(57)【要約】【課題】インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路内への空気混入を防止することができる画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、インクタンク２１と、該インクタンク２１から印字ヘッドにインクを供給するインク供給経路３とを備えると共に、上記インク供給経路３内部にはフィルタ２３が設けられ、インク供給時にフィルタ２３で発生する負圧が、上記印字ヘッドのノズルによるインク吸引圧力未満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を備えた画像形成装置において、
上記インク供給経路内部にフィルタを備え、
インク供給時に上記フィルタで発生する負圧が、上記印字ヘッドのノズルによるインク吸引圧力未満であ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を備えた画像形成装置において、
上記インク供給経路内部に、インク供給時にインク供給経路にかかる負圧を２．０ｋＰａ以下とするフィルタが設けられていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
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を備えた画像形成装置において、
上記インク供給経路内部にフィルタを備え、
上記フィルタの濾過精度をＦ（ｍ）、上記インクの表面張力をη（Ｎ／ｍ）、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧の臨界圧力をＰｍ（Ｐａ）とすると、
Ｆ’＝４η／Ｐｍ
Ｐｍ≦２０００
（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）
を満足することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
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、
上記フィルタの濾過精度をＦ（ｍ）、上記印字ヘッドのノズルの直径をＤＮ（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とすると、
ＤＮ＜Ｆ’＜１／（Ｎ・Ｒ）
（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）
を満足することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
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、
上記インク吸収体は、上記インク収納部に収納される前に予め圧縮加工が施されており、
上記フィルタの濾過精度をＦ（ｍ）、上記印字ヘッドのノズルの直径をＤＮ（ｍ）、圧縮加工前の上記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、
ＤＮ＜Ｆ’＜１／（Ｎ’・Ｒ’）
（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）
を満足することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
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、
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１〜３の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
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、
上記インク吸収体は、上記インク収納部に収納される前に予め圧縮加工が施されており、
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）、圧縮加工前の上記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’、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１〜３の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
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ており、
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１〜３の何れか１項に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ており、
上記インク吸収体は、上記インク収納部に収納される前に予め圧縮加工が施されており、
上記インクの表面張力をη（Ｎ／ｍ）、圧縮加工前の上記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’、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１〜３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共に、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】
【特許文献１】
特開平３−２８８６５４号公報（公開日：１９９１年１２月１８日）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
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、例えばフィルタの下流側の負圧を高くしすぎると、印字ヘッド側から空気を吸い込む可能性があり、この空気によって、上記電極間に電流が流れなくなり、誤ってインクエンプティと判断されるおそれがある。このように、インク供給圧力を、上記フィルタにかかる負圧よりも大きくすると、インク残量の低下以外の要因によりインク供給経路内に空気が混入し、インク残量検出の誤動作を招来するおそれがある。
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１では、上記問題点については何ら考慮されていない。
【００１０】
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、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路内への空気混入を防止することができる画像形成装置を提供することにある。
【００１１】
【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を備えた画像形成装置において、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の一部（端部）に設けられたフィルタ）を備え、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧が、上記印字ヘッドのノズル（インク吐出ノズル）によるインク吸引圧力未満であることを特徴としている。
【００１２】
インクを印字ヘッドに供給するとき、印字ヘッドがインクを吸引するときに必要な圧力、つまり、印字ヘッドのノズルのメニスカスによる圧力（インク吸引圧力）が、上記インク供給経路にかかる。そして、このインク吸引圧力の臨界値が、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧、つまり、フィルタの開口部（網目）のメニスカスによる圧力（フィルタ圧）の臨界値以下、特に該臨界値よりも小さくなると、該フィルタの開口部に形成されたメニスカスが破れる前に、空気が印字ヘッドのノズル先端より混入してしまうおそれがある。
【００１３】
このため、インクを印字ヘッドに供給するときのノズルのメニスカスによる圧力、すなわちインク吸引圧力を、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧よりも大きい値になるように設定しておけば、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧に打ち勝ち、フィルタの開口部に形成されているメニスカスの表面張力に打ち勝ってインクを吸引し、開口部のメニスカスが後退し、この結果、空気が印字ヘッドのノズル先端より混入することなく、インクの安定供給（補給）を行うことができる。よって、上記の構成によれば、上記印字ヘッドのノズルからの空気混入を防止し、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路内への空気混入を防止して上記ノズルからの安定したインクの吐出を確保することができる画像形成装置を提供することができる。また、上記の構成によれば、例えば、キャリッジ振動、気圧もしくは周囲温度変化等によりインク収納部のインク中に生じる気泡等はフィルタで捕獲され、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路内への空気混入を防止することができるので、インクエンプティの誤検出を防止することができる。
【００１４】
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を備えた画像形成装置において、上記インク供給経路内部（例えば上記インク収納部側のインク供給経路の一部（端部））に、インク供給時にインク供給経路にかかる負圧を２．０ｋＰａ以下とするフィルタが設けられていることを特徴としている。
【００１５】
上記の構成によれば、上記インク供給経路内部に、インク供給時にインク供給経路にかかる負圧を２．０ｋＰａ以下とするフィルタが設けられていることで、インクを印字ヘッドに供給するときのノズルのメニスカスによる圧力（インク吸引圧力）を、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧よりも大きくことができる。このため、上記の構成によれば、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧に打ち勝ち、フィルタの開口部に形成されているメニスカスの表面張力に打ち勝ってインクを吸引し、開口部のメニスカスが後退し、この結果、空気が印字ヘッドのノズル先端より混入することなく、インクの安定供給（補給）を行うことができる。よって、上記の構成によれば、上記印字ヘッドのノズルからの空気混入を防止し、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路内への空気混入を防止して上記ノズルからの安定したインクの吐出を確保することができる画像形成装置を提供することができる。また、上記の構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路内への空気混入を防止することができるので、インクエンプティの誤検出を防止することができる。
【００１６】
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を備えた画像形成装置において、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の一部（端部）に設けられたフィルタ）を備え、上記フィルタの濾過精度をＦ（ｍ）、上記インクの表面張力をη（Ｎ／ｍ）、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧の臨界圧力をＰｍ（Ｐａ）とすると、
Ｆ’＝４η／Ｐｍ
Ｐｍ≦２０００
（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）
を満足することを特徴としている。
【００１７】
上記の構成によれば、上記インク供給経路内部に、上記の関係式を満足するフィルタが設けられていることで、インク供給時にインク供給経路にかかる負圧を２．０ｋＰａ以下とすることができ、インクを印字ヘッドに供給するときのノズルのメニスカスによる圧力（インク吸引圧力）を、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧よりも大きくことができる。このため、上記の構成によれば、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧に打ち勝って、フィルタの開口部に形成されている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、この結果、空気が印字ヘッドのノズル先端より混入することなく、インクの安定供給（補給）を行うことができる。よって、上記の構成によれば、上記印字ヘッドのノズルからの空気混入を防止し、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路内への空気混入を防止して上記ノズルからの安定したインクの吐出を確保することができる画像形成装置を提供することができる。また、上記の構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路内への空気混入を防止することができるので、インクエンプティの誤検出を防止することができる。
【００１８】
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、上記フィルタの濾過精度をＦ（ｍ）、上記印字ヘッドのノズル（インク吐出ノズル）の直径をＤＮ（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とすると、
ＤＮ＜Ｆ’＜１／（Ｎ・Ｒ）
（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）
を満足することを特徴としている。
【００１９】
また、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、上記インク吸収体は、上記インク収納部に収納される前に予め圧縮加工が施されており、上記フィルタの濾過精度をＦ（ｍ）、上記印字ヘッドのノズルの直径をＤＮ（ｍ）、圧縮加工前の上記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、
ＤＮ＜Ｆ’＜１／（Ｎ’・Ｒ’）
（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）
を満足することを特徴としている。
【００２０】
上記の各構成によれば、インク供給時（インクエンプティ時）にフィルタ開口部のメニスカスが破れてインク供給系が空気を吸入する圧力を、該圧力が印字ヘッドのノズルの臨界圧を越えないように適宜管理することができ、上記ノズル先端から空気を吸い込むことを防止することができると共に、インク収納部からインク供給経路（インク流路）内に向かう異物を効果的に濾過することができる。
【００２１】
また、上記の各構成によれば、インクエンプティより以前にインク収納部に収められたインク吸収体のセルにおけるメニスカスによりノズル先端から不用意に空気を吸い込むことなくノズルからの吐出に伴ってセルのメニスカスをフィルタ位置まで後退させることができる。さらに、インク吸収体が気泡の発生を抑制すると共に、発生した気泡はフィルタに到達する以前にインク吸収体のセルが捕獲し、セルで捕獲されなかった気泡はフィルタで捕獲され、かつ、フィルタで捕獲された気泡をインク供給系に吸入してしまうことを防止することができる。よって、インク収納部からインク供給経路内に不用意に空気を吸い込むことを防止することができる。このため、上記の各構成によれば、インク吸収体が保持しているインクを印字ヘッドにより有効に供給することができると共に、インク吐出動作の信頼性を高めることができる。このため、上記の各構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路中への空気混入をより一層防止し、インクエンプティの誤検出をより効果的に防止することができる。
【００２２】
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、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している。
【００２３】
また、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、上記インク吸収体は、上記インク収納部に収納される前に予め圧縮加工が施されており、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）、圧縮加工前の上記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’、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。
【００２４】
上記の各構成によれば、インク供給時（インクエンプティ時）にフィルタ開口部のメニスカスが破れてインク供給系が空気を吸入する圧力を、該圧力が印字ヘッドのノズルの臨界圧を越えないように適宜管理することができ、上記ノズル先端から空気を吸い込むことを防止することができると共に、インク収納部からインク供給経路（インク流路）内に向かう異物を効果的に濾過することができ、かつ、インクエンプティより以前に、インク供給に伴うインク吸収体での圧力損失、及びインクレベル変動に伴う圧力変化に影響されることなく、インク収納部に収められたインク吸収体のセルにおけるメニスカスによりノズル先端から不用意に空気を吸い込むことなくノズルからの吐出に伴ってセルのメニスカスをフィルタ位置まで後退させることができる。さらに、インク吸収体が気泡の発生を抑制すると共に、発生した気泡がフィルタに到達する以前にインク吸収体のセルが捕獲され、インク収納部からインク供給経路内に不用意に空気を吸い込むことを防止することができる。このため、上記の各構成によれば、インク吸収体が保持しているインクを印字ヘッドにより有効に供給することができるとともに、インク吐出動作の信頼性を高めることができる。このため、上記の各構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路中への空気混入をより一層防止し、インクエンプティの誤検出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、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（例えばフォーム材）が収納されており、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。
【００２６】
また、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（例えばフォーム材）が収納されており、上記インク吸収体は、上記インク収納部に収納される前に予め圧縮加工が施されており、上記インクの表面張力をη（Ｎ／ｍ）、圧縮加工前の上記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’、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。
【００２７】
η・Ｎ・Ｒ・Ｂもしくは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よりも大きい保持力が得られる。よって、上記の各構成によれば、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、特に、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧（インク供給経路にかかる負圧）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。
【００２８】
【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２１に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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２０参照）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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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１、図３、および図５に基づいて詳細に説明する。
【００４２】
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。
【００４３】
図１（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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
また、図１（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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
上記のフィルタ２３は、図４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。
【００５０】
そして、このインクカートリッジ２０では、図１（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。
【００５１】
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５〜７に基づいて詳細に説明する。図５及び図６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６は、図５に示す関係を模式的に示すグラフである。
【００５２】
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５及び図６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。
【００５３】
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４参照）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。
【００５４】
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。
【００５５】
なお、インク供給経路３にかかる負圧の測定には、図７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。
【００５６】
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。
【００５７】
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８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。
【００５８】
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９）にすることにより検証した。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
これは、図４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。
【００６４】
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。
【００６５】
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８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９に示す結果が得られる。なお、図９において、「△」は図８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。
【００６６】
図９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８および図９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。
【００６７】
このため、本実施の形態では、図６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。
【００６８】
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。
【００６９】
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２０および図２１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。
【００７０】
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。
【００７１】
図１（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。
【００７２】
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２０参照）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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
・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。
【００７６】
また、表１における評価項目は下記の通りである。
【００７７】
・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τ（％）：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
【００７８】
【表１】
2004230665.tif 000003
【００７９】
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６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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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１０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１１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。
【００８７】
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。
【００８８】
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）のとき、実測安定負圧であるインク下限時安定負圧ＰＬが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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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１２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。
【００９６】
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。
【００９７】
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１３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。
【００９８】
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）
2004230665.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。
【００９９】
上記関係式（７）により、図１４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。
【０１００】
【表２】
2004230665.tif 000005
【０１０１】
実際のインク吸収体２２内（フォーム材内部）では、図１４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。
【０１０２】
ここで、図１５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１６に示す。図１６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１５参照）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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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、
2004230665.tif 000006
（但し、式中、（ｋ／Ａ）＝４８５を表す）
で表される。
【０１０７】
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。
【０１０８】
【表３】
2004230665.tif 000007
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
したがって、図１８（液体に正圧が印加時）及び図１９（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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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ＰＥを求めた結果を、表４に示す。
【０１１６】
【表４】
2004230665.tif 000008
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
なお、図１７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
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。
【０１２７】
なお、オリフィスの形状は、図２０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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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２０参照）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のメニスカスの過渡振動を考慮しない場合と、図２１（ａ）〜（ｈ）に示すようなノズル先端でのインク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２１（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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
また、実装セル密度Ｍ（Ｍ＝Ｎ・Ｒ）（個／ｍ）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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
【表５】
2004230665.tif 000009
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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、
2004230665.tif 000010
（但し、式中、係数Ｂ＝４．０８×１０−４、係数Ｃ＝１２１を表す）
となる。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
このように、フィルタを用いない場合、もしくは、フィルタを用いる場合でもフィルタの開口がインク吸収体２２（フォーム材）のセル２２ａよりも大きい場合には、インク吸収体２２におけるセル２２ａ（毛管）内の液面（インクのメニスカス）の臨界圧力ＰＥ（Ｐａ）、つまり、インクエンプティ時におけるインク吸収体２２の臨界圧力ＰＥ（Ｐａ）で、インク供給系に生じる負圧が決定される。
【０１４４】
しかしながら、フィルタの濾過性能を確保するためフィルタの開口をインク吸収体２２のセル２２ａよりも小さくした場合、あるいは、インク吸収体２２（フォーム材）を用いない場合には、フィルタによる臨界圧力Ｐｍ（Ｐａ）で、インク供給系に生じる負圧（インク吸収体２２もしくはフィルタの臨界圧力）が決定される。
【０１４５】
このため、フィルタの開口をインク吸収体２２のセル２２ａよりも小さくした場合、インク供給系に生じる負圧を２．０ｋＰａ以下とするには、下記関係式（２７）
Ｐｍ≦２０００（Ｐａ）                                  ・・・（２７）
を満足する必要がある。
【０１４６】
また、フィルタによる臨界圧力Ｐｍ（Ｐａ）は、前記一般式（１）並びに実験式（２）に示したように、インクの表面張力η（Ｎ／ｍ）と、フィルタの開口の大きさ、つまり、フィルタの濾過精度Ｆ（ｍ）とで決まる。したがって、Ｐｍ≦２０００（Ｐａ）とするには、前記一般式（１）並びに実験式（２）より、フィルタの濾過精度をＦ（ｍ）とすると、下記関係式（２８）
Ｐｍ＝４・η／Ｆ’                                      ・・・（２８）
（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）
を満足する必要がある。
【０１４７】
よって、上記関係式（２７）・（２８）から、インクタンク２１側のインク供給経路３内の一部に、下記関係式（２９）
Ｆ’＝４・η／Ｐｍ                                      ・・・（２９）
（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）
並びに前記関係式（２７）を満足するフィルタが設けられていることで、インク供給系に発生する負圧、つまり、この場合はインク供給時にフィルタで発生する負圧（フィルタによる臨界圧力Ｐｍ）を、印字ヘッド１の吐出ノズル１ａにて発生する吸引圧力（ノズルの臨界圧力Ｐｎ）未満（Ｐｎ＞Ｐｍ）とすることができる。
【０１４８】
したがって、インク供給経路３内に上記したフィルタを設けることで、インク供給系に発生する負圧に打ち勝ち、フィルタの開口部に形成されているメニスカスの表面張力に打ち勝ってインクを吸引し、開口部のメニスカスが後退し、この結果、空気が印字ヘッドのノズル先端より混入することなくインクの安定供給（補給）を行うことができる。なお、この場合においても、前記したように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。なお、逆に、ノズル先端のメニスカスによる臨界圧力が、フィルタの開口部に形成されているメニスカスの臨界圧力以下（つまり、Ｐｎ≦Ｐｍ）、特に該臨界圧力（Ｐｍ）よりも小さいと、ノズル先端の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】
つまり、インクを印字ヘッド１に供給するとき、印字ヘッド１がインクを吸引するときに必要な圧力、つまり、印字ヘッド１の吐出ノズル１ａのメニスカスによる圧力（インク吸引圧力）が、上記インク供給経路３（フィルタ）にかかる。そして、このインク吸引圧力、すなわち、吐出ノズル１ａの臨界圧力Ｐｎが、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧、つまり、フィルタの開口部のメニスカスによるインク負圧の臨界圧力Ｐｍ（フィルタ圧）以下、特に該臨界圧力Ｐｍ（フィルタ圧）よりも小さくなると、該フィルタの開口部に形成しているメニスカスを破る前に、空気が印字ヘッド１のノズル先端より混入してしまうことになる。
【０１５０】
このため、インクを印字ヘッド１に供給するときの吐出ノズル１ａのメニスカスによる圧力、すなわちインク吸引圧力（吐出ノズル１ａの臨界圧力Ｐｎ）を、上記フィルタ圧（フィルタによる臨界圧力Ｐｍ）よりも大きい値になるように設定しておけば、上記した問題を抑制することができる。
【０１５１】
したがって、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧が、上記印字ヘッド１の吐出ノズル１ａによるインク吸引圧力よりも小さくなるように、上記画像形成装置、より具体的には、上記負圧の要因となる各種条件、特に、フィルタを構成（設計）することで、上記した問題を抑制することができる。
【０１５２】
つまり、上記構成を満足するために、例えばインク供給経路３内、具体的には、インクタンク２１側のインク供給経路３の一部（端部）には、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧が、上記印字ヘッド１の吐出ノズル１ａによるインク吸引圧力よりも小さくなるフィルタ、具体的には、前記関係式（２９）並びに関係式（２７）を満足するフィルタ、つまり、下記関係式（３０）
Ｆ’≧４・η／２０００                                  ・・・（３０）
（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）
を満足するフィルタが設けられていることが望ましい。
【０１５３】
なお、液体の表面張力は水の０．０７２Ｎ／ｍが最大であり、インクの表面張力η（Ｎ／ｍ）に関連する吐出エネルギーの低減、吐出ノズル１ａにおけるノズル先端からの空気の吸い込み、吐出ノズル１ａ周辺のインクによる濡れやインクの洩れ等による吐出不良、および、紙面上でのインクの滲みによる画質劣化を防止するためには、インクの表面張力η（Ｎ／ｍ）は、０．０３〜０．０６の範囲内に設定する必要があり、一般的には、０．０３〜０．０５の範囲内に設定される。
【０１５４】
したがって、本実施の形態にかかる画像形成装置において、インクの表面張力η（Ｎ／ｍ）が０．０３であるとき、上記関係式（３０）から、前記フィルタ２３に、濾過精度Ｆ（ｍ）が、４２×１０−６（ｍ）以上、つまり４２μｍ以上のフィルタ、好適には、表面張力、濾過精度Ｆ等の変動等に対するマージンを約２０％とすると、Ｆ≧５０×１０−６（ｍ）のフィルタを用いることで、インク供給系にかかる負圧、つまり、フィルタ２３にかかる臨界圧力Ｐｍを２０００Ｐａ以下とすることができる。なお、このことは、例えば図９において濾過精度Ｆが５０μｍ、つまり、５０×１０−６（ｍ）の場合に、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が２．０ｋＰａ以下となることからも確認できる。
【０１５５】
一方、フィルタ２３として円形の開口を有するフィルタを用いる場合には、上記関係式（３０）から、濾過精度Ｆ（ｍ）が、６０×１０−６（ｍ）以上、つまり６０μｍ以上のフィルタ、好適には、表面張力、濾過精度Ｆ等の変動等に対するマージンを約２０％とすると、Ｆ≧７０×１０−６（ｍ）のフィルタを用いることで、インク供給系にかかる負圧、つまり、フィルタ２３にかかる臨界圧力Ｐｍを２０００Ｐａ以下とすることができる。
【０１５６】
以上のように、上記インクジェット記録装置のインクカートリッジ２０には、インク供給経路３におけるインクタンク２１側の端部に、インク供給時に上記インク供給経路３にかかる負圧を２．０ｋＰａ以下とするメッシュ状のフィルタ２３が設けられている。
【０１５７】
このため、印字ヘッド１がインク滴を吐出することによりに生じるインク吸引圧力、（インクの供給に必要な圧力）、つまり、インク吸収体２２にかかる圧力（インク供給圧力）は、インクタンク２１内部にかからず、インク供給圧力は、フィルタ２３の開口部２３ａ（網目）にかかるフィルタ圧よりも小さくなる。
【０１５８】
したがって、上記インクジェット記録装置によれば、フィルタ２３の開口部２３ａ（網目）に形成されているインクのメニスカスが破れるまでは、インク供給経路３内への空気の混入を防止することができ、また、メニスカスが破れ、インク供給経路３内に空気が吸入されインクエンプティを検出した際にもノズル先端におけるメニスカスが後退し過ぎてノズル先端より空気が混入することを防止できる。
【０１５９】
また、このようにインク充填時にインクタンク２１内に混入した気泡がフィルタ２３前面、つまり、フィルタ２３のインクタンク２１側端面の一部に捕獲された場合、もしくは、上記インクタンク２１が、インクエンプティ直前（近傍）の状態にあり、インク吸収体２２の一部分が空の状態でフィルタ２３に接触している場合に、フィルタ２３に接触している空気（気泡）を吸い込むことなくインク吸収体２２が保持しているインクを印字ヘッド１に有効に供給するための条件、言い換えれば、不用意にインク供給口３ａにインクタンク２１から空気を吸い込まない条件は、Ｐｍ＞ＰＥである。
【０１６０】
ここで、前記したように、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ことから、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（Ｐａ）、つまり、セル２２ａ内の液面（インクのメニスカス）の臨界圧力ＰＥ（Ｐａ）は、前記関係式（４）によって与えられる。
【０１６１】
一方、濾過精度Ｆ（ｍ）のフィルタ２３を用いた場合のフィルタ２３による臨界圧力Ｐｍは、前記実験式（２）によって与えられることから、濾過精度Ｆ（ｍ）のフィルタ２３を用いた場合における上記条件、すなわち、不用意にインク供給口３ａにインクタンク２１から空気を吸い込まない条件は、前記実験式（２）並びに関係式（４）から、下記関係式（３１）
（４・η）／（√２・Ｆ）＞４・η・（Ｎ・Ｒ）          ・・・（３１）
で表される。
【０１６２】
したがって、上記関係式（３１）を濾過精度Ｆについて整理すると、以下の関係式（３２）
√２・Ｆ＜１／（Ｎ・Ｒ）                              ・・・（３２）
が得られる。
【０１６３】
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。
【０１６４】
したがって、円形状の開口を有する濾過精度Ｆ（ｍ）のフィルタを用いた場合、不用意にインク供給口３ａにインクタンク２１から空気を吸い込まない条件は、上記したフィルタ２３を用いた場合と同様に、前記関係式（４）並びに上記一般式（３３）から、下記関係式（３４）
Ｆ＜１／（Ｎ・Ｒ）                                    ・・・（３４）
で与えられる。
【０１６５】
したがって、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）
Ｆ’＜１／（Ｎ・Ｒ）                                  ・・・（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カートリッジ２０を設計することで、インク供給圧力を、上記フィルタ２３にかかる負圧より小さく調整することができ、空気がフィルタ２３の開口部２３ａに形成されたインクのメニスカスを破り、インク供給経路３内に混入してしまうことを防止することができる。このため、上記の構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路３中への空気混入を防止し、インク残量検出の誤動作を防止することができ、品位に関して信頼性の高い印刷を行うことができる。
【０１６６】
なお、上記条件は、濾過精度Ｆ（ｍ）の代わりに、セル径を用いて管理することもできる。しかしながら、上記したようにインク供給時（エンプティ時）の負圧を、バラツキの大きいセル径ではなく、バラツキの小さな濾過精度Ｆ（ｍ）、つまり、開口の最短長さ（最小空隙幅）で管理することにより、安定した負圧を得ることができる。
【０１６７】
また、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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
例えば、前記関係式（３５）は、上記フィルタの濾過精度をＦ（ｍ）、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、下記関係式（３６）
Ｆ’＜１／（Ｎ’・Ｒ’）                                ・・・（３６）
（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）
で表される。なお、前述した各式あるいは、後述する各式についても同様にＮ＝Ｎ’、Ｒ＝Ｒ’として表すことができる。勿論、Ｎ・ＲあるいはＮ’・Ｒ’の代わりに、実装セル密度Ｍを用いることができることは言うまでもない。
【０１７１】
また、吐出ノズル１ａの直径をＤＮ（ｍ）とすると、前記関係式（１９）から、吐出ノズル１ａのメニスカスの臨界圧力Ｐｎ（Ｐａ）は、下記一般式（３７）
Ｐｎ＝４・η／ＤＮ                                      ・・・（３７）
で表される。
【０１７２】
ここで、ノズル先端から空気を吸い込まない条件は、
Ｐｎ＞Ｐｍ
であり、前記したように、不用意にインク供給口３ａにインクタンク２１から空気を吸い込むことなくインク吸収体２２が保持しているインクを印字ヘッド１に有効に供給するための条件は
Ｐｍ＞ＰＥ
であるため、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路中への空気混入をより一層防止し、インク残量検出の誤動作をより効果的に防止するためには、以下の条件、
Ｐｎ＞Ｐｍ＞ＰＥ
を満足すること、つまり、前記関係式（３１）および上記一般式（３７）から、以下の関係式（３８）
（４・η／ＤＮ）＞（４・η）／Ｆ’＞４・η・（Ｎ・Ｒ）        ・・・（３８）
（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）
を満足することがより望ましい。
【０１７３】
したがって、上記関係式（３８）を濾過精度Ｆ’（ｍ）について整理すると、以下の関係式（３９）
ＤＮ＜Ｆ’＜１／（Ｎ・Ｒ）                              ・・・（３９）
（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）
が得られる。
【０１７４】
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（４０）
Ｐｎ’＝Ｐｎ−｜Ｐｈ｜                                  ・・・（４０）
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。
【０１７５】
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（４１）
Ｐｎ’＞｜Ｐμ｜−｜Ｐｉ｜                              ・・・（４１）
を満たすことであり、インクエンプティ時で、下記関係式（４２）
Ｐｎ’＞Ｐｍ                                            ・・・（４２）
を満たすことである。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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｜                                ・・・（４３）
となるので、上記関係式（４２）・（４３）から、以下の関係
Ｐｎ’＞Ｐｍ＞｜Ｐμ｜＋｜Ｐｉ｜                        ・・・（４４）
が導かれる。
【０１７８】
したがって、上記関係式（４１）・（４４）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（４４）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（３７）から、以下の関係式（４５）
４・η／ＤＮ−｜Ｐｈ｜＞４・η／Ｆ’＞｜Ｐμ｜＋｜Ｐｉ｜・・・（４５）
（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。
【０１７９】
つまり、ノズルの臨界圧力Ｐｎ（Ｐａ）よりヘッド水頭圧Ｐｈ（Ｐａ）を差し引いた残りが、フィルタによる臨界圧力Ｐｍ（ｐａ）より大きいこと、言い換えれば、ノズルの臨界圧力Ｐｎ（Ｐａ）よりヘッド水頭圧Ｐｈ（Ｐａ）を差し引いた残りが、インク供給に伴って粘性や表面張力により発生する負圧（つまり表面張力による臨界圧力Ｐｃ（Ｐａ））より大きいことが必要であり、上記条件を満足することで、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。なお、上記した各式、例えば上記関係式（４１）並びに（４３）〜（４５）において、Ｐμは前記関係式（１０）にて与えられる。
【０１８０】
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。
【０１８１】
【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を備えた画像形成装置において、上記インク供給経路内部にフィルタを備え、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧が、上記印字ヘッドのノズルによるインク吸引圧力未満である構成である。
【０１８２】
上記の構成によれば、インク供給時に上記フィルタの開口部に形成されているメニスカスの表面張力により発生する負圧に対して印字ヘッドのノズルにおけるメニスカスの表面張力によるインク吸引力が打ち勝って、インクを吸引し、フィルタのメニスカスが前進し、この結果、空気が印字ヘッドのノズル先端より混入することなく、インクの安定供給（補給）を行うことができる。よって、上記の構成によれば、上記印字ヘッドのノズルからの空気混入を防止し、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路内への空気混入を防止して上記ノズルからの安定したインクの吐出を確保することができる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。また、上記の構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路内への空気混入を防止することができるので、インクエンプティの誤検出を防止することができるという効果を併せて奏する。
【０１８３】
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を備えた画像形成装置において、上記インク供給経路内部に、インク供給時にインク供給経路にかかる負圧を２．０ｋＰａ以下とするフィルタが設けられている構成である。
【０１８４】
上記の構成によれば、上記インク供給経路内部に、インク供給時にインク供給経路にかかる負圧を２．０ｋＰａ以下とするフィルタが設けられていることで、インクを印字ヘッドに供給するときのノズルのメニスカスによる圧力（インク吸引圧力）を、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧よりも大きくことができる。このため、上記の構成によれば、インク供給時（インクエンプティ時）にフィルタ開口部のメニスカスが破れてインク供給系が空気を吸入する圧力を、該圧力が印字ヘッドのノズルの臨界圧を越えないように適宜管理することができ、この結果、空気が印字ヘッドのノズル先端より混入することなく、インクの安定供給（補給）を行うことができる。よって、上記の構成によれば、上記印字ヘッドのノズルからの空気混入を防止し、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路内への空気混入を防止して上記ノズルからの安定したインクの吐出を確保することができる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。また、上記の構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路内への空気混入を防止することができるので、インクエンプティの誤検出を防止することができるという効果を併せて奏する。
【０１８５】
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を備えた画像形成装置において、上記インク供給経路内部にフィルタを備え、上記フィルタの濾過精度をＦ（ｍ）、上記インクの表面張力をη（Ｎ／ｍ）、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧の臨界圧力をＰｍ（Ｐａ）とすると、
Ｆ’＝４η／Ｐｍ
Ｐｍ≦２０００
（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）
を満足する構成である。
【０１８６】
上記の構成によれば、上記インク供給経路内部に、上記の関係式を満足するフィルタが設けられていることで、インク供給時にインク供給経路にかかる負圧を２．０ｋＰａ以下とすることができ、インクを印字ヘッドに供給するときのノズルのメニスカスによる圧力（インク吸引圧力）を、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧よりも大きくことができる。このため、上記の構成によれば、インク供給時（エンプティ時）にフィルタ開口部のメニスカスが破れてインク供給系が空気を吸入する圧力を、該圧力が印字ヘッドのノズルの臨界圧を越えないように適宜管理することができ、この結果、空気が印字ヘッドのノズル先端より混入することなく、インクの安定供給（補給）を行うことができる。よって、上記の構成によれば、上記印字ヘッドのノズルからの空気混入を防止し、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路内への空気混入を防止して上記ノズルからの安定したインクの吐出を確保することができる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。また、上記の構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路内への空気混入を防止することができるので、インクエンプティの誤検出を防止することができるという効果を併せて奏する。
【０１８７】
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、上記フィルタの濾過精度をＦ（ｍ）、上記印字ヘッドのノズルの直径をＤＮ（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とすると、
ＤＮ＜Ｆ’＜１／（Ｎ・Ｒ）
（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）
を満足する構成である。
【０１８８】
また、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、上記インク吸収体は、上記インク収納部に収納される前に予め圧縮加工が施されており、上記フィルタの濾過精度をＦ（ｍ）、上記印字ヘッドのノズルの直径をＤＮ（ｍ）、圧縮加工前の上記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、
ＤＮ＜Ｆ’＜１／（Ｎ’・Ｒ’）
（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）
を満足する構成である。
【０１８９】
上記の各構成によれば、インク吸収体のセルにおけるメニスカスの臨界圧力に対してフィルタの開口部における臨界圧力を大きくするように適宜管理することができ、フィルタに捕獲された気泡をインク供給経路に吸入することなくインクの消費に伴ってインク吸収体のメニスカスを後退させてインクを補給することができる。さらに、インク供給時（インクエンプティ時）にフィルタ開口部のメニスカスが破れてインク供給系が空気を吸入する圧力を、該圧力が印字ヘッドのノズルの臨界圧を越えないように適宜管理することができ、上記ノズル先端から空気を吸い込むことを防止することができると共に、インク収納部からインク供給経路（インク流路）内に向かう異物を効果的に濾過することができ、インク収納部からインク供給経路内に不用意に空気を吸い込むことを防止することができる。このため、上記の各構成によれば、インク吸収体が保持しているインクを印字ヘッドにより有効に供給することができると共に、インク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。このため、上記の各構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路中への空気混入をより一層防止し、インクエンプティの誤検出をより効果的に防止することができるという効果を併せて奏する。
【０１９０】
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、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。
【０１９１】
また、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、上記インク吸収体は、上記インク収納部に収納される前に予め圧縮加工が施されており、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）、圧縮加工前の上記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’、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。
【０１９２】
上記の各構成によれば、インク供給時にインク吸収体で発生するインク粘性抵抗に基づく負圧とヘッド水頭圧力（インク水頭圧）に対してフィルタの開口部のメニスカスの臨界圧力を大きく適宜設定することができ、フィルタに捕獲された気泡をインク供給系に吸入することなくインク吸収体に保持されたインクを消費することができる。さらに、インク供給時（インクエンプティ時）にフィルタ開口部のメニスカスが破れてインク供給系が空気を吸入する圧力を、該圧力が印字ヘッドのノズルの臨界圧を越えないように適宜管理することができ、上記ノズル先端から空気を吸い込むことを防止することができると共に、インク収納部からインク供給経路（インク流路）内に向かう異物を効果的に濾過することができ、インク収納部からインク供給経路内に不用意に空気を吸い込むことを防止することができる。このため、上記の各構成によれば、インク吸収体が保持しているインクを印字ヘッドにより有効に供給することができると共に、インク吐出動作の信頼性を高めることができる。このため、上記の各構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路中への空気混入をより一層防止し、インクエンプティの誤検出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。
【０１９３】
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ており、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。
【０１９４】
また、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ており、上記インク吸収体は、上記インク収納部に収納される前に予め圧縮加工が施されており、上記インクの表面張力をη（Ｎ／ｍ）、圧縮加工前の上記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’、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。
【０１９５】
上記の各構成によれば、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という効果を奏する。また、インクを連続吐出するときに、インク供給系の負圧、特に、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧（インク供給経路にかかる負圧）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】（ａ）は本発明の実施の一形態にかかる要部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】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５】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６】図５を模式的に示すグラフである。
【図７】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８】図７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９】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１０】セル密度と効率との関係を示すグラフである。
【図１１】実装セル密度と効率との関係を示すグラフである。
【図１２】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１３】最密充填されているセルを示す構成図である。
【図１４】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１５】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１６】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１７】圧縮率と負圧との関係を示すグラフである。
【図１８】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１９】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】供給口の端部の構成を拡大して示す断面図である。
【図２１】（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。
【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（検出器）
３１    フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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