(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部にインクを供給するインク供給孔を備えた収納室内に、外部からインクを注入して、前記収納室内に配置されている多孔質体にインクを吸収させるインクカートリッジへのインク注入方法であって、
前記インクカートリッジを真空チャンバ内にセットし、該真空チャンバ及び前記インクカートリッジ内を真空に近い状態とし、その真空に近い状態の前記収納室内の多孔質体へ高温状態のインクを注入し、その注入後、前記真空に近い状態の前記真空チャンバ内で前記インクカートリッジをシールすることを特徴とするインクカートリッジへのインク注入方法。
【請求項２】
前記高温状態のインクの温度は、約３０〜約６０℃であることを特徴とする請求項１記載のインクカートリッジへのインク注入方法。
【請求項３】
前記インクの注入は、前記インク供給孔から前記収納室内へ行い、注入後、前記インク供給孔をシールすることを特徴とする請求項１または２いずれか記載のインクカートリッジへのインク注入方法。
【請求項４】
前記多孔質体は、樹脂材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載のインクカートリッジへのインク注入方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタ等に用いられるインクカートリッジへのインク注入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクジェットプリンタに用いられるインクカートリッジとしては、インクを、多孔質体であるフォーム材にしみ込ませて、カートリッジケース内に配置したものが知られている。このようにインクをフォーム材中に担持させているのは、インクをカートリッジケース内に充填しているのみでは、インクがその重量により記録ヘッドへ過剰に供給されたり、印刷時の振動あるいは運搬時の振動等により、インクの液面が揺れてインク内に空気を巻き込み易く、この巻き込まれた空気が、噴射ノズルの供給孔に吸い込まれると、カートリッジ内にインクが十分に残存しているにも関らず、インクの噴射が中断して、印刷品質を低下させたり、印刷が不可能となるおそれがあるためである。
【０００３】
インクがフォーム材中に存在する場合には、フォーム材の毛細管力によりインクが記録ヘッドへ適量供給され、また振動があってもインク液面が揺れず、インク内に空気が巻き込まれることがないので、インクの噴射は中断すること無く行われ、印字品質を高く維持することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
カートリッジケース内にフォーム材とインクとを配置するには、まず、開口部からカートリッジケース内に圧縮した状態のフォーム材を挿入した後、蓋体を開口部に熱溶着等により取り付ける。その後、カートリッジケース内の空気を抜いてから、カートリッジケースに設けられたインク供給孔あるいは大気開放孔からインクを注入してフォーム材中にしみ込ませていた。
【０００５】
しかし、インクを注入する前にカートリッジケース内の空気を抜く場合、完全に真空状態にすることはできず、実際の製造工程では、気圧にして、大気圧のほぼ１／１０程度に下げるのが限度であった。このため、カートリッジケース内にインクを注入する際には、フォーム材中にも少し空気が存在していた。
【０００６】
したがってフォーム中にインクがしみ込んだ場合に、この少しの空気を微細な気泡としてインク中に分散してしまった。
このように微細な気泡がインク中に存在しても、フォーム材がなくかつ振動が少ない場合には、自然に気泡はカートリッジケースの上部に移動して、カートリッジケースの下部に存在するインクの供給孔からは離れるので、インクが十分に残存している場合には、気泡がインク供給孔から記録ヘッドに吸い込まれることはなく、インクの噴射に支障を来して印刷品質の低下や印刷不能を招くことはない。
【０００７】
しかし、前述した理由によりカートリッジケース内にはフォーム材が配置されているため、インク中の微細な気泡も安定した状態で分散することになる。このため、放置しても、気泡は自然にカートリッジケースの上部に移動することはない。
【０００８】
したがって、インクカートリッジ内に十分にインクが残存しているのにも関らず、印刷時の記録ヘッド側の吸い込みにより、気泡が記録ヘッド側に吸い込まれて、印刷品質の低下や印刷不能を招くことがあった。
本発明は、フォーム材等の多孔質体が存在しても、気泡をインク中に分散させることのない、インクカートリッジへのインク注入方法の提供を目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明のインクカートリッジへのインク注入方法は、外部にインクを供給するインク供給孔を備えた収納室内に、外部からインクを注入して、収納室内に配置されている多孔質体にインクを吸収させるインクカートリッジへのインク注入方法であって、前記インクカートリッジを真空チャンバ内にセットし、該真空チャンバ及び前記インクカートリッジ内を真空に近い状態とし、その真空に近い状態の前記収納室内の多孔質体へ高温状態のインクを注入し、その注入後、前記真空に近い状態の前記真空チャンバ内で前記インクカートリッジをシールすることを特徴とする。
【００１０】
このように、常温（約２０℃〜約２６℃）ではなく、高温状態のインクは常温に比較して粘性が低下し非常に流動的となる。この流動性の高いインクを収納室内に注入することにより、多孔質体の全体に均一に流れ、粘性が高い時のように、空気を巻き込むことがない。したがって、多孔質体内の空気をほぼすべて押し出すようにして、インクは、多孔質体内に満たされるので、気泡がインクとともに多孔質体内に残留することが防止される。
【００１１】
また、高温状態でインクが注入されるので、インク中に空気が溶け込んでいる量は少なく、注入後にインク自体が気泡を生じることはない。インクカートリッジ内を脱気してインクを注入する場合には、インク中の気泡や溶解している気体が排出されるので、より効果的である。
【００１２】
また、注入後にはインクは冷却される。このことによりインクにおける気体の溶解度が上昇するので、わずかに気泡が多孔質体内に存在していても、その気泡をインク中に溶解させて気泡を消失させる効果もある。
高温状態のインクの温度としては、約３０〜約６０℃であることが好ましい。これより低いと注入時に空気を巻き込み易く、高いとインクの取り扱いが困難となったり、成分の蒸発等により変質を招くおそれもある。特に、好ましくは、約４０〜約５０℃である。
【００１３】
インクの注入は、インク供給孔から収納室内へ行い、注入後、インク供給孔をシールすることが好ましい。
多孔質体としては、発泡ウレタン樹脂や発泡メラミン樹脂等の樹脂材料が好適である。
【００１４】
このようにして、インクが注入されたインクカートリッジは、例えば、インクジェットプリンタに用いられる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［実施の形態］
図１は、インクカートリッジ２の一例を示す概略縦断面図である。
このインクカートリッジ２は、記録媒体にインクを噴射して印刷を行うインクジェットプリンタに用いられるもので、上面が開口４ａを通じて開放された直方体状のカートリッジケース４を有し、このカートリッジケース４の開口４ａはキャップ６にて閉塞されている。
【００１６】
前記カートリッジケース４の一側（図１左側）には、図２の部分拡大図に示すごとく、インクジェットプリンタにセットされて使用される際にインクジェット記録ヘッド５のインク供給用マニホールド５ａにインクを供給するインク供給孔４ｂが形成され、前記カートリッジケース４の他側（図１右側）には、大気連通孔４ｃが形成されている。また、大気連通孔４ｃが形成されている位置の内部には、大気連通孔４ｃを通じてインクが蒸発するのを防止するための蛇行通路状のエアバッファ４ｄが形成されている。
【００１７】
カートリッジケース４の内部は、インク供給孔４ｂ側にはインク室４ｅが、大気連通孔４ｃ側にはインクを吸蔵可能である多孔質体４ｆ（ここでは発泡ウレタン樹脂を用いている。）が充填されているフォーム室４ｇ（収納室に該当する。）が、それぞれ形成され、前記両室４ｅ，４ｇが下部において連通部４ｈを介して相互に連通されている。
【００１８】
インク供給孔４ｂには、インクジェットプリンタ側のインクジェット記録ヘッド５に供給されるインクに含まれる塵芥等を除くためのメッシュフィルタ部材８、およびインクジェット記録ヘッド５への連結のためのアダプタ１０が設けられている。
【００１９】
このインクカートリッジ２は、次のようにして製造される。
図３（ａ），（ｂ）に示すごとく、まずカートリッジケース４のフォーム室４ｇの内部に、上面に設けられた開口４ａから、多孔質体４ｆが圧縮された状態で充填される。その後、キャップ６を超音波溶着し、次いで、インク供給孔４ｂを通じてインク注入手段（図示せず）により、脱気されたインクが充填される。なお、図３（ａ）は、図３（ｂ）に対して直角方向で縦に切断して左側から見た縦断面図である。
【００２０】
このインクの注入処理は、図４〜図７に示すインク注入装置２０によって行われる。
図４および図５に示すように、インク注入装置２０は、インクカートリッジ２が内部にセットされる真空チャンバ２２と、この真空チャンバ２２を真空に近い状態にする真空ポンプ２３（真空手段）と、この真空ポンプ２３を真空チャンバ２２に接続する真空通路２４とを備え、真空チャンバ２２内は、真空ポンプ２３によって、一５００ｍｍＨｇ〜−７００ｍｍＨｇ（大気圧を０ｍｍＨｇとする。）程度の真空に近い状態とできる。それと共に、真空チャンバ２２には、開位置と閉位置とを択一的にとる第１開閉弁２５が途中に介在している大気開放通路２６が接続されている。そして、第１開閉弁２５を開位置とすることで真空チャンバ２２内が大気に開放され、大気圧状態となる一方、閉位置とすることで真空チャンバ２２内を外部と遮断するように構成されている。
【００２１】
真空チャンバ２２内のほぼ中央位置にはカートリッジ支持部材３１が、また、このカートリッジ支持部材３１に隣接して接続具支持手段３７がそれぞれ設けられている。
カートリッジ支持部材３１は、真空チャンバ２２の底面より立設され上下方向に延びる支柱部３２と、この支柱部３２の上端より側方に突設されインクカートリッジ２を、インク供給孔４ｂが下側に、大気連通孔４ｃが上側に位置するように支持する支持部３３とを有する。
【００２２】
また、カートリッジ支持部材３１の下側に近接して、インクカートリッジ２のインク供給孔４ｂを第１シール材１２によってシールする第１シール密閉手段３４が設けられ、また、カートリッジ支持部材３１の上側には、インクカートリッジ２の大気連通孔４ｃを第２シール材１３でシールする第２シール密閉手段３５がそれぞれ配置されている。
【００２３】
第１シール密閉手段３４および第２シール密閉手段３５は、それぞれインク供給孔４ｂおよび大気連通孔４ｃに対し適用される第１ヒータ部４０および第２ヒータ部４１を有し、この第１ヒータ部４０が、第１ヒータ部４０上に載置された第１シール材１２をインク供給孔４ｂに加熱により熱溶着し、第２ヒータ部４１が、大気連通孔４ｃ付近に予め載置された第２シール材１３を加熱により熱溶着するように構成されている。尚、第１シール材１２および第２シール材１３は、それぞれ、予め、第１ヒータ部４０の上側およびインクカートリッジ２の大気連通孔４ｃ付近の上側に、必要に応じて仮止め手段（図示せず）が施されて、セットされている。
【００２４】
第１ヒータ部４０および第２ヒータ部４１は、それぞれ、第１支持手段および第２支持手段によって回転可能にかつ昇降可能に支持された第１アーム部材４２および第２アーム部材４３（ヒータ支持部材）の先端部における上側および下側に取り付けて固定されている。
【００２５】
上記第１支持手段および第２支持手段は、上記アーム部材４２，４３の後端部に連結され上下方向の軸線を有する第１シリンダ手段４４および第２シリンダ手段４５と、アーム部材４２，４３をその後端部を回転中心として回転する駆動モータ（図示せず）とを備えている。そして、第１シリンダ手段４４および第２シリンダ手段４５を駆動することで第１アーム部材４２および第２アーム部材４３が昇降し、駆動モータを駆動することで第１アーム部材４２および第２アーム部材４３が、第１アーム部材４２および第２アーム部材４３の後端部を回転中心として水平面内で回転し、結果として第１ヒータ部４０および第２ヒータ部４１を回転し、昇降するようになっている。
【００２６】
一方、接続具支持手段３７は、インク供給孔４ｂに着脱可能に接続される接続具５１を有し、この接続具５１が、第３アーム部材５２（接続具支持部材）の先端部における上側に取り付けられて固定され、第３アーム部材５２が第３支持手段によって回転可能にかつ昇降可能に支持されている。
【００２７】
この第３支持手段は、第３アーム部材５２の後端部に連結され上下方向の軸線を有する第３シリンダ手段５３と、第３アーム部材５２をその後端部を回転中心として回転させる駆動モータ（図示せず〕とを備えている。そして、第３シリンダ手段５３を駆動することで第３アーム部材５２が昇降し、駆動モータを駆動することで、第３アーム部材５２が、第３アーム部材５２の後端部を回転中心として水平面内で回転し、結果として接続具５１を回転し、昇降するようになっている。
【００２８】
接続具５１には、第２開閉弁５４が介在しているインク通路５５を通じて脱気加熱インクプラント５６が接続されている。それによって、接続具５１をインクカートリッジ２のインク供給孔４ｂに接続することで、脱気かつ加熱されて高温状態となったインクを注入できるインク注入手段が構成されている。
【００２９】
次に、インクカートリッジ２に対してインクを注入する方法について説明する。
［第１の工程］
まず、図４および図５に示すように、インクカートリッジ２を、インク供給孔４ｂが下側に、大気連通孔４ｃが上側に位置するようにカートリッジ支持部材３１にセットする。
【００３０】
［第２の工程］
第３アーム部材５２を回転および昇降させることにより、接続具５１をインクカートリッジ２のインク供給孔４ｂに着脱可能に接続し、それによってインクカートリッジ２を脱気加熱インクプラント５６に連結する。
【００３１】
具体的には、インクカートリッジ２から離隔し第３シリンダ手段５３が収縮状態にある待機位置（図６および図７参照）から、まず、第３アーム部材５２を、図示しない駆動モータによって接続具５１がインクカートリッジ２のインク供給孔４ｂの下側に位置する接続位値（図４および図５参照）まで略９０度回転し、それから、第３シリンダ手段５３を伸張させて接続具５１をインク供給孔４ｂに着脱可能に接続する。
【００３２】
このとき、第１アーム部材４２および第２アーム部材４３に取り付けられて固定された第１ヒータ部４０および第２ヒータ部４１は、インクカートリッジ２から離隔した待機位置（図４および図５参照）にあり、第１ヒータ部４０側の第１シリンダ手段４４は収縮状態に、第２ヒータ部４１側の第２シリンダ手段４５は伸張状態にある。
【００３３】
このように接続具５１がインク供給孔４ｂに接続された状態で、第１開閉弁２５および第２開閉弁５４を共に閉位置とし、真空ポンプ２３を作動させ、真空チャンバ２２内を、一５００ｍｍＨｇ〜−７００ｍｍＨｇ程度の真空に近い状態とする。真空に近い状態になると、第２開閉弁５４を開位置にする。すると、インクカートリッジ２内の空気もインク供給孔４ｂおよび大気連通孔４ｃを通じて吸引されているので、インクカートリッジ２内に、脱気加熱インクプラント５６から、脱気されかつ高温のインクが注入される。このインクの温度は、脱気加熱インクプラント５６により、約４０〜約５０℃の範囲に調整されている。
【００３４】
注入されたインクは、フォーム室４ｇとインク室４ｅとを隔てている隔壁４ｉに衝突し、上下に別れるが、まず主に流動抵抗の少ないインク室４ｅに向かって流れて、インク室４ｅを満たす。それから、下部にある連通部４ｈを介してフォーム室４ｇに流れ込む。このことによりフォーム室４ｇ内の多孔質体４ｆ内にインクがしみ込んで、多孔質体４ｆを満たす。多孔質体４ｆに吸い込まれるとき、インクは約４０〜約５０℃に設定されているため、流動性が高くかつ空気の溶解量も少ない。図８に温度によるインクの粘度の測定結果を示す。この測定結果から判るように、常温（約２０〜約２６℃）に比較して、約４０〜約５０℃では、十分に粘度が低下し、流動性が高い。
【００３５】
したがって、インクは、多孔質体４ｆの全体に均一に流れ、粘性が高い時のように、空気を巻き込むことがない。したがって、多孔質体４ｆ内の空気をほぼすべて押し出すようにして、インクは、多孔質体４ｆ内に満たされるので、気泡がインクとともに多孔質体４ｆ内に残留することがない。
【００３６】
このようにして、インクカートリッジ２内に一定量のインクが注入されると、第２開閉弁５４を閉とすると共に、真空ポンプ２３を停止し、まず、第３シリンダ手段５３を収縮させて接続具５１とインク供給孔４ｂとの接続を解除し、次に、第３アーム部材５２を回転して接続具５１を待機位置に移動させる。尚、上記接続具５１の接続を解除した状態では、インクはすでに多孔質体４ｆに吸蔵されているので、インク供給孔４ｂが下向きに開口していても、インク供給孔４ｂからインクが漏れ出ることはない。
【００３７】
［第３の工程］
第１アーム部材４２および第２アーム部材４３をインクカートリッジ２に対応する位置にまで回転させて、その後、第１シリンダ手段４４を伸張させ、一方、第２シリンダ手段４５を収縮させて、インクカートリッジ２のインク供給孔４ｂおよび大気連通孔４ｃに、第１シール材１２および第２シール材１３を介して第１ヒータ部４０および第２ヒータ部４１を適用した状態とする。
【００３８】
この状態で、第１ヒータ部４０および第２ヒータ部４１により加熱することで、インク供給孔４ｂおよび大気連通孔４ｃに対して第１シール材１２および第２シール材１３が熱溶着され、インクカートリッジ２にシールが施される。
熱溶着終了後、第１開閉弁２５を開状態とし、真空チャンバ２２内を徐々に大気圧に戻す。このときには、すでに第１シール材１２および第２シール材１３によってインク供給孔４ｂおよび大気連通孔４ｃは密閉されているので、インクカートリッジ２内に、空気が侵入することはない。
【００３９】
上述のごとく、第１の工程において、真空チャンバ２２内にインクカートリッジ２をセットし、第２の工程において、真空チャンバ２２内を真空に近い状態とし、次にインクカートリッジ２内にインクを注入し、第３の工程において、インクカートリッジ２のインク供給孔４ｂおよび大気連通孔４ｃを第１シール材１２および第２シール材１３にて密閉するようにしている。このため、簡単に、インクカートリッジ２内を真空に近い状態に保持し、脱気かつ加熱されたインクを注入することができる。
【００４０】
特に、第２の工程において、インクカートリッジ２を、インク供給孔４ｂが下側に、大気連通孔４ｃが上側に位置するように支持し、下側のインク供給孔４ｂから、脱気かつ加熱されたインクを注入するようにしている。
従来、このような姿勢のインクカートリッジ２に、脱気されているが常温のインクを注入した場合には、粘性が高いために、インクは多孔質体４ｆの一部を通過し、多孔質体４ｆがすべてインクで満たされる前に、大気連通孔４ｃまでインクが到達し、大気連通孔４ｃから吹き出して不良品を生じる場合があったり、大気連通孔４ｃまでインクが到達しなくても、多孔質体４ｆの一部に空気の塊や、気泡を残したり、あるいはその空気の塊や気泡とインクとが混ざりあってしまう場合があった。
【００４１】
しかし、本実施の形態のインク注入方法では、上述のごとく、インクが脱気されているとともに加熱されているため、インクの粘性が低く、多孔質体４ｆ内でも流動性が高く、多孔質体４ｆの隅々まで流れることと、更に、高温のため空気の溶解量も少ないので、多孔質体４ｆの一部に空気の塊や、気泡を残してしまうことはない。したがって、使用時にインク供給孔４ｂから空気の混入したインクがインクジェット記録ヘッド５へ供給されることを確実に防止することができる。
【００４２】
更に、フォーム室４ｇ内を脱気してインクを注入しているので、インク中の気泡や溶解している気体が排出され、一層気泡の残留を防止することができる。
また、フォーム室４ｇへの注入後にはインクは冷却される。このことによりインクにおける気体の溶解度が上昇するので、わずかに気泡が多孔質体４ｆ内に存在していても、その気泡をインク中に溶解して気泡を消失させるので、更に、気泡の残留を少なくできて、印刷品質を高く維持でき、印刷が不能となるのを防止できる。
【００４３】
尚、本実施の形態では、２枚のシール材１２，１３によってインク供給孔４ｂと大気連通孔４ｃとをシールするようにしているが、１枚の長尺のシール材によってインク供給孔４ｂと大気連通孔４ｃとをシールするようにしてもよい。
［その他］
前述したインクカートリッジ２へのインク注入方法では、約４０〜約５０℃の範囲でインクを加熱してからインクカートリッジ２へ注入していたが、約３０〜約６０℃の加熱でも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一実施の形態のインクカートリッジの概略縦断面図である。
【図２】  前記インクカートリッジの使用時の部分拡大図である。
【図３】  前記インクカートリッジの製造工程の一部の説明図である。
【図４】  インク注入時のインク注入装置の概略正面図である。
【図５】  前記インク注入装置の概略底面図である。
【図６】  シール材熱溶着時のインク注入装置の概略正面図である。
【図７】  前記インク注入装置の概略底面図である。
【図８】  温度とインク粘度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２…インクカートリッジ      ４…カートリッジケース
４ａ…開口      ４ｂ…インク供給孔      ４ｃ…大気連通孔
４ｄ…エアバッファ      ４ｅ…インク室      ４ｆ…多孔質体
４ｇ…フォーム室      ４ｈ…連通部      ４ｉ…隔壁
５…インクジェット記録ヘッド      ５ａ…インク供給用マニホールド
６…キャップ      ８…メッシュフィルタ部材    １０…アダプタ
１２…第１シール材    １３…第２シール材    ２０…インク注入装置
２２…真空チャンバ    ２３…真空ポンプ    ２４…真空通路
２５…第１開閉弁    ２６…大気開放通路
３１…カートリッジ支持部材    ３２…支柱部    ３３…支持部
３４…第１シール密閉手段    ３５…第２シール密閉手段
３７…接続具支持手段    ４０…第１ヒータ部    ４１…第２ヒータ部
４２…第１アーム部材    ４３…第２アーム部材
４４…第１シリンダ手段    ４５…第２シリンダ手段    ５１…接続具
５２…第３アーム部材    ５３…第３シリンダ手段    ５４…第２開閉弁
５５…インク通路    ５６…脱気加熱インクプラント
【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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