JPS5975122A - インクジエツト記録装置におけるインク残量検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はインクジ−ノド記録装置におけるインク貯蔵容
器中のインクの残量検知方法に関する。

インクジェット記録装置において、インク滴を噴射する
記録ヘッドはインク供給管を介してインク貯蔵容器から
インクが供給される。このインク貯ｇ容器中のインクは
記録ヘッドよりのインク噴射により消費されて減少する
が、インク貯蔵容器中のインクの残量を装置の操作者が
絶えず可視監視することは煩られしいことで装置として
適していない。このためインクの残量を自動的に検知し
表示又は警告することが必要である。

従来インクジ−ノド記録装置においてインク供給方法に
は、加圧方式と静水圧方式どの二方式が用いられている
。

加圧方式は、例えばインク貯蔵容器又は該容器と記録ヘ
ン♀是曹帯盈即ンクタンクを加圧して、加圧されたイン
クを記録ヘッド内に給送するもので、インク供給路の途
中に圧力センサーと開閉パルプとを設けて、記録ヘッド
内のインク圧力を常に記録に最適な一定の圧力を保つよ
うに制御している。そしてインク貯蔵容器中のインクが
消費されて一定液圧以下になると、前記圧力センサーに
よって液圧検知されてインク残量不足の警報が発管な介
して記録ヘッド内に給送するものである。

この場合インク貯蔵容器内のインクが消費されて残量が
僅かになったことを如何にして検知するかが問題である
。

従来、このようなインク残量検知手段としては、例えば
次の各種方法が知られているが、何れも実用上の問題点
を有している。

（１）　　インク噴射の駆動信号をカウントする方法。

この場合、くり返し使用に対する検出されたインク消費
量のメモリーの不揮発性が必要となり、装置が複雑−高
価となる。

また、個々のインク滴の犬きびは各種条件により若干ば
らつきが生じるので、インク滴の数をカウントしていく
と、消費インク量の累積誤差が大きくなりインク残量が
不正確になる。

（２）　　インク貯蔵容器内の底部に固設された２個の
対向電極間に存在するインクの電気抵抗値の変化からイ
ンク量の不足を検知する方法（特開昭５２−１３０３３
０号公報）。この方法においては、使用されるインクの
種類によっては測定される電気抵抗値が非常に不安定で
、またインクの経、′時変化による電気抵抗値の変動も
大きく、安定して残量検知する信頼性に欠けている。

　５− （３）　　インク貯蔵容器内のインクの液面高さから残
量を検知する方法。この方法において液面検出用センサ
ーとして、発光部と受光部とから成るフォトカブラを用
いる方法（特開昭５４−８３４３４号公報）や、インク
液面上の滓倉部材と磁気検出器とから成る磁気センサー
による方法（実開昭５４−１５１２４６号公報）等が知
られている、しかしながら上記の液面検出方式は空気と
接して移動する液面を有しない後記の密閉形インク貯蔵
容器には使用不可能である。

一般に、インクジェット記録装置においては、記録ヘッ
ドにインクを補充供給するインク供給装置のインク貯蔵
容器としては、インクを外気に触−トリッジには、イン
クが気密性の高い袋又は容器に空気が入らないように充
填されている。このインクカートリッジを記録装置のカ
ートリッジ受は部に対して着脱可能になし、インクカー
トリッジを交換することによって新しいインクを補充で
　６− きるようになされている。

本発明はこのような問題点を考慮してなぎれたもので、
インク貯蔵容器特にインクカートリッジ内のインクの残
量を、どのようなインクに対しても安定して検知できる
方法を提供するものである。

即ち、本発明によるインクジーノド記録装ｆｔＫおける
インク残量の検知方法は、インク貯蔵容器内に記録用イ
ンクを満たしたインク収容部の両側に相対向する電極を
設げ、この電極間の静電容量を測定してインク収容部内
のインクの残量を検知することを特徴とするものである
。

本発明の検知方法によって、インク貯蔵容器内のインク
圧力が加圧状態又は大気圧の静水圧状頭部れの場合にお
いても、使用されるインクの種類に関係なく、正確かつ
安定してインク残量を検知することができる。

以下、図面に従って本発明を具体的に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示すインクカートリッジ
の断面図である。

インクカートリッジ１は、補充用インク２を満たした可
撓性材料製のインク収容袋３と、該インク収容袋３を内
装し剛体構造のカートリッジ筐体４と、このカー）　Ｉ
Ｊッジ筐体４の一開口部に固設された口金部材５と、該
ＩＩ金部材５の内部に充填され前記補充用インク２の流
出や外部からの気体流入を防止かつ後記の中空ニードル
が差し込み可能な弾性材料から成る可撓栓６と、カー）
　ＩＪソジ筐体４の上下内壁面に相対向するように固定
ざル前記インク収容袋３を挾持する一対の電極７Ａ、７
Ｂを外部電源に接続するための一対の電気接片８Ａ、８
Ｂとから構成されている。

この静電容量検知用の電極としては、金員性電極板を用
いる他に、導電ペイント、導電ゴム、導マ氏プラスチッ
ク、蒸着薄膜等の材料を用いて、前記カートリッジ筺体
４の内壁面に塗布、蒸着、貼付等によって構成すること
も可能である。

インク収容袋３は、ポリエチレン、ボ１１プロピレン、
塩化ビニール、ポリ塩化ビニリデン等のフィルム又は箔
の単層材やラミネート材で作られ、インクの性質を変化
させたり、外気の進入やインクの外部漏出のないことが
必須である。

カートリッジ筐体４は、アクリル、硬質塩化ヒニール、
　ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、　（ンバクトス
チロール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン、エ
ポキシ樹脂、その他の硬質樹脂又はガラス、セラミック
ス等の剛性材料で作られ、電極板７Ａ、７Ｂの相互位置
を維持するのに必要な強度を有するものである。

口金部材５の中心部をなす可撓栓６は、シリコーンゴム
、パイトンゴム、弗素ゴムなどの弾性材料から作られる
。

第２図は、本発明によるインクカートリッジを用いたイ
ンクジェット記録装置におけるインク供給系およびイン
ク残量検知回路の概略を示す断面図である。インクジェ
ット記録装置の本体の一部をなすインクカートリッジ装
填部の一端面にはコネクタ１１が固設されている。この
コネクタ１１のほぼ中央には非常に狭いインク流通路を
有するインクカートリッジ差し込み用の中空ニードル１
２が突設されている。インクカートリッジ１を記録装置
に装填して、コネクタ１１に接続させると、中空ニード
ル１２はインクカートリッジ１の可撓栓６を貫通してイ
ンク収容袋３内に到達して補充用インク２に連通ずる。

中空ニードル１２の他端はインク供給管１３を介してフ
ィルタ１４を経て記録ヘッド１５内のインク流路に連通
し、ノズル１６において大メ１、圧とインク圧と表面張
力とが平衡状態を維持している。

記録ヘッド１５の一部には圧電変換素子１７が接着され
ていて、電子パルス発生器１８に電気的に接続されてい
る。記録を必要とする時には、マイクロコンビーータ（
以下ＣＰＵと略記する）の指令によって電子パルス発生
器１８が駆動され電気パルスを発生し、圧電変換素子１
７を駆動し、これによってノズル１６からインク滴が発
射され、記録媒体上に文字や画像を形成する。

一方、インクカートリッジ１内の静電容量検知用の電極
板７Ａ、７Ｂに接続する電気接片８Ａ、ＦＩＢは、記録
装置本体側のコネクタ２１に接続し、信号線２２を介し
てインク残量検知回路乙に接続されている。このインク
残量検知回路６は、インクカー１０− トリフジ１内のインク残量を静電容Ｉの変化に基づいて
常時又は断続的に監視しており、インク残量が一定レベ
ル以下になると、警告信号もしくは停止信号を発する。

これを受けて記録装置は表示ランプを点滅させ、あるい
は警告音を発して操作員にインク残量の少ないことを知
らせ、または印字動作を停止させる。またこのインク残
量検知回路おもＣＰＵによって制御されている。

第３図は本発明に係るインクカー）　ＩＪッジにおける
インク残量と静電容量との関係を示す線図である。

一般にコンデンサの静電容量Ｃは次式で表わされる。

εＳ Ｃ＝　　− 但し、εは両電極間の誘電率、ｄは両電極間の距離、Ｓ
は電極の面積 ここで、第１図または第２図に示すように、固定した両
電極７　Ａ　＋　７８間にインクを充填したインク収容
袋３を設置すると、インクの消費によってインク収容袋
３は次第に縮小してインクト４の厚ぎが減少し、逆に外
気に通じる空気層の厚さが増加する。この際、各部の誘
電率は、インクはε中０゜空気はεキε。（真空中の誘
電率）、インク収容袋のεは材料にもよるが、一般的に
ε、の数倍である。。

よって、インク収容袋３が縮小してインク残量カ減少す
るに従って、両電極７Ａ、７Ｂ間の誘電率分布が変化し
、これにより上式に示す静電容量Ｃが減少する。即ち、
この静電容ｆｆ１Ｃを測定すればインクの残量が判る。

第３図に示す曲線ｅ、はこの関係を示すもので、インク
収容袋３内のインクが初期の充満状態にあるときは曲線
１１の右端にあるが、インク噴射などでインクが消費さ
れるに従ってインク残置が減少すると、静電容ｆＩｔＣ
は次第に低下する９ 次に第４図は本発明に係る残量検知回路の一実施例を示
すブロック図である。図において、ＭＭＩとＭＭ２は何
れも単安定マルチバイブレータ（以下モノマルチ回路と
略称する）（例えばテキサスインスツルーメント社製の
ＳＮ　７４．１２３型）であって、外付けの抵抗Ｒとコ
ンデンサＣとにより、発生するパルス幅が決定される。

ここでＭＭＩは外付けのコンデンサとしての前記インク
カートリッジの静電容量検知用の電極７Ａ、７Ｂに電気
接続されている。またＭＭ２は外付けのコンデンサとし
て、インクカートリッジ内のインク残量が記録装置の印
字動作を中止すべきレベルに達したときに検知されろ静
電容量と等しい値の容量をもつコンデンサーＣ２を用い
ている。尚、外付けの抵抗Ｒ，，Ｒ２の抵抗値は等しい
。またＶｃｃは電源電圧である。

第５図は各部の出力波形を示す。先づ発振器Ｏ８Ｃは一
定間隔のパルスを発生している。そして上記モノマルチ
回路ＭＭＩ　、　ＭＭ２は発振器Ｏ８Ｃからの信号を受
けて所定のパルスを発生する。尚、発振器Ｏ８ＣはＣＰ
Ｕからの指令等で間欠的に、動作をさせてもよい。

モノマルチ回路ＭＭＩの出力Ｑ１は、インクカートリッ
ジの静電容量の変化に従って変化するので、第５図に示
すＱ、の信号波形の如くパルス幅は徐々に短かくなって
いく。これはインクカートリッジ　１３− 内のインクの消費に従って、第３図に示すように静Ｎ谷
量が徐々に減少するからである。一方、モノマルチ回路
ＭＭ２の出力Ｑ２は、常に一定のパルス幅のパルスを出
している。

インクカートリッジ内のインク残量が多いトキには、（
Ｑ＋のパルス幅）　＞　（Ｑ２のパルス幅）であって、
Ｑ、とＱ２との論理積をとる椰ゲートから出力は何も出
ない。やがて、インク消費に従ってインク残量が僅少に
なって所定レベル以下になると、（Ｑ、のパルス幅）　
＞　（Ｑ２のパルス幅）となるため、ＡＮＤゲートから
パルス出力がでるようになる。これを第５図のＡＮＤ波
形図に示す。

尚、ノイズ等によってＱ、の出力波形のパルス幅が一時
的に長くなってＱ、のパルス幅より長くなった場合には
、勿論ＡＮＤゲートから出力は出ない。

次にノイズ等による誤動作のために記録装置を停止させ
てしまうことがないように、ＡＮＤ回路の後に計数回路
３０と基準回数設定回路３１とを設けておき、第５図に
示すＡＮＤ出力図の信号数が基準回数設定回路３１で予
め設定した一定回数を越えて計１４− 数されたときに、記録装置を停止させるようにした。ま
た、この計数回路３０のカウントは、一定時間毎にクリ
アされるようにしてあり、一定時間内に発生したＡＮＤ
出力信号を計数するようにした。

このようにして計数回路から停止信号が出されると、こ
れをもとに記録装置のＣＰＵによって、テンプ、ブザー
等を含む警報回路３２による警報動作を行ない、また印
字制御回路３３によって印字動作を停止ぎせる。

本発明の他の実施例として、上述の計数回路において、
基準回数□設定回路を２種設定し２ておき、一定時間内
に発生したＡＮＤ出力信号が、上記基準回数設定回路の
うち少ない方の基準回数を越した場合は、記録装置は警
報動作をするにとどめ、一定時間内に発生したＡＮＤ出
力信号が、そのうちの大きい方の基準回数を越した場合
には記録装置が印字動作を停止するように、モードを切
換えることも可能である。

また、本発明の更に他の実施例を第６図に示す。

これは単安定マルチバイブレータ（モノマルチ回路）を
３個設置し、更にコンンサＣ，、Ｃ８の電気容量なＣ３
＜　Ｃ２となるように設定しておき、ＱｔとＱｔとの論
理積ＡＮＤで警告のみの信号（ＡＬＡＲＭ　）を発生し
、Ｑ、とＱ３との論理積ＡＮＤで停止信号（ＨＡＬＴ　
）を発生するように構成してもよい。

第７図は上述の各種のインク残量検知［１１［路を更に
改良した一実施例を示すブロック図である。

インクカートリッジ１はインク残量に応じた静電容量Ｃ
１をもっている。モノマルチ回路ＭＭ　は、この静電容
量Ｃ１および外付抵抗Ｒ５どにもとづく一定幅のパルス
を発振器Ｏ８Ｃによりトリガーされて発生する。モノマ
ルチ回路の出力（正論理側）は積分回路（Ｒ、Ｃ）もし
くはピークホールド回路で平均化され、コンパレータ３
４に入力される。この入力信号はインクカートリッジ１
の静電容量値Ｃ３に対応した電圧信号であり、積分回路
（Ｒ、Ｃ）を通ることにより、静電容量値に対応してパ
ルス幅変調されたパルス列が積分回路で平滑化されて、
リップル成分をもたない直流の電圧信号に変換される。

またコンパレータ３４のもう一方の入力端子（−１−１
には、停止信号ＨＡＬＴを発生すべき基準電圧設定値Ｖ
、が入力されている。コンバータ３４は両入力を比較し
、インク残量が設定された一定値以下になった時点で停
止信号を発生する。これにより記録装置はＣＰＵ制御に
より警報装置を動作させ、また印字動作を停止させる。

また同図において、もう−個のコン／ぐレータ３５ヲｆ
ｆケ−Ｃ、フンパレータ３５の方で警告信号を発し、コ
ンパレータ３４の方で停止信号を発するようにしてもよ
い。

第７図で示されたインク残量検知回路は、前述の第６図
で示された計数回路を用いる方法に比べて簡単な回路構
成で済むという利点がある。

次に第８図は本発明による更に他の実施例を示すインク
カートリッジの断面図である。図におし）て、上面の電
極板４７Ａはインクの流路接続をなす口金部材４５に電
気接続だせて、下面の電極４７Ｂは上記口金部材４５の
近傍の接続用電極４８に接続させて、４５　、４８を静
電容量検知回路に接続可能にしたものである。

第９図は電極７Ａ、７Ｂの全部又は一部をカートリッジ
筐体４の外部に露出させ、その露出極部を可撓性バネ電
極を介して記録装置のインク残量検知回路に電気的接続
をなすよう構成したことを特徴とするものである。

尚、本発明による上記何れのインクカートリッジにおい
ても、インク残量検知系全体の持つ静電容量がインク残
量以外の要因によって変化することがないように構成す
ることが望ましい。

次に、第１０図、第１１図は本発明による更に他の実施
例を示すインクカートリッジの断面図である。

これらの実施例の狙いは、電極板間の距Ｉｌｌ　（ｄ）
をなるべく短かくすることによって、静電容量Ｃの増大
を計ったことにある。即ち前述の第１図に示されたイン
クカートリッジ１の電極板間隔は大きいため、十分な静
電容量値が得られない。

第１０図は、両電極板５７Ａ、５７Ｂの配置を非平行に
したものである。これはインク収容袋３が初期のインク
充満状態時においてなす形状、即ちインク収容袋３のふ
くらみの稜線に沿って上側の電極板５７Ａを斜めになし
て、電極板間のムダな空間を減らしたことを特徴とする
ものである。

第１１図は両電極板６７Ａ　、　６７Ｂの形状を曲面状
になしたものである。即ち、インク収容袋３が充満状態
にあるときの形状に合わせて、両電極板６７Ａ。

６７Ｂの形状ヲ曲面となし、インクカートリッジ交換初
期のインク充満状態においては、電極板とインク収容袋
との間に空隙がないようにしまた。

上述の第１０図、第１１図に示された電極板形状にする
ことにより、静電容量Ｃは増大する。再び第３図に戻っ
て、静電容量増大の傾向を曲線１２で示す。即ちインク
残量が僅小になったときにも曲線１１に比して静電容量
は大きく、かつ勾配も大きく、検出精度は向上した。

以上、インクカー）ＩＪッジ内が外気と絶えず流通する
静水圧形のインク供給形式について説明したが、本発明
はインクカートリッジを密閉構造となし、加圧気体を導
入してインク収容袋を加圧してインクを給送する形式に
も適用できることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すインクカートリッジの
断面図、 第２図は本発明によるインクカートリッジを用いたイン
クジエッノト記録装置に１３けるインク供給系およびイ
ンク残量検知回路の概略を示す断Ｌｍ図。 第３図はインク残量と静電容量とθ）関係を示す線図、 第４図、第６図、第７図は本発明に係るインク残量検知
回路の一実施例を示すブロック図、第５図は本発明によ
る信号波形図、 第８図、第９図、第１０図、第１１．ＩＩ！Ｊは本発明
による他の実施例を示すインクカー）　ＩＪノジの断面
図である。 １・・・インクカートリッジ、　　３・・・インク収容
袋、４・・・カートリッジ筐体、 ７Ａ、７Ｂ、４７Ａ、４７Ｂ、５７Ａ、５７Ｂ、６７Ａ
、６７Ｂ・・・電極、８Ａ、８Ｂ　、５８Ａ、５８Ｂ・
・・電気接片、１５・・・記録ヘッド、 る・・・インク残量検知回路、 ＭＭＩ　、ＭＭ２　、ＭＭ３　、ＭＭ・・・単安定マル
チバイブレータ２１−

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　インク収容部内のインク乞挾んで相対向する
   電極乞配置し、前記両電極間の静電界■ケ測ることによ
   りインク残量を検知することを特徴とするインク残量検
   知方法。
2. （２）　　前記量［極が前記インク収容部の外側に配置
   されること乞特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイ
   ンク残量検知方法。
3. （３）　　前記電極間の静電容量の変化から、インクの
   残量が一定量以下になったこと乞検知して、警報ビ作動
   させ、又は記録動作馨停止させるように構成したこと？
   特徴とＴる特許請求の範囲第１項に記載のインクジェッ
   ト記録装置におけるインク残量検知方法。
4. （４）　　前記電極間に位置するように設けられ１こイ
   ンク収容部が可撓材料から成るインク収容袋であること
   ？特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載のイ
   ンクジェット記録装置におけるインク残量検知方法。
5. （５）相対向する前記電極を非平行に配置したこたこと
   を特徴とする特許請求の範囲＠１項ないし第３項の何れ
   かに記載のインクジェット記録装置におけるインク残量
   検知方法。
6. （６）　　前記電極が相対的に移動可能であり、インク
   残量の減少に伴って間隔を挾めるようにしたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項４「いし第４項の何れかに
   記載のインクジェット記録装置におけるインク残量検知
   方法。
7. （７）相対向する前記電極のうち少なくとも一方の電極
   が曲面状をなすことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし＠５項のいずれかに記載のインクジェット記録装
   置におけろインク残量検知方法。
8. （８）　　前記インクタンクが記録用インクを満たした
   インク収容部と、該インク収容部を収納する剛性の筐体
   とから成り、かつ前記記録装置に着脱可能７孟インクカ
   ートリツジどしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項ないし第６項のいずれかに記載のインクジ−ノド記録
   装置におけるインク残量検知方法。
9. （９）　　前記電極が金属板！導電性ペイント、導電ゴ
   ム、蒸着薄膜、導電プラスチックのうち何れかの材料で
   構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第６項のいずれかに記載のインクジェット記録装置にお
   けるインク残量検知方法。