JP2005313447A - Liquid storing member and liquid consuming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インク等の液体を貯留する液体貯留部材、及び、インクジェット式プリンタ等の液体消費装置に関するものであり、特に、発光素子及び受光素子から成る光センサを用いて液量を検出可能な液体貯留部材、及び、液体消費装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid storage member that stores a liquid such as ink, and a liquid consuming device such as an ink jet printer. In particular, the liquid amount can be detected using an optical sensor including a light emitting element and a light receiving element. The present invention relates to a liquid storage member and a liquid consumption device.
液体を消費する液体消費装置としては、例えば、液体を液滴として吐出可能な液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから液体状のインクをインク滴として記録紙等の吐出対象物に対して吐出・着弾させて記録を行うインクジェット式プリンタ等の画像記録装置を挙げることができる。 As a liquid consuming device that consumes liquid, for example, a liquid ejecting head capable of ejecting liquid as droplets is provided, and liquid ink is ejected from the liquid ejecting head as ink droplets onto an ejection target such as recording paper. An image recording apparatus such as an ink jet printer that performs recording by landing can be used.
この種の液体消費装置は、液体を貯留した液体貯留部材を着脱可能に搭載し、この液体貯留部材内の液体を液滴として液体噴射ヘッドから吐出するように構成されているのが一般的である。そして、液体貯留部材内の液体の残量が僅かとなった場合(以下、ニアエンドという)には、使用者が液体貯留部材の交換のタイミングを把握することができるように、液体貯留部材内の液体の残量を使用者に報知する構成を採ることが望ましい。 In general, this type of liquid consuming apparatus is configured to detachably mount a liquid storage member that stores liquid, and discharge the liquid in the liquid storage member as droplets from a liquid ejecting head. is there. When the remaining amount of the liquid in the liquid storage member becomes small (hereinafter referred to as near end), the user can grasp the replacement timing of the liquid storage member so that the user can grasp the replacement timing. It is desirable to adopt a configuration for notifying the user of the remaining amount of liquid.
液体貯留部材内の液体の残量を検出するための手段としては、種々のものが提案されている。例えば、液体貯留部材としてのインクタンクの対向壁にそれぞれ透明な透光窓を設けると共に、この透光窓を介してインクタンク内に光を出射する発光素子と、この発光素子から出射されてインクタンク内を通った光を受光する受光素子とから構成される光学系(光センサ)を備え、受光素子が受光する光量の変化に基づいてインクタンク内のインク残量を検出するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Various means have been proposed as means for detecting the remaining amount of liquid in the liquid storage member. For example, a transparent light transmission window is provided on each of the opposing walls of the ink tank as a liquid storage member, a light emitting element that emits light into the ink tank through the light transmission window, and an ink that is emitted from the light emitting element An optical system (light sensor) that includes a light receiving element that receives light passing through the tank and that detects the remaining amount of ink in the ink tank based on a change in the amount of light received by the light receiving element has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
上記特許文献1に開示の構成では、インク残量を検出可能な位置(検出位置)が一箇所に限られる。即ち、発光素子の光が出射される部分のみでしかインク残量の検出ができない。
また、複数位置でのインク残量の検出を可能とするため、発光素子及び受光素子を液面の変化方向に移動可能な構成を採ったものや、発光素子及び受光素子の組を複数設け、これらの組をそれぞれ異なる検出位置に配置する構成を採ったものも提案されているが、何れも構成が大掛かりになったり、コスト面で不利となる問題があった。
In the configuration disclosed in
Further, in order to enable detection of the remaining amount of ink at a plurality of positions, a configuration in which the light emitting element and the light receiving element can be moved in the change direction of the liquid surface, and a plurality of sets of light emitting elements and light receiving elements are provided, Some proposals have been made in which these sets are arranged at different detection positions. However, all of these sets have a problem in that the configuration becomes large and the cost is disadvantageous.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成で液体貯留部材内の複数の検出位置で液量を検出可能な液体貯留部材、及び、液体消費装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is a liquid storage member capable of detecting a liquid amount at a plurality of detection positions in the liquid storage member with a simple configuration, and a liquid consuming device. Is to provide.
本発明の液体貯留部材は、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体を貯留する貯留空部と、該貯留空部と外部とを連通する液体連通部とを有し、
液体を消費する液体消費装置に装着され、該液体消費装置側の液体流路と前記貯留空部とを前記液体連通部を通じて連通可能に構成された液体貯留部材であって、
上流端側に入射部、下流端側に出射部を有し、前記液体消費装置側の発光素子からの光を前記入射部から入射し、前記出射部から前記液体消費装置側の受光素子に向けて出射可能な光導波路を備え、
該光導波路は、入射した光を透過又は反射可能な複数の検出部を途中に有すると共に、該検出部、前記入射部、及び、前記出射部を除く領域を、内部を通る光を導く光導波領域として構成され、
各検出部は、前記貯留部内における高さを異ならせた検出位置に配置され、液体に浸漬した浸漬状態では入射した光の大部分を液体側に透過し、液体に浸漬していない非浸漬状態では入射した光の大部分を液量検出光として下流側に反射する状態に設けられ、
各検出部の浸漬状態又は非浸漬状態に応じて前記出射部の出射光量が変化するように構成されたことを特徴とする。
The liquid storage member of the present invention has been proposed in order to achieve the above-described object, and includes a storage empty portion that stores liquid, and a liquid communication portion that communicates the storage empty portion with the outside.
A liquid storage member that is mounted on a liquid consumption device that consumes liquid and is configured to be able to communicate the liquid flow path on the liquid consumption device side and the storage space through the liquid communication portion,
It has an incident part on the upstream end side and an emission part on the downstream end side. Light from the light emitting element on the liquid consumption apparatus side is incident on the incident part, and is directed from the emission part to the light receiving element on the liquid consumption apparatus side. An optical waveguide that can be emitted,
The optical waveguide has a plurality of detection units that can transmit or reflect incident light in the middle, and an optical waveguide that guides light passing through the region excluding the detection unit, the incident unit, and the emission unit. Configured as an area,
Each detection unit is arranged at a detection position having a different height in the storage unit, and in the immersion state immersed in the liquid, most of the incident light is transmitted to the liquid side and is not immersed in the liquid. Then, it is provided in a state where most of the incident light is reflected downstream as liquid amount detection light,
The present invention is characterized in that the amount of light emitted from the light emitting portion changes according to the immersion state or non-immersion state of each detection unit.
上記構成によれば、貯留空部内における高さを異ならせた検出位置に配置された複数の検出部の浸漬状態と非浸漬状態とで出射部の出射光量が変化するように構成したので、簡単な構成で液体貯留部材の液量を複数の検出位置で段階的に検出することが可能となる。 According to the above configuration, since the configuration is such that the amount of light emitted from the emission unit changes between the immersion state and the non-immersion state of the plurality of detection units arranged at the detection positions with different heights in the storage space, With this configuration, the liquid amount of the liquid storage member can be detected stepwise at a plurality of detection positions.
上記構成において、前記光導波領域の表面が鏡面加工されていることが望ましい。 In the above configuration, the surface of the optical waveguide region is preferably mirror-finished.
また、前記各検出部が、前記光導波路の内部を通る光の少なくとも一部が液体との境界部における全反射の臨界角よりも小さく、且つ、空気との境界部における全反射角の臨界角よりも大きい液量検出角度で入射される状態に設けられていることが望ましい。 Further, each of the detection units is configured such that at least a part of the light passing through the inside of the optical waveguide is smaller than the critical angle of total reflection at the boundary with the liquid, and the critical angle of total reflection at the boundary with air. It is desirable to be provided in a state where it is incident at a larger liquid amount detection angle.
上記各構成において、前記液量検出角度が略45°に設定される構成を採用することができる。
なお、略45°とは、45°から多少前後にずれた状態を含む意味である。
In each of the above configurations, a configuration in which the liquid amount detection angle is set to about 45 ° can be employed.
Note that “approximately 45 °” means to include a state slightly deviated back and forth from 45 °.
前記各検出部は、液面変化方向の上側の検出位置のものほど面積が広く、液面変化方向の下側の検出位置のものほど面積が狭く設定されていることが望ましい。 It is desirable that each detection unit is set to have a larger area at the upper detection position in the liquid level change direction and a smaller area at the lower detection position in the liquid level change direction.
この構成によれば、上側の検出位置にある非浸漬状態の検出部で液量検出光として反射された光が、下側の検出位置にある浸漬状態の検出部で透過するのを低減することができる。これにより、上側の検出位置の検出部で液量の検出ができない不具合を抑制することができる。 According to this configuration, the light reflected as the liquid amount detection light by the non-immersion detection unit located at the upper detection position is reduced from being transmitted by the immersion detection unit located at the lower detection position. Can do. Thereby, the malfunction which cannot detect a liquid quantity in the detection part of an upper detection position can be suppressed.
また、前記各検出部のうちの少なくとも一部を半鏡面加工するようにしても良いし、前記各検出部の一部を鏡面加工するようにしても良い。 Further, at least a part of each of the detection units may be semi-mirror-finished, or a part of each of the detection units may be mirror-finished.
さらに、上記構成において、前記検出部の少なくとも一部を粗面加工することもできる。 Furthermore, in the above configuration, at least a part of the detection unit can be roughened.
上記各構成において、前記入射部が該入射部側の光導波路の軸方向に対して傾斜した傾斜面であることが望ましい。 In each of the above configurations, it is desirable that the incident portion is an inclined surface inclined with respect to the axial direction of the optical waveguide on the incident portion side.
若しくは、前記入射部が曲面形状に形成されている構成を採用しても良い。 Or you may employ | adopt the structure by which the said incident part was formed in the curved surface shape.
又は、前記入射部が粗面加工されている構成を採用することもできる。 Or the structure by which the said incident part is roughened can also be employ | adopted.
そして、上記各構成において、前記光導波路が、内部の光を前記入射部から前記出射部に向けて単一方向に通すように構成されていることが望ましい。
なお、「単一方向」の文言は、光導波路を通る光の全体的な流れの方向が単一であることを意味し、途中の反射方向は考慮しない意味で用いる。
And in each said structure, it is desirable for the said optical waveguide to be comprised so that an internal light may let it pass in a single direction toward the said output part from the said incident part.
The term “single direction” means that the direction of the overall flow of light passing through the optical waveguide is single, and is used in the sense that the reflection direction in the middle is not considered.
この構成によれば、光導波路は、内部に光を単一方向に通すことができれば足りるので、例えば、往路光及び復路光のような双方向の光を通すものと比較して、光導波路の軸に直交する方向の断面積を小さくすることができる。これにより、貯留空部内における光導波路の体積が占める割合を可及的に小さくすることができ、また、光導波路の形状の自由度を確保することができる。そのため、本発明を比較的小型の液体貯留部材にも適用することができる。 According to this configuration, since it is sufficient for the optical waveguide to be able to pass light in a single direction, for example, compared to the optical waveguide that transmits bidirectional light such as forward light and backward light, The cross-sectional area in the direction orthogonal to the axis can be reduced. As a result, the proportion of the volume of the optical waveguide in the storage space can be made as small as possible, and the degree of freedom of the shape of the optical waveguide can be ensured. Therefore, the present invention can be applied to a relatively small liquid storage member.
本発明の液体消費装置は、上記各構成の液体貯留部材を搭載し、
前記入射部に光を出射する発光素子、及び、前記出射部からの出射光を受光する受光素子を有する光センサを有し、前記受光素子の受光量の変化に基づいて、前記貯留空部内の液量を検出する液量検出手段を備えることを特徴とする。
The liquid consuming apparatus of the present invention is equipped with the liquid storage member having the above-described configurations,
A light sensor that emits light to the incident portion; and a light sensor that has a light receiving element that receives light emitted from the light emitting portion; and A liquid amount detecting means for detecting the liquid amount is provided.
上記構成によれば、貯留空部内における高さを異ならせた検出位置に配置された複数の検出部の浸漬状態と非浸漬状態とで出射部の出射光量が変化するように構成したので、簡単な構成で液体貯留部材の液量を複数の検出位置で検出することが可能となる。 According to the above configuration, since the configuration is such that the amount of light emitted from the emission unit changes between the immersion state and the non-immersion state of the plurality of detection units arranged at the detection positions with different heights in the storage space, With this configuration, the liquid amount of the liquid storage member can be detected at a plurality of detection positions.
さらに、液体を液滴として吐出可能な液体噴射ヘッドを備えた液体消費装置に、本発明の液体貯留部材を適用することで、貯留空部内の液量が僅かとなった状態を検出することが可能であるので、使用者に対してその旨を報知する構成を採ることもできる。そして、使用者は、これに応じて液体貯留部材のより適切な交換タイミングを把握することができる。これにより、液体が空になった状態で液体噴射ヘッドの動作が継続されることによる液体噴射ヘッドの損傷等の不具合を未然に防止することが出来る。 Furthermore, by applying the liquid storage member of the present invention to a liquid consuming apparatus provided with a liquid ejecting head capable of discharging liquid as liquid droplets, it is possible to detect a state in which the amount of liquid in the storage empty portion has become small. Since it is possible, the structure which notifies that to a user can also be taken. And according to this, the user can grasp | ascertain the more suitable replacement | exchange timing of a liquid storage member. Accordingly, it is possible to prevent problems such as damage to the liquid ejecting head due to the operation of the liquid ejecting head being continued in a state where the liquid is empty.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下においては、本発明の液体消費装置の一種として、本発明の液体貯留部材に相当するインクカートリッジ内のインクをインク滴として吐出可能なインクジェット式記録ヘッド(液体噴射ヘッドの一種:以下、記録ヘッドという)を備えたインクジェット式プリンタ(以下、プリンタと略記する)を例に挙げる。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, as a type of liquid consuming device of the present invention, an ink jet recording head capable of ejecting ink in an ink cartridge corresponding to the liquid storage member of the present invention as ink droplets (a type of liquid ejecting head: An ink jet printer (hereinafter abbreviated as a printer) provided with a recording head) is taken as an example.
図1はプリンタ1の構成を示す斜視図である。このプリンタ1は、記録ヘッド2が取り付けられると共に、インクカートリッジ3が着脱可能に取り付けられるキャリッジ4と、記録ヘッド2の下方に配設されたプラテン5と、記録ヘッド2(キャリッジ4)を記録紙6(吐出対象物の一種)の紙幅方向に移動させるキャリッジ移動機構7と、ヘッド移動方向に直交する方向である紙送り方向に記録紙6を搬送する紙送り機構8とを備えて概略構成されている。ここで、紙幅方向は、主走査方向であり、紙送り方向は、副走査方向である。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the
キャリッジ4は、主走査方向に架設されたガイドロッド9に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構7の作動により、ガイドロッド9に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ4の主走査方向の位置は、リニアエンコーダ10によって検出され、検出信号が位置情報としてプリンタコントローラの制御部42(図3参照)に送信される。これにより、制御部42はこのリニアエンコーダ10からの位置情報に基づいてキャリッジ4(記録ヘッド2)の走査位置を認識しながら、記録ヘッド2による記録動作(吐出動作)等を制御することができる。
また、プリンタ1には、各インクカートリッジ3内のインク残量(本発明における液量に相当)を検出するために用いられる光センサ37(図3参照)が設けられている。この光センサ37を用いたインク残量の検出については後述する。
The carriage 4 is attached while being supported by a guide rod 9 installed in the main scanning direction, and is configured to move in the main scanning direction along the guide rod 9 by the operation of the
Further, the
図2は、上記記録ヘッド2の構成を説明する部分断面図である。この記録ヘッド2は、ケース12と、このケース12内に収納される振動子ユニット13と、ケース12の底面(先端面)に接合される流路ユニット14等を備えている。上記のケース12は、例えば、エポキシ系樹脂により作製され、その内部には振動子ユニット13を収納するための収納空部15が形成されている。振動子ユニット13は、圧力発生素子の一種として機能する圧電振動子16と、この圧電振動子16が接合される固定板17と、圧電振動子16に駆動信号等を供給するためのフレキシブルケーブル18とを備えている。圧電振動子16は、圧電体層と電極層とを交互に積層した圧電板を櫛歯状に切り分けることで作製された積層型であって、積層方向に直交する方向に伸縮可能な縦振動モードの圧電振動子である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view illustrating the configuration of the
流路ユニット14は、流路形成基板19の一方の面にノズルプレート20を、流路形成基板19の他方の面に弾性板21をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット14には、リザーバ22と、インク供給口23と、圧力室24と、ノズル連通口25と、ノズル開口26とを設けている。そして、インク供給口23から圧力室24及びノズル連通口25を経てノズル開口26に至る一連のインク流路が、ノズル開口26毎に対応して形成されている。リザーバ22には、インク供給路22′(本発明における液体流路に相当)を介してインク供給針62(図4参照)が接続されている。
The
上記ノズルプレート20は、ドット形成密度に対応したピッチ(例えば180dpi)で複数のノズル開口26が列状に穿設されたステンレス等の金属製の薄いプレートである。このノズルプレート20には、ノズル開口26の列(ノズル列)が複数設けられており、1つのノズル列は、例えば180個のノズル開口26によって構成される。そして、本実施形態における記録ヘッド2は、夫々異なる色のインク(本発明における液体の一種)、具体的には、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、ブラック(K)の合計4色のインクを貯留する4つのインクカートリッジ3を装着可能に構成されており、これらの色に対応させて合計4列のノズル列がノズルプレート20に形成されている。このインクカートリッジ3についての詳細は後述する。
The
上記弾性板21は、支持板27の表面に弾性体膜28を積層した二重構造である。本実施形態では、金属板の一種であるステンレス板を支持板27とし、この支持板27の表面に樹脂フィルムを弾性体膜28としてラミネートした複合板材を用いて弾性板21を作製している。この弾性板21には、圧力室24の容積を変化させるダイヤフラム部29が設けられている。また、この弾性板21には、リザーバ22の一部を封止するコンプライアンス部30が設けられている。
The
上記のダイヤフラム部29は、エッチング加工等によって支持板27を部分的に除去することで作製される。即ち、このダイヤフラム部29は、圧電振動子16の先端面が接合される島部31と、この島部31を囲う薄肉弾性部32とからなる。上記のコンプライアンス部30は、リザーバ22の開口面に対向する領域の支持板27を、ダイヤフラム部29と同様にエッチング加工等によって除去することにより作製され、リザーバ22に貯留された液体の圧力変動を吸収するダンパーとして機能する。
The
そして、上記の島部31には圧電振動子16の先端面が接合されているので、この圧電振動子16の自由端部を伸縮させることで圧力室24の容積を変動させることができる。この容積変動に伴って圧力室24内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド2は、この圧力変動を利用してノズル開口26からインク滴を吐出させるようになっている。
Since the tip end surface of the
図3はプリンタ1の電気的な構成を示すブロック図である。このプリンタ1は、プリンタコントローラ35と、プリントエンジン36と、光センサ37とで概略構成されている。プリンタコントローラ35は、ホストコンピュータ等の外部装置からの印刷データ等が入力される外部インタフェース(外部I/F)39と、各種データ等を記憶するワークエリアとして機能するRAM40と、各種データ処理のための制御ルーチン等を記憶したROM41と、各部の制御を行う制御部42と、クロック信号CKを発生する発振回路43と、記録ヘッド2へ供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路44と、印刷データをドットパターンに展開することで得られた吐出データや駆動信号等を記録ヘッド2に出力するための内部インタフェース(内部I/F)45とを備えている。
FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of the
プリントエンジン36は、記録ヘッド2と、キャリッジ移動機構7と、紙送り機構8とから構成されている。記録ヘッド2は、吐出データがセットされるシフトレジスタ(SR)49と、シフトレジスタ49にセットされた吐出データをラッチするラッチ回路50と、電圧増幅器として機能するレベルシフタ51と、圧電振動子16に対する駆動信号の供給を制御するスイッチ回路52と、圧電振動子16とを備えている。
The
光センサ37は、拡散光を出射する発光ダイオードで構成された発光素子55と、フォトダイオード等により構成される受光素子56とを有しており、本実施形態においては4つのインクカートリッジ3に対応させて発光素子55及び受光素子56を合計4組備えている(発光素子55a〜55d及び受光素子56a〜56d)。この光センサ37は、制御部42と電気的に接続されており、この制御部42により発光素子55からの発光が制御されると共に、受光素子56で受光された光量(受光量)に応じた受光信号が制御部42に出力されるようになっている。
The
次に、上記インクカートリッジ3について説明する。図4は、インクカートリッジ3の構成を説明する断面図である。本実施形態におけるインクカートリッジ3は、内部にインク貯留空部(本発明における貯留空部の一種)58が形成された中空箱体状のケース59と、蓋部材60と、インク貯留空部58とインクカートリッジ3の外部とを連通するインク導出部61(本発明における液体連通部に相当)により構成される。ケース59は上面が開放された箱状部材であり、蓋部材60はケース59の開放上面を塞ぐ板状部材である。そして、これらのケース59と蓋部材60は、共にポリプロピレン等の合成樹脂で作製された部材であり、溶着や接着等によって液密状態で一体化されている。また、インク導出部61は、ケース59の底部に形成されており、記録ヘッド2側に設けられたインク供給針62が挿入される部分である。このインク導出部61内には、例えばエラストマー等の弾性材料により作製されたパッキン63が配設されている。このパッキン63は、その弾性によって、挿入されたインク供給針62に当接して液密状態を確保する。
Next, the
インク導出部61のインク貯留空部58側の端部には、インク内の異物を濾別するフィルタ64が配設されている。このため、インク貯留空部58内のインクは、フィルタ64によって濾過された後にインク供給針62側に導出されるようになっている。そして、インク導出部61にインク供給針62が挿入されると、このインク供給針62のインク導入孔(図示せず)及び針流路62′を通じてインク貯留空部58とインク供給路22′(図2参照)とが液密状態で連通し、記録ヘッド2のリザーバ22側にインクが供給されるようになっている。
A
このインクカートリッジ3のインク貯留空部58内には、例えば、アクリル、ガラス等の光透過性部材により形成されたプリズム部66(本発明における光導波路の一種に相当)が配設されている。プリズム部66は、本実施形態においてはポリカーボネート製の断面矩形状の棒材で作製されており、発光素子55からの光が入射される入射部67が形成された入射導波路66aと、受光素子56に対してプリズム部66内部を通ってきた光を出射可能な出射部68が形成された出射導波路66bと、これらの導波路66a,66bを一連に繋ぐ連結導波路66cとによって略コ字状に形成されている。即ち、プリズム部66は、上流端側に入射部67、下流端側に出射部68を有し、発光素子55からの光を入射部67から入射し、内部を単一方向に通して出射部68から受光素子56に向けて出射可能に構成されている。
In the
このプリズム部66の形状に関し、内部に光を単一方向に通すことができれば足りるので、例えば、往路光及び復路光のような双方向の光を通すものと比較して、プリズム部66の軸に直交する方向の断面積を小さくすることができる。これにより、インク貯留空部58内におけるプリズム部66の体積が占める割合を可及的に小さくすることができ、また、プリズム部66の形状の自由度を確保することができる。そのため、このプリズム部66は、インクカートリッジ3のように比較的小型の液体貯留部材にも適用することができる。
With respect to the shape of the
なお、このプリズム部66の入射部67、出射部68、及び、液量検出領域である検出部70を除く領域は鏡面加工されており、この鏡面加工が施された鏡面領域は、入射した光を導く光導波領域として構成されている(図中太線部分)。鏡面領域(光導波領域)は、クロムやアルミニウム等の金属の蒸着又はスパッタリング等によって金属膜を形成することで鏡面加工が施されている。この金属膜の厚さは光や赤外線の波長以上の厚み、具体的には、1μm以上の厚みに設定されており、鏡面領域に入射した光はほぼ全反射するようになっている。この鏡面加工に関し、金属膜にさらにSiO2(二酸化シリコン),Al2O3(アルミナ),ZrO2(ジルコニア),Ta2O5(五酸化タンタル)等の誘電体膜を積層することで、金属膜のみの場合よりも光損失の少ない鏡面を形成することができる。また、上記誘電体膜を、プリズム部66全体に保護膜として形成することにより、貯留される液体、即ち、本実施形態におけるインク等によって鏡面加工部分やプリズム部66全体が侵されるのを防止することができる。
In addition, the area | region except the
プリズム部66の途中には、インク残量の検出に用いられる複数の検出部70が設けられている。具体的には、第1検出部70a及び第2検出部70bの2つの検出部70が、入射導波路66aにおける互いに異なる位置(第2検出部70bが第1検出部70aよりも低い位置)にそれぞれ設けられている。この検出部70は、鏡面加工が施されていない領域であり、入射した光を透過又は反射可能に構成されている。また、検出部70には、撥水材料を塗布することで撥水処理が施されている。これにより、インクに浸漬していない非浸漬状態においてインク滴が付着するのを可及的に抑制し、インク滴が付着した部分で光が散乱して検出精度が低下するのを防止することが可能となる。撥水材料としては、フッ素系コーティング材を用いることができる。なお、この撥水処理をプリズム部66全体に施しても良い。
In the middle of the
上記プリズム部66は、検出部70a,70bがインク貯留空部58における異なる高さの検出位置に配置され、且つ、入射部67と出射部68とが蓋部材60から外側(上方)に突出した状態でインクカートリッジ3に固定されている。そして、第1検出部70aは、液面変化方向における略中央、即ち、インク貯留空部58内のインク残量が半分程度となった状態を検出可能な検出位置に配置され、第2検出部70bは、液面変化方向における下側(インクカートリッジ3の底部近傍)、即ち、インク貯留空部58内のインク残量が僅かとなった状態を検出可能な検出位置に配置されている。
In the
インクカートリッジ3がプリンタ1(キャリッジ4)の然るべき位置に適切に装着された状態では、入射部67及び出射部68は、それぞれ光センサ37の発光素子55及び受光素子56に対向するようになっている。そして、入射部67は、入射導波路66a(入射部67側のプリズム部66)の軸方向に対して45°の角度を有する傾斜面として形成されると共に、発光素子67からの光が略垂直に入射される状態に構成されている。即ち、発光素子55から出射された光は、斜め、即ち、略45°の入射角でプリズム部66の鏡面領域に入射する。鏡面領域に入射した光は対向する鏡面領域に向けて反射する。つまり、プリズム部66は、入射部67から入射した光が、対向する鏡面領域間で交互に入反射を繰り返しながら内部を進行するように構成されている。そのため、プリズム部66の内部を通る光は、途中に設けられた各検出部70にも略45°の角度で入射される。
In a state where the
ここで、本実施形態における発光素子55から出射される光に対し、プリズム部66の材質であるポリカーボネートの屈折率は約1.59、水性インクの屈折率は約1.33である。このことから、インクの液面の位置が検出部70の検出位置よりも上方(蓋部材60側)にあって、検出部70がインクに浸漬した状態(以下、浸漬状態という)での検出部70とインクとの境界部における全反射の臨界角は略57°である。一方、インクの液面の位置が検出部70の検出位置よりも下方(インクカートリッジ3の底部側)にあって、検出部70に空気が接触している状態(以下、非浸漬状態という)での検出部70と空気(屈折率1)との境界部における全反射の臨界角は略39°である。即ち、検出部70は、図5に示すように、インクとの境界部における臨界角よりも小さく、空気との境界部における全反射角の臨界角よりも大きい角度(以下、液量検出角度θdと表記する)で、入射部67からの光が入射されるようになっている。そのため、検出部70に入射した光は、浸漬状態では大部分がインク側(インク貯留空部58側)に透過する一方、非浸漬状態では大部分が液量検出光として下流側に反射し、出射部68から出射して受光素子56に到達するようになっている。
Here, with respect to the light emitted from the
図6は、プリズム部66の外表面の構成を説明する図であり、ハッチング部分は鏡面領域を示している。本実施形態においては、同図に示すように、液面変化方向の上側の検出位置にある第1検出部70aの面積は、液面変化方向の下側の検出位置にある第2検出部70bの面積よりも広く設定されている。即ち、複数の検出部70のうち、上側の検出位置のものほど面積が広く、下側の検出位置のものほど面積が狭く設定されている。そのため、例えば、インクの液面が第1検出部70aと第2検出部70bとの間に位置する状態において、非浸漬状態の第1検出部70aで液量検出光として反射された光が浸漬状態の第2検出部70bで透過するのを低減することができる。これにより、上側の検出位置の検出部70でインク残量の検出ができない不具合を抑制することができ、インク残量を段階的に検出することが可能となる。
FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of the outer surface of the
なお、上側の検出位置の検出部70で液量検出光として下流側に反射された光を下側の検出位置の検出部70で反射可能にするという観点から、複数の検出部70のうちの少なくとも一部を半鏡面加工するようにしても良い。即ち、例えば、最も上側の検出位置以外の検出部70を半鏡面加工する構成を採用することができる。この半鏡面は、クロムやアルミニウム等の金属の蒸着又はスパッタリング等によって比較的薄い金属膜を形成することで構成することができる。なお、半鏡面の金属膜の厚みに関し、検出部70がインクに浸漬した状態で受光素子56が受光信号を出力可能な量の光が反射される程度の厚み、具体的には、10nm〜300nm程度が望ましい。
From the viewpoint of enabling the light reflected downstream by the
また、検出部70を、鏡面加工されていない非鏡面領域と、鏡面加工されている鏡面領域の2つの領域に分けて構成することもできる。即ち、検出部70の一部を鏡面加工する構成を採用することができる。この構成によっても検出部70を半鏡面加工した場合と同様の作用を奏する。この場合、非鏡面領域に対する鏡面領域の面積の割合を調整することで、浸漬状態において状態検出光として反射される光の光量を任意に設定することができる。
Further, the
以上のように構成されたプリズム部66では、各検出部70の浸漬状態又は非浸漬状態に応じて出射部68からの出射光量が段階的に変化する。換言すると、インク貯留空部58内のインクの液面の位置に応じて出射部68の出射光量が段階的に変化するようになっている。そして、上記構成のプリンタ1では、プリズム部66、制御部42、及び光センサ37が本発明における液量検出手段として機能し、出射部68の出射光量の変化、即ち、受光素子56の受光量(受光信号)の変化に基づいて、インク貯留空部58内のインク残量が検出される。
In the
以下、インク残量の検出について図4、図7、及び図8を参照して説明する。なお、図4は、インク貯留空部58内のインクが満量の状態(検出部70a,70bの浸漬状態)を示している。また、図7は、インクの液面が第1検出部70aの検出位置を下回って、インク残量が略半分となった状態(第1検出部70aの非浸漬状態及び第2検出部70bの浸漬状態)を示しており、図8は、インクの液面が第2検出部70bの検出位置を下回って、インク残量が僅か(ニアエンド)となった状態(検出部70a,70bの非浸漬状態)を示している。
Hereinafter, detection of the ink remaining amount will be described with reference to FIGS. 4, 7, and 8. FIG. 4 shows a state in which the ink in the ink storage
図4の状態において、発光素子55から出射され、傾斜面として形成された入射部67にほぼ垂直に入射した光は、対向する鏡面領域間で液量検出角度θdでの入反射を交互に繰り返しながら入射導波路66aの内部を進行し、そのうちの一部の成分は第1検出部70aや第2検出部70bに液量検出角度θdで入射する。図4に示す状態では、検出部70a,70bの何れも浸漬状態であり、各検出部70に入射した光の大部分はインク側(インク貯留空部58側)に透過する。
In the state of FIG. 4, the light emitted from the
したがって、図4に示す状態においては、出射部68の出射光量は最も少ない。この出射部68の出射光は受光素子56で受光され、この受光量に応じたレベルの受光信号が受光素子56から制御部42に出力される。本実施形態においては、ROM41等の記憶手段に、出射部68の出射光量、即ち、受光素子56の受光信号のレベルとインク残量との関係を表すテーブルが記憶されており、制御部42は、このテーブルを参照して、受光信号のレベルに応じたインク残量を判定(検出)する。制御部42は、図4の状態における受光信号のレベルでは、インク貯留空部58内のインク残量が充分な(半分よりも多い)状態にあると判定する。
Therefore, in the state shown in FIG. Light emitted from the
次に、図7の状態では、インク貯留空部58内のインクの液面が、第1検出部70aと第2検出部70bとの間に位置しているので、第1検出部70aは非浸漬状態であり、第2検出部70bは浸漬状態である。そのため、第1検出部70aに入射した光は大部分が液量検出光として下流側に反射する一方、第2検出部70bに入射した光は大部分がインク側に透過する。上記したように、第2検出部70bの面積は、第1検出部70aの面積と比較して狭く設定されているので、第1検出部70aで液量検出光として反射された光が第2検出部70bで透過するのを低減している。そのため、第1検出部70aで液量検出光として反射された光の少なくとも一部は、出射部68から出射して受光素子56に受光される。
Next, in the state of FIG. 7, since the ink level in the
したがって、図7に示す状態では、図4に示す状態に比べて出射部68の出射光量が多くなり、これに応じた受光信号が受光素子56から制御部42に出力される。そして、制御部42は、この受光信号のレベルに応じてインク貯留空部58内のインク残量が略半分となったと判定する。
Therefore, in the state shown in FIG. 7, the amount of light emitted from the
そして、図8の状態、即ち、インク貯留室58内のインク残量が僅かとなって、インクの液面が第2検出部70bの検出位置を下回った状態では、検出部70a,70bの両方が非浸漬状態となる。そのため、これらの検出部70a,70bに入射した光は大部分が液量検出光として下流側に反射し、出射部68から出射される。これにより、出射部68の出射光量は、図7の状態と比べてさらに増加して最大となり、受光素子56からは受光量に応じたレベルの受光信号が制御部42に出力される。そして、制御部42は、上記テーブルに基づき受光素子56からの受光信号がニアエンドに相当するレベルを超えた場合には、インク貯留室58内のインク残量がニアエンドになったと判断する。つまり、インク残量がニアエンドとなった状態が検出される。
In the state shown in FIG. 8, that is, in a state where the remaining amount of ink in the
制御部42は、以上のようにしてインク貯留室58内のインク残量(インク残量が略半分となった状態又はニアエンドとなった状態)を検出すると、使用者に対してインクカートリッジ3内のインク残量を報知する処理を行う。例えば、制御部42は、インク残量を示す情報を外部I/F39を介してホストコンピュータ等の外部装置に出力する。これに応じて外部装置では、このインク残量の情報に基づいて各インクカートリッジ3内のインク残量に関する表示装置への表示を行うことができる。例えば、使用者がインクカートリッジ3内のインク残量を視覚的に容易に認識することができるようにインク残量に応じて長さが変化するバーを表示したり、残りのインクでの印刷可能枚数を表示したりすることができる。
When the
また、制御部42は、インク残量がニアエンドとなった場合には、プリンタ1の筐体の外表面に設けられた表示装置や外部装置の表示装置等に、ニアエンドとなったことを示すランプ(図示せず)等を点灯又は点滅させる制御を行うことで、使用者に対してインクカートリッジ3内のインク残量が僅かとなった旨を報知する。これにより、使用者は、より適切なインクカートリッジ3の交換タイミングを把握することができるので、インクを無駄なく使用することができ、使用者に対するランニングコストの負担を低減することができる。また、インクカートリッジ3内のインクが空となった状態で記録動作が継続されることによる記録ヘッド2の損傷等の不具合を未然に防止することができる。
In addition, when the ink remaining amount becomes near-end, the
以上のように、プリズム部66を、インク貯留空部58内における異なる高さの検出位置に配置した複数の検出部70の浸漬状態と非浸漬状態とで出射部68の出射光量が段階的に変化するように構成したので、簡単な構成でインクカートリッジ3のインク残量(液量)を複数の検出位置で検出することが可能となる。
As described above, the amount of light emitted from the
なお、本実施形態においては、2つの検出部70、即ち、第1検出部70a及び第2検出部70bを用いて2箇所の検出位置でインク残量を検出する場合を例示したが、これには限らず、検出部70を3つ以上設け、これらの検出部70をインク貯留空部58内における異なる高さの検出位置に配置することで、より多くの検出位置でのインク残量の段階的な検出が可能となる。
In this embodiment, the case where the remaining amount of ink is detected at two detection positions using the two
また、全ての検出部70に半鏡面加工を施して、浸漬状態と非浸漬状態とに拘らず出射部68から必ず光が出射されるように構成することで、インクカートリッジ3の装着状態の適否や光センサ37の動作状態を検出することが可能となる。例えば、制御部42は、出射部68から出射光が得られている状態、即ち、受光素子56から受光信号が出力されている状態では、インクカートリッジ3の装着状態や光センサ37の動作状態が正常であると判断する。一方、発光素子55及び受光素子56に対する入射部67及び出射部68の位置がずれている場合や、光センサ37が寿命や故障等により動作しない等の不具合が発生している場合には出射部68から光が出射されず、受光素子56から受光信号が出力されないので、制御部42は、インクカートリッジ3の装着状態や光センサ37の動作状態が異常であると判断する。この場合、制御部42が使用者に対してインクカートリッジ3又は光センサ37が異常状態である旨を報知する処理を行うことで、使用者はインクカートリッジ3の装着状態を確認したり、光センサ37の発光素子55又は受光素子56の交換等の措置を行うことができる。
In addition, by applying a semi-mirror finish to all the
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図9は、第2実施形態におけるインクカートリッジ3の構成を説明する断面図である。なお、上記第1実施形態と同一の部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。本実施形態におけるプリズム部75は、ポリカーボネート製の断面円形の棒材によって略U字状に作製されており、上記第1実施形態におけるプリズム部66と同様に、入射部67、出射部68、及び、検出部70を除いて鏡面加工が施されている(図中太線部分)。また、プリズム部75の途中には、第1検出部70a及び第2検出部70bが設けられており、これらの検出部70a,70bがインク貯留空部58における異なる高さの検出位置に配置され、且つ、入射部67と出射部68とが蓋部材60から外側(上方)に突出した状態でインクカートリッジ3に固定されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the
本実施形態におけるプリズム部75は、図10に示すように、入射部67が球面形状に形成されている点に特徴を有する。そして、発光素子55から出射された光は、この入射部67において屈曲し、同図に示すように散乱光としてプリズム部75に入射する。即ち、このプリズム部75は、入射部67から入射した光が様々な角度で鏡面領域での入反射を繰り返しながら内部を進行するように構成されている。この構成によっても、プリズム部75の内部を通る光の成分の少なくとも一部を、液量検出角度θdで検出部70(70a,70b)に入射させることが可能であるので、各検出部70の浸漬状態又は非浸漬状態に応じて出射部68の出射光量が変化する。したがって、本実施形態においても、この出射部68の出射光量の変化に基づいてインク貯留空部58内のインク残量の検出が可能である。
As shown in FIG. 10, the
なお、本実施形態においては、入射部67を、凸状の球面形状に構成した例を示したが、発光素子55側からの光を散乱光としてプリズム部内に入射可能な形状であれば、これには限らない。例えば、入射部67を凹状の球面形状に形成しても良い。また、例えば、図11に示すように、入射部67の表面に、粗面加工によって細かい凹凸を設けるようにしても良い。これらの構成によっても、発光素子55側からの光を散乱させることができる。
In the present embodiment, the example in which the
また、検出部70の少なくとも一部の表面を粗面加工することにより、この粗面加工した部分に入射した光を透過し易くすることも可能である。
Further, by roughing at least a part of the surface of the
ところで、本発明は、上記した各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
例えば、上記液量検出角度θdに関し、上記実施形態においては、この液量検出角度を45°に設定した例を示したが、これに限らず、インクとの境界部における臨界角よりも小さく、空気との境界部における全反射角の臨界角よりも大きい角度であれば任意の角度を採用することができる。
By the way, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made based on the description of the scope of claims.
For example, with respect to the liquid amount detection angle θd, in the above-described embodiment, an example in which the liquid amount detection angle is set to 45 ° has been described. However, the present invention is not limited thereto, and is smaller than a critical angle at a boundary with ink. Any angle can be adopted as long as it is larger than the critical angle of the total reflection angle at the boundary with air.
また、上記各実施形態においては、貯留空部内の液体が減少する液体貯留部材としてインクカートリッジ3を例示したが、これには限らない。例えば、プリンタにおけるクリーニング動作やフラッシング動作(インク滴の捨て打ち)等により生じる廃インクを貯留する廃インクタンクのように、貯留空部内の液体が増加する液体貯留部材にも本発明を適用することも可能である。この場合、貯留空部の液体が満量の直前に相当する検出位置に検出部を配置し、出射部からの出射光が得られなくなった状態を満量直前として検出することができる。
Moreover, in each said embodiment, although the
なお、光センサ37に関し、上記では、4つのインクカートリッジ3に対応させて発光素子55及び受光素子56を4組設けた例を示したが、これには限らない。例えば、発光素子55及び受光素子56を1組だけ設け、検出対象のインクカートリッジ3の入射部67及び出射部68がそれぞれ発光素子55及び受光素子56に対向するようにキャリッジ4を移動する構成としても良い。
Regarding the
また、上記実施形態では、本発明の圧力発生素子として所謂縦振動モードの圧電振動子16を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、電界方向(圧電体と内部電極との積層方向)に振動可能な圧電振動子であってもよい。また、ノズル列毎にユニット化されているものに限らず、所謂撓み振動モードの圧電振動子のように、圧力室24毎に設けられるものであってもよい。さらに、圧電振動子に限らず、発熱素子等の他の圧力発生素子を用いることもできる。
In the above embodiment, the so-called longitudinal vibration mode
また、本発明は、液体を貯留する液体貯留部材を搭載するものであれば、上記プリンタ以外の液体消費装置にも適用できる。例えば、ディスプレー製造装置、電極製造装置、チップ製造装置、マイクロピペット等にも適用することができる。 The present invention can also be applied to a liquid consuming device other than the printer as long as it is equipped with a liquid storage member that stores liquid. For example, it can be applied to a display manufacturing apparatus, an electrode manufacturing apparatus, a chip manufacturing apparatus, a micropipette, and the like.
1 プリンタ,2 記録ヘッド,3 インクカートリッジ,4 キャリッジ,5 プラテン,6 記録紙,7 キャリッジ移動機構,8 紙送り機構,9 ガイドロッド,10 リニアエンコーダ,12 ケース,13 振動子ユニット,14 流路ユニット,15 収納空部,16 圧電振動子,17 固定板,18 フレキシブルケーブル,19 流路形成基板,20 ノズルプレート,21 弾性板,22 リザーバ,22′ インク流路,23 インク供給口,24 圧力室,25 ノズル連通口,26 ノズル開口,27 支持板,28 弾性体膜,29 ダイヤフラム部,30 コンプライアンス部,31 島部,32 薄肉弾性部,35 プリンタコントローラ,36 プリントエンジン,37 光センサ,39 外部インタフェース,40 RAM,41 ROM,42 制御部,43 発振回路,44 駆動信号発生回路,45 内部インタフェース,47 紙送りモータ,49 シフトレジスタ,50 ラッチ回路,51 レベルシフタ,52 スイッチ回路,55 発光素子,56 受光素子,58 インク貯留空部,59 ケース,60 蓋部材,61 インク導出部,62 インク供給針,63 パッキン,64 フィルタ,66 プリズム部,67 入射部,68 出射部,70 検出部,75 プリズム部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Printer, 2 Recording head, 3 Ink cartridge, 4 Carriage, 5 Platen, 6 Recording paper, 7 Carriage moving mechanism, 8 Paper feed mechanism, 9 Guide rod, 10 Linear encoder, 12 Case, 13 Vibrator unit, 14 Flow path Unit, 15 Storage space, 16 Piezoelectric vibrator, 17 Fixed plate, 18 Flexible cable, 19 Flow path forming substrate, 20 Nozzle plate, 21 Elastic plate, 22 Reservoir, 22 'Ink flow path, 23 Ink supply port, 24 Pressure Chamber, 25 Nozzle communication port, 26 Nozzle opening, 27 Support plate, 28 Elastic membrane, 29 Diaphragm part, 30 Compliance part, 31 Island part, 32 Thin elastic part, 35 Printer controller, 36 Print engine, 37 Light sensor, 39 External interface, 40 RAM, 1 ROM, 42 control unit, 43 oscillation circuit, 44 drive signal generation circuit, 45 internal interface, 47 paper feed motor, 49 shift register, 50 latch circuit, 51 level shifter, 52 switch circuit, 55 light emitting element, 56 light receiving element, 58 Ink storage empty part, 59 case, 60 lid member, 61 ink outlet part, 62 ink supply needle, 63 packing, 64 filter, 66 prism part, 67 incident part, 68 emission part, 70 detection part, 75 prism part
Claims (14)
液体を消費する液体消費装置に装着され、該液体消費装置側の液体流路と前記貯留空部とを前記液体連通部を通じて連通可能に構成された液体貯留部材であって、
上流端側に入射部、下流端側に出射部を有し、前記液体消費装置側の発光素子からの光を前記入射部から入射し、前記出射部から前記液体消費装置側の受光素子に向けて出射可能な光導波路を備え、
該光導波路は、入射した光を透過又は反射可能な複数の検出部を途中に有すると共に、該検出部、前記入射部、及び、前記出射部を除く領域を、内部を通る光を導く光導波領域として構成され、
各検出部は、前記貯留部内における高さを異ならせた検出位置に配置され、液体に浸漬した浸漬状態では入射した光の大部分を液体側に透過し、液体に浸漬していない非浸漬状態では入射した光の大部分を液量検出光として下流側に反射する状態に設けられ、
各検出部の浸漬状態又は非浸漬状態に応じて前記出射部の出射光量が変化するように構成されたことを特徴とする液体貯留部材。 A storage space for storing liquid, and a liquid communication portion for communicating the storage space and the outside,
A liquid storage member that is mounted on a liquid consumption device that consumes liquid and is configured to be able to communicate the liquid flow path on the liquid consumption device side and the storage space through the liquid communication portion,
It has an incident part on the upstream end side and an emission part on the downstream end side. Light from the light emitting element on the liquid consumption apparatus side is incident on the incident part, and is directed from the emission part to the light receiving element on the liquid consumption apparatus side. An optical waveguide that can be emitted,
The optical waveguide has a plurality of detection units that can transmit or reflect incident light in the middle, and an optical waveguide that guides light passing through the region excluding the detection unit, the incident unit, and the emission unit. Configured as an area,
Each detection unit is arranged at a detection position having a different height in the storage unit, and in the immersion state immersed in the liquid, most of the incident light is transmitted to the liquid side and is not immersed in the liquid. Then, it is provided in a state where most of the incident light is reflected downstream as liquid amount detection light,
A liquid storage member configured to change the amount of light emitted from the light emitting portion according to an immersion state or a non-immersion state of each detection unit.
前記入射部に光を出射する発光素子、及び、前記出射部からの出射光を受光する受光素子を有する光センサを有し、前記受光素子の受光量の変化に基づいて、前記貯留空部内の液量を検出する液量検出手段を備えることを特徴とする液体消費装置。 The liquid storage member according to any one of claims 1 to 12 is mounted,
A light sensor that emits light to the incident portion; and a light sensor that has a light receiving element that receives light emitted from the light emitting portion; A liquid consumption apparatus comprising a liquid amount detection means for detecting a liquid amount.
The liquid consuming apparatus according to claim 13, further comprising a liquid ejecting head capable of ejecting liquid as droplets.
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