JPH0776105A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な機構でインクタンクのインク圧をほぼ
一定に保つことができ、良好な印字品質を得ることがで
きるインクジェットヘッドを提供する。 【構成】 インクタンク３内の多孔質体３ａから、連通
路８、マニホールド部５を通って、記録ヘッド２にイン
クが供給される。インクタンク３は、弾性部材にスリッ
トを設けた圧力調整弁７が設けられた大気連通孔６によ
りインクタンク外の大気に連通されている。印字が行な
われてインクが消費されると、大気圧とインクタンク３
内の圧力との圧力差が大きくなり、圧力調整弁７のスリ
ットが開いて、空気がインクタンク３内に供給される。
圧力差が小さくなると、スリットが閉じる。これを繰り
返すことによって、インクタンク３の内圧は、一定幅を
もった負の圧力範囲に調整される。低密度の多孔質体を
用いて、多孔質体のインク保持率を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
タに用いるインクジェットヘッド、特に、インクタンク
を有するインクジェットヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットヘッドにおいては、イン
クジェットプリンタの構成上インクタンクのインク液面
が記録ヘッドのノズル面より高くなることが多くある。
このような場合、記録ヘッドのノズル面には、インクの
水頭差圧が加わり、ノズルよりインクが流出するという
問題がある。

【０００３】これを解決するため、インクタンクに負圧
を発生する手段を設けて、インク漏れを防止することが
行なわれている。例えば、特開昭６３−８７２４２号公
報や、特開平２−３４３４９号公報に開示された記録ヘ
ッドでは、インクタンク内に、スポンジなどの多孔質体
を配置し、その毛細管力を利用して負圧を発生させてい
る。

【０００４】また、特開昭６２−２３１７５９号公報に
開示されたプリントヘッドでは、インクタンクと記録ヘ
ッド部間に弁体を介在させ、記録ヘッド部において印字
により消費されたインクを供給する際の弁体を開く圧力
を利用して負圧を発生させている。

【０００５】また、特開平３−１８０３５７号公報で
は、インクタンクの上部を大気に連通させずに、インク
タンクと液体連結された毛管素子を用いてインクタンク
内に気泡を供給するようにし、気泡の内圧によってイン
クタンク内の負圧を調整をするようにして、多孔質体を
用いない方法も提案されている。

【０００６】しかしながら、特開昭６２−２３１７５９
号公報に開示された圧調整のための弁体を用いる方法で
は、弁体が常時インクに浸漬されているため、弁体の破
損やゴミ詰まり等による弁体の故障が生じやすく、複雑
な構成となるため高価になるという問題があった。ま
た、特開平３−１８０３５７号公報に開示された多孔質
体を用いない方法では、キャリッジの急激な移動に伴っ
て、インクの慣性力によるインク圧レベルの変動が生
じ、印字に悪影響を及ぼすため、高速印字化の妨げとな
っている。

【０００７】しかしながら、特開昭６３−８７２４２号
公報や、特開平２−３４３４９の多孔性部材を用いる方
法は、構成が簡単であるが、記録ヘッド部へのインク負
圧を与えるための一定の保持圧を得るために多孔質体の
密度を一定以上にする必要から、下記の問題がある。 多孔質体にインクを完全に充填することができず、
インクタンク容積の７０％程度しかインクを充填するこ
とができない。 多孔質体に充填されたインクの一部は多孔質体に残
留し、充填されたインクの８０％程度しか使用されな
い。このためインクタンク容積に対するインク実効使用
効率が５０〜６０％しかなく、カートリッジの小型化が
困難であるばかりか、インクの利用効率が悪いことによ
り、ランニングコストの低価格化を阻害している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、インクカートリッジ内のイ
ンクの実効使用効率が高く、キャリッジの高速な移動等
があっても良好な印字品質を得ることができるインクジ
ェットヘッドを提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、インクジェッ
トヘッドにおいて、記録ヘッド部と、該記録ヘッド部へ
インクを供給するインクタンクおよび該インクタンク内
に設けられた多孔質体を有するインクジェットヘッドに
おいて、前記多孔質体は前記インクタンクの一部または
ほぼ全体容積を占めるとともに、前記インクタンクには
前記多孔質体のインク保持力をバックアップする圧力調
整弁を備えた大気連通孔が設けられていることを特徴と
するものである。

【００１０】圧力調整弁として、釣り鐘型に形成された
弾性部材の凸部先端に切り込みが入ったものを用い、イ
ンクタンク内側に凸部が向くように大気連通孔に取り付
けることができる。多孔質体の密度は、隙間の容積比が
８５％以上のものを用いることができる。

【００１１】

【作用】インクタンク内に多孔質体が設けられているこ
とによって、従来の多孔質体を用いたインクジェットヘ
ッドと同様に、キャリッジ移動等に伴うインク圧力の変
動を抑えることができる。つまり、インク動圧変動制御
能力を有するということができる。多孔質体は、インク
使用効率（インク使用可能量／インク充填量）の向上の
ため、低密度のものが選択される。

【００１２】一般に低密度の多孔質体は、インク保水率
（インク吸収量／多孔質体容積）が低くなり、負圧を発
生させることが困難となるが、本発明では、圧力調整弁
を用いたことによって、インクタンク内が外部環境に対
し負圧を発生させることができるために、低密度の多孔
質体を用いて保水効率を大きくすることができる。これ
により、タンク容積使用効率（インク使用可能量／イン
クタンク内容積）を大きく向上させることができる。

【００１３】実験例を用いて定量的に説明する。図３
は、タンク内の圧力が外部環境と等しい場合における
（インク残量／容積）比とインク保持圧との関係を多孔
質体の密度を変えて測定した結果である。多孔質体Ａ，
Ｂ，Ｃは同一材料であり、それぞれの比重は、０．０７
５，０．１，０．１２５［ｇ／ｃｍ³ ］となっている。
ここで、インクジェットヘッドの印字可能範囲を、−２
０〜１３０ｍｍＨ₂ Ｏと仮定する。すなわち、図３にお
いて、のハッチングを施した範囲が、使用範囲となる。
この範囲についてタンク容積使用効率を計算してみる。

【００１４】低密度の多孔質体Ａは、インク保水率が５
５％であり、インク使用効率は、 （５５−３）／５５＝９５％ であるから、タンク容積使用効率は、 ０．５５×０．９５＝５２％ である。

【００１５】多孔質体Ｂは、インク保水率が７５％であ
り、インク使用効率が、 （７５−１２）／７５＝８４％ であるから、タンク容積使用効率は、 ０．７５×０．８４＝６３％ である。

【００１６】多孔質体Ｃは、インク保水率が８０％であ
り、インク使用効率が、 （８０−３７）／８０＝５４％ であるから、タンク容積使用効率は、 ０．８０×０．５４＝４３％ である。

【００１７】すなわち、低密度の多孔質体は、インク使
用効率は大きくとれるが、毛管力が小さいから、インク
保水率が小さく、タンク容積使用効率は、さほど大きく
することはできない。一般には、多孔質体としては、Ｂ
のような特性のものが選択される。しかしながら、その
タンク容積使用効率は、上述したように、６０％前後と
低く、インクジェットヘッドの小型化と低印字コストの
面での阻害要因となっている。

【００１８】本発明は、低密度の多孔質体がインク使用
効率が高いことに注目し、インク保水率をバックアップ
するために、圧力調整弁を用いて、インクタンク内が外
部環境に対し負圧となるようにしている。例えば、イン
クタンク内を５０ｍｍＨ₂ Ｏ程度の負圧にしておけば、
多孔質体Ａ，Ｂ，Ｃは、図４のような特性を示す。これ
からみると、低密度の多孔質体Ａは、インク保水率を９
０％にとることができる。そうすると、インク使用効率
は、 （９０−５）／９０＝９４％ となるから、タンク容積使用効率は、 ０．９０×０．９４＝８５％ と向上でき、多孔質体Ｂ，Ｃに比較して、タンク容積使
用効率は、飛躍的に向上できる。

【００１９】ここで、図４中のａ，ｂ，ｃは、インク収
納不可容積を表し、多孔質体の（隙間／容積）比率で決
定されるものである。図３では、同一材料であるから、
比重が、０．０７５，０．１，０．１２５［ｇ／ｃ
ｍ³ ］と比例し、 ａ＝ｃ×３／５ ｂ＝ｃ×４／５ となっている。

【００２０】また、圧力調整弁は、インクタンクの大気
連通孔に設けられるので、常時インクに浸漬されること
はない。

【００２１】

【実施例】図１は、本発明のインクジェットヘッドの第
１の実施例の要部の概略構成図である。図中、１はヘッ
ドカートリッジ、２は記録ヘッド、３はインクタンク、
３ａは多孔質体、４はヒートシンク、５はマニホールド
部、６は大気連通孔、７は圧力調整弁、８は連通路、９
はフィルタ、１０はインクである。ヘッドカートリッジ
１には、記録ヘッド２が取り付けられたヒートシンク
４、インクタンク３、記録ヘッドに電気信号を供給する
図示しないプリント基板、マニホールド部５が一体に形
成されている。インクタンク３内には多孔質体３ａが設
けられており、連通路８から、マニホールド部５を通っ
て、記録ヘッド２にインクを供給する。マニホールド部
５の入り口には、記録ヘッド２へゴミ等の微粒子が入り
込むことを防止するため、フィルタ９が介在されてい
る。記録ヘッドには多数（例えば、１２８個）の図示し
ないノズルが高密度（例えば、４００ｓｐｉ）で形成さ
れており、各ノズルには通電によって気泡を発生させイ
ンク滴を噴射するための駆動素子、例えば、発熱体が設
けられている。なお、この実施例では、インク滴の噴射
は横向きに行なわれるようにしたが、これに限られるも
のではない。

【００２２】多孔質体３ａは、セルロース、ウレタン等
の低密度化が容易でインク耐性の良い材質が選ばれる。
この実施例では、その隙間／容積比率が約９０％のもの
を用いたが、隙間／容積比率は８５％以上の材料を用い
るのがよい。また、セルロース、ウレタンを用いた実施
例では、比重が０．０８ｇ／ｃｍ³ のものが使用されて
いる。比重で多孔質体を選択した場合には、０．１ｇ／
ｃｍ³ 以下のものが好ましい。多孔質体３ａは、この実
施例では、インクタンク容積の全部となっている。図で
は、左下がりのハッチングによって多孔質体３ａを示
し、右下がりのハッチングでインク１０を示した。イン
クの一部が印字により消費された状態を示している。

【００２３】インクタンク３に設けられた大気連通孔６
には、圧力調整弁７が設けられている。圧力調整弁７
は、弾性部材にスリットを設けたものが用いられる。圧
力の変化によって弾性部材が変形し、密閉されていたス
リットが開口して、空気が流通し、インクタンク内の圧
力を調整する。

【００２４】図２は、圧力調整弁の一実施例を説明する
ためのものであり、図２（Ａ）は上面図、図２（Ｂ）は
Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。図中、７は圧力調整弁、
７ａは凸部、７ｂはつば部、７ｃはスリットである。こ
の実施例では、圧力調整弁７は、インク耐性に優れたシ
リコンゴム、インプレイン（合成ゴム）、天然ゴム等の
弾性材料が選択され、成形加工により作製される。形状
は、ハットのような形状で、中央の凸部７ａは釣り鐘型
に形成され、周縁のつば部分７ｂが取り付け部となって
いる。凸部７ａの頂部には、スリット７ｃが切り込まれ
て形成されている。

【００２５】このように、釣り鐘型に成形された弾性部
材は、凸側が凹側に対して相対的に圧力が一定値以上低
くなると、凸部７ａの先端のスリット７ｃが、図２
（Ａ）に点線で示したように開いて、図２（Ｂ）の破線
矢印で示したように、凹側から凸側へ空気を移動させる
ことができる。この空気の移動に伴って、圧力差が緩和
されると、弾性によって、凸部７ａの先端のスリット７
ｃが閉じる。これにより、凸側は常時凹側に対して相対
的に低い圧力を保つことができる。ここで、図２中の矢
印方向で正負圧力差ができたときの弁開閉を釣り鐘型圧
力差調整弁の正方向と呼ぶ。これに対して、逆方向であ
っても圧力差調整弁は開閉するが、その圧力差は正方向
に対して大きくなる。これは、釣り鐘型形状に起因して
いる。この圧力調整弁７は、図１のインクタンク３の大
気連通孔６に、凸部側をインクタンクの内側に向けて取
り付けられる。

【００２６】図２の圧力調整弁を用いた図１の実施例の
動作を説明する。記録ヘッド２側から、初期にインクの
プライミングを行なうと、多孔質体３ａからマニホール
ド部５を介して記録ヘッド２にインクが供給される。こ
のとき、多孔質体３ａからインクが消費されるために、
インクタンク３内の圧力が負圧となる。印字が進行し
て、インクがさらに消費されると、大気圧とインクタン
ク３内の圧力との圧力差が大きくなり、圧力調整弁１７
の凸部７ａの先端のスリット７ｃが開いた状態となり、
空気がインクタンク３内に供給される。空気の供給によ
り、大気圧とインクタンク３内の圧力との圧力差が小さ
くなると、圧力調整弁１７の凸部７ａの先端のスリット
７ｃが閉じる。

【００２７】これを繰り返すことによって、インクタン
ク３の内圧は、大気圧に対して圧力調整弁１７の弾性部
材により形成されたスリットを閉じようとする応力分相
当の負圧を中心にして一定幅をもった圧力範囲に調整さ
れる。

【００２８】図５は、本発明のインクジェットヘッドの
第２の実施例の要部の概略構成図である。図中、図１と
同様な部分には同じ符号を付して説明を省略する。１
１，１２は大気連通孔、１３，１４は圧力調整弁、１
５，１６はメッシュ部材である。この実施例では、イン
クタンク３には、大気連通口１１，１２が設けられてお
り、それぞれの大気連通孔に圧力調整弁１３，１４が逆
方向に向かって取り付けられている。すなわち、大気連
通口１１には、第１の実施例と同様に、大気側からイン
クタンク３の内部側に向けて圧力調整弁１３が取り付け
られ、大気連通口１２には、逆に、インクタンク３の内
部側から大気側に向けて圧力調整弁１４が取り付けられ
ている。大気連通口１１，１２のインクタンク内部側に
は、インク漏れ防止のために、インクを不透過にできる
程度の孔を有するメッシュ部材１５，１６が蓋状に設け
られている。

【００２９】この実施例では、インクタンク３容積の一
部が多孔質体３ａとなっており、より実効的なインク使
用効率が高くなるようになっている。このとき、インク
タンク内は、多孔質体の存在する部分と存在しない部分
とが分離されるようになってている。

【００３０】ここで、記録ヘッド部のインク保持圧が３
００ｍｍＨ₂ Ｏであり、圧力調整弁１３，１４の弾性部
材の応力による正方向の圧力差保持能力中心値が５０ｍ
ｍＨ₂ Ｏ、逆方向の圧力差保持能力中心値が５００ｍｍ
Ｈ₂ Ｏと設定した場合の環境や状態変化におけるインク
タンク３内の圧力の変動と圧力調整弁１３，１４の開閉
状態を図６に示す。

【００３１】初期のプライミングによって、記録ヘッド
２からインクが吸引されると、圧力調整弁１３のスリッ
トが一時的に開いて、インクタンク３内の相対圧力は、
−５０ｍｍＨ₂ Ｏに保たれる。このときの大気圧は、１
０３３２ｍｍＨ₂ Ｏであるとする。ここで、インクジェ
ットヘッドが航空輸送されることにより大気圧が１０３
３２ｍｍＨ₂ Ｏから６０００ｍｍＨ₂ Ｏ程度に降下した
とする。インクタンク３内の圧力は、大気圧より高くな
るが、このような場合には、圧力調整弁１４のスリット
が断続的に開いて、インクタンク３内の相対圧力を、＋
５０ｍｍＨ₂ Ｏに調整する。＋５０ｍｍＨ₂ Ｏの値は、
記録ヘッド２からインク漏れが発生する相対圧力の＋３
００ｍｍＨ₂ Ｏより低いから、大気圧の低下に遭遇して
も、インク漏れが起こることはない。環境温度の上昇に
よりインクに温度膨張が生じた場合も同様である。大気
圧が、もとの１０３３２ｍｍＨ₂ Ｏに戻った場合には、
インクタンク３内の相対圧力が低下するが、圧力調整弁
１３のスリットが開いて、インクタンク３内の相対圧力
を−５０ｍｍＨ₂ Ｏに調整する。記録ヘッドが使用さ
れ、インクが消費されてインクタンク３内の相対圧力が
低下すると、圧力調整弁１３のスリットが開いて、イン
クタンク３内の相対圧力をほぼ−５０ｍｍＨ₂Ｏに維持
する。

【００３２】このように、記録ヘッドの使用時のインク
圧力が良好な負圧に保たれるばかりでなく、インクタン
ク内の相対圧力が上昇した場合も、記録ヘッドからのイ
ンク漏れのない好ましいヘッドカートリッジが得られ
る。

【００３３】なお、図６では、説明のために圧力調整弁
の開閉がオン・オフのデジタル的な動作で説明されてい
るが、実際の動作は、大気圧とインクタンク内の圧力と
の圧力差と弾性部材の応力との釣合によって、アナログ
的に開閉が行なわれ、これにより圧力変動も良好なもの
が得られる。

【００３４】第２の実施例では、圧力調整弁を２個設け
たが、圧力調整弁の逆方向の圧力差保持能力中心値が、
記録ヘッド部でのインク保持圧以下のものであれば、１
個の圧力調整弁を用いても、第２の実施例と同等の性能
が得られることは明らかである。これは、正逆方向の圧
力差保持能力を、所望値にすることができる本発明の圧
力調整弁の大きな特徴である。

【００３５】圧力調整弁の圧力差保持能力は、弾性材料
の材質、凸部の寸法、凸部部材の厚み、さらに、切り込
み寸法や形状によって幅広く調節することができる。ま
た、実施例において、切り込んだスリットは、１本の線
状であるが、本発明では交差するような放射状の切り込
み等、適宜のパターンで形成してもよい。

【００３６】なお、外気からインクタンク内に向けた方
向に取り付けた圧力調整弁は、インクの逆流も防止でき
るので、インクタンクの下部に設けるようにしてもよ
い。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、簡単な機構で、インクタンクの内圧をほぼ一
定の負圧に保つことができ、インクタンク中の多孔性材
料のインク保持率を向上させることができる。また、外
部衝撃にも安定であり、インクジェットヘッドを安価に
構成することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のインクジェットヘッドの第１の実施
例の要部の概略構成図である。

【図２】 圧力調整弁の一実施例の説明図である。

【図３】 多孔質体を用いた従来のインクジェットヘッ
ドの作用の説明図である。

【図４】 多孔質体を用いた本発明のインクジェットヘ
ッドの作用の説明図である。

【図５】 本発明のインクジェットヘッドの第２の実施
例の要部の概略構成図である。

【図６】 第２の実施例の動作の説明図である。

【符号の説明】

１ ヘッドカートリッジ、２ 記録ヘッド、３ インク
タンク、３ａ 多孔質体、４ ヒートシンク、５ マニ
ホールド部、６，１１，１２ 大気連通孔、７，１３，
１４ 圧力調整弁、８ 連通路、９ フィルタ、１０
インク、１５，１６ メッシュ部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録ヘッド部と、該記録ヘッド部へイン
   クを供給するインクタンクおよび該インクタンク内に設
   けられた多孔質体を有するインクジェットヘッドにおい
   て、前記多孔質体は前記インクタンクの一部またはほぼ
   全体容積を占めるとともに、前記インクタンクには前記
   多孔質体のインク保持力をバックアップする圧力調整弁
   を備えた大気連通孔が設けられていることを特徴とする
   インクジェットヘッド。