(57)【要約】【課題】  高いインク送出効率を有する液体インクカートリッジの提供。【解決手段】  液体インクカートリッジ１０は、一端部にインク出口４を有すると共に内部に供給インク１を受容可能なインクリザーバ６を定める容器と、インクリザーバ６内のインク出口４から離れた位置に配置されたインクフォロア組成物２と、を含む。インクフォロア組成物２は粘性ゲル材料又はグリース材料で構成され、インクリザーバ６内に負圧を与える。【選択図】        図１
2004216893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部にインク出口を有すると共に内部に供給インクを受容可能なインクリザーバを定める容器と、
前記インクリザーバ内の前記インク出口から離れた位置に配置されたインクフォロア組成物と、
を含む、液体インクカートリッジであって、
前記インクフォロア組成物が粘性ゲル材料又はグリース材料で構成され、前記インクリザーバ内に負圧を与える、
液体インクカートリッジ。
【請求項２】
前記インクフォロア組成物が、無極性液体と、増粘剤と、オプションの極性添加剤とを含む、請求項１に記載の液体インクカートリッジ。
【請求項３】
前記無極性液体組成物が、鉱油と、ワセリン、スピンドル油、ヒマシ油、オリーブ油等の動物性及び植物性油と、流動パラフィンと、エステル類と、高沸点炭化水素類と、高分子及び低分子炭化水素類と、高級脂肪酸類と、高級アルコール類と、低分子ポリオレフィン類と、それらの混合物とから成る群から選択される、請求項２に記載の液体インクカートリッジ。
【請求項４】
前記インクリザーバが管状通路の形態であり、
該管状通路の構成が略直線状の構成、蛇腹状の構成、環状の構成及び螺旋状の構成を含む群から選択され、
前記インクフォロア組成物が、前記管状通路の前記インク出口とは反対側の端部に配置されると共に、オプションの空隙によって前記インクリザーバ内のインクから分離された、
請求項１又は２に記載の液体インクカートリッジ。
【請求項５】
前記インクフォロア組成物が、約４０〜約９８重量％の前記無極性液体組成物を含む、請求項２に記載の液体インクカートリッジ。
【請求項６】
前記インクフォロア組成物が、約０．１〜約１０重量％の前記増粘剤を含む、請求項２に記載の液体インクカートリッジ。
【請求項７】
前記インクフォロア組成物の前記増粘剤が金属石鹸である、請求項２に記載の液体インクカートリッジ。
【請求項８】
前記インクフォロア組成物が、約０．０１〜約５重量％の前記オプションの極性添加剤を含む、請求項２に記載の液体インクカートリッジ。
【請求項９】
前記オプションの極性添加剤がエトキシ化ノニルフェノール等の非イオン性界面活性剤及び水から成る群から選択される、請求項２に記載の液体インクカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体インク画像形成装置用の液体インクカートリッジに関する。この液体インクカートリッジは、特に装置のアイドリング中にノズルからのインクの望ましくない浸出を回避するために、供給インクを大気圧以下に保つ、粘性ゲルのシールを用いる。従って、本発明は、長期にわたる不使用時のノズルの乾燥及び詰まりを回避する。
【背景技術】
【０００２】
全てのインクジェットカートリッジに共通して、設計上の特徴となるのは、負の供給圧力を保つ方法である。この負圧は、休（静）止状態で開放されているカートリッジからインクが放出されないために必要である。一般的に、次の３つの異なる方法のうち任意の１つを用いて、この負圧を供給できる。１）インクを引き止めるためのフォーム（スポンジ）状毛管媒体を使用、２）真空状態を作るための袋に入ったばね（スプリングバッグ）を使用、及び３）インク容器を物理的にプリント要素の下方に配置。
【０００３】
これらの方法の短所としては、次のものが挙げられる。１）フォーム（発泡材、スポンジ）容器は、困難な組み立て作業を要する更なる部品を用いる。フォームは空気とインクとの混合物を引き込む傾向があり、フォーム中に捕らえられた空気はフォームを通るインクの流れを妨げるので、フォーム容器は時間が経つと劣化することもある。結果として、容器の寿命の最後にフォーム中に残るインクの量により、フォーム容器は概してインク送出効率が低い。２）スプリングバッグは高価であると共に、材料のばね定数（spring rate）により、容器の寿命にわたって送出圧力が変化する。３）プリント要素の下方にインク容器を配置するのは、構造上、空間的な制約を有することが多いため実施が困難であると共に、一般的に、接続及び切断シールを有する導管系が必要である。
【０００４】
ボールペンでは、インクの後漏れを防止し、溶媒の蒸発を抑制し、インク管に空隙が形成されるリスクを低減するために、「グリース栓」としても知られるインクフォロア（追随）組成物が用いられている。一般的に、インクフォロアは、増粘剤を用いてグリース状の粘度まで濃くした無極性の液体で構成され、供給インクの後に配置される。このような組成物は負圧も保つ。
【０００５】
液体のビヒクル及び固体の有機プラスチック又はポリマーの微細粒子を含む、インクフォロア組成物がある（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。また、僅かに揮発性の有機液体とゲル化剤とポリエーテル変性シリコーンとを含むインク蒸発防止組成物がある（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
これらのインク制御栓は、水性ボールペンが垂直又は水平の向きに配置された際のインクの漏出を十分に防止できると共に、軽度の落下衝撃にも耐えられる。軽度の落下衝撃のうちで最も強い衝撃の例は、ペンが机（約７０ｃｍ）から床に落下した場合である。この場合には、従来のインクフォロアであっても、インクフォロアが僅かにずれるだけで、ほとんどトラブルを生じない。
【０００７】
液体インクカートリッジ内に負圧を与えるための上記方法があるにも関わらず、液体インクカートリッジにおける、負圧を与えるためのシステムの改良及び漏出防止の改良が必要とされ続けており、このような液体インクカートリッジはインクジェットカートリッジを含むがそれに限定されない。たとえ、当該技術分野では様々な公知の方法が既に受け容れられていても、コスト効果の向上及び信頼性の向上を提供しつつ、無駄になるインクの低減という観点においてインク効率を向上させるために、改良された方法及びシステムが受け容れられるであろう。
【０００８】
更に、インク制御栓はボールペンの技術分野では一般的に周知であっても、液体インクプリントの技術分野では、このようなインク制御栓はこれまでに適用されていない。たとえ動作原理は類似していても、液体インクプリント方法には、異なるインク特性、異なるプリント機構等を含む、ボールペンの使用法にはない広範囲の問題が関与する。最も重要な違いはインク容器の構造の違いである。ボールペンは、一般的に、略直線状の細い円筒形の管を含み、一方、インクジェットインク容器は、一般的に、より大きなタンク状の嵩張る容器を含む。
【特許文献１】米国特許第３，５２６，５２２号明細書
【特許文献２】米国特許第３，６５６，８５７号明細書
【特許文献３】米国特許第５，３４８，９８９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明は、フォーム又はスプリングバッグの設計では必要とされる追加部品を必要とせず、高いインク送出効率を有する、液体インクカートリッジを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、液体インクカートリッジは、ボールペンに用いられる種類のような粘性ゲルのシールを含む。インクリザーバからインクが流出すると、ゲルがインクの流れに抵抗することによって真空を生じるので、このシールは、液体インクカートリッジ内の負圧を保つ。更に、このような液体インクカートリッジは、特殊な組み立て作業を必要としないので、構成するのが簡単である。
【００１１】
複数の実施形態において、本発明は、一端部にインク出口を有すると共に内部に供給インクを受容可能なインクリザーバを定める容器と、前記インクリザーバ内の前記インク出口から離れた位置に配置されたインクフォロア組成物と、を含む液体インクカートリッジであって、前記インクフォロア組成物が、粘性ゲル材料又はグリース材料で構成され、前記インクリザーバ内に負圧を与える、液体インクカートリッジを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
添付の図面を参照し、本発明の幾つかの好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
本発明の、インクジェットインクカートリッジ等の液体インクカートリッジは、供給インクを受容して収容することが可能なインク「管」を有する。インク管の一端部は、使用中にインクが吐出されるインク出口がインクジェットノズル又は他のプリント装置に接続され、他端部には粘性ゲルの栓が適用されている。ここで用いられている粘性ゲルの栓は、従来のボールペンのインクフォロアに一般的に用いられ得る組成物と同じタイプのものである。
【００１４】
図１を参照すると、液体インクカートリッジ１０の内部が示されている。インクリザーバを構成するインク供給管６には、供給インク１が収容されている。カートリッジ１０内のインク供給管６は、例えば蛇腹状や螺旋状の十分に細い連続経路として構成されてもよい。例えばカートリッジの形状による必要に応じて、インク供給管の別の構成を用いてもよい。例えば、使用可能なインクの量を増加するために、又は、単一の液体インクカートリッジ内に異なる色若しくは異なる特性（例えばフォトグレードインク）のインクが収容され得る場合に、適宜複数の管を用いてもよい。インク供給管６のインク出口端部４は、直接又は接続部材を介して画像形成装置のプリントヘッドに接続されてもよい。インク供給管６の通気端部５には、インクフォロア２が配置されている。インク供給管６の通気端部５は周囲の空気に対して開放されているので、周囲環境の大気圧に保たれる。
【００１５】
図示されている特定の実施形態では、インクフォロア２は、オプションの空隙３によって供給インク１から分離されている。インクとインクフォロア組成物との適合性に応じて、空隙３が含まれてもよい。インクフォロア組成物がインクによって溶解するか又は別様でインクと反応若しくは相互作用するようにインクの調合がなっている場合には、インクとインクフォロアとの間に空隙を残すのが望ましいこともある。インクフォロアとインクとの間の空隙は、このシステムの「ばね」として作用する。容器からインクが流出すると、インクフォロアはこの流れに抵抗することにより負圧のポケットを生じて、インクがノズルから滴るのを防ぐ。供給インクが消費されるにつれて、この負圧にフォロアが引っ張られてインク供給管内を移動する。従って、供給インクが流出される際、負圧はかなり一定に保たれる。この空隙は、軽微な衝撃からシステムを保護すると共に、そのような衝撃によって供給インク中にエアポケットが形成されるのを最小限に抑える。また、空隙３を含むことにより、負圧の発生が高められる。
【００１６】
図２には別の実施形態が示されている。図２では、図１に示されている実施形態と同様の要素は同様の参照番号を用いて示されている。しかし、図２に示されているインク供給管又はリザーバ６は、螺旋状（又はカタツムリ状）の形状を有する。この実施形態では、インク出口４は図１に示されているものと同様であるが、通気端部５は液体インクカートリッジの中心部に位置する。このような構成では、通気端部５は、例えば、液体インクカートリッジの側面の適切な通気孔（図示しないが、図２の紙面の平面内にある）を含む任意の従来の手段によって、周囲の空気に対して開放されている。
【００１７】
インク供給管６のサイズ及びフォロア組成物の（例えば粘度等の）特性は、液体インクカートリッジ１０に所望されるインク容量並びに／又はプリントヘッドの開口部のサイズ及び形状等の特徴によって決定される。従って、フォロア組成物は、液体インク容器の特性に少なくとも部分的に基づいて選択されるべきである。図示されている実施形態では、インク供給管６は、液体インクカートリッジ１０の長方形のハウジング内に収まるように構成されている。しかし、インク供給管６は、別の形状のハウジングに収まるように構成されてもよく、特定の液体インクカートリッジの設計に影響されて決まる。
【００１８】
インク容器１０は、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリエチレンテレフタレート等の熱可塑性樹脂を成型して作られるのが好ましい。容器は、透明、有色透明、半透明又は不透明であってよい。しかし、容器を透明、有色透明又は半透明にすれば、ユーザがインクの色や残量を確認できると共に、ユニークなデザイン効果を生じることもできる。
【００１９】
一般的に、本発明で用いるインクフォロアは、ボールペン及び類似のペンの技術分野で既に用いられているものを含む任意の適切なインクフォロアであってよい。複数の実施形態において、インクフォロアは、インクリザーバ内でシール効果を与えると共にインクが流出する際に負圧を与える特性を備えた任意の適切な粘性ゲル又は他の組成物であってよい。
【００２０】
本発明の特定の一実施形態では、インクフォロアは、適切な無極性液体と、増粘剤と、オプションの極性添加剤とを含む。
【００２１】
本インクフォロア組成物に用いることが可能な無極性液体の例としては、鉱油、動物性及び植物性油、エステル類、高沸点炭化水素類、高級脂肪酸類、高級アルコール類、並びに低分子ポリオレフィン類等のグリース材料が含まれる。典型的な例としては、ワセリン、スピンドル油、ヒマシ油、オリーブ油、流動パラフィン、及び、数平均分子量が約３００〜約３０００のポリブテンが挙げられる。無極性液体の使用量は、インクフォロア組成物の総重量の約４０〜約９０重量％、好ましくは約９０〜約９７重量％の範囲内である。
【００２２】
特に有用な組成物では、無極性液体成分として、高分子ポリブテン及び低分子ポリブテンの組み合わせが用いられる。高分子ポリブテンとは、数平均分子量が約９００を超えるポリブテンを意味する。低分子ポリブテンとは、数平均分子量が約９００未満、好ましくは約５００未満のポリブテンを意味する。適切な高分子ポリブテンは、アモコ社（Amoco Inc.）から「Ｈ−１００」という表示で入手可能である。適切な低分子ポリブテンは、アモコから「Ｌ−１００」という表示で入手可能である。高分子ポリブテン：低分子ポリブテンの比率は少なくとも約２：１であるべきである。（後述するような）極性添加剤を用いない場合は、高分子ポリブテン：低分子ポリブテンの比率は少なくとも約３：１であるべきである。個々のポリブテンのみを用いると、混合物の流動性が高くなり過ぎるか、又はワックス状（waxy）になり過ぎる。しかし、上記の比率では、高分子ポリブテン及び低分子ポリブテンの混合物は、所望の流動特性を示すインクフォロア組成物を提供することがわかった。
【００２３】
別の態様では、本明細書で説明するインクフォロア組成物は、無極性液体として鉱油を混合したポリブテンを含む。ポリブテンのみでは幾分べたつく可能性があり、インク管に粘着することもあり得る。しかし、ポリブテンと鉱油とを混合することにより、インクフォロア組成物のインク管への望ましくない粘着を回避しつつ、良好なグリース状の粘度が得られることがわかった。特に有用な組成物では、上記のポリブテン混合物と組み合わせて鉱油が用いられる。
【００２４】
本インクフォロア組成物に使用可能な増粘剤の例としては、微粒子シリカ；ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム及びステアリン酸亜鉛等の金属石鹸；ベントナイト及びカーボンブラック等の無機顔料；並びに有機顔料が挙げられる。増粘剤の使用量は、好ましくはインクフォロア組成物の総重量の０．１〜約１５重量％であり、より好ましくは約２〜約１０重量％である。
【００２５】
本インクフォロア組成物に含まれるのが好ましい（が、オプションであるので、含まれない方が望ましければ含まれなくてもよい）第三の成分は、高い極性を有する添加剤である。極性添加剤を添加することにより、特に高い極性を有する水性インクを用いた場合に、インクフォロアとインクとの親和性が高められ、インクフォロアがインク管の壁に粘着する傾向が最小になる。適切な極性添加剤としては、非イオン性界面活性剤及び低分子アルコールが挙げられる。
【００２６】
極性添加剤として非イオン性界面活性剤を選択した場合には、界面活性剤と組成物中の無極性液体との適合性、及び、インクフォロアを処理する際に用いられる温度を考慮すべきである。従って、例えば、増粘剤としてステアリン酸アルミニウムを用いる場合には、処理中には最高で１８０℃までの温度が必要になり得る。クレー増粘剤を用いる場合には、室温での処理が可能である。エトキシ化されたノニルフェノールは、広範な無極性液体との適合性を有すると共に広範囲の処理温度に耐えられる点で、特に有用な非イオン性界面活性剤である。適切な非イオン性界面活性剤の一例は、米国ニュージャージー州クランベリに所在のローヌ・プーラン社（Rhone Poulenc, Inc.）からＩｇｅｐａｌＲＣ−５２の表示で入手可能である。
【００２７】
低分子ヒドロキシル含有化合物も、本組成物の極性添加剤として用いることが可能である。適切な化合物としては、Ｒ−ＯＨ（式中、Ｒは水素又はＣ1〜Ｃ5アルキルである）の式で表されるものが含まれる。ヒドロキシル含有化合物の選択は、使用される増粘剤に左右される場合もある。従って、例えば、増粘剤として特定のクレーを用いる場合には、水が極性添加剤の役割をすることが可能である。エタノール及びイソプロパノールは広範な増粘剤に有用であり、複数の実施形態において好ましい極性添加剤である。
【００２８】
本インクフォロア組成物には、その他のオプションの成分が組み込まれてもよい。例えば、本組成物にシリコーンオイル又はシリコーンワックスを添加することが可能である。また、例えば、インクフォロア組成物用の更なる組成物及び添加剤を開示しているアサミら（Asami et al.）の米国特許第６，２００，０５３号も参照されたい。このようなインクフォロア組成物及び添加剤は、本発明で用いられるインクフォロア組成物に等しく適用可能であり、従って、この特許の開示全体を参照して本明細書に援用する。
【００２９】
本明細書で説明している組成物は、無極性液体に増粘剤及び任意の極性添加剤又は他の成分を添加して、混合又は混練して均質な混合物にすることによって調製できる。所望の際に又は必要に応じて、混合を容易にするために加熱してもよい。得られた組成物は、通常はグリース状の粘度を有する。
【００３０】
本発明によるインクフォロアは、液体インクカートリッジに充填されたインクの後端部に適用され、インクが消費されるにつれてインクに追随しながら、インクの蒸発を防ぐと共に、たとえ液体インクカートリッジが逆さまに保管されていても又は衝撃を受けた場合でもインクの逆流を防止する。本発明のインクフォロア組成物は、公知の固体インクフォロアと組み合わせて用いられてもよい。
【００３１】
本発明の実施形態では、インクフォロアは永続的にインクリザーバ内の適所にセットされてもよく、半永続的にインクリザーバ内の適所にセットされてもよく、又は、供給インクが減るにつれてインクフォロアがインクリザーバ内を移動可能なようにインクリザーバ内にセットされてもよい。従って、例えば、インクフォロアを、インクの減少及び／又は、液体インクカートリッジの日常的な動き（即ち、振れる、押される、ぶつかる等）に関係なく、最初にセットされた位置に留まるように永続的にインクリザーバ内に配置することが可能である。或いは、たとえインクフォロアがインクの減少及び／又は、液体インクカートリッジの日常的な動きによって僅かに移動しても、最初にセットされた位置に概ね留まるように、半永続的にインクリザーバ内に配置することが可能である。この後者の構成、即ち、たとえペンの落下等の際に幾分の移動が生じ得るとしても、インクフォロアが概ね動かない構成は、ボールペンに一般的に用いられている。更に、インクフォロアを、インクフォロアがインクリザーバを通って移動するように、インクリザーバ内に配置することも可能である。この実施形態では、供給インクが減少するにつれてインクフォロアがインクに「追随」することにより、残りの供給インクとインクフォロアとの間の空の部分の容積が比較的一定になる。これらの様々な変形例については、当業者は本開示に照らして容易に理解するであろう。
【００３２】
本発明を用いて、広範な液体インク及びインクジェット又は他の液体インクプリントプロセスでの使用に適した液体インクカートリッジを構成することが可能である。従って、本発明は、任意の特定のインクジェットインクの組成、又は任意の特定のインクジェットプリントプロセスに限定されない。
【実施例】
【００３３】
本組成物の具体的な実施形態を説明するために以下の例を示す。これらの例は、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきものではない。
【００３４】
例１
次の組成のインクフォロアを調製する。
【表１】
2004216893.tif 000003
【００３５】
例２
次の組成のインクフォロアを調製する。
【表２】
2004216893.tif 000004
【００３６】
例３〜例６
高分子ポリブテン及び低分子ポリブテン並びに増粘剤としてのステアリン酸アルミニウムの混合物を用いて、表３に挙げたインクフォロア組成物を調製する。この例及び他の例で与えられる全ての値は重量％である。
【表３】
2004216893.tif 000005
【００３７】
例３〜例６の組成物を調製する際、ポリブテン及びステアリン酸アルミニウムは、確実に良好に混合されるように、ステアリン酸アルミニウムを溶かすのに十分な温度まで加熱される。冷却すると、表３に示されている各調合物は良好なグリース状の質感を有する。
【００３８】
例７〜例１１
表４は、本発明によるポリブテン混合物を含むインクフォロア組成物の更なる例を示す。
【表４】
2004216893.tif 000006
【００３９】
例１２及び例１３
次の調合を有する、ポリブテン及び鉱油を含む（が極性添加剤は含まない）インクフォロア組成物を調製する。
【表５】
2004216893.tif 000007
【００４０】
例１４〜例２６
例１〜例１３の各インクフォロア組成物を用いて液体インクカートリッジを作成する。液体インクカートリッジは、図１に示されるような概ね蛇腹状のインクリザーバを含む。このように作成された液体インクカートリッジは、例えば、プリントプロセスを通してアイドリング時間が変化する従来のインクジェットプリンタで画像を生成するために用いられてもよい。得られた画像のプリント品質、液体インクカートリッジからのインクの漏出、インクジェットノズルの詰まり等を判断するために、液体インクカートリッジ及び得られた画像を定期的に検査する。
【００４１】
比較例１〜比較例３
インクリザーバ内に負圧を与えるための従来の方法を用いた従来の液体インクカートリッジを入手する。比較例１では、カートリッジは、リザーバ内でインクを保持するフォーム状毛管媒体を含む。比較例２では、カートリッジは袋に入ったばねを含む。比較例３では、カートリッジはいかなる特定の負圧装置も含まないが、インクカートリッジがプリンタのプリントヘッドの下方に配置され、適切な接続装置によってプリントヘッドに接続される。
【００４２】
この液体インクカートリッジは、例えば、例１４〜例２６について説明したのと同様に、プリントプロセスを通してアイドリング時間が変化する従来のインクジェットプリンタで画像を生成するために用いられてもよい。例１４〜例２６と同様に、得られた画像のプリント品質、液体インクカートリッジからのインクの漏出、インクジェットノズルの詰まり等を判断するために、液体インクカートリッジ及び得られた画像を定期的に検査する。
【００４３】
例１４〜例２６及び比較例１〜比較例３の結果は、本発明のインクフォロア組成物を用いて作成された液体インクカートリッジの特性が許容可能であることを示し、従来の液体インクカートリッジによって与えられる特性と並ぶ又はそれより良好であることを示す。
【００４４】
当業者は上記の説明を読めば、本発明の精神を逸脱することなく上述の実施形態を様々に変形可能であることを認識するであろう。例えば、他の形状のインクカートリッジに本発明が導入されてもよい。また、インクの組成に応じて、インクフォロア組成物の他の調合を用いてもよい。更に、通気端部、出口の開口部、及び他の要素の位置は、必要又は所望に応じて異なる配置又は構成がなされてもよい。従って、上記説明は例示的なものであり、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の特定の実施形態を組み込んだ例示的な液体インクカートリッジの内部構造を示す図である。
【図２】本発明の別の特定の実施形態を組み込んだ例示的な液体インクカートリッジの内部構造を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    供給インク
２    インクフォロア
３    空隙
４    出口端部
５    通気端部
６    インク供給管（インクリザーバ）
１０    液体インクカートリッジ
【図１】
2004216893.tif 000008
【図２】
2004216893.tif 000009