JP2020019243A - インクカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】破損することなく、組立て性にも配慮して、これまでと同等またはそれ以上の水準でインク残量を検知可能にしたインクカートリッジを提供する。【解決手段】インクカートリッジ１０は、光を導入するための光学窓２０が設けられた筐体１５と、該筐体内に挿入された、インクが充填された袋状体と、該袋状体の光学窓が設けられた面に配置された検出板と、光源から発射されて、検出板で反射された光束を検知する検知装置とを有し、インクの消耗によって変位する検出板の傾斜および光源からの距離を反射された光束の強度によって検知することを特徴としている。【選択図】図１

Description

本発明は、非接触方式でインク残量を認識することができるインクジェット記録装置などに使用されるインクカートリッジに関する。

従来、ノズルからインク滴を吐出させて記録紙などに記録を行うインクジェット記録装置のために種々のインク供給手段が提案され、実用化されている。特に可撓性のインク袋を用いてインクを封入したインクカートリッジが提案され、広汎に使用されている。
例えば、特許文献１には、インクジェット記録装置の位置決め軸・ガイド軸に係合する位置決め穴・ガイド穴が、インクカートリッジのインク取出口と同一面に設けられたインクカートリッジの発明が開示されている。このインクカートリッジの下端に位置してインクカートリッジのインク量に応じて変位できるように検出板がインクパッケージに固定されているので、インクパッケージの下部に溜まるインク量に応じて検出板を回動変位させることができ、インクカートリッジと筐体との固定面を垂直にして使用するインクカートリッジのインクエンドを検知することができるとするものである。
しかしながら、特許文献１に開示されているインク材料検知方式によれば、インク残量は検知可能であるが、検知方式が接触式の残量検知であるため、検出板を検知する接触板がインクカートリッジ挿抜時に破損したり、組み立て工程が多くなるなどの問題がある。

特開平５−１６３７８号公報

本発明は、これまでと同等またはそれ以上の水準でインク残量を検知することを可能とすると共に、検出板が挿抜時に破損することなく、これまで以上に組み立てやすいインクカートリッジを提供することを目的としている。
すなわち、本発明は、破損することなく、組立て性にも配慮して、これまでと同等またはそれ以上の水準でインク残量を検知可能にしたインクカートリッジを提供することを目的としている。

本発明のインクカートリッジは、光を導入するための光学窓が設けられた筐体と、該筐体内に挿入された、インクが充填された袋状体と、該袋状体の光学窓が設けられた面に配置された検出板と、光源から発射されて、検出板で反射された光束を検知する検知装置とを有し、インクの消耗によって変位する検出板の傾斜および光源からの距離を反射された光束の強度によって検知することを特徴としている。

本発明によれば、残留インクの検知法を非接触法とすることで、インク残量検知感度は、これまでと同等あるいはそれ以上の水準にすることができる。それに比し、組立て工数を減少することができ、破損が少なくなるとの効果がある。

本発明のインクカートリッジの一例を示す斜視図である。 図１におけるＡ-Ａ断面を示す概略図である。 本発明のインクカートリッジにおける反射光束の強さ（電圧）とインクカートリッジの積算使用時間との関係の例を示すグラフである。 本発明のインクカートリッジを用いるインクジェットプリンターの一例を示す図である。

次に本発明のインクカートリッジを、図面を参照しながらさらに詳細に説明する。なお、以下に示す図面において、同一の部材には同一の付番を付してある。
本発明は、非接触式でインクエンドを検知するインクカートリッジを提供するものである。
図１および図２に示すように、本発明のインクカートリッジ１０は、筐体１５と、袋状体１９と、検出板３０と、検知装置（光電変換素子）１６とを有する。
筐体１５は、下端部にノズル２５を有し、内部にインクが充填された袋状体１９を収容する箱体で、ノズル２５を下にして立てて使用する。筐体１５には、内部を流れるインクの下流側に光学窓２０が設けられており、この光学窓２０の外部には光源２１が配置されている。光源２１から筐体内に入射光束２２が導入されており、この入射光束２２は、筐体１５内に配置された検出板の表面で反射して反射光束を形成する。
光学窓２０には、凹レンズ（図示なし）を配置することができる。このように凹レンズを配置することにより入射光束２２の光束幅が広がり、反射光束を長時間にわたり光電変換素子１６で捕捉することができる。
この筐体１５内には、インク１８が充填された袋状体１９が内包されている。袋状体１９は、例えば、アルミ蒸着層を中心に、ポリアミド層、ポリオレフィン層でサンドイッチした積層体などで形成することができる可撓性を有する袋である。袋状体１９の縁部は、例えば加熱圧着により形成することができ、この加熱圧着には、例えばカルボン酸変性のポリオレフィン樹脂などを使用することができる。この袋状体１９の内部には、インク１８がいっぱいに充填されている。
この袋状体１９の光学窓２０が形成されている側の表面には検出板３０が配置されている。この検出板３０は合成樹脂などで形成された板状体であり、袋状体１９の略全面を覆うように配置されている。この検出板３０の表面に照射された入射光束２２は、検出板３０の表面で反射して反射光束を形成し、この反射光束は光電変換素子１６で電力に変換される。
この検出板３０の上端部（検出板上端３１）には、この検出板上端３１を袋状体１９が配置された側の筐体１５内壁側に引き寄せるように係合手段（図示なし）で係合されていることが好ましい。
検知装置１６は、通常は光学窓２０の周囲の筐体内壁面に敷設されており、検知装置１６としては、上述のように光電変換素子を用いて反射光束を電力に変換して電力の変化を対比することが好ましいが、反射光束を光のまま使用して光束の長さを対比することもできる。

次に本発明のインクカートリッジの動作について図２および図３を参照しつつ詳細に説明する。
図２の（Ａ）は、図１のＡ-Ａ断面の概略図であり、筐体１５内にはインク１８が充填された袋状体１９が装填されており、この袋状体１９の光源２１側の表面には検出板３０が配置されている。この検出板３０は、検出板上端３１と検出板下端３２とから把握される検出板３０の位置が筐体１５の側壁と略平行になるように配置されている。
光源２１からの入射光束２２は、光源２１から出て検出板３０の表面に到達して反射して反射光束となる。この反射光束は、検知装置（光電変換素子）１６で検知して、反射光束の強さを電圧の変化として検知することができる。この最初の電圧が図３の左端の電圧である。
次いで、インク１８が消費され始めると、図２（Ｂ）に示すように、袋状体１９の形態が変化し始め、重力の作用によって、インクが下部に流れて、袋状体１９の上端部が潰れ、検出板上端３１が、袋状体１９がある筐体１５の側壁側に倒れ込む。このように検出板１５が倒れ込むと、光源２１からの入射光束２２が当たって形成される反射光束が上方に徐々にずれ込んでゆき、検知装置（光電変換素子）１６に照射される反射光束の量が徐々に少なくなり、図３に示すように電圧が徐々に低下してくる。やがて、反射光束がずれて検知装置（光電変換素子）１６への照射が停止すると、起電力は急激にゼロに落ち込む。
さらにインク１８の消費が進むにつれて、袋状体１９の下部に溜まったインク１８が消費されると、検出板下端３２を支えていた袋状体１９が次第にしぼんで、図２の（Ｃ）で示すように袋状体１９が全体として圧壊する。このような袋状体１９の圧壊に伴う検出板下端３２の変位に伴って、反射光束の位置が変位して検知装置（光電変換素子）１６の照射が再開され急速に電圧が高くなる。しかしながら、再開されたときの反射光束は、最初の状態の反射光束よりも長いので、その長くなった分だけ電圧は低くなる。この電圧の低下が光源２１から検出板３０までの距離の変化を表している。
すなわち、上記のようにして反射光束の捕捉が再開すると、重力の作用により、袋状体１９はほぼ圧壊して、検出板下端３２は検出板上端３１の真下に位置するように動作する。このような検出板３０の動きに従って反射光束は再び光電変換素子（検出装置）１６を照射するので、起電力は徐々に大きくなる。ただし、袋状体１９が圧壊しており入射光束２２と反射光束の長さが最初よりも長くなるので、最初の起電力の電圧までは回復しない。この電力の低下分が、入射光束２２と反射光束との合計の長さに対応している。
上記のような光電変換素子１６の起電力をグラフに表すと、図３に示すように、最初の高い起電力が検出板３０の倒れ込みによる反射光束の減少によって次第に低下し、反射光束が光電変換素子１６を外れると、一気にゼロになる。この状態がしばらく続くが、今度はインクの消耗によって袋状体１９が萎み、検出板３０が次第に垂直に戻ってきて、反射光束が再び光電変換素子１６を照射すると、起電力は急速に回復して、反射光束による照射面積の増加にともなって、起電力も増加する。検出板３０が垂直になると、袋状体１９は圧壊しこれ以上の電圧の上昇は認められなくなる。
上記のような電圧の変化は同種のインクカートリッジでは同様に作用するので、予めインクカートリッジについて、起電力を測定しておくと、新たなインクカートリッジにおいても同様に推移する。
従って、予めインクを用尽したときの電圧Ｘを測定して記録しておき、新たなインクカートリッジについて起電力を測定しながらインクを消費してゆくと、最初にインクを消費し始めた後に一回目にＸボルトの地点を通過して起電力はさらに低下し、起電力ゼロの領域を経た後、再び起電力が回復する。そして、二回目にＸボルトを検知したとき、袋状体はほぼ圧壊して残留インク量はゼロとなるので、この二回目にＸボルトを検知した時点をインクを用尽した時点と看做して、このインクカートリッジを新たなインクカートリッジに交換することが好ましい。実際にＸボルトを二回通過したインクカートリッジを分解してみても袋状体１９内にインク１８はほとんど残存していない。このようなインクの残存状態は、従来のインクカートリッジにおけるインクカートリッジと同等もしくはそれ以上の水準になる。
このようにすることにより、使用しているインクカートリッジの交換のポイントを非接触方式で的確に把握することができる。

次に本発明のインクカートリッジの使用方法を図４を参照しつつ説明する。
本発明で使用するインクジェットプリンターは、基台７０の上に配置されたプラテン７２上を記録紙を搬送させ、この記録紙上にノズル７１からインクを吐出して記録を行う際にインクカートリッジホルダーに、インクカートリッジ１０をセットして使用する。
インクカートリッジは、吐出口を下にして立ててインクカートリッジホルダーにセットする。ホルダーにはインク中のゴミや異物を濾過するフィルターが付属しており、濾過されたインクは供給チューブからキャリッジに保持されプラテン７２に長手方向に往復運動する。そして、印字ヘッドはプラテン７２上の記録紙に記録を行う。
上記のようにして記録を行った後、インクを使い切ったインクカードリッジはホルダーから外される。

本発明において、インクカートリッジの交換は、筐体を残して袋状体を交換してもよいが、筐体ごと交換することにより、確実にインクカートリッジの交換を行えるので好ましい。
本発明のインクカートリッジは構造が簡単で、組み立て工程数が少なく、さらに非接触式でインク量を検知するので使用中に駆動する部材がなく、従って使用中にインクカートリッジが破損することが殆どない。
本発明は上記のような構成を採るが、本発明の目的を逸脱しない範囲内で本発明をさらに改変することができる。

１０・・・インクカートリッジ
１５・・・筐体
１６・・・光電変換素子（検知装置）
１８・・・インク
１９・・・袋状体
２０・・・光学窓
２１・・・光源
２２・・・入射光束
２５・・・ノズル
３０・・・検出板
３１・・・検出板上端
３２・・・検出板下端
７０・・・基台
７１・・・ノズル
７２・・・プラテン

Claims (5)

1. 光を導入するための光学窓が設けられた筐体と、該筐体内に挿入された、インクが充填された袋状体と、該袋状体の光学窓が設けられた面に配置された検出板と、光源から発射されて、検出板で反射された光束を検知する検知装置とを有し、インクの消耗によって変位する検出板の傾斜および光源からの距離を反射された光束の強度によって検知することを特徴とするインクカートリッジ。
2. 前記袋状体にインクが充填されているときの検出板により反射された光束を電気信号に変えて予め測定して記録し、新たに設置されたインクカートリッジの検出板からの反射光束を、該予め記録させた反射光束線に対応させて推移させ、予め記録させた反射光束線が袋状体の圧壊を表す電圧を、新たなインクカートリッジの反射光束線の電気信号が二度目に検知されたときに、新たに設置したインクカートリッジのインクが用尽されたものと看做す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. 前記検出板の上端部が、筐体の袋状体が配置されている側の側壁上端部に弾性部材で係合されてい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。
4. 前記検出板が、前記袋状体の略全面を覆ってい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。
5. 前記光学窓が、筐体の、インク流れ方向の下流側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインクカートリッジ。