JP2014100845A - 液体消費装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コスト上昇を招くことなく、簡易的な加工で、発光素子から照射された光をより多く受光素子にて受光し、液体消費装置としての寿命を延ばすような機構を提供する。
【解決手段】発光素子９２から照射された光を入射するとともにインクの有無に応じて入射した光を受光素子９４に向けて射出可能な底面、を有するプリズム１７０と、液体収容器１００を着脱可能であり、プリズム１７０に対応する位置に光が連通する連通路２１ａと連通路２１ｂが設けられたホルダー２０と、ホルダー２０を発光素子９２と受光素子９４とが並ぶ方向に沿って移動させる駆動部と、を備え、連通路２１ａの液体収容器１００側に面する第１開口部の面積が、連通路２１ａの検出部９０側に面する第２開口部の面積より大きいことを特徴とする。
【選択図】図１１

Description

本発明は液体消費装置に関する。

液体消費装置の一例であるインクジェット方式の印刷装置には、一般的に、取り外し可能な液体収容器が装着される。液体収容器には、液体収容器内のインクの量が所定量を下回ったことを検出するための、プリズムを備えたものがある。プリズムを用いたインクの残存状態の検出は、発光素子から照射された光がプリズムに入射してプリズムの頂角を形成する斜面で反射する際に、斜面がインクと接しているか否かで反射状態が異なることを利用して、受光素子に入射した光の有無などに基づいて行うことができる。

特許文献１には、発光素子から照射された光を、プリズムに加工を施すことで受光素子に集光する技術が開示されている。

特開２００２−２４０３１７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術は、光学部品に加工を行う高度な技術を要するほか、製造コストが上昇する等の課題がある。したがって、本発明の目的は、製造コスト上昇を招くことなく、簡易的な加工で、発光素子から照射された光をより多く受光素子にて受光し、液体消費装置としての寿命を延ばすような機構を提供することである。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］発光部と受光部とが並んで配置された検出部と、液体を収容する液体収容器と、前記液体収容器内部の底面に設置され、前記発光部から照射された光を入射するとともに前記液体の有無に応じて前記入射した光を前記受光部に向けて射出可能な底面、を有するプリズムと、前記液体収容器を着脱可能であり、前記プリズムに対応する位置に前記光が連通する第１連通路と第２連通路が設けられたホルダーと、前記ホルダーを前記発光部と前記受光部とが並ぶ方向に沿って移動させる駆動部と、を備え、前記第１連通路の前記液体収容器側に面する第１開口部の面積が、前記第１連通路の前記検出部側に面する第２開口部の面積より大きいことを特徴とする液体消費装置。

本適用例によれば、プリズムの底面と検出部とが対向したときに、発光部から照射する光であって、ホルダーの移動する方向と直角に交差する方向に対して角度を持った光が、ホルダーに設けられた第１連通路により集光されるので、受光部に入射する光を増幅することができる。そのため、液体消費装置としての寿命を延ばすことができる。

［適用例２］適用例１に記載の液体消費装置であって、前記第２連通路の前記液体収容器側に面する第３開口部の面積が、前記第２連通路の前記検出部側に面する第４開口部の面積より大きいことを特徴とする液体消費装置。

本適用例によれば、プリズムの底面と検出部とが対向したときに、発光部から入射しプリズム内で反射した光が、ホルダーに設けられた第２連通路により受光部に集光されるので、受光部に入射する光を増幅することができる。そのため、液体消費装置としての寿命を延ばすことができる。

［適用例３］適用例１または適用例２に記載の液体消費装置であって、前記第１連通路と前記第２連通路の少なくとも一部の内側面が、前記開口部の開口面と直角に交差する方向に対し角度をもつことを特徴とする液体消費装置。

本適用例によれば、プリズムの底面と検出部とが対向したときに、発光部から照射した光が、開口部の開口面と直角に交差する方向に対し角度を持った連通路の内側面により、プリズムに対し理想的な角度を持つため、受光部に入射する光を増幅することができる。そのため、液体消費装置としての寿命を延ばすことができる。

本発明の一実施例としての印刷装置の要部を示す斜視図。 印刷装置の概略構成図。 検出部の電気的構成を示す説明図。 液体収容器の斜視図。 インク室内にインクが無い場合に、プリズムが光を反射する様子について説明するための模式図。 インク室内にインクが十分に存在する場合に、プリズムが光を反射する様子について説明するための模式図。 発光部から照射した光がホルダーで反射しプリズムに入射する様子について説明するための模式図。 ホルダーの連通路の内側面に角度を持ったホルダーについて示した模式図。 ホルダーの開口部の付近を、検出部側から見た様子を示した模式図。 ホルダーの開口部の付近を、液体収容器側から見た様子を示した模式図。 連通路の内側面に角度を持たせたホルダーについて示した模式図。 インク室内にインクが存在しない場合の光量の変化をシミュレーションした結果を示した図。 連通路の内側面の少なくとも一部に角度を持たせたホルダーについて示した模式図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。

（実施形態）
１．印刷装置の構成：
図１は、本発明の一実施例としての印刷装置１０の要部を示す斜視図である。図２は、印刷装置１０の概略構成図である。図１には、互いに直交するＸＹＺ軸が描かれている。これ以降に示す図についても必要に応じてＸＹＺ軸を付している。本実施例において、印刷装置１０の使用姿勢では、Ｚ軸方向が鉛直方向であり、印刷装置１０のＸ軸方向の面が正面である。印刷装置１０の主走査方向はＹ軸方向であり、副走査方向はＸ軸方向である。液体消費装置としての印刷装置１０は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック等のインクＩＫ（図８）が一色ずつ収容された液体収容器１００が装着され、故障検知板８１を備えるホルダー２０と、ホルダー２０を主走査方向ＨＤに駆動するホルダーモーター３３と、ホルダー２０の主走査方向ＨＤと平行して配置されたインクの残存状態を検出するための検出部９０と、印刷媒体ＰＡを副走査方ＶＤに搬送する紙送りモーター３０と、ホルダー２０に搭載され、液体収容器１００から供給されたインクＩＫを吐出する印刷ヘッド３５と、所定のインターフェイス７２を介して接続されたコンピューター６０等から受信した印刷データに基づいて、ホルダーモーター３３や紙送りモーター３０、印刷ヘッド３５を制御して印刷を行わせる制御ユニット４０を備えている。制御ユニット４０には、印刷装置１０の動作状態等が表示される表示パネル７０が接続されている。また、制御ユニット４０には、ホルダー２０がケーブルＦＦＣ１で、検出部９０がケーブルＦＦＣ２で接続されている。

図３は、検出部９０の電気的構成を示す説明図である。検出部９０は発光素子（発光部）９２および受光素子（受光部）９４を備える。発光素子９２は光を照射し、受光素子９４は光を受光する。検出部９０は、反射型のフォトインタラプターによって構成されている。検出部９０は、発光素子９２として例えばＬＥＤを備え、受光素子９４として例えばフォトトランジスターを備える。検出部９０は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号のデューティ比（オン時間とオフ時間の割合）を調整してＬＥＤを発光させる。ＬＥＤから発光された光は、後述する液体収容器１００内のプリズムで反射してフォトトランジスターに入射した後、電流値に変換される。

検出部９０の備える発光素子９２および受光素子９４は、ホルダー２０の主走査方向ＨＤと平行して、並んで配置されている（図２）。また、発光素子９２および受光素子９４は、ホルダー２０がホルダーモーター３３により駆動させられ、検出部９０の備える発光素子９２および受光素子９４の上に位置したときに、ホルダー２０の備える連通路２１ａと連通路２１ｂを介して液体収容器１００内のプリズム１７０と対向するように配置されている。連通路２１ａと連通路２１ｂおよびプリズム１７０については後述する。

制御ユニット４０は、残量判定部４２とセンサー故障検知部４４とを備える。制御ユニット４０はＣＰＵを備え、ＲＯＭに予め記憶された制御プログラムをＲＡＭに展開して実行することで、残量判定部４２、センサー故障検知部４４として機能する。また、制御ユニット４０は、ホルダー２０の往復動や紙送りを制御すると共に、駆動部として機能することにより印刷ヘッド３５を駆動して、印刷媒体ＰＡへのインクＩＫの吐出を制御する。

残量判定部４２は、液体収容器１００内のインクＩＫの有無を判断する機能部である。残量判定部４２は、ケーブルＦＦＣ２を通じてフォトトランジスターに入射した光に基づく電流値を取得し、取得した電流値に基づいて液体収容器１００内のインクＩＫの残量が所定量以下となったか否かを判断する。インクＩＫの残量が所定量以下となったことを、以降「インクエンド」ともいう。具体的には、残量判定部４２はケーブルＦＦＣ２を通じて取得した電流値が、あらかじめ定められたインクの残量に対応する電流値を上回ったときに、インクエンドであると判断する。

残量判定部４２は、例えば印刷装置１０の起動時や、印刷媒体ＰＡへの印刷が終了したタイミングや、印刷の実行中など所定のタイミングで、ホルダー２０が検出部９０の上を移動している際に、それぞれの液体収容器１００についてインクＩＫの残量がインクエンドになったか否かを判断する。残量判定部４２は、インクエンドであると判断すると、制御ユニット４０に接続された表示パネル７０や、印刷装置１０にインターフェイス７２を介して接続されたコンピューター６０の表示画面に、液体収容器１００の交換を促す情報を表示する。

センサー故障検知部４４は、検出部９０が正常に動作しているか否かを判断する機能部である。センサー故障検知部４４は、例えば、残量判定部４２がインクＩＫの有無を判断するタイミングに先立ち、ホルダー２０の備える故障検知板８１を検出部９０の上に移動させて検出部９０の故障を検知する。センサー故障検知部４４および故障検知板８１の詳細については後述する。

２．カートリッジの構成：
図４は、液体収容器１００の斜視図である。液体収容器１００は、液体としてのインクＩＫを収容する略直方体形状のインク収容部１３０と、液体収容器１００に関する情報を蓄積等するためのメモリーが搭載された基板１５０と、ホルダー２０に液体収容器１００を着脱するためのレバー１２０とを備えている。液体収容器１００の底面１０１には、液体収容器１００がホルダー２０に装着されたときに、ホルダー２０に設けられたインク供給針（図示せず）が挿入されるインク供給口１１０が形成されている。使用前の状態では、インク供給口１１０の開口はフィルムによって封止されている。

インク収容部１３０は、内部にインクＩＫを収容するインク室１８０を備えている。図５に示すように、インク室１８０の内部の最下部には、２つの傾斜面１７０ａ、１７０ｂで頂角を形成した、直角二等辺三角柱状のプリズム１７０が配置されている。プリズム１７０は、液体収容器１００の底面１０１に設けられている。ホルダー２０にこれらの液体収容器１００を上方から装着すると、液体収容器１００から印刷ヘッド３５へのインクＩＫの供給が可能となる。

３．プリズムによるインク残量検知：
図５はインク室１８０内にインクが無い場合に、液体収容器１００のインク室１８０内に備えられたプリズム１７０が光を反射する様子について説明するための模式図である。プリズム１７０は、ポリプロピレンによって透明状に形成されている。また、プリズム１７０には、プリズム１７０を成形する際に生じる変形（ヒケ、Ｓｉｎｋ Ｍａｒｋｓ）を抑制するために、空洞部１７１（凹部）（図４）が底面の中心部に設けられている。なお、プリズム１７０の「底面」とは、プリズムの頂角に対向する面をいう。プリズム１７０は、傾斜面１７０ａ、１７０ｂと接する流体の屈折率によって、光の反射状態が異なる。具体的には、図５に示すように、傾斜面１７０ａ、１７０ｂが空気に接触している場合、つまり、インクＩＫの量が少なくなった場合には、プリズム１７０と空気との屈折率の違いにより、検出部９０の備える発光素子９２からプリズム１７０の傾斜面１７０ａに向けて照射された光（光路２０１）はプリズム１７０の傾斜面１７０ａで反射する。そして、その反射光はさらにもう一つの傾斜面１７０ｂで反射して受光素子９４に入射（光路２０３）する。つまり、プリズム１７０内で光が２回全反射することで、発光素子９２から入射した光の進行方向が１８０度反転して、受光素子９４に射出される。

図６はインク室１８０内にインクＩＫが十分に存在する場合に、液体収容器１００のインク室１８０内に備えられたプリズム１７０が光を反射する様子について説明するための模式図である。図６に示すように、傾斜面１７０ａおよび１７０ｂがインクＩＫと接触する程度にインクＩＫがインク室１８０内に存在する場合には、プリズム１７０とインクＩＫとの屈折率が同程度であるため、発光素子９２から照射された光（光路２０１）の大部分は、図６に示すように傾斜面１７０ａで屈折して、インクＩＫ内で吸収される。したがって、傾斜面１７０ｂで反射して受光素子９４に入射（光路２０３）する光の量は図５に示したインクの量が少なくなった場合と比べるとわずかである。

検出部９０の備える受光素子９４に入射する光には、発光素子９２からプリズム１７０の底面に対して垂直に入射してプリズム１７０を通る光以外の光も存在する。図７は、ホルダー２０の内側面２０ｃに反射してプリズム１７０に入射する光を説明するための模式図である。検出部９０の備える発光素子９２から照射される光が、プリズム１７０の底面に対して垂直に入射する光（図５および図６に示す光路２０１）のみでなく広い指向性をもつ場合には、例えば図７に示すように、一部の光（光路２０４）は、ホルダー２０の内側面２０ｃで反射することで角度を持ち、受光素子９４には入射しない。そこで、本実施例ではこのようなホルダー２０の内側面２０ｃで反射する光（光路２０４）をプリズム底面に対して直角に近い角度で入射させるために、ホルダー２０の内側面２０ｃに角度を設けた。以降、内側面２０ｃに角度を設けたホルダー２０について説明する。

４．ホルダーの構成：
図８は、本実施例のホルダー２０について示した模式図である。図８は、液体収容器１００のインク室１８０内のプリズム１７０が配置されている場所において、ＹＺ平面で切断した場合の断面図を模式的に示している。

ホルダー２０には、ホルダー２０を貫通する連通路２１ａ（第１連通路）と連通路２１ｂ（第２連通路）が設けられている。図９は、ホルダー２０の検出部９０に面する側の面２０ａにおける連通路２１ａと連通路２１ｂ付近を、検出部９０側から見た様子を示した模式図であり、図１０は、ホルダー２０の液体収容器１００に面する側の面２０ｂにおける連通路２１ａと連通路２１ｂ付近を、液体収容器１００側から見た様子を示した模式図である。図１０に示す連通路２１ａの液体収容器１００側に面する開口部（第１開口部）の面積が、図９に示す連通路２１ａの検出部９０側に面する開口部（第２開口部）の面積より大きく設計されている。このため、図８に示すように、連通路２１ａの内側面２１ｃは、液体収容器１００側に面する開口部から検出部９０側に面する開口部へと傾斜している。連通路２１ｂについても同様、図１０に示す液体収容器１００側に面する開口部（第３開口部）の面積が、図９に示す検出部９０側に面する開口部（第４開口部）の面積より大きく設計されている。このため、図８に示すように、連通路２１ｂの内側面２１ｃは、液体収容器１００側に面する開口部から検出部９０側に面する開口部へと傾斜している。
また、連通路２１ａと連通路２１ｂは、ホルダー２０の往復動によってプリズム１７０が検出部９０の直上に位置したときに、検出部９０の備える発光素子９２および受光素子９４と対向する場所（Ｙ軸の直上）に設けられている。

ホルダー２０は、さらに、検出部９０が正常に動作しているか否かを検知するための、故障検知板８１を備えている。故障検知板８１は、本実施例では入射光を反射するミラーで形成されている。故障検知板８１が検出部９０の真上に位置するとき、発光素子９２から故障検知板８１に垂直に入射する光（光路２０１）は、入射した箇所で全反射するため、受光素子９４に入射しない。一方、発光素子９２から照射される光路２１１をもつ一部の照射光は、故障検知板８１で反射して受光素子９４に入射（光路２１９）する。

センサー故障検知部４４は、ホルダー２０の備える故障検知板８１を検出部９０の上に移動させると、受光素子９４に入射した光に基づいて、検出部９０の異常を検知する。具体的には、センサー故障検知部４４は、故障検知板８１が検出部９０の真上に位置するようにホルダー２０を所定のタイミングで移動させ、発光素子９２から故障検知板８１に光を照射させる。センサー故障検知部４４は、検出部９０の備える受光素子９４に入射した光量に基づく電流値が、あらかじめ定められた電流値よりも低下した場合、例えば受光素子９４がインクミストで汚れたため十分に受光できていないと判断する。また、受光素子９４に入射した光量に基づく電流値が、あらかじめ定められた電流値よりも増加した場合、例えば、検出部９０の電気回路に異常が生じていると判断する。このような場合、センサー故障検知部４４は制御ユニット４０に接続された表示パネル７０や、印刷装置１０にインターフェイス７２を介して接続されたコンピューター６０の表示画面に、検出部９０の修理や、故障検知板８１のクリーニングなどを促す情報を表示する。このように、インクＩＫの残量の有無を判定する際にはノイズ光となる光（光路２１１）を、検出部９０の異常の有無の判定に使用することができる。

図１１は、内側面２０ｃに傾斜を設けた連通路２１aと連通路２１ｂを備えたときの光の反射を示した模式図である。検出部９０の備える発光素子９２から照射された指向性の広い光は、光路２０５のように連通路２１ａの傾斜を設けた内側面２０ｃで反射することで、プリズム１７０の底面に対し垂直に近い角度で入射する。結果、光路２０６のように検出部９０の備える受光素子９４に入射するようになる。

内側面２０ｃに傾斜を設けた連通路２１ａと連通路２１ｂを備えた場合のインクエンド検出光量のシミュレーション結果を図１２の曲線ｂで示した。一方、内側面２０ｃに傾斜を設けない垂直な連通路２１ａと連通路２１ｂを備えた場合（図７）のインクエンド検出光量のシミュレーション結果を図１２の曲線ａで示した。図１２では、曲線ｂの光量の方が曲線ａの光量よりも大きい。したがって、内側面２０ｃに傾斜を設けた連通路２１ａと連通路２１ｂを備える印刷装置１０であれば、内側面２０ｃに傾斜のない連通路２１ａと連通路２１ｂの場合よりもインクエンド検出光量を増幅させることができる。これにより、高度な技術が必要とされ、製造コストが上昇してしまう光学機器の加工を行わずとも、液体消費装置としての寿命を延ばすことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。

（変形例）
上述の実施例では、ホルダー２０における開口部に設けられた連通路２１ａと連通路２１ｂは、内側面に角度を持たせていたが、必ずしも連通路の全ての内側面に角度を持たせなくても良い。図１３は、ホルダー２０の変形例１に係る模式図である。以下、変形例１に係るホルダー２０について説明する。

図１３（ａ）〜（ｄ）で示すように、ホルダー２０における連通路２１ａと連通路２１ｂは、少なくとも一部の内側面２０ｃが開口面の垂直方向に対して角度をもつことで、傾斜部で反射する光をプリズム１７０の底面に垂直に近い角度で入射させることができる。したがって、上述した実施例と同様に効果を得ることができる。

上述した実施例では、本発明を印刷装置とインクカートリッジとに適用した例を説明したが、本発明は、インク以外の他の液体を噴射したり吐出したりする液体消費装置に用いても良く、また、そのような液体を収容した液体収容器にも適用可能である。また、本発明の液体収容器は、微小量の液滴を吐出させる液体噴射ヘッド等を備える各種の液体消費装置に流用可能である。「液滴」とは、上記液体消費装置から吐出される液体の状態をいい、粒状、涙状、糸状に尾を引くものも含むものとする。また、ここでいう「液体」とは、液体消費装置が噴射させることができるような材料であれよい。例えば、物質が液相であるときの状態のものであれば良く、粘性の高い又は低い液状態、ゾル、ゲル水、その他の無機溶剤、有機溶剤、溶液、液状樹脂、液状金属（金属融液）のような流状態、また物質の一状態としての液体のみならず、顔料や金属粒子などの固形物からなる機能材料の粒子が溶媒に溶解、分散または混合されたものなどを含む。また、液体の代表的な例としては上記実施例で説明したようなインクや、液晶等が挙げられる。ここで、インクとは一般的な水性インクおよび油性インク並びにジェルインク、ホットメルトインク等の各種液体組成物を包含するものとする。液体消費装置の具体例としては、例えば、液晶ディスプレイ、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ、面発光ディスプレイ、カラーフィルターの製造などに用いられる電極材や色材などの材料を分散または溶解のかたちで含む液体を噴射する液体消費装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を噴射する液体消費装置、精密ピペットとして用いられ試料となる液体を噴射する液体消費装置であってもよい。さらに、時計やカメラ等の精密機械にピンポイントで潤滑油を噴射する液体消費装置、光通信素子等に用いられる微小半球レンズ（光学レンズ）などを形成するために紫外線硬化樹脂等の透明樹脂液を基板上に噴射する液体消費装置、基板などをエッチングするために酸又はアルカリ等のエッチング液を噴射する液体消費装置を採用してもよい。

１０…印刷装置、２０…ホルダー、２０ａ，２０ｂ…面、２０ｃ…内側面、２１，２１ａ，２１ｂ…連通路、３０…紙送りモーター、３３…ホルダーモーター、３５…印刷ヘッド、４０…制御ユニット、４２…残量判定部、４４…センサー故障検知部、６０…コンピューター、７０…表示パネル、７２…インターフェイス、８１…故障検知板、９０…検出部、９２…発光素子、９４…受光素子、１００…液体収容器、１０１…底面、１１０…インク供給口、１２０…レバー、１３０…インク収容部、１５０…基板、１７０…プリズム、１７０ａ，１７０ｂ…傾斜面、１７１…空洞部、１８０…インク室、２０１，２０３，２０４，２０５，２０６，２１１，２１９…光路。

Claims (3)

1. 発光部と受光部とが並んで配置された検出部と、
   液体を収容する液体収容器と、
   前記液体収容器内部の底面に設置され、前記発光部から照射された光を入射するとともに前記液体の有無に応じて前記入射した光を前記受光部に向けて射出可能な底面、を有するプリズムと、
   前記液体収容器を着脱可能であり、前記プリズムに対応する位置に前記光が連通する第１連通路と第２連通路が設けられたホルダーと、
   前記ホルダーを前記発光部と前記受光部とが並ぶ方向に沿って移動させる駆動部と、
   を備え、
   前記第１連通路の前記液体収容器側に面する第１開口部の面積が、
   前記第１連通路の前記検出部側に面する第２開口部の面積より大きいことを特徴とする液体消費装置。
2. 請求項１に記載の液体消費装置であって、
   前記第２連通路の前記液体収容器側に面する第３開口部の面積が、
   前記第２連通路の前記検出部側に面する第４開口部の面積より大きいことを特徴とする液体消費装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の液体消費装置であって、
   前記第１連通路と前記第２連通路の少なくとも一部の内側面が、
   前記ホルダーの移動する方向と直角に交差する方向に対し角度をもつことを特徴とする液体消費装置。

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