JP4984429B2 - 液体検出機能を備えた容器 - Google Patents

Description

本発明は、特にインクジェット式記録装置等の液体噴射装置に適用される液体検出機能（主にインク残量検出機能）付きの容器に関する。

従来の液体噴射装置の代表例としては、画像記録用のインクジェット式記録ヘッドを備えたインクジェット式記録装置がある。その他の液体噴射装置としては、例えば液晶ディスプレイ等のカラーフィルタ製造に用いられる色材噴射ヘッドを備えた装置、有機ＥＬディスプレイ、面発光ディスプレイ（ＦＥＤ）等の電極形成に用いられる電極材（導電ペースト）噴射ヘッドを備えた装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドを備えた装置、精密ピペットとしての試料噴射ヘッドを備えた装置等が挙げられる。

液体噴射装置の代表例であるインクジェット式記録装置においては、圧力発生室を加圧する圧力発生手段と加圧されたインクをインク滴として射出するノズル開口とを有するインクジェット記録ヘッドが、キャリッジに搭載されており、インク容器内のインクが流路を介して記録ヘッドに供給され続けることにより、印刷を継続可能に構成されている。インク容器は、例えばインクが消費された時点でユーザーが簡単に交換できる、着脱可能なカートリッジとして構成されている。

従来、インクカートリッジのインク消費の管理方法としては、記録ヘッドでのインク滴の射出数やメンテナンスにより吸引されたインク量をソフトウエアにより積算してインク消費を計算により管理する方法や、インクカートリッジに液面検出用の電極を取付けることにより実際にインクが所定量消費された時点を管理する方法などがある。

しかしながら、ソフトウェアによりインク滴の吐出数やインク量を積算してインク消費を計算上管理する方法には、次のような問題がある。ヘッドの中には吐出インク滴に重量バラツキを有するものがある。このインク滴の重量バラツキは画質には影響を与えないが、バラツキによるインク消費量の誤差が累積した場合を考慮して、マージンを持たせた量のインクをインクカートリッジに充填してある。従って、個体によってはマージン分だけインクが余るという問題が生ずる。

一方、電極によりインクが消費された時点を管理する方法は、インクの実量を検出できるので、インク残量を高い信頼性で管理できる。しかしながら、インクの液面の検出をインクの導電性に頼ることになるので、検出可能なインクの種類が限定されてしまったり、電極のシール構造が複雑化してしまうという欠点がある。また、電極の材料としては、通常は導電性が良く耐腐食性も高い貴金属が使用されるので、インクカートリッジの製造コストがかさむ。さらに、２本の電極を装着する必要があるため、製造工程が多くなり、結果として製造コストがかさんでしまう。

そこで、上記の課題を解決すべく開発された装置が、特許文献１に圧電装置（ここでは、センサユニットと言う）として開示されている。このセンサユニットは、圧電素子が積層された振動板に対向するキャビティの内部に、インクが存在する場合とインクが存在しない場合とで、強制振動後の振動板の残留振動（自由振動）に起因する残留振動信号の共振周波数が変化することを利用して、インクカートリッジ内のインク残量を監視するというものである。
特開２００１−１４６０３０号公報

ところで、上記のセンサユニットを液体容器に装着して使用する場合、センサの性能を決定づける主要素である圧電素子は、厳密に保護されていなければならない。この点、上述の特許文献１の技術では、圧電素子を設けた部分に直接外力が加わらないような構造を採用しているものの、最近のインクジェットプリンタのように非常に細かいインク滴を印刷媒体に噴射する方式のものに適用した場合には、別の観点から問題を生じる可能性があった。

即ち、最近のインクジェットプリンタは、非常に細かいインク滴を噴射する方式であるので、プリンタの筐体内に極微のインクミストが浮遊していることがあり、このインクミストがセンサユニットを収容している部分に侵入すると、例えばインクミストが圧電素子に付着することによって、圧電素子の静電破壊をもたらす可能性があった。なお、センサユニットには外部から電気接続する必要性があるので、その関係から単純にセンサユニットを封止するだけでは問題の解決にならなかった。

本発明は、上記事情を考慮し、センサユニットを、インクミストのような微細な物質が付着しないように保護することができ、しかも、センサユニットに対して外部から容易に電気接続できるようにした、液体検出機能を備えた容器を提供することを目的とする。

（１） 内部に液体の貯留部を有すると共に、貯留した液体を外部に送出する送出通路を有する容器本体と、
前記送出通路の終端付近に位置させて前記容器本体に設けられ、該容器本体の外面に挿入用開口を有するセンサ収容凹部と、
前記挿入用開口を通してセンサ収容凹部の内部に収容され、圧電素子の発する振動を利用して前記容器本体内の液体を検出するセンサユニットと、
該センサユニットを収容した状態で前記センサ収容凹部の挿入用開口を封止する蓋体と、を具備したことを特徴とする容器。
（２） （１）に記載の容器であって、
前記蓋体の外面に、前記挿入用開口を封止した状態で前記センサユニット側の端子と導通する接点が設けられていることを特徴とする容器。
（３） （２）に記載の液体検出機能を備えた容器であって、
前記蓋体の少なくとも一部が、電子回路を備えた回路基板で構成されており、該回路基板の内面に、前記センサユニット側の端子と接触導通する内側接点が設けられ、前記回路基板の外面に、前記内側接点と直接導通または前記電子回路を通して導通し且つ外部機器と電気接続するための外側接点が設けられていることを特徴とする容器。
（４） （３）に記載の容器であって、
前記蓋体が、前記センサ収容凹部の挿入用開口を封止する大きさの封止カバーと、該封止カバーと別体に形成され封止カバーの内側に嵌め込み固定された前記回路基板とで構成されていることを特徴とする容器。
（５） （１）〜（４）の何れか一項に記載の容器であって、
前記容器本体に設けられ、センサ受壁を介して前記センサ収容凹部と隣接すると共に、前記送出通路の上流側と下流側に連通することで前記送出通路に直列に介在されたバッファ室と、
前記センサユニットと前記センサ受壁との間をシールする弾性を有した環状のシール部材と、
前記センサ収容凹部内に前記センサユニットと共に収容され、センサユニットを前記センサ受壁に向けて押圧することで、前記シール部材を潰しながら、該シール部材とセンサユニット及びセンサ受壁との間に、シールに必要なだけの面圧を付与する押圧バネと、を具備し、
前記センサユニットは、
検出対象の液体を受け入れるセンサキャビティを有し、且つ、該センサキャビティの下面を液体の受け入れを可能とするために開放し、上面を振動板で塞いで、該振動板の上面に前記圧電素子を配した構成をなすセンサチップと、
該センサチップを載置固定する金属製のセンサベースと、
該センサベースを載置固定すると共に、前記センサ収容部にセンサユニットを装着した際に、下面が前記シール部材を介して前記センサ受壁に対面する樹脂製のユニットベースと、を有しており、
前記センサベース及びユニットベースには、前記センサキャビティに連通する液溜まり空間が形成されると共に、前記センサ受壁には、前記環状のシール部材の内側で、前記液溜まり空間と前記バッファ室とを連通する流路が設けられていることを特徴とする容器。
（６） （５）に記載の容器であって、
前記押圧バネが円筒形の圧縮コイルバネにより構成されており、前記蓋体の内面に、前記押圧バネの外周面を側方から支持する半円筒面状のバネ支持部と、前記押圧バネを両側から挟む位置にあり且つ前記蓋体を容器本体に係合させる一対の係合アームとが形成されていることを特徴とする容器。
（７） （５）または（６）に記載の容器であって、
前記容器本体が、一対の広幅側面と一対の狭幅側面と天面と底面とを有し、底面の一部に液体の排出口を有する略直方体形状のカートリッジケースよりなり、前記センサ収容凹部の挿入用開口が前記一対の狭幅側面のうちの一方の狭幅側面に設けられ、前記押圧バネとセンサユニットが、前記天面と底面に直交する方向に並べて前記センサ収容凹部内に収容されていることを特徴とする容器。
（８） （５）または（６）に記載の容器であって、
前記容器本体が、一対の広幅側面と一対の狭幅側面と天面と底面とを有し、底面の一部に液体の排出口を有する略直方体形状のカートリッジケースよりなり、前記センサ収容凹部の挿入用開口が前記一対の狭幅側面のうちの一方の狭幅側面に設けられ、前記押圧バネとセンサユニットが、前記広幅側面と直交する方向に並べて前記センサ収容凹部内に収容されていることを特徴とする液体検出機能を備えた容器。
（９） （１）〜（８）の何れか一項に記載の容器であって、
前記容器がインクジェットプリンタのインクカートリッジであり、
前記センサユニットがインク残量を検出するものであることを特徴とする容器。

本発明によれば、センサユニットを収容するセンサ収容凹部を蓋体で確実に封止するので、中のセンサユニットを保護することができ、信頼性及び安全性を向上させることができる。特に、センサ収容凹部へのインクミスト（液体のミスト）の侵入を蓋体によって防ぐことができるので、圧電素子にインクミストが付着する可能性を無くすことができる。また、センサ収容凹部内に外の気流が入らないので、気流の乱れによる影響を受けずに液体の検出を行うことができる。また、容器をたとえ落とした場合にも、センサユニットに直接衝撃が及ばないようにすることができるので、繊細な圧電素子の周辺構造を保護することができる。また、蓋体の外面にセンサユニット側の端子と導通する接点を設けたので、この接点を介して、センサユニットと外部との間で電気接続を容易に行うことができる。

また、本発明によれば、蓋体の少なくとも一部を回路基板で構成したので、回路基板上に接点を設けるだけで、センサユニットと外部との電気接続を容易に行うことができる。また、回路基板には適当な電子部品、例えばメモリを搭載することも容易にできるので、容器に関する情報や内容液に関する情報等を記録しておくこともできる。

また、本発明によれば、回路基板を後から封止カバーに取り付けることができるので、封止カバーを共通部品とし、回路基板だけを、仕様等に応じて交換可能な個別部品とすることができる。

また、本発明によれば、次の原理により、例えば液体の消費を検出することができる。即ち、液体が消費される際には、貯留された液体は、バッファ室を通り、センサユニットのセンサキャビティを経由して外部へ送り出される。この際、容器本体内に液体が十分に残っている段階では、センサキャビティ内は液体で満たされている。一方、液体の残量が少なくなると、センサキャビティ内に液体が存在しない状態となる。そこで、センサユニットは、この状態の変化に起因する音響インピーダンスの相違を検出する。それによって、液体が十分に残っている状態であるか、あるいは、ある一定以上の液体が消費されて残量が少なくなった状態であるか、を検知することができる。

具体的には、圧電素子に電圧を印加すると、圧電素子の変形に伴い振動板が変形する。圧電素子を強制的に変形させた後、電圧の印加を解除すると、しばらくは、たわみ振動が振動板に残留する。この残留振動は、振動板とセンサキャビティ内の媒体との自由振動である。従って、圧電素子に印加する電圧をパルス波形あるいは矩形波とすることで、電圧を印加した後の振動板と媒体との共振状態を容易に得ることができる。この残留振動は、振動板の振動であり、圧電素子の変形を伴う。このため、残留振動に伴って圧電素子は逆起電力を発生する。この逆起電力を外部で検出することにより、液体の消費を知ることができる。

また、本発明によれば、蓋体の内面に設けたバネ支持部と係合アームにより押圧バネを支えることができるので、押圧バネの位置ずれを防ぐことができると共に、押圧バネの組付が容易にできるようになる。

また、本発明によれば、押圧バネとセンサユニットを、直方体形状のカートリッジケースの高さ方向（天面と底面に直交する方向）に並べて組み込むので、押圧バネの反力をカートリッジケースの高さ方向の壁で受けることができる。カートリッジケースは高さ方向に寸法を大きくとるのが普通なので、押圧バネのバネ力を強くした場合にも、余裕を持った強さで押圧バネの力を受けることができる。また、カートリッジケースの狭幅側面にセンサ収容凹部の挿入用開口を設け、そこに接点を外面に有する蓋体を配置するので、狭幅側面上に存在する接点で外部との電気接続を行うことができ、従って、広幅側面を隣り合わせて多数のカートリッジケースをコンパクトに配列した場合に、各カートリッジケースの狭幅側面上の接点を、全て外部に面するように並べることができて、外部との接続が容易にできるようになる。

また、本発明によれば、押圧バネとセンサユニットを、直方体形状のカートリッジケースの厚さ方向（広幅側面と直交する方向）に並べて組み込むので、センサユニットと押圧バネを足した寸法に応じて、カートリッジケースの厚さを薄くすることができる。また、カートリッジケースの狭幅側面にセンサ収容凹部の挿入用開口を設け、そこに接点を外面に有する蓋体を配置するので、狭幅側面上に存在する接点で外部との電気接続を行うことができ、従って、広幅側面を隣り合わせて多数のカートリッジケースをコンパクトに配列した場合に、各カートリッジケースの狭幅側面上の接点を、全て外部に面するように並べることができて、外部との接続が容易にできるようになる。

また、本発明によれば、インクジェットプリンタのインクカートリッジとして構成したので、インクミストによる問題を解消することができ、信頼性と安全性を高めることができる。

以下、本発明の実施形態の液体検出機能付きのインクカートリッジ（液体検出機能を備えた容器）について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態のインクカートリッジが使用されるインクジェット式記録装置（液体噴射装置）の概略構成を示す。図１中符号１はキャリッジであり、このキャリッジ１は、キャリッジモータ２により駆動されるタイミングベルト３を介して、ガイド部材４に案内されてプラテン５の軸方向に往復移動されるように構成されている。

キャリッジ１の記録用紙６に対向する側にはインクジェット式記録ヘッド１２が搭載され、またその上部には記録ヘッド１２にインクを供給するインクカートリッジ１００が着脱可能に装着されている。

この記録装置の非印字領域であるホームポジション(図中、右側)にはキャップ部材１３が配置されており、このキャップ部材１３はキャリッジ１に搭載された記録ヘッド１２がホームポジションに移動した時に、記録ヘッド１２のノズル形成面に押し当てられてノズル形成面との間に密閉空間を形成するように構成されている。そして、キャップ部材１３の下方には、キャップ部材１３により形成された密閉空間に負圧を与えてクリーニング等を実施するためのポンプユニット１０が配置されている。

また、キャップ部材１３における印字領域側の近傍には、ゴムなどの弾性板を備えたワイピング手段１１が記録ヘッド１２の移動軌跡に対して例えば水平方向に進退できるように配置されていて、キャリッジ１がキャップ部材１３側に往復移動するに際して、必要に応じて記録ヘッド１２のノズル形成面を払拭することができるように構成されている。

図２は、インクカートリッジ１００の概略構成を示す斜視図である。このインクカートリッジ１００には、本実施形態の液体検出装置であるセンサユニット２００が内蔵されている。

インクカートリッジ１００は、内部にインク貯留部を備える樹脂製のカートリッジケース（容器本体）１０１と、カートリッジケース１０１の下端面を覆うように装着された樹脂製のカバー１０２とを有する。カバー１０２は、カートリッジケース１０１の下端面に貼られた各種の封止フィルムを保護するために設けられている。カートリッジケース１０１の下端面にはインク送出部１０３が突設され、インク送出部１０３の下端面には、インク送出口（液体の排出口、図示略）を保護するためのカバーフィルム１０４が貼られている。

カートリッジケース１０１は、一対の広幅側面１０１ａと、一対の狭幅側面１０１ｂと、天面１０１ｃと、底面１０１ｄとを有する厚さ（奥行）の薄い略直方体形状のもので、カートリッジケース１０１の一方の狭幅側面１０１ｂ側の下部には、センサユニット２００を収容するためのセンサ収容凹部１１０が設けられ、そのセンサ収容凹部１１０の内部には、センサユニット２００とスプリング（押圧バネ）３００とが収容されている。

このスプリング３００は、後述するが、センサユニット２００を、センサ収容凹部１１０内底部のセンサ受壁１２０（図７参照）に押し付けてシールリング２７０を押し潰すことにより、センサユニット２００とカートリッジケース１０１との間のシール性の確保を行うものである。

この場合のスプリング３００としては、円筒形状の圧縮コイルバネが使用されており、このスプリング３００とセンサユニット２００とが、カートリッジケース１０１の天面１０１ｃと底面１０１ｄに直交する方向、即ち、カートリッジケース１０１の高さ方向に並べて、且つ、センサユニット２００をセンサ受壁１２０の上側、スプリング３００をその更に上側に位置させて、センサ収容凹部１１０内に収容されている。

センサ収容凹部１１０は、カートリッジケース１０１の狭幅側面１ｂに挿入用開口を有しており、その挿入用開口からセンサユニット２００とスプリング３００とが挿入されている。そして、センサ収容凹部１１０の挿入用開口は、センサユニット２００及びスプリング３００を内部に収納した状態で、外側から蓋体１５０で封止されている。この蓋体１５０は、後で詳しく述べるが、センサ収容凹部１１０の挿入用開口を封止する大きさの封止カバー４００と、封止カバー４００と別体に形成され封止カバー４００の内側に嵌め込み固定された回路基板５００とで構成されている。

図３及び図４は、センサユニット２００と、スプリング３００と、封止カバー４００と、回路基板５００の各構成を示す分解斜視図である。また、図５はセンサユニット２００の分解斜視図、図６は別の角度から見たセンサユニット２００の分解斜視図、図７はインクカートリッジ１００のセンサユニット収容部分の縦断面図である。また、図８はセンサユニット２００の要部の断面図、図９は図８のＩＸ−ＩＸ矢視断面図である。

図７に示すように、カートリッジケース１０１のセンサ収容凹部１１０の内底部には、センサユニット２００の下端を受けるためのセンサ受壁１２０が設けられている。センサ受壁１２０は、その上面にセンサユニット２００が載り、スプリング３００の弾性力で、センサユニット２００の下端のシールリング２７０が圧接する部分である。

このセンサ受壁１２０の下側には、隔壁１２７を挟んで互いに区分された上流側と下流側の一対のセンサバッファ室１２２、１２３が設けられ、センサ受壁１２０には、センサバッファ室１２２、１２３に対応させて一対の連通口１３２、１３３が設けられている。

カートリッジケース１０１の内部には、特に図示しないが、貯留したインクを外部に送出するための送出通路が設けられており、送出通路の終端付近（インク送出口付近）に位置させてセンサ収容凹部１１０が設けられ、そのセンサ収容凹部１１０内にセンサユニット２００が配設されている。この場合、上流側センサバッファ室１２２は、連絡孔１２４を介して上流側の送出通路に連通され、下流側センサバッファ室１２３は、連絡孔１２５を介して、インク送出口に近い下流側の送出通路に連通されている。

また、センサバッファ室１２２、１２３の下面は、剛性壁で封じられていても構わないが、この実施形態では開口しており、その開口が樹脂製の薄い封止フィルム１０５によって覆われている。

センサユニット２００は、図５及び図６に示すように、上面に凹所２１１を有する樹脂製でプレート状のユニットベース２１０と、ユニットベース２１０の上面の凹所２１１に収容された金属製でプレート状のセンサベース２２０と、センサベース２２０の上面に載置固定されたセンサチップ２３０と、センサベース２２０とユニットベース２１０を固着する接着フィルム２４０と、ユニットベース２１０の上側に配された一対の端子プレート２５０と、端子プレート２５０の押さえとセンサチップ２３０の保護を行うプレート状の押さえカバー２６０と、ユニットベース２１０の下面に配されたゴム製のシールリング２７０と、から構成されている。

各部品の詳細を述べると、ユニットベース２１０は、図６に示すように、上面中央にセンサベース２２０の嵌まる凹所２１１を有すると共に、凹所２１１の周囲の上面壁２１４の外側に、上面壁２１４よりも一段高く設定された取付壁２１５を有する。取付壁２１５は凹所２１１を挟んで対向するように一対設けられており、取付壁２１５上に位置させて、ユニットベース２１０の上面の四隅には４つの支持ピン２１６が立設されている。また、凹所２１１の底壁には、円形の貫通孔よりなる入側流路２１２と出側流路２１３（液溜まり空間）が設けられている。また、ユニットベース２１０の下面には、図５に示すようにシールリング２１７の嵌まる長円形の凸部２１７が設けられ、前記入側流路２１２と出側流路２１３はこの凸部２１７上に位置している。なお、シールリング２１７は、ゴム製のリングパッキンよりなり、下面に断面半円状の環状凸部２７１を有している。

センサベース２２０は、センサの音響特性の向上を図る目的で、樹脂よりも剛性の高いステンレス等の金属プレートによって構成されている。センサベース２２０は、四つの角を面取りした矩形板状をなし、ユニットベース２１０の入側流路２１２及び出側流路２１３に対応した、２つの貫通孔よりなる入側流路２２２及び出側流路２２３（液溜まり空間）を有している。

このセンサベース２２０の上面には、例えば両面接着フィルムの貼り付けや接着剤の塗布などによって接着層２４２が形成されており、この接着層２４２の上に、センサチップ２３０が搭載され固着されている。

センサチップ２３０は、検出対象のインク（液体）を受け入れるセンサキャビティ２３２を有しており、センサキャビティ２３２の下面をインクの受け入れを可能とするために開放し、上面を振動板２３３で塞いで、振動板２３３の上面に圧電素子２３４を配した構成をなしている。

具体的に述べると、センサチップ２３０は、図７及び図８に示すように、円形開口よりなるセンサキャビティ２３２を中心に有するセラミック製のチップ本体２３１と、チップ本体２３１の上面に積層され、センサキャビティ２３２の底面壁を構成する振動板２３３と、振動板２３３の上に積層された圧電素子２３４と、チップ本体２３１の上に積層された端子２３５、２３６とで構成されている。

圧電素子２３４は、具体的に図示しないが、前記各端子２３５、２３６に接続された上下の電極層と、上下の電極層の間に積層された圧電層とからなるものであり、例えば、センサキャビティ２３２内のインクの有無による電気特性の違いでインクエンドを判断する機能を果たす。圧電層の材料としては、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）、または、鉛を使用しない鉛レス圧電膜、等を用いることができる。

センサチップ２３０は、チップ本体２３１の下面をセンサベース２２０の上面中央部に載せることにより、前記接着層２４２によってセンサベース２２０に一体に固着されており、その接着層２４２によって同時に、センサベース２２０とセンサチップ２３０間がシールされている。そして、センサベース２２０及びユニットベース２１０の入側流路２２２、２１２と出側流路２２３、２１３（液溜まり空間）は、センサチップ２３０のセンサキャビティ２３２に連通している。この構成により、インクは、入側流路２１２、２２２を介してセンサキャビティ２３２に入り、出側流路２２３、２１３を介してセンサキャビティ２３２から排出されるようになる。

このようにセンサチップ２３０が搭載された金属製のセンサベース２２０は、ユニットベース２１０の上面の凹所２１１に収容されている。そして、その上から樹脂製の接着フィルム２４０を被せることにより、センサベース２２０とユニットベース２１０が一体に接着されている。

即ち、接着フィルム２４０は、中央に開口２４１を有しており、センサベース２２０をユニットベース２１０の上面の凹所２１１に収容した状態でその上から被せることにより、中央の開口２４１からセンサチップ２３０を露出させている。また、接着フィルム２４０の内周側を、センサベース２２０の上面に接着層２４２を介して接着させ、且つ、外周側をユニットベース２１０の凹所２１１の周囲の上面壁２１４に接着させることにより、つまり、接着フィルム２４０を２部品（センサベース２２０とユニットベース２１０）の上面に跨って貼り付けることにより、センサベース２２０とユニットベース２１０間を互いに固着すると同時にシールしている。

この場合、センサベース２２０の上面は、ユニットベース２１０の凹所２１１より上側に突出しており、接着フィルム２４０は、ユニットベース２１０の凹所２１１の周囲の上面壁２１４に対する接着位置よりも高い位置で、センサベース２２０の上面に接着されている。このように、センサベース２２０に対するフィルム接着面の高さを、ユニットベース２１０に対するフィルム接着面の高さよりも上の位置に設定したことにより、段差をもってセンサベース２２０を接着フィルム２４０で押え付けることができ、ユニットベース２１０に対するセンサベース２２０の固着力の強化を図ることができる。また、ガタツキのない取付も可能となる。

また、各端子プレート２５０は、帯状の基板部２５１と、基板部２５１の側縁に突設されたバネ片２５２と、基板部２５１の両側に形成された取付孔２５３と、基板部２５１の両端に形成された折曲片２５４とを有するもので、それぞれ取付孔２５３に支持ピン２１６を通して位置決めした状態で、ユニットベース２１０の取付壁２１５の上面に配置されている。そして、その上から押さえカバー２６０を載せることで、ユニットベース２１０と押さえカバー２６０とにより挟持され、その状態で、各バネ片２５２が、センサチップ２３０の上面の端子２３５、２３６に接触導通している。

押さえカバー２６０は、端子プレート２５０の基板部２５１を挟みながらユニットベース２１０の取付壁２１５の上面に載る平板部２６１と、平板部２６１の四隅に配され、ユニットベース２１０の支持ピン２１６に嵌まる４つの取付孔２６２と、平板部２６１の中央上面に設けられた立壁２６３と、立壁２６３に設けられたスプリング受座２６４と、平板部２６１の下面に設けられ、端子プレート２５０のバネ片２５２の逃げを作る凹部２６５とを有し、端子プレート２５０を上から押さえ付けながらユニットベース２１０の上面に載せられることで、ユニットベース２１０の上面の凹所２１１に収容されたセンサプレート２２０及びセンサチップ２３０を保護している。

以上の部品によりセンサユニット２００を組み立てるには、まず、センサベース２２０の上面全面に接着層２４２を形成し、その接着層２４２の上にセンサチップ２３０を載置することで、センサチップ２３０とセンサベース２２０間を接着層２４２によって一体に固着すると共にシールする。

次いで、そのセンサチップ２３０と一体になったセンサベース２２０を、ユニットベース２１０の上面の凹所２１１に収容し、その状態で、上方から接着フィルム２４０を被せることで、接着フィルム２４０の内周側をセンサベース２２０の上面に接着層２４２を介して接着させ、外周側をユニットベース２１０の凹所２１１の周囲の上面壁２１４に接着させる。それにより、センサベース２２０とユニットベース２１０間を、接着フィルム２４０によって一体に固着すると共にシールすることができる。

次に、端子プレート２５０を、取付孔２５３をユニットベース２１０の支持ピン２１６に嵌めながら、ユニットベース２１０の上に配設し、その上から押さえカバー２６０を配置する。また、任意の段階で、ユニットベース２１０の下面の凸部２１７にシールリング２７０を嵌めておく。以上により、センサユニット２００を組み立てることができる。

センサユニット２００は、以上のように構成されており、カートリッジケース１００のセンサ収容凹所１１０に、スプリング３００と一緒に収容されている。そして収容された状態で、図７に示すように、スプリング３００が押さえカバー２６０を下向きに押圧することにより、センサユニット２００の下面に設けたシールリング２７０が潰れながら、センサ収容凹所１１０内のセンサ受壁１２０に圧接し、これにより、センサユニット２００とカートリッジケース１０１の間のシール性が確保されている。

このような組み付けが行われることにより、シール性が確保された条件の下で、カートリッジケース１０１内の上流側バッファ室１２２が、センサ受壁１２０の連通孔１３２を介してセンサユニット２００内の入側流路２１２、２２２に連通され、カートリッジケース１０１内の下流側バッファ室１２３が、センサ受壁１２０の連通孔１３３を介してセンサユニット２００内の出側流路２１３、２２３に連通される。そして、入側流路２１２、２２２、センサキャビティ２３２、出側流路２１３、２２３は、この順に上流側から並ぶように、カートリッジケース１０１内の送出流路に直列に介在することになる。

ここで、センサキャビティ２３２につながる上流側の流路は、流路断面の大きな上流側バッファ室１２２、連通口１３２、及び、流路断面の小さなセンサユニット２００内の入側流路２１２、２２２（上流側狭小流路）で構成される。また、センサキャビティ２３２につながる下流側の流路は、流路断面の大きな下流側バッファ室１２３、連通口１３３、及び、流路断面の小さなセンサユニット２００内ので出側流路２１３、２２３（下流側狭小流路）で構成される。

また、センサ収容凹所１１０の側面開口を塞ぐ封止カバー４００は、図３及び図４に示すように、板状のカバー本体４０１の外面に回路基板５００の嵌まる凹部４０２を設け、その凹部４０２の底壁に、各端子プレート２５０の折曲片２５４の露出する２つの開口４０３と、回路基板５００の位置決め用のピン４０６、４０７とを設け、更にカバー本体４０１の内面に、スプリング３００の外周面を側方から支持する円筒面状のバネ支持部４０９と、センサ収容凹所１１０内の所定部位に係止する一対の係合アーム４０５とを設けた構成を有している。一対の係合アーム４０５は、スプリング３００を左右両側から挟むような位置に設けられている。また、封止カバー４００には、センサ収容凹所１１０の周囲壁に突設された上下一対の位置決めピン１０１ｐ、１０１ｂに嵌まる位置決め孔４１１、４１２が設けられている。

また、回路基板５００は、カバー本体４０１の凹部４０２にちょうど嵌合する大きさの絶縁基板５０１の外面と内面に、それぞれ接点５０１Ａ、５０１Ｂを形成すると共に、必要に応じて、メモリ等の電子部品を含んだ電子回路（図示略）を形成したものである。また、絶縁基板５０１には、封止カバー４００側の位置決め用のピン４０６、４０７と係合する切欠５０６や孔５０７が設けられている。

この場合の回路基板５００の内面に露出した内側接点５０１Ｂは、蓋体１５０でセンサ収容凹部１１０を塞いだときに、センサユニット２００側の端子プレート２５０の折曲片２５４と接触導通する接点であり、また、外側接点５０１Ａは、内側接点５０１Ｂと直接導通するか、または、前記電子回路を通して導通するものであり、外部の機器と電気接続するための接点である。

この封止カバー４００及び回路基板５００よりなる蓋体１５０は、センサユニット２００及びスプリング３００をセンサ収容凹所１１０の内部に収容した上で、カートリッジケース１０１に取り付けられており、その状態で、回路基板５００の外面の接点５０１Ａが端子プレート２５０と導通している。

次に、センサユニット２００によるインクの検出原理について説明する。
インクカートリッジ１０１内のインクが消費される際には、貯留されたインクは、センサユニット２００のセンサキャビティ２３２を経由して、インク送出部１０３からインクジェット式記録装置の記録ヘッド１２へ送られる。

この際、インクカートリッジ１００内にインクが十分に残っている段階では、センサキャビティ２３２内はインクで満たされている。一方、インクカートリッジ１００内のインク残量が少なくなると、センサキャビティ２３２内にインクが存在しない状態となる。

そこで、センサユニット２００は、この状態の変化に起因する音響インピーダンスの相違を検出する。それによって、インクが十分に残っている状態であるか、あるいは、ある一定以上のインクが消費されて残量が少なくなった状態であるか、を検知することができる。

具体的には、圧電素子２３４に電圧を印加すると、圧電素子２３４の変形に伴い振動板２３３が変形する。圧電素子２３４を強制的に変形させた後、電圧の印加を解除すると、しばらくは、たわみ振動が振動板２３３に残留する。この残留振動は、振動板２３３とキャビティ２３２内の媒体との自由振動である。従って、圧電素子２３４に印加する電圧をパルス波形あるいは矩形波とすることで、電圧を印加した後の振動板２３３と媒体との共振状態を容易に得ることができる。

この残留振動は、振動板２３３の振動であり、圧電素子２３４の変形を伴う。このため、残留振動に伴って圧電素子７は逆起電力を発生する。この逆起電力は、端子プレート２５０を介して外部で検出される。

このようにして検出された逆起電力によって共振周波数が特定できるので、この共振周波数に基づいてインクカートリッジ１００内のインクの有無を検出することができる。

以上の実施形態によれば、センサユニット２００を収容するセンサ収容凹部１１０を蓋体１５０で確実に封止しているので、中のセンサユニット２００を保護することができ、信頼性及び安全性を向上させることができる。特に、センサ収容凹部１１０へのインクミスト（液体のミスト）の侵入を蓋体１５０によって防ぐことができるので、圧電素子２３４にインクミストが付着する可能性を無くすことができる。また、センサ収容凹部１１０内に外の気流が入らなくなるので、気流の乱れによる影響を受けずにインク残量の検出を行うことができる。

また、インクカートリッジ１００をたとえ落とした場合にも、センサユニット２００に直接衝撃が及ばないようにすることができるので、繊細な圧電素子２３４及びその周辺の構造を保護することができる。また、蓋体１５０の外面にセンサユニット２００側の端子プレート２５０と導通する接点５０１Ａを設けているので、この接点５０１Ａを介して、センサユニット２００と外部との間で電気接続を容易に行うことができる。

また、蓋体１５０の一部を回路基板５００で構成しているので、回路基板５００上に接点５０１Ａ、５０１Ｂを設けるだけで、センサユニット２００と外部との電気接続を容易に行うことができる。また、回路基板５００には適当な電子部品、例えばメモリを搭載することも容易にできるので、インクカートリッジ１００に関する情報やインクに関する情報等を記録しておくことも可能である。

また、回路基板５００は封止カバー４００と別に製作してあり、後から封止カバー４００に自由に取り付けられるようになっているので、封止カバー４００だけを共通部品とし、回路基板５００を仕様等に応じて交換可能な個別部品として揃えることもできる。

また、封止カバー４００の内面に設けたバネ支持部４０９と係合アーム４０５によってスプリング３００を支えることができるので、スプリング３００の位置ずれを防ぐことができると共に、スプリング３００の組付も容易にできるようになる。

また、本実施形態では、スプリング３００とセンサユニット２００を、直方体形状のカートリッジケース１０１の高さ方向（天面１０１ｃと底面１０１ｄに直交する方向）に並べて組み込んでいるので、スプリング３００の反力をカートリッジケース１０１の高さ方向の壁面（センサ収容凹部１１０の上壁面）で受けることができる。ここで、カートリッジケース１０１は高さ方向に寸法を大きくとるのが普通なので、スプリング３００のバネ力を強くした場合であっても、余裕を持った強さでスプリング３００の力を前記高さ方向の壁面（センサ収容凹部１１０の上壁面）で受けることができる。

また、カートリッジケース１０１の狭幅側面１０１ｂにセンサ収容凹部１１０の挿入用開口１１０ｈを設け、そこに接点５０１Ａを外面に有する蓋体１５０を配置するので、狭幅側面１０１ｂ上に存在する接点５０１Ａで、外部との電気接続を行うことができる。従って、広幅側面１０１ａを隣り合わせて多数のカートリッジケース１０１をコンパクトに配列した場合に、各カートリッジケース１０１の狭幅側面１０１ｂ上の接点５０１Ａを、全て外部に面するように並べることができて、外部との接続が容易にできるようになる。

また、本実施形態によれば、ユニットベース２１０に対して、上方から、センサチップ２３０を搭載したセンサベース２２０を組み込み、その状態で、並んだ２部品の上面と上面、つまり、センサベース２２０とユニットベース２１０の両上面に跨って接着フィルム２４０を貼り付けるだけで、異なる材料でできた２部品（金属製のセンサベース２２０と樹脂製のユニットベース２１０）間の固着とシールを同時に行うことができる。従って、組立作業性がきわめてよい。また、接着フィルム２４０を２部品に跨って貼るだけであるから、各部品の寸法精度の影響をあまり受けずに、部品間のシールを行うことができる。また、例えば接着フィルム２４０を量産機械によって加熱・加圧して溶着する場合には、量産機械による温度と圧力を管理するだけで、シール性能を高めることができるので、量産時の安定化を図ることができる。さらに、シール性を左右する接着フィルム２４０は、装着が容易である上にスペース効率がよいため、センサユニット２００の小型化が図れる。

また、センサベース２２０及びユニットベース２１０に、センサキャビティ２３２に対する入側流路２１２、２２２及び出側流路２１３、２２３をそれぞれ形成し、インクが入側流路２１２、２２２を介してセンサキャビティ２３２に流れ込み、出側流路２１３、２２３を介して排出されるように構成しているので、あくまでセンサキャビティ２３２をインクが流れるようになり、センサキャビティ２３２に液体や気泡が滞留することによる誤検出を防止することができる。

また、ユニットベース２１０に対する接着フィルム２４０の接着面の高さを、センサベース２２０に対する接着面の高さよりも下の位置に設定しているので、段差をもってセンサベース２２０を接着フィルム２４０で押え付けることができ、ユニットベース２１０に対するセンサベース２２０の固着力の強化を図ることができる。また、ガタツキのない取付が可能となる。

また、カートリッジケース１０１内の送出流路の終端付近にセンサユニット２００を配置し、センサユニット２００の入側流路２１２、２２２、センサキャビティ２３２、出側流路２１３、２２３が、この順に上流側から並ぶように送出流路に直列に介在されているので、インクカートリッジ１００内の残液量を正確に検出することができる。

なお、上記実施形態では、センサ収容凹部１１０の下側にセンサ受壁１２０を設け、その下側に、カートリッジケース１０１の下面に開口する２つのセンサバッファ室１２２、１２３を設け、スプリング３００とセンサユニット２００を上下に並べてセンサ収容凹部１１０内に配置し、スプリング３００の加圧方向がセンサ受壁１２０に向けて下向きに作用するように構成した場合を示したが、図１０〜図１２に示すインクカートリッジ１００Ｂのように構成してもよい。

即ち、この実施形態のインクカートリッジ１００Ｂでは、前記実施形態と外形的には同様に構成されたカートリッジケース１０１Ｂの狭幅側面１０１ｂにセンサ収容凹部１１０を設けるところまでは一緒であるが、センサ受壁１２０を、センサ収容凹部１１０の下側にではなく、側方つまり広幅側面１０１ａ側に向けて設け、そのセンサ受壁１２０の更に広幅側面１０１ａ側に、当該広幅側面１０１ａに開口する２つのセンサバッファ室１２２、１２３を設け、スプリング３００とセンサユニット２００を、広幅側面１０１ａと直交する左右方向に並べてセンサ収容凹部１１０内に配置し、スプリング３００の加圧方向が側方のセンサ受壁１２０に向けて横向きに作用するように構成している。

つまり、前記実施形態の場合と直交する方向に向けてセンサバッファ室１２２、１２３を設け、それに合わせてセンサユニット２００やスプリング３００を横向きに配置しているのである。向きを異ならせた以外は、すべて同じ構成であるので、同一構成要素に同一符号を付して説明を省略する。封止カバー４００５お回路基板４００よりなる蓋体１５０でセンサ収容凹部１１０の挿入用開口１０１ｈを塞ぐ点も同様である。

このようにスプリング３００とセンサユニット２００を、直方体形状のカートリッジケース１０１Ｂの厚さ方向（広幅側面１０１ａと直交する方向）に並べて組み込んだ構成とすることにより、センサユニット２００とスプリング３００の寸法に応じて、カートリッジケース１０１Ｂの厚さを薄くすることができる。その他の効果は、前記実施形態と同様である。

本発明の実施形態のインクカートリッジが使用されるインクジェット式記録装置（液体噴射装置）の概略構成を示す斜視図である。 本発明に実施形態のインクカートリッジの概略構成を示す分解斜視図である。 図２のインクカートリッジに装備されるセンサユニット（液体検出装置）を始めとする部品の詳細構成を示す斜視図である。 図２のインクカートリッジに装備されるセンサユニット（液体検出装置）を始めとする部品の詳細構成を示す別の方向から見た斜視図である。 図３、図４のセンサユニットの分解斜視図である。 図３、図４のセンサユニットの別の角度から見た分解斜視図である。 図２のインクカートリッジのセンサユニットを装着した部分の縦断面図である。 図７のセンサユニットの要部拡大断面図である。 図８のＩＸ−ＩＸ矢視断面図である。 本発明の他の実施形態のインクカートリッジの概略構成を示す分解斜視図である。 インクカートリッジにセンサユニットを組み付けた部分の正面図である。 図１１と同じ方向から見た断面図である。

符号の説明

１００，１００Ｂ インクカートリッジ（液体検出機能を備えた容器）
１０１，１０１Ｂ カートリッジケース（容器本体）
１０１ａ 広幅側面
１０１ｂ 狭幅側面
１０１ｃ 天面
１０１ｄ 底面
１０３ インク送出部
１１０ センサ収容凹部（センサ収容部）
１１０ｈ 挿入用開口
１２０ センサ受壁
１２２ 上流側センサバッファ室
１２３ 下流側センサバッファ室
１３２，１３３ 連通孔（流路）
１５０ 蓋体
２００ センサユニット
２１０ ユニットベース
２１２ 入側流路（液溜まり空間）
２１３ 出側流路（液溜まり空間）
２２０ センサベース
２２２ 入側流路（液溜まり空間）
２２３ 出側流路（液溜まり空間）
２３０ センサチップ
２３２ センサキャビティ
２３３ 振動板
２３４ 圧電素子
２５０ 端子プレート
２７０ シールリング（環状のシール部材）
４００ 封止カバー
４０５ 係合アーム
４０９ センサ支持部
５００ 回路基板
５０１Ａ 外側接点
５０１Ｂ 内側接点

Claims (7)

1. 内部に液体の貯留部を有すると共に、貯留した液体を外部に送出する送出通路を有する
   容器本体と、
   前記送出通路の終端である液体送出口付近に位置させて前記容器本体に設けられ、該容器本体の外面に挿入用開口を有するセンサ収容凹部と、
   前記挿入用開口を通してセンサ収容凹部の内部に収容され、圧電素子の発する振動を利
   用して前記容器本体内の液体を検出するセンサユニットと、
   該センサユニットを収容した状態で前記センサ収容凹部の挿入用開口を封止する蓋体と
   を具備した容器であって、
   前記容器本体に設けられ、センサ受壁を介して前記センサ収容凹部と隣接すると共に、
   前記送出通路の上流側と下流側に連通することで前記送出通路に直列に介在されたバッフ
   ァ室と、
   前記センサユニットと前記センサ受壁との間をシールする弾性を有した環状のシール部
   材と、
   前記センサ収容凹部内に前記センサユニットと共に収容され、センサユニットを前記セ
   ンサ受壁に向けて押圧することで、前記シール部材を潰しながら、該シール部材とセンサ
   ユニット及びセンサ受壁との間に、シールに必要なだけの面圧を付与する押圧バネと、を
   具備し、
   前記センサユニットは、
   検出対象の液体を受け入れるセンサキャビティを有し、且つ、該センサキャビティの下
   面を液体の受け入れを可能とするために開放し、上面を振動板で塞いで、該振動板の上面
   に前記圧電素子を配した構成をなすセンサチップと、
   該センサチップを載置固定する金属製のセンサベースと、
   該センサベースを載置固定すると共に、前記センサ収容部にセンサユニットを装着した
   際に、下面が前記シール部材を介して前記センサ受壁に対面する樹脂製のユニットベース
   と、を有しており、
   前記センサベース及びユニットベースには、前記センサキャビティに連通する液溜まり
   空間が形成されると共に、前記センサ受壁には、前記環状のシール部材の内側で、前記液
   溜まり空間と前記バッファ室とを連通する流路が設けられ、
   前記押圧バネが円筒形の圧縮コイルバネにより構成されており、前記蓋体の内面に、前
   記押圧バネの外周面を側方から支持する半円筒面状のバネ支持部と、前記押圧バネを両側
   から挟む位置にあり且つ前記蓋体を容器本体に係合させる一対の係合アームとが形成され
   ていることを特徴とする容器。
2. 請求項１に記載の容器であって、
   前記蓋体の外面に、前記挿入用開口を封止した状態で前記センサユニット側の端子と導
   通する接点が設けられていることを特徴とする容器。
3. 請求項２に記載の液体検出機能を備えた容器であって、
   前記蓋体の少なくとも一部が、電子回路を備えた回路基板で構成されており、該回路基
   板の内面に、前記センサユニット側の端子と接触導通する内側接点が設けられ、前記回路
   基板の外面に、前記内側接点と直接導通または前記電子回路を通して導通し且つ外部機器
   と電気接続するための外側接点が設けられていることを特徴とする容器。
4. 請求項３に記載の容器であって、
   前記蓋体が、前記センサ収容凹部の挿入用開口を封止する大きさの封止カバーと、該封
   止カバーと別体に形成され封止カバーの内側に嵌め込み固定された前記回路基板とで構成
   されていることを特徴とする容器。
5. 請求項１に記載の容器であって、
   前記容器本体が、一対の広幅側面と一対の狭幅側面と天面と底面とを有し、底面の一部
   に液体の排出口を有する略直方体形状のカートリッジケースよりなり、前記センサ収容凹
   部の挿入用開口が前記一対の狭幅側面のうちの一方の狭幅側面に設けられ、前記押圧バネ
   とセンサユニットが、前記天面と底面に直交する方向に並べて前記センサ収容凹部内に収
   容されていることを特徴とする容器。
6. 請求項１に記載の容器であって、
   前記容器本体が、一対の広幅側面と一対の狭幅側面と天面と底面とを有し、底面の一部
   に液体の排出口を有する略直方体形状のカートリッジケースよりなり、前記センサ収容凹
   部の挿入用開口が前記一対の狭幅側面のうちの一方の狭幅側面に設けられ、前記押圧バネ
   とセンサユニットが、前記広幅側面と直交する方向に並べて前記センサ収容凹部内に収容
   されていることを特徴とする容器。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の容器であって、
   前記容器がインクジェットプリンタのインクカートリッジであり、
   前記センサユニットがインク残量を検出するものであることを特徴とする容器。

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