録装置本体の付属品として同梱するインクカートリッジは、当該記録装置の記録ヘッドに最初に装着されるインクカートリッジであるから、前述した高い脱気度のインクを充填したものを選択し、また、サプライ用には脱気度が若干低いインクカートリッジを供給するのが望ましく、これら２種類のカートリッジを簡単に区別できるように、ケース８４を記号や色で区別できるように構成しておく。

なお、上述の実施例においてはインク室を備えたカートリッジに例を採って説明したが、図１８に示したように容器１に多孔質材５を充填して、この多孔質材５にだけインクを収容するカートリッジ８５の製造にも適用できることは明らかである。

また、は図１９に示したように小型のカートリッジ８６にあってインク注入口と大気開放口とを兼用する１つの開口８７だけが形成されているが、このような場合には、図２０に示したようにインク注入針５８と、排気装置に連通する流路６０とを同軸に配置することにより、カートリッジ８５の１つの開口８７をインク注入作業と排気作業とに同時に利用することができる。

本発明の対象となるインクカートリッジの一実施例を示す組立斜視図である。図（イ）（ロ）は、それぞれ同上インクカートリッジの一実施例を示す断面図である。図（イ）（ロ）は、それぞれパッキンに一実施例を示す上面図と断面図である。図（イ）（ロ）は、それぞれインク供給口の一実施例を拡大して示す断面図である。図（イ）（ロ）は、それぞれインクカートリッジの蓋体の構造を、フィルムを取り去って示す図と、フィルムを貼着した状態で示す図である。容器を保持、搬送するパレットの一実施例を示す図である。図（I）乃至（III）は、それぞれインクカートリッジ形成工程の内の初期の工程を示す図である。図（I）乃至（III）は、それぞれインクカートリッジ形成工程の内の中期の工程を示す図である。図（イ）は、多孔質材挿入装置の一実施例を、及び図（ロ）の（Ｉ）乃至（III）はそれぞれ多孔質材の容器本体への挿入工程を示す図である。カートリッジの外形形状の整形工程を示す図である。インク注入装置の一実施例を示す構成図である。図（I）（II）は、それぞれインク注入工程の内の初期の工程を示す図である。図（I）（II）は、それぞれインク注入工程の内の中期の工程を示す図である。インク注入工程の最後の工程を示す図である。遮気性フィルムの貼着工程を示す図である。包装工程の内の前半の工程を示す図である。包装工程の内の後半の工程を示す図である。本発明の製造方法が適用可能なインクカートリッジの他の実施例を示す図である。本発明の製造方法が適用可能なインクカートリッジの他の実施例を示す図である。同上インクカートリッジに適したインク注入装置の他の実施例を示す図である。

符号の説明

１容器本体５多孔質体６フォーム室７インク室８インク供給口９インク注入口１０大気連通口１１蓋材１６パッキン１６ｂリング状リブ８１インクカートリッジ８３袋

Claims

インクを収容するインク収容領域、及び前記インク収容領域と連通するインク供給口を備えたインクカートリッジにおいて、前記インク供給口近傍のインクカートリッジ表面に凹部が形成されていて、前記インク供給口の開口部が、気体透過性が高く、水分透過性が低い低密度ポリエチレンフィルムにより封止され、また前記インク供給口近傍のインクカートリッジ表面の凹部により前記インクカートリッジとの間に空間を形成して減圧状態で遮気性フィルムにより包装されているインクカートリッジ。
前記空間が、前記インクカートリッジを構成する容器本体に設けられた肉盗み部により形成されている請求項１に記載のインクカートリッジ。