JP2005067061A - インクジェット記録装置およびインク残量検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 インクジェット記録装置では主として着脱自在なインクタンク使用しているが、正確なインク残量検知が難しいために、インクタンクとは別にサブタンクを追加して残量検知用センサを埋め込むなどの工夫が必要となり、その為インク供給系を複雑にしている。
【課題を解決するための手段】 インクタンク内のインクに密着するようにヒータを配置し、該ヒータに加熱パルスを印加〜ヒータ自身の温度上昇状況を監視することによって、比較的短時間でインク残量を検知できるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明はプリンタ装置内のインク残量を検知する方法に関し、特に、インクジェット方式のプリンタ装置においてインク残量を検出する方法に関する。

従来、交換可能なインクカートリッジと、記録ヘッドとを具えたインクジェット記録装置においては、インクカートリッジ内部で直接残量を判定するのが難しかったので、
インクカートリッジ〜記録ヘッドの間にサブタンクを設けサブタンク内のインク残量を液面レベルセンサを用いて随時監視し、サブタンクのインク残量が所定量以下になったらインクカートリッジからサブタンクにインクを補給し、補給ができなくなった場合にインクカートリッジのインクが空になっていると判断していた。
（例えば特許文献1）

特開平11-091121（3〜4頁、図1）

しかしながら、上記のようなインク残量検知方法ではインクカートリッジとは別にサブタンクが必要であり、そのためにインク供給路が複雑になる。とりわけカラー記録可能な記録装置ではインク色が4色、または6色等と多く記録装置内部のスペース上の制約も大きくなる。

上記に鑑み本発明はなされたもので、インクカートリッジに直接インク残量検知するためのヒータとヒータ温度検知手段を付加してインクと密接したヒータを加熱し、ヒータ自体の温度上昇特性を診ることによりインク残量をできるだけ正確に測定できるようにした。

上記に鑑み、複数色のインクを吐出する記録ヘッドと前記記録ヘッドにインクを供給する複数色のインクを含むインクタンクを有する記録装置において、前記複数色のインクタンクを色ごとに加熱する加熱手段と、前記複数色のインクタンクをすべて加熱したか否かを判断する判断手段と、前記複数色のインクタンクの温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段の検知結果に基づき前記複数色のインクタンクのそれぞれのインク残量を判定するインク残量判定手段とを備えることによりカラーインクの残量検出を可能にした。

本発明によればインク供給経路上のサブタンク、或いはそれに類する機構、インクチューブの削減したシンプルな構造が実現でき、特に高画質のカラー記録装置のコンパクト化が促進される。

以下、図面を参照して本発明の記録装置に関わる実施例について詳細に説明する。

図1は、本発明が適用されているインクジェットプリンタ（記録装置）の全体的な構成を示す断面図である。
記録装置101は記録ヘッド104〜109を備えた画像形成部102と、画像形成部102に用紙を1枚ずつ分離して給送する給紙装置103とを備えている。
矢印で示すシート搬送方向と直行する方向（幅方向）に、多数のインクジェットノズルを備えた記録ヘッドは搬送方向上流側から104：ブラック（K）、105：シアン（C）、106：マジェンタ（M）、107：イエロー（Y）108：淡シアン（LC）、及び109：淡マジェンタ（LM）、の各記録色を夫々担当し、給紙装置103から送られ、搬送ベルト110により搬送される用紙の搬送動作に同期して、ノズルからインクを選択的に吐出し、カラー記録する。

給紙装置103は、シート積載トレイ117に積載された用紙を１枚毎ピックアップする給紙ローラと、ピックアップされた用紙を1枚ずつ分離する分離ローラ等を備えている。
記録終了した用紙は装置本体の側壁面に設けられた排紙トレイ123上に排紙される。

記録装置待機中は記録ヘッド104〜109のノズル面は回復機構124によって個別にキャップする。
記録動作開始すると、回復機構124が水平方向（図の左右方向）に、記録ヘッド104〜109は垂直方向（図の上下方向）に夫々相対的に動作可能で、記録ヘッドが記録位置に到達したら静止する。
記録ヘッド104〜109のノズル面を弾性体のワイパブレード125にてワイプ（拭き動作）する場合、記録ヘッド104〜109をキャッピング位置から僅かに上昇させた後、回復機構124を図の右方向に移動する。本実施例ではワイパブレードは2組備え、各々3色の記録ヘッドを分担しワイプする。

インクカートリッジ131〜136は各記録ヘッドに対応した色のインクを供給するため、インク色毎に独立して備えられ、後述するインク残量を検知するための加熱ヒータとヒータ温度センサを各々備えている。

図２に本発明を実施した記録装置の電気的なブロック図を示す。ホストコンピュータ200は、記録データを作成後、記録装置101のインタフェース部201に転送して記録開始を指示する。また、記録枚数、及び記録媒体の種類やサイズ等を指示するコマンドをインタフェース部201に転送して指示できる。

CPU202は記録データの受信、記録動作そして記録媒体のハンドリング等、記録装置全般の制御を掌る演算処理装置で、後述するメモリ（ROM）に記憶され、且つ後述するフローに対応するプログラムを読み込み、制御をおこなう。

CPU202は受信したコマンドを解析後、メモリコントローラ206に対して記録データの各色成分のイメージデータをVRAM（Video RAM）207にビットマップ展開して描画する動作を指示する。

記録前の動作処理としてCPU202は入出力ポート（I/O）212、それにモータ駆動部213を介して回復機構124を駆動するキャッピングモ−タ215、及び記録ヘッドの上下動作を行うヘッドU/Dモータ214を相互に駆動、記録ヘッド104〜109をキャッピング位置から記録位置へ移動させる。ほぼ同時に用紙を給紙するための給紙モータ217、そして搬送モータ216を起動し、用紙1枚づつ記録部102方向に搬送する。定速度で搬送される用紙の記録タイミングを決定するために用紙先端検知センサ208で用紙の先端（及び後端）位置を検出する。用紙の搬送に同期して、CPU202はVRAM207から対応する色のイメージデータを順次読み出し、記録ヘッド制御回路220を介して、対応する色のインクを吐出する記録ヘッド104〜109にデータ転送し、カラー記録する。

回復動作時には、記録ヘッド104〜109をキャッピング位置へ移動させ、記録ヘッド内部インクを加圧する加圧モータ218を駆動する。

操作SW、LED211は電源ON/OFF、リセット等の操作、インク無しの警告表示等に用いる。

CPU202の動作はプログラムROM203に記憶された処理プログラムおよびΔｔ⇒インク残量変換テーブルに基づき実行される。又作業用のメモリとしてワークRAM204を使用する。EEPROM205は記録ヘッド相互の微小記録位置調整値等、装置特有のパラメータを保存する不揮発性のメモリである。

本発明に関わるインク残量検知するために、各インクカートリッジ131〜136には夫々個別のヒータ231〜236を備え、出力ポート212〜ヒータ駆動部を介し独立に駆動できる。

更に各々のヒータ231〜236には加熱前後の温度を測定するためのヒータ温度センサ240〜245が接合されCPU202がADコンバータ（ADC）247から1色毎にセンサ出力を読み出せるように各ヒータ温度センサ240〜245とADコンバータ247の間に選択回路246を備える。

記録装置101内部には装置の内部温度を検知する温度センサ209を持ち、ADコンバータ（ADC）210から出力を読み出しできる。

次に本発明を実施した記録装置のインク供給系の概略を図5にて説明する。

インク501を貯蔵する着脱自在なインクカートリッジ500が記録装置101本体に装着されると、2本のニードル（インク供給針）505,506がインクカートリッジ500のインク供給口に備えられた弾性部材に貫通し供給路が形成される。記録動作中には、図中下側のニードル505〜加圧ポンプ509〜記録ヘッド515、それに図中上側のニードル506〜回復弁521〜記録ヘッド304の2つの経路からインクは供給される。

ここで、記録ヘッド515内部の液室および、ノズル近傍にある気泡、付着した不純物の強制排出を目的とした加圧クリーニング（回復）について説明する。

加圧モータ２１８により不図示の動力伝達系で回復弁514を閉じ、同じく加圧モータ２１８〜不図示のギアを介して加圧ポンプ509を駆動し、インク501をインクカートリッジ500〜加圧ポンプ509〜記録ヘッド515へと圧送、するともう一方の経路上の回復弁521は閉じているので、記録ヘッド515内部は加圧され、比較的大量のインクが各ノズル517から強制的に排出される。インクの加圧、強制的な排出により、各ノズルは健全な状態に回復される。

ノズル〜回復機構１２４のキャップ518に排出されたインクは、ポンプ521〜廃液タンク510へ集められるか、もしくはフィルタを備えた不図示のインクリサイクル機構により再利用する場合もある。

さて、本発明によるインクカートリッジ500内部インク501の残量検知に関して説明を加える。
インクカートリッジ下部のニードル505、506近傍には内部インク501加熱用のヒータを備えた加熱部材502と加熱部材に密着してヒータ温度センサ503がスプリング507、508によってインクカートリッジ501側に押し付けられている。

この部分の詳細を図6にて説明する。

加熱部材502は例えばアルミの薄板で、表面にフィルムヒータが接着され、更に表面の一部に凹部を形成しておきそこにヒータ温度センサ503を設け、ヒータと密着させる。スプリング507、508は加熱部材502をインクカートリッジの壁に密着させる機能を持つものであれば良い。
更に内部のインク501へ加熱部材502からの熱伝導性の良い構造が好ましいので、加熱部材502と接する壁部はやはりアルミ等の薄板等を用い、シリコーンゴム等で密着性を向上しても良い。

加熱部材に接着するヒータは例えば図7に示す如くポリイミドフィルム701上にヒータ702がパターニングされたものを使用する。
以上のような構成からなる実施例の動作をフローを参照して説明する。

以上に述べたヒータと、ヒータ温度検知素子の物理的な配置を前提とした本発明のインク残量検知に関するCPU202の動作フローを図4に示す。

先ず、最初に測定するインク色、例えばインクカートリッジ（ブラック：K）131を選択する（S401）。インク色の選択はマルチプレクサ（選択回路）246に不図示の選択信号を出力する。
続いてヒータ温度センサ（K）204〜選択回路246〜ADコンバータ（ADC）247の読み出し〜不図示の温度変換テーブル参照し、ヒータ加熱前のヒータ温度：ｔ1を検知する（S402）。

次にヒータ（K）231を加熱するための加熱パルスをONし（S403）、所定の時間、例えば2[sec]経過したら（S404-Yes）、加熱パルスをOffし（S405）、再度ヒータ温度：ｔ2を検知する（S406）。そしてヒータ加熱してからの温度上昇値Δｔ（ｔ2-ｔ1）を求め、もしΔｔが所定値を超えていたなら（S407-Yes）、インクカートリッジ（K）131内部のインクが空であると判断しインクなしの警報を記録装置の表示器あるいはホストコンピュータに出力する（S410）。

ここで、各インク色のヒータを加熱する加熱パルスとヒータ温度が上昇する様子を図3を参照して説明する。横軸は時間の経過である。

本実施例ではヒータ加熱パルス300は１色毎に例えば2[sec]印加する。ヒータ加熱パルス300の印加終了時点のヒータ温度に着目すると、ブラック（K）のヒータ温度上昇値301は僅かである。これはインクが充分残っているのでヒータの温度上昇が抑制されることに他ならない。

一方シアン（C）のヒータ温度は急激に上昇しインクエンド判定（上昇）値304をも上回っている（303）。つまり、カートリッジ内のインクが空になったことを示している。

次にイエロー（Y）の温度302に着目するとカートリッジ内部は空ではないがインク残量が少ないのでヒータ温度上昇の抑制作用が減っているのが読める。

再び図4のフローに戻り、
S407にてΔｔが所定値以内に収まっていたなら（S407-No）、残っているインクによりヒータの温度上昇が抑制されたと判断でき、後述のΔｔ⇒インク残量変換テーブルを参照し、不図示のプリンタドライバによる表示、或いは表示用データとしてRAM204に記憶する（S408）。

Δｔ⇒インク残量変換テーブルの例を図9に示す。即ち温度上昇値Δｔが充分小さく2[℃]以内なら残量は問題なしとし、逆に急激に上昇しΔｔが6[℃]を超えたならインクは空とする。又中間値なら図の如くある誤差範囲を伴う残量表示も可能である。これらの変換テーブルは予めROM203のテーブル領域に記憶される。

図4のフローに再度戻って、続いて全色分のインク残量測定が終了していなければ次のインク色、例えばシアンインクカートリッジ（C）132の残量測定のためにS401に戻る。同様な動作を繰り返し、全色分のインク残量が完了したら（S409-Yes）、CPU202は動作を終了する。

本発明の最良の形態として、インクの再充填再利用可能なインクカートリッジであれば図8に示す如く、インク液室内にヒータ、及びヒータ温度検知素子を備えるのが合理的な
方法である。

インクカートリッジ500底部のニードル（インク供給針）505、506の下側のニードル505から僅かにせり上がった位置にフィルムヒータ（図7参照）を接着した加熱部材801とヒータ温度検知素子802が備えられ、これらは内部インク501と直に接する。加熱部材801上面に接着されたフィルムヒータのリードはインクカートリッジ500の下部電極804に、同様温度検知素子803のリードも電極803と接続され、インクカートリッジ500が記録装置101に装着されると記録装置101本体側の不図示の電極と接触する。

本実施例ではヒータ、ヒータ温度検知素子が内部インクと直に接するので、ヒータを加熱した場合、インク有無によるヒータ温度上昇値の明確な違いが検知できる。又検知に要する時間も短縮できる。
本実施例の場合ヒータを接着する加熱部材801の熱伝導性は低いものが好ましい。

第２実施例と同じくやはりインクの再充填再利用可能なインクカートリッジであれば図10に示す如く、インク液室内にヒータ、及びヒータ温度検知素子を備えるのが合理的な
方法である。

インクカートリッジ500の底部のニードル（インク供給針）の下側のニードル505から僅かにせり上がった位置にフィルムヒータ（図7参照）を接着した加熱部材1001とヒータ温度検知素子1002が備えられ、これらは内部インク501と直に接する。加熱部材1001に接着されたフィルムヒータのリードはインクカートリッジ500側壁に備えた電極1004に、同様温度検知素子1003のリードも電極1003と接続され、インクカートリッジ500が記録装置101に装着されると記録装置101本体側の不図示の電極と接触する。
本実施例ではヒータ、ヒータ温度検知素子が内部インクと直に接するので、ヒータを加熱した場合、インク有無によるヒータ温度上昇値の明確な違いが検知できること、検知に要する時間も短縮できることに加えて、インクカートリッジ500内インク501の液面高さにほぼ比例した測定結果を得ることができる。
本実施例の場合もヒータを接着する加熱部材801の熱伝導性は低いものが好ましい。

本発明は、インク残量検知の際、記録装置101の機内温度を予め測定しておき、機内温度をパラメータとした複数のインク残量テーブルによって、補正されたインク残量を検知するものである。実施例の構成は第１の実施例を流用する。かかる実施例による動作についてフローを参照して説明する。

本発明に関するCPU202の動作フローを図11に示す。

先ず、最初に温度センサ209の出力をADコンバータ210を介して読み取り、記録装置101の機内温度を検知（S1101）、その結果測定された温度領域に従って選択すべきインク残量テーブルを決定しておく（S1102）。インク残量テーブルは図12に示す如く、機内温度をパラメータとした複数のテーブルで構成される。これらの変換テーブルは予めROM203のテーブル領域に記憶される。
以降の動作フローは実施例1と類似しているが、再度説明する。

選択すべきインク残量テーブルが決定されると次に、測定する最初のインク色、例えばインクカートリッジ（ブラック：K）131を選択する（S1103）。インク色の選択はマルチプレクサ（選択回路）246に不図示の選択信号を出力する。
続いてヒータ温度センサ（K）204〜選択回路246〜ADコンバータ（ADC）247の読み出し〜不図示の温度変換テーブル参照し、ヒータ加熱前のヒータ温度：ｔ1を検知する（S1104）。

次にヒータ（K）231を加熱するための加熱パルスをONし（S1105）、所定の時間、例えば2[sec] 経過したら（S1106-Yes）、加熱パルスをOffし（S1107）、再度ヒータ温度：ｔ2を検知する（S1108）。そしてヒータ加熱してからの温度上昇値Δｔ（ｔ2-ｔ1）を求め、もしΔｔが所定値を超えていたなら（S1109-Yes）、インクカートリッジ（K）131内部のインクが空であると判断しインクなしの警報を出力する（S1112）。

但し、本実施例のステップ（S1109）での判定は図12に示した複数のインク残量テーブルに基づくため、インクなしを判定する所定値は機内温度により変化する。

即ち、機内温度が例えば35 [℃]であったならΔｔが9 [℃]以上でインクなしとし、又機内温度が低く、例えば10 [℃]と検知された場合にはΔｔが6 [℃]でインクなしと判定される。

再び図11のフローに戻り、
S1109にてヒータ温度上昇値Δｔが各機内温度に該当した所定値以内に収まっていたなら（S1109-No）、残っているインクによりヒータの温度上昇が抑制されたと判断でき、前述（図12）の機内温度に基づき決定したインク残量変換テーブルを参照し、不図示のプリンタドライバによる表示、或いは表示用データとしてRAM204に記憶する（S1110）。

続いて全色分のインク残量測定が終了していなければ次のインク色、例えばシアンインクカートリッジ（C）132の残量測定のためにS401に戻る。同様な動作を繰り返し、全てのインク残量検知が完了したら（S1111-Yes）、CPU202は動作を終了する。

本発明は、サブタンクや複雑なインク供給系を持たず、簡易にインクカートリッジのインク残量を検知できる記録装置に利用可能である。

とりわけインクリフィル〜再利用可能なインクカートリッジのインク残量の合理的な検知方法といえる。

本発明を実施した記録装置の概略構成を示す図である。 本発明を実施した記録装置の電気的なブロック図である。 本発明によるヒータ加熱パルスとヒータ温度上昇波形を示す図である。 本発明によるインク残量検知に関する動作フローである。 本発明による記録装置のインク供給系を示す概略図である。 本発明によるインク残量検出部の詳細を示す図である。 本発明で使用するフィルムヒータの概略を示す図である。 本発明第２実施例のインク残量検出部の概略図である。 本発明によるヒータ温度上昇値〜インク残量変換テーブル例を示す図である。 本発明第3実施例のインク残量検出部の概略図である。 本発明第4実施例のインク残量検知に関する動作フローである。 本発明第４実施例によるヒータ温度上昇値〜インク残量変換テーブル例を 示す図である。

符号の説明

101 記録装置
104 記録ヘッド（ブラック）
105 記録ヘッド（シアン）
106 記録ヘッド（マジェンタ）
107 記録ヘッド（イエロー）
108 記録ヘッド（淡シアン）
109 記録ヘッド（淡マジェンタ）
124 キャッピング機構
125 ワイパブレード
131 インクカートリッジ（ブラック）
132 インクカートリッジ（シアン）
133 インクカートリッジ（マジェンタ）
134 インクカートリッジ（イエロー）
135 インクカートリッジ（淡シアン）
136 インクカートリッジ（淡マジェンタ）

200 ホストコンピュータ（ホストPC）
201 インタフェースコントローラ
202 CPU
203 ROM
209 温度センサ
210 ADコンバータ
231 ヒータ（K）
232 ヒータ（C）
233 ヒータ（M）
234 ヒータ（Y）
235 ヒータ（LC）
236 ヒータ（LM）
240 ヒータ温度センサ（K）
241 ヒータ温度センサ（C）
242 ヒータ温度センサ（M）
243 ヒータ温度センサ（Y）
244 ヒータ温度センサ（LC）
245 ヒータ温度センサ（LM）
246 マルチプレクサ（選択回路）
247 ADコンバータ

300 ヒータ加熱パルス

500 インクカートリッジ
502 ヒータ加熱部材
503 ヒータ温度検知素子
505 ニードル（インク供給針）
506 ニードル（インク供給針）
507 スプリング
508 スプリング

702 フィルムヒータ

801 ヒータ加熱部材
802 ヒータ温度検知素子
803 電極
804 電極

1001 ヒータ加熱部材
1002 ヒータ温度検知素子
1003 電極
1004 電極

Claims (15)

1. 記録ヘッドと前記記録ヘッドにインクを供給するインクタンクを有する記録装置において、
   前記インクタンクを加熱するヒータと、
   前記ヒータの温度を検知するヒータ温度検知素子を含むヒータ温度検知手段と、
   前記ヒータ温度検知手段の検知結果に基づきインク残量を判定するインク残量判定手段とを有することを特徴とする記録装置。
2. 前記ヒータは前記インクタンクに密接して配置されることを特徴とする請求項1に記載の記録装置。
3. 前記ヒータは前記インクタンク内のインクに密接して配置されることを特徴とする請求項1に記載の記録装置。
4. 前記ヒータ温度検知素子は前記ヒータに密着されていることを特徴とする請求項1から3に記載の記録装置。
5. 前記ヒータ温度検知素子は前記インクタンク内のインクに密着されていることを特徴とする請求項1から4に記載の記録装置。
6. 前記インク残量判定手段による判定は前記ヒータへの通電開始から所定時間経過後の温度上昇値に関連する値であることを特徴とする請求項1から5に記載の記録装置。
7. 記録ヘッドと前記記録ヘッドにインクを供給するインクタンクを有する記録装置において、
   前記インクタンクを加熱するヒータと、
   前記ヒータの温度を検知するヒータ温度検知素子を含む第1の温度検知手段と、
   記録装置内部温度を検知する温度検知素子を含む第2の温度検知手段と、
   前記第１の温度検知手段の検知結果に基づきインク残量を判定するインク残量判定手段とを有することを特徴とする記録装置。
8. 前記ヒータと前記ヒータ温度検知素子は前記インクタンク内のインクに密接して配置されることを特徴とする請求項7に記載の記録装置。
9. 前記インク残量判定手段による判定は前記ヒータへの通電開始から所定時間経過した前記第1の温度検知手段の温度上昇値に関連する値であることを特徴とする請求項7に記載の記録装置。
10. 前記第２の温度検知手段の検知結果により前記インク残量判定手段による判定方法を複数種類もつことを特徴とする請求項7から9に記載の記録装置。
11. 前記第1の温度検知手段の検知結果が所定値を超えた場合、警報を出力することを特徴とする請求項7から10に記載の記録装置。
12. 前記所定値は前記第２の温度検知手段の検知結果に基づくことを特徴とする請求項11に記載の記録装置。
13. 複数色のインクを吐出する記録ヘッドと前記記録ヘッドにインクを供給する複数色のインクを含むインクタンクを有する記録装置において、
    前記複数色のインクタンクを色ごとに加熱する加熱手段と、
    前記複数色のインクタンクをすべて加熱したか否かを判断する判断手段と、
    前記複数色のインクタンクの温度を検知する温度検知手段と、
    前記温度検知手段の検知結果に基づき前記複数色のインクタンクそれぞれのインク残量を判定するインク残量判定手段とを有することを特徴とする記録装置。
14. 前記インク残量判定手段の判定結果に基づき報知する報知手段とを備えたことを特徴とする請求項１３に記載の記録装置。
15. 前記報知手段は、ホストコンピュータに判定結果を通知する手段を備えたことを特徴とする請求項１４に記載の記録装置。