(57)【要約】【課題】インク収容部に磁力発生手段を用いて負圧特性およびインク使用率を改善した種々のインクタンクに対し、容易にインクを再充填することができる廉価で適用範囲の広いインク充填装置の提供を目的とする。【解決手段】インク収容部材３を弾性部材７でインク収容空間が拡大する方向に付勢する一方、インク収容空間を縮小させる方向に付勢するよう磁力を発生させる磁力発生手段５、６を設けたインクタンクに対し、インク注入装置１０によってインクを充填する。このインク注入装置１０は、インク収容部材３にインクを注入するインク注入機構２０と、インク収容部材３へのインク注入時において磁力発生手段５、６の発生する磁力を相対的に減少させるための逆磁界を印加する逆磁界発生手段３０とを備える。【選択図】図３
2007098857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット記録装置に供給するインクを収容する可撓性のインク収容部材と、該インク収容部材の内部のインク収容空間を拡大させる方向に付勢する弾性部材と、前記弾性部材の付勢力に抗して前記インク収容空間を縮小させる方向に前記インク収容部材を付勢するよう磁力を発生させる磁力発生手段とを設けたインクタンクに対してインクを注入するインク充填装置であって、
前記インク収容部材にインクを注入するインク注入機構と、
前記インク注入機構から前記インク収容部材内へのインク注入時において前記磁力発生手段の発生する磁力を相対的に減少させる逆磁界を前記インク収容部の外部より印加する逆磁界発生手段と、を備えることを特徴とするインク充填装置。
【請求項２】
前記インクタンクの磁力発生手段は、第１の磁性体と、該第１の磁性体との間で前記弾性部材の付勢力に抗して磁力を発生させる第２の磁性体とを有し、
前記逆磁界発生手段は、前記第１の磁性体と前記第２の磁性体との間に発生する磁力を相対的に減少させる磁界を発生することを特徴とする請求項１に記載のインク充填装置。
【請求項３】
前記弾性部材による付勢方向において、前記磁力発生手段が発生する磁界の磁束密度（Ｆｍ）と、前記逆磁界発生手段が発生する逆磁界の磁束密度（Ｆｅ）との関係は、Ｆｍ＜Ｆｅであることを特徴とする請求項１に記載のインク充填装置。
【請求項４】
前記第１の磁性体と前記第２の磁性対との間に生じる磁力を、前記逆磁界発生手段によって減少させることによりインク注入時に前記インク収容部材内に生じる圧力（Ｐｍ）と、前記インク注入機構から前記インク収容部材へのインク注入圧（Ｐｉ）と、前記可撓性インク袋が破断する時の該インク袋の破断応力（Ｐｄ）との関係が、Ｐｍ＜Ｐｉ＜Ｐｄであることを特徴とする請求項１に記載のインク充填装置。
【請求項５】
前記インク注入機構は、前記インク収容部材の中の重力方向上方部と連結されることを特徴とする請求項１に記載のインク充填装置。
【請求項６】
前記逆磁界発生手段は、インク収容部材に対するインク注入を開始した後、インク収容部材内に一定量のインクが収容された時点で、前記逆磁界の発生を停止することを特徴とする請求項１ないし５にいずれかに記載のインク充填装置。
【請求項７】
前記逆磁界発生手段は、前記磁力発生手段によって発生する磁力の相対的な減少量を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のインク充填装置。
【請求項８】
前記逆磁界発生手段は、前記インク収容部材に設けられた第１、第２の磁性体の少なくとも一方に対向して配置された磁極部を有し、該磁極部に対向する前記磁性体との間に、前記逆磁界を発生させることを特徴とする請求項１に記載のインク充填装置。
【請求項９】
前記逆磁界発生手段は、前記磁極部を形成する強磁性体と、電流を流すことにより前記強磁性体の磁極部に前記逆磁界を発生させるコイルと、このコイルに電流を制御する制御手段と、により構成されることを特徴とする請求項８に記載のインク充填装置。
【請求項１０】
前記逆磁界発生手段は、前記磁極部を形成する強磁性体と、前記磁極部と前記磁性体との距離および角度のうち、少なくとも一方を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項８または９に記載のインク充填装置。
【請求項１１】
インクジェット記録装置の記録ヘッドに供給すべきインクを収容する可撓性のインク収容部材と、このインク収容部材内のインク収容空間を拡大させる方向に付勢する弾性部材と、前記弾性部材の付勢力に抗して前記インク収容空間を縮小させる方向に前記インク収容部材を付勢するよう磁力を発生させる磁力発生手段と、を備え、インク使用後には前記インク収容部材が前記磁力発生手段の磁力によって縮小状態に保たれるインクタンクに対し、前記インクを注入するインク充填方法であって、
前記インク収容部材内へのインク注入時において前記磁力発生手段の発生する磁力を相対的に減少させる逆磁界を前記インク収容部材の外部より印加することを特徴とするインク充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録装置にインクを供給するインクタンクへのインクの再充填を行うインク充填方法、およびインク充填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置に対するインク供給源としては、交換作業において使用者の手間を省くことができ、インク汚れや漏出の危険性を排除することができる交換型のインクタンク（以下、インクカートリッジと呼ぶ）が採用されている。  
このインクカートリッジをインクを貯留する手段によって大別すれば、スポンジに代表される毛管構造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”とがある。
【０００３】
さらに、生インク方式の中には、図８に示すように、ケース２の中にインクを収容する可撓性のインク袋３を設けると共に、そのインク袋３の中に金属製のバネ７を収納した、通称スプリングバック方式が知られている。このスプリングバック方式を採るインクカートリッジＣは、バネ７の付勢力によってインク袋３を常時拡大方向へと付勢することによって、インク袋３内に負圧を発生させるようになっている。この方式のインクカートリッジは、バネ定数とバネ自由長を設定することにより、比較的容易に設計することが可能である。  
しかしながら、このスプリングバック方式は、負圧の厳密な制御が行いにくいという問題に加え、インクを最後まで使い切ることが困難になることが多いという問題がある。
【０００４】
これに対し、特許文献１、２および３には、上記のような問題を解消するための機構を備えたインクカートリッジが開示されている。  
すなわち、特許文献１では、一定負圧に達したとき、インク袋に形成した穴を開放してインク袋内部の圧力を下げることが開示されている。また、特許文献２では、機械的に袋に掛かる応力を緩和させることが開示されている。さらに、特許文献３では、複雑なバネ機構を設けることによって圧力を緩和させる手段が開示されている。
【０００５】
しかしながら、各特許文献に記載のインクカートリッジは、構造が複雑になる、インク漏れなどに関して信頼性が低い、あるいは動作そのものの信頼性を確保するための設計が困難になる、などの課題を抱えている。このため、従来の機構を採用した場合には、インクカートリッジがコスト高になると共に、サイズが大型化してインクの使用効率が上らないという問題が生じている。
【０００６】
そこで、本出願人は、前述のスプリングバッグ方式のインクカートリッジに対して磁石および磁性体を相対向して配置する構成を提案している。この構成では、磁石と磁性体との間に生じる磁力を利用することでスプリングバッグ方式の負圧特性およびインク使用効率を、簡単かつ廉価な構造で、確実に改善することが可能になる。
【０００７】
また、現在のインクカートリッジは、内部のインクがなくなると廃棄されてしまい、インクカートリッジへの再充填は行われないことが多い。これは、品質管理上の問題、部品回収やインク再充填等に手間を要するという問題、あるいは流通経路の構築の問題など、実施する上で障害となる事項が多いためである。さらに、殆どのメーカーにとって、インクカートリッジへのインクの再充填は、コスト的に合わないことも原因となっている。
【０００８】
しかしながら近年では、環境、資源問題、およびゴミ処理問題などのエコロジー問題が指摘されるようになり、インクカートリッジの再利用が注目され始めている。メーカーサイドおよび行政サイドでもコストや手間の問題のみを考慮すべきでないことに気付き始め、何らかの再使用への道を見つけ出す必要に迫られてきている。このため、インクカートリッジへのインクの再充填を、簡便で効率良く実現する方法が求められている。
【０００９】
こうした要求に応える技術として、特許文献４には、形状記憶合金をスプリングに使用するインクカートリッジが開示されている。これは、インク使用時には、形状記憶合金のひずみ−応力特性を利用してインク袋内の負圧を略一定に保つと共に、形状記憶合金の復元力を用いて再充填の容易化を図ろうとするものである。
【００１０】
【特許文献１】特開平４−６４０７５２号公報
【特許文献２】特開平１０−２７８５４２号公報
【特許文献３】特開平２００１−１５１６２２号公報
【特許文献４】特開２００２−３７０３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献４に開示されたインクカートリッジにあっては、スプリングの反発力、圧縮力が非常に大きい場合には対応できず、実施すべきインクカートリッジの仕様によっては設計が困難になるいという課題がある。
【００１２】
本発明は、インク収容部に磁力発生手段を用いて負圧特性およびインク使用率を改善した種々のインクタンクに対し、容易にインクを再充填することができる廉価で適用範囲の広いインク充填装置およびインク充填方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記従来の課題を解決するため、本発明は、以下の構成を有する。  
すなわち、本発明の第１の形態は、インクジェット記録装置に供給するインクを収容する可撓性のインク収容部材と、該インク収容部材が拡大する方向に付勢する弾性部材と、前記弾性部材の付勢力に抗して前記インク収容空間を縮小させる方向に前記インク収容部材を付勢するよう磁力を発生させる磁力発生手段と、を設けたインクタンクに対しインクを注入するインク充填装置であって、前記インク収容部材にインクを注入するインク注入機構と、前記インク注入機構から前記インク収容部材内へのインク注入時において前記磁力発生手段の発生する磁力を相対的に減少させるための逆磁界を前記インク収容部の外部より印加する逆磁界発生手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の第２の形態は、インクジェット記録装置の記録ヘッドに供給すべきインクを収容する可撓性のインク収容部材と、このインク収容部材を拡大する方向に付勢する弾性部材と、前記弾性部材の付勢力に抗して前記インク収容部材のインク収容空間を縮小させる方向に前記インク収容部材を付勢するよう磁力を発生させる磁力発生手段と、を備え、インク使用後には前記インク収容部材が前記磁力発生手段の磁力によって縮小状態に保たれるインクタンクに対し、前記インクを注入するインク充填方法であって、前記インク収容部材内へのインク注入時において前記磁力発生手段の発生する磁力を相対的に減少させるための逆磁界を前記インク収容部材の外部より印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、インク収容部材のインク収容空間を拡大する方向に付勢する弾性部材の付勢力を磁力発生手段によって抑制するようにしたインクタンクにインクを容易かつ効率的にインクを充填することができる。すなわち、本発明によれば、インク充填時においてインクタンクに設けられた磁力発生手段が発生する磁力を逆磁界発生手段にて相対的に減少させるため、インクの漏れや逆流などを生じることなく、小さな注入圧で効率的に充填することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を図１ないし図４に基づき説明する。  
図１および図２は、本発明の第１の実施形態におけるインク充填装置に使用するインクカートリッジを示す図、図３および図４は、本発明の第１の実施形態におけるインク充填装置を示す図である。
【００１７】
まず、図１および図２に基づき、この第１の実施形態に使用するインクカートリッジを説明する。ここに示すインクカートリッジ１は、熱可塑性樹脂などよって成形されたケース２によってその外殻が構成されている。このケース２の内部には、可撓性の樹脂フィルムで構成されたインク袋（インク収容部材）３が配置され、その内部にはインクが収容される。また、このインク袋３には、内部のインクを記録ヘッドへと供給するための管状のインク供給管４が連結されており、このインク供給管４のインク注入口４ａはケース２の外方へと突出している。
【００１８】
インク袋３の外面には、平面形状を有する第１の圧力板５と第２の圧力板６とが互いに向かい合うように固定されている。ここで、第１の圧力板５はインク袋３の外面にのみ固定されているが、第２の圧力板は、その一方の面がインク袋３の外面に固定されると共に、他方の面がケース２の内面に固定されている。各圧力板５および６は、磁性体または永久磁石（以下、単に磁石とも言う）によって形成されている。この実施形態では、第１の圧力板５は永久磁石によって形成され、第２の圧力板６は磁性材によって構成され、両圧力板５と６の間には、互いに引き合う方向に磁力（吸引力）が発生する。なお、この両圧力板５および６によって磁力発生手段が構成されている。
【００１９】
また、両圧力板５と６の間には、コイル状の押しバネ（弾性部材）７が配置されている。この押しバネ７は、第１の圧力板５と第２の圧力板６との間隔を増大させる方向、すなわち、インク袋３内のインク収容空間を拡大させる方向に付勢する付勢手段として機能する。なお、押しバネ７の配置場所は、インク袋内に限らず、インク袋外であってもよい。但し、インク袋３外に固定する場合にも、各圧力板５または６のいずれか一方は、インク袋３を介してケース２の内面に固定しておくことが望ましい。
【００２０】
次に、上記構成を有するインクカートリッジの作用を説明する。  
前述のように、インクカートリッジ１内の第２の圧力板６は、ケース２の内面に固定されており、第1の圧力板５はケース２には固定されておらず、インク袋３にのみ固定されている。このため、インクの消費に伴い、第１の圧力板５が第２の圧力板６に近づいていくこととなる。第１の圧力板５と第２の圧力板６の磁界の作用による磁力（吸引力）は、両圧力板５と６の間の距離の二乗の逆数に比例して増大する。この物理法則に従えば、インク袋３にインクが十分入っているときは、第１の圧力板５と第２の圧力板６との間に大きな距離が保たれているため磁力で引き合う力は弱くなる。また、インクが少なくなって行き、第１の圧力板５と第２の圧力板６の距離が近づくにつれて磁力は非常に強力になる。
【００２１】
図１はインク袋３内にインクが略満杯に収容されたインクカートリッジを示している。この状態では、第１の圧力板５と第２の圧力板６との間には弱い引力が働いている。図２は記録動作によってインクが略完全に使用されたインクカートリッジを示している。この状態では、第１の圧力板５と第２の圧力板６との間に強い引力が働いている。
【００２２】
一方、押しバネ７の応力はインク消費に伴って増大して行き、インク残量が０に近づくときには急激に増大する。上記の磁力発生手段を持たない従来のスプリングバッグ方式のインクカートリッジでは、この急激な負圧の増大によってインク袋３内に残留しているインクを供給できなくなるという状態が発生している。
【００２３】
しかしながら、この第１の実施形態では、インク残量が０に近づいてきたときには、第１の圧力板５と第２の圧力板６との間に発生する磁力Ｆ（吸引力）が増大し、その磁力が第１の圧力板５と第２の圧力板６とに作用する。このため、インク袋１０２内に過大な負圧が発生するのを防止することができ、インク袋３内のインクを略全て使い切ることができる。
【００２４】
但し、上記インクカートリッジ１においてインクを使い切った場合、磁石である第１の圧力板２７と磁性体である第２の圧力板２８との間には磁力（吸引力）が生じているため、インク袋３は容易に広がり難い状態となっている。従って、この磁力が発生した状態のまま、使用済みのインクカートリッジ１内にインク注入口４ａからインクを再充填するには、インク注入機構によるインクの注入圧をかなり強くする必要がある。このため、インク注入機構２０には、高圧力を発生し得る能力が必要となり、注入装置のコストが増大するという問題が生じる。また、両圧力板５と６との間の吸引力が強過ぎた場合、無理にインクを充填しようとすると、インク圧によってインク袋３が破裂してしまう虞もある。
【００２５】
そこで、本出願人は上記のような優れた負圧特性を得ることができるインクカートリッジの再使用を実現するため、以下のようなインク充填装置を開発するに至った。  
まず、この第１の実施形態におけるインク充填装置１０の構成を説明する。  
本実施態におけるインク充填装置１０は、インクが略完全に消費された上記のインクカートリッジ１にインクを再充填するものであり、図３および図４に示すような構成を有している。なお、図３は本実施形態におけるインク充填装置１０の全体構成を示す模式図、図４は、図３に示した逆磁界発生部２２の概略構成を示す説明側面図である。
【００２６】
図３において、インク充填装置１０は、インク注入機構２０と、逆磁界発生装置３０とを有している。インク注入機構２０には、前記インクカートリッジ２８へ充填するためのインクを収容したインク貯留部１１が設けられている。このインク貯留部１１には内部に収容されたインクを導出するインク流路１２が連結され、その先端部には逆磁界発生装置３０に装着されたインクカートリッジ１のインク注入口４ａに着脱可能に連結されるインク注出口１５が設けられている。インク流路１２にはインクの逆流を防止するインク注入弁１４およびインク供給圧を調整する圧力調整部１３が連結されている。また、１６はカートリッジのインク袋３内の空気を外部へ排出する排気口である。
【００２７】
一方、逆磁界発生装置３０には、図３に示すようにインクカートリッジを着脱可能に保持するカートリッジ装着台２１が設けられている。このカートリッジ装着台２１には、カートリッジ装着部２１に装着されたインクカートリッジ１の第１の圧力板５と第２の圧力板６との間に生じる磁界に対し逆磁界を与える逆磁界発生部２２とが設けられている。この逆磁界発生部２２には電源２３からの直流電流が供給される。また、２４は圧力調整部１３によるインクの圧力、供給量の制御、インク注入弁１４の開閉および電源２３から供給する電流の値及び方向などを制御する制御部である。
【００２８】
図４は、逆磁界発生装置３０の概略構成を示す図である。  
本発明に適用する逆磁界発生部は、前述の逆磁界を発生する電磁石あるいは磁石などによって構成される。本実施形態における逆磁界発生部２２は、電磁石を用いた場合を示している。すなわち、本実施形態における逆磁界発生装置は、断面Ｕ字状をなす強磁性体からなるコア２５と、このコア２５の底部２６に捲装された導線からなるコイル２９とを有する。コイル２９は電源２３に接続されている。また、コア２５は、所定の間隔を介して対向する平板状の一対の磁極部２７、２８と、この両磁極部の下端部を連結する底部２６とを強磁性体で一体に形成したものとなっている。そして、コア２５の各磁極部２７と２８は、装着台２１に装着されたインクカートリッジ２の左右両側面にそれぞれ対向する。なお、以下の説明において、一方の磁極部２７を第１の磁極部、他方の磁極部２８を第２の磁極部と称す。また、図３の実線矢印はインクの注入方向、破線矢印はカートリッジ内のエアーの排気方向を示している。
【００２９】
次に、上記構成を有するインク充填装置の動作を説明する。  
いま、例えば、インクカートリッジ１の可動側である第１の圧力板５のインク袋側の磁極５ａの極性がＳ極、固定側である第２の圧力板６のインク袋側の磁極６ａの極性がＮ極であるとする。なお、この場合、第１の圧力板５の反対側の磁極５ｂはＮ極、第２の圧力板６の反対側の磁極６ｂはＳ極となる。ここで、本実施形態におけるインク注入機構１０では、コア２５の第１の磁極部２８がＳ極となるようにコイル２９に電流を流す。つまり、第１の圧力板２の磁極（Ｓ極）と、第２の磁極部２８の磁極（Ｓ極）との間に反発力２８が生じるような磁界（逆磁界）を発生させる。これにより、第１の圧力板５と第２の圧力板６との間に形成される磁界による吸引力２９を弱める。これにより、インク注入機構２０からのインク注入圧を低く設定することが可能となり、インク袋３に対して容易にインクを注入することができる。
【００３０】
以下、本実施形態におけるインク充填装置によって、インクカートリッジ１９にインクを注入する際の手順を説明する。  
まず、カートリッジ装着台２１にインクカートリッジ１を装着・固定し、インクカートリッジ１のインク注入口４ａとインク注入機構２０のインク注出口１５とを連結可能な位置に設定する。次に制御部２４で圧力調整部１３におけるインク注入量および注入圧を設定する。この設定の後、インク注出口１５をカートリッジのインク注入口７に連結させる。このとき、インク充填と共に排気がスムーズに行われるように、インク袋３内の空気を外部へ排出する排気口１６も同時にインク袋３に連通させる。
【００３１】
次に、逆磁界発生装置３０に制御部２４から制御信号を送り、電源２３からコイル２９へと所定の電流を流し、コア２５の第２の磁極部２８とインクカートリッジ１の第１の圧力板との間に前述の逆磁界を発生させる。その結果、カートリッジに備えられた第１の圧力板５と第２の圧力板６との間に生じた吸引力Ｆは、第２の磁極部２８と第１の圧力板５との間に生じた反発力Ｆ２によって低下する（Ｆ１となる）。この状態で、制御部２４はインク注入弁１４を開き、インク袋３へのインクの注入を開始する。そして、インクの注入が開始された後は、所定のタイミングで制御部２４より電源２３へと制御信号を送り、コイル２９への電流を遮断し、コア２５における磁界の発生を停止させる。すなわち、インク注入開始後はインク袋３内に注入されたインクによって両圧力板５の６の間隔が拡大し、両圧力板５と６との間の吸引力は低下するため、コア２５の磁界の発生を停止させる。
【００３２】
なお、以上の注入手順では、インク注入口１５をカートリッジ１のインク供給口４ａに差し込むと共に、排気口１６を開いた状態でインク供給を開始するようにした。しかし、本実施形態のインク充填装置１０においては、その他の手順でインク充填動作を行うことも可能である。例えば、排気口１６をインク注出口１５をインクカートリッジ１のインク供給口４ａに差し込み、排気口１６を閉めた状態で、逆磁界発生装置３０によって逆磁界を発生させながらインク供給を行うようにしても良い。この場合、インク袋３内が負圧になるため、インクの充填をより容易に行うことができる。
【００３３】
また、インク注出口１５は重力方向に対し、上方に設置することが望ましい。この場合、重力方向に対し上方にインク袋３内の空気を排気口１３から大気中へと放出するようにすれば、インクが重力に従い下部から順にインクが注入されていき、同時に空気が抜けていくため、良好なインク充填率を得ることができる。
【００３４】
また、逆磁界発生部２２によって発生させる磁力の設定は以下のようにして行う。  
まず、インク注入機構の印加する磁界により発生する力は次の式で表される。
力（Ｎ）＝電流（Ａ）×磁場密度（Ｗｂ／ｍ）×導線の長さ（ｍ）×電流と磁界のなす角（Ｓｉｎθ）
ここで、磁場密度（Ｔ）は、
磁場密度（Ｔ）＝真空の透磁率（Ｈ／ｍ）×磁場の強さ（Ａ／ｍ）
で表される。
【００３５】
また、磁性体と磁石の吸引力は、以下の式に表されるように距離の二乗に反比例する。
磁石間の吸引力（Ｎ）＝磁石の吸引力定数／（磁性体と磁石間の距離）２
従って、逆磁界発生部２２によってカートリッジの外部から印加する磁界、言い換えるとインク袋３内の第１の圧力板５と逆磁界発生装置３０の第２の磁極部２８との間に発生させる反発力は、次のようなパラメータによって変化させることができる。すなわち、コイル２９に加える電流量、磁場密度（磁性体材料の持つ透磁率）、コイルの巻き線の長さ、第１の圧力板５（磁石）と第１の磁極部２８との角度または距離で変化させることができる。但し、印加する電流値の制御、あるいは第１の圧力板５と磁極部２８との角度または距離をインク充填装置１０で機械的に制御することが現実的である。
【００３６】
逆磁界発生装置３０によって発生させるべき磁力は、第１の圧力板５と第２の圧力板６との間の吸引力の大きさによって設定値が変わる。現在流通しているインク袋を使用したインクカートリッジ１では、インクジェット記録装置への適性を考慮して、インク出口部分（インク注入口４ａ付近）のインク圧力を、−４０［ｍｍＡｑ］〜−１８０［ｍｍＡｑ］に設定していることが多い。そのため、インクジェット記録装置にインクカートリッジ１が装着された際のインク出口部分の水頭が、１５［ｍｍＡｑ］であるとすると、インク圧力は、−５５［ｍｍＡｑ］〜−１９５［ｍｍＡｑ］の範囲に設定する。
【００３７】
このインク袋３内に必要とされる負圧は
力（Ｎ）＝圧力（ｍｍＡｑ）×断面積（ｍ２）＝バネ定数（Ｎ／ｍ）×長さ（ｍ）
で算出される。ここで、第１の圧力板５と第２の圧力板６のそれぞれの面積が、仮に２５［ｍｍ］×５０［ｍｍ］＝１，２５０［ｍｍ２］（＝１２．５［ｃｍ２］）に設定されているとする。この場合、第１の圧力板５に掛けるべき押しバネ７の反発力は、インクに印加される圧力が原理上パスカルの法則に従うことから、１２．５×５．５〜１２．５×１９．５＝６９［ｇｆ］〜２４３［ｇｆ］となる。
【００３８】
そして、インク袋３が満杯状態のときに−８０［ｍｍＡｑ］、空に近いときに−１２０［ｍｍＡｑ］をそれぞれ設定するとすれば、満杯時の押しバネ７の応力は１００［ｇｆ］〜１５０［ｇｆ］となる。なお、バネ定数は１０ｍｍ変位あたり５０ｇｆである。
【００３９】
いま、インク袋３として機能すべき最低負圧を発生させるために、押しバネ７がインク袋３を膨らませる反発力をＦｍｉｎ、インク袋３として機能する最大負圧を発生させるために押しバネ７がインク袋３を膨らませる反発力をＦｍａｘとする。また、バネ定数をｋ、インク袋３の厚さ変化量（各圧力板５と６の距離の変化量）をＬとする。さらに、インク最大充填時のインク袋３に対する押しバネ７の反発力をＦ０、インク袋３の最小厚さ時の磁石（第１の圧力板５）と磁性体（第２の圧力板６）の吸引力をＦｍとする。このとき、
Ｆｍａｘ  ＞（Ｆ０＋ｋ×Ｌ）−Ｆｍ  ＞Ｆｍｉｎ
という条件を守れば、カートリッジ１による効果は不具合なく達成可能となる。すなわち、インク袋３内のインクを無駄なく使い切ることが可能になる。
【００４０】
従って、両圧力板５と６の間に発生させる最大吸引力は、
Ｆｍ＝（Ｆ０＋ｋ×Ｌ）−Ｆｍａｘ
となる。従って、本実施形態のインク充填装置では、インクカートリッジに対して印加する磁界の大きさは、Ｆｍより大きいことが望ましい。
【００４１】
また、インク充填装置１０によるインク充填時のインク袋３の圧力をＰｍ、インク注出口１５からのインク注入圧をＰｉとすると、両者の関係は、Ｐｍ＜Ｐｉであることが望ましい。ここで、圧力Ｐｍは、インク充填装置１０から発生した逆磁界により緩和された両圧力板５と６の間に生じる吸引力Ｆ１によって、インク袋６内に生じる圧力である。
【００４２】
さらに、可撓性のインク袋３が破断する時の破断応力Ｐｄをも考慮するとすれば、Ｐｍ＜Ｐｉ＜Ｐｄの関係に保つことが望ましい。
【００４３】
この関係であれば、第１の圧力板５と第２の圧力板６との間の引力に負けることなく、カートリッジ１内へインクを注入することができ、インク注出口１５からのインク漏れ、インクの逆流の発生を防止することができる。しかも少ない抵抗でインク袋３へとインクを注入することができ、さらには、インク圧によるインク袋６の破裂も防止できる。
【００４４】
また、この第１の実施形態におけるインク注入機構１０では、コイル２９とコア２５とからなる電磁石によって磁界を発生させている。このため、磁界の向きは、加える電流の向き（＋−の向き）を切り換えることにより、瞬時に磁界の向きを逆転させることができる。また、磁場の持つ磁力の制御は電極間の電力量で制御可能である。従って、逆磁界を印加してインクの注入を開始した後、前述のように、コイル７への電流の供給を遮断して磁界の発生を停止させたり、インクの注入途中でコア２５に発生する磁界の向きを切り換えることも可能である。このように、インクの注入途中で磁界の向きを切り換えるようにすれば、より円滑にインクの注入動作を行うことが可能になる。
【００４５】
例えば、図４に示すインクカートリッジ１では、第１の圧力板５の外側の磁極（インク袋３に面していない方の磁極）５ａがＮ極となっている。また、インク注入開始時において、インク充填装置１０の第１の磁極部２７はＮ極となっている。このため、インクの注入が始まり、第１の圧力板５が第１の磁極部２７に近づいて行くと、第１の圧力板５と第１の磁極部２７との間には第１の圧力板５を離間させようとする磁力（反発力）が発生する。この反発力はインクの充填を妨げるため、上述の注入手順では、電流を遮断し、コア２６からの磁力の発生を停止させている。これも有効な方法である。しかし、第１の圧力板５と第１の磁極部２７との距離が一定値以下に達した時点で、電流の向きを切り換え、コア２６の磁極の極性をＳ極に切り換えれば、第１の磁極部２７と第１の圧力板２７との間に吸引力が発生する。従って、インク袋３内に所定量のインクが注入された後、コアの磁極を切り換えれば、この吸引力によってインク袋６に負圧を発生させながらインク注入を継続することができ、より円滑なインク注入動作を行うことができる。
【００４６】
なお、以上の説明においては、第１の圧力板５を磁化された磁性体（永久磁石）とし、第２の圧力板６を磁化されていない磁性体としたインクカートリッジを例に挙げて説明した。しかし、第１の圧力板５を磁性体、第２の圧力板６を永久磁石としたインクカートリッジ、あるいは両圧力板５を永久磁石としたインクカートリッジにも、本実施形態におけるインク充填装置は適用可能である。
【００４７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図５に基づき説明する。なお、図５中、図１ないし図４に示したものと同一もしくは相当部分には同一符号を付し、その説明の詳細は省く。  
この第２の実施形態に示すインク充填装置４０は、上記第１の実施形態における逆磁界発生装置２２を、永久磁石３５を用いた構成の逆磁界発生装置３２に置き換えたものである。すなわち、カートリッジ１に逆磁界を印加するには、電磁石でなく磁石を用いることも可能である。  
【００４８】
また、この第２の実施形態では、磁石３５によって発生させる磁界密度の大きさを、インクカートリッジ１に対する磁石３５の位置を変更することによって調整するようになっている。すなわち、磁石３５とインクカートリッジ１内の磁性体（第２の圧力板６）との間に発生させる磁界の磁界密度は、磁石３５と第１の圧力板５との距離の二乗に比例する。このため、この第２の実施形態では、第１の圧力板５と磁石３５との距離を制御することによって、第１の圧力板５と磁石３５との間に生じる磁界密度を制御し得るようになっている。また、第１の圧力板５と磁石３５との間に生じる磁界密度の制御は、第１の圧力板５に対する磁石３５の角度を調整することによっても磁界密度を変化させることができる。
【００４９】
この第２の実施形態における逆磁界発生装置３２では、磁石３５とインクカートリッジ１との距離および／または角度を制御する磁石移動機構３６を備えている。この磁石移動機構３６の制御は制御部２４で行う。また、図５では、インクカートリッジ１の片側にのみに磁石３５が設置されているが、両側に設置するようにしても良い。
【００５０】
また、この第２の実施形態においても、カートリッジ１を保持固定するカートリッジ装着台２１が設けられている。このカートリッジ装着台２１は、インク充填装置４０の磁石３５とカートリッジ１の第１の圧力板５との間に生じる反発力でカートリッジ１の位置が移動しないよう定位置に保持できるものとなっている。
【００５１】
なお、この磁石移動機構３６としては、例えば、モータの駆動力によって磁石を保持する保持部材を直線方向へと平行移動させる直線移動機構や、磁石を所定の回動支点を中心に回転させる回転機構などを用いて構成することができる。但し、本発明はこれに限定されるものではない。また、前記直線移動機構と前記回動機構の両者を組み合わせても良い。
【００５２】
次に、この第２の実施形態におけるインク充填装置４０によるインク充填手順を説明する。なお、ここでは磁石３５が直線移動のみを行う場合を例に採り説明する。  
まず、カートリッジ装着台２１にカートリッジ１を固定し、カートリッジ１のインク注入口７とインク注入機構２０のインク注出口１５との位置を固定する。次に制御部でインク注入量、注入圧および磁石の移動位置（インクカートリッジ１の第１の圧力板５と磁石３５との距離）を設定する。この移動位置は、インクカートリッジ１の第１の圧力板５と磁石３５との間に発生させるべき磁場密度に応じて設定される。ここでは、磁石３５の強さと、磁石３５と第１の圧力板５との距離のみで磁場密度を制御するため、第１の圧力板５に平行でかつカートリッジ１に最も近接した状態が最大の磁場密度となる。
【００５３】
制御部２４での設定を行った後、インク注出口１５をインクカートリッジのインク注入口４ａに連通させる。このとき、インク充填と共に排気がスムーズに行われるように、インクカートリッジ１内の空気を外部へ排出する排気口１３も同時にカートリッジ１に連通させる。次に制御部２４からの制御信号によって磁石移動機構２７を駆動し、磁石２６をインクカートリッジ１の第１の圧力板２へと近づけて行き、予め設定された位置で停止させる。これにより、磁石３５と第１の圧力板５との間には所定の逆磁界が発生し、カートリッジ１に備えられた第１の圧力板２と第２の圧力板５との間に生じる吸引力が低下する。この後、インク注入を開始することにより、インク袋３には円滑かつ適正にインクが充填される。
【００５４】
（実施例３）
次に、本発明の第３の実施形態を図６を参照しつつ説明する。  
この第３の実施形態は、２色のインクを一つのケース内に収納した２色一体型のインクカートリッジ１Ａに対して各インクを充填するものとなっている。この２色一体型のインクカートリッジ１Ａは、一つのケース内に２個の収容室を形成し、各収容室Ｒ１，Ｒ２内に、上記第１の実施形態と同様にインク袋３および第１、第２の圧力板５、６などを設けたものである。
【００５５】
また、この２色一体型のインクカートリッジ１Ａを用いるインク充填装置には、異なる種類のインクを各インク袋３に注入するインク注入機構（図示せず）が２組設けられている。各インク注入機構は、上記第１の実施形態に示したものと同様であるので、ここでは図示を省略している。また、逆磁界発生装置３０およびその他の構成は、上記第１の実施形態と略同様であるので、その説明の詳細は省く。
【００５６】
この２色一体型のインクカートリッジ１Ａに対してインクを充填する場合、収容室Ｒ１の第１の圧力板６とインク充填装置の第１の磁極部２８との間、および収容室Ｒ２の第１の圧力板５と第２の磁極部２８との間にそれぞれ逆磁界を発生させる。すなわち、インク袋３を拡大させる磁力を発生させる磁界を発生させる。この際、第１の磁極部２７と、第２の磁極部２８とは互いに異なる極性となる。従って、収容室Ｒ１の第１の圧力板５のインク袋３に面する磁極と、収容室Ｒ２の第１の圧力板５のインク袋３に面する磁極とは、互いに異なる極性に設定する。これによれば、各収容室内におけるインク袋３に対し、各インク注入機構から円滑かつ適正にインクを充填することができる。
【００５７】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を図７を参照しつつ説明する。  
この第４の実施形態は、３色のインクを一つのケース内に収納した３色一体型のインクカートリッジ１Ｂに対して各インクを充填するものとなっている。この３色一体型のインクカートリッジ１Ｂは、一つのケース内にＴ字状の隔壁２ｂによって３個の収容室を形成し、各収容室Ｒ１，Ｒ２、Ｒ３内に、上記第１の実施形態と同様にインク袋３および第１、第２の圧力板５、６などを設けたものである。
【００５８】
なお、ここでは特に図示しないが、この３色一体型のインクカートリッジ１Ｂを用いるインク充填装置には、異なる種類のインクを各インク袋３に注入するインク注入機構が、３組設けられている。各インク注入機構の構成は、上記第１の実施形態に示したものと同様である。
【００５９】
一方、インク充填装置の逆磁界発生装置４０は、コア２５とコイル２９とを有する構成となっており、この点では上記第１の実施形態と同様である。但し、この実施形態におおけるコア２５は、同一の極性を示す第１の磁極部２５Ａと第２の磁極部２５Ｂとを有すると共に、第１、第２の磁極部２５Ａ、２５Ｂとは異なる磁極を示す第３の磁極部２５Ｃを有している。第１の磁極部２５Ａと第２の磁極部２５Ｂとは直角に屈曲している。そして、コア２５の各磁極部は、装着されるインクカートリッジ１Ｂの各収容室の外側壁に対向しするようになっている。なお、その他の構成は上記第１の実施形態と同様である。
【００６０】
このインク充填装置では、各収容室Ｒ１の第１の圧力板６と第１の磁極部２８との間、収容室Ｒ２の第１の圧力板５と第２の磁極部２８との間、および収容室Ｒ２の第１の圧力板５と第２の磁極部２８との間にそれぞれ逆磁界を発生させる。すなわち、インク袋３を拡大させる磁力を発生させる磁界を発生させる。この際、第１、第２の磁極部２５Ａ、２５Ｂと、第３の磁極部２５Ｃとは互いに異なる極性となる。従って、収容室Ｒ１、Ｒ２の第１の圧力板５のインク袋３に面する磁極と、収容室Ｒ３の第１の圧力板５のインク袋３に面する磁極とは、互いに異なる極性に設定する。これによれば、各収容室内におけるインク袋３に対し、各インク注入機構２０から円滑かつ適正にインクを充填することができる。
【００６１】
なお、上記各実施形態では、第１の圧力板を可動側とし、第２の圧力板をケースの外側壁に固定した場合を示したが、第１の圧力板を固定側とし、第２の圧力板を可動側とすることも可能である。この場合、可動側である第２の圧力板と第２の磁極部との間には、反発力ではなく、吸引力を発生させれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるインク充填装置に使用するインクカートリッジを模式的に示す斜視図であり、インクがインク袋に十分に充填されている状態を示している。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるインク充填装置に使用するインクカートリッジを模式的に示す斜視図であり、インク袋内のインクが殆ど消費された状態を示している。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるインク充填装置の全体構成を模式的に示す図である。
【図４】図３に示したインク充填装置の逆磁界発生装置を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態におけるインク充填装置を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態におけるインク充填装置の逆磁界発生装置を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態におけるインク充填装置の逆磁界発生装置を模式的に示す断面図である。
【図８】従来のスプリング方式のインクカートリッジを模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  インクカートリッジ
２  ケース
３  インク袋
４  インク注入管
４ａ  インク注入口
５  第１の圧力板
６  第２の圧力板
７  押しバネ
１０  インク充填装置
１１  インク貯留部
１２  インク流路
１３  圧力調整部
１４  インク注入弁
１５  インク注出口
１６  排気口
２０  インク注入機構
２１  カートリッジ装着台
２２  逆磁界発生部
２３  電源
２４  制御部
２５  コア
２５Ａ  第１の磁極部
２５Ｂ  第２の磁極部
２５Ｃ  第３の磁極部
２７  第１の磁極部
２８  第２の磁極部
３０  逆磁界発生装置
３５  磁石
３６  磁石移動機構
４０  逆磁界発生装置
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３  収容室
【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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