(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通路に沿って移動可能なプリントヘッドのキャリッジを有するコンピュータで駆動されるプリンタにおける、プリンタのキャリッジに搭載されたインク槽のインクレベルを感知する装置であって、前記通路に沿った前記プリントヘッドのキャリッジの位置が前記プリンタによって検出可能である、装置において、
前記キャリッジに搭載されたインク槽は、剛性の外部ハウジングと、前記剛性の外部ハウジング内に収納される可動壁を含み、前記剛性の外部ハウジングに対して移動可能である内部槽とを有し、
前記内部槽は前記剛性の外部ハウジング内に可変体積室を確定し、
前記剛性の外部ハウジングはインクレベル表示が前記可動壁を含むインクレベルインジケータによって与えられるところのインク視位置を含み、
前記インクレベルインジケータと前記インク視位置とは、前記インクレベルインジケータが前記剛性の外部ハウジングの外側から前記インク視位置へ向けられた光ビームによって照らされるように構成され、
前記インクレベルインジケータの位置は前記可動壁とともに移動可能であり、前記インクレベルインジケータの位置は前記キャリッジに搭載されたインク槽内のインクの体積に対する相関を有し、前記インクの体積が前記インクレベルインジケータ及び前記剛性の外部ハウジングの相対位置から判定され、
前記キャリッジに搭載されたインク槽の前記通路と平行な方向に所定の幅を有するインク感知領域であって、前記キャリッジに搭載されたインク槽が前記キャリッジとともに通過するインク感知領域と、
前記光ビームは、前記インク感知領域内で前記通路を横切る向きを向いており、前記インク槽が前記インク感知領域を通過するとき前記インク視位置に到達し、
前記光ビームを検出する光センサであって、前記検出される光は前記キャリッジに搭載されたインク槽の前記インク視位置において前記インクレベルインジケータによって前記光ビームが遮蔽されることで変化し、前記インクレベルインジケータの位置が検出される、光センサと、
前記インクレベルインジケータの位置が検出された時点で、このときの前記剛性の外部ハウジングの前記通路に平行な方向の位置を検出する手段と、
前記検出されたインクレベルインジケータの位置と前記検出された剛性のハウジングの位置とを比較する手段であって、これによりインクの体積が判定可能である、比較する手段と、
を備えることを特徴とするインクレベルを感知する装置。
【請求項２】
前記インクレベルが、前記インク槽に関して、前記キャリッジおよび前記インク槽の動きと平行な方向に移動するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のインクレベルを感知する装置。
【請求項３】
前記光センサは単一のフォトセンサであり、
前記キャリッジおよび前記インク槽の位置を感知するエンコーダをさらに備え、
前記可動壁が前記光ビームを遮る点における、前記エンコーダによって感知された前記インク槽の位置および前記フォトセンサによって検出された前記可動壁の位置よりインクレベルを決定することを特徴とする、請求項１又は２に記載のインクレベルを感知する装置。
【請求項４】
前記内部槽は、前記インク視位置を通して見ることができる移動可能な前記可動壁を備えた、柔軟性を有する袋であることを特徴とする、請求項１に記載のインクレベルを感知する装置。
【請求項５】
前記内部槽は、前記可動壁を１つだけ備える柔軟性を有する袋であることを特徴とする請求項４に記載のインクレベルを感知する装置。
【請求項６】
移動可能な前記キャリッジに搭載されていない供給インク槽を備え、
前記インク槽内のインクの体積を、前記搭載されていない供給インク槽から、前記インク槽内の感知されたインクレベルをベースにして補充することを特徴とする、請求項１に記載のインクレベルを感知する装置。
【請求項７】
前記搭載されていない供給インク槽と前記インク槽の間をつなぐインク供給管路と、
前記インク槽と前記搭載されていない供給インク槽の間に圧力差を設けることで、インクが前記インク供給管路を通り前記搭載されていない供給インク槽から前記インク槽に流れるようにする手段と、
を備えることを特徴とする、請求項６に記載のインクレベルを感知する装置。
【請求項８】
前記キャリッジ、インク槽、およびインク供給管路の移動によって起こる圧力および流れの変動を最小にするために、柔軟性を有する管路を通り前記インク槽内へのインクの流れを制限し安定化する手段をさらに備えることを特徴とする、請求項７に記載のインクレベルを感知する装置。
【請求項９】
前記インク槽内へのインクの流れを制限し安定化する手段は、前記インク槽内へのインクの補充の流れ、および圧力および流れの変動を制限するために、前記供給インク管路内で前記インク槽に隣接して設けられる狭窄であることを特徴とする、請求項８に記載のインクレベルを感知する装置。
【請求項１０】
前記管路内に設けられ、前記管路内の空気が前記インク槽に入る前に捕えられるように構成された立ち上がり管と、
前記立ち上がり管内に設けられ、空気が通って前記管路から出ることができるがインクが逃げることは防止されるように構成された通気孔と、
を備えることを特徴とする、請求項７に記載のインクレベルを感知する装置。
【請求項１１】
前記通気孔内に設けられ、空気が通って前記管路から出ることはできるがインクが逃げることは防止されるように構成された膜を備えることを特徴とする、請求項１２に記載のインクレベルを感知する装置。
【請求項１２】
前記インク槽は、少なくともインクで覆われた１ページを印字するのに必要な体積と同じ大きさのインク体積の容量を有し、
それぞれのページが印字される毎に、前記インク槽内のインクの体積を感知することを特徴とする、請求項６から請求項１１のいずれかに記載のインクレベルを感知する装置。
【請求項１３】
前記管路内で前記インク槽に隣接するように設けられる空気タンクおよび一方向空気弁を備え、
空気を前記タンク内に蓄積することによって空気が前記インク槽に入ることを防止し、空気は前記一方向空気弁を通して前記タンクから押し出されることを特徴とする、請求項６から請求項１２のいずれかに記載のインクレベルを感知する装置。
【請求項１４】
空気が通って流れることはできるがインクが通って流れることは防止する膜を備えた一方向空気弁を備えることを特徴とする、請求項１３に記載のインクレベルを感知する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、一般的に、インク・ジェット・プリンタやプロッタ等の、高速でコンピュータが駆動するプリンタのプリントヘッドのインク供給に関する。本発明は、より詳細には、インクを引き出すキャリッジに搭載されたプリントヘッドに供給するプリンタのキャリッジに搭載されたインク槽における、プリンタのキャリッジから離れた静止した供給インクからキャリッジに搭載されたインク槽に導くインク補充を特徴とするインク供給システムに関する。
【０００２】
【関連技術の説明】
コンピュータが駆動するインク・ジェット・プリンタやプロッタにおいては、供給インクは通常プリントヘッドにすぐ隣接するプリントヘッドのキャリッジ上の槽内に保持され、準備のできた供給インクをプリントヘッドに供給する。この槽は、通常、単一のカートリッジ内で、プリントヘッドと組み合わされている。かかるプリンタにおいて、例えば、この「搭載されている」インク槽は、通常、大気圧より低い、すなわち負の圧力に維持されていて、インクがプリントヘッドから漏れたり「垂れ」たりしないようになっている。従来、補充することのできるインク槽のカートリッジを含む、様々なタイプのインク槽が用いられている。この補充することのインク槽のカートリッジは、移動可能なプリンタのキャリッジ上に搭載されている、使い捨ての取り替え可能のカートリッジであり、搭載されているインク槽と、離れた、つまり「搭載されていない」インク槽の組み合わせである。搭載されていない供給インクが用いられるときには、インクは引き出されてプリントヘッドのユニットつまりカートリッジに供給されるが、これは通常、今言及した搭載されているインク槽を組み込んでいる。インクは、搭載されていないインク供給槽から、例えば柔軟性を有する配管を経由してキャリッジに搭載されたプリントヘッドのユニットに運ぶことができる。
【０００３】
特に、ある知られているインクのカートリッジは、その中に含まれたばねによって２つの側板が離れる方向にバイアスされている、柔軟性のある膜状のシート材で形成された袋を含む、「ばね袋」の内部インク槽を用いている。ばねは袋の容積を増大する（そして収縮に抵抗する）傾向があり、内部の大気圧より低い圧力を維持する。かかるカートリッジに関するさらなる情報は、すべて本出願の譲受人に譲渡されておりその言及によって本明細書に組み込まれる、１９９４年１月１８日にFong他に対して発行された米国特許番号第５，２８０，３００号、１９９４年６月２８日にFongに対して発行された米国特許番号第５，３２５，１１９号、および１９９４年１０月２５日にHunt他に対して発行された米国特許番号第５，３５９，３５３号、において得ることができる。
【０００４】
使い捨て式のインクのカートリッジ、そして可能な限りにおいて、無駄なインク、を省くことが、無駄なインクおよびインク容器の処分に関する環境問題に鑑みて、そしてさらに、プリンタおよびプロッタのユーザの購入および運転コストを低くするということに鑑みて、望ましい目的である。プリンタ機器のオペレータが供給インクを補充する時間間隔を長くすることができ、使用済のインクのカートリッジまたはインクを処理する頻度が高くならないので、容易に補充することができる搭載されていないインク供給容器を備えることがこの方向での重要な段階である。
【０００５】
かかる搭載されていない供給インクおよび搭載されているインク槽を備えることについては、直面してきた困難がある。特に、搭載されているインクのばね袋の槽内での準備のできた供給量のインクは、ある限界内に保たねばならず、それと同時に、袋内の負圧を保たねばならない。この過程は困難である、というのも、袋内の圧力が大気圧まで上がってしまうことを防ぐために、インクを槽内に注入することを規制せねばならず、搭載されている槽の袋内のインク体積を注意深く監視せねばならないからである。インク体積を監視することへの解決法のひとつは、「滴をカウントすること」、すなわち、インクの個々の噴出をカウントすることによって、プリントヘッドから噴出されたインクの量を監視することである。この滴のカウントおよび他の試みられた公知の方法では、正確な結果がもたらされていなかった。
【０００６】
さらに、プリンタが適切に動作することを確実にするために、供給インクの補充に関して、空気のプリントヘッド内への導入は防止せねばならない。さらに、プリントヘッドのキャリッジの運動、そしてその結果、搭載されていない供給インクと搭載されている槽の間をつなぐ柔軟性を有する管路により、運ばれているインクの圧力および送り出し速度におけるゆらぎが起こり、管路を越えてくる空気の泡が搭載されている槽を汚染することも促進される。こういった状況は、空気が搭載されている槽に入りプリントヘッドに引き込まれる場合、またはかかる圧力または流れのゆらぎによって内部圧力が大気圧にまたはそれ以上に上昇してインクがプリントヘッドから垂れる場合に、プリントヘッドが適切に機能することを危うくする可能性がある。
【０００７】
こういった困難を認識して、本発明は、無理のない低コストで、搭載されているインク槽を補充するシステムを提供し、それによって廃棄物を減少させることに向けられている。より詳細には、大気圧より低い圧力に維持された搭載されているインク槽と共に用いるようになっており、搭載されている槽内のインク体積を監視することおよびその槽を必要に応じて制御された方法で補充することを含む、システムが提供される。
【０００８】
【発明の概要】
従って、本発明は、通路に沿って移動可能なプリントヘッドのキャリッジを有するコンピュータで駆動されるプリンタにおける、プリンタのキャリッジに搭載されたインク槽のインクレベルを感知する装置であって、前記通路に沿った前記プリントヘッドのキャリッジの位置が前記プリンタによって検出可能である、装置において、前記キャリッジに搭載されたインク槽は、剛性の外部ハウジングと、前記剛性の外部ハウジング内に収納される可動壁を含み、前記剛性の外部ハウジングに対して移動可能である内部槽とを有し、前記内部槽は前記剛性の外部ハウジング内に可変体積室を確定し、前記剛性の外部ハウジングはインクレベル表示が前記可動壁を含むインクレベルインジケータによって与えられるところのインク視位置を含み、前記インクレベルインジケータと前記インク視位置とは、前記インクレベルインジケータが前記剛性の外部ハウジングの外側から前記インク視位置へ向けられた光ビームによって照らされるように構成され、前記インクレベルインジケータの位置は前記可動壁とともに移動可能であり、前記インクレベルインジケータの位置は前記キャリッジに搭載されたインク槽内のインクの体積に対する相関を有し、前記インクの体積が前記インクレベルインジケータ及び前記剛性の外部ハウジングの相対位置から判定され、前記キャリッジに搭載されたインク槽の前記通路と平行な方向に所定の幅を有するインク感知領域であって、前記キャリッジに搭載されたインク槽が前記キャリッジとともに通過するインク感知領域と、前記光ビームは、前記インク感知領域内で前記通路を横切る向きを向いており、前記インク槽が前記インク感知領域を通過するとき前記インク視位置に到達し、前記光ビームを検出する光センサであって、前記検出される光は前記キャリッジに搭載されたインク槽の前記インク視位置において前記インクレベルインジケータによって前記光ビームが遮蔽されることで変化し、前記インクレベルインジケータの位置が検出される、光センサと、前記インクレベルインジケータの位置が検出された時点で、このときの前記剛性の外部ハウジングの前記通路に平行な方向の位置を検出する手段と、前記検出されたインクレベルインジケータの位置と前記検出された剛性のハウジングの位置とを比較する手段であって、これによりインクの体積が判定可能である、比較する手段とを備える装置を提供する。
【０００９】
より詳細な１態様において、柔軟性を有するインク供給ラインを有するインク管路が、搭載されていないインク供給容器とキャリッジに搭載された供給インクの間に配置されている。圧力および流れの制限および安定化手段を含む構造がインク補充システムに組み込まれており、キャリッジに搭載された槽に隣接して配置され、補充されるキャリッジに搭載された槽に制御された流れのインクを与え、キャリッジに搭載された槽が１補充サイクルの間ずっと大気圧より低い圧力のままであることができる。この流れの制限および安定化手段は、狭窄した流体の管路を含むことができ、さらに、キャリッジに搭載されたインク槽と柔軟性を有する供給ラインの間の針と隔壁のコネクタの内腔(inner lumen)によって規定されてもよい。さらに、前記管路内には、立ち上がり管(riser)および一方向通気孔を含む空気タンクが組み込まれており、空気がプリントヘッドに達することを防止している。一方向通気孔によって、空気は空気タンクを出ることができるが、インクの逃げや空気その他の不純物の入り込みは防止される。
【００１０】
さらにより詳細な態様において、光源および光電センサを用いてインクレベルを感知することができる。インク槽のハウジングにおける開口部によって、カートリッジを貫き、内部のばね袋のインク槽の移動可能な壁を含むインクレベルを観察することができる一筋の視野が与えられる。開口部は、様々な位置のインクレベルを観察することができるような大きさになっており、プリンタのキャリッジ上に搭載されると、インクレベルは、光源が放ち光電センサが受け取る光の変化によって感知することができる。キャリッジが光電センサを通り過ぎて移動すると、光源からセンサへの直線(direct line)に位置するインクのレベルが検出され、光の変化によってキャリッジ位置が感知され、カートリッジの位置は、光学的エンコーダ・バーおよびそれに関連する光学的センサを参照してキャリッジ位置モニタに基づいて知られる。こういった各要素の相対的位置がこのように感知されるので、カートリッジの残りの部分に関するインクレベル位置の既知の関係に従って、インク体積が決定される。
【００１１】
【発明の実施例】
図面はすべて限定としてではなく例として与えられたものであるが、そのうちの図１を参照して、当業者に公知のとおり非常に小さなインクの噴出によって印字が行われるインク・ジェットタイプのコンピュータが駆動するプリンタ１０は、支持具１４、１５上に摺動可能に支持されるキャリッジ１２、および光学的スキャナ（図示せず）と共にキャリッジの位置を監視するエンコーダ・バー１６を含む。搭載されているプリントヘッドおよびインク槽のカートリッジ１７、１８、１９、２０は、キャリッジ上に搭載され、それぞれが、例えば、カラーのインク（例えばシアン、マゼンタ、またはイエロー）、またはブラックのインクを含み、例えばカラーの印字およびブラックのインクのみの印字ができるようにしている。本説明上は単一のインクのカートリッジについて言及するが、この説明が、示されるいかなるそしてすべてのインクのカートリッジにも適用することができるのは、明白となろう。
【００１２】
図２に本発明のインクのカートリッジ２０を示す。カートリッジは、鋳造した堅いプラスチック樹脂の外部ハウジング２２を含む。外部ハウジングは、ハウジングの残りの部分にセメント付けまたは溶接によって固定することを意図した蓋板２４を有する。カートリッジは、その一番下の端壁にインク放出開口部（図示せず）を有しており、そこには電気的に駆動されるプリントヘッド２６が固定されている。第１の側３２における第１のスロット３０および、図３において見えるように、第１のスロットと整列し第１の側から第２の反対の側３６へハウジングを貫いて一筋の視野を与える第２のスロット３４によって規定される、ハウジング２２における不連続によって、視位置２８が規定される。
【００１３】
図２および図３の両方を参照して、インク供給ライン３８は、コネクタを経由してカートリッジ２０に接続することができる。コネクタは、本実施例においては、インクに関して不活性のエラストマー材で形成されハウジング２２内の開口部４２に配置された隔壁４０、および隔壁を突き刺すようになっている針４４を含む。このコネクタによって、空気その他の不純物による汚染のない接続を行うことができる。針を貫く内腔を含む毛管（図示せず）はまた、柔軟性を有する供給ライン３８からのカートリッジ２０内の搭載されているインク槽のインク補充に関する圧力および流れのゆらぎの制限器としての役割も果たし、流れを、カートリッジ２０のインク槽内の圧力を予め選択した大気圧より低い圧力以上に上昇させるような量よりも小さい量に安定化する。隔壁には、予め細長い切り込みを入れて、先端が比較的丸い針が接続できるようにしていてもよく、隔壁は圧縮的に装填されて、針４４の挿入によって針４４が引っ込められたときにそこを貫いて形成されるいかなる開口もシールすることができる。
【００１４】
インク供給ライン３８内には、コネクタの針４４に隣接して空気タンク４６が組み込まれており、空気タンクは、立ち上がり管４８、および多孔性の膜によって形成され空気は通すがインクは通さない空気弁５０を含む。空気が逃げることができるように小さな開口部５４を組み込んだ蓋板５２は、立ち上がり管４８のてっぺんを閉じている。膜の上には、グリコール等の不揮発性の液体の層５７が配置されており、たとえタンク４６の立ち上がり管４８の内部に真空がかかって内部圧力が大気圧よりも低い圧力に下がるとしても、空気が膜を通って立ち上がり管内に浸透することを防止する。または、あるいは液体の層５７を設けることに加えて、閉位置にバイアスされたフラッパまたはダックビル弁等の逆止弁（図示せず）を設けてもよい。逆止弁は蓋板の開口部５４を制御して、立ち上がり管から空気は逃げることができるが立ち上がり管内の圧力が大気圧よりも低くなった場合も空気が立ち上がり管に引き込まれることを防止する。空気タンクが適切に機能して気泡を捕らえるためには、立ち上がり管が比較的垂直に立ったままでいることが不可欠なので、ハウジング２２内には水平の出っ張り５８が組み込まれていて、空気タンク４６が針のコネクタの中央軸の回りを回転することが防止される。
【００１５】
図示しないさらなる実施例において、従来のダックビルまたはフラッパ逆止弁等の一方向弁や、フロート弁と逆止弁の組み合わせが、膜の空気弁の代わりになる。
【００１６】
うね付きの接続部５６によって、柔軟性を有するインク供給ライン３８を立ち上がり管４８に接続することができる。針４４は、好ましくは立ち上がり管と一体であり、同様のインクに関して不活性なプラスチックで形成されている。インク供給ライン３８は、印字インクと反応しないエラストマーで形成されており、必要に応じてラインが実質的に曲がって印字キャリッジ１２上で移動するカートリッジを静止している搭載されていない供給インク６０に接続することができるが、供給ライン内の正圧および負圧により、過度のひずみは阻止されている。
【００１７】
図２を特に参照して、搭載されていない供給インク６０は、容器の内部に加圧する（または必要ならば排気する）ように構成された動作させることができるポンプ６４を有する、シールすることができる容器６２を組み込んでいる。容器に隣接して、容器６２からのインク供給ライン３８を通るインクの流れを制御する弁６６が設けられており、この弁は、ポンプ６４と共に、カートリッジ２０内の搭載されているインク槽を制御して補充するのに用いられる。この弁は、割れる圧力がポンプ６４によってインクが加圧される圧力よりも低いが搭載されているインク槽内の負圧に逆らって閉状態に保つのに必要な圧力より大きい逆止弁であり、したがって、プリンタ１０の通常の動作中はシステム内で必要な十分な真空に逆らって持ちこたえるが、システムがポンプ６４で加圧されると開いて補充ができるようになる。または、弁６６は、例えばコック等の、必要に応じて開閉できる、動作させることができる弁にすることができる。他の実施例において、供給インク６０は、ただカートリッジ２０よりも垂直に低い位置に配置され、両者の垂直距離は、正常なプリンタの機能に必要なインク槽内の負圧を維持するのに十分にしてある。この真空の量は、通常少なくとも３から７インチの垂直差の距離と関係する(implicates)。
【００１８】
インク供給容器６２内には、供給ライン３８に接続された入口管（図示せず）が設けられており、容器の底からインクを引き出すとともに、インク供給ライン３８内に空気が導入されるのを防止している。しかし、インク供給ラインに引き込まれるいかなる空気も空気ポンプ４６に捕らえられ、インク供給容器６２およびラインがポンプ６４の動作によって加圧されるときに、空気弁５０を通してシステムから吐出される。または、インクを充填した柔軟性を有する袋（図示せず）が、例えば上述の針および隔壁のコネクタによってシールするように供給ラインと連結され、容器６２内に配置される。この配置によって、貯蔵されているインクと容器内の空気が接触することなく、供給インクに加圧することができる。さらなる実施例（図示せず）において、かかるインク袋は対向する表面によって絞られる。さらに他の実施例において、接続点の両側の管路内に配置された一方向弁と共に管路に接続された容積を変えることができるチャンバを含むシリンジポンプ(syringe pump)（図示せず）を用いて、インク供給管路内のインクを加圧する。
【００１９】
これから明白になるように、本補充システムにおける搭載されているインク槽のカートリッジ２０内へのインクの流れは、コネクタの針４４の内腔を含む毛管部分によって計量されると共に安定化される。この狭窄した毛管によって、プリントヘッドのキャリッジ１２の移動、従って供給ライン３８によって生じる圧力のゆらぎの上に重なる、補充のための加圧によって引き起こされるインク供給ライン３８内のある範囲の圧力のゆらぎにわたって、変動が小さな既知で許容できる、あらかじめ選択された流れのみが、コネクタを通りインクのカートリッジ内へ流れることができる。供給ライン内の圧力および流れのゆらぎの振幅は減衰され、針４４の遠端(distal end)においては比較的安定したあらかじめ選択された流量および液体圧力となる。このあらかじめ選択された流量は、カートリッジ２０の搭載されている槽が比較的低速で充填されて、供給容器６２および供給ライン３８内のインクの圧力が大気圧より高い、すなわち「正」の圧力であっても、補充中のインク槽内の圧力が大気圧より低い、すなわち「負」の圧力に維持されるように、選択される。低速で補充することにより、充填中に監視して補充しすぎたり補充が不十分であったりすることを防止することもできる。図示の実施例の搭載されているインク槽内の負圧が作り出され維持される方法を以下に説明するが、この負圧は、搭載されているインク槽に入ってくる補充インクの圧力および流量がその生来の圧力調整機能を圧倒しない限り維持することができる、ということが理解されよう。
【００２０】
次に図３および図５を参照して、ハウジングの一部に含まれ、比較的堅い不活性のプラスチック樹脂で形成され、槽６７のフレームとして、そして内部の封入容器の一部としての役割も果たす内部インク槽構造６７、および、弾性が低くインクに関して不活性でもあり、熱ボンディング(heat bonding)によって膜状のシートの周縁がハウジングの内部周囲に取り付けられている、柔軟性を有するインク袋の膜状のシート６８、がハウジング２２内に形成されている。この目的のために、ハウジングの内部の回りには、一連の同心の桟のうちの一番外の桟７０が設けられている。内部インク槽構造は、ステンレス鋼の圧力調整装置７２を含み、この圧力調整装置は、１対の間隔をおいて配置した略平行な板７４、７６を含む。これらの板は、溶接ばね７８によって互いから離れるように付勢され、柔軟性を有する膜状のシート６８およびさらなる同心の桟８０と係合している。容積を変えることができるチャンバ８２がこのようにハウジング内に形成され、このチャンバは、ハウジング内に形成されたチャネル８４を経由してコネクタの隔壁４０と、そしてさらなるチャネル８６を経由してプリントヘッドと、液体を伝達している。プリントヘッドへの前記さらなるチャネル８６への入口は、一番内側の同心の桟８８および、その周縁において桟８８に支持され取り付けられているフィルタ９０、によって規定されている。外部ハウジング２２の一番下の部分には（図５において見えるように）、インク放出開口部９２が設けられており、このインク放出開口部を通って、インクが、フィルタ９０からプリントヘッド２６に通じているチャネル８６から、下向きに放出される。
【００２１】
図３において一番よく見える、圧力調整装置の側板７４、７６は、略長方形の構造であり、角を丸めてあって、柔軟性を有する袋の膜状のシート６８を傷つけないようにしている。それぞれの板には１つまたはそれ以上の開口部９４が設けてあり、インクがそこを通って組み立てたインク槽内のフィルタ９０に流れることができるようになっている。圧力調整装置は、隔壁４０を設置した後の、カートリッジの２０の、逆にでき手助けをするアセンブリであり、プリントヘッド２６、フィルタ９０、圧力調整装置７２、膜状のシート６８、および蓋板２４がこの順に取り付けられる。これから明白になるように、同心の桟７０、７１、７６および、部品をきちんと積み重ねて配置することにより、内部のインク槽を組み立てることが非常に容易になる。膜状のシート６８をハウジング２２に取り付ける前またはそれと同時に、調整装置７２が所定位置に配置され、ばね力に逆らって部分的につぶすことによってあらかじめ搭載され、ハウジング２２および膜状のシート６８によって形成される内部インク槽の袋のチャンバ内で、調整装置がプレストレスを与えられた状態になるようにする。このプレストレスの量は、所望の特性およびばね７８の圧縮量を設計者が選択することによって、容易に制御することができる。
【００２２】
柔軟性を有する膜状のシート６８および調整装置７２の側板７４は、内部インク槽の移動可能な壁９６を形成し、この移動可能な壁は、動作中のプリントヘッド２６によって槽のインクが空になっていくにつれて、ハウジング２２に向かって徐々に移動する。移動可能な壁は、視位置２８を規定するスロット３０、３４を通る視野のラインに沿って見ることができる。膜状のシート６８は、ハウジング２２の一番外の同心の桟７０への取付の縁の近くに十分な余分の膜状のシート材があるように作ってあるので、壁は自由に移動可能であり、側板は、図５に一番よく示すいっぱいの位置と空の位置の間で位置をとる。図５および図６を参照して、内部インク槽６７がインクでいっぱいのときには、移動可能な壁９６および内部インク槽が、視位置２８ハウジングを貫く視界ラインにおける向こう側の見えない(opaque)障害物を含むインクレベル９８として見える、ということが理解されよう。
【００２３】
圧力調整装置７２は、移動可能な壁９６を、どの時点においても内部インク槽内に現在あるインクの体積が許す最もハウジング２２から離れた位置に、絶えずバイアスする。従って、インクレベル９８は、インクの体積が許すのと同じだけの視位置を遮り、このインクレベルの位置により、容易に求めることができるインクレベルの位置と内部槽の袋内に残っているインクの体積の間の関数関係に従って、内部槽内のインクの真の体積が高い信頼性で示される。この関数関係は非線形であるが、経験的な方法によって容易に確かめることができ、あるいは、例えばコンピュータ支援モデル化技術を用いることによって計算することができる。いったんこの関数関係が既知となれば、これを用いて、インクレベルを、カートリッジ２０の内部インク槽内のインク体積と相関させることができる。
【００２４】
次に図４、図５、図６を参照して、本発明による搭載されているインク槽補充システム１００のさらなる部品および動作を次に説明する。当業者には公知のように、キャリッジの位置は、エンコーダ・バー１６を位置基準として組み込んだ光学的エンコーダ１０２を含む位置監視システムによって決定される。この位置モニタによって、いかなる時点におけるキャリッジ１２の位置も、プリンタ（図示せず）において実施されたインク補充制御装置１０４が知る。制御装置はさらに、プロセッサ１０６、メモリ１０８、およびクロック１１０を含む。これから明白になるように、制御装置の部品は単一のＩＣチップ上で実施することができ、こういったシステムの要素の実施の詳細は、当業者が用いる公知の方法の１つであってもよい。現存するプリンタのキャリッジ位置モニタを用いれば、コストが下がる結果になる。
【００２５】
インク補充制御装置１０４は、搭載されているインク槽のカートリッジ２０内のインクの補充を制御し、カートリッジ内のインクが印字動作においてプリントヘッド２６によって引き出されてあらかじめ選択した量より少ない体積になるとインク補充を行う。補充は、搭載されていない供給インク６０からインク供給ライン３８およびコネクタの針４４内に組み込まれた針コネクタ毛管を通り搭載されている内部インク槽チャンバ内へ、とインクを移動するのに必要な超過圧力を与えることによって行われる。前述した逆止弁の代わりに動作させることができる弁６６を用いる場合は、弁のアクチュエータ１１２を設けて、必要に応じてインク供給ライン３８内の弁６６を動作して、インク供給ラインを通る液体の伝達を開閉する。搭載されていない供給インクに圧力を与えるポンプ６４を動作するために、圧力のアクチュエータ１１４が設けられている。図示の実施例において、インク補充制御装置１０４と弁および加圧のアクチュエータの間の適当なインターフェースを、アクチュエータ制御装置１１６と呼ぶものとする。
【００２６】
インクのカートリッジ２０の搭載されているインク槽内のインク体積は、インクレベルのインジケータ９８の相対的な位置を感知することによって監視される。インクレベルのインジケータは、カートリッジ内の視位置２８を貫く視界ラインにおいて見られる、向こう側の見えないインクを充填した内部インク槽インク袋の移動可能な壁９６を含む。特に図４を参照して、２つの仮想平面１２２、１２４の間の領域によって規定される、仮想インク感知領域１２０を示す。光源１２６およびフォトセンサ(photosensor)１２８が一直線をなして配置されており、カートリッジが光源からフォトセンサへ投じられた光のビームを貫いて移動するときに、カートリッジ２０の視位置２８を貫く視界ラインに沿って光を投じるようになっている。インク感知領域１２０は、実際は、光源からフォトセンサへの直線が視位置の開口部３０、３４を貫いて通る場合のキャリッジ１２の位置の範囲を単に示すだけであり、光源からの光は、潜在的に、視位置がインクレベル９８によって遮られない場合は、視位置を貫くフォトセンサによって検出することができる。これは、開口部が光源およびフォトセンサとそのように整列する時間の間に、キャリッジ上の単一のとびとびの点がそこを通り過ぎるような、キャリッジの動きの道のいかなる部分と考えることもでき、従って、開口部の幅と等しいまたはそれより狭い距離にわたり、具体的に言うと、その時間の間に光学的エンコーダ１０２が横切るエンコーダ・バー１６の部分として言及される。
【００２７】
従って、カートリッジ２０のハウジング２２に関して移動可能な壁９６によって規定されたインクレベル９８の位置を感知することができるこのインクレベル感知領域は、常に既知となる、というのも、インクのカートリッジ２０、キャリッジ１２、および視位置２８の間の位置関係は常に、プリントヘッドのキャリッジにおけるカートリッジの固定位置のために既知であるからである。これにより、キャリッジ、従って視位置、がインク感知領域にあるときのみ、インクレベルの感知をすることができる。これから明白になるように、本システムは、キャリッジがインク感知領域になければインクレベルを感知せず、蓋板２４または視位置を含む開口部３０、３４の縁とインクレベル９８を識別する必要がないようにしている。これもこれから明白になるように、キャリッジ内の開口部（図示せず）は、キャリッジが光源１２６からフォトセンサ１２８への視界ラインをその他の方法で遮るとしても、光が通り抜けるように、視位置に隣接して設けねばならない。
【００２８】
上記の他に取り得る方法として、例えばその開口部の幅をキャリッジの動きの方向に関して視位置２８の開口部３０、３４と同じまたはそれよりも狭い幅にすることによって、キャリッジ１２は光源１２６からの光を遮蔽するように働くことができる。従って、光は、キャリッジがある特定のペンに関連するインク感知領域にあるときのみにフォトセンサ１２８に達することができる。しかし、この後者の場合には、システムが、インクレベルを、視位置２８を含む開口部の縁と識別せねばならず、このことにより、キャリッジの動きの向きを考慮に入れねばならない。
【００２９】
図示の実施例に戻って、キャリッジ１２がインクレベル感知領域内に移動すると、インク補充制御装置１０４によってインクレベルの位置が求められる。位置は、内部のインク槽６７の移動可能な壁の向こう側の見えないインクレベル９６が、光源１２６からフォトセンサ１２８への視界ラインに沿って投じられる光のビームを遮るときに、感知される。より正確には、プリントヘッドのキャリッジ１２の位置は、インクレベル９８による遮りのための投じられた光における変化をフォトセンサが検出した時刻において、光学的エンコーダ１０２が検知する。その時刻におけるインクレベルの位置は、光源１２６とフォトセンサ１２８の間の直線の位置に対応することが知られており、その時刻におけるキャリッジの位置はキャリッジ位置モニタの光学的エンコーダおよびエンコーダ・バー１６によってわかるので、その時刻について、インクレベル９８と搭載されているインク槽のカートリッジ２０の相対的位置がわかる。プロセッサ１０６は、この情報が与えられて、インクレベル９８を含む移動可能な壁９６の位置とメモリ１０８内に記憶されているインクレベルのカートリッジのハウジング(ink level cartridge housing)２２の間の既知の関数関係から、この情報を、その時刻における搭載されている槽内のインク体積と相関させることができる。この関数関係は、当業者に公知のように、例えば参照用テーブルまたはこの関数に近似する数列、または一連の計算ステップの形式で記憶することができる。
【００３０】
さらなる１実施例においては、光学的エンコーダ１０２およびフォトセンサ１２８が生成するデータから、システムは単に、キャリッジが光源１２６とフォトセンサ１２８の間の視界ラインを通って動くときの、キャリッジ１２の動きの向きおよび速度、および、検出されるそれぞれの期間の明暗の持続時間を含む検出される光のパターン、を監視する。キャリッジおよびその上に搭載された例えばカートリッジ１７、１８、１９、２０、に対応するパターンの要素はわかり、唯一の変数は、それぞれのカートリッジ内のインクレベル９８の位置に対応する属性(attributes)である。このように検出された光のパターンのそれぞれのカートリッジ内のインクの体積との相関は、ここでまた、先に決定され制御装置１０４のメモリ１０８内にプログラムされた関数関係に従う。この相関は、ある特定のカートリッジ２０が補充を必要とするときを決定するのに用いられ、モニタの取り替え(refilling)に用いられることができる。
【００３１】
図示の実施例は、１つの移動可能な壁９６を有する槽を用いているが、本発明を対向する両側の２つの移動可能な壁（そしてそれゆえそれらに関連する２つの視位置）を有するインク槽に適用することができることは明白である。本実施例においては、移動可能な壁（図示せず）間の距離が槽内のインクの体積に関係する。２つの壁の相対的位置が、壁が単一の実施例と同様に感知されるが、この場合には、ハウジングに関してではなく２つの壁の互いに関してである。その後、図示の実施例と同様に、壁間の距離と、制御装置内に含まれる体積を関係づける経験的または数学的方法によって前もって決定され記憶されている関数をベースにして、体積が決定される。
【００３２】
さらなる他の実施例（図示せず）において、２つの移動可能な壁、および移動可能な壁のうちの１つを見ることができる１つの視位置、を有する槽が設けられる。２つの移動可能な壁は、インク槽を充填するまたは空にするとき、略同一の距離だけ反対方向に移動する。本実施例は、他の点ではすべて、ハウジング２２内の１つの移動可能な壁９６を有する槽と同じように機能するが、２つの壁が一様に移動しないかもしれず、２つの壁が両方ともハウジング２２に関して単一の方向に移動するかもしれないので、インクレベルが視位置内で見られるインクレベルよりも高すぎたり低すぎたりし、生来的に槽内のインク体積を監視できる正確さの程度がより低い。
【００３３】
動作において、インク体積は、周期的に、例えばプリンタ１０が完全な１ページを印字する毎に１度、監視される。搭載されているインク槽内で必要なインクの最小体積は、例えば、完全な真っ黒にした１ページを印字するのに必要な体積に対応する。こういったパラメータを例として想定して、最小体積に近づくと、補充が開始されるが、補充は以下の２つの形式のうちのどちらでもあり得る。１）「いっぱい」に対応するあらかじめ選択した体積に達するまで充填し、充填の間の感知をより頻繁にすることによる補充、または、２）あらかじめ選択した最小の体積の限度と「いっぱい」の差に対応する単なる設定量、または実際に感知された体積をベースにした他の量、であるあらかじめ決定した体積分の補充。第２の方法であれば、補充しすぎることを緩和するための予備容量、および／または体積が理論的にいっぱいに近づく計算によって出した時間におけるレベルのチェック、を用いることができる。
【００３４】
補充インクは、図示の実施例において、インクのカートリッジ内の隔壁４０も含む針のコネクタの針４４の内腔を含む狭窄した毛管を設けることにより、上述のようにインクのカートリッジ２０の搭載されている内部インク槽内に計量されて入る。理解できるように、供給インク６０にあらかじめ選択した一定の圧力をかけ、弁６６を開いてインクがインク供給ライン３８を通って立ち上がり管４８および針のコネクタの針４４を含む空気タンク４６に流入するようにすることで、空気タンクの立ち上がり管内に大気圧より高い圧力を与える。さらに理解できるように、この選択された値のインク供給圧力において、既知の時間内に既知の直径および長さの針４４の毛管を既知の体積のインクが通り抜ける。この圧力は、充填速度を低速にし、圧力調整装置７２によって内部インク槽８２内の負圧が維持されるように選択される。さらに理解できるように、毛管は、例えば印字キャリッジおよび供給ラインの移動や弁６６が開くことによって引き起こされる周期的な圧力の急激な上昇が減衰し、毛管を通る流れが制限されて、搭載されているインク槽内の大気圧より低い圧力を維持する圧力調整装置７２の機能がいかなる時においても弱まらないような大きさになっている。
【００３５】
充填速度を低速にすることにより、上述の充填の間にインク体積を監視することもまた可能になる。この監視は数秒、または、補充の間印字が継続している場合には、あらかじめ選択した印字行数をカウントすることによって規定される期間ごとに行うことができる。クロック１１０がインク補充制御装置１０４内に設けられており、１実施例におけるいかなる必要なタイミング機能も果たす。さらなる１実施例において、制御装置が毛管を通る既知の速度を用いて、供給インクが加圧される期間を計ることによって、選択された体積のインクを搭載されている槽８２に加えることができる。
【００３６】
選択された量のインクを計量して搭載されているインク槽に入れるのに十分な時間が経過すると、および／またはシステムが槽８２内にいっぱいの体積のインクを感知すると、圧力のアクチュエータ１１４およびポンプ６４が停止し、弁６６が閉じ、または閉じられて、搭載されている供給インクを密封する。このように供給インクを密封することにより、インク補充とインク補充の間の期間にわたって、搭載されている槽内の大気圧より低い圧力が維持される。
【００３７】
前述したように、空気タンク４６により、インク供給チューブ３８を通過するいかなる空気も、空気弁の膜５０にぶつかって立ち上がり管４８内に蓄積する。供給インクの加圧の間、空気タンク内の圧力によって、この捕らえられた空気が膜を通り空気タンクの蓋板５２の開口部５４を通ってシステムの外に押し出される。空気弁は、例えば空気を閉め出す液体層５７を膜５０の上に設けることにより、空気が空気弁を反対向きに通り抜けないように構成されている。かかる液体層は、グリコールまたは通常のプリンタの動作条件の下で蒸発しないその他の物質で形成することができる。または、あるいはかかる液体層を設けることと共同で、一方向逆止弁（ダックビル、バイアスして閉じた(biased-closed)フラッパ弁等）を蓋５２に組み込んで、補充の間に空気が立ち上がり管４８から押し出されかかる弁を通る間以外はそこを通って空気が逃げないように開口部５４を密封する。従って、空気弁５０は、搭載されている槽内の大気圧より低い圧力に逆らって真空を保持し、針４４の毛管を通ってインクを引き出す結果につながるが、システムは、他の点では、インク供給ライン３８内の弁６６が閉じていることにより、シールされている。かかる膜の材料は、多数のメーカから商業的に入手可能である。例えば、ゴアテックス（テフロン微小孔材に対するW. L. Gore & Associatesの登録商標）を用いることができる。前述のとおり、ダックビルまたはフラッパ弁等の逆止弁（図示せず）をシステムの膜の外側に付け加えて、システム内の負圧の維持をさらに保証することができ、または膜の代わりにさえすることができる。
【００３８】
他の実施例において、所望の量のインクが計量されて搭載されている槽６７に入ると、ポンプ６４が逆転して、供給ライン３８内の圧力が減少して大気圧より低くなる。コネクタの隔壁４０が搭載されている槽の一番上の部分に配置されているので、槽６７内に導入されたいかなる空気も、コネクタに隣接して集まる。圧力が真空に転じると、集まった空気は針４４を通って引き出され空気タンク４６に入る、または、供給ライン３８を通って例えば供給インク６０に結合した搭載されていない空気タンク（図示せず）に行く。
【００３９】
次に図６を参照して、インクレベル９８の感知の正確さを増すために、光源１２６は十分小さくするべきであり、さらに、フォトセンサ（図示せず）は感知される光における変化を高い信頼性で検出する、すなわちインクレベル９８の同じあらかじめ選択された位置において、好ましくは簡単にするために光源とフォトセンサの間の仮想直線の位置において、一致して「作動」する、ような大きさになっている、ということが理解できる。理解できるように、フォトセンサのこの作動は、視位置２８のある部分が光源からフォトセンサへのこの仮想線によって横断されるある瞬間に起こる。実例で説明する目的のために、これは、カートリッジ２０がキャリッジ（図示せず）とともに図６に見られるように左から右へ１３２の方向に動いているとき、線１３３に対応する前縁が線１２１と１２３の間の部分１２０内にあるときに起こる。前述のとおり、この空間１２０の幅は、視位置２８の幅に対応する、線１３１と線１３３の間の幅１３０に等しい。
【００４０】
１実施例において、フォトセンサ１２８は、キャリッジ１２がインクレベル感知領域内にあるときに作動「できるようになる」が、他の時には作動できない、というようにしてもよい。これにより、先に説明したとおり、例えば蓋板２４またはハウジング１２２における第１および第２のスロット３０、３４の縁１３４の通過に応じたフォトセンサの作動によって生じるノイズ信号が除去される。
【００４１】
図７および図８を参照して、移動可能な壁９６が水平方向に向いている他の実施例を示す。ここで、同じ参照番号は前述の実施例における対応する要素を表し、一般的に、上記説明がこのさらなる実施例の説明および動作にも当てはまるということが理解されよう。しかし、この移動可能な壁は垂直に、それゆえキャリッジ１２および搭載されているインク槽のカートリッジ２０の動きの方向とは直角に移動する。本実施例において、インクレベル９８の位置は、垂直方向に向いているとびとびのフォトセンサ（例えば１３８、１３９、１４０）の直線状の光線１３６で検出することができる。視位置２８が移動してインクレベル感知領域１２０に入ると、一番上のフォトセンサのみが作動し、列の一番下のフォトセンサはインクレベル９８の位置に対応して作動される。ここでもまた、図示のインクレベル感知領域１２０は、視位置２８の前縁が図８の左から右へ１３２の向きに移動する部分に一致する。他の図示のインク感知領域１６０は、搭載されているインク槽のカートリッジ２０の反対方向への移動に一致する。しかし、理解されるように、垂直方向に向いている一連の点（十分小さいセンサで近似させる）とは対照的に、列が幅寸法１６２を有する場合、視位置２８の開口部の幅同様に列の幅を考慮に入れなければならない。
【００４２】
または、単一のフォトセンサ（図示せず）を、インクレベル９８が選択した最小のインク体積に対応するあらかじめ選択した位置よりも低くなるときに作動するように配置することもできる。こうすると、この選択した最小の体積と「いっぱい」の体積の間の体積の差に等しい量のインクの補充が開始される。第２の単一のフォトセンサ（図示せず）を設けていっぱいになった状態を検出することができる。
【００４３】
当業者であれば、本明細書で開示された本発明の好適な実施例から様々の変更をすることができ、保護の範囲は添付の特許請求の範囲の限定によってのみ規定されるよう意図されている、ということを容易に理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の環境を示す、コンピュータが駆動するプリンタの斜視図である。
【図２】本発明によるプリントヘッドのカートリッジと、接続された搭載されていない供給インクの、斜視図である。
【図３】つぶれることのできるインク槽の構造を含む熱インク・ジェット・プリンタ用のプリントヘッドのインクのカートリッジの分解斜視図である。
【図４】コンピュータが駆動するプリンタにおける、本発明によるインク供給システムを概略的に示す図である。
【図５】一部が立面図である、図３のカートリッジの５−５線縦断面図である。
【図６】図５のカートリッジの立面図である。
【図７】本発明の搭載されたインク槽のプリントヘッドのカートリッジの他の実施例の図８の７−７線断面図である。
【図８】図７のカートリッジの図７の８−８線から見た立面図である。
【符号の説明】
１２  ・・・  キャリッジ
２８  ・・・  インク視位置
６７  ・・・  インク槽
９８  ・・・  インクレベル
１２０  ・・・  インクレベル感知領域
１２６  ・・・  光源
１２８  ・・・  フォトセンサ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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