JP2007237706A - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体貯留部材の液体残量を精度良く検出し、また、液体貯留部材内に貯留されている液体の種類を検出可能な液体噴射装置を提供する。
【解決手段】インクカートリッジの貯留空部内に設けられた第１電極２５Ａ及び第２電極２５Ｂからなる一対のインク検出電極２５と、このインク検出電極に対して交流信号を印加して交流インピーダンス測定を行う交流インピーダンス測定回路２８とを備え、交流インピーダンス測定回路は、交流信号の周波数を変化させて交流インピーダンス測定を複数回行い、制御部３６は、交流インピーダンス測定回路により測定された位相の周波数特性と、インクの種類に応じた基準位相の周波数特性との比較により、インクカートリッジに貯留されているインクの種類を検出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェット式プリンタ等の液体噴射装置に関し、特に、液体貯留部材に貯留された液体を液滴として吐出する液体噴射ヘッドを備える液体噴射装置に関する。

液体噴射装置は液体を液滴として吐出可能な液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから各種の液体を吐出する装置である。この液体噴射装置の代表的なものとして、例えば、吐出対象物としての記録紙等に対して液体状のインクを吐出・着弾させて記録を行うインクジェット式記録装置（プリンタ）等の画像記録装置を挙げることができる。また、近年では、画像記録装置に限らず、液晶ディスプレー、プラズマディスプレー、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレー、或いはＦＥＤ（面発光ディスプレー）等のディスプレー製造装置においては、色材や電極等の液体状の各種材料を、画素形成領域や電極形成領域等に対して吐出するためのものとして、液体噴射装置が用いられている。

上記プリンタには、液体の一種としてのインクを貯留したインクカートリッジ（液体貯留部材の一種）を着脱可能に搭載し、このインクカートリッジ内のインクをインク滴としてインクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッドの一種。以下、記録ヘッドという）のノズルから吐出するように構成されている。そして、インクカートリッジ内のインクが少なくなった場合に使用者がインクカートリッジの交換の契機を把握できるように、インクカートリッジ内のインクの残量を使用者に報知する構成を採ることが望ましい。そのため、例えば、記録ヘッドによるインク滴の吐出回数を計数し、この計数値に１滴あたりの基準液量（設計上の液量）を乗ずることによりインク消費量を算出し、このインク消費量に基づいてインクカートリッジ内のインクの残量を取得するように構成されたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平０５−０８８５５２号公報

ところが、上記特許文献１の構成では、計算上の消費量と、実際の消費量との間に誤差が生じる場合がある。これは、記録ヘッドの個体差等の種々の要因によって、実際に吐出されるインク滴の液量が設計上の液量（以下、基準液量という）と必ずしも一致しないことに起因する。このような誤差が生じると、使用者に対して不正確な残量を報知することとなり、これにより使用者が認識するインクカートリッジの交換のタイミングが望ましい交換タイミングから逸脱してしまう。その結果、例えば、液体が残っているにも拘らず液体貯留部材が交換されてしまうことが考えられ、この場合、その分の液体が無駄となってしまうという問題があった。

さらに、近年では、使用済のインクカートリッジに純正品とは異なるインク（非純正インク）を再充填して、インクカートリッジを再利用するケースがある。しかし、このような非純正インクを再充填したインクカートリッジを使用する場合、純正インクと同等の画質が確保できなかったり、ノズル開口の目詰まり等により製品の信頼性が確保できなかったりする不具合が発生する懸念がある。そのため、インクカートリッジに充填されているインクが純正品なのか或いは非純正品なのかを検出する必要性が生じてきた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体貯留部材の液体残量を精度良く検出し、また、液体貯留部材内に貯留されている液体の種類を検出可能な液体噴射装置を提供することにある。

本発明の液体噴射装置は、上記目的を達成するために提案されたものであり、貯留空部に液体を貯留した液体貯留部材と、
該液体貯留部材に貯留されている液体を圧力室に導入し、圧力発生手段を駆動して圧力室内に圧力変動を生じさせることによりノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドと、を有する液体噴射装置であって、
前記液体貯留部材の貯留空部内に設けられた第１電極及び第２電極からなる一対の液体検出電極と、
前記液体検出電極に対して交流信号を印加して交流インピーダンス測定を行う交流インピーダンス測定手段と、
前記交流インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの特性に基づいて前記液体貯留部材に貯留されている液体の残量を検出する液体残量検出手段と、
を備え、
前記液体残量検出手段は、前記交流インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの大きさと、満量時及びエンド判定時の基準インピーダンスとの比較により、前記液体貯留部材に貯留されている液体の残量を検出することを特徴とする。

また、本発明は、貯留空部に液体を貯留した液体貯留部材と、
該液体貯留部材に貯留されている液体を圧力室に導入し、圧力発生手段を駆動して圧力室内に圧力変動を生じさせることによりノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドと、を有する液体噴射装置であって、
前記液体貯留部材の貯留空部内に設けられた第１電極及び第２電極からなる一対の液体検出電極と、
前記液体検出電極に対して交流信号を印加して交流インピーダンス測定を行う交流インピーダンス測定手段と、
前記交流インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの特性に基づいて前記液体貯留部材に貯留されている液体の残量を検出する液体残量検出手段と、
を備え、
前記液体残量検出手段は、前記交流インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの特性に応じて、前記液体検出電極及び液体から成るセルを近似した等価回路モデルに対してパラメータを決定し、当該パラメータと液体残量の相関に基づいて液体の残量を検出することを特徴とする。

上記各発明によれば、液体貯留部材の貯留空部内に設けられた第１電極及び第２電極からなる一対の液体検出電極に対して交流信号を印加して交流インピーダンス測定を行い、測定されたインピーダンスの特性に基づいて液体貯留部材に貯留されている液体の残量を検出するので、例えば、液滴の吐出回数に設計値（設計上の液量）を乗じて得られる計算上の液体消費量に基づいて液体残量を求める従来の構成と比較して、より誤差の少ない液体残量を検出することができる。これにより、使用者に対してより正確な液体残量を報知することが可能となる。その結果、液体貯留部材内の液体を無駄なく使用することができる。

また、本発明は、貯留空部に液体を貯留した液体貯留部材と、
該液体貯留部材に貯留されている液体を圧力室に導入し、圧力発生手段を駆動して圧力室内に圧力変動を生じさせることによりノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドと、を有する液体噴射装置であって、
前記液体貯留部材の貯留空部内に設けられた第１電極及び第２電極からなる一対の液体検出電極と、
前記液体検出電極に対して交流信号を印加して交流インピーダンス測定を行う交流インピーダンス測定手段と、
前記交流インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの特性に基づいて前記液体貯留部材に貯留されている液体の種類を検出する液種検出手段と、
を備え、
前記交流インピーダンス測定手段は、前記交流信号の周波数を変化させて交流インピーダンス測定を複数回行い、
前記液種検出手段は、前記交流インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスに係る位相の周波数特性と、液体種類に応じた基準位相の周波数特性との比較により、前記液体貯留部材に貯留されている液体の種類を検出することを特徴とする。

さらに、本発明は、貯留空部に液体を貯留した液体貯留部材と、
該液体貯留部材に貯留されている液体を圧力室に導入し、圧力発生手段を駆動して圧力室内に圧力変動を生じさせることによりノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドと、を有する液体噴射装置であって、
前記液体貯留部材の貯留空部内に設けられた第１電極及び第２電極からなる一対の液体検出電極と、
前記液体検出電極に対して交流信号を印加して交流インピーダンス測定を行う交流インピーダンス測定手段と、
前記交流インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの特性に基づいて前記液体貯留部材に貯留されている液体の種類を検出する液種検出手段と、
を備え、
前記液種検出手段は、前記交流インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの特性に応じて、前記液体検出電極及び液体から成るセルを近似した等価回路モデルに対して抵抗及びキャパシタについての各パラメータを決定し、当該パラメータと、液体種類に応じて定まる基準パラメータの特性との比較により液体の種類を検出することを特徴とする。

上記発明によれば、液体噴射装置から液体貯留部材を取り外すことなく当該液体貯留部材に貯留されている液体の種類を認識することができるため簡便である。また、液体貯留部材に貯留されている液体が正規なもの（純正）であるか否かを検出することができるので、例えば、正規なものではない非純正の液体を使用することを使用者に対して注意を促す表示を行ったり、必要に応じてクリーニング等のメンテナンス処理を変更してノズル開口の目詰まりの発生をより防止できるようにしたり、印刷モードの変更等を行って想定される画質の低下を未然に防止することも可能となる。

上記構成において、第１電極を、満量液位に対応する位置からエンド判定液位に対応する位置までに渡って一連に配設し、また、前記第２電極を、少なくとも貯留空部の底部に配設することが望ましい。

この構成によれば、満量時からエンド判定時までに亘ってインピーダンス特性の変化を精度良く捉えることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体噴射装置として、インクジェット式記録装置（インクジェット式プリンタ）を例に挙げて説明する。

本実施形態におけるプリンタ１は、記録ヘッド２（本発明における液体噴射ヘッドの一種）及びインクカートリッジ３（本発明における液体貯留部材の一種）を搭載するキャリッジ４と、キャリッジ４に搭載された記録ヘッド２の下方に配設されたプラテン５と、キャリッジ４を記録紙６（吐出対象物の一種）の紙幅方向である主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構７と、主走査方向に直交する方向である副走査方向に記録紙６を搬送する紙送り機構８等を備えて概略構成されており、プリンタコントローラ３０（図４参照）の制御によりキャリッジ４を主走査方向に往復移動させながら記録ヘッド２のノズル開口からインク滴を吐出すると共に記録紙６を副走査方向に順次搬送することにより記録紙６にテキストや画像等を記録するように構成されている。

キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動するように構成されている。このキャリッジ４は、例えば熱可塑性樹脂によって成型された上面開放の箱状部材であり、図２に示すように、底部４ａに、記録ヘッド２を下向きに貫通させて取り付ける開口部１０を開設し、底部４ａの後側縁から起立した後側壁部４ｂの外面にガイドロッド９に嵌合する軸受部１１を有し、内部にはカートリッジホルダ１２を取り付けるようになっている。

カートリッジホルダ１２は、インクカートリッジ３を装着するためのカートリッジ配置面１４を有し、該カートリッジ配置面１４にインク供給針１５を突設し、カートリッジ配置面１４とは反対側の下面には、各インク供給針１５から導入したインクを記録ヘッド２に案内するインク案内路１６が設けられている。

記録ヘッド２は、ヘッドケース１８内部に圧電振動子（本発明における圧力発生手段の一種）を収納し、ヘッドケース１８の下端面には、複数のノズル開口が開設されたノズルプレート１７を有している。そして、この記録ヘッド２は、カートリッジホルダ１２のインク案内路１６から供給されたインクを、ヘッドケース１８内に形成されたインク供給路を介して、ノズル開口毎に設けられた圧力室内に導入し、圧電振動子の作動により圧力室内のインクをノズル開口からインク滴（液滴の一種）として吐出するように構成されている。

本実施形態のプリンタ１は、４種類のインク、具体的には、ブラック、シアン、マゼンタ、及び、イエローからなる４色の液体状のインク（本発明における液体の一種）を用いて記録を行う。各色のインクを貯留したインクカートリッジ３は、図３に示すように、中空箱体状のカートリッジ本体２０の内部に区画された貯留空部２１内にインクを収容している。カートリッジ本体２０の下部にはインク供給針１５を挿入するインク供給口２２が上記貯留空部２１と連通した状態で配設され、このインク供給口２２の下端部分にはインク供給針１５の外周面に弾性により密着するパッキン２３が設けられている。

カートリッジ本体２０の貯留空部２１内には、第１電極２５Ａ及び第２電極２５Ｂからなる一対のインク検出電極２５（本発明における液体検出電極に相当）が設けられている。このインク検出電極２５は、例えば、白金やグラッシーカーボン等の電気化学的に不活性な金属材料からなり、後述するインク残量の検出やインク種の検出に用いられる電極である。上記の第１電極２５Ａは、満量時のインクの液位（満量液位）に対応する位置Ｆから、インクがほぼ無くなった状態のインクエンド判定液位に対応する位置Ｅまでに渡って貯留空部２１の内壁面（内側面）に上下一連に配設されている。即ち、第１電極２５Ａは、満量時にインクとの接触面積が最も大きく、インク残量が少なくなるにしたがってインクとの接触面積が次第に減少するように構成されている。なお、第１電極２５Ａの下端は、貯留空部２１の底部よりも手前（上寄り）に配置している。これにより、インクが若干残っている状態でインクエンドと判定されるので、万一、インクカートリッジ３にインクが無い状態で吐出動作が行われることによってヘッドの流路内に気泡が侵入したり圧電振動子が発熱したりすることを未然に防止することができる。

また、第２電極２５Ｂは、貯留空部２１の底部に配設され、基準電極として機能する。この第２電極２５Ｂは、少なくとも満量時からインクエンドに至るまでインクと常に接触するように配設されていれば良い。換言すると、第２電極２５Ｂは、少なくとも貯留空部２１の底部に配設されていれば良く、また、底部から内側面に連続して延在するように配設しても良い。

本実施形態では、これらの電極２５Ａ，２５Ｂ間に、インピーダンス測定回路２８（図４参照）によって交流電流（交流信号の一種）が印加されるように構成されている。そして、電極２５Ａ，２５Ｂに交流信号を印加して得られるインピーダンス特性を利用してインク残量やインク種を検出する。この点の詳細については後述する。

また、インクカートリッジ３には接点付きＲＯＭ２６（以下、接点ＲＯＭ２６という。）が備えられている。この接点ＲＯＭ２６は、カートリッジ本体２０の外表面（底面若しくは側面）に設けられており、カートリッジ情報記憶素子として機能する。この接点ＲＯＭ２６は、不揮発性の情報記憶媒体によって構成され、そのカートリッジに関する固有情報が記憶されている。ここで、固有情報とは、そのカートリッジ専用の情報であり、少なくともそのカートリッジを特定可能な識別情報を含んでいる。例えば、製造番号、機種コード、製造年月日、装着回数、装着・取り外し日時等の情報が含まれている。また、この接点ＲＯＭ２６には、貯留空部２１内に貯留されているインクについての情報も記憶している。具体的には、インクの色、インクの種類（顔料、染料等の別）、後述するインピーダンス特性の情報等が含まれる。

図４は、プリンタ１の電気的な構成を示すブロック図である。本実施形態におけるプリンタ１は、プリンタコントローラ３０と、プリントエンジン３１と、インピーダンス測定回路２８（本発明における交流インピーダンス測定手段に相当）とで概略構成されている。また、このプリンタ１には、カートリッジホルダ１２に装着されたインクカートリッジ３の接点ＲＯＭ２６と導通する接点端子２７が設けられている。プリンタコントローラ３０は、ホストコンピュータ等の外部装置からの印刷データ等が入力される外部インタフェース（外部Ｉ／Ｆ）３２と、各種データ等を記憶するＲＡＭ３３と、各種制御のための制御プログラム等を記憶したＲＯＭ３４と、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュＲＯＭ等からなる不揮発性記憶素子３５と、ＲＯＭ３４に記憶されている制御プログラムに従って各部の統括的な制御を行う制御部３６（制御手段）と、クロック信号を発生する発振回路３７と、記録ヘッド２へ供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路３８と、印刷データをドット毎に展開することで得られた吐出データや駆動信号等を記録ヘッド２に出力するための内部インタフェース（内部Ｉ／Ｆ）３９とを備えている。

上記制御部３６は、外部装置から送信された印刷データをドットパターンに対応した吐出データに展開して記録ヘッド２に送信する。記録ヘッド２では、受信した吐出データに基づき、インク滴の吐出が行われる。また、制御部３６は、本発明における液体残量検出手段の一種として機能し、インピーダンス測定回路２８によって測定されたインピーダンス特性に基づいて各インクカートリッジ３におけるインク消費量（本発明における液体消費量）を検出する。さらに、制御部３６は、本発明における液種検出手段の一種としても機能し、インピーダンス測定回路２８と連動して各インクカートリッジ３の貯留空部２１に貯留されているインクの種類を検出する。

駆動信号発生回路３８は、記録ヘッド２の圧電振動子４６を駆動するための駆動信号を発生する駆動信号発生手段として機能する。この駆動信号発生回路３８から発生する駆動信号は、プリンタ１で使用可能な記録モード（例えば、高速記録モードや高解像度記録モード等）毎に設定されている。さらに、各記録モードの駆動信号は、記録紙上に形成するドットの大きさ（大ドット、中ドット、小ドット）毎に定められた駆動パルスや、インク滴を吐出させない程度にノズル開口に露出したメニスカスを微振動させるための微振動パルスを一つの記録周期（吐出周期）内に含んで構成されている。

プリントエンジン３１は、記録ヘッド２と、キャリッジ移動機構７と、紙送り機構８と、リニアエンコーダ１０とから構成されている。記録ヘッド２は、吐出データがセットされるシフトレジスタ４１と、シフトレジスタ４１にセットされた吐出データをラッチするラッチ回路４２と、ラッチ回路４２からの吐出データを翻訳してパルス選択データを生成するデコーダ４３と、電圧増幅器として機能するレベルシフタ４４と、圧電振動子４６に対する駆動信号の供給を制御するスイッチ回路４５と、圧電振動子４６とを備えている。

上記の接点端子２７は、インクカートリッジ３のカートリッジホルダ１２への装着状態で接点ＲＯＭ２６と電気的に接続可能に構成されている。そして、この接点端子２７はプリンタコントローラ３０の制御部３６に電気的に接続されているので、インクカートリッジ３が装着されると、制御部３６は、接点ＲＯＭ２６に記録された各種の情報を読み出すことができる。従って、この制御部３６は、接点ＲＯＭ２６の記録情報が読み出せるか否かにより、インクカートリッジ３のカートリッジホルダ１２への装着状態を検出できる。また、制御部３６は、インクカートリッジ３の装着状態において、接点ＲＯＭ２６に記録された各種の情報を書き換えることもできる。

インピーダンス測定回路２８は、インクカートリッジ３のカートリッジホルダ１２への装着状態でインク検出電極２５（第１電極２５Ａ及び第２電極２５Ｂ）と電気的に接続されるようになっている。このインピーダンス測定回路２８は、図示しない交流電流源、電圧測定部、及び位相測定部等を備え、インクカートリッジ３の第１電極２５Ａ及び第２電極２５Ｂに所定の周波数の交流電流Ｉ（ｔ）を供給し、この電流Ｉ（ｔ）の値と電極２５Ａ，２５Ｂ間に生じる電圧Ｖ（ｔ）の値との関係から交流インピーダンス法（複素インピーダンス法）によって、電極２５Ａ，２５Ｂとこれらの間に存在するインクとから成るセルの複素インピーダンス特性（以下、単にインピーダンス特性という）を測定する。具体的には、インピーダンス測定回路２８は、インピーダンス特性としてインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜（以下、適宜、単にインピーダンスという）、抵抗成分（実数部）Ｒ、リアクタンス成分（虚数部）Ｘ、位相θ（交流電圧と交流電流との位相差）等の情報を取得する。

次に、上記構成のプリンタ１におけるインク残量の検出について説明する。本実施形態においては、インピーダンス測定回路２８によって得られるインピーダンスを利用して、インクカートリッジ３のインク残量を検出する構成を例示する。

図５及び図６は、満量時（Ｆｕｌｌ）とインクエンド時（Ｅｍｐｔｙ）におけるインピーダンスの周波数特性を例示する図であり、横軸は交流信号（交流電流Ｉ（ｔ））の周波数〔Ｈｚ〕、縦軸はインピーダンス〔Ω〕である。また、図５は顔料系シアンインクの例を、図６は顔料系マゼンタインクの例を、それぞれ示している。なお、各図において「＃」の後の数字は測定回数である。即ち、再現性が得られるか否かの確認のために複数回の試験を行っており、その結果、十分に再現性が得られることが判った。本実施形態では、０．１Ｈｚ〜１００００Ｈｚの範囲で交流信号の周波数を変化させて測定を行っている。各図に示すように、満量時では、第１電極２５Ａとインクとの接触面積が最も大きいため、インピーダンスの値は、各周波数において最小となる。これに対し、インクエンド時では、第１電極２５Ａとインクとの接触面積が最も小さくなるため、インピーダンスの値は、各周波数において最大となる。そして、各図からは、インピーダンスの周波数特性を示すカーブの形状は、インク残量に拘らず、ほぼ一定であることが判る。

上記プリンタ１では、この特性を利用して、各インクカートリッジ３内のインク残量を算出するようになっている。具体的には、各インクカートリッジ３について、予め、特定の周波数における満量時とインクエンド時のインピーダンスの値を測定し、これらを基準インピーダンスとして接点ＲＯＭ２６に記憶させている。そして、液体残量検出手段としての制御部３６は、インピーダンス測定回路２８によって測定された上記の特定周波数におけるインピーダンスの値と、接点ＲＯＭ２６から読み出した基準インピーダンスの値との比較によってインク残量を算出する。例えば、インピーダンス測定回路２８によって測定されたインピーダンスの周波数１００００Ｈｚにおける値Ｚｘが１０００〔Ω〕であり、また、同周波数における満量時の基準インピーダンスＺｆとインクエンド時の基準インピーダンスＺｅの値がそれぞれ８００〔Ω〕、４０００〔Ω〕である場合、満量時５００〔ｇ〕のインクを貯留するインクカートリッジ３のインク残量Ｒｉは、以下のようにして求められる。
Ｒｉ＝５００＊[１−（１０００−８００）／（４０００−８００）]≒４６９〔ｇ〕
なお、本実施形態では、満量時とインクエンド時の基準インピーダンスを用いてインク残量を算出する例を示したが、これには限られず、満量時とインクエンド時の基準インピーダンスに加え、さらに異なる残量で測定して得られた基準インピーダンスとの比較によりインク残量を求めるようにすることもできる。これにより、インク残量をより高い精度で検出することが可能となる。

このようにして、インク残量Ｒｉを算出したならば、算出したインク残量を、例えば、プリンタ１の筐体表面に設けられた液晶表示部に数値や模式的なグラフィック等として表示させる。制御部３６により算出されたインク残量の情報は、外部Ｉ／Ｆ３２を介してホストコンピュータ等の外部装置にも出力される。外部装置では、印刷用ドライバソフトにより、プリンタ１側からのインク残量情報に基づいて各インクカートリッジ３内のインク残量の表示処理が行われる。また、制御部３６は、計算の結果、Ｒｉの値が０となった、即ち、インクカートリッジ３内のインクが無くなった（インクエンドとなった）と判定した場合、別途、インクカートリッジの交換を促す警告表示等を行う。また、Ｒｉの値が０に近づいたとき（例えば、数〔ｇ〕となったとき）には、インクが残り僅かになった旨を警告するようにしてもよい。

以上のように、インク残量に応じてインピーダンスが変化することを利用して、各インクカートリッジ３内のインク残量を算出するので、例えば、インク滴の吐出回数に設計値（設計上の液量）を乗じて得られる計算上のインク消費量に基づいてインク残量を求める従来の構成と比較して、より誤差の少ないインク残量を検出することができる。これにより、使用者に対してより正確なインク残量を報知することが可能となる。その結果、インクカートリッジ内のインクを無駄なく使用することができる。

次に、上記構成のプリンタ１におけるインク種の検出について説明する。本実施形態においては、インピーダンス測定回路２８によって得られるインピーダンスの位相θを利用して、インクカートリッジ３に貯留されているインクの種類を検出する構成を例示する。

図７は、満量時におけるインピーダンスの位相θの周波数特性を例示する図であり、横軸は交流信号の周波数〔Ｈｚ〕、縦軸はインピーダンスの位相〔°〕である。また、同図では、顔料系シアンインク（Cyan Pigment）、顔料系マゼンタインク（Magenta Pigment）、染料系シアンインク（Cyan Dye）、及び、染料系マゼンタインク（Magenta Dye）の合計４種類のインクについての位相の周波数特性を例示している。この位相θの周波数特性についても、上記のインピーダンス｜Ｚ｜の場合と同様に、０．１Ｈｚ〜１００００Ｈｚの範囲で交流信号の周波数を変化させて測定を行っている。各図に示すように、位相の周波数特性を示すカーブは、インクの種類（色、顔料又は染料の別）に応じて固有の形状を呈する。これらのカーブは、図８に示すように、インク残量の多少に拘らずほぼ一定の形状を保つ。なお、図８では、顔料系シアンインクの例を示している。

プリンタ１では、上記の特性を利用して、各インクカートリッジ３に貯留されているインクの種類（インク種）を検出するようになっている。本実施形態においては、インク（純正インク）の種類毎に、複数の異なる周波数、例えば、１〔Ｈｚ〕、１００〔Ｈｚ〕、１００００〔Ｈｚ〕の３点で測定した位相（基準位相）を記述した位相テーブルを、インクカートリッジ３の接点ＲＯＭ２６若しくはプリンタコントローラ３０の不揮発性記憶素子３５に記憶させている。なお、この基準位相は、複数回の測定により得られた測定結果の平均値である。また、この基準位相と各測定結果とに基づいて標準偏差を算出し、これを基準位相と対応付けて位相テーブルに記述している。

そして、プリンタコントローラ３０の制御部３６は、本発明における液種検出手段として機能し、インピーダンス測定回路２８によって測定された上記の各周波数における位相θと基準位相θｂとの比較によってインク種を検出する。具体的には、各周波数について、それぞれ位相θがθｂ±３σの範囲に入るか（即ち、−３σ≦θｂ≦３σを満たすか）否かを判定し、判定結果に応じて、インクカートリッジ３に貯留されているインクの種類、具体的には、インクの色、顔料又は染料の別、純正又は非純正の別等を検出する。例えば、インクカートリッジ３に本来貯留されているべきインク（使用想定インク）が、顔料系シアンインクである場合、まず、この顔料系シアンインクに対応する基準位相θｂと、これに対応する標準偏差σを読み出し、測定された位相θがθｂ±３σの範囲内に入っているか否かについて上記３点の周波数毎に適合判定を行う。

判定の結果、各周波数の何れにおいても位相θがθｂ±３σの範囲内に入る場合、制御部３６は、当該インクカートリッジ３に貯留されているインクが使用想定インクである顔料系シアンインクであると認識する。一方、判定の結果、上記３点の周波数の何れか１つでも位相θがθｂ±３σの範囲内に入っていない場合、制御部３６は、インクカートリッジ３に貯留されているインクが、使用想定インクである顔料系シアンインクに適合しないと認識する。この場合、制御部３６は、次に、位相テーブルから他の種類のインクに対応する基準位相θｂ及びこれに対応する標準偏差σを読み出し、この基準位相θｂとの上記の比較を順次行う。比較の結果、上記３点の周波数の何れにおいても位相θがθｂ±３σの範囲内に入っている場合、インクカートリッジ３に貯留されているインクは、当該基準位相θに対応する種類のインクであると認識する。この場合、制御部３６は、インクカートリッジ３に貯留されているインクが、使用想定インクとは異なる旨を使用者に対して警告する等の処理を行うことができる。

また、位相テーブルに記述されている全種類のインクの基準位相θとの比較の結果、インクカートリッジ３に貯留されているインクが何れのインクにも適合しなかった場合、制御部３６は、当該インクを非純正のインクであると認識する。この場合、非純正のインクである旨を使用者に対して注意を促す表示を行ったり、非純正のインクである旨を示す情報を接点ＲＯＭ２６に記憶させることで、例えば、この情報に基づきクリーニング等のメンテナンス処理の設定を最適化して、非純正インクによるノズル開口の目詰まりの発生を未然に防止するようにしたり、印刷モードの変更等を行って想定される画質の低下を未然に防止することも可能となる。

以上のように、インピーダンス測定回路２８によって測定された上記の各周波数における位相θと、位相テーブルに記述されている基準位相θｂとの比較によって、プリンタ１からインクカートリッジ３を取り外すことなく当該インクカートリッジ３に貯留されているインクの種類を認識することができる。そして、プリンタ１では、貯留されているインクに応じた処理を行うことができる。

ところで、上記実施形態では、インピーダンスの大きさ｜Ｚ｜を利用してインク残量を算出する構成と、インピーダンスの位相θを利用してインク種を検出する構成をそれぞれ例示したが、インピーダンス測定回路２８から得られるインピーダンス特性に関する各種の情報を利用すれば、種々の方法によりインク残量やインク種を検出することができる。以下、本発明の第２実施形態について説明する。

この第２実施形態において、制御部３６は、液体残量検出手段として機能し、インク検出電極２５及びインクを１つのセルとみなし、このセルを近似した等価回路モデルを作成し、この等価回路モデルに対してインピーダンス測定回路２８によって測定されたインピーダンス特性（抵抗成分、リアクタンス成分）に基づき各パラメータ（抵抗値、容量値）を決定し、決定した各パラメータとインク残量との相関に基づいてインク残量を検出する。

図９は、上記セルに関する最も基本的な等価回路を示している。この例では、抵抗Ｒｕと、抵抗Ｒｐ及びコンデンサＣｆの並列回路との組み合わせで等価回路が構成されている。そして、制御部３６は、インピーダンス測定回路２８によって測定されたインピーダンス特性に基づいて上記等価回路を構成する各素子のパラメータのフィッティングを行う。このパラメータのフィッティングには、非線形最小二乗法（例えば、Levenberg-Marquardt法）等のアルゴリズムを用いることができる。

図１０は、顔料系シアンインクについて、予め等価回路に対するフィッティングを行うことにより得られたパラメータ（基準パラメータ）と、各基準パラメータの比（Ｒｕ／Ｒｐ，Ｒｕ／Ｃｆ，Ｒｐ／Ｃｆ）をインク残量（満量時及びほぼ満量時からインクエンドまでの４点）毎に表した図である。同図に示すように、各基準パラメータの値は、インク残量に応じて変化し、特に、Ｃｆの値の変化よりも、抵抗値Ｒｕ，Ｒｐの値の変化が大きいことが分かる。本実施形態においては、Ｃｆに対するＲｕ又はＲｐの比、即ち、Ｒｕ／Ｃｆの値又はＲｐ／Ｃｆの値と、インク残量との相関により、インク残量を検出する。具体的には、例えば、Ｒｐ／Ｃｆの値とインク残量との相関を示す相関式（近似式）を上記接点ＲＯＭに記憶させておく。そして、液体残量検出手段としての制御部３６は、インピーダンス測定回路２８から得られるインピーダンス特性と等価回路に基づいてＲｐ／Ｃｆを取得し、この値を相関式に代入することでインク残量を検出する。

また、図１１は、上記パラメータのうち、Ｒｕ／Ｃｆ（横軸）とＲｐ／Ｃｆ（縦軸）との関係を示す図である。このＲｕ／ＣｆとＲｐ／Ｃｆの関係を表す曲線は、上述の位相の周波数特性と同様に、インクの種類に応じて定まる。この図１１に示す顔料系シアンインクの場合と、例えば、図１２に示す染料系シアンインクの場合とを比較すると、Ｒｕ／Ｃｆ及びＲｐ／Ｃｆのそれぞれが採る値の範囲やその変化の仕方は、両者で異なることが判る。

このようなインクの種類に応じて定まるパラメータの特性を利用して、液種検出手段としての制御部３６は、インクカートリッジ３に貯留されているインクの種類を検出する。即ち、本実施形態では、上記Ｒｕ／ＣｆとＲｐ／Ｃｆの関係を基準パラメータの特性として用いて、インクカートリッジ３に貯留されているインクの種類を検出するようになっている。より具体的には、上記Ｒｕ／ＣｆとＲｐ／Ｃｆの関係を示す関係式（図１１の顔料系シアンインクの例では、近似式であるｙ＝６０．１７９ｅ^{０．００３４ｘ}）を基準パラメータの特性としてインク種類別に接点ＲＯＭ２６又は不揮発性記憶素子３５等に予め記憶させておき、制御部３６は、インピーダンス測定回路２８から得られるインピーダンス特性と等価回路に基づいて算出したＲｕ／ＣｆとＲｐ／Ｃｆが上記関係式を満たすか否かを判定する。

例えば、使用想定インクが顔料系シアンインクである場合、まず、この顔料系シアンインクに対応する関係式を読み出し、この関係式におけるｘにＲｕ／Ｃｆの値を代入して得られたｙ値と、Ｒｐ／Ｃｆの値とを比較することにより適合判定を行う。この場合において、Ｒｐ／Ｃｆの値が、許容誤差範囲内（例えば、ｙ値±５０％）であれば、制御部３６は、当該インクカートリッジ３に貯留されているインクが顔料系シアンインクであると認識する。一方、判定の結果、Ｒｐ／Ｃｆの値が、許容誤差範囲外となる場合、制御部３６は、当該インクカートリッジ３に貯留されているインクが、貯留されているべき顔料系シアンインクに適合しないと認識する。この場合、制御部３６は、次に、他の種類のインクに対応する関係式を読み出し、この関係式から得られたｙ値とＲｐ／Ｃｆの値との比較を順次行う。比較の結果、Ｒｐ／Ｃｆの値が許容誤差範囲内に入っている場合、インクカートリッジ３に貯留されているインクは、当該関係式に対応する種類のインクであると認識し、また、全種類のインクの関係式に基づいて得られたｙ値との比較の結果、Ｒｐ／Ｃｆの値が何れも許容誤差範囲外となる場合、制御部３６は、当該インクカートリッジ３に貯留されているインクを非純正のインクであると認識する。

以上のように、インクカートリッジ３のインク検出電極２５（第１電極２５Ａ及び第２電極２５Ｂ）に対して交流インピーダンス法によってインピーダンス特性を測定し、これにより得られる各種のデータを分析することにより、高精度にインク残量やインク種を検出することができる。

ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。

例えば、上記第２実施形態における等価回路に関し、当該実施形態で例示したものには限られない。より複雑な等価回路を用いてパラメータのフィッティングを適切に行えば、より精度良くインク残量やインク種を検出することが可能となる。

また、本発明は、液体を貯留した液体貯留部材を使用する液体噴射装置であれば、上記プリンタ１に限らず、プロッタ、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体噴射装置、例えば、ディスプレー製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。

プリンタの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの構成を説明する断面図である。 インクカートリッジの構成を説明する断面図である。 プリンタの電気的な構成を説明するブロック図である。 顔料系シアンインクについてのインピーダンスの周波数特性を例示する図である。 顔料系マゼンタインクについてのインピーダンスの周波数特性を例示する図である。 ４種類のインクについての位相の周波数特性を例示する図である。 顔料系シアンインクについての位相の周波数特性を例示する図である。 等価回路の例を説明する図である。 顔料系シアンインクについて等価回路に対するフィッティングによって得られたパラメータの値と、各パラメータの比を示す図である。 顔料系シアンインクについての基準パラメータの特性を示す図である。 染料系シアンインクについての基準パラメータの特性を示す図である。

符号の説明

１…プリンタ，１２…記録ヘッド，３…インクカートリッジ，２０…カートリッジ本体，２１…貯留空部，２５…インク検出電極，２６…接点ＲＯＭ，２８…インピーダンス測定回路，３５…不揮発性記憶素子

Claims (5)

1. 貯留空部に液体を貯留した液体貯留部材と、
   該液体貯留部材に貯留されている液体を圧力室に導入し、圧力発生手段を駆動して圧力室内に圧力変動を生じさせることによりノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドと、を有する液体噴射装置であって、
   前記液体貯留部材の貯留空部内に設けられた第１電極及び第２電極からなる一対の液体検出電極と、
   前記液体検出電極に対して交流信号を印加して交流インピーダンス測定を行う交流インピーダンス測定手段と、
   前記交流インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの特性に基づいて前記液体貯留部材に貯留されている液体の残量を検出する液体残量検出手段と、
   を備え、
   前記液体残量検出手段は、前記交流インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの大きさと、満量時及びエンド判定時の基準インピーダンスとの比較により、前記液体貯留部材に貯留されている液体の残量を検出することを特徴とする液体噴射装置。
2. 貯留空部に液体を貯留した液体貯留部材と、
   該液体貯留部材に貯留されている液体を圧力室に導入し、圧力発生手段を駆動して圧力室内に圧力変動を生じさせることによりノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドと、を有する液体噴射装置であって、
   前記液体貯留部材の貯留空部内に設けられた第１電極及び第２電極からなる一対の液体検出電極と、
   前記液体検出電極に対して交流信号を印加して交流インピーダンス測定を行う交流インピーダンス測定手段と、
   前記交流インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの特性に基づいて前記液体貯留部材に貯留されている液体の残量を検出する液体残量検出手段と、
   を備え、
   前記液体残量検出手段は、前記交流インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの特性に応じて、前記液体検出電極及び液体から成るセルを近似した等価回路モデルに対してパラメータを決定し、当該パラメータと液体残量の相関に基づいて液体の残量を検出することを特徴とする液体噴射装置。
3. 貯留空部に液体を貯留した液体貯留部材と、
   該液体貯留部材に貯留されている液体を圧力室に導入し、圧力発生手段を駆動して圧力室内に圧力変動を生じさせることによりノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドと、を有する液体噴射装置であって、
   前記液体貯留部材の貯留空部内に設けられた第１電極及び第２電極からなる一対の液体検出電極と、
   前記液体検出電極に対して交流信号を印加して交流インピーダンス測定を行う交流インピーダンス測定手段と、
   前記交流インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの特性に基づいて前記液体貯留部材に貯留されている液体の種類を検出する液種検出手段と、
   を備え、
   前記交流インピーダンス測定手段は、前記交流信号の周波数を変化させて交流インピーダンス測定を複数回行い、
   前記液種検出手段は、前記交流インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの位相の周波数特性と、液体種類に応じた基準位相の周波数特性との比較により、前記液体貯留部材に貯留されている液体の種類を検出することを特徴とする液体噴射装置。
4. 貯留空部に液体を貯留した液体貯留部材と、
   該液体貯留部材に貯留されている液体を圧力室に導入し、圧力発生手段を駆動して圧力室内に圧力変動を生じさせることによりノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドと、を有する液体噴射装置であって、
   前記液体貯留部材の貯留空部内に設けられた第１電極及び第２電極からなる一対の液体検出電極と、
   前記液体検出電極に対して交流信号を印加して交流インピーダンス測定を行う交流インピーダンス測定手段と、
   前記交流インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの特性に基づいて前記液体貯留部材に貯留されている液体の種類を検出する液種検出手段と、
   を備え、
   前記液種検出手段は、前記交流インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの特性に応じて、前記液体検出電極及び液体から成るセルを近似した等価回路モデルに対してパラメータを決定し、当該パラメータと、液体種類に応じて定まる基準パラメータの特性とに基づいて液体の種類を検出することを特徴とする液体噴射装置。
5. 前記第１電極は、満量液位に対応する位置からエンド判定液位に対応する位置までに渡って一連に配設され、また、前記第２電極は、少なくとも貯留空部の底部に配設されたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の液体噴射装置。
   

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