(57)【要約】【課題】液体の残量を逐次正確に検出することができ、特に、液体の残量が僅かとなったことを正確に検出することができる液体残量検出装置、インクカートリッジおよび印刷装置を提供すること。【解決手段】貯留部７１の内壁面の一部を構成し、貯留部７１内の水頭圧に応じて変形するダイヤフラム８１と、ダイヤフラム８１の変形量を検出する変形量検出手段と、ダイヤフラム８１の貯留部７１とは反対側の面に接合され、流路７３に露出するように設けられているととも、ダイヤフラム８１の厚さ方向での変形を許容するように形成された凹部８２１を備えた圧電体８２と、圧電体８２の共振周波数を検出する周波数検出手段とを有し、変形量検出手段の検出結果に基づいて貯留部７１内のインク残量を検出し、周波数検出手段の検出結果に基づいて貯留部７１内のインク残量がほぼゼロになったか否かを検出するように構成されている。【選択図】図７
2008100388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が貯留される貯留部と、前記貯留部から液体を排出するための排出口と、前記貯留部から前記排出口へ前記液体を導く流路とを備えた液体容器に用いられ、前記貯留部内の液体の残量を検出する液体残量検出装置であって、
前記貯留部の内壁面の一部を構成し、前記貯留部内の水頭圧に応じて変形するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの変形量を検出する変形量検出手段と、
前記ダイヤフラムの前記貯留部とは反対側の面に接合され、前記流路に露出するように設けられているとともに、前記ダイヤフラムの厚さ方向での変形を許容するように形成された凹部を備えた圧電体と、
前記圧電体の共振周波数を検出する周波数検出手段とを有し、
前記変形量検出手段の検出結果に基づいて前記貯留部内の液体残量を検出し、前記周波数検出手段の検出結果に基づいて前記貯留部内の液体残量がほぼゼロになったか否かを検出するように構成されていることを特徴とする液体残量検出装置。
【請求項２】
前記貯留部と前記流路との間に前記貯留部の底壁が設けられ、前記ダイヤフラムおよび前記圧電体が前記底壁の一部を構成している請求項１に記載の液体残量検出装置。
【請求項３】
前記変形量検出手段は、前記ダイヤフラムの前記圧電体側の面上に設けられた第１の電極と、前記圧電体の前記ダイヤフラム側の面上に設けられた第２の電極とを備え、前記第１の電極と前記第２の電極との間の静電容量に基づいて前記ダイヤフラムの変形量を検出するように構成されている請求項１または２に記載の液体残量検出装置。
【請求項４】
前記変形量検出手段は、前記ダイヤフラム上に設けられた応力検出素子を備え、該応力検出素子に生じた応力に基づいて前記ダイヤフラムの変形量を検出するように構成されている請求項１または２に記載の液体残量検出装置。
【請求項５】
前記圧電体は、厚みすべりモードで振動するように構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の液体残量検出装置。
【請求項６】
前記圧電体は、水晶で構成されている請求項５に記載の液体残量検出装置。
【請求項７】
前記圧電体の一方の面上に設けられ、互いに離間した入力電極および出力電極と、前記圧電体の他方の面上に設けられた共通電極とを有し、前記周波数検出手段は、前記入力電圧と前記共通電極との間に電圧を印加しつつ、前記出力電極と前記共通電極との間の電圧を検出し、その検出結果に基づいて前記圧電体の共振周波数を検出する請求項５または６に記載の液体残量検出装置。
【請求項８】
前記液体は、導電性を有していて、前記共通電極を兼ねる請求項７に記載の液体残量検出装置。
【請求項９】
前記液体容器は、前記貯留部にインクが貯留されたインクカートリッジである請求項１ないし８のいずれかに記載の液体残量検出装置。
【請求項１０】
記録媒体に印刷を行う印刷装置に装填された状態で用いられ、インクが充填されたインクカートリッジであって、
液体としてインクが貯留される貯留部と、
前記貯留部からインクを排出するための排出口と、
前記貯留部から前記排出口へ前記インクを導く流路と、
前記貯留部の内壁面の一部を構成し、前記貯留部内の水頭圧に応じて変形するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの前記貯留部とは反対側の面に接合され、前記流路に露出するように設けられているとともに、前記ダイヤフラムの厚さ方向での変形を許容するように形成された凹部を備えた圧電体とを有し、
前記印刷装置に装填された状態で、前記ダイヤフラムの変形量を検出し、その検出結果に基づいて前記貯留部内の液体残量を検出し、前記圧電体の共振周波数を検出し、その検出結果に基づいて前記貯留部内の液体残量がほぼゼロになったか否かを検出し得るように構成されていることを特徴とするインクカートリッジ。
【請求項１１】
インクが充填されたインクカートリッジが装填された状態でそのインクを用いて記録媒体に印刷を行う印刷装置であって、
請求項１ないし９のいずれかに記載の液体残量検出装置を備え、前記液体容器は、前記貯留部にインクが貯留されたインクカートリッジであることを特徴とする印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体残量検出装置、インクカートリッジ、および印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
紙などの記録媒体に印刷を行う印刷装置として、インクジェット方式を採用するプリンタが知られている。かかる方式のプリンタは、一般に、キャリッジに装填されたインクカートリッジからインクジェットヘッドにインクを供給し、インクジェットヘッドから記録媒体にインクを液滴として吐出することにより、印刷を行う。
このような印刷装置にあっては、インクカートリッジがキャリッジに対し着脱可能となっており、インクカートリッジ内のインクの残量が所定量以下となったときに、そのインクカートリッジを新たなインクカートリッジと交換することができる。
【０００３】
かかるインクカートリッジは、インクが貯留された貯留部と、この貯留部内のインクを液滴吐出ヘッドへ供給するための排出口と、貯留部と排出口とを連通させる流路と、貯留部内のインクの残量を検出する液体残量検出装置とを有している。
液体残量検出装置としては、例えば、特許文献１に開示されているように、貯留部の内壁面の一部を構成する振動板と、この振動板上に設けられた圧電体とを有するものが知られている。かかる液体残量検出装置にあっては、圧電体により振動板を振動させ、その共振周波数の変化に基づいて貯留部内のインク残量を検出することができる。そして、このようなインク残量の検出結果をディスプレイなどに表示することにより、インクカートリッジの交換時期等をユーザーに知らせることができる。
【０００４】
しかしながら、特許文献１にかかる液体残量検出装置は、貯留部内にインクが一定以上あるか否かを検出するものであり、貯留部内のインク残量を逐次正確に検出することができない。これは、インクが振動板に接しているときは、インク残量が変化しても、圧電体の共振周波数の変化が小さいことによる。
特に、振動板が貯留部の底面に設けられているため、貯留部内のインク残量が僅かとなったときに、インク残量に関わらずインクカートリッジの姿勢などにより、インクと振動板との接触面積が大きく変動するため、実際のインク残量と検出結果との間の誤差が大きくなる。その結果、インクを使い切れずに無駄にしまったり、インクジェットヘッドにインクが供給されない状態で印刷動作（いわゆる空打ち）を行って、インクジェットヘッドに過大な負荷をかけてしまったりする場合があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１４６０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、液体の残量を逐次正確に検出することができ、特に、液体の残量が僅かとなったことを正確に検出することができる液体残量検出装置、インクカートリッジおよび印刷装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の液体残量検出装置は、液体が貯留される貯留部と、前記貯留部から液体を排出するための排出口と、前記貯留部から前記排出口へ前記液体を導く流路とを備えた液体容器に用いられ、前記貯留部内の液体の残量を検出する液体残量検出装置であって、
前記貯留部の内壁面の一部を構成し、前記貯留部内の水頭圧に応じて変形するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの変形量を検出する変形量検出手段と、
前記ダイヤフラムの前記貯留部とは反対側の面に接合され、前記流路に露出するように設けられているとともに、前記ダイヤフラムの厚さ方向での変形を許容するように形成された凹部を備えた圧電体と、
前記圧電体の共振周波数を検出する周波数検出手段とを有し、
前記変形量検出手段の検出結果に基づいて前記貯留部内の液体残量を検出し、前記周波数検出手段の検出結果に基づいて前記貯留部内の液体残量がほぼゼロになったか否かを検出するように構成されていることを特徴とする。
これにより、液体の残量を逐次正確に検出することができ、特に、液体の残量が僅かとなったことを正確に検出することができる。
【０００８】
本発明の液体残量検出装置では、前記貯留部と前記流路との間に前記貯留部の底壁が設けられ、前記ダイヤフラムおよび前記圧電体が前記底壁の一部を構成していることが好ましい。
これにより、貯留部内の液体がほぼ完全に無くなるまで、振動板が貯留部内の液体残量に応じて変形するため、より広範囲にて貯留部内の液体残量を逐次正確に検出することができる。また、これに伴い、貯留部内の液体の残量が僅かとなったことをより正確に検出することができる。
【０００９】
本発明の液体残量検出装置では、前記変形量検出手段は、前記ダイヤフラムの前記圧電体側の面上に設けられた第１の電極と、前記圧電体の前記ダイヤフラム側の面上に設けられた第２の電極とを備え、前記第１の電極と前記第２の電極との間の静電容量に基づいて前記ダイヤフラムの変形量を検出するように構成されていることが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成でかつ正確に、ダイヤフラムの変形量を検出することができる。
【００１０】
本発明の液体残量検出装置では、前記変形量検出手段は、前記ダイヤフラム上に設けられた応力検出素子を備え、該応力検出素子に生じた応力に基づいて前記ダイヤフラムの変形量を検出するように構成されていることが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成でかつ正確に、ダイヤフラムの変形量を検出することができる。
【００１１】
本発明の液体残量検出装置では、前記圧電体は、厚みすべりモードで振動するように構成されていることが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、圧電体の共振周波数を検出することができる。
本発明の液体残量検出装置では、前記圧電体は、水晶で構成されていることが好ましい。
既製品のＡＴカット水晶振動子は既に凹部を有しているため、これを利用することで、液体残量検出装置の製造を簡単化することができる。
【００１２】
本発明の液体残量検出装置では、前記圧電体の一方の面上に設けられ、互いに離間した入力電極および出力電極と、前記圧電体の他方の面上に設けられた共通電極とを有し、前記周波数検出手段は、前記入力電圧と前記共通電極との間に電圧を印加しつつ、前記出力電極と前記共通電極との間の電圧を検出し、その検出結果に基づいて前記圧電体の共振周波数を検出することが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成でかつより正確に、圧電体の共振周波数を検出することができる。
【００１３】
本発明の液体残量検出装置では、前記液体は、導電性を有していて、前記共通電極を兼ねることが好ましい。
これにより、周波数検出手段の構成をより簡単化することができる。
本発明の液体残量検出装置では、前記液体容器は、前記貯留部にインクが貯留されたインクカートリッジであることが好ましい。
これにより、インクカートリッジのインクの残量を逐次正確に検出することができ、特に、インクカートリッジのインクの残量が僅かとなったことを正確に検出することができる。
【００１４】
本発明のインクカートリッジは、記録媒体に印刷を行う印刷装置に装填された状態で用いられ、インクが充填されたインクカートリッジであって、
液体としてインクが貯留される貯留部と、
前記貯留部からインクを排出するための排出口と、
前記貯留部から前記排出口へ前記インクを導く流路と、
前記貯留部の内壁面の一部を構成し、前記貯留部内の水頭圧に応じて変形するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの前記貯留部とは反対側の面に接合され、前記流路に露出するように設けられているとともに、前記ダイヤフラムの厚さ方向での変形を許容するように形成された凹部を備えた圧電体とを有し、
前記印刷装置に装填された状態で、前記ダイヤフラムの変形量を検出し、その検出結果に基づいて前記貯留部内の液体残量を検出し、前記圧電体の共振周波数を検出し、その検出結果に基づいて前記貯留部内の液体残量がほぼゼロになったか否かを検出し得るように構成されていることを特徴とする。
これにより、インクカートリッジのインクの残量を逐次正確に検出することができ、特に、インクカートリッジのインクの残量が僅かとなったことを正確に検出することができる。
【００１５】
本発明の印刷装置は、インクが充填されたインクカートリッジが装填された状態でそのインクを用いて記録媒体に印刷を行う印刷装置であって、
本発明の液体残量検出装置を備え、前記液体容器は、前記貯留部にインクが貯留されたインクカートリッジであることを特徴とする。
これにより、インクカートリッジのインクの残量を逐次正確に検出することができ、特に、インクカートリッジのインクの残量が僅かとなったことを正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の液体残量検出装置、インクカートリッジおよび印刷装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態を説明する。
図１は、本発明の印刷装置の第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１に示す印刷装置に備えられたキャリッジの斜視図、図３は、図２に示すキャリッジの側面図、図４は、図２に示すキャリッジの平面図、図５は、図１に示す印刷装置（キャリッジ）に装填されるインクカートリッジを示す斜視図、図６は、図５中のＡ−Ａ線断面図、図７は、図５に示すインクカートリッジに備えられた液体残量検出装置を説明するための部分拡大図、図８は、図７に示す液体残量検出装置の分解斜視図、図９は、図７に示す液体残量検出装置の作動を説明するための図である。
【００１７】
まず、印刷装置１００の全体構成を簡単に説明する。
図１に示す印刷装置１００は、インクジェット方式を採用するプリンタであって、インクカートリッジ１が装填されており、そのインクカートリッジ１からのインクを用いて、紙などの記録媒体Ｐに印刷を行うものである。
図１に示すように、印刷装置１００は、インクカートリッジ１が着脱自在に装填されるキャリッジ（装填部）１０１を備え、このキャリッジ１０１は、ガイド軸１０２にその長手方向に移動自在に支持されているとともに、ベルト１０３を介してキャリッジモータ１０４から駆動力を受けるようになっている。これにより、キャリッジ１０１は、キャリッジモータ１０４の作動によりガイド軸１０２に沿って移動する。
【００１８】
このようなキャリッジ１０１の下部には、インクカートリッジ１からインクの供給を受け、記録媒体Ｐに向けインクを液滴として吐出するインクジェットヘッド１０６が設けられている。
このような印刷装置１００では、図示しない紙送りローラ対が記録媒体Ｐを搬送しながら、ガイド軸１０２に沿って記録媒体Ｐの移動方向に対し直角な方向にキャリッジ１０１が往復移動する。その際、図示しないホストコンピュータからの画像情報に応じて、インクジェットヘッド１０６から記録媒体Ｐにインクが液滴として吐出され、記録媒体Ｐ上に印刷が行われる。
【００１９】
このような印刷装置１００に備えられたキャリッジ１０１は、図２に示すように、上方に開口する略箱状をなし、扁平状をなす４つのインクカートリッジ１がその厚さ方向に配列された状態で装填されるようになっている。本実施形態では、４つのインクカートリッジ１は、図４にて右側から左側へ順に、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックのインクが充填されている。
【００２０】
キャリッジ１０１の外側（図３中右側）には、溝３１および３２が形成されている。溝３１および３２は、それぞれ、４つのインクカートリッジ１の配列方向に沿って形成されている。
溝３１には、前述したガイド軸１０２が挿通される。また、溝３２には、ガイド軸１０２の近傍に当該ガイド軸１０２と平行に突出形成されたガイド部（図示せず）が挿通される。これにより、キャリッジ１０１をその姿勢を一定に保ったままガイド軸１０２に沿って移動させることができる。
【００２１】
また、略箱状をなすキャリッジ１０１の内側には、複数のリブ３３、３４が突出形成されている。複数のリブ３３は、扁平状をなす各インクカートリッジ１の厚さと同程度の離間距離で互いに離間している。そして、このような複数のリブ３３と対をなすようにして、複数のリブ３３と同様に、複数のリブ３４が各インクカートリッジ１の厚さと同程度の間隔で互いに離間している。このような複数のリブ３３、３４同士の間に、対応するインクカートリッジ１が装填される。これにより、インクカートリッジ１の厚さ方向での移動をリブ３３、３４により規制し各インクカートリッジ１を位置決めすることができる。また、インクカートリッジ１をリブ３３、３４に沿って容易に着脱することができる。
【００２２】
また、キャリッジ１０１の内側には、その底面から上方に向け、インクジェットヘッド１０６にインクを供給するための中空針３６が突出している。キャリッジ１０１にインクカートリッジ１が装填されると、中空針３６がインクカートリッジ１の排出口７２と係合し、インクカートリッジ１から、中空針３６、図示しない流路を介してインクジェットヘッド１０６にインクが供給される。
【００２３】
また、キャリッジ１０１の内側には、インクカートリッジ１が装填されたときに、後述するインクカートリッジ１の係合片２４と係合する凹部３７、３８が形成されている。これにより、前述したリブ３３、３４とともに、インクカートリッジ１をキャリッジ１０１に対し正規の位置に固定することができる。
さらに、キャリッジ１０１の内側には、下部（底部）に、後述するインクカートリッジ１のガイド部２７に係合する凹部３９が形成されているとともに、弾性材料で構成された係合ピン４０が突出するように設けられている。これにより、インクカートリッジ１の下部をキャリッジ１０１に対し正規の位置により確実に位置決めすることができる。
このようなキャリッジ１０１の内側の下部には、後述するインクカートリッジ１の端子６２と接触する端子４１が設けられている。この端子４１は、後述する制御手段１０５に電気的に接続されている。
【００２４】
次に、このようなキャリッジ１０１に装填されるインクカートリッジ１について説明する。
図５に示すインクカートリッジ１は、カートリッジ本体２と、カートリッジ本体２に設置されたセンサ８と、センサ８に電気的に接続された回路基板（電極部）６とを有している。
【００２５】
カートリッジ本体２は、その外形形状が扁平状をなし、例えば樹脂材料で構成されている。
カートリッジ本体２の外壁面（縁部２５の上部）には、弾性変形可能な板状の係合片２４が片持ち支持されている（図５（ｂ）参照）。この係合片２４は、その表面に第１の凸部２４１および２つの第２の凸部２４２が形成されている。
【００２６】
第１の凸部２４１は、装填状態で、前述したキャリッジ１０１の凹部３８に係合する（図３参照。）。また、各第２の凸部２４２は、それぞれ、装填状態で、前述したキャリッジ１０１の凹部３７に係合する（図３参照。）。このような係合により、インクカートリッジ１がキャリッジ１０１から不本意に離脱するのを防止することができる。
また、カートリッジ本体２の外壁面（縁部２５の下部）には、突出したガイド部２７が形成されている。ガイド部２７は、装填状態で、前述したキャリッジ１０１の凹部（ガイド溝）３９に係合する（図３参照。）。これにより、インクカートリッジ１の位置決めがなされる。
【００２７】
カートリッジ本体２の縁部２５と反対側の縁部２６の上部には、凹没形成された凹部２８が形成されている。凹部２８は、親指の平が入る程度の大きさに形成されている。
また、カートリッジ本体２の縁部２６の下部には、回路基板６が設置される基板設置部２９が突出形成されている。基板設置部２９は、装填状態で、その上面２９１が、キャリッジ１０１に設けられ弾性材料で構成された係合ピン４０に係合する（図３参照。）。このような装填状態となることにより、インクカートリッジ１がキャリッジ１０１から不本意に離脱するのを防止することができる。また、インクカートリッジ１のキャリッジ１０１に対する位置決めが確実に行われる。
【００２８】
また、このカートリッジ本体２には、中空部（内腔部）が形成されており、図６に示すように、インクが貯留される貯留部７１と、貯留部７１からインクを排出するための排出口７２と、貯留部７１から排出口７２へインクを導く流路７３とを有している。
図６に示すように、貯留部７１の底面７１１付近には、流路７３が連通している。流路７３は、底面７１１に沿って延在する部分を有し、その部分が貯留部７１の底壁７１２を構成している。すなわち、貯留部７１と流路７３との間に底壁７１２が設けられている。この底壁７１２には、貯留部７１および流路７３にそれぞれ露出するようにセンサ８が設けられている。すなわち、センサ８は、底壁７１２の一部を構成している。なお、センサ８については、後に詳述する。
【００２９】
カートリッジ本体２の下面２１の右側には、下方に突出した凸部２２が形成されている（図６参照）。この凸部２２には、凹部２２１が形成されており、当該凹部２２１に（下方に向かって）排出口７２が開口している。
また、インクカートリッジ１には、排出口７２を開閉する弁機構２３が設置されている。弁機構２３は、弁体２３１と、インクカートリッジ１がキャリッジ１０１に装填されていないときに弁体２３１と係合してシールするシール部材２３３と、弁体２３１をシール部材２３３に向けて付勢するコイルバネ２３２とで構成されている。
【００３０】
シール部材２３３は、リング状をなし、その内側の空間が前述した凹部２２１を形成している。このシール部材２３３は、弾性材料で構成されている。この弾性材料としては、特に限定されないが、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ヒドリンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムのような各種ゴム材料を用いることができる。
【００３１】
弁体２３１は、排出口７２に接近または離間するように移動可能に設置されている。弁体２３１は、インクカートリッジ１が印刷装置１００の本体（キャリッジ１０１）に装填されていない状態（非装填状態）で、コイルバネ２３２の付勢力により、シール部材２３３に密着する。これにより、排出口７２からインクが不本意な部位へ流出するのを防止することができる。また、弁体２３１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、各種金属材料や各種プラスチック等を単独または組み合わせて用いることができる。
【００３２】
装填状態では、印刷装置１００のキャリッジ１０１から突出した中空針３６がコイルバネ２３２の付勢力に抗して弁体２３１を押圧して、排出口７２を開く。これにより、インクが中空針３６に形成された孔３６１を介してインクジェットヘッド１０６に供給される。
回路基板６は、前述したセンサ８に電気的に接続された複数の端子６２を有している。この複数の端子６２は、図５（ａ）に示すように、千鳥格子状に配置されている。また、各端子６２は、装填状態で、前述したキャリッジ１０１の端子４１と接触する（図３参照）。これにより、装填状態で、センサ８からの信号を制御手段１０５へ伝送したり、制御手段１０５からの信号（命令）をセンサ８へ伝送したりすることができる。ここで、各端子６２は、回路基板６の端子６２とは反対側に設けられた端子集積部（図示せず）で集積され、導体（ケーブル（図示せず））を介してセンサ８に電気的に接続されている。
【００３３】
ここで、図６ないし９に基づいてセンサ８（液体残量検出素子）を詳述する。
センサ８は、図６に示すように、貯留部７１の底壁７１２の一部を構成し、貯留部７１内および流路７３内にそれぞれ露出し、貯留部７１内のインク残量と流路７３内のインクの有無（貯留部７１内のインク終了）を検出するようになっている。
より具体的には、センサ８は、図７および図８に示すように、貯留部７１の内壁面（底面）の一部を構成するダイヤフラム８１と、ダイヤフラム８１の貯留部７１とは反対側の面に接合され、前記流路に露出するように設けられた圧電体８２とを有している。
【００３４】
ダイヤフラム８１は、貯留部７１の内壁面（底面）の一部を構成し、貯留部７１内の水頭圧に応じて変形するように構成されている。本実施形態では、ダイヤフラム８１は、貯留部７１側の面の中央部に凹部８１１が形成されている。これにより、ダイヤフラム８１の中央部には、薄肉部８１２が形成されている。
このような薄肉部８１２がダイヤフラム８１に形成されていることにより、ダイヤフラム８１（主として薄肉部８１２）が水頭圧に応じて効果的に変形することができる。したがって、ダイヤフラム８１の変形量を検出することにより、貯留部７１内のインク残量を検出することができる。
【００３５】
このようなダイヤフラム８１の構成材料としては、貯留部７１内のインク残量に応じて変形し得るものであれば、特に限定されず、各種無機材料や各種有機材料を用いることができ、例えば、水晶、シリコン、金属、ガラス等を好適に用いることができる。
また、ダイヤフラム８１の圧電体８２側の面上には、ダイヤフラム８１の変形量を検知するための第１の電極８３が設けられている。この第１の電極８３は、図８に示すように、ダイヤフラム８１の縁部へ向け延びる端子８３１を有している。この端子８３１は、図示しない配線を介して、前述した回路基板６の端子６２に接続されている。これにより、インクカートリッジ１がキャリッジ１０１に装填されている状態で、第１の電極８３は、制御手段１０５に電気的に接続される。また、この端子８３１および前記配線は、図示しない樹脂膜等の絶縁膜により覆われていて、インクに対し絶縁されている。
【００３６】
第１の電極８３の構成材料としては、電極材料であれば、種類は特に限定されるものではなく、公知の各種電極材料を用いることができる。例えば、第１の電極８３の構成材料としては、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕまたはこれらを含む合金等の金属材料、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＡＴＯ、ＳｎＯ２等の導電性酸化物、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレン等の炭素材料、ポリアセチレン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ（ｐｏｌｙ−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）のようなポリチオフェン、ポリアニリン、ポリ（ｐ−フェニレン）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリフルオレン、ポリカルバゾール、ポリシランまたはこれらの誘導体等の導電性高分子材料等が挙げられ、通常塩化鉄、ヨウ素、強酸、有機酸、ポリスチレンサルフォニック酸などの高分子でドープされ導電性を付与された状態で用いられる。さらに、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００３７】
このようなダイヤフラム８１の凹部８１１と反対側の面には、圧電体８２が接合されている。
圧電体８２は、板状をなし、ダイヤフラム８１側の面に、前述した薄肉部８１２に対応するようにして凹部８２１が形成されている。すなわち、圧電体８２には、ダイヤフラム８１の厚さ方向での変形（具体的にはダイヤフラム８１の薄肉部８１２の変形）を許容するように薄肉部８２２が形成されている。
【００３８】
このような圧電体８２は流路７３に露出するように設けられているため、貯留部７１内のインクが消費され流路７３に空気（気泡）が混入すると、圧電体８２の共振周波数やインピーダンスが急激に変化する。したがって、圧電体８２の共振周波数（インピーダンス）を検出することにより、貯留部７１内のインク残量がほぼゼロとなったこと、すなわち、貯留部７１内のインクが使い尽くされたことを検出することができる。
【００３９】
また、圧電体８２の一方の面上には、互いに離間した第２の電極８４、８５が設けられている。この第２の電極８４は、図８に示すように、圧電体８２の縁部から突出するようにダイヤフラム８１の縁部へ向け延びる端子８４１を有している。また、第２の電極８５も、圧電体８２の縁部から突出するようにダイヤフラム８１の縁部へ向け延びる端子８５１を有している。これら端子８４１、８５１は、それぞれ、図示しない配線を介して、前述した回路基板６の端子６２に接続されている。これにより、インクカートリッジ１がキャリッジ１０１に装填されている状態で、第２の電極８４、８５は、制御手段１０５に電気的に接続される。また、この端子８４１、８５１および前記配線は、図示しない樹脂膜等の絶縁膜により覆われていて、インクに対し絶縁されている。
【００４０】
第２の電極８４、８５の構成材料としては、それぞれ、電極材料であれば、種類は特に限定されるものではなく、公知の各種電極材料を用いることができる。例えば、第２の電極８４、８５の構成材料としては、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕまたはこれらを含む合金等の金属材料、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＡＴＯ、ＳｎＯ２等の導電性酸化物、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレン等の炭素材料、ポリアセチレン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ（ｐｏｌｙ−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）のようなポリチオフェン、ポリアニリン、ポリ（ｐ−フェニレン）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリフルオレン、ポリカルバゾール、ポリシランまたはこれらの誘導体等の導電性高分子材料等が挙げられ、通常塩化鉄、ヨウ素、強酸、有機酸、ポリスチレンサルフォニック酸などの高分子でドープされ導電性を付与された状態で用いられる。さらに、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００４１】
このような圧電体８２は、厚みすべりモードで振動するように構成されている。すなわち、圧電体８２は、その板面に平行な方向に分極している。このような圧電体８２は、前述したような第１の電極８３と第２の電極８４との間に電圧を印加することにより、圧電体８２の両面を互いに反対方向にずれるように変形させることができる。また、第１の電極８３と第２の電極８４との電圧を検出することにより、圧電体８２の共振周波数やインピーダンス（共振周波数でのインピーダンス）を検出することができる。このように、第２の電極８４、８５を設けるという比較的簡単な構成で、圧電体８２の共振周波数を検出することができる。
【００４２】
なお、圧電体８２の振動モードは、前述した厚みすべりモードに限定されず、圧電体８２の共振周波数やインピーダンスを検出することができるものであればよく、例えば、厚みモードなどの他のモードの振動で振動するものであってもよい。また、圧電体８２の分極方向も、圧電体８２の共振周波数やインピーダンスを検出することができるものであれば、特に限定されず、例えば、圧電体８２の厚さ方向に分極しているものであってもよい。この場合、圧電体８２の振動モードに応じた配置の電極を設ける。
【００４３】
また、圧電体８２は、水晶で構成されている。既製品のＡＴカット水晶振動子は既に凹部を有しているため、これを凹部８２１として利用することで、インクカートリッジ１（インク残量検出機構）の製造を簡単化することができる。
なお、圧電体８２は、水晶（ＡＴカット水晶振動子）に限らず、例えば、ＰＺＴ（ＰｂＺｒyＴｉ1-yＯ3）、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9）、さらに、これらのものに、ニオブ、ニッケル、マグネシウム等の金属を添加したもの等の強誘電体を用いることができる。より具体的には、圧電体８２の構成材料としては、例えば、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ジルコン酸（ＰｂＺｒＯ3）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）またはマグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3）等を用いることができる。
【００４４】
このようなセンサ８に電気的に接続された制御手段１０５は、印刷装置１００の本体に設けられており、印刷動作、すなわち、インクジェットヘッド１０６の液滴吐出動作を制御する機能を有している。このような制御手段１０５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、記憶部（記憶手段）とで構成されている。記憶部は、プログラムやデータ等を記憶（記録）する、ＣＰＵに読み取り可能な記憶媒体（記録媒体）を有している。この記憶媒体は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory：揮発性、不揮発性のいずれをも含む）、ＦＤ（Floppy Disk（「Floppy」は登録商標））、ＨＤ（Hard Disk）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read-Only Memory）等のような、磁気的、光学的記録媒体、もしくは半導体メモリで構成されている。
【００４５】
特に、制御手段１０５は、第１の電極８３と第２の電極８４または第２の電極８５との間の静電容量を検出し、その検出結果に基づき、ダイヤフラム８１の変形量を検出する機能を有している。すなわち、制御手段１０５は、第１の電極８３と、第２の電極８４および／または第２の電極８５とともに、ダイヤフラム８１の変形量を検出する変形量検出手段を構成している。
【００４６】
また、制御手段１０５は、第２の電極８４と流路７３内のインク（共通電極）との間に電圧（一定電圧または一定電流）を印加しつつ、第２の電極８５と流路７３内のインク（共通電極）との間の電圧（または電流）を検出し、その検出結果に基づき、圧電体８２の共振周波数を検知する機能を有している。すなわち、制御手段１０５は、第２の電極８４および／または第２の電極８５と、インク（共通電極）とともに、圧電体８２の共振周波数（インピーダンス）を検出する周波数検出手段を構成している。
【００４７】
このような制御手段１０５は、前述したインクジェットヘッド１０６および報知手段１０７にそれぞれ接続されている。
報知手段１０７は、インクカートリッジ１の残量やそれに関連した情報（インクカートリッジ１の交換を要する旨など）を報知する機能を有している。このような報知手段１０７は、印刷装置１００の本体に設けられ、例えば、報知手段１０７としては、液晶パネルを用いて表示するものや、スピーカを用いて音声で報知するものなどが挙げられる。
【００４８】
このように構成されたセンサ８にあっては、図９（ａ）に示すように貯留部７１内にインクが存在するとき、ダイヤフラム８１は、水頭圧を受ける。そのため、ダイヤフラム８１が貯留部７１内のインク残量に応じて変形する。ダイヤフラム８１の変形量に応じて第１の電極８３と第２の電極８４、８５との間の距離が変化するため、これらの電極間の静電容量を検出することにより、ダイヤフラム８１の変形量を検出することができる。この検出結果は、必要に応じてまたは逐次、報知手段１０７で表示したり音声にて報知される。これにより、ユーザーは、インクカートリッジ１内のインク残量を逐次正確に知ることができる。
【００４９】
また、図９（ａ）に示すように貯留部７１内にインクが存在するとき、流路７３は、インクで満たされており、圧電体８２はインクにより覆われ接触している。
そして、インクカートリッジ１のインクが消費され、図９（ｂ）に示すように、貯留部７１内のインクがすべて消費されると、ダイヤフラム８１は水頭圧を受けなくなり（水頭圧が極めて小さくなり）、ダイヤフラム８１の変形量がほぼゼロになる。すなわち、第１の電極８３と第２の電極８４、８５との間の距離が大きくなる。
【００５０】
さらにインクカートリッジ１のインクが消費されると、図９（ｃ）に示すように、流路７３に空気が進入し、圧電体８２が空気にさらされる。すると、圧電体８２の共振周波数が急激に変化する。具体的には、出力電極である第２の電極８５と、共通電極であるインクとの間の電圧または電流が急激に小さくなり、これを検出することで、圧電体８２の共振周波数が急激に変化したことを検出することができる。この検出結果は、必要に応じてまたは逐次、報知手段１０７で表示したり音声にて報知される。これにより、ユーザーは、インクカートリッジ１内のインクがほぼ完全に無くなった（使い尽くされた）ことを正確に知ることができる。
【００５１】
以上のように、インクカートリッジ１が印刷装置１００に装填された状態で、ダイヤフラム８１の変形量を検出し、その検出結果に基づいて貯留部７１内の液体残量を検出し、圧電体８２の共振周波数を検出し、その検出結果に基づいて貯留部７１内の液体残量がほぼゼロになったか否かを検出し得る。すなわち、前述したようなセンサ８（ダイヤフラム８１および圧電体８２）と制御手段１０５（変形量検出手段および周波数検出手段）とが、貯留部７１内のインク残量を検出する液体残量検出装置を構成している。
【００５２】
このような液体残量検出装置は、インクカートリッジ１のインクの残量を逐次正確に検出することができ、特に、インクカートリッジ１のインクの残量が僅かとなったことを正確に検出することができる。
ここで、第２の電極８４は入力電極として機能し、第２の電極８５は出力電極として機能するものである。また、本実施形態では、貯留部７１内や流路７３内のインクは、導電性を有していて、流路７３にインクが満たされているときには、圧電体８２の他方の面上に設けられた共通電極として機能するものである。
【００５３】
また、第２の電極８４、８５は、前述した第１の電極８３と対向している。そのため、ダイヤフラム８１の変形量に応じて、第１の電極８３と第２の電極８４、８５との間の静電容量が変化する。
このような入力電極である第２の電極８４と共通電極（インク）との間に電圧を印加しつつ、第２の電極８５と共通電極（インク）との間の電圧を検出し、その検出結果に基づいて圧電体８２の共振周波数を検出するため、比較的簡単な構成でかつより正確に、圧電体８２の共振周波数を検出することができる。
【００５４】
また、第１の電極８３と第２の電極８４、８５との間の静電容量に基づいてダイヤフラム８１の変形量を検出するように構成されているため、比較的簡単な構成でかつ正確に、ダイヤフラム８１の変形量を検出することができる。
また、貯留部７１と流路７３との間に貯留部７１の底壁７１２が設けられ、ダイヤフラム８１および圧電体８２が底壁７１２の一部を構成しているため、貯留部７１内のインクがほぼ完全に無くなるまで、ダイヤフラム８１が貯留部７１内のインク残量に応じて変形するため、より広範囲にて貯留部７１内のインク残量を逐次正確に検出することができる。また、これに伴い、貯留部７１内のインクの残量が僅かとなったことをより正確に検出することができる。
また、インクが導電性を有していて前記共通電極を兼ねるため、周波数検出手段である制御手段１０５の構成をより簡単化することができる。
【００５５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図１０は、本発明の第２実施形態にかかる液体残量検出装置を説明するための分解斜視図である。
以下、第２実施形態の液体残量検出装置について、前述した第１実施形態との違いを中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。
【００５６】
本実施形態にかかる液体残量検出装置は、ダイヤフラム８１の変形量を検出する変形量検出手段の構成が異なる以外は第１実施形態の液体残量検出装置と同様である。
具体的には、本実施形態の液体残量検出装置は、図１０に示すように、ダイヤフラム８１の圧電体８２側の面に、前述した第１実施形態の第１の電極８３に代えて、応力検出素子８３Ａが設けられている。本実施形態では、応力検出素子８３Ａは、長板状をなし、その長手方向での応力を検出可能となっている、また、応力検出素子８３Ａの長手方向での両端部が端子８３１Ａ、８３２Ａとして機能する。
【００５７】
そして、制御手段１０５は、応力検出素子８３Ａに生じた応力に基づいてダイヤフラム８１の変形量を検出するように構成されている。このような構成によっても、比較的簡単な構成でかつ正確に、ダイヤフラム８１の変形量を検出することができる。
応力検出素子８３Ａとしては、ダイヤフラム８１の変形量を検出できるものであれば、特に限定されず、各種ピエゾ抵抗素子、歪みゲージなどを用いることができる。特に、ダイヤフラム８１がシリコンで構成されている場合、応力検出素子８３Ａは、ｐ＋型またはｎ＋型の拡散抵抗領域として構成されているのが好ましい。これにより、シリコンに不純物をドープすることにより簡単かつ高精度に応力検出素子８３Ａを形成することができる。
【００５８】
以上、本発明の液体残量検出装置、インクカートリッジおよび印刷装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、インクカートリッジおよび印刷装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明の液体残量検出装置、インクカートリッジおよび印刷装置は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【００５９】
また、前述した実施形態では、貯留部と排出口と流路とで構成されたインク供給系がインクカートリッジに１つ設けられているものについて説明したが、インク供給系がインクカートリッジに複数設けられていてもよい。例えば、インクカートリッジにマゼンタ用とシアン用とイエロー用の３つのインク供給系を設けたもの、また、インクカートリッジにマゼンタ用とシアン用とイエロー用とブラック用の４つのインク供給系を設けたものであっても本発明を適用することができるのは言うまでもない。
また、前述した実施形態では、残量検知の対象の液体としてインクを例に説明したが、本発明の液体残量検出装置は、例えば、自動車の燃料タンク内の燃料の残量検出などの他の液体の残量検出にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の印刷装置の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す印刷装置に備えられたキャリッジの斜視図である。
【図３】図２に示すキャリッジの側面図である。
【図４】図２に示すキャリッジの平面図である。
【図５】図１に示す印刷装置（キャリッジ）に装填されるインクカートリッジを示す斜視図である。
【図６】図５中のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】図５に示すインクカートリッジに備えられた液体残量検出装置を説明するための部分拡大図である。
【図８】図７に示す液体残量検出装置の分解斜視図である。
【図９】図７に示す液体残量検出装置の作動を説明するための図である。
【図１０】本発明の第２実施形態にかかる液体残量検出装置を説明するための分解斜視図である。
【符号の説明】
【００６１】
１……インクカートリッジ  ２……カートリッジ本体  ２１……下面  ２２……凸部  ２２１……凹部  ２３……弁機構  ２３１……弁体  ２３２……コイルバネ  ２３３……シール部材  ２４……係合片  ２４１……第１の凸部  ２４２……第２の凸部  ２５、２６……縁部  ２７……ガイド部  ２８……凹部  ２９……基板設置部  ２９１……上面  ３１、３２……溝  ３３、３４……リブ  ３６……中空針  ３６１……孔  ３７……第２の凹部  ３８……第１の凹部  ３９……第３の凹部（ガイド溝）  ４０……係合ピン  ４１……端子  ６……回路基板  ６２……端子  ７１……貯留部  ７１１……底面  ７１２……底壁  ７２……排出口  ７３……流路  ８……センサ  ８１……ダイヤフラム  ８２……圧電体  ８３……第１の電極  ８３Ａ……応力検出素子  ８４……第２の電極  ８５……第２の電極  ８１１、８２１……凹部  ８１２、８２２……薄肉部  ８３１、８３１Ａ、８３２Ａ、８４１、８５１……端子  １００……印刷装置  １０１……キャリッジ  １０２……ガイド軸  １０３……ベルト  １０４……キャリッジモータ  １０５……制御手段  １０６……インクジェットヘッド  １０７……報知手段  Ｐ……記録媒体
【図１】
2008100388.tif 000003
【図２】
2008100388.tif 000004
【図３】
2008100388.tif 000005
【図４】
2008100388.tif 000006
【図５】
2008100388.tif 000007
【図６】
2008100388.tif 000008
【図７】
2008100388.tif 000009
【図８】
2008100388.tif 000010
【図９】
2008100388.tif 000011
【図１０】
2008100388.tif 000012