JP4827930B2 - 液面計において用いる方法、液体供給ユニット、及び測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して、印刷機の分野に関し、特に、請求項１、８及び２２に記載の特徴によると、液体レベルを表示するためにインクジェットプリンタにおいて用いる方法、液体供給ユニット、及び測定装置に関する。

インクジェットプリンタは、液体、特にインクジェットを被印刷材料へ選択的に付着させることを特徴とし、この場合インクジェットプリンタは、小さいインク液滴の狙いを定めた発射又は操向によって、画像がインク液滴によって表面上に生成されるマトリックスプリンタである。液体を印刷テキスト又は印刷画像に塗布するために、液体供給ユニットが必要である。原則として、液体供給ユニットは、液体が液体装置によって印刷装置の保存容器から給送される液体印刷システムから成り、印刷装置は液体のリザーバも備えることができる。液体供給ユニットの印刷装置は、問題なく機能するために、リザーバを液体で適切に充填することが必要である。これらの必要条件を判断して維持するために、液体供給ユニット内の液体の量が、シーケンス制御によって液体レベルを測定することによって監視される。シーケンス装置は、測定値又は測定信号を直接的又は間接的に処理することができる全ての装置であるものと理解される。これらの装置は、例えばマイクロプロセッサであり得る。

現行の技術水準から、液体供給ユニット内の液体状態を判断するさまざまな測定装置又は方法が既知である。液体状態を測定するためにセンサが用いられ、このセンサは測定パラメータを検出し、測定装置の電子機器がこの値を処理する。攻撃的な媒体（aggressive media）の小さい容器内で使用される、液体レベルを連続的に測定する棒状の設計を有する既知のセンサが、十分によく知られている。これらのセンサは、容積が大きく、さらなる外部評価電子機器を必要とするという不都合点を有する。さらなる不都合点は、センサ要素及び外部評価電子機器間の比較的大きい距離に起因して生じる。その距離をつなぐ（spanning）ために、不都合にも、構造容積を増加させ、且つ可変の移動抵抗値（transfer resistance values）及び電磁放射に起因して干渉を受けやすくなる配線（line）が必要である。

欧州特許第０７７８１４１Ｂ１号は、インクジェットプリンタの空インク状態を検出する装置を記載している。この装置を用いて、インク供給部（supply）がほとんど空になるときを検出するために、インク供給部内のインクレベルを監視する。

インクリザーバ内のインク供給又はインク余量を判断する測定方法は、光検出器に関し、この光検出器は、複雑な機構に接続されている起動要素を監視する。１つの不都合点は、液体レベルが直接測定されず、その代わりに、ポンプのチャンバが膨張しない所定期間に基づいて求められる空インクレベル信号によって測定されるという点である。

欧州特許第０７８４７８４Ｂ１号では、インクジェットプリンタ用の液体レベル検出器を有する測定装置が開示されており、この測定装置は、容器内の液体インクと接触するように、容器の別個のチャンバ内の液体レベルを測定する種々の長さの複数の導電性の棒から成る。この棒は、遮蔽されたチャンバ内のインクレベルを表す一連の出力信号を生成するインピーダンスネットワークに接続される。この測定方法の不都合点は、センサの構造サイズにあり、また、センサ及び媒体間の測定は非接触ではなく、連続的な充填レベルを求めることができないという点にある。

最も類似する現行の技術水準であると考えられる欧州特許第０９６８８３１Ｂ１号から、再利用可能な保存容器内に位置する非接触式のレベル検出器が既知である。このレベル検出器は、液面計のように動作し、容量タイプ又はホール効果タイプのものであり、この場合、再利用可能な保存容器の壁を通して非接触式の測定が行われる。測定は、保存容器が溢れることを回避するために、したがって、保存容器内のインク容積を検出するために行なわれる。このインク回路の１つの不都合点は、容積の大きい構造サイズの両側支持ブロックであり、これによって、当該印刷機、特に、市販のインクジェットプリンタにおける使用が不可能である。レベル検出器はこの場合、保存容器が溢れるという動作中断を回避するように監視するために使用される。

したがって、本発明は、既知の構造の上記不都合点を回避し、且つ簡単で機能的な幾何学的形状及び小さい構造サイズを有する物品の大量生産に特に経済的な測定装置の製造を可能にする、上述のタイプの方法、液体供給ユニット、及び測定装置を作り出すという課題に基づく。

この課題は、請求項１、８及び１３の特徴を有する方法、液体供給ユニット、さらには測定装置によって達成される。本発明の有利な構造及び改良は、添付の従属クレームから明らかとなる。

本発明のこれらの特徴を有し、且つ構造サイズが最小である測定装置が一体化された印刷機の構成要素である液体供給ユニットを製造するために、本発明によると、測定装置は評価電子機器が一体化されたセンサから形成されることが有利であり、供給ユニット内の液体レベルは、液体が印刷装置の出口に既にあることを検出する測定装置によって測定されるということが提案される。測定装置が印刷装置に直接的に近接していることによって、液体供給ユニットの構造サイズを低減することができる。液体は容量測定方法によって検出され、この容量測定方法によって、充填レベルが検出され、さらに処理することができる状態又は情報に変換される。この状態又は情報は、センサのアクティブ測定域の周囲にある電界の変化に関する。この変化に従って、センサは評価電子機器に送られる信号を生成する。

センサは本質的に、トランスデューサとしてのＲＣ発振器、復調器、及び出力段から形成される。測定装置のチャンバ内、すなわち静電容量センサのアクティブ測定域における液体レベルの変化がコンデンサの容量を変化させ、これによって、ＲＣ発振器がその発振周波数を変化させる。これは、発振器の後に接続されているトリガ段がトグルされ、スイッチング増幅器がその出力状態を変化させるという効果を有する。評価電子機器がセンサに直接近接していることによって、センサ要素及び評価電子機器間の接続ラインにおける浮遊容量及び干渉がなくなる。評価電子機器が生成する信号又は信号ジャンプが装置コントローラに送られ、この装置コントローラが、保存容器及び印刷装置間に配置されている流体装置をオン又はオフにする。流体装置は液体供給ユニット内の液体レベル、したがって、印刷装置及び測定装置内の液体の充填状態を管理する。装置を充填する際、液体は、流体装置によって保存容器から供給ラインを通って印刷装置へ送り込まれる。ここで、液体は印刷装置の一体化されたリザーバ内へ流入し、このリザーバをゆっくりと充填する。印刷装置のリザーバが液体で充填されると、印刷装置出口の液体レベルが上昇して測定装置のチャンバ内に入り、この場合、このチャンバは印刷装置出口に配置され、印刷装置に取り付けられている。測定装置のセンサは出口に液体があることを検出し、印刷装置が液体で完全に充填されることを確実にする。したがって、本発明による測定装置は、液体供給ユニット内の液体レベルを求めるレベルセンサとして適しており、液体は、顔料粒子を含むか若しくは含まない水系流体又は溶媒系流体から作製することができ、液体は、さらに、溶液又は顔料として存在してもよい。

したがって、測定装置は、他の技術分野における攻撃的な媒体の連続的なレベル測定にも用いることができる。

本発明の一実施形態が図面において単に概略的に示され、以下でより詳細に説明される。

図１は、液体２２を被印刷材料へ塗布する、インクジェットプリンタ（図示せず）の液体供給ユニット１を断面で示す。液体供給ユニット１は、液体装置３及び任意選択的に液体ライン４によって印刷装置５に接続される保存容器２を備える。印刷装置５は、供給開口７及び出口開口１０を有するハウジング６を有し、プリントヘッド９が底面に配置されているリザーバ８を備える。出口開口１０において、測定装置１１が供給フランジ１３に接続され、この供給フランジ１３は、測定装置１内に配置されているチャンバ１５に入口開口１４を介してつながっている。供給フランジ１３と反対側のそのハウジングにおいて、チャンバ１５はオーバーフロー開口１７を有するオーバーフローフランジ１６を有する。弁１８がここに接続される。弁１８は特に、チャンバ１５内の液体又はインクを汚染から保護するために使用される。

測定装置１は、有利には多部品センサ１２によって構成され、本発明の構成によると、この多部品センサ１２は静電容量センサ１２として構成され、少なくとも部分的に回路基板材料から作製される。しかし、例えば誘導センサ又は光電センサ等の他の既知の全ての電気センサ１２を使用することもできる。

測定装置１は、リザーバ８内の液体レベルを求めるために、且つ液体レベルを選択的に制御するために使用される。制御目的で、測定装置１は、有利にはポンプとして構成される流体装置３に接続される。

図２から分かるように、評価電子機器１９がセンサ１２の外側に取り付けられている。これらの電子機器は、電力供給のためにトラック導体２７を介してコネクタプラグ２８に、また、信号処理のためにトラック導体２４を介して接触要素２１に接続されている。インクジェットプリンタ（図示せず）の装置コントローラ（図示せず）を、信号ライン（図示せず）を介して接触要素２１に接続することができる。

液体供給ユニット１に配置されている測定装置１１の課題は、液体の存在を検出するか、又は印刷装置５内に形成されているリザーバ８が常に液体２２で充填されていることを確実にすることにある。この課題を達成するために、センサ１２が、印刷装置５の出口開口１０に配置され、印刷装置５の外側のセンサ１２に形成されているチャンバ１５内の異なる液体レベル２３を測定パラメータとして検出する。センサ１２はまず、測定信号を生成し、これらの信号が評価電子機器１９に送信される。

これらの電子機器は測定信号を処理し、これらの値を、当該電子機器内に記憶されている少なくとも２つの閾値と比較する。閾値は、チャンバ１５内の最低充填レベル及び最高充填レベルに相当する。

例えば、チャンバ１５内の液体レベル２３が最低充填レベルよりも下に低下すると（これが容量の変化につながる）、評価電子機器１９が液体装置３をオンにするオン信号を生成する。一方では、液体装置３及び評価電子機器１９間の直接的な接続によってこの起動を実現することができる。他方では、オン信号を、評価電子機器１９に接続されている装置コントローラ（図示せず）に送信してもよく、次いで評価電子機器１９が液体装置３をオンにする。液体装置３をオンにし、同様にオフにするために、制御ラインが、装置コントローラ及び液体装置間、又は評価電子機器１９及び液体装置間に設けられる。しかし、オン／オフ信号は無線で送信してもよい。

オン信号の受信後、最高充填レベルを超えるまで、液体装置３が、保存容器２から液体ライン４及び印刷装置５を介してチャンバ１５まで液体２２を圧送する。評価電子機器１９は、供給された電気測定信号と最高充填レベルの閾値とを比較することによって最高充填レベルを超えたときを特定し、本発明の場合、電気測定信号は感知された容量の変化に相当する。

評価電子機器１９は、最高充填レベルを超えたことを特定すると、液体装置３にオフ信号を送信し、この装置をオフにする。代替的には、このことは、評価電子機器１９に接続されている装置コントローラによって上述の場合と同様に行ってもよい。

液体装置３をオフにした後、最低液体レベルに達するまで液体レベル２３が低下し、液体装置３は、装置コントローラ又は評価電子機器によって、上述の方法に従ってオンになる。

図２の斜視図では、センサ１２が、接続又は位置決め要素２０を有する多部品ハウジング６の小型化された形態である、本発明による測定装置１１の有利な構成が示されている。センサ１２は、入口開口１４を有する供給フランジ１３によって印刷装置５の出口開口１０に接続することができる。オーバーフロー開口１７を有するオーバーフローフランジ１６が、同じ中心線上に設置される、供給フランジ１３の狭いハウジング縁と反対の狭いハウジング縁に位置する。弁１８がこのオーバーフローフランジに取り付けられる。同様に図２から分かるのは、センサ１２が、利用可能な少なくとも１つのトラック導体２４と、少なくとも１つの接触要素２１とを有し、この少なくとも１つの接触要素２１はこの導体に接続され、且つチャンバ１５内の平面電極３０、３３への電気接続、また電気トラック導体２７を介して関連するコネクタプラグ２８への電気接続も形成するということである。これが、評価電子機器１９への電力の供給を引き継ぐ。代替的には、電力供給は、例えば評価電子機器１９にすぐ近接しているバッテリーによって実現することもできる。評価電子機器１９は、センサ１２のハウジング６の外面３７上にプリント回路として配置されることが有利である。したがって、ハウジング６は少なくとも部分的に導電性材料から形成される。しかし、例えば導電性材料上にはんだ付けされるマイクロプロセッサを評価電子機器１９として使用することも考えられる。

センサ１２のハウジング６は、本発明によると複数の部品で構成され、広義では矩形形状を有し、センサ１２は、３つの平面要素２９、３１、３２から形成されることが有利である。この要素のうちの２つの２９、３２が、２つの外側の表面積の大きいハウジング半体を形成し、要素３１が、２つの要素２９、３２間の中間層として配置され、２つの要素２９、３２は周囲の狭いハウジング縁３５を形成する。２つの外側平面要素２９、３２（図４及び図５を参照）は、電極３０、３３の支持体として構成される。電極３０、３３は、平面形状を有し、要素２９、３２の内面３６のリセスに配置される（図４及び図５を参照）。しかし、電極３０、３３を取り付ける、金属表面に対する他の既知の全ての取り付け可能性も考えられる。例えば、電極３０、３３は導電性材料へスパッタリングすることによって形成することができる。さらに、充填レベルの変化を感知する機能を果たす２つの電極３１、３２は本発明の前述の構成と同じように絶対的に必要というわけではない。原則として、１つの電極３０、３３で十分である。

平面要素２９は評価電子機器１９の支持体でもあり、評価電子機器１９は、平面電極３０とは反対側を向いて要素２９の外面３７に取り付けられる。

さらに、測定装置１１のハウジング６には、開口３４、有利には細長い孔が設けられる。細長い孔３４は取り付け要素（図示せず）を保持するのに用いられ、この細長い孔３４を用いて、液体供給ユニット１を印刷装置又はインクジェットプリンタに取り付けることができる。２つの外側要素２９、３２間には要素３１があり、これは、サンドイッチ構成でセンサの中間層となる（assumes）。中間平面要素３１は、図３に斜視図で示されている。平面要素３１は１つの部品で製造され、射出成形技術を用いてプラスチックから作製される。平面要素３１にはチャンバ１５を形成する開口が設けられる。この開口はセンサ１２内の液体を保持するのに使用され、一方で、チャンバ１５の側壁が内側輪郭３８によって形成され、他方では要素２９、３２によって形成される。ここで、チャンバ１５は、センサ１２内に形成される測定空間であり、側壁は２つの平面電極３０、３３によって形成される。要素３１内のチャンバ１５のサイズによって、フレーム状の輪郭３９が形成され、その外側輪郭４０上には、チャンバ１５にアクセスするためのフランジ１３、１６が開口１４、１７を有して配置され、フランジ１３は、印刷装置５に接続するために使用され、フランジ１６は弁１８を接続するために使用される。さらに、ピン４１が、接続又は位置決め要素２０として平面要素３１上に配置され、この場合、他の接続要素２０も考えられる。ピン４１はフレーム３９の両側に位置し、平面要素２９、３１、３２を取り付けるために使用される。要素２９、３１、３２を取り付けるために、ピン４１は、要素２９、３１、３２が互いに堅く接続されることを確実にし、この取り付けは要素２９、３１、３２を接合することによって実現される。要素２９、３１、３２は、接続技法として接着を使用して接合することもでき、接着及び圧力による要素２９、３１、３２の接合と組み合わせることも可能である。さらに、要素２９、３１、３２は任意選択的に、機械的な取り付け要素なしで融着させることもできる。しかしこの場合では、少なくとも１つの位置決めによって補助するべきである。

図４は、センサ１２のハウジング６の外側要素を形成する平面要素３２を斜視図で示す。平面要素３２は内面３６を有し、この上にトラック導体２４を有する電極３３と、接触要素２１を保持するのに使用される穿孔４２が配置される。穿孔４２はバイアコンタクトを有して、又は有せずに選択的に製造することができる。穿孔４２がバイアコンタクトを有しない場合、要素２９及び要素３２上のトラック導電体２４同士の接触は、コンタクトリベット又はコンタクトソケット（図示せず）を用いて実現される。接触要素２１は、平面要素２９の外側３７の評価電子機器１９への電気接続を形成する。本発明によると、平面要素３２は回路基板材料から作製され、これによって、片面又は両面が積層される回路基板技術を使用して、センサ１２を経済的に製造することができる。平面要素３２は、内面３６上の関連するトラック導体２４を有する平面電極３３のために、片面が積層される回路基板材料から作製されることが有利である。

平面要素３２は、中間層の要素３１のように、細長い孔３４として構成される開口を含む。さらに、平面要素３１の接続又は位置決め要素２０を保持するのに使用される比較的小さい開口、有利には穿孔４３がある。

図５の斜視図から、平面要素２９は、センサ１２のハウジング６の外側要素２９も表す。ここで、要素２９の内面３６はまた、関連するトラック導体２４及び穿孔４２を有する平面電極３０がこの面に示されて示されており、穿孔４２は任意選択的にバイアコンタクトを有するか、又は接触要素２１を保持するためのものではなく、接触要素２１は評価電子機器１９への電気接続を形成する。平面要素２９も本質的に、回路基板材料から作製され、両面が積層される。したがって、平面要素２９は、内面３６上で電極３０の支持体となり、外面３７上で評価電子機器１９の支持体となる。

平面要素２９は、中間層の要素３１のように、細長い孔３４として構成される開口を含む。さらに、ハウジング部分を接合するために、平面要素３１の接続又は位置決め要素２０を保持するのに使用される比較的小さい開口、有利には穿孔４３がある。

原則として、液体供給ユニットを断面で示す図である。 本発明による測定装置の斜視図である。 液体のチャンバを有するセンサの中間平面要素の斜視図である。 評価電子機器の支持体ではない外側平面要素の内側の斜視図である。 評価電子機器の支持体である外側平面要素の内側の斜視図である。

符号の説明

１ 液体供給ユニット
２ 保存容器
３ 液体装置
４ 液体ライン
５ 印刷装置
６ ハウジング
７ 供給開口
８ リザーバ
９ プリントヘッド
１０ 出口開口
１１ 測定装置
１２ センサ
１３ 供給フランジ
１４ 入口開口
１５ チャンバ
１６ オーバーフローフランジ
１７ オーバーフロー開口
１８ 弁
１９ 評価電子機器
２０ 接続要素
２１ 接触要素
２２ 液体
２３ 液体レベル
２４ トラック導体
２５ なし（free）
２６ なし
２７ トラック導体
２８ 接続プラグ
２９ 平面要素
３０ 電極
３１ 平面要素
３２ 平面要素
３３ 電極
３４ 開口
３５ ハウジング縁
３６ 内面
３７ 外面
３８ 内側輪郭
３９ フレーム
４０ 外側輪郭
４１ ピン
４２ 穿孔
４３ 穿孔（複数ある）

Claims (15)

1. シーケンス制御装置を用いて液体レベル（２３）を測定することによって、液体供給ユニット（１）内の液体の量を監視することを伴う、液体（２２）を被印刷材料に塗布する印刷装置（５）を有する印刷機のための方法であって、
   前記液体（２２）のための供給開口（７）、前記液体（２２）のための出口開口（１０）、前記液体（２２）のためのリザーバ（８）及びプリントヘッド（９）を備えるハウジング（６）を前記印刷装置（５）に設けるステップと、
   前記液体（２２）のための保存容器（２）を前記供給開口（７）へ、且つチャンバ（１５）を有する測定装置（１１）を前記出口開口（１０）へ取り付けるステップと、
   前記測定装置（１１）の前記チャンバ（１５）内の前記液体レベル（２３）を検出することによって、前記印刷装置（５）の出口における前記液体（２２）の存在を検出する、前記測定装置（１１）によって前記液体レベル（２３）を測定するステップと、
   を備えることを特徴とする、印刷機のための方法。
2. 前記液体（２２）の前記検出は容量測定方法によって行われることを特徴とする、請求項１に記載の印刷機のための方法。
3. 前記容量測定方法は、電場の変化に依存する、充填レベル（２３）の製造規定高さを検出し、且つ該充填レベル（２３）の製造規定高さを該変化に従ってさらに処理することが出来る状態に変換することを特徴とする、請求項２に記載の印刷機のための方法。
4. 装置コントローラは、液体装置（３）をオンまたはオフにすることを特徴とする、請求項１に記載の印刷機のための方法。
5. シーケンス制御装置を用いて液体レベル（２３）を測定することによって、液体供給ユニット（１）内の液体の量を監視することを伴う、液体（２２）を被印刷材料に塗布する印刷装置（５）及び保存容器（２）を有する印刷機のための液体供給ユニット（１）であって、
   前記印刷装置（５）は前記液体（２２）のための供給開口（７）、前記液体（２２）のための出口開口（１０）、リザーバ（８）及びプリントヘッド（９）を備えるハウジング（６）を有しており、
   前記保存容器（２）は前記供給開口（７）に接続されており、
   チャンバ（１５）を備える測定装置（１１）は前記出口開口（１０）に接続されており、
   前記測定装置（１１）は前記チャンバ（１５）内の充填レベル（２３）を測定し、液体装置（３）を制御することに適している、
   ことを特徴とする、液体供給ユニット（１）。
6. 前記測定装置（１１）は、センサ（１２）及び該センサに接続される評価電子機器（１９）を備えることを特徴とする、請求項５に記載の液体供給ユニット（１）。
7. 前記センサ（１２）は、前記印刷装置（５）の前記出口開口（１０）に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の液体供給ユニット（１）。
8. 前記センサ（１２）は、流れに関して前記出口開口（１０）に接続される前記チャンバ（１５）を有することを特徴とする、請求項７に記載の液体供給ユニット（１）。
9. 測定パラメータとして、前記センサ（１２）は、前記印刷装置（５）の外側の前記センサ（１２）内に形成される前記チャンバ（１５）内の様々な液体レベル（２３）を検出することを特徴とする、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の液体供給ユニット（１）。
10. センサを備える、特に請求項５乃至９のいずれか１項に記載の液体供給ユニット（１）のための測定装置（１１）であって、
    該センサ（１２）は、サンドイッチ状に互いに接触する複数の平面要素（２９、３１、３２）を含み、中間要素（３１）は除去領域を用いてチャンバ（１５）を形成しており、前記測定装置（１１）の少なくとも一部は回路基板材料から作製されることを特徴とする、測定装置（１１）。
11. 前記センサ（１２）は、入口開口（１４）を有する供給フランジ（１３）と、該開口に接続される前記チャンバ（１５）とを有することを特徴とする、請求項１０に記載の測定装置（１１）。
12. 前記センサ（１２）は、前記チャンバ（１５）に接続され、オーバーフロー開口（１７）を有するオーバーフローフランジ（１６）を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の測定装置（１１）。
13. 少なくとも１つの前記要素（２９、３１、３２）は、電極（３０、３３）の支持体として構成されることを特徴とする、請求項１０に記載の測定装置（１１）。
14. 前記電極（３０、３３）は、前記チャンバ（１５）の内壁の少なくとも一部を形成することを特徴とする、請求項１３に記載の測定装置（１１）。
15. 前記センサ（１２）は、静電容量センサ（１２）として構成されることを特徴とする、請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の測定装置（１１）。

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