JP2004136670A - 液体容器 - Google Patents

Abstract

【課題】袋体により構成された液体容器の液体量、液体の残量を正確に検出すること。
【解決手段】液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給口２を備え、収容されている液体の残量に応じて変形する可撓性材料を袋状に形成して構成された液体容器１において、容器１の一方の面１ａに設けられたインクに振動を伝達するための振動励起検出手段となるセンサモジュール５と、容器の他方の面１ｂの、センサモジュール５と対向する領域に形成された剛体部６とを備え、振動励起検出手段と剛体部６との距離による振動励起検出手段の振動特性に基づいて液体の残量を検出する。
【選択図】図２

Description

　本発明は、液体であるインクを収容した可撓性部を有するインク容器、より詳細には液体であるインクの残量を検出する技術に関する。

　液体噴射装置の一例であるインクジェット記録装置は、キャリッジに搭載された液体噴射ヘッドであるインクジェット記録ヘッドに流路を介して液体であるインクを供給する液体容器であるインク容器には、大きく分けてハードケースに直接インクを収容する形式のものと、インクを可撓性材料からなる袋に収容し、必要に応じてこの袋をハードケースに格納したものとの２種類がある。
　一方、インクジェット記録ヘッドにインクが供給されない状態で印刷などのインク吐出操作を行わせると、記録ヘッドが致命的な損傷を受けるため、インクの残量管理が重要な要件となる。
　インク残量の管理としては、前者の形式のインク容器、つまりハードケースにインクを直接収容したものにあっては、特許文献１に見られるように、インク容器のインク液面より下方の領域に振動特性がインクの影響を受けるように、たとえば窓を形成し、この窓に直接、または振動板を介して圧電振動子を固定し、インクの液面変化にしたがって振動板の空気に触れる領域が増加することに基づく残留振動の変化からインク残量を検出することが提案されている。
特開2001-146019号公報 独国特許出願公開第19917229号明細書

　一方、後者の形式、つまりインク袋を容器とするものにあっては、インクが消費されてもインク袋が収縮変形するだけで、インク袋に空気が侵入しないため、振動板の周囲が空気と置き換わることがなく、上述の検出方式をそのまま採用することができないという問題がある。
　なお、特許文献２には、インクレベルを検出できるセンサを取り付けた可撓性材料からなるインクパックが開示されているものの、インクパックのインク量を具体的に検出する手法や、またセンサの具体的構造までは開示されていない。
　本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、袋体に収容されたインクの残量を正確に検出することができるインク容器を提供することである。

　このような問題を解消するために請求項１の発明は、液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給口を備え、収容されている液体の残量に応じて変形する可撓性部を有するインク容器において、前記容器の一方の面に設けられた前記インクに振動を伝達するための振動励起検出手段と、前記容器の他方の面の、前記振動励起検出手段と対向する領域に形成された剛体部とを備え、前記振動励起検出手段と前記剛体部との距離による前記振動励起検出手段の振動特性に基づいて液体残量を検出可能に構成されている。
　請求項２の発明は、前記振動励起検出手段が、前記液体容器の形状変化に対しても一定形状を維持できる基板を有する。
　請求項３の発明は、前記液体容器に前記振動励起検出手段の振動領域に対応する貫通孔が形成され、前記振動励起検出手段が、また前記振動励起検出手段が液体容器の液体が流入可能な凹部を形成した基板に設けられ、前記凹部を介して前記液体に振動が伝達される。
　請求項５の発明は、前記振動励起検出手段、及び前記剛体部が、前記液体容器の液体の液面が変化する方向の複数の位置に設けられている。
　請求項７の発明は、前記液体容器がハードケースに収容され、前記剛体部が前記ハードケースにより形成されている。
　請求項８の発明は、記録装置に設置されたときに底面となる領域の、前記液体供給口から離れた所定の領域に高所部を有するハードケースに前記液体容器が収容されている。
　請求項９の発明は、液体容器の表面に前記振動励起検出手段に接続する導電パターンが形成されている。
　請求項１０の発明は、液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給口を備え、収容されている液体の残量に応じて変形する可撓性材料を袋状に形成して構成された液体容器において、前記容器の一方の面に設けられた前記液体に振動を伝達するための振動励起手段と、前記容器の他方の面の、前記振動励起手段と対向するように設けられた振動検出手段とを備え、前記振動検出手段の振動特性に基づいて液体残量を検出するように構成されている。

　請求項１のこの発明によれば、液体の消費に伴って液体容器が変形するから、振動励起検出手段の振動特性も変化する。したがって容器の変形具合、つまり液体残量を検出することができる。
　請求項２の発明によれば、液体容器の変形による振動励起検出手段への外力の影響を排除して、高い精度で液体残量を検出することができる。
　請求項３の発明によれば、液体容器の所定位置が扁平化したときにも、規定サイズの凹部の液体による振動特性を検出することにより、この領域が完全に扁平化したことを確実に検出することができる。
　請求項５の発明によれば、液体容器の複数の液体残量を確実に検出して、液滴数や吸引量に基づいて液体消費量を演算する場合にでも、残量、もしくは消費量を算出する際の係数をより正確に補正することができ、高い精度で液体エンド時を検出することができる。
　請求項７の発明によれば、剛体部を構成する部材が不要となり、構造の簡素化とコストの削減を図ることができる。
　請求項８の発明によれば、容器全体が一様に扁平化する水平置きでの使用であっても、特定の残量となった時点を確実に検出することができる。
　請求項９の発明によれば、振動励起検出手段と外部の信号処理手段との接続構造の簡素化を図りつつ、ケーブルによる振動励起検出手段への外力の影響を防止することができる。
　請求項１０の発明によれば、励起直後の残留振動を検出する場合に比較して、信号の有無を検出するだけで済むため、信号処理手段が簡素化でき、また液体の消費に伴って変化する液体袋の厚みをアナログ的に検出できるため、液体残量を連続的に監視することができる。

　そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
　図１、及び図２は、それぞれ本発明の液体容器であるインク容器１の一実施例を示すものであって、インクを収容するのに適した袋体の一側にインク供給口２を装着して構成されている。インク容器１は、ケース本体３と蓋体４とからなるハードケースにインク供給口２が露出するように収容されてインクカートリッジを構成している。なお、インク容器１をハードケースに収容せずに単独で使用することも可能である。
　インク容器１を構成する袋体は、収容しているインクの量に応じて収縮が可能な可撓性と、遮気性を備えたフィルムとを材料とし、インクの残量に応じて扁平になるように、つまり厚みが変化するように構成されている。

　インク容器１の所定の位置、つまりインク残量が規定量となったとき、厚みが極端に薄くなる領域の一方の面１ａには、後述するセンサモジュールが液密状態を維持できるように少なくとも１個固定され、また他方の面１ｂの、センサモジュール５と対向する位置には袋体を構成するフィルムよりも剛性の高い材料からなる剛体部６が接着されている。なお、図中符号７は、センサモジュール５に駆動信号を供給したり、また検出信号を取り出すためのフレキシブルケーブルを示す。

　図３は、センサモジュール５の一実施例を示すもので、穴部に液密に貼着するのに適した形状、この実施例では略円形の板材５１に中心部に貫通孔５２を形成し、外側となる面に振動板５３を積層、固定して基板５４が形成されている。これにより、インク袋の変形の如何に関わりなく、基板５４の剛性により貫通孔５２と振動板５３とで一定の形状を維持する凹部(以下、この凹部を符号５２'として示すこともある)が確保される。

　振動板５３の表面側には下電極５５、板状の圧電振動子５６、上電極５７が形成され、それぞれの電極５５、５７は接続端子５８、５９に接続されている。これらにより下電極５５、板状の圧電振動子５６、上電極５７、接続端子５８、５９により振動励起検出手段が構成されている。
　また、基板５４の一方の面、この実施例では外側となる面の外周に、インク容器１に接合するのに適した接着層６０、例えば熱溶着材料層や、粘着性接着層が円環状に形成されている。

　センサモジュール５を袋体に取り付ける際には、袋体を構成するフィルムの所定位置に、電極５５、５７、接続端子５８，５９の形成領域を露出させることができる貫通孔を設け、裏面側からセンサモジュール５を挿通し、接着層６０によりフィルムに固定する。その後に、フィルムの３つの辺を熱溶着などの手法により接合して袋体を構成し、他の辺の開放口にインク供給口２を固着することにより、インク容器１が完成する。

　この実施例において、インク容器１を図４に示したように非水平状態、例えば略鉛直状態となるように載置し、インク供給口２を記録ヘッドへのインク供給路に接続すると、記録動作などによる記録ヘッドでのインクの消費に対応してインク容器１のインクが消費され、インク袋の厚みが薄くなる。

　インクが十分に存在する状態では、図５(イ)に示したように剛体部６にバックアップされた他方の面１ｂとセンサモジュール５の凹部５２'との間に十分な距離Ｌが存在する。この状態で下電極５５と上電極５７とに駆動信号を印加して圧電振動子５６を１回励起すると、図６(イ)に示したように圧電振動子５６は、１０波程度の残留振動を発生する。この残留振動は、静粛性の観点から例えば５０ｋＨｚ乃至５００ｋＨｚの範囲の非可聴波であることが望ましいので、圧電振動子５６は、その共振周波数域が調整されている。

　ところで、インク容器に十分なインクが残存している場合には、圧電振動子５６を取りまく音響環境は、インクが十分に存在する下では、図６(ハ)に示したような等価回路で示すことができる。ここでＭact、Ｃact、及びＲactは、それぞれ圧電振動子５６のイナータンス、コンプライアンス、及び音響抵抗を示す。
　また、Ｍmaxはインク容器内にインクが十分存在するときの凹部５２'により形成されるキャビティのインクの最大付加イナータンスを、Ｃcav及びＲcavは、それぞれキャビティのインクのコンプライアンス、及び流路抵抗、さらにＶは圧電振動子に印加される電圧を示す。

　図６(イ)に示した交番起電力は、検出信号としてフレキシブルケーブル７を介して図示しない信号処理手段に伝送され、インク残量が判定される。なお、インク残量を判定する信号としては、交番起電力のうちの振動励起検出手段を構成する圧電振動子５６の固有振動周波数のものだけを検出すると、外部から周り込む雑音振動を除去できて、高い精度でインク残量を検出することができる。

　一方、インクの消費が進んで記録ヘッドへのインクの供給が可能であるものの、残量が極めて少なくなった状態、つまりインクニアエンド状態となると、図５(ロ)に示したようにインク容器１の厚みが極端に薄くなって、センサモジュール５の凹部５２'が、剛体部６にバックアップされた他方の面１ｂと接した状態、つまり凹部５２'に限定された領域、及びセンサモジュール５と剛体部６との間の限られた領域にだけインクインクＫ、Ｋ'が存在する状態となる。

　この状態で前述と同様に圧電振動子５６を励起すると、圧電振動子５６は図６(ロ)に示したように１回の強制振動後に、残留振動を生じるが、上述したようにインクの存在領域が限られているため、減衰が大きく２乃至３回程度の残留振動した後、振動が収束する。
　この状態は図６(ニ)に示した等価回路で示すことができる。図においてＭgap、Ｃgap、Ｒgapは、それぞれセンサモジュール５の凹部５２'と剛体部６とにより形成された領域のインクの付加イナータンス、コンプライアンス、流路抵抗を示す。
　特に、圧電振動子の音響抵抗(Ｒact)、凹部５２'の音響抵抗（Ｒcav）、流路抵抗(Ｒgap)の合計が、圧電振動子のイナータンス(Ｍact)、凹部５２'により形成されるキャビティのインクの付加イナータンス(Ｍcav)、センサモジュール５の凹部５２'と剛体部６とにより形成された領域のイナータンス（Ｍgap）の合計に対する比が大きいほど、圧電振動子５６の減衰振動の減衰率は大きくなる。
　すなわち、減衰振動は

　により表す（なお、ｒ：抵抗により定まる定数、Ｍ：イナータンス、Ａ：定数、ｔ：時間）ことができるため、抵抗分が大きく減衰率を左右する。

　このように、センサモジュール５の凹部５２'に対する剛体部６の位置に対応して残留振動の継続時間が図６(イ)、(ロ)に示したように大きく相違するので、これを検出することにより、インクの残量を検出することができる。
　このような残留振動の継続時間は、その波数をカウントすることにより検出できる。なお、励起直後の振動は残留振動が不安定であるため、第３波以降からカウントするのが望ましい。
　また残留振動の継続時間の検出には、励起後一定時間が経過した時点の振幅を検出することによっても可能である。なお、インクの残量によりインク容器１の形状が大きく変化するものの、基板５４は、インク容器１の形状に関わり無く一定の形状を維持する程度の剛性を備えているため、インク容器１の形状変化自体による残留振動への影響は皆無となる。

　なお、上述の実施例においてはセンサモジュール５をインク容器１の一箇所にだけ設けているが、図７(イ)に示した他の実施例では、鉛直方向に複数のセンサモジュール５−１、５−２を配置して構成されている。
　この実施例によれば、インクの消費につれてインク容器１が、その上部から扁平になるので、上部に配置されたセンサモジュール５−１から所定のインク量が消費されたことを検出した信号が出力される。

　一方、インク容器１の変形の形態は、残存するインク量により定まるので、それぞれのセンサモジュール５−１、５−２により検出されたインク残量により、これらセンサモジュール５−１とセンサモジュール５−２との間の領域のインクの消費を確実に検出できる。これにより、インク滴の吐出数や、また吸引量によるインク消費量の管理を行う記録装置にあっては、係数を補正して、センサモジュールが存在しない下方の領域のインク残量やインクエンド時をより正確に検出することができる。

　なお、上述の実施例においては、インク供給口２が水平方向に向くように配置する場合について説明したが、例えばキャリッジに搭載するような場合には、設置面積の縮小化を図るため、インク容器１は、図７(ロ)に示したようにインク供給口２が下方となるように設置され、また、３つのセンサモジュール５−１〜５−３を上下方向に配置されている。

　また、前述した各実施例においては、センサモジュール５をインク容器を構成するインク袋の内面側に固定するようにしているが、図８(イ)に示したように基板５４の裏面、つまり振動板５３が設けられている側と反対側の面に接合層を形成すると、インク袋の外表面に固着することができる。

　さらには、前述した各実施例では剛体部６をインク容器１の面１ｂの外表面に設けているが、図８(ロ)に示したようにインク容器１の、センサモジュール５と対応する側の面１ｂの内面に剛体部６を固定してもよい。

　またインク袋をハードケースに収容して使用する場合には、図９(イ)に示したようにインク容器１のセンサモジュール５と対向する側の面１ｂを接着層を介してハードケース３に固着し、ハードケース３の壁を剛体部６として使用することができる。
　さらに、インクの消費に伴ってインク容器１を安定に変形、つまり厚み方向に収縮させるために、図９(ロ)に示したように面１ａ、面１ｂの少なくとも一方に適当な柔軟性を有する薄板８０を貼着しておくのも有効である。

　図１０は、本発明の他の実施例を示すものであって、この実施例においてはインク容器１をハードケースに収容した場合に適用可能で、上述のセンサモジュールよりも振動エネルギーが大きな圧電振動子等の振動励起検出手段８をハードケースを構成する蓋体４の内面に設け、インク容器１が振動励起検出手段８からの振動を受けるようにばね等の付勢手段９により押圧されている。

　なお、幅広となる面を水平となるように載置して使用する場合には、図１０(ロ)に示したようにハードケースを構成するケース本体３の底面に、上述の振動励起検出手段８だけ配置すれば、インク容器１の自重により振動励起検出手段８が常時インク容器１を構成するインク袋に接触するので、図１０(イ)に示した付勢手段９が不要となる。

　これら図１０(イ)、(ロ)に示した実施例によれば、インク容器を構成するインク袋の加工を不要として簡易的にインク残量を検出することができる。なお、本発明において、「インク容器に振動励起検出手段を設けること」とは、この実施例のようにインク容器１に振動を伝達でき、またインクの残量による残留振動の変化を生じる取り付け形態を全て包含する用語である。

　図１１は、インク容器１の幅広の面を水平に配置して使用する場合に適したハードケースの一実施例を示すもので、ハードケースの底面３ａが、後端部からインク供給口２から離れた位置、この実施例では中央部から後端部まで、インク供給口側よりも若干高くなるように段差部３ｂが形成されている。また、インク容器１は、そのセンサモジュール５、及び剛体部６をハードケースの段差部３ｂより高所側に位置するように配置して構成されている。

　この実施例によれば、インク容器１のインクが所定量減少したとき、インク容器の高所部に位置する領域を強制的に扁平にさせて、インク残量を確実に検出することが可能となる。なお、インク供給口２の側が若干、例えばインク容器１の厚み程度、下方となるように斜めに記録装置にセットしても同様の作用を得ることができる。

　なお、上述の実施例においては、センサモジュールを構成する振動励起検出手段として圧電振動子を使用しているが、電歪振動子を使用しても同様の作用を奏することはあきらかである。

　また、上述の実施例においては、フレキシブルケーブル７によりセンサモジュール５に駆動信号や検出信号の伝送を行っているが、図１２に示したようにインク容器の表面に導電パターン６１、６２、及び接続端子６３，６４を形成することにより、フレキシブルケーブルの剛性に起因する外力がセンサモジュール５に悪影響を与えるのを可及的に防止することができる。

　図１３は、本発明の他の実施例を示すものであって、インク容器１の所定の位置、つまりインク残量が規定量となったとき、厚みが極端に薄くなる領域の略対向する領域の一方の面１ａには振動励起手段を設けたセンサモジュール１０が、また他方の面１ｂには振動検出手段を設けたセンサモジュール１１が取り付けられ、それぞれフレキシブルケーブル７，７'により励起信号の供給、また検出信号の伝送が行われている。
　この実施例によれば、インク容器のインク量が多い場合には面１ａと面１ｂとの距離が長いため、振動検出手段は振動励起手段からの振動を検出できない。一方、インク容器のインク量が少なると面１ａと面１ｂとの距離が短くなるため、振動検出手段が振動を検出できるから、前述の実施例と同様にインク容器の扁平具合に基づいてインク量、またはインク残量を検出することができる。

　また、この実施例によれば、上述までの実施例である励起直後の残留振動を検出する場合に比較して、信号の有無を検出するだけで済むため、信号処理手段が簡素化でき、またインクの消費に伴って変化するインク袋の厚みをアナログ的に検出できるため、インク残量を連続的に監視することができる。
　なお、これら振動励起手段、及び振動検出手段には、通常の圧電振動子や電歪振動子の他、上述のセンサモジュール５そのまま利用することができる。

　ところで、上述したそれぞれの実施例に示したインク容器は、それ自体に、またはこれを収容するハードケースに、インク容器に収容されているインク量、製造年月日、インクの種類等を格納し、また記録ヘッドで消費されたインク量を書き換え可能に格納する記憶手段を設け、記憶手段と記録装置との間で無線、有線により通信を可能に構成することが可能である。
　そして、前述のセンサモジュール５等により検出したインク残量、またはインク量を記憶手段に適宜に格納して、他のデータとともに記録装置に伝送することができる。

本発明のインクジェット記録装置のインク容器の一実施例を示す組立斜視図である。 同上のインク容器の断面図である。 図(イ)、(ロ)は、それぞれ同上インク容器に取り付けられているセンサモジュールの一実施例を示す平面図と断面図である。 同上インク容器をハードケースに収容して記録装置に装着された状態を示す断面図である。 図(イ)、(ロ)は、それぞれ同上インク容器のインク残量によるセンサモジュール近傍の状態変化を示す説明図である。 図(イ)乃至図(ニ)は、それぞれセンサモジュールの振動波形、及び等価回路を示す図である。 図(イ)、(ロ)は、それぞれ本発明のインクジェット記録装置のインク容器の他の実施例を示す平面図である。 図(イ)、(ロ)は、それぞれ本発明のインクジェット記録装置のインク容器に用いるセンサモジュール、及び剛体部の取り付け形態を示す断面図である。 図(イ)、(ロ)は、それぞれ本発明のインクジェット記録装置のインク容器、及びハードケースの他の実施例を示す断面図、及び斜視図である。 図(イ)、(ロ)は、それぞれ本発明のインクジェット記録装置のインク容器へのセンサモジュールの取り付け形態の他の実施例を示す断面図、及び斜視図である。 本発明のインクジェット記録装置のインク容器の他の実施例を示す斜視図である。 本発明のインクジェット記録装置のインク容器の他の実施例を示す斜視図である。 本発明のインクジェット記録装置のインク容器の他の実施例を示す断面図である。

符号の説明

　　１　インク容器　　２　インク供給口　　３　ケース本体　　４　蓋体　　５、５−１〜５−３、１０、１１　センサモジュール　　６　剛体部　　７、７'　フレキシブルケーブル　　５３　振動板　　５４　基板　　５５　下電極

Claims (10)

1. 　液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給口を備え、収容されている液体の残量に応じて変形する可撓性部を有するインク容器において、
   　前記容器の一方の面に設けられた前記インクに振動を伝達するための振動励起検出手段と、前記容器の他方の面の、前記振動励起検出手段と対向する領域に形成された剛体部とを備え、前記振動励起検出手段と前記剛体部との距離による前記振動励起検出手段の振動特性に基づいて液体残量を検出可能に構成された液体容器。
2. 　前記振動励起検出手段が、前記液体容器の形状変化に対しても一定形状を維持できる基板を有する請求項１に記載の液体容器。
3. 　前記液体容器に前記振動励起検出手段の振動領域に対応する貫通孔が形成され、前記振動励起検出手段が、また前記振動励起検出手段が液体容器の液体が流入可能な凹部を形成した基板に設けられ、前記凹部を介して前記液体に振動が伝達される請求項１に記載の液体容器。
4. 　前記剛体部が、前記液体容器の外面、または内面に貼着されている請求項１に記載の液体容器。
5. 　前記振動励起検出手段、及び前記剛体部が、前記液体容器の液体の液面が変化する方向の複数の位置に設けられている請求項１に記載の液体インク容器。
6. 　前記基板の表面、または裏面に前記液体容器に液密に固定する接着層が形成されている請求項２に記載の液体容器。
7. 　前記液体容器がハードケースに収容され、前記剛体部が前記ハードケースにより形成されている請求項１に記載のインク容器を収容した液体カートリッジ。
8. 　記録装置に設置されたときに底面となる領域の、前記液体供給口から離れた所定の領域に高所部を有するハードケースに前記液体容器が収容されている請求項１に記載のインク容器を収容した液体カートリッジ。
9. 　液体容器の表面に前記振動励起検出手段に接続する導電パターンが形成されている請求項１に記載の液体容器。
10. 　液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給口を備え、収容されている液体の残量に応じて変形する可撓性材料を袋状に形成して構成された液体容器において、
    　前記容器の一方の面に設けられた前記液体に振動を伝達するための振動励起手段と、前記容器の他方の面の、前記振動励起手段と対向するように設けられた振動検出手段とを備え、前記振動検出手段の振動特性に基づいて液体残量を検出する液体容器。
    

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