JP2021056080A - 物理量検出装置および印刷装置 - Google Patents

物理量検出装置および印刷装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2021056080A
JP2021056080A JP2019178870A JP2019178870A JP2021056080A JP 2021056080 A JP2021056080 A JP 2021056080A JP 2019178870 A JP2019178870 A JP 2019178870A JP 2019178870 A JP2019178870 A JP 2019178870A JP 2021056080 A JP2021056080 A JP 2021056080A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
ink
physical quantity
capacitor
detection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2019178870A
Other languages
English (en)
Inventor
貴幸 米村
Takayuki Yonemura
貴幸 米村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2019178870A priority Critical patent/JP2021056080A/ja
Priority to CN202011020025.XA priority patent/CN112571969A/zh
Priority to US17/038,006 priority patent/US20210094308A1/en
Publication of JP2021056080A publication Critical patent/JP2021056080A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/17—Ink jet characterised by ink handling
    • B41J2/175—Ink supply systems ; Circuit parts therefor
    • B41J2/17566—Ink level or ink residue control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/17—Ink jet characterised by ink handling
    • B41J2/175—Ink supply systems ; Circuit parts therefor
    • B41J2/17503—Ink cartridges
    • B41J2/17543—Cartridge presence detection or type identification
    • B41J2/17546—Cartridge presence detection or type identification electronically
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F22/00—Methods or apparatus for measuring volume of fluids or fluent solid material, not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/26—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/26—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • G01F23/263—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors
    • G01F23/266—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors measuring circuits therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/26—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • G01F23/263—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors
    • G01F23/268—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors mounting arrangements of probes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/17—Ink jet characterised by ink handling
    • B41J2/175—Ink supply systems ; Circuit parts therefor
    • B41J2/17566—Ink level or ink residue control
    • B41J2002/17579—Measuring electrical impedance for ink level indication

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Ink Jet (AREA)
  • Inking, Control Or Cleaning Of Printing Machines (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Abstract

【課題】検出対象物の残量を正確に検出することができる物理量検出装置および印刷装置を提供すること。【解決手段】誘電体で構成される検出対象物を収容する収容空間を内部に有する容器と、前記収容空間を介して対向配置された第１電極および少なくとも１つの第２電極と、前記第１電極、前記第２電極間の静電容量を相互容量方式で検出する静電容量検出部と、を備えることを特徴とする。また、物理量検出装置は、前記第１電極および前記第２電極を覆う絶縁層と、前記絶縁層を覆う電磁波シールドと、備えるのが好ましい。【選択図】図３

Description

本発明は、物理量検出装置および印刷装置に関するものである。
例えば、印刷装置等において、インク容器内のインクの残量を検出する残量検出手段として、特許文献１に記載されているような技術が知られている。特許文献１に記載されている残量検出手段は、インクを収容するインク容器と、インク容器を介して対向配置された一対の電極と、一対の電極間の静電容量値に対応した電気信号を検出する電気容量検出部と、を有する。各電極は、それぞれ鉛直方向に沿って延在する長尺状をなしている。各電極が対向する方向から見たとき、各電極が重なっている部分が、コンデンサーとして機能する有効領域となる。
インクが各電極間に位置している場合と、その状態からインクが減ってインクが各電極間に位置していない場合とで、電気容量検出部が検出する静電容量値が異なる。これは、インクと空気との誘電率が異なっているからである。特許文献１に記載されている印刷装置は、この静電容量値の変化に基づいて、インクの残量を検出する。
特開２００１−１２１６８１号公報
しかしながら、特許文献１に記載の残量検出手段では、電極間の静電容量値は、各電極とその周辺の部位との間の寄生容量値よりも小さい。このため、電極間の静電容量値を検出する際、寄生容量値の影響を受け、電極間の静電容量値を正確に検出するのが難しい。
本発明は、前述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下により実現することが可能である。
本適用例の物理量検出装置は、誘電体で構成される検出対象物を収容する収容空間を内部に有する容器と、
前記収容空間を介して対向配置された第１電極および少なくとも１つの第２電極と、
前記第１電極、前記第２電極間の静電容量を相互容量方式で検出する静電容量検出部と、を備えることを特徴とする。
図１は、本発明の印刷装置を示す概略構成図である。 図２は、図１に示す物理量検出装置が備える容器の斜視図である。 図３は、図２中ｘ軸方向から見た図である。 図４は、図２中ｙ軸方向から見た図であり、静電容量検出部との電気的な接続を示した図である。 図５は、図１に示す物理量検出装置の回路図である。 図６は、図１に示す物理量検出装置のブロック図である。 図７は、検出部が検出した電流の経時変化を示すグラフである。 図８は、検出部が検出した電流の経時変化を示すグラフである。 図９は、検出部が検出した電流の経時変化を示すグラフである。 図１０は、検出部が検出した電流の経時変化を示すグラフである。 図１１は、第１電極および第２電極の位置関係を説明するための図である。 図１２は、図６に示す制御部が行う制御動作を説明するためのフローチャートである。 図１３は、図６に示す制御部が行う制御動作を説明するためのフローチャートである。
以下、本発明の物理量検出装置および印刷装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の印刷装置を示す概略構成図である。図２は、図１に示す物理量検出装置が備える容器の斜視図である。図３は、図２中ｘ軸方向から見た図である。図４は、図２中ｙ軸方向から見た図であり、静電容量検出部との電気的な接続を示した図である。図５は、図１に示す物理量検出装置の回路図である。図６は、図１に示す物理量検出装置のブロック図である。図７〜図１０は、検出部が検出した電流の経時変化を示すグラフである。図１１は、第１電極および第２電極の位置関係を説明するための図である。図１２および図１３は、図６に示す制御部が行う制御動作を説明するためのフローチャートである。
また、図２〜４および図１１では、説明の便宜上、互いに直交する３軸として、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を設定しており、以下では、これに基づいて説明する。また、以下では、ｘ軸に平行な方向を「ｘ軸方向」と言い、ｙ軸に平行な方向を「ｙ軸方向」と言い、ｚ軸に平行な方向を「ｚ軸方向」と言う。
また、図２〜４および図１１中のｚ軸方向、すなわち、上下方向を「鉛直方向」とし、ｘ軸方向およびｙ軸方向、すなわち、左右方向を「水平方向」とし、ｘ−ｙ平面を「水平面」としている。
また、以下では、図示された各矢印の先端側を「＋（プラス）」または「正」、基端側を「−（マイナス）」または「負」と言う。また、説明の便宜上、図２〜４および図１１中の＋ｚ軸方向、すなわち、上側を「上」または「上方」、−ｚ軸方向、すなわち、下側を「下」または「下方」とも言う。
図１に示す物理量検出装置１は、誘電体で構成される検出対象物の残量を検出する装置である。検出対象物としては、誘電体で構成されていれば特に限定されず、インク、薬液、水銀、オイル、ガソリン、飲料水、その他の水等の各種液体や、トナー、砂、セメント、化学薬品、小麦粉、塩、砂糖等の各種粉体または粒体等が挙げられる。これら液体、粉体または粒体は、流動性を有している。
また、検出対象物は、流動性を有していなくてもよい。流動性を有していないものとしては、例えば、紙や、各種シート材等が挙げられる。
本明細書中では、誘電体とは、絶縁性を有する物質のことを言う。加えて、誘電体とは、比誘電率が空気よりも大きい、すなわち、比誘電率が１よりも大きい物質のことを言う。
なお、以下の説明では、一例として、物理量検出装置１が印刷装置１０に内蔵され、検出対象物がインク１００である場合について説明する。なお、インク１００としては、特に限定されず、シアン、マゼンタ、ブラック、クリア、金属粉を含むもの等が挙げられる。また、これらの色材は、染料であってもよく、顔料であってもよい。物理量検出装置１は、これらの種類に関わらず、インク１００の残量を検出可能である。
まず、物理量検出装置１の説明に先立って、印刷装置１０について説明する。
印刷装置１０は、印刷用紙であるシートＳを貯留する貯留部１１と、貯留部１１から供給されたシートＳにインク１００を吐出するインクジェットヘッド１２と、物理量検出装置１と、表示部１３とを有する。また、インクジェットヘッド１２には、物理量検出装置１からインク１００が供給される。
表示部１３は、後述するように、物理量検出装置１が検出したインク１００の残量を報知する報知部として機能する。表示部１３は、例えば、液晶画面等で構成されている。なお、表示部１３に限定されず、報知部としては、例えば、音声により報知する構成や、振動により報知する構成や、ランプの点滅パターンにより報知を行う構成のものであってもよい。また、ＰＣの画面やスマートフォンのような通信機能を有する装置が報知部として機能してもよい。
このような印刷装置１０に物理量検出装置１が内蔵されていることにより、後述するようにインク１００の残量を正確に検出することができ、使用者がインク１００の残量を正確に把握することができる。
次に、物理量検出装置１について説明する。
図２〜図６に示すように、物理量検出装置１は、容器２と、第１電極３と、第２電極４と、静電容量検出部５０と、制御部６とを有する。また、制御部６は、印刷装置１０の各部を制御する制御部を兼ねていてもよい。
容器２は、内部に収容空間２０を有し、収容空間２０に検出対象物であるインク１００を収容し得る。容器２は、ｚ軸方向を深さ方向とし、有底筒状をなしている。すなわち、図２に示すように、容器２は、−ｚ軸側に位置する底板２１と、底板２１から＋ｚ軸側に向かって突出するように立設された４つの側壁２２、側壁２３、側壁２４、側壁２５とを有する。これら底板２１および側壁２２〜側壁２５によって囲まれた空間が収容空間２０である。
なお、容器２は、図示はしないが、底板２１とは反対側、すなわち、側壁２２〜側壁２５の＋ｚ軸側に天板を有する。この天板は、側壁２２〜側壁２５に接合されていてもよく、着脱自在に構成されていてもよい。
底板２１は、側壁２２〜側壁２５の−ｚ軸側に接合された板部材である。また、底板２１は、貫通孔で構成された排出部としての排出口２１１を有する。これにより、収容空間２０内のインク１００を容器２外に排出することができる。また、排出口２１１は、図示しない管路を介してインクジェットヘッド１２に接続されている。排出口２１１から排出されたインク１００は、管路を介して図１に示すインクジェットヘッド１２に供給され、シートＳへの印刷が行われる。
また、排出口２１１からインク１００が排出されると、収容空間２０内のインク１００は、液面が水平方向に沿った状態を維持しつつ、液面が−ｚ軸側に移動するように減っていく。
また、検出対象物としてのインク１００は、液体であり、流動性を有する。容器２は、検出対象物としてのインク１００を排出する排出部としての排出口２１１を有する。このように、容器２内のインク１００が排出されて順次減っていく場合、容器２内の残量を把握しておく必要がある。この残量を把握しておくことで、不本意なタイミングでインク１００が無くなってしまったりするのを防止することができる。
なお、排出口２１１は、底板２１以外の部分、例えば、側壁２２〜側壁２５のうちのいずれかの側壁の底板２１付近に設けられていてもよい。また、排出口２１１を有する構成に限定されず、例えば、底板２１以外の部位からチューブ等が収容空間２０内に挿入されて容器２内のインク１００を吸引する構成であってもよい。この場合、チューブが排出部として機能する。
側壁２２は、底板２１の−ｘ軸側の縁部から＋ｚ軸側に沿って立設されている。また、側壁２２は、ｘ軸方向を厚さ方向とする板状をなしている。また、側壁２２の外面側、すなわち、−ｘ軸側の面側には、３つの第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃが配置されている。
側壁２３は、底板２１の−ｙ軸側の縁部から＋ｚ軸側に沿って立設されている。また、側壁２３は、ｙ軸方向を厚さ方向とする板状をなしている。
側壁２４は、底板２１の＋ｘ軸側の縁部から＋ｚ軸側に立設されている。また、側壁２４は、ｘ軸方向を厚さ方向とする板状をなしている。また、側壁２２の外面側、すなわち、＋ｘ軸側の面側には、第１電極３が配置されている。
側壁２５は、底板２１の＋ｙ軸側の縁部から＋ｚ軸側に沿って立設されている。また、側壁２５は、ｙ軸方向を厚さ方向とする板状をなしている。
側壁２２と側壁２４とは、ｘ軸方向に沿って離間して平行に対向配置されている。側壁２２と側壁２４とは、寸法、形状が同じである。また、側壁２３と側壁２５とは、ｙ軸方向に離間して平行に対向配置されている。側壁２３と側壁２５とは、寸法、形状が同じである。すなわち、容器２は、外形形状が直方体をなしている。
なお、側壁２２〜側壁２５は、平板である。ただし、少なくとも一部が湾曲または屈曲していてもよい。
また、側壁２３および側壁２５のｘ軸方向の長さ、すなわち、後述する第１電極３および第２電極４の離間距離Ｄは、側壁２２および側壁２４のｙ軸方向の長さｙ３よりも短いのが好ましい。これにより、後述する第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃの最大静電容量を十分に確保することができ、インク１００の残量の検出精度を高めることができる。
離間距離Ｄは、５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であるのが好ましく、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であるのがより好ましい。これにより、上記効果をより確実に発揮することができる。
側壁２２および側壁２４のｙ軸方向の長さｙ３は、２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であるのが好ましく、３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であるのがより好ましい。これにより、上記効果をより確実に発揮することができる。
容器２の構成材料としては、インク１００を透過せず、かつ、誘電体で構成されていれば特に限定されず、例えば、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリエステル等のような各種樹脂材料や各種ガラス材料を用いることができる。また、容器２は、硬質のものであってもよく、軟質のものであってもよく、一部が硬質で残部が軟質のものであってもよい。
また、容器２の構成材料の比誘電率は１以上であるのが好ましく、２以上であるのがより好ましい。これにより、インク１００の残量の検出に有利となる。
また、容器２は、可視光透過性を有していてもよく、可視光透過性を有していなくてもよいが、可視光透過性を有している、すなわち、内部視認性を有しているのが好ましい。これにより、目視によってもインク１００の残量を把握することができる。なお、特に、側壁２３および側壁２５は、内部視認性を有しているのが好ましい。
このような容器２の外側には、第１電極３および少なくとも１つの第２電極４が配置されている。図２および図３に示すように、第１電極３および第２電極４は、それぞれ、ｘ軸方向に平行に対向している。後に詳述するが、第１電極３は、ｚ軸方向に延在する長尺状をなしている。
第２電極４は、単独でも動作するが、ｚ軸に沿って互いに離間して複数設けられていることが好ましい。これにより、後述するように、インク１００の残量を段階的に検出することができる。
第２電極４は、本実施形態では、３つ設けられており、これらを以下では、第２電極４Ａ、第２電極４Ｂおよび第２電極４Ｃと言う。また、第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃは、ｚ軸方向に沿って＋ｚ軸側からこの順で互いに離間して配置されている。また、第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃは、互いに平行になるように設置されている。
また、図３に示すように、第１電極３および第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃをｘ軸方向に投影したとき、すなわち、ｘ軸方向から見たとき、第１電極３および第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃは、互いに重なり合う３つの領域を形成する。以下では、第１電極３と第２電極４Ａとが重なっている領域を有効領域３００Ａとし、第１電極３と第２電極４Ｂとが重なっている領域を有効領域３００Ｂとし、第１電極３と第２電極４Ｃとが重なっている領域を有効領域３００Ｃとする。これら有効領域３００Ａ〜有効領域３００Ｃは、ｘ軸方向に沿って互いに離間して＋ｚ軸側からこの順で並んでいる。
第１電極３および第２電極４Ａの有効領域３００Ａに対応する部分、すなわち、第１電極３および第２電極４Ａの有効領域３００Ａを形成する部分が、図５に示す等価回路において第１コンデンサーＣａを構成する。第１電極３および第２電極４Ｂの有効領域３００Ｂに対応する部分、すなわち、第１電極３および第２電極４Ｂの有効領域３００Ｂを形成する部分が、図５に示す等価回路において第２コンデンサーＣｂを構成する。第１電極３および第２電極４Ｃの有効領域３００Ｃに対応する部分、すなわち、第１電極３および第２電極４Ｃの有効領域３００Ｃを形成する部分が、図５に示す等価回路において第３コンデンサーＣｃを構成する。第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃは、キャパシターであり、図５に示す等価回路で表される。このことに関しては、後に詳述する。
まず、第１電極３の構成について説明する。
第１電極３は、後述する第１電源８Ａからパルス電圧が印加される送信電極である。図２〜図４に示すように、第１電極３は、側壁２４の外側、すなわち、＋ｘ軸側に配置されている。第１電極３は、導電性を有する材料、例えば、金、銀、銅、アルミ、鉄、ニッケル、コバルト、またはこれらを含む合金等の金属材料で構成されている。第１電極３は、例えば、めっき、蒸着、印刷等により側壁２４の外面に直接形成されていてもよく、図示しない粘着剤層を介して側壁２４の外面に貼り付けられていてもよく、図示しない支持部材により側壁２４に接触または非接触で支持されていてもよい。
第１電極３は、ｚ軸方向に延在する長尺状をなしている。図３に示すように、第１電極３の幅、すなわち、ｙ軸方向の長さｙ１は、ｚ軸方向に沿って一定である。長さｙ１としては、特に限定されず、例えば、２ｍｍ以上１００ｍｍ以下であるのが好ましく、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であるのがより好ましい。これにより、有効領域３００Ａ〜有効領域３００Ｃの大きさを十分に確保しやすくなり、インク１００の残量検出の精度を高めることができる。
また、第１電極３の長さ、すなわち、ｚ軸方向の長さｚ１は、特に限定されず、例えば、３ｍｍ以上１００ｍｍ以下であるのが好ましく、５ｍｍ以上２００ｍｍ以下であるのがより好ましい。これにより、ｘ軸方向から見たとき、第１電極３は、第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃの各々とより確実に重なることができる。また、有効領域３００Ａ〜３００Ｃの面積を同じにすることができる。
また、第１電極３のｘ軸方向から見た平面視形状の面積Ｓ１は、６ｍｍ２以上３００００ｍｍ２以下であるのが好ましく、２５ｍｍ２以上１００００ｍｍ２以下であるのがより好ましい。これにより、有効領域３００Ａ〜有効領域３００Ｃの大きさを十分に確保しやすくなり、インク１００の残量検出の精度を高めることができる。
また、第１電極３の−ｚ軸側の端部は、容器２の収容空間２０に臨む底面２１２よりも−ｚ軸側に位置している。仮に、第１電極３の−ｚ軸側の端部が、容器２の収容空間２０に臨む底面２１２よりも＋ｚ軸側に位置していた場合、第２電極４Ｃの位置によっては、第１電極３と第２電極４Ｃとが重なっている有効領域３００Ｃの面積が小さくなってしまうおそれがある。これに対し、物理量検出装置１では、上記構成により、有効領域３００Ｃの面積を可及的に大きく確保することができる。よって、インク１００の残量検出の精度を高めることができる。
また、第１電極３の＋ｚ軸側の端部は、図示の構成では、側壁２４の＋ｚ軸側の縁部よりも−ｚ軸側に位置している。ただし、これに限定されず、第１電極３の＋ｚ軸側の端部は、側壁２４の＋ｚ軸側の縁部の位置と一致していてもよい。
なお、第１電極３は、図示の構成では、ｚ軸方向に延在する長尺状をなしているが、本発明ではこれに限定されず、側壁２４の形状によっては、ｙ１≧ｚ１なる関係を満足する形状であってもよい。また、第１電極３は、有効領域３００Ａ〜３００Ｃを形成する部分以外の部分は、分割されていてもよい。
次に、第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃについて説明する。
第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃは、受信電極であり、側壁２２の外側の面、すなわち、−ｘ軸側に配置されている。第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃは、それぞれ、ｙ軸方向に延在する長尺状をなしている。第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃは、ｚ軸方向に沿って＋ｚ軸側からこの順で互いに離間して配置されている。また、第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃは、平行になるように設置されている。
図２〜図４に示すように、第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃは、側壁２２の外側、すなわち、−ｘ軸側に配置されている。第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃは、第１電極３で挙げたのと同様の材料、形成方法とすることができる。
第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃは、同じ形状、寸法、間隔であるため、以下、第２電極４Ａについて代表的に説明する。ただし、これに限定されず、形状、寸法、間隔は、少なくとも１つが異なっていてもよい。
図３に示すように、第２電極４Ａの長さ、すなわち、ｙ軸方向に沿った長さｙ２は、本発明では、第１電極３のｙ軸方向の長さｙ１よりも長く、例えば、３ｍｍ以上１１０ｍｍ以下であるのが好ましく、６ｍｍ以上６０ｍｍ以下であるのがより好ましい。これにより、有効領域３００Ａ〜有効領域３００Ｃの大きさを十分に確保しやすくなり、インク１００の残量検出の精度を高めることができる。
また、第２電極４Ａの幅、すなわち、ｚ軸方向に沿った長さｚ２は、本発明では、第１電極３の長さｚ１よりも短く、例えば、０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるのが好ましく、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であるのがより好ましい。これにより、ｘ軸方向から見たとき、第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃの全てが第１電極３と最大限重なることができる。また、有効領域３００Ａ〜３００Ｃの面積を同じにすることができる。
また、第２電極４Ａのｘ軸方向から見た平面視形状の面積Ｓ２は、０．６ｍｍ２以上１１００ｍｍ２以下であるのが好ましく、３ｍｍ２以上３００ｍｍ２以下であるのがより好ましい。これにより、有効領域３００Ａ〜有効領域３００Ｃの大きさを十分に確保しやすくなり、インク１００の残量検出の精度を高めることができる。
また、図示の構成では、第２電極４Ａの＋ｙ軸側の端部は、側壁２２の＋ｙ軸側の縁部と一致している。ただし、これに限定されず、第２電極４Ａの＋ｙ軸側の端部は、側壁２２の＋ｙ軸側の縁部よりも−ｙ軸側に位置していてもよい。
また、図示の構成では、第２電極４Ａの−ｙ軸側の端部は、側壁２２の−ｙ軸側の縁部と一致している。ただし、これに限定されず、第２電極４Ａの−ｙ軸側の端部は、側壁２２の−ｙ軸側の縁部よりも＋ｙ軸側に位置していてもよい。
このように、互いに直交するｘ軸、ｙ軸および鉛直方向に沿ったｚ軸を設定したとき、容器２は、ｚ軸方向を深さ方向とするものであり、第２電極４は、ｙ軸方向に沿って延在する長尺状をなし、第１電極３に対しｘ軸方向に離間して配置されている。これにより、後述するように、第１電極３および第２電極４の配置精度に関わらず、容器２内のインク１００の残量を正確に検出することができる。
また、物理量検出装置１では、１つの第１電極３が、第１コンデンサーＣａの一方の電極板と、第２コンデンサーＣｂの一方の電極板と、第３コンデンサーＣｃの一方の電極板とを兼ねた構成である。これにより、第１電極３に電圧を印加した際、第１コンデンサーＣａ、第２コンデンサーＣｂおよび第３コンデンサーＣｃに印加される電圧を同じにすることができる。よって、第１コンデンサーＣａ、第２コンデンサーＣｂおよび第３コンデンサーＣｃの静電容量の検出精度のバラツキを抑制し、インク１００の残量によらず高い検出精度を実現することができる。
ここで、特許文献１に記載されているような電気容量検出手段では、対向する２枚の電極が少しでもずれていた場合、有効領域の面積が小さくなる。有効面積が小さくなってしまうと、そのコンデンサーの最大静電容量値が小さくなってしまうので、静電容量の検出精度が低下する。従って、特許文献１の電気容量検出手段では、高い検出精度を得るためには、各電極の高い位置精度が要求される。これに対し、物理量検出装置１は、以下に説明するように、各電極の位置が多少ずれていたとしても静電容量の検出精度が低下するのを防止または抑制することができる。以下、このことについて説明する。
物理量検出装置１では、図３に示すように、第１電極３のｙ軸方向の長さｙ１と、第１電極３のｚ軸方向の長さｚ１と、第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃのｙ軸方向に沿った長さｙ２と、第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃのｚ軸方向に沿った長さｚ２とは、ｙ１＜ｙ２、かつ、ｚ１＞ｚ２を満足する。これにより、第１電極３と、第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃが、相対的に＋ｙ軸方向、−ｙ軸方向、＋ｚ軸方向および−ｚ軸方向に多少ずれたとしても、有効領域３００Ａ〜有効領域３００Ｃの面積は変化しない。また、例えば、図１１に示すように、第１電極３の延在方向がｚ軸に対して多少傾斜した状態で設置してしまったとしても、有効領域３００Ａ〜有効領域３００Ｃの形状が長方形から平行四辺形になるだけで、面積は変化しない。このようなことから、第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃの最大静電容量が低下するのが防止され、静電容量の検出精度が低下するのを防止または抑制することができる。その結果、第１電極３および第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃの配置精度に関わらず、容器２内のインク１００の残量を正確に検出することができる。
なお、図示はしないが、第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃの延在方向がｙ軸に対して多少傾斜している場合も、上記と同様に有効領域３００Ａ〜有効領域３００Ｃの形状が変化するだけで、有効領域３００Ａ〜有効領域３００Ｃの面積は変化しない。従って、第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃの配置精度が悪い場合であっても上記と同様の効果が得られるのは言うまでもない。
また、図３に示すように、ｘ軸方向から見たとき、第１電極３は、有効領域３００Ａの＋ｚ軸側および−ｚ軸側に突出した部分を有し、有効領域３００Ｂの＋ｚ軸側および−ｚ軸側に突出した部分を有し、有効領域３００Ｃの＋ｚ軸側および−ｚ軸側に突出した部分を有する。これにより、第１電極３および第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃの配置精度が低くても、有効領域３００Ａ〜有効領域３００Ｃの面積が変化するのをより確実に防止することができる。
このように、ｘ軸方向から見て第１電極３と第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃとが重なる領域を有効領域３００Ａ、有効領域３００Ｂおよび有効領域３００Ｃとしたとき、第１電極３は、有効領域３００Ａ〜有効領域３００Ｃのｚ軸方向正側およびｚ軸方向負側にそれぞれ突出した部分を有する。これにより、第１電極３または第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃの配置精度が低くても、有効領域３００Ａ〜有効領域３００Ｃの面積が変化してしまうのをより確実に防止することができる。
また、図３に示すように、ｘ軸方向から見たとき、第２電極４Ａは、有効領域３００Ａの＋ｙ軸側および−ｙ軸側に突出した部分を有する。また、ｘ軸方向から見たとき、第２電極４Ｂは、有効領域３００Ｂの＋ｙ軸側および−ｙ軸側に突出した部分を有する。また、ｘ軸方向から見たとき、第２電極４Ｃは、有効領域３００Ｃの＋ｙ軸側および−ｙ軸側に突出した部分を有する。これにより、第１電極３および第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃの配置精度が低くても、有効領域３００Ａ〜有効領域３００Ｃの面積が変化してしまうのをより確実に防止することができる。
このように、ｘ軸方向から見て第１電極３と第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃとが重なる領域を有効領域３００Ａ、有効領域３００Ｂおよび有効領域３００Ｃとしたとき、第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃは、有効領域３００Ａ〜有効領域３００Ｃのｙ軸方向正側およびｙ軸方向負側にそれぞれ突出した部分を有する。これにより、第１電極３または第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃの配置精度が低くても、有効領域３００Ａ〜有効領域３００Ｃの面積が変化してしまうのをより確実に防止することができる。
また、図３に示すように、第１電極３の長さｚ１は、第２電極４Ａの＋ｚ軸側の長辺４１と、第２電極４Ｃの−ｚ軸側の長辺４２との離間距離、すなわち、最大離間距離をｚ３よりも長い。すなわち、第１電極３の長さｚ１は、第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃが形成されている領域のｚ軸方向の最大長さよりも長い。
このように、複数の第２電極４のうち、最も鉛直上方に位置する第２電極４Ａの鉛直上方側の長辺４１と、複数の第２電極４のうち、最も鉛直下方に位置する第２電極４Ｃの鉛直下方側の長辺４２とのｚ軸に沿った最大離間距離をｚ３としたとき、ｚ１＞ｚ３を満足する。これにより、ｘ軸方向から見たとき、第１電極３が、有効領域３００Ａ〜有効領域３００Ｃの各々において＋ｚ軸側および−ｚ軸側に突出した部分を有するという構成をより確実に実現することができる。よって、前述した効果をより確実に発揮することができる。
有効領域３００Ａ〜３００Ｃの面積の合計をＳ０とし、第１電極３の面積をＳ１としたとき、０．０３≦Ｓ０／Ｓ１≦０．７を満足するのが好ましく、０．０５≦Ｓ０／Ｓ１≦０．６を満足するのがより好ましい。これにより、有効領域３００Ａ〜有効領域３００Ｃの大きさを十分に確保することができ、インク１００の検出精度を高めることができる。
有効領域３００Ａ〜３００Ｃの面積の合計をＳ０とし、第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃの面積の合計をＳ２としたとき、０．１≦Ｓ０／Ｓ２≦０．６を満足するのが好ましく、０．２≦Ｓ０／Ｓ１≦０．５を満足するのがより好ましい。これにより、有効領域３００Ａ〜有効領域３００Ｃの大きさを十分に確保することができ、インク１００の検出精度を高めることができる。
容器２の収容空間２０の最大深さをＤ１とし、ｘ軸方向から見たときの第２電極４Ｃと容器２の底部である底面２１２との最小離間距離をＤ２としたとき、０≦Ｄ２／Ｄ１≦０．５を満足するのが好ましく、０≦Ｄ２／Ｄ１≦０．３を満足するのがより好ましい。このように、第２電極４Ｃを容器２の底面２１２側に偏在させることにより、インク１００の残量が０または０に近くなったことを検出することができる。
また、第１電極３および第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃは、図４に示すように、絶縁層７によってそれぞれ覆われている。そして、絶縁層７の外側がさらにシールド材９により覆われている。シールド材９は、電磁波シールドである。シールド材９を有することにより、第１電極３および第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃが、図示しない他の電子回路や他の電子部品と電気的に干渉したり、検出信号にノイズが入ってしまうのを防止することができる。よって、インク１００の残量の検出精度を高めることができる。また、絶縁層７を有することにより、第１電極３および第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃが、シールド材９と電気的に接続されるのを防止することができる。
各絶縁層７の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種ゴム材料、各種樹脂材料等を用いることができる。
また、各シールド材９は、基準電位、すなわち、グランド電極に接続されている。シールド材９の構成材料としては、第１電極３および第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃの構成材料として挙げた材料と同様のものを用いることができる。
次に、物理量検出装置１の主要部の回路図について説明する。
図５に示すように、物理量検出装置１は、第１電極３に電気的に接続された第１電源８Ａと、第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃにそれぞれ接続された第２電源８Ｂと、第１コンデンサーＣａと、第２コンデンサーＣｂと、第３コンデンサーＣｃと、第２電極４Ａ〜４Ｃにそれぞれ電気的に接続された検出部５と、制御部６と、を備える。第１電源８Ａ、第２第２電源８Ｂ、検出部５および制御部６により、静電容量検出部５０が構成される。
第１コンデンサーＣａ、第２コンデンサーＣｂおよび第３コンデンサーＣｃは、互いに並列接続されている。第１電源８Ａは、第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃの第１電極３に、周期、位相および大きさが同じパルス電圧を印加する。また、第２電源８Ｂは、第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃの第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃに、周期、位相および大きさが同じパルス電圧をそれぞれ印加する。第１電源８Ａが印加するパルス電圧の大きさと、第２電源８Ｂが印加するパルス電圧の大きさとは、異なっている。なお、これに限定されず、第１電源８Ａが印加するパルス電圧の大きさと、第２電源８Ｂが印加するパルス電圧の大きさとは、同じであってもよい。
第１電源８Ａおよび第２電源８Ｂが印加するパルス電圧の周波数は、１ｋＨｚ以上であるのが好ましく、１ＭＨｚ以上であるのがより好ましい。これにより、例えば、液面よりも上側においてインク１００が容器２の内面に付着していたとしても、インク１００の残量の検出を正確かつ迅速に行うことができる。
インク１００の残量を検出する際、第１電源８Ａは、所定の周波数のパルス波のパルス電圧を第１電極３に印加する。第２電源８Ｂは、第１電源８Ａと同じ周波数のパルス波のパルス電圧を第２電極４Ａ〜第２電極４Ｃに印加する。また、第１電源８Ａは、第２電源８Ｂと同位相のパルス電圧を第１電極３に印加する状態と、第２電源８Ｂと逆位相のパルス電圧を第１電極３に印加する状態とに切り替え可能である。これにより、第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃには、同位相のパルス電圧が印加された第１状態と、逆位相のパルス電圧が印加された第２状態とに切り替えられる。
また、図５に示す等価回路において、第１コンデンサーＣａには、第１寄生コンデンサーＣａ’が直列で接続され、第２コンデンサーＣｂには、第２寄生コンデンサーＣｂ’が直列で接続され、第３コンデンサーＣｃには、第３寄生コンデンサーＣｃ’が直列で接続されている。
第１寄生コンデンサーＣａ’は、第１コンデンサーＣａの第１電極３または第２電極４Ａと、その周辺の部位、例えば、絶縁層７およびシールド材９とで構成され寄生容量であり、あたかもコンデンサーのようにふるまう部位である。
同様に、第２寄生コンデンサーＣｂ’は、第２コンデンサーＣｂの第１電極３または第２電極４Ｂと、その周辺の部位、例えば、絶縁層７およびシールド材９とで構成され寄生容量であり、あたかもコンデンサーのようにふるまう部位である。
同様に、第３寄生コンデンサーＣｃ’は、第３コンデンサーＣｃの第１電極３または第２電極４Ｃと、その周辺の部位、例えば、絶縁層７およびシールド材９とで構成された寄生容量であり、あたかもコンデンサーのようにふるまう部位である。
また、第１寄生コンデンサーＣａ’は、等価回路において、直列接続で第１コンデンサーＣａに接続されている。また、第２寄生コンデンサーＣｂ’は、等価回路において、直列接続で第２コンデンサーＣｂに接続されている。また、第３寄生コンデンサーＣｃ’は、等価回路において、直列接続で第３コンデンサーＣｃに接続されている。
検出部５は、第１電極３、第２電極４間の静電容量に関する情報として第１電極３、第２電極４間の電流を経時的に検出する電流計である。本実施形態では、第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃの電流をそれぞれ検出する。第１電源８Ａおよび第２電源８Ｂがパルス電圧を第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃに印加すると、インク１００の有無によって、第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃの静電容量値が変化し、この静電容量に応じて、電流波形が変化する。検出部５は、この電流の情報を制御部６に出力する。
なお、検出部５は、第１電極３、第２電極４間の静電容量に関する情報として第１電極３、第２電極４間の電圧を検出する電圧計であってもよい。
図６に示すように、制御部６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１と、記憶部６２とを有する。制御部６は、検出部５の検出結果に基づいて、第１電極３、第２電極４間でのインク１００の有無を判断する判断部である。
ＣＰＵ６１は、記憶部６２に記憶されている各種プログラム等を読み出し、実行する。記憶部６２は、ＣＰＵ６１が実行可能な各種プログラム等を保存する。記憶部６２としては、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリー、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等が挙げられる。
また、記憶部６２には、ＣＰＵ６１によって実行される各種プログラムや、第１基準値Ｋ１〜第３基準値Ｋ３が記憶されている。
次に、インク１００の残量を検出する原理について説明する。以下では、第１コンデンサーＣａ、すなわち、第１電極３および第２電極４Ａに着目して説明する。
インク１００の液面が図４に示す位置Ｐ１に位置している場合、すなわち、第１電極３、第２電極４Ａ間にインク１００がある場合、前述した同位相の第１状態では、検出部５は、図７に示すような電流波形を検出し、前述した逆位相の第２状態では、検出部５は、図８に示すような電流波形を検出する。これらの電流波形は、逆位相である。
制御部６は、これらの電流波形に基づいて、第１状態における第１コンデンサーＣａにおける平均電流値Ｉ（Ａ）と、第２状態における第１コンデンサーＣａにおける平均電流値Ｉ（Ｂ）とをそれぞれ算出する。第１状態における平均電流値Ｉ（Ａ）は、以下の式（１）で表され、第２状態における平均電流値Ｉ（Ｂ）は、以下の式（２）で表される。
Ｉ（１）＝Ｆ・（（Ｖｔ−Ｖｄ）・Ｃｍ＋Ｖｔ・ＣｐＴ）…（１）
Ｉ（２）＝Ｆ・（（Ｖｔ＋Ｖｄ）・Ｃｍ＋Ｖｔ・ＣｐＴ）…（２）
なお、式（１）および式（２）中、Ｆがパルス電圧の周波数、Ｖｔが第１電極３に印加されるパルス電圧の最大値を示し、Ｖｄが第２電極４に印加されるパルス電圧の最大値を示し、Ｃｍが第１コンデンサーＣａの静電容量値を示し、ＣｐＴが第１寄生コンデンサーＣａ’の静電容量値を示す。
そして、制御部６は、平均電流値Ｉ（Ａ）および平均電流値Ｉ（Ｂ）の差分ΔＩ＝Ｉ（Ａ）−Ｉ（Ｂ）を算出する。すなわち、下記式（３）を演算する。
ΔＩ＝Ｆ・（（Ｖｔ−Ｖｄ）・Ｃｍ＋Ｖｔ・ＣｐＴ）−Ｆ・（（Ｖｔ＋Ｖｄ）・Ｃｍ＋Ｖｔ・ＣｐＴ）…（３）
式（３）を演算すると、差分ΔＩ＝２Ｆ・Ｖｄ・Ｃｍとなり、第１寄生コンデンサーＣａ’の静電容量値ＣｐＴがキャンセルされることとなる。このため、インク１００の残量検出に際し、第１寄生コンデンサーＣａ’の静電容量値ＣｐＴの影響を受けることがない。
そして、制御部６は、差分ΔＩが第１基準値Ｋ１未満であるか否かを判断する。第１基準値Ｋ１は、予め記憶部６２に記憶されている値である。上述したようなインク１００が第１電極３、第２電極４間にある状態では、差分ΔＩが第１基準値Ｋ１以上となるため、第１電極３、第２電極４間にインク１００があると判断する。
一方で、インク１００の液面が図４に示す位置Ｐ２までインク１００の残量が減った場合、すなわち、第１電極３、第２電極４Ａ間にインク１００がない場合、前述した同位相の第１状態では、検出部５は、図９に示すような電流波形を検出し、前述した逆位相の第２状態では、検出部５は、図１０に示すような電流波形を検出する。
図９および図１０に示す電流波形の振幅、すなわち、電流の最大値は、図７および図８に示す電流波形における電流の最大値よりも小さい。これは、第１コンデンサーＣａ内の誘電体がインク１００から空気に代わったことによって、第１コンデンサーＣａの静電容量が変化したためである。
そして、制御部６は、前記と同様に、第１状態における平均電流値Ｉ（Ａ）および第２状態における平均電流値Ｉ（Ｂ）をそれぞれ算出し、これらの差分ΔＩを算出する。そして、差分ΔＩが第１基準値Ｋ１未満であるか否かを判断する。第１電極３、第４電極４Ａ間にインク１００がない場合、差分ΔＩが第１基準値Ｋ１未満となる。このため、制御部６は、インク１００第１電極３、第４電極４Ａ間にインク１００がないと判断する。
このように、検出部５の検出結果に基づいて、第１状態における第１コンデンサーＣａの平均電流値Ｉ（Ａ）と、第２状態における第１コンデンサーＣａの平均電流値Ｉ（Ｂ）との差分ΔＩを算出し、その算出結果に基づいてインク１００の有無を判断する方式がいわゆる相互容量方式である。このような相互容量方式では、前述したように、差分ΔＩを算出する際に第１寄生コンデンサーＣａ’の静電容量値ＣｐＴが消されるため、差分ΔＩには、静電容量値ＣｐＴの値が加味されない。よって、差分ΔＩと第１基準値Ｋ１との比較を正確に行うことができ、インク１００の有無の判断を正確に行うことができる。
制御部６は、このような判断を、第２コンデンサーＣｂおよび第３コンデンサーＣｃにおいても同様に行う。すなわち、制御部６は、第１電極３、第２電極４Ｂ間のインク１００の有無の検出、および、第１電極３、第２電極４Ｃ間のインク１００の有無の検出についても、上記と同様にして行う。なお、第１電極３、第２電極４Ｂ間のインク１００の有無の検出の際には、第２基準値Ｋ２を用い、第１電極３、第２電極４Ｃ間のインク１００の有無の検出の際には、第３基準値Ｋ３を用いる。第１基準値Ｋ１〜第３基準値Ｋ３は、同じ値であってもよく、異なる値であってもよい。
なお、本実施形態では、検出部５は、第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃの電流を検出する構成であったが、本発明ではこれに限定されず、例えば、電圧を検出する構成であってもよい。
このような判断を行うことにより、検出部５の検出結果に基づいて容器２内のインク１００の残量に関する情報を得ることができる。
また、インク１００の残量に関する情報は、例えば、「０」、「１／２」、「１」や、「０％」、「３０％」、「６０％」、「１００％」等、インク１００の残量を段階的に数値化した情報や、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」等、インク１００の残量に応じてランク分けした文字または記号等が挙げられる。以下では、これらを総称して単に「インク１００の残量」と言う。
このような情報は、前述した表示部１３に表示される。これにより、使用者は、インク１００の残量を把握することができる。
以上説明したように、物理量検出装置１は、誘電体で構成される検出対象物としてのインク１００を収容する収容空間２０を内部に有する容器２と、収容空間２０を介して対向配置された第１電極３および少なくとも１つの第２電極４と、第１電極３、第２電極４間の静電容量を相互容量方式で検出する静電容量検出部５０と、を備える。第１電極３、第２電極４間の静電容量を相互容量方式で検出することにより、検出結果が寄生容量、すなわち、第１寄生コンデンサーＣａ’〜第３寄生コンデンサーＣｃ’の影響を受けることがない。よって、第１電極３、第２電極４間の静電容量を正確に検出することができる。その結果、インク１００の残量を正確に検出することができる。
また、第１電極３および第２電極４を覆う絶縁層７と、絶縁層７を覆う電磁波シールドであるシールド材９と、を備える。このような構成により、前述したように、第１電極３および第２電極４が周囲と導通するのを防止するとともに、ノイズの影響を軽減することができる。さらに、このような構成によれば、等価回路において前述したような第１寄生コンデンサーＣａ’〜第３寄生コンデンサーＣｃ’が形成されることとなるが、本発明では、静電容量検出部５０は、相互容量方式でインク１００の残量を検出するため、第１寄生コンデンサーＣａ’〜第３寄生コンデンサーＣｃ’の影響を無視することができる。すなわち、絶縁層７およびシールド材９を有する構成であるからこそ、本発明の効果が顕著となる。
また、静電容量検出部５０は、第１電極３にパルス電圧を印加し、パルス電圧の位相を切り替え可能な第１電源８Ａと、第２電極４にパルス電圧を印加する第２電源８Ｂと、第１電極３、第２電極４間の電流または電圧を検出する検出部５と、を有する。また、静電容量検出部５０は、検出部５の検出結果に基づいて、第１電極３、第２電極４間での検出対象物の有無を判断する判断部としての制御部６と、を有する。これにより、前述したような相互容量方式でのインク１００の残量の検出が可能となる。
また、前述したように、判断部としての制御部６は、前記検出部５の検出結果に基づいて、第１電源８Ａ、第２電源８Ｂおよび検出部５を含む回路の寄生容量（第１寄生コンデンサーＣａ’〜第３寄生コンデンサーＣｃ’の静電容量）を相殺するような演算を行う。これにより、第１寄生コンデンサーＣａ’〜第３寄生コンデンサーＣｃ’の影響を無視することができ、インク１００の残量を正確に検出することができる。
また、本発明の印刷装置１０は、本発明の物理量検出装置１を備える。これにより、上述した物理量検出装置１の利点を享受しつつ、印刷を行うことができる。特に、インク１００の残量を正確に検出することができるので、例えば、インク１００の残量が減ってきた際、適宜インク１００を補充することにより、不本意なタイミングで印刷が停止したりするのを防止することができる。さらに、第２電極４が複数ある場合、インク１００の減り度合いを段階的に把握することができ、インク１００の補充タイミングを良好に予測することができる。
次に、制御部６が行う制御動作について、図１２に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
まず、ステップＳ１０１において、インク１００の残量の検出を開始する。すなわち、図５に示す第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃに電圧を印加して、第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃの静電容量に対応する電流をそれぞれ検出する。
そして、ステップＳ１０２において、第１コンデンサーＣａの平均電流値Ｉ（１）および平均電流値Ｉ（２）の差分ΔＩ（以下、単に「差分ΔＩ」と言う）が第１基準値Ｋ１未満になったか否かを判断する。例えば、図４に示すように、インク１００の液面が位置Ｐ１に位置している場合には、第１コンデンサーＣａ内の誘電体はインク１００であり、差分ΔＩは、第１基準値Ｋ１以上であり、ステップＳ１０２において、差分ΔＩが第１基準値Ｋ１未満になっていないと判断し、ステップＳ１０３において、残量を表示する。すなわち、インク１００の液面が第１コンデンサーＣａよりも上側に位置している旨を表示部１３に表示する。
この表示方法は、前述したように、「０」、「１／２」、「１」や、「０％」、「３０％」、「６０％」、「１００％」等、インク１００の残量を段階的に数値化した情報や、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」等、インク１００の残量に応じてランク分けした文字または記号等が挙げられる。ステップＳ１０３では、例えば、「１００％」や「Ａ」と表示する。
ステップＳ１０２において、第１コンデンサーＣａの電流が第１基準値Ｋ１未満になったと判断した場合、ステップＳ１０４に移行する。例えば、インク１００の液面が図４に示す位置Ｐ２に位置していた場合、第１コンデンサーＣａ内の誘電体は空気であり、図９に示すように、第１コンデンサーＣａの電流の振幅が小さくなる。
ステップＳ１０４では、第２コンデンサーＣｂの差分ΔＩが第２基準値Ｋ２未満になったか否かを判断する。インク１００の液面が図４に示す位置Ｐ２に位置していた場合、第２コンデンサーＣｂ内の誘電体はインク１００であり、第２コンデンサーＣｂの差分ΔＩは、第２基準値Ｋ２以上である。この場合、ステップＳ１０４では、第２コンデンサーＣｂの差分ΔＩが第２基準値Ｋ２未満になっていないと判断し、ステップＳ１０５において、残量を表示する。すなわち、インク１００の液面が第１コンデンサーＣａと第２コンデンサーＣｂとの間に位置している旨を表示部１３に表示する。ステップＳ１０５では、例えば、「６０％」や「Ｂ」と表示する。
ステップＳ１０４において、第２コンデンサーＣｂの差分ΔＩが第２基準値Ｋ２未満になったと判断した場合、ステップＳ１０６に移行する。例えば、インク１００の液面が図４に示す位置Ｐ３に位置していた場合、第２コンデンサーＣｂ内の誘電体は空気であり、図９に示すように、第２コンデンサーＣｂの電流の振幅が小さくなる。
ステップＳ１０６では、第３コンデンサーＣｃの差分ΔＩが第３基準値Ｋ３未満になったか否かを判断する。インク１００の液面が図４に示す位置Ｐ３に位置していた場合、第３コンデンサーＣｃ内の誘電体はインク１００であり、ステップＳ１０６では、第３コンデンサーＣｃの差分ΔＩが第３基準値Ｋ３未満になっていないと判断し、ステップＳ１０７において、残量を表示する。すなわち、インク１００の液面が第２コンデンサーＣｂと第３コンデンサーＣｃとの間に位置している旨を表示部１３に表示する。ステップＳ１０７では、例えば、「３０％」や「Ｃ」と表示する。
ステップＳ１０６において、第３コンデンサーＣｃの差分ΔＩが第３基準値Ｋ３未満になったと判断した場合、ステップＳ１０８において、インク１００の残量が０である旨を表示部１３に表示する。ステップＳ１０８では、例えば、「０％」や「Ｄ」と表示する。
例えば、インク１００の残量が０の場合、第３コンデンサーＣｃ内の誘電体は空気であり、図９に示すように、第３コンデンサーＣｃの電流の振幅が小さくなる。
そして、ステップＳ１０９において、終了指示があったか否かを判断する。本ステップの判断は、例えば、印刷装置１０のユーザーが電源をＯＦＦにしたか否かに基づいて行われる。ステップＳ１０９において、終了指示があったと判断した場合、そこでプログラムを終了する。また、ステップＳ１０９において、終了指示がないと判断した場合、ステップＳ１０８に戻り、インク１００の残量が０である旨を表示部１３に表示したままの状態とする。
以上のようなステップを経て、インク１００の残量を正確に検出することができる。なお、図１３に示すような制御動作を行ってもよい。以下、図１２に示す制御動作との相違点のみを説明する。
図１３に示されている制御動作では、ステップＳ１０３を経たのち、ステップＳ１０２に戻り、ステップ１０５を経たのち、ステップＳ１０２に戻り、ステップ１０７を経たのち、ステップＳ１０２に戻り、ステップ１０９でＮＯと判断した場合、ステップＳ１０２に戻る。すなわち、インク１００の残量を検出するにあたって、インク１００の残量に関わらず、全ての第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃの差分ΔＩを検出する。このような構成によれば、インク１００が途中で補充された場合であっても、補充後のインク１００の量を正確に検出することができる。
以上、本発明の物理量検出装置および印刷装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、容器は、印刷装置に対して着脱可能であってもよく、固定されたものであってもよい。着脱可能な場合、容器は、インクが無くなり次第新たな容器と交換する構成であってもよく、インクを補充して繰り返し使用する構成であってもよい。容器が印刷装置に固定されている構成の場合、インク残量が減ったらインクを補充して用いられる。
また、前記実施形態では、物理量検出装置は、印刷装置のインクタンクに適用した場合について説明したが、本発明ではこれに限定されず、内部容量が変化する誘電体材料タンクの残量検出に好適に適応することができる。他の実施形態例として、３Ｄプリンターや射出成型機の造形材タンク、給湯器、飲料タンク、点滴やインシュリンなどの医療用タンク、冷却用の冷媒タンク等がある。また、液体タンクに限定されず、固体残量検出、例えば、給紙用ストッカーや排紙用ストッカー等にも適用可能である。
１０…印刷装置、１１…貯留部、１２…インクジェットヘッド、１３…表示部、１…物理量検出装置、２…容器、２０…収容空間、２１…底板、２１１…排出口、２１２…底面、２２…側壁、２３…側壁、２４…側壁、２５…側壁、３…第１電極、４…第２電極、４Ａ…第２電極、４Ｂ…第２電極、４Ｃ…第２電極、４１…長辺、４２…長辺、５…検出部、６…制御部、７…絶縁層、８Ａ…第１電源、８Ｂ…第２電源、９…シールド材、５０…静電容量検出部、６１…ＣＰＵ、６２…記憶部、１００…インク、３００Ａ…有効領域、３００Ｂ…有効領域、３００Ｃ…有効領域、Ｃａ…第１コンデンサー、Ｃａ'…第１寄生コンデンサー、Ｃｂ…第２コンデンサー、Ｃｂ'…第２寄生コンデンサー、Ｃｃ…第３コンデンサー、Ｃｃ'…第３寄生コンデンサー、Ｄ…離間距離、Ｄ１…最大深さ、Ｄ２…最小離間距離、Ｐ１…位置、Ｐ２…位置、Ｐ３…位置、Ｓ…シート、Ｓ０…面積、Ｓ１…面積、Ｓ２…面積、ｙ１…長さ、ｙ２…長さ、ｙ３…長さ、ｚ１…長さ、ｚ２…長さ

Claims (9)

  1. 誘電体で構成される検出対象物を収容する収容空間を内部に有する容器と、
    前記収容空間を介して対向配置された第１電極および少なくとも１つの第２電極と、
    前記第１電極、前記第２電極間の静電容量を相互容量方式で検出する静電容量検出部と、を備えることを特徴とする物理量検出装置。
  2. 前記第１電極および前記第２電極を覆う絶縁層と、前記絶縁層を覆う電磁波シールドと、を備える請求項１に記載の物理量検出装置。
  3. 互いに直交するｘ軸、ｙ軸および鉛直方向に沿ったｚ軸を設定したとき、前記容器は、前記ｚ軸方向を深さ方向とするものであり、
    前記第２電極は、前記ｙ軸方向に沿って延在する長尺状をなし、前記第１電極に対し、前記ｘ軸方向に離間して配置されている請求項１または２に記載の物理量検出装置。
  4. 前記第１電極は、前記ｚ軸方向に沿って延在する長尺状をなし、
    前記第２電極は、前記ｚ軸方向に沿って互いに離間して複数設けられている請求項３に記載の物理量検出装置。
  5. 前記検出対象物は、流動性を有し、
    前記容器は、前記検出対象物を排出する排出部を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の物理量検出装置。
  6. 前記静電容量検出部は、前記第１電極にパルス電圧を印加し、前記パルス電圧の位相を切り替え可能な第１電源と、前記第２電極にパルス電圧を印加する第２電源と、前記第１電極、前記第２電極間の電流または電圧を検出する検出部と、を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の物理量検出装置。
  7. 前記静電容量検出部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記第１電極、前記第２電極間での前記検出対象物の有無を判断する判断部を有する請求項６に記載の物理量検出装置。
  8. 前記判断部は、前記検出部の検出結果に基づいて、前記第１電源、前記第２電源および前記検出部を含む等価回路の寄生容量を相殺するような演算を行う請求項７に記載の物理量検出装置。
  9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の物理量検出装置を備えることを特徴とする印刷装置。
JP2019178870A 2019-09-30 2019-09-30 物理量検出装置および印刷装置 Withdrawn JP2021056080A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019178870A JP2021056080A (ja) 2019-09-30 2019-09-30 物理量検出装置および印刷装置
CN202011020025.XA CN112571969A (zh) 2019-09-30 2020-09-25 物理量检测装置以及印刷装置
US17/038,006 US20210094308A1 (en) 2019-09-30 2020-09-30 Physical quantity detection device and printing apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019178870A JP2021056080A (ja) 2019-09-30 2019-09-30 物理量検出装置および印刷装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2021056080A true JP2021056080A (ja) 2021-04-08

Family

ID=75119576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019178870A Withdrawn JP2021056080A (ja) 2019-09-30 2019-09-30 物理量検出装置および印刷装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20210094308A1 (ja)
JP (1) JP2021056080A (ja)
CN (1) CN112571969A (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0575623U (ja) * 1992-03-16 1993-10-15 株式会社トキメック 液面検出センサ
JP2005283150A (ja) * 2004-03-26 2005-10-13 Hoyutec Kk 液量検出器
WO2008080865A2 (de) * 2007-01-05 2008-07-10 Continental Automotive Gmbh Verfahren und vorrichtung zur füllstandsmessung
JP2017201272A (ja) * 2016-05-06 2017-11-09 信越ポリマー株式会社 医療用液体の液面検出装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5735451A (en) * 1993-04-05 1998-04-07 Seiko Epson Corporation Method and apparatus for bonding using brazing material
US20080231290A1 (en) * 2004-05-14 2008-09-25 Scientific Generics Ltd. Capacitive Position Sensor
EP1860409B1 (en) * 2006-05-23 2012-08-29 MG2 S.r.l. Apparatus for weighing liquid in a bottle, in particular a pharmaceutical bottle
CN101045394A (zh) * 2007-05-03 2007-10-03 吴嘉懿 有测量消耗品剩余量电路的消耗品容器
CN101266167A (zh) * 2008-04-08 2008-09-17 太原理工大学 电容式数字物位传感器及其测量方法
CN201917376U (zh) * 2011-01-14 2011-08-03 苏州路之遥科技股份有限公司 一种电容式液位传感器
KR20130068790A (ko) * 2011-12-16 2013-06-26 에이디반도체(주) 정전용량 방식의 레벨 센서 및 레벨 감지 방법
JP6543994B2 (ja) * 2015-03-27 2019-07-17 セイコーエプソン株式会社 印刷装置
ITUB20159220A1 (it) * 2015-12-24 2017-06-24 Eltek Spa Dispositivo e metodo per la rilevazione del livello di un mezzo
WO2018042809A1 (ja) * 2016-08-29 2018-03-08 三菱電機株式会社 静電容量検出装置及び電力変換装置
CN106404112A (zh) * 2016-11-30 2017-02-15 南京高华科技股份有限公司 一种电容式液位传感器的免标定测量方法和装置
CN107518851B (zh) * 2017-08-02 2020-06-30 佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司 洗碗机及其液位检测装置和液位检测方法
JP7205361B2 (ja) * 2019-04-17 2023-01-17 株式会社リコー トナー量検出装置、トナー量検出方法、トナー量検出プログラム
JP2021056083A (ja) * 2019-09-30 2021-04-08 セイコーエプソン株式会社 物理量検出装置および印刷装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0575623U (ja) * 1992-03-16 1993-10-15 株式会社トキメック 液面検出センサ
JP2005283150A (ja) * 2004-03-26 2005-10-13 Hoyutec Kk 液量検出器
WO2008080865A2 (de) * 2007-01-05 2008-07-10 Continental Automotive Gmbh Verfahren und vorrichtung zur füllstandsmessung
JP2017201272A (ja) * 2016-05-06 2017-11-09 信越ポリマー株式会社 医療用液体の液面検出装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN112571969A (zh) 2021-03-30
US20210094308A1 (en) 2021-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3219918U (ja) 成形電極による流動性材料レベル感知
US7600424B2 (en) Liquid condition sensing apparatus
US20160041021A1 (en) Capacitive liquid level detection device
KR101151419B1 (ko) Ｒｆ 전력 분배 장치 및 ｒｆ 전력 분배 방법
US11333542B2 (en) Physical quantity detection device and printing apparatus
US10895488B2 (en) Coupling element for a capacitive fill level measuring device
JP2015004568A (ja) センサ装置
US9594464B2 (en) Surface capacitive touch panel and reduction for the same
JP2007147321A (ja) 液量検知構造
US4700754A (en) Arrangement for controlling the level of an ink container
JP2021056080A (ja) 物理量検出装置および印刷装置
CN105229429A (zh) 液位测量装置
US11326925B2 (en) Probe unit with a securement unit that releasably secures an electrode on the probe body
US11565531B2 (en) Physical quantity detection device and printing apparatus
JP2021056079A (ja) 物理量検出装置および印刷装置
US7681968B2 (en) Ink level detecting apparatus of an ink-jet printer
JP2001121681A (ja) 印刷装置およびそれに用いられるインク容器
JP2837604B2 (ja) 記録装置
US11485145B2 (en) Physical quantity detection device and printing apparatus
US7533567B2 (en) Capacitance fuel volume measuring apparatus for fuel cell
JP2014122801A (ja) センサ装置
JP6123286B2 (ja) 静電容量結合方式静電センサー
US20240253358A1 (en) Liquid discharge apparatus and storage device
JP2004205445A (ja) 静電容量式液位センサ
US11428565B2 (en) Device and method for capacitively measuring a fill level of a filling medium

Legal Events

Date Code Title Description
RD07 Notification of extinguishment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7427

Effective date: 20200817

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20210917

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20211101

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220810

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230529

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230704

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20230904