(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを収容する容積を保持する隔壁を備えたインク収容部と、
平面部と、前記隔壁から前記インク収容部の内部に向けて凸状となるように前記平面部の一方の面上に設けられた二つの傾斜面と、を有するプリズムユニットと、を備え、
前記平面部の前記一方の面の一部分は、前記隔壁に溶着又は接着されており、
前記平面部の前記一方の面の一部分を除く部分、及び、前記二つの傾斜面は、撥液性を有する機能膜によって被覆され、
前記平面部の前記一方の面の一部分は、前記機能膜によって被覆されていないことを特徴とするインクカートリッジ。
【請求項２】
前記二つの傾斜面と前記平面部とは一体成形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。
【請求項３】
前記機能膜は、蒸着膜であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクカートリッジ。
【請求項４】
前記機能膜は、フッ素樹脂またはフッ素系化合物であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のインクカートリッジ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のインクカートリッジと、
前記インクカートリッジに接続され、前記インク収容部から供給されたインクを吐出し印刷を行うインクジェットヘッドと、
前記インクカートリッジの前記二つの傾斜面に光を照射する光源と、前記二つの傾斜面で反射された前記光源からの光を受光する受光素子とを有する光学ユニットと、を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクカートリッジおよびそれを搭載したインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、インクを収容するインクタンクのインク残量、あるいはインクの有無を検出する方法として、光学的な手法を利用する方法が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、インクタンクの底面に設けられた光透過性プリズムと、このプリズムに対してインクタンクの外部より光を照射する光源およびプリズムからの反射光を受光する受光素子から成るインク残量検出機構について開示されている。
【０００４】
インクタンクの外部に設置された光源より照射された光は、インクタンク底面を透過してインクタンクの内部に設けられた光透過性プリズムの反射面に到達する。この際、インクタンクの内部にインクが充填されている場合は、インクとプリズムとの屈折率が近いため、この入射光はプリズムの反射面で反射されずに受光素子へは導光されない。一方で、インクタンクの内部にインクが充填されていない場合は、入射光がプリズムの反射面で反射されインクタンクの外部に設置された受光素子へと導光される機構となっている。このように、光源から照射された光が受光素子に戻ってくるか否かでインクの有無を検出する方法である。
【０００５】
また、特許文献１では、インクタンク外部からの光を導光するためのプリズムの反射面に対して、低表面エネルギー処理を行うことを特徴としている。
【０００６】
具体的な処理方法としては、インクタンクの底面とモールド一体成型されたプリズムの反射面に対して、アルキルポリシロキサンを含有する低表面エネルギー処理剤を、ニードル（注射針）を用いて適量滴下塗布し自然乾燥させる方法を用いている。この方法を用いてプリズムの反射面の低表面エネルギー処理を行うことにより、プリズムの反射面へのインク成分や着色剤の付着を抑制することが可能となり、結果として、より高精度なインク残量の検出が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１９８２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のインクカートリッジでは、低表面エネルギー処理剤の塗布量は制御できるものの、塗布後の膜厚や塗布面積は制御できずに不均一となるため基材であるプリズムとの密着性が十分に確保できない。そのため、インクの種類や使用環境によっては、長時間使用する中で低表面エネルギー処理剤・機能膜がプリズムの反射面より剥離し、この剥離した機能膜がインク吐出孔を塞ぐことに起因する印字不良を引き起こすことを確認した。
【０００９】
また、インクカートリッジを形成した後に、インク収容部内の特定の部分に位置するプリズムに撥水処理剤を滴下塗布するのは技術的に難しく、インクカートリッジの製造コストの増加を招く原因となってしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【００１１】
［適用例１］本適用例に係るインクカートリッジは、インクを収容する容積を保持する
隔壁を備えたインク収容部と、平面部と、前記隔壁から前記インク収容部の内部に向けて凸状となるように前記平面部の一方の面上に設けられた二つの傾斜面と、を有するプリズムユニットと、を備え、前記平面部の前記一方の面の一部分は、前記隔壁に溶着又は接着されており、前記平面部の前記一方の面の一部分を除く部分、及び、前記二つの傾斜面は、撥液性を有する機能膜によって被覆され、前記平面部の前記一方の面の一部分は、前記機能膜によって被覆されていないことを特徴とする。
【００１２】
本適用例によれば、プリズムユニットの平面部のうち、インク収容部の隔壁に接着などで固定される箇所に、接着性などを阻害する機能膜が形成されていないため、インク収容部とプリズムユニットとを高い信頼性を持つ状態で固定することが可能となる。
一方、二つの傾斜面、及び、平面部のうち隔壁に接着などで固定されない箇所には機能膜が形成されているため、これらの箇所へのインク成分の付着を防ぐことが可能となり、インクの有無の検出が高い精度で可能となる。
【００１５】
［適用例２］上記適用例にかかるインクカートリッジにおいて、前記二つの傾斜面と前
記平面部とは一体成形されていることが好ましい。
【００１６】
本適用例によれば、二つの傾斜面と平面部との固定が不要で、高い寸法精度を持つ前記
プリズムユニットを形成することが可能となる。
【００１７】
［適用例３］上記適用例にかかるインクカートリッジにおいて、前記機能膜は、蒸着膜であることが好ましい。
【００１８】
本適用例によれば、機能膜と基材との密着性が良好である。
【００１９】
［適用例４］上記適用例にかかるインクカートリッジにおいて、前記機能膜は、フッ素樹脂またはフッ素系化合物であることが好ましい。
【００２０】
本適用例によれば、機能膜に含まれるパーフルオロ基の作用により機能膜表面の表面エネルギーが低くなる。その結果、プリズムユニットへのインク成分や着色剤の付着を抑制することが可能となり、高精度にてインク残量の検出が可能となる。
【００２１】
［適用例５］本適用例に係るインクジェット記録装置は、上記適用例のいずれかに記載のインクカートリッジと、前記インクカートリッジに接続され、前記インク収容部から供給されたインクを吐出し印刷を行うインクジェットヘッドと、前記インクカートリッジの前記二つの傾斜面に光を照射する光源と、前記二つの傾斜面で反射された前記光源からの光を受光する受光素子とを有する光学ユニットと、を備えたことを特徴とする。
【００２２】
本適用例によれば、プリズムユニットの平面部うち、インク収容部の隔壁に接着などで固定される箇所に、接着性などを阻害する機能膜が形成されていないため、インク収容部とプリズムユニットとを高い信頼性を持つ状態で固定することが可能となる。
一方、二つの傾斜面、及び、平面部のうち隔壁に接着などで固定されない箇所には機能膜が形成されているため、これらの箇所へのインク成分の付着を防ぐことが可能となり、高い精度でインクの有無の検出ができるインクジェット記録装置を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態のインクジェット記録装置の概略構成を示す斜視図。
【図２】インクカートリッジの内部構造を説明する断面図。
【図３】プリズムユニットの構成を示す説明図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図。
【図４】インク収容部内のインク残量を検出するためのプリズムユニットと、インク収容部外に設けられたプリズムユニットに光を照射するための光源およびその光を受光する受光素子との位置関係を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
【００２５】
（実施形態１）
図１は、本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置としてのプリンターの概略構成を説明するための図である。
このプリンター１は、インクを吐出するための記録ヘッド２が取り付けられると共に、インクカートリッジ３が脱着可能に取り付けられるキャリッジ４と、記録ヘッド２の下方に配置されたプラテン５と、記録ヘッド２およびキャリッジ４とを、記録紙６（塗布対象物の一種）の紙幅方向に移動させるキャリッジ移動機構７と、ヘッド移動方向に直行する方向である紙送り方向に記録紙６を搬送する紙送り機構８とを備えて概略構成されている。ここで、紙幅方向は主走査方向であり、紙送り方向は副走査方向である。
【００２６】
キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動するように構成されている。また、キャリッジ４には、各インクカートリッジ３内のインク残量を検出するために用いられる光学ユニット１４（光源，受光素子）（図２参照）が設けられている。
【００２７】
次に、上記インクカートリッジについて説明する。
図２は、インクカートリッジの概構成を説明する断面図である。図３は本実施形態にて用いたプリズムユニットの構成を示す説明図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
本実施形態におけるインクカートリッジ３は、内部に、主にインクを収容するための隔壁を有するインク収容部１２と、このインク収容部１２とインクカートリッジ３の外部とを連通するためのインク導出部１１と、インク収容部１２内のインク残量を検出するためのプリズムユニット１３より構成される。
【００２８】
また、本実施形態におけるインクカートリッジ３は、プリズムユニット１３を除き、インク収容部１２とインク導出部１１とが、ポリプロピレン等の合成樹脂材料により、射出一体成型等の熱加工処理により形成されているものである。
このうち、インク導出部１１はインクカートリッジ３の底部に形成されており、インクカートリッジ３の外部に設けられたプリンター１の記録ヘッド２側のインク供給針（図示せず）と連結することで、インク収容部１２内のインクが記録ヘッド２に設けられたリザーバ内（図示せず）に供給されるようになっている。
また、このインク導出部１１内には、例えばエラストマー等の弾性材料により作成されたパッキン（図示せず）が設置されている。このパッキン（図示せず）は、その弾性体により、挿入されたインク供給針（図示せず）に当接して液密状態を確保する機能を持つ。
【００２９】
インクカートリッジ３のインク収容部１２の内表面には、例えば、アクリルやポリプロピレン、ガラス等の光透過性部材により形成された三角プリズム１５および平面部１７ａから成るプリズムユニット１３が設置されている。
このプリズムユニット１３は、二つの傾斜面に反射面１６ａ，１６ｂをもつ三角プリズム１５と、インク収容部１２を構成する壁の一つと接着し、後にインクカートリッジ３を構成する壁の一部となる平面部１７ａとを一体成型により形成したものである。本実施形態では、このプリズムユニット１３とインク収容部１２を構成する隔壁の一部とを接着する方法として、熱的接合方法、特にはレーザーによる熱融着手法を用いるものとする。もちろん、その他の手法として接着剤やモールド剤などによる接着手法を用いても良い。
【００３０】
三角プリズム１５は、インク収容部１２に収容されたインクと接するように二つの反射面１６ａ，１６ｂをもっている。つまり、三角プリズム１５は反射面１６ａ，１６ｂが隔壁から内部に向けて凸状となるように配置される。また、この三角プリズム１５のインクと接しない面と平行に平面部１７ａが配置されている。この平面部１７ａは三角プリズムよりも広い面積を持ち、インクカートリッジ３との接着領域や組み立て工程でのハンドリング性、また、後に説明する蒸着処理における処理精度などを考慮して設計される事が望ましい。
そして、反射面１６ａ、１６ｂにはインクなどの液体を撥液する機能膜が設けられている。
【００３１】
本実施形態において使用する機能膜の材料としては、フッ素系樹脂もしくはフッ素系化合物を用いる。具体的には、ＦＥＰやＥＴＦＥのようなフッ素系樹脂、信越化学工業（株）製「ＫＹ−１３０」あるいはダイキン工業（株）製「オプツールＤＳＸ」、（株）フロロテクノロジー社製「フロロサーフ」等のフッ素基含有シラン化合物が適当である。
【００３２】
フッ素有機基導入シラン化合物は、下記の一般化学式（化１）、（化２）で示される。
【００３３】
【化１】
0006003148.tif 000002
【００３４】
【化２】
0006003148.tif 000003
【００３５】
また、機能膜の材料としてＦＥＰやＥＴＦＥのようなフッ素系樹脂を用いる場合には、基材となるプリズムユニット１３の材質に合わせて、機能膜と基材との密着性を向上させるための中間層を設けても良い。具体的な実施例として、ポリプロピレンにより形成されたプリズムユニット１３に対して、フッ化ビニリデンを中間層に用いることが好ましい。
また、本中間層の形成方法としては、中間層材料と機能膜材料とを段階的に蒸着し、中間層と機能膜とを積層構造にする方法と、中間材料と機能膜材料とを同時に蒸着（共蒸着）し、複合膜構造にする方法が挙げられる。
【００３６】
次に、以上のような構成のプリンター１において、インク残量の有無を検出するための三角プリズム１５にインク成分が付着するのを防止するための撥水性を付与する処理方法について説明する。この処理は、三角プリズム１５の反射面１６ａ、１６ｂにフッ素系の機能膜を形成し、インク収容部１２内のほかの領域に対して、表面エネルギーを相対的に低くすることを目的としている。
本実施形態においては、これらの処理剤に対して蒸着手法を用いて三角プリズム１５の反射面１６ａ、１６ｂに撥水性をもつフッ素系機能膜を形成することとする。
蒸着法を用いることにより、ウェットプロセスで機能膜を形成する場合と比べて、密着性の高い機能膜を得ることが可能となる。また、一度に多量のプリズムユニット１３への撥水処理が行えるため、低コストで合理的な方法であると言える。
【００３７】
蒸着処理を行うにあたっては、プリズムユニット１３の三角プリズム１５の反射面１６ａ、１６ｂを除く領域に対して、メタルマスクを用いて遮蔽することで必要な箇所のみに機能膜を形成することが可能となる。
また、プリズムユニット１３の三角プリズム１５の反射面１６ａ、１６ｂに加えて、平面部１７ａの内、インク収容部１２を形成する壁の一部と溶着される平面部接着領域１７ｂ（図３（ｂ）参照）を除く領域で、且つインク収容部１２内に面し三角プリズム１５と同様にインクと接する領域にも機能膜を形成してもよい。こうすることで、後述する三角プリズム１５の反射面１６ａ、１６ｂへのインク成分残りがより少なくなるため、インク残量の検出精度を向上させることができる。
【００３８】
次に、インク収容部内のインク残量の検出機構について説明する。
図４は、インクカートリッジ３の底面に配置されたプリズムユニット１３と、キャリッジ４に設置され、プリズムユニット１３へ光を照射する光源１８および受光素子１９から成る光学ユニット１４との相対位置関係を示す模式図である。
【００３９】
図４に示すように、インク収容部１２の外部下方に位置する光学ユニット１４の光源１８より照射された光は、光透過性材料であるプリズムユニット１３の平面部１７ａを透過し三角プリズム１５の反射面１６ａに到達する。このとき、インク収容部１２内にインクが充填されている場合は、この入射光２０は反射面１６ａで反射されることなくインク内に吸収されてしまい、光源１８と同じくインク収容部１２の外部下方に位置する受光素子１９には戻ってこない。これに対して、インク収容部１２内にインクが無い場合は、光源１８より照射された光は、三角プリズム１５の二つの反射面１６ａ，１６ｂにて反射され、受光素子１９へと戻ってくる。このように、光学ユニット１４の光源１８からの照射光が受光素子１９に戻ってくるか否かでインクの有無を検出する。
そして、本実施形態のように反射面１６ａ、１６ｂにインクを撥液する機能膜が形成されているため、反射面１６ａ、１６ｂへのインク成分の付着を防ぐことが可能となり、三角プリズム１５におけるインクの有無の検出が高い精度で可能となる。
【００４０】
以上、これまで述べたように本実施形態によれば、インク収容部１２内のインク残量を検出するための三角プリズム１５の反射面１６ａ，１６ｂに低表面エネルギー化のための機能膜を形成することで、インク収容部１２内のほかの領域に対して、表面エネルギーを相対的に低くすることが可能である。このことから、様々なインクや使用環境下での長時間の使用に対しても、三角プリズム１５表面へのインク成分の付着を防ぐことが可能となり、三角プリズム１５の反射面１６ａ，１６ｂが常に入射光２０を反射する状態に保つことが出来る。これにより、インク収容部１２内のインク残量を高精度で検出することが出来るという効果が得られる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、撥水性を持つ機能膜を蒸着法により形成することを基本としている。蒸着処理においては、メタルマスクを用いた機能膜のパターニングを行うことにより、撥水性の付与が必要な三角プリズム１５の反射面１６ａ，１６ｂおよびプリズムユニット１３の平面部１７ａのうち、インク収容部１２を形成する壁の一部と溶着される箇所を除く領域のみに機能膜の形成が可能となる。
また、一方で、プリズムユニット１３の平面部１７ａのうち、インク収容部１２を形成する壁の一部と溶着される箇所には、接着性などを阻害する機能膜が形成されていないため、インク収容部１２とプリズムユニット１３とを高い信頼性を持つ状態で固定することが可能となる。
これにより、プリズムユニット１３に予め機能膜を形成した後で、インク収容部１２を形成する壁の一部と溶着することが可能となるため、より低コストで且つ合理的な処理を行う効果がある。
【００４２】
また、本実施形態において、蒸着手法により形成された機能膜は、ウェットプロセスと比べて基材であるプリズムユニット１３との密着性が良好な状態となる。これにより、ウェットプロセスで発生する、プリズムユニット１３からの機能膜の剥離および剥離した機能膜がインク吐出孔を塞ぐことに起因する印字不良の課題を一掃し、長期信頼性をもつインクカートリッジ３およびプリンター１を創出する効果をもつ。
【符号の説明】
【００４３】
１…インクジェット記録装置としてのプリンター、２…記録ヘッド、３…インクカートリッジ、４…キャリッジ、５…プラテン、６…記録紙、７…キャリッジ移動機構、８…紙送り機構、９…ガイドロッド、１１…インク導出部、１２…インク収容部、１３…プリズムユニット、１４…光学ユニット、１５…三角プリズム、１６a、１６ｂ…反射面、１７a…平面部、１７b…平面部接着領域、１８…光源、１９…受光素子、２０…入射光。
【図１】
0006003148.tif 000004
【図２】
0006003148.tif 000005
【図３】
0006003148.tif 000006
【図４】
0006003148.tif 000007