JP2005186388A - インクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成のセンサによってインクカートリッジ内のインク残量を所定の範囲において複数段階で検知すること。
【解決手段】 光投射手段により第１検出窓１４ａの全体若しくは所定範囲に光を投射して、容器１２内部を通過して第２検出窓１６ａを透過した光を集光手段により集光して受光素子３８に受光させる。受光素子により受光された光の光量を検出し、その光量に基づいて容器１２内のインク残量の変化を検出する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、インクを収容するインクカートリッジ内のインク残量を検出する機能を有するインクジェットプリンタに関する。

従来、インクジェットプリンタにおいてインクを収容するインクカートリッジ内のインク残量を検出するために、種々の形態のセンサが用いられてきた。例えば、発光素子からの光をインクカートリッジに照射して、その反射光またはインクカートリッジ内を透過した透過光を受光素子で検出されたか否かによって、インクが所定量以下になったか否かを判別するというものがある（例えば、特許文献１）。

インク残量を検知することは、インクカートリッジの交換時期を予想する上で非常に便利であり、インク消費量の多いユーザにとっては、インク残量がある程度残っている状態でインク残量が少ないことを検知した方が都合が良い。一方、インク消費量の少ないユーザにとってはインク残量がほとんど残っていない状態でインク残量が少ないと報知された方が、インクカートリッジの交換時期を予想しやすく好都合である。

上記のようにインク残量が少ないことを報知する際のインク残量の好ましい基準はユーザー間で異なるため、特許文献１のような、インク残量が所定量以下か否かという情報しか得られない装置ではインクカートリッジの交換時期を判断する上で必ずしも好都合ではなかった。

したがって、インク残量がある所定量以下になったか否かだけを判別するだけでなく、インク残量の中間状態も検出してユーザに報知することが、インク消費量のそれぞれ異なるいずれのユーザに対しても好都合である。

特許文献２には、光透過性のインクカートリッジのコーナー部に投光部及び受光部を有するセンサを斜めに配置し、インクカートリッジのコーナー部に投光部からの光を上方から斜めに照射し、インクカートリッジの底部を透過して受光部に入射する透過光の光量の増減変化に基づいてインクカートリッジ内のインク残量を測定するという技術が開示されている。この文献に記載の技術によれば、インク残量を一定範囲でアナログ的に検知することができるため、ユーザーにインク残量の中間状態を報知することが可能となる。

特開２００２−２４０３１７号公報（第３−４頁） 特開平１１−４８４９４号公報（第４頁）

しかしながら、特許文献２に記載の方法では、受光部に入射する透過光は、インクカートリッジを透過した透過光の一部であり、その最大受光量は受光部の受光面積によって制限され、広範囲にわたってインク残量を検出することは難しい。

そこで、本発明は、簡単な構成のセンサによってインクカートリッジ内のインク残量を所定の範囲において複数段階で検知し得るインクジェットプリンタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のインクジェットプリンタは、光透過性の第１透過領域が設けられた第１側壁と、光透過性の第２透過領域が設けられた当該第１側壁と対向する第２側壁とを有するインクを収容するための容器と、第２側壁を含む平面が鉛直方向に対して平行または鋭角の所定範囲で傾くように容器を着脱自在に保持する保持部と、容器が保持された状態である保持状態において、第１側壁と対向するように設けられ、第１透過領域に光を投射する光投射手段と、保持状態において第２側壁と対向するように設けられ、第２透過領域を通過した光を集光する集光手段と、集光手段により集光された光を受光する受光素子と、受光素子により受光された光の光量に基づいて容器内のインク残量の変化を測定する残量測定手段とを備えたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットプリンタにおいて、第１及び第２透過領域は、保持状態における上下方向においてそれぞれ第１及び第２側壁の全範囲にわたって設けられていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットプリンタにおいて、第１及び第２透過領域は、保持状態における上下方向において、容器にインクが最大量収容されている状態からインクがない状態まで検出可能な範囲で設けられていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３に記載のインクジェットプリンタにおいて、第１または第２側壁の少なくとも一方において、透過領域以外の領域において光が透過することを防止する光遮蔽手段が当該透過領域に隣接して設けられていることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェットプリンタにおいて、集光手段は、保持状態における上下方向において第２透過領域の範囲以上で光を集光可能に設けられていることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェットプリンタにおいて、集光手段は、保持状態における上下方向において第２透過領域の全体若しくはその上下方向における上端を除く部分からの光を集光可能に設けられていることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載のインクジェットプリンタにおいて、集光手段は、凸レンズであることを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のインクジェットプリンタにおいて、集光手段である凸レンズは、当該凸レンズの中心と焦点を結ぶ直線が第２側壁と直交する方向と平行となるように配置されていることを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項７または請求項８に記載のインクジェットプリンタにおいて、受光素子は、集光手段である凸レンズから当該凸レンズの焦点距離だけ離隔した位置に配置されていることを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載のインクジェットプリンタにおいて、集光手段は、第１側壁から第２側壁へ向かう方向に凸の凹面形状の光反射部材であり、受光素子は、第２側壁と当該光反射部材との間に配置されていることを特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のインクジェットプリンタにおいて、集光手段である光反射部材は、その凹面形状の反射面が保持状態における上下方向において第２透過領域の全範囲を覆うように配置されていることを特徴とする。

また、請求項１２に記載の発明は、請求項１０または請求項１１に記載のインクジェットプリンタにおいて、集光手段である光反射部材は、受光素子が配置された位置を焦点とする凹面形状をしており、第２透過領域から透過された光を当該受光素子に集光するように配置されていることを特徴とする。

また、請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至１２のいずれかに記載のインクジェットプリンタにおいて、光投射手段は、保持状態における上下方向において第１透過領域の範囲以上に光を投射することを特徴とする。

また、請求項１４に記載の発明は、請求項１乃至１２のいずれかに記載のインクジェットプリンタにおいて、光投射手段は、第１透過領域の全体若しくはその上下方向における上端を除く部分に光を投射することを特徴とする。

また、請求項１５に記載の発明は、請求項１乃至１４のいずれかに記載のインクジェットプリンタにおいて、光投射手段は、一つの発光素子と当該発光素子の光を屈折させて第１透過領域に投射する凸レンズを含むことを特徴とする。

また、請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載のインクジェットプリンタにおいて、発光素子は、光投射手段に含まれる凸レンズの焦点距離だけ離隔した位置に設けられていることを特徴とする。

また、請求項１７に記載の発明は、請求項１５または請求項１６に記載のインクジェットプリンタにおいて、光投射手段に含まれる凸レンズは、当該凸レンズの中心と焦点を結ぶ直線が第１側壁と直交する方向と平行となるように配置されていることを特徴とする。

また、請求項１８に記載の発明は、請求項１乃至１４のいずれかに記載のインクジェットプリンタにおいて、光投射手段は、発光素子と、第２側壁から第１側壁へ向かう方向に凸の凹面形状の光反射部材から構成され、発光素子は、第１側壁と当該光反射部材との間に配置されていることを特徴とする。

また、請求項１９に記載の発明は、請求項１８に記載のインクジェットプリンタにおいて、光投射手段に含まれる光反射部材は、その凹面形状の反射面が保持状態における上下方向において第１透過領域以上の範囲を覆うように配置されていることを特徴とする。

また、請求項２０に記載の発明は、請求項１８または請求項１９に記載のインクジェットプリンタにおいて、光投射手段に含まれる光反射部材は、発光素子が配置された位置を焦点とする凹面形状をしており、当該発光素子から発せられた光を第１透過領域に分散させるように配置されていることを特徴とする。

また、請求項２１に記載の発明は、請求項１乃至１４のいずれかに記載のインクジェットプリンタにおいて、光投射手段は、一つの発光素子と、複数の光導波路から構成され、複数の当該光導波路の一端は発光素子と対向するように配置され、他端はそれぞれ第１側壁に対して直交する方向に光を放出するように配置されていることを特徴とする。

また、請求項２２に記載の発明は、請求項２１に記載のインクジェットプリンタにおいて、光導波路の光を放出する側である他端は、保持状態における上下方向において所定間隔に配置されていることを特徴とする。

また、請求項２３に記載の発明は、請求項２１または請求項２２に記載のインクジェットプリンタにおいて、光導波路は、光ファイバーであることを特徴とする。

また、請求項２４に記載の発明は、請求項１乃至２３のいずれかに記載のインクジェットプリンタにおいて、第１透過領域は、透明な部材から構成されることを特徴とする。

また、請求項２５に記載の発明は、請求項１乃至２４のいずれかに記載のインクジェットプリンタにおいて、第２透過領域は、透明な部材から構成されることを特徴とする。

また、請求項２６に記載の発明は、請求項１乃至２５のいずれかに記載のインクジェットプリンタにおいて、第１及び第２透過領域は、第１及び第２側壁の水平方向において中央部に設けられていることを特徴とする。

本発明に係るインクジェットプリンタは、簡単な構成のセンサによってインクカートリッジ内のインク残量を所定範囲において複数段階で好適に測定することが可能となる。

本発明の好適な実施形態について、以下説明する。

本発明は、インクジェットプリンタにおいて、インクカートリッジ内のインク残量を所定の範囲で複数段階で好適に検出するためのものである。

以下、本発明の好適な実施例について図面に基づいて説明する。図１は、インクジェットプリンタに用いられるインクカートリッジ１０の外観を示す斜視図であり、図２は、インクカートリッジ１０を正面及び側面から見た図である。

本発明のインクジェットプリンタ（以下、プリンタと称する）に用いられるインクカートリッジ１０（以下、カートリッジ１０と称する）は、図１に示すように、インクを収容する容器１２と、容器１２の底部に設けられ、容器１２内のインクをプリンタ本体側へ供給するための図示しない供給口から構成される。

容器１２は、外形が略直方体形状をしており、所定の厚みＴを有するプラスチック等の樹脂性材料からなるプレート状部材で一体的に形成されている。なお、以下の説明において、容器１２がプリンタに装着・保持された状態である保持状態における容器１２の上下方向を図１中矢印Ａと平行な方向とし、矢印Ａの示す方向を上方向とする。また、容器１２の長手方向を矢印Ｂと平行な方向とし、矢印Ｂの示す方向を、容器１２の手前側から奥側への向きを示す方向とする。

容器１２において、上下方向に平行な面を有するプレート状部材のうち、図１に示すように、対向する２つのプレート状部材を、第１側壁１４、第２側壁１６と称することとする。第１側壁１４及び第２側壁１６には、後述するように、容器１２内のインク残量を検出するための第１透過領域である第１検出窓１４ａ、及び第２透過領域である１６ａがそれぞれ設けられている。ここで、上下方向（矢印Ａ方向）と長手方向（矢印Ｂ方向）と直交する方向を容器幅方向と称することとし、第１検出窓１４ａから第２検出窓１６ａに向かう方向（図１中矢印Ｃ方向）を光透過方向と称することとする。

第１検出窓１４ａ、第２検出窓１６ａは、図２（ｂ）に示すように、それぞれ透明な矩形状の表面を有する樹脂性材料からなり、幅Ｗ（以下、「検出窓幅Ｗ」と称することとする。）を有する。第１検出窓１４ａ及び第２検出窓１６ａは、容器長手方向の中央部、すなわち、第１側壁１４または第２側壁１６の水平方向において中央部に配置されており、カートリッジ１０が多少傾いて装着されてしまった場合においても、第１検出窓１４ａ及び第２検出窓１６ａを第１側壁１４及び第２側壁１６の長手方向奥側または手前側に設けた場合に比べ、インク残量検出に影響が出にくい構成となっている。また、カートリッジ１０を矢印Ｃ方向と平行な方向から見た場合に、第１検出窓１４ａ及び第２検出窓１６ａは互いに重なるように配置されている。

第１検出窓１４ａ、第２検出窓１６ａは、上下方向においてそれぞれ第１側壁１４及び第２側壁１６における容器内部に面する側の全範囲（以下、この範囲の長さを「容器内部高さＨ」と称することとする。）にわたって設けられている。すなわち、図２（ａ）に示すように、第１検出窓１４ａ、及び第２検出窓１６ａの上辺と底辺は、それぞれ容器１２の上部と底部のプレート状部材の内側の面（以下、それぞれ「容器内部上面１８」、「容器内部底面２０」と称する。）と隣接するように設けられている。

本実施例におけるプリンタは、後述するように、第１検出窓１４ａの全体（上下方向において第１検出窓１４ａの範囲以上も含む。）若しくはその上下方向における両端を除く部分に光を投射して、容器１２内部を通過して第２検出窓１６ａを透過した光の光量を検出し、その光量に基づいて容器１２内のインク残量を連続的または段階的に検出することができる。すなわち、インク残量が十分な場合は、第１検出窓１４ａから入光した光は、その大部分がインクに吸収（もしくは、反射）されるため、第２検出窓１６ａを透過する光は少なくなる。一方で、インク残量が少なくなると、第２検出窓１６ａを透過する光は多くなり、検出される光量が増加するため、インク残量が少なくなったことを検出することが可能となる。

本実施例のインクカートリッジにおける第１側壁１４及び第２側壁１６は、第１検出窓１４ａ、及び第２検出窓１６ａが形成された領域を除いて、光が透過することを防止するための光遮蔽手段として非光透過性の樹脂を使用している。このような構成により、第１側壁１４に対して投射された光が、第１検出窓１４ａが形成された領域以外から容器１２内を通過してしまうことにより引き起こされる検出誤差をより小さくすることが可能となる。また、第１検出窓１４ａから容器１２内に入光した光は、第２検出窓１６ａ以外からは容器１２外へ透過されないため、第２検出窓１６ａを透過した光の光量のみを測定することによってより精度の高いインク残量検出が行える。なお、第１側壁１４及び第２側壁１６のいずれか一方においてのみ、このように光遮蔽手段を設けるようにしてもよい。

また、インクカートリッジの容器１２を、全体が光透過性を有する内部容器と、第１側壁１４と第２側壁１６に対応する部分に開口を設けた光透過性を有しない外部容器とから構成してもよい。また、容器１２全体を光透過性を有する材料で構成し、第1検出窓１４ａ及び第２検出窓１６ａ以外の領域を光を透過しないように着色するような構成でもよい。また、第１検出窓１４ａ、第２検出窓１６ａは必ずしも透明である必要はなく、光を透過する特性を有すればよい。

以上のような構成を有する容器１２の底部に設けられたインク供給口から、インクを吐出して画像を形成する図示しない記録ヘッドへとインクを供給することにより画像を形成することができる。

次に、本実施例のインク残量検出装置３０について図３を用いて説明する。図３は、本実施例のインク残量検出装置３０の構成を示す概略図である。

本実施例のプリンタのカートリッジ収容部においては、カートリッジ１０を保持するカートリッジホルダ２２によって、カートリッジ１０を所定の位置へ保持する。なお、図３においては図示されていないが、カートリッジホルダ２２は、カートリッジ１０の長手方向手前側と奥側においてカートリッジ１０を確実に保持するためのガイド部材が設けられている。

インク残量検出装置３０は、発光素子３２、投射用凸レンズ３４、集光用凸レンズ３６、受光素子３８と、後述する検出制御装置４０とから構成される。

インク残量検出は、印刷開始時やユーザからの残量検出指示があった場合、もしくは定期的に行われるものであって、その際の発光時間も短時間でよい。したがって、発光素子３２は、発光ダイオードやフィラメント状の白熱発光体など安価で発光量の多いものが望ましい。

第１検出窓１４ａに光を投射する光投射手段は、発光素子３２及び投射用凸レンズ３４により実現される。投射用凸レンズ３４は、当該投射用凸レンズ３４の中心とその焦点を結ぶ直線が第1側壁１４と直交する方向と平行となるように配置されており、また、発光素子３４は、投射用凸レンズ３４の焦点に位置するように設けられている。よって、発光素子３４から放出された光は、投射用凸レンズ３４により屈折して、第１検出窓１４ａの表面に対して直交する角度で投射される。また、投射用凸レンズ３４は、上下方向において第１検出窓１４ａ以上の範囲に光を投射するために、その上下方向の径が第１検出窓１４ａより長くなっている。

以上のような構成により、発光素子３４から放出された光は、投射用凸レンズ３４によって、投射用凸レンズ３４を設けない場合に比べ、第１検出窓１４ａの上端部及び下端部においても多くの光が投射される。すなわち、第１検出窓１４ａの上下方向全体にわたって、比較的光量のばらつきが少なく、よりインク残量検出の精度を高めることができる。

また、投射用凸レンズ３４を設けない場合、発光素子３４から放射された光は、第１検出窓１４ａの上方及び下方に向かうに伴って第１検出窓１４ａ表面に対する角度が大きくなるため、その表面で反射される光量が増加する。したがって、第１検出窓１４ａから容器１２内部に入光する光の量は、第１検出窓１４ａの上方及び下方に向かうに伴って減少する。しかしながら、本実施例の場合、投射用凸レンズ３４によって屈折した光は、第１検出窓１４ａに対してほぼ直交する方向に入射するため、第１検出窓１４ａの表面での屈折・反射が少なく、第１検出窓１４ａの上下方向全体にわたって光量のばらつきを低減することができる。なお、より光の投射効率を高めるために、投射用レンズ３４は、可能な限り第１検出窓１４ａに近い位置に配置することが好ましい。

また、本実施例において、投射用凸レンズ３４の中心線は、第１検出窓１４ａの上下方向における中央部分に位置するように配置されているが、よりインク残量が少ない場合における残量検出精度を向上させるために、中央より若干下方に当該中心線が位置するように配置してもよい。

また、投射用凸レンズ３４は、上下方向において第１検出窓１４ａよりも広い範囲に光を投射するように、その上下方向の径が第１検出窓１４ａより長くなっている。したがって、インクカートリッジ１０が、設計上の保持状態よりも多少上下位置がずれた場合においても、本実施例の光投射手段は、第１検出窓１４ａの上下方向の全体にわたって光量のばらつきの少ない光を投射することが可能となる。

以上のように、本実施例においては、発光源として発光素子３２を一つだけ用いる構成であっても、第１検出窓１４ａの全体にばらつきの少ない光を投射することが可能となり、また、発光源を多数用いることによるコストアップや、各発光源の発光量のばらつきによるインク残量の検出精度の低下を招くことがない。

なお、光投射手段は、第１検出窓１４ａ全体に必ずしも光を投射する必要はなく、インク残量を検出しようとする範囲に光を投射することが可能であれば、第１検出窓１４ａの上下方向における上端を除く部分にのみ光を投射するように構成してもよい。

次に、本実施例の集光手段について説明する。集光手段である集光用凸レンズ３６は、容器１２内を通過して第２検出窓１６ａを透過した光を受光素子３８に好適に集光するために用いられる。集光用凸レンズ３６は、集光用凸レンズ３６の中心とその焦点を結ぶ直線が第２側壁１６と直交する方向と平行となるように配置されている。このため、第２検出窓１６ａを透過した光のほとんどは、集光用凸レンズ３６により屈折し、集光用凸レンズ３６の焦点に配置された受光素子３８に受光される。

また、投集光用凸レンズ３６の中心線は、第２側壁１６ａの上下方向における中央部分に位置するように配置されている。また、集光用凸レンズ３６は、上下方向において第２検出窓１６ａよりも広い範囲に対応して光を集光可能とするために、その上下方向の高さが第２検出窓１６ａよりも長く構成されている。

受光素子３８は、フォトダイオードなどの光量の変化を検出可能な素子で構成され、集光用凸レンズ３６の焦点に位置するように配置されている。また、インク残量測定時に受光素子３８には所定電圧が印加されるようになっており、受光素子３８は、光を受光すると、その光量に応じた量の電流を通電し、光量が増加するに伴い出力が高くなる構成となっている。

以上のような構成によって、集光手段を設けない場合に比べて、インク残量の検出範囲を広くすることができるとともに、インク残量の検出精度を高めることが可能となる。なお、より集光効率を高めるために、集光用レンズ３６は可能な限り第２検出窓１６ａに近い位置に配置することが好ましい。

なお、上述したように、集光用凸レンズ３６は、上下方向において第２検出窓１６ａよりも広い範囲に対応して光を集光可能に構成されている。したがって、第２検出窓１６ａを透過した光が上下方向に多少拡散した場合においてもその光を集光できるとともに、カートリッジ１０が、設計上の保持状態よりも多少上下位置がずれた場合においても、本実施例の集光手段である集光用凸レンズ３６は、第２検出窓１４ａを透過した光を集光することができる。

なお、集光用凸レンズ３６は、必ずしも第２検出窓１６ａよりも径を長くする必要はなく、インク残量の変化を所望の範囲で検出可能であればよい。

次に、受光素子３８により受光された光の光量に基づいて、容器１２内のインク残量を測定する残量測定手段である検出制御装置４０について図４を用いて説明する。図４は、本実施例の検出制御装置４０の構成を示す回路ブロック図である。

図４に示すように、検出制御装置４０は、ＣＰＵ４２、入出力インターフェース４４、発光素子３２の発光を制御する駆動回路４６、受光素子３８の出力をアナログ値からデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ４８から構成される。駆動回路４６及びＡ／Ｄコンバータ４８は、信号線により入出力インターフェース４４にそれぞれ接続されており、ＣＰＵ４２との間で信号の送受信が可能となっている。

ＣＰＵ４２は、プリンタ本体の制御を行う中央処理装置でもあり、インク残量検出を定期的、もしくはユーザーからの入力等により行う場合に、駆動回路４４に発光素子３２を発光させるように発光信号を送信する。また、ＣＰＵ４２は、インク残量測定開始時に、受光素子３８に所定電圧を印加するように制御する。そして、発光素子３２への発光信号送出開始から所定時間後に、Ａ／Ｄコンバータ４８からの信号に基づいてインク残量を測定する。

駆動回路４６は、図示しない電源から電力が供給されており、ＣＰＵ４２からの発光信号が受信されている間、発光素子３２へ所定出力の電力を供給する。

Ａ／Ｄコンバータ４８は、受光素子３８が光を受光することによって増加するアナログ値である電流値（以下、「検出信号値」と称する）をデジタル値に変換して、入出力インターフェース４４を介してＣＰＵ４２に送出する。

上記構成を有するインク残量検出装置３０の作用について、図５を用いて説明する。図５は、本実施例における検出信号値及びＣＰＵ４２が判断するインク残量値の関係を示す図である。なお、図５中、実線は検出信号値を、破線は、ＣＰＵ４２のインク残量判断値を示す。

本実施例におけるインク残量検出装置３０においては、受光素子３８から出力される検出信号値は、容器１２内のインク残量の減少した割合に対してほぼ同じ割合で増加するように線形に変化する。このように、ほぼ線形の検出信号が得られる理由は、上述したように、発光素子３２から放射される光を投射用凸レンズ３４により第１検出窓１４ａの上下方向全体にわたって光量のばらつきを少なくしたこと、第１検出窓１４ａ及び第２検出窓１６ａに直交する方向に透過するように構成したこと、また、集光用凸レンズ３６により第２検出窓１６ａを透過した光を可能な限り多く集光して受光素子３８に受光させたこと等により達成されるものである。なお、実際には、本実施例の場合インク残量が半分となる付近でより線形に近い出力が得られる構成となる。

Ａ／Ｄコンバータ４８は、受光素子３８からの検出信号値をデジタル値に変換してＣＰＵ４２に出力する。ＣＰＵ４２は、Ａ／Ｄコンバータ４８からの出力信号、すなわち受光素子３８の検出信号に基づいてインク残量を判断する。本実施例においては、検出信号値がインク残量の減少した割合に対してほぼ同じ割合で増加する関係にあるため、ＣＰＵ４２は、受光素子３８から検出されるべき検出信号値の範囲を１０等分することによって、インクが最大量（１００％）容器１２内にある状態からインク残量がゼロの場合までを１０％毎に検出できるようにしている。図５の例においては、インク残量が例えば４８％であるなら、ＣＰＵ４２はインク残量を残り４０％と判断して、図示しないディスプレイ等によりユーザーに報知する。なお、インク残量の検出の段階は任意で設定可能である。

以上のような構成により、本実施例のインク残量検出装置３０は、容器１２内のインク残量を複数段階にわたって測定することが可能となる。

なお、第１検出窓１４ａ、及び１６ａの上下方向の長さ及び配置位置は、インク残量を検出したい領域に対応して適宜設計変更が可能である。例えば、インクカートリッジにインクが最大量収容されている場合のインク液面の容器底部からの高さが容器内部高さＨに対して９５％の高さであるとした場合、第１検出窓１４ａ、及第２検出窓１６ａの高さを容器内部高さＨに対して９５％の高さとし、第１検出窓１４ａ、及び第２検出窓１６ａの底辺をそれぞれ容器内部底面２０と隣接するよう設けることにより、容器１２にインクが最大量収容されている状態からインクがない状態まで検出可能となる。また、この場合において、必ずしも第１検出窓１４ａ、第２検出窓１６ａの高さを容器内部高さＨに対して９５％にする必要は無く、例えば、第１検出窓１４ａ、及第２検出窓１６ａの高さを容器内部高さＨに対して９６％の高さにしてもよい。この場合、インク最大収容時のインク液面の高さよりも高い位置まで光を透過できるようにすることができ、容器１２が設計上最も最適とされる保持状態よりも多少傾いた場合においてもインク残量を精度良く検出することができる。

また、本実施例においては、より精度良くインク残量を検出するために、容器１２の第１検出窓１４ａと第２検出窓１６ａが平行で、且つ光投射手段からの光が第１検出窓１４ａに直交するように投射する構成としたが、特にこのような構成に限られるものではない。例えば、第１検出窓１４ａに全体的に十分な光を投射できる構成であれば、第１検出窓１４ａに対して直交する方向に光を必ずしも投射しなくてもインク残量を段階的に検出することは可能である。また、集光用レンズ３６については、必ずしも第２検出窓１６ａに集光用レンズ３６の中心線が直交する構成である必要はなく、設定されたインク残量の検出範囲（すなわち、第２検出窓１６ａの形成された範囲）においてインク残量が変化した場合の光量の変化を検出可能なように、第２検出窓１６ａを透過した光を集光して、受光素子３８に受光させることが可能な構成であればよい。

次に、本発明の第２の実施例について図６を用いて説明する。図６は、実施例２にかかるインク残量検出装置１３０の構成を示す説明図である。なお、前述の実施例１と同様の構成である要素については同一の符号を用いることとし、説明を省略する場合がある。

実施例２におけるインク残量検出装置１３０において、、光投射手段は、発光素子３２と、第２側壁１６から第１側壁１４へ向かう方向に凸の凹面形状を有する光反射部材である投射用凹面鏡１３４とから構成される。発光素子３２は、第１側壁１４と投射用凹面鏡１３４との間に配置されている。投射用凹面鏡１３４は、発光素子３２が配置された位置を焦点とする凹面形状をしており、発光素子３２から発せられた光を第１検出窓１４ａの上下方向の全体に分散させるように配置されている。

投射用凹面鏡１３４は、発光素子３２が配置される側である反射面側に、光を効率よく反射するための鏡面処理が施されている。また、投射用凹面鏡１３４の反射面の形状は、発光素子３２から放射された光を第１検出窓１４ａに対して直交する方向に投射可能なように形成されており、発光素子３２はこの投射用凹面鏡１３４の焦点位置に配置されている。このような構成によって、前述の実施例１と同様に発光素子３２の光を、第１検出窓１４ａの全体に光量のばらつきを少なくして投射することが可能となる。

また、投射用凹面鏡１３４は、凹面形状の反射面が上下方向において第１検出窓１４ａ以上の範囲を覆うように、すなわち第１検出窓１４ａよりも上下方向において広い範囲で光を投射可能に配置されている。したがって、カートリッジ１０が、設計上の保持状態よりも多少上下位置がずれた場合においても、本実施例の光投射手段は、第１検出窓１４ａの上下方向の全体にわたって光量のばらつきの少ない光を投射することが可能となる。なお、発光素子３２からの放出された光の一部は、第１検出窓１４ａに直接入光する構成となっている。

また、実施例２におけるインク残量検出装置１３０は、集光手段として投射用凹面鏡１３４と同様な集光用凹面鏡１３６を用いている。集光用凹面鏡１３６は、保持状態にあるカートリッジ１０の第２検出窓１６ａと対向するように設けられ、第２検出窓１６ａを透過した光をその内側の反射面において反射する。集光用凹面鏡１３６は、反射した光を受光素子３８に集光するようにその形状が形成されており、受光素子３８は集光用凹面鏡１３６の焦点距離に配置されている。また、集光用凹面鏡１３６は、上下方向において第２検出窓１６ａ以上の範囲で光を集光可能なように上下方向の長さが設計されている。なお、受光素子３８は、集光用凹面鏡１３６からの反射光以外にも、第２検出窓１６ａを透過した光を直接受光可能なようになっており、これら反射光と直接光を受光して検出信号を出力する構成となっている。

また、光投射手段及び集光手段である凹面鏡１３４、１３６のような光反射部材を第１検出窓１４ａ、第２検出窓１６ａにそれぞれ可能な限り近くなるように配置することにより、発光素子３２から放射された光の大半を容器１２内に入光させ、また容器１２内を透過した光の大部分を集光することができ、より精度の高いインク残量検出が可能となる。

なお、本実施例において受光素子３８により受光された光によるインク残量測定の方法は前述の実施例１と同様である。

本実施例の凹面鏡１３４、１３６のような光反射部材は、焦点距離を設定するための反射面の形状加工が比較的容易であるため、光投射手段及び集光手段として好適に用いることができる。

次に、本発明の第３の実施例について図７を用いて説明する。図７は、実施例３にかかるインク残量検出装置２３０の構成を示す説明図である。なお、前述の実施例１と同様の構成である要素については同一の符号を用いることとし、説明を省略する場合がある。

実施例３におけるインク残量検出装置２３０においては、光投射手段は、一つの発光素子３２と、５本の光ファイバー１３４ａ〜１３４ｅから構成される。また、集光手段は、実施例１と同様に集光用凸レンズ３６を用いている。

光ファイバー１３４ａ〜１３４ｅは、公知のようにケーブル状の光伝達部材であり光導波路の一種である。光導波路としては、光ファイバーの他にも、一端から入光した光をその内部で反射させて他端側から放出するケーブル形状の構成のものであればよく、透明プラスチックなど用いることができる。

本実施例における光ファイバー１３４ａ〜ｅは、その光入光側の一端が発光素子３２と対向するように配置され、その他端である光放出側は、それぞれ第１検出窓１４ａに対して直交する方向に光を放射するように配置されている。また、光ファイバー１３４ａ〜ｅの光放出側は、保持状態における上下方向において所定間隔に配置されている。このような構成により、発光素子３２から放射された光は、光ファイバー１３４ａ〜１３４ｅによって分光されて、第１検出窓１４ａの上下方向に所定間隔で投射される。

本実施例において、インク残量が１００％の場合には、光ファイバー１３４ａ〜１３４ｅによって投射された光は、容器１２内を通過しないため受光素子３８から出力される検出信号は最低値となる。また、インク残量が減少するにつれて、容器１２内部を通過する光量が多くなるため、受光素子３８によって受光される光量が多くなりインク残量の減少過程を検出することができる。

なお、光ファイバー１３４ａ〜１３４ｅの光放出側を第１検出窓１４ａに接近させるほど、一つの光ファイバーの光放出側から放出される光が第１検出窓１４ａに投射される領域が小さくなるため、光ファイバーの光放出側が配置された位置付近でしかインク残量の変化が検出できない場合がある。よって、より複数の段階でインク残量を検出したい場合は、光ファイバーの本数を増やすか、または、第１検出窓１４ａから光放出側を若干離間させるようにすることが望ましい。

本実施例においても、受光素子３８により受光された光によってインク残量を測定する方法は前述の実施例１と同様である。

本実施例においては、光投射手段として光ファイバーのような光導波路を用いることによって、一つの発光素子３２からの光を第１検出窓１４ａの全体若しくは測定するべき範囲に好適に分光することができる。

なお、光ファイバーの光放出側から放出される光を必ずしも第１検出窓１４ａに直交する方向に放出させる必要はなく、光放出側を上下方向に対して傾けるように配置してもよい。

さらに、光ファイバーのような広いスペースを必要とせず、また可撓性である部材を用いることにより、発光素子３２を配置する位置や、光ファイバー自体の配線を設計する際の自由度が高く、装置全体の省スペース化が図れるという効果を奏する。

また、特に、本実施例では一つのインクカートリッジのインク残量検出について説明しているが、カラー用のインクジェットプリンタなど複数色のインクカートリッジがある場合などにおいても、一つの発光素子３２の光を複数のインクカートリッジのインク残量検出に用いるように光ファイバーを配線することができる。

次に、本発明の第４の実施例について図８を用いて説明する。図８は、実施例４にかかるインク残量検出装置３３０の概略を示す説明図である。なお、前述の実施例１と同様の構成である要素については同一の符号を用いることとし、説明を省略する場合がある。

実施例４におけるインク残量検出装置３３０において、光投射手段は、実施例１における発光素子３２と光投射用凸レンズ３４を、集光手段として第２実施例における集光用凹面鏡１３６と受光素子３８を用いている。本実施例では、カートリッジ１０が鉛直方向に対して斜め、すなわち第２側壁１６が鉛直方向に対して鋭角に傾いている場合に好適にインク残量を測定する方法について説明する。

図４に示すように、本実施例のインク残量検出装置３３０は、カートリッジ１０を斜めに保持するカートリッジホルダ３２２と、前述の実施例１における光投射手段である発光素子３２及び投射用凸レンズ３４、及び実施例２における集光手段である凹面鏡１３６と受光素子３８とを有する。

本発明の特徴は、所定の範囲においてインク残量を複数段階で測定することを特徴とし、特に、インク残量が少ない場合に、インク残量が少ないことをユーザに報知することが目的である。したがって、図８に示すように集光（受光）手段をカートリッジ１０に対して、斜め下側に設けるようにして、インク残量が少ない場合を検出できるようにすることが望ましい。

図８に示すように、本実施例におけるインク残量検出装置３３０は、第１検出窓１４ａの全体に光量のばらつきを少なくして光を投射するために投射用凸レンズ３４を、実施例１と同様な構成で第１検出窓１４ａに対向するように設けている。なお、インクが上下方向において第２検出窓１６ａより高い位置まで残っている場合には、光は第２検出窓１６ａから透過しないため、第１検出窓１４ａおよび投射用凸レンズ３４は、上下方向において第２検出窓１６ａの上辺と同じ高さとなるように配置してもよい。

また、集光手段である集光用凹面鏡１３６は、上下方向において第２検出窓１６ａ以上の範囲で第２検出窓１６ａを透過した光を検出可能に設けられている。インクが上下方向において第２検出窓１６ａよりも高い位置にある場合には、光が第２検出窓１６ａから透過してこないためインク残量の変化を検知することはできないが、第２検出窓１６ａ以下の範囲において、インク残量がなくなるまでの範囲では検出することが可能となる。

このように、第２側壁１６（第２検出窓１６ａ）が鉛直方向に対して斜めになっている場合には、集光手段をインクカートリッジ１０に対して斜め下側に設けることにより、インク残量が僅かな範囲まで好適に測定することが可能となる。

次に、本発明の第５の実施例について図９を用いて説明する。図９は、実施例５にかかるインク残量検出装置４３０の概略を示す説明図である。上記実施例では、好適にインク残量を検出するために容器１２の第1側壁１４及び第２側壁１６が平行、すなわち第1検出窓１４ａおよび第2検出窓１６ａが平行に対向するような構成となっているが、図９に示すように、長手方向（図９中矢印Ｂ方向）に見て第１側壁１１４ａ及び第２側壁１１６ａが平行でない容器１１２においてインク残量を検出する場合にも本発明は適用することが可能である。

本実施例では、光投射手段として前述の実施例１と同様に発光素子３２と投射用凸レンズ３４を用い、集光手段として前述の実施例２における集光用凹面鏡１３６を用いて、受光素子３８に受光された光の光量によりインク残量を検出している。ここで、容器１１２の第１側壁１１４に設けられた第１検出窓１１４ａには、光投射手段からの光が第１検出窓１１４ａを透過した後、鉛直方向に対して直交する方向、すなわちインク液面に対して平行に光が進むように光投射手段を配置することが望ましい。このように構成することにより、第１検出窓１１４ａを透過した光が容器１１２内で反射することが少なく、より精度の良い検出が行える。一方、集光手段である集光用凹面鏡１３６は、上下方向において第２検出窓１１６の設けられた範囲以上の範囲から光を集光可能なように設けることが望ましい。

本実施例のようにインク残量の減少割合とインク液面（すなわち、上下方向におけるインクの最上面）の高さの減少割合が比例せずに変化する場合には、ＣＰＵ４２と接続されているＲＡＭやＲＯＭなどの記憶手段等において、インク残量とインク液面の高さとの対応、すなわちインク残量と検出信号値との対応を示すルックアップテーブル等を予め格納しておき、このルックアップテーブル等をＣＰＵ４２が参照することによって、インク残量を測定することが可能である。また、このようなルックアップテーブルは、インク残量と検出信号値が線形の関係にないような場合に、検出信号値を補正してインク残量を適切に判断させるために使用することができる。

以上、本発明にかかる好適な実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の技術的範囲において適宜変更が可能なものである。

本発明は、容器内の液体残量を段階的に測定する必要がある装置に好適に用いることが可能であり、特に、インクジェットプリンタ等に用いられるインクカートリッジの有色液体インクの残量検出に用いることが好適である。

インクカートリッジ１０の外観を示す斜視図である。 インクカートリッジ１０を正面及び側面から見た図である。 実施例１のインク残量検出装置３０の構成を示す概略図である。 実施例１の検出制御装置４０の構成を示す回路ブロック図である。 実施例１における受光素子３８から出力される検出信号値及びＣＰＵ４２が判断するインク残量値の関係を示す図である。 実施例２にかかるインク残量検出装置１３０の構成を示す説明図である。 実施例３にかかるインク残量検出装置２３０の構成を示す説明図である。 実施例４にかかるインク残量検出装置３３０の概略を示す説明図である。 実施例５にかかるインク残量検出装置４３０の概略を示す説明図である。

符号の説明

１０、１１０ インクカートリッジ
１２、１１２ 容器
１４、１１４ 第１側壁
１４ａ、１１４ａ 第１検出窓
１６、１１６ 第２側壁
１６ａ、１１６ａ 第２検出窓
２２ カートリッジホルダ
３０、１３０、２３０、３３０、４３０ インク残量検出装置
３２ 発光素子
３４ 投射用凸レンズ
３６ 集光用凸レンズ
３８ 受光素子
４０ 検出制御装置
４２ ＣＰＵ
４８ Ａ／Ｄコンバータ
１３４ 投射用凹面鏡
１３６ 集光用凹面鏡
２３４ａ〜ｅ 光ファイバー

Claims (26)

1. 光透過性の第１透過領域が設けられた第１側壁と、光透過性の第２透過領域が設けられた当該第１側壁と対向する第２側壁とを有するインクを収容するための容器と、
   前記第２側壁を含む平面が鉛直方向に対して平行または鋭角の所定範囲で傾くように前記容器を着脱自在に保持する保持部と、
   前記容器が保持された状態である保持状態において、前記第１側壁と対向するように設けられ、前記第１透過領域に光を投射する光投射手段と、
   前記保持状態において前記第２側壁と対向するように設けられ、当該第２透過領域を通過した光を集光する集光手段と、
   前記集光手段により集光された光を受光する受光素子と、
   前記受光素子により受光された光の光量に基づいて前記容器内のインク残量の変化を測定する残量測定手段とを備えたことを特徴とするインクジェットプリンタ。
2. 前記第１及び第２透過領域は、前記保持状態における上下方向においてそれぞれ前記第１及び第２側壁の全範囲にわたって設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタ。
3. 前記第１及び第２透過領域は、前記保持状態における上下方向において、前記容器にインクが最大量収容されている状態からインクがない状態まで検出可能な範囲で設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタ。
4. 前記第１または第２側壁の少なくとも一方において、前記透過領域以外の領域において光が透過することを防止する光遮蔽手段が当該透過領域に隣接して設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
5. 前記集光手段は、前記保持状態における上下方向において前記第２透過領域の範囲以上で光を集光可能に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
6. 前記集光手段は、前記保持状態における上下方向において前記第２透過領域の全体若しくはその上下方向における上端を除く部分からの光を集光可能に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
7. 前記集光手段は、凸レンズであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
8. 前記集光手段である凸レンズは、当該凸レンズの中心と焦点を結ぶ直線が前記第２側壁と直交する方向と平行となるように配置されていることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットプリンタ。
9. 前記受光素子は、前記集光手段である凸レンズから当該凸レンズの焦点距離だけ離隔した位置に配置されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のインクジェットプリンタ。
10. 前記集光手段は、前記第１側壁から第２側壁へ向かう方向に凸の凹面形状の光反射部材であり、前記受光素子は、前記第２側壁と当該光反射部材との間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
11. 前記集光手段である光反射部材は、その凹面形状の反射面が前記保持状態における上下方向において前記第２透過領域の全範囲を覆うように配置されていることを特徴とする請求項１０に記載のインクジェットプリンタ。
12. 前記集光手段である光反射部材は、前記受光素子が配置された位置を焦点とする凹面形状をしており、前記第２透過領域から透過された光を当該受光素子に集光するように配置されていることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のインクジェットプリンタ。
13. 前記光投射手段は、前記保持状態における上下方向において前記第１透過領域の範囲以上に光を投射することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
14. 前記光投射手段は、前記第１透過領域の全体若しくはその上下方向における上端を除く部分に光を投射することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
15. 前記光投射手段は、一つの発光素子と当該発光素子の光を屈折させて前記第１透過領域に投射する凸レンズを含むことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
16. 前記発光素子は、前記光投射手段に含まれる凸レンズの焦点距離だけ離隔した位置に設けられていることを特徴とする請求項１５に記載のインクジェットプリンタ。
17. 前記光投射手段に含まれる凸レンズは、当該凸レンズの中心と焦点を結ぶ直線が前記第１側壁と直交する方向と平行となるように配置されていることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載のインクジェットプリンタ。
18. 前記光投射手段は、発光素子と、前記第２側壁から第１側壁へ向かう方向に凸の凹面形状の光反射部材から構成され、前記発光素子は、前記第１側壁と当該光反射部材との間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
19. 前記光投射手段に含まれる光反射部材は、その凹面形状の反射面が前記保持状態における上下方向において前記第１透過領域以上の範囲を覆うように配置されていることを特徴とする請求項１８に記載のインクジェットプリンタ。
20. 前記光投射手段に含まれる光反射部材は、前記発光素子が配置された位置を焦点とする凹面形状をしており、当該発光素子から発せられた光を前記第１透過領域に分散させるように配置されていることを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載のインクジェットプリンタ。
21. 前記光投射手段は、一つの発光素子と、複数の光導波路から構成され、複数の当該光導波路の一端は前記発光素子と対向するように配置され、他端はそれぞれ前記第１側壁に対して直交する方向に光を放出するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
22. 前記光導波路の前記他端は、前記保持状態における上下方向において所定間隔に配置されていることを特徴とする請求項２１に記載のインクジェットプリンタ。
23. 前記光導波路は、光ファイバーであることを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載のインクジェットプリンタ。
24. 前記第１透過領域は、透明な部材から構成されることを特徴とする請求項１乃至２３のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
25. 前記第２透過領域は、透明な部材から構成されることを特徴とする請求項１乃至２４のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
26. 前記第１及び第２透過領域は、前記第１及び第２側壁の水平方向において中央部に設けられていることを特徴とする請求項１乃至２５のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
    

Images