(57)【要約】【課題】気液分離膜の機械的強度を確保しつつ、インク遮断性能の向上と通気性能を確保すること。【解決手段】液体吐出手段との接続部と、所定のインク供給源と連結され内部にインクを補充するための補充口と、大気と連通する大気連通部とを形成して成るインクタンクの大気連通口に用いる気液分離膜に関する。気液分離膜はインクと接する面が非多孔膜で、それ以外は多孔膜の支持層である。多孔膜支持層の非多孔膜との接触面側の孔径は小さく、反対面の孔径は大きい非対称構造にする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空箱状を成す容器本体に、液体吐出手段との接続部と、所定のインク供給源と連結され内部にインクを補充するための補充口と、大気と連通する大気連通部とを形成して成るインクタンクであって、
前記大気連通部は、容器本体に形成した連通口と、この連通口を覆う気液分離膜とにより構成し、前記気液分離膜はインクと接する面が非多孔膜で、それ以外は多孔膜の支持層であることを特徴とするインクタンク。
【請求項２】
前記多孔膜の支持層の孔径が、前記非多孔膜との接触面側の孔径は小さく、反対面の孔径は大きい非対称構造であることを特徴とする請求項１記載のインクタンク。
【請求項３】
前記気液分離膜の少なくともインク側の表面層が撥水処理されていることを特徴とする請求項１記載のインクタンク。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のインクタンクと、このインクタンクの連結部に連結され前記インクタンクから供給される液体を吐出する液体吐出手段とから成ることを特徴とするヘッドカートリッジ。
【請求項５】
前記液体吐出手段は、液体を吐出するためのエネルギーを発生する素子として、前記液体に膜沸騰を生じさせるための熱エネルギーを発生させる電気熱変換体を有することを特徴とする請求項４記載のヘッドカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種記録分野に利用される液体（以下、「インク」とも言う）を液体吐出手段に供給するための液体貯蔵容器として利用可能なインクタンク及びこれを備えるヘッドカートリッジに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、インクジェット記録装置は、トナーを記録剤とするレーザービームプリンタ等に比べて小型軽量化が容易であり、安価に構成し得るという優位性を備えるため、小型な装置の出力装置としては最適なものとなっている。特に近年のデジタルカメラでは、撮影した映像をその場で記録し得るようにするため、カメラ本体に搭載する超小型インクジェット記録装置等が提案、実施されている。
【０００３】
こうした超小型インクジェット記録装置としては、インクを吐出する液体吐出手段と、この液体吐出手段に対して液体を供給する液体貯蔵容器とを一体的に接続したヘッドカートリッジを、キャリッジに対して着脱可能に搭載したものが知られている。この液体貯蔵容器は、少量のインクしか貯留し得ないため、こうした超小型インクジェット記録装置では、記録装置本体に設けられた液体供給源としてのメインタンクから頻繁に液体を補充するようにした所謂ピットイン方式を採ることも提案・実施されている。
【０００４】
上記ピットイン方式による液体貯蔵容器への液体の補充は、キャリッジを移動経路の端部等に設定された所定の補充位置へと移動させ、その位置にて液体貯蔵容器とメインタンクとを接続させるとともに、吐出ユニットに配列されている記録素子のインク吐出口にポンプに連結されているキャップを密着させる。その後、ポンプによって発生させた負圧をキャップ内に与え、その負圧によってインク吐出口からインクを吸引し、その吸引動作に伴って、メインタンクから液体貯蔵容器内へとインクを吸引して補充する。
【０００５】
こうした方式によってインクを補充する場合、所定量のインクを過不足なく液体貯蔵容器に補充することが必要である。特に、液体貯蔵容器に対して液体が過剰に補充されて大気連通部から溢れ出した（オーバーフローした）場合には、記録装置内部や記録媒体が汚損されるという重大な問題が発生する。
【０００６】
このため、従来では、過剰なインク供給を防止するため、次のような手段を講じていた。
【０００７】
（ａ）液体貯蔵容器の大気開放する部分（大気連通部）に逆止弁を設け、気体を大気に開放しつつ液体を充填させ、液体貯蔵容器が満杯状態を越えた場合にインク溢れを防ぐように逆止弁の開閉制御を行ってインクを充填する。
【０００８】
（ｂ）気体は通過させるがインク等の液体は通過させない気液分離膜を大気連通部に貼着し、液体貯蔵容器へのインク補充の際にこの膜の撥水性と通気性とによって内部の空気を排除しつつインクを充填させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記（ａ），（ｂ）の手段には、未だ次のような問題がある。
【００１０】
即ち、上記（ａ）に述べた技術では、逆止弁や逆止弁の開閉制御等を行うためのシステムが必要となり、そのためのコストが掛かる。又、インク供給のためのシステムが複雑化し、小型化が困難になる。
【００１１】
又、上記（ｂ）で述べた技術においては、インク補充システムが気液分離膜を貼り付けることによってなされるので、コストが掛からず、小型化にも優れているが、以下に示す特徴と問題がある。
【００１２】
気液分離膜には第１、第２の２つの種類があり、それぞれに特徴がある。第１の種類における気液分離膜は、膜素材そのものに通気性（拡散）があることを利用するものであり、具体的には、気体と液体の膜内拡散差によってそれらを分離する。しかし、この原理では気体透過速度が遅く、様々な実用化の障害となっている。その対策としては、膜面積を大きくする方法がある。
【００１３】
しかしながら、膜面積を大きくすることは機構の複雑化及び巨大化を招き、又、重量も大きくなり、それを用いた装置の小型化や軽量化の障害となる。もう１つの対策として膜厚を極薄くする方法があるが、膜の機械的強度が弱いためにすぐに破れたり、製法的にはピンホールの発生したりするという問題がある。
【００１４】
以上から、第１の膜では実用化は困難である。
【００１５】
第２の種類における気液分離膜は、細かな通気孔があけられたフィルター状の多孔膜を利用するものである。一般的に液体には表面張力が存在し、これと共に毛管力が発生する。毛管力は、孔や管が狭ければ狭いほど強く働き、通気孔においても毛管力が働くため、その通気孔における液体の通過が阻止できる。一方、気体は、通気孔の断面積に反比例して流れが阻害されるものの、その通過は許容され、液体のように流れが遮断されることはない。その結果、細かな通気孔があけられたフィルター状の膜が気液分離膜として機能することになる。
【００１６】
前記第２の種類において、本発明者等は更なる検討、実験を行ったところ、インクの種類によっては、ピットインの繰り返しによって、所定量のインクが供給できないという不具合が発生する場合があることを見出した。
【００１７】
原因を分析したところ、多孔膜の気液分離膜を何回も使用すると（耐久試験）、気液分離膜内の一部にインクが入り込み、膜の特性を低下させる現象が見受けられた。
【００１８】
この不具合の解決方法として、インクの表面張力を調整して気液分離膜のインク遮断性能を確保する方法が考えられた。この方法は有効な方法であるが、近年、画像を構成するインクに対する要求は多岐に渡る傾向にあるため、インクの処方によらずに解決する方法が望まれるようになった。
【００１９】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、このような不具合を回避できるインクタンクとヘッドカートリッジを提供することを目的とする。
【００２０】
本発明の非多孔膜は、孔がなく気体を透過し、液体を遮断する性質を有しているが、気体を透過し易くするためには、気体透過性の高い素材を非常に薄くする必要がある。又、膜の破れを防ぐ機械的性質を確保する必要性から、気液分離膜は気体の透過性の高い素材から成る孔の無い薄膜と支持層として微細な孔の開いた多孔膜を用いる構造を採ることが好ましい。孔の無い薄膜部分の膜厚は、薄ければ薄いほど良いが、薄いとピンホールが発生するため、気体透過性が良くピンホールが発生しにくいという点で、０．０１μｍ〜５μｍの範囲が好ましい。更に好ましくは０．０１μｍ〜０．５μｍである。
【００２１】
支持層となる多孔膜は、気体を透過し、インクを透過しない性質を有する膜であることが好ましい。このような多孔膜として、ポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレン、ポリ弗化ビニリデン等の弗素含有ポリオレフィンを延伸法によって作製した膜が用いられる。これらの多孔膜は製法上、孔径が或る範囲内でばらつきを持ったものとなるため、孔径は平均孔径と称される。
【００２２】
多孔膜の平均孔径は、支持層として機能てできる程度に小さければ良いが、通常は０．０１μｍ〜１μｍが好ましい。
【００２３】
更に好ましくは、支持層となる多孔膜は、気体の透過抵抗が小さく非多孔膜の機械的性質を上げることが必要であるので、非多孔膜の接触面の孔は小さく、反対面は孔の大きな非対称造を有することが好ましい。
【００２４】
このような非対象構造の孔の開いた多孔膜として、ポリイミド、ポリサルフォン、ポリアミド等の樹脂を含む有機溶液をポリエステル等から成る不織布又はタフタに塗布し、これを樹脂を溶解しない溶剤中に浸漬する相転換法又は湿式製膜法によって得られる非対称多孔膜が挙げられる。
【００２５】
非対称多孔膜への気体透過性の高い薄膜（非多孔膜）の形成方法は、気体透過性の高い素材を有機溶媒に溶解し、該溶液を非対称多孔膜上に塗布したり、プラズマＣＶＤ等の真空成膜技術を用いて形成することができる。
【００２６】
更に、撥水処理として、少なくともインクと接する面に例えば弗素系ポリマを塗布するか、弗素系モノマを放電等により表面上に重合させる等することによりインク遮断性能を高めることができる。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明に係るインクタンクの一形態においては、中空箱状を成す容器本体に、液体吐出手段との接続部と、所定のインク供給源と連結され内部にインクを補充するための補充口と、大気と連通する大気連通部とを形成して成る液体貯蔵容器であって、前記大気連通部は、容器本体に形成した連通口と、この連通口を覆う気液分離膜とにより構成し、前記気液分離膜はインクと接する面が非多孔膜で、それ以外は多孔膜の支持層であることを特徴とする。
【００２８】
又、この発明に係るインクタンクの一形態においては、中空箱状を成す容器本体に、液体吐出手段との接続部と、所定のインク供給源と連結され内部にインクを補充するための補充口と、大気と連通する大気連通部とを形成して成る液体貯蔵容器であって、前記大気連通部は、容器本体に形成した連通口と、この連通口を覆う気液分離膜とにより構成し、前記気液分離膜はインクと接する面が非多孔膜で、それ以外は多孔膜の支持層であり、多孔膜の支持層の孔径が非多孔膜との接触面の孔径は小さく、反対面は孔径が大きい非対称構造であることを特徴とする。
【００２９】
又、本発明にかかるインクタンクの一形態においては、中空箱状を成す容器本体に、液体吐出手段との接続部と、所定のインク供給源と連結され内部にインクを補充するための補充口と、大気と連通する大気連通部とを形成して成る液体貯蔵容器であって、前記大気連通部は、容器本体に形成した連通口と、この連通口を覆う気液分離膜とにより構成し、前記気液分離膜はインクと接する面が非多孔膜で、それ以外は多孔膜の支持層であり、前記気液分離膜の少なくともインク側の表面層が撥水処理されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、容器本体における大気連通部を、連通口とこの連通口を覆う気液分離膜とにより形成するとともに、前記気液分離膜をインクと接する面が非多孔膜で、それ以外は多孔膜の支持層にすることで、インクの遮断性を完全なものにすることができる。又、多孔膜の支持層の孔径が、前記非多孔膜との接触面側の孔径は小さく、反対面の孔径は大きい非対称構造にすることで、気液分離膜の機械的性質の向上と通気性能の確保の両立が得られ、これによって、信頼性と性能に優れたインクタンクとヘッドカートリッジが実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３２】
＜実施の形態１＞
図１は本発明に係る液体貯蔵容器の第１の実施形態における構成を示す一部破断斜視図である。
【００３３】
図１において、１は液体を吐出するための吐出ユニット（液体吐出手段）であり、液体を吐出する周知の記録素子が複数配列されている。本実施の形態においては、吐出ユニット１内に形成された共通液路から各記録素子に供給された液体を、各記録素子内に配設された電気熱変換素子を駆動することによって吐出させるものとなっている。即ち、各記録素子は、通電によって電気熱変換素子にジュール熱を生させ、そのジュール熱によってインクに膜沸騰を発生させて液路内に気泡を発生させ、その気泡の発生エネルギーによってインクを電気熱変換素子から吐出させる所謂バブルジェット（登録商標）吐出方式を採るものとなっている。尚、前記吐出ユニット１から吐出する液体としては、記録媒体上で視認させることを目的として吐出される液体（色材）と、この色材の浸透状態等を調整する目的で吐出される液体（記録性向上液）とがあるが、以下の説明ではこれら液体をインクとも呼ぶ。
【００３４】
Ｔは吐出ユニット１の各記録素子に連通する共通液室へとインクを供給する液体貯蔵容器であり、次のように構成されている。
【００３５】
即ち、この液体貯蔵容器Ｔにおいて、２は中空箱状（中空直方体形状）を成す貯蔵部２である。この貯蔵部２の底部には、内部に貯蔵されたインクＩｎを吐出させる管状の補充口３と、前記吐出ユニット１の上面に突設された円筒状の接続部１ａが密接した状態で嵌挿される接続孔（接続部）４が形成されている。尚、吐出ニユット部１の接続部１ａは共通液室に連通しており、前記接続部１ａが吐出ユニット１の接続孔４に嵌挿されることにより、貯蔵部２内のインク貯留空間と吐出ユニット１の共通液室とが連通する。
【００３６】
又、前記液体貯蔵容器Ｔの貯蔵部２の上面には、大気連通口（連通口）５が形成されている。一方、６は前記液体貯蔵容器Ｔの上面に固定された蓋部である。この蓋部６には、蓋部６の底面に開口部７ａを有する連絡室７と、この連絡室７から蓋部６の側面に至る大気連通路８とが形成されている。又、連絡室７の開口部７ａには、図３（ａ）に断面図を示すような、インクと接する面が非多孔膜で、それ以外は多孔膜の支持層であり、その孔径が、非多孔膜との接触面側の孔径は小さく、反対面の孔径は大きい非対称構造であるような気液分離膜９が固定されている。蓋部６が貯蔵部２に固定された時、前記気液分離膜９が前記大気連通口５を完全に覆うようになっている。尚、この大気連通口５と気液分離膜９とによって大気連通部が形成されている。この気液分離膜は、樹脂成形された蓋部材の所定部分を加熱溶融することで、確固に固定されている。
【００３７】
順を追って製作方法を説明する。
【００３８】
先ず、気液分離膜の支持層となる多孔膜を作製する。
【００３９】
ポリサルフォンをジメチルホルムアミドに溶解してポリエステルタフタ上に該溶液を塗工し、水凝固浴に浸漬してポリサルフォンの孔径が非対称な多孔膜を作製した。
【００４０】
本実施の形態では、厚さが０．１２ｍｍ、片面側の孔径が０．０１μｍで他面側が１μｍであり、連続的に孔径が変化している非対称多孔膜が得られた。
【００４１】
次に、多孔膜の孔径が小さい方の面に、孔部を塞ぐように弗素系の撥水層を極薄く形成した。
【００４２】
本実施の形態では、撥水層が形成されている一方の面９ａは、貯蔵部２の上面部に対向する面（下面）であり、インク接触面となっている。
【００４３】
尚、この蓋部６と貯蔵部２とにより液体貯蔵容器Ｔの容器本体が構成され、更に、この液体貯蔵容器Ｔと吐出ユニット１とによってインクヘッドカートリッジＨＣが構成されており、このヘッドカートリッジＨＣがインクジェット記録装置のキャリッジに対して着脱可能に搭載されるようになっている。
【００４４】
以上のように構成された液体貯蔵容器Ｔを備えたインクジェット記録装置において、容器本体Ｔ内へとインクを補充する場合には、先ず、キャリッジと共に容器本体Ｔが所定の補充位置へと移動し、補充口３に供給源に接続されているインク供給用の管を挿入し、次いで、
気体連通路１０に接続されるポンプによって負圧を発生させる。このポンプに連通している多孔質部材は通気性を有しているため、本体Ｔ内にも負圧が発生し、その負圧によってインク供給源からインク補充口３を介してインクが流入する。
【００４５】
又、本実施の形態において使用する気液分離膜９は、上記のように通気性を有する反面、下面９ａから上面側へのインクの浸透を阻止するため、液体の通過を完全に遮断する気液分離弁として機能する。従って、インク補充動作が進み、補充位置が貯蔵部２の上面、即ち、蓋体５に貼り付けられている気液分離膜９の９ａ面に達すると、それ以上のインクの導入は遮断される。
【００４６】
こうして作製したヘッドカートリッジに対して耐久試験を行い、気液分離膜を何回も使用させて機能を確認した。すると、従来、表面張力の小さいインクを用いた場合に発生することのあった気液分離膜内の一部にインクが入り込み、膜の特性を低下させるという現象は見受けられず、各種インクを取り替えて耐久試験を行っても、同様に気液分離膜の特性低下は見られなかった。
【００４７】
＜実施の形態２＞
ところで、上記実施の形態１においては、図３（ａ）に示すように、支持層である多孔質部を非対称構造としたが、多孔質部は、図３（ｂ）に示すほぼ同一な孔径の多孔質膜を支持層として用いることも可能である。
【００４８】
ここでは、気液分離膜の支持層となる多孔膜は市販のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）多孔膜である、住友電工製商品名ポアフロンメンブレンの平均孔径０．２μｍで膜厚が８０μｍのものを用いた。
【００４９】
次に、多孔膜の片側の面に、孔部を塞ぐように弗素系の撥水層を極薄く形成した。
【００５０】
本実施の形態では、撥水層が形成されている一方の面９ａは、貯蔵部２の上面部に対向する面（下面）であり、インク接触面となっている。
【００５１】
以下、実施の形態１と同様に作製したヘッドカートリッジに対して耐久試験を行い、気液分離膜を何回も使用させて機能を確認した。すると、実施の形態１と同様に  気液分離膜内の一部にインクが入り込み、膜の特性を低下させる現象が見受けられず、各種インクを取り替えて耐久試験を行っても、同様に気液分離膜の特性低下は見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る液体貯蔵容器のの概略斜視図である。
【図２】図１に示す液体貯蔵容器にインクを補充しつつある状態を示す図であり、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】気液分離膜の構造を模式的に示す図であり、構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
ＨＣ  ヘッドカートリッジ
Ｔ    容器本体
１    吐出ユニット
２    貯蔵部
３    補充口
４    接続部
５    大気連通口
６    蓋部
７    連絡室
８    大気連通路
９    気液分離膜
１０  気体連通路
１５  インク
【図１】
2006044004.tif 000003
【図２】
2006044004.tif 000004
【図３】
2006044004.tif 000005