JP2021056081A - 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

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Abstract

【課題】検出対象物の残量をより確実かつ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容器と、前記容器の外側に配置された第１電極と、前記第１電極に対し離間して対向配置された第２電極と、前記第１電極、前記第２電極間の静電容量を検出する静電容量検出部と、を備え、前記静電容量検出部は、前記第１電極に接続された波形発生源と、前記第２電極に接続された電圧検出回路と、を有し、前記静電容量検出部の入力インピーダンスの絶対値を｜Ｚｃ｜とし、前記第１電極および前記第２電極の間に前記検出対象物が存在する場合のインピーダンスの絶対値を｜Ｚ１｜とし、前記第１電極および前記第２電極の間に前記検出対象物が存在しない場合のインピーダンスの絶対値を｜Ｚ２｜としたとき、｜Ｚｃ｜／｜Ｚ１｜＋｜Ｚｃ｜＞｜Ｚｃ｜／｜Ｚ２｜＋｜Ｚｃ｜を満足する物理量検出装置。【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、従来では、各電極間にインクが存在しているか否かの判断基準をどのように設定するかに関して、十分な研究がなされていない。このため、従来では、インク残量の検出を正確に行えているとは言い難い。
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、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ｚ軸方向を深さ方向とし、誘電体で構成される検出対象物を収容し得る容器と、
前記容器の外側に配置された第１電極と、
前記ｙ軸方向に沿って延びた長手形状をなし、前記容器の外側で、かつ、前記第１電極に対し前記ｘ軸方向に離間して対向配置された少なくとも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検出する静電容量検出部と、を備え、
前記静電容量検出部は、前記第１電極に接続された波形発生源と、前記第２電極に接続された電圧検出回路と、を有し、
前記波形発生源から入力された入力波形に対する前記静電容量検出部の入力インピーダンスの絶対値を｜Ｚｃ｜とし、
前記波形発生源から入力された入力波形に対する前記第１電極および前記第２電極から構成されるキャパシターのインピーダンスにおいて、前記第１電極および前記第２電極の間に前記検出対象物が存在する場合のインピーダンスの絶対値を｜Ｚ１｜とし、
前記波形発生源から入力された入力波形に対する前記キャパシターのインピーダンスにおいて、前記第１電極および前記第２電極の間に前記検出対象物が存在しない場合のインピーダンスの絶対値を｜Ｚ２｜としたとき、
｜Ｚｃ｜／｜Ｚ１｜＋｜Ｚｃ｜＞｜Ｚｃ｜／｜Ｚ２｜＋｜Ｚｃ｜を満足す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、静電容量検出部が検出した電圧の経時変化を示すグラフである。 図８は、静電容量検出部が検出した電圧の経時変化を示すグラフである。 図９は、静電容量検出部が検出した電圧の経時変化を示すグラフである。 図１０は、静電容量検出部が検出した電圧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。 図１４は、図１に示す物理量検出装置の回路図である。
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中矢印ｙ軸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、静電容量検出部が検出した電圧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５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４Ａ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、後述する交流電源８から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、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。このような本発明によれば、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の配置制度に関わらず、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、図５に示す物理量検出装置１の主要部の回路図について説明する。物理量検出装置１は、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と、第１寄生コンデンサーＣａ’、第２寄生コンデンサーＣｂ’および、第３寄生コンデンサーＣｃ’と、増幅回路５１Ａと、増幅回路５１Ｂと、増幅回路５１Ｃと、電圧検出回路５０と、制御部６と、交流電源８と、を有する。これら交流電源８、増幅回路５１Ａ〜増幅回路５１Ｃおよび電圧検出回路５０によって静電容量検出部５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おり、それぞれに交流電源８から同じ大きさの電圧が印加される。
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。
また、第１コンデンサーＣａと電圧検出回路５０との間には、増幅回路５１Ａ（オペアンプ）が設けられている。第２コンデンサーＣｂと電圧検出回路５０との間には、増幅回路５１Ｂ（オペアンプ）が設けられている。第３コンデンサーＣｃと電圧検出回路５０との間には、増幅回路５１Ｃ（オペアンプ）が設けられている。
増幅回路５１Ａの入力インピーダンスは、キャパシターと同等に動作するため、等価回路においてコンデンサーとして表すことができる。なお、このコンデンサーを第１参照コンデンサーＣａ’’と言う。
同様に、増幅回路５１Ｂの入力インピーダンスは、キャパシターと同等に動作するため、等価回路においてコンデンサーとして表すことができる。なお、このコンデンサーを第２参照コンデンサーＣｂ’’と言う。
同様に、増幅回路５１Ｃの入力インピーダンスは、キャパシターと同等に動作するため、等価回路においてコンデンサーとして表すことができる。なお、このコンデンサーを第３参照コンデンサーＣｃ’’と言う。
ここで、前述した第１寄生コンデンサーＣａ’〜第３寄生コンデンサーＣｃ’の静電容量は、第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃや、第１参照コンデンサーＣａ’’〜第３参照コンデンサーＣｃ’’の静電容量に対して十分に大きい。このため、物理量を検出する際、影響を受けないように、または影響を軽減する必要がある。
以下、第１コンデンサーＣａ、第１寄生コンデンサーＣａ’および第１参照コンデンサーＣａ’’に着目して説明する。図５に示す回路図をより詳細に記載すると、図１４に示すような回路図で表される。交流電源８を作動させると、第１コンデンサーＣａと、第１寄生コンデンサーＣａ’と、第１参照コンデンサーＣａ’’とには、それぞれ、インピーダンスに応じた分圧が生じる。電圧検出回路５０は、第１参照コンデンサーＣａ’’の分圧を検出する。そして、その分圧に基づいて第１コンデンサーＣａの分圧を求め、第１コンデンサーＣａのインピーダンスに関連する物理量を検出することができる。
また、インク１００の液面が、第１コンデンサーＣａの上にあるか下にあるかで第１コンデンサーＣａに係るインピーダンスが変化する。第１コンデンサーＣａのインピーダンスは、第１参照コンデンサーＣａ’’のインピーダンスよりも小さいため、少なくとも５０％以上の電圧が第１コンデンサーＣａに印可される。このため、第１参照コンデンサーＣａ’’の分圧は、液体の有り無しに伴う第１コンデンサーＣａのインピーダンス比に合わせた強度比となる。
また、分圧により増幅器５１Ａに入力された電圧は、増幅されて増幅器５１Ａから出力される。この電圧を計測することにより、電圧の検出精度を高めることができる。
また、図１４に示すように、電圧検出回路５０は、第１参照コンデンサーＣａ’’〜第３参照コンデンサーＣｃ’’ごとにそれぞれ設けられていてもよく、１つの電圧検出回路が第１参照コンデンサーＣａ’’〜第３参照コンデンサーＣｃ’’の分圧を検出する構成であってもよい。
このような検出原理は、第２コンデンサーＣｂおよび第３コンデンサーＣｃに関しても同様である。
また、増幅回路５１Ａ〜増幅回路５１Ｃは、電圧の増幅率が１．１倍以上５０倍以下であるのが好ましく、２倍以上１０倍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。
なお、増幅回路５１Ａ〜増幅回路５１Ｃの増幅率は、異なっていてもよい。この場合、増幅回路５１Ｃ〜増幅回路５１Ａの順で増幅率が大きくなっているのが好ましい。これにより、インク１００の残量がより少ない状態における全量の検出精度を高くすることができる。
図７〜図１０は、静電容量検出部５が出力する第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃの情報の一例を示すグラフである。なお、図７〜図１０では、第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃの電圧波形を同じグラフに表示するために、検出した第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃの電圧に互いに異なる一定の電圧を重畳した状態で表示している。このため、図７〜図１０では、第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃの電圧波形が縦方向にずれて表示されている。
例えば、第１電極３および第２電極４Ａの間、すなわち、第１コンデンサーＣａ内にインク１００が存在している場合と、空気が存在している場合とで、静電容量が異なる。このことは、第２コンデンサーＣｂおよび第３コンデンサーＣｃについても同様である。この静電容量の差異に基づいて、後述する制御部６がインク１００の残量を検出する。
具体的には、インク１００の液面が図４に示す位置Ｐ１に位置しているとき、すなわち、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の全てのコンデンサーの内部に満量のインク１００が位置しているとき、図７に示すように、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の電圧波形は、それぞれ、所定の振幅の波形が検出される。
また、容器２内のインク１００が減って、インク１００の液面が図４に示す位置Ｐ２に位置しているとき、すなわち、第１コンデンサーＣａ内にはインク１００ではなく空気が存在しているとき、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ため、第１コンデンサーＣａの静電容量が前記より小さくなる。このため、図８に示すように、第１コンデンサーＣａの電圧波形の振幅が小さくなる。なお、第２コンデンサーＣｂ内および第３コンデンサーＣｃ内には満量のインク１００が存在しているため、第２コンデンサーＣｂおよび第３コンデンサーＣｃの電圧波形は、図７に示す電圧波形と同じままである。
また、容器２内のインク１００がさらに減って、インク１００の液面が図４に示す位置Ｐ３に位置しているとき、すなわち、第１コンデンサーＣａ内および第２コンデンサーＣｂ内に空気が存在しているとき、前記と同様の原理で、図９に示すように、第２コンデンサーＣｂも電圧波形の振幅が小さくなる。
そして、インク１００がさらに減って容器２内のインク１００の全部が無くなったとき、前記と同様の原理で、図１０に示すように、第３コンデンサーＣｃも電圧波形の振幅が小さくなる。
このようにインク１００の残量に応じて、すなわち、インク１００の液面の位置に応じて第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃの静電容量が変化する。そして、この静電容量に対応した電圧に関する情報は、制御部６に送信される。
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。
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、図７〜図１０に示す第１基準値Ｖ１と、第２基準値Ｖ２と、第３基準値Ｖ３とが記憶されている。第１基準値Ｖ１〜第３基準値Ｖ３は、予め設定された電圧値である。本実施形態では、第１基準値Ｖ１〜第３基準値Ｖ３は、互いに異なっている。これは、前述したように、検出した第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃの電圧に互いに異なる一定の電圧を重畳しているためである。なお、検出した第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃの電圧に互いに異なる一定の電圧を重畳しない場合、設定される基準値は、１つでよい。
ＣＰＵ６１は、静電容量検出部５の検出結果、すなわち、静電容量検出部５から送信された電圧値と、第１基準値Ｖ１〜第３基準値Ｖ３とに基づいて、インク１００の残量に関する情報を検出する、すなわち、得る。具体的には、ＣＰＵ６１は、第１コンデンサーＣａの電圧波形において振幅が小さくなり電圧の最大値が第１基準値Ｖ１以下になったか否かを判断する。また、ＣＰＵ６１は、第２コンデンサーＣｂの電圧波形において振幅が小さくなり電圧の最大値が第２基準値Ｖ２以下になったか否かを判断する。また、ＣＰＵ６１は、第３コンデンサーＣｃの電圧波形において振幅が小さくなり電圧の最大値が第３基準値Ｖ３以下になったか否かを判断する。そして、検出した電圧が基準値以上であった場合、そのコンデンサーの内部にインク１００がないとみなす。
このような判断を行うことにより、静電容量検出部５の検出結果、すなわち、静電容量に対応する電圧に基づいて容器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。
このように、物理量検出装置１は、静電容量検出部５の検出結果に基づいて容器２内の検出対象物としてのインク１００の残量に関する情報を得る制御部６を備える。これにより、静電容量検出部５の検出結果からインク１００の残量に関する情報を得るという簡単な方法で、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％」、「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。
次に、図５に示す等価回路におけるキャパシターおよび電圧検出回路５０のインピーダンスについて説明する。なお、以下では、第１コンデンサーＣａに着目して説明する。
波形発生源である交流電源８から入力された入力波形に対する電圧検出回路５０の入力インピーダンスの絶対値を｜Ｚｃ｜とする。また、交流電源８から入力された入力波形に対する第１コンデンサーＣａのインピーダンスにおいて、第１電極３および第２電極４の間にインク１００が存在する場合のインピーダンスの絶対値を｜Ｚ１｜とする。また、交流電源８から入力された入力波形に対する第１コンデンサーＣａ〜第３コンデンサーＣｃのインピーダンスにおいて、第１電極３および第２電極４の間にインク１００が存在しない場合のインピーダンスの絶対値を｜Ｚ２｜とする。インピーダンスの絶対値を｜Ｚ２｜は、インピーダンスの絶対値を｜Ｚ１｜よりも大きい。
そして、これらのインピーダンスの絶対値｜Ｚｃ｜、｜Ｚ１｜および｜Ｚ２｜は、｜Ｚｃ｜／｜Ｚ１｜＋｜Ｚｃ｜＞｜Ｚｃ｜／｜Ｚ２｜＋｜Ｚｃ｜を満足する。これにより、絶対値｜Ｚｃ｜、｜Ｚ１｜および｜Ｚ２｜が、｜Ｚｃ｜／｜Ｚ１｜＋｜Ｚｃ｜＞｜Ｚｃ｜／｜Ｚ２｜＋｜Ｚｃ｜を満足することにより、第１電極３および第２電極４の間にインク１００が存在する場合の電圧検出回路５０に印加される分圧が、第１電極３および第２電極４の間にインク１００が存在しない場合の分圧よりも大きくなる。よって、前述した第１基準値Ｖ１の値を設定する際、第１基準値Ｖ１の値を、｜Ｚｃ｜と｜Ｚ２｜とを含むインピーダンス比で決まる電圧検出回路５０に印加される分圧より大きく、｜Ｚｃ｜と｜Ｚ１｜とを含むインピーダンス比で決まる電圧検出回路５０に印加される分圧より小さい値に設定しさえすれば、上述したインク１００の有無の判断を正確に行うことができる。
このように、本発明によれば、第１基準値Ｖ１の設定を簡単かつ正確に設定することができ、検出対象物の残量をより確実かつ正確に検出することができる。なお、上記では第１コンデンサーＣａについて説明したが、第２コンデンサーＣｂおよび第３コンデンサーＣｃについても上述したような関係が成り立つ。よって、第２基準値Ｖ２および第３基準値Ｖ３の値の設定についても簡単かつ正確に設定することができ、インク１００の残量をより確実かつ正確に検出することができる。
また、｜Ｚ２｜／｜Ｚ１｜は、１．１以上１２．０以下であるのが好ましく、２．５以上１０．０以下であるのがより好ましい。これにより、第１電極３および第２電極４の間にインク１００が存在する場合の電圧検出回路５０に印加される分圧を、第１電極３および第２電極４の間にインク１００が存在しない場合の分圧よりも十分に大きくすることができる。よって、第１基準値Ｖ１〜第３基準値Ｖ３の設定をより簡単かつ正確に行うことができる。
｜Ｚ１｜は、５ｍΩ以上３００ｍΩ以下であるのが好ましく、１０ｍΩ以上２５０ｍΩ以下であるのがより好ましい。また、｜Ｚ２｜は、１０ｍΩ以上５００ｍΩ以下であるのが好ましく、１５ｍΩ以上４００ｍΩ以下であるのがより好ましい。｜Ｚ１｜および｜Ｚ２｜がこのような数値範囲であることにより、第１電極３および第２電極４の間にインク１００が存在する場合の電圧検出回路５０に印加される分圧を、第１電極３および第２電極４の間にインク１００が存在しない場合の分圧よりも十分かつ確実に大きくすることができる。よって、第１基準値Ｖ１〜第３基準値Ｖ３の設定をより簡単かつ正確に行うことができる。
以上、説明したように、本発明の物理量検出装置１は、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、ｚ軸方向を深さ方向とし、誘電体で構成される検出対象物としてのインク１００を収容し得る容器２と、容器２の外側に配置された第１電極３と、ｙ軸方向に沿って延びた長手形状をなし、容器２の外側で、かつ、第１電極３に対しｘ軸方向に離間して対向配置された少なくとも１つの第２電極４と、第１電極３、第２電極４間の静電容量を検出する静電容量検出部５と、を備える。また、静電容量検出部５は、第１電極３に接続された波形発生源である交流電源８と、第２電極４に接続された電圧検出回路５０と、を有する。そして、交流電源８から入力された入力波形に対する静電容量検出部５（電圧検出回路５０）のインピーダンスの絶対値を｜Ｚｃ｜とし、交流電源８から入力された入力波形に対する第１電極３および第２電極４から構成されるキャパシターのインピーダンスにおいて、第１電極３および第２電極４の間にインク１００が存在する場合のインピーダンスの絶対値を｜Ｚ１｜とし、交流電源８から入力された入力波形に対するキャパシターのインピーダンスにおいて、第１電極３および第２電極４の間にインク１００が存在しない場合のインピーダンスの絶対値を｜Ｚ２｜としたとき、｜Ｚｃ｜／｜Ｚ１｜＋｜Ｚｃ｜＞｜Ｚｃ｜／｜Ｚ２｜＋｜Ｚｃ｜を満足する。これにより、第１電極３、第２電極４間の検出対象物の有無の判断に用いる電圧の基準値を簡単かつ正確に設定することができる。よって、検出対象物の残量をより確実かつ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。
なお、上記では、波形発生源である交流電源８から入力された入力波形に対する電圧検出回路５０のインピーダンスの絶対値を｜Ｚｃ｜として説明したが、本発明ではこれに限定されず、増幅回路５１Ａのインピーダンスの絶対値を｜Ｚｃ｜としてもよい（増幅回路５１Ｂおよび増幅回路５１Ｃについても同様）。
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圧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の電圧の最大値（以下、単に「電圧」と言う）が第１基準値Ｖ１以下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、図７に示すように第１コンデンサーＣａの電圧の振幅に変化がない。この場合、ステップＳ１０２において、第１コンデンサーＣａの電圧が第１基準値Ｖ１以下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％」、「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の電圧が第１基準値Ｖ１以下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８に示すように、第１コンデンサーＣａの電圧の振幅が小さくなる。この場合、第１コンデンサーＣａの電圧が第１基準値Ｖ１以下になったと判断する。
ステップＳ１０４では、第２コンデンサーＣｂの電圧が第２基準値Ｖ２以下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、図８に示すように第２コンデンサーＣｂの電圧の振幅に変化がない。この場合、ステップＳ１０４では、第２コンデンサーＣｂの電圧が第２基準値Ｖ２以下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の電圧が第２基準値Ｖ２以下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の電圧の振幅が小さくなる。この場合、第２コンデンサーＣｂの電圧が第２基準値Ｖ２以下になったと判断する。
ステップＳ１０６では、第３コンデンサーＣｃの電圧が第３基準値Ｖ３以下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、図９に示すように第３コンデンサーＣｃの電圧の振幅に変化がない。この場合、ステップＳ１０６では、第３コンデンサーＣｃの電圧が第３基準値Ｖ３以下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の電圧が第３基準値Ｖ３以下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１０に示すように、第３コンデンサーＣｃの電圧の振幅が小さくなる。この場合、第３コンデンサーＣｃの電圧が第３基準値Ｖ３以下になったと判断する。
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の電圧を検出する。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…静電容量検出部、６…制御部、７…絶縁層、８…交流電源、９…シールド材、５０…電圧検出回路、５１Ａ…増幅回路、５１Ｂ…増幅回路、５１Ｃ…増幅回路、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、Ｖ１…第１基準値、Ｖ２…第２基準値、Ｖ３…第３基準値、ｙ１…長さ、ｙ２…長さ、ｙ３…長さ、ｚ１…長さ、ｚ２…長さ

Claims (8)

  1. 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ｚ軸方向を深さ方向とし、誘電体で構成される検出対象物を収容し得る容器と、
    前記容器の外側に配置された第１電極と、
    前記ｙ軸方向に沿って延びた長手形状をなし、前記容器の外側で、かつ、前記第１電極に対し前記ｘ軸方向に離間して対向配置された少なくとも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検出する静電容量検出部と、を備え、
    前記静電容量検出部は、前記第１電極に接続された波形発生源と、前記第２電極に接続された電圧検出回路と、を有し、
    前記波形発生源から入力された入力波形に対する前記静電容量検出部の入力インピーダンスの絶対値を｜Ｚｃ｜とし、
    前記波形発生源から入力された入力波形に対する前記第１電極および前記第２電極から構成されるキャパシターのインピーダンスにおいて、前記第１電極および前記第２電極の間に前記検出対象物が存在する場合のインピーダンスの絶対値を｜Ｚ１｜とし、
    前記波形発生源から入力された入力波形に対する前記キャパシターのインピーダンスにおいて、前記第１電極および前記第２電極の間に前記検出対象物が存在しない場合のインピーダンスの絶対値を｜Ｚ２｜としたとき、
    ｜Ｚｃ｜／｜Ｚ１｜＋｜Ｚｃ｜＞｜Ｚｃ｜／｜Ｚ２｜＋｜Ｚｃ｜を満足することを特徴とする物理量検出装置。
  2. ｜Ｚ２｜／｜Ｚ１｜は、１．１以上１２．０以下である請求項１に記載の物理量検出装置。
  3. 前記｜Ｚ１｜は、５ｍΩ以上３００ｍΩ以下であり、
    前記｜Ｚ２｜は、１０ｍΩ以上５００ｍΩ以下である請求項１または２に記載の物理量検出装置。
  4. 前記静電容量検出部は、前記キャパシターと前記電圧検出回路との間に設けられた増幅回路を有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の物理量検出装置。
  5. 前記第２電極は、前記ｚ軸に沿って互いに離間して複数設けられている請求項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の検出結果に基づいて前記容器内の前記検出対象物の残量に関する情報を得る制御部を備える請求項１ないし６のいずれか１項に記載の物理量検出装置。
  8. 請求項１ないし７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。
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