JP3945411B2 - 消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、消耗品容器内の消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器を製造する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータの出力装置として、インクジェットプリンタが普及している。消耗品であるインクジェットプリンタのインクは、インクカートリッジに、収容されて提供されるのが通例である。インクカートリッジに収容された消耗品の残量を計測する方法としては、たとえば特許文献１に開示されているように圧電素子を用いて直接計測する方法も提案されている。
【０００３】
この方法では、まず、インクカートリッジに装着された圧電素子に電圧波を印可することにより圧電素子の振動部を振動させる。つぎに、圧電素子の振動部に残留する残留振動によって生ずる逆起電力の周期の変動に応じて消耗品の残量を計測する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１４７１４６号公報
【特許文献２】
特開２００２−２４１４５０号公報
【特許文献３】
特開平６−８４２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような方法では、発生を意図しない振動ノイズによってＳ／Ｎ比が下がって正確な計測ができない場合があるという問題が生じていた。一方、Ｓ／Ｎ比を上げるために個々の消耗品容器を手作業で調整するのは負担が大きい。このような問題は、インクカートリッジに限られず、一般に、圧電素子を用いて消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器に共通する問題であった。
【０００６】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、圧電素子を用いて消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器の調整において、調整するための負担を軽減する技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第１の態様の製造方法は、収容された消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器を製造する方法であって、
（ａ）圧電素子の特性を計測して、前記圧電素子の特性を表す圧電素子特性情報を生成する工程と、
（ｂ）前記消耗品を格納する消耗品タンクを準備する工程と、
（ｃ）前記圧電素子と、前記圧電素子の充電と放電とを行うとともに前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する検出信号生成回路と、不揮発性メモリと、を前記消耗品タンクに装着する工程と、
（ｃ）前記圧電素子特性情報に応じて、前記圧電素子の放電特性を設定する工程と、
（ｄ）前記設定された放電特性を表す設定情報を前記不揮発性メモリに記録する工程と、
を備え、
前記周期は、前記収容された消耗品の残存量が所定量より多いか否かの決定に利用可能であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第１の態様の製造方法では、圧電素子の特性を計測して圧電素子特性情報が生成され、この情報に応じて圧電素子の放電特性が設定されるので、圧電素子の特性のばらつきに起因して要求される圧電素子の放電特性の設定負担を軽減することができる。なお、圧電素子の特性計測の負担は、たとえば圧電素子の製品検査の際に併せて行うことで小さくすることができる。
【０００９】
上記製造方法において、前記工程（ａ）は、圧電素子の特性を計測して複数のランクに分類する工程を含み、
前記工程（ｃ）は、前記分類されたランクに応じて、前記圧電素子の放電特性を設定する工程を含むようにするようにしても良い。こうすれば、簡易に本発明を適用することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様の製造方法は、収容された消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器を製造する方法であって、
（ａ）前記消耗品を格納する消耗品タンクを準備する工程と、
（ｂ）前記消耗品タンクに、圧電素子と不揮発性メモリと前記圧電素子の充放電を行う回路とを装着する工程と、
（ｃ）前記圧電素子の可変の放電特性を設定する工程と、
（ｄ）前記計測の可否の判断を行う工程と、
（ｅ）前記設定された放電特性を前記不揮発性メモリに記録する工程と、
を備え、
前記工程（ｄ）は、
（ｄ−１）前記圧電素子に充電する工程と、
（ｄ−２）前記圧電素子から放電する工程と、
（ｄ−３）前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する工程と、
（ｄ−４）前記検出信号に応じて、前記格納された消耗品の残存量を計測できるか否かの判断を行う工程と、
（ｄ−５）前記計測できないとの判断に応じて、前記計測ができないと判断された放電特性とは異なる放電特性に設定するとともに、前記工程（ｄ）に処理を戻す工程と、
を備え、
前記周期は、前記収容された消耗品の残存量が所定量より多いか否かの決定に利用可能であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の態様の製造方法では、計測可能な設定状態が試行錯誤によって自動的に探索されるので、放電特性の設定負担を軽減することができる。このような設定は、消耗品容器の製品検査の一部として実施することができる。
【００１２】
本発明の消耗品容器は、収容された消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器であって、
前記消耗品を格納するとともに圧電素子が装着された消耗品タンクと、
前記圧電素子の充電と放電とを行うとともに、前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する検出信号生成回路と、
前記圧電素子の特性を表す圧電素子特性情報に応じて、前記圧電素子の放電特性を設定するための放電特性設定情報を格納する不揮発性メモリと、
前記圧電素子の充電と放電の制御を行う制御部と、
を備え、
前記周期は、前記格納された消耗品の残存量が所定量より多いか否かの決定に利用可能であり、
前記制御部は、前記圧電素子特性情報と前記放電特性設定情報とに応じて、前記圧電素子の放電特性を設定可能であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の消耗品容器は、圧電素子の特性を表す情報に応じて圧電素子の放電特性を変更できるように構成されているので、圧電素子の特性を表す情報を消耗品容器に与えるだけで容易に放電特性の設定を行うことができる。
【００１４】
上記消耗品容器において、前記圧電素子特性情報は、前記圧電素子の特性の計測に応じて、複数のランクの中から選択されたランクであり、
前記制御部は、前記選択されたランクに応じて、前記圧電素子の放電特性を設定するようにしても良い。
【００１５】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、たとえば、残量計測装置、残量計測制御方法および残量計測制御装置、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、その印刷装置に用いられる印刷ヘッドやカートリッジ、その組合せ等の態様で実現することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．本発明の実施例におけるインクカートリッジの構造：
Ｂ．本発明の実施例におけるインクカートリッジの電気的構成：
Ｃ．本発明の実施例におけるインク残量検出部の回路構成：
Ｄ．本発明の実施例におけるインク残量測定処理：
Ｅ．本発明の実施例における放電特性設定処理の内容：
Ｆ．本発明の実施例における放電特性設定処理の方法：
Ｇ．変形例：
【００１７】
Ａ．インクカートリッジの構造：
図１は、本発明の実施におけるインクカートリッジ１００の外観斜視図である。インクカートリッジ１００は、消耗品として内部に１種類のインクを収容する筐体１４０を備えている。筐体１４０の下部には、後述するプリンタにインクを供給するためのインク供給口１１０が設けられている。筐体１４０の上部には、プリンタと電波により通信するためのアンテナ１２０やロジック回路１３０が備えられている。筐体１４０の側部には、インク残量の計測に利用されるセンサＳＳが装備されている。センサＳＳは、ロジック回路１３０に電気的に接続されている。
【００１８】
図２は、インクカートリッジ１００の筐体１４０の側部に装備されたセンサＳＳの断面を示す断面図である。センサＳＳは、圧電効果や逆圧電効果といった圧電素子としての特性を備えるピエゾ素子ＰＺＴと、ピエゾ素子ＰＺＴに電圧を印可する２つの電極１０、１１と、センサアタッチメント１２とを備える。電極１０、１１は、ロジック回路１３０に接続されている。センサアタッチメント１２は、ピエゾ素子ＰＺＴからインクと筐体１４０とに振動を伝える薄膜を有するセンサＳＳの構造部である。
【００１９】
図２（ａ）は、インクが所定量以上残存していて、インクの液面がセンサＳＳの位置（図１）より高い場合を示している。図２（ｂ）は、インクが所定量以上残存しておらず、インクの液面がセンサＳＳの位置より低い場合を示している。これらの図から分かるように、インクの液面がセンサＳＳの位置より高い場合には、センサＳＳとインクと筐体１４０とが振動体となるが、インクの液面がセンサＳＳの位置より低い場合には、センサＳＳと筐体１４０とセンサＳＳに付着した少量のインクのみが振動体となる。この結果、ピエゾ素子ＰＺＴ周辺の振動特性がインクの残量に応じて変化することになる。本実施例では、このような振動特性の変化を利用して、インクの残量の計測が行われる。なお、計測の方法の詳細については後述する。
【００２０】
Ｂ．インクカートリッジの電気的構成：
図３は、インクカートリッジ１００に備えられたロジック回路１３０のブロック図である。ロジック回路１３０は、ＲＦ回路２００と、制御部２１０と、不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ２２０と、インク残量検出回路２３０と、電力発生部２４０と、チャージポンプ回路２５０とを備えている。
【００２１】
ＲＦ回路２００は、アンテナ１２０を介してプリンタ２０から受信した電波を復調する復調部２０１と、制御部２１０から受信した信号を変調してプリンタ２０に送信するための変調部２０２とを備えている。プリンタ２０は、アンテナ１２１を用いて所定の周波数の搬送波でベースバンド信号をインクカートリッジ１００に送信している。一方、インクカートリッジ１００は、搬送波を用いずにアンテナ１２０の負荷を変動させることによりアンテナ１２１のインピーダンスを変動させることができる。インクカートリッジ１００は、このインピーダンスの変動を利用して信号をプリンタ２０に送信する。このようにして、インクカートリッジ１００とプリンタ２０とは、双方向通信を行うことができる。
【００２２】
電力発生部２４０は、ＲＦ回路２００が受信した搬送波を整流して所定の電圧（たとえば５Ｖ）で電力を生成する。電力発生部２４０は、ＲＦ回路２００と、制御部２１０と、ＥＥＰＲＯＭ２２０と、チャージポンプ回路２５０とに電力を供給する。チャージポンプ回路２５０は、センサＳＳが要求する所定の電圧に昇圧してからインク残量検出回路２３０に電力を供給する。
【００２３】
Ｃ．本発明の実施例におけるインク残量検出回路２３０の回路構成：
図４は、インク残量検出回路２３０とセンサＳＳの回路構成を示す回路図である。インク残量検出回路２３０は、ＰＮＰ型トランジスタＴｒ１と、ＮＰＮ型トランジスタＴｒ２と、充電時定数調整用抵抗器Ｒ１と、放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓと、アンプ２３２と、パルスカウンタ２３５とを備えている。センサＳＳは、２つの電極１０、１１（図２）でインク残量検出回路２３０に接続されている。
【００２４】
放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓは、４つの放電時定数調整用抵抗器Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ、Ｒ２ｃ、Ｒ２ｄと、その各々に接続された４つのスイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄとを有している。４つのスイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄは、制御部２１０によって開閉することができる。この開閉の組合せによって、制御部２１０は、放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓの抵抗値を設定することができる。
【００２５】
ＰＮＰ型トランジスタＴｒ１は以下のように接続されている。ベースは、制御部２１０からの制御出力を受信する端子ＴＡと接続されている。エミッタは、充電時定数調整用抵抗器Ｒ１を介してチャージポンプ回路２５０に接続されている。コレクタは、センサＳＳの一方の電極である電極１０に接続されている。センサＳＳの他方の電極である電極１１は接地されている。
【００２６】
ＮＰＮ型トランジスタＴｒ２は以下のように接続されている。ベースは、制御部２１０からの制御出力を受信する端子ＴＢと接続されている。コレクタは、センサＳＳの一方の電極である電極１０に接続されている。エミッタは、上述のように抵抗値を変更可能な放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓを介して接地されている。
【００２７】
パルスカウンタ２３５は、ピエゾ素子ＰＺＴが出力する電圧を増幅するアンプ２３２を介して、ピエゾ素子ＰＺＴに接続された電極１０に接続されている。パルスカウンタ２３５は、制御部２１０からの制御出力を受信することができるように制御部２１０に接続されている。
【００２８】
図５は、インク残量検出回路２３０に備えられたパルスカウンタ２３５のブロック図である。パルスカウンタ２３５は、コンパレータ２３４と、カウンタ制御部２３６と、カウント部２３８と、図示しない発振器とを備えている。コンパレータ２３４には、分析対象となるアンプ２３２の出力と、比較対象となる基準電位Ｖｒｅｆとが入力されている。カウンタ制御部２３６とカウント部２３８とは、制御部２１０に接続されている。なお、インク残量検出回路２３０は、特許請求の範囲における「検出信号生成回路」に相当する。
【００２９】
Ｄ．本発明の実施例におけるインク残量測定処理：
図６は、本発明の実施例におけるインク残量測定処理の方法を示すフローチャートである。図７は、この処理におけるインク残量検出回路２３０とセンサＳＳの作動を示すタイミングチャートである。この処理は、たとえばプリンタ２０の電源スイッチの操作に応じてインクカートリッジ１００とプリンタ２０の双方で実行される。インクカートリッジ１００では、ピエゾ素子ＰＺＴが出力する電圧波が所定の数（たとえば５つ）だけ発生する間のクロック信号の数をカウントする。一方、プリンタ２０は、カウントされた値に応じて電圧波の周波数を算出するとともに、算出された周波数に応じてインクの残量状態を推定する。具体的には、以下の処理が行われる。
【００３０】
ステップＳ１００では、制御部２１０（図４）は、放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓの４つのスイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄを開閉してピエゾ素子ＰＺＴの放電時定数を設定する。放電時定数の設定処理の詳細については後述する。
【００３１】
ステップＳ１１０では、制御部２１０（図４）は、時刻ｔ０において端子ＴＡに所定の制御出力信号を出力してトランジスタＴｒ１をオンする。これにより、チャージポンプ回路２５０からピエゾ素子ＰＺＴに電流が流れ込み、この電流によってキャパシタンスを有するピエゾ素子ＰＺＴに電圧が印可される。なお、初期状態では、２つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は、いずれもオフにされている。
【００３２】
制御部２１０は、時刻ｔ１においてトランジスタＴｒ１をオフし、時刻ｔ２までインク残量検出回路２３０を待機させる。時刻ｔ２まで待機させるのは、電圧が印可されたことによるピエゾ素子ＰＺＴの振動を減衰させるためである。なお、時刻の計測は、制御部２１０内部の図示しないクロックを利用して行われる。
【００３３】
ステップＳ１２０では、制御部２１０（図４）は、時刻ｔ２において端子ＴＢに所定の制御出力信号を送信してトランジスタＴｒ２を時刻ｔ２でオンし、時刻ｔ３でオフする。これにより、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間だけピエゾ素子ＰＺＴからの放電が行われる。ピエゾ素子ＰＺＴは、この放電によって急激に変形してセンサ振動系を加振する。センサ振動系とは、本実施例では、センサＳＳ（図２）とセンサＳＳ周辺の筐体１４０とインクとを含む系である。
【００３４】
図８は、放電時のピエゾ素子ＰＺＴの放電波形を示す説明図である。図８（ａ）は、時間領域における放電波形を示す説明図である。各時刻における電圧は以下のとおりである。
（１）放電開始時刻ｔ２：電位Ｖｃｈ（チャージポンプ回路２５０の出力電位）
（２）時定数時刻ｔｄ ：電位Ｖｃｈから６３．２％だけ降下した電位
（３）放電終了時刻ｔ３：接地電位より少し高い電位（図８）
ここで、時定数時刻ｔｄは、放電開始時刻ｔ２から時定数だけ経過した時刻である。なお、本明細書では、放電開始時刻ｔ２から放電終了時刻ｔ３までのピエゾ素子ＰＺＴと接地とが導通関係にある時間を放電時間と呼ぶ。
【００３５】
図８（ｂ）は、周波数領域における印可電圧の基本波と複数の高調波とを示す説明図である。これは、第１ウィンドウ（図７）におけるピエゾ素子ＰＺＴの印可電圧の波形が永遠に繰り返されると仮定した波形のフーリエ解析結果を示す図である。この結果、印可電圧は、放電時間の逆数である基本周波数とその整数倍の周波数を有する高調波とから構成される電圧波となることが分かる。ここで、説明を分かりやすくするためにピエゾ素子ＰＺＴの歪みが印可電圧と線形の関係あると仮定すると、加振力の波形は、印可電圧の波形と一致することになる。
【００３６】
図９は、センサＳＳを含むセンサ振動系の周波数応答関数（伝達関数）を示す説明図である。周波数応答関数とは、センサ振動系の振動伝達系の入力と出力との関係を表したものであり、入力のフーリエスペクトルと出力のフーリエスペクトルの比で表される。すなわち、本実施例の周波数応答関数は、ピエゾ素子ＰＺＴの放電波形（加振力と線形の関係にある）のフーリエスペクトルと、センサ振動系の自由振動のフーリエスペクトルの比である。
【００３７】
図９の１次モードと２次モードは、センサ振動系の２つの固有モードを示している。固有モードとは、センサ振動系が振動し得る形である。換言すれば、全ての物体は、振動するときのそれぞれの固有の形を持っていて、これ以外の形では振動することができない。この固有の形が固有モードである。物体の固有モードは、モーダル解析によって求めることができる。
【００３８】
インクカートリッジ１００は以下の２つの振動モードを有すると仮定している。
（１）１次モードは、センサＳＳ（図２）が有する凹部のエッジ部分が振動の節となるとともに、凹部の中心が振動の腹になってお椀型に変形する振動モードである。
（２）２次モードは、センサＳＳが有する凹部のエッジ部分と中心部分の双方が振動の節となるとともに、エッジ部分と中心部分の中間部の中心部から見て左右２箇所が振動の腹となってシーソー型に変形する振動モードである。
【００３９】
図１０は、ピエゾ素子ＰＺＴの自由振動に応じてピエゾ素子ＰＺＴに電圧が発生する様子を示す説明図である。図１０（ａ）は、周波数領域における印可電圧（放電時）の波形（図８（ｂ））と、センサ振動系の周波数応答関数（図９）とを重畳させて、それぞれ実線と破線とで示している。図１０（ｂ）は、ピエゾ素子ＰＺＴの出力電圧を示している。
【００４０】
図１０（ａ）から分かるように、センサ振動系の１次モードの固有振動数にほぼ一致し、センサ振動系の２次モードの周波数に一致する放電波形の高調波が存在しないように放電波形の基本波の周波数が調整されている。これにより、センサ振動系の１次モードの固有振動数においてのみ大きな自由振動が発生することになる。この結果、センサ振動系の１次モードの固有振動数においてのみピエゾ素子ＰＺＴに大きな電圧が発生することになる（図１０（ｂ））。これは、第２ウィンドウ（図７）におけるピエゾ素子ＰＺＴの出力電圧の波形が永遠に繰り返されると仮定した波形のフーリエ解析結果と一致することになる。
【００４１】
本実施例では、センサ振動系の１次モードの固有振動数の微小なシフトを利用してインクの液面を計測している。すなわち、本実施例では、インクの液面がセンサＳＳより高いか否かで１次モードの固有振動数が微小にシフトする。このシフトに応じて、センサＳＳとインクの液面の位置関係が決定されている。この結果、他の周波数の電圧波は、ノイズとなることが分かる。
【００４２】
ステップＳ１３０（図６）では、制御部２１０は、図７の時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間インク残量検出回路２３０を再び待機させる。この待機時間は、ノイズ源となる不要振動を減衰させるための時間である。この待機時間に、１次モードと２次モードの固有振動数以外の周波数における振動がほとんど消滅することになる。待機時間は、前述のように時刻ｔ４に終了する。
【００４３】
制御部２１０（図５）は、時刻ｔ４においてカウンタ制御部２３６にカウンタ起動信号を出力する。カウンタ起動信号を受信したカウンタ制御部２３６は、カウント部２３８へカウントイネーブル信号を出力する。カウントイネーブル信号の出力は、受信後の最初のコンパレータ出力の立ち上がりエッジＥｄｇｅ１に応じて開始され（時刻ｔ５）、６番目の立ち上がりエッジＥｄｇｅ６（時刻ｔ６）に応じて終了する。なお、コンパレータ２３４において比較対象となる基準電位Ｖｒｅｆは、本実施例では接地電位に設定されている。
【００４４】
ステップＳ１４０では、カウント部２３８は、クロックをカウントする。クロックのカウントは、カウント部２３８がカウントイネーブル信号を受信している間にのみ行われる。これにより、コンパレータ出力の立ち上がりエッジＥｄｇｅ１から６番目の立ち上がりエッジＥｄｇｅ６までの間のクロック信号の数がカウントされることになる。すなわち、ピエゾ素子ＰＺＴが出力した電圧波の５周期分のクロック信号がカウントされたことになる。
【００４５】
ステップＳ１５０では、カウント部２３８は、カウント値を出力する。出力されたカウント値は、プリンタ２０に送られる。プリンタ２０は、受信したカウント値とクロック周期とに応じてピエゾ素子ＰＺＴが出力した電圧波の周波数を算出する。
【００４６】
ステップＳ１６０では、プリンタ２０は、この周波数に応じてインクの残量が所定の量以上であるか否かを決定することができる。たとえば、インクの液位がセンサＳＳの位置よりも高いときには、９０ｋＨｚに近い周波数となり、インクの液位がセンサＳＳの位置よりも低いときには、１１０ｋＨｚに近い周波数となることが分かっていると仮定する。この場合には、計測された周波数が、たとえば１０５ｋＨｚだったとするとインク残量が所定値未満であることが分かる（ステップＳ１７０、Ｓ１８０）。
【００４７】
Ｅ．本発明の実施例における放電特性設定処理の内容：
図１１は、図１０と同様にピエゾ素子ＰＺＴの自由振動に応じてピエゾ素子ＰＺＴに電圧が発生する様子を示す説明図である。ただし、放電特性が適切に設定される前の状態における電圧発生の様子である。調整前であるため、放電時の印可電圧の基本波の周波数がセンサ振動系の１次モードの固有振動数に一致していない一方、センサ振動系の２次モードの固有振動数に一致する放電時の印可電圧の高調波が存在する。
【００４８】
この結果、１次モードの固有振動数だけでなく２次モードの固有振動数においても大きな電圧が発生する。このため、２次モードの固有振動数における電圧波がノイズとなってインク残量の計測を阻害することが分かる。
【００４９】
図１２は、本発明の実施例における放電特性設定処理の様子を示す説明図である。図１２（ａ）は、放電特性の設定後の放電波形を示しており、図８（ａ）と同一の図である。図１２（ｂ）は、放電特性の設定前の放電波形を示している。
【００５０】
この例では、放電特性として放電時定数と放電時間とを設定している。放電時定数は、ピエゾ素子ＰＺＴと接地との間の抵抗値と、ピエゾ素子ＰＺＴの静電容量の積である。放電時定数は、放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓの抵抗値の調整によって設定することができる。この抵抗値は、各放電時定数調整抵抗制御スイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄを適切な組合せで開閉することにより設定することができる。
【００５１】
一方、放電時間とは、前述のようにピエゾ素子ＰＺＴと接地とが導通状態にある時間である。具体的には、制御部２１０がトランジスタＴｒ２をオンにしている時間である。放電時間は、制御部２１０が自由に設定することができる。
【００５２】
このような方法により、放電時定数を時定数Ｔｄ’から時定数Ｔｄに変更するとともに、放電終了時刻をｔ３’からｔ３に延ばして放電時間を変更すると図１２（ａ）に示される放電波形と同一の波形となる。
【００５３】
このように、本発明の実施例のインクカートリッジ１００によれば、ピエゾ素子ＰＺＴからの放電特性を変更することが可能なので、放電後の残留振動の特性を残存量検出に好ましいＳ／Ｎの高いものに変更することができる。この結果、計測の信頼性を高めることができる。
【００５４】
Ｆ．本発明の実施例における放電特性設定処理の方法：
図１３は、本発明の実施例における放電特性設定処理の方法を示すフローチャートである。放電特性設定処理は、製造時とユーザによるインクカートリッジ１００の使用時とに行うことができる。ステップＳ２００とステップＳ２１０における処理が製造時における設定処理であり、ステップＳ２２０以降の処理がユーザによるインクカートリッジ１００の使用時における設定処理である。なお、この例では、説明を分かりやすくするために放電時定数のみを設定するものとする。
【００５５】
ステップＳ２００では、センサＳＳの製造者は、センサＳＳのセンサランクを決定する。センサランクとは、印可電圧と歪みの関係その他のセンサの特性を表すランクである。センサランクの決定は、センサの特性を実際に計測することによって行われる。本実施例では、センサＳＳは、ＡからＨまでの８段階のセンサランクに分類されるものとする。なお、センサランクは、特許請求の範囲における「圧電素子特性情報」に相当する。
【００５６】
ステップＳ２１０では、インクカートリッジ１００の製造者は、決定されたセンサランクに応じて放電特性の初期設定を行う。放電特性の初期設定は、予め定められたセンサランクと放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓの設定状態の関係（図１４）に従って行われる。なお、センサランクと放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓの設定状態の関係は、特許請求の範囲における「放電特性設定情報」に相当する。
【００５７】
たとえばセンサランクがＢのときには、放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓが有する４つのスイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄのうち３つのスイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃが「ＯＮ」に設定され、スイッチＳｄが「ＯＦＦ」に設定される。ここで、スイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄの開閉によって接続が制御される抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄの抵抗値は、１００Ω、２００Ω、４００Ω、８００Ωとされている（図１４）。
【００５８】
この設定内容は、インクカートリッジ１００がロジック回路１３０内に備える不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ２２０にセンサランクとともに記録される。なお、インクの残量が所定量以上であることを表す情報もインク注入時に記録される。これにより、最後の計測時に設定された放電特性を表す情報が不揮発性メモリに記録され、この記録された設定で計測されることになるので、簡易に計測の信頼性を高めることができるという利点がある。
【００５９】
ステップＳ２２０では、ユーザは、インク残量の計測試験を実施する。計測試験の実施は、インクカートリッジ１００をプリンタ２０に装着すると自動的に行われる。プリンタ２０は、計測試験を以下に示すシーケンスで実施する。
（１）インクの残量が所定量以上であることを、ＥＥＰＲＯＭ２２０に記録された残存量を表す情報で確認する。
（２）ＥＥＰＲＯＭ２２０に記録された情報に基づいて、放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓを設定する。
（３）前述のインク残量測定処理の方法（図６）のうちステップＳ１１０からステップＳ１６０までの処理を実行する。
【００６０】
ステップＳ２３０では、プリンタ２０は、計測値が所定の許容範囲内にあるか否かを判断する。所定の許容範囲は、この例では、インクの残量が所定量以上である場合の周波数である９０ｋＨｚの±５ｋＨｚに設定されている。この判断の結果、計測値が所定の許容範囲内にある場合には、放電特性設定処理は完了する。一方、計測値が所定の許容範囲内にない場合には、処理がステップＳ２４０に進む。なお、許容範囲内であるか否かの判断は、特許請求の範囲における「消耗品の残存量を計測できるか否かの判断」に相当する。
【００６１】
ステップＳ２４０では、プリンタ２０は、予め定められた順序で放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓを再設定した後に繰り返して計測を行う。たとえば、ＥＥＰＲＯＭ２２０に格納されたセンサランクがＣの場合には、Ｂに設定して計測、Ｄに設定して計測、Ａに設定して計測、Ｅに設定して計測といった順序で許容範囲内に入るまで繰り返して計測する。これにより、インク残量の計測が可能な放電特性に自動的に設定され、放電特性の設定を確実に適切なものとすることができるという利点がある。
【００６２】
なお、ステップＳ２２０からステップＳ２４０までの処理は、製造者側で実施しても良い。また、ステップＳ２００からステップＳ２１０までの処理は、製造者が設定を行う場合にもユーザ側で設定を行う場合にも省略可能である。
【００６３】
Ｇ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００６４】
Ｇ−１．上記各実施例では、センサの要素としてピエゾ素子ＰＺＴを使用しているが、たとえばロッシェル塩（酒石酸ナトリウムカリウム）を使用しても良い。本発明で使用するセンサは、充放電に応じて変形する逆圧電効果と、変形に応じて電圧を発生させる圧電効果という２つの特性を有する圧電素子を利用するものであれば良い。
【００６５】
Ｇ−２．上記実施例では、トランジスタＴｒ２のオンの時間と、圧電素子と放電時定数調整用抵抗で定まる時定数とを調整することによって放電特性を変更しているが、いずれか一方だけでも良い。また、たとえば放電用の回路に定電流回路を付加して図１５に示されるような放電波形とすることにより放電特性を変更するようにしても良い。
【００６６】
Ｇ−３．上記実施例では、放電時定数は、放電時定数調整用の抵抗回路の抵抗値を変更することによって調整されているが、たとえば圧電素子に並列にコンデンサを接続可能としてキャパシタンスを変更することによって時定数を調整するようにしても良い。
【００６７】
Ｇ−４．上記実施例では、残量の計測対象はインクであるが、たとえばトナーであっても良い。本発明で残量の計測対象となるのは、機器の使用によって減少する消耗品であれば良い。
【００６８】
Ｇ−５．上記実施例の放電特性設定処理の方法では、予め定められたセンサランクと放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓの設定状態の関係を表すテーブルを用いて、圧電素子の放電特性を設定しているが、たとえば圧電素子の特性を電圧と歪みの関係を表す特性数値として計測し、この計測結果に応じて予め不揮発性メモリやコンピュータに格納されたアルゴリズムに従って放電特性を設定するようにしても良い。
【００６９】
アルゴリズムは、たとえば上記の特性数値から所定の計算式を用いて時定数や放電時間といった放電特性の最適値を算出し、この最適値に最も近い設定状態を選ぶというように構成しても良い。本発明で行われる放電特性設定処理は、一般に、圧電素子の特性を表す圧電素子特性情報に応じて圧電素子の放電特性が設定されるように構成されていれば良い。なお、この場合には、このアルゴリズムが特許請求の範囲における「放電特性設定情報」に相当することになる。
【００７０】
本発明の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア（コンピュータプログラム）は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。この発明において、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピュータ内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピュータに固定されている外部記憶装置も含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施におけるインクカートリッジ１００の外観斜視図。
【図２】 インクカートリッジ１００の筐体１４０の側部に装備されたセンサＳＳの断面を示す断面図。
【図３】 インクカートリッジ１００に備えられたロジック回路１３０のブロック図。
【図４】 インク残量検出回路２３０とセンサＳＳの回路構成を示す回路図。
【図５】 インク残量検出回路２３０に備えられたパルスカウンタ２３５のブロック図。
【図６】 本発明の実施例におけるインク残量測定処理のフローチャート。
【図７】 インク残量検出回路２３０とセンサＳＳの作動を示すタイミングチャート。
【図８】 ピエゾ素子ＰＺＴの印可電圧（接地電位との電位差）を示す説明図。
【図９】 センサＳＳを含むセンサ振動系の周波数応答関数（伝達関数）を示す説明図。
【図１０】 ピエゾ素子ＰＺＴからの放電に応じてピエゾ素子ＰＺＴに電圧が発生する様子を示す説明図。
【図１１】 ピエゾ素子ＰＺＴからの放電に応じてピエゾ素子ＰＺＴに電圧が発生する様子を示す説明図。
【図１２】 本発明の実施例における放電特性設定処理の内容を示す説明図。
【図１３】 本発明の実施例における放電特性設定処理の方法を示すフローチャート。
【図１４】 センサランクと放電時定数調整用抵抗回路の設定状態の関係を示す説明図。
【図１５】 変型例におけるピエゾ素子ＰＺＴからの放電特性を表す電圧波形。
【符号の説明】
１０、１１…電極
１２…センサアタッチメント
２０…プリンタ
１００…インクカートリッジ
１１０…インク供給口
１２０…アンテナ
１２１…アンテナ
１３０…ロジック回路
１４０…筐体
２００…ＲＦ回路
２００１…特開
２００２…特開
２０１…復調部
２０２…変調部
２１０…制御部
２２０…ＥＥＰＲＯＭ
２３０…インク残量検出回路
２３２…アンプ
２３４…コンパレータ
２３５…パルスカウンタ
２３６…カウンタ制御部
２３８…カウント部
２４０…電力発生部
２５０…チャージポンプ回路
【発明の属する技術分野】
この発明は、消耗品容器内の消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器を製造する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータの出力装置として、インクジェットプリンタが普及している。消耗品であるインクジェットプリンタのインクは、インクカートリッジに、収容されて提供されるのが通例である。インクカートリッジに収容された消耗品の残量を計測する方法としては、たとえば特許文献１に開示されているように圧電素子を用いて直接計測する方法も提案されている。
【０００３】
この方法では、まず、インクカートリッジに装着された圧電素子に電圧波を印可することにより圧電素子の振動部を振動させる。つぎに、圧電素子の振動部に残留する残留振動によって生ずる逆起電力の周期の変動に応じて消耗品の残量を計測する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１４７１４６号公報
【特許文献２】
特開２００２−２４１４５０号公報
【特許文献３】
特開平６−８４２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような方法では、発生を意図しない振動ノイズによってＳ／Ｎ比が下がって正確な計測ができない場合があるという問題が生じていた。一方、Ｓ／Ｎ比を上げるために個々の消耗品容器を手作業で調整するのは負担が大きい。このような問題は、インクカートリッジに限られず、一般に、圧電素子を用いて消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器に共通する問題であった。
【０００６】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、圧電素子を用いて消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器の調整において、調整するための負担を軽減する技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第１の態様の製造方法は、収容された消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器を製造する方法であって、
（ａ）圧電素子の特性を計測して、前記圧電素子の特性を表す圧電素子特性情報を生成する工程と、
（ｂ）前記消耗品を格納する消耗品タンクを準備する工程と、
（ｃ）前記圧電素子と、前記圧電素子の充電と放電とを行うとともに前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する検出信号生成回路と、不揮発性メモリと、を前記消耗品タンクに装着する工程と、
（ｃ）前記圧電素子特性情報に応じて、前記圧電素子の放電特性を設定する工程と、
（ｄ）前記設定された放電特性を表す設定情報を前記不揮発性メモリに記録する工程と、
を備え、
前記周期は、前記収容された消耗品の残存量が所定量より多いか否かの決定に利用可能であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第１の態様の製造方法では、圧電素子の特性を計測して圧電素子特性情報が生成され、この情報に応じて圧電素子の放電特性が設定されるので、圧電素子の特性のばらつきに起因して要求される圧電素子の放電特性の設定負担を軽減することができる。なお、圧電素子の特性計測の負担は、たとえば圧電素子の製品検査の際に併せて行うことで小さくすることができる。
【０００９】
上記製造方法において、前記工程（ａ）は、圧電素子の特性を計測して複数のランクに分類する工程を含み、
前記工程（ｃ）は、前記分類されたランクに応じて、前記圧電素子の放電特性を設定する工程を含むようにするようにしても良い。こうすれば、簡易に本発明を適用することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様の製造方法は、収容された消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器を製造する方法であって、
（ａ）前記消耗品を格納する消耗品タンクを準備する工程と、
（ｂ）前記消耗品タンクに、圧電素子と不揮発性メモリと前記圧電素子の充放電を行う回路とを装着する工程と、
（ｃ）前記圧電素子の可変の放電特性を設定する工程と、
（ｄ）前記計測の可否の判断を行う工程と、
（ｅ）前記設定された放電特性を前記不揮発性メモリに記録する工程と、
を備え、
前記工程（ｄ）は、
（ｄ−１）前記圧電素子に充電する工程と、
（ｄ−２）前記圧電素子から放電する工程と、
（ｄ−３）前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する工程と、
（ｄ−４）前記検出信号に応じて、前記格納された消耗品の残存量を計測できるか否かの判断を行う工程と、
（ｄ−５）前記計測できないとの判断に応じて、前記計測ができないと判断された放電特性とは異なる放電特性に設定するとともに、前記工程（ｄ）に処理を戻す工程と、
を備え、
前記周期は、前記収容された消耗品の残存量が所定量より多いか否かの決定に利用可能であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の態様の製造方法では、計測可能な設定状態が試行錯誤によって自動的に探索されるので、放電特性の設定負担を軽減することができる。このような設定は、消耗品容器の製品検査の一部として実施することができる。
【００１２】
本発明の消耗品容器は、収容された消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器であって、
前記消耗品を格納するとともに圧電素子が装着された消耗品タンクと、
前記圧電素子の充電と放電とを行うとともに、前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する検出信号生成回路と、
前記圧電素子の特性を表す圧電素子特性情報に応じて、前記圧電素子の放電特性を設定するための放電特性設定情報を格納する不揮発性メモリと、
前記圧電素子の充電と放電の制御を行う制御部と、
を備え、
前記周期は、前記格納された消耗品の残存量が所定量より多いか否かの決定に利用可能であり、
前記制御部は、前記圧電素子特性情報と前記放電特性設定情報とに応じて、前記圧電素子の放電特性を設定可能であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の消耗品容器は、圧電素子の特性を表す情報に応じて圧電素子の放電特性を変更できるように構成されているので、圧電素子の特性を表す情報を消耗品容器に与えるだけで容易に放電特性の設定を行うことができる。
【００１４】
上記消耗品容器において、前記圧電素子特性情報は、前記圧電素子の特性の計測に応じて、複数のランクの中から選択されたランクであり、
前記制御部は、前記選択されたランクに応じて、前記圧電素子の放電特性を設定するようにしても良い。
【００１５】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、たとえば、残量計測装置、残量計測制御方法および残量計測制御装置、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、その印刷装置に用いられる印刷ヘッドやカートリッジ、その組合せ等の態様で実現することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．本発明の実施例におけるインクカートリッジの構造：
Ｂ．本発明の実施例におけるインクカートリッジの電気的構成：
Ｃ．本発明の実施例におけるインク残量検出部の回路構成：
Ｄ．本発明の実施例におけるインク残量測定処理：
Ｅ．本発明の実施例における放電特性設定処理の内容：
Ｆ．本発明の実施例における放電特性設定処理の方法：
Ｇ．変形例：
【００１７】
Ａ．インクカートリッジの構造：
図１は、本発明の実施におけるインクカートリッジ１００の外観斜視図である。インクカートリッジ１００は、消耗品として内部に１種類のインクを収容する筐体１４０を備えている。筐体１４０の下部には、後述するプリンタにインクを供給するためのインク供給口１１０が設けられている。筐体１４０の上部には、プリンタと電波により通信するためのアンテナ１２０やロジック回路１３０が備えられている。筐体１４０の側部には、インク残量の計測に利用されるセンサＳＳが装備されている。センサＳＳは、ロジック回路１３０に電気的に接続されている。
【００１８】
図２は、インクカートリッジ１００の筐体１４０の側部に装備されたセンサＳＳの断面を示す断面図である。センサＳＳは、圧電効果や逆圧電効果といった圧電素子としての特性を備えるピエゾ素子ＰＺＴと、ピエゾ素子ＰＺＴに電圧を印可する２つの電極１０、１１と、センサアタッチメント１２とを備える。電極１０、１１は、ロジック回路１３０に接続されている。センサアタッチメント１２は、ピエゾ素子ＰＺＴからインクと筐体１４０とに振動を伝える薄膜を有するセンサＳＳの構造部である。
【００１９】
図２（ａ）は、インクが所定量以上残存していて、インクの液面がセンサＳＳの位置（図１）より高い場合を示している。図２（ｂ）は、インクが所定量以上残存しておらず、インクの液面がセンサＳＳの位置より低い場合を示している。これらの図から分かるように、インクの液面がセンサＳＳの位置より高い場合には、センサＳＳとインクと筐体１４０とが振動体となるが、インクの液面がセンサＳＳの位置より低い場合には、センサＳＳと筐体１４０とセンサＳＳに付着した少量のインクのみが振動体となる。この結果、ピエゾ素子ＰＺＴ周辺の振動特性がインクの残量に応じて変化することになる。本実施例では、このような振動特性の変化を利用して、インクの残量の計測が行われる。なお、計測の方法の詳細については後述する。
【００２０】
Ｂ．インクカートリッジの電気的構成：
図３は、インクカートリッジ１００に備えられたロジック回路１３０のブロック図である。ロジック回路１３０は、ＲＦ回路２００と、制御部２１０と、不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ２２０と、インク残量検出回路２３０と、電力発生部２４０と、チャージポンプ回路２５０とを備えている。
【００２１】
ＲＦ回路２００は、アンテナ１２０を介してプリンタ２０から受信した電波を復調する復調部２０１と、制御部２１０から受信した信号を変調してプリンタ２０に送信するための変調部２０２とを備えている。プリンタ２０は、アンテナ１２１を用いて所定の周波数の搬送波でベースバンド信号をインクカートリッジ１００に送信している。一方、インクカートリッジ１００は、搬送波を用いずにアンテナ１２０の負荷を変動させることによりアンテナ１２１のインピーダンスを変動させることができる。インクカートリッジ１００は、このインピーダンスの変動を利用して信号をプリンタ２０に送信する。このようにして、インクカートリッジ１００とプリンタ２０とは、双方向通信を行うことができる。
【００２２】
電力発生部２４０は、ＲＦ回路２００が受信した搬送波を整流して所定の電圧（たとえば５Ｖ）で電力を生成する。電力発生部２４０は、ＲＦ回路２００と、制御部２１０と、ＥＥＰＲＯＭ２２０と、チャージポンプ回路２５０とに電力を供給する。チャージポンプ回路２５０は、センサＳＳが要求する所定の電圧に昇圧してからインク残量検出回路２３０に電力を供給する。
【００２３】
Ｃ．本発明の実施例におけるインク残量検出回路２３０の回路構成：
図４は、インク残量検出回路２３０とセンサＳＳの回路構成を示す回路図である。インク残量検出回路２３０は、ＰＮＰ型トランジスタＴｒ１と、ＮＰＮ型トランジスタＴｒ２と、充電時定数調整用抵抗器Ｒ１と、放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓと、アンプ２３２と、パルスカウンタ２３５とを備えている。センサＳＳは、２つの電極１０、１１（図２）でインク残量検出回路２３０に接続されている。
【００２４】
放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓは、４つの放電時定数調整用抵抗器Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ、Ｒ２ｃ、Ｒ２ｄと、その各々に接続された４つのスイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄとを有している。４つのスイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄは、制御部２１０によって開閉することができる。この開閉の組合せによって、制御部２１０は、放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓの抵抗値を設定することができる。
【００２５】
ＰＮＰ型トランジスタＴｒ１は以下のように接続されている。ベースは、制御部２１０からの制御出力を受信する端子ＴＡと接続されている。エミッタは、充電時定数調整用抵抗器Ｒ１を介してチャージポンプ回路２５０に接続されている。コレクタは、センサＳＳの一方の電極である電極１０に接続されている。センサＳＳの他方の電極である電極１１は接地されている。
【００２６】
ＮＰＮ型トランジスタＴｒ２は以下のように接続されている。ベースは、制御部２１０からの制御出力を受信する端子ＴＢと接続されている。コレクタは、センサＳＳの一方の電極である電極１０に接続されている。エミッタは、上述のように抵抗値を変更可能な放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓを介して接地されている。
【００２７】
パルスカウンタ２３５は、ピエゾ素子ＰＺＴが出力する電圧を増幅するアンプ２３２を介して、ピエゾ素子ＰＺＴに接続された電極１０に接続されている。パルスカウンタ２３５は、制御部２１０からの制御出力を受信することができるように制御部２１０に接続されている。
【００２８】
図５は、インク残量検出回路２３０に備えられたパルスカウンタ２３５のブロック図である。パルスカウンタ２３５は、コンパレータ２３４と、カウンタ制御部２３６と、カウント部２３８と、図示しない発振器とを備えている。コンパレータ２３４には、分析対象となるアンプ２３２の出力と、比較対象となる基準電位Ｖｒｅｆとが入力されている。カウンタ制御部２３６とカウント部２３８とは、制御部２１０に接続されている。なお、インク残量検出回路２３０は、特許請求の範囲における「検出信号生成回路」に相当する。
【００２９】
Ｄ．本発明の実施例におけるインク残量測定処理：
図６は、本発明の実施例におけるインク残量測定処理の方法を示すフローチャートである。図７は、この処理におけるインク残量検出回路２３０とセンサＳＳの作動を示すタイミングチャートである。この処理は、たとえばプリンタ２０の電源スイッチの操作に応じてインクカートリッジ１００とプリンタ２０の双方で実行される。インクカートリッジ１００では、ピエゾ素子ＰＺＴが出力する電圧波が所定の数（たとえば５つ）だけ発生する間のクロック信号の数をカウントする。一方、プリンタ２０は、カウントされた値に応じて電圧波の周波数を算出するとともに、算出された周波数に応じてインクの残量状態を推定する。具体的には、以下の処理が行われる。
【００３０】
ステップＳ１００では、制御部２１０（図４）は、放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓの４つのスイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄを開閉してピエゾ素子ＰＺＴの放電時定数を設定する。放電時定数の設定処理の詳細については後述する。
【００３１】
ステップＳ１１０では、制御部２１０（図４）は、時刻ｔ０において端子ＴＡに所定の制御出力信号を出力してトランジスタＴｒ１をオンする。これにより、チャージポンプ回路２５０からピエゾ素子ＰＺＴに電流が流れ込み、この電流によってキャパシタンスを有するピエゾ素子ＰＺＴに電圧が印可される。なお、初期状態では、２つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は、いずれもオフにされている。
【００３２】
制御部２１０は、時刻ｔ１においてトランジスタＴｒ１をオフし、時刻ｔ２までインク残量検出回路２３０を待機させる。時刻ｔ２まで待機させるのは、電圧が印可されたことによるピエゾ素子ＰＺＴの振動を減衰させるためである。なお、時刻の計測は、制御部２１０内部の図示しないクロックを利用して行われる。
【００３３】
ステップＳ１２０では、制御部２１０（図４）は、時刻ｔ２において端子ＴＢに所定の制御出力信号を送信してトランジスタＴｒ２を時刻ｔ２でオンし、時刻ｔ３でオフする。これにより、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間だけピエゾ素子ＰＺＴからの放電が行われる。ピエゾ素子ＰＺＴは、この放電によって急激に変形してセンサ振動系を加振する。センサ振動系とは、本実施例では、センサＳＳ（図２）とセンサＳＳ周辺の筐体１４０とインクとを含む系である。
【００３４】
図８は、放電時のピエゾ素子ＰＺＴの放電波形を示す説明図である。図８（ａ）は、時間領域における放電波形を示す説明図である。各時刻における電圧は以下のとおりである。
（１）放電開始時刻ｔ２：電位Ｖｃｈ（チャージポンプ回路２５０の出力電位）
（２）時定数時刻ｔｄ ：電位Ｖｃｈから６３．２％だけ降下した電位
（３）放電終了時刻ｔ３：接地電位より少し高い電位（図８）
ここで、時定数時刻ｔｄは、放電開始時刻ｔ２から時定数だけ経過した時刻である。なお、本明細書では、放電開始時刻ｔ２から放電終了時刻ｔ３までのピエゾ素子ＰＺＴと接地とが導通関係にある時間を放電時間と呼ぶ。
【００３５】
図８（ｂ）は、周波数領域における印可電圧の基本波と複数の高調波とを示す説明図である。これは、第１ウィンドウ（図７）におけるピエゾ素子ＰＺＴの印可電圧の波形が永遠に繰り返されると仮定した波形のフーリエ解析結果を示す図である。この結果、印可電圧は、放電時間の逆数である基本周波数とその整数倍の周波数を有する高調波とから構成される電圧波となることが分かる。ここで、説明を分かりやすくするためにピエゾ素子ＰＺＴの歪みが印可電圧と線形の関係あると仮定すると、加振力の波形は、印可電圧の波形と一致することになる。
【００３６】
図９は、センサＳＳを含むセンサ振動系の周波数応答関数（伝達関数）を示す説明図である。周波数応答関数とは、センサ振動系の振動伝達系の入力と出力との関係を表したものであり、入力のフーリエスペクトルと出力のフーリエスペクトルの比で表される。すなわち、本実施例の周波数応答関数は、ピエゾ素子ＰＺＴの放電波形（加振力と線形の関係にある）のフーリエスペクトルと、センサ振動系の自由振動のフーリエスペクトルの比である。
【００３７】
図９の１次モードと２次モードは、センサ振動系の２つの固有モードを示している。固有モードとは、センサ振動系が振動し得る形である。換言すれば、全ての物体は、振動するときのそれぞれの固有の形を持っていて、これ以外の形では振動することができない。この固有の形が固有モードである。物体の固有モードは、モーダル解析によって求めることができる。
【００３８】
インクカートリッジ１００は以下の２つの振動モードを有すると仮定している。
（１）１次モードは、センサＳＳ（図２）が有する凹部のエッジ部分が振動の節となるとともに、凹部の中心が振動の腹になってお椀型に変形する振動モードである。
（２）２次モードは、センサＳＳが有する凹部のエッジ部分と中心部分の双方が振動の節となるとともに、エッジ部分と中心部分の中間部の中心部から見て左右２箇所が振動の腹となってシーソー型に変形する振動モードである。
【００３９】
図１０は、ピエゾ素子ＰＺＴの自由振動に応じてピエゾ素子ＰＺＴに電圧が発生する様子を示す説明図である。図１０（ａ）は、周波数領域における印可電圧（放電時）の波形（図８（ｂ））と、センサ振動系の周波数応答関数（図９）とを重畳させて、それぞれ実線と破線とで示している。図１０（ｂ）は、ピエゾ素子ＰＺＴの出力電圧を示している。
【００４０】
図１０（ａ）から分かるように、センサ振動系の１次モードの固有振動数にほぼ一致し、センサ振動系の２次モードの周波数に一致する放電波形の高調波が存在しないように放電波形の基本波の周波数が調整されている。これにより、センサ振動系の１次モードの固有振動数においてのみ大きな自由振動が発生することになる。この結果、センサ振動系の１次モードの固有振動数においてのみピエゾ素子ＰＺＴに大きな電圧が発生することになる（図１０（ｂ））。これは、第２ウィンドウ（図７）におけるピエゾ素子ＰＺＴの出力電圧の波形が永遠に繰り返されると仮定した波形のフーリエ解析結果と一致することになる。
【００４１】
本実施例では、センサ振動系の１次モードの固有振動数の微小なシフトを利用してインクの液面を計測している。すなわち、本実施例では、インクの液面がセンサＳＳより高いか否かで１次モードの固有振動数が微小にシフトする。このシフトに応じて、センサＳＳとインクの液面の位置関係が決定されている。この結果、他の周波数の電圧波は、ノイズとなることが分かる。
【００４２】
ステップＳ１３０（図６）では、制御部２１０は、図７の時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間インク残量検出回路２３０を再び待機させる。この待機時間は、ノイズ源となる不要振動を減衰させるための時間である。この待機時間に、１次モードと２次モードの固有振動数以外の周波数における振動がほとんど消滅することになる。待機時間は、前述のように時刻ｔ４に終了する。
【００４３】
制御部２１０（図５）は、時刻ｔ４においてカウンタ制御部２３６にカウンタ起動信号を出力する。カウンタ起動信号を受信したカウンタ制御部２３６は、カウント部２３８へカウントイネーブル信号を出力する。カウントイネーブル信号の出力は、受信後の最初のコンパレータ出力の立ち上がりエッジＥｄｇｅ１に応じて開始され（時刻ｔ５）、６番目の立ち上がりエッジＥｄｇｅ６（時刻ｔ６）に応じて終了する。なお、コンパレータ２３４において比較対象となる基準電位Ｖｒｅｆは、本実施例では接地電位に設定されている。
【００４４】
ステップＳ１４０では、カウント部２３８は、クロックをカウントする。クロックのカウントは、カウント部２３８がカウントイネーブル信号を受信している間にのみ行われる。これにより、コンパレータ出力の立ち上がりエッジＥｄｇｅ１から６番目の立ち上がりエッジＥｄｇｅ６までの間のクロック信号の数がカウントされることになる。すなわち、ピエゾ素子ＰＺＴが出力した電圧波の５周期分のクロック信号がカウントされたことになる。
【００４５】
ステップＳ１５０では、カウント部２３８は、カウント値を出力する。出力されたカウント値は、プリンタ２０に送られる。プリンタ２０は、受信したカウント値とクロック周期とに応じてピエゾ素子ＰＺＴが出力した電圧波の周波数を算出する。
【００４６】
ステップＳ１６０では、プリンタ２０は、この周波数に応じてインクの残量が所定の量以上であるか否かを決定することができる。たとえば、インクの液位がセンサＳＳの位置よりも高いときには、９０ｋＨｚに近い周波数となり、インクの液位がセンサＳＳの位置よりも低いときには、１１０ｋＨｚに近い周波数となることが分かっていると仮定する。この場合には、計測された周波数が、たとえば１０５ｋＨｚだったとするとインク残量が所定値未満であることが分かる（ステップＳ１７０、Ｓ１８０）。
【００４７】
Ｅ．本発明の実施例における放電特性設定処理の内容：
図１１は、図１０と同様にピエゾ素子ＰＺＴの自由振動に応じてピエゾ素子ＰＺＴに電圧が発生する様子を示す説明図である。ただし、放電特性が適切に設定される前の状態における電圧発生の様子である。調整前であるため、放電時の印可電圧の基本波の周波数がセンサ振動系の１次モードの固有振動数に一致していない一方、センサ振動系の２次モードの固有振動数に一致する放電時の印可電圧の高調波が存在する。
【００４８】
この結果、１次モードの固有振動数だけでなく２次モードの固有振動数においても大きな電圧が発生する。このため、２次モードの固有振動数における電圧波がノイズとなってインク残量の計測を阻害することが分かる。
【００４９】
図１２は、本発明の実施例における放電特性設定処理の様子を示す説明図である。図１２（ａ）は、放電特性の設定後の放電波形を示しており、図８（ａ）と同一の図である。図１２（ｂ）は、放電特性の設定前の放電波形を示している。
【００５０】
この例では、放電特性として放電時定数と放電時間とを設定している。放電時定数は、ピエゾ素子ＰＺＴと接地との間の抵抗値と、ピエゾ素子ＰＺＴの静電容量の積である。放電時定数は、放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓの抵抗値の調整によって設定することができる。この抵抗値は、各放電時定数調整抵抗制御スイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄを適切な組合せで開閉することにより設定することができる。
【００５１】
一方、放電時間とは、前述のようにピエゾ素子ＰＺＴと接地とが導通状態にある時間である。具体的には、制御部２１０がトランジスタＴｒ２をオンにしている時間である。放電時間は、制御部２１０が自由に設定することができる。
【００５２】
このような方法により、放電時定数を時定数Ｔｄ’から時定数Ｔｄに変更するとともに、放電終了時刻をｔ３’からｔ３に延ばして放電時間を変更すると図１２（ａ）に示される放電波形と同一の波形となる。
【００５３】
このように、本発明の実施例のインクカートリッジ１００によれば、ピエゾ素子ＰＺＴからの放電特性を変更することが可能なので、放電後の残留振動の特性を残存量検出に好ましいＳ／Ｎの高いものに変更することができる。この結果、計測の信頼性を高めることができる。
【００５４】
Ｆ．本発明の実施例における放電特性設定処理の方法：
図１３は、本発明の実施例における放電特性設定処理の方法を示すフローチャートである。放電特性設定処理は、製造時とユーザによるインクカートリッジ１００の使用時とに行うことができる。ステップＳ２００とステップＳ２１０における処理が製造時における設定処理であり、ステップＳ２２０以降の処理がユーザによるインクカートリッジ１００の使用時における設定処理である。なお、この例では、説明を分かりやすくするために放電時定数のみを設定するものとする。
【００５５】
ステップＳ２００では、センサＳＳの製造者は、センサＳＳのセンサランクを決定する。センサランクとは、印可電圧と歪みの関係その他のセンサの特性を表すランクである。センサランクの決定は、センサの特性を実際に計測することによって行われる。本実施例では、センサＳＳは、ＡからＨまでの８段階のセンサランクに分類されるものとする。なお、センサランクは、特許請求の範囲における「圧電素子特性情報」に相当する。
【００５６】
ステップＳ２１０では、インクカートリッジ１００の製造者は、決定されたセンサランクに応じて放電特性の初期設定を行う。放電特性の初期設定は、予め定められたセンサランクと放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓの設定状態の関係（図１４）に従って行われる。なお、センサランクと放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓの設定状態の関係は、特許請求の範囲における「放電特性設定情報」に相当する。
【００５７】
たとえばセンサランクがＢのときには、放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓが有する４つのスイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄのうち３つのスイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃが「ＯＮ」に設定され、スイッチＳｄが「ＯＦＦ」に設定される。ここで、スイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄの開閉によって接続が制御される抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄの抵抗値は、１００Ω、２００Ω、４００Ω、８００Ωとされている（図１４）。
【００５８】
この設定内容は、インクカートリッジ１００がロジック回路１３０内に備える不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ２２０にセンサランクとともに記録される。なお、インクの残量が所定量以上であることを表す情報もインク注入時に記録される。これにより、最後の計測時に設定された放電特性を表す情報が不揮発性メモリに記録され、この記録された設定で計測されることになるので、簡易に計測の信頼性を高めることができるという利点がある。
【００５９】
ステップＳ２２０では、ユーザは、インク残量の計測試験を実施する。計測試験の実施は、インクカートリッジ１００をプリンタ２０に装着すると自動的に行われる。プリンタ２０は、計測試験を以下に示すシーケンスで実施する。
（１）インクの残量が所定量以上であることを、ＥＥＰＲＯＭ２２０に記録された残存量を表す情報で確認する。
（２）ＥＥＰＲＯＭ２２０に記録された情報に基づいて、放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓを設定する。
（３）前述のインク残量測定処理の方法（図６）のうちステップＳ１１０からステップＳ１６０までの処理を実行する。
【００６０】
ステップＳ２３０では、プリンタ２０は、計測値が所定の許容範囲内にあるか否かを判断する。所定の許容範囲は、この例では、インクの残量が所定量以上である場合の周波数である９０ｋＨｚの±５ｋＨｚに設定されている。この判断の結果、計測値が所定の許容範囲内にある場合には、放電特性設定処理は完了する。一方、計測値が所定の許容範囲内にない場合には、処理がステップＳ２４０に進む。なお、許容範囲内であるか否かの判断は、特許請求の範囲における「消耗品の残存量を計測できるか否かの判断」に相当する。
【００６１】
ステップＳ２４０では、プリンタ２０は、予め定められた順序で放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓを再設定した後に繰り返して計測を行う。たとえば、ＥＥＰＲＯＭ２２０に格納されたセンサランクがＣの場合には、Ｂに設定して計測、Ｄに設定して計測、Ａに設定して計測、Ｅに設定して計測といった順序で許容範囲内に入るまで繰り返して計測する。これにより、インク残量の計測が可能な放電特性に自動的に設定され、放電特性の設定を確実に適切なものとすることができるという利点がある。
【００６２】
なお、ステップＳ２２０からステップＳ２４０までの処理は、製造者側で実施しても良い。また、ステップＳ２００からステップＳ２１０までの処理は、製造者が設定を行う場合にもユーザ側で設定を行う場合にも省略可能である。
【００６３】
Ｇ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００６４】
Ｇ−１．上記各実施例では、センサの要素としてピエゾ素子ＰＺＴを使用しているが、たとえばロッシェル塩（酒石酸ナトリウムカリウム）を使用しても良い。本発明で使用するセンサは、充放電に応じて変形する逆圧電効果と、変形に応じて電圧を発生させる圧電効果という２つの特性を有する圧電素子を利用するものであれば良い。
【００６５】
Ｇ−２．上記実施例では、トランジスタＴｒ２のオンの時間と、圧電素子と放電時定数調整用抵抗で定まる時定数とを調整することによって放電特性を変更しているが、いずれか一方だけでも良い。また、たとえば放電用の回路に定電流回路を付加して図１５に示されるような放電波形とすることにより放電特性を変更するようにしても良い。
【００６６】
Ｇ−３．上記実施例では、放電時定数は、放電時定数調整用の抵抗回路の抵抗値を変更することによって調整されているが、たとえば圧電素子に並列にコンデンサを接続可能としてキャパシタンスを変更することによって時定数を調整するようにしても良い。
【００６７】
Ｇ−４．上記実施例では、残量の計測対象はインクであるが、たとえばトナーであっても良い。本発明で残量の計測対象となるのは、機器の使用によって減少する消耗品であれば良い。
【００６８】
Ｇ−５．上記実施例の放電特性設定処理の方法では、予め定められたセンサランクと放電時定数調整用抵抗回路Ｒｓの設定状態の関係を表すテーブルを用いて、圧電素子の放電特性を設定しているが、たとえば圧電素子の特性を電圧と歪みの関係を表す特性数値として計測し、この計測結果に応じて予め不揮発性メモリやコンピュータに格納されたアルゴリズムに従って放電特性を設定するようにしても良い。
【００６９】
アルゴリズムは、たとえば上記の特性数値から所定の計算式を用いて時定数や放電時間といった放電特性の最適値を算出し、この最適値に最も近い設定状態を選ぶというように構成しても良い。本発明で行われる放電特性設定処理は、一般に、圧電素子の特性を表す圧電素子特性情報に応じて圧電素子の放電特性が設定されるように構成されていれば良い。なお、この場合には、このアルゴリズムが特許請求の範囲における「放電特性設定情報」に相当することになる。
【００７０】
本発明の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア（コンピュータプログラム）は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。この発明において、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピュータ内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピュータに固定されている外部記憶装置も含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施におけるインクカートリッジ１００の外観斜視図。
【図２】 インクカートリッジ１００の筐体１４０の側部に装備されたセンサＳＳの断面を示す断面図。
【図３】 インクカートリッジ１００に備えられたロジック回路１３０のブロック図。
【図４】 インク残量検出回路２３０とセンサＳＳの回路構成を示す回路図。
【図５】 インク残量検出回路２３０に備えられたパルスカウンタ２３５のブロック図。
【図６】 本発明の実施例におけるインク残量測定処理のフローチャート。
【図７】 インク残量検出回路２３０とセンサＳＳの作動を示すタイミングチャート。
【図８】 ピエゾ素子ＰＺＴの印可電圧（接地電位との電位差）を示す説明図。
【図９】 センサＳＳを含むセンサ振動系の周波数応答関数（伝達関数）を示す説明図。
【図１０】 ピエゾ素子ＰＺＴからの放電に応じてピエゾ素子ＰＺＴに電圧が発生する様子を示す説明図。
【図１１】 ピエゾ素子ＰＺＴからの放電に応じてピエゾ素子ＰＺＴに電圧が発生する様子を示す説明図。
【図１２】 本発明の実施例における放電特性設定処理の内容を示す説明図。
【図１３】 本発明の実施例における放電特性設定処理の方法を示すフローチャート。
【図１４】 センサランクと放電時定数調整用抵抗回路の設定状態の関係を示す説明図。
【図１５】 変型例におけるピエゾ素子ＰＺＴからの放電特性を表す電圧波形。
【符号の説明】
１０、１１…電極
１２…センサアタッチメント
２０…プリンタ
１００…インクカートリッジ
１１０…インク供給口
１２０…アンテナ
１２１…アンテナ
１３０…ロジック回路
１４０…筐体
２００…ＲＦ回路
２００１…特開
２００２…特開
２０１…復調部
２０２…変調部
２１０…制御部
２２０…ＥＥＰＲＯＭ
２３０…インク残量検出回路
２３２…アンプ
２３４…コンパレータ
２３５…パルスカウンタ
２３６…カウンタ制御部
２３８…カウント部
２４０…電力発生部
２５０…チャージポンプ回路
Claims (5)
- 収容された消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器を製造する方法であって、
（ａ）圧電素子の特性を計測して、前記圧電素子の特性を表す圧電素子特性情報を生成する工程と、
（ｂ）前記消耗品を格納する消耗品タンクを準備する工程と、
（ｃ）前記圧電素子と、前記圧電素子の充電と放電とを行うとともに前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する検出信号生成回路と、不揮発性メモリと、を前記消耗品タンクに装着する工程と、
（ｃ）前記圧電素子特性情報に応じて、前記圧電素子の放電特性を設定する工程と、
（ｄ）前記設定された放電特性を表す設定情報を前記不揮発性メモリに記録する工程と、
を備え、
前記周期は、前記収容された消耗品の残存量が所定量より多いか否かの決定に利用可能であることを特徴とする、製造方法。 - 請求項１記載の消耗品容器の製造方法であって、
前記工程（ａ）は、圧電素子の特性を計測して複数のランクに分類する工程を含み、
前記工程（ｃ）は、前記分類されたランクに応じて、前記圧電素子の放電特性を設定する工程を含む、製造方法。 - 収容された消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器を製造する方法であって、
（ａ）前記消耗品を格納する消耗品タンクを準備する工程と、
（ｂ）前記消耗品タンクに、圧電素子と不揮発性メモリと前記圧電素子の充放電を行う回路とを装着する工程と、
（ｃ）前記圧電素子の可変の放電特性を設定する工程と、
（ｄ）前記計測の可否の判断を行う工程と、
（ｅ）前記設定された放電特性を前記不揮発性メモリに記録する工程と、
を備え、
前記工程（ｄ）は、
（ｄ−１）前記圧電素子に充電する工程と、
（ｄ−２）前記圧電素子から放電する工程と、
（ｄ−３）前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する工程と、
（ｄ−４）前記検出信号に応じて、前記格納された消耗品の残存量を計測できるか否かの判断を行う工程と、
（ｄ−５）前記計測できないとの判断に応じて、前記計測ができないと判断された放電特性とは異なる放電特性に設定するとともに、前記工程（ｄ）に処理を戻す工程と、
を備え、
前記周期は、前記収容された消耗品の残存量が所定量より多いか否かの決定に利用可能であることを特徴とする、消耗品容器の製造方法。 - 収容された消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器であって、
前記消耗品を格納するとともに圧電素子が装着された消耗品タンクと、
前記圧電素子の充電と放電とを行うとともに、前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する検出信号生成回路と、
前記圧電素子の特性を表す圧電素子特性情報に応じて、前記圧電素子の放電特性を設定するための放電特性設定情報を格納する不揮発性メモリと、
前記圧電素子の充電と放電の制御を行う制御部と、
を備え、
前記周期は、前記格納された消耗品の残存量が所定量より多いか否かの決定に利用可能であり、
前記制御部は、前記圧電素子特性情報と前記放電特性設定情報とに応じて、前記圧電素子の放電特性を設定可能であることを特徴とする、消耗品容器。 - 請求項４記載の消耗品容器であって、
前記圧電素子特性情報は、前記圧電素子の特性の計測に応じて、複数のランクの中から選択されたランクであり、
前記制御部は、前記選択されたランクに応じて、前記圧電素子の放電特性を設定する、消耗品容器。
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