JP4497989B2 - 液体吐出カートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出用素子とスイッチ回路とを有した構成で、ＤＮＡチップ、有機トランジスタ、カラーフィルタなどの作製に用いられる装置などに適用できる液体吐出ヘッドとこれに供給する液体を収容する液体容器とを含む液体吐出カートリッジに関するものである。その液体吐出ヘッドは、液体吐出用素子にエネルギーを注入して液体を吐出させ、液滴を媒体上に付着させるものであり、特に、液体としてインクを用いたインクジェット記録ヘッドに関する。

液体吐出装置としてインクジェット記録装置を例にあげて説明する。従来のインクジェット記録装置（インクジェットプリンタ）においてインクタンク内のインク残量を検出する構成の１つとして、インク残量に応じて変化する静電容量の変化をＣＲ回路に備えた発振回路で出力信号（パルス信号）に変換して出力し、その出力信号をプリンタを制御するホストコンピュータの中央処理装置（以下、「ＣＰＵ」という。）に入力し、そのＣＰＵにおいてパルス信号の周波数の変化を検出してインク残量を検出する構成が知られている。

この従来の構成では、発振回路から出力された出力信号がホストコンピュータＣＰＵに直接入力されるので、ホストコンピュータのＣＰＵの処理負担が大きくなるという問題がある。そこでこの問題を解決するために、特許文献１に係る構成が提案されている。

図１０は、特許文献１に示されているインク残量検出装置の回路図である。
インクタンク１０５７のインクの残量に応じて発振周波数が変動する静電検出回路１０５１から出力される信号Ａと、基準信号発生回路１０３９から出力される信号ＢとをＮＡＮＤ回路１０４０において論理演算し、ＮＡＮＤ回路１０４０の出力信号Ｃと信号ＢとをＣＰＵで比較する。これにより、発振回路から出力された出力信号がホストコンピュータのＣＰＵに直接入力される構成に比べてＣＰＵの負担が軽減され、全体として処理速度を向上させることが可能になる。

また、プリンタによっては、インクの吐出回数をＣＰＵでカウントしてインクの残量を推測するように構成されているものもある。特許文献２には、インク吐出の回数を示す駆動パルスの数および、吸引回復処理の回数が書き込まれるメモリ素子を備えたインクジェットユニットが開示されている。図１１は、特許文献２に示された従来のインクジェットユニットの構成を模式的に示す図である。

図１１に示すインクジェットユニットは、ヘッド２０１０とインクタンク２０１４とを一体に形成したものであり、このユニットは、記録装置のキャリッジ（不図示）に対し着脱自在に装着される。図において、符号２０１１はメモリ素子を示し、例えば不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)によって構成されている。符号２０１２はメモリ素子２０１１が取付けられたＰＣＢ基板、符号２０１３は複数の発熱抵抗体（不図示）がインク吐出口の数に対応して配設されたシリコン基板を示しており、シリコン基板２０１３とＰＣＢ基板２０１２はワイヤーボンディングによって電気的に接続されている。符号２０１５はＰＣＢ基板２０１２の端部に設けられヘッド２０１０と装置本体側との電気的接続を行うための端子であり、インクジェットユニットがキャリッジに装着されると、キャリッジ上に設けられたコネクタに接続される。以上の各要素によってヘッド２０１０が構成されている。一方、インクタンク２０１４は、ヘッド２０１０に供給するインクを貯留するものである。

この構成によれば、ヘッド２０１０内のメモリ素子２０１１にはインク吐出の回数を示す駆動パルスの数と吸引回復処理の回数とが書き込まれる。すなわち、ヘッド２０１０で消費されるインク量に関する駆動パルス数等の累積値が記憶される。そのため、記録装置に設けられたリード・ライト手段でメモリ素子２０１１からデータを取り込み、記録装置のＣＰＵ等によって、インクタンク２０１４の当初のインク量から、データに記録された駆動パルスの数と吸引回復処理の回数に相当するインク消費量を減算することで、インクタンク２０１４のインク残量を知ることができる。なお、メモリ素子２０１１がＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリである場合には、インクジェットユニットを記録装置から取り外してもメモリ素子２０１１に記憶された情報は消去されない。
特開平１０−１００４４７号公報 特開平０９−３１４８６１号公報

しかしながら、図１０に示した従来のインク残量検出装置では、ホストコンピュータのＣＰＵを用いなければインク残量を検出することができない。そのため、ホストコンピュータのＣＰＵに処理負担が生じ、また、インク残量を検出するにはホストコンピュータと記録装置とを共に起動させなくてはならないためにユーザにとって利便性に欠ける。しかしながら、インク残量を検出するためにＣＰＵで行っている処理機能を記録装置に別途に搭載させると、記録装置のコストが増大してしまう。

また、図１１に示したような、インクの吐出回数を記録装置のＣＰＵでカウントしてインクの残量を推測する構成では、やはり記録装置のＣＰＵに処理負担が生じてしまう。

そこで本発明は、液体吐出カートリッジを液体吐出装置から取り外しても液体吐出カートリッジのメモリに記憶された液体残量の有無に関する情報が消去されず、かつ、ホストコンピュータや液体吐出装置のＣＰＵに処理負担を生じさせない構成の液体吐出カートリッジを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の液体吐出カートリッジは、液体を吐出する液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに供給する液体を収容する液体容器とを有する液体吐出カートリッジにおいて、前記液体容器には前記液体容器内の液体の残量を検出するためのセンサが設けられており、前記液体吐出ヘッドには、前記センサを用いて前記液体容器内の液体の残量を検出する検出手段と、該検出手段からの出力に基づいて前記液体容器内の液体の残量の有無を判定し、前記液体容器内の液体の残量が無いと判定した場合には液体残量空情報を出力する判定手段と、該判定手段から前記液体残量空情報が出力された場合に前記液体残量空情報を記憶する不揮発性記憶手段とを含むことを特徴とする。

上記本発明の液体吐出カートリッジでは、検出手段は、液体容器に設けられているセンサによって液体容器内の液体残量を検出し、その液体残量に相関のある信号を判定手段に出力する。判定手段は、検出手段からの出力に基づいて前記液体容器内の液体の残量の有無を判定し、液体残量が空であると判定した場合には液体残量が空であることに相関のある情報（液体残量空情報）を不揮発性記憶手段に出力する。不揮発性記憶手段は、判定手段から液体残量空情報が入力された場合にはこれを記憶する。このように、液体容器内の液体残量が空であることが検出されると、不揮発性記憶手段に液体残量空情報が記憶される。

本発明の構成によれば、液体吐出カートリッジに構成されたセンサ、検出手段、判定手段、および不揮発性記憶手段によって、液体容器内の液体残量の検出を行うことができる。そのため、これらを液体吐出装置に個別に設ける場合に比べて製造コストを低減することができる。また、本発明の構成によれば、ホストコンピュータのＣＰＵを用いなくても液体残量を検出することができるので、液体吐出装置だけを起動すれば液体残量を検出することができるため、ユーザに対する利便性を向上させることができる。

さらに、本発明の構成では液体吐出カートリッジ自体に不揮発性記憶手段が備えられているので、液体容器内の液体が空になって不揮発性記憶手段に液体残量空情報が記憶されている液体吐出カートリッジを一度液体吐出装置から取り外して再び液体吐出装置に装着したときであっても、不揮発性記憶手段には液体残量空情報が記憶されたままとなる。そのため、液体吐出カートリッジが液体吐出装置に新たに装着された後に液体残量検出のためのシーケンスを行わなくても直ちに液体残量を検出することができるので、液体残量が無い旨をユーザに迅速に知らせることができ、また、シーケンス動作に要していた時間の分だけ液体吐出装置の動作時間を短縮させることができる。

以上説明したように、本発明の液体吐出カートリッジによれば、液体吐出カートリッジを液体吐出装置から取り外しても、液体吐出カートリッジのメモリに記憶された液体残量の有無に関する情報が消去されず、かつ、ホストコンピュータや液体吐出装置のＣＰＵに処理負担を生じさせない構成の液体吐出カートリッジを提供することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態では、液体吐出装置としてインクジェット記録装置を例にあげて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出カートリッジを示す概略構成図である。

液体吐出カートリッジとしての本実施形態のヘッドカートリッジ１は、それぞれ個別に形成されたプリントヘッド３とインクタンク２とが一体化された構造を有している。インクタンク２内には、インクタンク２内のインクの残量を検出するセンサ４が設けられており、センサ４から出力された信号は、プリントヘッド３に設けられた検出回路５に入力される。検出回路５からの出力は、同じくプリントヘッド３に設けられた判定回路６に入力され、判定回路６からの出力は同じくプリントヘッド３に設けられた不揮発性メモリ７に入力される。

プリントヘッド３は、例えば、電気熱変換体である発熱抵抗体とインク吐出口とを有するノズルを含むインク吐出機構（不図示）と、このインク吐出機構へのエネルギーの注入と遮断との制御を行うトランジスタを用いたスイッチ回路（不図示）とを備えている。このようなプリントヘッド３は一般にシリコン基板上に半導体製造工程を用いて構成されているので、上述した検出回路５と判定回路６と不揮発性メモリ７をそのシリコン基板上に構成することが可能である。これらの検出回路５、判定回路６、および不揮発性メモリ７は、発熱抵抗体が形成されたヒータボードを成す同一のシリコン基板上にモノリシックに形成することも可能であり、これにより、個々の回路を別体に構成する場合に比べて簡易な回路構成を実現することができる。なお、ヘッドカートリッジが用いられる記録装置には、電気熱変換体である発熱抵抗体に駆動制御信号を供給する制御部（ＣＰＵ）が備えられている
次に、本実施形態のヘッドカートリッジによるインク残量検出動作について説明する。

プリントヘッド３の検出回路５は、インクタンク２内に配置されたセンサ４によってインクタンク２内のインク残量の有無を検出し、そのインク残量の有無に相関のある信号を判定回路６に出力する。判定回路６は、検出回路５から出力された信号からインク残量が空であるかどうかを判定し、インク残量が空であると判定した場合には、インク残量が空であることに相関のある情報（インク空情報）を不揮発性メモリ７に記録する。判定回路６は、インク残量が空になっていないと判定した場合には、不揮発性メモリ７には何の情報も記録しない。不揮発性メモリ７に記憶されたインク空情報は、プリンタ本体の例えばリード・ライト部（不図示）によって読み出すことが可能である。なお、「インク残量が空である」とは、インクタンク２内のインク残量が完全に無くなった場合のみならず、インクタンク２内のインク残量が所定量を下回った場合も含む。

上述したセンサ４と検出回路５とによるインクタンク２内のインク残量の検出を行うタイミングは、プリンタの記録動作中でも待機中でも構わない。プリンタ本体は、不揮発性メモリ７からインク空情報が読み出された場合には、インクタンク２内のインクが空になった旨のメッセージを含む情報信号を出力し、これをプリンタのユーザに知らせる。このメッセージは、プリンタ本体の表示部（不図示）に表示してユーザに知らせても良いし、プリンタを制御するホストコンピュータ（パーソナルコンピュータ）に接続されているディスプレイに表示してユーザに知らせても良い。

本実施形態の構成によれば、ヘッドカートリッジ１内で閉じた回路を構成するセンサ４、検出回路５、判定回路６、および不揮発性メモリ７によって、インクタンク２内のインク残量の有無の検出を行うことができる。上述したように、これらの検出回路５、判定回路６、および不揮発性メモリ７はプリントヘッド３のシリコン基板上に半導体製造工程を用いて構成されるので、それらをプリンタ本体の回路基板に個別に構成する場合に比べて製造コストを低減することができる。また、本実施形態の構成によれば、ホストコンピュータのＣＰＵを用いなくてもインク残量を検出することができるので、プリンタ本体だけを起動すればインク残量を検出することができるため、ユーザに対する利便性を向上させることができる。

さらに、本実施形態ではヘッドカートリッジ１自体が不揮発性メモリ７を備えているので、インクタンク２内のインクが空になって不揮発性メモリ７にインク空情報が記憶されているヘッドカートリッジ１を一度プリンタ本体から取り外して再びプリンタ本体に装着したときであっても、不揮発性メモリ７にはインク空情報が記憶されたままとなる。そのため、ヘッドカートリッジ１が装着されたプリンタ本体のリード・ライト部で、ヘッドカートリッジ１の不揮発性メモリ７にインク空情報が記憶されているか否かを読み取ることにより、プリンタ本体に新たに装着されたヘッドカートリッジ１のインクタンク２が空か否かを検出することができる。従来のプリンタでは、ヘッドカートリッジがプリンタ本体に新たに装着されると、そのヘッドカートリッジのインクタンク内のインク残量を検出するシーケンスが行われていたが、本実施形態によればそのようなシーケンスを行わなくてもインク残量を検出することができる。これにより、インク残量が無い旨をユーザに迅速に知らせることができ、また、シーケンス動作に要していた時間の分だけプリンタの記録動作時間を短縮させることができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係るヘッドカートリッジを示す概略構成図である。

本実施形態のヘッドカートリッジ１１も第１の実施形態と同様、それぞれ個別に構成れたプリントヘッド１３とインクタンク１２とが一体化された構造を有している。インクタンク１２には、インクタンク１２内のインクの残量の有無を検出するセンサとして機能する３つの平板状の電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃが設けられている。プリントヘッド１３には、第１の電極１４ａに所定の周波数のパルス信号を入力したときに得られる信号Ｓ１を出力する発振回路１５と、発振回路１５からの出力信号Ｓ１およびプリンタ本体の制御部（不図示）からの制御信号Ｓ０が入力される判定回路１６と、判定回路１６からの出力が入力されるワンタイムＲＯＭ１７とを有している。これら発振回路１５、判定回路１６、およびワンタイムＲＯＭ１７は、プリントヘッド１３のシリコン基板上に半導体製造工程を用いて構成されている。なお、ワンタイムＲＯＭとは、情報を１回だけ書き込むことができるＲＯＭ(Read Only Memory)である。

インクタンク１２の電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃについて説明すると、３つの電極のうちの第１の電極１４ａと第２の電極１４ｂがインクタンク１２の壁内に互いに間隔をおいた状態で埋め込まれている。第１の電極１４ａには発振回路１５が接続され、第２の電極１４ｂはＧＮＤ電位に接続されている。第３の電極１４ｃは、インクタンク１２の壁部材と同じ素材（プラスチックなど）で構成されている電極支持部１２ａ内に設けられている。電極支持部１２ａは、インクタンク１２の壁部内に設けられた２つの電極１４ａ，１４ｂを覆うように、かつインクタンク１２の壁部との間に隙間ｄをおいて、インクタンク１２の底部から延びている。

隙間ｄは、インクタンク１２の壁部と電極支持部１２ａとの間、換言すればインクタンク１２の壁部に設けられた電極１４ａ，１４ｂと電極支持部１２ａに設けられた電極１４ｃとの間にインクが自由に流入するような間隔が確保されていることが必要である。なお、インクタンク１２内における電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃの配置場所は、電極１４ａ，１４ｂと電極１４ｃとの間にインクが流入可能で、インクタンク１２内のインク残量が空になったとき、あるいはインクタンク１２内のインク残量が所定量を下回ったときに、電極１４ａ，１４ｂと電極１４ｃとの間の隙間ｄ内にインクが存在しなくなる位置であればよい。また、電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃは垂直方向に向けて配置しても、あるいは水平方向に向けて配置してもよい。さらに、第２の電極１４ｂに発振回路１５が接続され、第１の電極１４ｂがＧＮＤ電位に接続されている構成としてもよい。

図２に示すように配置された電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、発振回路１５に対して直列に接続された、電極１４ａと電極１４ｃとで構成される容量Ｃ１と電極１４ｂと電極１４ｃとで構成される容量Ｃ２とを構成している。発振回路１５が出力する出力信号Ｓ１の発振周波数は、上述した容量Ｃ１と容量Ｃ２との直列容量Ｃｘによって決まる。

図３は、図２に示した発振回路の一構成例を示すブロック図である。

発振回路１５は、奇数段（図３では３段）のインバータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃを直列に接続して構成されたリングオシレータからなる。リングオシレータの最終段のインバータ１５ｃに接続されたインバータ１５ｄは次段の判定回路１６への信号Ｓ１を伝送するためのバッファであり、リングオシレータを構成するインバータ自身の駆動能力が大きければ、必ずしもこれを設ける必要はない。

図４は、図２に示した判定回路の一構成例を示すブロック図である。

発振回路１５からの信号Ｓ１は、ｎビットカウンタ１６ａのクロック端子に入力され、その出力（Ｂ０〜Ｂｎ−１）は、ｎビット比較器１６ｂに入力される。ｎビット比較器１６ｂは、ｎビットカウンタ１６ａからの出力の他に、判定基準となるｎビットの信号（Ａ０〜Ａｎ−１）が入力されており、信号（Ａ０〜Ａｎ−１）と信号（Ｂ０〜Ｂｎ−１）のそれぞれのビットが等しい場合にハイレベルを出力する。ｎビット比較器１６ｂからの出力は、Ｄフリップフロップ（ＤＦＦ）１６ｃのクロック端子に入力される。ＤＦＦ１６ｃのＤ端子は、ロジックのハイレベルとなる第１の電源Ｖｄｄに接続されている。プリンタ本体の制御部（不図示）からの制御信号Ｓ０は、ｎビットカウンタ１６ａのリセット端子とＤＦＦ１６ｃのリセット端子とに入力される。

図５は、図２に示したワンタイムＲＯＭの一構成例を示すブロック図である。

本実施形態で用いているワンタイムＲＯＭ１７は、ツェナーダイオードＺＤを用いたツェナーザップ方式のメモリである。ツェナーダイオードＺＤのアノードはＧＮＤ電位に接続されており、ツェナーダイオードＺＤのカソードには第１の抵抗Ｒ１と第１のｎ型トランジスタＴ１のソースと第１のインバータＩＮＶ１の入力端とが接続されている。第１の抵抗Ｒ１の他端はロジックのハイレベルとなる第１の電源Ｖｄｄに接続されている。第１のトランジスタＴ１のドレインは情報を書き込むときに必要な第２の電源ＶＨに接続されている。第２の電源ＶＨの電圧は第１の電源Ｖｄｄの電圧よりも高く、かつ、ツェナーダイオードＺＤの逆耐圧電圧よりも高い。第１のトランジスタＴ１のゲートには、第２の抵抗Ｒ２と第２のトランジスタＴ２のドレインとが接続されている。第２の抵抗Ｒ２の他端は電源ＶＨに接続され、第２のトランジスタＴ２のソースはＧＮＤ電位に接続されている。第２のトランジスタＴ２のゲートには第２のインバータＩＮＶ２の出力が入力される。

このように構成されたワンタイムＲＯＭ１７は、判定回路１６の出力が第２のインバータＩＮＶ２に入力されると、ワンタイムＲＯＭ１７にインク空情報が記憶されているか否かによって異なる出力信号をプリンタ本体へ出力する。その動作の詳細については後述する。

インクタンク内のインク残量の有無を記憶するための不揮発性メモリして、例えば、フラッシュメモリやＥＥＲＯＭを用いることが考えられるが、本実施形態の構成においては記憶する容量（ビット数）が最低１ビットあればいいので、フラッシュメモリやＥＥＲＯＭを用いた場合には必要以上に回路規模が大きくなり、さらにはその製造のために特殊な製造プロセスが必要になるので、プリントヘッド１３のコストの増大につながるおそれがある。この点で、上述のワンタイムＲＯＭ１７を用いたメモリ構成は好適である。

また、ワンタイムＲＯＭ１７は、上記のようなツェナーダイオードを備えたツェナーザップ方式の構成のメモリに代えて、ポリシリコンからなるヒューズメモリで構成することも可能である。そのようなヒューズメモリもプリントヘッド１３のシリコン基板上に半導体製造工程を用いて構成することができるので、プリントヘッド１３、ひいてはヘッドカートリッジ１１のコストを増大させることにはつながりにくい。

次に、上述した本実施形態のヘッドカートリッジ１１の動作を図２〜図６を参照して説明する。図６は図４に示した判定回路の動作タイミングチャートである。

インクタンク１２内のインク残量の有無を検出するには、まず、プリンタ本体の制御部から出力するリセット信号Ｓ０をローレベルにし、判定回路１６のｎビットカウンタ１６ａとＤＦＦ１６ｃを動作可能な状態にする。そして、発振回路１５から判定回路１６に信号Ｓ１を出力すると、ｎビットカウンタ１６ａはカウントを開始する。信号Ｓ０がローレベルである所定の期間中に、ｎビットカウンタ１６ａのカウンタ値が所定のカウンタ値（Ａ０〜Ａｎ−１が示す値）に達しない場合（図６（Ａ）参照）には、ｎビット比較器１６ｂの出力はローレベルのまま変化せず、したがってその次段のＤＦＦ１６ｃの出力もローレベルのまま変化しない。一方、ｎビットカウンタ１６ａのカウンタ値が所定のカウンタ値（Ａ０〜Ａｎ−１が示す値）に達したときには（図６（Ｂ）参照）、ｎビット比較器１６ｂはハイレベルを出力するので、その次段のＤＦＦ１６ｃの出力はハイレベルになる。

各電極１４ａ，１４ｂと電極１４ｃとの間の誘電率は、電極１４ａ，１４ｂと電極１４ｃとの間の隙間ｄ内にインクが存在するか否かによって異なる。すなわち、隙間ｄ内にインクが有るときの直列容量Ｃｘに比べて、隙間ｄ内にインクが無いときの直列容量Ｃｘの方が小さくなる。そのため、隙間ｄ内にインクが有るときには、発振回路１５から比較的低い周波数の信号Ｓ１が出力され、このときにはｎビットカウンタ１６ａのカウンタ値は信号Ｓ０がローレベルである所定の期間中に所定のカウンタ値を超えない。そのため、ＤＦＦ１６ｃの出力もローレベルのまま変化しない。

逆に、隙間ｄ内にインクがインクが無いときは、発振回路１５から比較的高い周波数の信号Ｓ１が出力され、このときにはｎビットカウンタ１６ａのカウンタ値は信号Ｓ０がローレベルである所定の期間中に所定のカウンタ値を超える。そのため、ＤＦＦ１６ｃの出力はハイレベルになる。判定回路１６の出力であるＤＦＦ１６ｃの出力がハイレベルになると、ワンタイムＲＯＭ１７にインクタンク１２内のインク残量が空である旨の情報（インク空情報）が記録される。

ここで、主に図５を参照して、ワンタイムＲＯＭ１７にインク空情報を記録する動作について説明する。

インクタンク１２内のインク残量があり、電極１４ａ，１４ｂと電極１４ｃとの間の隙間ｄ内にインクが存在している場合、上述したように判定回路１６から出力される信号はローレベルになるので、トランジスタＴ２のゲートへの入力はハイレベルになり、トランジスタＴ１はオフ状態になる。したがって、ツェナーダイオードＺＤのアノード端の電位は電源Ｖｄｄと同じ電位となり、ワンタイムＲＯＭ１７の出力信号はローレベルになる。

これに対し、インクタンク１２内のインク残量が無くなり、電極１４ａ，１４ｂと電極１４ｃとの間の隙間ｄ内のインクが無くなっている場合、上述したように判定回路１６から出力される信号はハイレベルになるので、トランジスタＴ２のゲートへの入力はローレベルになり、トランジスタＴ１はオン状態になる。トランジスタＴ１がオン状態になるとツェナーダイオードＺＤのアノード端の電位は電源ＶＨの電位まで引き上げられる。電源ＶＨの電位はツェナーダイオードＺＤの逆耐圧よりも高く設定されているので、ツェナーダイオードＺＤのアノード端の電位は電源ＶＨの電位まで引き上げられるとツェナーダイオードＺＤの逆耐圧を超え、ツェナーダイオードＺＤのＰＮ接合部に大電流が流れる。すると、このときの電圧と電流との積によるエネルギーがジュール熱となり、その熱によってそのＰＮ接合部のアルミニウムが溶解され、ＰＮ接合部が導通状態になる。その結果、判定回路１６からの出力信号の状態にかかわらず、ワンタイムＲＯＭ１７のインバータＩＮＶ１への入力信号は常にローレベルになり、ワンタイムＲＯＭ１７の出力信号は常にハイレベルになる。

つまり、インクタンク１２内のインク残量が無くなると、ワンタイムＲＯＭ１７からは常にハイレベルの出力信号が出力されるようになる。ワンタイムＲＯＭ１７には、このようにしてインク空情報が記録される。そのため、プリンタ本体の制御部において、ワンタイムＲＯＭ１７からの出力信号がハイレベルであるか否かを判断するだけで、プリンタ本体の制御部はインクタンク１２内のインク残量が空になったことを検出することができる。

本実施形態の構成によれば、第１の実施形態と同様、ヘッドカートリッジ１１内で閉じた回路を構成するセンサとしての電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、発振回路１５、判定回路１６、およびワンタイムＲＯＭ１７によって、インクタンク１２内のインク残量の検出を行うことができる。上述したように、これらの発振回路１５、判定回路１６、およびワンタイムＲＯＭ１７はプリントヘッド１３のシリコン基板上に半導体製造工程を用いて構成できるので、それらをプリンタ本体の回路基板に個別に構成する場合に比べて製造コストを低減することができる。また、本実施形態の構成によれば、ホストコンピュータやプリンタ本体のＣＰＵを用いた処理を行わなくてもインク残量を検出することができるので、プリンタ本体だけを起動すればインク残量を検出することができるため、ユーザに対する利便性を向上させることができる。

さらに、本実施形態ではヘッドカートリッジ１１自体が不揮発性メモリとしてのワンタイムＲＯＭ１７を備えているので、インクタンク１２内のインクが空になってワンタイムＲＯＭ１７にインク空情報が記憶されているヘッドカートリッジ１１を一度プリンタ本体から取り外して再びプリンタ本体に装着したときであっても、ワンタイムＲＯＭ１７にはインク空情報が記憶されたままとなる。そのため、ヘッドカートリッジ１１が装着されたプリンタ本体の制御部で、ヘッドカートリッジ１１のワンタイムＲＯＭ１７にインク空情報が記憶されているか否かを読み取ることにより（具体的には、ワンタイムＲＯＭ１７からの出力がハイレベルであるか否かを判断することにより）、プリンタ本体に新たに装着されたヘッドユニット１１のインクタンク１２が空か否かを検出することができる。そのため、本実施形態によればヘッドカートリッジがプリンタ本体に新たに装着された後にインク残量検出のためのシーケンスを行わなくても直ちにインク残量を検出することができるので、インク残量が無い旨をユーザに迅速に知らせることができ、また、シーケンス動作に要していた時間の分だけプリンタの記録動作時間を短縮させることができる。

また、図１に示した第１の実施形態の構成では、インクタンク２内に設けたセンサ４とインクタンク２外の検出回路５とを接続する配線を通すためにインクタンク２の壁部に貫通穴を形成する必要がある。この場合、その貫通穴からインクが漏れることを防止するには、その貫通穴に配線を通した後に貫通穴を適切に塞ぐ処置を施す必要がある。これに対し、本実施形態の構成では、インクタンク１２の壁部内に埋め込んだ電極１４ａ，１４ｂに接続される配線はインクタンク１２の壁部を貫通しないので、配線を通す穴を塞がなくてもインクタンク１２内のインクが漏れ出す心配がないことから、その穴を塞ぐ処置を施す必要がない。そのため、穴を塞ぐ処置を施す手間の分だけインクタンク１２の製造工数を削減することができ、更に、インクタンク１２の製造コストの低減化を図ることが可能になる。

（その他の実施形態）
液体吐出ヘッドの液体吐出ヘッド（プリントヘッド）は、上述した各実施形態のプリントヘッドの半導体基板の絶縁層上に形成された発熱抵抗層で発熱抵抗体を形成し、吐出口やそれに連通する液路を形成するために、成形樹脂やフィルムなどからなる天板などの吐出口形成部材を組合わせれば作製できる。そして、そのような液体吐出ヘッドに液体容器（インクタンク）を接続してヘッドカートリッジを構成してこれをプリンタ本体に搭載させ、プリンタ本体の電源回路からは電源電位を、プリンタ本体の画像処理回路からは画像データをその液体吐出ヘッドに供給すれば、プリンタ本体およびそれに搭載されたヘッドカートリッジはインクジェットプリンタとして動作することになる。

図７は、本発明の液体吐出カートリッジの一実施形態における吐出ユニットを説明するための図であり、その一部分を破断した状態で示している。

上記の各実施形態の説明において示した回路が作製された半導体基板である素子基体１５２上には、電流が流れる電気信号を受けることで熱を発生し、その熱によって発生する気泡によって吐出口１５３からインクを吐出するための電気熱変換素子１４１が複数列状に配されている。この電気熱変換素子１４１のそれぞれには、各電気熱変換素子１４１を駆動するための電気信号を供給する配線電極１５４が設けられている。

電気熱変換体１４１に対向する位置に設けられた吐出口１５３へインクを供給するための流路１５５が、それぞれの吐出口１５３に対応して設けられている。これらの吐出口１５３および流路１５５を構成する壁が溝付き部材１５６に設けられており、これらの溝付き部材１５６を前述の素子基体１５２に接続することで、流路１５５と、複数の流路１５５にインクを供給するための共通液室１５７が設けられている。

図８は、図７に示した吐出ユニットを組み込んだ液体吐出ヘッドの構造を示す斜視図である。

図８に示すように、吐出ユニット１５０は枠体１５８に組み込まれている。吐出ユニット１５０は、上述したように、素子基体１５２上に吐出口１５３や流路１５５を構成する部材１５６が取り付けられて構成されている。吐出ユニット１５０には、プリンタ本体側からの電気信号を受け取るためのコンタクトパッド１５９が設けられたフレキシブルプリント配線基板１６０が接続されており、各種駆動信号となる電気信号がプリンタ本体の制御部からフレキシブルプリント配線基板１６０を介して吐出ユニット１５０に供給される。

図９は、本発明に係る液体吐出カートリッジが適用される液体吐出装置の一実施形態であるインクジェット記録装置ＩＪＲＡの概略構成を示す斜視図である。

駆動モータ９０１１の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５０１１，５００９を介して回転するリードスクリュー５００５の螺旋溝５００４に係合するピン（不図示）を有するキャリッジＨＣは、リードスクリュー５００５の正逆方向の回転に伴ってガイドシャフト５００３に沿って矢印ａ，ｂ方向に往復移動させられる。キャリッジＨＣには、記録ヘッドＩＪＣとこれにインクを供給するインクタンクＩＴとを含むヘッドカートリッジが搭載される。

紙押え板５００２は、キャリッジＨＣの移動範囲にわたって記録紙Ｐを記録媒体搬送手段であるプラテン（不図示）に対して押圧する。ホームポジション検知手段としてのフォトカプラ５００７，５００８は、キャリッジＨＣのレバー５００６のこの域での存在を確認して、駆動モータ９０１１の回転方向の切換等を行うための信号を発する。記録ヘッドＩＪＣのインク吐出口形成面をキャップするキャップ部材５０２２が、支持部材５０１３によって支持されている。吸引回復の吸引を開始する際には、キャリッジＨＣと係合するカム５０２０の移動に伴ってレバー５０１２が移動し、駆動モータ９０１１からの駆動力がクラッチ切換等の公知の伝達手段によって切換えられて、キャップ部材５０２２が記録ヘッドＩＪＣのインク吐出口形成面に接するように移動制御される。この状態で吸引手段（不図示）によってキャップ部材５０２２の吸引を行うことで、キャップ内開口５０２３を介して記録ヘッドＩＪＣの吸引回復が行われる。

本体支持板５０１８には、クリーニングブレード５０１７を記録ヘッドＩＪＣに近づけたり離したりする方向に移動させることを可能にする移動部材５０１９とが支持されており、その移動部材５０１９にはクリーニングブレード５０１７が設けられている。なお、クリーニングブレード５０１７には、図示した形態のみならず、他の周知の形態のものを本例に適用できることはいうまでもない。

インクジェット記録装置ＩＪＲＡは、キャリッジＨＣがホームポジション側領域に移動してきたときにリードスクリュー５００５に所定の回転動作をさせることで、各々の対応位置でキャッピング動作、クリーニング動作、および吸引回復動作のうちの所望の動作を行うように構成されている。これらの動作を行うタイミングは周知であり、そのような周知のタイミングは本例も適用可能である。上述した各構成は単独でも複合的に見ても優れた構成であり、本発明における液体吐出ヘッドが適用されるのに好ましい構成例を示している。

また、本装置ＩＪＲＡは、電源電圧や画像信号や駆動制御信号などを吐出ユニット１５０（図７等参照）に供給するための電気回路を有している。

なお、本発明は上述した各種実施形態に限定されるものではなく、上述した課題を解決できるものであれば、本発明の各構成要件を代替物や均等物に置換できることは明らかである。

本発明の第１の実施形態に係る液体吐出カートリッジを示す概略構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る液体吐出カートリッジを示す概略構成図である。 図２に示した発振回路の一構成例を示すブロック図である。 図２に示した判定回路の一構成例を示すブロック図である。 図２に示したワンタイムＲＯＭの一構成例を示すブロック図である。 図４に示した判定回路の動作タイミングチャートである。 本発明の液体吐出カートリッジの一実施形態における吐出ユニットを説明するための図である。 図７に示した吐出ユニットを組み込んだ液体吐出ヘッドの構造を示す斜視図である。 本発明に係る液体吐出カートリッジが適用される液体吐出装置の一実施形態であるインクジェット記録装置の概略構成を示す斜視図である。 従来技術によるインク残量検出装置の回路図である。 従来のインクジェットユニットの構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１，１１ ヘッドカートリッジ
２，１２ インクタンク
３，１３ プリントヘッド
４ センサ
５ 検出回路
６，１６ 判定回路
７ 不揮発性メモリ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 電極
１５ 発振回路
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ インバータ
１６ａ ｎビットカウンタ
１６ｂ ｎビット比較器
１６ｃ Ｄフリップフロップ（ＤＦＦ）
１７ ワンタイムＲＯＭ
１４１ 電気熱変換素子
１５０ 吐出ユニット
１５２ 素子基体
１５３ 吐出口
１５４ 配線電極
１５５ 流路
１５６ 溝付き部材
１５７ 共通液室
１５８ 枠体
１５９ コンタクトパッド
１６０ フレキシブルプリント配線基板
５００２ 紙押え板
５００３ ガイドシャフト
５００４ 螺旋溝
５００５ リードスクリュー
５００６，５０１２ レバー
５００７，５００８ フォトカプラ
５００９，５０１１ 駆動力伝達ギア
５０１３ 支持部材
５０１７ クリーニングブレード
５０１８ 本体支持板
５０１９ 移動部材
５０２０ カム
５０２２ キャップ部材
５０２３ キャップ内開口
９０１１ 駆動モータ

Claims (7)

1. 液体を吐出する液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに供給する液体を収容する液体容器とを有する液体吐出カートリッジにおいて、
   前記液体容器には、該液体容器内の液体の残量を検出するためのセンサであって、前記液体容器を構成する部材内に埋め込まれた複数の電極を含んで構成されるセンサが設けられており、
   前記液体吐出ヘッドは、前記センサを用いて前記液体容器内の液体の残量の有無を検出する検出手段と、該検出手段からの出力に基づいて前記液体容器内の液体の残量の有無を判定し、前記液体容器内の液体の残量が無いと判定した場合には液体残量空情報を出力する判定手段と、該判定手段から前記液体残量空情報が出力された場合に前記液体残量空情報を記憶するワンタイムＲＯＭとを含み、
   前記液体吐出ヘッド、前記検出手段、前記判定手段、及び前記ワンタイムＲＯＭは同一半導体基板上に形成されており、
   前記検出手段は、前記電極間の液体の有無による静電容量値の変化に応じて発振周波数が変化する発振回路で構成されていることを特徴とする液体吐出カートリッジ。
2. 前記センサは互いに対向する少なくとも２つの電極を含み、
   前記発振回路は、前記電極間に生じる静電容量が負荷として接続され、前記電極間の液体の有無による前記静電容量の変化に応じて発振周波数が変化するパルス信号を発振する、請求項１に記載の液体吐出カートリッジ。
3. 前記センサは、互いに隣接する第１および第２の平板電極と、該第１および第２の平板電極との間に前記液体容器内の液体が流入し得る隙間をおいて前記第１および第２の平板電極に対向配置された第３の平板電極との３枚の平板電極を含み、
   前記第１および第２の平板電極の一方に前記発振回路が接続され、他方はグラウンド電位に接続されている、請求項１または２に記載の液体吐出カートリッジ。
4. 前記判定手段は、所定の液体残量検出時間内に前記発振回路から出力されるパルス信号のパルス数をカウントするカウンタと、該カウンタのカウント値が所定のカウント値を超えたか否かを判定する比較器とを有し、該比較器は前記カウンタのカウント値が所定のカウント値を超えたと判定した場合に出力信号を出力する、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出カートリッジ。
5. 前記ワンタイムＲＯＭは、ツェナーダイオードのザッピングを用いるツェナーメモリ、あるいはヒューズメモリである、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出カートリッジ。
6. 前記液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液路と、該液路中の液体を加熱して気泡を発生させる電気熱変換体とを有している、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出カートリッジ。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出カートリッジが用いられる液体吐出装置であって、
   前記液体吐出ヘッドを駆動するための駆動制御信号を供給する制御手段を備えていることを特徴とする液体吐出装置。

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