(57)【要約】【課題】  インク収納室と吸収体収納室を併設したインクタンクにおいて、高速インク供給を行なうために採用した構成では、物流や環境変化によって不測のインク移動が起こってしまう虞があり、これを防止するインクタンクを提供すること。【解決手段】  インク収納室と吸収体収納室とを連通し、インク移動個所となる連通部に対して形状記憶合金を伸縮動力源として作動するバルブを配置することで、インク供給状態と非インク供給状態とを容易に変更できる構成を採用した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット記録装置にインクを供給可能にインクを貯留するインクタンクにおいて、
インクを保持するとともにインクに負圧を付与する毛管構造体を配置した第一のインク室とインクを貯留する第二のインク室とが隔壁を隔てて配置されており、
前記第二のインク室内のインクは、前記隔壁に設けられたインク連通部を経由して第一のインク室へ流出可能であり、
前記第一のインク室には、外気を取り入れ可能な大気連通口と、前記毛管構造体に保持されているインクをインクジェット記録装置に供給可能なインク供給口と、が配置され、
前記インク連通部には、外部から電気エネルギーが供給されることにより変形可能な形状記憶合金を伸縮動力源として作動するバルブが配置され、
前記形状記憶合金が、外部から該形状記憶合金に前記電気エネルギーを供給可能な端子に接続されていることを特徴とするインクタンク。
【請求項２】
前記形状記憶合金が前記毛管構造体に触れる位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載のインクタンク。
【請求項３】
前記バルブは、可動することにより前記インク連通部を開閉する可動部材と、前記連通部を可動部材で閉鎖するように前記可動部材を付勢するバネ部材と、該バネ部材と略平行に配置された前記形状記憶合金と、を含み、
前記形状記憶合金に前記電気エネルギーが供給されるとともに前記形状記憶合金周囲のインクが無くなることにより、前記形状記憶合金自体が発熱して前記形状記憶合金が収縮されるとともに前記バネ部材が収縮されて前記可動部材が可動して、前記インク連通部が開放されることを特徴とする請求項２に記載のインクタンク。
【請求項４】
前記バルブは、可動することにより前記インク連通部の開口を拡大縮小させる可動部材と、前記開口が形成されるように前記可動部材を牽引するバネ部材と、該バネ部材と略平行に配置された前記形状記憶合金と、を含み、
前記形状記憶合金に前記電気エネルギーが供給されるとともに前記形状記憶合金周囲のインクが無くなることにより、前記形状記憶合金自体が発熱して前記形状記憶合金が収縮されるとともに前記バネ部材が収縮されて前記可動部材が可動して、前記開口が拡大されることを特徴とする請求項２に記載のインクタンク。
【請求項５】
前記第一のインク室には、大気連通口近傍の第一の毛管構造体とインク出口近傍の第二の毛管構造体とが相互に密着して配置されて、第一の毛管構造体と第二の毛管構造体との密着界面は前記隔壁と交差する方向の面を有し、
前記形状記憶合金は、前記第一の毛管構造体と前記第二の毛管構造体との密着界面部分に接していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクタンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は形状記憶合金を用いたインクジェット記録装置用のインクタンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液状のインクを貯留し、インクジェット記録装置にインクを供給することを目的とするインク貯留装置（インクタンク）は、従来より様々な方式が提案されてきている。
【０００３】
近年は、インクの交換作業において使用者の手間を省き、インク汚れや漏出の危険性を排除する目的で、交換型のインクタンク（以下「インクカートリッジ」ともいう）が多く採用されてきている。
【０００４】
インクカートリッジは、前述のメリットを持っているが、最近では要求される機能に一層の充実が求められる。つまりインクを多く貯留することや、適正で安定した負圧をインクに付与すること、大流量における耐インク切れ特性を向上することである。
【０００５】
このような要求を低いコストで製造し、顧客に提供する必要がある。
【０００６】
インクを貯留する手段として大別すれば、スポンジに代表される毛管物質でインクを吸収する通称“スポンジ方式”と、インクを袋や密封容器に直接貯留する、通称“生インク方式”がある。
【０００７】
特に“スポンジ方式”は毛管物質の特性によりインクを保持するとともに、インクに負圧を付与するという機能を合わせ持っているため、多くの企業の多くの製品で実施されてきている。
【０００８】
しかしながら、“スポンジ方式”ではスポンジに貯留されているインクの量が外部から判別しづらいため、インク残量の確認を行うことが困難であったり、“生インク方式”に比べスポンジに吸収可能なインクの割合が少なかったりと改善を要するものであった。
【０００９】
また、インクの使い切り間際では、静負圧や流抵抗が増大することにより、インクがスポンジに残ってしまうという現象が発生していた。
【００１０】
これを解決するために特許文献１では、図７に示すようなインクカートリッジ３０１の構造で以下のような提案がなされた。
【００１１】
これは毛細管力を調整した毛管物質をインク吸収体３０２とし、それを内包するスポンジ室３０３と、それに連通しインク３０４を貯蔵するインク室３０５とからなるインクタンクである。インク室３０５からインク連通部３０６を通してスポンジ室３０３へとインクが供給されるときに発生する気液交換に伴う抵抗よりも、記録ヘッドへインクを導出するインク供給部３０７近傍にあるインク吸収体３０２の毛細管力を強くしたことを特徴とする。
【００１２】
これによって、インクの貯留は主にインク室３０５で行い、インクの負圧はインク吸収体３０２を配置したスポンジ室３０３で行うことになる。この方式では前述したインク吸収体方式の改善点として考慮すべき点である、インク量に関する問題を大幅に改善したものであり、この方式を採用した製品が狙いどおりの性能を出すことができている。
【００１３】
このような“スポンジ方式”と“生インク方式”とを組み合わせた方式を、発明者は、“半生方式”と称している。
【００１４】
特許文献２では、この“半生方式”のさらなる信頼性向上を図るため、図８に示すような提案がされている。すなわち前述の図７のインクカートリッジと同様の構造であって、スポンジ室４０３に二種類の異なる毛細管力を持つ第一のインク吸収体４１０と第二のインク吸収体４１１と気液交換をスムーズに促すためのエア導入溝４１３を配置した構造を採用する。これにより、姿勢変化時のインク吸収体に貯留したインク界面４１２の位置安定を図り、スポンジ内のインクの移動を阻止することにより、姿勢変化などによってスポンジからインクが漏出することを防ぐ作用効果を得られるものである。
【００１５】
この提案の構造を採用したインクタンク製品はこれまでに数多く作られ、現時点では性能とコスト、そして品質において“半生方式”の地位は確固たるものとなってきており、今後の新製品においても、この“半生方式”はますます採用されると予測される。
【特許文献１】特開平６−４００４１号公報
【特許文献２】特開２０００−３３７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
図８を使って説明した“半生方式”におけるインクタンク中のインクの挙動を、以下、図９〜図１３を用いて説明する。インクタンクの構造は図８と同じなので、詳細な構成と名称は省略する。
【００１７】
図９に示すように、インク５０４は生インク室５０５には、ほぼ満タンに充填され、スポンジ室５０３には第一のインク吸収体５１０の全域と図中ではインクの一部を透過して示している第二のインク吸収体５１１の一部まで充填されている。インクが使用され開始直後は、図１０に示すように、第一および第二のインク吸収体５０２のインク５０４が消費される。
【００１８】
さらにインク５０４が消費されると図１１に示すように、両インク吸収体中のインクの界面５１２が、エア導入溝５１３まで下がる結果インク連通部５０６を介して生インク室５０５のインクと、第一のインク吸収体５１０上部にある空気との交換が行われる。これを気液交換と称している。
【００１９】
しかし気液交換速度には限界があって、インク連通部５０６の位置やサイズやスポンジの密度やインクの性質で変わるが、同じ設計思想のインクカートリッジでは設計最適化によって著しく気液交換速度を向上させることは困難である。
【００２０】
もしスポンジ室５０３のインクの消費速度が、気液交換速度よりも過大になってしまえば、スポンジ室５０３のインクは少なくなってしまい図１２に示す状態になる。この状況が続けばインクが生インク室５０５に十分に残っているにも関わらず、図１３に示すようにスポンジ室５０３にインクが供給されずインク切れが起ってしまう。
【００２１】
近年、インクジェット記録装置の高速化に伴いインクジェット記録ヘッドのノズル数や吐出周波数が年々増えており、インクの消費速度が高まって気液交換速度よりも過大になり前述のインクタンク内部で起こるインク切れが問題となりつつある。
【００２２】
これを回避するために、ある一定以上の流量が必要とする信号がインクジェット記録装置へ命令された場合、インクジェット記録装置は流量の監視を行うリミッター機能を働かせて速度を調整したり休止したりする使いこなし的処理を実施する例がある。
【００２３】
さらに通常は問題のないはずの印字条件においても、例えば温度変化など外的環境要因でインクの物性（特に粘度）が増大することで、インク連通部におけるインクの流抵抗が増大し、インクがスムーズに流れなくなるケースもある。
【００２４】
以上のような不具合を根本的に回避するには、図８〜図１３を用いて説明したインクカートリッジの基本構造はそのままに、図１４に示すようにインク連通部６０６の大きさを大きくし、インク連通部における気液交換の抵抗を可能な限り小さくすればよい。しかし、インク連通部６０６を過度に大きくすると、インクタンクの非使用時に、あるいは、インクタンクをプリンタから一旦取り外した際に、インクカートリッジからインクが漏れてしまうなどの重大品質問題が生じる恐れがある。
【００２５】
インクタンクの物流時は頑丈な梱包がなされており、物流に伴う力学的衝撃や温度変化や気圧変化などの環境変化にも破損したりインクが漏れたりしないように設計されている。
【００２６】
しかしながら、物流時の姿勢は諸般の都合上、厳密に管理することは困難であり、従ってさまざまな姿勢においても、使用者に到達するまでの品質を維持できる設計となっている必要がある。
【００２７】
また物流時のみならず、プリンタ内設置後においてでさえも、環境変化については想定しておく必要がある。図１４、１５を用いて説明する。環境温度変化が大きく作用すれば、生インク室６０５のインクの凍結によるインクの体積変化や、生インク室６０５にある空気６０９の体積変化が起ってしまう結果、その変動を吸収するために、スポンジ室６０３へインクが流入することになる。
【００２８】
特に、図１５に示すようにインク室６０３が上向き、スポンジ室６０３が下向きの状態で、そのような環境変化が起こる。その結果インクの移動がスポンジ室へ向かって大きく起こると、スポンジ室６０３に吸収され固定されたはずのインクも、重力の作用が加わり鉛直下向きに移動する傾向となる。
【００２９】
この問題を解決するためには、前述した特許文献２で開示されているように、スポンジ室内に２種類の異なる毛細管力のインク吸収体を収納・配置した構成が望ましい。その場合には、インクの流れは第一のインク吸収体６１０と第二のインク吸収体６１１の吸収体同士の界面６１３で規制される。
【００３０】
しかしながら、本図のようにインク連通部６０６の面積を大きく拡大すると、大量のインクが速やかにスポンジ室６０３へ流れこもうとする。そのため、前述の吸収体同士の界面６１３の持つ毛細管力よりも強い力が前記界面に働く場合があり、吸収体同士の界面６１３を突破してしまって、第一のインク吸収体６１０に大量にインクが流れ込むことになる。
【００３１】
第一のインク吸収体６１０は毛細管力が比較的少ない。そのため、インクの重力方向に移動する規制力が少なく、スポンジ室内のインクの偏在が起こり易くなり、最悪の場合は第二のインク吸収体６１１内のインク連通部６０６近傍のインクがなくなってしまうおそれがある。
【００３２】
第二のインク吸収体６１１のインク連通部６０６近傍部分にインクがなくなってしまうと、スポンジ室６０３と生インク室６０５の気液交換が困難なってしまう事態が発生する。
【００３３】
従って、インク連通部６０６は未使用時の環境変化や姿勢変化で気液交換が行わないように、全く閉じているか可能な限り小さくなっており、使用時、特にインクの大量供給が必要になったとき速やかに拡大できる構造が理想的である。
【００３４】
例えば、電磁弁とインク検知センサーと制御装置をインク連通部６０５に配置し、スポンジ室６０３にインクがなくなると、速やかに電磁弁が作動しインク連通部６０５を拡大する構造と制御機構を配置すればよい。
【００３５】
しかしながら、交換型インクカートリッジは消費者に廉価に提供する必要があるため、インクタンク内部に複雑な機構を設けることは製造コストが増すというデメリットがある。
【００３６】
また、このような機構を入れることでインクカートリッジに入るインク量が少なくなるデメリットもある。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
上記の課題を解決する本発明のインクタンクは、インクジェット記録装置にインクを供給可能にインクを貯留するインクタンクにおいて、インクを保持するとともにインクに負圧を付与する毛管構造体を配置した第一のインク室とインクを貯留する第二のインク室とが隔壁を隔てて配置されており、前記第二のインク室内のインクは、前記隔壁に設けられたインク連通部を経由して第一のインク室へ流出可能であり、前記第一のインク室には、外気を取り入れ可能な大気連通口と、前記毛管構造体に保持されているインクをインクジェット記録装置に供給可能なインク供給口と、が配置され、前記インク連通部には、外部から電気エネルギーが供給されることにより変形可能な形状記憶合金を伸縮動力源として作動するバルブが配置され、前記形状記憶合金が、外部から該形状記憶合金に前記電気エネルギーを供給可能な端子に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、上述したとおりの形状記憶合金を用いた簡易な構成によって、いわゆる“半生方式”のインクタンクにおいて、インクの消費速度が高まっても、インクが漏れてしまうなどの問題を生じることがない。したがって、第一のインク室と第二のインク室とにおいて十分な気液交換速度を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下に本発明の最良の形態を具体的な実施例を挙げて説明する。
【実施例１】
【００４０】
図１、図２は、本発明を採用した半生方式のインクカートリッジである。スポンジ室１０３と生インク室１０５を区画している隔壁１１６の底面には、破線で示したスポンジ室１０３がある。また、生インク室１０３とを連通する第一のインク連通部１１４と、第一のインク吸収体１１０と第一のインク吸収体より毛細管力の大きい第二のインク吸収体１１１の吸収体同士界面１１３近傍には、破線で示した第二インク連通部１１５がある。
【００４１】
通常、第二のインク連通部１１５は図２のように圧縮バネ１１７で付勢されているゴムなどの弾性物質でできた弁体１１８にて閉じられていることで一種のバルブ構造となっている。
【００４２】
インクカートリッジ１０１の外表面には１対の電極１１９が配置され、この両電極は電気的にインクカートリッジ内部まで配線され、内表面ではそれぞれワイヤー１２０の両末端が接続されている。
【００４３】
ワイヤー１２０は途中、前述の弁体１１８に機械的に固定され、かつ折り返されて、圧縮バネ１１７と略平行に配置されている。
【００４４】
ワイヤー１２０の材質は形状記憶合金であり、電極１１９間を通電することによって発熱、収縮する。ワイヤー１２０が収縮すると圧縮バネ１１７で付勢されていた弁体１１８は第二のインク連通部１１５を開放し、スポンジ室１０３と生インク室１０５とは連通することになる。
【００４５】
電極１１９に印加する電流の制御を含み動作は単純で、複雑な制御手順は不要である。
【００４６】
基本的にはインクジェット記録装置に装着されインクジェット記録装置が動作状態に入ると同時に、両電極間を通電状態にするだけでよい。
【００４７】
例えば、インクジェット記録装置に供給するインク量が少ない場合は、生インク室１０５からスポンジ室１０３までのインクの供給は第一のインク連通部１１４だけの気液交換で十分である。そのため、スポンジ室１０３から使用されたインクは速やかに生インク室１０５から補充される結果、インク吸収体にはインクが常に満ちていて、ワイヤー１２０がインクに浸漬する。ワイヤー１２０は発熱しようとしてもインクによって吸収されてワイヤー１２０の昇温は抑えられるのでワイヤー１２０の収縮は起こらなく第二のインク連通部１１５は閉じたままである。
【００４８】
一方、インクジェット記録装置に供給するインク量が多い場合、スポンジ室１０３からのインクの消費速度が生インク室１０５からの補充速度を上まってしまうことがあり、スポンジ室１０３のインクの量が少なくなってしまう。その結果、ワイヤー１２０の周りにインクがなくなってしまうので、ワイヤー１２０が発熱し昇温することで収縮する。
【００４９】
ワイヤー１２０が収縮する結果、第二のインク連通部１１５の弁体１１８が作動し第二のインク連通部１１５が開口するので、生インク室１０５からスポンジ室１０３へインクが流れ込むことになる。
【００５０】
このように、本発明によれば、形状記憶合金を使用したバルブを半生方式インクタンクの所定の位置に配置することで、必要に応じて確実に判断し自律弁体を簡単な構造を提供することによって、信頼性が高くかつ廉価なインクカートリッジを提供可能となる。
【００５１】
この実施例で用いられる形状記憶合金ワイヤーは，温度を変化させるとマルテンサイト変態により伸び縮みするものである。形状記憶合金ワイヤーは電気抵抗値が高いために，通電により容易に加熱できる。従って電流の印加を制御することによりワイヤーを伸び縮みさせることができる。このような性質を持つ製品として、古河テクノマテリアル社製の古河ＮＴ合金の通電型アクチュエーター用ＮＴワイヤーＮＴ−Ｈ７−ＴＴＲがある。
【実施例２】
【００５２】
図３〜図６を用いて本発明を採用した半生方式インクカートリッジの第二の実施例を説明する。
【００５３】
この実施例は第一の実施例とは異なり、一つのインク連通部２０６の開口サイズを変更可能なように工夫を行っている。すなわち、インク連通部２０６を水門のように開閉可能な構造とした。
【００５４】
生インク室２０５とスポンジ室２０３を区画する隔壁２１６には図３、図４で示すように開閉ユニット２２２が組み込まれている。図３は開閉ユニットが通常位置にある状態を示し、図４は開閉ユニットが開いた状態を示している。図５、図６ではさらに開閉ユニット２２２の詳細を示す。開閉ユニット２２２は引張りバネ２２１で牽引された弁体２１８とこの弁体２１８の動作を規制する。そして、開閉ユニットと全体がインクカートリッジに確実に固定できる水門状の筐体２２４を備える。また、弁体２１８を可動させるためのアクチュエーターとなる形状記憶合金製ワイヤー２２０と、ワイヤー２００の両末端に電気エネルギーをインクカートリッジ外部より電力を供給する電極２１９をさらに備える。
【００５５】
ワイヤー２２０の中間は移動部の固定端で折り返し固定されている。
【００５６】
ワイヤー２２０の大部分は、引張りバネ２２１と略平行にスポンジ室２０３のスポンジ部分に触れて配置されており、かつ通常スポンジ室のインク含有部分に位置する。
【００５７】
本実施例における、動作と効果は実質的に第一の実施例と同じである。つまり、インクジェット記録装置に供給するインク量が少ない場合には、図３、図５に示す通りの微小なインク連通部２０６の開口でも十分な気液交換が行われる。しかし、インクジェット記録装置に供給するインク量が多い場合にスポンジ室２０３内のインク界面が下がると図４、図６に示すように形状記憶合金が発熱、収縮する。そのため弁体２１８が引き上げられて、インク連通部２０６の開口が拡大し、気液交換速度が増すことになる。
【００５８】
本実施例は、第一の実施例と比較して、インク連通部２０６の開口を調整する部分が開閉ユニット２２２となっているために、組み立てやすいメリットがある。
【００５９】
また、例えば、インクの特性や要求される流量特性の変化など、さまざまな状況に応じて作動する開閉ユニットを準備すれば、インクタンク容器の設計変更をおこなわずに臨機応変に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第一実施例を示す半生方式インクカートリッジの断面図
【図２】本発明の第一実施例における弁体動作時を示す半生方式インクカートリッジの断面図
【図３】本発明の第二実施例を示す半生方式インクカートリッジの断面図
【図４】本発明の第二実施例における弁体動作時を示す半生方式インクカートリッジの断面図
【図５】本発明の第二実施例における開閉ユニットの詳細を示す斜視図
【図６】本発明の第二実施例における開閉ユニットの弁体動作時の詳細を示す斜視図
【図７】特許文献１で提案されたインクカートリッジの断面図
【図８】特許文献２で提案されたインクカートリッジの断面図
【図９】従来の半生方式インクタンクを説明するための断面図
【図１０】従来の半生方式インクタンクを説明するための断面図
【図１１】従来の半生方式インクタンクを説明するための断面図
【図１２】従来の半生方式インクタンクを説明するための断面図
【図１３】従来の半生方式インクタンクを説明するための断面図
【図１４】従来の半生方式インクタンクのインク連通部を広くした断面図
【図１５】従来の半生方式インクタンクのインク連通部を広くした断面図
【符号の説明】
【００６１】
１００  大気連通口
１０１  インクカートリッジ
１０３  スポンジ室
１０４  インク
１０５  生インク室
１０７  インク供給部
１０８  気液交換気泡
１０９  空気
１１０  第一のインク吸収体
１１１  第二のインク吸収体
１１２  インク界面
１１３  吸収体同士の界面
１１４  第一のインク連通部
１１５  第二のインク連通部
１１６  隔壁
１１７  圧縮バネ
１１８  弁体
１１９  電極
１２０  ワイヤーユニット
２００  大気連通口
２０１  インクカートリッジ
２０３  スポンジ室
２０４  インク
２０５  生インク室
２０６  インク連通部
２０７  インク供給部
２１０  第一のインク吸収体
２１１  第二のインク吸収体
２１３  吸収体同士の界面
２１６  隔壁
２１８  弁体
２１９  電極
２２０  ワイヤー
２２１  引張りバネ
２２２  開閉ユニット
３００  大気連通口
３０１  インクカートリッジ
３０２  インク吸収体
３０３  スポンジ室
３０４  インク
３０５  生インク室
３０６  インク連通部
３０７  インク供給部
３０８  気液交換気泡
４００  大気連通口
４０１  インクカートリッジ
４０３  スポンジ室
４０４  インク
４０５  生インク室
４０６  インク連通部
４０７  インク供給部
４１０  第一のインク吸収体
４１１  第二のインク吸収体
４１２  インク界面
４１３  エア導入溝
５００  大気連通口
５０１  インクカートリッジ
５０３  スポンジ室
５０４  インク
５０５  生インク室
５０６  インク連通部
５０７  インク供給部
５０８  気液交換気泡
５１０  第一のインク吸収体
５１１  第二のインク吸収体
５１２  インク界面
５１３  エア導入溝
６００  大気連通口
６０１  インクカートリッジ
６０３  スポンジ室
６０４  インク
６０５  生インク室
６０６  インク連通部
６０７  インク供給部
６０８  気液交換気泡
６０９  空気
６１０  第一のインク吸収体
６１１  第二のインク吸収体
６１２  インク界面
６１３  吸収体同士の界面
【図１】
2007152677.tif 000003
【図２】
2007152677.tif 000004
【図３】
2007152677.tif 000005
【図４】
2007152677.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2007152677.tif 000009
【図８】
2007152677.tif 000010
【図９】
2007152677.tif 000011
【図１０】
2007152677.tif 000012
【図１１】
2007152677.tif 000013
【図１２】
2007152677.tif 000014
【図１３】
2007152677.tif 000015
【図１４】
2007152677.tif 000016
【図１５】
2007152677.tif 000017