JP5016849B2 - インクジェット記録装置用インクタンク - Google Patents

Description

本発明は、気体の透過を抑制し、柔軟でインクの使用効率が高く、小型のインクジェット記録装置に好適なインクジェット記録装置用インクタンクに関する。

インクジェット記録装置において、印加される電気信号に伴いインクを液滴として飛翔させるインクジェット記録ヘッドへのインクの供給はインクタンク又はインクカートリッジと呼ばれるインク溜めからインク流路を経由して行う。インクの供給においては、記録ヘッドに対する適正な負圧を維持すること、インクの蒸発を防ぎ物性変化を防ぐこと、インク内に泡の発生や混入を抑制しインクの配送をスムースに行うことが要請される。

インクの供給システムにおいてインクの蒸発抑制に着目すれば、例えばインクの揮発成分が数パーセント蒸発することにより、実質的なインク使用可能量が減るだけではなく、粘度が上昇しインクジェット記録ヘッドからの吐出がスムースに行かなくなる。また、揮発しやすい成分が優先的に蒸発し、極性溶媒と非極性溶媒の割合が変動すると、分離を生じる場合もある。このような変質が生じたインクにより画像出力を行うと、紙などに付着後のインクの乾燥に長時間を要し、インクの泳動が起る結果、混色や画像の解像度が低下する等の問題が生じる場合がある。

インクタンクのインク貯留部の材質には、一般にプラスチックが用いられている（特許文献１）。ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂は、化学的に安定であり、廉価であり射出成形等により容易に成形可能であることから、多用されている。高衝撃ポリスチレン、ノリル樹脂、ポリサルフォン等も、気体の透過率がオレフィン系樹脂より高く、耐蒸発性は若干低下するものの、オレフィン系樹脂より機械的強度が必要とされる場合に用いられている。更に、このようなプラスチック製の袋をインクの貯留部に用いた場合、収納するインクが顔料沈降系で定期的に攪拌する必要がある場合であっても、容易に外力を与え攪拌することができる。

しかしながら、このようなプラスチック製袋のインク貯留部においては、これらの樹脂が気体を透過させることから、インクの揮発によって、又はインクの消費に伴い生じる内部空間に外気が侵入することに起因する問題が生じる。例えば、図７に示すように、外容器７０１と、その内部に収納されるプラスチック製のインク貯留部７０２を有するインクタンクにおいて、インク７０３を収納するインク貯留部にインク成分から揮発した気体の泡７０４が発生する（図７（ａ））。この泡に接触するインク貯留部の部分７０５において、外気７０６が侵入し泡７０４が増大し（図７（ｂ））、更に泡の体積が増大し続け、内圧が上昇する（図７（ｃ））。最悪の場合、インク貯留部７０２が内圧に耐え切れず破損する場合もある。

このプラスチック製袋へ外気が侵入するメカニズムは、インク貯留部内部の泡７０４中のインク成分の蒸気濃度と外気中のインク成分の蒸気濃度の差に伴い生じる浸透圧によることが知られている。

△Ｐ＝（ｎ１−ｎ２）ＲＴ
ｎ１：インク貯留部内のインク蒸気モル濃度［ｍｏｌ／ｌ］
ｎ２：外気中のインク蒸気モル濃度［ｍｏｌ／ｌ］
Ｒ：気体定数（０．０８２［（ａｔｍ／Ｋ）・ｍｏｌ］
△Ｐは、具体的には、インク貯留部内外のインク成分の蒸気圧差を緩和する作用、即ち内部のインク成分のモル分率を薄めようとする作用により、外気が袋部材を透過しインク貯留部内部へ侵入する。しかしながら、インク貯留部内部のインク成分の蒸気圧は外気におけるインク成分の蒸気圧より充分に高く、上記式における△Ｐは半永久的に存在し、半永久的に空気の流入が継続することになる。

このような樹脂製袋のインク貯留部への外気の侵入に対し、二重構造の壁を用いてインク貯留部内外の蒸気密度差を段階的に下げる方法が報告されている（特許文献２）。

また、プラスチック樹脂製袋のインク貯留部の場合、気体の透過率が小さい物質を選択する、アルミ等の金属膜を積層し気体透過率の低下を図り、いわゆるラミネートフィルム等が用いられている。

しかしながら、このようなラミネートフィルムは上記外気の流入防止効果を充分得るためには、最低でも５０μｍ程度の厚さのあるプラスチックフィルムと１０μｍ程度のアルミニウム箔が必要となり、極めて硬く曲げにくい素材となってしまう。その結果、インクの消費に伴いインク貯留部の容積を減少させることが困難となり、収納したインクを総て使用することができない、所謂使いきりが悪いという問題がある。

また、バネの力を利用してインク袋を広げることにより、インクに負圧を付与するインクタンクの場合、ラミネートフィルム製のインク袋では機械的剛性が高く、インクの消費に伴いインク袋の容積を調整することが困難である。その結果、インクに負荷される負圧が不安定となる傾向がある。更に、ラミネートフィルムの場合、廃棄処分において分別処理が困難であるところから、資源保護の点で問題がある。
特開平７−３２３５７０号公報 特開平６−１３５０００号公報

本発明の課題は、樹脂製インク貯留部であっても気体の透過を抑制することができ、インクを安定して負圧できる柔軟性を備え、資源保護にも優れ、設計自由度が大きく小型で廉価なインクジェット記録装置にも適用可能なインクタンクを提供することにある。

本発明者らは、プラスチック製インク貯留部の内面または外面に、繊維、発泡体、ゲル等の液体を保持可能な液体保持部材を有する被覆層を備えることにより、インク貯留部と外気間の気体の流入出を抑制することができることを見い出した。かかる知見に基づき、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、プラスチック製のインク貯留部を有するインクジェット記録装置用インクタンクにおいて、インク貯留部が、内面にインクを保持可能な液体保持部材を含む被覆層を有することを特徴とするインクジェット記録装置用インクタンクに関する。

また、本発明は、プラスチック製のインク貯留部を有するインクジェット記録装置用インクタンクにおいて、インク貯留部が、外面に液体を保持可能な液体保持部材を含む被覆層を有することを特徴とするインクジェット記録装置用インクタンクに関する。

本発明のインクジェット記録装置用インクタンクは、樹脂製インク貯留部であっても気体の透過を抑制することができ、インクを安定して負圧できる柔軟性を備え、資源保護にも優れ、設計自由度が大きく小型で廉価なインクジェット記録装置にも適用できる。

本発明のインクジェット記録装置用インクタンクは、インクを貯留する可撓性のインク貯留袋を備えるインクジェット記録装置用インクタンクにおいて、前記インク貯留袋は、プラスチックフィルムと、該プラスチックフィルムの内側を被覆する被覆層とによって構成されて、前記インク貯留袋に貯留されるインクと接触する被覆層は、該インクを吸収して保持するためのインク保持部材で形成されたことを特徴とする。

本発明のインクジェット記録装置用インクタンクとしては、内面にインクを保持可能なインク保持部材（液体保持部材ともいう。）で形成された被覆層を有するプラスチック製のインク貯留袋（インク貯留部ともいう。）を備えたものであれば特に制限を受けるものではない。インクタンクの構成としては、インク貯留部と、このインク貯留部内に収納するインクをインクジェット記録装置のインクジェット記録ヘッドへ供給する流路へ導出するための導出部とを有するものを挙げることができる。また、インク貯留部の可撓性を有する袋を支持する外装体等を有していてもよい。

上記インク貯留部はプラスチック製であり、形状としては袋状であって、可撓性を有し、インクに負圧を付加することが容易である。インク貯留部を形成するプラスチックの材質としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂いずれであってもよく、具体的には、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、エチレンビニル共重合体等を挙げることができる。

インク貯留部の内面に設ける被覆層に含まれる液体保持部材としては、インク貯留部の内面にインクを保持することができるものであればいずれのものであってもよく、柔軟でインクに対して化学的安定性を有するものであることが好ましい。具体的には、ウレタンフォーム等の発泡体、天然繊維または合成繊維等の織物、不織布等の繊維体、タンパク質膜などゲル状物質を挙げることができる。液体保持部材が発泡体や繊維体を含む場合、インクに含まれる水等が揮発して、又はインクの消費に伴いインク貯留部に内部空間が形成される。この空間に接触する部分の被覆層に含まれる発泡体や繊維体等の液体保持部材の毛管作用によりインク液を上昇させ内部空間部分のインク貯留部の内面上にインク層を形成する。このインク層により、インク貯留部内の内部空間と外気間における気体の流入出を抑制することができる。

また、上記被覆層に含まれる液体保持部材がゲル状物質を含む場合、インク貯留部に内部空間が形成された場合であっても、ゲル状物質が保持するインクにより、上記と同様にインク貯留部内の内部空間と外気間における気体の流入出を抑制することができる。液体保持部材に含まれるゲル状物質としては、タンパク質等を挙げることがき、これらを繊維体や発泡体に含ませて使用することもできる。

インク貯留部の外面に被覆層を設ける場合、これに用いる液体保持部材としては、上記発泡体、繊維体、ゲル状物質の他、水分、特に、外気中の水分を吸着する水分吸着剤を好ましいものとして挙げることができる。インク貯留部の外面に設ける被覆層に含まれる液体保持部材が発泡体、繊維体、ゲル状物質を含む場合は、これらに水分を供給することにより、インク貯留部外面に液層を形成し、インク貯留部内部空間と外気間における気体の流入出を抑制することができる。また、インク貯留部の外面に設ける被覆層の液体保持部材に用いる水分吸着剤としては、ポリアクリル酸ナトリウム塩を主成分とするポリマーや、塩化カルシウム等を挙げることができ、これらを繊維体や発泡体に付着させて使用することもできる。これらは外気中の水分を効率よく吸着するため、液体保持部材に水分の供給を行わずに、インク貯留部の外面に水層を形成することができ、これによりインク貯留部内部空間と外気間における気体の流入出を抑制することができる。

以下に、本発明のインクジェット記録装置用インクタンクを、図面を参照して具体的に詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらに限定されるものではない。
［実施例１］
本発明のインクジェット記録装置用インクタンクの一例として、図１、図２に示す交換型のインクカートリッジを例示することができる。図１（ａ）はインクカートリッジの概略斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）を破線で切開した概略斜視図、図２は図１（ｂ）の破線１１０における概略断面図を示す。インクカートリッジには、インク貯留部であるインク袋１０４と、インク袋を収納する外装体１０１と、その側面に設けられるゴム栓１０３と、ゴム栓１０３とインク袋１０４とを接続する導出管２０１とが設けられる。ゴム栓１０３に中空針１０２が挿入されることにより、インク袋とインクジェット記録ヘッドの吐出口間にインク流路が形成され、インク袋内のインク１０９が流路に導出されインクジェット記録ヘッドの吐出口から吐出できるようになっている。インクカートリッジ内には、図１（ｂ）に示すように、インク袋１０４を挟んで１対の引っ張りバネであるコイルバネ１０５が備えられ、その一端部分１０６はインク袋に、他端部分１０７は外装体の平行する１対の内壁面にそれぞれ接合されている。コイルバネ１０５によりインク袋１０４には外装体の内壁面へ引張られる力が負荷され、インク袋１０４内のインク１０９に外気に対して負圧が負荷されるようになっている。これにより、インクジェット記録装置のヘッドに適正な負圧が印加されたインクを供給できる。

このようなインクカートリッジのインク袋１０４は、プラスチックフィルム２０３の内側に接合層２０４により接合したインクを保持可能な液体保持部材を含む被覆層２０５を有する複合材２０２で構成される。この場合、被覆層がプラスチックフィルム２０３に融着可能である場合においては接合層を省略することもできる。プラスチックフィルム２０３としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、エチレンビニル共重合体等の成形体を挙げることができる。プラスチックフィルムの厚さとしては、その材質や収納するインクとの関連において、適宜選択することができる。具体的には、柔軟性を優先した場合ポリエチレン１５μｍ／ナイロン２０μｍ、ガスバリア性と強靭さを考慮した組合せは、ポリエチレン１０μｍ／ポリエチレンテレフタレート１０μｍが好適である。また、柔軟性とガスバリア性のバランスが取れた組合せとしてポリエチレン１５μｍ／ポリプロピレン１０μｍが好ましい。このほかにもインク袋の大きさや形状によってさまざまなフィルムを組み合わせて選択することが可能である。

被覆層２０５はインクを保持可能な液体保持部材を含むものである。液体保持部材としては、例えは、１〜４デニール程度のポリエチレン繊維製の不織布または布地等の繊維体を挙げることができる。このような繊維体を有する被覆層においては毛管力でインクを保持することができる。この他、液体保持部材として上記の発泡体やゲル状物質を含むものであってもよい。

このような被覆層においては、液体保持部材によりインク１０９を大量に保持する。このような被覆層において、インク袋１０４内部に気相２００が存在する場合、気相２００部分の被覆層にインクの表面下に存在する部分の被覆層を介して毛管力によりインクが供給される。従って、プラスチックフィルム２０３は、その間に介在するインク層によって内部の気相２００と隔てられ、直接接触しないため、プラスチックフィルムを気体が透過するのを抑制することができる。

以下に本発明のインク袋における内部空間と外気間の気体の流入出が抑制される機構を説明する。図３（ａ）に示す、先端をガス透過性の低いゴム栓３０５で密封したシリンジに、インク３０２（ｗ０）と空気３０３（容積ｖ０）を入れたポリプロピレン製の注射器３０１において、時間Ｔ＝０［ｈｒ］のときピストン３０４の先端はＬ０の位置にある。空気３０３はしばらくすると、インクの蒸気で飽和状態となる。

ｔ時間経過後（Ｔ＝ｔ［ｈｒ］）、図３（ｂ）に示すように、時間Ｔ＝０［ｈｒ］のとき先端がＬ０の位置にあったピストン３０４が後退し、シリンジ内の空気の量（容積ｖ１）が増加する（ｖ１＞ｖ０）。一方、インクの量（ｗ１）はｗ０とほぼ同量であり、外気への流出はほとんどないことが観察される。これは、注射器内外のインクの蒸気圧差により外気が注射器内部の空気中に侵入した結果であると考えられる。

次に、上記と同じ注射器を用い、図４（ａ）に示すように、全体をインク３０１中に浸漬して上記と同様に観察を行うと、注射器３０１はインクと空気の界面４０１より僅かに沈んだ位置に滞まる。Ｔ＝ｔ時間経過後の注射器においては、図４（ｂ）に示すように、空気３０３の量ｖ１はＴ＝０のときの空気の量ｖ０とほぼ同量であり、インクの量ｗ１もＴ＝０のときのインクの量ｗ０とほぼ同量である。このように、ｔ時間経過後であってもピストン３０４の移動は殆どなく、その先端位置Ｌ１はＬ０とほぼ同位置にある。ガス浸透圧差によるシリンジ内部への空気の侵入はインクの層により抑制される。これと同様の作用によりインク袋の内外の気体の流入出を抑制することができる。

このようにインク袋には、従来ガス侵入を防止する目的で設けていたアルミニウム等の金属層は不要となり、金属等の蒸着膜を用いない柔軟なプラスチックフィルムを使用することができる。柔軟なインク袋はインクの消費に伴い変形するため、内部のインクに負圧を容易に安定して負荷することを可能とし、インクの使いきりがよく、インクタンクとして使用効率が高くなる。一般的にインクジェット記録装置用のインクは高価であり、結果としてランニングコストの低減を図ることができる。

上記においてコイルバネを設けたものを例示したが、本発明のインクジェット記録装置用インクタンクにおいては、コイルバネは適宜負圧を負荷する必要に応じてその手段を変更して適宜選択することができ、また、負圧の負荷手段を設けないこともできる。

［参考例２］
本発明のインクジェット記録装置用インクタンクの参考例として、図５、図６に示す交換型のインクカートリッジを例示することができる。図５（ａ）はインクカートリッジの概略斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）を破線で切開した概略斜視図、図６は図５（ｂ）の破線５１０における概略断面図を示す。インクカートリッジには、内部に収納するインク貯留部であるインク袋５１１と、インク袋を収納する外装体５０１と、その側面に設けられるゴム栓５０３と、ゴム栓５０３とインク袋５１１とを接続する導出管５０６とが設けられる。ゴム栓５０３に中空針５０２が挿入されることにより、インク袋とインクジェット記録ヘッドの吐出口間にインク流路が形成され、インク袋内のインク５０９が流路に導出されインクジェット記録ヘッドの吐出口から吐出できるようになっている。

このようなインクカートリッジのインク袋５１１は、プラスチックフィルム５０７の外側に接合層５０４により接合したインクを保持可能な液体保持部材を含む被覆層５０５を含む複合材５０８で構成される。この場合、被覆層がプラスチックフィルム５０７に融着可能である場合においては接合層を省略することもできる。プラスチックフィルム５０７としては、具体的には、上記プラスチックフィルム２０３において例示したものと同一の材質、厚さを有するものを例示することができる。

被覆層５０５は水分を保持可能な液体保持部材を含むものである。液体保持部材としては、上記被覆層２０５において例示したものと同一の材質のものを、具体的に例示することができる。このような液体保持部材を含む被覆層５０５に保持する水分としては、水等を使用することができるが、インクジェット記録装置の使用開始時に生じる廃インクの一部又は全部を使用することもできる。このような被覆層５０５に保持される水分や廃インクを供給する手段を設けることができる。更に、外装体５０１に設ける大気連通口５００の開口径や数等を調整して設け、被覆層に保持される水分等の揮発量の調整を図り、被覆層５０５が常時湿潤している状態を保持することが好ましい。

更に、被覆層５０５に含まれる液体保持部材として、水分吸着剤を使用することができる。水分吸着剤としては、上記と同様のものを使用することができる。これらの水分吸着剤は外気中の水分を吸着することができるため、これを用いた被覆層において水分の供給手段を設ける必要がなく、好ましい。

このような被覆層においては、液体保持部材による水や廃インク等の層がプラスチックフィルム５０７の外面に形成される。このため、プラスチックフィルム５０７は、外気との間に介在する水や廃インク等の層によって隔てられ、直接接触しないため、インク袋５１１内部に気相５１２が存在する場合であっても、プラスチックフィルムを気体が透過するのを抑制することができる。本実施において、あらかじめ液体保持部材に水等を吸収させておいてもよいが、インクタンク外部から適宜水や廃インクを導入し、液体保持部材に吸収させてもよい。それにより、液体保持部材は常に水やインクを保持した状態となり、確実に気体の透過を抑制することが可能となる。

上記においてインク袋に負圧手段を設けないものを例示したが、コイルバネ等必要に応じてインク袋に負圧を負荷する手段を設けることができる。

本発明のインクジェット記録装置用インクタンクの一例を示す概略斜視図である。 本発明のインクジェット記録装置用インクタンクの一例を示す概略断面図である。 本発明のインクジェット記録装置用インクタンクの機能を説明する説明図である。 本発明のインクジェット記録装置用インクタンクの機能を説明する説明図である。 本発明のインクジェット記録装置用インクタンクの参考例を示す概略斜視図である。 本発明のインクジェット記録装置用インクタンクの参考例を示す概略断面図である。 従来例を示す断面図である。

符号の説明

１０１、５０１ 外装体
１０２、５０２ 中空針
１０３、５０３ ゴム栓
１０４、５１１ インク袋（インク貯留部）
１０５ コイルバネ
１０６、１０７ コイルバネ端部
１０９、５０９ インク
２００ 気相
２０１、５０６ 導出管
２０２、５０８ 複合材
２０３、５０７ プラスチックフィルム
２０４、５０４ 接合層
２０５、５０５ 被覆層

Claims (4)

1. インクを貯留する可撓性のインク貯留袋を備えるインクジェット記録装置用インクタンクにおいて、前記インク貯留袋は、プラスチックフィルムと、該プラスチックフィルムの内側を被覆する被覆層とによって構成されて、前記インク貯留袋に貯留されるインクと接触する被覆層は、該インクを吸収して保持するためのインク保持部材で形成されたことを特徴とするインクジェット記録装置用インクタンク。
2. 前記インク保持部材が発泡体を含むことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置用インクタンク。
3. 前記インク保持部材が繊維体を含むことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置用インクタンク。
4. 前記インク保持部材がゲル状物質を含むことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置用インクタンク。

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