JP6624905B2 - 液体容器および液体残量検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体容器および当該液体容器に収容された液体の残量検出装置に関する。

インクジェット記録装置のように、液体容器（インクタンク）から供給される液体（インク）を継続的に消費する装置においては、液体容器内の液体残量が少ない場合にこれを検出し、ユーザに通知することが望まれることがある。液体残量を検知する構成としては、液体容器内に配置され液体の消費に伴って変位する変位部材と、液体容器内を透過させた光を検出する光学センサを備える構成がある。このような構成では、例えば、液体容器内の液体残量が十分であるとき、変位部材は光学センサの透過光を遮断する位置にあり、液体容器内の液体残量が少ないとき、変位部材は光学センサの透過光を遮断しない位置にあるように調整されている。そして、光学センサが透過光を検出したか否かに応じて、液体残量が所定量より少なくなっているか否かを判断することができるようになっている。

以上のような残量検出構成においては、変位部材が液体の消費に伴って滑らかに変位し、液体の残量に順応した位置に配置されていることが求められる。例えば特許文献１には、光学センサが透過光を検出する検知窓の内壁に対向する変位部材上の位置に、凸部を設ける構成が開示されている。凸部を設けることにより、凸部の先端が内壁面に再接近した場合であっても、凸部以外の遮光部の領域と検知窓の間には十分な距離が保たれ、これらの間に介在するインクの表面張力が遮光部の変位に影響することを抑制している。

特許第４４７４９６０号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、凸部以外の領域と検知窓の間には十分な距離が保たれるものの、凸部の頂点と検知窓との距離は小さく、これらの間に毛管現象が発生する懸念は残る。毛管現象が発生すると、インクカートリッジ内のインクの水面が凸部より十分低くなっても、凸部と検知窓との間にインクが保持されたままになり、当該インク中を光学センサの光が透過する懸念が生じる。そしてこのような状況が発生すると、光学センサが受光すべき光量が減少したり減衰したりして、高精度な検出が行えなくなってしまうおそれが生じる。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものである。よってその目的とするところは、インクの残量に応じた適切な検出を高精度に行うことが可能な液体容器および液体残量検出装置を提供することである。

そのために本発明は、光学センサが設置された装置に装着することが可能な液体容器であって、液体を貯留する貯留部と、前記貯留部に連通し、前記装置に装着された状態において前記光学センサによる検出が可能な位置に配置される検知室と、前記貯留部に貯留されている液体の量に応じて前記貯留部および前記検知室の中で第１の方向に変位する変位部材と、を備え、前記変位部材は、前記変位に応じて前記光学センサの光を遮光する位置と前記光学センサの光を遮光しない位置との間を、前記検知室の内部において移動する遮光部と、前記変位部材の前記第１の方向とは交差する第２の方向への移動を規制するための規制部材と、を有し、前記検知室の内壁は、前記遮光部と前記第２の方向に対向し、少なくとも一部が前記光学センサの光を透過する材質で形成された第１の領域と、前記規制部材と前記第２の方向に対向する第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域を接続する第３の領域と、を有し、前記第１の領域と前記第３の領域は、１８０度よりも大きな面間角度で接続されることを特徴とする。

本発明によれば、液体の残量に応じた適切な残量検出を高精度に行うことが可能となる。

インクジェット記録装置の概略構成を示す図である。 インクカートリッジの外観斜視図である。 インクカートリッジの分解斜視図である。 インクカートリッジを装着する様子を示す図である。 インク残量に対応した変位部材の姿勢を説明するための断面図である。 検知室と変位部材の詳しい構成を説明するための図である。 検知室と変位部材の詳しい構成を説明するための図である。

図１は、本発明の液体残量検出装置として使用可能なインクジェット記録装置の概略構成を示す図である。インクジェット記録装置２００には、本発明の液体容器として使用可能なインクカートリッジ１を、インクの種類に応じた数だけ装着できるようになっている。図１では、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックのインクをそれぞれ収容した４つのインクカートリッジ１が、装着された様子を示している。

インクカートリッジ１に収容されているインクは、供給口３からインクチューブ３０を介して記録ヘッド３００に供給される。記録ヘッド３００は、制御部４００の制御のもと、それぞれのインクを吐出し、記録媒体Ｓに所定の画像を記録する。インク残量検知部４００ａは、制御部４００の制御のもと、個々のインクカートリッジ１に対応して配された光学センサ２３の検出結果を取得し、個々のインクカートリッジ１におけるインク残量を判断する。

図２は、インクカートリッジ１の外観斜視図である。インクカートリッジ１は液体としてのインクを収容する容器筐体６に、容器蓋７が超音波溶着等で接着されることによって構成される。装着時に重力方向上方側となる＋Ｚ方向の面には、インクカートリッジ１内を大気圧に保つための大気連通口４、＋Ｙ方向の面には記録ヘッド３００にインクを供給するための供給口３が配されている。また、＋Ｙ方向の側にはインクカートリッジ１内のインクの残量を検出するための検知室５が設置されている。

図３は、インクカートリッジ１の分解斜視図である。容器筐体６の内部はインクを収容するための貯留部２になっている。貯留部２の内壁には−Ｘ方向に突出した軸部８が形成されている。変位部材１１は、その軸孔１４が軸部８に貫通され、更に抑え部材２１が取り付けられることによって、貯留部２の内部に回転可能に支持される。変位部材１１については、後に詳しく説明する。供給口３の内径にはシール部材２２が備え付けられている。

図４（ａ）および（ｂ）は、インクジェット記録装置２００の側に設けられた装着部２１０にインクカートリッジ１を装着する様子を示す図である。図４（ａ）が装着前、同図（ｂ）が装着後をそれぞれ示している。装着部２１０は、インクカートリッジ１を装着する際はこれを装着方向に案内し、装着後にはこれをＺ方向の上下から支持する側面壁２２０と、装着時にＹ方向に当接する前面壁２３０とによって構成されている。

前面壁２３０には、供給口３と接続可能なパイプ状のインク供給管２４が貫通されている。インク供給管２４がシール部材２２を挟んで供給口３に挿入されることにより、貯留部２内と記録ヘッド３００とが、インク供給管２４およびインクチューブ３０を介して連通される。

前面壁２３０の内側には、互いに向き合う１対の光学センサ２３が設けられている。これら１対の光学センサ２３のうち片側は発光部、もう片側は受光部になっており、これらはインクカートリッジ１が装着されたときに、検知室５のＸ方向両側を挟み込むように設置されている。インクカートリッジ１において、検知室５のＸ方向の側壁は、少なくともその一部が光透過型の材質で構成されており、インクカートリッジ１が装着された状態において、発光部が発光した光が受光部で受光できる様になっている。なお、以上説明したような装着部２１０は、インクカートリッジ１のそれぞれについて独立に用意されている。

図５（ａ）および（ｂ）は、インクカートリッジ１内のインク残量に対応した変位部材１１の姿勢を説明するための断面図である。図５（ａ）は、貯留部２内にインクが充填されている状態、同図（ｂ）は貯留部２内のインクが僅かになった状態をそれぞれ示している。

変位部材１１は、Ｙ方向に延在する棒状の部材であり、＋Ｙ方向の先端には遮光部１３が、−Ｙ方向の先端にはフロート部１２が形成され、軸部８を中心にＹＺ平面内で回転可能になっている。但し、遮光部１３を含む＋Ｙ方向の先端領域は貯留部２よりもＺ方向の幅が小さい検知室５の中に配置されているので、変位部材１１の回転は遮光部１３が検知室５の内壁に当接することによって規制される。

貯留部２内にインクが充填されているとき、変位部材１１はその全体がインクに浸った状態となる。本実施例の変位部材１１は、このような場合において、フロート部１２に作用する浮力によって発生する回転モーメント（反時計回り）が、遮光部１３に作用する浮力によって発生する回転モーメント（時計回り）よりも大きくなるように設計されている。よって、変位部材１１は反時計回りに回転しようとするが、遮光部１３が検知室５の底面に当接した位置で当該回転は停止する。結果、変位部材１１は図５（ａ）に示すような第１の姿勢をとる。

一方、貯留部２内のインク残量が僅かになったとき、変位部材１１はインク液面から露出した状態となる。本発明の変位部材１１は、このような場合において、フロート部１２の側に作用する重力によって発生する回転モーメント（時計回り）が、遮光部１３の側に作用する重力によって発生する回転モーメント（反時計回り）よりも大きくなるように設計されている。よって、変位部材１１は時計回りに回転しようとするが、遮光部１３が検知室５の内上面に当接した位置で当該回転は停止する。結果、変位部材１１は図５（ｂ）に示すような第２の姿勢をとる。

このような第１の姿勢から第２の姿勢への変化は、貯留部２内のインクが消費されるに連れて徐々に進行する。即ち、遮光部１３は、検知室５の底面に当接する位置から、底面にも上面にも当接しない位置を経て、上面に当接した位置にＺ方向（第１の方向）に徐々に変位する。光学センサ２３は、第１の姿勢では発光部が発光した光が遮光部１３に遮断されて受光部に受光されず、第２の姿勢では発光部が発光した光が遮光部１３に遮断されること無く受光部に受光されるような位置に、発光部と受光部がレイアウトされている。つまり、貯留部２内のインクが所定量消費されたタイミングで、遮光部１３が光学センサの光路から外れ、受光部が光を受光するようになる。インク残量検知部４００ａは、この検出結果を取得することにより、インクカートリッジ１内のインク残量が残り少なくなっていることを検知する。

図６（ａ）〜（ｃ）は、検知室５と変位部材１１の更に詳しい構成を説明するための図である。図６（ｂ）は同図（ａ）におけるII−IIで切断した場合の上面図、図６（ｃ）はその検知室５近傍における拡大図である。

検知室５内において、Ｘ方向に向かい合う２つの内壁は、＋Ｙ方向側に位置する第１の面１０５（第１の領域）と−Ｙ方向側に位置する第２の面１０４（第２の領域）を有している。互いに向かい合う２つの第２の面１０４のＸ方向の距離Ｗ２は、互いに向かい合う２つの第１の面１０５のＸ方向の距離Ｗ１よりも大きくなっている。このような、第１面１０５と第２面１０４は、１８０°よりも大きな面間角度θを有するＺ方向に延在する稜線１０６を介して接続されている。図では、稜線１０６における面間角度がθ＝２７０°である場合を示している。

一方、第２の面１０４に対向する変位部材１１のＸ方向の両面には、第２の面に向かって突出する突起部１０２が形成されている。突起部１０２の先端から第２の面１０４までの距離ｔ２は、遮光部１３の側面から第１の面までの距離ｔ１よりも小さくなっている。このため、変位部材１１全体が実質的な変位方向である第１の方向（Ｚ方向）と交差する第２の方向（Ｘ方向）に多少変動しても、遮光部１３が第１の面１０５に当接する前に突起部１０２が第２の面１０４に当接する。このため、遮光部１３と第１の面１０５の間には、変位部材１１の回転を阻害するような毛管力が発生しない程度の距離が確保される。即ち、変位部材１１がインク面から徐々に露出していくとき、遮光部１３と第１の面１０５の間に介在するインクの表面張力によって、変位部材１１の回転が阻害されることが抑制される。言い換えると、このような効果が十分に得られるように、遮光部１３の側面から第１の面までの距離ｔ１および突起部１０２の先端から第２の面１０４までの距離ｔ２が、突起部１０２の突出量や第１の面や第２の面のレイアウトによって調整されている。その結果、遮光部１３がインク面から露出した状態において、第１の面１０５の光学センサ２３の検出領域にインクは残りにくく、光学センサはインクの残量を高精度に検出することができる。

一方、突起部１０２の先端から第２の面１０４までの距離ｔ２は小さいので、この隙間にインクが残存する可能性は残る。但し、突起部１０２の頂点の面積を十分小さくすれば、ここに残存するインクの表面張力が変位部材１１の回転を阻害するのを抑えることはできる。加えて、第２の面１０４は、第１の面１０５と面間角度θ＝２７０°をなす稜線１０６を介して第１の面１０５と接続している。このため、突起部１０２と第２の面１０４の間にインクが残存しても、当該インクが稜線１０６を乗り越えて第１の面１０５ひいては、光学センサ２３の検出領域に到達する懸念は少ない。

更に、本実施形態では、突起部１０２と第２の面１０４の隙間に残存するインクを効果的に除去するための別の構成として、変位部材１１の両側面に溝形状を備えている。溝１０７は、図６（ａ）に示すように、遮光部１３の先端から突起部１０２、軸孔１４の周囲を通り、フロート部１２において曲折し−Ｚ方向先端まで延在している。

図７は、図６（ａ）におけるIV−IVで切断した場合の前面図を示している。溝１０７の少なくとも一部の領域は、その幅ｄ１が突起部１０２と第２の面１０４までの距離ｔ２よりも小さくなるように形成されている。すなわち、溝１０７における幅ｄ１での毛管力は突起部１０２と第２の面１０４との間でインクを保持しようとする力よりも大きくなる。一方、幅ｄ１は、当該領域で生じる毛管力が、図５（ｂ）に示す第２の姿勢となった際に生じるインク液面との水頭差ｈ１に準じた水頭圧よりも小さくなるように、調整されている。すなわち、溝１０７は、突起部１０２と第２の面１０４に残存するインクは吸い上げる。但し、貯留部２に残っているインクを少なくとも第２の姿勢時に当該領域まで重力に逆らって吸い上げることはないように調整されている。

このような構成のもと、例えば、突起部１０２がインク液面よりも上位に変位しようとするタイミングでは、フロート部１２の下端部からインク液面および突起部１０２まで延びる溝１０７にインクが連通している。そして、突起部１０２と第２の面１０４との間に介在するインクの表面張力が大きければ、変位部材１１の回転が阻害される懸念が生じる。しかし、本実施例の場合は、幅ｄ１におけるインクの保持力のほうが突起部１０２と第２の面１０４の間の保持力よりも大きくなるように設計されている。結果、突起部１０２と第２の面１０４との間に介在するインクは溝１０７に沿って誘導され、突起部１０２がインク液面よりも上位に位置するときに、突起部１０２と第２の面１０４の隙間にインクが残存し難くなっている。

なお、上述したような効果をより得るためには、変位部材１１が軸部８を中心に回転しながらインク面より徐々に露出していく過程において、突起部１０２は常に第２の面１０４に対向していることが好ましい。このため、第２の面１０４は、Ｙ方向の大きさを突起部１０２の回転軌跡を十分含むようにする、あるいは突起部１０２の回転軌跡に沿って円弧を描くように配置されることが好ましい。

以上説明したように、本発明によれば、変位部材１１はインクの表面張力に影響を受けることなく、インク残量に順応した位置に変位可能となる。さらに、遮光部１３がインク面から露出した状態において、第１の面１０５の光学センサ２３の検出領域にインクが残存する可能性は低くなる。結果、光学センサはインクの残量に応じた適切な検出を高精度に行うことが可能となる。

なお、以上説明した実施例において、個々の部材は上述した機能を有する範囲で様々に変更することができる。例えば、変位部材１１と容器筐体６の結合は、容器筐体６に孔が、変位部材１１に軸部が備えられている構成としてもよい。いずれにしても、変位部材１１が容器筐体６に対し回転可能に結合されていればよい。

また、上記実施例では変位部材側に突起部１０２を、検知室５の内壁に第２の面１０４を形成し両者の間隔ｔ２が所定値に規定される内容で説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、変位部材１１の当該領域は平滑な規制部材にしておきながら、検知室５の第２の面１０４に該当する第２の領域に、変位部材１１の回転位置に追従するような凸状のリブ形状を配備しておくこともできる。

更に、以上では第１の面と第２の面とが１８０度よりも大きな面間角度を有する１つの稜線１０６を介して接続される内容で説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものでもない。例えばこれら２つの面は、１８０度よりも大きな面間角度で直接接続されていてもよい。第１の面と第２の面との間に、１８０度よりも大きな面間角度を有する稜線が少なくとも１つ配置されていれば、第２の面１０４の側で保持されたインクを、検出領域である第１の面１０５の側に移動し難くすることができる。

１ 液体容器
２ 貯留部
５ 検知室
１１ 変位部材
１３ 遮光部
２３ 光学センサ
１０２ 突起部（規制部材）
１０４ 第２の領域（第２の面）
１０５ 第１の領域（第１の面）
１０６ 稜線
２００ 液体残量検出装置

Claims (10)

1. 光学センサが設置された装置に装着することが可能な液体容器であって、
   液体を貯留する貯留部と、
   前記貯留部に連通し、前記装置に装着された状態において前記光学センサによる検出が可能な位置に配置される検知室と、
   前記貯留部に貯留されている液体の量に応じて前記貯留部および前記検知室の中で第１の方向に変位する変位部材と、
   を備え、
   前記変位部材は、前記変位に応じて前記光学センサの光を遮光する位置と前記光学センサの光を遮光しない位置との間を、前記検知室の内部において移動する遮光部と、前記変位部材の前記第１の方向とは交差する第２の方向への移動を規制するための規制部材と、を有し、
   前記検知室の内壁は、前記遮光部と前記第２の方向に対向し、少なくとも一部が前記光学センサの光を透過する材質で形成された第１の領域と、前記規制部材と前記第２の方向に対向する第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域を接続する第３の領域と、を有し、
   前記第１の領域と前記第３の領域は、１８０度よりも大きな面間角度で接続されることを特徴とする液体容器。
2. 光学センサが設置された装置に装着することが可能な液体容器であって、
   液体を貯留する貯留部と、
   前記貯留部に連通し、前記装置に装着された状態において前記光学センサによる検出が可能な位置に配置される検知室と、
   前記貯留部に貯留されている液体の量に応じて前記貯留部および前記検知室の中で第１の方向に変位する変位部材と、
   を備え、
   前記変位部材は、前記変位に応じて前記光学センサの光を遮光する位置と前記光学センサの光を遮光しない位置との間を、前記検知室の内部において移動する遮光部と、前記変位部材の前記第１の方向とは交差する第２の方向への移動を規制するための規制部材と、を有し、
   前記検知室の内壁は、前記遮光部と前記第２の方向に対向し、少なくとも一部が前記光学センサの光を透過する材質で形成された第１の領域と、前記規制部材と前記第２の方向に対向する第２の領域を有し、
   前記第１の領域と前記第２の領域は、１８０度よりも大きな面間角度で接続されることを特徴とする液体容器。
3. 前記第２の方向において、前記第１の領域と前記遮光部の距離は前記第２の領域と前記規制部材の距離よりも大きい請求項１または２に記載の液体容器。
4. 前記変位部材は、前記貯留部に設けられた軸部を中心に回転可能に取り付けられており、前記貯留部に貯留されている液体の量に応じて回転することにより、前記第１の方向に変位する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体容器。
5. 前記変位部材において、前記規制部材は前記遮光部よりも前記貯留部に近い位置に配置されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体容器。
6. 前記第２の領域は前記変位に伴って前記規制部材が移動する領域に沿って設けられている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液体容器。
7. 前記変位部材には、前記第２の方向における前記第２の領域と前記規制部材の距離よりも小さい幅を有する溝が形成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液体容器。
8. 前記液体は画像を記録するためのインクである請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液体容器。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の液体容器を装着することが可能な装着部と、
   光学センサと、
   前記光学センサの検出結果に基づいて、前記液体容器に収容される液体の残量を判断する手段と、
   を備えることを特徴とする液体残量検出装置。
10. 前記液体を吐出することにより記録媒体に画像を記録する記録手段を更に備える請求項９に記載の液体残量検出装置。

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