JP2005125738A - インクカートリッジ及びインクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】 インクの表面張力等の外乱にあまり影響されずにインクの量を示す。
【解決手段】 インクが貯溜されるインクタンク１１と、インクタンク１１内に配置されたシャッター機構３０とを備えている。シャッター機構３０は、揺動可能に支持され、その一端にシャッター３４が設けられているとともに他端にフロート３３が設けられたレバー３２を備えている。シャッター機構３０全体が前記インクの液中に位置したときに生じる浮力及び重力によってレバー３２が揺動する第１方向と、これらの少なくとも一部がインクの液面から露出したときに浮力及び重力によってレバー３２が揺動する第２方向とが、反対方向となるようにフロート３３の質量と体積とが設定されている
【選択図】図１

Description

本発明は、インクを吐出して印刷を行うインクジェットヘッドに対してインクを供給するためのインクカートリッジ及びこれを含むインクジェットプリンタに関する。

記録用紙に向けてノズルからインクを吐出して印刷を行うインクジェットプリンタが知られている。このようなインクジェットプリンタには、着脱可能なインクカートリッジを備えたものが一般的である。インクカートリッジのインクが空の状態でインクジェットヘッドに吐出駆動を行わせると、印刷が行なわれないだけでなく、インクジェットヘッド内にエアが侵入することがあり、エアが侵入したインクジェットヘッドは使用不能となることがある。そのため、インクカートリッジが貯溜しているインクの量を検知する必要がある。インクの量を検知する方法としては印刷を行う毎に使用されたインクの量を予想して積算することでインクの量を検知することが考えられる。しかし、このような計算には誤差が生じやすいため余裕をもってインクカートリッジの使用を停止しなければならず、結果としてインクが無駄になる。そこでインクカートリッジのインクにインクより比重の小さいウキを配置し、インク上に浮いているウキの高さを外部から検知することでインクカートリッジのインクの量を検知する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−００１８１９号公報（図７）

しかしながら、上述した技術によると、インクカートリッジのインクタンクの内壁面に付着しているインクの表面張力等の外乱によりウキが壁面に張り付いて下降しなくなることがある。このようにインクの表面張力等の外乱の影響を受けやすいため、正確なインクカートリッジのインクの量を示すことができないという問題がある。

そこで、本発明の主たる目的は、インクの表面張力等の外乱にあまり影響されずにインクの量を示すことができるインクカートリッジ及びこれを含むインクジェットプリンタを提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明のインクカートリッジは、インクが貯溜されるインクタンクと、前記インクタンク内において揺動可能に支持されている連結部材、前記連結部材の一端に設けられている被検知部、及び前記連結部材の他端に設けられているバランス部材を有する揺動部材とを備えたインクカートリッジであって、前記バランス部材及び前記被検知部は、これら各々の全体が前記インクの液中に位置したときにその各々に生じる浮力及び重力によって前記揺動部材が受ける第１方向の回動力と、これらの一部が前記インクの液面から露出したときにその各々に生じる浮力及び重力によって前記揺動部材が受ける第２方向の回動力とが、反対方向となるようにその重量と体積とが設定されている。

本発明によると、揺動部材によりバランス部材及び被検知部の軌道が固定されているため、インクの表面張力等による外乱にあまり影響されずにインクタンクのインク残量の状態を示すことができる。

本発明において、前記インクタンク内には、前記揺動部材の前記第１方向への回動を規制する規制部材が設けられ、前記揺動部材が前記規制部材に規制されるときに前記被検知部は検知位置に位置することが好ましい。これによると、被検知部を検知位置で確実に停止させることができる。

本発明においては、前記被検知部が検知位置に位置するときに、前記バランス部材が前記被検知部より低い位置に位置することが好ましい。これによると、被検知部に付着したインクが流れ落ちてから揺動部材が第１の方向に回動を開始するため、揺動部材が第１の方向に回動を開始するときに、被検知部におけるインクの表面張力の影響を低減することができる。

本発明においては、前記揺動部材が前記第２方向へ回動したとき、前記被検知部は非検知位置に位置することが好ましい。これによると、インクの量が所定量より減少した状態をインクが所定量以上残存する状態と区別して認識することができる。

本発明においては、前記第１方向の前記回動力と前記第２方向の前記回動力とが実質的に同じであることが好ましい。これによると、第１方向及び第２方向に回動しようとする回動力をバランスよく形成することができる。これにより、インクの表面張力のみならず、インクの粘度上昇等による外乱にもあまり影響されずにインクタンクのインク残量の状態を示すことができる。

本発明においては、前記インクカートリッジの使用状態において、前記連結部材は、前記インクの液面に対して垂直に投影した投影面の幅が最も狭くなるように前記インクタンク内に支持されていることが好ましい。これによると、連結部材がインクの液面から離れるときの連結部材とインクの液面との接触面積を小さくすることができる。これにより、連結部材におけるインクの表面張力の影響を低減することができる。

この場合、前記連結部材は、前記インクの液面に対向する側壁面が前記インクの液面に対して斜めに交差するように前記インクタンク内に支持されていることがより好ましい。これによると、連結部材がインクの液面から離れるときの連結部材とインクの液面との接触面積をより小さくすることができる。これにより、連結部材におけるインクの表面張力の影響をさらに低減することができる。

このとき、前記連結部材における前記インクの液面に対向する側壁面には、前記インクの液面に向かって突出しているとともに、前記連結部材の延在方向に沿って延在している凸部が少なくとも１つ形成されていることがより一層好ましい。これによると、連結部材がインクの液面から離れるときの連結部材とインクの液面との接触面積をより一層小さくすることができる。これにより、連結部材におけるインクの表面張力の影響をより一層低減することができる。

本発明においては、前記バランス部材が、樹脂で形成されているとともに、透光性インクよりも比重の小さいフロートであることが好ましい。これによると、バランス部材に生じる重力に対するバランス部材に生じる浮力の比率を大きくすることができるので第１方向への十分な回動力を得ることができる。

本発明においては、前記バランス部材が、ポリプロピレンで形成されていることが好ましい。これによると、比重が０．９のポリプロピレンを使用することにより、バランス部材に生じる浮力を大きくすることができる。

本発明においては、前記バランス部材が、その内部に密閉空間を有することが好ましい。これによると、インクより比重が大きい樹脂を使用しつつバランス部材全体の比重を小さくすることができるので、バランス部材と揺動部材とを同一材料で形成することが可能となる。

この場合、前記バランス部材が、一体成型されているケース及びキャップを備えており、前記キャップが前記ケースの開口部に配置され且つ前記ケースの内部空間が密封されることにより、前記密閉空間が形成されることがより好ましい。これによると、揺動部材を簡単且つ安価に製造することができる。

本発明においては、前記バランス部材の体積に対する前記密閉空間の体積の比率Ｋが、Ｘを前記樹脂の比重とし、Ｙを透光性インクの比重としたときに以下の式で表せられることが好ましい。
（２Ｘ−Ｙ）／２Ｘ−０．１＜Ｋ＜（２Ｘ−Ｙ）／２Ｘ＋０．１
これによると、第１方向及び第２方向の回動力をよりバランスよく決定することができる。

本発明においては、前記バランス部材の体積に対する前記密閉空間の体積の比率Ｋが０．３以上且つ０．５以下であることが好ましい。この比率Ｋの好ましい範囲は、比重が０．９となる好適な樹脂と比重が１．０７となる好適なインクとを使用した場合に適した範囲であり、第１方向及び第２方向の回動力をよりバランスよく決定することができる。

本発明においては、前記被検知部が非透光性を有することが好ましい。これによると、検知手段として光センサを用いることができる。

本発明においては、前記インクカートリッジの使用状態において、前記被検知部が、前記インクの液面に対して垂直に投影した投影面の幅が最も狭くなるように前記連結部材に設けられていることが好ましい。これによると、被検知部がインクの液面から離れるときの被検知部とインクの液面との接触面積を小さくすることができる。このため、インクの表面張力の影響がさらに小さくなって揺動部材がより一層スムーズに回動するようになる。

別の観点からみて本発明のインクジェットプリンタは、インクカートリッジが装着される装着部を有し、この装着部に装着されたインクカートリッジから供給されたインクを媒体に記録するインクジェットプリンタであって、前記装着部に装着された前記インクカートリッジの被検知部を検知する検知手段が、前記検知位置に位置する前記被検出部を検知可能な位置に設けられている。

本発明によると、揺動部材によりバランス部材及び被検知部の軌道が固定されているため、検知手段によりインクの表面張力等による外乱にあまり影響されずにインクの量を検知することができる。

本発明においては、前記検知手段の検知結果によってインクカートリッジ及びインクジェットプリンタの状態を判定する判定手段をさらに備え、前記判定手段は、前記検知手段が前記被検知部を検知したときは、前記装着部に装着されたインクカートリッジに十分量のインクが充填されている状態と判定し、前記検知手段が前記被検出部を検知しないときは、前記装着部に装着されたインクカートリッジのインクが減少している状態及び前記装着部にインクカートリッジが装着されていない状態のいずれかであると判定することが好ましい。これによると、インクカートリッジのインク残量の状態と、インクカートリッジの装着の有無とを１つの検知手段で判断することができる。

本発明において、前記検知手段が、光透過型のセンサであることが好ましい。これによると、安価な光透過型のセンサを使用することによりインクジェットプリンタの低コスト化を図ることができる。

以下、本発明に係る第１の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、第１の実施の形態によるインクカートリッジを含むインクジェットプリンタの部分概略図である。尚、インクカートリッジ１は図２におけるI−I線で切断したときの断面構造を示している。また、図中矢印７１はインクの流れを、矢印７２は大気の流れを示している。図２は、インクカートリッジ１の図１に示すII-II線の断面図である。図３は、フロート３３の図２に示すIII−III線の断面図である。

図１に示すように、インクジェットプリンタ１０１は、記録用紙Ｐに向けて透光性のインクを吐出するためのインクジェットヘッド５と、インクジェットヘッド５に吐出されるインク（図中Ｉ）を貯溜するためのインクカートリッジ１と、インクジェットヘッド５をガイド７に沿って一方向（紙面に対して垂直方向）に且つ直線的に往復移動させるキャリッジ６と、記録用紙Ｐをインクジェットヘッド５の移動方向に対して垂直方向に且つインクジェットヘッド５のインク吐出面に対して平行に搬送するための搬送機構８と、インクジェットヘッド５内のエアや高粘度化したインクを吸引するためのパージ装置９と、インク及びインクカートリッジ１の有無を検知するためのセンサ（検知手段）２１と、これらを制御するための制御装置２２とを備えている。

インクジェットヘッド５は、インクを吐出するノズルが多数形成されているインク吐出面を有しており、制御装置２２に制御されてインク供給チューブ４から供給されたインクを各ノズルから吐出する。インク供給チューブ４は一方の端部がインクジェットヘッド５に接続されており、他方の端部がインク供給管４１に接続されている。インク供給管４１は、インクカートリッジ１に接続される先細り形状を有する管であり、封止されている先端部の周囲方向に沿うように形成されている複数のインク流入口４２と、インク流入口４２を介して外部と連通している管内インク流路４３とを備えている。

インクカートリッジ１は、透光性の合成樹脂で形成された略直方体状のケースであり、インク（図中Ｉ）を貯溜するためのインクタンク１１と、インクタンク１１に貯溜されたインクをインクカートリッジ１外に流出させるものであって、後述するパッキン１７を貫通するように設けられたインク流出流路１２と、インクタンク１１に大気を流入させるための大気流入流路１３と、インクタンク１１とインク供給管４１とを接続し、インク流出流路１２中にインク供給管４１を保持するジョイント１４と、シャッター機構（揺動部材を含む）３０とを備えている。また、インクカートリッジ１はインクジェットプリンタ１０１の装着部７０に着脱可能に装着されている。インクタンク１１は、インクカートリッジ１の内壁によって区画された空間であり、貯溜したインクをインク流出流路１２に流出するためのインク流出口１５と、インク流出口１５からインクが流出するにともなって大気を流入させる（矢印７２参照）ための大気流入口１６とを備えている。インク流出口１５はインクタンク１１の底面に設けられており、大気流入口１６は、インクタンク１１の上面に設けられている。つまり、インクタンク１１はインク流出口１５を介してインク流出流路１２と連通しており、大気流入口１６を介して大気流入流路１３と連通している。また、図２に示すようにインクタンク１１の１つの内側側壁には、インクタンク１１の内側に向かって突出するとともに、高さ方向においては底面から中央近傍まで延在する凸部５１が形成されている。また、凸部５１の底壁５１ａからインクタンク１１の内側から見て凹となっている凹部５２が形成されている。凹部５２はインクタンク１１内と通じ、インクが存在し得る内部空間５２ａを有している。

インク流出流路１２は、インクタンク１１の下方に配置されており、インク流出口１５を介してインクタンク１１と連通している。大気流入流路１３は、インクタンク１１の上方に配置されており、大気流入口１６を介してインクタンク１１と連通しているとともに、大気流入口１６の反対側において大気と連通している。尚、インクカートリッジ１が未使用状態のときには、大気流入流路１３に大気が流入しないように大気流入口１６の反対側がシールされる。

ジョイント１４は、インクタンク１１とインク供給管４１とを接続するものであり、インクカートリッジ１の内壁によって区画された空間に配置されているパッキン１７と、パッキン１７の下方に形成されている挿入孔１８とを備えている。パッキン１７は、可撓性樹脂からなる弾性部材で構成されており、インク流出流路１２が形成されるとともにインク供給管４１が挿入されていないときはその弾性力でインク流出流路１２を封止している。挿入孔１８は、インクカートリッジ１の底面に形成されている円形状を有する孔である。挿入孔１８はインクタンク１１とインク供給管４１との接続時においてインク供給管４１が挿入される。

インクタンク１１とインク供給管４１とを接続するときは、インク供給管４１をジョイント１４の挿入孔１８に挿入する。挿入孔１８に挿入されたインク供給管４１の先端がパッキン１７に到達した状態でインク供給管４１がさらに押圧されると先端が先細りの針形状を有しているインク供給管４１がパッキン１７に突き刺さり、さらにはパッキン１７に形成されたインク流出流路１２を貫通する。パッキン１７を貫通したインク供給管４１がさらに押圧されると、インク供給管４１の先端側がインク流出口１５を貫通しインクタンク１１内に到達して接続を完了する。このときインク供給管４１のインク流入口４２がインクタンク１１内に配置される。これにより、インクタンク１１内に貯溜されているインクが、インク流入口４２を介してインク流出流路１２内に配された管内インク流路４３に流れ込むという流れを形成する（矢印７１）。

シャッター機構３０は、インクタンク１１内に貯溜されるインクの量に基づいて駆動されるものであり、インクタンク１１の底部に配置されている。シャッター機構３０は、支持台３１と、レバー（連結部材）３２と、レバー３２の一端部に配置されているフロート（バランス部材）３３と、レバー３２の他端部に配置されているシャッター（被検知部）３４と、規制部材３５とを備えている。

支持台３１は、インクタンク１１の底部の中央近傍に固定されている台形状を有する部材である。レバー３２は、一方向に延在しているとともに薄板形状を有する部材であり、延在方向がインクタンク１１の凸部５１の底壁５１ａに対して垂直に配置されるように、且つ延在方向における中心を枢支点として揺動可能になるように支持台３１に支持されている。また、レバー３２は、インクの液面に対しては、その投影面の幅が一番狭くなるように支持されている。

フロート３３は、レバー３２においてインクタンク１１の凹部５２が形成されている側壁と反対側の端部に配置されている円筒形状を有するポリアセタール樹脂からなる部材であり、シャッター３４と比べて膨大な体積を有する。図３に示すように、フロート３３の内部には空気が満たされている密閉空間３６が形成されており、フロート３３全体の比重はインクの比重よりも小さくなっている。従ってインクタンク１１においてインク量が多くフロート３３全体がインク中に位置するときには、フロート３３に生じる浮力は大きいものとなるが、逆に、インク量が少なくフロート３３の少なくとも一部がインク液面から露出するときには、フロート３３に生じる浮力は小さいものとなる（図５参照）。

シャッター３４は、レバー３２のフロート３３が配置されている側と反対側の端部に形成されている非透光性且つ略矩形状を有する領域であり、レバー３２が揺動することによりインクタンク１１の側壁に形成されている凹部５２の内部空間５２ａを移動するように配置されている。具体的には、インクタンク１１においてインク量が多くフロート３３全体がインク中に位置するときには、フロート３３が上昇してレバー３２が図１中時計回り方向（第１方向）に回動することによりシャッター３４がインクタンク１１の凹部５２における底部近傍の検知位置に配置される。逆に、インク量が少なくフロート３３の一部がインクの液面から露出するときには、フロート３３が下降してレバー３２が図１中反時計回り方向（第２方向）に回動することによりシャッター３４がインクタンク１１の凹部５２における上部近傍の非検知位置に配置される（図４参照）。

規制部材３５は、インクタンク１１においてインク量が多くフロート３３全体がインク液中に位置するときに、シャッター３４が検知位置に配置されるようにレバー３２の一方向における回動を規制するものであり、板形状を有しているとともにインクタンク１１の底部に配置されている。具体的には、インク量が多くフロート３３全体がインク液中に位置するときに、シャッター３４が検出位置に配置されるように規制部材３５の端部をレバー３２に当接させることにより回動を規制する（図１参照）。

パージ装置９は、インクジェットヘッド５の駆動軌道上における記録用紙Ｐのさらに外側に配置されており、インクジェットヘッド５のインク吐出面に対して接近／離隔する方向に移動可能で且つインクジェットヘッド５のインク吐出面に装着されるパージキャップ１０と、インクを吸引するための吸引ポンプ１０ａとを備えている。吸引ポンプ１０ａの駆動は制御装置２２により制御されている。

センサ２１は、図２に示すように、インクタンク１内の側壁に形成されている凹部５２をインクタンク１１の外側から発光部と受光部とで挟み込むように配置されている透過型の光センサであり、シャッター機構３０のシャッター３４により透光が遮断されているか否かを検知するためのものである。尚、透過型の光センサは、互いに対向している発光部と受光部とを備えており、発光部からから発光された光が受光部に受光されるか否で出力をＯＮ／ＯＦＦするものである。つまり、インクカートリッジ１及びインクが透光性であるため、センサ２１は、凹部５２の底部近傍のセンサ２１が配置されている検出位置に、シャッター機構３０のシャッター３４が配置されているか否かにより出力をＯＮ／ＯＦＦする。

制御装置２２は、演算処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵが実行するプログラム及びプログラムに使用されるデータが記憶されているＲＯＭ（Read Only Memory）と、プログラム実行時にデータを一時記憶するためのＲＡＭ（Random Access Memory）とを備えており、これらを一体として各機能部として機能させることによりインクジェットプリンタ１の制御を行うものである。そして制御装置２２は、機能部として駆動部６１と、判定部６２とを備えている。駆動部６１は、インクジェットヘッド５、キャリッジ６、及び搬送機構８を駆動するためのモータ、及びパージ装置９の吸引ポンプ１０ａ等、各装置の駆動を制御するためのものである。

判定部６２は、センサ２１の検知結果によってインクカートリッジ１の有無、及びインクタンク１１内のインク量の状態について判定するものである。具体的には、シャッター３４が検知位置に配置され、センサ２１がこれを検知してＯＮを出力したときは、装着部７０に装着されたインクカートリッジ１のインクタンク１１に十分量のインクが充填されている状態と判定し、センサ２１がなにも検知せずＯＦＦを出力しているときは、装着部７０に装着されたインクカートリッジ１のインクタンク１１に貯溜されているインクが減少している状態、及び装着部７０にインクカートリッジ１が装着されていない状態のいずれかであると判定する。

次に、シャッター機構３０の動作について図１及び図４を参照しつつ説明する。図４はインクタンク１１のインク量が少ない場合におけるインクカートリッジ１の断面図である。尚、図１はインクタンク１１のインク量が多い場合におけるインクカートリッジ１の断面図が示されている。図１に示すように、インクタンク１１のインク量が多い場合には、シャッター機構３０全体が貯溜されているインクの液中に配置される。このとき、レバー３２はフロート３３に生じる重力及び浮力とシャッター３４に生じる重力及び浮力との合成力によって全体として第１方向（図５参照）に回動力を受けるが、規制部材３５の端部に当接すると第１方向への回動は規制される。このように、シャッター３４が検知位置に配置される。この状態でシャッター３４が検知位置に配置されるとセンサ２１がＯＮを出力する。

一方、図４に示すように、インクを消費することによりインクタンク１１のインク量が少なくなっていく場合には、フロート３３とシャッター３４とがインクの液面に徐々に現れる。すると、フロート３３とシャッター３４とに生じる浮力が徐々に小さくなっていく。フロート３３はシャッター３４に比して重いため、フロート３３に生じる時計回り方向の浮力の方が反時計回り方向の重力に釣り合うようになり、さらに、インクがある量まで消費されると上述した合成力は全体として第２方向（図５参照）に向かう回動力となる。このとき、レバー３２は第２方向に回動する。これにより、レバー３２が規制部材３５の端部から離れ、シャッター３４が非検知位置に移動する。尚、インク残量が０に近くなればフロート３３とシャッター３４とから生じる浮力は０となり第２方向への回動力は大きな力となる。シャッター３４が非検知位置に配置されるとセンサ２１がＯＦＦを出力する。

次に、フロート３３の詳細について図５及び図６を参照しつつ説明する。図５は、シャッター機構３０の概略図である。図６は、フロート３３の空気比率とフロート３３に作用する浮力と重力との関係を示した図である。図５に示すように、支持台３１を境にして、右側（シャッター３４側）部分、及び左側（フロート３３側）部分のそれぞれに作用する浮力と重力との合成力により、レバー３２の回動方向が実際には決まる。しかし、ここでは、フロート３３に対して、シャッター機構３０に働く全ての力が作用するとして説明を進める。すなわち、フロート３３以外の部分に働く浮力や重力は無視する。その代わり、フロート３３に対しては、シャッター機構３０全体が受ける浮力と重力との合成力がそれそれ作用すると考える。また、フロート３３は、それに対応する実効的な総体積Ａと密閉空間３６の実効的な体積Ｂとを有するとする。このとき、第１及び第２方向に回動させる回動力はフロート３３の浮力及び重力により決定される。例えば、フロート３３の浮力が重力と比較して大きい場合には、第１方向の回動力が大きく働くので、インクの消費によりインク液面が低下したときにインクの表面張力等の影響を受けやすい。フロート３３は、インク液面の低下に追従しなくなり、シャッター３４が検知位置から非検知位置に変化しないことがある。また、フロート３３の重力が浮力と比較して大きい場合には、第２方向の回動力が大きく働くので、インクが消費されて少なくなった場合、インクをインクタンク１１内に残した状態でフロート３３がインクタンク１１の底についてしまい、シャッター３４が非検知位置に配置されてしまうことになる。

従って検知精度を向上させるには、第１及び第２方向の回動力の一方が極端に小さくならないようにする必要があり、第１及び第２方向の回動力がほぼ同じになるように、フロート３３全体の実効的体積とフロート３３の密閉空間３６に充填される空気の実効的体積との比率を設定するのが最も望ましい。ここで、第１方向の回動力Ｆ１及び第２方向の回動力Ｆ２は、
Ｆ１＝ＡＹ−（Ａ−Ｂ）Ｘ ・・・（１）
Ｆ２＝（Ａ−Ｂ）Ｘ ・・・（２）
Ａ：フロート３３の総体積
Ｂ：フロート３３の密閉空間３６に充填される空気の体積
Ｘ：フロート３３の比重
Ｙ：インクの比重
となる。このうち、ＡＹはフロート３３に作用する合成浮力に相当し、（Ａ−Ｂ）Ｘ（＝Ｆ２）はフロート３３に作用する合成重力に相当する。すなわち、第１方向の回動力Ｆ１は、フロート３３に作用する合成浮力と合成重力との差として表されている。これらの関係が図６に示されている。図６の破線はフロート３３に作用する第１方向の回動力Ｆ１を、図６の実線は第２方向の回動力Ｆ２をそれぞれ体積比率Ｂ／Ａを横軸として示している。図６に示すように、密閉空間３６のフロート３３の総体積に対する体積比率が大きくなるほど第１方向の回動力Ｆ１は大きくなる。逆にその体積比率が小さくなるほど第２方向の回動力Ｆ２は大きくなる。ここで第１及び第２方向の回動力が同じとすると、Ｆ１＝Ｆ２となることから式（１）及び式（２）より、
ＡＹ−（Ａ−Ｂ）Ｘ＝（Ａ−Ｂ）Ｘ ・・・（３）
となる。従って、フロート３３の密閉空間３６の総体積に対する体積比率Ｋは、
Ｋ＝（２Ｘ−Ｙ）／２Ｘ ・・・（４）
となる。フロート３３の材質であるポリアセタール樹脂の比重は１．４１であり、インクの比重は１．０７であるので比率Ｋは０．６２となる。尚、実用的には、
（２Ｘ−Ｙ）／２Ｘ−０．１＜Ｋ＜（２Ｘ−Ｙ）／２Ｘ＋０．１ ・・・（５）
の範囲で比率Ｋが決定されていればよい。特に、フロート３３の材質であるポリアセタール樹脂のように、比重が１．４１か又はそれに近い値の場合には、比率Ｋが０．５以上且つ０．７以下の範囲であればよい。

以上説明した第１の実施の形態においては、レバー３２によりフロート３３及びシャッター３４の軌道が固定されているため、インクの表面張力等による外乱にあまり影響されずにインクタンク１１におけるインクの量を示すことができる。

また、規制部材３５により、シャッター３４を検知位置で確実に停止させることができる。

さらに、インク量が減少してレバー３２が第２方向へ回動したときに、シャッター３４が非検知位置に配置されるため、インクタンク１１のインクの量が所定量より減少した場合とインクカートリッジ１が装着部７０に装着されていない場合とを同じ状態にすることができる。これによりセンサ２１によりインクタンク１１のインクの量が所定量より減少した場合とインクカートリッジ１が装着部７０に装着されていない場合とを検知することができるので、１つのセンサ２１でインク残量の多いインクカートリッジ１を新たに装着することが必要な状態とその必要がない状態とを識別でき、コストタウンになる。

加えて、フロート３３はインクよりも比重が小さいため第１方向への回動力を得ることができる。

また、フロート３３は密閉空間３６を備えているため、効率よくフロート３３全体の比重を下げることができる。

さらに、フロート３３の体積に対する密閉空間３６の体積の比率Ｋが０．６２であり、第１方向の回動力と第２方向の回動力とが同じあるため、インクの表面張力のみならず、インクの粘度上昇等による外乱にもあまり影響されずにインクタンク１１のインクの量を示すことができる。

加えて、シャッター３４が非透光性を有しているとともに、インクタンク１１の凹部を通過するため、検知手段として安価な透過型光センサを用いることができる。また、フロート３３とシャッター３４とが設けられているレバー３２は、インク液面に対する投影面の幅が小さい薄板形状の部材として構成されているので、レバー３２が受けるインクからの表面張力は小さい。そのため、インクの減少に正確に追随してシャッター３４を変位させることができる。

次に、本発明に係る第２の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。尚、第２の実施の形態においては、シャッター機構のみが第１の実施の形態と相違している。そこで、第２の実施の形態にかかる図面において、第１の実施の形態と同じ部材には同じ符号を付してその説明を省略する。

図７は、第２の実施の形態に係るインクカートリッジの断面図である。図７（ａ）はインクタンク１１内にインクが満たされた状態を示しており、図７（ｂ）はインクタンク１１内のインクが消費された状態を示している。図８は、図７（ｂ）に示すVIII−VIII線の断面図である。インクカートリッジ１Ａにおけるシャッター機構３０Ａは、インクタンク１１内に貯溜されるインクの量に基づいて駆動されるものであり、図７（ａ）に示すように、インクタンク１１の底部に配置されている。シャッター機構３０Ａは、支持台３１Ａと、レバー（連結部材）３２Ａと、レバー３２Ａの一端部に配置されているフロート（バランス部材）３３Ａと、レバー３２Ａの他端部に配置されているシャッター（被検知部）３４Ａと、規制部材３５Ａとを備えている。そして、レバー３２Ａ、フロート３３Ａ、及びシャッター３４Ａにより揺動部材８０が構成されている。

支持台３１Ａは、インクタンク１１の底部の中央近傍に固定されている台形状を有する部材である。レバー３２Ａは、一方向に延在しているとともに薄板形状を有する部材であり、延在方向がインクタンク１１の凸部５１の底壁５１ａ（図２参照）に対して垂直に配置されるように、且つ延在方向における中心を枢支点として揺動可能になるように支持台３１Ａに支持されている。また、レバー３２Ａは、インクの液面に対して垂直に投影した投影面の幅が最も狭くなるように、且つレバー３２Ａのインク液面と対向し得る面（図中下方側の側壁面）がインク液面に対して斜めになるように配置されている。さらに、レバー３２Ａは、支持台３１Ａに支持されているときに、インクタンク１１の上方に向かって凹になるように延在方向の中央近傍において若干屈曲している。図８に示すように、レバー３２Ａのインクの液面と対向し得る面には湾曲部（凸部）３２ａＡが形成されている。

フロート３３Ａは、円筒形状を有する部材であり、後述するシャッター３４Ａと比べて膨大な体積を有する。後述するように、フロート３３Ａの内部には空気が満たされている密閉空間３６Ａが形成されている（図１０参照）。

シャッター３４Ａは、レバー３２Ａのフロート３３Ａが配置されている側と反対側の端部に形成されている非透光性且つ略矩形状を有する領域であり、レバー３２Ａが揺動することによりインクタンク１１の側壁に形成されている凹部５２の内部空間５２ａを移動するように配置されている。具体的には、図７（ａ）に示すように、インクタンク１１においてインク量が多くフロート３３Ａ全体がインク中に位置するときには、フロート３３Ａが上昇することによりレバー３２Ａが図７中時計回り方向（第１方向）に回動して、シャッター３４Ａがインクタンク１１の凹部５２の検知位置に配置される。このとき、シャッター３４Ａは、インクの液面に対して垂直に投影した投影面の幅が最も狭くなるように配置されている。逆に、図７（ｂ）に示すように、インク量が少なくフロート３３Ａの一部がインクの液面から露出するときには、フロート３３Ａが下降することによりレバー３２Ａが図７中反時計回り方向（第２方向）に回動して、シャッター３４Ａがインクタンク１１の凹部５２における上部近傍の非検知位置に配置される。

また、シャッター３４Ａには、検知位置に配置された状態でその平面領域が上方に延在している延在領域が設けられており、この延在領域の上端近傍には延在領域の両平面のそれぞれに対して垂直方向（紙面に対して垂直方向）に植設されている棒状の当接部材３４ａＡが形成されている。

規制部材３５Ａは、インクタンク１１においてインク量が多くフロート３３Ａ全体がインク液中に位置するときに、当接部材３４ａＡと当接することにより、シャッター３４Ａが検知位置に配置されるようにレバー３２Ａの一方向における回動を規制するものであり、インクタンク１１の凸部５１及び凹部５２の上端部に形成されている。

このように、インクタンク１１におけるインク量が多くフロート３３Ａ全体がインク液中に位置しているときは、当接部材３４ａＡと規制部材３５Ａとが当接し、シャッター３４Ａが凹部５２の検知位置に配置される。このとき、レバー３２Ａの延在方向の中央近傍がインクタンク１１の上方に向かって凹になるように若干屈曲しているため、レバー３２Ａが屈曲していない場合と比較してシャッター３４Ａが上方に配置され、図７（ａ）に示すように、フロート３３Ａが検知位置に配置されたシャッター３４Ａの下端部より距離Ａ分低く配置されている。

揺動部材８０の構造について図９及び図１０を参照しつつ説明する。図９は、揺動部材８０の展開図である。図１０は、図９に示すX−X線の断面図である。尚、図１０（ａ）はフロート３３Ａの展開状態の断面図を、図１０（ｂ）はフロート３３Ａの組み立て状態の断面図を示している。揺動部材８０はポリプロピレン樹脂から成るものであり、図９に示すように、フロート３３Ａが展開された状態で一体成型されるものである。フロート３３Ａは、ケース３３ａＡと、キャップ３３ｂＡと、接続体３３ｃＡとを備えている。図１０（ａ）に示すように、ケース３３ａＡは、一方向に延在している円筒形状を有するものであり、一方の端部に形成されている開口を有する内部空間を備えている。キャップ３３ｂＡは、ケース３３ａＡの内部空間を密封するものである。接続体３３ｃＡは、ケース３３ａＡとキャップ３３ｂＡとを接続する板状部であり、一方の端部がケース３３ａＡの延在方向の中央近傍に、他方の端部がキャップ３３ｂＡの端面に接続されている。

図１０（ｂ）に示すように、展開されている揺動部材８０を組み立てるときは、接続体３３ｃＡを湾曲させて、キャップ３３ｂＡの接続体３３ｃＡが接続されている端面の反対側をケース３３ａＡの開口に配置する。そして、キャップ３３ｂＡをケース３３ａＡの開口に係合させてケース３３ａＡの内部空間を密封する。これにより、密閉空間３６Ａが形成される。尚、ポリプロピレンの比重は０．９であるため、本実施の形態においては、密閉空間３６Ａに充填される空気の体積との比率Ｋは、０．３以上且つ０．５以下の範囲であることが好ましい（式（５）参照）。

以上説明した第２の実施の形態においては、フロート３３Ａの配置位置がシャッター３４Ａの下端部より距離Ａ分低くなっているため、シャッター３４Ａがインクの液面から露出してシャッター３４Ａ近傍に付着したインクが流れ落ちてからフロート３３Ａがインクの液面から露出してレバー３４Ａが回動することになる。これにより、シャッター３４Ａにおけるインクの表面張力の影響を低減して正確なインクの量を示すことができる。

また、レバー３２Ａをインクの液面に対して垂直に投影した投影面の幅が最も狭くなるように配置しているため、レバー３２Ａとインクの液面との接触面積を小さくすることができる。これにより、レバー３２Ａにおけるインクの表面張力の影響を低減してより正確なインクの量を示すことができる。

さらに、レバー３２Ａのインクの液面と対向しうる側壁がインクの液面に対して斜めになるように配置しているため、レバー３２Ａとインクの液面との接触面積をより小さくすることができる。また、レバー３２が、インク消費に伴って低下するインク液面に対して斜めに配置されているので、レバー３２のインクに対する液切れも容易となり、シャッター機構３０の動きがなめらかになる。これにより、レバー３２Ａにおけるインクの表面張力の影響をより低減することができる。

また、レバー３２Ａのインクの液面と対向しうる側壁に湾曲部３２ａＡが形成されているため、レバー３２Ａとインクの液面との接触面積をより一層小さくすることができる。これにより、レバー３２Ａにおけるインクの表面張力の影響をより一層低減することができる。

加えて、フロート３３Ａが、比重が０．９のポリプロピレンで形成されているため、フロート３３Ａに生じる浮力を容易に大きくすることができる。これは、フロート３３Ａの小型化に寄与する。また、密封空間３６Ａ内にインクが入り込んでもフロート３３Ａに浮力を生じさせることができる。

また、一体成型された揺動部材８０のキャップ３３Ａｂ及びケース３３Ａａを係合させて密閉空間３６Ａを形成するため、フロート３３Ａを簡単且つ安価に製造することができる。

さらに、シャッター３４Ａをインクの液面に対して垂直に投影した投影面の幅が最も狭くなるように配置しているため、シャッター３４Ａとインクの液面との接触面積を小さくすることができる。これにより、シャッター３４Ａにおけるインクの表面張力の影響を低減することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、第１の実施の形態においては、レバー３２の第１方向への回動を規制する規制部材３５を備える構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、規制部材３５を備えない構成でもよい。

また、第１の実施の形態においては、シャッター機構３０においては、レバー３２が第１方向へ回動したときにシャッター３４が検知位置に配置され、レバー３２が第２方向へ回動したときにシャッター３４が非検知位置に配置される構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、レバー３２が第１方向へ回動したときにシャッター３４が非検知位置に配置され、レバー３２が第２方向へ回動したときにシャッター３４が検知位置に配置される構成でもよい。

さらに、第１の実施の形態においては、フロート３３がポリアセタール樹脂で形成されており、第２の実施の形態においては、フロート３３Ａがポリプロピレン樹脂で形成されているが、フロートが他の樹脂で形成されてもよいし、樹脂以外の材料で形成されてもよい。

加えて、第１の実施の形態においては、シャッター機構３０において、レバー３２の第１方向の回動力と第２方向の回動力とが同じになるようにフロート３３の空気体積比率Ｋを決定する構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、第１方向の回動力及び第２方向の回動力のいずれかが他方よりも大きくなるようにフロートの空気体積比率Ｋを決定する構成でもよい。

また、第１の実施の形態においては、シャッター３４は、非透光性を有する構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、透光性を有する構成でもよい。尚この場合検出手段として他のセンサを使用すればよい。

さらに、センサ２１が透過型光センサとなる構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、反射型光センサなどの他の光センサでもよいし、光センサ以外のセンサであってもよい。尚、反射型光センサを用いる場合は、シャッター３４をその表面の反射率が高くなるように構成することが望ましい。

加えて、第１の実施の形態においては、センサ２１がインクタンク１のインク残量の状態だけでなく、インクカートリッジの有無についても検知する構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、センサ２１がインクタンク１のインク残量の状態のみを検知する構成でもよい。

さらに、第１及び第２の実施の形態においては、透光性を有するインクを使用する構成であるが、透光性を有しないインクを使用してもよい。この場合、インクが消費された状態において、検出位置にインクが溜まらないようにすればよい。

また、第２の実施の形態においては、レバー３２Ａのインク液面と対向する壁面に湾曲部３２ａＡが形成されているが、レバー３２Ａとインクの液面との接触面積が小さくなれば他の形状が形成されていてもよい。例えば、インク液面と対向する壁面に薄板形状を有する突出部が形成されてもよい。

第１の実施の形態に係るインクカートリッジを含んでいるインクジェットプリンタの概略図である。 図１に描かれたインクカートリッジの図１に示すII-II線の断面図である。 図２に描かれたフロートの図２に示すIII−III線の断面図である。 図１に描かれたインクカートリッジのインクタンクのインク量が少ない場合における断面図である。 図１に描かれたバランス機構の概略図である。 図１に描かれたフロートの空気比率とフロートに作用する浮力と重力との関係を示した図である。 第２の実施の形態に係るインクカートリッジの断面図である。 図７に示すVIII−VIII線の断面図である。 図７に示す揺動部材の展開図である。 図９に示すX−X線の断面図である。

符号の説明

１ インクカートリッジ
４ インク供給チューブ
５ インクジェットヘッド
１１ インクタンク
１４ ジョイント
２１ センサ
３０、３０Ａ シャッター機構
３１、３１Ａ 支持台
３２、３１Ａ レバー
３３、３３Ａ フロート
３４、３４Ａ シャッター
４１ インク供給管
４２ インク流入口
４３ 管内インク流路
７０ 装着部
８０ 揺動部材
１０１ インクジェットプリンタ

Claims (19)

1. インクが貯溜されるインクタンクと、
   前記インクタンク内において揺動可能に支持されている連結部材、前記連結部材の一端に設けられている被検知部、及び前記連結部材の他端に設けられているバランス部材を有する揺動部材とを備えたインクカートリッジであって、
   前記バランス部材及び前記被検知部は、これら各々の全体が前記インクの液中に位置したときにその各々に生じる浮力及び重力によって前記揺動部材が受ける第１方向の回動力と、これらの一部が前記インクの液面から露出したときにその各々に生じる浮力及び重力によって前記揺動部材が受ける第２方向の回動力とが、反対方向となるようにその重量と体積とが設定されていることを特徴とするインクカートリッジ。
2. 前記インクタンク内には、前記揺動部材の前記第１方向への回動を規制する規制部材が設けられ、前記揺動部材が前記規制部材に規制されるときに前記被検知部は検知位置に位置することを特徴とする請求項１に記載のインクカートリッジ。
3. 前記被検知部が検知位置に位置するときに、前記バランス部材が前記被検知部より低い位置に位置することを特徴とする請求項２に記載のインクカートリッジ。
4. 前記揺動部材が前記第２方向へ回動したとき、前記被検知部は非検知位置に位置することを特徴とする請求項２又は３に記載のインクカートリッジ。
5. 前記第１方向の前記回動力と前記第２方向の前記回動力とが実質的に同じであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
6. 前記インクカートリッジの使用状態において、
   前記連結部材は、前記インクの液面に対して垂直に投影した投影面の幅が最も狭くなるように前記インクタンク内に支持されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
7. 前記連結部材は、前記インクの液面に対向する側壁面が前記インクの液面に対して斜めに交差するように前記インクタンク内に支持されていることを特徴とする請求項６に記載のインクカートリッジ。
8. 前記連結部材における前記インクの液面に対向する側壁面には、前記インクの液面に向かって突出しているとともに、前記連結部材の延在方向に沿って延在している凸部が少なくとも１つ形成されていることを特徴とする請求項７に記載のインクカートリッジ。
9. 前記バランス部材が、樹脂で形成されているとともに、透光性インクよりも比重の小さいフロートであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
10. 前記バランス部材が、ポリプロピレンで形成されていることを特徴とする請求項９に記載のインクカートリッジ。
11. 前記バランス部材が、その内部に密閉空間を有することを特徴とする請求項９又は１０に記載のインクカートリッジ。
12. 前記バランス部材が、一体成型されているケース及びキャップを備えており、
    前記キャップが前記ケースの開口部に配置され且つ前記ケースの内部空間が密封されることにより、前記密閉空間が形成されることを特徴とする請求項１１に記載のインクカートリッジ。
13. 前記バランス部材の体積に対する前記密閉空間の体積の比率Ｋが、Ｘを前記樹脂の比重とし、Ｙを透光性インクの比重としたときに以下の式で表せられることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のインクカートリッジ。
    （２Ｘ−Ｙ）／２Ｘ−０．１＜Ｋ＜（２Ｘ−Ｙ）／２Ｘ＋０．１
14. 前記バランス部材の体積に対する前記密閉空間の体積の比率Ｋが０．３以上且つ０．５以下であることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
15. 前記被検知部が非透光性を有することを特徴とする請求項２〜１４に記載のインクカートリッジ。
16. 前記インクカートリッジの使用状態において、
    前記被検知部は、前記インクの液面に対して垂直に投影した投影面の幅が最も狭くなるように前記連結部材に設けられていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
17. 請求項２〜１６に記載のインクカートリッジが装着される装着部を有し、この装着部に装着されたインクカートリッジから供給されたインクを媒体に記録するインクジェットプリンタであって、
    前記装着部に装着された前記インクカートリッジの被検知部を検知する検知手段が、前記検知位置に位置する前記被検出部を検知可能な位置に設けられていることを特徴とするインクジェットプリンタ。
18. 前記検知手段の検知結果によってインクカートリッジ及びインクジェットプリンタの状態を判定する判定手段をさらに備え、
    前記判定手段は、前記検知手段が前記被検知部を検知したときは、前記装着部に装着されたインクカートリッジに十分量のインクが充填されている状態と判定し、前記検知手段が前記被検出部を検知しないときは、前記装着部に装着されたインクカートリッジのインクが減少している状態及び前記装着部にインクカートリッジが装着されていない状態のいずれかであると判定することを特徴とする請求項１７に記載のインクジェットプリンタ。
19. 前記検知手段が、光透過型のセンサであることを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載のインクジェットプリンタ。

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