(57)【要約】【課題】  簡単な構成で液体貯留部材内の複数の検出位置で液量を検出可能とする。【解決手段】  プリズム部６６は、入射部６７から軸方向に略平行に入射された光を下流側に導く入射導波路６６ａと、該入射導波路６６ａ側からの光を出射部６８側に導く出射導波路６６ｂとにより構成されると共に、入射導波路６６ａの軸方向に対して傾斜した傾斜面としての複数の検出部７０を途中に有し、各検出部７０は、インク貯留部５８内における高さを異ならせた検出位置に配置され、インクに浸漬した浸漬状態では入射導波路６６ａ側から入射した光の大部分をインク側に透過し、インク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出射導波路６６ｂ側に反射する状態に設けられ、各検出部７０の浸漬状態又は非浸漬状態に応じて出射部６８の出射光量が変化するように構成した。【選択図】  図４
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【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、前記入射部から軸方向に略平行に入射された光を下流側に導く入射導波路と、該入射導波路側からの光を前記出射部側に導く出射導波路とにより構成されると共に、前記入射導波路の軸方向に対して傾斜した傾斜面としての複数の検出部を途中に有し、
各検出部は、前記貯留部内における高さを異ならせた検出位置に配置され、液体に浸漬した浸漬状態では前記入射導波路側から入射した光の大部分を液体側に透過し、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前記出射導波路側に反射する状態に設けられ、
各検出部の浸漬状態又は非浸漬状態に応じて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】
前記光導波路は、前記検出部毎に独立した出射導波路を有し、且つ、これらの出射導波路毎に出射部が設けられ、
各出射導波路は、対応する検出部で反射された光を出射部側に導く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】
前記各検出部は、前記光導波路の内部を通る光の少なくとも一部が、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入射される状態に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体貯留部材。
【請求項４】
前記液量検出角度は、略４５°に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の液体貯留部材。
【請求項５】
最下部の検出位置の検出部を除く各検出部の面積は、前記入射導波路の軸に直交する方向の断面積よりも狭く設定されていることを特徴とする請求項１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、内部の光を前記入射部から前記出射部に向けて単一方向に通す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】
請求項１から請求項６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を備えることを特徴とする液体消費装置。
【請求項８】
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７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に開示の構成では、インク残量を検出可能な位置（検出位置）が一箇所に限られる。即ち、発光素子の光が出射される部分のみでしかインク残量の検出ができない。
また、複数位置でのインク残量の検出を可能とするため、発光素子及び受光素子を液面の変化方向に移動可能な構成を採ったものや、発光素子及び受光素子の組を複数設け、これらの組をそれぞれ異なる検出位置に配置する構成を採ったものも提案されているが、何れも構成が大掛かりになったり、コスト面で不利となる問題があった。
【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、簡単な構成で液体貯留部材内の複数の検出位置で液量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、前記入射部から軸方向に略平行に入射された光を下流側に導く入射導波路と、該入射導波路側からの光を前記出射部側に導く出射導波路とにより構成されると共に、前記入射導波路の軸方向に対して傾斜した傾斜面としての複数の検出部を途中に有し、
各検出部は、前記貯留部内における高さを異ならせた検出位置に配置され、液体に浸漬した浸漬状態では前記入射導波路側から入射した光の大部分を液体側に透過し、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前記出射導波路側に反射する状態に設けられ、
各検出部の浸漬状態又は非浸漬状態に応じて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。
なお、入射導波路の軸方向と略平行とは、この軸方向に対して多少傾いた状態も含む意味である。
【０００９】
上記構成によれば、貯留空部内における高さを異ならせた検出位置に配置された複数の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ので、簡単な構成で液体貯留部材の液量を複数の検出位置で段階的に検出することが可能となる。
【００１０】
上記構成において、前記光導波路が、前記検出部毎に独立した出射導波路を有し、且つ、これらの出射導波路毎に出射部が設けられ、
各出射導波路が、対応する検出部で反射された光を出射部側に導く構成を採用することもできる。
【００１１】
また、前記各検出部が、前記光導波路の内部を通る光の少なくとも一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入射される状態に設けられていることが望ましい。
【００１２】
上記各構成において、前記液量検出角度が略４５°に設定される構成を採用することができる。
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。
【００１３】
また、上記各構成において、最下部の検出位置の検出部を除く各検出部の面積は、前記入射導波路の軸に直交する方向の断面積よりも狭く設定されていることが望ましい。
【００１４】
そして、上記各構成において、前記光導波路が、内部の光を前記入射部から前記出射部に向けて単一方向に通すように構成されていることが望ましい。
なお、「単一方向」の文言は、光導波路を通る光の全体的な流れの方向が単一であることを意味し、途中の反射方向は考慮しない意味で用いる。
【００１５】
この構成によれば、光導波路は、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、光導波路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、貯留空部内における光導波路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、光導波路の形状の自由度を確保することができる。そのため、本発明を比較的小型の液体貯留部材にも適用することができる。
【００１６】
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を備えることを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、貯留空部内における高さを異ならせた検出位置に配置された複数の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ように構成したので、簡単な構成で液体貯留部材の液量を複数の検出位置で検出することが可能となる。
【００１８】
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】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
また、キャリッジ４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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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が列状に穿設されたステンレス等の金属製の薄いプレートである。このノズルプレート２０には、ノズル開口２６の列（ノズル列）が複数設けられており、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
光センサ３７は、拡散光を出射する発光ダイオードで構成された発光素子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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
このインクカートリッジ３のインク貯留空部５８内には、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。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、この入射部６７から軸方向に略平行に入射された光を下流側に導く入射導波路６６ａと、受光素子５６に対して内部を通ってきた光を出射可能な出射部６８が形成され、この出射部６８側に入射導波路６６ａ側からの光を導く出射導波路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Ｕ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。
【００３４】
入射導波路６６ａは、第１入射導波路６６ａ′と第２入射導波路６６ａ"とにより構成されている。これらの入射導波路６６ａ′、６６ａ"の間には、第１入射導波路６６ａ′の軸方向に対して４５°の傾斜面としての第１検出部７０ａと、この第１検出部７０ａに平行な面であって、第１検出部７０ａ側からの光を下流側（検出部７０ｂ側）に反射可能な第１反射面７１とを有する傾斜路６９が設けられており、この傾斜路６９によって入射導波路６６ａ′、６６ａ"が略クランク状に連結されている。
また、第２入射導波路６６ａ"の下端、換言すると、第２入射導波路６６ａ"と連結導波路６６ｃとの交差部分には、第２入射導波路６６ａ"の軸方向に対して４５°の傾斜面として形成された第２検出部７０ｂが設けられている。即ち、プリズム部６６の途中には、インク残量の検出に用いられる複数の検出部７０が互いに異なる位置（第２検出部７０ｂが第１検出部７０ａよりも低い位置）に設けられている。
【００３５】
そして、連結導波路６６ｃと出射導波路６６ｂ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°の角度を有する第２反射面７２が形成されており、この第２反射面７２は、第２検出部７０ｂ側からの光を出射部６８側に向けて反射可能に構成されている。
【００３６】
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。
【００３７】
なお、このプリズム部６６の第１反射面７１、この第１反射面７１の投影領域であって検出部７０ｂに連続して形成された領域Ａ、及び、第２反射面７２の各表面には、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金属膜を形成することで鏡面加工が施されている（図中太線部分）。こ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ており、鏡面領域に入射した光はほぼ全反射するようになっている。この鏡面加工に関し、金属膜にさらに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。また、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。
【００３８】
上記プリズム部６６は、検出部７０ａ，７０ｂがインク貯留空部５８における異なる高さの検出位置に配置され、且つ、入射部６７と出射部６８とが蓋部材６０から外側（上方）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。そして、第１検出部７０ａは、液面変化方向における略中央、即ち、インク貯留空部５８内のインク残量が半分程度となった状態を検出可能な検出位置に配置され、第２検出部７０ｂは、液面変化方向における下側（インクカートリッジ３の底部近傍）、即ち、インク貯留空部５８内のインク残量が僅かとなった状態（ニアエンド）を検出可能な検出位置に配置されている。
【００３９】
インクカートリッジ３がプリンタ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、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、発光素子６７からの光が略垂直に入射される状態に構成されている。即ち、発光素子５５から出射された光は、入射導波路６６ａの軸方向に対して略平行にプリズム部６６内（第１入射導波路６６ａ′内）に入射する。
【００４０】
本実施形態においては、最下部の検出位置に配置されている第２検出部７０ｂを除く検出部７０の面積、即ち、第１検出部７０ａの面積が、入射導波路６６ａの軸に直交する方向の断面積よりも狭く設定されている。そのため、入射部６７側からの光の一部は第１検出部７０ａに略４５°の入射角度で入射し、残りは第１検出部７０ａと第１反射面７１との間隙を通り、第２入射導波路６６ａ"の下流端に設けられた第２検出部７０ｂに略４５°の入射角度で入射するようになっている。また、第２検出部７０ｂと鏡面領域Ａとを含む面は、上流側からの光の殆どが入射可能な面積に設定されている。そして、第1検出部７０ａで反射された光（液量検出光）は、第１反射面７１で反射された後、第２検出部７０ｂに隣接した鏡面領域Ａで下流側に反射されるようになっている。
【００４１】
ここで、本実施形態における発光素子５５から出射される光に対し、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、インクの液面の位置が検出部７０の検出位置よりも上方（蓋部材６０側）にあって、検出部７０がインクに浸漬した状態（以下、浸漬状態という）での検出部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、インクの液面の位置が検出部７０の検出位置よりも下方（インクカートリッジ３の底部側）にあって、検出部７０に空気が接触している状態（以下、非浸漬状態という）での検出部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、各検出部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。そのため、各検出部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）に透過する一方、非浸漬状態では大部分が液量検出光として下流側に反射するようになっている。
【００４２】
なお、本実施形態における検出部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。
【００４３】
以上のように構成されたプリズム部６６では、各検出部７０の浸漬状態又は非浸漬状態に応じて出射部６８からの出射光量が段階的に変化する。換言すると、インク貯留空部５８内のインクの液面の位置に応じて出射部６８の出射光量が段階的に変化するようになっている。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内のインク残量が検出される。
【００４４】
以下、インク残量の検出について図４〜６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（検出部７０ａ，７０ｂの浸漬状態）を示している。また、図５は、インクの液面が第１検出部７０ａの検出位置を下回って、インク残量が略半分となった状態（第１検出部７０ａの非浸漬状態及び第２検出部７０ｂの浸漬状態）を示しており、図６は、インクの液面が第２検出部７０ｂの検出位置を下回って、インク残量が僅か（ニアエンド）となった状態（検出部７０ａ，７０ｂの非浸漬状態）を示している。
【００４５】
図４の状態において、発光素子５５から出射され、入射部６７から入射導波路６６ａの軸方向に平行にプリズム部６６内に入射した光のうち、一部は第１検出部７０ａに、残りは第２検出部７０ｂにそれぞれ液量検出角度θｄで入射する。図４に示す状態では、検出部７０ａ，７０ｂの何れも浸漬状態であり、各検出部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。したがって、図４に示す状態においては、出射部６８の出射光量は最も少ない。
【００４６】
出射部６８からの出射光は受光素子５６で受光され、この受光量に応じたレベルの受光信号が受光素子５６制御部４２に出力される。本実施形態においては、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、受光信号のレベルに応じたインク残量を判定（検出）する。制御部４２は、図４の状態における受光信号のレベルでは、インク貯留空部５８内のインク残量が充分な（半分よりも多い）状態にあると判定する。
【００４７】
次に、図５の状態では、インク貯留空部５８内のインクの液面が、第１検出部７０ａと第２検出部７０ｂとの間に位置しているので、第１検出部７０ａは非浸漬状態であり、第２検出部７０ｂは浸漬状態である。そのため、第１検出部７０ａに入射した光は大部分が液量検出光として下流側（第１反射面７１側）に反射する一方、第２検出部７０ｂに入射した光は大部分がインク側に透過する。
【００４８】
第１検出部７０ａにおいて液量検出光として反射した光は、第１反射面７１で第２検出部７０ｂ側に向けて反射される。第１反射面７１で反射された光は、第２入射導波路６６ａ″を通って鏡面領域Ａで下流側に反射され、連結導波路６６ｃを通ってさらに第２反射面７２で反射する。第２反射面７２で反射した光は、出射導波路６６ｂを通って出射部６８から出射して受光素子５６に受光される。したがって、図５に示す状態では、図４に示す状態に比べて出射部６８の出射光量が多くなり、これに応じた受光信号が受光素子５６から制御部４２に出力される。そして、制御部４２は、この受光信号のレベルに応じてインク貯留空部５８内のインク残量が略半分となったと判定する。
【００４９】
そして、図６の状態、即ち、インク貯留室５８内のインク残量が僅かとなって、インクの液面が第２検出部７０ｂの検出位置を下回った状態では、検出部７０ａ，７０ｂの両方が非浸漬状態となる。そのため、これらの検出部７０ａ，７０ｂに入射した光は大部分が液量検出光として下流側に反射し、出射部６８から出射される。これにより、出射部６８の出射光量は、図５の状態と比べてさらに増加して最大となり、受光素子５６からは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、上記テーブルに基づき受光素子５６からの受光信号がニアエンドに相当するレベルを超えた場合には、インク貯留室５８内のインク残量がニアエンドになったと判断する。つまり、インク残量がニアエンドとなった状態が検出される。
【００５０】
制御部４２は、以上のようにしてインク貯留室５８内のインク残量を検出すると、使用者に対してインクカートリッジ３内のインク残量を報知する処理を行う。例えば、制御部４２は、インク残量を示す情報を外部Ｉ／Ｆ３９を介してホストコンピュータ等の外部装置に出力する。これに応じて外部装置では、このインク残量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。
【００５１】
また、制御部４２は、インク残量がニアエンドとなった場合には、プリンタ１の筐体の外表面に設けられた表示装置や外部装置の表示装置等に、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内のインクが空と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。
【００５２】
以上のように、プリズム部６６を、インク貯留空部５８内における異なる高さの検出位置に配置した複数の検出部７０の浸漬状態と非浸漬状態とで出射部６８の出射光量が段階的に変化するように構成したので、簡単な構成でインクカートリッジ３のインク残量（液量）を複数の検出位置で検出することが可能となる。
【００５３】
なお、本実施形態においては、２つの検出部７０、即ち、第１検出部７０ａ及び第２検出部７０ｂを用いて２箇所の検出位置でインク残量を検出する場合を例示したが、これには限らず、検出部７０を３つ以上設け、これらの検出部７０をインク貯留空部５８内における異なる高さの検出位置に配置することで、より多くの検出位置でのインク残量の段階的な検出が可能となる。
【００５４】
また、入射部６７、検出部７０、及び出射部６８を除くプリズム部６６の表面を鏡面加工するようにしても良い。この構成によれば、検出部７０以外の部分での光の不必要な漏洩を防止することができるので、検出精度の向上を図ることができる。
【００５５】
さらに、全ての検出部７０に半鏡面加工を施して、非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することで、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。例えば、制御部４２は、出射部６８から出射光が得られている状態、即ち、受光素子５６から受光信号が出力されている状態では、インクカートリッジ３の装着状態や光センサ３７の動作状態が正常であると判断する。一方、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出射部６８から光が出射されず、受光素子５６から受光信号が出力されない。この場合、制御部４２は、インクカートリッジ３の装着状態や光センサ３７の動作状態が異常であると判断する。そして、制御部４２が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処理を行うことで、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。
【００５６】
次に、本発明の第２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７５は、第１入射導波路６６ａ′と第２入射導波路６６ａ″との間に分岐した導波路が設けられていることに特徴を有している。具体的には、入射導波路６６ａ′と直角に交わり第１検出部７０ａで液量検出光として反射した光を導く第２連結導波路６６ｃ′と、この第２連結導波路６６ｃ′から上方に９０°屈曲した第２出射導波路６６ｂ′が設けられている。この第２出射導波路６６ｂ′には、第２出射部６８′が形成されている。そして、第２連結導波路６６ｃ′と第２出射導波路６６ｂ′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°の角度を有する第３反射面７２′が形成されており、この第３反射面７２′は、第１検出部７０ａ側からの光を第２出射部６８′側に向けて反射可能に構成されている。
【００５７】
即ち、本実施形態におけるプリズム部７５は、検出部７０ａ，７０ｂ毎に独立した出射導波路６６ｂ，６６ｂ′を有し、且つ、これらの出射導波路６６ｂ，６６ｂ′毎に出射部６８，６８′が設けられ、各出射導波路６６ｂ，６６ｂ′は、対応する検出部７０ａ，７０ｂで液量検出光として反射された光を、それぞれ出射部６８，６８′側に導くようになっている。そして、光センサ３７には、第２出射部６８′に対応して第２受光素子５６′が設けられている。
【００５８】
したがって、出射部５６，５６′の出射光量は、それぞれ検出部７０ａ，７０ｂの浸漬状態又は非浸漬状態で独立して変化する。即ち、インクの液面が第１検出部７０ａの検出位置よりも上方にある場合には、各検出部７０に入射した光はインク側に透過するので、出射部５６，５６′の出射光量は何れも僅かであるが、インクの液面が第１検出部７０ａと第２検出部７０ｂとの間に位置する場合には、第１検出部７０ａに入射した光は大部分が液量検出光として下流側（第２出射導波路６６ｂ′側）に反射する一方、第２検出部７０ｂに入射した光は大部分がインク側に透過するので、第２出射部６８′の出射光量のみが急激に増加する。そして、インクの液面が第２検出部７０ｂの検出位置よりも下回った場合には、第２検出部７０ｂに入射した光も液量検出光として下流側するので、出射部６８の出射光量も急激に増加する。
【００５９】
そのため、制御部４２は、第２出射部６８′の出射光量のみが増加した場合、即ち、第２受光素子５６′の受光信号のレベルのみが急激に増加した場合には、インク貯留空部５８内のインク残量が略半分となったと判定し、さらに出射部６８の出射光量が増加した場合、即ち、受光素子５６の受光信号のレベルが急激に増加した場合には、インク貯留空部５８内のインク残量がニアエンドとなったと判定するようになっている。
【００６０】
ところで、本発明は、上記した各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。
【００６１】
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検出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もできる。
【００６２】
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（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（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（６８′）がそれぞれ発光素子５５及び受光素子５６（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。
【００６３】
プリズム部６６（プリズム部７５）の形状に関し、上記各実施形態において例示したものには限らない。例えば、図８に示すプリズム部７６のように、断面円形状の棒材を略Ｕ字状に形成したうえで、入射導波路６６ａ（又は出射導波路６６ｂ）に比較的緩やかな屈曲部７７を複数設けるようにしても良い。この屈曲部７７は、入射導波路６６ａをその軸方向に対して４５°以下の角度で屈曲することで形成する。プリズム部７６をこのように構成することで、入射部６７から入射した光が屈曲部７７等で反射して、プリズム部７６の壁面に液面入射角度θｄで入射する成分を発生させることができる。そのため、この変形例によっても上記各実施形態と同様に、複数箇所での液量の検出が可能となる。
【００６４】
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２４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。
【００６５】
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】
【００６６】
【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残量が略半分となった状態を示す図である。
【図６】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残量がニアエンドとなった状態を示す図である。
【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】プリズム部の変形例を説明する拡大図である。
【符号の説明】
【００６７】
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，６９  傾斜部，７０  検出部，７１，７２  反射面，７５  プリズム部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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