JP2007176090A - インク吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インク袋の特にフル状態を精度よく検出することができるインク吐出装置を提供する。
【解決手段】インク吐出装置１０は、インク袋２０及び光学センサ４０等を備える。インク袋２０は、互いに対向する第１面と第２面とのそれぞれの周囲が互いに接着されることで袋状を呈して鉛直方向に配置され、可撓性を有し、下端部に流入口２６及び流出口２７を有し、インク吐出ヘッド１１に供給するインクを収容する。光学センサ４０は、インク袋２０の鉛直方向の中央部より上方の第１面の所定箇所の形状を検出する。
【選択図】図２

Description

この発明は、インク吐出ヘッドにインクを供給する可撓性を有するインク袋を備えたインク吐出装置に関する。

インク吐出装置は、簡単かつ鮮やかにカラー印刷することができ、ランニングコストが低いため、一般に広く使用されている。近年は特に、製造装置としてのインク吐出装置への関心が高まっている。例えば、インク吐出装置を用いて、液晶テレビのカラーフィルタや有機ＥＬを製造する研究がなされている。

一般的にインク吐出装置は、インクを貯留するメインタンクを脱着自在に備え、メインタンクからインク供給チューブを通してインクをインク吐出ヘッドに供給するように構成される。特に製造装置として用いられるインク吐出装置では、インクが大量に消費されるので、インク吐出ヘッドにインクを安定的に供給するために、メインタンクとインク吐出ヘッドとの間に、一時的にインクを貯留するサブタンクが備えられる。

サブタンク内には、可撓性を有するインク袋が備えられることが多く、この場合、インクはインク袋内に収容される。

上述のようなインク吐出装置において、サブタンクに用いられるインク袋内のインク量の検出手段として、種々の技術が知られている。

例えば、使用前にインク袋内に収容されたインク量から、吐出されたインク滴の量を、吐出の度に減算していくことでインク残量を検出するという技術が知られている。しかし、この技術では、１回の吐出毎に生じた誤差が蓄積されることで誤差が大きくなりやすく、正確にインク残量を検出することはできない。

そこで、インク袋の表面の変位量に応じて、インク袋内のインクの残量を検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。

特許文献１の技術では、可撓性を有するインク袋が鉛直方向に配置され、インク袋の中央部に検出板が貼り付けられる。そして、インク袋内のインク量の減少にともなって検出板が変位し、検出突起が検出器に接触することで、インク袋内のインクの残量がインク袋内に収容しているべき最小量になったエンプティ状態が検出される。

特許文献２の技術では、可撓性を有するインク袋が水平方向に配置され、インク袋の上面に沿って平板状の検出板が取り付けられる。そして、検出板の縁部を側方から検出することで、インク袋のエンプティ状態が検出される。

特許文献１及び２において、検出板は、インク袋の表面に沿って、インク袋の略中央部に取り付けられる。
特開２００１−２６０３９０公報 特開平６−９９５８８号公報

ところで、製造装置としてのインク吐出装置では、長時間連続して稼動させることが望ましいので、メインタンクからサブタンクにインクを充填する作業を、自動的に頻繁に行う必要がある。そのため、インク袋のエンプティ状態のみならず、インク袋内に収容すべき最大量のインクが収容されたフル状態も精度よく検出しなければならない。

しかし、上述の従来技術では、インク袋内のエンプティ状態を検出することしかできず、フル状態を検出することができない。

また、上述の従来技術では、検出板がインク袋の中央部に取り付けられているので、検出板の変位量が大きくなる。このため、インク袋のフル状態とエンプティ状態との両方を検出しようとすると、検出センサの検出エリアを大きくする必要がある。したがって、新たな光学系レンズの取り付け、又は、検出エリアが大きい検出センサを備えなければならなくなり、インク吐出装置が大型化する。

この発明の目的は、インク袋の特にフル状態を精度よく検出することができるインク吐出装置を提供することにある。

この発明の他の目的は、小型化できるインク吐出装置を提供することにある。

この発明のインク吐出装置は、上述の課題を解決するために以下のように構成される。

（１）この発明のインク吐出装置は、インク袋と、光学センサと、を備える。インク袋は、互いに対向する第１面と第２面とのそれぞれの周囲が互いに接着されることで袋状を呈して鉛直方向に配置され、可撓性を有し、下端部にインク流入口及びインク流出口を有し、インク吐出ヘッドに供給するインクを収容する。光学センサは、インク袋の鉛直方向の中央部より上方の第１面の所定箇所の形状を検出する。

この構成においては、インク袋は、可撓性を有し、鉛直方向に配置される。インク袋の第１面と第２面とは、エンプティ状態においては接近し、フル状態においては離間する。インク袋内に収容されたインクは重力によって下方に溜まるので、フル状態に近い状態においてインク袋内のインクが増減した場合、鉛直方向においてインク袋の中央部より上方の表面は、傾きの角度を変えながら（回転しながら）水平方向に変位する。

したがって、鉛直方向におけるインク袋の中央部の表面よりも、鉛直方向におけるインク袋の中央部より上方の表面の方が、フル状態に近い状態においてインク袋内のインクが増減した場合の変位量が大きくなる。

（２）この発明のインク吐出装置は、さらに固定部材を備える。固定部材は、第１面の所定箇所の高さと略同じ高さの第２面の部分を、インクの収容量にかかわらず変位しないように固定する。

この構成においては、インク袋内のインクの増減によるインク袋の形状の変化は、第１面側にのみ表れる。

（３）光学センサは、インク袋に収容されるべき最大量のインクが収容されたときのインク袋の所定箇所における水平方向の厚さに相当する検出エリアを有する。

この構成においては、光学センサの検出エリアの幅と、所定箇所の表面の最大変位量とが、略等しくなる。

（４）インク袋の第１面の所定箇所に立設された遮光部材をさらに備え、
光学センサは、遮光部材の変位量を検出することでインク袋の所定箇所の形状の変化量を検出する。

この構成においては、インク袋の鉛直方向の中央部より上方の第１面の所定箇所に、遮光部材が立設され、光学センサによって遮光部材の変位量が検出される。インク袋の鉛直方向の中央部より上方の第１面の所定箇所は、フル状態に近い状態においてインク袋内のインクが増減した場合の変位量が大きいので、この場合の遮光部材の変位量も大きくなる。さらに、光学センサによってインク袋の第１面を直接検出するよりも、立設された遮光部材を検出することで、光学センサの検出精度が向上する。

（５）この発明のインク吐出装置は、インク袋と、光学センサと、を備える。インク袋は、互いに対向する上面と下面とのそれぞれの周囲が互いに接着されることで袋状を呈して水平方向に配置され、可撓性を有し、水平面内の所定方向における第１の端部にインク流入口及びインク流出口を有し、インク吐出ヘッドに供給するインクを収容する。光学センサは、インク袋の所定方向の中央部より第１の端部方向の上面の所定箇所の形状を検出する。

この構成においては、インク袋は水平方向に配置され、水平面内の所定方向におけるインク袋の中央部より第１の端部方向の上面の所定箇所の形状が光学センサによって検出される。

インク袋が水平方向に配置され、フル状態に近い状態においてインク袋内のインクが増減した場合、水平面内の所定方向におけるインク袋の中央部より第１の端部方向の上面の所定箇所は、傾きの角度を変えながら（回転しながら）鉛直方向に変位する。

したがって、水平面内の所定方向におけるインク袋の上面の中央部より、所定方向におけるインク袋の中央部より第１の端部方向の上面の所定箇所の方が、フル状態に近い状態においてインク袋内のインクが増減した場合の変位量が大きくなる。

この発明によれば、以下の効果を奏することができる。

（１）インク袋を鉛直方向に配置した場合に、鉛直方向におけるインク袋の中央部より上方の所定箇所の形状を検出することで、インク袋のフル状態を精度よく検出することができる。

また、エンプティ状態とフル状態との間のインク袋の表面の変位量は、鉛直方向におけるインク袋の中央部と比較して、中央部より上方の箇所の方が小さいので、中央部より上方の所定箇所の形状を検出することで、光学センサによる検出エリアを小さくすることができる。したがって、インク吐出装置を小型化することができる。

（２）第１面の所定箇所の高さと略同じ高さの第２面の部分をインクの収容量にかかわらず変位しないように固定することで、インク袋内のインクの増減によるインク袋の形状の変化を、第１面側にのみ表すことができる。また、インク袋内のインク量が減少した場合でも、少なくとも所定箇所ではインク袋の倒れ込みを防ぐことができる。したがって、インク袋のフル状態及びエンプティ状態をより精度よく検出することができる。

（３）必要最小限の大きさの検出エリアを有する光学センサを用いることで、インク吐出装置を小型化することができる。

（４）フル状態に近い状態においてインク袋内のインクが増減した場合の遮光部材の変位量が大きく、さらに、遮光部材はインク袋の第１面に立設されているので、光学センサによる検出精度を向上させることができる。

（５）インク袋を水平方向に配置した場合に、水平面内の所定方向におけるインク袋の中央部より第１の端部方向の上面の所定箇所の形状を検出することで、インク袋のフル状態を精度よく検出することができる。

以下に、この発明を実施するための最良の形態について、図面に基づいて説明する。図１は、この発明の実施形態に係るインク吐出装置１０の概略の構成を示す図である。

インク吐出装置１０は、インク吐出ヘッド１１、メインタンク１２、サブタンク１３、加圧ポンプ１４、及び、減圧ポンプ１５などを備えている。

インク吐出装置１０が製造装置として用いられる場合は、インクとして製品を製造するための液体材料が用いられ、インク吐出装置１０が画像記録装置として用いられる場合は、インクとして画像記録用の液体材料が用いられる。

メインタンク１２は、加圧室１７及びインク室１８を備えている。インク室１８は、可撓性を有するフィルムで形成され、気密性が高い加圧室１７内に収容されている。加圧室１７内の気圧は、加圧ポンプ１４によって調整される。加圧室１７内の気圧が高められることで、インク室１８内のインクが流出する。

メインタンク１２は、インク吐出装置１０の本体に対して着脱自在に構成されている。メインタンク１２には、図示されていないインク残量検出器が設けられており、メインタンク１２内のインク量が所定量より少なくなると、ユーザーに注意喚起される。メインタンク１２は、インク残量が少なくなると、インクが充填された別のメインタンクと交換される。

サブタンク１３は、圧力室１９及びインク袋２０を備えている。インク袋２０は、可撓性を有する材料で形成され、気密性が高い圧力室１９内に収容されている。圧力室１９内の気圧は、減圧ポンプ１５によって調整される。

サブタンク１３は、流入口２６及び流出口２７を有する。流入口２６は、サブタンク１３のインク袋２０とインク供給チューブ２１で接続されており、メインタンク１２から流出されたインクは、流入口２６を通してサブタンク１３のインク袋２０内に供給される。インク供給チューブ２１の中間には閉止弁２３が接続されている。流入口２６はこの発明のインク流入口に相当する。流出口２７はこの発明のインク流出口に相当する。

サブタンク１３の流出口２７とインク吐出ヘッド１１とは、インク供給チューブ２２で接続されている。インク袋２０内のインクは、流出口２７を通ってインク吐出ヘッド１１に供給される。サブタンク１３の構造の詳細については後述する。

インク吐出ヘッド１１は、図示されていないキャリッジに搭載されている。キャリッジが水平方向に移動することで、記録媒体１６の所望の位置に、インク吐出ヘッド１１からインクが吐出される。

インク吐出装置１０は、キャップ２４及び減圧ポンプ２５をさらに備えている。キャップ２４は、不使用時のインク吐出ヘッド１１に被せられる。このとき、減圧ポンプ２５がキャップ２４内を減圧することでキャップ２４内が負圧となり、インク吐出ヘッド１１からインクが排出される。

つぎに、インクをメインタンク１２からインク吐出ヘッド１１へと導く初期充填の工程について説明する。

まず、閉止弁２３を閉じる。次に、インク吐出ヘッド１１をキャップ２４と当接する位置へ移動し、インク吐出ヘッド１１をキャップする。この状態で減圧ポンプ２５を稼動させ、インク吐出ヘッド１１を介してインク供給チューブ２２及びサブタンク１３内に残留しているエアを排出する。この状態で時間が経過すると、サブタンク１３は大気圧に押しつぶされた状態となる。

この状態で閉止弁２３を開弁すると、メインタンク１２のインクが、インク供給チューブ２１を通ってサブタンク１３へ流れ込み、さらにインク供給チューブ２２を通ってインク吐出ヘッド１１まで流れ込む。

ここで、減圧ポンプ２５を止め、キャップ２４内の気圧が大気圧近傍になるまで待機する。その後、インク吐出ヘッド１１をアンキャップする。

次に、加圧ポンプ１４を稼動させ、加圧室１７内を加圧し、閉止弁２３を開く。サブタンク１３のインクレベルがフル状態となると、閉止弁２３を閉じ、加圧ポンプ１４を停止させ、加圧室１７が大気圧に戻り、インク充填が完了する。

上述のように、メインタンク１２とインク吐出ヘッド１１との間に、可撓性を有するインク袋２０を備えたサブタンク１３を介在させることで、気泡の混入を抑制しながらインク供給系にインクを充填することができる。

インク吐出装置１０では、インク吐出ヘッド１１の水頭差は、サブタンク１３との高さの差で定まる。キャリッジ動作等によってインク吐出ヘッド１１のノズルからインクが流出しないように、インク吐出ヘッド１１はサブタンク１３より上方に位置されることで、インク吐出ヘッド１１の水頭差は負圧に維持されている。なお、インク吐出ヘッド１１がサブタンク１３より下方に位置される場合は、インク袋２０を圧力室１９内に密閉状態で収納し、減圧ポンプ１５を用いて圧力室１９を負圧に保つことで、インク吐出ヘッド１１に所定の負圧を与えてもよい。

もし、インク袋２０の剛性が高いなどによって、サブタンク１３内のインク袋２０の内圧が大気圧より高くなると、インク吐出ヘッド１１は負圧の水頭差を得ず、ノズルからインクが流出し、記録媒体１６を汚すことになる場合がある。

また、インク吐出装置１０をカラーフィルタ製造装置として用いる場合は特に、インク吐出ヘッド１１のノズルから吐出するインク滴の体積について、非常に高い精度が求められる。インク吐出ヘッド１１から吐出するインク滴の体積は、水頭差によっても変動するので、インク滴を高精度に吐出するためには水頭差の変動を少なくすることが望ましい。

このため、インク袋２０は、内部の圧力が圧力室１９内の圧力に容易に追随し、圧力室１９内が大気圧以下である場合にインク袋２０内の圧力が大気圧以上にならないような可撓性を有することが必要である。

図２は、サブタンク１３の構成を示す正面視における断面図である。図３は、サブタンク１３の構成を示す側面視における断面図である。

インク袋２０は、互いに対向する２枚のフィルムの周囲２８が熱溶着によって接着されることで、袋状に形成されている。２枚のフィルムのそれぞれは、可撓性及びガスバリア性を有する。インク袋２０を構成するフィルムは、インク袋２０の内側から、ＭＤＰＥ（中密度ポリエチレン）、アルミニウム及びナイロンの層からなり、互いがアルミニウム蒸着されることで構成されている。このため、インク袋２０内に収容されたインクの溶存空気量の増加が抑制される。なお、フィルムの上述の各層は、アルミニウム蒸着されることに限定されず、ラミネートされてもよい。

インク袋２０は、この実施形態では鉛直方向に配置され、流入口２６及び流出口２７が下端部に設けられている。サブタンク１３の下端部にはフランジ部２９が設けられている。フランジ部２９は、プラスチックで形成されており、インク供給針の挿入及び抜去が自在にされている。フランジ部２９の所定の箇所にインク供給針が挿入されることで、流入口２６とインク供給チューブ２１とが接続され、及び、流出口２７とインク供給チューブ２２とが接続される。なお、インク供給針によらず、Ｏリングなどによって接続する構成にしてもよい。

インク袋２０の第１面に、検出板３０が、両面テープによって接着されている。検出板３０は、インク袋２０の第１面上に鉛直方向に立設されており、インク袋２０の第１面に対して水平方向に突出している。検出板３０は、光を遮る性質を有する材料で形成されている。検出板３０はこの発明の遮光部材に相当する。なお、検出板３０は、エポキシ系接着剤などによってインク袋２０の第１面に接着されてもよい。

検出板３０は、インク袋２０の鉛直方向の寸法をＬとすると、鉛直方向においてインク袋２０の中央部より０．２Ｌ上方の位置が中心位置となるように、インク袋２０の第１面に配置されている。この実施形態では、インク袋２０の第１面のうち、中央部より０．２Ｌ上方の検出板３０が配置された位置が、この発明の所定箇所に相当する。

この実施形態では、インク袋２０の容量は約１８ｍＬである。インク袋２０の横寸法は４７ｍｍで、縦寸法は４８ｍｍである。この実施形態では、検出板３０は、鉛直方向におけるインク袋２０の中央部より約９．６ｍｍ上方に配置されている。なお、検出板３０は、鉛直方向において、インク袋２０の中央部より０．１Ｌ〜０．２Ｌ上方の位置が中心位置となるように、インク袋２０の第１面に配置されていてもよい。

また、この実施形態では、インク袋２０の厚さ方向に直交する方向である幅方向において、すなわち、図２における紙面の左右方向において、検出板３０は略中央部に配置されている。

インク袋２０について、第１面の検出板３０が接着された箇所の高さと略同じ高さの第２面の部分が、インクの収容量にかかわらず変位しないように、固定部材３３を介して板材３４に固定されている。これによって、この実施形態では、検出板３０は、水平方向に最大で約１０ｍｍ変位する。

サブタンク１３の圧力室１９の側壁には、検出板３０と同じ高さの位置に、窓３１，３２が設けられている。そして、窓３１，３２を通して検出板３０を検出可能な位置に、発光素子４１と受光素子４２とからなる光学センサ４０が配置されている。発光素子４１と受光素子４２とは、略同じ高さに配置されている。

発光素子４１として、指向性が高いレーザを発するものが好ましい。光学センサ４０として、検出エリアの水平方向の幅が約１０ｍｍのものが使用されている。光学センサ４０の検出エリアの幅と検出板３０の最大変位量とが略等しくなる光学センサ４０を用いることで、光学センサ４０の検出エリアが必要最小限の大きさとなり、インク吐出装置１０の小型化を図ることができるようになる。

インク袋２０内のインクが増減することでインク袋２０の第１面が変位すると、それにともなって検出板３０も水平方向に変位する。検出板３０が変位することで、検出板３０による光学センサ４０の検出エリアの遮光面積が変化し、受光素子４２で受光される光量が変化する。検出板３０で遮光された光量を光学センサ４０で測定することで、検出板３０の変位量が測定され、インク袋２０内のインク量が検出される。

なお、この実施形態では、検出板３０の変位量を検出することでインク袋２０の第１面の所定箇所の変位量を間接的に検出しているが、光学センサ４０によってインク袋２０の第１面の所定箇所の変位量を直接的に検出してもよい。

図４は、鉛直方向に配置されたインク袋２０の形状変化の仕方を示す図である。図４（Ａ）はフル状態のインク袋２０の形状を示し、図４（Ｂ）はフル状態とエンプティ状態との間の状態のインク袋２０の形状を示し、図４（Ｃ）はエンプティ状態のインク袋２０の形状を示す。

ここで、エンプティ状態とは、インク吐出装置１０の動作時にインク袋２０内に収容されているべき最小量のみのインクが収容された状態をいい、フル状態とは、インク吐出装置１０の動作時にインク袋２０内に収容されるべき最大量のインクが収容された状態をいうものとする。

インク袋２０内に収容されたインクには、図４におけて矢印３５で示す方向の重力が作用する。インク袋２０の流入口２６及び流出口２７は、インク袋２０の下端部に配置されている。

図４（Ａ）に示すように、フル状態では、インクはインク袋２０の下部及び上部の両方に収容される。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、フル状態に近い状態でインク袋２０内のインク量が増減すると、鉛直方向においてインク袋２０の中央部に比べて、中央部より上方の部分の方が、インク袋２０の表面の変位量が大きくなる。

また、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、フル状態に近い状態及びエンプティ状態に近い状態でインク袋２０内のインク量が増減すると、鉛直方向においてインク袋２０の中央部の表面は略角度を変えずに水平方向に変位するのに対して、中央部より上方の部分は、傾きの角度を変えながら水平方向に変位する。

インク袋２０内のインクは重力の影響によって下方に溜まるので、特にフル状態に近い状態において、鉛直方向における中央部の表面に比べて中央部より上方の表面の方が、水平方向への変位量が大きく、角度の変化が大きい。このため、特にフル状態において、検出精度が向上する。

図５は、インク袋２０内のインク量と水頭差との関係を示す図である。

この実施形態では、インク袋２０の場合、インク吐出ヘッド１１によるインクの吐出精度を高く保つために、エンプティ状態とフル状態との水頭差を０．２ｋＰａ以内にするものとする。

この実施形態で用いられるインク袋２０では、水頭差を０．２ｋＰａ以内にできるので、インク袋２０内のインク量が３ｍＬ以上９ｍＬ以下の範囲内にあるときである。したがって、この実施形態では、インク袋２０のフル状態は９ｍＬ、インク袋２０のエンプティ状態は３ｍＬに設定される。

図６は、インク袋２０内のインク量と光学センサ４０で測定される光量との関係を示す図である。図６において、縦軸の光量は、光学センサ４０が検出する光量の最大値を１００％としている。また、実線は、この実施形態に係るインク吐出装置１０におけるインク量と光量との関係を示している。破線は、比較例であって、検出板３０が鉛直方向におけるインク袋の中央部に配置された従来の構成に係るインク吐出装置におけるインク量と光量との関係を示している。上述のように、この実施形態に係るインク吐出装置１０では、インク袋２０の鉛直方向の寸法をＬとするとき、検出板３０は、鉛直方向においてインク袋２０の中央部より０．２Ｌ上方に配置されている。なお、図６に示したデータは、実験を５回ずつ行ったときの平均値を示している。

図６において、傾き＝Δ光量／Δインク量、の関係が成立することから、Δインク量＝Δ光量／傾きの関係が成立する。ここで、“Δ”は、差分を表す。このため、傾きが大きいほど、光量に対するインク量の誤差は小さくなり、インク量を精度よく検出することができると言える。言い換えれば、傾きが大きいほど、インク量の変化が光量に大きく反映されやすいと言える。

この実施形態では、インク袋２０のフル状態を９ｍＬに設定しているので、８ｍＬ〜１０ｍＬのときにインク容量を精度よく検出する必要がある。図６から分かるように、インク容量８ｍＬ〜１０ｍＬにおいて、傾き（Δ光量／Δインク量）は従来例より実施例の方が大きい。

また、この実施形態では、インク袋２０のエンプティ状態を３ｍＬに設定しているので、２ｍＬ〜４ｍＬのときにインク容量を精度よく検出する必要がある。図６から分かるように、図６から分かるように、インク容量２ｍＬ〜４ｍＬにおいても、傾き（Δ光量／Δインク量）は従来例より実施例の方が大きい。

以上の結果から、インク袋２０が鉛直方向に配置され、インク袋２０のフル状態およびエンプティ状態を検出するとき、検出板３０は、鉛直方向におけるインク袋２０の中央部より０．２Ｌ上方に配置されている方が、鉛直方向におけるインク袋２０の中央部に配置されている場合より、精度がよくなるということが分かる。

つぎに、検出板３０は鉛直方向におけるインク袋２０の中央部より０．２Ｌ上方に配置されている方が、鉛直方向におけるインク袋２０の中央部に配置されている場合より、インク袋２０のフル状態およびエンプティ状態を精度よく検出できることの原理について考察する。

図７は、インク袋２０内のインク量が変化したときの検出板３０の変位の過程を示す図であり、図７（Ａ）は、インク袋２０の側面図であり、図７（Ｂ）〜図７（Ｄ）は、図７（Ａ）の一部拡大図である。図７（Ｂ）はエンプティ状態の検出板３０の位置を示し、図７（Ｄ）はフル状態の検出板３０の位置を示し、図７（Ｃ）はエンプティ状態とフル状態との間における検出板３０の位置を示している。光学センサ４０は、図７における紙面に垂直な方向に、発光素子４１から受光素子４２へ向けて発光している。

従来では、検出板３０は、インク袋２０の鉛直方向の中央部に配置される。このため、インク袋２０内のインク量が増減した場合、検出板２０は変位時に角度を変えることなく即ち回転運動をすることがなく、水平移動のみ行う。

これに対して、この実施形態に係るインク吐出装置１０では、インク袋２０内のインク量が増加するにつれて、検出板３０は、インク袋２０の厚さ方向（図７における左右方向）に水平移動するとともに、回転運動している（傾きの角度を変えながら水平方向に変位している。）。

検出板３０の回転運動は、インク袋２０が可撓性を有しており、インク袋２０の第１面２０Ａがインク量に応じて撓んでいるために起こる。

検出板３０の回転運動の回転中心は検出エリア４３の中心線上にはなく、インク袋２０の幅方向（図７の左右方向）におけるインク袋２０の中心方向へずれているので、検出板３０による検出エリア４３の遮光面積の変化量は、単に平行移動する場合より増加する。

具体的には、インク袋２０内へのインクの流入過程において、エンプティ状態からフル状態へ移行するとき、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）、図７（Ｄ）をこの順に参照して、検出板３０は、傾いていない状態から、角度α、角度β（α＜β）と次第に大きい角度で傾き、検出板３０が回転運動をともないながら水平移動する。インク袋２０からのインクの流出過程においても同様に、検出板３０は、回転運動をともないながら水平移動する。

インク袋２０のフル状態およびエンプティ状態を精度よく検出するためには、Δ光量／Δインク量の値が大きい、即ち、インク量の変化量に対する光量の変化量が大きい方がよいので、検出板３０による検出エリア４３の遮光面積の変化量が大きい方がよい。

インク袋２０へのインク流入過程おいて、フル状態近傍で検出板３０の角度の変化量が大きいほど、遮光面積の変化量も大きくなり、インク袋２０内のインク量の検出精度が向上する。同様に、インク袋２０からのインク流出過程おいて、エンプティ状態近傍で検出板３０の角度の変化量が大きいほど、遮光面積の変化量も大きくなり、インク袋２０内のインク量の検出精度が向上する。したがって、インク吐出装置１０は、フル状態およびエンプティ状態を精度よく検出することができる。

図８は、検出板３０の回転運動についての説明図であり、図９は、検出板３０の回転角度θと検出板３０による検出エリア４３の遮光面積の増加率との関係を示す図である。

検出板３０の回転中心は、インク袋２０の第１面２０Ａの撓み変形によって任意の点に存在する。ここでは、図８に示すように、検出板３０は所定の１点に回転中心があると仮定し、角度θをもって回転するとして、回転による検出エリア４３の遮光面積の増加率をシミュレーションした。その結果を図９に示す。例えば、検出板３０が２０度回転すると、遮光面積は約５％増加している。

図９に示すシミュレーションの結果から、検出板３０が回転運動することによって遮光面積の変化量は増加し、インク量の検出精度が向上することが分かる。

図１０は、検出板３０の取り付け位置と検出精度との関係についての説明図である。図１０では、横軸に示す検出板３０の取り付け位置として、鉛直方向におけるインク袋２０の中央部からの距離Ｘを示している。

上述のように、検出板３０が鉛直方向における中央部から０．２Ｌ上方のインク袋２０の第１面２０Ａに配置されることで、中央部の表面に配置される場合より、フル状態及びエンプティ状態の検出精度が向上する。

検出板３０が鉛直方向における中央部から０．１Ｌ〜０．２Ｌ上方のインク袋２０の第１面２０Ａに配置されることで、中央部に配置される場合より、フル状態及びエンプティ状態の検出精度が向上することを、図１０を用いて模式的に説明する。

インク袋２０内のインク量を検出するとき、検出板３０を取り付ける位置の違いによって、以下の２つのことが言える。

（１）インク袋２０の厚み方向（水平方向）の変形量は、鉛直方向の中央部が最も大きく、中央部から離間するに従って小さくなる。この関係を、図１０において直線Ｆ（Ｘ）で示す。

（２）インク袋２０内のインク量の増減（インクの流出入）過程において、インク袋２０内に収容されたインクは、重力の影響によってインク袋２０の下部に溜まりながら流出入するので、インク袋２０がフル状態に近い状態においては、検出板３０が中央部より上方に取り付けられた場合の方が、中央部に取り付けられた場合よりも、検出精度が向上する（図４及び図７参照）。この関係を図１０において直線Ｇ（Ｘ）で示す。

上述のＦ（Ｘ）及びＧ（Ｘ）の関係を重ね合わせると、図１０の曲線Ｈ（Ｘ）のように表せる。その結果、検出板３０を、インク袋２０の中央部に取り付けるよりも、中央部より０．１Ｌ〜０．２Ｌ上方の位置に取り付けた場合の方が、検出精度が向上することが分かる。

図１１は、鉛直方向における検出板３０の取り付け位置と、検出精度との関係についての実験結果を示す図である。

図１１では、検出板３０を鉛直方向の中央部に配置したときを基準として、検出板３０を中央部に配置した場合より検出精度がよいときを○、同程度のときを△、悪いときを×とした。ここでの検出精度は、Δ光量／Δインク量で測定している。

図１１に示す実験結果から、検出板３０が鉛直方向における中央部より０．１Ｌ〜０．２Ｌ上方の位置に取り付けられたときに、中央部に取り付けられた場合よりも検出精度がよくなることが分かる。

インク吐出装置１０によれば、インク袋２０を鉛直方向に配置する場合に鉛直方向におけるインク袋２０の中央部より上方の第１面に検出板３０を配置することで、フル状態に近い状態においてインク袋２０内のインクが増減した場合に、検出板３０が回転しながら水平方向に変位するので、検出板３０の変位量を大きくできる。したがって、インク袋２０のフル状態を精度よく検出することができる。

また、エンプティ状態とフル状態との間の変位量は、鉛直方向におけるインク袋２０の中央部の第１面と比較して、中央部より上方の第１面の方が小さいので、光学センサ４０の検出エリア４３を小さくすることができる。したがって、インク吐出装置１０の小型化を図ることができる。

さらに、インク袋２０の鉛直方向の寸法をＬとするとき、検出板３０を、鉛直方向においてインク袋２０の中央部より０．１Ｌ〜０．２Ｌ上方のインク袋２０の第１面に配置することで、フル状態に近い状態における検出板３０の変位量が大きくなるので、インク袋２０のフル状態をより精度よく検出することができる。

また、第１面の検出板３０が接着された箇所の高さと略同じ高さの第２面の部分を、インクの収容量にかかわらず変位しないように、固定部材３３を介して板材３４に固定することで、インク袋２０内のインクの増減によるインク袋２０の第１面２０Ａの変化を、検出板３０が配置された第１面２０Ａにのみ表すことができる。また、インク袋２０内のインク量が減少した場合でも、少なくとも検出板３０が配置された位置ではインク袋２０の倒れ込みを防ぐことができる。したがって、インク袋２０のエンプティ状態及びフル状態を、より精度よく検出することができる。

さらに、必要最小限の大きさの検出エリア４３を有する光学センサ４０を用いることで、インク吐出装置１０のさらなる小型化を図ることができる。

また、インク吐出装置１０では、フル状態及びエンプティ状態の検出のみに限らず、任意のタイミングで全ての状態のインク袋２０内のインク量を、光学センサ４０によって測定することができる。

インク吐出装置１０は、フル状態を精度よく検出できるので、インク袋２０にインクを補給する作業を自動的に精度よく行うことが可能になる。したがって、画像形成用の一般的なインク吐出装置だけでなく、長時間の稼動を必要とする製造装置としてのインク吐出装置としても利用できる。

なお、上述の実施形態では、インク袋２０を鉛直方向に配置する場合について説明したが、水平方向に配置した場合でも、インク袋２０のフル状態及びエンプティ状態を精度よく検出することができる。この場合、流入口２６及び流出口２７は、水平面内の所定方向におけるインク袋２０の第１の端部に設けられる。

インク袋２０を水平方向に配置したとき、インク袋２０には周囲２８に接着部があり、インク袋２０は可撓性を有するため、インク袋２０の第１面（上面）２０Ａのうち、上述の所定方向における中央部以外の箇所の表面は、インク袋２０内のインク量が増減するときに、傾きの角度を変えながら鉛直方向に変位する。このため、インク袋２０を水平方向に配置した場合も鉛直方向に配置した場合と同様に、インク袋２０内のインク量が増減するときに、図７に示すように検出板３０は回転運動しながら鉛直方向に変位するので、検出板３０が検出エリア４３を遮光する面積の変化量は大きくなる。

また、インク袋２０内のインク量が増減するときに、インクは重力によってインク袋２０の下部に溜まり、第１の端部と反対側のインク袋２０の上面と第１の端部側のインク袋２０の上面とでは第１の端部側の上面の方が傾きの角度の変化量が大きくなる。このため、検出板３０を第１の端部側のインク袋２０の上面に配置した方が、検出板３０が大きく回転しながら変位することになる。したがって、インク袋２０を水平方向に配置するときは、上述の所定方向において中央部より第１の端部側に検出板３０を取り付けることで、インク袋２０内のインク量の検出精度を向上させることができる。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施形態に係るインク吐出装置の概略の構成を示す図である。 サブタンクの構成を示す正面視における断面図である。 サブタンクの構成を示す側面視における断面図である。 鉛直方向に配置されたインク袋の形状変化の仕方を示す図であり、（Ａ）はフル状態のインク袋の形状を示し、（Ｂ）はフル状態とエンプティ状態との間の状態のインク袋の形状を示し、（Ｃ）はエンプティ状態のインク袋の形状を示す。 インク袋内のインク量と水頭差との関係を示す図である。 インク袋内のインク量と光学センサで測定される光量との関係を示す図である。 インク袋内のインク量が変化したときの検出板の変位の過程を示す図であり、（Ａ）はインク袋の側面図であり、（Ｂ）〜（Ｄ）は（Ａ）の一部拡大図である。 検出板の回転運動についての説明図である。 検出板の回転角度と検出板による検出エリアの遮光面積の増加率との関係を示す図である。 検出板の取り付け位置と検出精度との関係についての説明図である。 鉛直方向における検出板の取り付け位置と、検出精度との関係についての実験結果を示す図である。

符号の説明

１０ インク吐出装置
１１ インク吐出ヘッド
１２ メインタンク
１３ サブタンク
２０ インク袋
２０Ａ （インク袋の）第１面
２６ 流入口（インク流入口）
２７ 流出口（インク流出口）
２８ 周囲
３０ 検出板（遮光部材）
３３ 固定部材
３４ 板材
４０ 光学センサ
４１ 発光素子
４２ 受光素子
４３ 検出エリア

Claims (7)

1. 互いに対向する第１面と第２面とのそれぞれの周囲が互いに接着されることで袋状を呈して鉛直方向に配置され、下端部にインク流入口及びインク流出口を有し、インク吐出ヘッドに供給するインクを収容する可撓性を有するインク袋と、
   前記インク袋の鉛直方向の中央部より上方の前記第１面の所定箇所の形状を検出する光学センサと、を備えたことを特徴とするインク吐出装置。
2. 前記第１面の前記所定箇所の高さと略同じ高さの前記第２面の部分を、前記インクの収容量にかかわらず変位しないように固定する固定部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のインク吐出装置。
3. 前記光学センサは、前記インク袋に収容されるべき最大量のインクが収容されたときの前記インク袋の前記所定箇所における水平方向の厚さに相当する検出エリアを有することを特徴とする請求項１または２に記載のインク吐出装置。
4. 前記インク袋の前記第１面の前記所定箇所に立設された遮光部材をさらに備え、
   前記光学センサは、前記遮光部材の変位量を検出することで前記インク袋の前記所定箇所の形状の変化量を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインク吐出装置。
5. 互いに対向する上面と下面とのそれぞれの周囲が互いに接着されることで袋状を呈して水平方向に配置され、水平面内の所定方向における第１の端部にインク流入口及びインク流出口を有し、インク吐出ヘッドに供給するインクを収容する可撓性を有するインク袋と、
   前記インク袋の前記所定方向の中央部より前記第１の端部方向の前記上面の所定箇所の形状を検出する光学センサと、を備えたことを特徴とするインク吐出装置。
6. 前記光学センサは、前記インク袋に収容されるべき最大量のインクが収容されたときの前記インク袋の前記所定箇所における鉛直方向の厚さに相当する検出エリアを有することを特徴とする請求項５に記載のインク吐出装置。
7. 前記インク袋の前記所定箇所に立設された遮光部材をさらに備え、
   前記光学センサは、前記遮光部材の変位量を検出することで前記インク袋の前記所定箇所の形状の変化量を検出することを特徴とする請求項５または６に記載のインク吐出装置。

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