JP2005028829A

JP2005028829A - 液体残量検知装置

Info

Publication number: JP2005028829A
Application number: JP2003273074A
Authority: JP
Inventors: Fumio Miyahara; 文雄宮原
Original assignee: Canon Finetech Inc
Current assignee: Canon Finetech Nisca Inc
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】複雑な回路を用いずに、誤判定のない正確な液体残量検知装置および液体残量検知方法を提供する。
【解決手段】容器の内壁と外壁にそれぞれ同質の金属板３ａ，３ｂを取りつける。そして、これらの金属板３を同量の熱量で所定時間加熱する。容器内壁に取りつけられた金属板３ａは、容器内に液体がある場合、該液体に浸かっている状態となり、加熱された熱エネルギーが液体によって奪われるため、温度上昇率が鈍化する。一方、容器外壁に取りつけられた金属板３ｂは容器内部の液体の影響を受けないので、金属板の熱伝導のみで温度を上昇させ、温度上昇率は前記容器内壁に取りつけられた金属板よりも大きくなる。一方、容器内に液体が存在しないときは、容器内壁に取りつけられた金属板と容器外壁に取りつけられた金属板の温度上昇率はほぼ同一となる。
【選択図】図１

Description

本発明は液体収納容器において、内部の液体の有無を検知する液体残量検知装置および液体残量検知方法に関し、詳しくはインクタンクにおける、インク残量の検知装置および検知方法に関する。

別装置に内部の液体を供給する液体収納容器において、内部の液体の残量によって、液体を供給される装置の駆動に制限を与えることになるため、残量の検知は非常に重要な項目の一つである。

とりわけ、インクジェット記録装置のインクタンクにおいては、記録途中にインクがなくなると、記録が途中で終わってしまい記録紙を無駄にしてしまうことになる。仮にインクがなくなった時点で記録を一時中断し、新たなインクを補給して記録を再開したとしても、インク濃度が微妙に異なるなどして、形成される画像に微妙な色味の差を発生させてしまうことになる。そこで、従来から記録途中でのインク切れを防ぐために、記録開始前のインク残量検知は不可欠なものとなっている。

従来のインクタンクでは次のようにしてインクがタンク内に残っているか否かを検知していた。例えば、インクの静電容量に着目した方法である（特許文献１参照）。他の検知方法として、例えば、インクタンクの底面または側面に透明な窓を形成し、発光素子でその窓に光を照射し、反射光を受光素子で受け、反射光の量によりインクの有無を検知するものが挙げられる（特許文献２参照）。

特開平６−１３５００１号公報特開平６−２２６９８９号公報

しかしながら、静電気を用いた検知方法では、インクに電圧を印加することになるため、インク中のイオンの電気分解が発生する。この電気分解によるインクの劣化を防止するために、直流信号ではなく交流信号を印加しなければならない。ところが、交流信号では積分回路およびこれ以降のレベル判定回路が複雑となる。また交流信号を印加するためにマイナス電源も必要となり、装置が複雑化し、好ましくない。

一方、発光素子および受光素子の光センサを用いた検知方法では、インクタンク内部の透明窓にインクが付着した状態だと、インクが無くなっていてもインクがあると判断してしまい、誤判定を招く可能性が高い。さらに、カラープリンタではインクの色によって反射レベルの差が発生するので、判定回路をインク色ごとに補正する必要があり、インク色ごとに回路を変えるなど処理が煩雑化し、好ましくない。

また、静電気を用いた方法及び光センサを用いた方法のいずれも、容器内の液体の有無のみを検知するもので、液体の残量がどの程度であるかまでは検知できない。したがって、電極ピンの場合は、ピンを埋め込む位置によっては、まだ液体が残っているにもかかわらず、液位がピンよりも下方になると液体がないと検知することになる。一方、光センサの場合は、窓を設ける位置によっては、液体がわずかしか残っていないにもかかわらず、液体があると検知することになる。このようにいずれもピンの位置や窓の位置が内部の液体を有効に使用する上で重要な要素となり、容器の構造に制限をもたらすことになる。

本発明はこのような上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、複雑な回路を用いずに、誤判定のない正確な液体残量検知装置および液体残量検知方法を提供することを目的とする。

本発明の液体残量検知装置は、液体を収納する容器の内壁に設ける第１の金属板と、前記容器外壁に設けた第２の金属板と、前記金属板それぞれに熱を印加する発熱体と、前記金属板それぞれの温度を測定する温度センサと、前記容器本体内の液体残量を検知する残量検知手段とを設け、前記残量検知手段は、前記発熱体が前記金属板のそれぞれに同時に同量の熱を印加し、該加熱時における所定時間に前記温度センサによって測定された前記金属板の温度上昇率が前記容器内壁に取りつけられた金属板と前記容器外壁に取りつけられた金属板とで異なる場合、液体が容器本体内に残存すると判断することを特徴とする。

以上の構成によれば、容器内壁に取りつけられた金属板は、容器内に液体がある場合、該液体に浸かっている状態となり、加熱された熱エネルギーが液体によって奪われるため、温度上昇率が鈍化する。一方、容器外壁に取りつけられた金属板は容器内部の液体の影響を受けないので、金属板の熱伝導のみで温度を上昇させ、温度上昇率は前記容器内壁に取りつけられた金属板よりも大きくなる。一方、容器内に液体が存在しないときは、容器内壁に取りつけられた金属板と容器外壁に取りつけられた金属板は同条件となり、温度上昇率はほぼ同一となる。したがって、この温度上昇率を比較することにより、容器内の液体の残存を検知することができる。

本発明を実施するための最良の形態について、以下に図面を参照して説明する。
本実施形態では、液体収納容器の一実施形態としてインクタンクを用いて説明する。

図１は、インクタンクを示す斜視図である。
インクタンク１はインクジェット記録装置本体に着脱可能に装着され、記録ヘッドにインクを供給するものである。

インクタンク１底部にはインク供給口２が設けられ、このインク供給口２がインクジェット記録装置本体のインク供給経路と連通されてインクが本体側へ供給される。インク供給口２はゴムなどの弾性体で封がされており、その弾性体の部分をインクジェット記録装置本体側に設けられた供給針が突き刺して内部のインクと連通するようになっている。さらにインク供給針はゴムチューブなどのインク供給路に接続されており、このインク供給路が記録ヘッドに接続されている。このようなインク経路で記録ヘッドにインクが送られる。記録ヘッドは複数の吐出口を配列した吐出口面を有し、この吐出口面を記録媒体に対峙させ、各吐出口より記録媒体に対してインク滴を吐出して画像を形成する。なお、記録ヘッドは、記録媒体の紙幅以上の長さで、記録媒体を横断する形状のフルラインヘッドであってもよいし、記録媒体の紙幅を走査するキャリッジに搭載され、記録媒体上を走査しながら記録を行うシリアルヘッドであってもよい。また、記録ヘッドの各吐出口に対応して発熱体が設けられ、インク吐出時はこの発熱体からの熱エネルギーによってインク中に気泡を生成し、この気泡の生成圧力によってインクを吐出する。しかしながら、上記インクタンクを装着するインクジェット記録装置は、この吐出方式に限らずピエゾ素子を用いたものなど、他の吐出方式であってもよい。

３ａ、３ｂはＵ字型の金属板であり、いずれも、一方端には発熱体４ａ、４ｂが、他方端には温度センサ５ａ、５ｂが取りつけられている。発熱体４が金属板３を加熱し、温度センサ５が金属板３の上昇する温度を測定する。金属板３ａ、３ｂは同質の金属で形成されており、同じ熱伝導率である。

ここで、２つの金属板３ａ、３ｂはインクタンク１の底部にＵ字形の底部がくるように、すなわち、金属板の端部はいずれもインクタンク１の上部にくるようにインクタンク１に取り付けられいる。しかしながら、一方の金属板３ａはインクタンク１内部の内壁に沿って取り付けられ、他方の金属板３ｂはインクタンク１の外壁に沿って取り付けられている。すなわち、インクタンク内にインクがある場合、金属板３ａはインクに浸かっている状態となる。

このように、インクタンク内部とインクタンク外部の両方に金属板３を設け、この金属板３の発熱体４を同時に発熱させ、温度センサ５が検知する温度の差に応じて、インク残量を検知する。インクタンク内部の金属板３ａでは、発熱体からの熱エネルギーが、インクに浸かっている部分ではインクに奪われるので、温度センサまで到達する熱エネルギーがインクタンク外側の金属板３ｂに比べて少なくなる。したがって、外側の金属板３ｂに比べて温度上昇速度が鈍化する。本発明では、この温度速度の違いに着目して、インク残量を検知するものである。以下に検知方法を具体的に説明する。

図２はインクタンク内にインクがない状態を示す斜視図である。
図に示すように、インクタンク内の金属板３ａに対して熱を奪うインクがないので、金属板３ａと金属板３ｂとは同条件となり、温度上昇速度は同一となる。

したがって、インク残量検知では、まず発熱体４で加熱直前の金属板の温度を温度センサ５が検知する。インクタンク内部の金属板３ａの温度をＭＩとし、インクタンク外部の金属板３ｂの温度をＭＯとし、さらに、加熱直前の金属板の温度をそれぞれＭＩ（０）、ＭＯ（０）とする。

それぞれの温度センサ５ａ，５ｂが開始温度ＭＩ（０）、ＭＯ（０）を検知した後、発熱体４ａ，４ｂを同時に発熱させ、温度の変化を測定する。本実施形態では、所定時間経過後の金属板の温度をそれぞれＭＩ（ｔ）、ＭＯ（ｔ）とする。

図３はインクタンク内にインクがある状態での金属板の温度変化を示すグラフである。

同図から分かるように、インクタンク内部の金属板３ａの温度上昇が外部の金属板３ｂの温度上昇に比べて鈍化している。つまり、
ＭＯ（ｔ）−ＭＯ（０）＞ＭＩ（ｔ）−ＭＩ（０）（式１）
の関係が成立する。

図４は、インクタンク内にインクがない状態での金属板の温度変化を示すグラフである。

同図から分かるように、インクタンク内部の金属板３ａの温度上昇と外部の金属板３ｂの温度上昇はほぼ等しい。つまり、
ＭＯ（ｔ）−ＭＯ（０）≒ＭＩ（ｔ）−ＭＩ（０）（式２）
の関係が成立する。

そこで、内部の金属板３ａと外部の金属板３ｂのそれぞれについて、加熱開始から一定時間経過後の温度と加熱開始直前の温度との差分（温度上昇率）を求め、双方の金属板３ａ、３ｂそれぞれで求めた差分がほぼ等しい場合、すなわち式２の関係が成立する場合は、インクタンク内にインクがないと判断する。一方、金属板３ａ側の差分が金属板３ｂ側の差分より小さい場合、すなわち式１の関係が成立する場合は、インクタンク内にインクがあると判断する。

なお、インクタンク内にインクがある場合で、加熱直前の金属板の温度よりもインクの温度が高い場合、インクタンク内部の金属板３ａにおいては発熱体によって金属板３ａに加えた熱エネルギーがインクに奪われることなく、全て金属板３ａの温度上昇に費やされることになり、インクがない場合の温度上昇カーブと同様のカーブを描くことになる。したがって、所定時間経過後の温度上昇率は外側の金属板３ｂとほぼ同じとなってしまう。したがって、加熱直前の金属板３ａの温度ＭＩ（０）は常にインクの温度ＩＮＫ（０）よりも高い状態でなければ正確な測定を行うことができない。そこで、加熱直前にＭＩ（０）≧ＩＮＫ（０）の関係が成立するように、常時発熱体４ａと温度センサ５ａで金属板３ａの温度制御を行うものとする。近年のインクジェット記録装置は、予備吐出や吸引処理で発生する排インクをインクタンクに戻し、再利用する場合もあり、このような場合、インクタンク内部のインクの温度は室温よりも高く３０度程度となる。したがって、ＭＩ（０）が３０度以上となるように発熱体と温度センサを制御するものとする。

また、金属板３ａ、３ｂそれぞれからインクタンクの内壁または外壁に伝わる熱は微量であり、かつ等しいものであるので、金属板３ａ、３ｂに同様の熱量を加えて行う本検知方法の判定に影響を及ぼすものではない。

さらに、インクジェット記録装置の使用環境によっては、インクタンク内のインク温度が３０度を越す場合も想定される。この場合、仮にＭＩ（０）が３０度と設定されていると、測定開始前に発熱体が発熱してさらに金属板を加熱することはなく、誤判定が発生してしまう。そこで、インク温度自体を測定する温度センサをさらに設け、このインク温度に応じて金属板３ａの設定温度を３１度、３２度、３３度と１度単位で上昇させ、この設定温度の金属板３ａが到達するように、発熱体を周期的に発熱させるようにしてもよい。あるいは、残量検知の測定終了後、内部の金属板３ａの温度上昇率と外部の金属板３ｂの温度上昇率がほぼ同一であった場合、すなわち、インクがない状態と判断された場合のみ、一定時間経過後に、内部の金属板３ａの設定温度を１〜２度上げて再度測定を行い、前回と同一の結果が出た場合はインクがない状態と判断する形態としてもよい。

ところで、インクタンク内のインク量によって、内部の金属板の温度上昇率は異なる。例えば、内部の金属板３ａのＵ字部分のほとんどがインクに浸かっている場合は、インクによって奪われる熱エネルギーは多いので、温度上昇は鈍化し、ＭＩ（ｔ）−ＭＩ（０）の値は小さくなる。一方、インクタンク内のインクがほとんど消費されて金属板３ａのＵ字部分の底部付近のみがインクに浸かっている場合は、インクによって奪われる熱エネルギーが少なく、温度上昇率はインクが多いときに比べて大きくなり、ＭＩ（ｔ）−ＭＩ（０）の値は大きくなる。そこで、予め、インクタンク内のインクの様々な液位に対して、それぞれ所定時間の温度上昇率α１〜αｍを求めておく。そして、実際の測定時に求められる内部の金属板３ａの温度上昇率βを予め求めたものα１〜αｍと比較し、もっとも近い値αに相当するインクの液位が現在のインクタンク内のインク液位にほぼ相当すると判断することができる。このように金属板３ａの温度上昇率を用いて現在のインクタンク内のインク残量を検出することができ、このインク残量に応じて、記録できる量なども予想することができる。

なお、本実施形態におけるインクタンクは、インク液が直接入れられているタイプのインクタンクである。そして、本発明は上述したように、インクタンクに限らず、液体を収納する容器であればいかなるものであってもよく、その液体は容器内に直接入れられる形態が好ましい。

このように、液体収納容器の内側と外側に同質の金属板を設け、この金属板を同じ時間だけ同じ加熱温度で加熱した場合の温度上昇率を比較することにより、容器内の液体残量を検知することができる。検知方法は、所定時間における温度上昇率を比較し、内側の金属板と外側の金属板の温度上昇率がほぼ同じであれば液体がないと判断し、内側の金属板の温度上昇率が外側の金属板の温度上昇率に比べて鈍化しているならば、液体があると判断するので、非常に単純な回路で残量検知シーケンスを実現することができる。

本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
[実施態様１] 液体を収納する容器の内壁に設ける第１の金属板と、前記容器外壁に設けた第２の金属板と、前記金属板それぞれに熱を印加する発熱体と、前記金属板それぞれの温度を測定する温度センサと、前記容器本体内の液体残量を検知する残量検知手段とを設け、前記残量検知手段は、前記発熱体が前記金属板のそれぞれに同時に同量の熱を印加し、該加熱時における所定時間に前記温度センサによって測定された前記金属板の温度上昇率が前記容器内壁に取りつけられた金属板と前記容器外壁に取りつけられた金属板とで異なる場合、液体が容器本体内に残存すると判断することを特徴とする液体残量検知装置。

[実施態様２] 前記残量検知手段は、前記金属板のそれぞれに前記発熱体によって熱を印加する直前の、前記金属板それぞれの基準温度Ｔ０を測定し、前記発熱体によって所定時間加熱された後の、前記金属板それぞれの温度Ｔｔを測定し、それぞれの金属板についてＴｔ−Ｔ０を求め、Ｔｔ−Ｔ０の値について前記容器内壁に取りつけられた金属板の値は前記容器外壁に取りつけられた金属板の値未満であれば、前記容器本体に液体が残存すると判断することを特徴とする実施態様１に記載の残量検知装置。

[実施態様３] 前記金属板は、Ｕ字形であり、一方端に発熱体を具え、他方端に温度センサを具えており、前記発熱体および前記温度センサが前記容器本体の上部にくるようにして取りつけられることを特徴とする実施態様１または２に記載の液体残量検知装置。

[実施態様４] 前記残量検知手段は、前記発熱体による加熱動作の直前の前記容器本体の内壁に取りつけられた金属板の温度が、前記容器本体内の液体の温度よりも低い場合、前記発熱体で前記内壁に取りつけられた金属板のみを加熱し、該金属板の温度が前記液体の温度よりも高くし、該温度を前記基準温度Ｔ０とすることを特徴とする実施態様１ないし３のいずれかに記載の液体残量検知装置。

[実施態様５] 実施態様１ないし４のいずれかの液体残量検知装置を具えることを特徴とする液体収納容器。

[実施態様６] 前記液体はインクであることを特徴とする実施態様５に記載の液体収納容器。

[実施態様７] 記録ヘッドよりインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置であって、実施態様６に記載の液体収納容器を着脱可能に装着し、該液体収納容器よりインクを前記記録ヘッドへ供給することを特徴とするインクジェット記録装置。

[実施態様８] 液体を収納する容器本体の鉛直方向高さとほぼ同じ長さの少なくとも２つの同形の金属板であって、一方の金属板は前記容器内壁に、他方の金属板は前記容器外壁に、長手方向が前記容器の鉛直方向となるように取りつけられる金属板と、前記金属板それぞれに熱を印加する発熱体と、前記金属板それぞれの温度を測定する温度センサとを具える液体残量検知装置を用いた液体残量検知方法であって、前記発熱体が前記金属板のそれぞれに同時に同量の熱を印加し、該加熱時における所定時間に前記温度センサによって測定された前記金属板の温度上昇率が前記容器内壁に取りつけられた金属板と前記容器外壁に取りつけられた金属板とで異なる場合、液体が容器本体内に残存すると判断することを特徴とする液体残量検知方法。

本発明を用いることにより、容器内壁に取りつけられた金属板は、容器内に液体がある場合、該液体に浸かっている状態となり、加熱された熱エネルギーが液体によって奪われるため、温度上昇率が鈍化する。一方、容器外壁に取りつけられた金属板は容器内部の液体の影響を受けないので、金属板の熱伝導のみで温度を上昇させ、温度上昇率は前記容器内壁に取りつけられた金属板よりも大きくなる。一方、容器内に液体が存在しないときは、容器内壁に取りつけられた金属板と容器外壁に取りつけられた金属板は同条件となり、温度上昇率はほぼ同一となる。したがって、この温度上昇率を比較することにより、容器内の液体の残存を検知することができる。したがって、複雑な回路を用いずに、誤判定のない正確な液体残量検知を行うことができる。

本発明の実施形態であるインクタンクの模式的斜視図である。図１のインクタンクのインクがない状態を示す模式的斜視図である。インクタンク内にインクがある場合の金属板の温度変化を示すグラフである。インクタンク内にインクがない場合の金属板の温度変化を示すグラフである。

符号の説明

１インクタンク
２インク供給口
３金属板
４発熱体
５温度センサ

Claims

液体を収納する容器の内壁に設ける第１の金属板と、前記容器外壁に設けた第２の金属板と、
前記金属板それぞれに熱を印加する発熱体と、
前記金属板それぞれの温度を測定する温度センサと、
前記容器本体内の液体残量を検知する残量検知手段と
を設け、
前記残量検知手段は、前記発熱体が前記金属板のそれぞれに同時に同量の熱を印加し、該加熱時における所定時間に前記温度センサによって測定された前記金属板の温度上昇率が前記容器内壁に取りつけられた金属板と前記容器外壁に取りつけられた金属板とで異なる場合、液体が容器本体内に残存すると判断することを特徴とする液体残量検知装置。