JP4894233B2 - 液体検出機能を備えた容器 - Google Patents

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。

本発明の目的は、以下の構成により達成される。
（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介在されたバッファ室と、
前記バッファ室に臨むように設けられたセンサユニットと、を有し、
前記センサユニットに含まれるセンサチップは、
前記バッファ室と連通するセンサキャビティと、該センサキャビティの前記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、該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、振動板を介してセンサキャビティ及びバッファ室に向けて振動波を出射すると共に、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、
前記バッファ室は、仕切壁を介して互いに隣り合う上流側バッファ室と下流側バッファ室とを備え、
前記上流側バッファ室は、その上流部が前記送出通路の上流側に導入孔を介して連通すると共に下流部が上流側連通路を介して前記センサキャビティに連通し、
前記下流側バッファ室は、その上流部が下流側連通路を介して前記センサキャビティに連通すると共に下流部が前記送出通路の下流側に導出孔を介して連通しており、
前記送出通路の上流側から流れてきた液体は、前記導入孔から前記上流側バッファ室に流れ込み、前記上流側連通路を介して前記センサキャビティに入り、そして前記センサキャビティから前記下流側連通路及び前記下流側バッファ室を通って、前記導出孔から前記送出通路の下流側に排出されるように構成され、
前記導入孔は、前記センサキャビティから最も離れた位置で前記上流側バッファ室に連通しており、
前記上流側バッファ室のインク流に垂直な流路断面の大きさは、前記液体が前記導入孔からセンサキャビティに向けて流れるときに、少なくとも幅方向または高さ方向長さが液体の表面張力によって略半球形のメニスカスを形成できる程度の小断面に設定されていることを特徴とする容器。
（２） （１）に記載の容器であって、
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及び前記連通路を介して前記バッファ室の下面に対向しており、
前記導入孔は、前記センサキャビティから見た場合の視野から外れた隠れた位置で前記上流側のバッファ室の下端に連通され、
前記バッファ室の下面から上面までの高さが２ｍｍ以内に設定されていることを特徴とする容器。
（３） （２）に記載の容器であって、
前記導入孔の径または対向面間の寸法が０．６〜０．７ｍｍに設定されていることを特徴とする容器。
（４） （１）〜（３）のいずれかに記載の容器であって、
前記センサユニットと前記上流側及び下流側バッファ室との間に、センサユニットが液密に装着されるセンサ受壁が設けられ、
一方、前記センサユニットは、前記センサチップに加え、
前記センサチップを載置固定する金属製のセンサベースと、該センサベースを載置固定すると共に前記センサ受壁にセンサユニットを装着したときセンサ受壁と液密に当接する樹脂製のユニットベースと、を有し、
前記センサベース、前記ユニットベース、及び前記センサ受壁に、前記上流側及び下流側連通路が設けられ、
前記上流側及び下流側連通路が、前記上流側バッファ室及び下流側バッファ室に比べて流路断面が小さな狭隘流路と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。
（５） （１）〜（４）のいずれかに記載の容器であって、
前記導入孔から前記上流側バッファ室の上流側連通路への出口までの間に、バッファ室内の隅部への残液の留まりを防止または隅部に溜まった残液の流れ出しを防止するガイド壁を設けたことを特徴とする容器。
（６） （５）に記載の容器であって、
前記下流側バッファ室の下流側連通路からの入口と前記導出孔との間に、前記上流側バッファ室のガイド壁と同様のガイド壁を設けたことを特徴とする容器。

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。

特に、バッファ室のインク流に垂直な流路断面の大きさを、液体が導入孔からセンサキャビティに向けて流れるときに、少なくとも幅方向または深さ方向に液体の表面張力によって略半球形のメニスカス（空気と液体の曲面状界面）を形成できる程度の小断面に設定してあるので、液体より先に気泡がセンサキャビティ側に送られる現象を防止することができる。つまり、センサチップの手前で空気と液体が混じり合った状態ができにくくなるため、センサチップによる検出波形が安定し、液体のエンドを検出しやすくなる。

また、本発明によれば、バッファ室の高さを２ｍｍ以内に設定したので、センサチップ側への気泡の侵入をより確実に防ぐことができ、液体のエンドの検出精度を上げることができる。

また、本発明によれば、バッファ室へ液体を導入する導入孔の径または対向面間の寸法が０．６〜０．７ｍｍに設定されているので、センサチップ側への気泡の侵入を更に確実に防ぐことができ、液体のエンドの検出精度を上げることができる。

また、本発明によれば、センサチップを金属製のセンサベースの上に配置し、センサベースを樹脂製のユニットベースの上に配置し、ユニットベースをセンサ受壁の上に配置し、センサキャビティとバッファ室を、センサベース、ユニットベース、及びセンサ受壁にそれぞれ形成した連通路を介して連通させているので、液体の波動や液体中の気泡の影響を受けずに、液体の残量等を検出することができる。また、樹脂製のユニットベースとセンサチップとの間に金属製のセンサベース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、前記連通路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上に捕らえることができ、高い感度を保つことができる。

また、本発明によれば、上流側バッファ室への導入孔から上流側バッファ室の上流側連通路への出口までの間に、バッファ室内の隅部への残インクの留まりを防止または隅部に溜まった残液の流れ出しを防止するガイド壁を設けたので、液体エンド検出後に残液がセンサキャビティに間違って流れ込んで、その結果、液体がまだ有ると誤検出するおそれを無くすことができる。

また、本発明によれば、下流側バッファ室にも上流側バッファ室と同様のガイド壁を設けたので、上流側バッファ室と下流側バッファ室の振動特性をそろえることができ、特性のバラツキを抑えることができる。

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は部品寸法の説明に用いる図６の要部の拡大図である。

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１２２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。このようにバッファ室１２２、１２３の下面開口が薄い封止フィルム１０５で覆われている場合、後述する振動系を考える上では、バッファ室１２２、１２３の先端が開端の扱いとなる。また、開口の代わりに剛性壁で覆った場合は、閉端の扱いとなる。

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２７０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。

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、インク流に垂直な流路断面の大きな上流側バッファ室１２２、及び、インク流に垂直な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、インク流に垂直な流路断面の大きな下流側バッファ室１２３、及び、インク流に垂直な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、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。

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、図９に示すように、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Ｋが出射される。この振動板２３３から出射された振動波Ｋは、バッファ室１２２、１２３の先端（本実施形態では開端）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。

ところで、このような原理でインク残量を検出する場合、気泡が混入した状態でインクが上流側バッファ室１２２に流入すると、その気泡が混入したままのインクがセンサキャビティ２３２にまで流れ込む可能性がある。センサキャビティ２３２にまで気泡が侵入すると、圧電素子２３４により安定した音響波形が検出できなくなり、インクエンドの検出が困難になることがある。

そこで、本実施形態では、上流側バッファ室１２２の流路断面の大きさを、インクが導入孔１２４からセンサキャビティ２３２に向けて流れるときに、液体の表面張力によって略半球形のメニスカスを形成できる程度のサイズを有する小断面に設定している。

具体的には、図９に示すように、バッファ室１２２、１２３の下面から上面までの高さＨ１を２ｍｍ以内に設定している。また、少なくとも上流側バッファ室１２２に連通する導入孔１２４を、センサユニット２００から一番離れた位置で、しかも、センサキャビティ２３２から見た場合の視野から外れた隠れた位置で上流側のバッファ室１２２の下端に連通させている。また、この場合の導入孔１２４の径または対向面間の寸法Ｈ２は、インクが流れる際にメニスカスＭを形成できるように０．６〜０．７ｍｍに設定してある。なお、断面形状としては、特に限定されず、少なくとも幅方向または深さ方向長さがメニスカスを形成できる程度のサイズを有していればよい。

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Ｋ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、送出通路の上流側から導入孔１２４を経て流れてきたインクが、上流側バッファ室１２２から上流側連通路（センサ受壁１２０の連通口１３２、ユニットベース２１０及びセンサベース２２０の入側流路２１２、２２２）を介してセンサキャビティ２３２に供給され、センサキャビティ２３２から下流側連通路（ユニットベース２１０及びセンサベース２２０の出側流路２１３、２２３及びセンサ受壁１２０の連通口１３３）及び下流側バッファ室１２３を介して導出孔１２５より送出通路の下流側に排出されるように構成されているので、センサキャビティ２３２をインクが流れる流路の一部とすることができ、センサキャビティ２３２にインクや気泡が滞留することによる誤検出を極力防止することができる。

特に、上流側バッファ室１２２の流路断面の大きさを、インクが導入孔１２４からセンサキャビティ２３２に向けて流れるときに、インクの表面張力によって略半球形のメニスカス（空気と液体の曲面状界面）Ｍを形成できる程度の小断面に設定してある（具体的には、上流側バッファ室１２２の高さを２ｍｍ以内に設定してある）ので、インクより先に気泡がセンサキャビティ２３２側に送られる現象を防止することができる。つまり、センサチップ２３０の手前で空気とインクが混じり合った状態ができにくくなるため、センサチップ２３０による検出波形が安定し、インクエンドを検出しやすくなる。また、バッファ室１２２へ液体を導入する導入孔１２４の径または対向面間の寸法を０．６〜０．７ｍｍに設定したことにより、センサチップ２３０側への気泡の侵入を更に確実に防ぐことができる。

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。

次に、本発明の他の実施形態を図１０〜図１２を用いて説明する。
図１０は、本発明の他の実施形態の説明図であり、図９のＸ−Ｘ断面を矢印Yからみた斜視図であり、図１１は図９のＸ−Ｘ矢視相当図である。図１２は本発明の更に他の実施形態の図１１と同様の図である。

この実施形態では、上流側バッファ室１２２内の導入孔１２４からセンサ受壁１２０の連通口（上流側連通路）１３２までの間に、バッファ室１２２内の隅部に溜まった残インクＩｐ（残液）の流れ出しを防止するためのガイド壁１２２Ｗを設けている。

特に本例では、バッファ室１２２内のインクが残留しやすい隅部を隠すように一対のリブ状のガイド壁１２２Ｗを設けることによって、隅部に溜まった残インクＩｐをトラップして、インクエンド検出後に無用に連通口１３２側に流れ出さないようにしている。これにより、インクエンド検出後に残インクがセンサキャビティ２３２（図９参照）に間違って流れ込んで、その結果、インクがまだ有ると誤検出するおそれを無くすことができる。

また、下流側バッファ室１２３においても、センサ受壁１２０の連通口（下流側連通路）１３３から導出孔１２５までの間に、上流側バッファ室１２２のガイド壁１２２Ｗと同様のガイド壁１２３Ｗが設けられている。このように下流側バッファ室１２３にも上流側バッファ室１２２と同様のガイド壁１２３Ｗを設けたことにより、上流側バッファ室１２２と下流側バッファ室１２３の振動特性をそろえることができ、特性のバラツキを抑えることができる。

なお、図１２に示すように、ガイド壁１２３Ｗの背後を埋めてバッファ室１２２、１２３内のインクが残留しやすい隅部を無くしてもよい。そうすれば、残インクの溜まりを無くせるので、インクエンド後に残インクがセンサキャビティ２３２（図９参照）に間違って流れ込んで、その結果、インクがまだ有ると誤検出するおそれを完全に無くすことができる。

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。 部品の寸法関係を説明するための、図６のセンサユニットの要部拡大断面図である。 本発明の他の実施形態の説明図であり、図９のＸ−Ｘ断面を矢印Yからみた斜視図である。 図９のＸ−Ｘ矢視相当図である。 本発明の更に他の実施形態の図１１と同様の図である。

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
１２２Ｗ，１２３Ｗ ガイド壁
１２４ 導入孔
１２５ 導出孔
１２７ 隔壁（仕切壁）
１３２ 連通口（上流側連通路）
１３３ 連通口（下流側連通路）
２００ センサユニット
２１０ ユニットベース
２１２ 入側流路（上流側連通路）
２１３ 出側流路（下流側連通路）
２２０ センサベース
２２２ 入側流路（上流側連通路）
２２３ 出側流路（下流側連通路）
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
Ｍ メニスカス

Claims (6)

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介在されたバッファ室と、
   前記バッファ室に臨むように設けられたセンサユニットと、を有し、
   前記センサユニットに含まれるセンサチップは、
   前記バッファ室と連通するセンサキャビティと、該センサキャビティの前記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、該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、振動板を介してセンサキャビティ及びバッファ室に向けて振動波を出射すると共に、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、
   前記バッファ室は、仕切壁を介して互いに隣り合う上流側バッファ室と下流側バッファ室とを備え、
   前記上流側バッファ室は、その上流部が前記送出通路の上流側に導入孔を介して連通すると共に下流部が上流側連通路を介して前記センサキャビティに連通し、
   前記下流側バッファ室は、その上流部が下流側連通路を介して前記センサキャビティに連通すると共に下流部が前記送出通路の下流側に導出孔を介して連通しており、
   前記送出通路の上流側から流れてきた液体は、前記導入孔から前記上流側バッファ室に流れ込み、前記上流側連通路を介して前記センサキャビティに入り、そして前記センサキャビティから前記下流側連通路及び前記下流側バッファ室を通って、前記導出孔から前記送出通路の下流側に排出されるように構成され、
   前記導入孔は、前記上流側バッファ室に連通しており、
   前記上流側バッファ室のインク流に垂直な流路断面の大きさは、前記液体が前記導入孔からセンサキャビティに向けて流れるときに、少なくとも幅方向または高さ方向長さが液体の表面張力によって略半球形のメニスカスを形成できる程度の小断面に設定されていることを特徴とする容器。
2. 請求項１に記載の容器であって、
   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及び前記連通路を介して前記バッファ室の下面に対向しており、
   前記導入孔は、前記センサキャビティから見た場合の視野から外れた隠れた位置で前記上流側のバッファ室の下端に連通され、
   前記バッファ室の下面から上面までの高さが２ｍｍ以内に設定されていることを特徴とする容器。
3. 請求項２に記載の容器であって、
   前記導入孔の径または対向面間の寸法が０．６〜０．７ｍｍに設定されていることを特徴とする容器。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の容器であって、
   前記センサユニットと前記上流側及び下流側バッファ室との間に、センサユニットが液密に装着されるセンサ受壁が設けられ、
   一方、前記センサユニットは、前記センサチップに加え、
   前記センサチップを載置固定する金属製のセンサベースと、該センサベースを載置固定すると共に前記センサ受壁にセンサユニットを装着したときセンサ受壁と液密に当接する樹脂製のユニットベースと、を有し、
   前記センサベース、前記ユニットベース、及び前記センサ受壁に、前記上流側及び下流側連通路が設けられ、
   前記上流側及び下流側連通路が、前記上流側バッファ室及び下流側バッファ室に比べて流路断面が小さな狭隘流路と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。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の容器であって、
   前記導入孔から前記上流側バッファ室の上流側連通路への出口までの間に、バッファ室内の隅部への残液の留まりを防止または隅部に溜まった残液の流れ出しを防止するガイド壁を設けたことを特徴とする容器。
6. 請求項５に記載の容器であって、
   前記下流側バッファ室の下流側連通路からの入口と前記導出孔との間に、前記上流側バッファ室のガイド壁と同様のガイド壁を設けたことを特徴とする容器。

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