(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体インク供給物を収容するチャンバを画定するハウジングと、
前記ハウジングの壁の外に設けられた、光を反射する第１の湾曲面を有する第１の曲線形反射器及び光を反射する第２の湾曲面を有する第２の曲線形反射器を有する２曲線形アーチルーフミラーと、を備え、
前記第１の曲線形反射器が、受けた光を前記第２の曲線形反射器に向けて反射し、前記第２の曲線形反射器が、前記第１の曲線形反射器で受けた光の経路からずれた且つこの経路に平行な経路で、受けた光を前記ハウジングの壁から離れるように反射する、
液体インクプリンタにおいて使用するためのインクコンテナ。
【請求項２】
インクコンテナの一部を形成する第１の曲線形導光エレメントであって、光を反射する第１の湾曲面を有する第１の曲線形反射器及び光を反射する第２の湾曲面を有する第２の曲線形反射器を有し、前記第１の曲線形反射器が、受けた光を前記第２の曲線形反射器に向けて反射し、前記第２の曲線形反射器が、前記第１の曲線形反射器で受けた光の経路からずれた且つこの経路に平行な経路で、受けた光を液体インク供給物を収容するチャンバを画定するハウジングの壁から離れるように反射する、第１の曲線形導光エレメントと、
インクコンテナ検出モードにおいて、前記第１の曲線形導光エレメントに向けて導かれる出力ビームを放出する光源と、
前記第１の曲線形導光エレメントから導かれる光があるかないかを検出すると共に、それを示す出力信号を生成する第１の光センサと、
前記インクコンテナの一部を形成する第２の曲線形導光エレメントであって、光を反射する第３の湾曲面を有する第３の曲線形反射器及び光を反射する第４の湾曲面を有する第４の曲線形反射器を有し、前記第３の曲線形反射器が、受けた光を前記第４の曲線形反射器に向けて反射し、前記第４の曲線形反射器が、前記第３の曲線形反射器で受けた光の経路からずれた且つこの経路に平行な経路で、受けた光を前記ハウジングの壁から離れるように反射する、第２の曲線形導光エレメントと、
低インクレベル検出モードにおいて、前記第２の曲線形導光エレメントに向けて導かれる出力ビームを放出する前記光源と、
前記第２の曲線形導光エレメントから導かれる光を検出する第２の光センサと、を備え、
前記第２の曲線形導光エレメントからの検出光レベル、即ち前記第２の光センサの出力レベルが、前記第２の曲線形導光エレメントの内側表面に隣接したインクレベルがあるかないかを表す、
インクコンテナの存在及びその中のインクレベルを検出する感知システム。
【請求項３】
液体インク供給物を収容するチャンバを画定するハウジングと、
前記ハウジングの壁の外に設けられた、光を反射する第１の楕円曲面を有する第１の楕円反射器及び光を反射する第２の楕円曲面を有する第２の楕円反射器を有する２曲線形アーチルーフミラーと、を備え、
前記第１の楕円曲面の一方の焦点が前記第２の楕円曲面上に位置すると共に、前記第２の楕円曲面の一方の焦点が前記第１の楕円曲面上に位置するように、前記第１の楕円反射器及び前記第２の楕円反射器が配置され、
前記第１の楕円曲面の他方の焦点から射出された光が、前記第１の楕円反射器及び前記第２の楕円反射器で反射されて前記第２の楕円曲面の他方の焦点に入射するように構成された、
液体インクプリンタにおいて使用するためのインクコンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録デバイスに関し、より詳細には、インク供給コンテナの存在を検出すると共に、このコンテナ内のインクレベルが所定レベル以下であるときを検出するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱インクジェットプリントシステムは、ノズル若しくはオリフィスの終端となるチャネル付近にある毛細管の詰まったインクチャネル内に配置された、抵抗器によって選択的に生成される熱エネルギーを用いて、要求があり次第、瞬時にインクを気化し、気泡を形成する。この瞬時的な気泡はそれぞれ、１滴のインク液滴を放出し、このインク液滴を記録媒体に向けて放出する。このプリントシステムは、キャリッジタイプのプリンタに組み入れてもよいし、ページ幅タイプのプリンタに組み入れてもよい。通常、キャリッジタイプのプリンタは、インクチャネル及びノズルを備えた比較的小さいプリントヘッドを有する。このプリントヘッドは、大抵、インク供給コンテナに封着されており、このプリントヘッドとコンテナとの結合体は、カートリッジアセンブリを形成する。このカートリッジアセンブリは、往復運動することによって、静止状態に保持された例えば紙のような記録媒体上に、１度に１幅（プリント幅）分の情報をプリントする。１幅分がプリントされると、紙は、次のプリント幅がこの幅と隣接するように、プリント幅の高さに等しい距離だけ進められる。この処理は、ページ全体がプリントされるまで繰り返される。これに対し、ページ幅プリンタは、紙の幅以上の長さを有する静止プリントヘッドを有する。プリント処理中、紙は、絶えず、一定の速度で、プリントヘッド長に垂直な方向に、ページ幅プリントヘッドを通過して移動される。移動キャリッジタイプのインクジェットプリンタは、プリントヘッドと共にインクコンテナを運ぶか、或いは移動プリントヘッドと静止インクコンテナとの間に可撓性のインク供給ラインを設けなければならない。ページ幅プリンタは、プリント領域の外側に配置され且つプリントバーインクチャネルに直接的に接続された、インク供給コンテナを有する。
【０００３】
移動キャリッジ上の部分幅プリントヘッド、或いはページ幅プリントバーのいずれも、プリントジョブ中にインク切れとならないように、ユーザにインクコンテナの交換又は補充を促す、低インクレベルの警告を有するのが望ましい。現在、（例えば描画のような）いくつかのアプリケーション（利用装置）に対しては、出力プリントに１つ以上のカラーが欠けるよりも、インクが無くなりそうなコンテナを交換する方が損失が少ないので、大きなプリントジョブを開始する前には、新しいプリントコンテナを装填することを選択するユーザもいる。また、インク供給コンテナが、確実に適所にあるように、即ち、例えば、確実に対応するプリントヘッドに流体が連通されるようにすることも重要である。インク切れのコンテナは取り外されているのに、代わりのコンテナが挿入されていない、という例がある。コンテナが取り外された状態でプリンタ動作を行うと、対応するプリントヘッドが損傷する可能性がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上に論じたように、インクカートリッジの存在とそのカートリッジの内部にインクがあるかどうかとを感知することのできるプリンタを提供する、という課題を解決するような技術が必要とされている。従って、改良された装置によって、このような及びその他の欠陥及び欠点が解決されることが望ましい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ハウジングと、前記ハウジングの壁に設けられ、受けた光を前記ハウジングの壁から離れるように導く、曲線形導光エレメントとを備える、インクコンテナに関する。
【０００６】
より詳細には、本発明は、液体インク供給物を収容するチャンバを画定するハウジングを備える、液体インクプリンタにおいて使用するためのインクコンテナに関する。本発明は、さらに、前記ハウジングの壁の外側に設けられた、第１及び第２の曲線形反射器を有するアーチルーフミラーを備える。前記第１の曲線形反射器は、受けた光を実質的に完全に前記第２の曲線形反射器に向けて反射する。前記第２の曲線形反射器は、前記第１の曲線形反射器で受けた光の経路からずれた且つこの経路に平行な経路で、受けた光を実質的に完全に前記ハウジングの壁から離れるように反射する。
【０００７】
さらに、本発明は、インクコンテナの一部を形成する第１の曲線形導光エレメントと、インクコンテナ検出モードにおいて、前記第１の曲線形導光エレメントに向けて導かれる出力ビームを放出する光源とを備える、インクコンテナの存在及びその中のインクレベルを検出する感知システムに関する。このシステムは、さらに、前記第１の曲線形導光エレメントから導かれる光があるかないかを検出すると共に、それを示す出力信号を生成する第１の光センサと、前記インクコンテナの一部を形成する第２の曲線形導光エレメントと、低インクレベル検出モードにおいて、前記第２の曲線形導光エレメントに向けて導かれる出力ビームを放出する前記光源とを備える。最後に、このシステムは、前記第２の曲線形導光エレメントから導かれる光を検出する第２の光センサも備え、前記第２の曲線形導光エレメントからの検出光レベル、即ち前記第２の光センサの出力レベルは、前記第２の曲線形導光エレメントの内側表面に隣接したインクレベルがあるかないかを表す。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のインクコンテナ及び低インク（レベル）検出システムの好適な実施の形態を組み入れた、熱インクジェットプリンタ８の斜視図を示している。このプリンタ８は、単なる例にすぎない。本発明は、その他のタイプの熱インクジェットプリンタ、並びに、例えば、圧電プリンタ、ドットマトリックスプリンタ、及びドキュメントラスタ入力スキャナ(Raster Input Scanner)からの信号によって駆動されるインクジェットプリンタのような、その他の複写デバイスにおいても実施することができる。プリンタ８は、インクジェットプリントヘッドカートリッジ１０を備えており、このインクジェットプリントヘッドカートリッジ１０は、キャリッジレール１４によって支持されたキャリッジ１２上に取り付けられている。このキャリッジレールは、インクジェットプリンタ８のフレーム１５によって支持されている。プリントヘッドカートリッジ１０は、図２に詳細に示されたコンテナ１６を備えており、このコンテナ１６には、熱インクジェットプリントヘッド１８に供給するためのインクが収容されている。この感熱インクジェットプリントヘッド１８は、電気ケーブル２０を介してプリンタ８のコントローラ５０（図４）から受信される電気信号の制御下において、インク液滴を選択的に放出する。コンテナ１６は、反射エレメント２１及び２２が設けられた壁１７Ａを有するハウジング１７を備えており、これらについては、図２にさらに詳細に示されている。このコンテナ１６は、流体が連通し且つ取り外しができるようにプリントヘッド１８に結合されており、インクが無くなったときには交換することができる。或いは、特定のシステム条件に依っては、インクが無くなる毎にカートリッジ全体を交換してもよい。プリントヘッド１８は、コンテナ１６からそれぞれのインク噴射オリフィス若しくはノズルへインクを運ぶ、複数のインクチャネルを備える。プリントする際、キャリッジ１２は、キャリッジレール１４に沿って矢印２３の方向に左右に往復運動し、この往復幅全体が走査経路を構成している。実際のプリント領域は、この走査経路内に含まれる。プリントヘッドカートリッジ１０が、プリント経路に沿って、且つ、例えば紙又は透明紙のような記録媒体２４を通過して左右に往復運動すると、プリントヘッドノズルのうちの選択されたノズルからこの紙に向けて、インク液滴が放出される。典型的には、キャリッジ１２の各通過の間、記録媒体２４は静止状態に保持される。各通過の終わりに、記録媒体２４は矢印２６の方向に進められる。プリンタ８の動作に関するより詳細な説明については、米国特許第４，５７１，５９９号及び米国特許再発行第３２，５７２号を参照されたい。これらの特許は、その教示内容全体を参照することにより、本明細書中に組み込まれる。
【０００９】
また、図１には、光感知アセンブリ３０も示されている。図１及び図２を参照すると、このアセンブリ３０は、内部に第１光源３４、第２光源３６、第１光センサ３７、及び第２光センサ３８が取り付けられた、ハウジング３１を備えている。図からわかるように、第１光センサ３７及び第２光センサ３８は、２つの光源の間に位置し、通常これらの光源と共に用いられる。別の好適な実施の形態では、光センサが１つだけ用いられて、２つの光源の間で共用される。図からわかるように、これらの光源は、電源に電気的に接続されており、一方、光センサ３７及び３８の出力は、システムコントローラ回路内に電気的に接続されている。好適な実施の形態では、コンテナ１６は、２つに区画されたユニットとして設計される。アセンブリ３０は、コンテナのハウジング壁１７Ａがアセンブリ３０と対向する位置まで移動したときに、光源３４からの光が導光エレメント２１の方へ導かれると共に、光源３６からの光が導光エレメント２２の方へ導かれるように、キャリッジ経路に取り付けられている。以下にさらに詳細に説明するように、光センサ３７は、エレメント２１から導かれた光を検出するように配置されており、光センサ３８は、エレメント２２から導かれた光を検出するように配置されている。
【００１０】
図２は、図１の線２−２に沿った、プリントヘッドカートリッジ１０の断面図であり、ハウジング１７とコンテナに取り付けられたプリントヘッド１８とを示している。プリントヘッド１８は、流体が連通し且つ取り外しができるようにコンテナ１６に結合されている。ハウジング１７は、軽量であるが耐久性のあるプラスチックでできており、好適な実施の形態では、ポリプロピレンでできている。このハウジング１７は、壁１７Ｂに形成された空気入口３２とインク出口３５とを有している。空気入口３２は、ハウジング１７の内部と周囲との間において空気を移送する。インク出口３５は、インクコンテナ１６に収容されているインクを、ハウジング１７の内部からインクジェットプリントヘッド１８へ流体移送する。マニホールド３７は、ろ過されたインクを、インク出口３５からプリントヘッド１８内へ、そして記録媒体２４上にインクを噴射するインク噴射オリフィスへと導く。
【００１１】
ハウジング１７は、分割部材４４によって第１チャンバ４０と第２チャンバ４２とに仕切られた内側空間を画定している。この分割部材４４は、ハウジング１７の片側の壁から反対側の壁へと延出しており、第２チャンバ４２の方が第１チャンバ４０よりも大きくなるように、ハウジングを第１チャンバ４０と第２チャンバ４２とに本質的に分割している。
【００１２】
第１チャンバ４０には、典型的には発泡材料でできたインク保持部材４６が、液体インクを保持するために収容されている。第２チャンバ４２に収容された液体インク４８は、実質的にインク保持材料の無い第２チャンバ４２から、分割部材４４によって仕切られたインク入口４１を通って、インク保持材料４６へ移送される。充填口４９は、ここからカートリッジにインクを充填することができる。
【００１３】
インク４８は、インク入口４１を通ってインク保持材料４６内に入り、プリントするためにプリントヘッド１８にインクを供給する必要が生じると、インク出口３５を通って放出される。プリントヘッド１８に供給できるようにインク保持材料４６内に適量のインクを保持するために、ハウジング１７は、液体インク４８上に適量の空気圧を保持することにより、第２チャンバ４２から第１チャンバ４０へインクを移送して、必要なときに材料４６にインクを充填するメカニズムを備える。このメカニズムは、誘導部材６３を備えており、この誘導部材６３は、第２チャンバ４２を静止（流れの無い）状態に加圧するための、通気出口６６とこの通気出口６６につながった通気入口６４とを有する空気移送通路６２を、分割部材４４と共に画定している。この誘導部材６３は、分割部材４４のように片側の壁から反対側の壁へと延出しておらず、通気管を形成している。
【００１４】
コンテナ１６の構造に関し、上述した区画構造は単なる例にすぎない。プリントヘッドノズルに対して適当な背圧を保持しつつ、分割セクションを備えたインク供給コンテナを構成する、その他の既知の方法もある。例えば、米国特許第５，１３８，３３２号及び米国特許第５，７４２，３１２号に記載されているコンテナを参照されたい（これらの特許は両方とも、参照により本明細書中に組み込まれる）。本発明の目的に対し、このコンテナは、動作中、当業者にはよく知られた技術によって成された圧力状態の下で、２つの区画間にある通路を通ってインクがチャンバ４２からチャンバ４０へ移動するように構成される、ということは理解されるであろう。本発明の重要な点は、チャンバ４２の後部を画定している壁１７Ａに、アーチ部材２１及びアーチルーフミラー２２を導入することにより、インクコンテナ１６に対して修正を行った点である。
【００１５】
特に図２を参照すると、好適な実施の形態では、導光エレメント２１は、壁１７Ａの下半分に一体的に形成され、且つ、壁と同じ光透過性材料（例えば、ポリプロピレン）でできた、反射器である。ポリプロピレン、又はその他の親水性材料が好ましい。好適な実施の形態としては、形状タイプに２つの選択肢がある。１つは、１つだけの湾曲部２１を備えた１曲線形状であり、もう１つは、２つの湾曲部２１Ａ及び２１Ｂを備えた２曲線形状である。これらは、湾曲ファセット若しくは曲線形反射部材として考えてもよい。いずれの場合にも、この形状は、区画４２の内部に延出している。この曲線形導光エレメント若しくは部材２１は、楕円形であっても半円形であってもよく、光源３４から受光体３７へ光を導く。導光エレメント２１の２曲線形状をした形態は、通常互いの方向に角度をなして向けられた湾曲面２１Ａ及び２１Ｂを有しており、発光体３４から受光体３７へ光を導き且つ集束させる。また、湾曲面ファセット２１Ａ及び２１Ｂは、ファセット面２１Ｃによって結合されていてもよい。このファセット面２１Ｃ自体は、平面であっても曲面であってもよく、光経路を遮らない限り、その正確な形状は重要視されない。
【００１６】
導光エレメント２２も、壁１７Ａの一部として形成されている。好適な実施の形態では、エレメント２２は、２つの形状タイプのうちのいずれであってもよい。１つは、湾曲部を１つだけ備えた１曲線形状である。もう１つは、２つの湾曲部２２Ａ及び２２Ｂを備えた２曲線形状であり、これらの湾曲部２２Ａ及び２２Ｂは、区画４２の内部に延出し、互いの方向に角度をなして向けられ、面２２Ｃによって結合されている。いずれの構造も、単数又は複数の湾曲ファセットとして説明してもよい。エレメント２２は、面２２Ａ及び２２Ｂ上に反射フィルム、反射箔、又は反射テープ２２Ｄ及び２２Ｅをそれぞれ付着させることによって、反射性を高めてもよい。しかし、好適な実施の形態では、このような反射フィルムは、もはや必要とされないであろう。というのは、曲面に集光作用があるため、このような反射フィルムは必要ないからである。上述したこの構造において、光は、発光体３６から受光体３８へ導かれ且つ集束されるであろう。
【００１７】
以上から、壁１７Ａの一部（例えば、反射エレメント２１を収容する部分）のみが透過性である必要がある、ということは認識されるであろう。さらに、この好適な実施の形態では、反射エレメントがハウジング壁と一体的に構成されているが、この反射エレメントは、壁１７Ａの内側面付近に別個に配置することもできる。
【００１８】
反射エレメント２１及び２２の結合体と光アセンブリ３０とを備えると考えられる本発明の感知システムは、例えば、プリントジョブを開始するとき、又は一定量のプリントをプリントした後というような、特定の事象に続いて、インクコンテナの存在及び低インクレベルのチェックを行うことができるように設計される。このチェックを行うために、プリンタは、インクコンテナがアセンブリ３０の付近に位置し、次に一連の検出ステップを通して順序付けされることを必要とする、アルゴリズムに従う。図３は、使用することのできるアルゴリズムの１つの実施の形態である。図４は、インクコンテナ及びインクレベル感知システムを実施する制御回路を示している。従来、主要コントローラ５０は、ＣＰＵ、完全プログラムを収容するＲＯＭ、及びＲＡＭを備える。コントローラ５０は、キャリッジ１２の動き、並びに後述するその他のプリンタ機能を制御する。
【００１９】
ライン記録動作が行われる際、プリントヘッド１８における噴射口と接続された各抵抗器は、パーソナルコンピュータ（Ｐ／Ｃ）５２又はその他のデータ送信装置からコントローラ５０に送られた画像データに応じて、選択的に駆動される。コントローラ５０は、プリントヘッドの加熱抵抗器に駆動信号を送り、これによって、加熱抵抗器と接続された噴射口からインク液滴が噴射され、記録媒体２４の表面上に１ライン分の記録が形成される。プリントヘッドが連続的に動作を行うと、コンテナ１６のチャンバ４２内に収容されているインクは、低インクレベルとして予め決められたレベルに到達するまで、徐々に減っていく。
【００２０】
説明の便宜上、この感知システムは、まずプリントジョブを開始するときに作動し、その後プリンタ動作を予め設定された時間行うとそれに続いて作動するものと考える。
【００２１】
図１〜図４を参照すると、Ｐ／Ｃ５２からコントローラ５０へ送信された画像信号は、スタートプリント手順を開始させる。キャリッジ１２は、コンテナ１６のハウジング壁１７Ａが光アセンブリ３０に近接且つ対向して位置するように、感知ステーション４１まで移動される。コントローラ５０の制御下において、まず電源５６が光源３６に電力を供給する。好適な実施の形態では、光源３６は、ピーク波長が８３０〜９４０ｎｍの範囲のＬＥＤである。光ビームは、ハウジング壁１７Ａの方に導かれ、コンテナが存在する場合、この光は、ルーフミラー２２の面２２Ａ及び２２Ｂから反射されて、光センサ３８に当たるように再び方向付けされる。この２回の反射によって、ビームを垂直下方に進めることができ、これにより、検出器におけるビームの入射角が許容角度よりも大きくなるのを避けることができる。光センサ３８からの出力信号は、その信号が予め設定された範囲内であるかを判定する、コントローラ５０内の論理回路に送られる。次に、このコントローラは、光源３４に電力を供給するための手順へと進む。
【００２２】
コンテナ１６が存在しない場合、光源３６の出力光は、光センサ３８まで反射されてこない。このように光センサからの出力が無いと、コンピュータにおいて「コンテナ欠如」状態として認識される。プリンタは使用できなくなり、警告表示がＰ／Ｃディスプレイ５５において起動し、ａ）欠如タンクに関連するカラーのプリントは行われないということと、ｂ）プリントヘッドに与えられ得る損傷を避けるために適切なコンテナを装填するべきであるということを、ユーザに知らせる。
【００２３】
好適な実施の形態では、光源３４も、光源３６と同様の特性を備えたＬＥＤである。光源３４は光ビームを発し、この光ビームは、壁１７Ａを透過して、導光エレメント２１の湾曲面領域２１Ａ上に入射する。図５は、導光エレメント２１の断面とアセンブリ３０の概略的模写であり、導光エレメント、即ちこの実施の形態では曲線形プリズムのような構造体が、依然としてインクに浸漬されているため、インクレベルが予め設定された低レベルを超えている場合における、光ビームの経路を示している。
【００２４】
低インク検出は、全内反射の原理を利用することによって可能である。全内反射は、屈折率が高いところから低いところへ（ＮからＮ'へ）と進む光線が、正弦がＮ'／Ｎ以上である入射角を有する場合に生じる。臨界角ｌcは、以下の式により表される。
ｌc ＝ arc sin Ｎ'／Ｎ      （１）
【００２５】
図５に示されているように、ＬＥＤ３４の出力ビームが、光をほぼ完全に透過させる壁１７Ａ（ポリプロピレンでできており、屈折率がおよそ１．４９２である）を透過するとき、この壁１７Ａは、壁１７Ａ上への入射光のおよそ９６％を透過させ、湾曲面領域２１Ａ上に約４５°の入射角で（湾曲面２１Ａの中央に）入射させる。湾曲面領域２１Ａの裏側は、屈折率が約１．３３であるインクに浸漬されており、臨界角に達しないため、この入射光のおよそ９９％は、約５１．４°の屈折角でインク内に透過し、およそ１％未満だけが、湾曲面領域２１Ｂへ反射される。湾曲面領域２１Ｂの内向側もインクに浸漬されているため、この１％の反射光のうちの９９％よりも多くは、同様にインク内に透過する。最初の入射エネルギーのうちのほんのわずかな量（およそ０．０１％）だけが、光センサ３７に向けて反射される。コントローラ５０におけるこの光センサからの出力信号は、コントローラメモリ内に予め設定された低インクレベルの範囲外である低光レベルを記録する。コントローラは、この信号を前の状態信号と比較することによって、低インク状態であると前に識別されたコンテナが交換又は補充されたかどうかを判定する。次に、状態ログが「非空」レベルに設定又はリセットされ、コントローラ５０におけるプリントヘッド駆動回路６１は、駆動信号をプリントヘッドに送信することによって、プリント手順を開始させることができるようになる。この実施の形態では、低インクレベル閾値を、コンテナ１６の満杯レベルの２０％に設定した。
【００２６】
図７は、導光エレメント２２の断面とアセンブリ３０の概略的模写であり、導光エレメント（ここでは、２曲線形アーチルーフミラー２２が適所にあることによって組み合わされている）が、インクコンテナ１６の存在を示すことができるときの、光ビームの経路を示している。本発明の要点は、アルトファーザー(Altfather)ら（以下、アルトファーザーとする）による米国特許出願番号０９／３０５，９９０及びその親出願である米国特許第５，９９７，１２１号（これらは、その教示内容を参照することにより本明細書中に組み込まれる）を改良する点にある。本発明では、湾曲した若しくはアーチ型の面を、光を反射させるためだけではなく、より重要なことには、他の方法では散乱してしまうであろう光の焦点を合わせ、集束させるためにも用いている。これは、光が集束し、それにより一般に光感度が向上するので、システム設計及び動作限界を向上させることになる。また、これにより、インクコンテナ１６及びハウジング１７の、広くはプリンタに対する、より詳細には光感知アセンブリ３０に対する、位置ずれも許容できるものとなる。
【００２７】
本発明のこの実施の形態では、図７に概略的に示されているように、発光体３６からの光は、アーチルーフ部材２２及び曲面２２Ｂの方へ導かれる。この曲面２２Ｂは、光を集束して曲面２２Ａに向けて反射させ、この曲面２２Ａは、さらに光を集束して受光体３８に向けて反射させる。ゆえに、これは２曲線タイプの好適な実施の形態である。これに対し、破線５００は、アルトファーザーの実施の形態に見られる典型的な構造を概略的に示している。光線の中心線５０２は、やはり４５°の反射角で、面２２Ｂ及び２２Ａ（又は、付着されている場合には、それぞれ反射箔２２Ｅ及び２２Ｄ）に当たる。しかし、その他全ての光線５０３には、光を集めて焦点を合わせる機能を果たす面２２Ｂ及び２２Ａによって、様々な角度がもたらされることがわかる。これにより、矢印５０４で示されているような方向における、コンテナ１６の回転による位置ずれを許容できるものとなる。
【００２８】
当業者には明らかであるように、本発明の動作を可能とする湾曲部としては、多数の構造がある。図示されている２曲線構造では、１つの方法として、その半径が発光体３６（又は受光体３８）から光線の中心線の反射点までの距離の２倍である、弧が挙げられる。当業者には理解されるように、発光体の位置及び受光体の位置と、例えば光線追跡プログラム（又はその他の設計手段）のようなソフトウェアのアプリケーションを適用し得る曲線形エレメントの形状及び位置との両方については、他にも多数の構造がある。例えば、１つの楕円形（１曲線の形態）を用いてもよいし、或いは、上述したような形態であるが、間に平面状のファセットが入ることによって分離された、２曲線の形態を用いてもよい。本発明の要点は、発光体である光源の焦点を合わせると共にその光を再び方向付ける点にあり、当業者には明らかであるように、本発明は上述した例及びその他の派生物を含むと理解される。
【００２９】
図８は、本発明の好適な実施の形態の構造の３次元プロファイルである。この実施の形態では、２つの２曲線形エレメント、即ち、インクコンテナ１６の存在を感知するアーチルーフミラー２２（反射フィルム２２Ｄ及び２２Ｅを有する）と、インクレベルを感知するアーチ部材２１とが、図２に示されたような並んだ構造ではなく、壁１７Ａにおいて一方がもう一方の上に積み重ねられた構造として示されている。この構造により、１つの発光体を用いて、インクコンテナの存在を感知する機能とインクレベルを感知する機能との両方を果たすことを、容易にすることができる。
【００３０】
図９は、２つの楕円を用いることによって２曲線プロファイルを形成する、別の好適な実施の形態を示している。所定の焦点Ａ１  ５０５及びＡ２  ５０６を有する第１の楕円５０４の目的は、（焦点Ａ１  ５０５と一致する）発光体３６からの照明を、第２楕円反射器２２Ａに向けて再び方向付けるように構成された、（第１）楕円反射器２２Ｂを提供することにある。この第２楕円反射器２２Ａは、所定の焦点Ｂ１  ５０７及びＢ２  ５０８を有している。反射された照明の到達先は、焦点Ａ２  ５０６と一致する（第２）楕円反射器２２Ａ上の点である。
【００３１】
（第１）楕円反射器２２Ｂは、その焦点のうちの一方が照明の起点（発光体３６）に設定され、もう一方が第２楕円反射器２２Ａの表面上の点に設定される場合、最も良く照明を所望の点Ａ２  ５０６に向けて再び方向付けることができる。これは、一方の焦点から発した光線を、楕円内側表面から正反射させた後、もう一方の焦点に向けて導く、という楕円の性質を利用している。この性質とは、つまり、楕円上のあらゆる点における接線と、その点と２つの焦点とを結ぶそれぞれの線とは等しい角度をなす、という性質である。
【００３２】
焦点Ｂ１  ５０７及びＢ２  ５０８を有する第２の楕円５０９の目的は、焦点Ｂ１  ５０７と一致する点を起点とする第１楕円反射器２２Ｂからの照明を、焦点Ｂ２  ５０８と一致する点にある検出器３８に向けて、再び方向付けるように構成された、第２楕円反射器２２Ａを提供することにある。
【００３３】
（第２）楕円反射器２２Ａは、その焦点のうちの一方が照明の起点、即ち（第１）楕円反射器２２Ｂの表面上の点に設定され、もう一方が検出器３８上の点に設定される場合、最も良く照明を所望の点Ｂ２  ５０８に向けて再び方向付けることができる。この好適な実施の形態における大きな利点は、このような２曲線構造による集光性によって、反射箔の必要性がなくなるという点である。ここでも同様に、楕円の性質を利用して、この好適な実施の形態のプロファイルを形成している。
【００３４】
【外１】
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【外２】
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【外３】
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【００３５】
上記と同様の方法で、１つの楕円に対する２つの焦点を適切に配置することによって、１曲線プロファイルを形成してもよいということは、当業者には明らかであろう。この配置は、第１及び第２の焦点がそれぞれ、発光体３６及び検出器３８と一致するように行われる。結果としてできた楕円は、インクタンク１６と交差する部分において、曲線形反射器２２の好適なプロファイルを描く。当然、当業者には明らかであるように、この好適な実施の形態では、タンクから発光体／検出器までの距離は短くなり、これらは互いに非常に近接して配置される。
【００３６】
ここまでの感知システムの動作を要約すると、インクコンテナの存在が確認される。さらに、コンテナ内のインクが予め設定されたレベルを超えていることが確認されると、プリントジョブを開始することができる。次に、ある所定の作動時間に引き続き行われるように設定された、２回目のインクレベル感知システム動作について説明する。
【００３７】
プリンタ８が、Ｐ／Ｃ５２からの画像入力信号に対応するプリントジョブのプリントを開始すると、区画４０（図２）内の発泡体からインクが引き出されることによって、発泡体の飽和度が減少する。これにより流れが生じ、区画４２からのインクがこの発泡体を再び満たす。従って、区画４２内のインクレベルは、プリンタの使用中、徐々に下がっていく。低インクチェックは、各プリントジョブの終わりに、又は、直前にしたチェック以降にいずれか１つのカラーに対してある所定数のピクセル、例えば７×１０6のピクセルがプリントされた後、開始することができる。図示する便宜上、プリントジョブによって、区画４２内のインクレベルが、破線８０（図６）で表された所定の限界点レベルよりも低い点まで下がった、と仮定する。この時点で、低インクレベル感知処理が開始される。
【００３８】
前述したように、続けられていたプリントは中断され、キャリッジ１２は、ハウジング壁１７Ａ及び導光エレメント２１が感知アセンブリ３０と対向するような位置まで移動される。コントローラは、光源３４及び３６を起動させることによって、再び順序付けを行う（コンテナの検出は省略してもよい）。図６は、低インクレベルが光ビームに与える影響を示している。光源３４からの光は、壁１７Ａを透過し、約４５°の角度で湾曲面領域２１Ａ上に入射する。インクレベルは、満杯レベルの２０％よりも低いレベルまで下がっているので、インクは、もはや湾曲面領域２１Ａの裏面に接触しておらず、湾曲面領域２１Ａの裏面は、屈折率が１．０である空気にさらされている。このファセットへの入射光の角度は４２．９°よりも大きいので、入射光はこの面を全く透過しない。光線は、より密度の高い媒質へ全て反射され、ビームの全内反射（ＴＩＲ）となる。入射エネルギーは全て、湾曲面領域２１Ｂに向けて反射される。このファセットの裏面も空気にさらされているので、次に、エネルギーは全て、光センサ３７に向けて反射される。入射エネルギーのうちの（吸収される分を引いた）約９２％が、反射されて光センサ３７に当たる。この光センサからの出力信号は、コントローラ論理によって、予め設定された低インクレベル範囲内にあると認識される。コントローラは、状態チェックを行って、ステーション状態が「非空」から「空」に変わっているかどうかを調べる。これは、即時の例の場合であるため、コントローラ５０における状態ログメモリが「空」状態に設定されると共に、低インクレベル信号が生成され、この信号はＰ／Ｃディスプレイ５５に表示されてもよい。システム条件に依って、この低インク信号を用いて、低インクレベルをオペレータに単に表示してもよいし、カートリッジの補充又は交換が行われるまでプリント動作を停止させてもよいが、好適な実施の形態では、「低インク」状態に変更した上で動作を続行させる。図３及び図４に示されているように、コントローラは、Ｐ／Ｃ５２に信号を送り、Ｐ／Ｃ５２は、今チェックしたインクコンテナは低インクレベルである、ということを定義する適切な警告を表示する。各インクコンテナには、インクが残量分だけ収容されており、このインク残量は、残留ピクセル（若しくは液滴）数に相関させることができる。この数は、インクカラー毎に異なっていてもよい。コントローラ論理において生成されたこの低インク信号によって、カウンタ６０は、プリントヘッドの噴射口から噴射されるピクセル（液滴）数と、インクタンク内のインクレベルの下がり具合とを、カウントし始めることができる。予め設定された数のピクセルがカウントされると、そのインクタンクはインク切れと定義され、プリントが自動的に不可能とされる。この停止は、プリントヘッド及びそのインクチャネルラインが空にならないようにするために、タンクが完全に空になる前（約２〜５％のレベル）、即ちプリントヘッドの信頼性を危うくする状態になる前に行われる。最初に低インクを検出してからインク切れを告知するまでの間に、徐々に緊急性の高まるメッセージをＰ／Ｃディスプレイに表示してもよい。残留インクによるピクセルの値は、低インク��ェックの頻度に依って決まる、ということは理解される。
【００３９】
上述したシナリオでは、導光エレメント２１が、完全にインクに浸漬されているか、或いは完全にインクから解放されている状態を仮定した。これら２つの状態の間に、インクレベルが徐々に湾曲面領域２１Ａの多くの部分を空気にさらしていくにつれ、ＬＥＤ３４からの単調に上昇していく光レベルによる信号によって表される変遷がある。図１０は、ボルト単位のセンサ出力に対する、プリントヘッドへ送給されるミリリットル（ｍｌ）単位のインクを、プロットとして示すグラフである。送給されるインクの最初の７０％に対しては、センサ電流は低く、コントローラ５０における比較回路を横切る出力電圧は高い。７０〜７５％が消費されると、ＬＥＤ３４の出力ビームが、導光エレメント２１の湾曲面領域２１Ａ及び２１Ｂから全内反射され始めることによって、センサ３７からの出力電流が上昇し、回路において急激な電圧降下が生じるため、急激な変遷が起こる。
【００４０】
本発明は、フルカラープリンタを含む、その他のタイプのインクジェットプリントシステムにおいて用いてもよい。図１１は、フルカラー走査タイプのプリンタを示している。図１１を参照すると、熱インクジェットプリンタ７０が示されている。それぞれ熱プリントヘッド７６〜７９が一体的に取り付けられた、数個のインク供給カートリッジ７２、７３、７４、７５が、移動可能なキャリッジ７７上に取り付けられている。プリントモードの間、キャリッジ７７は、ガイドレール７８上を矢印８１の方向に左右に往復運動する。例えば紙のような記録媒体７９は、キャリッジが一方向に移動している間は、静止状態に保持され、キャリッジが逆方向に移動する前に、熱プリントヘッドによってこの記録媒体上にプリントされるデータストライプの高さに等しい距離だけ進められる。各プリントヘッドは、線状に配列されたノズルのアレイを有しており、これらのノズルは、キャリッジの往復運動方向に垂直な方向に配列されている。熱プリントヘッドは、キャリッジの横断中、情報をプリントするのにインク液滴が必要とされる度に、インク液滴８３を記録媒体に向けて放出する。プリントヘッドの端子に取り付けられた信号伝送リボンケーブルは、図面を明瞭にするため省略されている。各カートリッジ７２〜７５が異なるカラーインク供給物を収容しているプリンタ７０は、複数のカラーでプリントすることができる。代表的なカラープリンタ及びさらなる制御細目については、例えば米国特許第４，８３３，４９１号を参照されたい。この開示内容は、参照により本明細書中に組み込まれる。
【００４１】
本発明によれば、カートリッジ７２〜７５の一部を形成しているインクコンテナはそれぞれ、図２に示されたカートリッジと同じ構造であり、本発明の目的として、各カートリッジは、２つのプリズム反射器が壁の外側に形成されたインクコンテナを有している。一方の反射器はカートリッジ存在検出に関連し、もう一方は低インク検出に関連する。カートリッジ７２は、反射部材８２及び８４を備えたインクコンテナ８０を有するものとして示されている。説明を簡略化するため詳述しないが、カートリッジ７３〜７５も、同様のコンテナ及び反射部材を有する。カートリッジが１つである実施の形態と同様に、感知アセンブリ９０は、内部に第１光源９４及び第２光源９６と、これら２つの光源の間に位置する光センサ９８とが取り付けられた、ハウジング９２を備えている。
【００４２】
動作において、図４、図１１及び図１２を参照すると、Ｐ／Ｃ５２からコントローラ５０へ送信された画像信号は、スタートプリント手順を開始させる。キャリッジ７７は、第１インクコンテナ８０を備えたカートリッジ７２が感知アセンブリ９０に対向して位置するように移動される。コントローラ５０の制御下において、次の手順で、電源５６によって光源９４及び９６に電力が供給されると同時に、光センサ９８の出力が測定される。カートリッジ７２に対する動作手順及び検出動作は、カートリッジ１０に関して前述した動作と同じである。まず光源９６に電力が供給されて、カートリッジが存在するか（ルーフミラー８４から光センサへの反射が範囲内であるか）がチェックされ、次に、光源９４が作動されて、前の状態との比較が行われた後、コンテナシステム内のインクレベルが判定される（導光エレメント８２表面からの反射が、光センサ９８によって感知される）。カートリッジ７２に対する処理が終わると、キャリッジ７７は、次のカートリッジ７３が感知されるのに適した位置に位置するように移動される。前述した処理は、全てのカートリッジが存在すると確認されると共に、アセンブリであるインクコンテナ内のインクレベルが全て許容レベル内であるか、或いは適切な低インクレベル警告がＰ／Ｃに表示されるまで、各カートリッジに対し行うことができる。
【００４３】
本明細書中に開示した実施の形態が好ましいが、この実施の形態において、様々な別の変更物、改造物、又は改良物が当業者によって作られてもよい、ということは、この教示から認識されるであろう。より効率的な構造、例えば、１つの光源が図１及び図２の反射エレメント２１及び２２の両方と関連付けられて用いられる構造（図示せず）が可能である。
【００４４】
図１及び図１１の実施の形態では、インクコンテナは、定期的に検出ステーションに移動される走査キャリッジ上に取り付けられているが、別の例では、このインクコンテナは、固定位置に配置され、可撓性のインク供給ラインを介して走査プリントヘッドに接続されていてもよい。図１の実施の形態に関して言えば、コンテナ１６が、光アセンブリ３０と対向する位置に固定され、可撓性の管を介してプリントヘッド１８に接続されることとなる。図１１の実施の形態に関して言えば、４つの光アセンブリが、それに関連付けられたインクコンテナと対向するようにプリント領域の外側に配置され、各インクコンテナが、可撓性のインク注入管を介してそれぞれのプリントヘッドカートリッジに接続されることとなる。ここに開示したタイプである全幅アレイのプリントヘッドの場合、例えば米国特許第５，２２１，３９７号では、遠隔にあるインクコンテナが、インクと複数のインプットモジュールとをつなぐインクマニホールドに接続されており、これらのインプットモジュールは、接合されて全幅アレイを形成している。１つ以上の光アセンブリが、この変更例であるインクコンテナに対向するように配置される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクコンテナ及び低インクレベル感知システムを組み入れた、インクジェットプリンタの斜視図である。
【図２】図１に示したインクカートリッジの断面図である。
【図３】コンテナがあるかないかとコンテナ内のインクレベルとを判定するチェックを順序付けるのに用いられる、アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図４】感知システムの動作を制御する制御回路のブロック図である。
【図５】カートリッジ内の曲線形反射エレメントの断面図であり、インクレベルが十分であるプリズムコンテナを示している。
【図６】図５の曲線形反射エレメントの断面図であり、低インク環境における反射経路を示している。
【図７】カートリッジ内の２曲線形反射ルーフミラーエレメントの断面図である。
【図８】本発明の１つの好適な実施の形態の構造の３次元プロファイルを示す図であり、２つの曲線形エレメントが、並ぶのではなく、一方がもう一方の上に積み重ねられている。
【図９】楕円を用いて２曲線プロファイルを形成する、別の好適な実施の形態を示す図である。
【図１０】低インク感知出力信号対カートリッジから消費されるインクの量を、プロットとして示すグラフである。
【図１１】本発明のインクコンテナ及び低インクレベル感知システムを組み入れた、フルカラーインクジェットプリンタの斜視図である。
【図１２】コンテナがあるかないかと低インクとの感知を連続的に順序付けるのに用いられる、図１１の実施の形態に対するアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１３】楕円の利用の説明に参照して用いる図である。
【符号の説明】
８、７０    インクジェットプリンタ
１０、７２、７３、７４、７５    カートリッジ
１２、７７    キャリッジ
１６、８０    インクコンテナ
１７    ハウジング
１７Ａ    ハウジング壁
１８、７６、７７、７８、７９    プリントヘッド
２１、２２、８２、８４    反射（導光）エレメント
２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂ    湾曲面（曲線形反射器）
３０、９０    感知アセンブリ
３４、３６、９４、９６    光源（発光体）
３７、３８、９８    光センサ（受光体／検出器）
４０、４２    チャンバ（区画）
４８    液体インク
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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