JP2006102970A - インクカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 カートリッジ本体内の規定量のインク液を使い切った時点で、速やかにインクカートリッジを交換させて、インク切れによるプリンタヘッドの空打ちを確実に防止することのできるインクカートリッジを提供すること。
【解決手段】 カートリッジ本体３のインク収容室６に収容されたインク液５の液面が、インク収容室６の内周壁６ｂに案内されて移動する仕切膜１４により液密に覆われる。インク液５と異なる発色性を有するヘッド保護液１８が、仕切膜１４を介してインク収室６に収容される。インク収容室６内のインク液５の残量が規定量以下になって仕切膜１４が所定位置に移動した時には、仕切解除機構１６が仕切膜１４を破る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクジェットプリンタのプリンタヘッドに供給するインク液をカートリッジ本体のインク収容室に収容したインクカートリッジに関する。

インクジェットプリンタは、熱や振動を利用してインク液の噴射を制御し、記録媒体上にインク液を塗布する印刷機であり、手軽に高精度のカラー印刷を実現できることから、家庭用の印刷機としても急速に普及している。
図４は、インクジェットプリンタにおいて、インク液の噴射を行うプリンタヘッド（印字ヘッド）にインク液の供給を行うインクカートリッジの従来例を示したものである。

このインクカートリッジ１は、樹脂製のカートリッジ本体３に、インク液５が自由状態で収容されるインク収容室６と、このインク収容室６の内底部に開口するインク供給口７と、インク収容室６の上部を外気に連通させる通気孔８とが備えられた構成である。
そして、このインクカートリッジ１は、インクジェットプリンタのプリンタヘッドが搭載されたキャリッジに装着される。インクカートリッジ１をキャリッジに装着すると、キャリッジに装備されているインク供給路がインク供給口７に接続されて、インク収容室６に収容されているインク液５がインク供給口７及びインク供給路を介してプリンタヘッドに供給される。

ところで、このようなインクジェットプリンタのプリンタヘッドは、インク切れの状態でインク吐出動作を行う空打ちが発生すると、故障してしまう。
そこで、これまで、図４及び図５に示すように、インク収容室６内におけるインク液５の残量が規定量以下になったことを検出するインク残量検出センサ９をカートリッジ本体３に装備して、インクカートリッジ１の交換時期を検知可能にしたり、インク液５の消費量が規定量に達しても、図５に示すように、インク収容室６内には空打ちを防止するために一定量のインク液が残るように、予め余分にインク液をインク収容室６に注入しておくことが実施されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２５１８２３号公報

ところが、空打ち防止のために余分にインク液５をインク収容室６に注入した従来のインクカートリッジ１では、規定量のインク液５を使い切って、インク残量検出センサ９によりインク切れが検出されている状態でも、余分に注入された空打ち防止用のインク液５によってそれ以前と同等の品位による印刷が継続可能なため、インクカートリッジ１の交換をせずに使い続けてしまい、結果的に、空打ち防止用に注入されていた余分なインク液５も使い切って、プリンタヘッドの空打ちを招く虞があり、プリンタヘッドの空打ちを確実に防止することができないという問題があった。

そこで、本発明の目的は上記課題を解消することに係り、カートリッジ本体内の規定量のインク液を使い切った時点で、速やかにインクカートリッジを交換させて、インク切れによるプリンタヘッドの空打ちを確実に防止することのできるインクカートリッジを提供することである。

本発明の上記目的は、カートリッジ本体に、インク液が収容されるインク収容室と、このインク収容室に開口するインク供給口とを備えており、前記インク収容室に収容されているインク液が前記インク供給口を介してインクジェットプリンタのプリンタヘッドに供給されるインクカートリッジであって、前記インク収容室内のインク液の界面を液密に覆うと共に、前記インク液の界面高さに応じて前記インク収容室の内周壁に案内されて移動する仕切膜と、前記インク収容室内のインク液の残量が規定量以下になって前記仕切膜が所定位置に移動した時に前記仕切膜を破る仕切解除機構と、前記インク液と異なる発色性を有すると共に、前記仕切膜を介して前記インク収容室に収容されたヘッド保護液と、を備えたことを特徴とするインクカートリッジにより達成される。

上記構成のインクカートリッジによれば、印刷によるインク消費によってインク収容室内のインク液の界面高さが下がると、それに追従して仕切膜及びヘッド保護液がインク収容室のインク供給口側に移動して行く。そして、カートリッジ本体内の規定量のインク液を使い切るときには、仕切膜が仕切解除機構によって破られて、それまでは仕切膜によってインク液から分離されていたヘッド保護液が仕切膜の破れた部分からインク液側に流入するので、その後はヘッド保護液がインク液の代わりにプリンタヘッドに供給されることになる。
そのため、カートリッジ本体内の規定量のインク液を使い切っても、プリンタヘッドが空打ちになることがなく、空打ちに起因したプリンタヘッドの故障を防止することができる。

そして、インク液の代わりにプリンタヘッドに供給されるヘッド保護液は、インク液とは異なる発色性を持っているため、印刷処理する記録媒体上には、ヘッド保護液が供給された時点で発色上での大きな差異が生じて、インク切れの発生を使用者に顕示する。
そのため、ヘッド保護液に切り替わった状態のまま使い続けることがなく、速やかにインクカートリッジを交換させて、インク切れによるプリンタヘッドの空打ちを確実に防止することができる。

また、インク液の消費量が規定量に達するまでは、インク液とヘッド保護液との間が仕切膜によって仕切られており、ヘッド保護液がインク液に混ざることがないため、導電率や屈折率など感知センサの分解能により識別可能であれば、相溶性・非相溶性は問わない。また、ヘッド保護液の成分等の選択自由度が高くなるので、ヘッド保護液の成分の調整によって、ヘッド保護液に洗浄性等の付加価値を与えてもよい。

尚、上記インクカートリッジにおいて、前記ヘッド保護液としては、前記インク液から発色成分を除去した成分組成の液体を使用することが望ましい。
この場合、ヘッド保護液を安価に提供することができる。

又、上記インクカートリッジにおいて、前記インク収容室内におけるインク液の残量が規定量以下になったことを検出するインク残量検出センサが、前記カートリッジ本体に装備されることが望ましい。
この場合、インク残量検出センサの検出信号を利用して、間もなくインク切れになること予告通知することができ、使用者にインク切れになるまでの印刷処理枚数等を知らせることができるため、印刷途中で突然にインク切れが発覚して不自由することがなくなり、プリンタの取り扱い性を向上させることができる。

更に、前記インク残量検出センサが、前記仕切膜の位置を検出することが望ましい。
この場合、インク液及びヘッド保護液の物性に関わらず、インク液の残量を検出することができる。

本発明のインクカートリッジによれば、カートリッジ本体内の規定量のインク液を使い切って、ヘッド保護液が供給された時点で、印刷処理する記録媒体上には、発色上での大きな差異が生じて、インク切れの発生を使用者に顕示することができる。
そこで、速やかにインクカートリッジを交換させて、インク切れによるプリンタヘッドの空打ちを確実に防止することができる良好なインクカートリッジを提供できる。

以下、添付図面に基づいて本発明の一実施形態に係るインクカートリッジを詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るインクカートリッジの一部を破断した斜視図、図２は図１に示したインクカートリッジの縦断面図、図３は図２に示したインクカートリッジのインク液が消費された状態の縦断面図である。

本実施形態のインクカートリッジ１１は、樹脂製のカートリッジ本体３に、インク液５が自由状態で収容されるインク収容室６と、このインク収容室６の内底部６ａに開口するインク供給口７と、インク収容室６の上部を外気に連通させる通気孔８と、インク収容室６内におけるインク液５の残量が規定量以下になったことを検出するインク残量検出センサ１３とが備えられた構成である。

このインクカートリッジ１１は、図示しないインクジェットプリンタのプリンタヘッドが搭載されたキャリッジに装着される。インクカートリッジ１１をキャリッジに装着すると、キャリッジに装備されているインク供給路がインク供給口７に接続されて、インク収容室６に収容されているインク液５がインク供給口７及びインク供給路を介してプリンタヘッドに供給される。

本実施形態のインクカートリッジ１１のインク収容室６には、当該インク収容室６に収容されたインク液５の上面（界面）を液密に覆うと共に、インク液５の液面高さ（界面高さ）に応じてインク収容室６の内周壁６ｂに案内せれて移動する仕切膜１４と、インク収容室６内のインク液５の残量が規定量以下になって仕切膜１４が所定位置に降下した時（図２参照）に前記仕切膜１４を破る仕切解除機構１６と、が装備されている。
また、インク収容室６内のインク液５の上面を覆う仕切膜１４の上には、ヘッド保護液１８が所定の厚さの層状に注入されている。

尚、仕切膜１４は、例えば、インク収容室６の内周壁６ｂに沿って摺動する弾性枠体１４ａに、適度の可撓性を有した合成樹脂製の薄膜１４ｂを貼付した構成である。また、前記弾性枠体１４ａと前記インク収容室６の内周壁６ｂとの摺動境界領域には、ゴム等の弾性部材からなるＯリングや、ゲル状のインク非相溶性物質等を用いたシール部材を配置し、内周壁６ｂと仕切膜１４との摺動境界領域を液密に保つことが望ましい。

本実施形態に係る仕切解除機構１６は、先端が鋭利に尖った複数の突起であり、インク収容室６の内底部６ａに一体に突設されている。
そこで、インク液５の消費に伴って仕切膜１４が所定位置まで降下すると、仕切解除機構１６が、降下してきた仕切膜１４の薄膜１４ｂを突き破る。
仕切膜１４が突き破られると、ヘッド保護液１８が破れた仕切膜１４を通過してインク供給口７側に流入するので、インク液５の代わりにヘッド保護液１８がプリンタヘッドに供給される。

一般に、インク液５は、適切な色が出せる量の着色剤（染料／顔料の分散液）、乾燥や目詰まりを防止する保湿剤、ヘッドからの吐出量に対して印刷対象となる記録媒体上で適切なドットを形成させる浸透調整剤、水等を主成分としており、必要に応じて粘度調整剤などの様々な成分を含む場合がある。
一方、ヘッド保護液１８は、前記インク液５と異なる発色性を有しており、本実施形態の場合、インク液５から発色成分（着色剤）を除去し、且つ、インク液５と同等の粘度を持つように成分調整した液体が使用されているので、記録媒体上に塗布されたときに、無色となる。

また、ヘッド保護液１８は、プリンタヘッドに供給された際に、ヘッドの目詰まりを解消するための洗浄効果を発揮するように、インク液に混和しやすい相溶性の液体等が考えられる。例を挙げると、親水性と疎水性のバランスの程度を表わすＨＬＢ値７〜１５程度の界面活性剤である。

更に、本実施形態のカートリッジ本体３におけるインク収容室６の内底部６ａには、インク収容室６内に収容したインク液５の全量が確実にインク供給口７に流れ込むように、インク供給口７に向かって下がる傾斜面が形成されている。
また、本実施形態におけるインク残量検出センサ１３は、当該インクカートリッジ１１をインクジェットプリンタのキャリッジに装着した際に、図１に示すようにカートリッジ本体３の外側面に露出した接続端子部１３ａが、キャリッジ側に装備されたセンサ接続端子に電気的に接続されることにより、インクジェットプリンタ側に搭載された制御回路に検出情報の送信が可能になる。

このインク残量検出センサ１３は、ピエゾ素子を利用したセンサであり、インク液５とヘッド保護液１８との導電率の違いを検出する。即ち、インク収容室６内のインク液５の残量が規定量以上の際、インク残量検出センサ１３はインク液５の導電率に応じた信号を出力しているが、インク収容室６内のインク液５の残存量が減って液面が規定値以下に下がると、インク残量検出センサ１３はヘッド保護液１８の導電率に応じた信号を出力するので、インク収容室６内におけるインク液５の残量が規定量以下になったことを検出できる。尚、本実施形態のインク残量検出センサ１３は、インクカートリッジ１１中のインク残量をカートリッジ自体が記憶しておくためのメモリも兼ねている。

インクジェットプリンタ側に搭載された制御回路は、インク収容室６内におけるインク液５の残量が規定量（例えば、図３に示した状態）になった時にインク残量検出センサ１３が出力する信号に基づき、インク切れが間近いことを示す表示、又はインクカートリッジの交換を促す表示等をする。

以上に説明した本実施形態のインクカートリッジ１１を使用するインクジェットプリンタでは、印刷によるインク消費によってインク収容室６内のインク液５の液面が下がると、それに追従して仕切膜１４及びヘッド保護液１８がインク収容室６の内底部６ａ側に下がっていく。
そして、図３に示すように、カートリッジ本体３内の規定量のインク液５を使い切る時には、仕切膜１４が仕切解除機構１６によって破られて、それまでは仕切膜１４によってインク液５から分離されていたヘッド保護液１８が仕切膜１４の破れた部分からインク液５側に流入する。

そこで、その後はヘッド保護液１８がインク液５の代わりにプリンタヘッドに供給されることになる。
そのため、カートリッジ本体３内の規定量のインク液５を使い切っても、プリンタヘッドが空打ちされることがなく、空打ちに起因したプリンタヘッドの故障を防止することができる。

そして、インク液５の代わりにプリンタヘッドに供給されるヘッド保護液１８は、インク液５とは発色性が異なり、無色であるため、印刷処理する記録媒体上には、ヘッド保護液１８が供給された時点で発色上での大きな差異が生じて、インク切れの発生を使用者に顕示することができる。
そのため、使用者はヘッド保護液１８に切り替わった状態のまま使い続けることがなく、速やかにインクカートリッジを交換するので、インク切れによる空打ちの発生を確実に防止することができる。

また、上記実施形態のインクカートリッジ１１を使用するインクジェットプリンタでは、インク残量検出センサ１３の検出信号を利用して、間もなくインク切れになること予告通知することができ、使用者にインク切れになるまでの印刷処理枚数等を知らせることができるため、印刷途中で突然にインク切れが発覚して不自由することがなくなり、プリンタの取り扱い性を向上させることができる。

尚、本発明のインクカートリッジは、上記実施形態のインクカートリッジ１１の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の形態を採りうることは云うまでもない。
例えば、上記実施形態では、ヘッド保護液１８として記録媒体上での発色が無色となる液体を使用したが、インク液５とは異なる特定の発色を示す液体であっても構わない。

また、本発明のインクカートリッジにおいて、インク収容室内のインク液の残量を検出するインク残量検出センサは、上記実施の形態に示したピエゾ素子を利用したものに限らない。
例えば、インク液とヘッド保護液とに対する光の屈折率の違いを利用してインク液の残存量を検出する光学的センサを利用することも可能であり、インク液及びヘッド保護液を分解能により識別可能な感知センサを利用することも可能である。

また、インク残量検出センサは、光学的センサ等によってインク収容室内における仕切膜の位置を検出する構成として、仕切膜の位置からインク液の残量を算出するようにしても良い。この場合、インク液及びヘッド保護液の物性に関わらず、インク液の残量を検出することができるので、汎用性を高くできる。
更に、インク残量検出センサとしては、インク収容室内のインク液の残存量が規定量以下となった際に検出することができる単一の検出部がカートリッジ本体に配置された感知センサや、インク収容室内のインク液の残存量を逐次検出することができるように複数の検出部が鉛直方向に沿ってカートリッジ本体に配置された感知センサを用いることができる。

また、上記実施形態のインクカートリッジ１１は、カートリッジ本体に装備されるインク収容室が単一で、単色（例えば、黒色）の印刷に使用する場合のものを示した。しかし、本発明の技術が適用されるインクカートリッジは、単色印刷用のものに限らない。
例えば、カートリッジ本体に互いに独立した複数個のインク収容室を装備し、各インク収容室に発色の異なるインク液を収容したカラー印刷用のカートリッジとすることもできる。その場合、各インク収容室内に本発明に係る仕切壁とヘッド保護液を装備した構成とされる。

本発明の一実施形態に係るインクカートリッジの一部を破断した斜視図である。 図１に示したインクカートリッジの縦断面図である。 図２に示したインクカートリッジのインク液が消費された状態の縦断面図である。 従来のインクカートリッジの概略構成を示す縦断面図である。 図４に示したインクカートリッジのインク液が消費された状態の縦断面図である。

符号の説明

３…カートリッジ本体、５…インク液、６…インク収容室、７…インク供給口、８…通気孔、１１…インクカートリッジ、１３…インク残量検出センサ、１４…仕切膜、１６…仕切解除機構、１８…ヘッド保護液

Claims (4)

1. カートリッジ本体に、インク液が収容されるインク収容室と、このインク収容室に開口するインク供給口とを備えており、前記インク収容室に収容されているインク液が前記インク供給口を介してインクジェットプリンタのプリンタヘッドに供給されるインクカートリッジであって、
   前記インク収容室内のインク液の界面を液密に覆うと共に、前記インク液の界面高さに応じて前記インク収容室の内周壁に案内されて移動する仕切膜と、
   前記インク収容室内のインク液の残量が規定量以下になって前記仕切膜が所定位置に移動した時に前記仕切膜を破る仕切解除機構と、
   前記インク液と異なる発色性を有すると共に、前記仕切膜を介して前記インク収容室に収容されたヘッド保護液と、
   を備えたことを特徴とするインクカートリッジ。
2. 前記ヘッド保護液としては、前記インク液から発色成分を除去した成分組成の液体を使用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. 前記インク収容室内におけるインク液の残量が規定量以下になったことを検出するインク残量検出センサが、前記カートリッジ本体に装備されることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクカートリッジ。
4. 前記インク残量検出センサが、前記仕切膜の位置を検出することを特徴とする請求項３に記載のインクカートリッジ。
   

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