JP4821429B2

JP4821429B2 - 液体検出機能を備えた容器

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Publication number: JP4821429B2
Application number: JP2006134407A
Authority: JP
Inventors: 俊華張
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2026-05-12
Also published as: JP2006341599A

Description

本発明は、特にインクジェット式記録装置等の液体噴射装置に適用される液体検出機能（主にインク残量検出機能）付きの容器に関する。

従来の液体噴射装置の代表例としては、画像記録用のインクジェット式記録ヘッドを備えたインクジェット式記録装置がある。その他の液体噴射装置としては、例えば液晶ディスプレイ等のカラーフィルタ製造に用いられる色材噴射ヘッドを備えた装置、有機ＥＬディスプレイ、面発光ディスプレイ（ＦＥＤ）等の電極形成に用いられる電極材（導電ペースト）噴射ヘッドを備えた装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドを備えた装置、精密ピペットとしての試料噴射ヘッドを備えた装置等が挙げられる。

液体噴射装置の代表例であるインクジェット式記録装置においては、圧力発生室を加圧する圧力発生手段と加圧されたインクをインク滴として射出するノズル開口とを有するインクジェット記録ヘッドが、キャリッジに搭載されており、インク容器内のインクが流路を介して記録ヘッドに供給され続けることにより、印刷を継続可能に構成されている。インク容器は、例えばインクが消費された時点でユーザーが簡単に交換できる、着脱可能なカートリッジとして構成されている。

従来、インクカートリッジのインク消費の管理方法としては、記録ヘッドでのインク滴の射出数やメンテナンスにより吸引されたインク量をソフトウエアにより積算してインク消費を計算により管理する方法や、インクカートリッジに液面検出用の電極を取付けることにより実際にインクが所定量消費された時点を管理する方法などがある。

しかしながら、ソフトウェアによりインク滴の吐出数やインク量を積算してインク消費を計算上管理する方法には、次のような問題がある。ヘッドの中には吐出インク滴に重量バラツキを有するものがある。このインク滴の重量バラツキは画質には影響を与えないが、バラツキによるインク消費量の誤差が累積した場合を考慮して、マージンを持たせた量のインクをインクカートリッジに充填してある。従って、個体によってはマージン分だけインクが余るという問題が生ずる。

一方、電極によりインクが消費された時点を管理する方法は、インクの実量を検出できるので、インク残量を高い信頼性で管理できる。しかしながら、インクの液面の検出をインクの導電性に頼ることになるので、検出可能なインクの種類が限定されてしまったり、電極のシール構造が複雑化してしまうという欠点がある。また、電極の材料としては、通常は導電性が良く耐腐食性も高い貴金属が使用されるので、インクカートリッジの製造コストがかさむ。さらに、２本の電極を装着する必要があるため、製造工程が多くなり、結果として製造コストがかさんでしまう。

そこで、上記の課題を解決すべく開発された装置が、特許文献１に圧電装置（ここでは、センサユニットと言う）として開示されている。このセンサユニットは、圧電素子が積層された振動板に対向するキャビティの内部に、インクが存在する場合とインクが存在しない場合とで、強制振動後の振動板の残留振動（自由振動）に起因する残留振動信号の共振周波数が変化することを利用して、インクカートリッジ内のインク残量を監視するというものである。
特開２００１−１４６０３０号公報

ところで、特許文献１に記載の技術では、センサユニットのキャビティをカートリッジのインク貯留室に直接臨ませているので、インクに混入している気泡の影響やインクの波動等のノイズの影響を受けやすく、検出精度が落ちる場合があった。

本発明は、上記事情を考慮し、インクの波動やインク中の気泡の影響を受けにくく、検出精度の向上が期待できる液体検出機能を備えた容器を提供することを目的とする。

（１）内部に貯留した液体を外部に送出する送出通路を有した容器本体と、
前記送出通路の終端付近に直列に介在され、仕切壁を介して互いに隣り合う上流側及び下流側の一対のバッファ室と、
前記上流側及び下流側の両バッファ室に臨むように設けられたセンサユニットと、を備え、
前記センサユニットは、センサチップを有し、
前記センサチップは、上流側バッファ室及び下流側バッファ室に共に連通することで、上流側バッファ室から下流側バッファ室へのＵ字状の通過経路の一部をなすセンサキャビティと、
前記センサキャビティの前記両バッファ室に連通した側と反対側の開口面を塞ぐ振動板と、
前記振動板の前記センサキャビティと反対側の面に設けられ、前記振動板を介して前記センサキャビティ及び前記上流側バッファ室及び前記下流側バッファ室に向けて振動波を出射すると共に、両バッファ室から返ってくる反射波を振動板を介して受けることで電気信号に変換する圧電素子と、を有し、
前記上流側バッファ室から前記下流側バッファ室までの流路間には、前記センサキャビティの上流側と下流側とをバイパスすると共に前記センサキャビティよりも流路抵抗の大なるバイパス通路が設けられていることを特徴とする液体検出機能を備えた容器。
（２）（１）に記載の液体検出機能を備えた容器であって、
前記上流側及び下流側のバッファ室が水平方向に並べて設けられ、
前記センサキャビティが、前記振動板を自身の上面側に位置させて、前記両バッファ室の上部に下向きに臨んで連通され、
前記振動板は、前記センサキャビティを介して前記バッファ室の下面に対向しており、
前記両バッファ室の下端には、少なくとも前記バイパス通路の一つが形成されていることを特徴とする液体検出機能を備えた容器。
（３）（１）に記載の液体検出機能を備えた容器であって、
前記バイパス通路の少なくとも一つが、弾性材料製のシールリングを押し潰しならが組み合わせられた２つの部材の合わせ面間の隙間によって構成されていることを特徴とする液体検出機能を備えた容器。

本発明によれば、液体の送出通路の終端付近にバッファ室を設け、そのバッファ室に臨ませてセンサユニットを設け、センサユニットのセンサチップからバッファ室に向けて振動波を出射し、バッファ室からセンサキャビティに戻ってきた反射波に基づいて、例えば、バッファ室やセンサキャビティ内の液体の有無を検出するようにしているので、液体の波動や液体中の気泡の影響を受けにくい条件下で、液体の残量等を検出することができる。

また、上流側バッファ室から下流側バッファ室へＵ字状の経路を通って液体が流れるようになっているので、上流側バッファ室から下流側バッファ室へ直接空気が抜けにくくなる。また、上流側バッファ室から下流側バッファ室までの流路間に、センサキャビティの上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路が存在するので、上流側バッファ室から下流側バッファ室へ液体が流れる際の全体の流路抵抗を減らすことができる。しかもバイパス通路の流路抵抗は、センサキャビティよりも大きくなっているので、センサキャビティ側を必ず液体が通るようになり、センサキャビティに液体が残留した状態でバイパス通路だけを通って液体が流れることを防止でき、確実に液体の残留の有無を検知できる。

請求項２の発明によれば、両バッファ室の下端にバイパス通路があるので、液体残量低下時に、液体を、センサキャビティを通過せずに下端のバイパス通路を通して上流側から下流側に流すことができ、気泡を多く含んだ液体がバッファ室に残留し、またセンサキャビティ側に流入することによる検出の不安定さを減らすことができる。つまり、バッファ室の一番下にバイパス通路があることにより、バッファ室に残留するまたはセンサキャビティを通過する気泡の量を減らすことができ、検出の不安定領域を減らせて、検出精度を上げることができる。すなわち、下流側バッファ室が空になった後、上流側バッファ室の残液が下端のバイパス通路を通って下流側に排出されることになるので、センサキャビティが空の状態が安定し、検出の安定化を図ることができる。

請求項３の発明によれば、バイパス通路の少なくとも一つを、シールリングを介して組み合わせられた２つの部材の合わせ面間の隙間によって構成したので、そのバイパス通路に介しては、特別に孔や切欠などを設けて形成する必要がなく、構成の単純化が図れる。

以下、本発明の実施形態の液体検出機能付きのインクカートリッジ（液体検出機能を備えた容器）について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態のインクカートリッジが使用されるインクジェット式記録装置（液体噴射装置）の概略構成を示す。図１中符号１はキャリッジであり、このキャリッジ１は、キャリッジモータ２により駆動されるタイミングベルト３を介して、ガイド部材４に案内されてプラテン５の軸方向に往復移動されるように構成されている。

キャリッジ１の記録用紙６に対向する側にはインクジェット式記録ヘッド１２が搭載され、またその上部には記録ヘッド１２にインクを供給するインクカートリッジ１００が着脱可能に装着されている。

この記録装置の非印字領域であるホームポジション(図中、右側)にはキャップ部材１３が配置されており、このキャップ部材１３はキャリッジ１に搭載された記録ヘッド１２がホームポジションに移動した時に、記録ヘッド１２のノズル形成面に押し当てられてノズル形成面との間に密閉空間を形成するように構成されている。そして、キャップ部材１３の下方には、キャップ部材１３により形成された密閉空間に負圧を与えてクリーニング等を実施するためのポンプユニット１０が配置されている。

また、キャップ部材１３における印字領域側の近傍には、ゴムなどの弾性板を備えたワイピング手段１１が記録ヘッド１２の移動軌跡に対して例えば水平方向に進退できるように配置されていて、キャリッジ１がキャップ部材１３側に往復移動するに際して、必要に応じて記録ヘッド１２のノズル形成面を払拭することができるように構成されている。

図２は、インクカートリッジ１００の概略構成を示す斜視図である。このインクカートリッジ１００には、本実施形態の液体検出装置であるセンサユニット２００が内蔵されている。

インクカートリッジ１００は、内部にインク貯留部を備える樹脂製のカートリッジケース（容器本体）１０１と、カートリッジケース１０１の下端面を覆うように装着された樹脂製のカバー１０２とを有する。カバー１０２は、カートリッジケース１０１の下端面に貼られた各種の封止フィルムを保護するために設けられている。カートリッジケース１０１の下端面にはインク送出部１０３が突設され、インク送出部１０３の下端面には、インク送出口（図示略）を保護するためのカバーフィルム１０４が貼られている。

また、カートリッジケース１０１の細幅の側面には、センサユニット２００を収容するためのセンサ収容凹部１１０が設けられ、そのセンサ収容凹部１１０には、センサユニット２００とスプリング３００とが収容されている。このスプリング３００は、後述するが、センサユニット２００を、センサ収容凹部１１０内底部のセンサ受壁１２０（図６参照）に押し付けてシールリング２７０（図６参照）を押し潰すことにより、センサユニット２００とカートリッジケース１０１との間のシール性の確保を行うものである。

センサ収容凹部１１０は、カートリッジケース１０１の細幅の側面に開口しており、その側面の開口からセンサユニット２００とスプリング３００とが挿入されている。そして、センサ収容凹部１１０の側面の開口は、センサユニット２００及びスプリング３００を内部に収納した状態で、外側から基板５００の付いた封止カバー４００で塞がれている。

図３はセンサユニット２００と、スプリング３００と、封止カバー４００と、基板５００の各構成を示す分解斜視図である。また、図４はセンサユニット２００の分解斜視図、図５は別の角度から見たセンサユニット２００の分解斜視図、図６はインクカートリッジ１００のセンサユニット収容部分の縦断面図である。また、図７はセンサユニット２００の要部の断面図、図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視断面図、図９は図６の要部拡大図、図１０は図９のＸ−Ｘ矢視断面図である。

図６に示すように、カートリッジケース１０１のセンサ収容凹部１１０の内底部には、センサユニット２００の下端を受けるためのセンサ受壁１２０が設けられている。センサ受壁１２０は、その上面にセンサユニット２００が載り、スプリング３００の弾性力で、センサユニット２００の下端のシールリング２７０が圧接する部分である。

このセンサ受壁１２０の下側には、隔壁（仕切壁）１２７を挟んで互いに区分された上流側と下流側の一対のセンサバッファ室１２２、１２３が設けられている。これら上流側と下流側のセンサバッファ室１２２、１２３は水平方向に並んでおり、その上側のセンサ受壁１２０には、センサバッファ室１２２、１２３に対応させて一対の連通口（連通路）１３２、１３３が設けられている。カートリッジケース１０１の内部には、図示しないが、貯留したインクを外部に送出するための送出通路が設けられており、送出通路の終端付近（インク送出口付近）に位置させてセンサ収容凹部１１０が設けられ、そのセンサ収容凹部１１０内にセンサユニット２００が配設されている。

この場合、上流側センサバッファ室１２２は、上流側センサバッファ室１２２の下端に設けられた導入孔１２４を介して上流側の送出通路に連通され、下流側センサバッファ室１２３は、下流側センサバッファ室１２３の下端に設けられた導出孔１２５を介して、インク送出口に近い下流側の送出通路に連通されている。

また、センサバッファ室１２２、１２３の下面は、剛性壁で封じられていても構わないが、この実施形態では開口しており、その開口が樹脂製の薄い柔軟性を有する封止フィルム１０５によって覆われている。

センサユニット２００は、図４及び図５に示すように、上面に凹所２１１を有する樹脂製でプレート状のユニットベース２１０と、ユニットベース２１０の上面の凹所２１１に収容された金属製でプレート状のセンサベース２２０と、センサベース２２０の上面に載置固定されたセンサチップ２３０と、センサベース２２０とユニットベース２１０を固着する接着フィルム２４０と、ユニットベース２１０の上側に配された一対の端子プレート２５０と、端子プレート２５０の押さえとセンサチップ２３０の保護を行うプレート状の押さえカバー２６０と、ユニットベース２１０の下面に配されたゴム製のシールリング２７０と、から構成されている。

各部品の詳細を述べると、ユニットベース２１０は、図５に示すように、上面中央にセンサベース２２０の嵌まる凹所２１１を有すると共に、凹所２１１の周囲の上面壁２１４の外側に、上面壁２１４よりも一段高く設定された取付壁２１５を有する。取付壁２１５は凹所２１１を挟んで対向するように一対設けられており、取付壁２１５上に位置させて、ユニットベース２１０の上面の四隅には４つの支持ピン２１６が立設されている。また、凹所２１１の底壁には、円形の貫通孔よりなる入側流路（上流側連通路）２１２と出側流路（下流側連通路）２１３が設けられている。また、ユニットベース２１０の下面には、図４に示すようにシールリング２１７の嵌まる長円形の凸部２１７が設けられ、前記入側流路２１２と出側流路２１３はこの凸部２１７上に位置している。なお、シールリング２７０は、ゴム製のリングパッキンよりなり、下面に断面半円状の環状凸部２７１を有している。

センサベース２２０は、センサの音響特性の向上を図る目的で、樹脂よりも剛性の高いステンレス等の金属プレートによって構成されている。センサベース２２０は、四つの角を面取りした矩形板状をなし、ユニットベース２１０の入側流路２１２及び出側流路２１３に対応した、２つの貫通孔よりなる入側流路（上流側連通路）２２２及び出側流路（下流側連通路）２２３を有している。

このセンサベース２２０の上面には、例えば両面接着フィルムの貼り付けや接着剤の塗布などによって接着層２４２が形成されており、この接着層２４２の上に、センサチップ２３０が搭載され固着されている。

センサチップ２３０は、検出対象のインク（液体）を受け入れるセンサキャビティ２３２を有しており、センサキャビティ２３２の下面をインクの受け入れを可能とするために開放し、上面を振動板２３３で塞いで、振動板２３３の上面に圧電素子２３４を配した構成をなしている。

具体的に述べると、センサチップ２３０は、図６及び図７に示すように、円形開口よりなるセンサキャビティ２３２を中心に有するセラミック製のチップ本体２３１と、チップ本体２３１の上面に積層され、センサキャビティ２３２の底面壁を構成する振動板２３３と、振動板２３３の上に積層された圧電素子２３４と、チップ本体２３１の上に積層された端子２３５、２３６とで構成されている。

また、図９に示すように、センサチップ２３０の主要部であるチップ本体２３１は、センサベース２２０側の第１層２３１Ａと振動板２３３側の第２層の２層構造になっている。図１２（ａ）に示すように、第１層２３１Ａには、上流側及び下流側の流路の一部をなす２つの円形の孔２３１ｈが設けられ、図１２（ｂ）に示すように、第２層２３１Ｂのセンサキャビティ２３２は、第１層２３１Ａの２つの孔２３１ｈを含むように長円形に形成してある。そして、第１層２３１Ａの上に第２層２３１Ｂを重ねたセンサチップ２３０が、センサベース２２０に固着されることによって、図１２（ｃ）に示すように、第１層２３１Ａの孔２３１ｈは、センサベース２２０の入側流路２２２と出側流路２２３に重なるように形成されている。

圧電素子２３４は、具体的に図示しないが、前記各端子２３５、２３６に接続された上下の電極層と、上下の電極層の間に積層された圧電層とからなるものであり、例えば、センサキャビティ２３２内のインクの有無による電気特性の違いでインクエンドを判断する機能を果たす。圧電層の材料としては、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）、または、鉛を使用しない鉛レス圧電膜、等を用いることができる。

センサチップ２３０は、チップ本体２３１の下面をセンサベース２２０の上面中央部に載せることにより、前記接着層２４２によってセンサベース２２０に一体に固着されており、その接着層２４２によって同時に、センサベース２２０とセンサチップ２３０間がシールされている。そして、センサベース２２０及びユニットベース２１０の入側流路２２２、２１２と出側流路２２３、２１３は、センサチップ２３０のセンサキャビティ２３２に連通している。この構成により、インクは、入側流路２１２、２２２を介してセンサキャビティ２３２に入り、出側流路２２３、２１３を介してセンサキャビティ２３２から排出されるようになる。

このようにセンサチップ２３０が搭載された金属製のセンサベース２２０は、ユニットベース２１０の上面の凹所２１１に収容されている。そして、その上から樹脂製の接着フィルム２４０を被せることにより、センサベース２２０とユニットベース２１０が一体に接着されている。

即ち、接着フィルム２４０は、中央に開口２４１を有しており、センサベース２２０をユニットベース２１０の上面の凹所２１１に収容した状態でその上から被せることにより、中央の開口２４１からセンサチップ２３０を露出させている。また、接着フィルム２４０の内周側を、センサベース２２０の上面に接着層２４２を介して接着させ、且つ、外周側をユニットベース２１０の凹所２１１の周囲の上面壁２１４に接着させることにより、つまり、接着フィルム２４０を２部品（センサベース２２０とユニットベース２１０）の上面に跨って貼り付けることにより、センサベース２２０とユニットベース２１０間を互いに固着すると同時にシールしている。

この場合、センサベース２２０の上面は、ユニットベース２１０の凹所２１１より上側に突出しており、接着フィルム２４０は、ユニットベース２１０の凹所２１１の周囲の上面壁２１４に対する接着位置よりも高い位置で、センサベース２２０の上面に接着されている。このように、センサベース２２０に対するフィルム接着面の高さを、ユニットベース２１０に対するフィルム接着面の高さよりも上の位置に設定したことにより、段差をもってセンサベース２２０を接着フィルム２４０で押え付けることができ、ユニットベース２１０に対するセンサベース２２０の固着力の強化を図ることができる。また、ガタツキのない取付も可能となる。

また、各端子プレート２５０は、帯状の基板部２５１と、基板部２５１の側縁に突設されたバネ片２５２と、基板部２５１の両側に形成された取付孔２５３と、基板部２５１の両端に形成された折曲片２５４とを有するもので、それぞれ取付孔２５３に支持ピン２１６を通して位置決めした状態で、ユニットベース２１０の取付壁２１５の上面に配置されている。そして、その上から押さえカバー２６０を載せることで、ユニットベース２１０と押さえカバー２６０とにより挟持され、その状態で、各バネ片２５２が、センサチップ２３０の上面の端子２３５、２３６に接触導通している。

押さえカバー２６０は、端子プレート２５０の基板部２５１を挟みながらユニットベース２１０の取付壁２１５の上面に載る平板部２６１と、平板部２６１の四隅に配され、ユニットベース２１０の支持ピン２１６に嵌まる４つの取付孔２６２と、平板部２６１の中央上面に設けられた立壁２６３と、立壁２６３に設けられたスプリング受座２６４と、平板部２６１の下面に設けられ、端子プレート２５０のバネ片２５２の逃げを作る凹部２６５とを有し、端子プレート２５０を上から押さえ付けながらユニットベース２１０の上面に載せられることで、ユニットベース２１０の上面の凹所２１１に収容されたセンサプレート２２０及びセンサチップ２３０を保護している。

以上の部品によりセンサユニット２００を組み立てるには、まず、センサベース２２０の上面全面に接着層２４２を形成し、その接着層２４２の上にセンサチップ２３０を載置することで、センサチップ２３０とセンサベース２２０間を接着層２４２によって一体に固着すると共にシールする。

次いで、そのセンサチップ２３０と一体になったセンサベース２２０を、ユニットベース２１０の上面の凹所２１１に収容し、その状態で、上方から接着フィルム２４０を被せることで、接着フィルム２４０の内周側をセンサベース２２０の上面に接着層２４２を介して接着させ、外周側をユニットベース２１０の凹所２１１の周囲の上面壁２１４に接着させる。それにより、センサベース２２０とユニットベース２１０間を、接着フィルム２４０によって一体に固着すると共にシールすることができる。

次に、端子プレート２５０を、取付孔２５３をユニットベース２１０の支持ピン２１６に嵌めながら、ユニットベース２１０の上に配設し、その上から押さえカバー２６０を配置する。また、任意の段階で、ユニットベース２１０の下面の凸部２１７にシールリング２７０を嵌めておく。以上により、センサユニット２００を組み立てることができる。

センサユニット２００は、以上のように構成されており、カートリッジケース１００のセンサ収容凹所１１０にスプリング３００と一緒に収容されている。そして収容された状態で、図６に示すようにスプリング３００が押さえカバー２６０を下向きに押圧することにより、センサユニット２００の下面に設けたシールリング２７０が潰れながらセンサ収容凹所１１０内のセンサ受壁１２０に圧接し、これにより、センサユニット２００とカートリッジケース１０１の間のシール性が確保されている。

このような組み付けが行われることにより、シール性が確保された条件の下で、カートリッジケース１０１内の上流側バッファ室１２２が、センサ受壁１２０の連通口（上流側連通路）１３２を介してセンサユニット２００内の入側流路（上流側連通路）２１２、２２２に連通され、カートリッジケース１０１内の下流側バッファ室１２３が、センサ受壁１２０の連通口（下流側連通路）１３３を介してセンサユニット２００内の出側流路（下流側連通路）２１３、２２３に連通される。そして、入側流路２１２、２２２、センサキャビティ２３２、出側流路２１３、２２３は、この順に上流側から並ぶように、カートリッジケース１０１内の送出通路に直列に介在することになる。

ここで、センサキャビティ２３２につながる上流側の流路は、流路断面の大きな上流側バッファ室１２２、及び、流路断面の小さなセンサ受壁１２０の連通口１３２、センサユニット２００内の入側流路２１２、２２２で構成される。また、センサキャビティ２３２につながる下流側の流路は、流路断面の大きな下流側バッファ室１２３、及び、流路断面の小さなセンサ受壁１２０の連通口１３３、センサユニット２００内の出側流路２１３、２２３で構成される。

従って、上流側バッファ室１２２から下流側バッファ室１２３までのインク流路は、センサキャビティ２３２をＵターンの頂点とする、垂直方向のＵ字状経路をなしている。それにより、送出通路の上流側から流れてきたインクは、導入孔１２４から上流側バッファ室１２２に流れ込み、上流側連通路（連通口１３２、入側流路２１２、２２２）を介してセンサキャビティ２３２に入り、次いで、センサキャビティ２３２から下流側連通路（出側流路２２３、２１３）及び下流側バッファ室１２３を通って、導出孔１２５から送出通路の下流側に排出されることになる。

ここで、重要なことは、図９、図１０に示すように、上流側バッファ室１２２から下流側バッファ室１２３までの流路間には、センサキャビティ２３２の上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路１４１〜１４４が設けられていることである。これらのバイパス通路１４１〜１４４は、センサキャビティ２３２を通過するよりも流路抵抗が大きくなるような孔や切欠によって形成されている。例えば、図１０に示すようにあるバイパス通路１４２の場合は、隣接する部品の合わせ面間の隙間の位置に切欠を設けることで、これをバイパス通路１４２としている。また、一つのバイパス通路１４１は、両バッファ室１２２、１２３の下端に配置してある。

なお、センサキャビティ２３２につながる流路のうち、バッファ室１２２、１２３に比較して流路断面の小さな連通路（連通口１３２、１３３、入側流路２１２、２２２、２１３、２２３）は、狭隘流路となっている。

また、センサ収容凹所１１０の側面開口を塞ぐ封止カバー４００は、図３に示すように、板状の本体４０１の外面に基板５００の嵌まる凹部４０２を設け、凹部４０２の底壁に、各端子プレート２５０の折曲片２５４の露出する開口４０３と、基板５００の位置決め用のピン４０６、４０７とを設け、本体４０１の内面に、センサ収容凹所１１０内の所定部位に係止する係止爪４０５を突設した構成を有しており、センサユニット２００及びスプリング３００をセンサ収容凹所１１０の内部に収容した状態で、カートリッジケース１０１に取り付けられている。この状態で、封止カバー４００の凹部４０２に基板５００を取り付けることにより、基板５００の所定の接点５０１と端子プレート２５０とが接触導通する。なお、基板５００には、位置決め用のピン４０６、４０７と係合する切欠５０６や孔５０７が設けられている。

次に、センサユニット２００によるインクの検出原理について説明する。
インクカートリッジ１０１内のインクが消費される際には、貯留されたインクは、センサユニット２００のセンサキャビティ２３２を経由して、インク送出部１０３からインクジェット式記録装置の記録ヘッド１２へ送られる。

この際、インクカートリッジ１００内にインクが十分に残っている段階では、センサキャビティ２３２内はインクで満たされている。一方、インクカートリッジ１００内のインク残量が少なくなると、センサキャビティ２３２内にインクが存在しない状態となる。

そこで、センサユニット２００は、この状態の変化に起因する音響インピーダンスの相違を検出する。それによって、インクが十分に残っている状態であるか、あるいは、ある一定以上のインクが消費されて残量が少なくなった状態であるか、を検知することができる。

具体的には、圧電素子２３４に電圧を印加すると、圧電素子２３４の変形に伴い振動板２３３が変形して、センサキャビティ２３２を介してバッファ室１２２、１２３に向けて振動波が出射される。この振動板２３３から出射された振動波は、バッファ室１２２、１２３の先端（本実施形態では封止フィルム）で反射して戻ってきて、その波が振動板２３３を揺らし、この往復する波が減衰するまでこれを繰り返す。

圧電素子２３４を強制的に変形させた後、電圧の印加を解除すると、しばらくは、たわみ振動が振動板２３３に残留する。この残留振動は、振動板２３３とキャビティ２３２内の媒体との自由振動である。従って、圧電素子２３４に印加する電圧をパルス波形あるいは矩形波とすることで、電圧を印加した後の振動板２３３と媒体との共振状態を容易に得ることができる。

この残留振動は、振動板２３３の振動であり、圧電素子２３４の変形を伴う。このため、残留振動に伴って圧電素子２３４は逆起電力を発生する。この逆起電力は、端子プレート２５０を介して外部で検出される。

このようにして検出された逆起電力によって共振周波数が特定できるので、この共振周波数に基づいてインクカートリッジ１００内のインクの有無を検出することができる。

以上の実施形態によれば、インクの送出通路の終端付近にバッファ室１２２、１２３を設け、そのバッファ室１２２、１２３に臨ませてセンサユニット２００を設け、センサユニット２００のセンサチップ２３０からバッファ室１２２、１２３に向けて振動波を出射し、バッファ室１２２、１２３からセンサキャビティ２３２に戻ってきた反射波に基づいて、バッファ室１２２、１２３やセンサキャビティ２３２内のインクの有無を検出するようにしているので、インクの波動やインク中の気泡の影響を受けにくい条件下で、インクの残量を検出することができる。

また、上流側バッファ室１２２から下流側バッファ室１２３へＵ字状の経路を通ってインクが流れるようになっているので、上流側バッファ室１２２から下流側バッファ室１２３へ直接空気が抜けにくくなる。また、上流側バッファ室１２２から下流側バッファ室１２３までの流路間に、センサキャビティ２３２の上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路１４１〜１４４が設けられているので、上流側バッファ室１２２から下流側バッファ室１２３へインクが流れる際の全体の流路抵抗が減る。しかもバイパス通路１４１〜１４４の流路抵抗は、センサキャビティ２３２を通過する場合よりも大きくなっていることから、センサキャビティ２３２側を必ずインクが通るようになり、センサキャビティ２３２にインクが残留した状態でバイパス通路１４１〜１４４だけを通ってインクや空気が流れることを防止でき、確実にインクの残留の有無を検知できる。

また、本実施形態では、両バッファ室１２２、１２３の下端に一つのバイパス通路１４１を設けているので、インク残量低下時に、バッファ室１２２に残留したインクを、センサキャビティ２３２を通過せずに下端のバイパス通路１４１を通して上流側から下流側に流すことができ、バッファ室１２２内における気泡が残留したり、気泡がセンサキャビティ２３２側に流れることによる検出の不安定さを減らすことができる。つまり、バッファ室１２２、１２３の一番下にバイパス通路１４１があることにより、バッファ室１２２に残留する及びセンサキャビティ２３２を通過する気泡の量を減らすことができ、検出の不安定領域を減らせて、検出精度を上げることができる。また、下流側バッファ室１２３が空になった後、上流側バッファ室１２２の残インクが下端のバイパス通路１４１を通って下流側に排出されることになるので、センサキャビティ２３２が空の状態が安定し、検出の安定化が図れる。

また、センサチップ２３０を金属製のセンサベース２２０の上に配置し、センサベース２２０を樹脂製のユニットベース２１０の上に配置し、ユニットベース２１０をセンサ受壁１２０の上に配置し、センサキャビティ２３２とバッファ室１２２、１２３を、センサベース２２０、ユニットベース２１０、及びセンサ受壁１２０にそれぞれ形成した連通路（上流側及び下流側流路２１２、２２２、２１３、２２３及び連通口１３２、１３３）を介して連通させているので、インクの波動やインク中の気泡の影響を受けずに、インクの残量を正確に検出することができる。また、樹脂製のユニットベース２１０とセンサチップ２３０との間に金属製のセンサベース２２０を介在させているので、音響特性を良好にすることができる。また、連通路（上流側及び下流側流路２１２、２２２、２１３、２２３及び連通口１３２、１３３）を狭隘流路としているので、音響特性上においてはバッファ室１２２、１２３の寸法を最適な条件に設定するだけで、吸収の少ない条件で反射波を振動板２３３上に捕らえることができ、高い感度を保つことができる。

図１１は、本発明の他の実施形態における図９と同様の部分を示す要部断面図である。本実施形態の図９の前記実施形態と違う第１の点は、一つのバイパス通路１４３ａを、弾性材料製のシールリング２７０を押し潰しならが組み合わせられた２つの部材（ユニットベース２１０とセンサ受壁１２０）の合わせ面（ユニットベース２１０の下面とセンサ受壁１２０の上面）間の隙間によって構成していることである。

つまり、ユニットベース２１０とセンサ受壁１２０の合わせ面間のシール性を確保する場合、シールリング２７０を所定の圧力で押し潰せばよく、必ずしも合わせ面同士を密着させなくてもよい。従って、合わせ面間に敢えて隙間を確保しておき、その隙間をバイパス通路１４３ａとして利用したのである。

図１３にその部分の断面を示すように、シールリング２７０で囲まれた内側の領域がバイパス通路１４３ａとして機能する合わせ面間の隙間であり、その領域に、ユニットベース２１０の入側流路２１２と出側流路２１３、センサ受壁１２０の入側および出側の連通口１３２、１３３が含まれている。

このようにバイパス通路１４３ａを、シールリング２７０を介して組み合わせた２つの部材（ユニットベース２１０とセンサ受壁１２０）の合わせ面間の隙間によって構成したので、そのバイパス通路１４３ａに介しては、特別に孔や切欠などを設けて形成する必要がなく、構成の単純化が図れる。

また、前記実施形態と同様に、センサチップ２３０の主要部であるチップ本体２３１は、センサベース２２０側の第１層２３１Ａと振動板２３３側の第２層の２層構造となっている。図１２（ａ）に示すように、第１層２３１Ａには、上流側及び下流側の流路の一部をなす２つの円形の孔２３１ｈが設けられ、図１２（ｂ）に示すように、第２層２３１Ｂにのみセンサキャビティ２３２が形成されている。この場合、第２層２３１Ｂのセンサキャビティ２３２は、第１層２３１Ａの２つの孔２３１ｈを含むように長円形に形成してある。また、図１２（ｃ）に示すように、第１層２３１Ａの孔２３１ｈは、センサベース２２０の入側流路２２２と出側流路２２３に重なるように形成してある。

本発明の実施形態のインクカートリッジが使用されるインクジェット式記録装置（液体噴射装置）の概略構成を示す斜視図である。本発明に実施形態のインクカートリッジの概略構成を示す分解斜視図である。図２のインクカートリッジに装備されるセンサユニット（液体検出装置）を始めとする部品の詳細構成を示す斜視図である。図３のセンサユニットの分解斜視図である。図３のセンサユニットの別の角度から見た分解斜視図である。図２のインクカートリッジのセンサユニットを装着した部分の縦断面図である。図６のセンサユニットの要部拡大断面図である。図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視断面図である。図６のセンサユニットの要部拡大断面図である。図９のＸ−Ｘ矢視断面図である。本発明の他の実施形態における図９と同様の部分を示す要部断面図である。（ａ）は、図９及び図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ矢視断面図である。（ｂ）は、ＸＩＩ−ＸＩＩ断面を（ａ）と逆方向からみた図である。（ｃ）は、（ａ）の断面図の上に（ｂ）の断面図を重ねた図である。図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ矢視断面図である。

符号の説明

１００インクカートリッジ（液体検出機能を備えた容器）
１０１カートリッジケース（容器本体）
１２０センサ受壁
１２２上流側センサバッファ室
１２３下流側センサバッファ室
１２７隔壁（仕切壁）
１４１〜１４４，１４３ａバイパス通路
２００センサユニット
２１０ユニットベース
２２０センサベース
２３０センサチップ
２３２センサキャビティ
２３３振動板
２３４圧電素子
２７０シールリング

Claims

内部に貯留した液体を外部に送出する送出通路を有した容器本体と、
前記送出通路の終端付近に直列に介在され、仕切壁を介して互いに隣り合う上流側及び下流側の一対のバッファ室と、
前記上流側及び下流側の両バッファ室に臨むように設けられたセンサユニットと、を備え、
前記センサユニットは、センサチップを有し、
前記センサチップは、上流側バッファ室及び下流側バッファ室に共に連通することで、上流側バッファ室から下流側バッファ室へのＵ字状の通過経路の一部をなすセンサキャビティと、
前記センサキャビティの前記両バッファ室に連通した側と反対側の開口面を塞ぐ振動板と、
前記振動板の前記センサキャビティと反対側の面に設けられ、前記振動板を介して前記センサキャビティ及び前記上流側バッファ室及び前記下流側バッファ室に向けて振動波を出射すると共に、両バッファ室から返ってくる反射波を振動板を介して受けることで電気信号に変換する圧電素子と、を有し、
前記上流側バッファ室から前記下流側バッファ室までの流路間には、前記センサキャビティの上流側と下流側とをバイパスすると共に前記センサキャビティよりも流路抵抗の大なるバイパス通路が設けられていることを特徴とする液体検出機能を備えた容器。
請求項１に記載の液体検出機能を備えた容器であって、
前記上流側及び下流側のバッファ室が水平方向に並べて設けられ、
前記センサキャビティが、前記振動板を自身の上面側に位置させて、前記両バッファ室の上部に下向きに臨んで連通され、
前記振動板は、前記センサキャビティを介して前記バッファ室の下面に対向しており、
前記両バッファ室の下端には、少なくとも前記バイパス通路の一つが形成されていることを特徴とする液体検出機能を備えた容器。
請求項１に記載の液体検出機能を備えた容器であって、
前記バイパス通路の少なくとも一つが、弾性材料製のシールリングを押し潰しながら組み合わせられた２つの部材の合わせ面間の隙間によって構成されていることを特徴とする液体検出機能を備えた容器。