JP5373558B2 - 液体吐出装置、液位算出方法及びキャリブレーション方法 - Google Patents

Description

本発明は、液滴を吐出する液体吐出装置、液体吐出装置における液体の液位を算出する液位算出方法及び液体吐出装置における圧力センサのキャリブレーション方法に関する。

インクジェットプリンタなどの液体吐出装置は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、液体を貯留する液体貯留タンクとを備えており、液体貯留タンクから液滴吐出ヘッドに液体が供給されることで、液滴吐出ヘッドから液滴を吐出している。そして、液滴吐出ヘッドにおいて液体を所定形状のメニスカスとするために、適切な水頭値が指定されている。

そこで、液体貯留タンクが液滴吐出ヘッドと一体となってスキャンするオンキャリッジタンク方式の液体吐出装置では、液体貯留タンクと液滴吐出ヘッドとの配置が固定されているため、液体貯留タンクにポンプユニットを連結して液体貯留タンクの上部空間を負圧制御することで、液滴吐出ヘッドにおける液体の圧力を指定水頭値に調整している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−０８８５６４号公報

ところで、このような従来の液体吐出装置では、上部空間の負圧制御を適切に行うために、液面センサや圧力センサが用いられている。

液面センサを用いた手法は、例えば、液体貯留タンク内に取り付けた液面センサにより液体の液位（液面高さ）を求め、この液位から算出される水頭値に基づいて上部空間を負圧制御するものや、液体貯留タンク内に取り付けられた液面センサにより液位を求め、この液位が一定になるように液体貯留タンクに液体を補充して上部空間を一定圧に負圧制御するものがある。この液面センサには、フロート方式の液面センサや静電容量を用いた液面センサがあるが、フロート方式の液面センサは、分解能が低く、液体との接触により耐久性が低くなるという問題があり、静電容量を用いた液面センサは、大型で高価になるという問題がある。

一方、圧力センサを用いた手法は、例えば、液滴吐出ヘッド近傍の液体流路に取り付けた圧力センサにより液体の圧力を検出し、この圧力に基づいて上部空間を負圧制御するものがある。そして、圧力センサは、小型で分解能や耐久性に優れ、連続測定が可能である。また、検出した圧力から液体貯留タンクに貯留されている液体の液位を算出できるため、液体の残量が少ないニアエンド情報や満タン情報も得ることができる。このため、圧力センサを用いて上部空間の負圧制御する方がより好ましいと考えられる。

しかしながら、圧力センサは、経時的にゼロ点が変動するゼロ点シフト（ゼロ・ドリフトなどとも称される）が発生するため、液体吐出装置の使用前などに、圧力センサのゼロ点をキャリブレーションする必要がある。通常、圧力センサのキャリブレーションは、圧力センサを大気開放して、圧力センサのゲージ圧を０に補正することで行う。しかしながら、バルブなどで液体流路を遮断するなどして圧力センサを大気開放すると、バルブ内で液体が乾燥固化してバルブの不具合を招く虞がある。そこで、液体貯留タンクを大気開放することも考えられるが、圧力センサには液体の水頭がかかるため、圧力センサのキャリブレーションを行うためには、液体の液位を求める必要がある。

そこで、本発明は、圧力センサのゼロ点がシフトした場合にも部品点数の増加を最小限に抑えて液体の液位を算出することができる液体吐出装置、液位算出方法及びキャリブレーション方法を提供することを目的とする。

本発明に係る液体吐出装置は、液滴が吐出される液滴吐出ヘッドと、液滴吐出ヘッドに供給する液体を貯留する液体貯留容器と、液滴吐出ヘッドに供給される液体の圧力を検出する圧力センサと、液体貯留容器内における上部空間の圧力を調整する負圧制御ユニットと、圧力センサで検出した圧力に基づいて負圧制御ユニットを駆動制御する制御部と、を備える液体吐出装置であって、制御部は、負圧制御ユニットを駆動制御して上部空間を大気開放したときに圧力センサが検出した第一圧力を取得し、負圧制御ユニットを駆動制御して上部空間を大気開放状態から圧力変動させたときに圧力センサが検出した第二圧力を取得し、第一圧力に対する第二圧力の圧力変動値に基づいて上部空間の体積を算出し、上部空間の体積に基づいて液体の液位を算出することを特徴とする。

本発明に係る液体吐出装置によれば、液体貯留容器から供給された液体が液滴吐出ヘッドから液滴として吐出されるが、その際、圧力センサで検出した圧力に基づいて負圧制御ユニットによる上部空間の負圧制御を行うことで、液滴吐出ヘッドにおける液体を所定の負圧状態に維持することができる。このとき、上部空間を大気開放したときに圧力センサが検出した第一圧力と上部空間を大気開放状態から圧力変動させたときに圧力センサが検出した第二圧力との圧力変動値を算出し、この圧力変動値から上部空間の体積を算出することで、圧力センサにゼロ点シフトが発生しても、上部空間の体積を正しく算出することができる。このため、液体貯留容器の容量から算出した上部空間の体積を減算し、液体貯留容器における液体の液位を算出することで、圧力センサにゼロ点シフトが発生していても、液体貯留容器内に液面センサなどの特別なセンサを設けることなく、液体の液位を算出することができる。

そして、負圧制御ユニットは、所定量の空気を送り出す定量ポンプを備えており、制御部は、第二圧力として、負圧制御ユニットから所定量の空気を上部空間に送り込んだときに圧力センサが検出した圧力を取得することが好ましい。このように、定量ポンプを備えた負圧制御ユニットから所定量の空気を上部空間に送り込んだときに圧力センサが検出した圧力を第二圧力とすることで、大気開放状態から所定量の空気が送り込まれて加圧される上部空間の圧力上昇値を求めることができる。このため、所定量の空気が増加したときの圧力上昇値は上部空間の体積に反比例するため、この求めた圧力上昇値に基づいて上部空間の体積を算出することができる。

また、負圧制御ユニットは、所定圧力の空気を送り出す定圧ユニットであり、制御部は、第二圧力として、負圧制御ユニットの駆動制御により所定圧力の空気を所定時間だけ上部空間に送り込んだときに圧力センサが検出した圧力を取得することが好ましい。このように、定圧ポンプを備えた負圧制御ユニットから所定圧力の空気を所定時間だけ上部空間に送り込んだときに圧力センサが検出した圧力を第二圧力とすることで、大気開放状態から所定時間だけ定圧空気が送り込まれて加圧される上部空間の圧力上昇値を求めることができる。そして、所定時間だけ定圧空気が送り込まれたときの圧力上昇値は上部空間の体積に反比例するため、この求めた圧力上昇値に基づいて上部空間の体積を算出することができる。

そして、制御部は、算出した液体の液位に対応する圧力で圧力センサをキャリブレーションすることが好ましい。このように、圧力センサのゼロ点シフトの影響を受けずに求めた液体の液位に基づいて圧力センサが検出する正確な圧力を求めることができるため、部品点数の追加を最小限に抑えて、圧力センサのキャリブレーションを行うことができる。

本発明に係る液位算出方法は、液滴が吐出される液滴吐出ヘッドと、液滴吐出ヘッドに供給する液体を貯留する液体貯留容器と、液滴吐出ヘッドに供給される液体の圧力を検出する圧力センサと、液体貯留容器内の圧力を調整する負圧制御ユニットと、を備える液体吐出装置における液位算出方法であって、負圧制御ユニットを駆動制御して上部空間を大気開放したときに圧力センサが検出した第一圧力を取得する第一圧力取得ステップと、負圧制御ユニットを駆動制御して上部空間を大気開放状態から圧力変動させたときに圧力センサが検出した第二圧力を取得する第二圧力取得ステップと、第一圧力に対する第二圧力の圧力変動値に基づいて上部空間の体積を算出し、上部空間の体積に基づいて液体の液位を算出する液位算出ステップと、を有することを特徴とする。

本発明に係る液体吐出方法によれば、上部空間を大気開放したときに圧力センサが検出した第一圧力と上部空間を大気開放状態から圧力変動させたときに圧力センサが検出した第二圧力との圧力変動値を算出し、この圧力変動値から上部空間の体積を算出することで、圧力センサにゼロ点シフトが発生しても、上部空間の体積を正しく算出することができる。このため、液体貯留容器の容量から算出した上部空間の体積を減算し、液体貯留容器における液体の液位を算出することで、圧力センサにゼロ点シフトが発生していても、液体貯留容器内に液面センサなどの特別なセンサを設けることなく、液体の液位を算出することができる。

そして、第二圧力取得ステップは、第二圧力として、負圧制御ユニットの駆動制御により所定量の空気を上部空間に送り込んだときに圧力センサが検出した圧力を取得することが好ましい。このように、定量ポンプを備えた負圧制御ユニットから所定量の空気を上部空間に送り込んだときに圧力センサが検出した圧力を第二圧力とすることで、大気開放状態から所定量の空気が送り込まれて加圧される上部空間の圧力上昇値を求めることができる。このため、所定量の空気が増加したときの圧力上昇値は上部空間の体積に反比例するため、この求めた圧力上昇値に基づいて上部空間の体積を算出することができる。

また、第二圧力取得ステップは、第二圧力として、負圧制御ユニットの駆動制御により所定時間だけ所定圧力の空気を上部空間に送り込んだときに圧力センサが検出した圧力を取得することが好ましい。このように、定量ポンプを備えた負圧制御ユニットから所定量の空気を上部空間に送り込んだときに圧力センサが検出した圧力を第二圧力とすることで、大気開放状態から所定量の空気が送り込まれて加圧される上部空間の圧力上昇値を求めることができる。このため、所定量の空気が増加したときの圧力上昇値は上部空間の体積に反比例するため、この求めた圧力上昇値に基づいて上部空間の体積を算出することができる。

本発明に係るキャリブレーション方法は、上記の何れかの方法により算出された液位に基づいて、圧力センサのキャリブレーションを行うキャリブレーションステップを有することを特徴とする。

本発明に係るキャリブレーション方法によれば、圧力センサのゼロ点シフトの影響を受けずに求めた液体の液位に基づいて圧力センサが検出する正確な圧力を求めることができるため、部品点数の追加を最小限に抑えて、圧力センサのキャリブレーションを行うことができる。

本発明によれば、圧力センサのゼロ点がシフトした場合にも部品点数の増加を最小限に抑えて液体の液位を算出することができる。

実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。 負圧制御の処理動作を示すシーケンス図である。 インクジェットプリンタの動作を説明するための図である。 インクタンクに空気を送り込む場合の空気の流れを示す図である。 インクタンクから空気を吸引する場合の空気の流れを示す図である。 キャリブレーション処理を示すシーケンス図である。 上部空間を大気開放した場合の空気の流れを示す図である。 インクの液面高さの算出の考え方を説明するための図である。 インクの液面高さの算出方法を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る液体吐出装置、液位算出方法及びキャリブレーション方法の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態は、本発明に係る液体吐出装置、液位算出方法及びキャリブレーション方法を、液滴吐出装置であるインクジェットプリンタに適用したものである。なお、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。

図１は、実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、インクジェットヘッド２と、インクタンク３と、供給流路４と、還元流路５と、圧力センサ６と、ポンプユニット７と、警報装置８と、制御部１０と、を備えている。

インクジェットヘッド２は、インク液滴を吐出するものである。このインクジェットヘッド２には、インクが流れる共通インク流路２ａと、共通インク流路２ａに連通された多数のノズル２ｂと、が形成されている。そして、インクジェットヘッド２は、走査方向に移動可能に取り付けられたキャリッジ（不図示）に搭載されている。そして、インクジェットヘッド２は、キャリッジの走査方向への移動時にインク液滴を吐出することで、スキャンが行われる。

インクタンク３は、インクジェットヘッド２に供給するインクが貯留されたインク容器である。そして、インクタンク３は、インクジェットヘッド２と同様にキャリッジ（不図示）に搭載されており、インクジェットヘッド２と一体となってスキャンが行われる。

供給流路４は、細長い管状部材（チューブ）で構成されており、インクタンク３とインクジェットヘッド２とを連通して、インクタンク３に貯留されたインクをインクジェットヘッド２に供給するための流路である。

還元流路５は、細長い管状部材（チューブ）で構成されており、インクジェットヘッド２とインクタンク３とを連通して、インクジェットヘッド２に貯留されたインクをインクタンク３に還元するための流路である。

圧力センサ６は、インクジェットヘッド２近傍のインク流路に配置されており、インクジェットヘッド２に供給されるインクの圧力を検出するセンサである。なお、インクジェットヘッド２に供給するインクを指定水頭値以下に保持するレギュレータが設けられている場合は、このレギュレータに圧力センサ６を組み込んでもよい。

ポンプユニット７は、制御部１０の制御により駆動されて、上部空間Ｓの負圧制御を行うものである。ポンプユニット７は、インクタンク３の上部空間Ｓに連結されており、空気を送り出すポンプ７１と、バルブ７２と，バルブ７３と、第一配管７４と、第二配管７５と、第三配管７６と、第四配管７７と、バルブ７８と、を備えている。

ポンプ７１は、所定量の空気を送り出すことが可能な定量ポンプである。

バルブ７２は、２つの切換口と一つの排出口とが形成された電磁切換弁であり、何れか一方の切換口を排出口に連通させるものである。そして、バルブ７２は、制御部１０の制御に基づいて、２つの切換口を択一的に切り換えるものである。

バルブ７３は、一つの吸入口と２つの切換口とが形成された電磁切換弁であり、吸入口を何れか一方の切換口に連通させるものである。そして、バルブ７２は、制御部１０の制御に基づいて、２つの切換口を択一的に切り換えるものである。

第一配管７４は、インクタンク３の上部とバルブ７２の排出口に繋がる管である。

第二配管７５は、ポンプユニット７の吸気口、バルブ７２の一方の切換口及びバルブ７３の一方の切換口に繋がる管である。

第三配管７６は、ポンプユニット７の排気口、バルブ７２の他方の切換口及びバルブ７３の他方の切換口に繋がる管である。

第四配管７７は、バルブ７３の吸気口に繋がり大気に開放される管である。

バルブ７８は、第一配管７４を開閉する電磁弁である。

そして、このように構成されるポンプユニット７は、ポンプ７１の駆動やバルブ７２、バルブ７３及びバルブ７８の切換により、上部空間Ｓに空気を送り込んで上部空間Ｓを加圧することや、上部空間Ｓから空気を吸引して上部空間Ｓを減圧することや、上部空間Ｓを大気開放することや、上部空間Ｓを密閉することが可能となっている。

警報装置８は、制御部１０からの指令に基づき、インクタンク３に貯留されているインクがニアエンドである場合や、このインクが満タンである場合などに、音声や映像などで警報を行うものである。

制御部１０は、圧力センサ６、ポンプユニット７及び警報装置８に接続されており、上部空間Ｓの負圧制御、インクの液面高さの算出、圧力センサ６のキャリブレーション、警報処理などを行うものである。なお、制御部１０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。そして、制御部１０が行う各機能は、ＣＰＵやＲＡＭ上に所定のコンピュータソフトウェア（プログラム）を読み込ませ、ＣＰＵの制御のもとで動作させることで実現される。

次に、インクジェットプリンタ１の動作について説明する。なお、以下に説明するインクジェットプリンタ１の処理動作は、制御部１０の制御により行われる。すなわち、制御部１０において、ＣＰＵなどで構成される処理部（不図示）が、ＲＯＭなどの記憶装置に記録されたプログラムに従い、各機能を統括管理することで、以下の処理が行われる。

まず、インクタンク３に貯留されたインクが供給流路４を通ってインクジェットヘッド２に供給されることで、インクジェットヘッド２からインク液滴が吐出される。

このとき、インクジェットヘッド２におけるインクの圧力を指定水頭値に調整するため、制御部１０は、圧力センサ６が検出するインクジェットヘッド２に供給されるインクの圧力を用いて、上部空間Ｓの負圧制御を行う。

ここで、図２及び図３を参照して、制御部１０による上部空間Ｓの負圧制御の処理動作について説明する。図２は、負圧制御の処理動作を示すシーケンス図であり、図３は、インクジェットプリンタの動作を説明するための図である。なお、図３において、バルブ７２のＡは、第三配管７６に接続される他方の切換口を示しており、バルブ７２のＢは、第二配管７５に接続される一方の切換口を示している。また、バルブ７３のＡは、第三配管７６に接続される他方の切換口を示しており、バルブ７３のＢは、第二配管７５に接続される一方の切換口を示している。

まず、制御部１０は、圧力センサ６で検出したインクジェットヘッド２に供給されるインクの圧力を取得する（ステップＳ１）。

次に、制御部１０は、ステップＳ１で取得した圧力を設定圧力と比較する（ステップＳ２）。ステップＳ２において、設定圧力とは、インクジェットヘッド２におけるインクの圧力が指定水頭値となる場合に、圧力センサ６が検出する圧力である。このため、圧力センサ６はインクジェットヘッド２よりも上方に配置されている場合は、設定圧力が指定水頭値よりも僅かに低い値となり、圧力センサ６はインクジェットヘッド２よりも下方に配置されている場合は、設定圧力が指定水頭値よりも僅かに高い値となる。

ステップＳ２において、ステップＳ１で取得した圧力が設定圧力を中心とした所定範囲内であると判断すると（ステップＳ２：同じ）、制御部１０は、インクタンク３を密閉する（ステップＳ３）。すなわち、ステップＳ３では、バルブ７８をＯＦＦにして第一配管７４を閉じることで、インクタンク３を密閉する。

ステップＳ２において、ステップＳ１で取得した圧力が設定圧力を中心とした所定範囲よりも低いと判断すると（ステップＳ２：低い）、制御部１０は、インクタンク３に空気を送り込む（ステップＳ４）。すなわち、ステップＳ４では、バルブ７８をＯＮにして第一配管７４を開き、バルブ７２をＢに切り換え、バルブ７３をＡに切り換え、ポンプ７１を駆動させる。これにより、ポンプ７１の吸引口が大気に開放されるとともに、ポンプ７１の排出口がインクタンク３に連通されるため、ポンプ７１の駆動によりインクタンク３に空気が送り込まれる。なお、このときの空気の流れを図４に示す。

ステップＳ２において、ステップＳ１で取得した圧力が設定圧力を中心とした所定範囲よりも高いと判断すると（ステップＳ２：高い）、制御部１０は、インクタンク３から空気を吸引する（ステップＳ５）。すなわち、ステップＳ５では、バルブ７８をＯＮにして第一配管７４を開き、バルブ７２をＡに切り換え、バルブ７３をＢに切り換え、ポンプ７１を駆動させる。これにより、ポンプ７１の吸引口がインクタンク３に連通されるとともに、ポンプ７１の排出口が大気に開放されるため、ポンプ７１の駆動によりインクタンク３から空気が吸引される。なお、このときの空気の流れを図５に示す。

そして、上述したステップＳ１〜ステップＳ５を繰り返してインクタンク３の負圧制御を行うことで、インクジェットヘッド２におけるインクの圧力が指定水頭値に調整される。

次に、図３及び図６を参照して、圧力センサ６のゼロ点シフトのキャリブレーション処理について説明する。図６は、キャリブレーション処理を示すシーケンス図である。

キャリブレーション処理は、インクジェットプリンタ１を立ち上げる際や、所定の稼働時間ごとなどに行われる。

まず、制御部１０は、インクジェットヘッド２をキャッピングする（ステップＳ１１）。後述するように、キャリブレーション処理では、インクタンク３を大気開放するため、インクジェットヘッド２にインクの水頭がかかりノズル２ｂからインクが漏れ出てしまう。このため、キャリブレーション処理においてノズル２ｂからインクが漏れださないように、キャリブレーション処理に先立ち、ステップＳ１１において、インクジェットヘッド２をキャッピングする。

次に、制御部１０は、インクタンク３の上部空間Ｓを大気開放する（ステップＳ１２）。すなわち、ステップＳ１２では、バルブ７８をＯＮにして第一配管７４を開き、バルブ７２をＡに切り換えるとともに、バルブ７３をＡに切り換える。これにより、上部空間Ｓは、ポンプ７１を通ることなく第三配管７６を通って大気に開放される。なお、このときの空気の流れを図７に示す。

次に、制御部１０は、圧力センサ６で検出したインクジェットヘッド２に供給されるインクの圧力を取得する（ステップＳ１３）。なお、ステップＳ１３で取得した圧力を、便宜上、第一圧力とする。

次に、制御部１０は、インクタンク３に所定量の空気を送り込む（ステップＳ１４）。すなわち、ステップＳ１４では、バルブ７８をＯＮにして第一配管７４を開き、バルブ７２をＢに切り換えるとともに、バルブ７３をＡに切り換え、ポンプ７１を駆動させる。これにより、ポンプ７１の吸引口が大気に開放されるとともに、ポンプ７１の排出口がインクタンク３に連通されるため、ポンプ７１の駆動によりインクタンク３に空気が送り込まれる。なお、なお、このときの空気の流れを図４に示す。そして、所定時間が経過して、ポンプ７１から所定量の空気が送り出されて上部空間Ｓに所定量の空気が注入されると、バルブ７８をＯＦＦにして配管を閉じ、ポンプ７１の駆動を停止させる。これにより、インクタンク３の上部空間Ｓには、大気開放された状態から所定量の空気が注入されて加圧された状態となる。

次に、制御部１０は、圧力センサ６で検出したインクジェットヘッド２に供給されるインクの圧力を取得する（ステップＳ１５）。なお、ステップＳ１５で取得した圧力を、便宜上、第二圧力とする。

次に、制御部１０は、ステップＳ１３で取得した第一圧力と、ステップＳ１５で取得した第二圧力との圧力変動値から、インクの液面高さを算出する（ステップＳ１６）。

ここで、ステップＳ１６におけるインクの液面高さの算出方法について説明する。

図８は、インクの液面高さの算出の考え方を説明するための図である。図８（ａ）（ｂ）に示すように、例えば、上部空間Ｓを大気開放したときの上部空間Ｓの体積が５である場合に、体積が１の空気を上部空間Ｓに注入すると、上部空間Ｓの圧力は６／５倍に上昇する。一方、図８（ｃ）（ｄ）に示すように、例えば、上部空間Ｓを大気開放したときの上部空間Ｓの体積が２５である場合に、体積が１の空気を上部空間Ｓに注入すると、上部空間Ｓの圧力は２６／２５倍に上昇する。このことから、上部空間Ｓを大気開放したときの上部空間Ｓの圧力に対して、上部空間Ｓに所定量の空気（上記例では体積１の空気）を注入したときの上部空間Ｓの圧力の上昇率、すなわち圧力変動値を求めることで、上部空間Ｓの体積を求めることができる。すると、この上部空間Ｓの体積とインクタンク３の容積との関係から、インクの液面高さを求めることができる。

図９は、インクの液面高さの算出方法を説明するための図である。図９に示すように、インクの液面高さの算出方法を説明するにあたり、各値を表す記号を、
Ｓｔ：インクタンク３の容積
Ｓｉ：インクタンク３に貯留されているインクの体積
Ｓａ：上部空間Ｓの体積
Ａ：インクタンク３の上部空間Ｓの底面積
Ｐｉ１：上部空間Ｓを大気開放した際に圧力センサ６が検出した第一圧力
Ｐｉ２：上部空間Ｓに所定量の空気を注入した際に圧力センサ６が検出した第二圧力
Ｐａ１：上部空間Ｓを大気開放した際の上部空間Ｓの圧力
Ｐａ２：上部空間Ｓに所定量の空気を注入した際の上部空間Ｓの圧力
Ｓｊ：上部空間Ｓに注入した空気の体積
Ｐａｂｓ：大気圧（絶対圧）
ρ：インクの密度
Ｌ：圧力センサ６からインクの液面までの高さ（液面高さ）
Ｌａ：圧力センサ６からインクタンク３の底面までの高さ
Ｌｉ：インクタンク３の底面からインクの液面までの高さ
と定義する。なお、Ｓａは、インクタンク３内の容積であるが、正確には、ポンプユニット７及び第一配管７４内の体積も含まれる。

このとき、大気圧Ｐａｂｓ以外の圧力はゲージ圧で表し、空気の密度を無視する。また、注入空気体積Ｓｊは大気圧での体積を示し、大気圧や温度は変化しないものとする。また、インクタンク３は、高さ方向に渡って断面積が同一の形状とする。また、第一圧力Ｐｉ１及び第二圧力Ｐｉ２は、圧力センサ６のゼロ点シフトの発生によるオフセット誤差を含む値となる。そして、大気圧Ｐａｂｓは、一定値を当てはめてもよく、インクジェットプリンタ１の設置点の高度補正を行った値を当てはめてもよく、インクジェットプリンタ１の設置点で気圧計の計測値を当てはめてもよい。また、インクの密度ρ、インクタンク３の容積Ｓｔ、インクタンク３の底面積Ａ、注入空気体積Ｓｊ、圧力センサ６からインクタンク３の底面までの高さＬａは、予め計測などにより求めておくことができる。

まず、インクタンク３の上部空間Ｓの体積をＳａは、
Ｓａ＝Ｓｔ−Ｓｉ …（１）
で表される。

そして、ステップＳ１２により上部空間Ｓを大気開放すると、圧力センサ６が検出した第一圧力Ｐｉ１及び上部空間Ｓの圧力Ｐａ１は、
Ｐｉ１＝Ｌ＊ρ …（２）
Ｐａ１＝０ …（３）
で表される。なお、圧力Ｐａ１はゲージ圧であるため０となる。

次に、ステップＳ１４により上部空間Ｓに所定量の空気を注入すると、圧力センサ６が検出した第二圧力Ｐｉ２及び上部空間Ｓの圧力Ｐａ２は、
Ｐａ２＝Ｐａ１＋（（Ｓａ＋Ｓｊ）／Ｓａ）＊Ｐａｂｓ …（４）
Ｐｉ２＝Ｐｉ１＋（Ｐａ２−Ｐａ１） …（５）
で表される。

なお、第一圧力Ｐｉ１と第二圧力Ｐｉ２とは、それぞれオフセット誤差を含んだ値であるが、その差分であるＰｉ２−Ｐｉ１は、空気注入前後の圧力上昇分として正しい値となる。

次に、式（１）〜式（５）を順次変形していくと、
Ｐｉ２−Ｐｉ１＝Ｐａ２−Ｐａ１
Ｐａ２−Ｐａ１＝（Ｓｊ／Ｓａ）＊Ｐａｂｓ
（Ｐａ２−Ｐａ１）／Ｐａｂｓ＝Ｓｊ／Ｓａ
（（Ｐａ２−Ｐａ１）／Ｐａｂｓ）／Ｓｊ＝１／Ｓａ
Ｓｊ／（（Ｐａ２−Ｐａ１）／Ｐａｂｓ）＝Ｓａ
Ｓｊ＊Ｐａｂｓ／（Ｐａ２−Ｐａ１）＝Ｓａ
Ｓｊ＊Ｐａｂｓ／（Ｐｉ２−Ｐｉ１）＝Ｓａ …（６）
となり、式（６）から、上部空間Ｓの体積Ｓａが求められる。

そして、インクタンク３に貯留されているインクの体積Ｓｉは、
Ｓｉ＝Ｓｔ−Ｓａ …（７）
で表され、インクタンク３の底面からインクの液面までの高さＬｉは、
Ｌｉ＝Ｓｉ／Ａ …（８）
で表され、圧力センサ６からインクの液面までの高さ（液面高さ）Ｌは、
Ｌ＝Ｌｉ＋Ｌａ …（９）
で表されるため、式（７）〜式（９）から、圧力センサ６からインクの液面までの高さ（液面高さ）Ｌが求められる。

なお、制御部１０は、ステップＳ１６で算出した液面高さにより、インクタンク３に貯留されているインクがニアエンド又は満タンである場合は、警報装置８から音声や映像などで警報する。

次に、制御部１０は、ステップＳ１６で算出したインクの液面高さから、圧力センサ６の真の検出圧力を算出する（ステップＳ１７）。オフセット誤差の無い圧力センサ６の真の検出圧力Ｐｉ１ｒは、
Ｐｉ１ｒ＝Ｌ＊ρ …（１０）
で表される。そこで、式（１０）を用いて、ステップＳ１６で算出した液面高さＬと、インクの密度ρとを積算することで、圧力センサ６の真の検出圧力Ｐｉ１ｒが求められる。

次に、制御部１０は、ステップＳ１０で算出した真の検出圧力から、圧力センサ６のオフセット補正を行う（ステップＳ１８）。すなわち、ステップＳ１３で検出した第一圧力Ｐｉ１と、ステップＳ１７で算出した真の検出圧力Ｐｉ１ｒとの差がなくなるように、オフセット補正値を変える。具体的には、上部空間Ｓを大気開放し、圧力センサ６が検出する第一圧力Ｐｉ１が、ステップＳ１８で算出した真の検出圧力Ｐｉ１ｒを示すように、圧力センサ６の表示をオフセット補正する。

以上説明したように、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１によれば、インクタンク３から供給されたインクがインクジェットヘッド２からインク液滴として吐出されるが、その際、圧力センサ６で検出した圧力に基づいてポンプユニット７による上部空間Ｓの負圧制御を行うことで、インクジェットヘッド２におけるインクを所定の負圧状態に維持することができる。このとき、上部空間Ｓを大気開放したときに圧力センサ６が検出した第一圧力と上部空間Ｓを大気開放状態から所定量の空気を送り込んだときに圧力センサ６が検出した第二圧力との圧力上昇値を算出すると、所定量の空気が増加したときの圧力上昇値は上部空間Ｓの体積に反比例するため、この圧力上昇値から上部空間Ｓの体積を算出することができる。これにより、圧力センサ６にゼロ点シフトが発生しても、上部空間Ｓの体積を正しく算出することができるため、インクタンク３の容量から算出した上部空間Ｓの体積を減算し、インクの液位を算出することで、圧力センサ６にゼロ点シフトが発生していても、インクタンク３内に液面センサなどの特別なセンサを設けることなく、インクの液位を算出することができる。

しかも、このように、圧力センサ６のゼロ点シフトの影響を受けずに求めたインクの液位に基づいて圧力センサ６が検出する正確な圧力を求めることができるため、部品点数の追加を最小限に抑えて、圧力センサ６のキャリブレーションを行うことができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ポンプユニット７により上部空間Ｓに所定量の空気を送り込むことにより、大気開放状態から加圧されたときの圧力上昇値を求め、この圧力上昇値によりインクの液位を算出するものとしたが、ポンプユニット７により上部空間Ｓから所定量の空気を吸引することにより、大気開放状態から減圧されたときの圧力下降値を求め、この圧力下降値によりインクの液位を算出するものとしてもよい。

また、上記実施形態では、ポンプユニット７のポンプ７１として定量ポンプを用い、上部空間Ｓに所定量の空気を送り込むものとして説明したが、定圧空気を送り出す定圧ポンプを用い、上部空間Ｓに定圧空気を送り込むものとしてもよい。この場合、上部空間Ｓの圧力上昇値を求める際は、上部空間Ｓを大気開放したときに圧力センサ６が検出した第一圧力と、負圧制御ユニットから所定時間だけ上部空間Ｓに定圧空気を送り込んだときに圧力センサ６が検出した第二の圧力とを比較することで、圧力上昇値を求める。上部空間Ｓの気圧がある程度高くなるまでは、上部空間Ｓに定圧空気を送り込む時間と圧力上昇値とが比例関係となり、所定時間だけ定圧空気が送り込まれたときの圧力上昇値は上部空間Ｓの体積に反比例するため、この求めた圧力上昇値に基づいて上部空間Ｓの体積を算出することができる。

また、上記実施形態では、供給流路４ほかに還元流路５を備え、インクをインクタンク３とインクジェットヘッド２との間で循環させるものとして説明したが、供給流路４のみを設け、インクタンク３からインクジェットヘッド２にインクが供給されるだけの１ＷＡＹ方式としてもよい。

また、上記実施形態では、算出されたインクの液位を用いて圧力センサ６のキャリブレーションを行うものとして説明したが、この算出されたインクの液位は、各種警報など、様々な用途に用いることができる。

そして、上記実施形態では、本発明の一例としてインクジェットプリンタについて説明したが、本発明を、食用オイルや接着剤などの高粘度液体を液滴として吐出する工業用液滴吐出装置などに適用してもよい。

１…インクジェットプリンタ、２…インクジェットヘッド、２ａ…共通インク流路、２ｂ…ノズル、３…インクタンク、４…供給流路、５…還元流路、６…圧力センサ、７…ポンプユニット、８…警報装置、１０…制御部、７１…ポンプ、７２…バルブ、７３…バルブ、７４…第一配管、７５…第二配管、７６…第三配管、７７…第四配管、７８…バルブ、Ｓ…上部空間。

Claims (8)

1. 液滴が吐出される液滴吐出ヘッドと、
   前記液滴吐出ヘッドに供給する液体を貯留する液体貯留容器と、
   前記液滴吐出ヘッドに供給される液体の圧力を検出する圧力センサと、
   前記液体貯留容器内における上部空間の圧力を調整する負圧制御ユニットと、
   前記圧力センサで検出した圧力に基づいて前記負圧制御ユニットを駆動制御する制御部と、
   を備える液体吐出装置であって、
   前記制御部は、
   前記負圧制御ユニットを駆動制御して前記上部空間を大気開放したときに前記圧力センサが検出した第一圧力を取得し、
   前記負圧制御ユニットを駆動制御して前記上部空間を大気開放状態から圧力変動させたときに前記圧力センサが検出した第二圧力を取得し、
   前記第一圧力に対する前記第二圧力の圧力変動値に基づいて前記上部空間の体積を算出し、前記上部空間の体積に基づいて液体の液位を算出することを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記負圧制御ユニットは、所定量の空気を送り出す定量ポンプを備えており、
   前記制御部は、前記第二圧力として、前記負圧制御ユニットから所定量の空気を前記上部空間に送り込んだときに前記圧力センサが検出した圧力を取得することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記負圧制御ユニットは、所定圧力の空気を送り出す定圧ユニットであり、
   前記制御部は、第二圧力として、前記負圧制御ユニットの駆動制御により所定圧力の空気を所定時間だけ前記上部空間に送り込んだときに前記圧力センサが検出した圧力を取得することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
4. 前記制御部は、前記算出した液体の液位に対応する圧力で前記圧力センサをキャリブレーションすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の液体吐出装置。
5. 液滴が吐出される液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドに供給する液体を貯留する液体貯留容器と、前記液滴吐出ヘッドに供給される液体の圧力を検出する圧力センサと、前記液体貯留容器内の圧力を調整する負圧制御ユニットと、を備える液体吐出装置における液位算出方法であって、
   前記負圧制御ユニットを駆動制御して前記上部空間を大気開放したときに前記圧力センサが検出した第一圧力を取得する第一圧力取得ステップと、
   前記負圧制御ユニットを駆動制御して前記上部空間を大気開放状態から圧力変動させたときに前記圧力センサが検出した第二圧力を取得する第二圧力取得ステップと、
   前記第一圧力に対する前記第二圧力の圧力変動値に基づいて前記上部空間の体積を算出し、前記上部空間の体積に基づいて液体の液位を算出する液位算出ステップと、
   を有することを特徴とする液位算出方法。
6. 前記第二圧力取得ステップは、前記第二圧力として、前記負圧制御ユニットの駆動制御により所定量の空気を前記上部空間に送り込んだときに前記圧力センサが検出した圧力を取得することを特徴とする請求項５に記載の液位算出方法。
7. 前記第二圧力取得ステップは、第二圧力として、前記負圧制御ユニットの駆動制御により所定時間だけ所定圧力の空気を前記上部空間に送り込んだときに前記圧力センサが検出した圧力を取得することを特徴とする請求項５に記載の液位算出方法。
8. 請求項５〜７の何れかにより算出された液位に基づいて、前記圧力センサのキャリブレーションを行うキャリブレーションステップを有することを特徴とするキャリブレーション方法。
   
   

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