JP4241719B2 - インクタンクおよび記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、内部にインクを貯留するインクタンク、およびインクタンクを着脱可能に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、例えば特許文献１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を設け、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。
特開平６−９９５８８号公報

しかし、この従来の方法には以下に述べる点で問題を生じる場合がある。
１．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。
２．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ので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、
３．１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、コストアップしてしまう。

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、簡単な構成であり、かつ高精度にインク残量を随時定量的に検知できるインクタンクおよび記録装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のインクタンクは、タンクケースと、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、内部にインクを収納したインク収容袋と、インクの消費にともなうインク収容袋の変形に連動して一定方向に移動する可動部材と、可動部材の少なくとも一部に設けられた、外部からの入射光を反射する可動反射面と、タンクケースの少なくとも一部に設けられた、外部からの入射光を反射する固定反射面と、を有し、可動反射面と固定反射面とが、可動部材の移動方向に並んで配置されている。

また、本発明の記録装置は、本発明のインクタンクを着脱可能に搭載し、インクタンクから供給されるインクを吐出して被記録媒体に記録を行う記録装置であって、可動反射面および固定反射面に光を入射する発光素子と、可動反射面および固定反射面によって反射された反射光を検出する受光素子と、を有するセンサと、インクタンクとセンサの位置関係を変更する位置変更手段と、可動反射面と固定反射面との間の距離を、センサで検出した反射光の光量のピーク間隔値から求める算出手段と、算出手段によって求められた可動反射面と固定反射面との間の距離からインク残量を算出するインク残量検知手段と、を有する。

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（固定反射面）と、インク残量によって位置変動する指標（可動反射面）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、上記の固定反射面と可動反射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反射面と可動反射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は本実施形態のインクタンクの構造を示す一部透過斜視図である。図２は、図１に示すインクタンクを底面側からみた断面図である。

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を底面に備えている。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が設けられている。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なり、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、インク収容室４の可動板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が設けられている。このバネ６は、可動板５とそれに対向するタンクケース２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。バネ６がインク収容室４を拡張する方向に力をかけることによって、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が形成されている。タンクケース２側の反射面である固定反射面８と可動板５側の反射面である可動反射面７とは可動板５の移動方向に並んで、平行に配置されている。

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可動反射面７を検出できるようにしている。インク３の消費に伴いインク収容室４が収縮し、可動反射面７と固定反射面間８との間の距離は縮まっていく。つまり、本実施形態におけるインク残存量の検出方法は、可動反射面７と固定反射面間８との間の距離を検出し、これによってインク残量レベルを検知するものである。なお、本実施形態においてはインクタンク１の底面から可動反射面７までの高さとインクタンク１の底面から固定反射面８までの高さとが等しくなるように構成した。つまり、可動反射面７と固定反射面８とがそれぞれの面が同一平面上に位置するように配置した。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た。

次に、上述したインクタンク１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は本実施形態のプリンタの主要部の外観を模式的に示す斜視図であり、本体カバーを開放して筐体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。

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Ａ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）に対してインクを吐出して記録を行う。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。

キャリッジ走査経路上には、インク残量検知用のセンサ部２０５が設けられており、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上の各タンクのそれぞれの位置と、大きさについての情報を予め記憶する。この情報をもとに、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、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可動反射面１０７および固定反射面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。可動反射面１０７の反射光に対応するピークＰ１、および固定反射面１０８の反射光に対応するピークＰ０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可動反射面１０７が固定反射面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に記憶されている。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に記憶されている。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。なお、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。

ここで、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は、以下のように対処可能である。すなわち、予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に記憶しておく。そして、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が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。この情報には、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が含まれる。

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ＲＡＭ３０２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１００Ｍ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１００Ｍ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、１００Ｍ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、インク残量算出に必要な予備情報や最新のインク残量を記憶してもよい。なお、予備情報としては、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が挙げられる。インクタンク自身が情報を持つことで、使いかけの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図である。 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の底面図を示す図である。 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グラフである。 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グラフである。 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グラフである。 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グラフである。 本発明のインク残量検出の結果を表示した状態を示す図である。 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グラフである。

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
７ 可動反射面
８ 固定反射面

Claims (10)

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、内部にインクを収納したインク収容袋と、
   前記インクの消費にともなう前記インク収容袋の変形に連動して、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、外部からの入射光を反射する可動反射面と、
   前記タンクケースの少なくとも一部に設けられた、外部からの入射光を反射する固定反射面と、を有し、
   前記可動反射面と前記固定反射面とが、前記可動部材の移動方向に並んで配置されている、インクタンク。
2. 前記可動反射面および前記固定反射面は、互いに同一平面上に配置されている、請求項１に記載のインクタンク。
3. 請求項１または２に記載のインクタンクを着脱可能に搭載し、前記インクタンクから供給されるインクを吐出して被記録媒体に記録を行う記録装置であって、
   前記可動反射面および前記固定反射面に光を入射する発光素子と、前記可動反射面および前記固定反射面によって反射された反射光を検出する受光素子と、を有するセンサと、
   前記インクタンクと前記センサの位置関係を変更する位置変更手段と、
   前記可動反射面と前記固定反射面との間の距離を、前記センサで検出した前記反射光の光量のピーク間隔値から求める算出手段と、
   前記算出手段によって求められた前記可動反射面と前記固定反射面との間の前記距離からインク残量を算出するインク残量検知手段と、を有する記録装置。
4. 前記位置変更手段は、前記インクタンクを着脱可能に搭載し、前記可動部材の移動方向と平行な方向に移動する、請求項３に記載の記録装置。
5. 第一の所定値を記憶する記憶手段と、
   前記ピーク間隔値が前記第一の所定値になったときに前記インク収納袋内のインク残量が無くなったと認識し、その旨を報知する報知手段と、を有する、請求項３または４に記載の記録装置。
6. 前記記憶手段は第二の所定値をさらに記憶し、
   前記報知手段は、前記ピーク間隔値が前記第二の所定値であるときに前記インク収納袋内のインク残量が満タンであると認識し、その旨を報知する、請求項５に記載の記録装置。
7. 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、請求項６に記載の記録装置。
8. 前記報知手段は、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、請求項６または７に記載の記録装置。
9. 前記記憶手段は、前記ピーク間隔値の最新の値を記憶する、請求項５ないし８のいずれか１項に記載の記録装置。
10. 前記インクタンクが、前記第一の所定値、前記第二の所定値、前記ピーク間隔値の最新の値、のうちの少なくとも１つ以上を記憶する情報記憶領域を有する、請求項５ないし９のいずれか１項に記載の記録装置。

Images