(57)【要約】【課題】インクカートリッジのインク残量を直接的に検出することができるインクジェット式記録装置を提供する。【解決手段】カートリッジホルダ６内に装着されるインクカートリッジ４１の上部に音発生手段６１として笛を設け、この笛から発せられる音をインクカートリッジ４１内のインク消費により形成される音響室４７で反響させ、音響室４７の容積変化に応じて変化する音程に基づいてインク残量を検出する。例えば、マイクロフォンによって集音し、集音した音の周波数によってインク残量を検出する。【選択図】　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カートリッジ本体の内部にインクを収容し、記録ヘッドを備えたキャリッジと共に移動するインクジェット式記録装置用インクカートリッジにおいて、
前記カートリッジ本体には音発生手段を設け、カートリッジ本体内のインクよりも上方の空間部分を音響室とし、
音発生手段からの音を音響室で反響させると共に、インク残量の変化によって反響音の音程が変化するようにしたことを特徴とするインクジェット式記録装置用インクカートリッジ。
【請求項２】
前記音発生手段が笛であり、キャリッジと共に移動することにより笛を鳴らし、インク残量の変化によって笛の音程が変化するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット式記録装置用インクカートリッジ。
【請求項３】
前記カーリッジ本体内に、インクを袋体内に充填した状態で収容し、該袋体の上に錘を設け、インクの消費に伴って袋体が収縮して錘が下降するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェット式記録装置用インクカートリッジ。
【請求項４】
ガイド部材に沿って移動するキャリッジに記録ヘッドが取り付けられると共に、該キャリッジにカートリッジホルダが設けられ、該カートリッジホルダに上記記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジが装着されたインクジェット式記録装置において、
前記インクカートリッジはインクを収容するカートリッジ本体を有し、該カートリッジ本体には音発生手段を設け、カートリッジ本体内のインクよりも上方の空間部分を音響室とし、
前記音響室の反響音を集音して信号を送出する集音手段と、該集音手段からの信号に基づいて反響音の音程を認識するインク残量判定手段とを設け、
音発生手段からの音を音響室に反響させることでインク残量の変化によって反響音の音程を変化させ、該反響音の音程をインク残量判定手段に認識させることでインクカートリッジ内のインク残量を判定することを特徴とするインクジェット式記録装置。
【請求項５】
前記インク残量判定手段の判定に基づいてインクカートリッジの交換時期を表示する表示手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載のインクジェット式記録装置。
【請求項６】
ガイド部材に沿って移動するキャリッジに記録ヘッドが取り付けられると共に、該キャリッジにカートリッジホルダが設けられ、該カートリッジホルダに上記記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジが装着されたインクジェット式記録装置のインク残量検出方法において、
前記インクカートリッジはインクを収容するカートリッジ本体を有し、該カートリッジ本体のインクよりも上方の空間部分を音響室とし、
カートリッジ本体に設けた音発生手段から発せられる音を音響室で反響させ、該音響室の容積変化に応じて変化する音程に基づいてインク残量を検出することを特徴とするインクジェット式記録装置におけるインク残量検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタやプロッタなどのインクジェット式記録装置のインクカートリッジ、そのインク残量を検出可能としたインクジェット式記録装置、及びそのインク残量検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式記録装置は、キャリッジに取り付けた記録ヘッドのノズル開口からインク滴を吐出して記録紙に着弾させることにより文字や画像等を記録する記録装置であり、キャリッジが長尺な軸状のガイド部材に案内されて主走査方向に移動するように成っている。該キャリッジにはインクを収容したインクカートリッジを装着可能なカートリッジホルダが設けられており、該カートリッジホルダ内にインクカートリッジを装着する。そして、インクカートリッジの交換時期が到来すると、例えば交換表示灯が点灯すると、新しいカートリッジに交換していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のインクジェット式記録装置にあっては、インク滴の吐出発数をカウントし演算によって消費したインク量を求めていた。即ち、間接的にインクカートリッジのインク残量を検出していた。このように、従来は直接的にインク残量を検出していないので、インクカートリッジを途中で抜き差しして発数カウンタがリセットされた場合には、インクがＦｕｌｌ（満タン）でないインクカートリッジを満タンの状態と誤認識し、やがてインクが無くなってもインクカートリッジの交換表示をせずに印字をし続けてしまう虞があった。或いはまた、演算による消費インク量検出では、使用環境や印字モードに起因するインク消費量のばらつきを考慮してマージンを持たせているため、演算結果と実際の消費インク量とに誤差が生じ易く、インクを使い切っていないにもかかわらず、インクカートリッジ交換表示が点灯する虞れがあった。
【０００４】
また、電極をインク内に入れて電気抵抗の差で交換時期を検出するものも開発されているが、インクに通電しなければならないので、電気分解と同じ現象が発生してインクの物性が変化してしまう虞もあった。
【０００５】
そこで本発明は、上記した事情に鑑み提案されたもので、その目的は、インクの物性に変化を与えることなく、インクカートリッジのインク残量を直接的に検出することができるインクジェット式記録装置、インクカートリッジ、及びそのインク残量検出方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載のものは、カートリッジ本体の内部にインクを収容し、記録ヘッドを備えたキャリッジと共に移動するインクジェット式記録装置用インクカートリッジにおいて、
前記カートリッジ本体には音発生手段を設け、カートリッジ本体内のインクよりも上方の空間部分を音響室とし、
音発生手段からの音を音響室で反響させると共に、インク残量の変化によって反響音の音程が変化するようにしたことを特徴とするインクジェット式記録装置用インクカートリッジである。
【０００７】
請求項２に記載のものは、前記音発生手段が笛であり、キャリッジと共に移動することにより笛を鳴らし、インク残量の変化によって笛の音程が変化するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット式記録装置用インクカートリッジである。
【０００８】
請求項３に記載のものは、前記カーリッジ本体内に、インクを袋体内に充填した状態で収容し、該袋体の上に錘を設け、インクの消費に伴って袋体が収縮して錘が下降するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェット式記録装置用インクカートリッジである。
【０００９】
請求項４に記載のものは、ガイド部材に沿って移動するキャリッジに記録ヘッドが取り付けられると共に、該キャリッジにカートリッジホルダが設けられ、該カートリッジホルダに上記記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジが装着されたインクジェット式記録装置において、
前記インクカートリッジはインクを収容するカートリッジ本体を有し、該カートリッジ本体には音発生手段を設け、カートリッジ本体内のインクよりも上方の空間部分を音響室とし、
前記音響室の反響音を集音して信号を送出する集音手段と、該集音手段からの信号に基づいて反響音の音程を認識するインク残量判定手段とを設け、
音発生手段からの音を音響室に反響させることでインク残量の変化によって反響音の音程を変化させ、該反響音の音程をインク残量判定手段に認識させることでインクカートリッジ内のインク残量を判定することを特徴とするインクジェット式記録装置である。
【００１０】
請求項５に記載のものは、前記インク残量判定手段の判定に基づいてインクカートリッジの交換時期を表示する表示手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載のインクジェット式記録装置である。
【００１１】
請求項６に記載のものは、ガイド部材に沿って移動するキャリッジに記録ヘッドが取り付けられると共に、該キャリッジにカートリッジホルダが設けられ、該カートリッジホルダに上記記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジが装着されたインクジェット式記録装置のインク残量検出方法において、
前記インクカートリッジはインクを収容するカートリッジ本体を有し、該カートリッジ本体のインクよりも上方の空間部分を音響室とし、
カートリッジ本体に設けた音発生手段から発せられる音を音響室で反響させ、該音響室の容積変化に応じて変化する音程に基づいてインク残量を検出することを特徴とするインクジェット式記録装置におけるインク残量検出方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は代表的なインクジェット式記録装置であるインクジェット式プリンタ（以下、単にプリンタ１という。）の斜視図である。
【００１３】
このプリンタ１は、図１に示すように、筺体２内の左右方向にガイド部材として設けた案内軸３により支持されて左右方向、すなわち主走査方向に移動するキャリッジ４と、このキャリッジ４に搭載されてインクカートリッジ４１（図３参照）を収容保持するカートリッジホルダ６と、キャリッジ４に取り付けられてインクカートリッジ４１から導入したインクを吐出する記録ヘッド７と、パルスモータ１０とタイミングベルト１１と駆動プーリ１２及び遊転プーリ１３とからなり上記キャリッジ４を移動するヘッド走査機構と、モータ１４の駆動により紙送りローラを回転して印刷記録媒体の一種である記録紙１５を主走査方向に対して直交する方向（副走査方向）に送る紙送り機構などを備え、プリンタコントローラ（図示せず）の制御によりパルスモータ１０を駆動してキャリッジ４を主走査方向に往復移動させながら記録ヘッド７のノズル開口からインク滴を吐出するとともに記録紙１５を副走査方向に送ることにより記録紙１５に文字や図形等を記録するように構成されている。
【００１４】
キャリッジ４は、熱可塑性プラスチックを成型した上面開放の箱状部材であり、上面開口を開閉する蓋１６を有する。そして、図２に示すように、底部４ａに、記録ヘッド７を下向きに貫通させて取り付ける開口部２０を開設し、底部４ａの後側縁から起立した後側壁部４ｂの外面に、案内軸３に嵌合する軸受部２１を設け、この壁部４ｂに対向する位置に起立した前側壁部４ｃの外面に、蓋１６の止め部２２を設け、内部にはカートリッジホルダ６を取り付ける。
【００１５】
カートリッジホルダ６は、インクカートリッジ４１を装着する上面開放の箱状部材であり、インクカートリッジ４１を装着するための区画室３１を区画形成し、該区画室３１の底部６ａにインク供給針３３を上向きに設け、底部６ａの下面には、各インク供給針３３から導入したインクを記録ヘッド７に案内するインク流路を形成するための流路形成部材３４が設けられている。
【００１６】
記録ヘッド７は、内部に振動子ユニットが収納され、先端面（下端面）に設けたノズルプレート５２に複数のノズル開口が開設され、ヘッドケース５１内に形成したインク供給路を介して前記インク流路から供給されたインクを各圧力室内に導入し、圧電振動子の作動によりノズル開口からインク滴として吐出するように構成されている。
【００１７】
ヘッドケース５１は、振動子ユニットを収納する収納空部とインク供給路を内部に形成した略直方体形のケース本体５１ａと、このケース本体５１ａの基端部（上端部）に取付け部としての前後及び左右に延出するフランジ部５１ｂとを一体成型したブロック状の部材であり、例えば、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂で成型されている。
【００１８】
このカートリッジホルダ６に収容保持されるインクカートリッジ４１は、図３及び図４に示すように、熱可塑性プラスチックを成型した中空箱体状のカートリッジ本体４１ａの内部に、伸縮性乃至可撓性を有する袋体４３を設け、この袋体４３内に液状インク４４を収容したもので、カートリッジ本体４１ａの下部にはインク供給針３３を挿入するインク供給口４２が上記袋体４３内と連通した状態で配設され、該インク供給口４２の下端部分にはインク供給針３３の外周面に弾性により密着するシール部材４５が設けられている。
【００１９】
カートリッジ本体４１ａ内にてインク４４を充填した袋体４３上には、板状の錘４６が載置されており、インク４４の消費に応じて袋体４６の占有容積が減少し、錘４６の上に区画形成される空間部分４７の容積が増大するように成っている。即ち、錘４６が袋体４３を均一に押圧し、袋体４３が内部のインク量減少により収縮した場合には、空間部分４７の上下寸法が平均して増大するように構成してある。また、この錘４６は、金属など硬質で音の反射が良好な素材で作製することが望ましい。
【００２０】
図４に示すように、インクカートリッジ４１の側壁上部には音発生手段６１として発音部が形成され、この発音部は笛の構造である。そして、笛構造の音発生手段６１が、キャリッジ４の主走査方向への移動に伴って音を発生するため、上記カートリッジホルダ６やキャリッジ４には、図１に示すように、該音発生手段６１に臨ませて風導入窓４８が開設されている。尚、カートリッジホルダ６の側面を開放させ、キャリッジの移動により風が笛構造の音発生手段６１に当たるように構成しても良い。
【００２１】
上記板状の錘４６の上に区画形成されるカートリッジ本体４１ａ内の空間部分４７は、音発生手段６１から発せられる音を反響させる音響室（反響室ともいわれる。以下、音響室４７という。）として機能し、インクカートリッジ４１内のインク消費に応じて音響室４７の上下寸法が徐々に増大して容積が増大するように構成されている。
【００２２】
また、カートリッジホルダ６（カートリッジ本体４１ａ）内には、音響室４７の反響音を集音して信号を送出する集音手段６２（図５参照）としてマイクロフォンが設けられている。なお、マイクロフォンは、密閉空間であるカートリッジ本体４１ａ内で音響室４７での反響音のみを集音して他の音（雑音）を拾わないようにするため、単一指向性マイクロフォンであることが望ましい。また、カートリッジホルダ６には、必要に応じて吸音材を設けてもよい。
【００２３】
この集音手段（マイクロフォン）６２は、図５に示すように、制御装置６３と電気的に接続されている。該制御装置６３は、集音手段６２から送られてくる信号に基づき、音響室４７からの反響音の音程を認識する。そして、この認識した音程を、ＲＯＭ６４に予め記録した「音程とインク残量との関係」を示す実測データに照合し、これによりインクカートリッジ４１のインク残量を判定する。即ち、制御装置６３は、インク残量判定手段としても機能するようになっている。
【００２４】
この制御装置６３は、プリンタ１の印刷動作等の種々の機能を制御するＣＰＵ６５を搭載したものであり、インク残量判定手段として機能する場合においては、判定結果に基づいてプリンタ１の筐体２に設けられた表示手段６６により、インクカートリッジ４１の交換時期を表示することができるように成っている。この表示手段６６としては、例えば液晶表示手段やＬＥＤ等が挙げられる。
【００２５】
次に、上記インクジェット式記録装置１にてなされるインクカートリッジ４１のインク残量検出について説明する。
【００２６】
上述したように、案内軸３に案内されて主走査方向に往復移動するキャリッジ４のカートリッジホルダ６に、音発生手段６１を有するインクカートリッジ４１を装着して印刷を行うと、すなわちキャリッジ４を案内軸３に沿って主走査方向に往復移動させると、風導入窓４８を通して空気がカートリッジホルダ６内に流入し、この風導入窓４８に臨ませて配設された音発生手段（笛）６１が笛音を発生する。
【００２７】
音発生手段６１から発せられた音は、インクカートリッジ４１内の上部に区画形成された音響室４７にて反響する。液状のインク４４は袋体４３内に収容され、該袋体４３上に錘４６が載置されているので、インク４４の消費に伴ってインクの占有容積が減少し、これに伴って錘４６も下降する。この錘４６の下降によって音響室４７の容積（上下寸法）が徐々に増大していくことになる。したがって、音響室４７の容積変化により、反響音の音程も高音から低音に変化することになる。即ち、音響室４７の上下寸法が増大することにより笛の定常波の形が変化して音が変化する。
【００２８】
この反響音は、上記したように、カートリッジホルダ６に設けられた集音手段（マイクロフォン）６２により集音され、制御装置６３に音程の周波数データ信号として入力され、音程が認識される。即ち、制御装置６３がインク残量判定手段として機能し、ＲＯＭ６４に記録されている「音程とインク残量との関係」を」示す実測データに照らして、インクカートリッジ４１のインク残量を判定する。そして、インク残量が交換時期のレベルであると判断した場合には、制御装置６３は、交換報知制御手段として機能し、プリンタ１の筐体２に設けた表示手段６６（液晶表示手段やＬＥＤ等）にてインク交換時期である旨を報知する。
【００２９】
この様に、本実施形態では、インクカートリッジ４１に音発生手段６１を設け、該音発生手段６１から発せられる音を、錘４６よりも上側に区画形成される音響室４７にて反響させる。そして、該音響室４７の容積増大に伴い音程が低音へと変化するので、インク残量判定手段（制御装置６３）はインク残量を検出することができる。即ち、インクカートリッジ４１のインク残量を直接的に検出することができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、音発生手段６１を笛構造を有する発音部により構成しているが、これに限らず、音を発生するものであれば電子音源や振動音源等により構成してもよい。また、音発生手段６１が可聴音を発生するものであれば、その音を聞いてインクの残量を簡単に知ることができ、耳で聴けない周波数の音を発生するものであれば、使用中に音発生手段の音が聞こえないので静かである。
【００３１】
また、インク残量判定手段として機能する制御装置６３は、ＲＯＭ６４に予め記録した「音程とインク残量との関係」を示す実測データに基づいて、インクカートリッジ４１のインク残量を検出しているが、これに限らず、交換時期のインクカートリッジ４１が発生する反響音のサンプル音程を基準音程とし、この基準音程に基づいてインクカートリッジ４１のインク残量を検出するようにしてもよい。
【００３２】
さらに、記録ヘッド７は、圧力発生素子として圧電振動子を使用したものに限らず、発熱素子や磁歪素子などを使用したものでもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、以下の効果を奏する。
即ち、インクカートリッジに設けられた音発生手段が音を発生し、その音がインクカートリッジ内のインク消費に応じて容積が変化する音響室により反響するので、反響音がインクの残量に応じて変化する。したがって、この音の変化によってインクの残量を知ることができる。
【００３４】
そして、この音を集音手段により集音すると、反響音の音程に基づいてインク残量判定手段によりインクカートリッジのインク残量を判定できる。したがって、インク残量判定手段の判定によりインク残量を正確に認識できる。また、表示手段にインクカートリッジの交換時期を表示することもできる。
【００３５】
さらに、インクカートリッジのインク残量を直接的に検出することができるので、インクカートリッジが取り外されたとしてもその影響を受けることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のインクジェット式記録装置（プリンタ）の斜視図である。
【図２】本実施形態におけるキャリッジ及びカートリッジホルダを示す右側側面図である。
【図３】本実施形態におけるインクカートリッジを示す側断面図である。
【図４】本実施形態におけるインクカートリッジを示す正面概略図である。
【図５】本実施形態における制御装置等を示す構成図である。
【符号の説明】
１　プリンタ
２　筺体
３　案内軸（ガイド部材）
４　キャリッジ
４ａ　キャリッジの底部
４ｂ　キャリッジの後側壁部
４ｃ　キャリッジの前側壁部
６　カートリッジホルダ
７　記録ヘッド
１０　パルスモータ
１１　タイミングベルト
１２　駆動プーリ
１３　遊転プーリ
１４　モータ
１５　記録紙
１６　蓋
２０　開口部
２１　軸受
２２　止め部
３１　区画室
３３　インク供給針
３４　流路形成部材
４１　インクカートリッジ
４２　インク供給口
４３　袋体
４５　シール部材
４６　錘
４７　空間部分（音響室）
４８　風導入窓
５１　ヘッドケース
５２　ノズルプレート
６１　音発生手段（発音部）
６２　集音手段
６３　制御装置
６４　ＲＯＭ
６５　ＣＰＵ
６６　表示手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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