JP2010012775A - インクタンクおよび液体収納容器 - Google Patents

Abstract

【課題】収納するインクの光学的な検知に供するために、底面よりインク収納空間の内方にプリズム状部分を有したインクタンクにおいて、当該プリズム上部分の斜面に光学的残量検知の妨げとなるインク溜まりが残らないようにする。
【解決手段】インク量検知で光源として用いられる光、特に赤外光の波長よりも小さいピッチの溝をプリズム状部分の斜面に沿って複数形成しておく。収納するインクが十分少なくなって、プリズム状部分が露出したとき、斜面のインクは毛管力によって保持される。このとき、インクの量が溝の容積を越えていると、これを保持する毛管力はないため、余剰インクであるインク溜まりはインク界面まで滑り落ちる。検出光源の波長より短いピッチの溝が形成された面は、光学的に平面と見なすことができるため、信頼性の高い検出が可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット記録装置に用いられる記録用液体としてのインクを直接収納する室を備えたインクタンクおよび液体収納容器に関するものである。

インクジェット記録装置に用いられるインクタンク内に貯留されるインクの量ないしはインクの有無を検出する方法として、光学的な手法によって検出を行う方法が知られている。一構成例として特許文献１がある。このインクタンクは、発光部と受光部とがインクタンクを挟んで対向して配置されており、インクタンクを通過する光の有無を検出する構成を開示している。一方、インクタンクの内壁にプリズム部を設け、インクの有無による光の屈折の差を利用し発光部からの光がプリズム部分で反射して受光部に到達するか否かを検出する構成を開示するものとして、例えば特許文献２や特許文献３等がある。

図３（ａ）および（ｂ）はプリズムを搭載したインクタンクの基本的な構成例を示し、同図（ａ）はその全体構成を示す断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）中のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線断面図である。このインクタンクは、負圧発生部材用の収納室７０４と液体収納室７０７とを備え、不図示のインクジェット記録ヘッドに対し分離可能に装着されるものである。負圧発生部材収容室７０４は、負圧発生部材７０１を収容するとともに、インクジェット記録ヘッドに対する液体供給口７０２と、収納するインクの消費に伴って外気を導入する大気連通部７０３とを有している。液体収納室７０７は、負圧発生部材収納室７０４と連通する連通部７０５を備えるとともに実質的な密閉空間を形成し、インクをそのまま貯留する容器である。この液体収納室７０７の底面に、収納された液体（インク）７０６の有無を検出するのに利用されるプリズム７００が設けられている。

図４は、このプリズム７００を用いたプリズム型検出機構を説明するための図であり、インクタンクの底面に設けられたプリズム７００とそのプリズム７００に光を照射する発光素子８０８および反射光を受光する受光素子８０９の位置関係が示されている。

図に示すように、プリズム７００はインクタンクの底面８１０と一体にモールド成形により設けられている。プリズム７００の断面形状は、２つの斜面８０４が９０°の角度をなすものとなっている（図３（ｂ））。インクタンクの基本肉厚は１．７ｍｍ〜２．０ｍｍであり、プリズム７００は９０°の角度をなす頂点がインクタンクの内部に底面８１０の内面から高さ３．２ｍｍ突出しているものとする。

プリズム７００には、インクタンクの外部下方より発光素子８０８からの光が入射する。ここで、インクタンクの内部にインクが充分に収納され、プリズム７００の表面にインクが接している場合には、プリズム７００への入射光は、（１）から（２’）という光路を辿り、プリズムの斜面８０４からインク内に吸収され、受光素子８０９には戻らない。これに対し、インクタンク内のインクが消費され、プリズム７００の表面にインクが接しなくなると、プリズム７００への入射光はインクとの界面であったプリズム斜面８０４で反射され、（１）から（２）、さらに（３）で示す光路を経て受光素子８０９へと至る。このように、発光素子８０８から照射された光がインクの存否に応じて受光素子８０９に戻ってくるか否かにより、インクの有無を検出することができる。

なお、発光素子８０８および受光素子８０９は通常、記録装置本体側に設けられる。また実際の系では、バックグラウンド光の影響などを考慮し、閾値を設けて反射光量がその値を超えているか否かで判定することが一般的に行われている。

近年インクジェット記録装置においては、高品位・高速度の画像形成とともに、装置自体やランニングコストの低廉化が求められている。上述のようなプリズム型検出機構は、時折発生するインク残量不足を警告するために用いられるものであり、品位や速度など記録装置の基本性能自体を決定するものでない。しかしその構成は簡単であり、またその機構があることによって、インク切れが原因の印刷のやり直しによるインクや記録媒体などの消耗材の浪費や、時間の無駄を省く効果は非常に高い。その意味で、上述のプリズム型検出機構は、インクタンク内のインクのレベルまたはインクの有無を検出する構成として合理的なものであると言い得るものである。

このように光学的な検知を行う際には、インクタンクの内壁に残存するインク滴の存在が課題となる。すなわち、光学検知の光学経路上にインク滴が存在すると、インクがなくなっているにもかかわらず、光がプリズムで反射されずインクがないと判断できない。
例えば、特許文献１では、インクタンクの内面に溝を設け、インクの滴が内壁に留まらないように積極的に流し落とすようにした構成が提案されている。また、特許文献４では、プリズムの斜面に撥水処理を施すことでインク滴の付着が生じにくくすることが提案されている。

このようなインクタンクの内壁への溝加工やプリズムの斜面の撥水処理は、光学的な検知に影響を与えるようなインク滴が加工面に存在しないようにする技術である。

しかしながら、このような対処が施されても、収納するインクの種類（例えば顔料インク）によって期待どおりに壁面からインク滴を排除することができず、撥水効果にバラツキを生じ、撥水性の効果が十分に得られない場合もあり得る。

一方、近年のインクジェット記録装置は、ノズル数の増加と吐出周波数の増大により、ますます記録速度があがり、これに伴いインクの消費速度も増加傾向にある。従って、プリズム型検出機構についても、インクの消費速度に見合うような速やかな検出が求められることになるが、実際は数分以上のタイムラグが存在する。

図５は、同じプリズムを持つ同一構成のインクタンクについて、インク不足が生じた後のプリズムの反射光量としての受光素子の出力の変化を測定したものである。この図から、時間の経過とともに反射光量は高くなるが、いずれも光量が高くなるまでタイムラグがあるとともに、ばらつきがあることもわかる。

タイムラグは、図６に示すように、プリズム７００がインクと空気の界面１００１から現れたときに、一方の斜面１００２と他方の斜面１００３とにインク滴１００４がランダムに付着し、一定時間存在することにより生じる。インク滴１００４の付着はインクの消費速度が速いほど生じ易い。インクの消費速度は、記録媒体の被記録面を占めるインクドットの割合（記録デューティ）に強く依存する。

将来の需要に備えるべく、さらなる高速記録が可能なインクジェット記録装置の検討において、本発明者らは次のような知見を得た。

すなわち、通常の文字印刷や写真印刷の場合、記録デューティは比較的低く、またインクジェット記録装置は休止しながら使用されることがほとんどであると考えられるため、プリズム面へのインクの付着はほとんどないか、あっても軽微である。従って、インク量検知は問題なく行われ、記録中にインクが無くなってしまうような不都合が発生する恐れはまずない。

しかし一方、ポスターや垂れ幕を印刷するような場合、記録デューティは高く、しかも長時間連続した記録動作が行われることが考えられる。このような場合、プリズム面には大きなインク滴の付着が発生し、インク量検知において無視できないタイムラグが生じる恐れがある。そのようなタイムラグが発生すると、記録中にインクが無くなってしまうことで、消耗材や時間の浪費が生じてしまうのである。

このような問題を解決するための一手段として、発光素子８０８の光量および／または受光素子８０９の感度を向上することが考えられる。しかしそのように各素子の性能を上げることの弊害として、各素子を有するセンサがその分高価になってしまうことが挙げられる。また、これに加え、インクの消費とは無関係にバックグラウンドの光を検知してしまう恐れも高くなる。

特許文献５には、上述のようにプリズムの斜面に撥水処理を施すことに加えて、プリズムを取り巻くようにプリズムの周囲に溝を構成し、この溝を吸収体が収納された室にまで延長したものが提案されている。この構成は、プリズムの周囲のインクを溝を利用して積極的に吸収体が収納された室に導き、プリズムの斜面に残存しそうなインクも速やかに引き連れて、プリズムの面にインクが滴として残存することを抑制するものである。この構成によってインク滴の付着が生じにくくすることが記載され、この方法は既に実用化されている。

しかしながら、上述のように収納するインクの種類（例えば顔料インク）によって期待どおりに壁面からインク滴を排除することができず、撥水効果にバラツキを生じ、撥水性の効果が十分に得られない場合もあり得る。

特開平５−３４０７９１号公報 特開平７−２１８３２１号公報 特開平９−２９９８９号公報 特開２０００−４３２８７号公報 特開２０００−７１４７１公報

本発明は、プリズム型インク検知機構が使用環境によってインク滴の残存を生じてしまう課題を解決するためになされたものであり、低廉にして確実かつ安定した動作が可能な液体（インク）の検知が行えるようにすることを目的とする。

そのために、本発明は、赤外光を発光する発光部と、発光された赤外光の反射光を受光する受光部とを備えたプリンタに用いられ、インクを直接貯留したインク室と、該インク室内に備えられ前記赤外光が利用されて前記インク室内のインクを検出する際に用いられる、前記赤外光の入射方向に対して傾いて配置された傾斜した表面を有するプリズムと、を具えたインクタンクにおいて、前記プリズムの表面には前記赤外光の波長以下のピッチで設けられた複数の溝を備えていることを特徴とする。

また、本発明は、液体を直接貯留した液体収納室と、該液体収納室内に備えられ、前記液体収納室内の液体を検出する際に用いられる赤外光の入射方向に対して傾いて配置された傾斜した表面を有するプリズムと、を具えた液体収納容器において、前記プリズムの表面には前記赤外光の波長以下のピッチで設けられた複数の溝を備えていることを特徴とする。

本発明においては、収納するインクなどの液体が十分少なくなったとき、斜面の液体は毛管力によって溝内に保持される。このとき、液体の量が溝の容積を越えていると、これを保持する毛管力はないため、余剰の液体溜まりは液体界面まで滑り落ちる。その結果、斜面には光の反射を妨げる大きなインク溜まりが残留せず、速やかにして確実かつ安定した液体検知が可能となる。

また、プリズムを用いた光学式の液体検知では光源として赤外光が用いられている。したがって、溝の幅と溝同士のピッチを１μｍ未満（赤外光の波長以下）とすれば、これは赤外光の波長より小さいため、赤外光を使ったセンサと組み合わせた場合、プリズムの表面は赤外光にとって実質的に平面と見なすことができる。このため、赤外光を効率的に反射でき、より信頼性の高い光学的な液体検知が可能となる。

（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係るインクタンクの主要部をなすプリズムの構成および動作を説明するための模式的斜視図である。 （ａ）は入射される光の波長より反射壁の凹凸ピッチが長く、（ｂ）は入射される光の波長より反射壁の凹凸ピッチが短い場合の光の状態を示す概念説明図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、プリズムを搭載したインクタンクの全体構成例を示す断面図およびそのIIIB−IIIB線断面図であり、本発明を適用可能なものである。 図３のプリズムを用いたプリズム型検出機構を説明するための説明図である。 従来構成のプリズムを持つインクタンクについて、インク不足が生じた後のプリズムの反射光量としての受光素子の出力の変化を示す説明図であり、従来構成のプリズムを用いた場合に生じるインク検知遅れの状態を示している。 従来構成のプリズムを用いた場合に生じるインク検知遅れの理由を説明するための説明図である。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
なお、以下の説明は、インクジェット記録装置に使用される図３に示した構成のインクタンクに本発明を適用した実施形態について説明する。

また、以下の説明において、「インク」とは、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、記録媒体の加工、あるいはインクまたは記録媒体の処理に供される液体を言うものとする。当該処理とは、例えば、記録媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化による定着性の向上や、記録品位ないし発色性の向上、画像耐久性の向上などのための処理である。

図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係るインクタンクの主要部をなすプリズムの構成および動作を説明するための模式的斜視図である。本実施形態は、発光部である発光素子８０８が照射する光の波長が０．７〜１μｍの赤外線であるときに好適な例である。ここで、赤外線センサは可視光の外乱の影響も少ない特徴があるため一般的に広く使われており、種類が豊富で廉価である。

以下に本発明が採用する技術の概念の説明をする。

光の鏡面に対する反射は、入射角θに対して反射角は−θである。壁が鏡面であるか否かは光の波長λに対する、反射壁の凹凸の深さＤやピッチＰで変わる。例えば、図２（ａ）に示されるように、反射壁の凹凸のピッチＰと光の波長λの関係が
Ｐ＞λ ・・・・・（１）
の場合、壁は鏡面ではなく入射角θの光の反射角は、壁の凹凸形状に左右され、反射角は−θとならない。

一方、図２（ｂ）に示されるように、反射壁の凹凸のピッチＰと光の波長λの関係が
Ｐ＜＜λ ・・・・・（２）
の場合、壁はその波長にとって実質的に鏡面となり入射角θに対して反射角は−θとなる。

図１（ｄ）に示されるように、本実施形態におけるプリズムの表面（反射面）には、微細な溝による毛管力によってインクが溝に安定して存在している。溝内のインクは非常に薄い膜であるためインクによる光の吸収はわずかであり、光学的にプリズムの表面の断面形状は等ピッチの凸凹となり、プリズムの表面は、上述のように入射角θに対して反射角は−θとなるように機能する。

なお、インクジェット記録装置における光学式インク検知機構に利用される赤外光の波長λは、１μｍから１００μｍである。したがって、プリズム表面にはこの波長以下、すなわち溝の幅と溝同士のピッチを１μｍ未満とした溝が形成されることで、上述のようにインク滴が残存することなく、鏡面と見なせる面を構成できるため、信頼性高い光学検知を可能にする。

赤外光は、可視光線のノイズを拾いにくい為に光学検知の光源として有用である。この赤外域のセンサは、比較的廉価かつ入手が容易でもある。そのため、プリンタの光学検知の光源としては好適である。

本実施形態のプリズム６００では、赤外光の入射方向に対し傾いて傾斜する面（斜面）６０１に沿って、プリズムの頂部を含む稜線６０２からプリズムの裾部６０３に向う複数のＶ溝６０４が平行に形成されている。かかるプリズム６００が適用されるインクタンク（図３）は、透明樹脂の射出成形で一体的に形成され、複数のＶ溝６０４も同時に形成することが可能である。ここで、Ｖ溝の深さは０．４μｍ、Ｖ溝の開き角度は３０°、溝間ピッチは０．８μｍとすることができ、例えば６ｍｍ幅のプリズムであれば、総数７５００本のＶ溝が形成可能である。Ｖ溝６０４は、プリズム６００に光を照射する発光素子８０８と、受光部である受光素子８０９の位置関係により定まる光路（図４参照）に対して、平行に配置される。これは、光の反射がＶ溝６０４の形状による乱反射の影響が最も少なくするためである。

まず図１（ａ）のように、液体収納室７０７内のインク６０５が少なくなりプリズム斜面６０１とＶ溝６０４の一部がインク２０５界面から露出しても、入射光が十分に反射することはない。

その後、図１（ｂ）のように、インク６０５が十分少なくなって、プリズム６００のほとんどがインク界面から姿を見せたとき、プリズム斜面６０１のインクはＶ溝６０４の毛管力によって保持される。このとき、インクの量が溝の容積を越えていると、これを保持する毛管力はないため、余剰インクであるインク溜まり６０６はインク界面まで滑り落ちる。その結果、図１（ｃ）のように、プリズム斜面には光の反射を妨げる大きなインク溜まり６０６が残ることはなく、常にＶ溝６０４の中だけにインクが安定して存在するようになる。よって、安定した反射光が得られる。

このような安定した状態でインクがさらに消費され液体収納室７０７内のインク残量が実質的に無くなったとき、図１（ｄ）に示すようにプリズム６００は完全に姿を現わすが、同様に安定した反射が得られる。ここで、本実施形態のＶ溝の毛管力が吸収体や発泡材などで構成される負圧発生部材７０１の毛管力よりも強くなるようにＶ溝が形成されていれば、液体収納室７０７内のインク残量が実質的に無くなっても同じ状態を保つ。

本実施形態のＶ溝６０４のピッチや深さは赤外線の波長より小さいため、光学原理上、赤外線の反射は平面反射のように行われる。つまり本実施形態では、インク残量が実質的に無くなったとき、プリズム斜面には従来例の平滑面のように大きなインク溜まりが残ることはなく、かつ、赤外線を用いることで光学的に反射面は平面と同じ挙動を示すため安定したインク検知が可能となる。

（その他）
なお、プリズムに形成される溝の形状、寸法およびピッチは、上述した実施形態において例示したものに限られず、適宜選択することができるのは言うまでもない。すなわち、インクないし液体を直接貯留するインク室内ないしは液体収納室内のインク残量が実質的に無くなったときに、その旨を光学的に検出する際の妨げとなるようなインク溜まりがプリズム斜面に効果的に残留しないようにするものであればよい。また、同一形状および寸法の溝が同一ピッチで斜面に一様に配置されるもののほか、異種形状，寸法の溝が適宜のピッチで配置されていてもよい。

たとえば、プリズムの表面に設けられる溝は、断面がＶ字の楔形状あるいは凹形状であってもよく、毛管力でインクを保持でき、プリンタに備えられたインク検出用の光源の波長よりも短い幅およびピッチで構成された溝であればよい。また、インク検出用の光源の波長よりも短い幅およびピッチで構成された溝であれば、異なる幅およびピッチで設けられたものが複数混在していることを妨げない。

また、溝は、プリズムの頂部から裾部に向かって構成されていることが好適であり、少なくとも、溝に保持されないインクが流れ落ち、インクの滴として残存することがないような構成とされていればよい。

また、上例ではインクジェット記録ヘッドに対し分離可能に装着されるインクタンク（図３）に本発明を適用した場合について説明した。しかしながら、インクタンクとインクジェット記録ヘッドとを分離不能に一体とした形態である記録ヘッドユニット（液体収納カートリッジ）にも本発明の思想を適用可能であることは勿論である。

さらに、本発明は、インクジェット記録ヘッドとは別体にインクジェット記録装置に装着され、チューブ等を介してインクジェット記録ヘッドにインクを供給する形態のインクタンクにも適用可能である。また、インクタンクは、収納するインクが実質的になくなったときに、それ自体の交換を前提とするものであっても、あるいは注入によりインク補給がなされるものでもよい。

いずれにしても、本発明の適用により、廉価にして信頼性の高いインク量検知を可能とするインクタンクを提供することができる。特に、収納するインクが実質的になくなったときにインクタンクないしはこれを一体に有する記録ヘッドユニットの交換を前提とする場合、製造コストが低廉であることは、ユーザが負担するランニングコストを低減する上で有効である。

加えて、上述した実施形態では２つの斜面を有するプリズムを具えたインクタンクについて説明した。しかし本発明は、光学的検知を妨げるインク溜まりを残さないという観点から、発光素子からの光の入射方向に対し傾いて配置され、入射方向と異なる方向にある受光素子に向けて光を反射し得る単一の斜面を底面付近に配置したインクタンクにも適用可能である。

さらに加えて、本発明は、液体としてのインクを収納するインクタンクだけでなく、収納する液体の光学的な検知に供される斜面を有するものであれば、他の液体収納容器にも有効に適用することが可能である。

６００ プリズム
６０１ プリズム斜面
６０４ Ｖ溝
６０６ インク溜まり
８０８ 発光素子
８０９ 受光素子

Claims (6)

1. 赤外光を発光する発光部と、発光された赤外光の反射光を受光する受光部とを備えたプリンタに用いられ、インクを直接貯留したインク室と、該インク室内に備えられ前記赤外光が利用されて前記インク室内のインクを検出する際に用いられる、前記赤外光の入射方向に対して傾いて配置された傾斜した表面を有するプリズムと、を具えたインクタンクにおいて、
   前記プリズムの表面には前記赤外光の波長以下のピッチで設けられた複数の溝を備えていることを特徴とするインクタンク。
2. 前記プリズムの表面の溝の幅は、前記赤外光の波長以下であることを特徴とする請求項１に記載のインクタンク。
3. 前記プリズムの表面の溝は前記プリズムの頂部と裾部とを結んで設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインクタンク。
4. 前記複数の溝の幅と溝同士のピッチは、前記赤外光の波長以下のものが複数混在していることを特徴とする請求項２に記載のインクタンク。
5. 前記複数の溝の幅と溝同士のピッチは、１μｍ未満であることを特徴とする請求項２に記載のインクタンク。
6. 液体を直接貯留した液体収納室と、該液体収納室内に備えられ、前記液体収納室内の液体を検出する際に用いられる赤外光の入射方向に対して傾いて配置された傾斜した表面を有するプリズムと、を具えた液体収納容器において、
   前記プリズムの表面には前記赤外光の波長以下のピッチで設けられた複数の溝を備えていることを特徴とする液体収納容器。

Images