JP2010000701A - インクタンク、記録装置、インク残量検知システムおよびインク残量検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光部からの光により生じる乱反射光や散乱光によるインク残量誤検知の問題を解決し、インク収容部内のインクの残量を光学的に高精度に検知するインクタンク、記録装置、インク残量検知システムおよびインク残量検知方法を実現すること。
【解決手段】第１の波長の光を発する光源１と第２の波長の光を受光する受光部２とを設ける。そして、光学プリズム１１を用いて、インクタンク５内にインク６が無いときにのみ、インクタンクに設けた、第２の波長の光を発光する発光物質４に光源１からの第１の波長の光が照射されるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクタンク内のインク残量を検知することができるインクタンク、記録装置、インク残量検知システムおよびインク残量検知方法に関するものである。

一般に，インクジェット記録装置を含む種々の記録装置に対するインク供給源としては、カートリッジタイプのインクタンク(以下、インクカートリッジともいう)が採用されている。このインクカートリッジは、記録装置に対して着脱可能なものが多く使用されている。

インクカートリッジ内のインクが無くなった場合には、記録動作が途中で途絶えてしまうため、そのインクカートリッジ内のインクの残量を検知するための機構が種々提案されている。インクカートリッジ内のインク残量の検知機構としては、インクカートリッジ内に設けた電極間の導通状態を確認することでインク残量を検知する機構や、光学的な手段によって残量検知する機構などがある。特に、光学的にインクの有無を検知する手段は、その構成が簡便であり大きな装置を必要としないため多く採用されている。

光学的にインク残量を検知する機構として、例えば、特許文献１および２には、プリズムを用いた機構が提案されている。プリズムを用いたインク残量の検知機構は、記録装置側に発光部と受光部とを備え、インクカートリッジ側に、ポリプロピレンなどの光透過性材料によって構成されたプリズム反射面を備えている。インクカートリッジ内のインクが無くなって、プリズムの反射面の界面がインクから空気に代わったときに屈折率が変化することにより、記録装置側の発光部からの光がプリズムの反射面で全反射して、記録装置側の受光部によって検知される。このような光学的反射強度の変化に基づいて、インクカートリッジ内のインクの有無が検知される。

特開平０２−１０２０６２号公報 特開平０７−２１８３２１号公報 特開平１０−３２３９９３号公報 特開２００４−１４２３２６号公報 特開２００４−１４２３２７号公報 特開２００６−１５９７８９号公報 特開平０８−１５１５４５号公報 特開平０８−００３５４８号公報 特開昭６０−２９９９６号公報 米国特許第５，０９３，１４７号明細書 米国特許第５，６１４，００８号明細書 米国特許第４，５４０，５９５号明細書 特表２００１−５０３４５９号公報 特開２０００−１２９１８５号公報

このような光学的反射強度の変化に基づいて、インクカートリッジ内のインクの有無を検知する機構では、本来検知すべき反射光のほかに、発光部からの光により生じる乱反射光や散乱光が受光部に届くことがある。このため、乱反射光や散乱光とプリズムからの反射光との区別がつかず、インクの有無を誤検知してしまう恐れがあった。

これに対して、特許文献３では、プリズム底面部に凹状多面体を設けることによりプリズム底面部における反射光を低減し、より正確にインクの有無を検出する方法を報告している。また、特許文献４では、発光部と受光部の前に偏光板を設け、特許文献５では発光部と受光部の前に偏光板を設け、さらにプリズムの直前に光の振動方向を変える手段を設けている。これにより、プリズムとインクとの境界面で反射する反射光以外を低減し、より正確にインクの有無を検出する方法を報告している。しかし、これらの方法では受光部に届く反射光が減少してしまう恐れがあった。

また特許文献６では、インク中に発光物質を含有させ、発光物質が発する光に基づいて、インクの残量を検知する方法が開示されている。この方法では、発光部の発する光と受光部の受光する光の波長が異なるので、発光部からの光による乱反射光や散乱光の問題を解決できる。しかし、この方法では、インク中に発光物質を添加しなければならないという制約があった。

よって本発明は、従来技術における課題を解決する解決するためになされたものである。すなわち発光部からの光により生じる乱反射光や散乱光によるインク残量誤検知の問題を解決し、インク収容部内のインクの残量を光学的に高精度に検知するインクタンク、記録装置、インク残量検知システムおよびインク残量検知方法を実現することを目的とする。

そのため本発明のインクタンクは、インクを収容可能なインク収容部と、該インク収容部内のインクの有無を光学的に検知するのに用いられる光反射部と、を備えたインクタンクにおいて、外部から照射される照射光が、前記光反射部で反射し反射光となって照射されることで励起されて、前記照射光とは異なる波長の光を発光する発光物質を備えていることを特徴とする。

また、本発明の記録装置は、インクの有無を光学的に検知するのに用いられる光反射部を備えたインクタンクを搭載可能な記録装置であって、前記インクタンクの前記光反射部に光を照射する発光手段と、前記インクタンクが備えた、前記光反射部からの反射光を受光可能な発光物質が発光する光を受光可能な受光手段と、を備え、前記発光手段の発光する光の波長と、前記受光手段が受光する光の波長とは異なることを特徴とする。

また、本発明のインク残量検知システムは、インクを収容可能なインク収容手段と、該インク収容手段の中のインクの有無を光学的に検知するのに用いられる光反射手段と、を備えたインク残量検知システムであり、前記光反射手段に光を照射する第１の発光手段と、該第１の発光手段から発光される光が、前記光反射手段で反射し反射光となって照射されることで励起されて、前記光とは異なる波長の光を発光する第２の発光手段と、該第２の発光手段が発光する光を受光可能な受光手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明のインク残量検知方法は、インク収容部に収容されたインクの残量を検知するインク残量検知方法において、前記インク収容部内のインクの有無を光学的に検出するのに用いられる光反射部を準備する工程と、前記反射部からの反射光の光路に、外部から照射される照射光によって励起され発光する発光物質を準備する工程と、前記光反射部に光を照射する発光工程と、前記発光物質によって発光された光を受光する受光工程と、を有し、前記発光工程で発光する光の波長と、前記受光工程で受光する光の波長とは異なり、前記発光物質が発する光に基づいて、前記インク収容部内のインクの残量を検知することを特徴とする。

本発明によれば、インクタンクに、外部から照射される照射光が、光反射部で反射し反射光となって照射されることで励起されて、照射光とは異なる波長の光を発光する発光物質を備える。これによって、発光部からの光により生じる乱反射光や散乱光によるインク残量誤検知の問題を解決し、インク収容部内のインクの残量を光学的に高精度に検知することができるインクタンクを実現することができた。

また本発明によれば、記録装置に、インクタンクの光反射部に光を照射する発光手段と、インクタンクが備えた、光反射部からの反射光を受光可能な発光物質が発光する光を受光可能な受光手段と、を備える。そして、発光手段の発光する光の波長と、前記受光手段が受光する光の波長とを異ならせる。これによって、発光部からの光により生じる乱反射光や散乱光によるインク残量誤検知の問題を解決し、インク収容部内のインクの残量を光学的に高精度に検知することができる記録装置を実現することができた。

また本発明によれば、インク残量検知システムに、光反射手段に光を照射する第１の発光手段を備える。さらにインク残量検知システムに、第１の発光手段から発光される光が、光反射手段で反射し反射光となって照射されることで励起されて、第１の発光手段から発光される光とは異なる波長の光を発光する第２の発光手段を備える。また更にインク残量検知システムに、第２の発光手段が発光する光を受光可能な受光手段とを備える。これによって、発光部からの光により生じる乱反射光や散乱光によるインク残量誤検知の問題を解決し、インク収容部内のインクの残量を光学的に高精度に検知することができるインク残量検知システムを実現することができた。

また本発明によれば、インク残量検知方法は、インク収容部内のインクの有無を光学的に検出するのに用いられる光反射部を準備する工程と、反射部からの反射光の光路に、外部から照射される照射光によって励起され発光する発光物質を準備する工程とを有する。さらにインク残量検知方法は、光反射部に光を照射する発光工程と発光物質が発光した光を受光する受光工程を有し、発光工程で発光する光の波長と受光工程で受光する光の波長とは異なり、発光物質が発する光に基づいてインク収容部内のインクの残量を検知する。これによって、発光部からの光により生じる乱反射光や散乱光によるインク残量誤検知の問題を解決し、インク収容部内のインクの残量を光学的に高精度に検知することができるインク残量検知方法を実現することができた。

以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。

図１は、本実施形態のインク残量検知システムを示す図であり、（ａ）は、概略構成図であり、（ｂ）は、内部にインクがある時の動作説明図であり、（ｃ）は、内部にインクが無いときの動作説明図である。インクタンク５は、内部にインク６を収容可能であり、底部にはインクの有無によって光の屈折を変化させる光学プリズム１１の界面３と、外部からの光を遮光する遮光部７と、光を受けて特定の波長の光を発する発光物質４とを備えている。また、インクタンク５の下部には、光源１と受光部２とが一体になった検出器１０が設けられている。

本発明では、光源１が発する光の波長を発光物質４によって変えてから受光部２で受光させる。つまり、受光部２は発光物質４が発する光の波長だけを認識可能にすることで、インク残量誤検知を防止している。以下にこの方法について詳細に説明する。

発光物質４は、蛍光物質やりん光物質等の光励起によって発光する物質であり、その中でも吸収波長と発光波長が分離しているものが好ましい。このような発光物質の材料としては、紫外・可視領域に吸収・発光帯をもつローダミン誘導体、ペリレン誘導体、ピレン誘導体、フルオレセイン誘導体等が挙げられる。また、特許文献７、８、９に記載されている可視・赤外領域に吸収・発光帯をもつネオジム（Ｎｂ）、イッテルビウム（Ｙｂ）およびエルビウム（Ｅｒ）を含有した無機の赤外発光蛍光体等でもよい。さらに、特許文献１０、１１、１２、１３、に記載されているポリエステルを含有した赤外発光体や、特許文献１４に記載されているフタロシアニンを含んだ赤外発光体等でもよい。これら以外のものであっても、本発明の主旨を逸脱しないものであれば使用できる。

光源１としては、発光物質４の吸収帯に光源１の発光帯が重なるものであればよく、紫外ＬＥＤ、可視ＬＥＤ、赤外ＬＥＤなどが適している。これ以外のものであっても、本発明の主旨を逸脱しないものであれば使用できる。

表１は、本発明で用いることができる発光物質、発光素子、受光素子の組み合わせを示
したものである。

本実施形態では、光学的にインクの有無を検出する光学プリズム１１は、インクタンク５と一体成型されており、インクタンク５の底部に設けられている。図１（ｂ）に示すようにインクが有るときは、光源１からの波長λ１の入射光１２は、光学プリズム１１の界面３で屈折して波長λ１の屈折光１３になる。屈折光１３はその後インクの液面で反射して屈折光１５になり、その屈折光１５は遮光部７に到達するため発光物質４には届かない。また、入射光１２が（別の界面で反射した光や）散乱した光１４が直接受光部２に届く場合もあるが、受光部２は、発光物質４が発光可能な波長λ２の光しか認識しないため、波長がλ１の光１４は認識しない。また、光学プリズム１１の内部および界面３で散乱した波長λ１の光１６が発光物質４に届く可能性がある。光１６が発光物質４に届き、発光物質４が励起された場合、波長λ２の光を発し、受光部２はその光を認識することになり誤検知を招く事になる。しかし、光１６は非常に弱い光であるため励起される発光物質は少なく、例え発光物質４が励起されて波長λ２の光を発光しても、受光部２で光量の閾値を設けることで誤検知を回避できる。

したがって、インクタンク５内にインク６が入っている場合には、受光部２が光を認識することはなく、インク６が無いと判断（誤認）することは無い。

図１（ｃ）に示すようにインクタンク５内にインク６が無いときは、波長λ１の入射光１２は界面３で全反射し、波長λ１の全反射光１７となり、発光物質４へ光が照射される。この際、発光物質４は全反射光１７により励起され、波長λ１とは異なる波長λ２の光１８を発する。発光物質４の発する光１８は等方的に発せられるため受光部２に届き、受光部２はインク６インクタンク５内に無いことを認識する。

したがって、インクタンク５内にインク６が入っていない場合には、受光部２が光を認識し、インクタンク５内にインク６があると判断（誤認）することは無い。

このように、第１の波長の光を発する光源１と第２の波長の光を受光する受光部２とを設ける。そして、光学プリズム１１を用いて、インクタンク５内にインク６が無いときにのみ、インクタンクに設けた、第２の波長の光を発光する発光物質４に光源１からの第１の波長の光が照射されるようにする。これによって発光物質４からは第２の波長の光が発せられ、受光部がこの第２の波長の光を受光することで、インクタンク内にインクが無いことを認識する。このようにして、インクタンク内のインクの残量を光学的に高精度に検知することができるインクタンク、インク残量検知方法、インク残量検出システムおよび記録装置を実現することができた。

なお、本実施形態では発光物質４は、インクタンク５に備えられているが、インクタンク５ではなく記録装置本体にあってもよい。しかし、何度も検出を繰り返すことによる発光性能の劣化が懸念されるため交換が容易にできるようにインクタンク５に備えることが好ましい。

また、本発明の記録装置は、上記のインク残量検知システムで用いた、インクタンク５を搭載可能であり、上記インク残量検知システムを採用するものである。

また、本発明のインク残量検知システムの製造方法は、次のような工程を含むことができる。

少なくとも、インク６を貯留する空間（インク貯留空間）とその貯留空間内に光学的にインクの有無を検出する光学プリズム１１を形成する工程。インクタンク５の外部から照射される外部光により励起され発光する発光物質４をインクタンクに取り付ける工程。インク貯留空間と、外部とを連通させるためのインク供給部を形成する工程。このような工程を含むことによってインクタンク５（インクカートリッジ）を製造することができる。

なお、発光物質４をインクタンク５に取り付ける工程としては、以下のような方法が挙げられる。発光物質４を含まない第１の樹脂と、発光物質４を含む第２の樹脂とを用いて２色成型によりインク貯留空間と光学プリズム１１および発光物質４部分を成型する方法。この場合、どちらの樹脂を先に成型しても所望の形が形成できればよい。また、第１の樹脂、第２の樹脂は同じ樹脂であっても異なる樹脂であってもよい。また、インクタンク５の発光物質４を含む部分、含まない部分をそれぞれ別に成型し、その後、超音波や熱による融着、および接着剤による接着を行ってもよい。この場合、発光物質４を含む部分に発光物質４を含有させる方法としては、成型された樹脂に発光物質４を塗布する方法、樹脂中に発光物質４を含有させ、この樹脂を用いて成型する方法、成型された樹脂に発光物質４を含んだシートを貼る方法が挙げられる。これ以外の方法であっても、本発明の主旨を逸脱しない方法、工程であれば使用できる。

（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態を図を参照して説明する。本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、特徴的な構成についてのみ説明する。

図２は、本実施形態のインク残量検知システムを示したもので、（ａ）は、インク残量検知システムの概略構成図であり、（ｂ）は、概略斜視図であり、（ｃ）は、インクがある時の動作の説明図であり、（ｄ）は、インクが無いときの動作の説明図である。なお、図１と同様な部分には同じ符号を付してある。

本実施形態では、第１の実施形態とは異なり遮光部７が設けられていない。また光学的にインクの有無を検出する光学プリズム２６は界面３と界面８を備えており、その界面３と界面８との間に発光物質４が設けられている。図２（ｃ）に示すようにインクタンク２５内にインク６が有るときは、光源１からの波長λ１の入射光１２は界面３で屈折して波長λ１の屈折光１３となり受光部２には届かない。

また、入射光１２が（別の界面で反射した光や）散乱した光１４や、インク６表面で反射した光１５が受光部２に届く場合もあるが、これらの光の波長はλ１であるため受光部２はこれらの光を認識しない。また、プリズム２６中および界面３で散乱した波長λ１の光１６が発光物質４に届く可能性があるが、非常に弱い光であるため励起される発光物質は少なく、光量の閾値を設けることでこの発光による誤検知を回避できる。

図２（ｄ）に示すようにインクタンク２５内にインクが無いときは、入射光１２は界面３で全反射し波長λ１の全反射光１７となり、発光物質４へ光が照射される。この際、発光物質４は全反射光１７により励起され、波長λ１とは異なる波長λ２の光１８を発する。発光物質４の発する光１８および、界面８で全反射された光１９（波長λ１、λ２を共に含む）が受光部２に届く。受光部２は光１８（波長λ２）および光１９の波長λ２成分を選択的に検出しインクタンク２５内にインク６が無いことを認識する。

このように、第１の波長の光を発する光源１と第２の波長の光を受光する受光部２とを設ける。そして、光学プリズム２６を用いて、インクタンク５内にインク６が無いときにのみ、インクタンクに設けた、第２の波長の光を発光する発光物質４に光源１からの第１の波長の光が照射されるようにする。これによって発光物質４からは第２の波長の光が発せられ、受光部がこの第２の波長の光を受光することで、インクタンク内にインクが無いことを認識する。このようにして、インクタンク内のインクの残量を光学的に高精度に検知することができるインクタンク、インク残量検知方法、インク残量検出システムおよび記録装置を実現することができた。

（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態を図を参照して説明する。本実施形態の基本的な構成は第１および第２の実施形態と同様であるため、特徴的な構成についてのみ説明する。

図３は、本実施形態のインク残量検知システムの図であり、図３（ａ）は、インク残量検知システムの概略構成図であり、図３（ｂ）はインクがある時の動作の説明図であり、図３（ｃ）はインクが無いときの動作の説明図である。図１および図２と同様な部分には同じ符号を付してある。

本実実施形態のインクタンク３５には、発光物質４とインク６の有無を検出する光学プリズム３３との間に界面９が設けられている。図３（ｂ）に示すように、インクタンク３５内にインク６が有るときは、光源１からの波長λ１の入射光１２は界面３で屈折して波長λ１の屈折光１３となり受光部２には届かない。

また、入射光１２が（別の界面で反射した光や）散乱した光１４やインク６の表面で反射した光１５が受光部２に届く場合もあるが、これらの光の波長はλ１であるため受光部２はこれらの光を認識しない。また、プリズム３３中および界面３で散乱した光１６(波長λ１)が発光物質４に届く可能性があるが、界面９で屈折、散乱されほとんど発光物質４は励起されない。例え発光物質４が励起されて波長λ２の光を発光しても、受光部２で光量の閾値を設けることで誤検知を回避できる。また、発光物質４に届く光量は少ないため閾値の値を第１および第２の実施形態より小さくすることが可能になる。

図３（ｃ）のように、インクタンク３５内にインク６が無いときは、入射光１２は界面３で全反射し波長λ１の全反射光１７となり、発光物質４へ光が照射される。全反射光１７は界面９に対して垂直に入射するため、光の直進性によりほとんど散乱や屈折をすることなく発光物質４へ照射される。この際、発光物質４は全反射光１７（波長λ１）により励起され、波長λ１とは異なる波長λ２の光１８を発する。発光物質４の発する光１８および全反射光１７が受光部２に届く。受光部２は波長λ２の光１８を選択的に検出し、インクタンク３５にインク６が無いことを認識する。

このように、第１の波長の光を発する光源１と第２の波長の光を受光する受光部２とを設ける。そして、光学プリズム３３を用いて、インクタンク５内にインク６が無いときにのみ、インクタンクに設けた、第２の波長の光を発光する発光物質４に光源１からの第１の波長の光が照射されるようにする。これによって発光物質４からは第２の波長の光が発せられ、受光部がこの第２の波長の光を受光することで、インクタンク内にインクが無いことを認識する。このようにして、インクタンク内のインクの残量を光学的に高精度に検知することができるインクタンク、インク残量検知方法、インク残量検出システムおよび記録装置を実現することができた。

（ａ）は、インク残量検知システムの概略構成図であり、（ｂ）は、内部にインクがある時の動作説明図であり、（ｃ）は、内部にインクが無いときの動作説明図である。 （ａ）は、インク残量検知システムの概略構成図であり、（ｂ）は、概略斜視図であり、（ｃ）は、インクがある時の動作の説明図であり、（ｄ）は、インクが無いときの動作の説明図である。 （ａ）は、第３の実施形態のインク残量検知システムの概略構成図であり、（ｂ）はインクがある時の動作の説明図であり、（ｃ）はインクが無いときの動作の説明図である。

符号の説明

１ 光源
２ 受光部
３ 界面
４ 発光物質
５ インクタンク
６ インク
７ 遮光部
９ 界面
１１ 光学プリズム
１２ 入射光
１３ 屈折光
１７ 全反射光
２６ 光学プリズム
３３ 光学プリズム

Claims (5)

1. インクを収容可能なインク収容部と、該インク収容部内の前記インクの有無を光学的に検知するのに用いられる光反射部と、を備えたインクタンクにおいて、
   外部から照射される照射光が、前記光反射部で反射し反射光となって照射されることで励起されて、前記照射光とは異なる波長の光を発光する発光物質を備えていることを特徴とするインクタンク。
2. 前記発光物質は、前記インク収容部内に前記インクがない場合に、前記反射部からの前記反射光を受けて発光することを特徴とする請求項１に記載のインクタンク。
3. インクの有無を光学的に検知するのに用いられる光反射部を備えたインクタンクを搭載可能な記録装置であって、
   前記インクタンクの前記光反射部に光を照射する発光手段と、
   前記インクタンクが備えた、前記光反射部からの反射光を受光可能な発光物質が発光する光を受光可能な受光手段と、
   を備え、
   前記発光手段の発光する光の波長と、前記受光手段が受光する光の波長とは異なることを特徴とする記録装置。
4. インクを収容可能なインク収容手段と、該インク収容手段の中の前記インクの有無を光学的に検知するのに用いられる光反射手段と、を備えたインク残量検知システムであり、
   前記光反射手段に光を照射する第１の発光手段と、
   該第１の発光手段から発光される光が、前記光反射手段で反射し反射光となって照射されることで励起されて、前記光とは異なる波長の光を発光する第２の発光手段と、
   該第２の発光手段が発光する光を受光可能な受光手段と、
   を備えたことを特徴とするインク残量検知システム。
5. インク収容部に収容されたインクの残量を検知するインク残量検知方法において、
   前記インク収容部内のインクの有無を光学的に検出するのに用いられる光反射部を準備する工程と、
   前記反射部からの反射光の光路に、外部から照射される照射光によって励起され発光する発光物質を準備する工程と、
   前記光反射部に光を照射する発光工程と、
   前記発光物質によって発光された光を受光する受光工程と、
   を有し、
   前記発光工程で発光する光の波長と、前記受光工程で受光する光の波長とは異なり、前記発光物質が発する光に基づいて、前記インク収容部内のインクの残量を検知することを特徴とするインク残量検知方法。

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