JP2010120338A

JP2010120338A - 液体供給システム及びインクジェット装置

Info

Publication number: JP2010120338A
Application number: JP2008298170A
Authority: JP
Inventors: Koichi Serizawa; 孝一芹澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2010-06-03

Abstract

【課題】長い流路で液体を供給する場合でも素早く確実に容器内の液体の有無を検出することができる手法の提供。
【解決手段】液体を収容する容器に接続され液体（１０１）を供給するための流路（１０４）と、流路内（１０４）の液体（１０１）に接し電極間に電圧が印加される電極対（１０２）を備え、流路（１０４）の流れに沿った複数の異なる箇所において、電極対（１０２）の異なる複数の部位が液体（１０１）に接するようにする。容器から流路（１０４）に液体を供給する際に、電極対（１０２）による経時的な検知信号変化から、容器内の液体の有無を検出する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、インクジェット装置等で液体の残量を検出する技術分野に関する。

インクジェット装置におけるインク残（有無）を検知するために、一対の電極対（以下、電極対と言う）をインクに浸して、電極間に電圧を印加して電流を検知する方法が知られている。（特許文献１参照）
特開平９−１８７９６１号公報

特許文献１は、インク容器とヘッドとが一体になったインクカートリッジにおいて、カートリッジ内のインク容器とヘッドの間に電極を設けて、インクの有無を検出するものである。

これに対して、大判プリンタや産業用プリント装置においては、大量のインクを消費するため、大容量のインクを貯蔵する容器が必要になる。そこで、大容量のインク容器とインクジェットヘッドとを別体として、それらの間をチューブなどで接続して長い流路を介してインクを供給する供給システムが一般的である。

このような長い流路を持ったシステムにおいて、流路の途中に電極を設けてインクの有無を検出する際には、温度や湿度によるインク粘度の変化等の要因で、電極が検知する信号が微弱になって検知感度が不足する場合がある。これはインク容器が空になったことを素早く検知することの妨げになる。

本発明は上述の課題の認識に基づいてなされたものである。本発明の目的は、液体を収容する容器から長い流路を介して液体を供給する液体供給システムにおいても、素早く確実に容器内の液体の有無を検出することができる手法の提供である。更なる目的は、この液体供給システムを有する優れたインクジェット装置の提供である。

上記課題を解決する本発明の液体供給システムは、液体を収容する容器に接続され、前記容器から液体を供給するための流路と、前記流路内の液体に接し、電極間に電圧が印加される電極対と、前記電極対による検知信号から前記容器内の液体の有無を検出する手段とを有し、前記流路の流れに沿った複数の異なる箇所において、前記電極対の異なる複数の部位が液体に接するようにしたことを特徴とするものである。

本発明によれば、液体を収容する容器から長い流路を介して液体を供給する液体供給システムにおいても、素早く確実に容器内の液体の有無を検出することができる。またこの液体供給システムを有する優れたインクジェット装置を提供することができる。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示する。ただしこの実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する主旨のものではない。

本発明の液体供給システムは、液体としてインクを吐出させるインクジェット装置に用いるのが好適である。インクジェット装置は、例えばプリンタ（プリンタ複合機を含む）や、カラーフィルタや電子デバイス等の製造装置、捺染装置などの産業用プリント装置、噴霧装置である。

図１は、インクジェット装置の液体供給システムの構成を模式的に示す図である。多量のインクを収容する容器１０５（メインタンク）と、少量のインクを収容する容器１０９（サブタンク）を有し、これらの間を液体を供給するための流路１０４で接続している。大容量の容器１０５は装置に固定している。小容量の容器１０９には、インクジェットヘッド１１０を取り付けて、プリントの際に容器１０９とインクジェットヘッド１１０が一体になってメディアに対して移動する。インクジェットヘッド１１０は、インクジェット方式によってメディア１１１に対してインクを吐出する。インクジェット方式は、発熱体を用いた方式、ピエゾ素子を用いた方式、静電素子を用いた方式、ＭＥＭＳ素子を用いた方式など、さまざまな方式を用いることができる。メディア１１１は、プリンタであれば紙やプラスチックシート、製造装置であればガラス基板やプリント基板、捺染装置であれば布地である。

流路１０４は長い経路長を有し、ゴムやビニールから成るフレキシブルなチューブあるいはモールド等で形成している。流路１０４の途中にはポンプ１０６を設けている。ポンプ１０６は流路内でインクを移動させるための動力源であり、インク１０１の供給をコントロールする。コントローラ１１２はＣＰＵ、メモリ、各種Ｉ／Ｏインターフェースを備え、装置全体の各種の制御を司る。

流路１０４の途中で、ポンプ１０６の下流側には、流路内の液体に接するように２本の電極からなる電極対１０２を設けている。この電極対１０２は直流の電源１０３に接続して電極間に電圧を印加する。電流検知回路１０８は、電極対１０２の２本の電極間に流れる電流を検知する回路である。

電極対１０２に流れる電流を検知してインクを検出する際に、電極対１０２にインクが接触する表面積が増えるほどに電流検知の感度が上がる。そこで感度を上げるために、流路１０４の形状及び電極対１０２の形状を工夫している。以下にいくつかの例を示す。

図２は流路形状と電極対の関係を示す第１の例を示す。図３は図２を上から見た図である。流路１０４は、チューブを渦巻き状に複数回巻いた形状を有している。その渦巻きに対して電極対１０２の各電極を、中心対称な２箇所で上から下に貫通した構成となっている。これにより、流路１０４の流れに沿った複数の異なる箇所において、電極対１０２の異なる複数の部位がインクに接する。結果として、電極対１０２に対するインクの接触面積がトータルで増大し、電流検知の感度が向上する。電気的には、複数の各箇所での電極間がそれぞれある抵抗値を持った並列回路と等価とみなすことができ、全体の抵抗値は並列回路の合成抵抗値の公式から算出することができる。また、流路１０４の渦巻きを、重力方向に沿った鉛直軸を中心として、上から下に巻くようにしたので、複数の各箇所の間でインクは重力に逆らうことなく流れ、流路１０４内でのインクの片溜まりを防ぐことができる。

図４は流路形状と電極対の関係を示す第２の例を示す。図５は図４を上から見た図である。流路１０４は、複数回１８０度方向に折り返し、蛇行を複数回繰り返した形状の経路を有する。その蛇行経路に対して電極対１０２の各電極が貫通した構成となっている。これにより、流路１０４の流れに沿った複数の異なる箇所において、電極対１０２の異なる複数の部位がインクに接する。結果として、電極対１０２に対するインクの接触面積がトータルで増大し、電流検知の感度が向上する。電気的には、複数の各箇所での電極間がそれぞれある抵抗値を持った並列回路と等価とみなすことができ、全体の抵抗値は並列回路の合成抵抗値の公式から算出することができる。また、流路１０４は水平な面内で蛇行するように配置したので、複数の各箇所の間でインクは重力に逆らうことなく流れ、流路１０４内でのインクの片溜まりを防ぐことができる。

図６は流路形状と電極対の関係を示す第３の例を示す。図７は図６を上から見た図である。流路１０４は、複数回９０度方向に折り返し蛇行した経路を有する形状であり、入口と出口に対する角度は４５度である。この蛇行経路に対して電極対１０２の各電極が貫通した構成となっている。これにより、流路１０４の流れに沿った複数の異なる箇所において、電極対１０２の異なる複数の部位がインクに接する。結果として、電極対１０２に対するインクの接触面積がトータルで増大し、電流検知の感度が向上する。電気的には、複数の各箇所での電極間がそれぞれある抵抗値を持った並列回路と等価とみなすことができ、全体の抵抗値は並列回路の合成抵抗値の公式から算出することができる。また、流路１０４は水平な面内で蛇行するように配置したので、複数の各箇所の間でインクは重力に逆らうことなく流れ、流路１０４内でのインクの片溜まりを防ぐことができる。なお、折り返し角度は９０度以外の角度としてもよく、１８０度とすれば先の第２の例と同一となる。

図８は流路形状と電極対の関係を示す第４の例を示す。図９は図８を上から見た図である。流路１０４は、入口の付近で２経路に分岐し、出口の付近で２経路が合流する形状を有している。分岐した２経路に対して電極対１０２の各電極が側方から貫通する構成となっている。なお、分岐する数は２経路に限らず、３経路以上に分岐するようにしてもよい。これにより、流路１０４の流れに沿った複数の異なる箇所において、電極対１０２の異なる複数の部位がインクに接する。結果として、電極対１０２に対するインクの接触面積がトータルで増大し、電流検知の感度が向上する。電気的には、複数の各箇所での電極間がそれぞれある抵抗値を持った並列回路と等価とみなすことができ、全体の抵抗値は並列回路の合成抵抗値の公式から算出することができる。また、流路１０４は水平な面内で分岐するように配置したので、複数の各箇所の間でインクは重力に逆らうことなく流れ、流路１０４内でのインクの片溜まりを防ぐことができる。

図１０は流路形状と電極対の関係を示す第５の例を示す。図１１は図１０を上から見た図である。上述の各例とは異なり、流路１０４でなく電極対１０２の形状に工夫を加えたものである。流路１０４は直線状である。これに対して電極対１０２は、各々が櫛歯形状の電極が、左右から互いに噛み合って対向するように構成している。これにより、流路１０４の流れに沿った複数の異なる箇所において、電極対１０２の異なる複数の部位がインクに接する。結果として、電極対１０２に対するインクの接触面積がトータルで増大し、電流検知の感度が向上する。電気的には、複数の各箇所での電極間がそれぞれある抵抗値を持った並列回路と等価とみなすことができ、全体の抵抗値は並列回路の合成抵抗値の公式から算出することができる。また、流路１０４は水平な面内に直線状に流れるよう配置したので、複数の各箇所の間でインクは重力に逆らうことなく流れ、流路１０４内でのインクの片溜まりを防ぐことができる。

（残量検出のシーケンス）
インクジェット装置がインクを消費して、容器１０５内のインク残が残り僅かになると、容器１０５から供給して流路１０４内に流れるインクに気泡が混入する。残量が無くなるに従って気泡の数や気泡の体積が増加し、最終的には流路１０４内は気体だけとなる。この現象を、電極対１０２の検知信号の経時的な変化によって捉えることで、容器１０５内のインクの残量が無くなることを早期に検出することができる。

図１２（ａ）は、容器１０５にまだ十分なインク１０１が残っており、流路１０４に気泡が全く入り込んでいない状態である。この場合、電極対１０２の電極間にはインク１０１が絶えず満たされているので、検知信号は高い一定値を示す。なお、同図は模式図であり、実際には上述したように、流路１０４の流れに沿った複数の異なる箇所において、電極対１０２の異なる複数の部位がインク１０１に接している。

容器１０５のインク残が空に近づくと、図１２（ｂ）や図１２（ｃ）に示すように、流路１０４内のインク１０１の流れの中に、複数の気泡１０７が連続して混入して、電極対１０２を気泡が通過するのに伴って経時的に検知信号が変動する。

図１３は、複数の気泡１０７が電極対１０２を通過するのに伴う検知信号波形の例を示す。断続的に流れ来る気泡１０７の影響で検知信号の強度が変動する。流路１０４の流れに沿った電極対１０２がインクと接する複数の異なる箇所において、一箇所でも電極間が気泡となればそこでの抵抗値は大きな値となる。そのため、並列回路の合成抵抗値の公式（１／Ｒ＝１／Ｒ_１＋１／Ｒ_２＋１／Ｒ_３＋・・・）より、合計の抵抗値が増大して、信号強度は低下する。気泡となる電極間の数が増えるほどに信号強度は小さくなり、すべての箇所の電極間が気泡になると、図１２（ｅ）のように信号強度はゼロに近くなる。この検知信号に対して、ある所定の閾値を設定して、検知信号と閾値の大小関係が逆転する回数をカウントする。カウントが所定の回数に達したら、容器１０５内のインクが無くなりかけていると判断する。すなわち、経時的な信号変化を検出して気泡の増加という予兆を捉えることで、完全に流路内のインクが無くなる時点よりも前に素早く、容器内のインク残の有無を検出するものである。

図１４は、インク残を検出するシーケンスを示すフローチャート図である。コントローラ１１２の制御によって以下のシーケンスを実行する。

ＳＴＥＰ２０１でスタートすると、ＳＴＥＰ２０２でポンプ１０６の動作を開始する。ＳＴＥＰ２０３では、カウンタＸ（電極対１０２の検知信号と閾値の大小関係の変化した回数をカウントする）とカウンタＴ（電極対１０２の検知信号が閾値以下の状態だった時間をカウントする）を共に０にリセットする。

ＳＴＥＰ２０４では、容器１０５から供給したインク１０１が流路１０４内に移動するのを待つ。ＳＴＥＰ２０５で、カウンタＴが規定値よりも少ないかを判断する。カウンタＴが規定値未満でない場合はＳＴＥＰ２０９に進み、ポンプ動作を停止する。最初はＴ＝０なので、ＳＴＥＰ２０６に移行する。ＳＴＥＰ２０６では、電極対１０２の検知信号を取得する。

ＳＴＥＰ２０７（判断処理１）では、読み取った電極対１０２の検知信号と予め設定した閾値の大小関係を比較する。電極対１０２の検知信号と閾値の大小関係が変化した場合（Ｙｅｓ）はＳＴＥＰ２０８移行する。

ＳＴＥＰ２０８では、電極対１０２の検知信号と閾値の大小関係の変化回数と予め設定した所定値Ｎとを比較し、Ｎ回未満の場合（Ｎｏ）はＳＴＥＰ２１０へ移行する。ＳＴＥＰ２１０では、カウンタＸを１つ繰り上げると共に、カウンタＴを０にリセットする。そして、ＳＴＥＰ２０４に戻る。一方、ＳＴＥＰ２０８の比較で変化回数がＮ回以上である場合（Ｙｅｓ）は、容器１０５内のインク１０１が無くなって流路１０４内の気泡数が増えたと判断して、ＳＴＥＰ２０９に移行してポンプ１０６を停止する。ここでは、所定値Ｎは、例えばＮ＝５とする。

また、ＳＴＥＰ２０７（判断処理１）で、読み取った電極対１０２の検知信号とある閾値の大小関係に変化がなかった場合（Ｎｏ）は、ＳＴＥＰ２１１（判断処理２）に移行する。ＳＴＥＰ２１１では、電極対１０２の検知信号と閾値とを比較し、電極対１０２の検知信号が閾値以上の場合（Ｎｏ）は、何もせずにＳＴＥＰ２０４へ戻る。一方、閾値未満の場合（Ｙｅｓ）は、ＳＴＥＰ２１２に移行してカウンタＴを１つ繰り上げて、ＳＴＥＰ２０４に戻る。

ＳＴＥＰ２０４の次はＳＴＥＰ２０５へ進み、カウンタＴが規定値より大きい場合（Ｎｏ）は、供給されるインクが無くなったものと判断して、ＳＴＥＰ２０９へ進んでポンプ１０６を停止する。

ところで、図１２（ｄ）のように、インク１０１の供給が途絶えたにもかかわらず、電極対１０２の電極間に少量のインクによるブリッジ１２０が残って、検知信号の出力が小さくならない場合がある。温度・湿度条件によってインク１０１の粘度が高くなると、このようなブリッジが生じやすくなる。時間が経てば最終的にはブリッジは消滅して、図１２（ｅ）のように検知信号は小さくなるが、事実上、インクの供給が途絶えたにもかかわらず、ブリッジが残っている限りは、インクが無くなったことが早期に検知できない事態となる。

図１５は、複数の気泡１０７が電極対１０２を通過するのに伴う検知信号波形の例を示す。電極間にブリッジが発生すると、検知信号の出力は、上昇は急であるが下降が緩やかであり、検知信号の変動幅が小さくなる。そこで、常にこの検知信号をモニタして、極値（図１５で×印をつけた極大値と極小値）の差分から振幅を算出する。そして、振幅値がある規定値以上になった回数をカウントして、このカウントが予め設定したＮ回以上（例えばＮ＝５）になったら、気泡１０７が流路１０４内に複数個混入し、容器１０５内のインク１０１がなくなったと判断する。つまり、先の例のような固定した所定の閾値を用いずに、極値の差分を元に気泡を捉えてインク残を検出するので、ブリッジの影響を受にくい。

図１６は、この方法でインク残を検出するシーケンスを示すフローチャート図である。コントローラ１１２の制御によって以下のシーケンスを実行する。

ＳＴＥＰ３０１でスタートすると、ＳＴＥＰ３０２でポンプ１０６の動作を開始する。ＳＴＥＰ３０３では、カウンタＸ（振幅値がある規定値以上だった回数をカウントする）とカウンタＴ（初期極値又は前回極値と、電極対１０２の検知信号の差分値が規定値以上の状態だった時間をカウントする）を共に０にリセットする。

ＳＴＥＰ３０４では、容器１０５から供給したインク１０１が流路１０４内に移動するのを待つ。ＳＴＥＰ３０５で、カウンタＴが規定値よりも少ないかを判断する。カウンタＴが規定値未満でない場合はＳＴＥＰ３１２に進み、ポンプ動作を停止する。最初はＴ＝０なので、ＳＴＥＰ３０６に移行する。ＳＴＥＰ３０６では、電極対１０２の検知信号を取得する。

ＳＴＥＰ３０７では、取得した検知信号が極値であるかを判断する。極値でない場合（Ｎｏ）は、ＳＴＥＰ３１３に移行して、初期極値又は前回極値と電極対１０２の検知信号の差分値を算出する。ＳＴＥＰ３１４では、差分値が規定値以上かを判断し、規定値以上でなかった場合（Ｎｏ）はＳＴＥＰ３０４へ戻る。規定値以上の場合（Ｙｅｓ）は、ＳＴＥＰ３１５に移行して、カウンタＴを１つ繰り上げて、ＳＴＥＰ３０４に戻る。

また、ＳＴＥＰ３０７の判断で、取得した検知信号が極値であった場合（Ｙｅｓ）は、ＳＴＥＰ３０８にて極値を記録すると共にカウンタＴを０にリセットする。ＳＴＥＰ３０９では、極値と前回記録した極値から振幅値を算出する。ＳＴＥＰ３１０では、振幅値が規定値未満かを判断する。規定値未満の場合（Ｎｏ）はＳＴＥＰ３０４へ戻る。規定値以上の場合（Ｙｅｓ）は、ＳＴＥＰ３１１に移行する。ＳＴＥＰ３１１では、振幅値がある規定値以上だった回数がＮ回未満かを判断し、Ｎ回未満の場合（Ｎｏ）は、ＳＴＥＰ３１６に移行する。ＳＴＥＰ３１６では、カウントＸを１つ繰り上げて、その後ＳＴＥＰ３０４へ戻る。また、ＳＴＥＰ３１１で回数がＮ回以上の場合（Ｙｅｓ）は、ＳＴＥＰ３１２に移行してポンプ１０６の動作を停止する。

以上、本実施形態によれば、液体を収容する容器から長い流路を介してインク（液体）を供給する液体システムにおいても、素早く確実に容器内のインクの有無を検出することができる。

インクジェット装置の液体供給システムの構成図流路形状と電極対の関係を示す第１の例図２を上から見た図流路形状と電極対の関係を示す第２の例図４を上から見た図流路形状と電極対の関係を示す第３の例図６を上から見た図流路形状と電極対の関係を示す第４の例図８を上から見た図流路形状と電極対の関係を示す第５の例図１０を上から見た図検知信号の波形と気泡の関係を示す図検知信号の波形の例を示す図インク残を検出するシーケンスを示すフローチャート図検知信号の波形の例を示す図インク残を検出する別のシーケンスを示すフローチャート図

符号の説明

１０１インク
１０２電極対
１０３電源
１０４流路
１０５容器（メインタンク）
１０６ポンプ
１０７気泡
１０８電流検知回路
１０９容器（サブタンク）
１１０インクジェットヘッド
１１１メディア
１１２コントローラ
１２０ブリッジ

Claims

液体を収容する容器に接続され、前記容器から液体を供給するための流路と、
前記流路内の液体に接し、電極間に電圧が印加される電極対と、
前記電極対による検知信号から前記容器内の液体の有無を検出する手段と
を有し、前記流路の流れに沿った複数の異なる箇所において、前記電極対の異なる複数の部位が液体に接するようにした
ことを特徴とする液体供給システム。
前記複数の箇所の間で、重力に逆らうことなく液体が流れるように前記流路が配置されていることを特徴とする、請求項１記載の液体供給システム。
前記流路は渦巻き状の形状を有し、前記渦巻き状の流路に対して前記電極対の各々の電極が貫通した構成を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の液体供給システム。
前記流路は蛇行を複数回繰り返した形状を有し、前記蛇行した経路に対して前記電極対の各々の電極が貫通した構成を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の液体供給システム。
前記流路は、途中で複数の経路に分岐してその後に合流する形状を有し、前記分岐した経路に対して前記電極対の各電極が貫通した構成を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の液体供給システム。
前記流路において、前記電極は櫛歯形状の２つの電極が互いに噛み合って対向する構成を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の液体供給システム。
前記流路の途中に設けられ、前記流路内で液体を移動させるポンプを有することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか記載の液体供給システム。
前記電極対は２本の電極を有し、前記複数の各箇所での電極間がそれぞれ抵抗値を持った並列回路を構成し、前記２本の電極の間に流れる電流を検知することを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか記載の液体供給システム。
前記容器から前記流路に液体を供給する際に、前記電極対による経時的な検知信号の変化から前記容器内の液体の有無を検出することを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか記載の液体供給システム。
前記検知信号と閾値との大小関係が逆転する回数に基づいて、前記容器内の液体の有無を検出することを特徴とする、請求項９記載の液体供給システム。
前記検知信号の極値を検知して記録し、新しく記録された極値と前回記録された極値の差を算出して、前記極値の差が規定値以上となる回数に基づいて前記容器内の液体の有無を検出することを特徴とする、請求項９記載の液体供給システム。
請求項１乃至１１のいずれか記載の液体供給システムを用いて、インクジェットヘッドにインクを供給して、前記インクジェットヘッドからインクを吐出させることを特徴とするインクジェット装置。