JP2014104607A

JP2014104607A - 液体消費装置および液体収容部

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Publication number: JP2014104607A
Application number: JP2012257162A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Yokoyama; 秀利横山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2014-06-09

Abstract

【課題】プリズム底面で生じるノイズ光を制御し、液体の残存状態をより正確に検出する。
【解決手段】プリズム１７０は、発光部から照射された光を透過する底面１７３と、底面１７３を透過した光を反射する傾斜面１７０ａと、傾斜面１７０ａからの反射光を反射する傾斜面１７０ｂと、傾斜面１７０ｂからの反射光を透過する底面１７３とを備え、底面１７３は、副走査方向に対して傾斜して設けられている。
【選択図】図７

Description

本発明は、液体消費装置および液体収容部に関する。

液体消費装置の一例であるインクジェット方式の印刷装置には、一般的に、取り外し可能な液体容器であるインクカートリッジが装着される。インクカートリッジには、インクカートリッジ内のインクの量が所定量を下回ったことを検出するための、プリズムを備えたものがある。プリズムを用いたインクの残存状態の検出は、発光素子から照射された光がプリズムに入射してプリズムの頂角を形成する斜面で反射する際に、斜面がインクと接しているか否かで反射状態が異なることを利用して、受光素子に入射する光の強度のレベルなどに基づいて行うことができる。

特許文献１には、プリズムを透過してインクカートリッジ内のインクに進入した光が、インクカートリッジ内のインク上面と空気との界面で反射して、プリズム内に再度入射し、受光素子で受光されてしまうことを防ぐために、インクカートリッジ内部にインク上面と空気の界面での反射を抑制するための構造物を設置する技術が開示されている。しかし、反射は、インクカートリッジ内のインク上面と空気との界面だけでなく、プリズムの光が入射する底面でも生じる場合がある。特許文献１に記載の技術では、このような反射を抑制することはできなかった。

特開平１０−２３２１５７号公報

前述の問題を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、プリズムの光が入射する面で生じる反射を抑制し、液体の残存状態のより正確な検知を行う技術を提供することである。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］発光部と受光部が配置された検出部と、液体を収容する液体収容部と、前記液体収容部に設けられ、前記発光部から照射された光を前記液体収容部内の液体の量に応じて前記受光部に向けて反射するプリズムと、前記液体収容部が装着されるホルダーと、前記ホルダーを前記発光部および前記受光部に対して主走査方向に相対的に移動させる移動部と、を有し、前記プリズムは、前記発光部から照射された光を透過する第１底面と、前記第１底面を透過した光を反射する第１斜面と、前記第１斜面からの反射光を反射する第２斜面と、前記第２斜面からの反射光を透過する第２底面とを備え、前記第１底面および前記第２底面は、副走査方向に対して傾斜して設けられていることを特徴とする液体消費装置。

以下、プリズム底面を透過し、液体残量を検出する光をシグナル光、プリズム底面で反射し、プリズム内部へ入射しない光をノイズ光とする。
上記した液体消費装置であれば、第１底面および第２底面が、副走査方向に対して傾斜していることにより、ホルダーが移動する主走査方向と交差する副走査方向にノイズ光の向きを変えることができ、ノイズ光の受光部への入射を抑制することができる。そのため液体収容部内の液体の残存状態の判断精度を、より向上することができる。

［適用例２］適用例１の液体消費装置であって、前記第１底面と前記第２底面とは、副走査方向に対して等しい角度で互いに逆向きに傾斜して設けられている液体消費装置。

このような液体消費装置であれば、発光部から照射されたシグナル光がプリズム底面へ入射する角度と、シグナル光がプリズム内部で反射した後、プリズム底面から出射される角度が等しくなる。そのため、発光部からプリズム底面に垂直に入射した光は、プリズム底面から垂直に出射し、シグナル光の受光部への入射が容易になる。

［適用例３］適用例１または適用例２の液体消費装置であって、前記発光部と前記受光部とは、副走査方向にずれて配置されている液体消費装置。

このような液体消費装置であれば、発光部から照射されたシグナル光と、受光部に入射するシグナル光との副走査方向のずれを、発光部と受光部とが副走査方向にずれて配置されていることによって相殺することができ、シグナル光を受光部へ容易に入射させることができる。

［適用例４］液体消費装置に装着されたときに、前記液体消費装置に備えられた発光部および受光部を持つ検出装置に対向する位置にプリズムを有する液体収容部であって、前記プリズムは、前記発光部から照射された光を透過する第１底面と、前記第１底面を透過した光を反射する第１斜面と、前記第１斜面からの反射光を反射する第２斜面と、前記第２斜面からの反射光を透過する第２底面とを備え、前記第１底面と前記第２底面は、前記第１斜面と前記第２斜面により構成されるプリズム頂角線の方向に対して傾斜していることを特徴とする液体収容部。

本発明の一実施例としての印刷装置の要部を示す斜視図。印刷装置の概略構成図。検出部の電気的構成を示す説明図。インクカートリッジの斜視図。インク室内にインクが無い場合に、プリズムが光を反射する様子について説明するための模式図。インク室内にインクが十分に存在する場合に、プリズムが光を反射する様子について説明するための模式図。プリズム底面に一様な傾斜を設けた場合のプリズムの斜視図。プリズム底面に一様な傾斜を設けた場合の、ノイズ光とシグナル光について説明するための図。発光部と受光部との、最適な配置について説明するための図。発光部に対向するプリズム底面と、受光部に対向する底面の傾斜を逆に設けた場合のプリズムの斜視図。発光部に対向するプリズム底面と、受光部に対向する底面の傾斜を逆に設けた場合の、ノイズ光とシグナル光についての説明するための図。プリズム底面に傾斜を設けた場合の、ノイズ光とシグナル光の副走査方向への移動量を説明するための図。

Ａ．第１実施例：
Ａ−１．印刷装置の構成：
図１は本発明の一実施例としての印刷装置１０の要部を示す斜視図である。図２は、印刷装置１０の概略構成図である。図１には、互いに直交するＸＹＺ軸が描かれている。これ以降に示す図についても必要に応じてＸＹＺ軸を付している。本実施例において、印刷装置１０の使用姿勢では、Ｚ軸方向が鉛直方向であり、印刷装置のＸ軸方向の面が正面である。印刷装置１０の主走査方向はＹ軸方向であり、副走査方向はＸ軸方向である。液体消費装置としての印刷装置１０はホルダーを備え、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック等のインクＩＫが一色ずつ収容された液体収容部としてのインクカートリッジ１００がホルダーに装着される。ホルダーは、印刷ヘッドが搭載されたキャリッジ２０と一体的に形成されている。印刷装置は、さらに、キャリッジ２０を主走査方向ＨＤに駆動する移動部としてのキャリッジモーター３３と、キャリッジ２０の主走査方向ＨＤと平行して配置されたインクの残存状態を検出するための検出部９０と、印刷媒体ＰＡを副走査方ＶＤに搬送する紙送りモーター３０と、キャリッジ２０に搭載され、インクカートリッジ１００から供給されたインクＩＫを吐出する印刷ヘッド３５と、所定のインターフェイス７２を介して接続されたコンピューター６０等から受信した印刷データに基づいて、キャリッジモーター３３や紙送りモーター３０、印刷ヘッド３５を制御して印刷を行わせる制御ユニット４０とを備えている。制御ユニット４０には、印刷装置１０の動作状態等が表示される表示パネル７０が接続されている。また、制御ユニット４０には、キャリッジ２０がケーブルＦＦＣ１で、検出部９０がケーブルＦＦＣ２で接続されている。

図３は、検出部９０の電気的構成を示す説明図である。検出部９０は発光素子（発光部）９２および受光素子（受光部）９４を備える。発光素子９２は光を照射し、受光素子９４は光を受光する。検出部９０は、反射型のフォトインタラプターによって構成されている。検出部９０は、発光素子９２として例えばＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ、ライトエミッションダイオード）を備え、受光素子９４として例えばフォトトランジスターを備える。検出部９０は、ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号のデューティ比（オン時間とオフ時間の割合）を調整してＬＥＤを発光させる。ＬＥＤから発光された光は、後述するインクカートリッジ１００内のプリズムで反射してフォトトランジスターに入射した後、電流値に変換される。

検出部９０が備える発光素子９２および受光素子９４は、キャリッジ２０の主走査方向ＨＤと平行して、並んで配置されている（図２）。また、発光素子９２および受光素子９４は、キャリッジ２０がキャリッジモーター３３により駆動させられ、検出部９０の備える発光素子９２および受光素子９４の上に位置したときに、キャリッジ２０の備える開口部（図示せず）を介してインクカートリッジ１００内のプリズム１７０と対向するように配置されている。プリズム１７０については後述する。

制御ユニット４０は、残量判定部４２を備える。制御ユニット４０はＣＰＵを備え、ＲＯＭに予め記憶された制御プログラムをＲＡＭに展開して実行することで、残量判定部４２として機能する。また、制御ユニット４０は、キャリッジ２０の往復動や紙送りを制御すると共に、駆動制御部として機能することにより印刷ヘッド３５の駆動を制御して、印刷媒体ＰＡへのインクＩＫの吐出を制御する。

残量判定部４２は、インクカートリッジ１００内のインクＩＫの残量が所定量より多いか所定量以下であるかを判断する機能部である。残量判定部４２は、ケーブルＦＦＣ２を通じてフォトトランジスターに入射した光に基づく電流値を取得し、取得した電流値に基づいてインクカートリッジ１００内のインクＩＫの残量が所定量以下となったか否かを判断する。インクＩＫの残量がインク無しではない所定量以下となったことを、以降「インクニアエンド」ともいう。具体的には、残量判定部４２はケーブルＦＦＣ２を通じて取得した電流値が、あらかじめ定められたインクの残量に対応する電流値を上回ったときに、インクニアエンドであると判断する。

残量判定部４２は、例えば印刷装置１０の起動時や、印刷媒体ＰＡへの印刷の１ジョブが終了したタイミングや、印刷の実行中など所定のタイミングで、キャリッジ２０が検出部９０の上を移動している際に、それぞれのインクカートリッジ１００についてインクＩＫの残量がインクニアエンドになったか否かを判断する。残量判定部４２がインクニアエンドであると判断すると、制御ユニット４０は、制御ユニット４０に接続された表示パネル７０や、インターフェイス７２に、インクカートリッジの残量がのこりわずかであることを表示、もしくは、インクカートリッジ１００の交換を促す表示をするための情報や指示を出力する。

Ａ−２．カートリッジの構成：
図４は、インクカートリッジ１００の斜視図である。インクカートリッジ１００は、液体としてのインクＩＫを収容する略直方体形状のインク収容部１３０と、インクカートリッジ１００に関する情報を記憶するメモリーが搭載された基板１５０と、キャリッジ２０にインクカートリッジ１００を着脱するためのレバー１２０とを備えている。インクカートリッジ１００の底面１０１（インクカートリッジ１００が印刷装置１０の備えるキャリッジ２０に装着されたときの、インクカートリッジ１００の−Ｚ方向に対応する面）には、インクカートリッジ１００がキャリッジ２０に装着されたときに、キャリッジ２０に設けられたインク供給針（図示せず）が挿入されるインク供給口１１０が形成されている。使用前の状態では、インク供給口１１０の開口はフィルムによって封止されている。

インク収容部１３０は、内部にインクＩＫを収容するインク室１８０を備えている。図５に示すように、インク室１８０の内部の−Ｚ方向にある底部には、２つの傾斜面１７０ａ（第１斜面）、１７０ｂ（第２斜面）で頂角を形成した、直角二等辺三角柱状のプリズム１７０が配置されている。プリズム１７０は、インクカートリッジ１００の底面１０１に設けられている。キャリッジ２０にこれらのインクカートリッジ１００を上方から装着すると、インクカートリッジ１００から印刷ヘッド３５へのインクＩＫの供給が可能となる。

Ａ−３．プリズムによるインク残量検知：
図５はインク室１８０内にインクが無い場合に、インクカートリッジ１００のインク室１８０内に備えられたプリズム１７０が光を反射する様子について説明するための模式図である。プリズム１７０は、ポリプロピレンによって透明状に形成されている。なお、プリズム１７０の「底面」とは、プリズムの頂角に対向する面をいう。プリズム１７０は、傾斜面１７０ａ、１７０ｂと接する流体の屈折率によって、光の反射状態が異なる。具体的には、図５に示すように、傾斜面１７０ａ、１７０ｂが空気に接触している場合、つまり、インクＩＫの量が少なくなった場合には、プリズム１７０と空気との屈折率の違いにより、検出部９０の備える発光素子９２からプリズム１７０の傾斜面１７０ａに向けて照射された光（光路２０１）はプリズム１７０の傾斜面１７０ａで反射する。そして、その反射光はさらにもう一つの傾斜面１７０ｂで反射して受光素子９４に入射（光路２０３）する。つまり、プリズム１７０内で光が２回全反射することで、発光素子９２から入射した光の進行方向が１８０度反転して、受光素子９４に射出される。

図６はインク室１８０内にインクＩＫが十分に存在する場合に、インクカートリッジ１００のインク室１８０内に備えられたプリズム１７０が光を反射する様子について説明するための模式図である。図６に示すように、傾斜面１７０ａおよび傾斜面１７０ｂがインクＩＫと接触する程度にインクＩＫがインク室１８０内に存在する場合には、プリズム１７０とインクＩＫとの屈折率が同程度であるため、発光素子９２から照射された光（光路２０１）の大部分は、図６に示すように傾斜面１７０ａで屈折して、インクＩＫ内で吸収される。したがって、傾斜面１７０ｂで反射して受光素子９４に入射（光路２０３）する光の量は図５に示したインクの量が少なくなった場合と比べるとわずかである。

ところで、受光素子９４に入射する光は、上述したプリズム１７０の傾斜面１７０ｂでの反射光（光路２０３）以外の光を含む場合もある。検出部９０の備える発光素子９２が照射する光が図５および図６に示すプリズム１７０の底面に対して垂直に入射する光（光路２０１）のみでなく広い指向性をもつ場合には、発光素子９２は、例えば、図５および図６に示す光路２１１のような光も照射する。このような場合においては、プリズム１７０の底面にも光が照射される（光路２１１）ため、照射光の一部がプリズム１７０の底面で反射して受光素子９４に入射する（光路２１２）。このように、プリズム１７０の傾斜面１７０ｂで反射されて受光素子９４に入射した光（光路２０３、以下、シグナル光ともいう。）とは異なる光（以下、ノイズ光ともいう。）は、インク室１８０内のインクＩＫの量に起因する光ではない。したがって、インクニアエンドの判定に影響を与える場合がある。

Ａ−４．プリズムの構成：
図７はプリズム１７０に、副走査方向（Ｘ軸方向）に対して角度がθ１の底面１７３を設けた場合のプリズム１７０の斜視図である。

図８はプリズム１７０に、副走査方向（Ｘ軸方向）に対して角度θ１の底面１７３を設けた場合のノイズ光について説明するための図である。図８（ａ）がＹ軸断面で見た図、（ｂ）がＸ軸断面で見たノイズ光の図、（ｃ）がＸ軸断面で見たシグナル光の図、（ｄ）は底面１７３を設けた場合におけるシグナル光のＸ軸方向での移動量を示す図である。

図８（ａ）では、角度θ１の底面１７３において、発光素子９２と対向する側の面を底面１７３ａ（第１底面）、受光素子９４と対向する側の面を底面１７３ｂ（第２底面）として示している。光路２２１は、インクの量が少ない場合において、プリズム１７０内部で反射して受光素子９４に至るシグナル光の光路、光路２２２は、プリズム１７０の底面１７３で反射するノイズ光の光路である。

また、底面１７３ａから傾斜面１７０ａまでの光路距離を距離Ｌ２３１、傾斜面１７０ａから傾斜面１７０ｂまでの光路距離を距離Ｌ２３２、傾斜面１７０ｂから底面１７３ｂまでの光路距離を距離Ｌ２３３、底面１７３ｂから受光素子９４までの距離を距離Ｌ２３４として示している。また、図８（ｂ），（ｃ）では、角度θ１の底面１７３を設けた場合の光路２２２のＸ軸方向の移動距離を距離Ｌ２３５、光路２２１の−Ｘ軸方向の移動距離を距離Ｌ２３６として示している。

ここで、副走査方向（Ｘ軸方向）に対して角度θ１の底面１７３を設けた場合、Ｙ軸（主走査方向）断面で見た場合の光路は図８（ａ）に示す光路となり、図５に示した光路と同一に見えるが、Ｘ軸（副走査方向）断面で見た場合の光路は図８（ｂ）、（ｃ）のように変化する。図８（ｂ）に示すように、角度θ１の底面１７３を設けた場合、プリズム１７０の底面反射光（ノイズ光、光路２２２）はＸ軸断面で見て以下の数式１で示す距離Ｌ２３５だけ変化する。

距離Ｌ２３５が大きくなると、プリズム１７０の底面反射光が受光素子９４に到達しなくなるためノイズ光が減少する。一方、傾斜を設けない状態の場合は、θ１＝０°なので距離Ｌ２３５＝０になり、プリズム１７０の底面反射が受光素子９４に到達する。

次に角度θ１の底面１７３を設けた場合のシグナル光の変化について説明する。発光素子９２から底面１７３ａに照射され、底面１７３ａを透過した光はθ２の角度に屈折する。空気の屈折率をｎ１、プリズムの屈折率をｎ２とした場合、入射角度はθ１となるので、屈折後の角度をθ２は、スネルの法則より以下の数式２のようになる。

底面１７３ａを透過した光は、θ２に屈折後、傾斜面１７０ａで反射する。そして、その反射光はさらにもう１つの傾斜面１７０ｂで反射し、底面１７３ｂにθ３の角度で入射する。底面１７３ｂを透過した光は、スネルの法則より以下の数式３に示す角度θ４に屈折する。

底面１７３ｂを透過した光は、距離Ｌ２３４だけ進んだのち受光素子９４に到達する。図８（ｄ）に示すように、角度θ１の底面１７３を設けたことによる光路２２１のＸ軸方向での移動距離Ｌ２３６は以下の数式４のように計算される。

図９は、距離Ｌ２３５と距離Ｌ２３６を考慮して、発光素子９２と受光素子９４の配置を最適化する説明図である。図８（ｂ）と図８（ｃ）から分かるように、副走査方向（Ｘ軸方向）において光路２２２と光路２２１の向きは逆であるため、受光素子９４を図９（ｂ）のように配置することで、光路２２１を入射させ、光路２２２を入射させないことが可能になる。
よって、インク残存状態のより正確な検知が可能になり、さらに、比較的高価である鋭い指向特性をもった発光素子を使わずとも、インクの残存状態を判定することができるので、印刷装置１０の製造にかかるコストが低減できる。

Ｂ．第２実施例：
第１実施例では、プリズム１７０の底面１７３ａと底面１７３ｂは同一の方向に傾斜していた。これに対し、第２実施例においては、底面１７３ａと底面１７３ｂのそれぞれの傾斜が逆方向の場合について説明する。図１０は、プリズム１７０に角度（副走査方向に対して）θ１で傾斜する底面１７３ａと、角度θ１で逆方向に傾斜する底面１７３ｂとを設けた場合のプリズム１７０の斜視図である。図１０（ａ）では底面１７３ａと底面１７３ｂとが隣接しており、図１０（ｂ）では底面１７３ａと底面１７３ｂとの間に所定の領域が設けてある。本実施例では、図１０（ａ）、（ｂ）に示すようなプリズム１７の構成のいずれにも適用することができる。

図１１は、Ｘ軸断面で見たシグナル光について第１実施例と第２実施例を比較する説明図である。図１１（ａ）が、底面１７３ａと底面１７３ｂとが同一方向に傾斜した場合の図、図１１（ｂ）が、底面１７３ａと底面１７３ｂとが逆方向に傾斜した場合の図である。図１１（ｂ）において、底面１７３ａの傾斜角度θ１と底面１７３ｂの傾斜角度θ１とは同一であり、それぞれが逆向きに傾斜している。なお、図１１（ａ）、（ｂ）のそれぞれのプリズム１７内部の屈折率は同一で、プリズム１７内部で屈折は起こらないとしている。

図１１（ａ）と図１１（ｂ）のそれぞれの底面１７３ａの傾斜が同一の場合、図１１（ａ）と図１１（ｂ）のそれぞれの底面１７３ｂへの入射までの光路に差はない。図１１（ａ）と図１１（ｂ）のそれぞれの底面１７３ｂへの入射角度は、プリズム形状で決まり、図１１（ａ）の場合は数式５、図１１（ｂ）の場合は数式６となる。

よってθ４は、図１１（ａ）の場合は数式７、図１１（ｂ）の場合は数式８となる。

数式２と数式８より、数式９と数式１０となり、図１２（ｂ）の入射角度と出射角度は等しくなる。

図１２は、ｎ１＝１（空気の屈折率）、ｎ２＝１．５（プリズムの屈折率）、プリズム内部の光路距離（距離Ｌ２３１＋距離Ｌ２３２＋距離Ｌ２３３＝６ｍｍ、センサーとプリズム底面間距離Ｌ２３４＝１０ｍｍとした場合に、プリズム底面反射Ｘ軸方向移動量（数式１）、第１実施例と第２実施例の光路２２１のＸ軸方向移動量（数式４）を比較した結果である。
第２実施例は入射角度と出射角度は等しくなるため、距離Ｌ２３４＝１０ｍｍの距離や距離変動に影響されないため、Ｘ軸方向の移動距離が小さくなる。これにより、距離Ｌ２３４の製造バラツキや距離変動の影響を受けにくいことから、インク残存状態のより正確な検知を可能にすることができる。

１０…印刷装置、１７…プリズム、２０…キャリッジ、３０…紙送りモーター、３３…キャリッジモーター、３５…印刷ヘッド、４０…制御ユニット、４２…残量判定部、６０…コンピューター、７０…表示パネル、７２…インターフェイス、９０…検出部、９２…発光素子、９４…受光素子、１００…インクカートリッジ、１０１…底面、１１０…インク供給口、１２０…レバー、１３０…インク収容部、１７０…プリズム、１７０ａ，１７０ｂ…傾斜面、１７３，１７３ａ，１７３ｂ…底面、１８０…インク室、２０１，２０３，２１１，２１２，２２１，２２２…光路、Ｌ２３１〜Ｌ２３６…距離、θ１〜θ４…角度。

Claims

発光部と受光部が配置された検出部と、
液体を収容する液体収容部と、
前記液体収容部に設けられ、前記発光部から照射された光を前記液体収容部内の液体の量に応じて前記受光部に向けて反射するプリズムと、
前記液体収容部が装着されるホルダーと、
前記ホルダーを前記発光部および前記受光部に対して主走査方向に相対的に移動させる移動部と、を有し、
前記プリズムは、前記発光部から照射された光を透過する第１底面と、前記第１底面を透過した光を反射する第１斜面と、前記第１斜面からの反射光を反射する第２斜面と、前記第２斜面からの反射光を透過する第２底面とを備え、
前記第１底面および前記第２底面は、副走査方向に対して傾斜して設けられていることを特徴とする液体消費装置。
前記第１底面と前記第２底面とは、副走査方向に対して等しい角度で互いに逆向きに傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体消費装置。
前記発光部と前記受光部とは、副走査方向にずれて配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体消費装置。
液体消費装置に装着されたときに、前記液体消費装置に備えられた発光部および受光部を持つ検出装置に対向する位置にプリズムを有する液体収容部であって、
前記プリズムは、前記発光部から照射された光を透過する第１底面と、前記第１底面を透過した光を反射する第１斜面と、前記第１斜面からの反射光を反射する第２斜面と、前記第２斜面からの反射光を透過する第２底面とを備え、
前記第１底面と前記第２底面は、前記第１斜面と前記第２斜面により構成されるプリズム頂角線の方向に対して傾斜していることを特徴とする液体収容部。