JP5634718B2 - インクジェットプリンタおよび液体検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、インク等の液体を検出する液体検出センサ及び液体検出方法に関する。

従来から、インクタンク内のインクを検出するセンサとして、磁気センサや光学式センサが知られている。例えば、特許文献１に記載の磁気センサは、インクタンク内に配置されたガイド軸内に設けられたリードスイッチと、このリードスイッチを包囲するマグネットを内蔵し、ガイド軸に沿って移動自在に設けられたフロートとを備えている。この磁気センサでは、インクの増減に応じて移動するフロートの位置をリードスイッチによって検出し、インクタンク内の液面の位置を検出している。

また、特許文献２に記載の光学式センサは、透過性の部材から成るインクタンクに設けられた光反射面に対して光を照射する発光素子と、この発光素子から照射されて光反射面にて反射した光を受光する受光素子とを備えている。この光学式センサでは、光反射面によって反射されて受光素子にて受光した光の強度に基づいて、インクタンク内のインクの有無を検出している。

特開２０００−２０３０５７号公報 特開２０００−１９０５２０号公報

しかしながら、上記従来のセンサは、以下のような問題がある。すなわち、特許文献１に記載の磁気センサでは、インクの表面張力等によってフロートがインクタンクの内壁に張り付くことがあり、安定したインクの検出ができないといった問題がある。また、特許文献２に記載の光学式のセンサでは、不透明なインクがインクタンク内に充填された場合、インクの色材の乱反射によって受光素子が受光する光の強度が変化し、インクを誤検出するおそれがある。そのため、全てのインク種に対応することができないといった問題がある。

本発明は、上記課題解決のためになされたものであり、様々なインク種に対応でき、且つインクの誤検出を防止できる液体検出センサ及び液体検出方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る液体検出センサは、容器内に設けられ、容器内の液体を検出する液体検出センサであって、光を照射する投光部と、液体の屈折率を基準とする所定範囲内の屈折率を有し、投光部から照射された光を入射する入射面、液体と接触すると共に入射面から入射した光を反射する反射面、及び液体と接触すると共に反射面において反射した光を出射する出射面を有する反射部と、投光部及び反射部と離間して設けられ、出射面から出射された光を受光する受光部とを備えることを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るインクジェットプリンタは、容器内に設けられ、容器内の液体を検出する液体検出センサを備えているインクジェットプリンタであって、光を照射する投光部と、液体の屈折率を基準とする所定範囲内の屈折率を有し、投光部から照射された光を入射する入射面、液体と接触すると共に入射面から入射した光を反射する反射面、及び液体と接触すると共に反射面において反射した光を出射する出射面を有する断面三角形状を成し、容器の深さ方向に延在するプリズムと、投光部及びプリズムと離間して設けられ、反射面で全反射された出射面から出射された光を受光する受光部とを備え、プリズムと受光部との間に液体が存在しない場合には、投光部から入射面に至る光路は、液体から隔離されて、投光部から照射された光がプリズムの反射面によって反射された受光部に受光され、プリズムと受光部との間に透過性を有する液体が存在する場合には、投光部から照射された光がプリズムの反射面において反射されずに当該液体に放射されて受光部において光が受光されないことを特徴とする液体検出センサを備えている。

また、投光部から入射面に至る光路は、液体から隔離されていることが好ましい。この場合には、投光部から照射された光が入射面に到達する間に液体等によって遮蔽されることを防止できる。そのため、より確実に液体の検出を行うことができる。

また、本発明は、上記のように液体検出センサの発明として記述できる他に、以下のように液体検出方法の発明としても記述することができる。これはカテゴリが異なるだけで、実質的に同一の発明であり、同様の作用及び効果を奏する。

すなわち、本発明に係る液体検出方法は、インクジェットプリンタが備える容器内に設けられた液体検出センサによって容器内の液体を検出する液体検出方法であって、液体検出センサは、光を照射する投光部と、液体の屈折率を基準とする所定範囲内の屈折率を有し、投光部から照射された光を入射する入射面、液体と接触すると共に入射面から入射した光を反射する反射面、及び液体と接触すると共に反射面において反射した光を出射する出射面を有する断面三角形状を成し、容器の深さ方向に延在するプリズムと、投光部及びプリズムと離間して設けられ、反射面で全反射されて出射面から出射された光を受光する受光部とを備え、プリズムと受光部との間に液体が存在しない場合には、投光部から入射面に至る光路は、液体から隔離されており、投光部から照射された光がプリズムの反射面によって反射されて受光部にて受光され、プリズムと受光部との間に透過性を有する液体が存在する場合には、投光部から照射された光がプリズムの反射面において反射されずに当該液体に放射されて受光部において光が受光されず、受光部において光が受光された場合には、投光部から受光部に至る光路に液体がないと判断し、受光部において光が受光されない場合には、光路に液体があると判断することを特徴とする。

本発明によれば、様々なインク種に対応でき、且つインクの誤検出を防止できる。

本発明の一実施形態に係る液体検出センサを示す斜視図である。 図１に示す液体検出センサを上から見た図である。 図１に示す液体検出センサの構成を模式的に示す図である。 液体検出センサの使用形態を示す図である。 液体検出を説明する図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、全図中、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。

図１は、本発明の一実施形態に係る液体検出センサを示す斜視図であり、図２は、図１に示す液体検出センサを上から見た図であり、図３は、図１に示す液体検出センサの構成を模式的に示す図である。各図に示す液体検出センサ１は、インクジェットプリンタに搭載される中間タンク２０（図４参照）内のインクを検出するセンサである。この液体検出センサ１は、ケース２と、投光部３，４と、受光部５，６と、プリズム（反射部）７とから構成されている。液体検出センサ１は、図示しないインクジェットプリンタの制御部３０（図５参照）に接続されており、この制御部３０は、液体検出センサ１から出力される信号（電流）によって、中間タンク２０内に供給するインク量を制御する。

ケース２は、投光部３，４及び受光部５，６を収容する部分である。このケース２は、例えばＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene：ポリテトラフルオロエチレン）等の透過性の部材によって形成されている。ケース２は、鍔部１０と、この鍔部１０に連設された本体部１１とから構成されている。鍔部１０は、平行四辺形状を成しており、中間タンク２０に取り付けられる部分である。本体部１１は、第１収容部１２と、第２収容部１３とを有している。第１収容部１２及び第２収容部１３は、棒状を成しており、互いに平行に延在している。この第１収容部１２及び第２収容部１３は、中空構造を有しており、後述する投光部３，４及び受光部５，６が配設された基板（図示しない）をそれぞれ収容する。第１収容部１２と第２収容部１３とは、所定の間隔を有して鍔部１０の幅方向に離間しており、第１収容部１２及び第２収容部１３の基端側（鍔部１０側）及び先端側は、接続部材１４，１５によって接続されている。つまり、ケース２において、第１収容部１２と第２収容部１３との間には、開口１６が形成されている。

また、ケース２の鍔部１０には、第１収容部１２及び第２収容部１３の中空部と連通する挿入部（いずれも図示しない）が設けられており、受光部５，６及び投光部３，４に接続されたリード線１７，１８は、鍔部１０において第１収容部１２及び第２収容部１３と反対側に突出している。

投光部３，４は、プリズム７に対して光を照射する部分である。この投光部３，４は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）であり、第１収容部１２の延在方向に所定の間隔を有して複数（ここでは２つ）基板に設けられている。この投光部３，４の間隔は、中間タンク２０内におけるインクの最大容量及び最低容量に応じて設定されている。つまり、投光部３は、中間タンク２０においてインクが最大容量となる位置、投光部４は、中間タンク２０においてインクが最低容量となる位置となるように設定されている。投光部３，４は、第１収容部１２において、開口１６が設けられている位置に取り付けられている。図３に示すように、投光部３，４における光の照射方向は、第１収容部１２及び第２収容部１３の配設方向に対して開口１６に向かって斜め上方となっている。投光部３，４は、制御部３０の制御により光を照射する。

受光部５，６は、投光部３，４から照射された光を受光する部分である。受光部５，６は、例えばフォトダイオードであり、第２収容部１３の延在方向に所定の間隔を有して複数（ここでは２つ）基板に設けられている。具体的には、受光部５，６は、第１収容部１２及び第２収容部１３の配設方向において投光部３，４と同一直線状にそれぞれ設けられている。この受光部５，６は、第１収容部１２及び第２収容部１３の配設方向において、開口１６側を向いている。すなわち、投光部３，４の光の照射方向と受光部５，６とは、第１収容部１２及び第２収容部１３の配設方向において一致していない。受光部５，６は、受光した光に対応する電流をリード線１８を介して制御部３０に出力する。

ここで、図３に示すように、投光部３，４の開口１６側には、遮光板１９が設けられている。この遮光板１９により、投光部３，４から照射された光は、受光部５，６に直接受光されない構成となっている。

また、プリズム７は、投光部３，４から照射された光を反射させる部分である。このプリズム７は、ケース２と同じ例えばＰＴＦＥによって形成されており、断面三角形状を成している。プリズム７は、第１収容部１２と一体形成されている。具体的には、プリズム７は、第１収容部１２において開口１６が設けられている位置、すなわち投光部３，４の取り付け位置に対応して設けられている。プリズム７は、投光部３，４から照射された光を入射する入射面７ａと、インクと接触すると共に入射面７ａから入射した光を反射させる反射面７ｂと、インクと接触すると共に反射面７ｂにおいて反射された光を出射する出射面７ｃとを有している。入射面７ａは、投光部３，４と接触しており、入射面７ａと投光部３，５との間の光路Ｌは、インクから隔離されている。また、出射面７ｃから出射される光の方向は、受光部５，６を向いている。つまり、投光部３，４から照射された光は、プリズム７の出射面７ｃから出射されて受光部５，６に入射する。

このような構成を有するプリズム７は、所定の屈折率（絶対屈折率）を有しており、その屈折率は、例えば１．３５である。このプリズム７の屈折率は、インクの屈折率を基準とする所定の範囲内となっており、インクの屈折率は、例えば１．３３〜１．４５となっている。プリズム７は、接触するインク境面との相対屈折率が「１」に近い場合には、投光部３，４から照射された光を反射面７ｂにおいてほとんど反射させずに通過させる。一方、プリズム７は、接触するインク境面との相対屈折率が「１」よりも大きい場合には、投光部３，４から照射された光を反射面７ｂにおいて全反射させ、出射面７ｃから受光部５，６に向けて光を出射する。

以上のような構成により、液体検出センサ１には、投光部３，４、プリズム７及び受光部５，６間に光路Ｌが形成される。この光路Ｌは、図３に示すように、投光部３から照射された光がプリズム７の反射面７ｂにおいて反射され、出射面７ｃから出射されて受光部５に受光されることにより形成されている。

続いて、液体検出センサ１における液体検出方法について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、液体検出センサの使用形態を示す図であり、図５は、液体検出センサにおける液体検出を説明する図である。図４に示すように、液体検出センサ５は、インクタンク（図示しない）とインクを吐出するインクジェットヘッド２１との間に設けられる中間タンク２０に取り付けられる。この中間タンク２０は、インクタンクから供給されたインクを貯留し、例えばポンプによって圧力が加えられることでインクジェットヘッド２１にインクを供給する。図４において、液体検出センサ１の受光部３は、中間タンク２０においてインクの最大容量（Ｈｉｇｈ容量）となる位置に設けられており、受光部４の位置は、中間タンク２０においてインクの最低容量（Ｌｏｗ容量）となる位置に設けられている。液体検出センサ１は、上述のように制御部３０に接続されており、制御部３０の制御によって投光部３，４から光を照射すると共に、受光部５，６において光を受光した場合に電流を制御部３０に出力する。

最初に、透明なインク（例えば、酸性インク）の検出方法について説明する。なお、ここで言う透明とは、透過性を有することである。図５に示すように、プリズム７の反射面７ｂと透明なインクとが接触している場合、プリズム７と透明なインクの境界面との相対屈折率は例えば１．０２であるため、投光部３，４から照射された光は、プリズム７の反射面７ｂを通過してインクに放射される。そのため、受光部５，６においては、投光部３，４から照射された光が受光されない。この場合、制御部３０では、投光部３，４からの光の照射に対して受光部５，６からの応答が無いため、投光部３，４及び受光部５，６の取り付け位置、つまり投光部３，４から受光部５，６に至る光路Ｌ上においてインクが中間タンク２０内に存在していると判断する。

一方、投光部３，４及び受光部５，６の取り付け位置において透明なインクが存在していない場合には、プリズム７の屈折率よりも空気の屈折率が小さいため、投光部３，４から照射された光がプリズム７の反射面７ｂにおいて全反射され、出射面７ｃから出射されて受光部５，６にて受光される。この場合、制御部３０では、投光部３，４からの光の照射に対して受光部５，６からの応答があるため、投光部３，４及び受光部５，６の取り付け位置、つまり投光部３，４から受光部５，６に至る光路Ｌ上においてインクが中間タンク２０内に存在していないと判断する。

次に、不透明なインク（例えば、昇華インク）の検出方法について説明する。なお、ここで言う不透明とは、透過性がないことであり、粒子（色材）により懸濁している状態である。図５に示すように、プリズム７の反射面７ｂと不透明なインクとが接触している場合、投光部３，４から照射された光は、プリズム７の反射面７ｂを通過してインクに放射される。そのため、受光部５，６においては、投光部３，４から照射された光が受光されない。また、インクにおいて粒子の密度が濃く、プリズム７の反射面７ｂにおいてインクの乱反射により反射されて出射面７ｃから出射された場合であっても、この出射面７ｃから出射した光は、開口１６部分（投光部３，４と受光部５，６との間）に存在する不透明なインクによって吸収及び散乱が生じて遮蔽されるため、受光部５，６において光が受光されない。この場合、制御部３０では、投光部３，４からの光の照射に対して受光部５，６からの応答が無いため、投光部３，４及び受光部５，６の取り付け位置、つまり投光部３，４から受光部５，６に至る光路Ｌ上においてインクが中間タンク２０内に存在していると判断する。

一方、投光部３，４及び受光部５，６の取り付け位置において不透明なインクが存在していない場合には、プリズム７の屈折率よりも空気の屈折率が小さいため、投光部３，４から照射された光がプリズム７の反射面７ｂにおいて全反射され、出射面７ｃから出射されて受光部５，６にて受光される。この場合、制御部３０では、投光部３，４からの光の照射に対して受光部５，６からの応答があるため、投光部３，４及び受光部５，６の取り付け位置、つまり投光部３，４から受光部５，６に至る光路Ｌ上においてインクが中間タンク２０内に存在していないと判断する。

以上のように、液体検出センサ１において中間タンク２０内のインクの検出が行われる。これにより、制御部３０は、図４に示す中間タンク２０のＨｉｇｈ容量及びＬｏｗ容量の範囲内においてインクが変動するように調整する。

以上説明したように、液体検出センサ１は、光を投光する投光部３，４と、光を反射するプリズム７と、プリズム７の出射面７ｃから出射された光を受光する受光部５，６とから構成されている。この液体検出センサ１において、中間タンク２０内にインクが存在しない場合には、投光部３，４から照射された光がプリズム７によって全反射されて受光部５，６にて受光される。一方で、透過性を有する（透明な）インクが中間タンク２０内に充填されている場合には、投光部３，４から照射された光がプリズム７の反射面７ｂにおいて反射されずにインクに放射されるため、受光部５，６において光が受光されない。また、透過性を有しない（不透明な）インクが中間タンク２０内に充填されている場合には、投光部３，４から照射された光がプリズム７の反射面７ｂにおいて反射されずに放射されるため、受光部５，６において光が受光されない。或いは、投光部３，４から照射された光がプリズム７の反射面７ｂにおいてインクの乱反射によって反射されて受光部５，６に向かった場合であっても、プリズム７と離間して設けられる受光部５，６との間に存在するインクによって光が遮蔽されるため、受光部５，６において光が受光されない。このように、液体検出センサ１では、中間タンク２０内にインクが充填されていない場合には、受光部５，６において光が受光され、中間タンク２０内にインクが充填されている場合には、受光部５，６において光が受光されない。そのため、インクが透過性を有する場合又は透過性を有しない場合であっても、受光部５，６における光を受光の有無によって、インクの有無を検出することができる。したがって、透明、不透明に関わらず様々なインク種に対応することができる。また、磁気センサとは異なり、フロートが容器内に張り付くことがないので、インクを誤検出することなく安定して検出できる。以上のように、本発明の液体検出センサ１では、様々なインク種に対応でき、且つインクの誤検出を防止できる。

また、投光部３，４は、第１収容部１２に収容されており、プリズム７は、第１収容部１２と一体形成されているため、投光部３，４とプリズム７の入射面７ａとの光路Ｌは、インクから隔離されている。これにより、投光部３，４から照射された光が入射面７ａに到達する間にインクによって遮蔽されることを防止できる。そのため、より確実にインクの検出を行うことができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、投光部３，４としてＬＥＤ、受光部５，６としてフォトダイオードを用いているが、投光部３，４は光を照射するものであればよく、受光部５，６は光を受光するものであればよい。

また、上記実施形態では、投光部３，４及び受光部５，６をそれぞれ２つずつ設けているが、投光部及び受光部の数は適宜変更できる。

また、上記実施形態では、投光部３，４とプリズム７（入射面７ａ）とが接触して配置される構成としているが、投光部３，４とプリズム７とは、離間して配置されてもよい。つまり、投光部３，４から照射された光がプリズム７に入射する構成であればよく、投光部３，４から入射面７ａに至る光路Ｌにインクが介在しなければよい。

１…液体検出センサ、３，４…投光部、５，６…受光部、７…プリズム（反射部）、７ａ…入射面、７ｂ…反射面、７ｃ…出射面、Ｌ…光路。

Claims (2)

1. 容器内に設けられ、前記容器内の液体を検出する液体検出センサを備えているインクジェットプリンタであって、
   光を照射する投光部と、
   前記液体の屈折率を基準とする所定範囲内の屈折率を有し、前記投光部から照射された光を入射する入射面、前記液体と接触すると共に前記入射面から入射した光を反射する反射面、及び前記液体と接触すると共に前記反射面において反射した光を出射する出射面を有する断面三角形状を成し、前記容器の深さ方向に延在するプリズムと、
   前記投光部及び前記プリズムと離間して設けられ、前記反射面で全反射されて前記出射面から出射された光を受光する受光部とを備え、
   前記プリズムと前記受光部との間に液体が存在しない場合には、
   前記投光部から前記入射面に至る光路は、前記液体から隔離されて、
   前記投光部から照射された光が前記プリズムの前記反射面によって反射されて前記受光部にて受光され、
   前記プリズムと前記受光部との間に透過性を有する液体が存在する場合には、前記投光部から照射された光が前記プリズムの前記反射面において反射されずに当該液体に放射されて前記受光部において光が受光されないことを特徴とする液体検出センサを備えているインクジェットプリンタ。
2. インクジェットプリンタが備える容器内に設けられた液体検出センサによって前記容器内の液体を検出する液体検出方法であって、
   前記液体検出センサは、
   光を照射する投光部と、
   前記液体の屈折率を基準とする所定範囲内の屈折率を有し、前記投光部から照射された光を入射する入射面、前記液体と接触すると共に前記入射面から入射した光を反射する反射面、及び前記液体と接触すると共に前記反射面において反射した光を出射する出射面を有する断面三角形状を成し、前記容器の深さ方向に延在するプリズムと、
   前記投光部及び前記プリズムと離間して設けられ、前記反射面で全反射されて前記出射面から出射された光を受光する受光部とを備え、
   前記プリズムと前記受光部との間に液体が存在しない場合には、
   前記投光部から前記入射面に至る光路は、前記液体から隔離されており、
   前記投光部から照射された光が前記プリズムの前記反射面によって反射されて前記受光部にて受光され、
   前記プリズムと前記受光部との間に透過性を有する液体が存在する場合には、前記投光部から照射された光が前記プリズムの前記反射面において反射されずに当該液体に放射されて前記受光部において光が受光されず、
   前記受光部において光が受光された場合には、前記投光部から前記受光部に至る光路に前記液体がないと判断し、
   前記受光部において光が受光されない場合には、前記光路に前記液体があると判断することを特徴とする液体検出方法。

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