液体タンクおよびこれを用いる画像形成装置
【課題】 液体タンク自体の有無と液体タンク内の液体の有無とを光学的に検出する場合、液体タンク自体の有無を検出するための光学素子と、液体タンク内の液体の有無を検出するための光学素子とを液体タンクに組み込む必要があった。
【解決手段】 本発明によるインクタンク１０は、インクが収容される筺体２５と、この筺体２５に組み込まれて当該筺体２５の一部を構成する光透過性の窓部材２２と、筺体２５内に臨むように窓部材２２に形成され、この窓部材２２に入射する測定光を反射して当該窓部材２２から筺体２５の外に出射させる光反射面３７，３８と、この光反射面３７，３８か、または筺体２５の外に臨む窓部材２２の表面に設けられた光反射量制御部３９，４０とを具えている。
【解決手段】 本発明によるインクタンク１０は、インクが収容される筺体２５と、この筺体２５に組み込まれて当該筺体２５の一部を構成する光透過性の窓部材２２と、筺体２５内に臨むように窓部材２２に形成され、この窓部材２２に入射する測定光を反射して当該窓部材２２から筺体２５の外に出射させる光反射面３７，３８と、この光反射面３７，３８か、または筺体２５の外に臨む窓部材２２の表面に設けられた光反射量制御部３９，４０とを具えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッドに供給される液体を貯溜する液体タンクならびにこの液体タンクに貯溜された液体の有無および液体タンク自体の有無を検出し得る画像形成装置に関する。
【０００２】
なお、本明細書において記述される「プリント」とは、文字や図形など有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広くプリント媒体上に画像，模様，パターンなどを形成したり、あるいはエッチングなどのようなプリント媒体の加工を行う場合も包含する。
【０００３】
また「プリント媒体」とは、一般的なプリント装置で用いられる紙片のみならず、布帛，樹脂フィルム，金属板，ガラス，セラミックス，木材，皮革などの液体を受容可能なものであり、シート状物体以外の三次元立体、例えば球体や円筒体なども包含する。
【０００４】
さらに「液体」とは、上記「プリント」の定義と同様広く解釈されるべきもので、プリント媒体上に付与されることによって、画像，模様，パターンなどの形成，エッチングなどのプリント媒体の加工，あるいはインクの処理、例えばプリント媒体に付与されるインク中の色材の凝固や不溶化に供され得る液体を指し、プリントに関して用いられるあらゆる液体を包含する。
【背景技術】
【０００５】
液体吐出ヘッドに形成された吐出口から液体を吐出するための吐出エネルギー発生手段として、ピエゾ素子などの電気機械変換素子を用いたものや、液体を加熱して沸騰させる発熱抵抗体を有する電気熱変換素子を用い、プリント媒体に液滴を吐出して所望の画像を形成するインクジェット方式の画像形成装置が知られている。この種の画像形成装置においては、液体吐出ヘッド、つまりインクジェットヘッドに供給すべきインクを貯溜したインクタンクが交換可能に組み込まれており、画像形成に伴うインクの消費に伴ってインクタンクの交換やインクタンクへのインクの補充を行う必要がある。このため、この種のインクジェットプリンタには、インクタンク内のインク残量を検出するシステムが組み込まれ、インクタンク内のインクの残量が僅少となった場合、使用者に対してインクタンクの交換を促したり、必要に応じてインクジェットプリンタのプリント動作を一時的に中断させるようにしている。
【０００６】
従来、インクタンク内のインクの残量を検出する方法としては、光の反射を利用した光学的な方法が一般的であり、例えば特許文献１にあるように、インクタンクに形成されたインク室内に光反射板を設けてインクの有無を検知するようにしたものや、特許文献２または特許文献３にあるように、光反射部材を複数設けてインクタンクの有無およびインクタンク内のインク残量を検知するようにしたものが知られている。また、特許文献４には１つのフォトセンサによってインクタンクの有無とインクの有無とを検出可能なインクジェットプリンタが開示されている。さらに、光学的に測定したデータによってインクの残量が僅少か否かを判断するようにした技術が特許文献５に開示されている。
【０００７】
このような従来のインクタンクの一例を図６に示し、その底部の断面構造を図７に示す。ポリプロピレンなどの光透過性の材料にて成形されたインクタンク１の底面には、インクタンク１内に貯溜されたインク残量を検出するためのプリズム２と、インクタンク１の有無を検出するための凹反射面３とが隣接して設けられている。図示しない発光素子と受光素子とを有する光検出ユニット４は、これらプリズム２と凹反射面３とに対向するように、図示しないインクジェットプリンタのシャシー側に固定され、発光素子および受光素子がインクタンク１の長手方向に対して直交する方向（図７の紙面に対して垂直な方向）に並んで配置されている。
【０００８】
表面にアルミニウムなどの金属薄膜を蒸着した凹反射面３は楕円球面の一部にて形成されており、このインクタンク１の凹反射面３をインクジェットヘッドの走査移動機構などを利用して光検出ユニット４の直上に移動させた状態においては、発光素子と受光素子とが楕円球面の２つの焦点に位置するようになっており、発光素子から出射した光が凹反射面３にて反射して受光素子に入射し、これによってインクタンク１の有無を確認することができる。また、インクタンク１のプリズム２を光検出ユニット４の直上に移動させた状態においては、インクタンク１内にインクが存在しない場合、発光素子から出射した光がプリズム２にて全反射して受光素子に入射するが、プリズム２がインクタンク１内のインクで覆われている場合、発光素子からプリズム２に入射した光がプリズム２を透過してインクタンク１内のインク内へ進行し、受光素子側へは反射しないので、これによってインクタンク１内のインクの有無を判定することができる。
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１８３１８３号公報
【特許文献２】特開平９−１７４８７７号公報
【特許文献３】特開平１０−３２３９９３号公報
【特許文献４】特開平９−２９９８９号公報
【特許文献５】特開２００１−３２８２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図７に示した従来の検出システムにおいては、インクタンク１内のインクの有無を検出するための光学素子としてプリズム２をインクタンク１に設け、またインクタンク１自体の有無を検出するための光学素子として凹反射面３をインクタンク１に形成している。このため、１つの光検出ユニット４を用いてインクタンク１自体の有無やインクの有無を検出する場合には、光検出ユニット４に対してインクタンク１を少なくとも２回相対移動させなければならず、そのための位置決め機構なども必要となる。また、プリズム２と凹反射面３とを光検出ユニット４との相対移動方向に沿ってインクタンク１に並べて配置する必要があるため、小容量の小さなインクタンク１を企図した場合には、これらの光学素子自体の寸法も小さくしなければならず、これら光学素子と光検出ユニット４との相対位置をさらに厳密化させる必要が生ずる。この結果、これらの寸法精度や組み付け位置精度などの厳密化と相俟って、インクジェットプリンタの製造コストを押し上げてしまう問題点があった。
【００１１】
このような問題点に関しては、使用する液体の多種類化および画像形成装置の小形化の要求と相俟って早期の解決が望まれている。
【００１２】
本発明の目的は、複数の光学素子を組み込まずとも液体タンク自体の有無と液体タンク内の液体の有無とを検出可能な簡便な構成の液体タンクと、この液体タンクが搭載される画像形成装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の形態は、液体が収容される筺体と、この筺体に組み込まれて当該筺体の一部を構成する光透過性の窓部材と、前記筺体内に臨むように前記窓部材に形成され、この窓部材に入射する測定光を反射して当該窓部材から前記筺体の外に出射させる光反射面と、この光反射面か、または前記筺体の外に臨む前記窓部材の表面に設けられた光反射量制御部とを具えたことを特徴とする液体タンクにある。
【００１４】
本発明による液体タンクにおいて、光反射量制御部が光反射面の一部か、または筺体の外に臨む窓部材の表面の一部に配されて測定光をほぼ１００％反射するものであってよい。この場合、光反射量制御部が光反射面に分散状態で複数配されていることが好ましい。
【００１５】
本発明において、光反射量制御部が光反射面に設けられている場合、窓部材から入射してその光反射面に達した光は、光反射面が液体で覆われている状態ではその一部が光反射面から液体内に進行し、残りが光反射面にて反射し、窓部材の外に導かれる。また、光反射量制御部に入射した光も正反射してその大部分が窓部材の外に導かれる。これに対し、光反射面が液体で覆われていない状態では、光反射面と液体タンク内の空隙との界面にて全反射が起こり、また光反射量制御部に入射した光も正反射して入射光のほぼ全部が窓部材の外に導かれる。
【００１６】
一方、光反射量制御部が筺体の外に臨む窓部材の表面の一部に配されている場合、光反射量制御部に入射する光は、そのまま正反射して反射光となる。また、窓部材から入射してその光反射面に達した光は、光反射面が液体で覆われている状態ではその一部が光反射面から液体内に進行し、残りがこの光反射面にて反射し、窓部材の外に導かれる。これに対し、光反射面が液体で覆われていない状態では、光反射面と液体タンク内の空隙との界面にて全反射が起こり、入射光のほぼ全部が窓部材の外に導かれる。
【００１７】
光反射量制御部が光反射面の全域に亙って形成される光透過性の薄膜であってよい。この場合、光透過性の薄膜を構成する材料が窓部材を構成する材料の測定光に対する屈折率とほぼ等しいか、あるいはそれよりも小さな屈折率を有することが好ましい。
【００１８】
本発明において、窓部材から入射してその光反射面に達した光は、光反射面が液体で覆われている状態ではその一部が光反射面から光反射量制御部を通過して液体内に進行し、残りが光反射面および／または光反射量制御部にて反射し、窓部材の外に導かれる。これに対し、光反射面が液体で覆われていない状態では、光反射量制御部と液体タンク内の空隙との界面にて全反射が起こり、入射光のほぼ全部が窓部材の外に導かれる。
【００１９】
窓部材が少なくとも２つの光反射面を有するプリズム体であってよい。
【００２０】
本発明の第２の形態は、液体吐出ヘッドから液体を吐出してプリント媒体に画像を形成するための画像形成装置であって、液体吐出ヘッドに供給される液体を貯溜する本発明の第１の形態による液体タンクの搭載部と、この搭載部に搭載された前記液体タンクの窓部材に向けて測定光を照射する測定光源と、この測定光源からの反射光を検出する光検出器と、この光検出器による検出光量に応じて液体タンクの有無および液体タンク内の液体の有無を判定する判定手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００２１】
本発明においては、測定光源からの測定光を液体タンクの窓部材に向けて照射し、その反射光を光検出器によって検出し、検出される反射光量に応じて液体タンクの有無と液体タンク中の液体の有無とが判定手段によって判定される。この判定手段は、最少光量の場合に液体タンクが存在しないと判断し、最大光量の場合に液体タンク中に液体が存在しないと判断し、最少光量と最大光量との間の中間の光量の場合に液体タンク中に液体があると判断する。
【００２２】
本発明にかかる画像形成装置の形態としては、コンピュータや光ディスク装置などの情報処理機器の出力端末として用いられるものの他、リーダなどと組合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置や捺染装置、あるいはエッチング装置の形態を採るものなどであっても良く、プリント媒体としては、シート状あるいは長尺の紙や布帛、あるいは板状をなす木材や皮革，石材，樹脂，ガラス，金属などの他に、３次元立体構造物などを挙げることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の液体タンクによると、液体が収容される筺体に組み込まれてこの筺体の一部を構成する光透過性の窓部材と、筺体内に臨むように窓部材に形成され、この窓部材に入射する測定光を反射して当該窓部材から筺体の外に出射させる光反射面と、この光反射面か、または筺体の外に臨む窓部材の表面に設けられた光反射量制御部とを具えているので、液体タンクが存在しない場合に最少となる検出光量と、液体タンク内に液体が存在しない場合に最大となる検出光量と、液体タンク内に液体が存在する場合にこれら最少および最大の検出光量の中間となる検出光量とを明確に分けることができ、単一の光学素子を組み込んだだけでも液体タンクの有無と液体タンク中の液体の有無とを確実に判定することができる。
【００２４】
光反射量制御部が光反射面の一部か、または筺体の外に臨む窓部材の表面の一部に配されて測定光をほぼ１００％反射する場合、特に光反射量制御部が光反射面に分散状態で複数配されている場合、光反射面に対する光反射量制御部の割合を変更することによって、液体タンク中に液体が存在する際に窓部材から出射する反射光の割合を容易に調整することができる。
【００２５】
光反射量制御部が光反射面の全域に亙って形成される光透過性の薄膜の場合、特に光透過性の薄膜を構成する材料が窓部材を構成する材料の測定光に対する屈折率とほぼ等しいか、あるいはそれよりも小さな屈折率を有する場合、この薄膜の厚みを変更することによって液体タンク中に液体が存在する際に光反射量制御部を透過する測定光の割合（透過率／反射率）を容易に調整することができる。
【００２６】
窓部材が少なくとも２つの光反射面を有するプリズム体である場合、液体タンク中に液体が存在しないことを測定光の全反射を利用して検出することができる。
【００２７】
本発明の画像形成装置によると、本発明による液体タンクの搭載部と、この搭載部に搭載された液体タンクの窓部材に向けて測定光を照射する測定光源と、この測定光源からの反射光を検出する光検出器と、この光検出器による検出光量に応じて液体タンクの有無および液体タンク内の液体の有無を判定する判定手段とを具えているので、液体タンクの有無と液体タンク中の液体の有無とを確実に判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明による画像形成装置をシリアルスキャンタイプのインクジェットプリンタに応用した実施形態について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限らず、これらをさらに組み合わせたり、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の技術にも当然応用することができる。
【００２９】
本実施形態の外観を図１に示し、そのインクタンクの断面構造を図２に示し、その窓部材の部分の抽出拡大断面構造を図３に示す。すなわち、本実施形態におけるインクジェットプリンタ１０は、図示しないインクジェットヘッドに形成された吐出口からインク滴を吐出させ、このインク滴を図示しない紙などのプリント媒体の所定個所に正確に付着させることにより、プリント媒体に所望の画像を形成するものである。
【００３０】
インクジェットヘッドは、このインクジェットヘッドに供給するインクを収容するインクタンク１１に対して分離可能に連結され、図１中、下向きにインク滴を吐出する姿勢でインクタンク１１と共にキャリッジ１２に着脱自在に搭載される。キャリッジ１２は、このインクジェットプリンタ１０のフレーム１３に固定された走査案内軸１４に対して摺動自在に支持されている。また、キャリッジ１２には、キャリッジ駆動モータ１５の回転により駆動される歯付きベルトの両端部が連結され、キャリッジ駆動モータ１５を正回転および逆回転させることにより、キャリッジ１２は走査案内軸１４に沿って走査移動する。このキャリッジ１２を走査移動させながらインクジェットヘッドからインク滴を吐出させることでプリント媒体に対するプリントが行われる。
【００３１】
キャリッジ１２の走査移動領域の一端にはホームポジションが設定され、このホームポジションにキャリッジ１２が位置している状態において、図示しないインクジェットヘッドの吐出口が開口する吐出口面と対向する部分には、インクジェットヘッドの吐出口からのインクの吐出状態を良好に保つためのヘッド回復機構１６が設けられている。このヘッド回復機構１６は、インクジェットヘッドの吐出口面を覆うキャップ部材１７と、インクジェットヘッドの吐出口面を払拭する払拭部材１８と、インクジェットヘッドの吐出口からキャップ部材１７を介してインクジェットヘッド内のインクを吸引するための図示しない吸引ポンプなどを有する。
【００３２】
このヘッド回復機構１６に隣接して光検出ユニット１９が配置されている。この光検出ユニット１９は、約３００nmの波長の測定光を出射するＬＥＤなどを用いた発光素子２０と、この発光素子２０からの反射光を受光するためのフォトトランジスタなどを用いた受光素子２１とを有するが、発光素子２０および受光素子２１を１つの光検出ユニット１９として設ける必要はなく、別々に配設することも可能である。光検出ユニット１９には図示しない判定手段が接続し、この判定手段は受光素子２１の受光量に応じてキャリッジ１２にインクタンク１１が搭載されているか否か、キャリッジ１２に搭載されたインクタンク１１内にインクがあるか否かを判定する。光検出ユニット１９は、キャリッジ１２がその真上に移動してきた時、発光素子２０がキャリッジ１２に搭載されているインクタンク１１の後述する窓部材２２に対して光を照射するようになっている。
【００３３】
本実施形態におけるインクタンク１１は、本体２３と蓋２４とからなる筺体２５を有し、この筺体２５内におよそ１.３程度の屈折率を一般的に有するインクが収容される。本体２３は、光透過性の部材、具体的には屈折率がおよそ１.５の光学的に透明なポリプロピレンにて形成されている。本体２３の内部は、２つの空間に仕切る仕切り壁２６によって仕切られ、この仕切り壁２６の下端に形成された連通部２７を介して２つの空間が連通状態となっている。２つの空間のうちの一方は、インクを収容するインク収容室２８であり、他方は、毛細管力を利用してインクを吸収保持するインク保持部材２９が収納された負圧発生室３０である。この負圧発生室３０に臨む本体２３には、インクジェットヘッドにインクを供給するためのインク供給ポート３１が設けられ、さらにこのインクタンク１１内に貯溜されたインクの消費に伴って外部からインクタンク１１内へ大気を導入するための大気連通路３２が形成されている。負圧発生室３０に面する仕切り壁２６の表面には、負圧発生室３０からインク収容室２８への大気の導入を促進するため、連通部２７から上向きに延在する調圧溝３３が形成されている。また、負圧発生室３０に臨む大気連通路３２の開口端の周囲は、蓋２４の内側から下方に延在するリブ３４によって、インク保持部材２９が存在しないバッファ部３５が形成されている。
【００３４】
従って、インクジェットヘッドからインクの吐出に伴ってインク保持部材２９に保持された負圧発生室３０内のインクが消費され、その液面の上端、つまり気液界面３６が調圧溝３３の上端に達すると、これ以降に大気連通路３２から負圧発生室３０内に導入される空気は、調圧溝３３を介して連通部２７からインク収容室２８に吸い込まれるようになっている。このようにしてインク収容室２８に大気が導入されることにより、インク収容室２８内のインクが連通部２７を介して負圧発生室３０のインク保持部材２９に充填される。つまり、インクジェットヘッドによるインクの消費に伴って負圧発生室３０内のインクがインクジェットヘッド側に供給されても、その供給量に見合う分のインクがインク収容室２８から負圧発生室３０に充填され、負圧発生室３０内での気液界面３６がほぼ一定の高さに維持される結果、インクジェットヘッドに対するインクタンク１１側の負圧がほぼ一定に保たれ、インクジェットヘッドに対する安定したインク供給が可能となる。
【００３５】
インク収容室２８の底部には本体２３と一体に窓部材２２が形成されており、本実施形態における窓部材２２は一対の光反射面３７，３８のなす角を９０度に設定した直角プリズム形状を有する。この窓部材２２の一対の光反射面３７，３８の大きさは、上述した光検出ユニット１９の発光素子２０と受光素子２１との間隔に応じて適切に設定されている。具体的には、窓部材２２が光検出ユニット１９の直上に位置した時、光検出ユニット１９の発光素子２０の光軸が一方の光反射面３７に対して４５度傾斜した状態でその中央部を通ると共に受光素子２１の光軸が他方の光反射面３８に対して４５度傾斜した状態でその中央部を通り、発光素子２０からの測定光が窓部材２２に入射して一対の光反射面３７，３８にて全反射し、最終的に窓部材２２から出射する反射光が受光素子２１に入射するように設定される。
【００３６】
なお、インクタンク１１はキャリッジ１２に搭載された状態となっているため、窓部材２２と対向するキャリッジ１２の部分には、発光素子２０からの測定光およびその反射光を通過させるための図示しない開口部が形成されている。
【００３７】
これら一対の光反射面３７，３８には本発明の光反射量制御部としての銀薄膜３９がその全域に亙って形成されており、本実施形態における銀薄膜３９は半透明鏡としての機能を有する。この銀薄膜３９の膜厚を適切な値に設定することにより、この銀薄膜３９および光反射面３７，３８がインクで覆われている場合に、ここで反射する測定光の割合を銀薄膜３９が全くない場合よりも高めることができるようになっている。
【００３８】
従って、インクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されていない状態では、光検出ユニット１９の発光素子２０から出射した測定光はそのまま直進し、インクジェットプリンタ１０内で散乱して受光素子２１には返ってこない。このときの受光素子２１が受け取る光の強度をＡとする。この光強度Ａは基本的にはゼロに近いが、インクジェットプリンタ１０内での散乱光や外部からの迷光などによって僅かなバックグラウンド光量を有する。
【００３９】
一方、インク収容室２８内のインクを空にしたインクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されている場合、発光素子２０から出射した測定光は図３中の矢印で示すようにインクタンク１１の窓部材２２に入射して一方の光反射面３７に到達し、その一部が表面反射によって他方の光反射面３８側へと反射し、残りが銀薄膜３９内に入射するが、銀薄膜３９とインク収容室２８との空気界面にて全反射を起こす。一方の光反射面３７から反射した反射光に対し、同様な現象が他方の光反射面３８でも起こり、最終的に窓部材２２に入射した測定光のほぼすべてが反射光となって窓部材２２から受光素子２１へと導かれる。このときの受光素子２１が受け取る光の強度をＢとする。この光強度Ｂは受光素子２１が受ける最大光量を基本的に示す。
【００４０】
これに対し、光反射面３７，３８を覆う程度以上のインクをインク収容室２８に収容したインクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されている場合、発光素子２０から出射した測定光はインクタンク１１の窓部材２２に入射して一方の光反射面３７に到達し、その一部が銀薄膜３９との界面反射によって他方の光反射面３８側へと反射し、残りが銀薄膜３９内に入射してインク収容室２８内のインクとの界面にて一部が反射し、残りが銀薄膜３９を通過してインク収容室２８へと進む。一方の光反射面３７から反射した反射光に対し、同様な現象が他方の光反射面３８でも起こり、この結果、窓部材２２に入射した測定光の一部が反射光となって窓部材２２から受光素子２１へと導かれる。このときの受光素子２１が受け取る光の強度をＣとする。この光強度Ｃは上述した光強度Ａよりも大きく、光強度Ｂよりも小さい。
【００４１】
判定手段は、受光素子２１が受光する反射光の強度に基づき、インクタンク１１の有無とインクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されている場合のインクタンク１１内のインクの有無とを判定する。判定手段による誤判定を回避すべく、光強度Ａ，Ｂ，Ｃを明確に区別するため、銀薄膜３９が入射光の一部を通過すると共に残りを反射する半透明鏡として具合よく機能する必要がある。ここで、銀薄膜３９に対する入射光量をＩ，透過光量をＯ，光反射量制御部を構成する材料（本実施形態では銀）固有の吸光係数をｋとすると、ランバートの法則から log(Ｏ/Ｉ)＝−ｋ・ｔとなり、Ｏ＝Ｉ・１０-k・tの関係から透過光量Ｏは銀薄膜３９の膜厚ｔが厚くなるに連れて次第に減少することが分かる。
【００４２】
従って、光反射量制御部の構成材料や、発光素子２０の光量，受光素子２１の感度，発光素子２０から光反射面３７，３８を介して受光素子２１に達する光路長などに基づき、光反射量制御部の膜厚ｔを適切に設定することが必要である。この場合、２つの光反射面３７，３８の何れか一方に形成される銀薄膜３９の膜厚ｔを充分に厚く設定し、ここに入射する光をほぼ１００％反射させるようにしてもよく、光反射面３７，３８の少なくとも一方が半透明鏡を構成していさえすればよい。
【００４３】
光反射量制御部として金属ではなく、フッ化マグネシウムなどの誘電体を使用する場合には、光の干渉を利用して半透明鏡を形成するため、複数の誘電体の薄膜を積層してこれらの屈折率，積層薄膜数，各膜厚などを適宜設定する必要がある。なお、銀薄膜３９がインクと化学的に反応する可能性がある場合には、インクに対して耐蝕性のある保護膜を銀薄膜３９に重ねてさらに被覆することが有効であるが、この保護膜による測定光の影響を加味する必要があることは言うまでもない。
【００４４】
上述した実施形態では、窓部材２２を本体２３と一体に形成したが、窓部材２２のみ光透過性を有していれば良いので、本体２３を遮光性のある有色材料にて形成し、窓部材２２を別部材として本体２３に接合するようにしてもよい。
【００４５】
このような本発明による液体タンクの他の実施形態の主要部の構造を図４に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施形態では光学的に透明なアクリル樹脂などで形成した窓部材２２をインクタンク１１の本体２３に嵌め込んでこれらを一体的に接合したものである。この窓部材２２の一対の光反射面３７，３８には、光反射量制御部としてそれぞれ多数の光反射膜４０が所定間隔で形成されている。この光反射膜４０は、アルミニウムや銀などを所定パターンにて光反射面３７，３８に蒸着することにより形成したものであり、光反射面３７，３８との界面にて光をぼぼ１００％反射させるような膜厚をそれぞれ有する。
【００４６】
従って、インクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されていない状態では、先の実施形態と同様に光検出ユニット１９の発光素子２０から出射した測定光はそのまま直進し、インクジェットプリンタ１０内で散乱して受光素子２１には返ってこない。このときの受光素子２１が受け取る光の強度はＡとなる。
【００４７】
一方、インク収容室２８内のインクを空にしたインクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されている場合、発光素子２０から出射した測定光は、図４中の矢印で示すようにインクタンク１１の窓部材２２に入射して一方の光反射面３７に到達し、その一部がインク収容室２８との空気界面にて全反射を起こす。また、光反射膜４０に達した測定光は、その界面反射によって他方の光反射面３８側へ反射する。このようにして一方の光反射面３７側から反射した反射光に対し、同様な現象が他方の光反射面３８でも起こり、最終的に窓部材２２に入射した測定光のほぼすべてが反射光となって窓部材２２から受光素子２１へと導かれる。このときの受光素子２１が受け取る光の強度はＢとなる。
【００４８】
これに対し、光反射面３７，３８を覆う程度以上のインクをインク収容室２８に収容したインクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されている場合、発光素子２０から出射した測定光はインクタンク１１の窓部材２２に入射して一方の光反射面３７に到達し、その一部が光反射膜４０との界面反射によって他方の光反射面３８側へ反射する。また、光反射膜４０が存在しない領域ではインクと窓部材２２との屈折率差に応じて一部が反射すると共に残りがインク収容室２８内のインク中へと進む。このようにして一方の光反射面３７側から反射した反射光に対し、同様な現象が他方の光反射面３８側でも起こり、この結果、窓部材２２に入射した測定光の一部が反射光となって窓部材２２から受光素子２１へと導かれる。このときの受光素子２１が受け取る光の強度がＣとなる。この光強度Ｃは上述した光強度Ａよりも大きく、光強度Ｂよりも小さい。
【００４９】
判定手段は、受光素子２１が受光する反射光の強度に基づき、インクタンク１１の有無とインクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されている場合のインクタンク１１内のインクの有無とを判定する。この判定手段による誤判定を回避すべく、光強度Ａ，Ｂ，Ｃを明確に区別するため、光反射面３７，３８に対する光反射膜４０の形成割合を適切に設定することが望ましい。
【００５０】
本実施形態による光反射膜４０を薄膜化して上述した実施形態と同じ半透明鏡として機能させることも有効であり、ほぼ同様な効果を得ることができる。また、先の実施形態と同様に何れか一方の光反射面３７，３８の全域を、ここに入射する光がほぼ１００％反射するような光反射膜で被覆することも可能であり、これによって２つの光強度Ａ，Ｂの差を明確化させることができる。
【００５１】
上述した２つの実施形態では、窓部材２２の光反射面３７，３８、つまりインクタンク１１の内面側に光反射量制御部を形成する必要があるため、窓部材２２とインクタンク１１の本体２３とを一体成形したものでは、そのための加工が面倒であるが、窓部材２２の表面、つまりインクタンク１１の外側に光反射量制御部を形成した場合には、より簡単に光反射量制御部を形成することができる。
【００５２】
このような本発明による液体タンクの他の実施形態の主要部の構造を図５に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、窓部材２２の表面には光反射量制御部としての光反射膜４０が形成され、ここに入射する光をほぼ１００％反射して受光素子２１へと導くようになっている。この光反射膜４０に代えて最初の実施形態の如き半透明鏡の如き薄膜にて形成することも可能であり、何れにしろ受光素子２１に入射する光量を増大させるものであればよい。ただし、測定光の一部が光反射量制御部を介さずに窓部材２２の一方の光反射面３７に到達し、その反射光が他方の光反射面３８から光反射量制御部を介さずに受光素子２１へと出射できるように、光反射量制御部を窓部材２２の表面の中央部にのみ形成することが好ましい。
【００５３】
従って、インクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されていない状態では、先の２つの実施形態と同様に光検出ユニット１９の発光素子２０から出射した測定光はそのまま直進し、インクジェットプリンタ１０内で散乱して受光素子２１には返ってこない。このときの受光素子２１が受け取る光の強度はＡである。
【００５４】
一方、インク収容室２８内のインクが空になったインクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されている場合、図５中の矢印で示すように、発光素子２０から出射した測定光の一部が光反射膜４０によってそのまま受光素子２１に反射し、残りがインクタンク１１の窓部材２２に入射して一方の光反射面３７に到達し、ここでインク収容室２８との空気界面にて全反射を起こし、他方の光反射面３８側へと導かれる。このようにして一方の光反射面３７から反射した反射光に対し、同様な現象が他方の光反射面３８でも起こり、最終的に窓部材２２に入射した測定光のほぼすべてが反射光となって窓部材２２から受光素子２１へと導かれる。このときの受光素子２１が受け取る光の強度はＢとなる。
【００５５】
これに対し、光反射面３７，３８を覆う程度以上のインクをインク収容室２８に収容したインクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されている場合、発光素子２０から出射した測定光の一部が光反射膜４０によってそのまま受光素子２１に反射し、残りがインクタンク１１の窓部材２２に入射して一方の光反射面３７に到達する。ここで、インクと窓部材２２との屈折率差に応じて一部が反射すると共に残りがインク収容室２８内のインク中へと進む。このようにして一方の光反射面３７から反射した反射光に対し、同様な現象が他方の光反射面３７，３８側でも起こり、この結果、窓部材２２に入射した測定光の一部が反射光となって窓部材２２から受光素子２１へと導かれる。このときの受光素子２１が受け取る光の強度がＣとなる。この光強度Ｃは上述した光強度Ａよりも大きく、光強度Ｂよりも小さい。
【００５６】
判定手段は、受光素子２１が受光する反射光の強度に基づき、インクタンク１１の有無とインクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されている場合のインクタンク１１内のインクの有無とを判定する。この判定手段による誤判定を回避すべく、光強度Ａ，Ｂ，Ｃを明確に区別するため、光反射膜４０の面積が適切に設定されている。
【００５７】
なお、本体２３を構成する材料との関係で、窓部材２２として屈折率の小さな材料を使用せざるを得ない場合、光反射面３７，３８で全反射するための臨界角が４５度を越える可能性があるので、このような場合には光反射面に対する入射角が６０度となるような３つの光反射面を持つ台形プリズムを用いることが有効であり、窓部材２２に形成すべき光反射面は必要に応じて４つ以上にすることも当然可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明による画像形成装置の一実施形態の外観を模式的に表す立体投影図である。
【図２】図１に示した画像形成装置に搭載される本発明による液体タンクの一実施形態の概略構造を表す断面図である。
【図３】図２に示した液体タンクの窓部材の部分の抽出拡大断面図であり、液体タンクおよび液体の検出原理を模式的に表す。
【図４】本発明による液体タンクの他の実施形態における窓部材の部分の拡大断面図であり、液体タンクおよび液体の検出原理を模式的に表す。
【図５】本発明による液体タンクの別な実施形態における窓部材の部分の拡大断面図であり、液体タンクおよび液体の検出原理を模式的に表す。
【図６】従来のインクタンクの外観を表す立体投影図である。
【図７】図６に示したインクタンクの底部を抽出拡大して表す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０ インクジェットプリンタ
１１ インクタンク
１２ キャリッジ
１３ フレーム
１４ 走査案内軸
１５ キャリッジ駆動モータ
１６ ヘッド回復機構
１７ キャップ部材
１８ 払拭部材
１９ 光検出ユニット
２０ 発光素子
２１ 受光素子
２２ 窓部材
２３ 本体
２４ 蓋
２５ 筺体
２６ 仕切り壁
２７ 連通部
２８ インク収容室
２９ インク保持部材
３０ 負圧発生室
３１ インク供給ポート
３２ 大気連通路
３３ 調圧溝
３４ リブ
３５ バッファ部
３６ 気液界面
３７，３８ 光反射面
３９ 銀薄膜
４０ 光反射膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッドに供給される液体を貯溜する液体タンクならびにこの液体タンクに貯溜された液体の有無および液体タンク自体の有無を検出し得る画像形成装置に関する。
【０００２】
なお、本明細書において記述される「プリント」とは、文字や図形など有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広くプリント媒体上に画像，模様，パターンなどを形成したり、あるいはエッチングなどのようなプリント媒体の加工を行う場合も包含する。
【０００３】
また「プリント媒体」とは、一般的なプリント装置で用いられる紙片のみならず、布帛，樹脂フィルム，金属板，ガラス，セラミックス，木材，皮革などの液体を受容可能なものであり、シート状物体以外の三次元立体、例えば球体や円筒体なども包含する。
【０００４】
さらに「液体」とは、上記「プリント」の定義と同様広く解釈されるべきもので、プリント媒体上に付与されることによって、画像，模様，パターンなどの形成，エッチングなどのプリント媒体の加工，あるいはインクの処理、例えばプリント媒体に付与されるインク中の色材の凝固や不溶化に供され得る液体を指し、プリントに関して用いられるあらゆる液体を包含する。
【背景技術】
【０００５】
液体吐出ヘッドに形成された吐出口から液体を吐出するための吐出エネルギー発生手段として、ピエゾ素子などの電気機械変換素子を用いたものや、液体を加熱して沸騰させる発熱抵抗体を有する電気熱変換素子を用い、プリント媒体に液滴を吐出して所望の画像を形成するインクジェット方式の画像形成装置が知られている。この種の画像形成装置においては、液体吐出ヘッド、つまりインクジェットヘッドに供給すべきインクを貯溜したインクタンクが交換可能に組み込まれており、画像形成に伴うインクの消費に伴ってインクタンクの交換やインクタンクへのインクの補充を行う必要がある。このため、この種のインクジェットプリンタには、インクタンク内のインク残量を検出するシステムが組み込まれ、インクタンク内のインクの残量が僅少となった場合、使用者に対してインクタンクの交換を促したり、必要に応じてインクジェットプリンタのプリント動作を一時的に中断させるようにしている。
【０００６】
従来、インクタンク内のインクの残量を検出する方法としては、光の反射を利用した光学的な方法が一般的であり、例えば特許文献１にあるように、インクタンクに形成されたインク室内に光反射板を設けてインクの有無を検知するようにしたものや、特許文献２または特許文献３にあるように、光反射部材を複数設けてインクタンクの有無およびインクタンク内のインク残量を検知するようにしたものが知られている。また、特許文献４には１つのフォトセンサによってインクタンクの有無とインクの有無とを検出可能なインクジェットプリンタが開示されている。さらに、光学的に測定したデータによってインクの残量が僅少か否かを判断するようにした技術が特許文献５に開示されている。
【０００７】
このような従来のインクタンクの一例を図６に示し、その底部の断面構造を図７に示す。ポリプロピレンなどの光透過性の材料にて成形されたインクタンク１の底面には、インクタンク１内に貯溜されたインク残量を検出するためのプリズム２と、インクタンク１の有無を検出するための凹反射面３とが隣接して設けられている。図示しない発光素子と受光素子とを有する光検出ユニット４は、これらプリズム２と凹反射面３とに対向するように、図示しないインクジェットプリンタのシャシー側に固定され、発光素子および受光素子がインクタンク１の長手方向に対して直交する方向（図７の紙面に対して垂直な方向）に並んで配置されている。
【０００８】
表面にアルミニウムなどの金属薄膜を蒸着した凹反射面３は楕円球面の一部にて形成されており、このインクタンク１の凹反射面３をインクジェットヘッドの走査移動機構などを利用して光検出ユニット４の直上に移動させた状態においては、発光素子と受光素子とが楕円球面の２つの焦点に位置するようになっており、発光素子から出射した光が凹反射面３にて反射して受光素子に入射し、これによってインクタンク１の有無を確認することができる。また、インクタンク１のプリズム２を光検出ユニット４の直上に移動させた状態においては、インクタンク１内にインクが存在しない場合、発光素子から出射した光がプリズム２にて全反射して受光素子に入射するが、プリズム２がインクタンク１内のインクで覆われている場合、発光素子からプリズム２に入射した光がプリズム２を透過してインクタンク１内のインク内へ進行し、受光素子側へは反射しないので、これによってインクタンク１内のインクの有無を判定することができる。
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１８３１８３号公報
【特許文献２】特開平９−１７４８７７号公報
【特許文献３】特開平１０−３２３９９３号公報
【特許文献４】特開平９−２９９８９号公報
【特許文献５】特開２００１−３２８２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図７に示した従来の検出システムにおいては、インクタンク１内のインクの有無を検出するための光学素子としてプリズム２をインクタンク１に設け、またインクタンク１自体の有無を検出するための光学素子として凹反射面３をインクタンク１に形成している。このため、１つの光検出ユニット４を用いてインクタンク１自体の有無やインクの有無を検出する場合には、光検出ユニット４に対してインクタンク１を少なくとも２回相対移動させなければならず、そのための位置決め機構なども必要となる。また、プリズム２と凹反射面３とを光検出ユニット４との相対移動方向に沿ってインクタンク１に並べて配置する必要があるため、小容量の小さなインクタンク１を企図した場合には、これらの光学素子自体の寸法も小さくしなければならず、これら光学素子と光検出ユニット４との相対位置をさらに厳密化させる必要が生ずる。この結果、これらの寸法精度や組み付け位置精度などの厳密化と相俟って、インクジェットプリンタの製造コストを押し上げてしまう問題点があった。
【００１１】
このような問題点に関しては、使用する液体の多種類化および画像形成装置の小形化の要求と相俟って早期の解決が望まれている。
【００１２】
本発明の目的は、複数の光学素子を組み込まずとも液体タンク自体の有無と液体タンク内の液体の有無とを検出可能な簡便な構成の液体タンクと、この液体タンクが搭載される画像形成装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の形態は、液体が収容される筺体と、この筺体に組み込まれて当該筺体の一部を構成する光透過性の窓部材と、前記筺体内に臨むように前記窓部材に形成され、この窓部材に入射する測定光を反射して当該窓部材から前記筺体の外に出射させる光反射面と、この光反射面か、または前記筺体の外に臨む前記窓部材の表面に設けられた光反射量制御部とを具えたことを特徴とする液体タンクにある。
【００１４】
本発明による液体タンクにおいて、光反射量制御部が光反射面の一部か、または筺体の外に臨む窓部材の表面の一部に配されて測定光をほぼ１００％反射するものであってよい。この場合、光反射量制御部が光反射面に分散状態で複数配されていることが好ましい。
【００１５】
本発明において、光反射量制御部が光反射面に設けられている場合、窓部材から入射してその光反射面に達した光は、光反射面が液体で覆われている状態ではその一部が光反射面から液体内に進行し、残りが光反射面にて反射し、窓部材の外に導かれる。また、光反射量制御部に入射した光も正反射してその大部分が窓部材の外に導かれる。これに対し、光反射面が液体で覆われていない状態では、光反射面と液体タンク内の空隙との界面にて全反射が起こり、また光反射量制御部に入射した光も正反射して入射光のほぼ全部が窓部材の外に導かれる。
【００１６】
一方、光反射量制御部が筺体の外に臨む窓部材の表面の一部に配されている場合、光反射量制御部に入射する光は、そのまま正反射して反射光となる。また、窓部材から入射してその光反射面に達した光は、光反射面が液体で覆われている状態ではその一部が光反射面から液体内に進行し、残りがこの光反射面にて反射し、窓部材の外に導かれる。これに対し、光反射面が液体で覆われていない状態では、光反射面と液体タンク内の空隙との界面にて全反射が起こり、入射光のほぼ全部が窓部材の外に導かれる。
【００１７】
光反射量制御部が光反射面の全域に亙って形成される光透過性の薄膜であってよい。この場合、光透過性の薄膜を構成する材料が窓部材を構成する材料の測定光に対する屈折率とほぼ等しいか、あるいはそれよりも小さな屈折率を有することが好ましい。
【００１８】
本発明において、窓部材から入射してその光反射面に達した光は、光反射面が液体で覆われている状態ではその一部が光反射面から光反射量制御部を通過して液体内に進行し、残りが光反射面および／または光反射量制御部にて反射し、窓部材の外に導かれる。これに対し、光反射面が液体で覆われていない状態では、光反射量制御部と液体タンク内の空隙との界面にて全反射が起こり、入射光のほぼ全部が窓部材の外に導かれる。
【００１９】
窓部材が少なくとも２つの光反射面を有するプリズム体であってよい。
【００２０】
本発明の第２の形態は、液体吐出ヘッドから液体を吐出してプリント媒体に画像を形成するための画像形成装置であって、液体吐出ヘッドに供給される液体を貯溜する本発明の第１の形態による液体タンクの搭載部と、この搭載部に搭載された前記液体タンクの窓部材に向けて測定光を照射する測定光源と、この測定光源からの反射光を検出する光検出器と、この光検出器による検出光量に応じて液体タンクの有無および液体タンク内の液体の有無を判定する判定手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００２１】
本発明においては、測定光源からの測定光を液体タンクの窓部材に向けて照射し、その反射光を光検出器によって検出し、検出される反射光量に応じて液体タンクの有無と液体タンク中の液体の有無とが判定手段によって判定される。この判定手段は、最少光量の場合に液体タンクが存在しないと判断し、最大光量の場合に液体タンク中に液体が存在しないと判断し、最少光量と最大光量との間の中間の光量の場合に液体タンク中に液体があると判断する。
【００２２】
本発明にかかる画像形成装置の形態としては、コンピュータや光ディスク装置などの情報処理機器の出力端末として用いられるものの他、リーダなどと組合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置や捺染装置、あるいはエッチング装置の形態を採るものなどであっても良く、プリント媒体としては、シート状あるいは長尺の紙や布帛、あるいは板状をなす木材や皮革，石材，樹脂，ガラス，金属などの他に、３次元立体構造物などを挙げることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の液体タンクによると、液体が収容される筺体に組み込まれてこの筺体の一部を構成する光透過性の窓部材と、筺体内に臨むように窓部材に形成され、この窓部材に入射する測定光を反射して当該窓部材から筺体の外に出射させる光反射面と、この光反射面か、または筺体の外に臨む窓部材の表面に設けられた光反射量制御部とを具えているので、液体タンクが存在しない場合に最少となる検出光量と、液体タンク内に液体が存在しない場合に最大となる検出光量と、液体タンク内に液体が存在する場合にこれら最少および最大の検出光量の中間となる検出光量とを明確に分けることができ、単一の光学素子を組み込んだだけでも液体タンクの有無と液体タンク中の液体の有無とを確実に判定することができる。
【００２４】
光反射量制御部が光反射面の一部か、または筺体の外に臨む窓部材の表面の一部に配されて測定光をほぼ１００％反射する場合、特に光反射量制御部が光反射面に分散状態で複数配されている場合、光反射面に対する光反射量制御部の割合を変更することによって、液体タンク中に液体が存在する際に窓部材から出射する反射光の割合を容易に調整することができる。
【００２５】
光反射量制御部が光反射面の全域に亙って形成される光透過性の薄膜の場合、特に光透過性の薄膜を構成する材料が窓部材を構成する材料の測定光に対する屈折率とほぼ等しいか、あるいはそれよりも小さな屈折率を有する場合、この薄膜の厚みを変更することによって液体タンク中に液体が存在する際に光反射量制御部を透過する測定光の割合（透過率／反射率）を容易に調整することができる。
【００２６】
窓部材が少なくとも２つの光反射面を有するプリズム体である場合、液体タンク中に液体が存在しないことを測定光の全反射を利用して検出することができる。
【００２７】
本発明の画像形成装置によると、本発明による液体タンクの搭載部と、この搭載部に搭載された液体タンクの窓部材に向けて測定光を照射する測定光源と、この測定光源からの反射光を検出する光検出器と、この光検出器による検出光量に応じて液体タンクの有無および液体タンク内の液体の有無を判定する判定手段とを具えているので、液体タンクの有無と液体タンク中の液体の有無とを確実に判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明による画像形成装置をシリアルスキャンタイプのインクジェットプリンタに応用した実施形態について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限らず、これらをさらに組み合わせたり、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の技術にも当然応用することができる。
【００２９】
本実施形態の外観を図１に示し、そのインクタンクの断面構造を図２に示し、その窓部材の部分の抽出拡大断面構造を図３に示す。すなわち、本実施形態におけるインクジェットプリンタ１０は、図示しないインクジェットヘッドに形成された吐出口からインク滴を吐出させ、このインク滴を図示しない紙などのプリント媒体の所定個所に正確に付着させることにより、プリント媒体に所望の画像を形成するものである。
【００３０】
インクジェットヘッドは、このインクジェットヘッドに供給するインクを収容するインクタンク１１に対して分離可能に連結され、図１中、下向きにインク滴を吐出する姿勢でインクタンク１１と共にキャリッジ１２に着脱自在に搭載される。キャリッジ１２は、このインクジェットプリンタ１０のフレーム１３に固定された走査案内軸１４に対して摺動自在に支持されている。また、キャリッジ１２には、キャリッジ駆動モータ１５の回転により駆動される歯付きベルトの両端部が連結され、キャリッジ駆動モータ１５を正回転および逆回転させることにより、キャリッジ１２は走査案内軸１４に沿って走査移動する。このキャリッジ１２を走査移動させながらインクジェットヘッドからインク滴を吐出させることでプリント媒体に対するプリントが行われる。
【００３１】
キャリッジ１２の走査移動領域の一端にはホームポジションが設定され、このホームポジションにキャリッジ１２が位置している状態において、図示しないインクジェットヘッドの吐出口が開口する吐出口面と対向する部分には、インクジェットヘッドの吐出口からのインクの吐出状態を良好に保つためのヘッド回復機構１６が設けられている。このヘッド回復機構１６は、インクジェットヘッドの吐出口面を覆うキャップ部材１７と、インクジェットヘッドの吐出口面を払拭する払拭部材１８と、インクジェットヘッドの吐出口からキャップ部材１７を介してインクジェットヘッド内のインクを吸引するための図示しない吸引ポンプなどを有する。
【００３２】
このヘッド回復機構１６に隣接して光検出ユニット１９が配置されている。この光検出ユニット１９は、約３００nmの波長の測定光を出射するＬＥＤなどを用いた発光素子２０と、この発光素子２０からの反射光を受光するためのフォトトランジスタなどを用いた受光素子２１とを有するが、発光素子２０および受光素子２１を１つの光検出ユニット１９として設ける必要はなく、別々に配設することも可能である。光検出ユニット１９には図示しない判定手段が接続し、この判定手段は受光素子２１の受光量に応じてキャリッジ１２にインクタンク１１が搭載されているか否か、キャリッジ１２に搭載されたインクタンク１１内にインクがあるか否かを判定する。光検出ユニット１９は、キャリッジ１２がその真上に移動してきた時、発光素子２０がキャリッジ１２に搭載されているインクタンク１１の後述する窓部材２２に対して光を照射するようになっている。
【００３３】
本実施形態におけるインクタンク１１は、本体２３と蓋２４とからなる筺体２５を有し、この筺体２５内におよそ１.３程度の屈折率を一般的に有するインクが収容される。本体２３は、光透過性の部材、具体的には屈折率がおよそ１.５の光学的に透明なポリプロピレンにて形成されている。本体２３の内部は、２つの空間に仕切る仕切り壁２６によって仕切られ、この仕切り壁２６の下端に形成された連通部２７を介して２つの空間が連通状態となっている。２つの空間のうちの一方は、インクを収容するインク収容室２８であり、他方は、毛細管力を利用してインクを吸収保持するインク保持部材２９が収納された負圧発生室３０である。この負圧発生室３０に臨む本体２３には、インクジェットヘッドにインクを供給するためのインク供給ポート３１が設けられ、さらにこのインクタンク１１内に貯溜されたインクの消費に伴って外部からインクタンク１１内へ大気を導入するための大気連通路３２が形成されている。負圧発生室３０に面する仕切り壁２６の表面には、負圧発生室３０からインク収容室２８への大気の導入を促進するため、連通部２７から上向きに延在する調圧溝３３が形成されている。また、負圧発生室３０に臨む大気連通路３２の開口端の周囲は、蓋２４の内側から下方に延在するリブ３４によって、インク保持部材２９が存在しないバッファ部３５が形成されている。
【００３４】
従って、インクジェットヘッドからインクの吐出に伴ってインク保持部材２９に保持された負圧発生室３０内のインクが消費され、その液面の上端、つまり気液界面３６が調圧溝３３の上端に達すると、これ以降に大気連通路３２から負圧発生室３０内に導入される空気は、調圧溝３３を介して連通部２７からインク収容室２８に吸い込まれるようになっている。このようにしてインク収容室２８に大気が導入されることにより、インク収容室２８内のインクが連通部２７を介して負圧発生室３０のインク保持部材２９に充填される。つまり、インクジェットヘッドによるインクの消費に伴って負圧発生室３０内のインクがインクジェットヘッド側に供給されても、その供給量に見合う分のインクがインク収容室２８から負圧発生室３０に充填され、負圧発生室３０内での気液界面３６がほぼ一定の高さに維持される結果、インクジェットヘッドに対するインクタンク１１側の負圧がほぼ一定に保たれ、インクジェットヘッドに対する安定したインク供給が可能となる。
【００３５】
インク収容室２８の底部には本体２３と一体に窓部材２２が形成されており、本実施形態における窓部材２２は一対の光反射面３７，３８のなす角を９０度に設定した直角プリズム形状を有する。この窓部材２２の一対の光反射面３７，３８の大きさは、上述した光検出ユニット１９の発光素子２０と受光素子２１との間隔に応じて適切に設定されている。具体的には、窓部材２２が光検出ユニット１９の直上に位置した時、光検出ユニット１９の発光素子２０の光軸が一方の光反射面３７に対して４５度傾斜した状態でその中央部を通ると共に受光素子２１の光軸が他方の光反射面３８に対して４５度傾斜した状態でその中央部を通り、発光素子２０からの測定光が窓部材２２に入射して一対の光反射面３７，３８にて全反射し、最終的に窓部材２２から出射する反射光が受光素子２１に入射するように設定される。
【００３６】
なお、インクタンク１１はキャリッジ１２に搭載された状態となっているため、窓部材２２と対向するキャリッジ１２の部分には、発光素子２０からの測定光およびその反射光を通過させるための図示しない開口部が形成されている。
【００３７】
これら一対の光反射面３７，３８には本発明の光反射量制御部としての銀薄膜３９がその全域に亙って形成されており、本実施形態における銀薄膜３９は半透明鏡としての機能を有する。この銀薄膜３９の膜厚を適切な値に設定することにより、この銀薄膜３９および光反射面３７，３８がインクで覆われている場合に、ここで反射する測定光の割合を銀薄膜３９が全くない場合よりも高めることができるようになっている。
【００３８】
従って、インクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されていない状態では、光検出ユニット１９の発光素子２０から出射した測定光はそのまま直進し、インクジェットプリンタ１０内で散乱して受光素子２１には返ってこない。このときの受光素子２１が受け取る光の強度をＡとする。この光強度Ａは基本的にはゼロに近いが、インクジェットプリンタ１０内での散乱光や外部からの迷光などによって僅かなバックグラウンド光量を有する。
【００３９】
一方、インク収容室２８内のインクを空にしたインクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されている場合、発光素子２０から出射した測定光は図３中の矢印で示すようにインクタンク１１の窓部材２２に入射して一方の光反射面３７に到達し、その一部が表面反射によって他方の光反射面３８側へと反射し、残りが銀薄膜３９内に入射するが、銀薄膜３９とインク収容室２８との空気界面にて全反射を起こす。一方の光反射面３７から反射した反射光に対し、同様な現象が他方の光反射面３８でも起こり、最終的に窓部材２２に入射した測定光のほぼすべてが反射光となって窓部材２２から受光素子２１へと導かれる。このときの受光素子２１が受け取る光の強度をＢとする。この光強度Ｂは受光素子２１が受ける最大光量を基本的に示す。
【００４０】
これに対し、光反射面３７，３８を覆う程度以上のインクをインク収容室２８に収容したインクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されている場合、発光素子２０から出射した測定光はインクタンク１１の窓部材２２に入射して一方の光反射面３７に到達し、その一部が銀薄膜３９との界面反射によって他方の光反射面３８側へと反射し、残りが銀薄膜３９内に入射してインク収容室２８内のインクとの界面にて一部が反射し、残りが銀薄膜３９を通過してインク収容室２８へと進む。一方の光反射面３７から反射した反射光に対し、同様な現象が他方の光反射面３８でも起こり、この結果、窓部材２２に入射した測定光の一部が反射光となって窓部材２２から受光素子２１へと導かれる。このときの受光素子２１が受け取る光の強度をＣとする。この光強度Ｃは上述した光強度Ａよりも大きく、光強度Ｂよりも小さい。
【００４１】
判定手段は、受光素子２１が受光する反射光の強度に基づき、インクタンク１１の有無とインクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されている場合のインクタンク１１内のインクの有無とを判定する。判定手段による誤判定を回避すべく、光強度Ａ，Ｂ，Ｃを明確に区別するため、銀薄膜３９が入射光の一部を通過すると共に残りを反射する半透明鏡として具合よく機能する必要がある。ここで、銀薄膜３９に対する入射光量をＩ，透過光量をＯ，光反射量制御部を構成する材料（本実施形態では銀）固有の吸光係数をｋとすると、ランバートの法則から log(Ｏ/Ｉ)＝−ｋ・ｔとなり、Ｏ＝Ｉ・１０-k・tの関係から透過光量Ｏは銀薄膜３９の膜厚ｔが厚くなるに連れて次第に減少することが分かる。
【００４２】
従って、光反射量制御部の構成材料や、発光素子２０の光量，受光素子２１の感度，発光素子２０から光反射面３７，３８を介して受光素子２１に達する光路長などに基づき、光反射量制御部の膜厚ｔを適切に設定することが必要である。この場合、２つの光反射面３７，３８の何れか一方に形成される銀薄膜３９の膜厚ｔを充分に厚く設定し、ここに入射する光をほぼ１００％反射させるようにしてもよく、光反射面３７，３８の少なくとも一方が半透明鏡を構成していさえすればよい。
【００４３】
光反射量制御部として金属ではなく、フッ化マグネシウムなどの誘電体を使用する場合には、光の干渉を利用して半透明鏡を形成するため、複数の誘電体の薄膜を積層してこれらの屈折率，積層薄膜数，各膜厚などを適宜設定する必要がある。なお、銀薄膜３９がインクと化学的に反応する可能性がある場合には、インクに対して耐蝕性のある保護膜を銀薄膜３９に重ねてさらに被覆することが有効であるが、この保護膜による測定光の影響を加味する必要があることは言うまでもない。
【００４４】
上述した実施形態では、窓部材２２を本体２３と一体に形成したが、窓部材２２のみ光透過性を有していれば良いので、本体２３を遮光性のある有色材料にて形成し、窓部材２２を別部材として本体２３に接合するようにしてもよい。
【００４５】
このような本発明による液体タンクの他の実施形態の主要部の構造を図４に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施形態では光学的に透明なアクリル樹脂などで形成した窓部材２２をインクタンク１１の本体２３に嵌め込んでこれらを一体的に接合したものである。この窓部材２２の一対の光反射面３７，３８には、光反射量制御部としてそれぞれ多数の光反射膜４０が所定間隔で形成されている。この光反射膜４０は、アルミニウムや銀などを所定パターンにて光反射面３７，３８に蒸着することにより形成したものであり、光反射面３７，３８との界面にて光をぼぼ１００％反射させるような膜厚をそれぞれ有する。
【００４６】
従って、インクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されていない状態では、先の実施形態と同様に光検出ユニット１９の発光素子２０から出射した測定光はそのまま直進し、インクジェットプリンタ１０内で散乱して受光素子２１には返ってこない。このときの受光素子２１が受け取る光の強度はＡとなる。
【００４７】
一方、インク収容室２８内のインクを空にしたインクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されている場合、発光素子２０から出射した測定光は、図４中の矢印で示すようにインクタンク１１の窓部材２２に入射して一方の光反射面３７に到達し、その一部がインク収容室２８との空気界面にて全反射を起こす。また、光反射膜４０に達した測定光は、その界面反射によって他方の光反射面３８側へ反射する。このようにして一方の光反射面３７側から反射した反射光に対し、同様な現象が他方の光反射面３８でも起こり、最終的に窓部材２２に入射した測定光のほぼすべてが反射光となって窓部材２２から受光素子２１へと導かれる。このときの受光素子２１が受け取る光の強度はＢとなる。
【００４８】
これに対し、光反射面３７，３８を覆う程度以上のインクをインク収容室２８に収容したインクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されている場合、発光素子２０から出射した測定光はインクタンク１１の窓部材２２に入射して一方の光反射面３７に到達し、その一部が光反射膜４０との界面反射によって他方の光反射面３８側へ反射する。また、光反射膜４０が存在しない領域ではインクと窓部材２２との屈折率差に応じて一部が反射すると共に残りがインク収容室２８内のインク中へと進む。このようにして一方の光反射面３７側から反射した反射光に対し、同様な現象が他方の光反射面３８側でも起こり、この結果、窓部材２２に入射した測定光の一部が反射光となって窓部材２２から受光素子２１へと導かれる。このときの受光素子２１が受け取る光の強度がＣとなる。この光強度Ｃは上述した光強度Ａよりも大きく、光強度Ｂよりも小さい。
【００４９】
判定手段は、受光素子２１が受光する反射光の強度に基づき、インクタンク１１の有無とインクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されている場合のインクタンク１１内のインクの有無とを判定する。この判定手段による誤判定を回避すべく、光強度Ａ，Ｂ，Ｃを明確に区別するため、光反射面３７，３８に対する光反射膜４０の形成割合を適切に設定することが望ましい。
【００５０】
本実施形態による光反射膜４０を薄膜化して上述した実施形態と同じ半透明鏡として機能させることも有効であり、ほぼ同様な効果を得ることができる。また、先の実施形態と同様に何れか一方の光反射面３７，３８の全域を、ここに入射する光がほぼ１００％反射するような光反射膜で被覆することも可能であり、これによって２つの光強度Ａ，Ｂの差を明確化させることができる。
【００５１】
上述した２つの実施形態では、窓部材２２の光反射面３７，３８、つまりインクタンク１１の内面側に光反射量制御部を形成する必要があるため、窓部材２２とインクタンク１１の本体２３とを一体成形したものでは、そのための加工が面倒であるが、窓部材２２の表面、つまりインクタンク１１の外側に光反射量制御部を形成した場合には、より簡単に光反射量制御部を形成することができる。
【００５２】
このような本発明による液体タンクの他の実施形態の主要部の構造を図５に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、窓部材２２の表面には光反射量制御部としての光反射膜４０が形成され、ここに入射する光をほぼ１００％反射して受光素子２１へと導くようになっている。この光反射膜４０に代えて最初の実施形態の如き半透明鏡の如き薄膜にて形成することも可能であり、何れにしろ受光素子２１に入射する光量を増大させるものであればよい。ただし、測定光の一部が光反射量制御部を介さずに窓部材２２の一方の光反射面３７に到達し、その反射光が他方の光反射面３８から光反射量制御部を介さずに受光素子２１へと出射できるように、光反射量制御部を窓部材２２の表面の中央部にのみ形成することが好ましい。
【００５３】
従って、インクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されていない状態では、先の２つの実施形態と同様に光検出ユニット１９の発光素子２０から出射した測定光はそのまま直進し、インクジェットプリンタ１０内で散乱して受光素子２１には返ってこない。このときの受光素子２１が受け取る光の強度はＡである。
【００５４】
一方、インク収容室２８内のインクが空になったインクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されている場合、図５中の矢印で示すように、発光素子２０から出射した測定光の一部が光反射膜４０によってそのまま受光素子２１に反射し、残りがインクタンク１１の窓部材２２に入射して一方の光反射面３７に到達し、ここでインク収容室２８との空気界面にて全反射を起こし、他方の光反射面３８側へと導かれる。このようにして一方の光反射面３７から反射した反射光に対し、同様な現象が他方の光反射面３８でも起こり、最終的に窓部材２２に入射した測定光のほぼすべてが反射光となって窓部材２２から受光素子２１へと導かれる。このときの受光素子２１が受け取る光の強度はＢとなる。
【００５５】
これに対し、光反射面３７，３８を覆う程度以上のインクをインク収容室２８に収容したインクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されている場合、発光素子２０から出射した測定光の一部が光反射膜４０によってそのまま受光素子２１に反射し、残りがインクタンク１１の窓部材２２に入射して一方の光反射面３７に到達する。ここで、インクと窓部材２２との屈折率差に応じて一部が反射すると共に残りがインク収容室２８内のインク中へと進む。このようにして一方の光反射面３７から反射した反射光に対し、同様な現象が他方の光反射面３７，３８側でも起こり、この結果、窓部材２２に入射した測定光の一部が反射光となって窓部材２２から受光素子２１へと導かれる。このときの受光素子２１が受け取る光の強度がＣとなる。この光強度Ｃは上述した光強度Ａよりも大きく、光強度Ｂよりも小さい。
【００５６】
判定手段は、受光素子２１が受光する反射光の強度に基づき、インクタンク１１の有無とインクタンク１１がキャリッジ１２に搭載されている場合のインクタンク１１内のインクの有無とを判定する。この判定手段による誤判定を回避すべく、光強度Ａ，Ｂ，Ｃを明確に区別するため、光反射膜４０の面積が適切に設定されている。
【００５７】
なお、本体２３を構成する材料との関係で、窓部材２２として屈折率の小さな材料を使用せざるを得ない場合、光反射面３７，３８で全反射するための臨界角が４５度を越える可能性があるので、このような場合には光反射面に対する入射角が６０度となるような３つの光反射面を持つ台形プリズムを用いることが有効であり、窓部材２２に形成すべき光反射面は必要に応じて４つ以上にすることも当然可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明による画像形成装置の一実施形態の外観を模式的に表す立体投影図である。
【図２】図１に示した画像形成装置に搭載される本発明による液体タンクの一実施形態の概略構造を表す断面図である。
【図３】図２に示した液体タンクの窓部材の部分の抽出拡大断面図であり、液体タンクおよび液体の検出原理を模式的に表す。
【図４】本発明による液体タンクの他の実施形態における窓部材の部分の拡大断面図であり、液体タンクおよび液体の検出原理を模式的に表す。
【図５】本発明による液体タンクの別な実施形態における窓部材の部分の拡大断面図であり、液体タンクおよび液体の検出原理を模式的に表す。
【図６】従来のインクタンクの外観を表す立体投影図である。
【図７】図６に示したインクタンクの底部を抽出拡大して表す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０ インクジェットプリンタ
１１ インクタンク
１２ キャリッジ
１３ フレーム
１４ 走査案内軸
１５ キャリッジ駆動モータ
１６ ヘッド回復機構
１７ キャップ部材
１８ 払拭部材
１９ 光検出ユニット
２０ 発光素子
２１ 受光素子
２２ 窓部材
２３ 本体
２４ 蓋
２５ 筺体
２６ 仕切り壁
２７ 連通部
２８ インク収容室
２９ インク保持部材
３０ 負圧発生室
３１ インク供給ポート
３２ 大気連通路
３３ 調圧溝
３４ リブ
３５ バッファ部
３６ 気液界面
３７，３８ 光反射面
３９ 銀薄膜
４０ 光反射膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が収容される筺体と、
この筺体に組み込まれて当該筺体の一部を構成する光透過性の窓部材と、
前記筺体内に臨むように前記窓部材に形成され、この窓部材に入射する測定光を反射して当該窓部材から前記筺体の外に出射させる光反射面と、
この光反射面か、または前記筺体の外に臨む前記窓部材の表面に設けられた光反射量制御部と
を具えたことを特徴とする液体タンク。
【請求項２】
前記光反射量制御部は、前記光反射面の一部か、または前記筺体の外に臨む前記窓部材の表面の一部に配されて測定光をほぼ１００％反射するものであることを特徴とする請求項１に記載の液体タンク。
【請求項３】
前記光反射量制御部が前記光反射面に分散状態で複数配されていることを特徴とする請求項２に記載の液体タンク。
【請求項４】
前記光反射量制御部が前記光反射面の全域に亙って形成される光透過性の薄膜であることを特徴とする請求項１に記載の液体タンク。
【請求項５】
前記光透過性の薄膜を構成する材料が前記窓部材を構成する材料の測定光に対する屈折率とほぼ等しいか、あるいはそれよりも小さな屈折率を有することを特徴とする請求項４に記載の液体タンク。
【請求項６】
前記窓部材が少なくとも２つの光反射面を有するプリズム体であ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タンク。
【請求項７】
液体吐出ヘッドから液体を吐出してプリント媒体に画像を形成するための画像形成装置であって、
液体吐出ヘッドに供給される液体を貯溜する請求項１から請求項６の何れかに記載の液体タンクの搭載部と、
この搭載部に搭載された前記液体タンクの窓部材に向けて測定光を照射する測定光源と、
この測定光源からの反射光を検出する光検出器と、
この光検出器による検出光量に応じて液体タンクの有無および液体タンク内の液体の有無を判定する判定手段と
を具えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
液体が収容される筺体と、
この筺体に組み込まれて当該筺体の一部を構成する光透過性の窓部材と、
前記筺体内に臨むように前記窓部材に形成され、この窓部材に入射する測定光を反射して当該窓部材から前記筺体の外に出射させる光反射面と、
この光反射面か、または前記筺体の外に臨む前記窓部材の表面に設けられた光反射量制御部と
を具えたことを特徴とする液体タンク。
【請求項２】
前記光反射量制御部は、前記光反射面の一部か、または前記筺体の外に臨む前記窓部材の表面の一部に配されて測定光をほぼ１００％反射するものであることを特徴とする請求項１に記載の液体タンク。
【請求項３】
前記光反射量制御部が前記光反射面に分散状態で複数配されていることを特徴とする請求項２に記載の液体タンク。
【請求項４】
前記光反射量制御部が前記光反射面の全域に亙って形成される光透過性の薄膜であることを特徴とする請求項１に記載の液体タンク。
【請求項５】
前記光透過性の薄膜を構成する材料が前記窓部材を構成する材料の測定光に対する屈折率とほぼ等しいか、あるいはそれよりも小さな屈折率を有することを特徴とする請求項４に記載の液体タンク。
【請求項６】
前記窓部材が少なくとも２つの光反射面を有するプリズム体であ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タンク。
【請求項７】
液体吐出ヘッドから液体を吐出してプリント媒体に画像を形成するための画像形成装置であって、
液体吐出ヘッドに供給される液体を貯溜する請求項１から請求項６の何れかに記載の液体タンクの搭載部と、
この搭載部に搭載された前記液体タンクの窓部材に向けて測定光を照射する測定光源と、
この測定光源からの反射光を検出する光検出器と、
この光検出器による検出光量に応じて液体タンクの有無および液体タンク内の液体の有無を判定する判定手段と
を具えたことを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１５９８７４（Ｐ２００６−１５９８７４Ａ）
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３５８８３５（Ｐ２００４−３５８８３５）
【出願日】平成１６年１２月１０日（２００４．１２．１０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１０日（２００４．１２．１０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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