JP2006264234A - インクタンクおよびインク残量検知手段 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成にて、インク残量が随時定量的に検知できるような構成・方法を提供可能とすること。
【解決手段】 タンクケース２と、前記タンクケース２に一部を固定されインクの消費とともに変形するインク収容室４と、インクの消費に連動して一定方向に移動する可動部材５と、前記可動部材５の少なくとも一部に設けられた可動反射面７と、前記タンクケースの少なくとも一部に設けられた固定反射面８とを有することによる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内部にインクを貯留するインクタンクのインク残量を検知する手段およびその手段を搭載した記録装置に関する。

変形可能なインク容器内のインク残量を検知する手段として、公開特許公報：特開平６−９９５８８に記載されているような方法が知られている。すなわち、インク容器の変形と連動して移動する検知板設け、この検知板が所定の位置まで移動したことを、センサ（例えば光学センサ）によって検出し、インク残量が所定量以下になったことを検知する方法である。

しかし、この従来の方法には以下に述べるような欠点がある。

・インク残量が所定のしきいレベルより多いか少ないかしか判断できない。

・センサの位置がインク残量のしきい値となるため、インクタンクとセンサの位置決め精度が検出精度に影響するため、製造上高精度な組み付けが要求される。また、センサに対してインクタンクを着脱する場合には、インクタンクの装着位置ずれが検出誤差になる。一方で、インクタンク自身にセンサを備えるようにした場合には、インクタンク自身がコストアップしてしまう。

・１つのタンクに１対のセンサが必要であり、機器に搭載するタンクの数が増えるとセンサの数も増え、コストアップする。
特開平６−９９５８８号公報

本発明の課題は、上記のような問題を解決するインク残量検知方法およびそれを搭載した記録装置を提案することである。すなわち、インク残量が随時定量的に検知できるような構成を提案する。また、より単純・安価な構成で高精度な検出が可能となる方法を提案する。さらには、１対のセンサを用いて複数のインクタンクの残量検知が可能な構成を提案する。

上記課題を満たすため、本発明は、以下のような構成のインクタンクおよびインク残量検知手段を提案する。

本発明のインクタンクは、タンクケースと、前記タンクケースに一部を固定され、インクの消費とともに変形するインク収容袋と、前記インク収容袋に連動して一定方向に移動する可動部材と、前記可動部材の少なくとも一部に設けられた可動反射面と、前記タンクケースの少なくとも一部に設けられた固定反射面とを有することを特徴とする。

また、本発明のインクタンクは、前記可動反射面と前記固定反射面は互いに平行で、かつ前記可動部材の移動方向と平行であるようにしてもよい。

また、本発明のインクタンクは、前記可動反射面および前記固定反射面のそれぞれが備える前記反射面は、互いに略同一平面上にあるようにしてもよい。

本発明のインク残量検知手段は、反射光を検出するセンサと、本発明のインクタンクと前記センサの位置関係を変更できる位置変更手段とを備え、前記センサが前記可動反射面と前記固定反射面のそれぞれの位置を検出し、前記可動反射面と前記固定反射面との距離からインク残量を求めることを特徴とする。

また、本発明のインク残量検知手段において、前記位置変更手段は、請求項１〜３記載のインクタンクを搭載し、前記可動部材の移動方向と平行な方向に移動できるようにしてもよい。

また、本発明のインク残量検知手段は、前記可動反射面と前記固定反射面との距離を、前記センサにおける検出値のピーク間隔値から求めるようにしてもよい。

また、本発明のインク残量検知手段は、第一の所定値を記憶する記憶手段を有し、前記ピーク間隔値が前記第一の所定値になったときにインク残量が無くなったことを認識し、その旨を報知するようにしてもよい。

また、本発明のインク残量検知手段は、第二の所定値を記憶する記憶手段を有し、前記ピーク間隔値が前記第二の所定値であるときにインク残量が満タンであることを認識し、その旨を報知するようにしてもよい。

また、本発明のインク残量検知手段において、前記第二の所定値は、前記インクを消費する前に実測した前記ピーク間隔値であってもよい。

また、本発明のインク残量検知手段は、前記ピーク間隔値の最新の値と前記第一の所定値と前記第二の所定値とからインク残量を計算し、その結果を報知するようにしてもよい。

また、本発明のインク残量検知手段は、前記最新の値を記憶する記憶手段を有してもよい。

また、本発明のインク残量検知手段は、請求項１および２記載のインクタンクが情報記憶領域を有し、前記第一の所定値、前記第二の所定値、前記最新の値、のうちの１つ以上を前記情報記憶領域に記憶するようにしてもよい。

本発明のインク残量検知手段によると、以下のような効果がある。

本発明によると、インクタンク自身が、インク残量によらず位置が固定化された指標（固定検出面）と、インク残量によって位置変動する指標（移動検出面）の両方を持つ。これによって、インクタンク自身でインク残量レベルを指標化でき、精度のよいインク残量検出ができる。

また、上記の固定検出面と移動検出面の間隔はインク残量に連動して変化するため、インクタンク使用中のいつでも定量的なインク残量を把握できる。

さらに、キャリッジにインクタンクを搭載し、固定されたセンサ上をキャリッジが走査することで上記の固定検出面と移動検出面の間隔を測定するような構成にすれば、１対のセンサを用いて複数のインクタンクの残量検出ができる。このとき、複数のインクタンクの中に容量の異なるインクタンクが混在していても、同じ機構で全てのインクタンクのインク残量検出ができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態の具体例を説明する。

図１、図２をもとに、本発明に用いられるインクタンクの例を説明する。図１はインクタンク１の構造を示す斜視図であり、破線によって示した部分は、インクタンク１の内部構造を透視したものを表す。また、図２はインクタンクを底面に垂直な面で切断した図である。

インクタンク１は外側をタンクケース２に覆われ、外部にインク供給を行うための供給口１１を底面に備える。インクタンク１の内部には、インク３が貯留されるインク収容室４と、インク収容室４のインク３を供給口１１に導くインク流路１４が設けられる。インク収容室４は、構成部材の少なくとも一部が可撓性部材から成り、底面に垂直な側面の片側に、可動板５が一体的に接合されている。また、可動板５と向かい合う側面はタンクケース２と一体化している。

インク収容室４の内部にはバネ６が備えられる。このバネ６は、可動板５とそれに対向するタンクケースの内壁との間に設置され、両者の間を押し広げる方向に力を作用させる。このインク収容室を拡張する方向の力によって、インク収容室内部に負圧を発生させる。この負圧力は、インク３が外部に漏れるのを防止するのに十分で、かつインクタンク１の内部に空気が侵入しない程度の強さに制御される。以上の構成により、インクタンク１内のインク３が消費されると、インク収容室４が縮小し、それにともなって、可動板５はタンクケース２の片方の側面に近づいていく。このとき、可動板５が底面に垂直な状態を保ったまま一定方向に変位するように、可動板５の重心位置にバネ６の反力が負荷されるように構成する。

タンクケース２の底面と可動板５の底面のそれぞれには、反射型光センサに検出される反射面（それぞれ固定検出面８、移動検出面７と名付ける）が備えられ、それら２つの検出面は可動板５の移動方向に平行な方向に並んで配置されている。また、タンクケース２の底面の一部には検出窓９が設けられ、可動板５の底面の一部を外部に露出させて移動検出面７を検出できるようにしている。

インク３の消費にともなって可動板５が移動していくと、移動検出面７と固定検出面間８の距離が変わっていく（本例では近づいていく）ため、この距離を検出することでインク残量レベルを検知することができる。また、ここでは固定検出面８と移動検出面７の底面からの高さを等しくなるように構成した。これによって、それぞれの検出面からの反射光の光路が等しくなり、検出機構をより単純にできる。

インクタンク１のような構成を持つインクタンクを搭載し、それに対応するインク残量検出構成を備えたプリンタを以下に説明する。

図３はプリンタ２００の主要部の外観を模式的に示す斜視図であり、本体カバー２０８を開放して筐体２０４の内部を露出させた状態を示す。また、説明の都合上、筐体の一部分（破線で描画した部分）を透視表現した。

プリンタ２００は、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの４種のインクタンク100Bk、100C、100M、100Y（以下これら全てを指してインクタンク１００と略すこともある）と、その鉛直下方に設けられたインク吐出部（不図示）を搭載する。インクタンク１００はインク種ごとに定められた所定位置に個別に装着されており、インクタンク１００からインク吐出部へは流路を介して記録用のインクを供給できるようになっている。また、インクタンク100C、100M、100Yは共通の外形形状を持ち、100Bkはそれらよりも外形形状が大きい構成とした。

それらインクタンク１００、インク吐出部を搭載したキャリッジ２０１は、図中の矢印に平行な方向に走査し、インク吐出部のさらに鉛直下方に供給された記録メディア（不図示）に対して記録を行う。記録メディアは筐体２０４の背面に設けられた自動給紙装置２０２より供給され、記録実施後、排紙トレイ２０３へ排出される。また、キャリッジ走査経路上にインク残量検知用のセンサ部が設けられ、センサ部２０５の鉛直上方をキャリッジ２０１が通過することで、キャリッジ２０１の底部での光反射を検出できるようになっている。

図４はインクタンク１００をキャリッジ２０１に装着した状態を示す側断面図である。インクタンク１００は、キャリッジ２０１へのインクタンク１００の固定は、装着時に変位するラッチレバー１１０の反発力をキャリッジ２０１の内側に作用させることで行われる。その際、インクタンク１００の第一係合部１１２および第二係合部１１３が、それぞれが対応するキャリッジ２０１側の係止部に係合することによって位置決めされる。インクタンク１００の装着によって、インクタンク底部の供給口１１１とインク導入口２１３とが流体的に接続され、インクタンク１００からインク吐出部２２０へのインク供給が可能となる。キャリッジ２０１の底部には、窓２１２が設けられ、センサ部２０５からの光がインクタンク１００の底面に設けられた検出面まで入光できる構成になっている。

図５はプリンタ２００の制御部３００による、キャリッジ２０１およびセンサ部２０５の制御構成を模式的に示した図である。

制御部３００は、ＲＯＭ３０３に格納されているプログラムに従い、ＣＰＵ３０１によってプリンタ２００に関するデータ処理および動作制御を実行する。ＲＡＭ３０２は、ＣＰＵ３０１による処理実行の際に、ワークエリアとして用いられる。

キャリッジ２０１は、キャリッジ走査方向に延びるキャリッジシャフト２０７と摺動可能に係合し、キャリッジモータおよびその駆動力伝達機構（ともに不図示）によって往復移動される。また、キャリッジ２０１の移動経路に沿ってエンコーダスケール２０９が設けられ、キャリッジ２０１にはエンコーダスケール２０９を読み取るエンコーダセンサ２１１が設けられる。エンコーダセンサ２１１によって検出された信号は、フレキシブルケーブル２０６を介して制御回路３００に入力される。

キャリッジ２０１の位置は、エンコーダスケール２０９上の位置によって定義される。エンコーダスケール２０９上の位置は、原点からの移動距離をエンコーダセンサ２１１で読み取ることで求められる。原点は例えばキャリッジ２０１の物理的な突き当て位置で設定される。このような機構により、制御部３００はキャリッジ２０１の絶対的な位置（座標）を常に把握し、それによってインク吐出位置を適切に制御して記録メディア上の最適な位置に記録を行うことなどができる。

さらに、制御部３００は、インク残量用のセンサ部２０５から検出信号を受け取り、各インクタンクのインク残量を算出する機能を有する。以下にその手順を説明していく。

まず、センサ部２０５上をキャリッジ２０１が走査し、インクタンク１００の底部をセンシングすることによって得られた検出信号の例を図６に示す。制御部３００はROM３０３内にキャリッジ２０１上の各タンク（100Bk、100C、100M、100Y）のそれぞれの位置と、大きさについての情報をあらかじめ記憶するものとし、その情報をもとに、検出信号におけるインクタンク100Bk、100C、100M、100Yそれぞれの領域が決定される。

次に、それらの各タンク領域における検出信号をもとに、それぞれのインクタンクのインク残量が決定される。以下に、単独のインクタンクについてインク残量算出手順を詳細に説明する。

図７、図８にある一つのインクタンク１００についてインク残量検出を実行している状態を示す。図７は、キャリッジ２０１に搭載されたインクタンク１００の底面を、センサ部２０５がセンシングしている状態を側断面で示したもので、図８はその底面図を示す。ここで、センサ部２０５は発光素子２０５ａと受光素子２０５ｂからなる反射型光センサで、反射光量のピークから移動検出面１０７および固定検出面１０８の位置を認識する。センサ部２０５による検出位置１１６をキャリッジ２０１の走査によって徐々に変えていったときの検出軌跡を、検出ライン１１７として示している。

検出ライン１１７上で得られる受光強度分布を図９に示す。移動検出面１０７および固定検出面１０８の反射光に対応するピーク（それぞれＰ１およびＰ０と名付ける）が得られる。このピークＰ０、Ｐ１の位置は、キャリッジ２０１の位置座標から定義される。Ｐ０、Ｐ１の位置が定義できたことで、Ｐ０とＰ１の距離（以下、ピーク間距離と呼ぶ）ｄが計算できる。ピーク間距離はインク残量と対応しており、その距離が短いほど、インク消費が進んで移動検出面１０７が固定検出面１０８に近づいたことを意味し、インク残量が少ないと判断される。

図１０は、インクタンク１００について、空になった状態（インク残量０％）でインク残量検出を実行した時の受光強度分布を示す。この場合に得られるピーク間距離ｄ０は、インクタンク１００が空になった場合の想定値として、あらかじめプリンタ制御部３００内のROM３０３に記憶する。この情報を参照し、プリンタの制御部３００は、インクタンク１００から検出されたピーク間距離ｄがｄ０となった場合に、インクタンクが完全に空になったものと判断し、ユーザーに警告を行う。

図１１は、インクタンク１００について、満タンの状態（インク残量１００％）でインク残量検出を実行した時の受光強度分布を示す。ここで得られるピーク間距離ｄ１００はインクが満タンの場合の想定値として、プリンタ制御部３００内のROM３０３に記憶される。プリンタは搭載されたインクタンクから検出されたピーク間距離がｄ１００の場合は、インクタンクが満タンであると判断する。この満タンの状態を示すピーク間距離ｄ１００は、より正確を期すためにインクタンク１００そのものに対してインク消費開始前に実測した値を用いても良い。

インク残量とピーク間距離ｄが1次比例の関係にあれば、その対応関係は図１２のように表される。よって、ある時点でのインク残量ｘは、その時点で実測されたピーク間距離ｄｘと、上記のｄ０、ｄ１００の値とから、以下のような式で計算できる。

ｘ＝(ｄｘ−ｄ０)÷(ｄ１００−ｄ０)×100 [％]
また、これは、仮にインクの内容量などインクタンクの種類が異なったとしても、ｄ０、ｄ１００の値が分かっていれば同様の計算式を用いることができる。よって、例えばインクタンク100Bkとインクタンク100Cのように互いに内容量の異なるタンク同士についても同様に適用できる。

なお、インク残量とピーク間距離ｄの対応関係が図１２のような１次比例の関係にない場合でも、あらかじめその特徴を関数や対応テーブルとして情報化してプリンタ制御部３００のROM３０３に記憶することで、その情報をもとにある時点で実測されたピーク間距離ｄｘに対応するインク残量ｘをその都度計算できる。

以上のようなインク残量計算のためにプリンタ制御部３００内のROM３０３に記憶される予備情報、すなわち、インクタンク空の時のピーク間距離ｄ０や、インクタンク満タン時のピーク間距離ｄ１００、あるいはインク残量とピーク間距離ｄのより細かい対応関係などの情報は、必要に応じてインクタンクの種類ごとに個別の値が記憶される。例えば、内容量の大きい1Bkについては、満タン時のピーク間距離ｄ１００は他のインクタンクよりも大きい値が記憶される。また、特性が同じとみなせるインクタンク（例えば1C、1M、1Y）については情報を共通化することもできる。

また、プリンタ制御部３００内のROM３０３には、各インクタンクの最新のインク残量を記憶する領域を設け、その情報を随時更新する。そうすることで、インクタンクの交換が行われた場合も即座にそれを認識でき、正常印字のための制御にフィードバックすることなどができる。

図６のように実測された受光強度分布に対して、各インクタンクの領域ごとに上記で説明したインク残量算出手順を行う事で、全てのインクタンクについてインク残量を計算することができる。このようにして計算されたインク残量は、例えば図１３のような表示をユーザーインターフェース上で行うことで、具体的な数値（％）としてユーザーに報知される。この例の場合、残量の少ない100Cのインクタンクについてはインク切れが間近である旨が同時に警告される。

図１４にインクタンク1Mが未装着のままインク残量検出を行った場合のセンサ部２０５にえられた検出信号の例を示す。インクタンクが存在しない1Mタンクの領域からは、検出面の光反射がないので検出値にピークが現れない。制御部３００はこの情報を読み取って、1Mタンクが未装着であることを認識し、必要に応じてユーザーに警告を行う。

本発明を適用するインクタンクにおいて、構成の一部に情報記憶領域を有する場合は、その情報記憶領域に、インク残量検出における予備情報（例えば、インクタンク空の時のピーク間距離ｄ０、インクタンク満タン時に実測したピーク間距離ｄ１００）や最新のインク残量を記憶してもよい。そのようにインクタンク自身が情報を持つ事で、使いかけのインクタンクを別のプリンタ本体に再装着した場合でも、プリンタの制御部３００がその情報を参照し、そのインクタンクの特徴や使用状態を反映させて正確なインク残量検知を行うことができる。

本発明が用いられるインクタンクの構造例を示す斜視図である。 図１のインクタンクの構造を底面に垂直な切断面で示す。 本発明が用いられる記録装置の外観を模式的に示す斜視図である。 本発明が用いられるインクタンクの記録装置への装着状態を示す側断面図である。 本発明が用いられる記録装置の制御構成を示す模式図である。 本発明のインク残量検出による検出信号を示す。 本発明のインク残量検出をある一つのインクタンクに実施した状態を示す側断面図である。 図７の底面図を示す。 図７,８に示すインク残量検出から得られる検出信号を示す。 本発明のインク残量検出をある一つの空のインクタンクに実施した時に得られる検出信号を示す。 本発明のインク残量検出をある一つの満タンのインクタンクに実施した時に得られる検出信号を示す。 本発明のインク残量検出において、検出ピーク間の距離とインク残量の関係を示す。 本発明のインク残量検出の結果を表示した状態を示す。 本発明のインク残量検出を未装着のインクタンクがある状態で行った時の検出信号を示す。

符号の説明

１ インクタンク
２ タンクケース
３ インク
４ インク収容室
５ 可動板
６ バネ
７ 移動検出面
８ 固定検出面
９ 検出窓
１０ ラッチレバー
１１ 供給口
１４ インク流路
１００ インクタンク
100Bk ブラックインクタンク
100C シアンインクタンク
100M マゼンタインクタンク
100Y イエローインクタンク
１１０ ラッチレバー
１１１ 供給口
１１２ 第一係合部
１１３ 第二係合部
１１６ 検出位置
１１７ 検出ライン
２００ プリンタ
２０１ キャリッジ
２０２ 自動給紙装置
２０３ 排紙トレイ
２０４ 筐体
２０５ センサ部
２０５ａ 発光素子
２０５ｂ 受光素子
２０６ フレキシブルケーブル
２０７ キャリッジシャフト
２０８ 本体カバー
２０９ エンコーダスケール
２１１ エンコーダセンサ
２１２ キャリッジ側検出窓
２１３ インク導入口
２２０ インク吐出部
３００ 制御部
３０１ ＣＰＵ
３０２ ＲＡＭ
３０３ ＲＯＭ
Ｐ０ 固定検出面の検出信号のピーク
Ｐ１ 移動検出面の検出信号のピーク

Claims (12)

1. タンクケースと、前記タンクケースに一部を固定され、インクの消費とともに変形するインク収容袋と、前記インク収容袋に連動して一定方向に移動する可動部材と、前記可動部材の少なくとも一部に設けられた可動反射面と、前記タンクケースの少なくとも一部に設けられた固定反射面とを有することを特徴とするインクタンク。
2. 前記可動反射面と前記固定反射面は互いに平行で、かつ前記可動部材の移動方向と平行であることを特徴とする請求項１記載のインクタンク。
3. 前記可動反射面および前記固定反射面は、互いに略同一平面上にあることを特徴とする請求項１および２記載のインクタンク。
4. 反射光を検出するセンサと、請求項１〜３記載のインクタンクと前記センサの位置関係を変更できる位置変更手段とを備え、前記センサが前記可動反射面と前記固定反射面のそれぞれの位置を検出し、前記可動反射面と前記固定反射面との距離からインク残量を求めることを特徴とするインク残量検知手段およびそれを搭載する記録装置。
5. 前記位置変更手段は、請求項１〜３記載のインクタンクを搭載し、前記可動部材の移動方向と平行な方向に移動できることを特徴とする請求項４記載のインク残量検知手段およびそれを搭載する記録装置。
6. 前記可動反射面と前記固定反射面との距離を、前記センサにおける検出値のピーク間隔値から求めることを特徴とする請求項４および５記載のインク残量検知手段およびそれを搭載する記録装置。
7. 第一の所定値を記憶する記憶手段を有し、前記ピーク間隔値が前記第一の所定値になったときにインク残量が無くなったことを認識し、その旨を報知することを特徴とする請求項４〜６記載のインク残量検知手段およびそれを搭載する記録装置。
8. 第二の所定値を記憶する記憶手段を有し、前記ピーク間隔値が前記第二の所定値であるときにインク残量が満タンであることを認識し、その旨を報知することを特徴とする請求項４〜７記載のインク残量検知手段およびそれを搭載する記録装置。
9. 前記第二の所定値は、前記インクを消費する前に実測した前記ピーク間隔値であることを特徴とする請求項４〜８記載のインク残量検知手段およびそれを搭載する記録装置。
10. 前記ピーク間隔値の最新の値と前記第一の所定値と前記第二の所定値とからインク残量を計算し、その結果を報知することを特徴とする請求項４〜９記載のインク残量検知手段およびそれを搭載する記録装置。
11. 前記最新の値を記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項４〜１０記載のインク残量検知手段およびそれを搭載する記録装置。
12. 請求項１および２記載のインクタンクが情報記憶領域を有し、前記第一の所定値、前記第二の所定値、前記最新の値、のうちの１つ以上を前記情報記憶領域に記憶することを特徴とする請求項４〜１１記載のインク残量検知手段およびそれを搭載する記録装置。

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