(57)【要約】【課題】インク供給経路内に気泡が発生してもインクエンプティ検出精度が劣化しない画像形成装置を提供する。【解決手段】インクを貯留するインクタンクと、該インクタンクに貯留しているインクを印字ヘッドに供給するインク供給経路と、該インク供給経路内のインクの有無を検出する検出電極とを備えた画像形成装置であり、該画像形成装置は、上記インク供給経路に供給されるインク供給量が、１分間当たり１ｃｃ以下となるように設定されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを貯留するインク収納部と、該インク収納部に貯留しているインクを印字ヘッドに供給するインク供給経路と、該インク供給経路内のインクの有無を検出する検出電極とを備えた画像形成装置において、
上記インク供給経路に供給されるインク供給量が、１分間当たり１．０ｃｃ以下となるように設定されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
インクを貯留するインク収納部と、該インク収納部に貯留しているインクを印字ヘッドに供給するインク供給経路と、該インク供給経路内のインクの有無を検出する検出電極とを備えた画像形成装置において、
インクの動粘性をν（ｍ２／ｓ）、インク供給経路の直径をｄ（ｍ）、平均インク供給量をＱ（ｍ３／ｓ）とすると、
（４・Ｑ／（π・ｄ））／ν≦２
を満足することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
上記インク収納部内部に、インクを保持する多孔質のインク収納体を備えると共に、
上記インク供給経路内部にフィルタを備え、
上記印字ヘッドにおけるノズルのインク吐出口と上記インク収納部のインク供給口との間の水頭圧をＰｈ（Ｐａ）、上記インク収納部にインクがフル充填されているときにインクを上記インク供給口を介して上記印字ヘッドに供給しようとするときに生じるインク収納部の水頭圧をＰｉ（Ｐａ）、上記インク収納部におけるインクの粘性抵抗による圧力損失をＰμ（Ｐａ）、上記フィルタの濾過精度をＦ（ｍ）、上記印字ヘッドにおけるノズルの直径をＤＮ（ｍ）、上記インクの表面張力をη（Ｎ／ｍ）、上記インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度をＮ（個／ｍ）、上記インク収納部に収納される前に対する上記インク収納部に圧縮されて収納されたときの上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比をＲ、上記インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク吸収体の断面積をＳ（ｍ２）、上記インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク吸収体の高さをＬ（ｍ）とすると、
４・η／ＤＮ−｜Ｐｈ｜＞４・η／Ｆ’≧｜Ｐμ｜＋｜Ｐｉ｜
Ｐμ＝（ｋ／Ａ）・［μ・Ｌ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］・Ｑ
（但し、係数（ｋ／Ａ）＝４８５、
フィルタの開口が円形の場合はＦ’＝Ｆ、
その他の場合はＦ’＝√２・Ｆ）
を満足することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
上記インク供給経路内に、撥水性を有するフィルタを備えていることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
【請求項５】
インクを貯留するインク収納部と、該インク収納部に貯留しているインクを印字ヘッドに供給するインク供給経路と、該インク供給経路内のインクの有無を検出する検出電極とを備えた画像形成装置において、
上記インク供給経路内に、濾過精度の異なる２つのフィルタを備え、
上記インク供給経路における下流側のフィルタの濾過精度が上流側のフィルタの濾過精度よりも大きいことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
上記上流側のフィルタの濾過精度をＦ１（ｍ）、下流側のフィルタの濾過精度をＦ２（ｍ）とすると、
Ｆ１＜Ｆ２≦√２Ｆ１
を満足することを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【請求項７】
上記下流側のフィルタの濾過精度Ｆ２（ｍ）は、上記インク供給経路内に生じた気泡が上記上流側のフィルタを通過する際に発生する気泡の直径をＤＢ（ｍ）とすると、
Ｆ１＜Ｆ２≦ＤＢ
を満足することを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【請求項８】
上記上流側のフィルタおよび下流側のフィルタの少なくとも一方が、撥水性を有していることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【請求項９】
当該画像形成装置に着脱可能に設けられたインクカートリッジを備え、
上記インク収納部は、上記インクカートリッジに設けられていると共に、内部に、インクを保持する多孔質のインク吸収体が収納されたインク収納部を備え、上記インクの表面張力をη（Ｎ／ｍ）、上記インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度をＮ（個／ｍ）、上記インク収納部に収納される前に対する上記インク収納部に圧縮されて収納されたときの上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比をＲ、任意の姿勢でとり得る上記インク収納部のインク供給口に対する鉛直方向の最大高さのインクの水頭高さをｈ（ｍ）、インクの比重をγとすると、
η・Ｎ・Ｒ・Ｂ＞２・γ・ｈ
（但し、係数Ｂ＝４．０８×１０−４）
を満足することを特徴とする請求項１、２、５の何れか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクを貯留するインク収納部を備えた画像形成装置に関するものであり、より詳しくは、画像形成装置としてのインクジェット記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置は、記録用紙としてのシート上にインクを吐出することにより印刷を行う画像形成装置であり、一般的に、インクタンクを備えたインクカートリッジを備え、該インクカートリッジから、印字ヘッドにインクを供給することにより、該印字ヘッドから上記シート上にインクを吐出するようになっている。
【０００３】
このようなインクジェット記録装置を使用する場合、使用者は、インクカートリッジ内のインクが尽きた時点で該インクカートリッジを交換する必要がある。
このため、インクジェット記録装置は、インクカートリッジ内のインク残量を検出して使用者に知らせる必要がある。
【０００４】
そのため、インク残量を検出することができる様々なインクカートリッジが提案されている。例えば、特許文献１には、インクタンク中に、インクを吸収するインク吸収体フォーム材を内蔵するとともに、該インクタンクと印字ヘッドとを接続するインク供給経路内にフィルタを備え、該フィルタの下流側、すなわち、インク吐出口側に、上記インク供給経路内のインクの有無を検出する電極を備えているインクカートリッジが開示されている。
【０００５】
このようなインクカートリッジを用いたインクジェット記録装置は、インク吐出口側である印字ヘッド側から、上記フィルタを介してインクを吸い出すための負圧をかけることで、インクカートリッジから印字ヘッドにインクを供給する。
【０００６】
このようなインクカートリッジを用いたインクジェット記録装置は、上記電極間に流れる電流により、インク供給経路内のインクの有無を検出する。つまり、インクカートリッジ内のインク残量が少なくなると、インク供給経路内にインクが存在しなくなり、上記電極間に電流が流れなくなる。このため、上記電極間に電流が流れなくなった場合を検出してインクエンプティとしている。
【０００７】
しかしながら、上記したようにインク吐出口側である印字ヘッド側からフィルタを介してインクを吸い出すための負圧をかける場合、印字ヘッド側から空気を吸い込むと、印刷品位に影響を与える可能性がある。
【０００８】
このため、印字ヘッド側からの空気の混入防止策が種々提案されている。例えば特許文献２では、インク供給室内の気泡に作用する浮力をインクの流速による抗力よりも大きくなるように設定することにより、インク供給室内で気泡が成長することを防止している。
【０００９】
また、特許文献３は、インク供給経路内に、上流側から順に、インク漏れを防ぐ第１のフィルタと、第１のフィルタよりも網目の細かい、異物を除去するための第２のフィルタとを設けることを開示している。
【００１０】
【特許文献１】
特開平３−２８８６５４号公報（公開日：１９９１年１２月１８日）
【００１１】
【特許文献２】
特開２００２−３６５５７号公報（公開日：２００２年２月５日）
【００１２】
【特許文献３】
特開２００２−６７３５３号公報（公開日：２００２年３月５日）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、気泡は大きいほど潰れやすいことから、気泡を成長させない上記特許文献２に記載の技術では、潰れずに残った気泡がインク供給室内に混入するおそれがある。
【００１４】
さらに、上記特許文献２に記載の技術は、気泡が、インクエンプティの検出に影響を与えるという問題点を有している。
【００１５】
また、上記特許文献３に記載の技術は、第１のフィルタよりも網目の細かい第２のフィルタにより、細かな気泡が発生し、インクエンプティ検出の精度が劣化する場合があるという問題点を有している。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、インク供給経路内に気泡が発生してもインクエンプティ検出精度が劣化しない画像形成装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる画像形成装置は、上記課題を解決するために、インクを貯留するインク収納部（例えばインクカートリッジに設けられたインクタンク）と、該インク収納部に貯留しているインクを印字ヘッドに供給するインク供給経路と、該インク供給経路内のインクの有無を検出する検出電極とを備えた画像形成装置において、上記インク供給経路に供給されるインク供給量が、１分間当たり１．０ｃｃ以下に設定されていることを特徴としている。
【００１８】
本願発明者らの検討によれば、上記インク供給量が１分間当たり１．０ｃｃ以下に設定されていることで、インク供給時に上記インク供給経路内に気泡が発生しても上記検出電極のＳ／Ｎ比が低下しないことが確認された。したがって、上記の構成によれば、インク供給経路内に気泡が発生してもインクエンプティ検出精度が劣化しない画像形成装置を提供することができる。
【００１９】
本発明にかかる画像形成装置は、上記課題を解決するために、インクを貯留するインク収納部（例えばインクカートリッジに設けられたインクタンク）と、該インク収納部に貯留しているインクを印字ヘッドに供給するインク供給経路と、該インク供給経路内のインクの有無を検出する検出電極とを備えた画像形成装置において、インクの動粘性をν（ｍ２／ｓ）、インク供給経路の直径をｄ（ｍ）、平均インク供給量をＱ（ｍ３／ｓ）とすると、
（４・Ｑ／（π・ｄ））／ν≦２
を満足することを特徴としている。
【００２０】
上記の構成によれば、上記インク供給経路に供給されるインク供給量を、１分間当たり１．０ｃｃ以下とすることができるので、インク供給時に上記インク供給経路内に気泡が発生しても上記検出電極のＳ／Ｎ比の低下を防止することができる。したがって、上記の構成によれば、インク供給経路内に気泡が発生してもインクエンプティ検出精度が劣化しない画像形成装置を提供することができる。
【００２１】
本発明にかかる画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記インク収納部内部に、インクを保持する多孔質のインク収納体（例えばフォーム材）を備えると共に、上記インク供給経路内部にフィルタ（例えば上記インク収納部側のインク供給経路端部に設けられたフィルタ）を備え、上記印字ヘッドにおけるノズル（インク吐出ノズル）のインク吐出口と上記インク収納部のインク供給口との間の水頭圧をＰｈ（Ｐａ）、上記インク収納部にインクがフル充填されているときにインクを上記インク供給口を介して上記印字ヘッドに供給しようとするときに生じるインク収納部の水頭圧をＰｉ（Ｐａ）、上記インク収納部におけるインクの粘性抵抗による圧力損失をＰμ（Ｐａ）、上記フィルタの濾過精度をＦ（ｍ）、上記印字ヘッドにおけるノズルの直径をＤＮ（ｍ）、上記インクの表面張力をη（Ｎ／ｍ）、上記インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度をＮ（個／ｍ）、上記インク収納部に収納される前に対する上記インク収納部に圧縮されて収納されたときの上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比をＲ、上記インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク吸収体の断面積をＳ（ｍ２）、上記インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク吸収体の高さをＬ（ｍ）とすると、
４・η／ＤＮ−｜Ｐｈ｜＞４・η／Ｆ’≧｜Ｐμ｜＋｜Ｐｉ｜
Ｐμ＝（ｋ／Ａ）・［μ・Ｌ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］・Ｑ
（但し、係数（ｋ／Ａ）＝４８５、
フィルタの開口が円形の場合はＦ’＝Ｆ、
その他の場合はＦ’＝√２・Ｆ）
を満足することを特徴としている。
【００２２】
上記の構成によれば、インク供給時、特に、インクエンプティ直前におけるインク供給時にフィルタでリークする圧力を、上記印字ヘッドのノズルの臨界圧を越えることなく適宜管理でき、上記ノズルからの空気の吸い込みを防止することができると共に、インク供給経路に向かう異物を効果的に濾過することができ、上記ノズルによる吐出動作の信頼性を高めることができる。
【００２３】
本発明にかかる画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記インク供給経路内に、撥水性を有するフィルタを備えていることを特徴としている。
【００２４】
本願発明者らは、インク供給量が同じ場合でも、撥水性を有するフィルタを用いると、フィルタに撥水性を持たせていないときと比較して上記検出電極のＳ／Ｎ比が向上することを確認した。したがって、上記の構成によれば、インクの供給によりインクエンプティ検出精度が低下することを、より効果的に防止することができる。
【００２５】
本発明にかかる画像形成装置は、上記課題を解決するために、インクを貯留するインク収納部（例えばインクカートリッジに設けられたインクタンク）と、該インク収納部に貯留しているインクを印字ヘッドに供給するインク供給経路と、該インク供給経路内のインクの有無を検出する検出電極とを備えた画像形成装置において、上記インク供給経路内に、濾過精度の異なる２つのフィルタを備え、上記インク供給経路における下流側のフィルタの濾過精度が上流側のフィルタの濾過精度よりも大きいことを特徴としている。
【００２６】
本願発明者らの検討によれば、上記下流側のフィルタの濾過精度が上流側のフィルタの濾過精度よりも大きくなるように設定されていることで、インク供給時に上記インク供給経路内に気泡が発生した場合に上記検出電極のＳ／Ｎ比が低下することを防止することができることが確認された。
【００２７】
また上記下流側のフィルタの濾過精度が上記上流側のフィルタの濾過精度よりも小さくなればなるほど、上記上流側のフィルタにより作られた気泡が上記下流側のフィルタによりトラップされた後、該下流側のフィルタによって作られる気泡の直径も小さくなる。気泡は大きいほど潰れやすく、気泡の直径が小さくなるほどインク検出電極のＳ／Ｎ比が減少し、インクエンプティ検出精度が劣化する。
【００２８】
したがって、上記の構成によれば、インク供給経路内に気泡が発生してもインクエンプティ検出精度が劣化しない画像形成装置を提供することができる。
【００２９】
本発明にかかる画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記上流側のフィルタの濾過精度をＦ１（ｍ）、下流側のフィルタの濾過精度をＦ２（ｍ）とすると、
Ｆ１＜Ｆ２≦√２Ｆ１
を満足することを特徴としている。
【００３０】
上記下流側のフィルタの濾過精度Ｆ２を上記上流側のフィルタの濾過精度Ｆ１よりも大きくすると、そうでない場合と比較して上記下流側のフィルタによって作られる気泡の直径を大きくすることができる。しかしながら、上記下流側のフィルタの濾過精度Ｆ２が気泡の直径よりも大きくなると、インクが上記上流側のフィルタを通過することにより発生した気泡が、上記下流側のフィルタにトラップされず通り抜けてしまい、検出電極のＳ／Ｎ比が低下してしまう場合があり、この傾向は、上記Ｆ２がＦ１の√２倍より大きい場合に顕著となる。したがって、上記下流側のフィルタの濾過精度Ｆ２を上記上流側のフィルタの濾過精度Ｆ１の２倍よりも小さくすることで、検出電極のＳ／Ｎ比の低下をより効果的に防止することができ、インクエンプティ検出精度の低下をより効果的に防止することができる。
【００３１】
本発明にかかる画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記下流側のフィルタの濾過精度Ｆ２（ｍ）は、上記インク供給経路内に生じた気泡が上記上流側のフィルタを通過する際に発生する気泡の直径をＤＢ（ｍ）とすると、
Ｆ１＜Ｆ２≦ＤＢ
を満足することを特徴としている。
【００３２】
上記下流側のフィルタの濾過精度Ｆ２を上記上流側のフィルタの濾過精度Ｆ１よりも大きくすると、そうでない場合と比較して上記下流側のフィルタによって作られる気泡の直径を大きくすることができる。しかしながら、上記下流側のフィルタの濾過精度Ｆ２が気泡の直径ＤＢよりも大きくなると、インクが上記上流側のフィルタを通過することにより発生した気泡が、上記下流側のフィルタにトラップされず通り抜けてしまい、検出電極のＳ／Ｎ比が低下してしまう場合がある。
したがって、上記下流側のフィルタの濾過精度Ｆ２を気泡の直径ＤＢ以下とすることで、上記上流側のフィルタを通過することにより発生した気泡を、上記下流側のフィルタで確実にトラップすることができる。したがって、上記の構成によれば、検出電極のＳ／Ｎ比の低下をより効果的に防止することができ、インクエンプティ検出精度の低下をより効果的に防止することができる。
【００３３】
本発明にかかる画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記上流側のフィルタおよび下流側のフィルタの少なくとも一方が、撥水性を有していることを特徴としている。
【００３４】
本願発明者らの検討によれば、インク供給量が同じ場合でも、撥水性を有するフィルタを用いると、フィルタに撥水性を持たせていないときと比較して上記検出電極のＳ／Ｎ比が向上することが確認できた。したがって、上記上流側のフィルタおよび下流側のフィルタの少なくとも一方が撥水性を有していることで、インクの供給によりインクエンプティ検出精度が低下することを、より効果的に防止することができる。
【００３５】
本発明にかかる画像形成装置は、上記課題を解決するために、当該画像形成装置に着脱可能に設けられたインクカートリッジを備え、上記インク収納部は、上記インクカートリッジに設けられていると共に、内部に、インクを保持する多孔質のインク吸収体が収納されたインク収納部を備え、上記インクの表面張力をη（Ｎ／ｍ）、上記インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度をＮ（個／ｍ）、上記インク収納部に収納される前に対する上記インク収納部に圧縮されて収納されたときの上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比をＲ、任意の姿勢でとり得る上記インク収納部のインク供給口に対する鉛直方向の最大高さのインクの水頭高さをｈ（ｍ）、インクの比重をγとすると、
η・Ｎ・Ｒ・Ｂ＞２・γ・ｈ
（但し、係数Ｂ＝４．０８×１０−４）
を満足することを特徴としている。
【００３６】
η・Ｎ・Ｒ・Ｂが２・γ・ｈよりも大きければ、インクの表面張力ηの違いも考慮して任意の姿勢で生じるインクの最大水頭圧力以上の保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することをより確実に防ぐことができる。また、インクを連続吐出するときに、インク供給系の負圧を、印字ヘッドにおける、インクを吐出するノズル先端でのインクメニスカスにより生じるインクの吸引圧力未満とすることができ、インク供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまい、インク吐出動作不良となることを防止することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１ないし図２５に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００３８】
本実施の形態における画像形成装置としてのインクジェット記録装置は、図２に示すように、給紙部、分離部、搬送部、印刷部及び排出部から構成される。
【００３９】
給紙部は、印刷を行う際に記録用紙であるシート２０１を供給するものであり、給紙トレイ１０１及びピックアップローラ１０２よりなる。印刷を行わない際には、シート２０１を保管する機能を果たす。
【００４０】
分離部は、給紙部より供給されるシート２０１を、印刷部へ一枚ずつ供給するためのものであり、図示しない給紙ローラ及び分離装置よりなる。分離装置では、シート２０１との接触部分であるパッド部分とシート２０１との摩擦が、シート２０１・２０１間の摩擦より大きくなるように設定されている。また、給紙ローラでは、給紙ローラとシート２０１との摩擦が、パッドとシート２０１との摩擦や、シート２０１・２０１間の摩擦よりも大きくなるように設定されている。
そのため、２枚のシート２０１が分離部まで送られてきたとしても、給紙ローラによって、これらのシート２０１・２０１を分離し、上側のシート２０１のみを搬送部に送ることができる。
【００４１】
搬送部は、分離部より一枚ずつ供給されるシート２０１を、印刷部へと搬送するためのものであり、図示しないガイド板、及び搬送押えローラ１１１・搬送ローラ１１２等のローラ対よりなる。ローラ対は、シート２０１を印字ヘッド１とプラテン１１３との間に送り込む際に、印字ヘッド１からのインクがシート２０１の適切な位置に吹き付けられるように、シート２０１の搬送を調整する部材である。
【００４２】
印刷部は、搬送部のローラ対より供給されるシート２０１へ印刷を行うためのものであり、印字ヘッド１、この印字ヘッド１を搭載したキャリッジ２、キャリッジ２を案内するための部材であるガイドシャフト（キャリッジ保持シャフト）１２１、印字ヘッド１にインクを供給するインクカートリッジ２０、及び印刷時にシート２０１の台となるプラテン１１３、インク供給チューブ４からなるインク供給経路３より構成される。インク供給チューブ４からなるインク供給経路３は、上記印字ヘッド１とインクカートリッジ２０とを接続し、インク流路として、インクカートリッジ２０から印字ヘッド１にインクを供給する。このうち、印字ヘッド１、インク供給チューブ４からなるインク供給経路３、及びインクカートリッジ２０は、後述するインク供給装置１０を構成する。
【００４３】
排出部は、印刷が行われたシート２０１をインクジェット記録装置の外へ排出するためのものであり、排出ローラ１３１・１３２及び排出トレイ１３４よりなる。
【００４４】
上記構成を備えたインクジェット記録装置は、次のような動作によって印刷を行う。
【００４５】
まず、図示しないコンピュータ等から、画像情報に基づく印刷要求が、インクジェット記録装置に対してなされる。印刷要求を受信したインクジェット記録装置は、給紙トレイ１０１上のシート２０１を、ピックアップローラ１０２によって給紙部より搬出する。
【００４６】
次に、搬出されたシート２０１は、給紙ローラによって分離部を通過し、搬送部へと送られる。搬送部では、搬送押えローラ１１１・搬送ローラ１１２のローラ対によって、シート２０１を印字ヘッド１とプラテン１１３との間へと送る。
【００４７】
そして、印刷部では、印字ヘッド１におけるインクノズル部である吐出ノズル（インク吐出ノズル）１ａ（図２１参照）よりプラテン１１３上のシート２０１へ、画像情報に対応してインクが吹き付けられる。この時、シート２０１はプラテン１１３上で一旦停止されている。インクを吹き付けつつ、キャリッジ２は、ガイドシャフト１２１に案内されて、主走査方向に渡って一ライン分走査される。
【００４８】
それが終了すると、シート２０１は、プラテン１１３上で副走査方向に一定の幅だけ移動させられる。印刷部において、上記処理が画像情報に対応し継続して実施されることにより、シート２０１全面に印刷がなされる。
【００４９】
印刷が行われたシート２０１は、インク乾燥部を経て、排出ローラ１３１・１３２によって用紙排出口１３３を通して排出トレイ１３４に排出される。その後、シート２０１は印刷物として使用者に提供される。
【００５０】
ここで、上記のインクジェット記録装置のインク供給装置１０について、図３〜図５に基づいて詳細に説明する。
【００５１】
図３に示すように、インク供給装置１０は、前述したように、印字ヘッド１、インク供給経路３及びインクカートリッジ２０を備えている。
【００５２】
図４（ａ）・（ｂ）に示すように、通常、インクカートリッジ２０にはインクを貯留する空間部を有するインク収納部としてのインクタンク２１が備えられている。本実施の形態のインクカートリッジ２０では、このインクタンク２１の内部（空間部）に、例えば、ポリウレタン樹脂製の多孔質保持体であるインク吸収体２２が備えられている。
【００５３】
そして、インクタンク２１の、例えば底面には、印字ヘッド１にインクを供給するためのインク供給チューブ４からなるインク供給経路３が設けられている。
【００５４】
該インク供給経路３内、具体的には、上記インクタンク２１側のインク供給経路３内の一部、好適には端部には、フィルタ２３が設けられ、上記インク供給チューブ４は、フィルタ２３形成側の、インク供給経路３端部（インク供給口３ａ）、すなわち、該インク供給チューブ４端部が、上記インクタンク２１の、例えば底面に設けられたインク供給口２４に挿し込まれるように上記インクタンク２１と接続されている。これにより、上記フィルタ２３形成側のインク供給チューブ４端部、すなわち、該インク供給チューブ４における上記フィルタ２３が形成されたインク供給経路３端部（インク供給口３ａ）は、インクタンク２１内に位置している。
【００５５】
また、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、上記インクタンク２１外のインク供給チューブ４には、該インク供給チューブ４を挟持するように、インク残量検出電極（検出器）としての一対の検出電極（電極部）２５・２５が設けられている。つまり、上記インクタンク２１外のインク供給経路３には、このインク供給経路３を挟持するように一対の検出電極２５・２５が設けられている。
【００５６】
上記インク供給装置１０は、印字ヘッド１側から、上記フィルタ２３を介してインクを吸い出すための負圧をかけることで、上記インクタンク２１内に貯留されているインクを印字ヘッド１に供給する。
【００５７】
上記印字ヘッド１は、例えば、全チャンネル連続駆動時に１分間当たり最大０．４９ｃｃ（０．４９×１０−６ｍ３）のインクを吐出し、吐出にともなって、同量のインクをインクタンク２１より吸引するようになっており、そのときのインク供給経路３にかかる圧力は、図３に示すように圧力ゲージ２６にて測定できるようになっている。また、印字ヘッド１とインクカートリッジ２０との配置は、例えば、印字ヘッド１の水頭（Ｐｈ；ヘッド水頭圧）が５０ｍｍ、インクタンク２１の水頭（Ｐｉ；タンク水頭圧）が３０ｍｍとなるように配置されている。なお、ここで、ヘッド水頭圧Ｐｈは、印字ヘッド１の吐出ノズル１ａ−インク供給口２４間の水頭圧を示す。また、タンク水頭圧Ｐｉは、上記インクタンク２１にインクがフル充填されているときにインクを上記インク供給口２４を介して上記印字ヘッド１に供給しようとするときに生じるインクタンク２１の水頭圧を示す。
【００５８】
なお、本実施の形態にかかるインク供給装置１０においては、上記インク供給経路３に供給されるインク供給量が、１分間当たり１．０ｃｃ以下（つまり、１．０×１０−６ｍ３以下）となるように設定されている。
【００５９】
上記のフィルタ２３は、図５に示すように、帯状の、例えばステンレス材を横糸および縦糸として用いて網状に編み込むようにして作成されている。また、上記の方法に限らず、例えば、エッチングにより、開口部を形成させた板状部材をフィルタ２３としてもよい。
【００６０】
そして、このインクカートリッジ２０では、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、フィルタ２３を介して、インク供給経路３に混入してきた空気によって、上記の検出電極２５・２５間のインクが押し出されたとき、すなわち、検出電極２５・２５間にインクがなくなったとき、その検出電極２５・２５極間には電流が流れないようになることを利用して、インクの残量、つまりインクのなくなり（インクエンプティ）を検出するようになっている。
【００６１】
以下に、インク残量を検出する過程における、インク供給経路３にかかる負圧と時間経緯との関係を、図６〜８に基づいて詳細に説明する。図６及び図７は、上記インクカートリッジ２０にインクを満たした状態からインクを継続して吐出したときの経過時間とインク供給経路３にかかる負圧との関係を示すグラフであり、図７は、図６に示す関係を模式的に示すグラフである。
【００６２】
まず、上記印字ヘッド１を駆動、すなわちインクタンク２１内のインクを消費するためにインク供給経路３に負圧をかけていくと、図６及び図７に示すように、インクの使用量の増加に伴って、インク供給経路３にかかる負圧も徐々に上昇していく。
【００６３】
ところが、インク残量が少なくなると、インク供給経路３にかかる負圧は、ある時点で急激に上昇し、最大値に達した後、低下する。これは、インク供給経路３に大きな吸引力がかかることによりフィルタ２３の開口部２３ａ（図５参照）に形成されていたインクのメニスカスが破れ、空気が吸入されて上記負圧の低下が起きたことを示している。
【００６４】
すなわちインク残量が減少するとともにインク吸収体２２のセル２２ａ（開口部、図１３等参照）に吸収されていたインクのメニスカスが後退し、インクの表面張力によりインク供給経路３にかかる負圧が徐々に増加する。そして、インク供給経路３にかかる負圧が、インク吸収体２２のセル２２ａの臨界圧、つまり、インクエンプティ時におけるインク吸収体２２による臨界圧力ＰＥを超えると、インクのメニスカスはフィルタ２３に到達し、フィルタ２３の開口部２３ａが、インク供給経路３にかかる負圧を支配するようになる。そして、インクのさらなる消費に伴って、インク吸収体２２と同様に、フィルタ２３の開口部２３ａにおけるインクのメニスカスが後退し、インクの表面張力により、インク供給経路３にかかる負圧が増加し、開口部２３ａの開口径による臨界圧力（フィルタ圧）、すなわち、フィルタ２３による臨界圧力（最大負圧）Ｐｍまで急激に上昇する。その後、上記印字ヘッド１からの吸引圧が上記フィルタ２３による臨界圧力Ｐｍを越えると、フィルタ２３の開口部２３ａに形成されていたインクメニスカスの表面が破れ、インク供給経路３に空気が吸入される。これにより、インク供給経路３にかかる負圧が低下する。
【００６５】
なお、インク供給経路３にかかる負圧の測定には、図８に示すように、インク残量を検出する過程におけるフィルタ２３と同条件となるように、インクを浸潤させた網目状のフィルタ（メッシュフィルタ）３１を、該フィルタ３１が蓋になるように接着したシリンダ３２に、インク供給チューブ４を接続してなる測定装置を使用した。
【００６６】
そして、上記シリンダ３２に接続したインク供給チューブ４を介して、図示しないポンプを用いて、フィルタ３１に浸潤させたインクを、インクの粘性抵抗による影響を除外するために、インク供給チューブ４からなるインク供給経路３内を流れるインクの流量（インク供給量）が１分間当たり０．０５ｃｃ（つまり０．０５×１０−６ｍ３）となるように吸引し、このときにフィルタ３１にかかる負圧を圧力ゲージ２６で測定することにより、インク供給チューブ４からなるインク供給経路３にかかる負圧を測定した。
【００６７】
また、この測定装置を用いた負圧の測定を、フィルタ２３の開口部２３ａ（網目）の大きさ（濾過精度Ｆ）、つまり、フィルタ３１の開口部の大きさを変えて行ってみたところ、図９に示すように、濾過精度Ｆが小さいほど、インク供給経路３にかかる負圧、すなわち、フィルタ２３（上記測定においてはフィルタ３１）にかかる負圧が高くなっている傾向がみられた。
【００６８】
そこで、次に、この傾向について、フィルタ２３（メッシュフィルタ）によるインク負圧の臨界圧力（最大負圧）Ｐｍと、フィルタ２３の濾過精度Ｆとの関係をグラフ（図１０）にすることにより検証した。
【００６９】
ここで、濾過精度Ｆは、フィルタ２３（メッシュフィルタ）の開口部２３ａの最短長さ（最小空隙幅）であると解釈できる。
【００７０】
表面張力η（Ｎ／ｍ）の液体でインクメニスカスを形成する直径ｄ（ｍ）の円形状の開口部における臨界圧力（表面張力による臨界圧力）Ｐｃ（Ｐａ）は、下記一般式（１）
Ｐｃ＝４η／ｄ                                            ・・・（１）
で広く知られている。
【００７１】
なお、本実施の形態において、一般式並びに実験式、関係式等の各式において、同じ記号は同じ物性を示すものとする。また、各式における計算値の算出単位についても、同じ記号は、同じ単位を示すものとする。
【００７２】
そこで、上記一般式（１）の直径ｄ（ｍ）にフィルタ２３の濾過精度Ｆ（ｍ）を代入することにより、臨界圧力Ｐｃ（Ｐａ）としてフィルタ２３による臨界圧力Ｐｍ（Ｐａ）を求めたところ、実測値に対して一般式（１）により得られる計算値が√２倍となり、フィルタ２３の濾過精度Ｆをそのまま代入すると、計算値と実測値との間に大きな齟齬が生じることが判明した。
【００７３】
これは、図５に示すように横糸と縦糸とで構成されるフィルタ２３の開口形状は円形ではなく、濾過精度Ｆは、フィルタ２３の開口部２３ａの最小空隙幅に依存するのに対して、フィルタ２３による臨界圧力Ｐｍは、フィルタ２３の開口部２３ａの最大空隙幅に依存するためであると考察される。
【００７４】
そこで、この考察に基づけば、フィルタ２３による臨界圧力Ｐｍ（Ｐａ）は、インクの表面張力η（Ｎ／ｍ）と、濾過精度Ｆ（ｍ）とを用いて、該濾過精度Ｆを√２倍に補正して、下記実験式（２）
Ｐｍ＝４η／（√２・Ｆ）                                  ・・・（２）
として表される。
【００７５】
そこで、縦軸を、フィルタ２３による臨界圧力Ｐｍ、すなわち、インク供給経路３にかかる負圧とし、横軸を、フィルタ２３の濾過精度Ｆとして、図９に示す実測値並びに上記実験式（２）による計算値を用いて、フィルタ２３による臨界圧力Ｐｍと濾過精度Ｆとの関係をグラフにすると、図１０に示す結果が得られる。なお、図１０において、「△」は図９に示す実測値を示し、実線は上記実験式（２）による計算値を示す。
【００７６】
図１０に示す結果から、実測値と実験式（２）による計算値とはほぼ合致し、前記した傾向は正しいことが判った。すなわち、図９および図１０に示す結果から、フィルタ２３による臨界圧力Ｐｍは、フィルタ２３の開口部２３ａの大きさに依存することが判った。
【００７７】
このため、本実施の形態では、図７に示すように、インク供給経路３にかかる負圧がフィルタ２３による臨界圧力Ｐｍとなり、フィルタ２３の開口部に形成されているインクのメニスカス（インク液面）が破れて検出電極２５・２５からなる電極部に空気が到達し、該検出電極２５・２５による検出抵抗値が所定の値以上となったときを、インクタンク２１が実質的に空、つまり、インク残量のエンプティとし、インクのメニスカスが破れる臨界圧力である上記フィルタ２３による臨界圧力Ｐｍが所定の値を越えないように制御している。
【００７８】
本実施の形態では、インク残量のエンプティ時にインク供給経路３にかかる負圧について種々の実験を行った結果、インク供給系の負圧（インク吸収体２２もしくはフィルタ２３の臨界圧力）を２．０ｋＰａ以下とした。
【００７９】
これは、例えばインクを連続吐出するときに、インク供給系の負圧（インク吸収体２２もしくはフィルタ２３の臨界圧力）が２．０ｋＰａ以下でなければ、インク供給系に発生する負圧によりフィルタ２３の開口部に形成されているインクのメニスカスが破れて空気が電極部に到達してエンプティと判断する前に、図２１および図２２に示すように、印字ヘッド１の吐出ノズル１ａの先端部（ノズル先端）よりインクのメニスカス（インク液面）が後退しすぎて該ノズル先端より空気を吸入してしまうという問題が生じ、インク滴を正常かつ安定して吐出（供給）することができなくなるためである。
【００８０】
次に、インクカートリッジ２０におけるインク吸収体２２の最適化のための設計指針について、以下に説明する。
【００８１】
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、インクカートリッジ２０は、インク吸収体２２としてのフォーム材が収納されたインクタンク２１を備えるインクカートリッジ２０を備えている。このフォーム材の多孔質体にはインクが含浸されており、このフォーム材がインクタンク２１内に圧縮して収容されている。
【００８２】
多孔質内に保持されているインクは、インクカートリッジ２０に備えられたインク供給口２４である吐出ノズル１ａ（図２１参照）を通して毛管力によって、インクカートリッジ２０内から印字ヘッド１側へ排出される。
【００８３】
しかしながら、インクタンク２１における多孔質保持体に保持されているインクの保持力によっては、連続排出時にインク供給不足が発生したり、インクカートリッジ２０着脱時にインク漏れを起こす等の不具合が発生する。
【００８４】
この問題を解消するためには、インクの特性に応じたインク吸収体２２の設計指針が必要となる。そこで、本実施の形態では、インク並びにインクカートリッジ２０として、以下に示すインク並びにインクカートリッジを使用して実験を行い、該インクカートリッジ２０における安定負圧Ｐを測定し、設計指針の検討を行った。この実験の結果を表１に示す。なお、該実験に用いたインク並びにインクカートリッジ２０の諸条件は以下の通りである。
【００８５】
・インクの表面張力η＝０．０３（Ｎ／ｍ）  （＝３０ｄｙｎ／ｃｍ）
・インクの粘度μ＝０．０７（Ｐａ・ｓ）  （＝７ｃｐ）
・インク組成：Ｈ２Ｏ、顔料、ポリエチレングリコール
・インク吸収体２２（フォーム材）のセル密度Ｎ＝１．５７×１０３（個／ｍ）  （＝４０個／ｉｎｃｈ）
・インク吸収体２２（フォーム材）の材質：ポリウレタン
・インクカートリッジ２０内寸（幅Ｗ×奥行Ｖ×高さＬ）
Ｗ×Ｖ×Ｌ＝０．０１５×０．０７４×０．０３０（ｍ）
なお、インクカートリッジ２０（インクタンク２１）に収納した時のインク吸収体２２の外寸は、上記インクカートリッジ２０内寸に等しい。
【００８６】
また、表１における評価項目は下記の通りである。
【００８７】
・圧縮率Ｒ：インクカートリッジ２０に圧縮されて収納された時のインクカートリッジ２０に収納される前に対するインク吸収体２２（フォーム材）の体積比率
・セル密度Ｎ（個／ｍ）：インクカートリッジ２０に収納する前のインク吸収体２２（フォーム材）のセル密度
・圧縮時のインク吸収体２２（フォーム材）の実装セル密度Ｍ（個／ｍ）：インクカートリッジ２０に圧縮されて収納されている時のインク吸収体２２（フォーム材）の実装セル密度
・流量Ｑ（ｍ３／ｓ）：インクの流量
・効率（％）：インクカートリッジ２０からの総流出量（実際に使用可能なインク体積）÷インク充填量（充填インク体積）
・インク上限時安定負圧Ｐｕ（Ｐａ）：インクカートリッジ２０内のインクが上限まで充填されている時、すなわち満載の状態で所定のインク流量とした時に測定されたインクカートリッジ２０における安定負圧の実測値
・インク下限時安定負圧ＰＬ（Ｐａ）：インクカートリッジ２０内のインクが下限までしか充填されていない時、すなわち該インクカートリッジ２０内のインクが無くなる直前に所定のインク流量とした時に測定されたインクカートリッジ２０における安定負圧の実測値
【００８８】
【表１】
2004230667.tif 000003
【００８９】
なお、本実施の形態では、フィルタ２３の異物除去能力の点から、インクエンプティ時におけるインク吸収体２２による臨界圧力ＰＥ（以下、インク吸収体の臨界圧力と記す場合がある）及びフィルタ２３による臨界圧力Ｐｍ（以下、フィルタの臨界圧力と記す場合がある）が、Ｐｍ＞ＰＥを満たすように設定されている。そして、本実施の形態では、図７に示すように上記臨界圧力ＰＥ、Ｐｍ、並びに、インク供給経路３の圧力損失Ｐμ、タンク水頭圧Ｐｉが、Ｐｍ＞ＰＥ＞Ｐμ＋Ｐｉを満たすように設定されている。但し、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、インク供給系の設定の仕方によっては、上記大小関係が逆転する場合、もしくはフィルタ２３を用いない場合がある。
【００９０】
また、後で詳細説明するが、発生負圧の実測値を流体力学理論に基づき詳細検討した結果、インク上限時安定負圧Ｐｕは、インクの粘性抵抗による、流路すなわちインク供給経路３の圧力損失Ｐμに起因し、またインク下限時安定負圧ＰＬは、インクの表面張力ηに基づくものであることが判明した。
【００９１】
なお、上記測定においては、インクの保持力は、インクカートリッジ２０の高さ、インク吸収体２２（フォーム材）のセル２２ａのばらつき、及びインクカートリッジ２０にかかる振動を考慮して定める必要がある。これは、保持力が足りないと、特にインク上限時にインクカートリッジ２０の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じるためである。
【００９２】
例えば、インクカートリッジ２０の高さが３４ｍｍであれば、安全率を２とすると、インクの比重γは約１．０であるため、保持力は、水頭で６８（＝３４×２）ｍｍ、つまり０．６７ｋＰａ必要である。また、一般的に広く用いられているインクカートリッジの高さは概ね４０ｍｍ以下であり、このことから、０．８ｋＰａのインクの水頭圧に耐えることが必要とされる。
【００９３】
インクの保持力は表面張力ηに基づく毛管圧力であり、圧縮時のセル径を、直径ｄ（ｍ）の円形状の開口部とみなすと、圧縮時のインク吸収体２２（フォーム材）の実装セル密度Ｍ（Ｍ＝Ｎ・Ｒ；但し、厳密にはＭ≒Ｎ・Ｒ）（個／ｍ）より、圧縮時のセル径ｄ（ｍ）は、以下の関係式（３）
ｄ＝１／（Ｎ・Ｒ）                                        ・・・（３）
で表されることから、その臨界圧力ＰＥと、セル密度Ｎ（個／ｍ）及び圧縮率（Ｒ）との関係は、インクの表面張力をη（Ｎ／ｍ）とすると、前記一般式（１）及び上記関係式（３）から、下記関係式（４）
ＰＥ＝４・η・（Ｎ・Ｒ）                                  ・・・（４）
で表される。したがって、インク下限時安定負圧ＰＬは、実装セル密度Ｍ（Ｍ＝Ｎ・Ｒ）が７．８７×１０３（個／ｍ）以上（すなわち、２００個／ｉｎｃｈ以上）であれば、水頭で０．８６ｋＰａ、８９ｍｍ以上の保持力が得られるので、インクカートリッジ２０の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じることを防ぐことができる。
【００９４】
また、インクを連続吐出するときに、インク供給系の負圧（インク吸収体２２もしくはフィルタ２３の臨界圧力）は、安全率を考慮すると、２．０ｋＰａ以下でなければ、インク供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、吐出ノズル１ａの先端部（ノズル先端）よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題が生じ、インクの安定供給ができなくなる。
【００９５】
そこで、実装セル密度Ｍが１２．６×１０３（個／ｍ）以下（すなわち、３２０個／ｉｎｃｈ以下）であれば、インク供給系の負圧は１．５ｋＰａ以下となり、インクを連続吐出するときにも、マージンを持ってインクの安定供給が可能になる。
【００９６】
また、インクカートリッジ２０内面のインク収納体積（充填インク体積）に対して実際に使用（吐出）可能となるインク容積の比を効率τ（タンク効率）とすると、図１１に示すように、効率τ（％）は、Ｒの値、言い換えればＮ・Ｒの値が増加するのに伴って低下し、図１２に示すように、実装セル密度Ｍ（Ｍ＝Ｎ・Ｒ）が１２．６×１０３（個／ｍ）（すなわち３２０個／ｉｎｃｈ）になると大きく低下し始める。したがって、インクカートリッジ２０の体積を効率よく活用する条件としては、実装セル密度Ｍ（Ｍ＝Ｎ・Ｒ）が１２．６×１０３（個／ｍ）以下となる。
【００９７】
よって、上記インクカートリッジ２０を、実装セル密度Ｍ（個／ｍ）（Ｍ＝Ｎ・Ｒ）が、７．８７×１０３≦Ｍ≦１２．６×１０３を満足するように設計することで、インクカートリッジ２０の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じることを防ぐことができると共に、インクを連続吐出するときにも、マージンを持ってインクの安定供給が可能になり、かつ、インクカートリッジ２０の体積を効率よく活用することができる。さらに、上記の構成によれば７．８７×１０３以上でも１２．６×１０３以下であればよいので、インク吸収体２２の設計における選択の幅を広げることができる。
【００９８】
なお、これらは理論値であるが、実測値においても、これを満たしていることが、確認された。すなわち、前記表１において、実装セル密度Ｍ＝Ｎ・Ｒが７．８７×１０３（個／ｍ）のとき、実測安定負圧であるインク下限時安定負圧ＰＬが０．８６ｋＰａ以上となっているとともに、実装セル密度Ｍ（Ｍ＝Ｎ・Ｒ）が１２．６×１０３（個／ｍ）以下であれば、インク供給系の負圧は１．５ｋＰａ以下となっており、インクを連続吐出するときにも、マージンを持ってインクの安定供給が可能になる。なお、この実測安定負圧であるインク下限時安定負圧ＰＬは、インクのメニスカスがいかなる負圧に耐え得るかを示している。
【００９９】
次に、インク下限時安定負圧ＰＬ及びインク上限時安定負圧Ｐｕに対して考察を加える。なお、インク上限時安定負圧Ｐｕとは、インクが流れているときの負圧を表したものである。
【０１００】
まず、正規化するために、圧縮率Ｒ＝５．５、流量Ｑ＝８．１７ｎｍ３／ｓ（０．４９ｃｃ／ｍｉｎ）におけるインク上限時安定負圧Ｐｕ＝０．６２ｋＰａに対して、各データにおけるインク上限時安定負圧Ｐｕを正規化した値を、始点比Ｒｓとする。また、Ｒ２は、圧縮率Ｒ２について、圧縮率Ｒ＝５．５に対して正規化したものである。
【０１０１】
一方、圧縮率Ｒ＝５．５、流量Ｑ＝８．１７ｎｍ３／ｓ（０．４９ｃｃ／ｍｉｎ）におけるインク下限時安定負圧ＰＬ＝０．９９ｋＰａに対して、各データにおけるインク下限時安定負圧ＰＬを正規化した値を、終点比Ｒｅとする。また、Ｒ１は、圧縮率Ｒについて、圧縮率Ｒ＝５．５に対して正規化したものである。
【０１０２】
ここで、それぞれ、始点においてＲｓ／Ｒ２を算出し、終点においてＲｅ／Ｒ１を算出すると、表１より、それぞれ略１であることがわかる。したがって、インク上限時安定負圧Ｐｕは圧縮率Ｒの２乗に比例し、インク下限時安定負圧ＰＬは圧縮率Ｒに比例することがわかる。
【０１０３】
以上の結果から、さらに、インク及びインク吸収体２２（フォーム材）の設計指針を詳しく得るために、これらの理論付けを行い、検討を加えた。以下に、詳細に説明する。
【０１０４】
先ず、インクカートリッジ２０内のインクが上限まで充填されている時の安定負圧（インク上限時安定負圧Ｐｕ）と圧縮率Ｒとの関係について以下に考察する。
【０１０５】
インクカートリッジ２０内のインクが上限まで充填されている時、すなわち、インクカートリッジ２０にインクが満載されている時には、インク吸収体２２（フォーム材）の各セル２２ａを円形の管路とみなし、該管路の圧力差ΔＰ（管路始点の圧力Ｐ１−管路終点の圧力Ｐ２）、すなわち、粘性抵抗による管路の圧力損失Ｐμによって管路内の液（インク）が流れていると想定することができる。図１３に示すように円形の管路（各セル２２ａ）を流れる流量（Ｑ）の理論値、つまり、管路１本当たりを流れるインクの流量の理論値を流量Ｑｉ（ｍ３／ｓ）とすると、該流量Ｑｉ（ｍ３／ｓ）は、下記一般式（５）
Ｑｉ＝Ｐｕ・π・ｄ４／（１２８・μ・Ｌ）                  ・・・（５）
によって定義される。ここで、Ｐｕはインクの粘性抵抗による管路の圧力損失（Ｐａ）であるインク上限時安定負圧、ｄは管路直径（ｍ）、μはインクの粘度（Ｐａ・ｓ）、Ｌは管路の流路長（ｍ）である。
【０１０６】
ここで、ｄ（ｍ）を圧縮時のセル径とみなすと、圧縮時のインク吸収体２２（フォーム材）の実装セル密度Ｍ（個／ｍ）（Ｍ＝Ｎ・Ｒ）より、圧縮時のセル径ｄ（ｍ）は、前記したように、下記関係式（３）
ｄ＝１／（Ｎ・Ｒ）                                        ・・・（３）
で表される。
【０１０７】
このとき、インク吸収体２２（フォーム材）は圧縮されてインクカートリッジ２０内に収容されているので、インク吸収体２２（フォーム材）の各セル２２ａは、図１４に示すように、最密状態であると考えられる。したがって、圧縮時のフォーム材下端におけるセル２２ａの総数であるセル総数Ｎｄ（個）は、下記関係式（６）
Ｎｄ＝（２／√３）・Ｓ／（ｄ２）                          ・・・（６）
で表される。なお、式（６）中、Ｓは、上記インクカートリッ２０（インクタンク２１）に圧縮されて収納されたときのインク吸収体２２（フォーム材）の断面積（幅Ｗ×奥行Ｖ）を示す。
【０１０８】
したがって、上記関係式（６）で表される数のセル２２ａからなる直径一定の円柱状の流路を想定した場合、該円柱状の流路を流れるインクの全流量Ｑｔ（ｍ３／ｓ）（Ｑｔ＝Ｑｉ・Ｎｄ；理論値）は、上記一般式（５）並びに関係式（３）・（６）より、以下の関係式（７）
2004230667.tif 000004
（但し、式中、係数Ａ＝２．８３×１０−２を表す）
で表される。従って、上記全流量Ｑｔは圧縮時のインク吸収体２２（フォーム材）の実装セル密度Ｍ（個／ｍ）（Ｍ＝Ｎ・Ｒ）の２乗に反比例していることがわかる。
【０１０９】
上記関係式（７）により、図１５に示す円柱状の流路を想定した理論値である全流量Ｑｔを求めた結果を、表２に示す。
【０１１０】
【表２】
2004230667.tif 000005
【０１１１】
実際のインク吸収体２２内（フォーム材内部）では、図１５に示すように、球形状又は多面体上のセル２２ａが数珠状に連通している。このため、この連珠状の流路により、実効の直径は上記理論値よりも小さな値となる。そこで、セル径を用いて求めた上記全流量Ｑｔ（理論値）の実際の流量Ｑ（実測流量）に対する平均倍率を求め、これを補正係数ｋとする。つまり、Ｑｔ／Ｑ≒ｋとすると、表２の場合、補正係数ｋは１３．７５である。
【０１１２】
ここで、図１６に示すように、直径をｄｍ、その中心位置をＸ＝０とした球状流路を積分して求めた正規化流路抵抗をＲｄ、円柱状流路の正規化流路抵抗をＲｍとした抵抗比Ｒｄ／Ｒｍを、図１７に示す。図１７に示すように、Ｘが０近傍の場合にはｒｄ／Ｒｍ≒１であるが、Ｘがｄｍ／２（図１６参照）に近づくに伴ってＲｄ／Ｒｍが上昇することがわかる。この検討より、補正係数ｋ＝１３．７５を考察すると、正規化セル径を１としたとき、Ｘ＝０．４８８の位置でＲｄ／Ｒｍ＝１３．７５となる。これは流路を、正規化直径０．２１で隣接セル２２ａ同士が連通しているモデル化することができることを意味し、この検討からも実測値より決定した補正係数ｋの値が適切であると言える。
【０１１３】
よって、上記補正係数ｋを用いて、算出流量Ｑｃ（ｍ３／ｓ）は、下記関係式（８）
Ｑｃ＝Ｑｔ／ｋ                                            ・・・（８）
（但し、式中、係数ｋ＝１３．７５を表す）
或いは、上記関係式（８）に関係式（７）を代入して、下記関係式（９）
Ｑｃ＝（Ａ／ｋ）・Ｐｕ・Ｓ／［μ・Ｌ・（Ｎ・Ｒ）２］            ・・・（９）
（但し、式中、係数（Ａ／ｋ）＝２．０６×１０−３を表す）
として求めることができる。
【０１１４】
ここで、表２より、各データにおいて、Ｑ／Ｑｃは略１であるので、補正係数ｋを用いることにより、
Ｑ＝（Ａ／ｋ）・Ｐｕ・Ｓ・／［μ・Ｌ・（Ｎ・Ｒ）２］
により、精度よく流量Ｑを求めることができることがわかる。
【０１１５】
また、粘性抵抗による管路の圧力損失（圧力差ΔＰ）の理論値Ｐｖ（Ｐａ）、は、実測流量Ｑから、
Ｐｖ＝（１／Ａ）・［μ・Ｌ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］・Ｑ
（但し、式中、係数Ａ＝２．８３×１０−２を表す）
で表される。
【０１１６】
さらに、関係式（８）、（９）と同様に上記の補正係数ｋ＝１３．７５を用いた、粘性抵抗による管路の圧力損失（圧力差ΔＰ）、つまり、粘性抵抗による管路の圧力損失（圧力差ΔＰ）の算出値をＰμ（算出圧力差）とすると、該Ｐμ（Ｐａ）は、
Ｐμ＝ｋ・Ｐｖ
＝（ｋ／Ａ）・［μ・Ｌ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］・Ｑ      ・・・・（１０）
（但し、式中、（ｋ／Ａ）＝４８５を表す）
で表される。
【０１１７】
ここで、上記関係式（１０）を用いて、管路の圧力損失（圧力差ΔＰ）の理論値Ｐｖ及び算出値Ｐμを、実測流量Ｑより求めた結果を、表３に示す。なお、表３中、流量ｑは、管路１本当たりの実測流量を示す。
【０１１８】
【表３】
2004230667.tif 000006
【０１１９】
ここで、管路の圧力損失（圧力差ΔＰ）の算出値Ｐμ（算出圧力差）とインク上限時安定負圧Ｐｕとの比をＰμ／Ｐｕとすると略１である。
【０１２０】
また、図１７に、表２と表３とをグラフ化して示す。図１７に示すように、理論値からの算出値（算出圧力差Ｐμ）による安定負圧は、実際に測定した安定負圧（インク上限時安定負圧Ｐｕ）とよく一致していることがわかる。また、インク上限時安定負圧Ｐｕはインクの粘度に基づく圧力損失に起因し、補正係数を用いて精度よくインク上限時安定負圧Ｐｕを求めることができることがわかる。
【０１２１】
次に、インクカートリッジ２０内のインクが下限までしか充填されていない時の安定負圧（インク下限時安定負圧ＰＬ）と圧縮率Ｒとの関係について以下に考察する。
【０１２２】
インクカートリッジ２０内のインクが下限までしか充填されていない時、すなわちインクカートリッジ２０内のインクが無くなる直前の状態は、インク吸収体２２（フォーム材）の下端のセル２２ａを毛管とみなすことができる。
【０１２３】
したがって、図１９（液体に正圧が印加時）及び図２０（液体に負圧が印加時）に示すように、毛管内の液面（インクメニスカス）の臨界圧力Ｐｔ（Ｐａ）、つまり、インクエンプティ時におけるインク吸収体２２による臨界圧力ＰＥ（＝Ｐｔ）は、下記一般式（１１）
Ｐｔ＝２・η・ｃｏｓθ／（ｄ／２）                      ・・・（１１）
によって定義される。ここで、ηは管内の液（インク）の表面張力（Ｎ／ｍ）であり、θは毛管内の液面（インクメニスカス）の、管との接触角であり、ｄは毛管の直径（ｍ）である。なお、インク吸収体２２はインクに対して濡れ性の良いものが選ばれるので、θは略０とみなすことができる。したがって、上記一般式（１１）は、下記一般式（１２）
Ｐｔ＝４・η／ｄ                                        ・・・（１２）
（厳密にはＰｔ≒４・η／ｄ）として表すことができる。
【０１２４】
したがって、前記関係式（３）並びに上記一般式（１２）より、インク吸収体２２による臨界圧力ＰＥ（＝Ｐｔ）は、前記関係式（４）
ＰＥ＝４・η・（Ｎ・Ｒ）                                  ・・・（４）
で表される。
【０１２５】
この関係式（４）より、インク吸収体２２の液面（インクのメニスカス）の臨界圧力Ｐｔを求めた結果を、表４に示す。
【０１２６】
【表４】
2004230667.tif 000007
【０１２７】
上記関係式（４）より求めた理論値臨界圧力Ｐｘの、実際の圧力であるインク下限時安定負圧ＰＬに対する比Ｐｘ／ＰＬは、略１であるので、インク下限時安定負圧ＰＬはインクの表面張力に基づく毛管の臨界圧力に起因しているという理論の正しさを示すとともに、精度よくインク下限時安定負圧ＰＬを求めることができることがわかる。
【０１２８】
インクカートリッジ２０の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じることを防ぐ条件としては、インク吸収体２２（フォーム材）の保持力、つまり、表面張力ηの液体でインクのメニスカスを形成する、圧縮時のセル２２ａの大きさ（セル径）が１／（Ｎ・Ｒ）のインク吸収体２２（フォーム材）のセル２２ａにおける臨界圧力である、インク吸収体２２（フォーム材）の下端のセル２２ａ（毛管）内の液面（インクのメニスカス）の臨界圧力ＰＥ（Ｐａ）が、インクの水頭圧よりも大きいことが要求される。
【０１２９】
したがって、インクカートリッジ２０において、インクの比重をγ、任意の姿勢でとり得るインクタンク２１のインク供給口２４に対する鉛直方向の最大高さのインクの水頭高さをｈ（ｍ）とすると、インクの水頭圧は９．８×１０３・γ・ｈ（Ｐａ）で表されるため、上記関係式（４）における臨界圧力ＰＥ（Ｐａ）は、以下の条件
４・η・（Ｎ・Ｒ）＞９．８×１０３・γ・ｈ
を満足することが要求される。すなわち、インクカートリッジ２０の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じることを防ぐためには、下記関係式（１３）
η・Ｎ・Ｒ・Ｂ＞γ・ｈ                                  ・・・（１３）
（但し、式中、係数Ｂ＝４．０８×１０−４を表す）
を満足することが必要である。
【０１３０】
また、インクカートリッジ２０内に収納された状態でのインク吸収体２２（フォーム材）のセル密度、つまり実装セル密度Ｍ（個／ｍ）（Ｍ＝Ｎ・Ｒ）は、例えばセル密度Ｎ＝１５７５（個／ｍ）（＝４０個／ｉｎｃｈ）を圧縮率Ｒ＝５で圧縮加工して得られたインク吸収体２２（フォーム材）をインクカートリッジ２０に収納することにより該インク吸収体２２（フォーム材）がさらに１０％の圧縮を受けるとき、
Ｍ＝１５７５×５．５×１．１＝９５２８（個／ｍ）  （＝２４２個／ｉｎｃｈ）
であり、上記関係式（１３）に実装セル密度Ｍ（個／ｍ）を代入すると、下記関係式（１４）
η・Ｍ・Ｂ＞γ・ｈ                                      ・・・（１４）
（但し、式中、係数Ｂ＝４．０８×１０−４を表す）
となる。なお、実装セル密度Ｍは、実測値を用いてもよい。
【０１３１】
インク供給口２４に対するインクの水頭高さｈ（ｍ）、つまり、任意の姿勢でとり得るインクタンク２１のインク供給口２４に対する鉛直方向の最大高さのインクの水頭高さｈ（ｍ）は、通常の姿勢においてはインク吸収体２２（フォーム材）或いはインクカートリッジ２０内壁の高さとすればよい。
【０１３２】
ハンドリングに配慮する必要がある場合は、インクカートリッジ２０を傾けた姿勢も含めてとり得るインク供給口２４に対する鉛直方向の最大高さのインクの水頭高さとする。
【０１３３】
また、セル径の分布等を考慮すると、安全率を２倍程度以上とすることが望ましく、よって、下記関係式（１５）
η・Ｎ・Ｒ・Ｂ＞２・γ・ｈ                              ・・・（１５）
（但し、式中、係数Ｂ＝４．０８×１０−４を表す）
又は、下記関係式（１６）
η・Ｍ・Ｂ＞２・γ・ｈ                                  ・・・（１６）
（但し、式中、係数Ｂ＝４．０８×１０−４を表す）
を満足するように上記インクカートリッジ２０を設計することが望ましい。
【０１３４】
一般的に、インクカートリッジの高さは、インクレベルの変動への配慮により、前記したように概ね４０ｍｍ以下が広く実用化されている。このため、安全率を２とすると、インク吸収体（フォーム材）のセル（開口部）における具体的な臨界圧力は、前記したように０．８ｋＰａ（０．０８ｍＨ２Ｏ）を満足することが望ましい。よって、上記インク吸収体２２（フォーム材）のセル２２ａにおける具体的な臨界圧力ＰＥ（Ｐａ）は、ＰＥ≧８００の関係を満足することが望ましい。
【０１３５】
よって、前記関係式（４）から、下記関係式（１７）
４・η・Ｎ・Ｒ≧８００                                  ・・・（１７）
又は、下記関係式（１８）
４・η・Ｍ≧８００                                      ・・・（１８）
の関係を満足することにより、インク吸収体２２（フォーム材）のセル２２ａにおける臨界圧力ＰＥ（Ｐａ）、つまり、インク吸収体２２（フォーム材）の保持力を、０．８ｋＰａ（８００Ｐａ）以上に保つことができ、インクカートリッジ２０の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じることを防ぐことができる。
【０１３６】
なお、図１８から、上記関係式（４）より求められる理論値（理論値臨界圧力Ｐｘ）による負圧が、実際に測定した負圧（インク下限時安定負圧ＰＬ）とよく一致していることがわかる。また、実装セル密度Ｍ（Ｍ＝Ｎ・Ｒ）の各設定時における負圧を表４に示す。
【０１３７】
次に、印字ヘッド１における吐出ノズル（インクノズル部）１ａのインク滴出によるオリフィスのインク後退による臨界圧力Ｐｎ（以下、ノズルの臨界圧力と記す場合がある）を求める。
【０１３８】
なお、オリフィスの形状は、図２１に示すように、円管の吐出ノズルの径を２０μｍ、長さを２０μｍとし、吐出ノズル１ａの先端部（ノズル先端）から、頂角９０度、頂部円径２０μｍの円錐台形が延出していると仮定する。
【０１３９】
印字ヘッド１における吐出ノズル１ａのインク吐出周波数を８０００ｐｐｓ、ノズル数を６４本に設定したときのインク流量ＱがＱ＝８．１７ｎｍ３／ｓ（＝０．４９ｃｃ／ｍｉｎ）であったとき、インクの１滴は、
（８．１７×１０−９）／８０００／６４＝１．６×１０−１４（ｍ３）  （＝１６ｐＬ）
となる。
【０１４０】
この場合にインクを１滴吐出したときの、オリフィス内のインクの後退による液面（インクのメニスカス）位置における円錐部の直径Ｈを表５に示す。なお、表５において、円錐部の直径Ｈ＝２０μｍとは、エキシマレーザ加工等により、ノズル先端のストレート部が充分に長い場合（図２１参照）を表している。また、表５は、インク１滴が１．６×１０−１４（ｍ３）（＝１６ｐＬ）の場合における、ノズル先端でのインクメニスカスの過渡振動を考慮しない場合と、図２２（ａ）〜（ｈ）に示すようなノズル先端でのインクのメニスカスの過渡振動等により、オリフィス内のインクが、インク吐出量に対して２倍後退した場合を示している。なお、図２２（ａ）〜（ｈ）は、インクが吐出ノズル１ａから吐出する状態を順に示す断面図である。例えば、６００ｄｐｉのインクジェットプリンタでは、１．６×１０−１４〜２．０×１０−１４（ｍ３）（＝１６〜２０ｐＬ）のインク滴が要求される。
【０１４１】
ノズル（本実施の形態においては吐出ノズル１ａ）の臨界圧力Ｐｎ（Ｐａ）は、前記一般式（１２）に上記円錐部の直径Ｈ（ｍ）を代入して下記一般式（１９）
Ｐｎ＝４・η／Ｈ                                        ・・・（１９）
（厳密にはＰｎ≒４・η／Ｈ）
により求めることができる。
【０１４２】
インクの供給不足を起こさない必須条件は（Ｐμ）＜（Ｐｎ）であり、吐出ノズル１ａの直径をＤＮ（ｍ）とすると、インクの供給不足を起こさないためには、前記関係式（１０）並びに上記一般式（１９）より、下記関係式（２０）
（ｋ／Ａ）・［μ・Ｌ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］・Ｑ＜４・η／ＤＮ  ・・・（２０）
（但し、式中、係数（ｋ／Ａ）＝４８５を表す）
を満足している必要がある。つまり、上記関係式（２０）を整理すれば、下記関係式（２１）
Ｃ・［μ・Ｌ・Ｑ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］＜η／ＤＮ              ・・・（２１）
（但し、式中、Ｃ＝（ｋ／Ａ）／４＝１２１を表す）
を満足している必要がある。
【０１４３】
また、実装セル密度Ｍ（個／ｍ）（Ｍ＝Ｎ・Ｒ）を上記関係式（２１）に適合すると、上記の必須条件は、
Ｃ・［μ・Ｌ・Ｑ・Ｍ２／Ｓ］＜η／ＤＮ                    ・・・（２２）
（但し、式中、Ｃ＝（ｋ／Ａ）／４＝１２１を表す）
となる。
【０１４４】
上記一般式（１９）を用いて算出した、各設定条件における吐出ノズル１ａの臨界圧力Ｐｎを表５に示す。
【０１４５】
【表５】
2004230667.tif 000008
【０１４６】
表５から、インクを連続吐出するときに、インク供給系の負圧（インク吸収体２２もしくはフィルタ２３の臨界圧力）は、安全率、すなわち、過渡振動及び流量の誤差を考慮すると、約２．０ｋＰａ以下であれば、インク吐出後にノズル先端のインクのメニスカスが後退した状態でインクのメニスカスにより生じるインクを吸引する上記臨海圧力Ｐｎが、インク供給系の負圧より大きくなり、インクの連続吐出を行った場合でも、必要量のインクを安定供給することが可能となることがわかる。
【０１４７】
したがって、インク供給系の負圧が２．０ｋＰａ以下であれば、インク供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面（インクメニスカス）が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題が発生することを防止することができ、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になる。
【０１４８】
なお、インク供給系に生じる負圧が２．０ｋＰａ以下であれば、インク供給系に発生する負圧に打ち勝ってメニスカスの表面張力によりインクを吸引し、メニスカスが前進してインク補給がなされ、インク供給系の負圧とメニスカスの吸引力とが平衡した時点でインク補給が終了する。逆に、インク供給系に発生する負圧がメニスカスの臨界圧より大きいとメニスカスは後退し、印字ヘッド１内に空気を吸い込み、吐出不良となる。
【０１４９】
また、インクカートリッジ２０における充填インク体積に対する、吐出に用いることができたインク体積の比である効率τ（タンク効率）を考慮すると、実装セル密度Ｍの上限は、１２．６×１０３（個／ｍ）（＝３２０個／ｉｎｃｈ）程度であり、インクの臨界圧力、つまり、インクの表面張力ηに基づくインク吸収体２２の液面の臨界圧力ＰＥによって決まるインク下限時安定負圧ＰＬ（Ｐａ）は、表１から、該セル密度において、１．５ｋＰａであり、印字ヘッド１ａの水頭及びインクタンク２１の水頭は通常４０ｍｍ程度に抑えて設定されるので、両者の合計（ＰＥ＋Ｐｉ）からも約２．０ｋＰａの値が導き出される。
【０１５０】
以上の検討結果を整理すると、インク吸収体２２（フォーム材）のセル密度Ｎ及び圧縮率Ｒに要求される条件は以下の通りとなる。まず、前記関係式（１３）から、下記関係式（２３）
（Ｎ・Ｒ）＞γ・ｈ／（η・Ｂ）                          ・・（２３）
（但し、式中、係数Ｂ＝４．０８×１０−４を表す）
が得られる。また、前記関係式（２１）から、
［η・Ｓ／（Ｃ・ＤＮ・μ・Ｌ・Ｑ）］０．５＞（Ｎ・Ｒ）        ・・・（２４）
（但し、式中、係数Ｃ＝（ｋ／Ａ）／４＝１２１を表す）
が得られる。したがって、インク吸収体２２（フォーム材）のセル密度Ｎ及び圧縮率Ｒに要求される条件は、上記関係式（２３）・（２４）から、
［η・Ｓ／（Ｃ・ＤＮ・μ・Ｌ・Ｑ）］０．５＞（Ｎ・Ｒ）＞γ・ｈ／（η・Ｂ）
・・・（２５）
（但し、式中、係数Ｂ＝４．０８×１０−４、係数Ｃ＝１２１を表す）
となる。
【０１５１】
また、インク吸収体２２（フォーム材）の実装状態の実装セル密度Ｍ（Ｍ＝Ｎ・Ｒ）（個／ｍ）に要求される条件としては、上記と同様にして、前記関係式（１４）・（２２）から、
［η・Ｓ／（Ｃ・ＤＮ・μ・Ｌ・Ｑ）］０．５＞Ｍ＞γ・ｈ／（η・Ｂ）・・・（２６）
（但し、式中、係数Ｂ＝４．０８×１０−４、係数Ｃ＝１２１を表す）
となる。よって、上記関係式（２５）又は（２６）を満足することにより、インクカートリッジ２０着脱時のインクの洩れを防止し、かつ、連続吐出時にインクを安定供給することが可能となる。
【０１５２】
なお、インクジェット記録装置に用いられるインクは、
・粘度μ＝０．０１５〜０．１５（Ｐａ・ｓ）
・インクの表面張力η＝０．０３〜０．０５（Ｎ／ｍ）
・インク吸収体２２（フォーム材）のセル密度Ｎ＝１．５７×１０３〜３．９４×１０３（個／ｍ）  （＝４０〜１００個／ｉｎｃｈ）
が一般的である。
【０１５３】
そこで、例えば、異なる条件として、以下の条件
・粘度μ＝０．０１５（Ｐａ・ｓ）
・インクの表面張力η＝０．０４（Ｎ／ｍ）
・フォーム材のセル密度Ｎ＝３．１５×１０３（個／ｍ）  （＝８０個／ｉｎｃｈ）を採用して検討を行った結果、条件を変更した場合においても上述した各式を満たすことが確認された。
【０１５４】
次に、インクの消費に伴って変化するインクレベルの影響について考察する。
図３に示すようにインク供給口２４と吐出ノズル１ａ先端（ノズル先端）との落差ｈによるヘッド水頭圧をＰｈとすると、吐出ノズル１ａにおけるインクのメニスカスによる有効保持力Ｐｎ’（Ｐａ）は、下記一般式（２７）
Ｐｎ’＝Ｐｎ−｜Ｐｈ｜                                  ・・・（２７）
で定義される。なお、｜Ｐｈ｜はＰｈの絶対値を示す。つまり、｜｜は絶対記号を示し、以下、｜ｘ｜はｘの絶対値を示すものとする。
【０１５５】
このとき、ノズル先端よりインクのメニスカスが後退しすぎて空気を吸い込んでしまわない条件は、インクタンク２１へのインクフル充填時で、下記関係式（２８）
Ｐｎ’＞｜Ｐμ｜−｜Ｐｉ｜                              ・・・（２８）
を満たすことであり、インクエンプティ時で、下記関係式（２９）
Ｐｎ’＞Ｐｍ                                            ・・・（２９）
を満たすことである。
【０１５６】
ヘッド水頭圧Ｐｈ（インクの水頭）を考慮しない場合にノズル先端から空気を吸い込まない条件はＰｎ＞Ｐｍであるが、ヘッド水頭圧Ｐｈを考慮することで、より実使用に則した条件となる。つまり、ヘッド水頭圧Ｐｈは、ノズル先端からのインク漏れを防ぐための負の静圧が発生するように設定され、上記インクジェット記録装置は、上記ヘッド水頭圧Ｐｈを考慮しない場合よりもノズル先端から空気を吸い込み易い条件において使用される。このため、ヘッド水頭圧Ｐｈを考慮することで、より実使用に則した条件とすることができる。
【０１５７】
ここで、前記したように異物混入を防止するためにフィルタ２３を設計すると、通常、
Ｐｍ＞｜Ｐμ｜＋｜Ｐｉ｜                                ・・・（３０）
となるので、上記関係式（２９）・（３０）から、以下の関係
Ｐｎ’＞Ｐｍ＞｜Ｐμ｜＋｜Ｐｉ｜                        ・・・（３１）
が導かれる。
【０１５８】
したがって、上記関係式（２８）・（３１）から、以下の関係
Ｐｎ’＞Ｐｍ＞｜Ｐμ｜＋｜Ｐｉ｜＞｜Ｐμ｜−｜Ｐｉ｜
が成り立つため、上記関係式（３１）を満足、つまり、吐出ノズル１ａの直径をＤＮ（ｍ）とすると、前記実験式（２）および一般式（１９）から、以下の関係式（３２）
４・η／ＤＮ−｜Ｐｉ｜＞４・η／（√２・Ｆ）＞｜Ｐμ｜＋｜Ｐｉ｜・・・（３２）
を満足することで、インク供給時、特に、インクエンプティ直前におけるインク供給時にフィルタ２３でリークする圧力を、印字ヘッド１の吐出ノズル１ａの臨界圧Ｐｎを越えることなく適宜管理でき、吐出ノズル１ａより空気の吸い込みを防止することができると共に、インク供給経路３に向かう異物を効果的に濾過し、吐出ノズル１ａによる吐出動作の信頼性を高めることができる。
【０１５９】
また、前記一般式（１）から、円形状の開口を有するフィルタによる臨界圧力Ｐｍ’は、該インクの表面張力η（Ｎ／ｍ）と、濾過精度Ｆ（ｍ）とを用いて、下記一般式（３３）
Ｐｍ’＝４・η／Ｆ                                      ・・・（３３）
で表される。
【０１６０】
このため、前記関係式（３１）は、上記一般式（３３）を用いて関係式（３２）と同様にして、下記関係式（３４）
４・η／ＤＮ−｜Ｐｉ｜＞４・η／Ｆ＞｜Ｐμ｜＋｜Ｐｉ｜  ・・・（３４）で表される。よって、円形状の開口を有するフィルタを用いた場合、上記関係式（３４）を満足することで、インク供給時、特に、インクエンプティ直前におけるインク供給時に、上記フィルタ２３でリークする圧力を、印字ヘッド１の吐出ノズル１ａの臨界圧Ｐｎを越えることなく適宜管理でき、吐出ノズル１ａより空気の吸い込みを防止することができると共に、インク供給経路３に向かう異物を効果的に濾過し、吐出ノズル１ａによる吐出動作の信頼性を高めることができる。
【０１６１】
したがって、上記関係式（３２）・（３４）をまとめると、インク供給経路３内に、濾過精度Ｆ（ｍ）のフィルタを用いる場合、インクタンク２１に収納する前のインク吸収体２２のセル密度をＮ（個／ｍ）、上記インクタンク２１に収納される前に対する上記インクタンク２１に圧縮されて収納されたときの上記インク吸収体２２の体積比で示される圧縮比をＲとすると、以下の関係式（３５）
４・η／ＤＮ−｜Ｐｉ｜＞４・η／Ｆ’＞｜Ｐμ｜＋｜Ｐｉ｜・・・（３５）
（但し、フィルタの開口が円形の場合はＦ’＝Ｆ、
その他の場合はＦ’＝√２・Ｆ）
を満足するように上記インクジェット記録装置を設計することで、吐出ノズル１ａによる吐出動作の信頼性を高めることができる。
【０１６２】
なお、上記した各式、例えば上記関係式（３２）・（３４）・（３５）において、Ｐμは前記関係式（１０）にて与えられる。
【０１６３】
ところで、インク吸収体２２（フォーム材）に保持されたインクがエンプティになったとき、インクと共に空気がフィルタ２３を通過することにより、図２３（ａ）・（ｂ）に示すように、供給チューブ４内、つまり、インク供給経路３内に気泡が発生する場合がある。
【０１６４】
このとき、図２３（ａ）に示すように、インク供給量が少ない場合には、大きな気泡が発生し、図２３（ｂ）に示すように、インク供給量が大きい場合には、小さな気泡が発生する。このように発生する気泡により、検出電極２５・２５によるインク残量検出のＳ／Ｎ比が劣化する場合がある。
【０１６５】
そこで、本願発明者らは、濾過精度Ｆが５０μｍのメッシュ状に形成されたフィルタ２３をインク供給経路３内に設けた場合における、連続インク供給量とＳ／Ｎ比との関係を調べた。その結果を表６に示す。
【０１６６】
なお、以下の各実験においては、フィルタ２３としては、濾過精度Ｆが５０μｍのステンレスフィルタを使用し、インクタンク２１内に混入し得る空気の許容量は、０．５ｃｃに設定した。また、インクの流路となるインク供給経路３の直径、すなわち、インク供給チューブ４における、インク供給口３ａを含まない検出部（検出電極２５・２５）上流側のパイプ部分の内径は１．５ｍｍとした。評価項目は下記の通りである。
【０１６７】
・ｑ’：１分間あたりのインク供給量  （ｃｃ／ｍｉｎ）
・Ｒｅ：レイノルズ数
・Ｒｏ：流量が少ないときの検出電極２５・２５の抵抗（ｋΩ）
・Ｒａ：インクエンプティ時の検出電極２５・２５の抵抗（ｋΩ）
・Ｓ／Ｎ比：検出電極２５・２５の検出抵抗のＳ／Ｎ比
・Ｑａ：インクタンク２１への空気混入量（ｃｃ）
一般的に検出信号のＳ／Ｎとしては１０〜２０ｄｂ（３〜１０倍）以上、特に、１４ｄｂ（５倍）以上であることが望ましく、Ｓ／Ｎ比が５以上で、かつ、空気流入量Ｑａが０．５ｃｃ以下のものを「○」、該条件を満たさないものを「×」と判定した。
【０１６８】
【表６】
2004230667.tif 000009
【０１６９】
表６に示すように、ｑ’＝０．０５（ｃｃ／ｍｉｎ）、Ｒｅ＝０．１０であるとき、インクエンプティ時の検出電極２５・２５の抵抗Ｒａは、オーバーロードしている。また、Ｓ／Ｎ比は、インク無しの場合で５．０、インク有りの場合でオーバーロードしており、良好と言える。なお、インク無しの場合とは、インクエンプティ状態でインク吸収体２２のインクのメニスカスがフィルタ２３まで後退してフィルタ２３から積極的に空気を吸い込む状態であり、インク有りの場合とは、インクエンプティに達する以前の状態でインク吸収体２２のメニスカスがフィルタ位置（つまり、フィルタ２３が設けられている位置）まで後退しておらず、フィルタ２３が気泡の誤吸入を排除しようとしている状態である。
【０１７０】
また、ｑ’＝０．０５（ｃｃ／ｍｉｎ）、Ｒｅ＝１．０１であるとき、インクエンプティ時の検出電極２５・２５の抵抗ＲａおよびＳ／Ｎ比において、良好な値を得ることができた。
【０１７１】
しかしながら、ｑ’＝２．００（ｃｃ／ｍｉｎ）、Ｒｅ＝４．０４であるとき、インクエンプティ時の検出電極２５・２５の抵抗Ｒａは、インク無の場合で２６ｋΩ、インク有りの場合で４５ｋΩであり、良好な値を得ることはできなかった。また、Ｓ／Ｎ比としては、インク無の場合で０．６７、インク有りの場合で１．３３であり、Ｓ／Ｎ比もまた良好な値を得ることはできなかった。
【０１７２】
そこで、インク供給量ｑ’（ｃｃ／ｍｉｎ）のＬｏｇを横軸ｘ、つまり、ｘ＝Ｌｏｇ（ｑ）として、表１に示すインク供給量ｑ’（ｃｃ／ｍｉｎ）とインクタンク２１への空気混入量Ｑａ（ｃｃ）並びにＳ／Ｎ比との関係をグラフ化（図１）した。
【０１７３】
図１から、Ｓ／Ｎ比並びに上記の空気混入量Ｑａ（ｃｃ）との指数近似式は、図１中、実線で示すように、
Ｓ／Ｎ≒４．８ｅｘｐ（−２．１ｘ）
Ｑａ≒０．４１ｅｘｐ（１．７ｘ）
但し  ｘ＝Ｌｏｇ（ｑ’）
となる。
【０１７４】
上記の指数近似式より、Ｓ／Ｎ≧５を満足するための条件は、ｘ＜−０．０２（ｑ’≦１．０）であり、Ｑａ≦０．５を満足するための条件は、ｘ≦０．１２（ｑ’≦１．０）となる。したがって、上記の結果から、ｑ’≦１（ｍｌ／ｍｉｎ）が、気泡による検出抵抗のＳ／Ｎ比劣化を防止することができ、インクを安定供給することができる条件となる。
【０１７５】
よって、上記インク供給経路３（インク供給チューブ４）へのインク供給量ｑ’、言い換えれば、印字ヘッド１による１分間当たりのインク吐出量を、１．０ｃｃ以下に設定することで、インク供給時に発生する気泡によりインクエンプティ検出電極である検出電極２５・２５のＳ／Ｎ比が低下せず、インクの供給により、インクエンプティ検出精度が低下することを防止することができる。
【０１７６】
通常、インクジェット記録装置等の画像形成装置におけるインク供給量は、インク供給経路３の直径や印字ヘッド１による吸引力により、製造段階において予め所定の値に設定されている。よって、該画像形成装置におけるインク供給経路３へのインク供給量が１．０ｃｃ／ｍｉｎ以下に設定、つまり、上記インク供給量が１．０ｃｃ／ｍｉｎ以下となるように設計されていることで、インク供給経路３内に気泡が発生してもインクエンプティ検出精度が劣化しない画像形成装置を提供することができる。
【０１７７】
さらに、本願発明者らは、インク供給量ｑ’（ｃｃ／ｍｉｎ）とレイノルズ数Ｒｅとの関係についてグラフ化した。この結果を図２４に示す。図２４より、インク供給量をｑ’≦  １．０（ｃｃ／ｍｉｎ）とするには、レイノルズ数Ｒｅを２以下とすればよいことがわかる。よって、Ｒｅ≦２とすることで、気泡による検出抵抗のＳ／Ｎ比劣化を防止することができる。
【０１７８】
すなわち、インクの動粘性をν（ｍ２／ｓ）、上記インク供給経路３の直径をｄ（ｍ）、平均インク供給量をＱ（ｍ３／ｓ）とすると、以下の関係式（３６）
（４・Ｑ／（π・ｄ））／ν≦２                          ・・・（３６）
を満たすことで、気泡による検出抵抗のＳ／Ｎ比劣化を防止することができ、インク供給経路３内に気泡が発生してもインクエンプティ検出精度が劣化しない画像形成装置を提供することができる。
【０１７９】
さらに、本願発明者らは、上記フィルタ２３の表面に撥水性を持たせた場合におけるインク供給量ｑ’とＳ／Ｎ比との関係について調べた。なお、撥水性を有するフィルタ２３には、前記実験で用いたのと同じフィルタ２３をシリコンオイルで表面撥水処理をしたものを試作して使用した。この結果を表７に示す。なお、表７は、インク無しの場合における測定結果を示す。
【０１８０】
【表７】
2004230667.tif 000010
【０１８１】
表６および表７に示す測定結果から、インク供給量ｑ’が同じ場合でも、フィルタ２３に撥水性を持たせることで、Ｓ／Ｎ比が向上することがわかる。
【０１８２】
特に、表６に示すようにフィルタ２３に撥水性を持たせていないときに検出抵抗のＳ／Ｎ比が著しく劣化したインク供給量ｑ’が２．０ｃｃ／ｍｉｎの場合であっても、表７に示すように、フィルタ２３に撥水性を持たせることで、Ｓ／Ｎ比が４０．２となり、良好な値を示している。
【０１８３】
また、本願発明者らは、インク供給経路３内に、図２５に示すように、フィルタ２３として２つのフィルタ４１・４２を設けた場合における、各フィルタの濾過精度Ｆ１・Ｆ２とインク供給量ｑ’とＳ／Ｎ比との関係について調べた。この結果を表８に示す。
【０１８４】
【表８】
2004230667.tif 000011
【０１８５】
なお、表８において、Ｆ１は、インク供給経路３の上流側に配置されたフィルタ４１の濾過精度を示し、Ｆ２はインク供給経路３の下流側に配置されたフィルタ４２の濾過精度を示す。また、ＯＬ（オーバーロード）は、抵抗測定器の測定範囲をスケールオーバーして測定不能であったもの（９９９ｋΩ以上）を示す。
【０１８６】
また、「初期」とは、新品で空のインクタンク２１にインクを充填して直ちに実験を開始した場合を示し、「放置後」とは、新品で空のインクタンク２１にインクを充填後、３日間放置してから実験を開始した場合を示し、「インク供給後」とは、使用済みの空のインクタンク２１にインクを充填して正規の状態とした場合を示す。
【０１８７】
表８に示すように、例えばインク漏れの防止並びに異物の除去を目的としてインク供給経路３内に２つのフィルタ２３を設けた場合であっても、インク供給量ｑ’を１．０ｃｃ／ｍｉｎ以下に設定することで、フィルタ２３が撥水性であるか親水性であるかに拘らず、Ｓ／Ｎ比が５以上で、かつ、空気流入量Ｑａが０．５ｃｃ以下という良好な実験結果を得ることができた。
【０１８８】
また、表８において、上記下流側のフィルタ４２の濾過精度Ｆ２は、上記上流側のフィルタ４１の濾過精度Ｆ１と同等、あるいはそれ以上に設定されている。表８に示すように、特に、下流側のフィルタ４２の濾過精度Ｆ２を７０μｍ、上流側のフィルタ４１の濾過精度Ｆ１を５０μｍに設定すると、検出抵抗のＳ／Ｎ比が良好となることがわかる。
【０１８９】
また、表９に、フィルタの濾過精度Ｆ１（＝Ｆ）・Ｆ２とインク供給量ｑ’とＳ／Ｎ比との関係をまとめた結果を示す。
【０１９０】
【表９】
2004230667.tif 000012
【０１９１】
表９に示すように、上流側のフィルタ４１の濾過精度Ｆ１を５０μｍとしたときに下流側のフィルタ４２の濾過精度Ｆ２を５０μｍとした場合には良好なＳ／Ｎ比、もしくは、空気混入量を得ることができなかった。これに対し、上流側のフィルタ４１の濾過精度Ｆ１を５０μｍとしたときに下流側のフィルタ４２の濾過精度Ｆ２を９５μｍもしくは１１５μｍとすると、インク供給量ｑ’が２．００ｃｃ／ｍｉｎの場合には、空気混入量を判定すると良好な結果を得ることはできなかったが、それ以外の場合には良好なＳ／Ｎ比、もしくは、空気混入量を得ることができた。
【０１９２】
したがって、以上の結果から、上記上流側のフィルタ４１の濾過精度Ｆ１（ｍ）に対して、下流側のフィルタ４２の濾過精度Ｆ２（ｍ）を大きくすることによっても、気泡による検出抵抗のＳ／Ｎ比、もしくは、空気混入量の劣化を防止することができ、インク供給経路３内に気泡が発生してもインクエンプティ検出精度が劣化しない画像形成装置を提供することができる。
【０１９３】
そして、この場合、特に、上記下流側のフィルタ４２の濾過精度Ｆ２（ｍ）を上記上流側のフィルタ４１の濾過精度Ｆ１（ｍ）の√２倍以下（つまり、Ｆ１＜Ｆ２≦√２Ｆ１）、好ましくは√２倍未満とすることによって、気泡による検出抵抗のＳ／Ｎ比劣化を効果的に防止することができ、インクエンプティ検出精度が低下することをより効果的に防止することができる。
【０１９４】
特に、表８および表９に示すように、上流側のフィルタ４１の濾過精度Ｆ１を５０μｍとしたときに下流側のフィルタ４２の濾過精度Ｆ２を７０μｍとすると、インク供給量ｑ’が２．００ｃｃ／ｍｉｎの場合、あるいは、「放置後」に測定した場合であっても、良好なＳ／Ｎ比を得ることができた。
【０１９５】
これは、Ｆ２がＦ１の√２倍に設定されており、上流側のフィルタ４１を通過する際に発生する気泡が、下流側のフィルタ４２にトラップされるためである。
【０１９６】
つまり、フィルタ２３と同じフィルタ４１によるインク負圧の臨界圧力Ｐｍは、前記実験式（２）から、Ｐｍ＝４η／（√２・Ｆ１）で表されることから、気泡の直径をＤＢ（ｍ）とすると、上記上流側のフィルタ４１を通過した直後の気泡の直径ＤＢは濾過精度Ｆ１の√２倍になると考えられる。気泡の直径ＤＢは、図８に示す測定装置でフィルタの開口部におけるインクのメスニカスの破れる臨界圧力Ｐｍを測定して測定値から逆算することで求めることができる。
【０１９７】
ここで、前述の記載と同様に濾過精度Ｆ１は上記上流側のフィルタ４１の開口部（セル）の最小部と解釈すると、下流側のフィルタ４２の濾過精度Ｆ２が気泡の直径ＤＢ、すなわち（√２・Ｆ１）よりも大きくなると、インクが、第１のフィルタである上記上流側のフィルタ４１を通過することにより発生した気泡が、第２のフィルタである上記下流側のフィルタ４２にトラップされず通り抜けてしまい、検出電極２５・２５のＳ／Ｎ比が低下してしまう場合があり、この傾向は、上記Ｆ２がＦ１の２倍以上の場合に顕著となると推測する。
【０１９８】
したがって、上記下流側のフィルタ４２の濾過精度Ｆ２は、上記上流側のフィルタ４１の濾過精度Ｆ１の２倍よりも小さく設計されていることが望ましく、√２倍以下に設計されていること、言い換えれば、上記下流側のフィルタ４２の濾過精度Ｆ２が気泡の直径ＤＢ以下（つまり、Ｆ１＜Ｆ２≦ＤＢ）となるように設計されていることがより望ましい。
【０１９９】
またＦ２がＦ１より小さくなればなるほど、上記上流側のフィルタ４１により作られた気泡が上記下流側のフィルタ４２によりトラップされた後、該下流側のフィルタ４２によって作られる気泡の直径ＤＢ’（ＤＢ’＝√２・Ｆ２）も小さくなる。このため、インク検出電極のＳ／Ｎ比も減少し、インクエンプティ検出精度が劣化する場合がある。
【０２００】
これは、気泡は大きいほど、潰れやすいためであり、気泡は大きいほどインク検出抵抗のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【０２０１】
したがって、前記したように、上記上流側のフィルタ４１の濾過精度Ｆ１（ｍ）に対して、下流側のフィルタ４２の濾過精度Ｆ２（ｍ）を大きくすることが望ましく、これにより、インク供給経路３内に気泡が発生してもインクエンプティ検出精度が劣化しない画像形成装置を提供することができる。
【０２０２】
なお、フィルタ４１・４２の目の形状、つまり、フィルタ２３の目の形状は、円形でないことが、つまり、円形以外の形状であることが好ましい。例えば、上記フィルタ２３の目の形状は楕円形、もしくは、前記したように網目状であることが好ましい。このように構成することにより、インクがフィルタ４１・４２（フィルタ２３）を通過した後、該フィルタ４１・４２（フィルタ２３）の濾過精度Ｆ１・Ｆ２（Ｆ）よりも大きな気泡を発生させることができる。
【０２０３】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上述した各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０２０４】
さらに、上述した実施形態においては、上記インクタンク２１、つまり、インク収納部に収納する前のインク吸収体（インク吸収体２２）のセル密度をＮ（個／ｍ）、上記インク収納部に収納される前に対する上記インク収納部に圧縮されて収納されたときの上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比をＲとして説明したが、上記インク吸収体は、上記インク収納部に収容する際に圧縮して収納してもよく、予め圧縮してから収納してもよい。
【０２０５】
上記インク吸収体としては、例えば、圧縮加工されたスポンジ等、インク吸収体に広く使われる圧縮加工されたフォーム材（圧縮した状態で加熱プレスし、永久圧縮を与えたもの）を用いることができ、この場合、上記セル密度Ｎ（個／ｍ）並びに圧縮比Ｒとしては、圧縮加工前のインク吸収体のセル密度（個／ｍ）並びに圧縮加工前に対する圧縮加工後、つまり、圧縮加工後のフォーム材をインク吸収材としてインクタンクに挿入した際のインク吸収体の体積比で示される圧縮比（圧縮率）を用いることができる。
【０２０６】
よって、圧縮加工前のインク吸収体のセル密度をＮ’（個／ｍ）、圧縮加工前に対する圧縮加工後の上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比（圧縮率）をＲ’とすると、前記した各式は、Ｎ＝Ｎ’、Ｒ＝Ｒ’として表すことができる。
【０２０７】
【発明の効果】
本発明にかかる画像形成装置は、以上のように、インクを貯留するインク収納部と、該インク収納部に貯留しているインクを印字ヘッドに供給するインク供給経路と、該インク供給経路内のインクの有無を検出する検出電極とを備えた画像形成装置において、上記インク供給経路に供給されるインク供給量が、１分間当たり１．０ｃｃ以下に設定されている構成である。
【０２０８】
上記の構成によれば、インク供給時に上記インク供給経路内に気泡が発生しても上記検出電極のＳ／Ｎ比が低下しない。よって、上記の構成によれば、インク供給経路内に気泡が発生してもインクエンプティ検出精度が劣化しない画像形成装置を提供することができるという効果を奏する。
【０２０９】
本発明にかかる画像形成装置は、以上のように、インクを貯留するインク収納部と、該インク収納部に貯留しているインクを印字ヘッドに供給するインク供給経路と、該インク供給経路内のインクの有無を検出する検出電極とを備えた画像形成装置において、インクの動粘性をν（ｍ２／ｓ）、インク供給経路の直径をｄ（ｍ）、平均インク供給量をＱ（ｍ３／ｓ）とすると、
（４・Ｑ／（π・ｄ））／ν≦２
を満足する構成である。
【０２１０】
上記の構成によれば、上記インク供給経路に供給されるインク供給量を、１分間当たり１．０ｃｃ以下とすることができるので、インク供給時に上記インク供給経路内に気泡が発生しても上記検出電極のＳ／Ｎ比の低下を防止することができる。よって、上記の構成によれば、インク供給経路内に気泡が発生してもインクエンプティ検出精度が劣化しない画像形成装置を提供することができるという効果を奏する。
【０２１１】
本発明にかかる画像形成装置は、以上のように、上記インク収納部内部に、インクを保持する多孔質のインク収納体を備えると共に、上記インク供給経路内部にフィルタを備え、上記印字ヘッドにおけるノズルのインク吐出口と上記インク収納部のインク供給口との間の水頭圧をＰｈ（Ｐａ）、上記インク収納部にインクがフル充填されているときにインクを上記インク供給口を介して上記印字ヘッドに供給しようとするときに生じるインク収納部の水頭圧をＰｉ（Ｐａ）、上記インク収納部におけるインクの粘性抵抗による圧力損失をＰμ（Ｐａ）、上記フィルタの濾過精度をＦ（ｍ）、上記印字ヘッドにおけるノズルの直径をＤＮ（ｍ）、上記インクの表面張力をη（Ｎ／ｍ）、上記インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度をＮ（個／ｍ）、上記インク収納部に収納される前に対する上記インク収納部に圧縮されて収納されたときの上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比をＲ、上記インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク吸収体の断面積をＳ（ｍ２）、上記インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク吸収体の高さをＬ（ｍ）とすると、
４・η／ＤＮ−｜Ｐｈ｜＞４・η／Ｆ’≧｜Ｐμ｜＋｜Ｐｉ｜
Ｐμ＝（ｋ／Ａ）・［μ・Ｌ・（Ｎ・Ｒ）２／Ｓ］・Ｑ
（但し、係数（ｋ／Ａ）＝４８５、
フィルタの開口が円形の場合はＦ’＝Ｆ、
その他の場合はＦ’＝√２・Ｆ）
を満足する構成である。
【０２１２】
上記の構成によれば、インク供給時、特に、インクエンプティ直前におけるインク供給時にフィルタでリークする圧力を、上記印字ヘッドのノズルの臨界圧を越えることなく適宜管理でき、上記ノズルからの空気の吸い込みを防止することができると共に、インク供給経路に向かう異物を効果的に濾過することができ、上記ノズルによる吐出動作の信頼性を高めることができるという効果を奏する。
【０２１３】
本発明にかかる画像形成装置は、以上のように、上記インク供給経路内に、撥水性を有するフィルタを備えている構成である。
【０２１４】
上記の構成によれば、インク供給量が同じ場合でも、撥水性を有するフィルタを用いると、フィルタに撥水性を持たせていないときと比較して上記検出電極のＳ／Ｎ比が向上する。よって、上記の構成によれば、インクの供給によりインクエンプティ検出精度が低下することを、より効果的に防止することができるという効果を奏する。
【０２１５】
本発明にかかる画像形成装置は、以上のように、インクを貯留するインク収納部と、該インク収納部に貯留しているインクを印字ヘッドに供給するインク供給経路と、該インク供給経路内のインクの有無を検出する検出電極とを備えた画像形成装置において、上記インク供給経路内に、濾過精度の異なる２つのフィルタを備え、上記インク供給経路における下流側のフィルタの濾過精度が上流側のフィルタの濾過精度よりも大きい構成である。
【０２１６】
上記の構成によれば、インク供給時に上記インク供給経路内に気泡が発生した場合に上記検出電極のＳ／Ｎ比が低下することを防止することができる。よって、上記の構成によれば、インク供給経路内に気泡が発生してもインクエンプティ検出精度が劣化しない画像形成装置を提供することができるという効果を奏する。
【０２１７】
本発明にかかる画像形成装置は、以上のように、上記上流側のフィルタの濾過精度をＦ１（ｍ）、下流側のフィルタの濾過精度をＦ２（ｍ）とすると、
Ｆ１＜Ｆ２≦√２Ｆ１
を満足する構成である。
【０２１８】
上記下流側のフィルタの濾過精度Ｆ２を上記上流側のフィルタの濾過精度Ｆ１よりも大きくすると、そうでない場合と比較して上記下流側のフィルタによって作られる気泡の直径を大きくすることができる。しかしながら、上記下流側のフィルタの濾過精度Ｆ２が気泡の直径よりも大きくなると、インクが上記上流側のフィルタを通過することにより発生した気泡が、上記下流側のフィルタにトラップされず通り抜けてしまい、検出電極のＳ／Ｎ比が低下してしまう場合があり、この傾向は、上記Ｆ２がＦ１の√２倍より大きい場合に顕著となる。よって、上記の構成によれば、検出電極のＳ／Ｎ比の低下をより効果的に防止することができ、インクエンプティ検出精度の低下をより効果的に防止することができるという効果を奏する。
【０２１９】
本発明にかかる画像形成装置は、以上のように、上記下流側のフィルタの濾過精度Ｆ２（ｍ）は、上記インク供給経路内に生じた気泡が上記上流側のフィルタを通過する際に発生する気泡の直径をＤＢ（ｍ）とすると、
Ｆ１＜Ｆ２≦ＤＢ
を満足する構成である。
【０２２０】
上記下流側のフィルタの濾過精度Ｆ２を上記上流側のフィルタの濾過精度Ｆ１よりも大きくすると、そうでない場合と比較して上記下流側のフィルタによって作られる気泡の直径を大きくすることができる。しかしながら、上記下流側のフィルタの濾過精度Ｆ２が気泡の直径ＤＢよりも大きくなると、インクが上記上流側のフィルタを通過することにより発生した気泡が、上記下流側のフィルタにトラップされず通り抜けてしまい、検出電極のＳ／Ｎ比が低下してしまう場合がある。
したがって、上記下流側のフィルタの濾過精度Ｆ２を気泡の直径ＤＢ以下とすることで、上記上流側のフィルタを通過することにより発生した気泡を、上記下流側のフィルタで確実にトラップすることができる。よって、上記の構成によれば、検出電極のＳ／Ｎ比の低下をより効果的に防止することができ、インクエンプティ検出精度の低下をより効果的に防止することができるという効果を奏する。
【０２２１】
本発明にかかる画像形成装置は、以上のように、上記上流側のフィルタおよび下流側のフィルタの少なくとも一方が、撥水性を有している構成である。
【０２２２】
上記の構成によれば、インク供給量が同じ場合でも、撥水性を有するフィルタを用いると、フィルタに撥水性を持たせていないときと比較して上記検出電極のＳ／Ｎ比が向上することが確認できる。よって、上記の構成によれば、インクの供給によりインクエンプティ検出精度が低下することを、より効果的に防止することができる。
【０２２３】
本発明にかかる画像形成装置は、以上のように、当該画像形成装置に着脱可能に設けられたインクカートリッジを備え、上記インク収納部は、上記インクカートリッジに設けられていると共に、内部に、インクを保持する多孔質のインク吸収体が収納されたインク収納部を備え、上記インクの表面張力をη（Ｎ／ｍ）、上記インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度をＮ（個／ｍ）、上記インク収納部に収納される前に対する上記インク収納部に圧縮されて収納されたときの上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比をＲ、任意の姿勢でとり得る上記インク収納部のインク供給口に対する鉛直方向の最大高さのインクの水頭高さをｈ（ｍ）、インクの比重をγとすると、
η・Ｎ・Ｒ・Ｂ＞２・γ・ｈ
（但し、係数Ｂ＝４．０８×１０−４）
を満足する構成である。
【０２２４】
上記の構成によれば、インクの表面張力ηの違いも考慮して任意の姿勢で生じるインクの最大水頭圧力よりも大きい保持力が得られる。よって、インクカートリッジの着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が発生することをより確実に防ぐことができる。また、インクを連続吐出するときに、インク供給系の負圧を、印字ヘッドにおける、インクを吐出するノズル先端でのインクメニスカスにより生じるインクの吸引圧力未満とすることができ、インク供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまい、インク吐出動作不良となることを防止することができるという効果を併せて奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態にかかるインクジェット記録装置におけるインク供給経路への１分間あたりのインク供給量とインクタンクへの空気混入量と検出電極のＳ／Ｎ比との関係を示すグラフである。
【図２】上記インクジェット記録装置の全体構成を一部切り欠いて示す斜視図である。
【図３】上記インクジェット記録装置におけるインク供給装置の概略構成図である。
【図４】（ａ）は上記インクジェット記録装置のインクカートリッジの構成を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すインクカートリッジからインク供給経路を抜いた状態を示す断面図であり、（ｃ）は検出電極の構成を示す断面図である。
【図５】上記インク供給装置のフィルタの構成を示す正面図である。
【図６】上記インクカートリッジにインクを満たした状態からインクを継続して吐出したときの時間とインクカートリッジの負圧との関係を示すグラフである。
【図７】図６を模式的に示すグラフである。
【図８】上記インクジェット記録装置のインク供給経路にかかる負圧の測定実験に用いた測定装置の概略構成図である。
【図９】図８に示す測定装置を用いて実際に測定したフィルタの濾過精度とインク供給経路にかかる負圧との関係を示すグラフである。
【図１０】フィルタの濾過精度とフィルタによるインク負圧の臨界圧力との関係を示すグラフである。
【図１１】セル密度と効率との関係を示すグラフである。
【図１２】実装セル密度と効率との関係を示すグラフである。
【図１３】インクカートリッジのフォーム材の各セルを円形管路とみなしたとき、円形管路を流れる流量と管路の圧力差とを示す模式図である。
【図１４】最密充填されているセルを示す構成図である。
【図１５】インクカートリッジにおける実際のフォーム材内では、球形状又は多面体上のセルが数珠状に連通している状態を示す断面図である。
【図１６】実際のフォーム材内ではセルは連珠状の流路となっているとしたときの、実効直径の求め方を示す説明図である。
【図１７】セルの直径をｄｍ、その中心位置をＸ＝０とした球状流路を積分して求めた正規化流路抵抗をＲｄ、円柱状流路の正規化流路抵抗をＲｍとしたときの、Ｘと抵抗比Ｒｄ／Ｒｍ及びセル直径ｄとの関係を示すグラフである。
【図１８】圧縮率と負圧との関係を示すグラフである。
【図１９】インクカートリッジ内のインクが無くなる直前の状態ではフォーム材の下端のセルを毛管とみなすことができるとしたときの、毛管内の液面（インクメニスカス）の臨界圧力を示す模式図である。
【図２０】毛管内の液面（インクメニスカス）の臨界圧力を示す模式図である。
【図２１】供給口の端部の構成を拡大して示す断面図である。
【図２２】（ａ）〜（ｈ）はインクがノズルから吐出する状態を順に示す断面図である。
【図２３】（ａ）はインク供給量が少ない場合のインク供給経路内に発生する気泡の状態を示す上記インク供給経路の断面図であり、（ｂ）は、インク供給量が大きい場合のインク供給経路内に発生する気泡の状態を示す上記インク供給経路の断面図である。
【図２４】インク供給経路への１分間あたりのインク供給量とレイノルズ数との関係を示すグラフである。
【図２５】上記インクジェット記録装置のインク供給経路内に２つのフィルタを用いたインクカートリッジの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１    印字ヘッド
３    インク供給経路
３ａ  インク供給経路
４    インク供給チューブ
１０    インク供給装置
２０    インクカートリッジ
２１    インクタンク（インク収納部）
２２    インク吸収体
２３    フィルタ
２４    インク供給口
２５    検出電極
３１    フィルタ
４１    フィルタ
４２    フィルタ
【図１】
2004230667.tif 000013
【図２】
2004230667.tif 000014
【図３】
2004230667.tif 000015
【図４】
2004230667.tif 000016
【図５】
2004230667.tif 000017
【図６】
2004230667.tif 000018
【図７】
2004230667.tif 000019
【図８】
2004230667.tif 000020
【図９】
2004230667.tif 000021
【図１０】
2004230667.tif 000022
【図１１】
2004230667.tif 000023
【図１２】
2004230667.tif 000024
【図１３】
2004230667.tif 000025
【図１４】
2004230667.tif 000026
【図１５】
2004230667.tif 000027
【図１６】
2004230667.tif 000028
【図１７】
2004230667.tif 000029
【図１８】
2004230667.tif 000030
【図１９】
2004230667.tif 000031
【図２０】
2004230667.tif 000032
【図２１】
2004230667.tif 000033
【図２２】
2004230667.tif 000034
【図２３】
2004230667.tif 000035
【図２４】
2004230667.tif 000036
【図２５】
2004230667.tif 000037