JP3190495B2 - インクジェット用カートリッジならびにこれを用いたインクジェットヘッドおよびインクジェットプリント装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットヘッド
に供給するインクを貯留するインクジェット用カートリ
ッジ、および該インクジェット用カートリッジを具備し
たインクジェットヘッドおよびインクジェットプリント
装置に関し、インクジェット技術を使用する、複写機、
ファクシミリ等の記録機器、通信機器、事務機器、複合
機器、プリンタ等に適用可能なものである。

【０００２】本発明でプリントは、布，糸，紙，シート
材等の各種のインク付与を受けるインク支持体すべてへ
のインク付与を含み、各種情報処理装置全てあるいはそ
の出力器としてのプリンタによるものを含むもので、本
発明はこれらへの応用が可能なものである。なお、本発
明でプリントは記録ともいう。

【０００３】

【従来の技術】従来、インクジェット用のインクカート
リッジは、インクジェットヘッドと一体化され、カート
リッジ内のインクがインク吐出できない段階になると、
ヘッドと共に廃棄されることが多い。この段階のカート
リッジ内に残存するインクの量は、改良を加えても、カ
ートリッジ内のほぼ全体に収納されている負圧発生体で
あるスポンジのインク保持能力に支配され、比較的多い
ものとなってしまっていた。

【０００４】この種のインク容器としては、特開昭６３
−８７２４２号公報を挙げることができる。即ち、イン
ク容器内に発泡材が配置され、複数のインク射出オリフ
ィスを備えたインクジェットヘッド一体のカートリッジ
である。このインク容器においては、発泡材であるポリ
ウレタンフォームのような多孔質媒体にインクを貯蔵す
るためにフォームの毛細管力による負圧の発生及びイン
クの保持（インク容器からのインク漏れ防止）を達成し
ているが、唯一のインク貯蔵室のほぼ全体に装填される
フォームを必要とすることからインクの充填量が制限さ
れるとともにフォーム中に使用されずに残るインク量が
多くなり、インクの使用効率が悪いという問題があっ
た。又、インクの残量検知が困難であり、更にインク消
費期間中に負圧が徐々に変化してしまい、ほぼ一定の負
圧を維持することが困難であるという課題があった。

【０００５】この構成に対して、カートリッジが実質的
にインクのみを保持する構成を採用したインクカートリ
ッジを開示する公報がある。即ち、特開平２−５２２号
公報には、上方に位置してインクのみを大量に保持する
１次インク貯蔵部と下方に位置したインクジェットヘッ
ドとの間にわずかな多孔質部材を配置したインクジェッ
トヘッド一体型のインクカートリッジが開示されてい
る。この発明は、多孔質部材をインク貯蔵部には内蔵せ
ずにインク流路中にのみ配置したことによりインクの使
用効率を向上出来るとしている。また、多孔質部材の側
方にインクを保持可能な空間としての２次インク貯蔵部
を設けることにより、温度上昇（圧力低下）で１次イン
ク貯蔵部内の空気が膨張して１次インク貯蔵部からの流
出したインクを２次インク貯蔵部に溜めるようにし、プ
リント時のプリントヘッドへの負圧を実質上一定に維持
出来るとしている。

【０００６】

【発明の背景技術】しかしながら、上述した公報の発明
のインクカートリッジは、非記録時においては、上方に
位置してインクのみを大量に保持する１次インク貯蔵部
からのインクにより多孔質部材には充分過ぎるほどのイ
ンクが含浸されているので、多孔質部材自体の負圧の発
生がほとんど無くなっている。そのため、わずかな衝撃
によりインクジェットヘッドのオリフィスからインクが
漏れるという問題があり、実用に適さない。また、イン
ク容器をインクプリントヘッドに装着する交換型インク
カートリッジ形式をこの構成に採用することは、多孔質
部材の状態からインク漏れの状態となり実用化できない
という欠点を有していた。

【０００７】これに対して、インクを袋内に封入してそ
の袋の負圧力を一定にするためのバネ構成を付加したイ
ンクカートリッジも知られている。しかし、この構成は
高価なものとなるだけでなく、そのバネ構成の性能を維
持して大量生産を達成することは困難なものであった。

【０００８】いずれにしても、インクジェット用（非接
触プリント型）インクカートリッジとして、インクジェ
ットプリントの分野では、安価で、合理的な技術水準に
あるものは提供されていない。

【０００９】本発明者たちは、インクジェットプリント
の技術分野に適したインク容器としては、プリント時に
ヘッドから吐出されるインク量に見合ったインクを良好
に供給することができ、非プリント時においては吐出口
からのインク漏れなどの不都合がないことの両面性をそ
れぞれ検討した。その結果、基本構成として、負圧発生
部材を収容すると共に大気との連通を得るための大気連
通部を備えた第１収納室と、該第１収納室に対して連通
するが実質的に密閉状態で第１収納室へ供給するための
インクを直接収納するための第２収納室とを持つ構成
が、インクジェットの特性にとって重要な前提であるこ
とに至った。

【００１０】その一方で、本発明者達は、本発明の技術
分野とは異なる接触記録技術を検討することによって、
インクジェットプリント分野の技術的な特異性について
再検討することにした。一般に、記録媒体に接触して記
録を行う記録計器用ペンは、インク吸収性もあり保持性
もある記録芯に対してインク供給を行うものであるか
ら、記録芯自体が大気にさらされていることを前提と
し、記録芯に直接接触する領域にはインクで過飽和状態
となっているインク含侵体を必須とする。つまり、接触
記録技術は、インクジェットプリント分野の技術内容と
は根本的に異なる。

【００１１】調査したところ、特開昭５７−１６３８５
号公報を見出した。この公報は、記録媒体に接触して記
録を行う記録芯（多孔質型インク吸収性芯）を用いるこ
とを前提とする記録計器用ペンを開示するが、課題とし
ているものは、記録芯自体からのインクあふれのみであ
った。

【００１２】この公報は、下方の記録芯に接触する第１
吸液材と、上方の大気連通口側にインクをわずかに吸収
しているが第１吸液材に比べてインクを含みにくい第２
吸液材とを備え、記録芯を下方に突出させた中央室と、
この中央室の両側にインクを供給する密閉型インク収容
室とを、必須の構成とする発明である。この構成によれ
ば、周囲温度の上昇によって密閉型インク収容室内の空
気が膨張して密閉型インク収容室内のインクが第１吸液
材に至り、第１吸液材が保持しきれなくなったインクを
第２吸液材が吸収することにより、記録芯からインクが
あふれて落下することを防止できるとしている。さら
に、この公報は、２つの密閉型インク収容室の一方が空
気だけになった時に、その空気の膨張を大気連通口側に
逃がすための一定幅の溝を、中央室と密閉型インク収容
室との仕切り壁とは異なる側面の最下端から最上端まで
にわたって設けることも開示している。

【００１３】本発明者達は、上記公報に開示された接触
記録技術とは技術的には類似点の少ない非接触プリント
のインクジェットヘッドに、このタンク構成のみを適用
することに着眼したところ、環境条件の変化に伴って、
大気連通口からのインクあふれという新たな現象が確認
された。しかも、記録芯に直接接触する領域に配設さ
れ、インクで過飽和状態となっているインク含侵体であ
る第１吸液材は、負圧を発生することを必要としないた
めに、インクジェット技術にとっての共通性が見られな
いことも確認できた。この新規な現象は、記録計器用ペ
ンの分野では認識されてなく、負圧を安定したものにす
るための技術的示唆もこの分野からは得るものがなかっ
た。

【００１４】また、上記公報の一定幅の溝は、空気と共
にインクを排出促進する機能もあるため、大気連通口か
らのインクあふれを一層促進してしまうことも確認でき
た。更に、両側のインク収容室からのインク消費は、同
等ではなく、先に一方のインク収容室のインクが無くな
ると、他方に大量のインクが残存しているにもかかわら
ず、インクジェットプリントができなくなってしまっ
た。これは、インク収容室のインクが無駄になり、根本
的にインクジェット技術の目的に反する結果であった。
この原因は、第１吸液材内に空気が大量に入り込み、結
果的にインクの供給が出来なくなったためであった。

【００１５】このような背景問題を解決した画期的なイ
ンクジェット用カートリッジを本発明出願人は先に発明
し、出願している（特願平４−１９８４７４号、および
特願平４−１９８６８１号）。これは、負圧発生部材を
収容すると共に大気との連通を得るための大気連通部を
備えた第１収納室と、該第１収納室に対して連通するが
実質的に密閉状態で第１収納室へ供給するためのインク
を直接収納するための第２収納室とを持つインクカート
リッジに、インクジェット用として有効に機能できる構
成を与える発明である。この構成によれば、インクジェ
ット用カートリッジの使用初期から使用終了までの間の
大半を負圧が実質上ほぼ一定にできるタンク構造体であ
るために、高速プリントにも対応可能なインクジェット
用カートリッジおよびインクジェットヘッド、さらには
インクジェットプリント装置をも提供できるものであ
る。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】かかるインクジェット
用カートリッジの構造について、図１ないし図６を参照
しながらさらに説明する。このインクジェット用カート
リッジは、微小連通部をカートリッジの底面とで形成す
る仕切り壁に対向する負圧発生部材収容部の面にインク
供給用の開口部を設けた構成（以下、本発明の第１の前
提構成と呼ぶ）である。

【００１７】図１は本発明の第１の前提構成のインク容
器の一部を破断して示した模式斜視図であり、図２はそ
の模式断面図である。

【００１８】図１および図２に示すように、上記第１の
前提構成のインクジェット用カートリッジ本体１は、イ
ンクジェットヘッドと連結するために後述するジョイン
ト部材を挿入する開口部２を有し、かつ負圧発生部材３
を収容した負圧発生部材収容部４と、該負圧発生部材収
容部４と仕切り壁５を介して隣接したインク収容部６と
を有する。仕切り壁５の底端部とインクジェット用カー
トリッジ底部７との間には幅方向全域にわたって間隙が
あり、これが微小連通部としての連通部８となってい
る。インク収容部６は、連通部８を介して負圧発生部材
収容部４と連通されているが、実質的に密閉状態であ
る。また、開口部２は、負圧発生部材収容部４の仕切り
壁５と対向する側壁の下部（連通部８側に変位した位
置）に形成されている。

【００１９】この構成により、大気は上記開口部２から
供給されることになるが、重要なことは、インク収容部
６内のインク９が連通部８を介してのみ、インクジェッ
ト用カートリッジ底部７に沿って開口部２側へ確実に供
給されることである。このインク供給に伴って大気は、
インク収容部６内のインクと入れ替わり捕集されてい
く。

【００２０】ここで、負圧発生部材収容部４の開口部２
近傍の供給管によって圧縮変形可能な領域にある負圧発
生部材３を、供給管によって圧縮変形せしめた状態につ
いて説明する。図３は、上記第１の前提構成のインクジ
ェット用カートリッジの開口部２に、インクジェットヘ
ッド（不図示）のジョイント部材１１が挿入されて負圧
発生部材３に圧接され、インクジェットプリント装置が
稼動可能な状態になったときの模式断面図である。尚、
上記ジョイント部材１１の端部にはインクジェット用カ
ートリッジ内のごみを排除するためにフィルタが設置さ
れている場合もある。

【００２１】インクジェットプリント装置が稼動すると
インクジェットヘッドのオリフィスからインクが吐出さ
れインクジェット用カートリッジにインク吸引力が発生
する。インク９はこの吸引力によりインク収容部６から
仕切り壁５端部とインクジェット用カートリッジ底部７
との間の連通部８を通って負圧発生部材収容部４へ移動
し、負圧発生部材３を通ってジョイント部材１１内に引
き込まれインクジェットヘッドへ供給される。これによ
り連通部８以外は密閉しているインク収容部６の内部の
圧力が低下し、インク収容部６と負圧発生部材収容部４
との間に圧力差を生じる。プリントが継続するとその圧
力差は上昇を続けるが、負圧発生部材収容部４はジョイ
ント部材１１と開口部２との間の間隙１２により大気に
開放されているため、空気は負圧発生部材３を通って連
通部８からインク収容部６に入る。この時点でインク収
容部６と負圧発生部材収容部３との間の圧力差が解消さ
れる。インクジェットプリント中はこの動作が繰り返さ
れ、ほぼ一定の負圧がインクジェット用カートリッジ内
に得られる。また、インク収容部内のインクは、インク
収容部内の壁面に付着するインク以外はほぼ全て使用で
きるためインク使用効率が向上する。

【００２２】非プリント時においては、負圧発生部材自
身の毛細管力（あるいはインク−負圧発生部材界面での
メニスカス力）などが発生し、特に、インク収容部６内
のインクが消費され始めると、負圧発生部材収容部４内
のインク保持状態はほぼ一定となり、インク収容部６内
に捕集された気体が実質的に負圧状態になっているため
に、カートリッジ内の圧力バランスが極めて安定し、イ
ンクジェットヘッドからインクが漏れることを抑制す
る。

【００２３】よって、ジョイント部材で連結されるイン
クジェットヘッドに応じた負圧発生部材の選択および負
圧発生部材収容部とインク収容部の割合設計をすれば、
図４に示すように、負圧発生部材３を収容する負圧発生
部材収容部４の割合を小さくして、インク収容部６の割
合を大きくした構成なども可能となる。

【００２４】前記第１の前提構成のインクジェット用カ
ートリッジにおいて、インクジェットヘッドにおける負
圧を制御するためには、負圧発生部材３の選定、形状、
寸法はもとより、仕切り壁５端部の形状、寸法、仕切り
壁５端部とインクジェット用カートリッジ底部７との間
の連通部８の形状、寸法、負圧発生部材収容部４とイン
ク収容部６との容積割合、ジョイント部材１１のインク
ジェット用カートリッジへの挿入量、形状、寸法、ジョ
イント部材１１の端部に設けられるフィルタの形状、寸
法、目の粗さおよびインクの表面張力などを、使用する
条件に応じて最適化することはより好ましい。

【００２５】上記第１の前提構成で使用する負圧発生部
材は、それ自身、液体（インク）の自重およびわずかな
振動に対してもインクを保持する能力を有するものであ
れば従来公知の部材が使用できる。例えば、繊維を網状
に網込んだ綿状体や連通孔を有する多孔質体などが上げ
られる。インク保持力および負圧発生などが調整容易な
ポリウレタンフォームなどのスポンジが好ましい。特
に、フォームの場合には、フォーム製造時に所望の多孔
密度となるように調整できるので好ましい。尚、フォー
ムを熱圧縮処理をして更に多孔密度を調整した場合に
は、加熱による分解物が発生し、インク物性を変化させ
記録品位に悪影響を及ぼす場合があるので洗浄などの処
理が必要となる。また、各種インクジェットプリント装
置に対応したインクジェット用カートリッジを製造する
ためそれに応じた多孔密度のフォームが要求されるが、
熱圧縮を施していない特定のセル数（１インチ当りの空
孔の数）を持つフォーム材を所望の寸法にカットし、負
圧発生部材収容部に圧縮挿入し、多孔密度、毛管力を調
整することが好ましい。

【００２６】上記第１の前提構成のインクジェット用カ
ートリッジにおいては、ジョイント部材１１と開口部２
とに間隙１２を設けてインクジェット用カートリッジ外
部から大気を取り入れる構成がなされているが、本構成
に限定されるものではなくジョイント部材１１およびジ
ョイントを挿入する開口部２の構造、形状はいかなるも
のであってもよい。負圧発生部材３がスポンジのような
多孔質部材の場合には図３（ａ），（ｂ）のようにジョ
イント部材１１の挿入に対して多孔質部材のインクジェ
ット用カートリッジ底部からの逃げを抑制し、かつ、フ
ィルタ部と負圧発生部材３との圧接面を維持、確保する
ためにジョイント部材１１の端部はジョイント部材挿入
方向に対して任意の角度で傾斜（テーパー）することが
好ましい。あまりジョイント部材の挿入量を大きく取る
場合は、この先端のテーパー部が負圧発生部材に亀裂を
生じさせる場合があるので、図３（ｃ）のように傾斜さ
せない面構造とするのも良い。

【００２７】また、大気の取入れ口とするためにジョイ
ント部材１１の外壁面に大気導入用の凹凸を設けること
も考えられるが、開口部の形状として、図５のように内
周面に溝を有する開口部２Ａ（図５（ａ））、長方形の
開口部２Ｂ（図５（ｂ））、あるいは三角形の開口部２
Ｃ（図５（ｃ））などの所望の形状を選定することが可
能である。開口部２の形状は、好ましくは、ジョイント
部材１１と当該開口部２との間を密閉しない程度の間隙
が生じる形状か、開口部２の下部（インクジェット用カ
ートリッジ底部側）では、ジョイント部材外周に近接す
るが、開口部上部で間隙が生じるような形状を採用す
る。

【００２８】このように上記第１の前提構成のインクジ
ェット用カートリッジはジョイント開口部２と大気を取
り入れる部分とを兼ねることが可能となっており、きわ
めて単純な構成とできる。また、ジョイント部材１１の
インクジェット用カートリッジへの挿入量は、上記ジョ
イント部材形状、負圧発生部材、インクジェット用カー
トリッジの形状などを考慮して挿入時にインク漏れなど
を起こさず、プリント時には途中でインク切れなどを起
こさないように負圧発生部材の圧縮領域を設定するよう
に決定するのが好ましい。

【００２９】また、前述の第１の前提構成における仕切
り壁５の端部とインクジェット用カートリッジ底部７の
間の連通部８の形状、寸法についても任意であるが、あ
まりにも狭いとインクとのメニスカス力が強くなり、イ
ンク供給用の開口部２からのインク漏れは抑制できる
が、負圧発生部材収容部４へのインク供給に力を要し、
使用時にインク切れを発生する可能性がある。また、あ
まりにも広いと逆の現象が発生する可能性があるため、
微小連通部８の仕切り壁５までの高さは、負圧発生部材
３の平均孔径（好ましくは微小連通部近傍の平均孔径）
より大きく（実用上は０．１ｍｍ以上）、５ｍｍ以下が
適している。より安定化を期待するのであれば、３ｍｍ
以下が好ましい。図７は、連通部８の形状の例を示して
いる。図７（ａ）は、前述の第１の前提構成で使用され
た、最も安定した構成形状である連通部８を示し、一定
高さで、カートリッジ全幅にわたって設けられたもので
ある。図７（ｂ）は、カートリッジ幅方向の一部のみに
連通部８Ａを形成したものであり、かつ仕切り壁の底端
面を下方からみた図７（ｃ）に示すように蛇行させたも
のである。この構成は、カートリッジ全体の容積が大き
い場合に有効ではあるが、通常プリンタでは低い使用の
ものである。図７（ｄ）は、トンネル状の連通部８Ｂを
複数有するもので、インクがカートリッジ内面側に移動
しやすく、気体−インク交換用の気体導入を集中化でき
る。図７（ｅ）は、図７（ａ）の連通部８の構成に加え
て、仕切り壁５の底端面を下方からみた図７（ｆ）に示
すように、インク収納室側の仕切り壁５に上下方向にわ
たって凹部１３を形成したものである。そのため、仕切
り壁下端に至った気体は相対的にその凹部で効果的にイ
ンク収納室内に導入され、気体の回収効率を向上でき
る。

【００３０】図６（ａ）では、仕切り壁５下端部、すな
わち連通部８上端の方が上記開口部２下端より低い位置
にある。負圧発生部材３中に保持されたインクの液位を
開口部２下端より下に調節すると、インク漏れに対して
抑制効果がある。一方、図６（ｂ）および（ｃ）は、仕
切り壁５の下端部、すなわち連通部８の上端の方が上記
開口部２下端より高い位置にあり、負圧発生部材３中に
保持されたインクの液位は、連通部８の上記位置におい
ては、上記開口部２下端より上であるためインク漏れに
対して抑制効果が少ない。したがって、インク漏れ抑制
の観点のみからいえば、仕切り壁５の下端部の位置を前
記開口部２下端と同じか、低い位置として連通部８の寸
法を設計することは上記第１の前提構成の効果をより安
定化できる利点がある。インクジェット用カートリッジ
の形状、寸法にもよるが、最大範囲で０．１ｍｍ以上２
０ｍｍ以下の高さの範囲内から連通部８の高さを選定す
ることで実用化でき、より好ましくは０．５から５ｍｍ
程度である。また、仕切り壁５の端部の形状は、上述の
開口部２との位置を考慮していればいかなる形状をして
いてもよいが、例示すれば、図８（ａ）〜（ｈ）に示す
とおりである。すなわち、図８（ａ）に示すように厚さ
方向にわたって一定なものの他、図８（ｂ）ないし
（ｄ）に示すように端部の隅部の一方あるいは両方を斜
めに切り欠いたテーパーとしたもの、図８（ｅ）に示す
ように円弧状にしたもの、図８（ｆ）ないし（ｈ）に示
すように端部を全体的に斜めに切り欠いたものなどを挙
げることができる。

【００３１】さらに、仕切り壁５の端部と負圧発生部材
３との境界部も種々の構造関係が考えられる。これを表
示したものが、図９（ａ）ないし（ｆ）である。図９
（ａ）ないし図９（ｄ）は、仕切り壁５の端部により負
圧発生部材３が圧縮されておらず、負圧発生部材３の密
度を局部的に高めることがないので、インクの流通およ
び空気の流通が比較的速やかとなり、高速プリントやカ
ラープリントの場合に好ましい。一方、図９（ｅ）およ
び（ｆ）は、仕切り壁５の端部により負圧発生部材３が
圧縮されており、負圧発生部材３の密度が局部的に高く
なるためインクの流通および空気の流通に抵抗を生じる
ものの、わずかな環境変動に対してはインク漏れなどの
障害を抑制できる。よって、これらの選択は、インクジ
ェットプリント装置の種類や使用する環境条件を考慮し
て設計すればよい。

【００３２】負圧発生部材収容部４とインク収容部６の
容積割合は、インクジェットプリント装置の種類や使用
される環境条件などを考慮して決定する必要がある。ま
た、使用する負圧発生部材との関連も重要となる。イン
クの使用効率を向上するためには、インク収容部の容積
を増やすことが好ましく、その際には、負圧発生力の高
い（スポンジでいえば圧縮率の高い）負圧発生部材を使
用することが有効となる。したがって、インク収容部の
容積割合を増加するに伴って負圧発生部材の負圧発生力
を増加させることを注意すれば、負圧発生部材の収納室
の容積とインクのみの収容室の容積の比は、１：１以上
１：３以下の範囲内が実用上の最適範囲として挙げるこ
とができる。

【００３３】一方、インクジェットヘッドのジョイント
部材１１の端部に設けられるフィルタの形状、寸法、お
よび目の粗さは、インクジェットプリント装置の種類に
よって任意に設定できるが、インクジェット用カートリ
ッジからのごみの混入を防止しヘッドのノズルを詰まら
せないためにもオリフィスの径よりも小さい目の粗さに
することが好ましい。

【００３４】前述した、第１の前提構成としてのインク
ジェット用カートリッジへの充填量は、インクジェット
用カートリッジ内容積を限度として任意であるが、該イ
ンクジェット用カートリッジ開封直後の負圧を維持する
ためには、インク収容部へは容積限度迄充填してもよい
が、負圧発生部材収容部へのインク充填量は負圧発生部
材のインク保持力の限界以下で設定することが好まし
い。尚、ここでインク保持力とは、負圧発生部材にイン
クを含浸させた際の部材単独でインクを保持できる能力
をいう。

【００３５】本発明の第１の前提構成である、前記密閉
系のインク収容部を持つインクジェット用カートリッジ
においては、インクジェットプリント装置内に装填され
た状態での外部環境変化（温度上昇、あるいは気圧低
下）に対しては、インク収容部の空気膨張により（イン
クの膨張もある）インク収容部に残存しているインクを
インクジェット用カートリッジ外へ押し出し、インク漏
れ発生の可能性がある。そのため、密閉系のインク収容
部を持つインクジェット用カートリッジにおいては、最
悪想定される環境状態に応じた密閉系インク収容部の空
気膨張体積（僅かではあるがインク膨張分も含む）を予
想し、それにともなうインク収容部からのインク移動量
分のインク含浸可能領域を負圧発生部材収容部にあらか
じめ持たせることが好ましい。この際、上記インク含浸
可能領域に隣接して上記インク供給用開口部とは別の大
気連通部を負圧発生部材収容部側に設けておくと、イン
ク収容部内の空気の膨張によってインク室内から負圧発
生部材内に移動したインクを上記インク含浸可能領域を
経て上記大気連通部側へ案内することができるので、上
記インク供給用開口部からのインク漏れ防止に非常に有
効であることがわかった。すなわち、図１０（ａ）およ
び（ｂ）に示すように、インク供給用開口部２とジョイ
ント部材１１との間の間隙１２以外に大気と連通してい
ない場合には、気圧低下（温度上昇）により上記間隙１
２からインクが漏れることがある。しかし、図１０
（ｃ）および（ｄ）に示すように、負圧発生部材収容部
４に大気連通部１０を設けると、気圧低下（温度上昇）
によりインク収容部６のから連通部８を通って負圧発生
部材収容部４に移動したインク９が大気連通部１０の方
向に案内されるので、インク漏れが防止できる。尚、大
気連通部１０の設置位置は、負圧発生部材収容部４側の
インク供給用開口部２より上部ならば特に指定はない
が、環境変化時の負圧発生部材中のインクの流れを上記
開口部２から離すために、該開口部２からできるだけ遠
い位置にあるのが好ましい。また、大気連通部の数およ
び形状、大きさなどはインクの蒸発を考慮して任意に設
定することができる。

【００３６】図１１は、上記図１０（ｃ）および（ｄ）
で示した作用効果を奏するインクジェット用カートリッ
ジ１（以後、第２の前提構成と呼ぶ）の構成をさらに説
明し、又、該インクジェット用カートリッジ１にインク
ジェットヘッドＨＤを装着した状態を示す一部破断概略
図である。上記インクジェット用カートリッジ１は、例
えば、仕切り壁５によって２つの部屋に区切られたカー
トリッジ本体に対して該カートリッジの底部を構成する
平板の底部材７で蓋をすることで構成される。このよう
に蓋をするという簡単な構成で容器の仕切り壁５の先端
との間で微小連通部８を形成できる。尚、本例におい
て、大気連通部１０は、上記開口部２が設けられた面と
同一面で、上方部位に位置している。

【００３７】一方、インクジェットヘッドＨＤは、ジョ
イント部１１を有し、上記ヘッドと上記カートリッジと
の連結に際しては、上記ジョイント部１１がインクジェ
ット用カートリッジのインク供給用開口部２に挿入され
る。該ジョイント部１１は図中上方部分が下方部より前
方に出た斜め構造をしている。そして、さらにジョイン
ト部１１内部のインク流路は上方に向って開いたホーン
構造をしている。このような構造とすることで、負圧発
生部材３からのインクを良好にインクジェットヘッド側
に導入することができる。

【００３８】インクジェットプリント装置は、ノズル２
１の吐出口２２からインクの吐出を行わせるために利用
されるエネルギーとして熱エネルギーを発生する手段と
しての発熱素子２３を備え、前記熱エネルギーによりイ
ンクの状態変化を生起させる方式のインクジェットヘッ
ドＨＤを有するプリント装置であり、上記インク供給性
の安定化効果によって、一層、特にカラープリントにお
ける、記録高密度化、高精細化が達成できる。

【００３９】上記第２の前提構成のインクジェット用カ
ートリッジの製造方法について補足説明する。負圧発生
部材３を内蔵した負圧発生部材収容部４との微小連通部
としての連通部８を有するが、気体と液体の交換によっ
て初めてインクを放出するという意味での実質的な密閉
構造のインク収容部６とがさきに説明した方法を一例と
して形成されると、底部材７のインク収容部６側の開口
２４からインクが充填される。これにより、インク収容
部６内にインクが充填されると、負圧発生部材３自体に
も微小連通部８からインクが与えられかなりの範囲にイ
ンクが与えられる。

【００４０】ここで、負圧発生部材３の大気連通部１０
の近傍領域は、インクが与えられず、インクを保持しな
い領域として存在させることができる。この後、開口２
４は、ボール２５でシールされ、開口部２と大気連通部
１０は、同一のシール部材Ｓ（異なっていても良い）で
シールされる。

【００４１】図１２は、上記第２の前提構成のインクジ
ェット用カートリッジ１の密閉状態を示すと共に、これ
を使用するインクジェットプリント装置の一例として、
インクジェットプリンタのブロック図を示している。こ
のインクジェット用カートリッジ１には、大気連通部１
０の近傍に位置する負圧発生部材の領域３Ａが、インク
を保持していない領域としてカートリッジ上方角部に設
けられている。該領域３Ａの下方に位置する負圧発生部
材の領域３Ｂは、インク供給用開口部２に対向して位置
し、上記インクジェットヘッドのジョイント部材（不図
示）の挿入により圧縮変形される圧縮可能領域である。
これらの領域３Ａ，３Ｂ以外の負圧発生体部材領域は、
他の外的影響がなく充填されたインクを保持する。

【００４２】図１２のカートリッジ１は、前述したシー
ル部材Ｓを除去することで、使用可能になるが、上記領
域３Ａがインクを保持していないために、シール除去時
の振動や圧力変化があってもインクを漏らすことがな
い。このことは、上記第２の前提構成がインクジェット
用カートリッジの保存状態や使用状態に関わらず、従来
の技術水準における問題点を一掃し、また、前記第１の
前提構成の技術水準における不十分な点を解決する技術
観点を有していることを明確にしている。特に、シール
部材Ｓが大気連通部１０を密閉している場合において
は、シール部材のはがれ防止効果もある。また、使用状
態にあっては、上記インクを保持していない領域３Ａ
は、大気をカートリッジ内に必要に応じて効率よく供給
する経路ともなり、インクジェット用カートリッジ内の
負圧変化を抑制する効果も有する。この大気連通部近傍
領域３Ａは、インクによる濡れが全くないものである
と、インク自体の浸透速度をより抑制することができる
ので好ましいが、インクにより予め濡らした後にそのイ
ンクを除去した領域としても十分に作用する。また、上
記負圧発生部材の圧縮（または圧縮可能）領域３Ｂを設
けたことによって、負圧発生部材収容部４内に実質的か
つ安定的なインク供給路を確保できた。

【００４３】上記図１２で述べたインクジェット用カー
トリッジ１の使用状態について、走査型のキャリッジＣ
Ｒに保持されたインクジェットヘッドＨＤに対して上記
カートリッジ１をシールテープＳを除いて装着すると、
インクジェットヘッドのジョイント部材（不図示）が上
記開口部２を通って、負圧発生部材３の圧縮可能領域３
Ｂを圧縮変形させる。図１２の例では、負圧発生部材３
を微小連通部８側へ変形させる。この時、カートリッジ
１の着脱検知手段（機械的又は電気的な公知の検知手段
によって代用されるので不図示とした）によって装着信
号ＬＰがプリンタ制御手段ＣＣに入力される。これに応
じて、プリント開始前にヘッド回復手段ＨＲが作動して
ヘッドＨＤおよびカートリッジ１内のインクの一部を排
出して、カートリッジ１内インクの状態を改善する。す
なわち、上記インクジェットプリンタのヘッド回復手段
ＨＲは、カートリッジ１の装着に応じて、該カートリッ
ジ内からヘッドを介してのインク排出を、自動的あるい
は手動的に、また、吸引手段による吸引あるいはヘッド
駆動による吐出を一例とする加圧によって、実行するも
のである。これにより負圧発生部材収容部４内のインク
分布状態をプリント前の状態に修正できるので、上記カ
ートリッジの放置状態に左右されずに、該カートリッジ
本来の上記機能を利用することができる。

【００４４】以上述べてきたように、上記第２の前提構
成のインクジェット用カートリッジにおいては、前述の
第１の前提構成のインクジェット用カートリッジにおい
て懸念されたような、環境条件の変化にともなってイン
ク供給用開口部からインクが漏れるということは全く見
られず、基本的にはほぼ問題のない性能を有しているこ
とがわかった。

【００４５】しかしながら、上記第２の前提構成のイン
クジェット用カートリッジについて、インクの充填量、
環境条件の変化、インクジェットヘッドの吐出量に対応
するインク供給量の変動等、実用上考慮すべき条件の下
で実験・考察を繰り返したところ、一定の条件の下で
は、インクジェットヘッドのジョイント部材側への気泡
混入や大気連通部からのインク漏れ等の支障が皆無では
ないことが判明した。

【００４６】この現象は、従来の技術的観点のみでは、
実用上不十分な点があることを示しており、これを解析
することは、上記インクカートリッジ機能を一層信頼性
の高いものにすることができる条件を提供できるものと
して、本発明者達によって初めて認識されたのである。

【００４７】本発明の主たる目的は、上記背景技術およ
び技術課題に鑑み、上記インクジェット用カートリッジ
として新規な構成である、負圧発生部材収容部とインク
収容部とを有する上記インクジェット用カートリッジの
特性を一層安定したものにできるカートリッジ構造を提
供することにある。

【００４８】本発明の他の目的は、上記新規インクジェ
ット用カートリッジのインク室内のインクが負圧発生部
材に供給されている段階で形成される、負圧発生部材中
の気体である外気とインクとの気液界面の滑らかで安定
した界面を一層安定化でき、好ましくは、その間の負圧
が実質上ほぼ一定にできるインクジェット用カートリッ
ジおよびそれを用いたインクジェットヘッドを提供する
ことにある。

【００４９】本発明の別の目的は、使用前の初期状態あ
るいは使用中の待機状態等の非プリント時においてイン
クジェット用カートリッジ内部に負圧を発生せしめ、そ
の負圧の変動を衝撃や環境変化に対してもその負圧変動
を最小化できるインクジェット用カートリッジを提供す
ることにある。

【００５０】本発明のさらに別の目的は、インクジェッ
ト用カートリッジに残存するインクを実質的に無にで
き、負圧発生部材中のインク残量も限りなく減少できる
インクジェット用カートリッジを提供することにある。

【００５１】本発明の更なる他の目的は、インクジェッ
ト用カートリッジ単独の物流時や製造時の条件において
も、より安価で、インク漏れ防止機能を増加させる充填
用インクおよびインクジェット用カートリッジを提供す
ることにある。

【００５２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の第一のインクジェット用カートリッジは、負圧発生
部材を収容するとともに大気との連通を得るための大気
連通部と、インク供給用の開口部とを備えた第１収納室
と、前記大気連通部から離れた位置に設けられた連通部
のみを介して前記第１収納室に対して連通するが実質的
に密閉状態で、前記第１収納室へ供給するためのインク
を直接収納する第２収納室とを備え、前記連通部が前記
第１および第２収納室を区分する仕切り壁の端と該端に
対向した内面との間に形成されたインクジェット用カー
トリッジにおいて、前記インク供給用の開口部は、前記
仕切り壁に対面する側面に配置されているとともに、前
記仕切り壁の第１収納室側には仕切り壁の途中から前記
連通部に至る気液交換促進構造が設けられており、前記
インクジェット用カートリッジの使用状態における前記
気液交換促進構造の頂上部は、前記インク供給用の開口
部の上端より５ｍｍ以上高い位置に設けられていること
を特徴とする。

【００５３】本発明の第２のインクジェット用カートリ
ッジは、負圧発生部材を収容するとともに大気との連通
を得るための大気連通部と、インク供給用の開口部とを
備えた第１収納室と、前記大気連通部から離れた位置に
設けられた連通部のみを介して前記第１収納室に対して
連通するが実質的に密閉状態で、前記第１収納室へ供給
するためのインクを直接収納する第２収納室とを備え、
前記連通部が前記第１および第２収納室を区分する仕切
り壁の端と該端に対向した内面との間に形成されたイン
クジェット用カートリッジにおいて、前記インク供給用
の開口部は、前記仕切り壁の端に対向した内面に配置さ
れているとともに、前記仕切り壁の第１収納室側には仕
切り壁の途中から前記連通部に至る気液交換促進構造が
設けられており、前記インクジェット用カートリッジの
使用状態における前記気液交換促進構造の頂上部は、前
記インク供給用の開口部面より５ｍｍ以上高い位置に設
けられていることを特徴とする。

【００５４】

【００５５】

【００５６】

【００５７】

【００５８】

【００５９】

【００６０】

【００６１】

【００６２】

【００６３】

【００６４】

【００６５】

【００６６】

【００６７】

【００６８】

【００６９】本発明のインクジェットヘッドは、第１ま
たは第２のインクジェット用カートリッジと、該インク
ジェット用カートリッジから供給されるインクを吐出す
るためのプリントヘッドとを具えたことを特徴とする。

【００７０】本発明のインクジェットプリント装置は、
前記インクジェットヘッドを具えたインクジェットプリ
ント装置であって、前記インクジェットヘッドがプリン
ト装置本体に対して着脱可能であることを特徴とする。

【００７１】以下、本発明をさらに詳細に説明する。

【００７２】図１３（ａ）ないし（ｄ）は、大気連通部
位置を最適位置に配設した例において、インク液位と、
インクジェット用カートリッジに発生するインク漏れと
の関係を図示したものである。図１３（ａ）に示すよう
に、インク液位の上限が最適領域Ｈを越えると、気圧低
下や温度上昇が生じた場合、図１３（ｂ）に示すよう
に、大気連通部１０よりインク漏れが発生する。このと
き大気連通部１０を第１収納室４内のどの位置に配設し
てもインク液位最適領域Ｈを越えた場合はインク漏れが
発生する。本例の大気連通部１０は、この中でも、連通
部８より最も遠い位置に配置され、マージンを高めてい
る。

【００７３】一方、図１３（ｃ）に示すように、インク
液位が最適領域Ｈを下まわると、挿入されたインクジェ
ットヘッドのジョイント部材１１周辺に空気層ができる
ので、プリント中あるいは吸引回復動作を行ったとき
に、図１３（ｄ）に示すように、空気がジョイント部材
１１を介してヘッド内に入り込みインクの流れを疎外
し、プリント結果を乱す。

【００７４】本発明者らが上記インク液位の最適領域Ｈ
についてより詳細に調べたところ、ジョイント部材との
連結前、該カートリッジ単独での液位としては、インク
供給用の開口部上端より上にあって、かつ、同上端より
も５ｍｍ以内の高さにあれば、前記トラブルをほぼ防げ
ることがわかった。なお、下限は、さらに１ｍｍ上にあ
れば，トラブルは全く生じなかった。この場合、第１の
前提構成においてすでに（図６に例示したように）指摘
されていたインク漏れは生ぜず、本例の前提構成である
第２の前提構成（大気連通部を別途設けたこと）が有効
に機能していることもわかった。また、上記インクジェ
ット用カートリッジ単独での最適領域の条件に合致しな
いインク液位のものも含めて、インクジェットヘッドと
の連結後のインク液位について別途調べたところ、イン
ク液位最適領域Ｈは、インクジェット用カートリッジの
インク供給用開口部に挿入されたインクジェットヘッド
のジョイント部材１１上端の位置以上で、同上端から５
ｍｍ高い位置までの範囲、好ましくは、インクジェット
ヘッドのジョイント部材上端から１ｍｍ高い位置以上
で、同上端から５ｍｍ高い位置までの範囲、であるとい
う結論に達した。

【００７５】前述の、インクジェット用カートリッジ単
独での液位調整の場合、および、インクジェットヘッド
と連結して使用可能状態ないし使用状態にされた時の液
位調整の場合、のいずれにおいても、インク液位を上記
最適量域内に保持すべく調整するためには、以下いくつ
かの方法を利用することができる。

【００７６】（１）第１収納室と第２収納室とを区分す
る仕切り壁の下端を、最適領域Ｈ内に設ける。これによ
って、インク液位が、ほぼ水平に保持できる。

【００７７】（２）負圧発生部材の圧縮率を調整して、
上部と下部とで異なる、具体的には、下部がより強く圧
縮されるようにする。この方法は、（１）を併用すると
特に有効である。

【００７８】（３）インクジェットヘッドのジョイント
部材が負圧発生部材を押圧・圧縮する割合を調整する。
例えば、単位時間当たりのインク供給量を増やしたいと
き（インクジェットヘッドの全吐出量をアップに対応）
は、押圧を弱くして流速の上昇に対応し（液位は別の方
法で高く保つ）、反対により確実に気泡混入を防止する
ためには、押圧を強くして、ジョイント部材近傍の液位
をより高くする。

【００７９】一方、上述した第２の前提構造のインクジ
ェット用カートリッジにおいて、インク供給時に第２収
容室側からのインクと第１収納室側からの大気とが、安
定かつすみやかに気液交換されることがきわめて重要な
要件である。この点について上記第２の前提構造に改良
を加えることは、本発明にとって、より好ましいもので
ある。

【００８０】図１４は、前記第２の前提構成に改良を施
したインクジェット用カートリッジ本体の縦断面図、図
１５は同横断面図、図１６は仕切り壁の詳細構造を示す
断面図である。

【００８１】インクジェット用カートリッジ本体１００
１には、インク収容部１００６と負圧発生部材収容部１
００４との隔壁であるリブ１００５の一部に大気導入溝
１０３１と負圧発生部材調整室１０３２とが形成してあ
る。

【００８２】大気導入溝１０３１は、リブ１００５の中
間部分からリブ１００５の端部、即ちインクジェット用
カートリッジ底部１００７との間隙部１００８まで、負
圧発生部材収容部１００４側に形成されている。そし
て、リブ１００５の大気導入溝１０３１の近辺に接する
負圧発生部材１００３との間に、えぐられたような形状
の負圧発生部材調整室１０３２が形成されている。尚、
負圧発生部材収容部１００４の側壁には、大気連通部１
０１０および開口部１００２が形成されており、開口部
１００２には、端部にフィルタ１０１５が設けられたジ
ョイント部材１０１１が挿入されている。

【００８３】負圧発生部材１００３は負圧発生部材収容
部１００４の内面に当接されることから、例えば負圧発
生部材１００３が不均一に挿入されていたとしても図１
４および図１５に示すように、負圧発生部材１００３の
当接（圧縮）力が部分的に緩和されることになる。この
ため、ヘッドからインクを消費し始めると、負圧発生部
材１００３に含浸されているインクが消費され負圧発生
部材調整室１０３２まで達する。その後もインクが消費
し続けると負圧発生部材調整室１０３２により負圧発生
部材１００３の当接力が緩和されている部分から大気が
インクメニスカスを破りやすくなっており、速やかに大
気導入溝１０３１に大気が導入され負圧のコントロール
が容易になる。

【００８４】本発明のインクジェット用カートリッジに
対しては、特に負圧発生部材１００３として弾性のある
多孔質体を使用することが望ましい。

【００８５】非プリント時は、負圧発生部材１００３自
身の毛細管力（あるいはインク−負圧発生部材界面での
メニスカス力）などが発揮され、インクジェットヘッド
からインクが漏れることを抑制する。

【００８６】比較のための例として負圧発生部材調整室
がないインクジェット用カートリッジの一例を図２２〜
図２４に示す。

【００８７】図示の比較のための例のインクジェット用
カートリッジの構成であっても前記の動作原理に基づ
き、理想的な状態であれば何ら問題なく動作する。説明
するまでもなく大気導入溝がない場合よりも安定した動
作をする。

【００８８】しかしながら、工業的により安定した動作
を実現するために、あるいは負圧発生部材として連通孔
を有する樹脂多孔質体を使用する場合にはより安定した
制御が必要となる。

【００８９】図２５の拡大断面図に示すように、負圧発
生部材１００３がリブ１００５に当接して大気導入溝１
０３１に食い込む状態となる。これにより当接部Ａでは
負圧発生部材１００３の圧接力（圧縮力）が緩和され
ず、大気がその部分のインクメニスカスを破って大気導
入溝１０３１に入りずらくなる。このことによりインク
が消費され続けても気液交換が行われず、大気導入溝１
０３１の効果が発揮できず、インク吸収部１００６のイ
ンクが使われることなく動作不能となる懸念がある。

【００９０】しかし、負圧発生部材調整室１０３２を設
けた本発明の前提構成は、比較のための例と異なり、前
記説明の通り優れた効果を発揮する構成となっている。

【００９１】図１７は本発明の構成として備えたリブ１
００５の図１６とは異なる断面形状２種類を示す縦断面
図であり、図１８は同リブの断面形状を示す拡大横断面
図である。

【００９２】図示のように大気導入溝１０３１と負圧発
生部材調整室１０３２の形状が、前記構成と異なってい
る。

【００９３】即ち、負圧発生部材１００３に当接するリ
ブ１００５の段差部分を、より圧接・圧縮緩和の効果が
発揮できるように面取りＲ付けが実施してある。

【００９４】この面取りＲ付けが施された負圧発生部材
収納部１００４側のリブ１００５の近傍において空気が
負圧発生部材１００３に含浸されているインク中に取り
込まれる。そして取り込まれた空気はインク収容部１０
０６へ移動する。この空気の移動に伴ってインク収容部
１００６のインクは負圧発生部材収容部１００４へ供給
される。そして空気が負圧発生部材１００３に含浸され
ているインクに取り込まれる領域が気液交換領域とな
る。

【００９５】上述した気液交換をよりスムーズに行うた
めには気液交換領域上側より気液交換領域下側において
負圧発生部材収容部１００４に対する負圧発生部材１０
０３の当接力を緩和することが好ましい。これは当接力
が緩和される負圧発生部材１００３の毛細管内を空気が
よりスムーズに気相からインク相へ移動できるからであ
る。

【００９６】例えば図１９〜図２１に示すようなリブ１
００５の中央部（大気導入溝の端部）に部分的な負圧発
生部材調整室１０３２を形成する構成によって効果発揮
することも可能である。

【００９７】なお、前記構成で開示した負圧発生部材調
整室１０３２と同等の機能を持たせるために、負圧発生
部材１００３の形状を変えて対応することも可能であ
り、上記要件を満たしていればいかなる形状，寸法であ
ってもよい。

【００９８】以上のようなリブ、負圧発生部材調整室、
面取り、Ｒ付け、あるいはこれらと同等の機能を有する
他の構成、を含めて、気液交換促進構造と総称する。該
気液交換促進構造を有するインクカートリッジにおいて
は、インク液位最適領域は、第１収納室と第２収納室と
の連通部上方の第１収容室側壁面に配設された気液交換
促進構造の頂部の高さを調整することによって得ること
ができる。

【００９９】インク液位最適領域を制御する手段として
は、前述したように負圧発生部材の圧縮方向、および圧
縮率を変更する等の方法があるが、気液交換促進構造の
頂部位置の調整の方がより確実かつ再現性よく目的を達
成できる。勿論、これらの方法を組み合わせることによ
りインク液位を上記最適領域にしてもよい。

【０１００】次に、その一例を示す。

【０１０１】図２６は、負圧発生部材の圧縮率を調整し
た一例である。本例では、負圧発生部材の圧縮率を上下
方向で徐々に変化させる構成をとっている。

【０１０２】この構成は、本発明の詳細説明で前述した
ように、インク液位を最適領域Ｈ内に保持する一手段と
して有効である。これを、上記気液交換促進構造の頂部
高さの調整と併用することにより、インク液位がより安
定に最適領域に保持される。

【０１０３】一方、前述の第１および第２の前提構成の
説明の際に触れたインク漏れの現象は、上記インクジェ
ット用カートリッジに初期充填する際や再充填を行う際
において見られ、その原因は、インクを収納する第２収
納室内においては問題のないインクが、負圧発生部材を
収納する第１収納室内に至ると、負圧発生部材内部に一
時的に保持されるものよりも、負圧発生部材とカートリ
ッジ内壁との間を進行して大気連通部やインク供給口等
の開口部あるいはシールされている領域を破って漏れる
傾向が大となることであった。このため本発明において
は前提構成用のインク条件を検討した。この結果、イン
ク表面張力が５５ｄｙｎ／ｃｍ（２５℃）を越えると、
その傾向は顕著であるが、５５ｄｙｎ／ｃｍ以下である
と、臨界的にこの問題が見られなくなり、特に５０ｄｙ
ｎ／ｃｍ以下であると、環境にも左右されずに、極めて
安定した特性を示したのである。

【０１０４】一方、その５５ｄｙｎ／ｃｍ以下である
と、確実に負圧発生部材中に安定した進行性を示し、負
圧発生部材中に気体である空気と液体であるインクとの
気液界面が形成される構成の場合に特にその界面を長期
にわたって安定したものにできる効果が認められた。こ
れは、上記微小連通部から上記第１収納室内の上記負圧
発生部材対向位置まで延在する気液交換促進構造を有す
るカートリッジにおいては、その構成と相乗的に機能し
て、直線的な界面を安定した状態で形成できるので、好
ましいものであった。

【０１０５】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて簡単に説明
する。

【０１０６】気液交換促進構造を具えたインクジェット
用カートリッジの実施例を図２７に示す。図２７に示す
ように、仕切り壁５の負圧発生部材収容部４側の下端部
には凹部が形成され該凹部内には連通部８から上方に向
かって延設される大気導入溝１４が形成されている（具
体的構造は、図１４〜図１６などを参照）。この大気導
入溝１４は、インク収容部６内のインクが連通部８を介
して負圧発生部材収容部４内に案内されてインク収容部
６内が負圧になったときに当該インク収容部６に対して
の空気の供給を促進するものである。したがって、この
大気導入溝１４の頂部より上方の部分は、大気連通部１
０から供給される空気で満たされる。換言すると、気液
交換促進構造である大気導入溝１４の頂部の位置によっ
て、負圧発生部材収容部４内のインク液位を調整するこ
とができる。

【０１０７】図２７は、本実施例の最適な気液交換促進
構造頂部高さを示したものである。すなわち、気液交換
促進構造の頂部は、インク供給口上部より５ｍｍ以上高
い位置である。これは、インク液位の上限が、上述した
通り、開口部２に挿入されたジョイント部材１１の端部
（インク供給口）の上端から５ｍｍ上の高さであるから
である。

【０１０８】逆にいうと、かかるインクジェット用カー
トリッジでは、インク液位の上限は、インク供給口上部
より５ｍｍ高い位置であり、また、インク液位の下限
は、上述した理由より、インク供給口に設けられたフィ
ルタ１５のフィルタ有効径Ｄ₂上端、好ましくはフィル
タ１５の外径Ｄ₁ の上端、さらに好ましくはインク供給
口の外径Ｄ₀ の上端である。よって、インク液位の最適
領域の最も好ましい範囲は、インク供給口上端からこの
上端より５ｍｍ高い位置までである。尚、本実施例にお
いては、インクジェット用カートリッジ内底面より、該
頂部高さを１６．５ｍｍにすることで、インク液位最適
領域を得ることが可能となった。

【０１０９】１６．５ｍｍ以上の場合、インク液位が高
まり、大気連通部に近づくため、周辺環境の温度や気圧
の変化により、負圧発生体中の空気層や第２収納室に置
換され貯留された空気層が膨張すると、インクが大気連
通部より漏れる現象が発生する。一方、上記位置が１
６．５ｍｍ未満の場合では、インク液位が低下するた
め、挿入されたインクジェットヘッドの供給管周辺に空
気層ができ、記録中あるいは吸引回復動作中に空気をヘ
ッド内にとり込み、出力画像が乱れるといった現象が発
生する。

【０１１０】また、上記インク液位最適領域は上述した
実施例のインクジェット用カートリッジのみに適応され
るものではなく、図２８に示すような第１および２収納
室を有したインクタンク部とインク吐出部とを一体にし
たインクジェットヘッドにおいても適応される。ここで
図２８のインクジェットヘッドの構成は、インク供給用
開口部２Ａが、第１収納室である負圧発生部材収容部４
の底面にあり、開口部２Ａにはインク吐出部のジョイン
ト部１１Ａが挿入されている。このインクジェット用カ
ートリッジにおいても気液交換促進構造としての大気導
入溝１４Ａが設けられている。また、負圧発生部材収容
部４の上部にはストップリブ１６が設けられている。こ
れにより、負圧発生部材収容部４の上部に負圧発生部材
３が充填されていない領域が形成されており、大気連通
部１０Ｂはこの未充填領域に連通している。さらに、イ
ンク収容部６の底部の連通部８近傍には、突起１７が設
けられている。この突起１７は、カートリッジが逆さま
になったときにインクや結露した液滴が連通部８を介し
て負圧発生部材収容部４に侵入するするの防止するもの
である。

【０１１１】このインクジェット用カートリッジにおい
ても、気液交換促進領域である大気導入溝１４Ａの頂部
の高さがインク供給口面より５ｍｍ高い位置以上になけ
ればならない。また、かかるインクジェット用カートリ
ッジのインク液位最適領域は、ジョイント部１１Ａの端
部であるインク供給口面より５ｍｍ高い位置以内の範囲
である。さらに詳しくは、インク液位最適領域の上限
は、気液交換促進領域である大気導入溝１４Ａの頂部の
高さであり、好ましくは、インク供給口面より５ｍｍ高
い位置である。一方、下限は、インク供給口面より１ｍ
ｍ高い位置、好ましくはインク供給面より２ｍｍ高い位
置である。よって、インク液位の最適領域の最も好まし
い範囲は、インク供給口上端より２ｍｍ高い位置から５
ｍｍ高い位置までである。

【０１１２】インクジェット用カートリッジ単独の物流
時においては、ジョイント開口部および／または大気連
通部をシール材などで密閉してインクの蒸発やインクジ
ェット用カートリッジ内の空気膨張に備えることが好ま
しい。シール材としては、包装分野においてバリヤー材
と称される単体層のバリヤーおよび数層のプラスチック
フィルムの複合化及びこれらと紙、布などの補強材また
はアルミニウム箔などを複合化した複合化バリヤー材を
使用することが好ましい。インクジェット用カートリッ
ジ本体材質と同様な材質をバリヤー材の接着層とし、熱
などで溶着することによって密閉性を上げることがより
好ましい。

【０１１３】また、インクジェット用カートリッジから
のインクの蒸発或は外部大気からの空気の流入を抑制す
るためには、インクジェット用カートリッジを挿入後は
包材内の空気を脱気してから密閉する包装形態をとれば
効果的である。包材としては、気体透過度及び液体透過
度を考慮し、上記シール材同様バリヤー材から選択する
ことが好ましい。

【０１１４】上述のような包装形態を選択することによ
ってインクジェット用カートリッジ単独の物流は、イン
ク漏れなどもなく非常に信頼性の高いものとなる。

【０１１５】インクジェット用カートリッジ本体材料は
従来成形品に用いられるいかなる材料であってもよい
が、インクジェット用インクへの影響がないような材料
或は影響がないように処理された部材から選択する必要
がある。また、インクジェット用カートリッジの生産性
を考慮することも必要となる。例えば、インクジェット
用カートリッジ本体を該カートリッジ底部７部分とその
上部部分とに分割して樹脂材料にてそれぞれを一体成形
し、負圧発生部材を挿入後、上記カートリッジ底部７部
分とその上部部分を溶着してインクジェット用カートリ
ッジ本体を製造することができる。樹脂材料に透明ある
いは半透明なものを選択すればインク収容部のインクは
同カートリッジ外部から視認することができるのでイン
クジェット用カートリッジの取り替え時期を目視にて判
断することができる。また、上記シール材などの溶着を
容易にするために例えば大気連通部の外面側開口部に凸
部を設けることが好ましい。更に、インクジェット用カ
ートリッジ本体外面にシボなどの加工を施すこともデザ
イン上好ましい。

【０１１６】インクの充填には加圧法および減圧法いず
れもが使用できる。尚、インクの充填にタンク本体のい
ずれかにインク充填口を設けることは他のインクジェッ
ト用カートリッジ開口部を汚すことがないので好まし
い。インク充填後のインク充填口は、プラスチックある
いは金属材料にて栓することが好ましい。

【０１１７】インクジェット用カートリッジの構成およ
び形状は、本発明の範囲から逸脱することなく各種の変
形を行うことができる。

【０１１８】以上の説明のように、本発明のインクジェ
ット用カートリッジは、単独の物流時にも高い信頼性を
維持し、簡易な構造でインクの残量検知可能なインク使
用効率の高いインクジェット用カートリッジとなる。

【０１１９】また、プリント時および非プリント時にお
いても適度の負圧を使用初期から使用終了までの間維持
して高速記録に対応し、インクジェットプリント装置の
使用環境条件においてもインク漏れの無いインクジェッ
ト用カートリッジとなる。

【０１２０】さらに、インクジェット用カートリッジの
取り扱い性が良好で、インクジェットプリント装置への
脱着時においてもインク漏れなどがなく、インクジェッ
トプリント装置への装着誤動作のないインクジェット用
カートリッジとなる。

【０１２１】図２９（ａ）は、図２７のインクジェット
カートリッジのインク収納室の内面形状を変更し、その
容量分だけ上方に凸の空間形状５１としたものである。
この内面５０は、微小連通部８から遠ざかる程上昇して
いる曲面となっている。内面５０の構造は、インクの表
面張力による微小残滴も負圧発生部材３側へ供給すると
共に、上方に突出した部分５２が操作者にとっての挟持
部になり、操作時に生じるタンクの変形を防止する。図
２９（ｂ）は、同等の容量タンクを、インク収納室が大
で負圧発生部３収納室側を小にするために斜めに配置し
た仕切り壁５Ａを示す。

【０１２２】図２９（ｃ）は、先の製造方法で示した、
仕切り壁５に対して連通部８を形成する底部材７を、カ
ートリッジ本体の側板５３および５４の間に挿入して固
定する例である。ＳＥは仕切り壁５の端部を示してい
る。この図２９（ｃ）の場合、接着固定にバラツキが生
じると、連通部８の距離ＳＰは一定化しない。そのた
め、図２９（ｄ）のように、仕切り壁５の端部ＳＥに接
するスペーサ５５を両側に位置させることも好ましい。
スペーサ５５は、底部材７に設けるのが好ましい。さら
に、連通部８の距離ＳＰ内に位置する凸部５６を底部材
７に設けることで、インク収納部内への空気の回収性を
高めるようにしても良い。

【０１２３】図３０（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明
実施例のプリントあるいいはインク供給状態の可能な状
態傾斜範囲を示すもので、図中のＸは水平面を示してい
る。本発明にとってより好ましい状態は、微小連通部８
が下方側に位置していることで、理想的には水平面Ｘに
対してカートリッジ下面で平行となることが良い。しか
し、実用上は、本例のように、２室構成の場合、
（ａ），（ｂ）の図に示す角度θは夫々０≦θ≦１５度
の範囲まで使用上の不都合がない。走査型キャリッジ上
に載置して移動させる場合は０≦θ≦５度の範囲が好ま
しい。

【０１２４】上述した本発明の実施例の負圧発生部材
は、複数の部材構成でも良いが、互いの間の界面（部材
間界面）が生じると大気の移動がそこに生じるため不都
合が生じ易い場合があるので、より好ましくは、負圧発
生部材は単一の多孔質体であることが良い。

【０１２５】また、インク収容部は、相対的に負圧発生
部材収納室よりもインクを多量に含むものであれば、実
質的にインクを収納する室として含めることもできる。

【０１２６】ここで、先の実施例でも開示されているイ
ンク収納室内の仕切り板６１について説明すると共に、
ユーザーが手で握ったときの荷重や物流中の環境条件で
カートリッジの外壁面が変形して、インクジェットヘッ
ドのオリフィスからインクが漏れたり、カートリッジの
一部に設けられているカートリッジ内の圧力を大気と同
じにする大気連通部からインクが漏れるといった問題を
解決できる実施例について説明する。

【０１２７】以下の例は、上記各種のインクタンク形態
における技術課題を解消するためになされたもので、ハ
ンドリング時や搬送中の外力、そして温度や気圧等環境
変化によるインク漏れが発生することはなく、しかもイ
ンク使用効率の高いインクジェットプリント用インクジ
ェット用カートリッジである。

【０１２８】図３１（ａ）は、側壁面を省いて示した一
実施例の斜視断面図、図３１（ｂ）は同実施例の横断面
図、図３２は同実施例のインク供給動作の説明図、図３
３は同実施例の側壁に荷重が掛かったときの側壁の歪み
を説明する断面図である。

【０１２９】図３１（ａ），（ｂ）に示すように、イン
クジェット用カートリッジ本体１は、インクジェットヘ
ッドと連結するための開口部２および開口部２より上方
に設けた大気を取り入れる大気連通部１０を有し記録用
のインクを吸収保持する負圧発生部材３を収容した負圧
発生部材収容部４と、負圧発生部材収容部４に仕切り壁
（リブ）５を介して隣接しインクを収容するインク収容
部６とからなっている。なおインク収容部６と負圧発生
部材収容部４とはリブ５と底面の間に設けた連通部（隙
間部）８で連通し、インク収容部６には仕切り板６１が
前記隙間部８以上の隙間を下部に残して両側に側壁を連
結している。

【０１３０】図３２（ａ）は、インクジェットヘッドへ
インクを供給するジョイント部材１１を実施例のインク
ジェット用カートリッジ本体１の開口部２に挿入して負
圧発生部材３に圧接し、インクジェットプリント装置が
稼動可能になった状態を示す模式断面図である。尚、ジ
ョイント部材１１の端部開口部にはインクジェット用カ
ートリッジ内のゴミを排除するためにフィルタが設置さ
れていることもある。インクジェットプリント装置が稼
動するとインクジェットヘッドのオリフィスからインク
が吐出され、インクタンクにインク吸引力が発生する。
インク９はこの吸引力によりインク収容部６からリブ５
の端部とインクジェット用カートリッジ底部７との隙間
部８を通り負圧発生部材収容部４へ、そして負圧発生部
材３を通ってジョイント部材１１内に引き込まれインク
ジェットヘッドへ供給される。これにより隙間部８以外
は密閉しているインク収容部６の内部の圧力が低下し、
インク収容部６と負圧発生部材収容部４との間に圧力差
を生ずる。記録が継続すると、その圧力差は上昇を続け
るが、負圧発生部材収容部４は大気連通部１０により大
気に開放されているため、図３２（ｂ）に示すように空
気は負圧発生部材３を通ってリブ５とインクジェット用
カートリッジ底部７との隙間部８からインク収容部６に
入る。この時点で、インク収容部６と負圧発生部材収容
部４との間の圧力差が解消される。インクジェットプリ
ント中はこの動作が繰り返され、ある一定の負圧がイン
クジェット用カートリッジ内に得られる。また、インク
収容部６内のインクは、インク収容部６内の壁面に付着
するインク以外は、ほぼ全て使用できるためインク使用
効率が向上する（図３２（ｃ））。

【０１３１】非プリント時は、負圧発生部材３自身の毛
細管力（あるいはインク−負圧発生部材界面でのメニス
カス力）などが発揮され、インクジェットヘッドからイ
ンクが漏れることを抑制する。

【０１３２】上記の機能から、ジョイントするインクジ
ェットヘッドに応じた負圧発生部材３の選択および負圧
発生部材収容部４とインク収容部６の容積割合により、
他の実施例として図３４の断面図に示すように、インク
収容部６に複数の仕切り板６１を備えた構成とすること
もできる。

【０１３３】本例では、負圧発生部材収容部４およびイ
ンク収容部６の各側壁６２ａ，６２ｂ，６２ｃの外力に
対する変位量を同等にするように構成してある。

【０１３４】例えば、カートリッジ材質は通常プラスチ
ックモールドであるが、図３１（ｂ）および図３０に示
すように、負圧発生部材収容部４の側壁面６２ａの厚さ
をインク収容部６の側壁面６２ｂ，６２ｃの厚さよりも
厚くするとともに、インク収容部６の容積を等分割する
ような位置に、下部に隙間を残して両側壁内面間に前記
仕切り板（リブ）６１を配設し、単位面積当たり同等な
荷重に対する壁面の変形量Δｔ₆ を小さくし、しかも６
１の両側の側壁面１２ｂ，１２ｃの変化が同等となるよ
うにする。また、負圧発生部材収容部４の変形量Δｔ₄
ともほぼ同等にすることによって壁面に変形によるイン
クの漏れを防止する目的が達成される。

【０１３５】図３１（ｂ），図３３に示す実施例のイン
クジェット用カートリッジにおいて、材質はポリプロピ
レン（ＰＰ）、外径寸法は長さ４８ｍ／ｍ×高さ３５ｍ
×厚さ１１ｍ／ｍの場合、長さ４８ｍ／ｍのほぼ中央
で、負圧発生部材収容部４の側壁面６２ａの厚さを１．
５mm、インク収容部６の側壁面６２ｂ，６２ｃの厚さを
１mm、インク収容部６のリブ６１を各壁面より約１０mm
の位置に配設することにより、ハンドリング時の荷重
（約２ｋｇ）に対して、２倍以上のマージンを確保した
構造を得ることができた。また、同時に、物流中の気圧
変化や、温度変化に対しても、十分な強度を得ることが
可能となった。

【０１３６】上記実施例では、タンクのサイズの関係か
らインク収容部６のリブ６１は、１カ所であるが、１カ
所に限定するものでなく、インクジェット用カートリッ
ジのサイズに合わせ、図３４に示すようにリブ６１を２
カ所に設ける等、リブの本数，位置，壁面の厚さを変え
ることによって対応することができる。

【０１３７】図３５は、負圧発生部材収容部４の壁面厚
さと、インク収容部６の壁面厚さを決定するために調査
した各壁面の厚さと、ハンドリングおよび物流環境での
インク漏れの関係を示すデータである。

【０１３８】各壁面とも厚さを増せば、インクもれに対
し強度は増すが、目的である小型化と高いインク使用効
率を満足するためには、少しでも壁を薄くして、その分
だけ内容積を増やす必要があり、図３５に示すデータか
ら、負圧発生部材収容部４の側壁面厚さ１．５mm、イン
ク収容部６の側壁厚さ１．０mmを採用した。

【０１３９】インクジェット用カートリッジの大きさに
より、上記寸法は図３５を参照して決定でき、負圧発生
部材収容部４の外壁肉厚をインク収容部６の外壁肉厚の
１．２倍ないし３倍の範囲内で構成することが好まし
い。

【０１４０】本発明は、上述したように、インクジェッ
ト用カートリッジとして、従来にはない逆転の発想か
ら、合理的且つ効果的なカートリッジをインクジェット
プリントの分野に提供することができたもので、単色は
もとより、複数のカラーインクを必要とするカラープリ
ンタ自体の小型化を実現可能にする利点は注目すべきも
のがある。さらに、インクジェット用カートリッジの交
換期間を長くすることができ、操作性にも優れたもので
ある。

【０１４１】尚、図３６（Ａ），（Ｂ）のように、本発
明のインクジェット用カートリッジをカラーインクジェ
ットプリント装置に対応するために各色（例えばブラッ
ク、イエロー、マゼンタ、シアンの４色）のインクをそ
れぞれ個別の交換型インクジェット用カートリッジに収
容して使用することができる。また、図３６（Ａ）のよ
うに個別のインクジェット用カートリッジを１体化させ
てインクジェット用カートリッジとしてもよく、あるい
は、図３６（Ｂ）のように使用頻度の高いブラックイン
ク用のインクジェット用カートリッジと他のカラーイン
ク１体化交換カートリッジを分離したインクジェット用
カートリッジとしてもよい。これらの組み合わせはイン
クジェット装置に合わせて任意である。

【０１４２】ここで、本発明のインクジェット用カート
リッジを用いたインクジェットカートリッジを搭載した
インクジェットプリント装置の一例の概略構成を図３７
を参照しながら説明する。図３７において、１００は記
録シートＳを累積した束の状態に保持し、自動自動的に
順次１枚ずつ記録位置に送給する自動送給部、２００は
自動送給部１００からその分離ローラ１０１によって１
枚ずつ送出される記録シートＳを記録位置に導き、記録
済みの記録シートＳを排出部３００に導く搬送部、４０
０は記録ヘッド４０１（本例の場合はカラー記録が可能
なようなイエロー，マゼンタ，シアンおよびブラックの
インクを吐出する）、記録ヘッド４０１を搭載するキャ
リッジ４０２、キャリッジ４０２を不図示のタイミング
ベルトにより図中で紙面とは直角方向に案内する案内軸
４０３，４０４、記録ヘッド４０１に上記各色のインク
を供給するインクタンク４０５とキャリッジ４０２とを
移動走査させるキャリッジ駆動部等からなる記録部、５
００は記録部４００の上方に配置され、不図示のホスト
コンピュータ等から送出される記録データや情報に基づ
いて記録装置全体を制御する制御部（コントロール部）
である。ここで、記録ヘッド４０１およびインクタンク
４０５が本発明のインクジェット用カートリッジを用い
たインクジェットヘッドであり、この例では両者は着脱
可能となっている。

【０１４３】次に本発明者らは上述した各実施例のイン
クタンクに対して好ましく用いられるインクに求められ
る物性について検討した。

【０１４４】好ましいインクとは負圧発生部材中におけ
る界面がインクタンクの振動に対しても安定であり、ま
た環境変化に対して気液界面が安定な挙動を示すことが
望ましい。

【０１４５】以下に上述した各実施例のインクタンクに
好ましく用いられるインクについて説明する。

【０１４６】インクの基本構成としては、少なくとも水
と着色剤と水溶性有機溶剤とからなる。

【０１４７】水溶性有機溶剤としては水との相容性が高
く低揮発性、低粘度のもので人体に対する安全性の高い
ものが望ましいが極少量で用いるのであればこの限りで
はない。以下具体的に例示する。ジメチルホルムアミ
ド、ジメチルアセトアミド等のアミド類、アセトン等の
ケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテ
ル類、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコ
ール等のポリアルキレングリコール類、エチレングリコ
ール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ト
リエチレングリコール、１，２，６−ヘキサントリオー
ル、チオジグリコール、ヘキシレングリコール、ジエチ
レングリコール等のアルキレングリコール等、エチレン
グリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールモノ
メチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエ
ーテル等の多価アルコールの低級アルキルエーテル類、
エタノール、イソプロピルアルコール等の１価アルコー
ル類、その他、グリセリン、Ｎ−メチル−２−ピロリド
ン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、トリエ
タノールアミン、スルホラン、ジメチルスルフォキサイ
ド、シクロヘキサノール等が用いられる。該水溶性有機
溶剤の含有量について、特に制限はないが１〜８０重量
％が好ましい範囲である。本発明に用いられる着色剤と
しては染料，顔料いずれでも良い。染料としては水溶性
の酸性染料、直接染料、塩基性染料、反応性染料等が好
ましく用いられる。該染料の含有量について特に制限は
ないがインク全量に対して０．１重量％〜２０重量％の
範囲が好ましい。

【０１４８】更に表面張力調製剤として界面活性剤を含
むことが望ましい。該界面活性剤としては脂肪酸塩類、
高級アルコール硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスル
ホン酸塩類、高級アルコールリン酸エステル塩等のアニ
オン界面活性剤、脂肪族アミン塩類、第４級アンモニウ
ム塩類等のカチオン界面活性剤、高級アルコールエチレ
ンオキサイド付加物、アルキルフェノールエチレンオキ
サイド付加物、脂肪族エチレンオキサイド付加物、多価
アルコール脂肪酸エステルエチレンオキサイド付加物、
高級アルキルアミンエチレンオキサイド付加物、脂肪酸
アミドエチレンオキサイド付加物、ポリプロピレングリ
コールエチレンオキサイド付加物、多価アルコールの脂
肪酸エステル、アルカノールアミンの脂肪酸アミド類等
の非イオン性界面活性剤、アミノ酸型、ペタイン型両性
界面活性剤等が用いられる。

【０１４９】より好ましくは、アセチレングリコールの
エチレンオキサイド付加物が用いられる。

【０１５０】更に、前記エチレンオキサイド付加物の付
加モル数は４〜２０の範囲が特に好ましい。

【０１５１】界面活性剤の添加量に特に制限はないが、
０．０１〜１０重量％の範囲が好ましい。表面張力をコ
ントロールする手段としては前記した水溶性有機溶媒で
も行えることはいうまでもない。

【０１５２】その他必要に応じて、粘度調整剤、ｐＨ調
整剤、防腐剤、酸化防止剤等の添加剤を配合しても構わ
ない。

【０１５３】インクの粘度として１〜２０ｃｐが好まし
く用いられる。インクの表面張力は２０ｄｙｎｅ／ｃｍ
〜５５ｄｙｎｅ／ｃｍでなければならず、より好ましく
は２５ｄｙｎｅ／ｃｍ〜５０ｄｙｎｅ／ｃｍである。イ
ンクの表面張力がこの範囲にある場合には、ヘッドオリ
フィス部のメニスカスが破れ非印字時にヘッドオリフィ
ス部からインクがあふれるといった現象は生じない。

【０１５４】また、インクのインクジェット用カートリ
ッジへの充填量は、インクジェット用カートリッジ内容
積を限度として任意であるが、インクジェット用カート
リッジ開封直後の負圧を維持するためにインク収容部へ
の容積限度まで充填してもよいが、負圧発生部材へのイ
ンク充填量は負圧発生部材のインク保持力の限界以下で
設定することが好ましい。尚、本発明でいうインク保持
力とは、負圧発生部材にインクを含浸させた際の部材単
位でインクを保持できる能力をさすものである。

【０１５５】次に本実施例の試料及び比較用試料を説明
する。

【０１５６】水と水溶性有機溶剤の混合物に染料を撹拌
しながら混合し、４時間撹拌した後界面活性剤を所定量
加えフィルターに濾過し塵を取り除いた。

【０１５７】その後、図１１に示されるインクジェット
用カートリッジにそれぞれのインクを充填し図１２に示
した装置を用いて記録を行った。

【０１５８】以下に各インクの処方及び物性、記録結果
を示す。

【０１５９】

【表１】

【０１６０】

【表２】

【０１６１】次に代表的な水溶性有機溶剤の２０〜３０
℃の表面張力を示す。

【０１６２】エタノール（２２ｄｙｎｅ／ｃｍ），イソ
プロパノール（２２ｄｙｎｅ／ｃｍ），シクロヘキサノ
ール（３４ｄｙｎｅ／ｃｍ），グリセリン（６３ｄｙｎ
ｅ／ｃｍ），ジエチレングリコール（４９ｄｙｎｅ／ｃ
ｍ），ジエチレングリコールモノメチルエーテル（３５
ｄｙｎｅ／ｃｍ），トリエチレングリコール（３５ｄｙ
ｎｅ／ｃｍ），２−ピロリドン（４７ｄｙｎｅ／ｃ
ｍ），Ｎ−メチルピロリドン（４１ｄｙｎｅ／ｃｍ）こ
れらの溶剤と水を混合して所望の表面張力を得る。

【０１６３】次に界面活性剤を用いてインクの表面張力
をコントロールする方法を説明する。

【０１６４】例えば、ソルビタンモノラウリン酸エステ
ルでは水に対して１％の添加で２８ｄｙｎｅ／ｃｍが得
られ、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウリン酸エ
ステルでは水に対して１％の添加で３５ｄｙｎｅ／ｃｍ
が得られる。またアセチレノールＥＨ（アセチレングリ
コールのＥＯ付加物）では１％以上の添加で２８ｄｙｎ
ｅ／ｃｍが得られる。更に低表面張力が必要な場合には
フッ素系界面活性剤例えばサーフロンＳ−１４５（旭ガ
ラス社製 パーフロロアルキルＥＯ付加物）では水に対
して０．１％で１７ｄｙｎｅ／ｃｍが得られる。但しそ
の他の添加物により多少表面張力は変化するので適宜調
整する。

【０１６５】更に上述説明したように最大漏出インク量
を考慮してインクバッファの設計を行えば良いと考えら
れるが、このインクバッファの効果はその容量だけでな
くインクの界面における表面張力に大きく左右されるこ
とが鋭意検討の結果得られた。

【０１６６】インクジェットプリント装置用のインクの
中には、界面活性剤を添加したものが提案されている。
この種のインクはコピー紙やボンド紙といった普通紙に
対しても非常に定着が速く、カラー記録では異なる色の
インク記録領域が隣接した場合にでも不当な色の混じり
合い（境界にじみ又はブリード）がなく、均一な着色
（色ムラが少ない）という特徴をもっている。その一組
成例を以下に示す。

【０１６７】

【表３】 実施組成1. 染 料 ４部 グリセリン ７．５部 チオジグリコール ７．５部 アセチレングリコール ＥＯ付加物（ｍ＋ｎ＝１０） ５部 尿 素 ７．５部 純 水 ６８．５部 ＥＯ：エチレンオキサイド 多孔質吸収体のインク保持高さＹは、一般に毛細管力の
式で表されると考えられ、インクの表面張力をγ、イン
クとインク吸収体との接触角をθ、インクの密度をρ、
重量加速度をｇ、インク吸収体の平均気孔半径をｒとす
れば、

【０１６８】

【数１】Ｙ＝２γｃｏｓθ／ρｇｒ となる。

【０１６９】これより、インク保持高さＹを高くしてよ
り多くのインクが吸収保持できるようにするためには、
インクの表面張力を大きくするか、またはインクとイン
ク吸収体の接触角θを小さく（ｃｏｓ θを大きく）す
れば良いと考えられる。

【０１７０】インクとインク吸収体との接触角θを小さ
くするのは、インクが吸収体に非常に漏れ易くするとい
うことであり、一般に浸透剤として界面活性剤が使用さ
れる。

【０１７１】実施組成1.のインクの場合は、界面活性剤
が添加されているために表面張力は約３０ｄｙｎ／cmと
小さいが、吸収体とインクの漏れ性が良くなり浸透性が
非常に良くなったと考えられる。これにより表面張力よ
りもインクの漏れ性の方を良くする効果があるといえ
る。

【０１７２】浸透剤としてはエアロゾルＯＴ型、ドテシ
ルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸エステ
ルナトリウムなどのアニオン系の界面活性剤や下記一般
式〔１〕で表される高級アルコールのエチレンエキサイ
ド付加物、下記一般式〔２〕で表されるアルキルフェネ
ールのエチレンオキサイド付加物、下記一般式〔３〕で
表されるエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共
重合体、下記一般式〔４〕で表されるアセチレングリコ
ールのエチレンオキサイド付加物などの非イオン性界面
活性剤が優れている。

【０１７３】但し、上記アニオン系の界面活性剤は起泡
力が大きくて取扱いが不便であることや境界にじみ（ブ
リード）や色の均一性やフェザリングなどの画像特性が
アニオン系界面活性剤よりも非イオン性界面活性剤の方
がより良好であったため、本実施例においては下記一般
式に示したような非イオン性界面活性剤を用いた。

【０１７４】ここでｎは一般式〔１〕，〔２〕において
は６〜１４が好ましい、またＲは炭素数が５〜２６のも
のが好ましい。一般式〔３〕，〔４〕においてはｍ＋ｎ
は６〜１４であることが望ましい。

【０１７５】

【化１】

【０１７６】（Ｒはアルキル基）

【０１７７】

【化２】

【０１７８】（Ｒはアルキル基）

【０１７９】

【化３】

【０１８０】（Ｒは水素、またはアルキル基）

【０１８１】

【化４】

【０１８２】（ｍ，ｎは整数）これまであげたエチレン
オキサイド型非イオン界面活性剤の中でもアセチレング
リコールのエチレンオキサイド付加物がインク吸収体へ
の吸収性、記録媒体上での画像特性、記録ヘッドからの
吐出特性などにおいて非常にバランスが良好であり、好
ましい。さらにこの化合物は付加するエチレンエオキサ
イドの数ｍ＋ｎによって親水性および浸透性がコントロ
ールされる。ｍ＋ｎが６より小さい場合には、浸透性は
良好であるが、水溶性が乏しくなりインクへの溶解性が
良くない。又、逆にエチレンエオキサイドの付加数が多
すぎると親水性が大きくなりすぎて浸透力は小さくな
る。ｍ＋ｎが１４より大きくなった場合は浸透性は低下
し、添加量が多くなるだけで効果的とは言えず、むしろ
吐出特性に弊害をもたらす。このようにこの化合物はエ
チレンオキサイドの付加数が６〜１４の間にあることが
好ましい。

【０１８３】これらの非イオン性界面活性剤の添加量は
０．１〜２０重量％であることが好ましい。０．１％以
下では画像特性および浸透性が十分ではなく、２０％以
上ではもはやそれ以上の効果がでず、かえってコスト，
インクとして信頼性などに対して不利になってしまうた
めである。

【０１８４】又、これらの非イオン性界面活性剤はひと
つないしは複数組み合わせても良いものとする。

【０１８５】この他、インク成分には一般的に記録剤と
しての染料、目詰まり防止を目的とした多価アルコール
等の低揮発性有機溶剤や、発泡安定性・記録媒体上での
定着性を目的としたアルコール類等の有機溶剤が必要に
応じて添加される。

【０１８６】実施例のインクを形成する水溶性有機溶媒
としては、例えば、ポリエチレングルコール，ポリプロ
ピレングリコールなどのポリアルキレングリコール類；
エチレングリコール，プロピレングリコール，ブチレン
グリコール，トリエチレングリコール、１・２・８−ヘ
キサントリオール，ヘキシレングリコール，ジエチレン
グリコール等のアルキレン基が２−６個の炭素原子を含
むアルキレングリコール類；グリセリン；エチレングリ
コールメチルエーテル，ジエチレングリコールメチル
（またはエチル）エーテル、トリエチレングリコールモ
ノメチル（またはエチル）エーテル等の多価アルコール
の低級アルキルエーテル類；メチルアルコール，エチル
アルコール，ｎ−プロピルアルコール，イソプロピルア
ルコール，ｎ−ブチルアルコール，ｓｅｃ−ブチルアル
コール，ｔｅｒｔ−ブチルアルコール，イソブチルアル
コール，ベンジンアルコール，シクロヘキサノール等の
アルコール類；ジメチルホルムアミド，ジメチルアセト
アミド等のアミド類；アセトン，ジアセトンアルコール
等のケトンまたはケトンアルコール類；テトラヒドロフ
ラン，ジオキサン等のエーテル類；Ｎ−メチル−２−ピ
ロリドン，２−ピロリドン，１・３−ジメチル−２−イ
ミダゾリジノン等の含窒素環状化合物等をあげることが
できる。これらの水溶性有機溶剤は画像特性や吐出信頼
性を悪化させない量で含有することができる。好ましく
は多価アルコール類や多価アルコール類のアルキルエー
テル類であり、その含有量は、１〜３０重量％であるこ
とが望ましい。

【０１８７】この時、本実施例で使用されるインク中の
純水の量については５０〜９０％の間にあることが好ま
しい。

【０１８８】本実施例において使用する染料は直接染
料，酸性染料，塩基性染料，反応性染料，分散染料，建
染料等があげられる。これらの染料の含有量は液媒体成
分の種類、インクに要求される特性、記録ヘッドの吐出
量などに依存して決定されるが、一般的にはインクの全
重量に対して０．５〜１５重量％、好ましくは１〜７重
量％の範囲とされる。

【０１８９】この他のチオジグリコールや尿素（または
その誘導体）をインク中に添加することにより吐出特性
や目づまり（固着）防止効果が飛躍的に向上することが
わかった。これらの添加により染料のインク中への溶解
性が良化するためと考える。チオジグリコールや尿素
（またはその誘導体）の含有量は好ましくは１〜３０重
量％であり、必要に応じて添加することができる。

【０１９０】本実施例のインクの主成分はこれまでの通
りであるが、その他にポリビニルアルコール，セルロー
ス類，水溶性樹脂等の粘度調整剤；ジエタノールアミ
ン，トリエタノールアミン，緩衝液などのｐＨ調整剤、
防カビ剤などを本発明の目的を妨げない範囲において必
要に応じて添加することができる。

【０１９１】又、インクを帯電させるタイプのインクジ
ェットプリント装置に使用されるインクを調合するため
には、塩化リチウム、塩化アンモニウム、塩化ナトリウ
ム等の無機塩などの比抵抗調整剤が添加される。

【０１９２】（その他）なお、本発明は、特にインクジ
ェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために
利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段
（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エ
ネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録
ヘッド、記録装置において優れた効果をもたらすもので
ある。かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化が
達成できるからである。

【０１９３】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書，同第４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型，
コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特
に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持
されているシートや液路に対応して配置されている電気
熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急
速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加
することによって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せ
しめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結
果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体（インク）
内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成
長，収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐
出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信
号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が
行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐
出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信
号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書，同第
４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが
適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する
発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されて
いる条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことが
できる。

【０１９４】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口，液路，電気熱変換体
の組合せ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に
熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示す
る米国特許第４５５８３３３号明細書，米国特許第４４
５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるも
のである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通
するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示
する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギの圧
力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示す
る特開昭５９−１３８４６１号公報に基いた構成として
も本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの
形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録
を確実に効率よく行うことができるようになるからであ
る。

【０１９５】本発明においては、上記シリアルタイプの
ものであれば、装置本体に固定された記録ヘッド、ある
いは装置本体に装着されることで装置本体との電気的な
接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自
在のチップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自
体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタ
イプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効であ
る。

【０１９６】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加す
ることは本発明の効果を一層安定できるので、好ましい
ものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに
対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或
は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或
はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。

【０１９７】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して１個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては
黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備
えた装置にも本発明は極めて有効である。

【０１９８】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシ
ミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。

【０１９９】

【発明の効果】本発明は、上記各項目の説明で理解でき
たようにインクジェット用カートリッジのインク供給用
開口部上端より５ｍｍ以内の領域をインク液位とするこ
とで、適正負圧でインク供給安定性の高いインクジェッ
ト用カートリッジを得られるという効果を奏する。

【０２００】特にこのインク液位のコントロールを、気
液交換促進構造で行なうことによってより正確に適正領
域を得られるという効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のインク容器の一部を破断
して示した模式斜視図である。

【図２】図１の実施例の模式断面図である。

【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ）夫々は、本発明のカー
トリッジと供給管の結合例の説明図である。

【図４】本発明のより好ましい条件を説明するための比
較例の説明図である。

【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ）夫々は、本発明のイン
ク供給部の説明図である。

【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）夫々は、インク供給部
と微小連通部との位置関係を説明する説明図である。

【図７】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），
（ｆ）夫々は、微小連通部の構成説明図である。

【図８】（ａ）〜（ｈ）は、夫々、仕切り壁の微小連通
部側端部の形状説明図である。

【図９】（ａ）〜（ｆ）は、夫々、仕切り壁近傍の吸収
体端部状態の説明図である。

【図１０】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、環境変
化に対する吸収体内部の状態説明図である。

【図１１】本発明製造方法とインクジェットヘッドを説
明するための概略図である。

【図１２】本発明インクジェットカートリッジと、それ
を用いたインクジェットプリンタのブロック図である。

【図１３】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は第１収納
室内のインク液位による現象変化を示した説明図であ
る。

【図１４】更に他の実施例インクジェット用カートリッ
ジ本体の縦断面図である。

【図１５】図１４のインクジェット用カートリッジ本体
の横断面図である。

【図１６】図１４のリブの表面を示すインクジェット用
カートリッジ本体の断面図である。

【図１７】他の実施例のリブの表面を示すインクジェッ
ト用カートリッジ本体の断面図である。

【図１８】他の実施例のリブの断面形状を示す拡大横断
面図である。

【図１９】他の実施例のインクジェット用カートリッジ
本体の縦断面図である。

【図２０】他の実施例のインクジェット用カートリッジ
本体の横断面図である。

【図２１】他の実施例のリブの表面を示すインクジェッ
ト用カートリッジ本体の断面図である。

【図２２】比較例のインクジェット用カートリッジ本体
の縦断面図である。

【図２３】比較例のインクジェット用カートリッジ本体
の横断面図である。

【図２４】比較例のリブの表面を示すインクジェット用
カートリッジ本体の断面図である。

【図２５】比較例のリブの断面形状を示す拡大横断面図
である。

【図２６】負圧発生部材の圧縮率を調整した例を示す模
式図である。

【図２７】インク液位の最適領域を説明した説明図であ
る。

【図２８】他の実施例の最適インク液位を示した説明図
である。

【図２９】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、本発明
の要部変形例を説明する図である。

【図３０】（ａ），（ｂ）は、本発明インクジェット用
カートリッジの使用状態の傾斜可能範囲を説明するため
の断面図である。

【図３１】（ａ），（ｂ）は、本発明の最適実施例の形
状説明図である。

【図３２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、夫々本発明のプ
リント状態における変化を順に示す説明図である。

【図３３】本発明カートリッジの外壁に対する圧力状態
を説明する概念図である。

【図３４】本発明カートリッジの変形例の断面図であ
る。

【図３５】本発明の壁面厚さと外圧変形に伴うインク漏
れとの相関関係を示すグラフである。

【図３６】（Ａ），（Ｂ）は、本発明を実施したカート
リッジのカラータンク構成を示す斜視図である。

【図３７】本発明のインクジェットプリント装置の一例
を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１，１００１ インクジェット用カートリッジ ２，１００２ 開口部 ３，１００３ 負圧発生部材 ４，１００４ 負圧発生部材収容部 ５，１００５ 仕切り（リブ） ６，１００６ インク収容部 ７，１００７ インクジェット用カートリッジ底面（底
部材） ８，１００８ 連通部（隙間部） ９ インク １０，１０Ａ，１０Ｂ，１０１０ 大気連通部 １１ ジョイント部材 １２ 間隙 １４，１７，１０３１ 大気導入溝（気液交換促進機
構） １５ フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/175

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負圧発生部材を収容するとともに大気と
   の連通を得るための大気連通部と、インク供給用の開口
   部とを備えた第１収納室と、前記大気連通部から離れた
   位置に設けられた連通部のみを介して前記第１収納室に
   対して連通するが実質的に密閉状態で、前記第１収納室
   へ供給するためのインクを直接収納する第２収納室とを
   備え、前記連通部が前記第１および第２収納室を区分す
   る仕切り壁の端と該端に対向した内面との間に形成され
   たインクジェット用カートリッジにおいて、前記インク供給用の開口部は、前記仕切り壁に対面する
   側面に配置されているとともに、前記仕切り壁の第１収
   納室側には仕切り壁の途中から前記連通部に至る気液交
   換促進構造が設けられており、前記インクジェット用カ
   ートリッジの使用状態における前記気液交換促進構造の
   頂上部は、前記インク供給用の開口部の上端より５ｍｍ
   以上高い位置に設けられている ことを特徴とするインク
   ジェット用カートリッジ。
2. 【請求項２】 負圧発生部材を収容するとともに大気と
   の連通を得るための大気連通部と、インク供給用の開口
   部とを備えた第１収納室と、前記大気連通部から離れた
   位置に設けられた連通部のみを介して前記第１収納室に
   対して連通するが実質的に密閉状態で、前記第１収納室
   へ供給するためのインクを直接収納する第２収納室とを
   備え、前記連通部が前記第１および第２収納室を区分す
   る仕切り壁の端と該端に対向した内面との間に形成され
   たインクジェット用カートリッジにおいて、前記インク供給用の開口部は、前記仕切り壁の端に対向
   した内面に配置されているとともに、前記仕切り壁の第
   １収納室側には仕切り壁の途中から前記連通部に至る気
   液交換促進構造が設けられており、前記インクジェット
   用カートリッジの使用状態における前記気液交換促進構
   造の頂上部は、前記インク供給用の開口部面より５ｍｍ
   以上高い位置に設けられていることを特徴とする インク
   ジェット用カートリッジ。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のインク
   ジェット用カートリッジと、該インクジェット用カート
   リッジから供給されるインクを吐出するため のプリント
   ヘッドとを具えたことを特徴とするインクジェットヘッ
   ド。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のインクジェットヘッド
   を備えたインクジェットプリント装置であって、前記イ
   ンクジェットヘッドがプリント装置本体に対して着脱可
   能であることを特徴とするインクジェットプリント装
   置。