(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に貯溜されたインクをインクヘッドに供給するためのインク容器において、
可撓性を有し、インクを収容するためのインク袋と、
前記インク袋に内接させて設けられた２枚の板状部材と、
超弾性を有する材料からなり、前記板状部材間に介在する第１バネと
を備え、
該第１バネに最大負荷をかけ、該第１バネに全く負荷がかからない状態になるまで前記インク袋内にインクを注入した後、前記第１バネの歪みを増加させて該第１バネの応力を増加させ、以後、該第１バネの歪みが増加しても該第１バネの歪みに対する応力を略一定とすることが可能となるような量のインクを予め吐出させて、前記第１バネに付勢してあることを特徴とするインク容器。
【請求項２】
超弾性を有し、歪みによって電気抵抗が変化する材料からなり、前記板状部材間に介在させてある第２バネを備え、
該第２バネに電流を流し、該第２バネの電気抵抗の変化に基づく電位差を検出し、検出された電位差に基づき、前記インクの残量を算出するように構成されている請求項１記載のインク容器。
【請求項３】
前記第１バネは、前記第２バネを兼ねる請求項２記載のインク容器。
【請求項４】
前記第１バネは、弓形状の板バネであり、そり方向を逆にして２枚装着される請求項１乃至３のいずれかに記載のインク容器。
【請求項５】
前記第２バネに電流を間欠的に流すべくなしてある請求項２乃至４のいずれかに記載のインク容器。
【請求項６】
前記第２バネに絶縁被膜が形成してある請求項２乃至５のいずれかに記載のインク容器。
【請求項７】
前記第２バネに最大負荷をかけ、該第１バネ及び第２バネに全く負荷がかからない状態になるまで前記インク袋内にインクを注入した後、前記第１バネの歪みを増加させて該第１バネの応力を増加させ、以後、該第１バネの歪みが増加しても該歪みに対する応力を略一定とすることが可能となり、かつ第２バネが該第２バネの歪みに対する電気抵抗変化率が直線関係を示す範囲で変形することが可能となるような量のインクを、予め吐出させてなる請求項２乃至６のいずれかに記載のインク容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に貯溜されたインクをインクヘッドに供給するためのインクタンク及びインクカートリッジ等のインク容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッド等のインクヘッドに供給され、印刷に用いられるインクを貯溜するためのインクタンクにおいては、インクの漏出を防止するために、通常、内部が大気圧より低い負圧に維持されている。
特開平７−１７４３号公報には、インク溜めとしてのインク袋にバネを内蔵し、このバネによりインク袋を押し広げようとする力を常に発生させてインク袋内を負圧に維持するインクカートリッジの発明が開示されている。
【０００３】
特開平７−２１８３２１号公報には、光透過性材料によって形成されており、インクとの接触面が検出光路に対して所定の角度を有する光学的インク検出部を備えたインクタンクの発明が開示されている。この発明は、光学的インク検出部がプリズムをなし、インクが前記接触面と接しているときと接していないとき、すなわちインクがインクタンク内にあるときとないときとで、接触面における光の屈折率が変化することを利用したものである。この発明においては、光学的インク検出部が可視光透過性材料からなる場合、可視光発光素子から出射した光を目視することによりインク残量の検出を行い、光学的インク検出部が赤外光透過性材料からなる場合、赤外発光素子から出射した光を赤外受光素子により受光して、電気的にインク残量の検出を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平７−１７４３号公報の発明においては、インク残量が少なくなるに従い、バネの変形量が大きくなり、これにより発生する負圧が大きくなる。従って、インク袋のインクノズル孔から吐出されたインクの液面で形成される曲面、すなわちメニスカスの平衡状態がインク残量により変化して、インクの吐出性が変化するという問題があった。そして、インクが残存しているにも関わらず、大きすぎる負圧によりメニスカスが破壊されて、インク袋内に空気が入り、インクを最後まで使い切ることができなくなるという問題もあった。
【０００５】
特開平７−２１８３２１号公報の発明においては、インク液面が揺動している状態では、誤検知のおそれがあるという問題があり、インクタンクにプリズム部を備え、プリンタ装置側に受発光素子等の検出手段を備える必要があり、多くの部材を要するという問題があった。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、インク袋内の圧力が必要以上に上昇するのを防止し、負圧を略一定に保持してインクの吐出性を維持することができるとともに、この負圧の保持に用いる部材により、簡単な構成でインク残量を正確に検知することができるインク容器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のインク容器は、内部に貯溜されたインクをインクヘッドに供給するためのインク容器において、可撓性を有し、インクを収容するためのインク袋と、前記インク袋に内接させて設けられた２枚の板状部材と、超弾性を有する材料からなり、前記板状部材間に介在する第１バネとを備え、該第１バネに最大負荷をかけ、該第１バネに全く負荷がかからない状態になるまで前記インク袋内にインクを注入した後、前記第１バネの歪みを増加させて該第１バネの応力を増加させ、以後、該第１バネの歪みが増加しても該第１バネの歪みに対する応力を略一定とすることが可能となるような量のインクを予め吐出させて、前記第１バネに付勢してあることを特徴とする。
【０００８】
超弾性とは、ある特定の温度で負荷（応力）により変形しても、除荷すると原形に戻る現象をいい、超弾性を有する金属を一般に形状記憶合金という。
形状記憶合金は、（１）高温相で記憶した形状が、低温のマルテンサイト相で変形したとき、逆変態終了温度以上に加熱することによって回復する、（２）逆変態終了温度より少し高い温度に保持した場合、負荷による応力を加えたときにマルテンサイトへの変態（応力誘起変態）が起こり変形するが、負荷を除くと自動的に原形に戻る、という性質を有する。
超弾性を有する金属とは、（２）の性質を有する金属であるが、（１）と（２）とは相互作用がある性質であるので、超弾性を有する金属といえば、形状記憶合金を指す。
【０００９】
この発明においては、第１バネが形状記憶合金材料からなるので、インクの使用によりインク袋が収縮し、第１バネの変形が大きくなった場合でも、応力が急激に大きくならず、インク袋内の負圧が略一定に保たれる。すなわち、第１バネの応力が歪みに対して略一定であるので、インク容器内の負圧を一定に保持することができ、インクの吐出先の液面形状を一定に保持することができる。
従って、インクの吐出性が変化しないので、インクを最後まで使い切ることができる。
【００１１】
本発明のインク容器は、超弾性を有し、歪みによって電気抵抗が変化する材料からなり、前記板状部材間に介在させてある第２バネを備え、該第２バネに電流を流し、該第２バネの電気抵抗の変化に基づく電位差を検出し、検出された電位差に基づき、前記インクの残量を算出するように構成されていることを特徴とする。
この発明においては、第２バネの変形により電気抵抗値が変化するので、これに基づき、容易にインク残量を算出することができる。そして、インク液面が揺動している場合においても、インク残量を正確に検知することができる。
【００１２】
本発明のインク容器は、前記第１バネが、前記第２バネを兼ねることを特徴とする。
この発明においては、インク袋内の圧力が急激に上昇するのを防止し、負圧を略一定に保持してインクの吐出性を維持するとともに、インク残量の検出を行うことができ、インク容器のコンパクト化を図ることができる。
【００１３】
本発明のインク容器は、前記第１バネは、弓形状の板バネであり、そり方向を逆にして２枚装着されることを特徴とする。
この発明においては、第１バネが板状になるまで、インク袋内のインクを有効に使い切ることができる。
【００１４】
本発明のインク容器は、前記第２バネに電流を間欠的に流すべくなしてあることを特徴とする。
この発明においては、電流による第２バネの発熱を抑制し、発熱による第２バネの形状変化を防止することができる。
【００１５】
本発明のインク容器は、前記第２バネに絶縁被膜が形成してあることを特徴とする。
この発明においては、インクが水性である場合、電気分解等によって生じた生成物が第２バネに析出するのを防止することができる。
【００１６】
本発明のインク容器は、前記第２バネに最大負荷をかけ、該第１バネ及び第２バネに全く負荷がかからない状態になるまで前記インク袋内にインクを注入した後、前記第１バネの歪みを増加させて該第１バネの応力を増加させ、以後、該第１バネの歪みが増加しても該歪みに対する応力を略一定とすることが可能となり、かつ第２バネが該第２バネの歪みに対する電気抵抗変化率が直線関係を示す範囲で変形することが可能となるような量のインクを、予め吐出させてなることを特徴とする。
通常、歪みと電気抵抗変化率との関係は、山形のピークを有した曲線状になるが、この発明においては、第２バネが歪みに対する電気抵抗変化率が直線関係を示す範囲で用いられるので、使用途中でインク容器を取り外した場合においても、正確にインク残量を検出することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るインク容器としてのインクタンクを示す分解斜視図であり、図中、５はインクタンク筐体である。図２は、インク袋を示す断面図であり、図２（ａ）はインク注入前の状態を示す断面図、図２（ｂ）はインク注入後の状態を示す断面図である。
矩形のインクタンク筐体５には、可撓性を有し、インクを収容するためのインク袋３が収納され、蓋１が被せられる。インク袋３は、各平面に内接させて板状部材２，４が設けられており、板状部材２，４間には、板バネの第１バネ６及び第２バネ８が、弓状に、そり方向を逆にして並列に装着されている。インク袋３の側面にはインクノズル孔７が設けられており、インクタンク筐体５にはこれと同位置にインク吐出孔９が設けられている。
【００１８】
第１バネ６及び第２バネ８は超弾性を有する同一の金属材料からなる。本発明においては、この金属材料として、オーステナイト相からマルテンサイト相への変態温度の制御が容易であるＴｉ−Ｎｉ系の形状記憶合金を用いる。マルテンサイト変態温度は室温以上である必要があるので、Ｔｉ−Ｎｉ合金のＮｉ含有量は５１at％以下にするのが好ましい。このＴｉ−Ｎｉ合金には５００Ｋ以下の温度で時効処理を施す。さらなる強度が必要である場合には、第３元素、例えばバナジウムを１at％以下の含有量でＮｉと置換する。Ｔｉ−Ｎｉ系以外の合金でも相変態温度が適温であり、脆性の著しいものでなければ、第１バネ６及び第２バネ８として用いることができる。
【００１９】
図３は、第１バネ６の応力と歪みとの関係を示すグラフである。
通常の金属では、歪みが増加するに従って応力も増加し、直線ａ−ｆに示されるように右上がりの直線関係を示す。従来は、インク袋３内を負圧にするための第１バネ６として通常の金属が使用されていたので、インク袋３内のインクを使用するに従い、第１バネ６の応力はａ点からｆ点へ移行し、増加し続ける。この第１バネ６の応力増加によって、応力と、メニスカス形成に関与する大気圧とのバランスが崩れ、メニスカスの形状が変化してインクの吐出性が変化し、インク袋３内に空気が吸い込まれて、インク袋３内のインクを最後まで使い切ることができなくなるという問題が生じていた。
【００２０】
本発明の第１バネ６に用いられる形状記憶合金の応力は、曲線ａ−ｂ−ｃのように変化し、歪みが増加しても応力はほとんど変化しない直線ｂ−ｃのような状態が見られる。これが形状記憶合金の特性であり、本発明はこの特性を利用したものである。
【００２１】
まず、負荷がない状態では弓形状をなす第１バネ６が平らな板状になるまで負荷をかけ、図２（ａ）に示したようにインク袋３内にセットする。
次に、インク袋３内の第１バネ６に全く負荷がかからない状態になるまで、インク袋３にインクを注入する。このとき、第１バネ６の歪みに対する応力は、図３のｃ点からｄ点へ、さらにｄ点からａ点に変化する。
【００２２】
その後、インク袋３の中のインクを所定量、強制的に吐出させる。これは、第１バネ６の歪みを増加させることにより、第１バネ６の応力を増加させ、この応力によってインク袋３内に負圧を発生させるためであり、さらに、図３のａ点からｂ点の状態へ移行させることによって、歪みが増加しても応力はほとんど変化しない直線ｂ−ｃ間でインクタンクを使用するためである。
【００２３】
応力と歪みとの関係が直線ｂ−ｃで示される第１バネ６を備えたインク袋３を図１に示したように、インクタンク筐体５へセットする。インクタンク筐体５の中底から蓋１の裏面までの高さは、応力と歪みとの関係が直線ｂ−ｃで示される第１バネ６を備えたインク袋３の厚みと略同じにする。
これは、インク袋３内の負圧を維持するためであり、第１バネ６の応力が図３のａ点に戻りインクが漏出するのを防止するためである。
【００２４】
インクを使用するに従い、弓形状の第１バネ６は直線の板状に歪み、歪みは、図３のｂ点からｃ点へ増加するが、第１バネ６に係る応力は急激に大きくなることはなく、略一定に保持される。
従って、メニスカスも一定の形状に保持され、インクの吐出性に影響を与えることなく、インクを最後まで使い切ることが可能になる。
【００２５】
そして、図２（ａ）に示したように、一対の板状部材２及び４同士が最も密着したときの間隔が、第１バネ６の板厚と一致するようにインク袋３が構成されているので、インク袋３内のインクはインク袋３が最も密着するまで有効に使い切ることができる。
【００２６】
また、形状記憶合金の歪みと応力との関係は、図３に示したようにヒステリシス特性を有しており、インクを使い切った後に再度インクを注入した場合、第１バネ６においては除荷の方向（図３のｃ点からｄ点の方向）に移行するが、ａ点に戻ることはない。これは、インクタンク筐体５の中底から蓋１の裏面までの高さを、応力と歪みとの関係が直線ｂ−ｃで示される第１バネ６を備えたインク袋３の厚みと略同じにしたためである。
【００２７】
従って、インクを最初に詰めたときの直線ｂ−ｃの状態とは異なり、曲線ｄ−ｅの状態で平衡となることから、インク袋３を負圧にするための応力とインク吐出孔９の先に働く大気圧との平衡は初期とは異なり、メニスカスの形状が変化するので、インクの吐出を正常に行うことができなくなる。これは、インクの再注入を防止する効果として有効である。すなわち、インクタンクをそのまま利用して、メーカー指定の規格でないインクを再注入するのを防止することができる。
【００２８】
第２バネ８は、歪みによって抵抗率が変化するという特性を有した金属材料を用いることにより、抵抗率の変化を捉えてインクの使用状況を把握するものである。
特開平８−１５２０８号公報に、形状記憶合金は、歪みによって抵抗率が変化するという特性を有した金属であることが開示されている。
図４は、第２バネ８における電気抵抗変化率と歪みとの関係を図３に照らして示したグラフである。図４より形状記憶合金は歪みが増加すると電気抵抗変化率が減少するという特性を有した金属であることが判る。
本発明においては、歪みと電気抵抗変化率との関係が１対１となる図４の直線ｂ−ｃ間で第２バネ８が変形すべくなしてある。歪みと電気抵抗変化率との関係を示すグラフには、曲線ａ−ｂのように山形のピークを有した範囲が存在するが、本発明においては、後述するようにこの範囲を外しているので、使用途中でインクタンクを取り外した場合においても、インク残量の検出を正確に行うことができる。
【００２９】
インク残量の検出方法は、第２バネ８に電流を流し、その電流値の変化によってインク残量を捉えるものであるが、第２バネ８には間欠的に微弱電流を流すのが好ましい。これは、電流による第２バネ８の発熱を抑え、発熱による第２バネ８の形状変化が生じるのを防止するためである。
また、注入するインクが水性である場合は、電気分解等によって生成物等が第２バネ８に析出するのを防止するために、第２バネ８に絶縁被膜を施すのが好ましい。
【００３０】
図５は、インク残量検出の構成を示すブロック図である。このブロック図において、ブリッジ回路１１の抵抗Ｒ４は第２バネ８の抵抗を表す。第２バネ８の電気抵抗変化に基づく電位差は増幅回路１２により１００００倍に増幅され、増幅された信号は、ＡＤ変換器１３を経て演算処理装置１４へ出力され、演算処理装置１４において、インクの残量が算出される。第２バネ８を図４に示したように、電気抵抗変化率が０．１である範囲で用いた場合、ブリッジ回路１１に５Ｖ印加したときの出力電圧はおよそ０〜５Ｖになる。
第２バネ８は、インク袋３内で第１バネ６とそり方向を逆にして並列に配置してあり、インクをインク袋３に注入して使用するまでの過程は、第１バネ６の場合と同様である。
【００３１】
まず、負荷がない状態では弓形状をなす第２バネ８に平らな板状になるまで負荷をかけて、第１バネ６と並列にインク袋３内にセットする。
次に、第１バネ６及び第２バネ８に全く負荷がかからない状態になるまで、インク袋３にインクを注入する。このとき、第２バネ８の歪みに対する電気抵抗変化率は、図４のｄ点からｅ点を経由してａ点へ移行する。
【００３２】
その後、インク袋３の中のインクを所定量、強制的に吐出させる。これは、図４のａ点からｂ点へ移行させることによって、歪みと電気抵抗変化率とが１対１となる直線ｂ−ｃ間で第２バネ８が変形するようにするためであり、これにより使用途中でインクタンクを取り外した場合においても、インク残量の検出を正確に行うことができる。また、インクの液面が揺動している場合においても、正確にインク残量の検出を行うことができる。
【００３３】
以上のように、本発明においては、第１バネ６及び第２バネ８を備えることにより、簡単な構成で、インク袋３内の負圧を一定に保持してメニスカスの形状を一定に保持し、インクの吐出性を維持するとともに、インク残量の検出を行うことができる。
【００３４】
なお、前記実施の形態においては、本発明をインク容器としてのインクタンクに適用した場合につき説明しているが、これに限定されるものではなく、インクカートリッジ等の他のインク容器に適用することが可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明においては、第１バネが形状記憶合金材料からなるので、インクの使用によりインク袋が収縮し、第１バネの変形が大きくなった場合でも、応力が急激に大きくならず、インク袋内の負圧が略一定に保たれる。すなわち、第１バネが、その歪みに対する応力が略一定となる範囲で変形するように構成することにより、インク容器内の負圧を一定に保持することができ、インクの吐出先の液面形状を一定に保持することが可能になる。従って、インクの吐出性が変化しないので、インクを最後まで使い切ることができる。
【００３７】
そして、本発明においては、歪みによって電気抵抗が変化する第２バネを備えることにより、その電気抵抗値の変化に基づき、容易にインク残量を算出することが可能になる。そして、インク液面が揺動している場合においても、インク残量を正確に検知することができる。
また、本発明においては、第１バネが第２バネを兼ねることにより、インク袋内の圧力が急激に上昇するのを防止し、負圧を略一定に保持してインクの吐出性を維持するとともに、インク残量の検出を行うことができ、インク容器のコンパクト化を図ることができる。
さらに、本発明においては、第１バネが弓形状の板バネであり、そり方向を逆にして２枚装着することにより、第１バネが板状になるまで、インク袋内のインクを有効に使い切ることが可能になる。
【００３８】
そして、本発明においては、第２バネに電流を間欠的に流すように構成することにより、電流による第２バネの発熱を抑制し、発熱による形状変化を防止することが可能になる。
また、本発明においては、第２バネに絶縁被膜を形成することにより、インクが水性である場合に電気分解等によって生じた生成物が第２バネに析出するのを防止することができる。
さらに、本発明においては、第２バネが、その歪みに対する電気抵抗変化率が直線関係を示す範囲で変形するように構成することにより、使用途中でインク容器を取り外した場合においても、正確にインク残量を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るインクタンクを示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るインク袋を示す断面図であり、（ａ）はインク注入前の状態を示す断面図、（ｂ）はインク注入後の状態を示す断面図である。
【図３】第１バネの応力と歪みとの関係を示すグラフである。
【図４】第２バネの電気抵抗変化率と歪みとの関係を示すグラフである。
【図５】インク残量検出の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１      蓋
２      板状部材
３      インク袋
４      板状部材
５      インクタンク筐体
６      第１バネ
７      インクノズル孔
８      第２バネ
１１    ブリッジ回路
【図１】
0003768119.tif 000002
【図２】
0003768119.tif 000003
【図３】
0003768119.tif 000004
【図４】
0003768119.tif 000005
【図５】
0003768119.tif 000006