(57)【要約】【課題】  顔料インクの攪拌。【解決手段】  顔料インクを貯留する容器の底部には第一の電極、上部には第一の電極方向にインク容器の底部近傍まで延びている第二の電極が配置され、第二の電極の抵抗係数は前記顔料インクの抵抗係数と同等であることを特徴とするインクジェット用顔料インクタンク。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
顔料インクを貯留するインクタンクの底部には第一の電極、上部には第一の電極方向にインクタンクの底部近傍まで延びている第二の電極が配置され、第二の電極の抵抗係数は前記顔料インクの抵抗係数と同等であることを特徴とするインクジェット用顔料インクタンク。
【請求項２】
顔料インクを貯留する容器の底部には第一の電極、上部には第一の電極に向かって延びている第二の電極が配置され、第二の電極の抵抗係数は前記顔料インクの抵抗係数と同等であるインクジェット用顔料インクタンクが配置されたインクジェット記録装置であって、
前記沈降成分の前記第一の電極から前記第二の電極間の電位差ΔEは顔料の沈降力Fpdに対してして、電気泳動による浮力Fpfが等しいかそれ以上になるように印加し、かつ顔料インクの電気分解臨界電位Ed以下、
Fpf（ΔE＜Ed)  ≧  Fpd  
が成り立つように制御することで顔料インク沈降制御することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項３】
第二の電極は、比抵抗の異なる複数の材料の配合比率で、インクの比抵抗と同一に調整させたことを特徴とする、請求項１至２記載のインクジェット用顔料インクタンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、簡単な構成で顔料の沈降を制御することができるインクジェット記録装置用顔料インクタンクならびに、これを利用したインクジェット記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体使用装置、例えばインクジェット記録ヘッドに設けられた微細な吐出口から、液体であるインクを例えば滴として吐出させることで記録媒体へと付与することにより記録媒体上に所望の画像を形成するインクジェット記録装置は、記録時の騒音が比較的小さくしかも小さなドットを高い密度で形成できるため、昨今においてはカラー印刷を含めた多くの印刷に利用されている。
【０００３】
近年主流のインクジェット記録装置には、紙などの被印刷メディアを正確に搬送する搬送系と、所定のタイミングで所定の位置に搬送されたメディアに対して、インクの液滴を正確に吐出するインクジェット記録ヘッドと、インクジェット記録ヘッドにインクを供給するインクカートリッジを有することは周知である。
【０００４】
インクジェット記録ヘッドとインクカートリッジはキヤリッジと称するメディア上を往復する搬送体に積載されながら作動する。
【０００５】
従ってメディアの繰り出される動きとキヤリッジの往復動作でインクジェット記録ヘッドに配置されたノズルはメディアの全領域をスキャンできる結果、自由な印刷が可能となる。かかるインクジェット記録に用いるインクには、これまで主に染料を含有したインクが使用されてきた。しかしながら、染料を含有したインクを使用した記録では、屋外に掲示される記録物や長期保存が望まれる記録物など、耐光性や耐候性が重視される用途に求められる性能が比較的劣るものである。そこで近年では、これに代って顔料を含有するインクを使用する記録が実用化されてきている。
【０００６】
しかしながら、顔料は溶剤中に溶解するのではなく分散するものであるため、顔料を使用したインクは、含有成分である顔料粒子の沈降が生じることが避けらない。従って、インクジェット記録装置の使用頻度、使用間隔および印刷枚数等によっては、インク供給源であるインクタンクからインク使用部である記録ヘッドに至るインク供給系において、顔料の沈降現象による影響が無視できないことがある。
【０００７】
ここで、沈降とは、微細な粒子が重力の作用によって沈む現象であり、その度合いは、粒子同士の凝集が基本的に起こらない場合、下記に示すＳｔｏｋｅｓの式により与えられる重力方向への沈降速度、およびブラウン運動の関係によって決まる。
【０００８】
− Ｓｔｏｋｅｓの式 −
Ｖs＝２ａ（ρ―ρ0）ｇ／９η  ・・・（１）
ただし、Ｖsは沈降速度、ａは粒子の半径、ρは粒子の密度、ρ0は溶媒の密度、ｇは重力加速度、ηは溶媒の粘度である。
【０００９】
− ブラウン運動 −
Ｘ＝（ＲＴｔ／３πＮＡηａ）  ・・・（２）
ただし、Ｘは時間ｔで動く粒子の平均距離、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度、ＮＡはアボガドロ数、ηは媒質の粘度、ａは粒子の半径である。
【００１０】
上記の２つの式の関係において、粒子の沈降速度がブラウン運動による拡散よりも支配的な場合に、粒子の沈降が起こる。
【００１１】
例えば、インクジェット記録装置に装着された状態でインクタンクが比較的長期間放置されると、インクタンク内部で顔料粒子が徐々に沈降する。その結果、インクタンク内部で底部から上部の方向に顔料粒子の濃度勾配が発生し、底部には顔料粒子濃度が高く過度に色の濃い層が生じる一方、上部には顔料粒子濃度が低く過度に色の薄い層が生じる。
【００１２】
従って、例えば収納されたインクを底部より導出する構成のインクタンクからインクを供給すると、最初に顔料粒子濃度の高い層からインクが供給されるので、初期には過度に色の濃い記録物が、後期には過度に色の薄い記録物が得られることになる。すなわち、インクタンクの使用初期と使用後期とでそれぞれ得られた記録物には、目視され得る程度の濃度差が生じてくるという問題がある。この現象は、色の濃淡によって画像を構成するカラー印刷において、特に顕著となる。
【００１３】
この問題を解決するため、特許文献１には、インク収納部の底面から内部へと上方に向かって中空のインク供給筒が突設され、そのインク供給筒の頂部および外周部の様々な高さに複数の透孔を設けてなる顔料インク用のインクカートリッジが開示されている。すなわち、インク収納部の底面近くの部分からのみではなく、インク収納部内の上下方向に渡って多数の箇所からインクが吸引されるようにし、さらにその多数の箇所から吸引されたインクを一時的に滞留する箇所を設け、その滞留箇所からインクの供給を行うように構成することによって、長期間に渡る放置によりインク収納部内のインクが高さ（深さ）方向に不均一になっていることに起因した濃度むらを軽減するようにしている。
【００１４】
また、特許文献２には、インク収納部の底面から内部へと上方に向かってインク取込用塔部が突設され、そのインク取込用塔部の上方側面に複数のインク取込口を設けてなる顔料インク用のインクカートリッジが開示されている。すなわち、インク収納部の底面近くの部分からではなく、インク収納部内の上方の部分からインクが取り込まれるように構成することによって、良好な濃度範囲のインクが供給可能であるとされている。
【００１５】
また、特許文献3には、インクジェットヘッドともにキャリッジに搭載され印字幅方向に往復移動する場合を想定しており、インクタンクの攪拌機構は、インクタンクの移動に伴って、慣性力によって左右に揺動するフィンで顔料インクを攪拌する。
【００１６】
つまりキャリッジの動きで振り子のようにインクタンク内のフィンを動作させることで、積極的にインクを攪拌しようというものである。
【００１７】
また、特許文献4には、インクタンク中に磁性体を配置し、外部からの磁力の作用で磁性体を動かすことでインクを攪拌しようというものである。
【００１８】
さらに顔料インクの濃度をノズル内で制御する手段として特許文献5に記載されているように、電気泳動を利用した技術が紹介されているが、顔料沈降防止にも転用できる手段である。
【特許文献１】特開２００１−２７０１３１号公報
【特許文献２】特開２００１−２９３８８０号公報
【特許文献３】特開２００３−２７６１７３号公報
【特許文献４】特開２００１−０９６７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかし、特許文献１に開示された技術では、インク供給筒外の濃度差のあるインクは均等にインク供給筒内に導入されるが、上方の透孔から流入した濃度の低いインクすなわち軽いインクの下に、下方の透孔から流入した濃度の高いインクすなわち重いインクが存在するため、インクの上下対流が発生しずらく、均一に混合されないまま供給されることにより、同じ記録物または同じ記録画像領域内においても濃度むらが生じる恐れがある。
【００２０】
また、特許文献２では、インク収納部の底面付近に沈降した顔料粒子が導出されないので、ある程度良好な濃度範囲のインクを供給することができると考えられるが、取込口の位置からインク収納部上部に向かう濃度勾配もしくは段差の影響を完全に排除することはできず、やはり記録の初期と後期とで濃度差が生じ得る。また、沈降した顔料成分が導出されることがないので、これを無駄にしてしまうという問題もある。
【００２１】
特許文献３はインクタンクが１つの場合、実用上無理なく設計できるが異なる複数のインクを搭載するカラーインクジェット記録装置の場合、空間効率を高めるために各インクタンクは相互に略密着して配置することが望まれる。
【００２２】
この場合、外部からタンク内部に磁力を印加することは設計的に困難となる。
【００２３】
特許文献４のように、インクタンク内に電極を配置し、電極間に印加した電位差で顔料の電気泳動で顔料の沈降防止に応用することは容易に類推できる。
【００２４】
インクタンク中に電極を配置することは、例えばインクの残量を電気的に検知させる手段としては公知であり、技術的にも確率している。顔料は重力方向に向かって沈降しているので、電極はタンク上下に配置して重力に逆らって電気泳動するように電圧を印加すればよく、一見非常に簡単に思えるが以下のような問題が残る。
【００２５】
しかしながら、実際にはインクタンクのインクは時間とともに消費され、単純に電極を配置すると、すぐに上側の電極からインクの界面は下がってしまう。
【００２６】
棒状の電極を上から底部に向かって延ばすことで、前述の問題は回避されるが、電気泳動は電極間の電位勾配に従って顔料は移動するので、顔料は電極の先端に集中してしまう。従って望ましくはインクの界面部分に電極を触れさせるのがよいが、インクの界面を検知しながら電極の長さを制御するのは、技術面やコスト面で困難である。
【００２７】
以上により、沈降系顔料インクを貯留するインクカートリッジにおいて、沈降する顔料を攪拌する機構を設けることは重要であるが、廉価で確実な攪拌機構を構築することは非常に困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
インクジェット記録装置に供給する顔料インクを貯留したインクタンクにおいて、インクタンクの底部には第一の電極、上部には第一の電極方向にインクタンクの底部近傍まで延びている第二の電極が配置され、第二の電極の抵抗係数は前記顔料インク抵抗係数と同等とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、電極間に顔料が沈降する逆方向に、一定の電圧を印加することにより、インクの消費を気にすることなく、廉価で確実な攪拌機構を構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
この発明の請求項１によれば、顔料インクを貯留するインクタンクの底部には第一の電極、上部には第一の電極方向にインクタンクの底部近傍まで延びている第二の電極が配置され、第二の電極の抵抗係数は前記顔料インクの抵抗係数と同等であることを特徴とするインクジェット用顔料インクタンクで前述の問題を解決するものであり、この発明の請求項２によれば顔料インクを貯留する容器の底部には第一の電極、上部には第一の電極に向かって延びている第二の電極が配置され、第二の電極の抵抗係数は前記顔料インクの抵抗係数と同等であるインクジェット用顔料インクタンクが配置されたインクジェット記録装置であって、前記沈降成分の前記第一の電極から前記第二の電極間の電位差ΔEは顔料の沈降力Fpdに対してして、電気泳動による浮力Fpfが等しいかそれ以上になるように印加し、かつ顔料インクの電気分解臨界電位Ed以下、
Fpf（ΔE＜Ed)  ≧  Fpd  
が成り立つように制御することで顔料インク沈降制御することを特徴とするインクジェット記録装置で前述の問題を解決するものであり、この発明の請求項３によれば第二の電極は、比抵抗の異なる複数の材料の配合比率で、インクの比抵抗と同一に調整させたことを特徴とする、請求項１至２記載のインクジェット用顔料インクタンクで前述の問題を解決するものである。
【実施例１】
【００３１】
図１は本発明を採用したインクタンクを示す実施例である。インクタンク100はインク101を貯留するとともに、顔料110を含んだインク101をインクジェット記録ヘッドに流出するインク出口102とインク101の消費の代わりに空気を取り入れる、大気連通口103が設置されている。インクタンク100の底にはインク101に侵食されない材質であり、かつ電気的導通する第一の電極104が設置され、第一の電極104に電気的に接続されインクタンク100の外部にある第一の電極パッド105まで配線された第一の電極配線106が配置されている。第二の電極107は、インクタンク100内部の上方から、第一の電極104に向かって延びるように配置されている。第二の電極107に電気的に接続されインクタンク100の外部にある第二の電極パッド108まで配線された第二の電極配線109が配置されている。
【００３２】
本発明の特徴は第二の電極を構成する材質は、インク101の溶媒が第一の電極104と第二の電極107間に流れようとする電流に対するものと同じ抵抗係数を持っていることである。
【００３３】
図４は、図１で示したインクタンク100を長時間静置後の状態を示す。顔料110の比重は通常、インク101の比重より高いので、図４のように沈降する。沈降速度は前述したＳｔｏｋｅｓの式により、重力と浮力による沈降力Fpdと沈降によって発生する抵抗がバランスした時点で決まる。
【００３４】
ここで長期静置状態とは、インクタンクを製造、出荷し、ユーザ―の手に渡るまでの期間や、インクジェット記録装置内にあって暫く使われることがなかった場合を想定しており、最大数年の期間を考える必要がある。
【００３５】
図５は、図４で示した、本発明のインクタンク100における沈降した顔料110を上昇させる様子をあらわしている。
【００３６】
多くの顔料110は負に帯電しているので、電気泳動で沈降した顔料110を上昇させるためにこの実施例において第二の電極パッド108を正極に第一の電極パッド105に負極に電位を印加する。前述のように第二の電極107と第二の電極配線109の接点111から第一の電極104までの電気的な抵抗は一様であるので、電気的な等価回路として図６のように説明できる。
【００３７】
印加する電圧が十分高ければ、沈降した顔料110は電気泳動力FpfはFpdを上回り、顔料110はインク界面111の第二の電極107方向へ移動する。
【００３８】
図６は図１の本実施例において、インク液面の変動があっても顔料110の沈降を制御できる原理を示す。顔料110の電気泳動による移動速度は、第一の電極104と第二の電極107に電位が印加され、インク101中に発生した電位勾配の大きさに従う。
【００３９】
本発明の構成においては、インク101中の電位勾配はインクの消費によるインク液面変動に関わらず、常に安定することになる。これは図７中で表しているように、電位勾配である、単位距離Lあたりの電位変化ΔVの比率（ΔV/L）が常に一定となる。
【００４０】
本発明のこの効果によれば、顔料110が沈降と浮上のバランスが取れた電圧を特別に制御することなく印加を継続すれば、安定した濃度のインクとして貯留できる。
【００４１】
現実的には図５で説明したように、長期放置後に顔料110を上昇させる段階と、図６で説明した短期放置後やインクジェット記録装置が動作中に、顔料110の動きを安定させる段階を併用すれば効果的である。印加する電位ΔEはインク101が電気分解を開始する臨界電圧Edを超えないようにするのがインクの物性を維持できるため望ましい。
【００４２】
図７ならびに図８は、本発明の別の効果を説明するものである。
【００４３】
図７のように、インク101がインクタンク100中に十分存在する場合、図１から図６で説明したように、顔料110の電気泳動が可能であり、また第一の電極104と第二の電極107間に、電流I0が流れる。図９のようにインク101の消費が進み、インク101の界面と第二の電極が触れなくなった瞬間、電流は流れなくなる。
【００４４】
この効果を利用しインクジェット記録装置で、電流I0をモニターすることによってインクの消費を検出できる結果、ユーザーにインクタンク交換の予告アナウンスを行うことが可能となる。
【実施例２】
【００４５】
図2は本発明を採用したインクタンクの第二の実施例を示す。本実施例の基本的構造は第一の実施例と同じであり、またその作用効果も同じである。
【００４６】
本実施例の第二の電極207は第一の実施例の第二の電極107に対して形状を大きく変えており、平板の形状である。この形状によればインク界面全体に第二の電極207を接触させることができる。実施例１で説明したものは顔料110は第二の電極107がある中央よりのインク界面に向かうが、本実施例ではインク界面111全体に向かうため、より均質な顔料110沈降の制御を行うことができる。
【実施例３】
【００４７】
図３は本発明を採用したインクタンクの第三の実施例を示す。本実施例の基本的構造は第一の実施例や第二の実施例と同じであり、またその作用効果も同じである。
【００４８】
本実施例の第二の電極307は第一の実施例の第二の電極307の途中に複数の電気的に導通しやすい平行板320を第一の電極104に対して平行に配置させたものである。この形状によれば第二の実施例同様にインク界面全体に第二の電極107を接触させることができる。つまり実施例１で説明したものは顔料110は第二の電極107がある中央よりのインク界面111に向かうが、本実施例ではインク界面111全体に向かうため、より均質な顔料110沈降の制御を行うことができるが、この効果は第二の実施例よりも、より立方形状のインクタンクにおいて効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第一の実施例のインクタンク
【図２】本発明の第二の実施例のインクタンク
【図３】本発明の第三の実施例のインクタンク
【図４】図１のインクタンクを長時間放置した状態
【図５】図４のインクタンクで沈降した顔料を上昇させる説明図
【図６】図１のインクタンクでインク界面の変動があった場合の説明図
【図７】本発明の第一の実施例のインクタンクの別の作用
【図８】本発明の第一の実施例のインクタンクの別の作用
【図９】本発明の第一の実施例のインクタンクの別の作用
【符号の説明】
【００５０】
100  インクカートリッジ
101  インク
102  インク出口
103  大気連痛口
104  第一の電極
105  第一の電極パッド
106  第一の電極配線
107  第二の電極
108  第二の電極パッド
109  第二の電極配線
110  顔料
111  インク界面
207  第二の電極
307  第二の電極
312  平行電極板
【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】
2007160783.tif 000010
【図９】
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