(57)【要約】【課題】活字輪にインクを供給するために、繊維の集合体にインクを含ませ切断面を活字輪と接触する事で安定したインク供給と安価なインクカートリッジを提供する。【解決手段】文字を複数個表面に形成した活字輪を紙に押し付け印字するプリンタにおいて、インクを含浸したウイックからインク供給する事を特徴とするインクカートリッジ。【選択図】    図１
2005111953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
文字を複数個表面に形成したベルト（以下、活字輪と言う）を紙に押し付け印字するプリンタに用いるインクカートリッジにおいて、
インクを含浸した繊維の集合体（以下、ウイックと言う）からインク供給する事を特徴とするインクカートリッジ。
【請求項２】
繊維集合体の断面内部（以下、浸透層と言う）の密度が粗く、前記浸透層を覆う外周部（以下、被覆層と言う）の密度が細かい事を特徴とする請求項１記載のインクカートリッジ。
【請求項３】
前記被覆層や浸透層の繊維結束に、合成樹脂（以下、バインダーと言う）を使用した事を特徴とする請求項１から２記載のインクカートリッジ。
【請求項４】
前記被覆層の厚みが０．０１ｍｍから１ｍｍである事を特徴とする請求項１から３記載のインクカートリッジ。
【請求項５】
浸透層の体積に対する空間の比率（以下、気孔率と言う）が、５％から６０％までのウイックを使用した事を特徴とする請求項１から４記載のインクカートリッジ。
【請求項６】
ウイックの断面が活字輪と接触する構造にした事を特徴とする請求項１から５記載のインクカートリッジ。
【請求項７】
繊維集合体の断面外周部に合成樹脂で密閉構造にした事を特徴とする請求項１から６記載のインクカートリッジ。
【請求項８】
活字輪が複数本集合した面状ベルト（以下、活字シートと言う）にウイックを単数または、複数接触した事を特徴とする請求項１から７記載のインクカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプリンタのインクカートリッジの構造に関する。詳しくは、活字輪方式あるいは活字シート方式の印刷装置に用いるインクカートリッジのインク供給構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクカートリッジで活字輪や活字シートにインクを保持し供給する構成部品は、スポンジである。スポンジは吸収しているインクを適量継続的に活字輪やならびに活字シートに供給する。スポンジは、結晶化した食塩をＮＢＲゴムと混練して、加硫成型後水洗して塩分を除いた気泡が連続した構造体である。スポンジの保有インク量は、気泡と気泡とで形成される空間（以後、その比率を気孔率と言う）で決まり、前記空間の形状で移行速度が決まる。
【０００３】
表面に文字が形成しているベルト状の活字輪は、インクを含み円筒状で回転自由なスポンジと常時接触している。スポンジ自身が活字輪から作用を受け回転し、同時に活字輪にインクを供給している。表面にインクを受けた活字輪は、印字紙と印字ハンマーの中間に位置して、印字ハンマーの押し付け力で伸びつつ印字紙に押し付けられインクを転写する。消費したインク量は、文字選択で１回転する動作と同時に再度スポンジからインクが供給される。
【０００４】
一般に、リボンカートリッジは、使用者が手で容易に脱着できるコンパクト性と、かつ使用中にインクの保持と安定供給かつ外部流出を防止する機能が要求される。
【０００５】
しかし、スポンジ方式では、インク寿命は１００万文字にとどまり、それ以上の寿命を延ばすためインク量を増やすと、スポンジからインクが漏れてしまう不具合が発生する状況である。さらに、消耗品扱いのインクカートリッジでは、できるだけ安価な要求は、市場に問うまでもなく、機構の見直しなど抜本的な対策が必定である。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２２０９４２号公報
【特許文献２】特開平８−９０８７５号公報
【特許文献３】特開平９−２６７５３２号公報
【特許文献４】特開平９−２７２２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
低価格化：混練・加硫成形・脱塩水洗・外径研磨加工など、スポンジ製造には多工程が必要で、低価格化するには限界がある。
【０００８】
長寿命化：スポンジが活字輪で磨耗し、スポンジ粉を発生し、インク供給期間を短くしている。使用外気温の上昇でインクが蒸発し、インク供給期間を短命にしている。ゴム製活字輪を磨耗させないために、スポンジ硬度が要求されるが、常時接触し同時回転しているため活字輪自身の磨耗につながり、スポンジの強度向上には限界がある。
【０００９】
品質安定：インクが遠心力で円筒状のスポンジの外周部に噴出するため、印刷初期はインクが多く、印刷が進むにつれ文字が薄くなる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題に対し本発明は、以下の手段の提案をする。
【００１１】
活字輪を紙に押し付け印字するプリンタにおいて、ウイックからインク供給する事を特徴とする。上記構成により、活字輪との接触による磨耗粉の発生防止と接触圧力の極度の低下は解決できる。更にした浸透層の繊維の空間に充填されているインクが毛細管現象作用で移動するため、活字輪と接触し使用されたインクの補給は、連続的に安定している。
【００１２】
また浸透層の密度が粗く、被覆層の密度が細かい事を特徴とする。上記構成により、ウイックに内蔵するインクの蒸散を防止しつつ、インクが層流状態で移動がなされる。
【００１３】
また、前記被覆層や浸透層の繊維結束に、バインダーを使用した事を特徴とする。上記構成により、外力に容易に変形する繊維を一定の圧力で活字輪に接触できる。さらに連続安定生産が可能な成形方法によるバインダーを採用する事で安価になる。
【００１４】
また、前記被覆層の厚みが０．０１ｍｍから１ｍｍである事を特徴とする。上記構成により、ウイック断面のインク収納な有効面積を広く、且つ機械的強度を確保できる範囲である。
【００１５】
また、浸透層の気孔率が、５％から６０％までのウイックを使用した事を特徴とする。上記構成により、インク保持・剛性を維持し・インク供給流動性を確保できる。
【００１６】
また、ウイックの断面が活字輪と接触する構造にした事を特徴とする。上記構成により、柔らかいためインクを多く存在する浸透層が、潤沢にインクを活字輪に供給できる。
【００１７】
また、繊維集合体の断面外周部に合成樹脂で密閉構造にした事を特徴とする。上記構成により、インクの蒸散を防止でき、減圧気味の浸透層のインクを活字輪に安定供給できる。
【００１８】
また、活字シートにウイックを単数または、複数接触した事を特徴とする。上記構成により、１行印字の活字輪だけでなく、２次元平面の活字シートでも適応出来るようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例を通じて有効性を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図２は本発明のインクカートリッジをセットとしたプリンタの斜視図である。右上の電線から得た信号と電力で右側のモーター６を回転しつつギァア７で伝達したエネルギーが活字輪１１を回転し文字９選択と印字ハンマー８の作動で印字行為を実施する。スポンジ１０製のインクロールは常時活字輪１１と一定の間隔で接触しインクを供給している。
【００２１】
動作の例を示す。文字選択の電気信号がプリンタに入力されると、活字輪１１の表面に刻印され形成された文字９が、１回転中に選択され、印字紙と相対する位置で止まる。と同時にスポンジ１０も停止する。スポンジ１０を含むインクカートリッジの自重のため急に停止できず、活字輪１１の文字とスポンジ１０の接触する文字とで摩擦が発生する。ここが、図３で示すようにスポンジ１０の磨耗原因の一つである。また、文字の凹凸はさまざまな形態であるため、更に磨耗を加速する方向に作用する。
【００２２】
また、図示していないが印字ハンマー８は活字輪１１を挟んで印字紙に押し圧され、活字輪１１の表面に盛られたインクが転写する。したがって、印字紙表面に含有されている無機質の一部が活字輪１１に移動し、引いてはスポンジ１０にも悪影響を与える事になる。
【００２３】
しかし、本発明のウイック１は、図１のように活字輪１１とウイック１繊維３の先端と接触しているため前述の悪影響はなくなる。ここで、本発明のウイック１を使用したインクカートリッジの構造は、図４に示す。合成樹脂製の長繊維３に撚りを入れ、バインダー５の接着作用を使い結束した筒状の繊維３集合体です。
【００２４】
断面から見て中心部の浸透層２は、繊維３の占める空間が低く、インクを多く含まれている。また、ウイック１の長手方向に繊維３が揃っているため、インクの流れの方向性を示しつつ、流動抵抗が他方向に比べ低くなっている。
【００２５】
一方、ウイック１の断面から見て外周部である被覆層４は、バインダー５を多く含ませている。この構造はウイック１の機械的剛性を確保すると共に、内包するインクのウイック１側面からの外部蒸散を最小限にする作用も兼ね備えている。更に、インクがウイック１端部から消費されるにつれ浸透層２が減圧になり、インクが移動する際も、この被覆層４の密閉性で高粘度のインクでも確実にインク移動でき、活字輪１１へのインク供給がなされる。
【００２６】
活字輪１１と接触するウイック１は、活字輪１１の円筒形状にマッチする形状に切削加工され、また、ウイック１を斜面に切断加工する事で、浸透層２との接触面積を多くする事が出来る。
【００２７】
浸透層２の繊維３は前述のように長繊維３をバインダー５で接着されているため、繊維３の抜け出しや磨耗で繊維変形や減少が少ないので、長時間に渡り安定したインク量を供給できる構成になっている。
【００２８】
インクは、色種類や必要なインク寿命や供給インク量に応じて、粘度が決まる。
したがって、浸透層２のインクが占める空間（以下、気孔率という）は、上記要因を加味して設計されるが、一般的に５％から６０％であるが、好ましくは４５％から５５％が良く使われている気孔率の範囲です。気孔率が低いとインク流動性が悪くインクシュートになるため、印字濃度が薄くなる。また気孔率が高いと、インク流動性が良すぎるため、インクが過剰に活字輪１１に供給され、印字にじみが発生しインク寿命の短命化を引き起こす。
【００２９】
ウイック１に使われている繊維３は、自身に撚りをかけてあり、繊維３の太さは、１Ｄ（デニール）から１０Ｄで、数万本を束ねている。
【００３０】
繊維３の材質は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の他にナイロン６６（ポリアミド６６）やアクリル樹脂（ポリメタクリル酸メチル樹脂）があり、繊維３と繊維３とを結合するバインダー５としてウレタン樹脂の他に、エポキシ樹脂・フェノール樹脂・メラニン樹脂などが考えられる。被覆している合成樹脂は、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＡＢＳ（ＡＢＳ樹脂）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＭＭＡ（メタアクリル酸樹脂）、ＰＶＣ（塩化ビニール）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂が考えられる。
【００３１】
図で示したウイック１は、幅３ｍｍ高さ２ｍｍ長さ１５ｍｍで、中心部が幅方向へ露出するようにウイック１の片側を研磨加工した。被覆する合成樹脂はＰＰ（ポリプロピレン）を使い、バインダー５にエポキシ樹脂を繊維３にＰＥＴを使った。
【００３２】
繊維３をバインダー５と共に焼成すると同時に、外周部を固着した。一方バインダー５の焼成後に、合成樹脂を溶融して被覆した。合成樹脂の厚みは、０．０１ｍｍから１ｍｍが適切で、好ましくは０．０５ｍｍから０．２ｍｍが良い。０．０１ｍｍ以下では、工業的な連続生産性も悪く、インクリボンカートリッジに装着する際の取り扱い性が難しくなる。
【００３３】
図１に本発明のウイック１が活字輪１１と接触する状態を示す。
【００３４】
前記ウイック１の片側を専用のインクに浸け、毛細管現象を利用して約３時間でウイック１の中に充填させた。図において、繊維３を束ねた方向しかインク排出箇所はないため、活字輪１１でインクが消費され、インク内に減圧状態が生じることで、片方のウイック１端部では、空気がウイック１内に入り、インクを押し出すことになる。
【００３５】
その時、合成樹脂層を除いたウイック１の重さは０．２ｇで、インク充填後は０．４ｇであった。吸収インク量は、０．４−０．２＝０．２ｇで、インク含有率は、（０．２÷０．４）＊１００＝５０％であった。印字後のインク残量が０．０５ｇであった。インク使用量は０．４−０．０５＝０．３５ｇで、インク使用率は（０．４−０．０５）／０．４＊１００＝７５％であった。
【００３６】
その事から、計算してインク使用率８３％であった。従来のＮＢＲ製スポンジ１０は、インク使用率は、２０％から３０％と低く、今回のウイック１を活用することでインク使用率も向上し、スペース縮小化が計られ、本発明の有効性のある特徴になっている。
【００３７】
次に耐久印字テストをした。前記ウイック１をインクカートリッジに装着し、図４のような長さ１５ｃｍにあらかじめインクを０．４ｇしみ込ませて、なじませてインクカートリッジに入れた。プリンタに前記インクカートリッジを装着し、普通紙（王子製紙製４５ｋレジ紙）と粗悪紙で評価した。
【００３８】
ここで粗悪紙とは、中進国でよく使われ、鋭利な形状で硬度の高い無機質が多く含まれ紙の繊維３が粗い紙をさす。プリンタへの影響は、活字輪１１のゴム製文字の摩耗が早く、活字輪１１文字の寿命が半分以下と短く、インク消耗が早くなる特徴を示す。
【００３９】
一方、印字耐久評価した結果、普通紙で３００万文字、粗悪紙で２２０万文字のインク寿命に達した。市販に出回っているスポンジ１０方式のインクカートリッジは、普通紙で１００万文字、粗悪紙で８０万文字のインク寿命に達した。このように、本発明はわずか長さ１５ｃｍで２００万文字寿命を達成でき画期的なことであります。
【００４０】
このことから３００万文字の目標印字文字数を達成するために必要なインク量は、０．２ｇから０．３ｇの範囲で測定でき、高いインク使用率を達成した結果である。印字耐久評価した結果は表１に示す。実際、図５で示すインク寿命の濃度曲線では、緩やかな降下線を示した。本発明のインクカートリッジは、１２のように曲線を示し、長時間安定したインク供給を実現した。一方スポンジ方式は１３のように短時間でインクが減少した。濃度均一印字が、本発明の２層構造のウイック１で実現できた。
【実施例２】
【００４１】
また、浸透層２と被覆層４の材質を替えた本発明の実施例２を示す。ウイック１は、撚りをかけたポリアミド６６製繊維３で出来ている。水分吸収後、繊維３自体腰が弱くなるので、繊維３の太さは２Ｄから６Ｄで数万本を収束している。
【００４２】
幅３ｍｍで高さ２ｍｍで長さが１０ｍｍの片側のウイック１を使った。ウイック１の柔らかい芯（浸透層２）が柔軟に活字輪１１に接触するように研磨加工した。ウイック１の片側を専用インクに浸け、毛細管現象を利用して約３時間でインクをウイック１の中に充填させた。
【００４３】
繊維３をバインダー５と共に焼成すると同時に、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）を使い、外周部も被覆した。その時、合成樹脂層を除いたウイック１の重さは０．２２ｇで、インク充填後は０．４８ｇであった。使用後のインク残量は０．０７ｇであった。吸収インク量や、インク含有率やインク使用率は表１に示した。ウイック１をインクカートリッジに装着し、プリンタ耐久試験で、普通紙（王子製紙４５ｋレジ紙）と粗悪紙で評価した。
【００４４】
印字耐久評価した結果は表１に示す。  実際、図で示すインク寿命の濃度曲線では、緩やかな降下線を示した。
【００４５】
また同時に鮮明な印字が確認出来た。拡大鏡で表面の印字濃淡を観察した結果、初期から印字ムラは少なく、２００万文字印字後も濃淡の変化が少なかった。
【００４６】
［比較例］
次に比較例を示す。長さ１５ｍｍ径２０ｍｍの円筒状のＮＢＲスポンジ１０にインクを吸収させ、インクカートリッジにしてプリンタに組み込んだ。詳細な数値は表１に記載した。
【００４７】
活字輪１１と接触し高速で回転して使用するため、これが、インク蒸散する要因の一つとなる。スポンジ１０の磨耗による形状変形も、インクを消費する要因の一つである。図に磨耗後のスポンジ１０変形（劣化）状態を示した。また、劣悪な温度環境（高温）に長時間放置して置くと、インク蒸散に伴うインク漏れ不良発生の大きな要因でもある。その時、スポンジの重さは０．３４ｇで、インク充填後は０．５８ｇであった。使用後のインク残量は０．２ｇであった。
【００４８】
実際、図５で示すインク寿命の濃度曲線では、緩やかな降下線を示した。
【００４９】
プリンタに前記インクリボンカートリッジを装着し、普通紙（王子製紙４５ｋレジ紙）と粗悪紙で評価した。印字耐久評価した結果は表１に示す。このことから２００万文字の目標印字文字数には残念ながら達成出来なかった。拡大鏡で表面の印字濃淡を観察した結果、初期からやや印字ムラがあり、５０万文字印字後は濃淡の変化が更に目立った。
【００５０】
［数１］
実施例１の場合
吸収インク量  ＝  インク充填後ウイック重さ  ―  初期ウイックの重さ
0.2＝0.4-0.2
インク含有率  ＝  吸収インク量  ／  インク充填後ウイック重さ×100
50＝0.2／0.4*100
インク使用率  ＝（吸収インク量―印字後のインク残量）／吸収インク量×100
75＝（0.4-0.05）/0.4*100
【００５１】
【表１】
2005111953.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００５２】
１）コンパクトな液体収納可能で、安定して極少量を供給する分野に適する。
例：フェルトペン。
例：蛍光ペン。
例：液体蚊取りの芯。
２）少量が高価な液体を提供する分野。
例：香水・芳香剤を使う空間、自動車等。
例：アロマテラフィーの散布に、お香等。
３）長い時間に少量の液体しか使わない分野に適する。
例：特殊薬品を少量供給する促成栽培やハウス。
例：特殊環境（極寒）で潤滑油を回転軸に供給する。
４）特殊薬品の指示。
例：妊娠検査の献体用。
例：ＤＮＡ鑑定用のクロマトグラフィ用。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明のウイックを採用した活字輪へのインク供給構造図。
【図２】プリンタの構造を示す斜視図。
【図３】従来の摩耗したスポンジ方式の模式図。
【図４】ウイックの２層構造を示す断面図。
【図５】従来のスポンジと本発明のウイック方式を比較した寿命曲線。
【符号の説明】
【００５４】
１、ウイック
２、浸透層
３、繊維
４、被覆層
５、バインダー
６、モーター
７、ギャア
８、印字ハンマー
９、活字輪に形成された文字
１０、スポンジ（摩耗で変形した）
１１、活字輪
１２、ウイック方式の寿命曲線
１３、スポンジ方式の寿命曲線
【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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