JP7091124B2 - インクカートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、インクカートリッジに関するものである。

記録ヘッドのノズルからインクを吐出して記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置が知られている。このようなインクジェット記録装置として、着脱可能なインクカートリッジを備えたものがある。インクカートリッジは、内部のインク貯留室にインクを貯留しており、インクジェット記録装置に装着することでインクカートリッジのインク取出口と記録装置のインク供給口とが連結され、インク貯留室内のインクを記録ヘッドに供給することができる。

インクカートリッジ内のインク残量が少なくなり、記録が難しくなると、新たなインクカートリッジに交換することにより、再び記録を行うことができる。インクカートリッジ内のインク残量を検知する手段として、特許文献１に記載されているような、光学的検知機器を用いた検知方法が提案されている。特許文献１に記載のインクカートリッジは、インクを貯留するインク貯留室と、インク貯留室と連続する検知用の空間が内部に形成された光透過性の検知窓と、インク残量を検知するための揺動体を備えている。揺動体は、インク貯留室に設けられた支軸に外嵌される軸孔と、該軸孔を挟んで両端にインク貯留室内で揺動するフロートと、検知窓内で揺動する検知部とを備えており、支軸を中心に揺動する。検知窓は、インクジェット記録装置の本体に備えられた光学センサの発光部と受光部の間に配置されている。検知窓内において、検知部は、インク残量が多い時には発光部からの光を遮断する位置にあり、インク残量が少ない時には発光部からの光を遮断しない位置に移動する。これらの時の受光部での光の受光量によって、インク貯留室内のインク残量を検知する。

特開２０１７－１１４０１７号公報

特許文献１に記載のインクカートリッジで用いる揺動体は、インク貯留室内の液面の変化に伴って揺動するものであり、円滑に動くことが求められる。この為、特許文献１に記載のインクカートリッジでは、揺動体の軸孔が支軸に遊嵌される構成となっている。

特許文献１に記載のインクカートリッジでは、揺動体の揺動中心（支軸および軸孔がある位置）は、インク貯留室内に配置されている。従って、使用初期（インクカートリッジ使用前～インク貯留室内で半分以上インクが残っている状態）では、揺動体の揺動中心はインク中に存在している。このようなインクカートリッジにおいて、インクを消費していくと、液面が下降し、揺動中心である支軸と軸孔との間の領域が、空気層とインク層の境界に晒される。本発明者らの検討によれば、支軸と軸孔との間の領域に存在するインクや、揺動体の構成部材に作用するインクの表面張力によって、揺動体が円滑に揺動しなくなり、インク残量が正確に検知できなくなるという課題が見出された。

従って本発明は、インクを消費しても円滑に揺動することが可能な揺動体を有する、インクカートリッジを提供することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明によって解決される。即ち本発明は、インクを貯留するインク貯留室と、前記インク貯留室からインクカートリッジの使用時における重力方向の上方に突出した突出室と、フロート及び検知部を有する揺動体と、内部で前記検知部が移動し、該検知部の位置によって前記インク貯留室が貯留するインクの量を検知するための検知室と、を有するインクカートリッジであって、前記揺動体が揺動する際の揺動中心が、前記突出室の内部に設けられており、前記揺動中心は、前記揺動体の支軸が軸孔に遊嵌された部分であることを特徴とするインクカートリッジである。

本発明によれば、インクを消費しても円滑に揺動することが可能な揺動体を有する、インクカートリッジを提供することができる。

インクカートリッジを示す図。 インクカートリッジの内部で揺動体が揺動する様子を示す図。 インクカートリッジを示す図。 インクカートリッジの内部で揺動体が揺動する様子を示す図。 揺動体の揺動中心を形成する前の様子を示す図。 揺動体の揺動中心及びインク貯留室を形成する様子を示す図。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

図１（ａ）は、本発明におけるインクカートリッジの分解斜視図である。インクカートリッジは、本体フレーム１０と、第１の蓋１と、第２の蓋２とを有し、これらで囲まれる空間がインク貯留室である。インク貯留室には、インクを貯留することができる。第１の蓋１および第２の蓋２は、例えば一対のフィルムで形成する。フィルムとしては、例えば透明な樹脂フィルム等を用いることができる。このフィルムを樹脂で形成された本体フレーム１０に熱溶着法等で貼設することで、インク貯留室ができる。図１（ａ）では、本体フレーム１０は第１の方向に開放された開口を有する枠形状であり、本体フレーム１０に第１の蓋１と第２の蓋２とを接合することで、インク貯留室を形成している。インク貯留室の構成はこれに限らず、インクを貯留できる構成であればよい。例えば本体フレーム１０が第１の蓋１と一体的に形成され、底部と第１の方向に開放された開口を有する容器形状であり、この開口を塞ぐように第２の蓋２が貼設されたものでもよい。他にも、本体フレーム１０と第１の蓋１と第２の蓋２とが一体になったものでもよい。

インクカートリッジは、インクカートリッジの使用時における重力方向の下方に、インク取出口１６を有する。図１（ａ）では、本体フレーム１０にインク取出口１６が開口している。インクカートリッジの使用時における重力方向（以下、単に重力方向とする）とは、図１（ａ）に示す第２の方向である。インクカートリッジの使用時とは、インクカートリッジをインクジェット記録装置に装着した時のことである。図１（ａ）の第２の方向を示す矢印は、重力方向の下方から上方を向いている。インク取り出し口は、重力方向においてインクカートリッジの中心よりも下方に設けられていることが、インク使い切りの点で好ましい。

インクカートリッジには、インク貯留室から重力方向の上方に突出するように、突出室１４と検知室１５が設けられている。図１（ａ）では、本体フレーム１０の重力方向の上方に２つの開口が設けられており、これら２つの開口によって、突出室１４及び検知室１５がインク貯留室と連通している。後述するが、突出室１４はインク貯留室から重力方向の上方に突出させるが、検知室１５は必ずしも重力方向の上方に突出させなくてもよい。検知室１５は、例えば重力方向と交差する方向（第１の方向や、重力方向及び第１の方向と交差する方向）に突出させてもよい。突出室１４及び検知室１５は、本体フレーム１０と一体的に形成してもよい。図１（ａ）では、突出室１４は本体フレーム１０と一体的に形成されている。検知室１５は、インク貯留室が貯留するインクの量を検知するための部屋である。この点については後で詳述する。

インク貯留室の内部には、揺動体２０が設けられている。揺動体２０は、インク貯留室の内部の液体の量の変化に従って揺動することが可能な部材である。揺動体２０は、検知部２２とフロート部２３とを有する。検知部２２とフロート部２３とは、第１アーム２４と第２アーム２５とで連結されている。第１アーム２４と第２アーム２５との間には、揺動中心となる軸孔２１が設けられている。軸孔２１には、第１の方向に突出する突起形状の支軸１３に遊嵌されている。そして支軸１３の先端をカバー部材３や第２の蓋２等の部材で塞ぐことで、支軸１３から軸孔２１が抜けないようになっている。他にも、支軸１３の先端を加熱することで変形させ、軸孔２１が抜けないようにしてもよい。揺動体２０は、軸孔２１と支軸１３とで構成される揺動中心を中心として揺動する。揺動体２０の揺動中心はこの構成に限られるものではなく、揺動体２０が揺動する際に揺動の中心となることができればよい。

図１（ｂ）は、インク貯留室にインクが貯留され、インクカートリッジがインクジェット記録装置に装着された際（インクカートリッジの使用時）における、インクカートリッジを示す図である。揺動体２０の軸孔２１は、突出室１４の内部に配置された支軸１３に遊嵌されており、フロート部２３の浮力によって軸孔２１を揺動中心として揺動する。この揺動によって、揺動体２０の検知部２２は、検知室１８の内部で場所を変えて動き、検知室１８からインク貯留室に移動することもできる。尚、インク貯留室の内部に凸部１２が設けられており、凸部１２に第１アーム２４が接触することによって、揺動体の揺動（フロート部２３が重力方向の上方に移動しようとする動き）が規制されている。図１（ｂ）の状態において、検知部２２は、インクジェット記録装置が有する発光部４１から発光される光を遮る位置にあり、同じくインクジェット記録装置が有する受光部４２に光が届かないようになっている。このように受光部４２に光が届いていないこと、或いは光の量が所定量以下であることに基づき、インク貯留室の内部にインクが十分に入っていることを検知できる。

揺動体２０は、第２アーム２５及びフロート部２３の合計重量と、第１アーム２４及び検知部２２の合計重量、各アームの長さ等の関係によって、インク貯留室にインクが存在していない状態では回転するようになっている。図２（ａ）は、図１（ｂ）と同様の状態で、インク貯留室の内部にインクが十分に入っている状態である。この状態からインクを使用していき、インク貯留室の内部にインクが入っていない状態を示したのが、図２（ｂ）である。

図２（ａ）に示されるように、揺動体２０は、軸孔２１が設けられている揺動中心を中心として揺動（回転）可能に、突出室１４内の支軸１３に遊嵌されている。揺動中心から検知部２２の重心までの最短距離Ｌ１は、揺動中心からフロート部２３の重心までの最短距離Ｌ２より短いことが好ましい。また、第１アーム２４及び検知部２２の合計の体積は、第２アーム２５及びフロート部２３の合計の体積より小さくすることが好ましい。インク貯留室にインク３０が十分に入っている状態では、フロート部２３に重力方向上向きの浮力が作用するため、揺動体２０は軸孔２１を中心に反時計回りに回転しようとする。そして上述したように、第１アーム２４が凸部１２と接触して規制され、検知部２２が検知室１８の内部で静止する。

図２（ａ）の状態からインク貯留室の内部のインクを消費していき、図２（ｂ）に示されるようにフロート部２３がインクから露出して浮力が作用しなくなると、揺動体２０は矢印が示すように軸孔２１を中心に時計回りに回転（揺動）する。この回転によって、検知室１８の内部で検知部２２が移動する。最終的には、検知部２２は検知室１８の内部からインク貯留室まで移動してもよい。検知部２２は、移動することによって、図１（ｂ）で説明した発光部４１からの光を遮光しなくなる。その結果、受光部４２が光を受光することになり、この受光結果をもとに、インク貯留室の内部のインク残量が少なくなったことを検知することができる。

本発明のインクカートリッジは、揺動体２０が揺動する際の揺動中心（図１及び図２では軸孔２１と支軸１３がある部分）が、インク貯留室から重力方向に突出する突出室１４の内部に設けられている。突出室１４はインク貯留室から重力方向の上方に突出しており、インク貯留室にインクが充填された初期状態においても、内部にインクを有していない。従って、突出室１４の内部にある揺動中心はインクにほぼ触れない状態となり、軸孔２１と支軸１３との隙間にインクが入ってしまうことなどを抑制できる。よって、インク貯留室の内部のインク残量に応じて揺動体２０を円滑に揺動させることができる。

突出室１４は、揺動体２０が動くスペース以外はインク貯留室と仕切ることで、インクが侵入しにくい構成にすることができる。但し、揺動体２０のよりスムーズな動きを考えると、インクが連通し得る程度の開口によって、インク貯留室と突出室１４とを連通させることが好ましい。開口は、インク貯留室を構成する部材（例えば本体フレーム）に設けられた開口である。これらを踏まえると、具体的には、重力方向と交差する第１の方向の幅に関して、突出室１４とインク貯留室との間の開口の幅を、インク貯留室の幅に対して４／５以下の大きさとすることが好ましい。また、第１の方向に関して、突出室１４とインク貯留室との間の開口の幅を、インク貯留室の幅に対して１／５以上の大きさとすることが好ましい。

インクカートリッジの全体の大きさを大きくしない為に、重力方向における突出室１４の高さｈ１は、重力方向における検知室１８の高さｈ２以下と同程度か、より小さくすることが好ましい。具体的には、０．３≦ｈ１／ｈ２≦１．１を満たすことが好ましく、０．５≦ｈ１／ｈ２≦１．０を満たすことがより好ましく、０．６≦ｈ１／ｈ２≦０．９を満たすことがさらに好ましい。

図３に、検知室は重力方向と交差する方向に突出させた例を示す。図３では、検知室１８が重力方向と交差する方向に突出している。但し、突出室１４は、インク貯留室から重力方向の上方に突出している。そして突出室１４の内部に揺動体２０の揺動中心である軸孔２１が設けられている。このような構成の場合、インク貯留室にインクが十分に貯留されている初期の段階において、揺動中心がインクに触れず、検知部２２はインクに触れた構成とすることができる。図３の構成においても、揺動中心から検知部２２の重心までの最短距離Ｌ１は、揺動中心からフロート部２３の重心までの最短距離Ｌ２より短いことが好ましい。また、第１アーム２４の体積は、第２アーム２５の体積より小さくすることが好ましい。第１アーム２４及び検知部２２の合計の体積は、第２アーム２５及びフロート部２３の合計の体積より小さくすることが好ましい。図３のインクカートリッジにおいても、インク貯留室の内部に凸部１２が設けられている。凸部１２は、第１アーム２４に接触し、揺動体の時計回りの揺動を規制している。

図３に示すインクカートリッジが貯留するインクを使用していった際の揺動体２０の動きを、図４に示す。図４（ａ）の時点では、図４（ａ）は、検知部２２およびフロート部２３がインク３０中に位置し、揺動体２０は静止している。インクが減り、図４（ｂ）の状態になると、インクの液面が検知室１８の内部に位置している。図４（ｃ）は、インクの液面が検知部２２より重力方向の下方に位置して、検知部２２が露出した様子である。このときフロート部２３はインク３０中に位置しており、重力方向上向きの浮力が作用する。これにより、揺動体２０を静止したままとすることができる。さらにインクを使用すると、図４（ｄ）に示すように、フロート部２３がインク３０中から露出する。このような状態ではフロート部２３に重力が直接的に作用するため、揺動体２０は矢印が示すように支軸１３を中心に反時計回りに回転する。以上のような揺動体２０の動きは、フロート部２３に作用する浮力と重力とのバランスによって支配され、インク液面の高さに応じて変化する。

図５に、揺動体の揺動中心の構成の一例を示す。図５は、揺動体２０の揺動中心を形成する前の段階を示す図である。ここでは、揺動体２０は支軸２６を有しており、突出室１４の内部において、支軸２６の支軸先端部２７を揺動体支持部１１の軸孔２１に遊嵌する。

具体的には、まず図６（ａ）に示すように、揺動体２０の支軸２６を、突出室１４の揺動体支持部１１に形成された軸孔２１に向かう姿勢とし、軸孔２１の軸心の延長線上に揺動体２０の支軸２６の軸心を配置する。揺動体２０の回転軸は、中央に切込みの入った円柱状の支軸２６と、支軸２６の外径より幅広の支軸先端部２７とが形成されている。

次に揺動体２０を軸心に沿って下方に向かって移動させ、軸孔２１に遊嵌する。支軸先端部２７は先端に向かって徐々に幅が狭まる形状であり、支軸２６は容易に軸孔２１に誘導される。支軸２６は中央に切込みを有し、支軸先端部２７の幅は支軸２６の幅より大きい。この為、支軸先端部２７は弾性変形しながら軸孔２１に遊嵌されていき、支軸２６の側面が軸孔２１の側面と接触して破損等しないようにすることができる。このステップにおいて、揺動体２０を回転させて、揺動体２０の検知部２２がインクカートリッジの検知室の内部に収まるようにする。ここで、支軸先端部２７の最外幅は、軸孔２１の直径より大きいので、揺動体２０は脱落しない。また支軸２６と軸孔２１との間には少しの隙間が形成されており、揺動体２０は軸心を中心に右向きあるいは左向きに揺動（回転）することができる。このようにして、揺動体２０は、突出室の内部において揺動中心を形成する。

続いて、図６（ｄ）に示すように、揺動体２０を挟むように、突出室１４および本体フレームの開口面とその反対面に、第１の蓋１と第２の蓋２を貼設する。これらの蓋は、例えば熱溶着（圧着）等の方法で貼設する。この時、熱の影響により揺動体２０が変形することを抑制するために、揺動体２０は本体フレームや第１の蓋１及び第２の蓋２より融点の高い樹脂で形成することが好ましい。これにより、揺動体２０を挟んで上下の開口を覆う一対の壁が形成されて、インクを貯留するインク貯留室ができる。揺動体２０を支軸２６に遊嵌して構成し、支軸先端部２７の幅が軸孔２１内径より大きい構成とすることで、カバー部材等を用いなくとも揺動体２０が脱落することを抑制することができる。

１３ 支軸
１４ 突出室
１５ 検知室
２０ 揺動体
２１ 軸孔

Claims (9)

1. インクを貯留するインク貯留室と、前記インク貯留室からインクカートリッジの使用時における重力方向の上方に突出した突出室と、フロート及び検知部を有する揺動体と、内部で前記検知部が移動し、該検知部の位置によって前記インク貯留室が貯留するインクの量を検知するための検知室と、を有するインクカートリッジであって、
   前記揺動体が揺動する際の揺動中心が、前記突出室の内部に設けられており、
   前記揺動中心は、前記揺動体の支軸が軸孔に遊嵌された部分であることを特徴とするインクカートリッジ。
2. 前記突出室は、前記インク貯留室を構成する部材に設けられた開口によって前記インク貯留室と連通している請求項１に記載のインクカートリッジ。
3. 前記重力方向と交差する方向において、前記開口の幅が、前記インク貯留室の幅に対して４／５以下の大きさである請求項２に記載のインクカートリッジ。
4. 前記重力方向と交差する方向において、前記開口の幅が、前記インク貯留室の幅に対して１／５以上の大きさである請求項２または３に記載のインクカートリッジ。
5. 前記検知室は、前記インク貯留室から前記重力方向の上方に突出している請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
6. 前記重力方向において、前記突出室の高さをｈ１、前記検知室の高さをｈ２としたとき、０．３≦ｈ１／ｈ２≦１．１
   を満たす請求項１乃至５のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
7. 前記重力方向において、前記突出室の高さをｈ１、前記検知室の高さをｈ２としたとき、０．５≦ｈ１／ｈ２≦１．０
   を満たす請求項１乃至５のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
8. 前記重力方向において、前記突出室の高さをｈ１、前記検知室の高さをｈ２としたとき、０．６≦ｈ１／ｈ２≦０．９
   を満たす請求項１乃至５のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。
9. 前記検知室は、前記インク貯留室から前記重力方向と交差する方向に突出している請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインクカートリッジ。

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