(57)【要約】【課題】  液量の検出に加えて、専用の装置を別途設けることなく簡単な構成で液体貯留部材の装着状態の検出を可能とする。【解決手段】  上流端側に入射部６７、下流端側に出射部６８を有し、プリンタ側の発光素子５５からの光を入射部６７から入射し、出射部６８からプリンタ側の受光素子５６に向けて出射可能なプリズム部６６を備え、このプリズム部６６は、内部を通る光の少なくとも一部を下流側に反射する検出部７０を途中に有し、該検出部７０は、インク貯留空部５８における液量検出位置に配置され、検出部７０がインクに浸漬した浸漬状態では入射した光の大部分をインク側に透過すると共に残りを状態検出光として下流側に反射し、検出部７０が液体に浸漬していない非浸漬状態では入射した光の大部分を液量検出光として下流側に反射する状態に設けられ、検出部７０の浸漬状態と非浸漬状態とで出射部６８の出射光量が変化するように構成した。【選択図】  図４ 
2005313446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留する貯留空部と、該貯留空部と外部とを連通する液体連通部とを有し、
液体を消費する液体消費装置に装着され、該液体消費装置側の液体流路と前記貯留空部とを前記液体連通部を通じて連通可能に構成された液体貯留部材であって、
上流端側に入射部、下流端側に出射部を有し、前記液体消費装置側の発光素子からの光を前記入射部から入射し、前記出射部から前記液体消費装置側の受光素子に向けて出射可能な光導波路を備え、
該光導波路は、内部を通る光の少なくとも一部を下流側に反射する検出部を途中に有し、
前記検出部は、前記貯留空部内における液量検出位置に配置され、液体に浸漬した浸漬状態では入射した光の大部分を液体側に透過すると共に残りを状態検出光として下流側に反射し、液体に浸漬していない非浸漬状態では入射した光の大部分を液量検出光として下流側に反射する状態に設けられ、
前記検出部の浸漬状態と非浸漬状態とで前記出射部の出射光量が変化するように構成されたことを特徴とする液体貯留部材。
【請求項２】
前記検出部は、液体との境界部における全反射の臨界角よりも小さく、且つ、空気との境界部における全反射角の臨界角よりも大きい液量検出角度で光が入射される状態に設けられると共に、検出部の少なくとも一部が半鏡面加工されていることを特徴とする請求項１に記載の液体貯留部材。
【請求項３】
前記検出部は、液体との境界部における全反射の臨界角よりも小さく、且つ、空気との境界部における全反射角の臨界角よりも大きい液量検出角度で光が入射される状態に設けられると共に、検出部の一部が鏡面加工されていることを特徴とする請求項１に記載の液体貯留部材。
【請求項４】
前記検出部は、液体との境界部における全反射の臨界角よりも小さく、且つ、空気との境界部における全反射角の臨界角よりも大きい液量検出角度で光が入射される第１領域、及び、液体との境界部における全反射の臨界角よりも大きい状態検出角度で光が入射される第２領域により構成されることを特徴とする請求項１に記載の液体貯留部材。
【請求項５】
前記液量検出角度が略４５°に設定されたことを特徴とする請求項２から請求項４の何れかに記載の液体貯留部材。
【請求項６】
前記光導波路は、前記入射部、前記出射部、及び、前記検出部を除き鏡面加工されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の液体貯留部材。
【請求項７】
前記入射部と前記出射部とは、互いに離隔した位置に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の液体貯留部材。
【請求項８】
少なくとも前記検出部の表面が撥水加工されていることを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の液体貯留部材。
【請求項９】
請求項１から請求項８の何れかに記載の液体貯留部材を搭載し、
前記入射部に光を出射する発光素子、及び、前記出射部からの出射光を受光する受光素子を有する光センサを有し、前記受光素子の受光量の変化に基づいて、前記貯留空部内の液量を検出する液量検出手段と、
前記受光素子の受光の有無に基づいて、前記液体貯留部材の装着状態を検出する状態検出手段とを備えることを特徴とする液体消費装置。
【請求項１０】
前記状態検出手段は、前記受光素子の受光の有無に基づいて、前記光センサの動作状態を検出することを特徴とする請求項９に記載の液体消費装置。
【請求項１１】
液体を液滴として吐出可能な液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の液体消費装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク等の液体を貯留する液体貯留部材、及び、インクジェット式プリンタ等の液体消費装置に関するものであり、特に、発光素子及び受光素子から成る光センサを用いて液量を検出可能な液体貯留部材、及び、液体消費装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体を消費する液体消費装置としては、例えば、液体を液滴として吐出可能な液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから液体状のインクをインク滴として記録紙等の吐出対象物に対して吐出・着弾させて記録を行うインクジェット式プリンタ等の画像記録装置を挙げることができる。
【０００３】
この種の液体消費装置は、液体を貯留した液体貯留部材を着脱可能に搭載し、この液体貯留部材内の液体を液滴として液体噴射ヘッドから吐出するように構成されているのが一般的である。そして、液体貯留部材内の液体の残量が僅かとなった場合（以下、ニアエンドという）には、使用者が液体貯留部材の交換のタイミングを把握することができるように、液体貯留部材内の液体の残量を使用者に報知する構成を採ることが望ましい。
【０００４】
液体貯留部材内の液体の残量を検出するための手段としては、種々のものが提案されている。例えば、液体貯留部材としてのインクタンクの対向壁にそれぞれ透明な透光窓を設けると共に、この透光窓を介してインクタンク内に光を出射する発光素子と、この発光素子から出射されてインクタンク内を通った光を受光する受光素子とから構成される光学系（光センサ）を備え、受光素子が受光する光量の変化に基づいてインクタンク内のインク残量を検出するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−１５６９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示されたものは、インクタンクの記録装置への装着状態が適切であることを前提にしたものであり、光センサに対する透光窓の位置がずれている状態では、インク残量の検出を正しく行うことができない。そして、上記構成では、インクタンクの装着状態を検出することはできなかった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体貯留部材内の液量を検出すると共に、液体貯留部材の装着状態を検出可能な液体貯留部材、及び、液体消費装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液体貯留部材は、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体を貯留する貯留空部と、該貯留空部と外部とを連通する液体連通部とを有し、
液体を消費する液体消費装置に装着され、該液体消費装置側の液体流路と前記貯留空部とを前記液体連通部を通じて連通可能に構成された液体貯留部材であって、
上流端側に入射部、下流端側に出射部を有し、前記液体消費装置側の発光素子からの光を前記入射部から入射し、前記出射部から前記液体消費装置側の受光素子に向けて出射可能な光導波路を備え、
該光導波路は、内部を通る光の少なくとも一部を下流側に反射する検出部を途中に有し、
前記検出部は、前記貯留空部内における液量検出位置に配置され、液体に浸漬した浸漬状態では入射した光の大部分を液体側に透過すると共に残りを状態検出光として下流側に反射し、液体に浸漬していない非浸漬状態では入射した光の大部分を液量検出光として下流側に反射する状態に設けられ、
前記検出部の浸漬状態と非浸漬状態とで前記出射部の出射光量が変化するように構成されたことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、検出部の浸漬状態と非浸漬状態とで出射部の出射光量が変化すると共に、非浸漬状態と非浸漬状態とに拘らず出射部から必ず光が出射されるので、浸漬状態と非浸漬状態とで変化する出射光量に基づいて貯留空部内の液量の検出が可能であると共に、出射部の光の出射の有無に基づいて液体貯留部材の装着状態の検出が可能となる。そのため、液量の検出に加えて、専用の装置を別途設けることなく簡単な構成で液体貯留部材の装着状態の検出を実現することができる。
なお、液体貯留部材の装着状態とは、液体貯留部材の液体消費装置への装着状態であって、液体消費装置側の発光素子及び受光素子に対する液体貯留部材側の入射部及び出射部の配置の状態を含む意味である。
【００１０】
上記構成において、前記検出部が、液体との境界部における全反射の臨界角よりも小さく、且つ、空気との境界部における全反射角の臨界角よりも大きい液量検出角度で光が入射される状態に設けられると共に、検出部の少なくとも一部が半鏡面加工されていることが望ましい。
【００１１】
また、前記検出部が、液体との境界部における全反射の臨界角よりも小さく、且つ、空気との境界部における全反射角の臨界角よりも大きい液量検出角度で光が入射される状態に設けられると共に、検出部の一部が鏡面加工されている構成を採ることもできる。
【００１２】
また、前記検出部を、液体との境界部における全反射の臨界角よりも小さく、且つ、空気との境界部における全反射角の臨界角よりも大きい液量検出角度で光が入射される第１領域、及び、液体との境界部における全反射の臨界角よりも大きい状態検出角度で光が入射される第２領域により構成することもできる。
【００１３】
上記構成において、前記液量検出角度が略４５°に設定される構成を採用するのが望ましい。
なお、略４５°とは、４５°から多少前後にずれた状態を含む意味である。
【００１４】
上記各構成において、前記光導波路が、前記入射部、前記出射部、及び、前記検出部を除き鏡面加工されていることが望ましい。
【００１５】
この構成によれば、検出部以外の部分における光の不必要な拡散を抑制することができるので、非浸漬状態における出射部の出射光量を可及的に増加させることが可能となる。これにより検出精度の向上が図れる。
【００１６】
上記各構成において、前記入射部と前記出射部とが、互いに離隔した位置に配置されていることが望ましい。
なお、離隔した位置とは、発光素子から出射されて光導波路を通っていない光が受光素子に入射して影響を及ぼさない程度に離れた位置を意味する。
【００１７】
この構成によれば、発光素子からの直接光、即ち、光導波路を通っていない光が受光素子に入射するのを抑制することができる。これにより、受光素子に発光素子からの直接光が入射することに起因する検出精度の低下を防止することができる。
【００１８】
上記各構成において、少なくとも前記検出部の表面が撥水加工されている構成を採用するのが望ましい。
【００１９】
この構成によれば、液体に浸漬していない非浸漬状態において、検出部に液滴が付着するのを可及的に抑制し、インク滴が付着した部分で光が散乱して検出精度が低下するのを防止することが可能となる。
【００２０】
本発明の液体消費装置は、上記各構成の液体貯留部材を搭載し、
前記入射部に光を出射する発光素子、及び、前記出射部からの出射光を受光する受光素子を有する光センサを有し、前記受光素子の受光量の変化に基づいて、前記貯留空部内の液量を検出する液量検出手段と、
前記受光素子の受光の有無に基づいて、前記液体貯留部材の装着状態を検出する状態検出手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、検出部の浸漬状態と非浸漬状態とで出射部の出射光量が変化すると共に、非浸漬状態と非浸漬状態とに拘らず出射部から必ず光が出射されるので、浸漬状態と非浸漬状態とで変化する出射光量に基づいて貯留空部内の液量の検出が可能であると共に、出射部の光の出射の有無に基づいて液体貯留部材の装着状態の検出が可能となる。そのため、液量の検出に加えて、専用の装置を別途設けることなく簡単な構成で貯留空部の検出を実現することができる。
【００２２】
上記構成において、前記状態検出手段が、前記受光素子の受光の有無に基づいて、前記光センサの動作状態を検出する構成を採ることもできる。
【００２３】
さらに、液体を液滴として吐出可能な液体噴射ヘッドを備えた液体消費装置に、本発明の液体貯留部材を適用することで、貯留空部内の液量が僅かとなった状態を検出することが可能であるので、使用者に対してその旨を報知する構成を採ることもできる。そして、使用者は、これに応じて液体貯留部材のより適切な交換タイミングを把握することができる。これにより、液体が空になった状態で液体噴射ヘッドの動作が継続されることによる液体噴射ヘッドの損傷等の不具合を未然に防止することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下においては、本発明の液体消費装置の一種として、本発明の液体貯留部材に相当するインクカートリッジ内のインクをインク滴として吐出可能なインクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッドの一種：以下、記録ヘッドという）を備えたインクジェット式プリンタ（以下、プリンタと略記する）を例に挙げる。
【００２５】
図１はプリンタ１の構成を示す斜視図である。このプリンタ１は、記録ヘッド２が取り付けられると共に、インクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４と、記録ヘッド２の下方に配設されたプラテン５と、記録ヘッド２（キャリッジ４）を記録紙６（吐出対象物の一種）の紙幅方向に移動させるキャリッジ移動機構７と、ヘッド移動方向に直交する方向である紙送り方向に記録紙６を搬送する紙送り機構８とを備えて概略構成されている。ここで、紙幅方向は、主走査方向であり、紙送り方向は、副走査方向である。
【００２６】
キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ４の主走査方向の位置は、リニアエンコーダ１０によって検出され、検出信号が位置情報としてプリンタコントローラの制御部４２（図３参照）に送信される。これにより、制御部４２はこのリニアエンコーダ１０からの位置情報に基づいてキャリッジ４（記録ヘッド２）の走査位置を認識しながら、記録ヘッド２による記録動作（吐出動作）等を制御することができる。
【００２７】
また、プリンタ１には、各インクカートリッジ３内のインク残量（本発明における液量に相当）を検出するために用いられる光センサ３７（図３参照）が設けられている。この光センサ３７を用いたインク残量の検出については後述する。
【００２８】
図２は、上記記録ヘッド２の構成を説明する部分断面図である。この記録ヘッド２は、ケース１２と、このケース１２内に収納される振動子ユニット１３と、ケース１２の底面（先端面）に接合される流路ユニット１４等を備えている。上記のケース１２は、例えば、エポキシ系樹脂により作製され、その内部には振動子ユニット１３を収納するための収納空部１５が形成されている。振動子ユニット１３は、圧力発生素子の一種として機能する圧電振動子１６と、この圧電振動子１６が接合される固定板１７と、圧電振動子１６に駆動信号等を供給するためのフレキシブルケーブル１８とを備えている。圧電振動子１６は、圧電体層と電極層とを交互に積層した圧電板を櫛歯状に切り分けることで作製された積層型であって、積層方向に直交する方向に伸縮可能な縦振動モードの圧電振動子である。
【００２９】
流路ユニット１４は、流路形成基板１９の一方の面にノズルプレート２０を、流路形成基板１９の他方の面に弾性板２１をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット１４には、リザーバ２２と、インク供給口２３と、圧力室２４と、ノズル連通口２５と、ノズル開口２６とを設けている。そして、インク供給口２３から圧力室２４及びノズル連通口２５を経てノズル開口２６に至る一連のインク流路が、ノズル開口２６毎に対応して形成されている。リザーバ２２には、インク供給路２２′（本発明における液体流路に相当）を介してインク供給針６２（図４参照）が接続されている。
【００３０】
上記ノズルプレート２０は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル開口２６を列状に穿設した金属製の薄いプレートである。本実施形態では、このノズルプレート２０をステンレス製の板材によって構成し、ノズル開口２６の列（ノズル列）を複数設けている。そして、１つのノズル列は、例えば１８０個のノズル開口２６によって構成される。そして、本実施形態における記録ヘッド２は、夫々異なる色のインク（本発明における液体の一種）、具体的には、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の合計４色のインクを貯留する４つのインクカートリッジ３を装着可能に構成されており、これらの色に対応させて合計４列のノズル列がノズルプレート２０に形成されている。このインクカートリッジ３についての詳細は後述する。
【００３１】
上記弾性板２１は、支持板２７の表面に弾性体膜２８を積層した二重構造である。本実施形態では、金属板の一種であるステンレス板を支持板２７とし、この支持板２７の表面に樹脂フィルムを弾性体膜２８としてラミネートした複合板材を用いて弾性板２１を作製している。この弾性板２１には、圧力室２４の容積を変化させるダイヤフラム部２９が設けられている。また、この弾性板２１には、リザーバ２２の一部を封止するコンプライアンス部３０が設けられている。
【００３２】
上記のダイヤフラム部２９は、エッチング加工等によって支持板２７を部分的に除去することで作製される。即ち、このダイヤフラム部２９は、圧電振動子１６の先端面が接合される島部３１と、この島部３１を囲う薄肉弾性部３２とからなる。上記のコンプライアンス部３０は、リザーバ２２の開口面に対向する領域の支持板２７を、ダイヤフラム部２９と同様にエッチング加工等によって除去することにより作製され、リザーバ２２に貯留された液体の圧力変動を吸収するダンパーとして機能する。
【００３３】
そして、上記の島部３１には圧電振動子１６の先端面が接合されているので、この圧電振動子１６の自由端部を伸縮させることで圧力室２４の容積を変動させることができる。この容積変動に伴って圧力室２４内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド２は、この圧力変動を利用してノズル開口２６からインク滴を吐出させるようになっている。
【００３４】
図３はプリンタ１の電気的な構成を示すブロック図である。このプリンタ１は、プリンタコントローラ３５と、プリントエンジン３６と、光センサ３７とで概略構成されている。プリンタコントローラ３５は、ホストコンピュータ等の外部装置からの印刷データ等が入力される外部インタフェース（外部Ｉ／Ｆ）３９と、各種データ等を記憶するワークエリアとして機能するＲＡＭ４０と、各種データ処理のための制御ルーチン等を記憶したＲＯＭ４１と、各部の制御を行う制御部４２と、クロック信号ＣＫを発生する発振回路４３と、記録ヘッド２へ供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路４４と、印刷データをドットパターンに展開することで得られた吐出データや駆動信号等を記録ヘッド２に出力するための内部インタフェース（内部Ｉ／Ｆ）４５とを備えている。
【００３５】
プリントエンジン３６は、記録ヘッド２と、キャリッジ移動機構７と、紙送り機構８とから構成されている。記録ヘッド２は、吐出データがセットされるシフトレジスタ（ＳＲ）４９と、シフトレジスタ４９にセットされた吐出データをラッチするラッチ回路５０と、電圧増幅器として機能するレベルシフタ５１と、圧電振動子１６に対する駆動信号の供給を制御するスイッチ回路５２と、圧電振動子１６とを備えている。
【００３６】
光センサ３７は、半導体レーザで構成される発光素子５５と、フォトダイオード等により構成される受光素子５６とを有しており、本実施形態においては４つのインクカートリッジ３に対応させて発光素子５５及び受光素子５６を合計４組備えている（発光素子５５ａ〜５５ｄ及び受光素子５６ａ〜５６ｄ）。この光センサ３７は、制御部４２と電気的に接続されており、この制御部４２により発光素子５５からの発光が制御されると共に、受光素子５６で受光された光量（受光量）に応じた受光信号が制御部４２に出力されるようになっている。
【００３７】
次に、上記インクカートリッジ３について説明する。図４は、インクカートリッジ３の構成を説明する断面図である。本実施形態におけるインクカートリッジ３は、内部にインク貯留空部（本発明における貯留空部の一種）５８が形成された中空箱体状のケース５９と、蓋部材６０と、インク貯留空部５８とインクカートリッジ３の外部とを連通するインク導出部６１（本発明における液体連通部に相当）により構成される。ケース５９は上面が開放された箱状部材であり、蓋部材６０はケース５９の開放上面を塞ぐ板状部材である。そして、これらのケース５９と蓋部材６０は、共にポリプロピレン等の合成樹脂で作製された部材であり、溶着や接着等によって液密状態で一体化されている。また、インク導出部６１は、ケース５９の底部に形成されており、記録ヘッド２側に設けられたインク供給針６２が挿入される部分である。このインク導出部６１内には、例えばエラストマー等の弾性材料により作製されたパッキン６３が配設されている。このパッキン６３は、その弾性によって、挿入されたインク供給針６２に当接して液密状態を確保する。
【００３８】
インク導出部６１のインク貯留空部５８側の端部には、インク内の異物を濾別するフィルタ６４が配設されている。このため、インク貯留空部５８内のインクは、フィルタ６４によって濾過された後にインク供給針６２側に導出されるようになっている。そして、インク導出部６１にインク供給針６２が挿入されると、このインク供給針６２のインク導入孔（図示せず）及び針流路６２′を通じてインク貯留空部５８とインク供給路２２′（図２参照）とが液密状態で連通し、記録ヘッド２のリザーバ２２側にインクが供給されるようになっている。
【００３９】
インクカートリッジ３（ケース５９）の底部には、例えば、アクリル、ガラス等の光透過性部材により形成されたプリズム部６６（本発明における光導波路の一種に相当）が配設されている。このプリズム部６６は、本実施形態においてはポリカーボネート製の断面矩形状の棒材で作製されており、発光素子５５からの光が入射される入射部６７が形成された入射導波路６６ａと、受光素子５６に対してプリズム部６６内部を通ってきた光を出射可能な出射部６８が形成された出射導波路６６ｂと、これらの導波路６６ａ，６６ｂを一連に繋ぐ連結導波路６６ｃとによって略コ字状に形成されている。即ち、プリズム部６６は、上流端側に入射部６７、下流端側に出射部６８を有し、発光素子５５からの光を入射部６７から入射し、内部を単一方向に通して出射部６８から受光素子５６に向けて出射可能に構成されている。
【００４０】
このプリズム部６６の形状に関し、内部に光を単一方向に通すことができれば足りるので、例えば、往路光及び復路光のような双方向の光を通すものと比較して、プリズム部６６の軸に直交する方向の断面積を小さくすることができる。これにより、インク貯留空部５８内におけるプリズム部６６の体積が占める割合を可及的に小さくすることができ、また、プリズム部６６の形状の自由度を確保することができる。そのため、このプリズム部６６は、インクカートリッジ３のように比較的小型の液体貯留部材にも適用することができる。
なお、入射部６７は、入射導波路６６ａの軸方向に対して直交する平面であり、出射部６８は、出射導波路６６ｂの軸方向に対して直交する平面である。
【００４１】
また、プリズム部６６において、入射部６７と出射部６８とが、出射部６８側に配置された受光素子５６に対して入射部６７側に配置された発光素子５５からの直接光、即ち、プリズム部６６を通っていない光が影響を及ぼさない程度に互いに離隔した位置に配置されている。これにより、発光素子５５からの直接光が受光素子５６に入射することに起因する検出精度の低下を防止することができる。
【００４２】
上記プリズム部６６の途中、具体的には入射導波路６６ａと連結導波路６６ｃとの交差部分には、これらの導波路６６ａ，６６ｃのそれぞれの軸方向に対して４５°の角度を有する面で構成された検出部７０が形成されている。また、出射導波路６６ｂと連結導波路６６ｃとの交差部分には、これらの導波路６６ｂ，６６ｃの軸方向に対して４５°の角度を有する面で構成された反射部７１が形成されている。
【００４３】
検出部７０の少なくとも一部には、クロムやアルミニウム等の金属の蒸着又はスパッタリング等によって比較的薄い金属膜を形成することで半鏡面加工が施されており、この半鏡面領域は、入射部６７側からの光の一部を反射部７１側に反射するように構成されている。この検出部７０における金属膜の厚さは、検出部７０がインクに浸漬した状態でこの検出部７０を透過する光の量と比較して僅かな量であって、受光素子５６が受光信号を出力可能な量の光（以下、状態検出光という）が反射される程度、具体的には、１０ｎｍ〜３００ｎｍ程度の厚みに設定されている。一方、反射部７１には鏡面加工（図中太線部分）が施されており、この部分の金属膜の厚さは光や赤外線の波長以上の厚み、具体的には、１μｍ以上の厚みに設定され、検出部７０側からの光の殆どを出射部６８側に反射可能に構成されている。
【００４４】
なお、本実施形態では、反射部７１のみに鏡面加工を施した例を示したが、入射部６７、出射部６８、及び、検出部７０を除くプリズム部６６の全体を鏡面加工することもできる。これにより、検出部７０以外の部分における光の余分な拡散を抑制することができるので、出射部６８の出射光量を可及的に増加させることが可能となる。これにより検出精度の向上が図れる。
【００４５】
また、上記反射部７１の鏡面加工に関し、ＳｉＯ２（二酸化シリコン），Ａｌ２Ｏ３（アルミナ），ＺｒＯ２（ジルコニア），Ｔａ２Ｏ５（五酸化タンタル）等の誘電体膜と、金属膜とを積層することで、金属膜のみの場合よりも光損失の少ない鏡面を形成することができる。さらに、上記誘電体膜を、プリズム部６６全体に保護膜として形成することにより、貯留される液体、即ち、本実施形態におけるインク等によって鏡面加工部分やプリズム部６６全体が侵されるのを防止することができる。
【００４６】
また、検出部７０には撥水材料を塗布することで撥水処理が施されており、これによりインクに浸漬していない非浸漬状態において、この検出部７０にインク滴が付着するのを可及的に抑制し、インク滴が付着した部分で光が散乱して検出精度が低下するのを防止することが可能となる。撥水材料としては、フッ素系コーティング材を用いることができる。なお、この撥水処理をプリズム部６６全体に施しても良い。
【００４７】
上記プリズム部６６は、検出部７０及び反射部７１が、インク貯留空部５８内におけるインクカートリッジ３の底部から上方（蓋部材６０側）に高さＨだけ突出した位置（本発明における液量検出位置に相当）に配置され、且つ、入射部６７と出射部６８がインクカートリッジ３の底部から外側に突出した状態でインクカートリッジ３に固定されている。この高さＨは、インク貯留空部５８内のインク残量が僅かとなった状態（以下、ニアエンドという）におけるインクの液面の高さに揃えられている。したがって、ニアエンドに対応するインク残量は、この高さＨを調整することで任意に設定することが可能である。
【００４８】
インクカートリッジ３がプリンタ１に正常に搭載された状態、即ち、プリンタ１（キャリッジ４）の然るべき位置に適切に装着された状態では、入射部６７及び出射部６８は、それぞれ光センサ３７の発光素子５５及び受光素子５６に対向するようになっている。そして、この状態において、光センサ３７の発光素子５５から出射された光は、入射部６７から入射導波路６６ａの軸方向とほぼ平行にプリズム部６６内に入射し、入射導波路６６ａを通じて検出部７０に到達（入射）するように設定されている。上記したように、検出部７０は、入射導波路６６ａの軸方向に対して４５°の角度を有する面で構成されているため、入射部６７から入射された光は、検出部７０に対して略４５°の角度で入射される。なお、図４においては、便宜上、光の経路を直線で示しているが、実際にはある程度幅のある光束である。
【００４９】
ここで、本実施形態における発光素子５５から出射される一定の波長の光に対し、プリズム部６６の材質であるポリカーボネートの屈折率は約１．５９、水性インクの屈折率は約１．３３である。このことから、検出部７０がインクに浸漬した状態（インクの液面の位置が高さＨよりも上方（蓋部材６０側）にある状態：以下、浸漬状態という）における検出部７０とインクとの境界部における全反射の臨界角は略５７°である。一方、検出部７０に空気が接触している状態（インクの液面の高さがＨよりも下方（インクカートリッジ３の底部側）にある状態：以下、非浸漬状態という）における検出部７０と空気（屈折率１）との境界部における全反射の臨界角は略３９°である。即ち、検出部７０は、インクとの境界部における臨界角よりも小さく、空気との境界部における全反射角の臨界角よりも大きい角度（以下、液量検出角度θｄと表記する）で、入射部６７からの光が入射されるようになっている。
【００５０】
そのため、検出部７０に入射した光は、浸漬状態では大部分がインク側（インク貯留空部５８側）に透過し、非浸漬状態では大部分（状態検出光よりも多い量の光）が液量検出光として下流側（反射部７１側）に反射する。また、連結導波路６６ｃの軸と出射導波路６６ｂの軸とが成す角についても４５°に設定されていると共に反射面７１が鏡面加工されているため、検出部７０で反射した光は、浸漬状態・非浸漬状態に拘らず殆どが反射部７１によって下流側（出射部６８側）に向けて反射され、出射部６８から出射して受光素子５６に到達するようになっている。
【００５１】
したがって、以上のように構成されたプリズム部６６では、上記浸漬状態、即ち、インク貯留空部５８内のインク残量がニアエンドとなっていない状態においては、比較的光量の少ない状態検出光が出射部６８から出射される。一方、プリズム部６６の非浸漬状態、即ち、インク貯留空部５８内のインク残量がニアエンド以下となった状態では、状態検出光に比べて光量が多い液量検出光が出射部６８から出射される。したがって、非浸漬状態では、浸漬状態と比較して出射部６８からの出射光量が急激に増加する。つまり、プリズム部６６は、検出部７０の浸漬状態と非浸漬状態に応じて出射部６８の出射光量が変化する。
【００５２】
そして、上記構成のプリンタ１では、プリズム部６６、制御部４２、及び光センサ３７が本発明における液量検出手段として機能し、出射部６８の出射光量の変化、即ち、受光素子５６の受光量（受光信号）の変化に基づいて、インク貯留空部５８内のインク残量、具体的には、ニアエンドとなった状態のインク残量が検出される。
【００５３】
なお、上記したように、検出部７０が浸漬状態であっても、出射部６８からは状態検出光が出射される。即ち、インクカートリッジ３がプリンタ１の然るべき位置に装着されて発光素子５５及び受光素子５６に対する入射部６７及び出射部６８の配置状態が適切であり、且つ、光センサ３７が寿命や故障によって動作しない等の不具合が無い状態（以下、正常状態）では、浸漬状態・非浸漬状態に拘らず出射部６８からは必ず光が出射されるように構成されている。したがって、プリズム部６６、制御部４２、及び光センサ３７が本発明における状態検出手段として機能し、出射部６８からの出射光の有無（受光素子５６の受光の有無）を検出することで、インクカートリッジ３の装着状態を検出することができる。また、同様に光センサ３７（発光素子５５又は受光素子５６）が正常に動作しているか否かの動作状態を検出することもできる。
【００５４】
以下、ニアエンドの検出、及び、インクカートリッジ３や光センサ３７の状態検出について図４，５を参照して説明する。なお、図４は、インク貯留空部５８内のインクが満量の状態（インクの液面が高さＨよりも上方）にあって検出部７０の浸漬状態を示し、図５は、インク貯留空部５８内のインクの液面が高さＨを下回ってニアエンドとなった状態（検出部７０の非浸漬状態）を示している。
【００５５】
まず、制御部４２は、光センサ３７の発光素子５５を駆動して光を出射（照射）させる。インクカートリッジ３や光センサ３７が正常状態であれば、発光素子５５から出射された光は、プリズム部６６の入射部６７から入射導波路６６ａ内に進入し、液量検出角度θｄで検出部７０に入射する。図４の場合、検出部７０は浸漬状態にあり、上記したように、検出部７０とインクとの境界部における臨界角は液量検出角度θｄよりも大きいため、検出部７０に入射した光の大部分はインク側（インク貯留空部５８側）に透過する。また検出部７０の半鏡面領域に入射した光の一部は、状態検出光として下流側に反射され、出射部６８から出射する。出射部６８から出射した状態検出光は受光素子５６で受光され、受光素子５６からは受光した状態検出光の受光量に応じたレベルの受光信号が制御部４２に出力される。そして、制御部４２は、受光素子５６から状態検出光に応じた受光信号を得ると、インクカートリッジ３の装着状態が適切であり、光センサ３７が正常に動作している状態であると判断する。また、制御部４２は、状態検出光に相当する受光量（受光信号）では、インク貯留空部５８内のインク残量がニアエンドであると判断しない。
【００５６】
一方、インクカートリッジ３や光センサ３７（発光素子５５、受光素子５６）が異常状態、例えば、発光素子５５及び受光素子５６に対する入射部６７及び出射部６８の位置がずれている場合や、光センサ３７が寿命や故障等により動作しない等の不具合が発生している場合には、状態検出光が得られない。この場合には、光センサ３７の受光素子から状態検出光に応じた受光信号が制御部４２に出力されないので、制御部４２は、インクカートリッジ３又は光センサ３７（発光素子５５、受光素子５６）が異常状態にあると判断し、例えば、プリンタ１の外表面に設けられた異常状態を報知する表示ランプ（図示せず）等を点灯又は点滅させることにより、使用者に対してインクカートリッジ３又は光センサ３７が異常状態である旨を報知する。これにより、使用者はインクカートリッジ３の装着状態を確認したり、光センサ３７の発光素子５５又は受光素子５６の交換等の措置を行うことができる。
【００５７】
次に、図５に示す状態では、入射部６７側から検出部７０に液量検出角度θｄで入射した光は、大部分が液量検出光として下流側に反射され、反射部７１で反射された後、出射部６８から出射する。そのため、出射部６８の出射光量は、図４の状態と比べて急激に増加し、受光素子５６からは、この受光量に応じたレベルの受光信号が制御部４２に出力される。そして、制御部４２は、これに応じてインク貯留部５８内のインク残量がニアエンドになったと判断する。具体的には、ＲＯＭ４１等の記憶手段に、出射部６８の出射光量、即ち、受光素子５６の受光信号のレベルとインク残量との関係を表すテーブルが記憶されており、制御部４２は、このテーブルを参照して、受光信号がニアエンドに相当する値（閾値）を超えた場合にニアエンドと判断する。
【００５８】
制御部４２は、ニアエンドを検出すると、例えば、プリンタ１の筐体の外表面に設けられた表示ランプのうち、インクがニアエンドとなったことを示すランプ（図示せず）等を点灯又は点滅させる制御を行うことで、使用者に対してインクカートリッジ３内のインク残量が僅かとなった旨を報知する。これにより、使用者は、より適切なインクカートリッジ３の交換タイミングを把握することができるので、インクを無駄なく使用することができ、使用者に対するランニングコストの負担を低減することができる。また、インクカートリッジ３内のインクが空になった状態で記録動作が継続されることによる記録ヘッド２の損傷等の不具合を防止することができる。
【００５９】
また、制御部４２がニアエンドを示す情報を外部Ｉ／Ｆ３９を介してホストコンピュータ等の外部装置にも出力する構成を採ることも可能である。この場合、外部装置側において、このニアエンドの情報に基づいて各インクカートリッジ３内のインク残量に関する表示装置への表示を行うことができる。例えば、使用者がインクカートリッジ３内のインク残量を視覚的に容易に認識することができるように、インク残量に応じて長さが変化するバーを表示したり、残りのインクでの印刷可能枚数を表示したりすることができる。
【００６０】
以上のように、上記プリズム部６６を、検出部７０の浸漬状態と非浸漬状態とで出射部６８の出射光量が変化するように構成すると共に、浸漬状態と非浸漬状態とに拘らず出射部６８から必ず光が出射されるように構成したので、インクカートリッジ３内（インク貯留空部５８内）のインク残量の検出が可能であるのに加え、専用の装置を別途設けることなく簡単な構成でインクカートリッジ３の装着状態の適否や光センサ３７の動作状態を検出することが可能となる。
【００６１】
また、浸漬状態における出射部６８の出射光量、即ち、状態検出光の光量を受光素子５６が受光可能な最低限の量に設定しているので、浸漬状態と非浸漬状態とで出射部６８からの出射光量の差を比較的大きくとることができ、検出精度を低下させることなくインクカートリッジ３の装着状態や光センサ３７の動作状態の検出が可能となる。
【００６２】
なお、上記検出部７０に関し、入射部６７からの光が液量検出角度θｄで入射されるような状態に設けると共に、少なくとも一部を半鏡面加工することで、浸漬状態においても状態検出光を下流側に反射可能に構成した例を示したが、これには限らない。例えば、検出部７０を、鏡面加工されていない非鏡面領域と、鏡面加工されている鏡面領域の２つの領域に分けて構成することもできる。即ち、検出部７０の一部を鏡面加工する構成を採用することができる。この構成によっても上記検出部７０と同様の作用を奏する。この場合、非鏡面領域に対する鏡面領域の面積の割合を調整することで、浸漬状態において状態検出光として反射される光の光量を任意に設定することができる。
【００６３】
また、例えば、図６に示す変形例ように、入射部６７からの光が液量検出角度θｄで入射される第１領域７０ａと、インクとの境界部における全反射の臨界角よりも大きい角度（本発明における状態検出角度）θｓ、例えば、６０°で光が入射される第２領域７０ｂとにより検出部７０を構成することもできる。この構成によれば、検出部７０の浸漬状態・非浸漬状態に拘らず、第２領域７０ｂに対して状態検出角度θｓで入射された光の殆どを状態検出光として下流側に反射することができるので、上記検出部７０と同様の作用を奏する。この場合、入射部６７、出射部６８、検出部７０を除くプリズム部６６全体に鏡面加工を施すのが望ましい。
【００６４】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図７は、第２実施形態におけるインクカートリッジ３の構成を説明する断面図である。なお、上記実施形態と同一の部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。本実施形態におけるプリズム部７３は、上記実施形態のプリズム部７０と同様にポリカーボネート製の断面矩形の棒材によって作製されており、互いに９０°で交わる入射導波路６６ｈと出射導波路６６ｖとによって略Ｌ字状に形成されている。そして、これらの導波路６６ｈ，６６ｖが交差する先端部に、導波路６６ｈ，６６ｖのそれぞれの軸方向に対して４５°の角度、即ち、液量検出角度θｄを成す検出部７０が形成されている。
【００６５】
このプリズム部７３は、検出部７０がインク貯留空部５８内に位置し、入射導波路６６ｈの軸方向がインクカートリッジ３の底部に対して平行、且つ、出射導波路６６ｖの軸方向がインクカートリッジ３の底部に対して垂直な状態でインクカートリッジ３に固定されている。さらに、入射部６７はインクカートリッジ３の側面の外側、出射部６８が同じく底部（底面）の外側に配置されている。即ち、入射部６７と出射部６８とは、互いに異なる面に離隔して配置されている点が上記図４，５に示した構成と異なる。これにより、出射部６８側に配置された受光素子５６に対する入射部６７側に配置された発光素子５５からの直接光の影響をより低減することが可能となる。また、このプリズム部７３は、上記プリズム部６６と比較して連結導波路６６ｃに相当する部分が無いため体積が少なくて済み、インク容量の効率をより向上させることができる。
【００６６】
図８は、第３実施形態におけるインクカートリッジ３の構成を説明する断面図であり、第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。本実施形態におけるプリズム部７４は、ポリカーボネート製の断面円形の棒材によって作製されており、入射部６７、出射部６８、及び、検出部７０を除いて鏡面加工が施されており（図中太線部分）、この鏡面加工された領域（鏡面領域）は、入射した光をほぼ全反射する反射領域である。
【００６７】
このプリズム部７４は、入射部６７がインクカートリッジ３（ケース５９）の底部から下方に突出すると共に出射部６８が蓋部材６０から上方に突出した状態、即ち、蓋部材６０とケース５９の底部とを垂直に貫通した状態でインクカートリッジ３に固定されている。また、プリズム部７４の途中、具体的には、インクカートリッジ３の底部から上方に高さＨだけ突出した位置には、上記各実施形態と同様に半鏡面加工された検出部７０が設けられている。なお、検出部７０よりも上方の鏡面加工は必ずしも要しない。
【００６８】
そして、入射部６７及び出射部６８は、プリズム部７４の軸方向に対して４５°の角度、即ち、液量検出角度θｄを有する傾斜面となっており、発光素子５５から出射された光は、この入射部６７に対してほぼ垂直に入射されるようになっている。即ち、発光素子５５から出射された光は、液量検出角度θｄでプリズム部７４の鏡面領域（反射領域）に入射する。鏡面領域に入射した光は対向する鏡面領域に向けて反射する。つまり、本実施形態におけるプリズム部７４は、入射部６７から入射した光が、互いに対向する鏡面領域で交互に入反射を繰り返しながらプリズム部７４の内部を進行するように構成されている。そのため、プリズム部７４の内部を通る光は、途中に設けられた検出部７０にも液量検出角度θｄで入射される。即ち、検出部７０は、入射部６７からの光の経路に対し、液量検出角度θｄを有する面で構成されている。
【００６９】
したがって、浸漬状態の検出部７０に入射した光はインク側（インク貯留空部５８側）に透過し、非浸漬状態の検出部７０に入射した光は下流側に反射されるので、浸漬状態と非浸漬状態とで出射部６８の出射光量が変化する。即ち、この第３実施形態の構成によっても、検出部７０の浸漬状態と非浸漬状態とで変化する出射部６８の出射光量に基づいてインク貯留空部５８内のインク残量を検出すると共に、出射部６８の出射光量の有無に応じてインクカートリッジ３の装着状態の適否や光センサ３７の動作状態を検出することができる。
【００７０】
また、入射部６７、出射部６８、及び、検出部７０を除いてプリズム部７４を鏡面加工することで、検出部７０以外の部分における光の不必要な拡散を抑制することができる。これにより、非浸漬状態における出射部６８の出射光量を可及的に増加させることができ、検出精度の向上が図れる。
また、この鏡面加工により、プリズム部７４の形状の自由度を確保することができる。例えば、図８では一直線の棒状に形成したプリズム部７４を例示したが、これには限らず、図９に示す変形例のように、弓状に彎曲させた形状のプリズム部７４を採用することも可能である。この変形例のプリズム部７４についても、内部を通る光が液量検出角度θｄで検出部７０に入射するように構成することで、上記プリズム部７４と同様の作用効果を奏する。
さらに、入射部６７に関し、プリズム部７４の軸方向に対して液量検出角度θｄを有する傾斜面とすることで、プリズム部７４の軸方向に対する直交面とした場合と比較して、より多くの光をプリズム部７４内に導入することができる。
【００７１】
ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
例えば、上記液量検出角度θｄに関し、上記実施形態においては、この液量検出角度を４５°に設定した例を示したが、これに限らず、インクとの境界部における臨界角よりも小さく、空気との境界部における全反射角の臨界角よりも大きい角度であれば任意の角度を採用することができる。
【００７２】
上記発光素子５５に関し、上記各実施形態においては直進光を出射する半導体レーザで構成した例を示したが、これには限らず、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）等、拡散光を出射する発光素子で構成することもできる。要は、入射部６７から入射される光が拡散光であっても、プリズム部の内部を通る光の成分うち、液量検出角度θｄで検出部７０に入射する成分が確保できる構成を採れば良い。
【００７３】
また、上記各実施形態においては、貯留空部内の液体が減少する液体貯留部材としてインクカートリッジ３を例示したが、これには限らない。例えば、プリンタ１におけるクリーニング動作やフラッシング動作（インク滴の捨て打ち）等により生じる廃インクを貯留する廃インクタンクのように、貯留空部内の液体が増加する液体貯留部材にも本発明を適用することも可能である。この場合、貯留空部の液体が満量の直前に相当する位置に検出部を配置し、出射部からの出射光が得られなくなった状態を満量直前として検出することができる。
【００７４】
なお、光センサ３７に関し、上記では、４つのインクカートリッジ３に対応させて発光素子５５及び受光素子５６を４組設けた例を示したが、これには限らない。例えば、発光素子５５及び受光素子５６を１組だけ設け、検出対象のインクカートリッジ３の入射部６７及び出射部６８がそれぞれ発光素子５５及び受光素子５６に対向するようにキャリッジ４を移動する構成としても良い。
【００７５】
また、上記実施形態では、本発明の圧力発生素子として所謂縦振動モードの圧電振動子１６を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、電界方向（圧電体と内部電極との積層方向）に振動可能な圧電振動子であってもよい。また、ノズル列毎にユニット化されているものに限らず、所謂撓み振動モードの圧電振動子のように、圧力室２８毎に設けられるものであってもよい。さらに、圧電振動子に限らず、発熱素子等の他の圧力発生素子を用いることもできる。
【００７６】
また、本発明は、液体を貯留する液体貯留部材を搭載するものであれば、上記プリンタ以外の液体消費装置にも適用できる。例えば、ディスプレー製造装置、電極製造装置、チップ製造装置、マイクロピペット等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】プリンタの構成を説明する斜視図である。
【図２】記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。
【図３】プリンタの電気的な構成を説明するブロック図である。
【図４】インクカートリッジの構成を説明する断面図であり、インク貯留空部内のインクが満量の状態を示す図である。
【図５】インクカートリッジの構成を説明する断面図であり、インク貯留空部内のインクがニアエンドとなった状態を示す図である。
【図６】検出部の変形例を説明する拡大図である。
【図７】第２実施形態におけるインクカートリッジの構成を説明する断面図である。
【図８】第３実施形態におけるインクカートリッジの構成を説明する断面図である。
【図９】第３実施形態におけるプリズム部の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  プリンタ，２  記録ヘッド，３  インクカートリッジ，４  キャリッジ，５  プラテン，６  記録紙，７  キャリッジ移動機構，８  紙送り機構，９  ガイドロッド，１０  リニアエンコーダ，１２  ケース，１３  振動子ユニット，１４  流路ユニット，１５  収納空部，１６  圧電振動子，１７  固定板，１８  フレキシブルケーブル，１９  流路形成基板，２０  ノズルプレート，２１  弾性板，２２  リザーバ，２２′  インク流路，２３  インク供給口，２４  圧力室，２５  ノズル連通口，２６  ノズル開口，２７  支持板，２８  弾性体膜，２９  ダイヤフラム部，３０  コンプライアンス部，３１  島部，３２  薄肉弾性部，３５  プリンタコントローラ，３６  プリントエンジン，３７  光センサ，３９  外部インタフェース，４０  ＲＡＭ，４１  ＲＯＭ，４２  制御部，４３  発振回路，４４  駆動信号発生回路，４５  内部インタフェース，４７  紙送りモータ，４９  シフトレジスタ，５０  ラッチ回路，５１  レベルシフタ，５２  スイッチ回路，５５  発光素子，５６  受光素子，５８  インク貯留空部，５９  ケース，６０  蓋部材，６１  インク導出部，６２  インク供給針，６３  パッキン，６４  フィルタ，６６  プリズム部，６７  入射部，６８  出射部，７０  検出部，７１  反射部，７３，７４  プリズム部
【図１】
2005313446.tif 000003
【図２】
2005313446.tif 000004
【図３】
2005313446.tif 000005
【図４】
2005313446.tif 000006
【図５】
2005313446.tif 000007
【図６】
2005313446.tif 000008
【図７】
2005313446.tif 000009
【図８】
2005313446.tif 000010
【図９】
2005313446.tif 000011