JP6536103B2 - 液体検出手段および液体噴射装置 - Google Patents
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Description
第1期間:pチャンネル型FETがONとなり、第2導電部材に接続された容量は、第1の抵抗および液体を介して所定電位に接続される。そのため、容量が充電される。
第2期間:pチャンネル型FETがOFFとなり、第1期間で充電された容量は、液体、第1の抵抗および第2の抵抗を介して基準電位に接続される。そのため、容量が放電される。
さらに、所定電位供給部および基準電位供給部は、それぞれ一つの電気素子によって構成できるため、少ない電気素子によって交流生成回路が構成可能となる。
(プリンターの全体構成)
まず、プリンター1の全体構成について、図1を参照して説明する。図1は、本発明を適用したプリンター1の外観斜視図である。図1には、相互に直交する座標軸であるXYZ軸を付す。また、これ以降に示す図についても、必要に応じて同様のXYZ軸を付す。XYZ軸のそれぞれにおいて、矢印の向きが+方向(正方向)を示し、矢印の向きとは逆向きが−方向(負方向)を示す。プリンター1が使用される状態において、プリンター1は、X軸とY軸とによって規定される水平な平面に配置される。プリンター1の使用状態において、Z軸は、水平な平面に直交する軸であり、−Z軸方向が鉛直下方向である。また、プリンター1の+Y軸方向の面を前面、−Y軸方向の面を後面と称する。
次に、インクタンクユニット20の構成について、図2を参照して説明する。図2は、インクタンクユニットカバー21を取り外した状態のインクタンクユニット20を示す斜視図である。
インクタンクユニット20は、インクタンクユニット底部22に面して、複数のインクタンク30が並べられて装着可能である。本実施形態では、4つのインクタンク30が装着される。4つのインクタンク30には、それぞれ種類(色、素材など)の異なるインク34が貯留されても良い。4つのインクタンク30の内の一つは他と比べてサイズが大きく、より多くのインク34を貯留できる。そこで、例えば、サイズの大きなインクタンク30には、使用頻度の高いブラックのインク34を貯留させ、他のインクタンク30には、それぞれイエロー、マゼンタおよびシアンなどのインク34を個別に貯留させることができる。
次に、インクタンク30の構成およびプリンター1との繋がりについて、図2および図3を参照して説明する。図3は、インクタンク30の構成およびインクタンク30とプリンター1における他の構成要素との係属を示す模式図である。
各インクタンク30は、少なくとも一部が透過性の外壁で形成される。本実施形態においては、X軸方向の外壁の一部が透過性である。この外壁面にはインク量の目安となるマーク31(図2参照)があり、ユーザーはこのマーク31を目印にしてインク量を把握することができる。
さらに、インクタンク30は、貯留したインク34を印刷ヘッド17に送り出すインク供給部33を備える。
さらに、第1導電部材としての第1の電極35および第2導電部材としての第2の電極36を備える。第1の電極35および第2の電極36は、インクタンク30の外部に突出している。インクタンク30が、インクタンクユニット底部22と基板受け27に挟まれてインクタンクタンクユニット20に装着されたときに、インクタンク30の外部から突出した第1の電極35と第2の電極36は、基板受け27に配置された回路基板26と接触するように配置される。
さらに、回路基板26上に実装される回路とプリンター1の制御基板15上に実装される回路とは、信号配線FFC19を介して相互に接続される。制御基板15上に実装される回路には、制御部16が含まれるため、回路基板26上の回路は、制御部16と相互に通信が可能である。
また、インク34は、素材および組成に基づくインク抵抗値Ri(図5参照)を持って導電性を有する。そのため、第1の電極35および第2の電極36の両電極がインク34に浸漬する場合、第1の電極35と第2の電極36とは、インク34を介して電気的に接続された状態となる。
インクタンクユニット20は、インクタンク30が装着される時、インク供給部33がチューブ18に接合するよう構成されている。
次に、液体検出手段60について、図4から図6を参照して説明する。図4は、液体検出手段60の一例を示す図である。図5は、図4の液体検出手段60の等価回路図である。図6は、液体検出手段60の動作の一例を示すタイミングチャートである。
なお、図4において、VDDは、液体検出手段60を動作させる電源の高電位側の電位を示す。また、VSSは、電源の低電位側の電位を示し、基準電位(グランド)である。以降の図面においても、同様の符号を用いる。
交流生成回路40は、下記の要素で構成される。
a)第1導電部材としての第1の電極35および第2導電部材としての第2の電極36、
b)所定の周期信号を発生する周期信号発生部41、
c)所定電位供給部としてのpチャンネル型FET43、
d)第1の電極35に一端が接続される第1の抵抗R1、
e)第1の電極35と第1の抵抗R1とを接続する第1端子38、
f)基準電位供給部を構成する第2の抵抗R2、
g)第2の電極36と基準電位との間に接続される容量C1、
h)第2の電極36と容量C1とを接続する第2端子39。
また、検出出力生成部55は、下記の要素で構成される。
i)制御端子Sを備えたアナログスイッチ53、
j)積分回路54を構成する抵抗R54および容量C54。
液体検出手段60は、交流生成回路40において検出電圧V1を生成し、検出出力生成部55において検出電圧V1を波形成形して、検出部50で検出する。ここで、検出電圧V1は、第1の接続点である第1の電極35と第1の抵抗R1との接続点の電位である。これにより、インク34の量や種類と言ったインク情報を検出する。
なお、周期信号発生部41は、プリンター1の制御部16の制御に基づいて、種々のタイミングで周期信号の生成が可能な信号生成器で構成される。
ここで、交流生成回路40は、例えば、第1の抵抗R1=10kΩ、第2の抵抗R2=1kΩ、第1の容量C1=1nFとして構成できる。
なお、検出出力生成部55は、例えば、抵抗R54=66kΩ、容量C54=0.01μFとして構成できる。
周期信号発生部41は、制御部16からの制御信号により、周期信号発振の開始と停止が制御される。周期信号発生部41は、制御部16から発振の指示を受けている期間、PWM出力42として、第1期間T1(VSSレベル)と第2期間T2(VDDレベル)とを周期的に繰り返す信号を出力する。図6(a)は、t1からt2およびt3からt4の期間は制御部から発振の指示を受けている期間である。各期間を周期信号区間という。この区間の長さは、1つのインクタンクについて、検出部がインクの情報を判定できる程度に検出出力57を取得可能な時間に設定されている(t1〜t4は時間を表す)。例えば、PWM出力42は、周期信号区間において、第1期間T1と第2期間T2とを同一デューティー比(50%)で周期的に繰り返す。
周期信号発生部は、制御部16から発振の停止の信号を受信すると、発振を停止して、出力42としてVddレベルの信号を出力する(t2〜t3の期間)。
そのため、第1期間T1において、VDD→pチャンネル型FET43→第1の抵抗R1→第1端子38→第1の電極35→インク34→第2の電極36→第2端子39→容量C1→VSSの経路で電流が流れる。この経路で電流が流れる時、容量C1が充電される。そのため、容量C1の電位が徐々にVDDに近づき、図6(c)に示すように、第1期間T1において検出電圧V1が徐々にVDDに近づく。
したがって、電位V2がVSSに近づく第2期間T2の時、アナログスイッチ53の出力56には検出電圧V1が伝送される。一方、電位V2がVDDになる第1期間T1の時は、検出電圧V1の伝送が遮断されるため、出力56は不定状態となる。図6(f)はその状態を示し、具体的には、第2期間T2の時に出力56に検出電圧V1(図6(e))が現れることを示す。
ここで、図6(e)において、実線が、インク抵抗値Ri(図5参照)の大きい顔料系インクの検出電圧V1を示し、一点鎖線が、顔料系インクよりインク抵抗値Riの小さい染料系インクの検出電圧V1を示す。詳細は後述するが、このように、検出電圧V1は、インク34の種類に対応して異なる値となる。
V1=VDD−(R1/(R1+Ri))×(VDD−Vc(t))・・・式1
ここで、Vc(t)は、C1の電位である。(t)は媒介変数であり、時間tと共にVc(t)が変化することを示す。
ここで、第1期間T1が開始される時間t1の時、C1が充分に放電されていて、Vc(t1)=0とすると、その値を式1に代入して、
V1=(Ri/(R1+Ri))×VDD・・・式2
となる。つまり、検出電圧V1は、式2で表される値を初期値として徐々に大きくなってVDDに近づき、電位差Vdは、徐々に小さくなる。
また、式2から分かるように、検出電圧V1の初期値はRiが大きいほど大きくなる。そのため、図6(e)に示すように、時間t1の時、実線で示すRiの大きい顔料系インクの検出電圧V1が、一点鎖線で示すRiの小さい染料系インクの検出電圧V1より大きい値となって現れる。
また、図3から分かるように、インク34が消費されインク量が減少すると、まず、第2の電極36より短い第1の電極35の先端が、インク34の界面から離れる。この時のインク34の量は、インクタンク30の中空部のサイズと第1の電極35の長さから一義的に決まる。そのため、第1の電極35と第2の電極36との間にインク34が無いと検出された時に、インク情報として、残留するインク34の量を知ることができる。
以上のように、第1実施形態によれば、下記の作用効果が得られる。
まず、液体検出手段60の交流生成回路40は、インク34に交流電流を流すことができる。そのため、インク情報の検出を行う時、電気分解によって気泡が発生したり第1の電極35あるいは第2の電極36にインク34の成分が析出したりすることのない液体検出手段60を実現できる。
さらに、インク34が有る場合は、第1期間T1内で常に、VDDとの間に電位差Vdを持ち、かつインク34が無い場合は、第1期間T1内で、電位差Vdが0となる検出電圧V1を生成する交流生成回路40を実現できる。また、検出電圧V1に基づいて、インク34の有無および種類を検出するための検出出力57を生成する検出出力生成部55が実現可能である。そのため、プリンター1は、交流生成回路40、検出出力生成部55および検出出力57を検出する検出部50を含んで構成される液体検出手段60を備えることによって、電気分解により気泡が発生したり液体の成分が電極に析出したりすることなくインク情報の検出を行うことができる。
図7は、液体検出手段60の変形例を示す図である。具体的には、交流生成回路40(図4参照)の変形例である交流生成回路40Aを含んで構成された液体検出手段60Aを示す図である。交流生成回路40Aは、交流生成回路40における第1の抵抗R1と第1端子38の間に選択回路49が付加された回路である。選択回路49は、例えば、アナログスイッチなどで構成されたマルチプレクサー回路である。選択回路49には、インクタンクユニット20に装着された複数のインクタンク30(30a,30b,・・・30x)の第1の電極35(35a,35b,・・・35x)が、第1端子38(38a,38b,・・・38x)を介して接続される。選択回路49は、制御部16の制御に基づいて、接続された複数の第1の電極35(35a,35b,・・・35x)からいずれか一つを選択するか、複数の第1の電極35の全てと、R1の一端とを非接続とする。選択された第1の電極35(例えば、35a)は、選択回路49によって、第1の抵抗R1に接続される。一方、インクタンク30(30a,30b,・・・30x)の第2の電極36(36a,36b,・・・36x)は、第2端子39(39a,39b,・・・39x)を介して、それぞれ個別の容量C1(C1a,C1b,・・・C1x)に接続される。
したがって、選択回路49において第1の電極35aが選択された場合、前述した交流生成回路40と同様の動作によって、インクタンク30aのインク情報が検出可能な検出電圧V1を生成できる。その結果、液体検出手段60は、インクタンク30aのインク情報を検出できる。
同様に、選択回路49で他の第1の電極35(35b,・・・35x)が選択されると、選択された第1の電極35(35b,・・・35x)に対応するインクタンク30(30b,・・・30x)に貯留されたインク34のインク情報が検出可能となる。
第1変形例によれば、インクタンクユニット20に装着された複数のインクタンク30のインク34のインク情報を一つの交流生成回路40Aを使用して検出できる。そのため、交流生成回路40(40A)のすべての構成要素を個々のインクタンク30毎に備える必要が無く、交流生成回路40(40A)の構成要素を兼用化することができる。その結果、複数のインクタンク30を備えた場合に、液体検出手段60(60A)のコスト、サイズを小さくできる。
さらに、複数のインクタンク30の第2の電極36には、それぞれ個別に容量C1が接続される。そのため、容量C1をインクタンク30の近傍に配置することができるので、第2の電極36と容量C1との間の配線が容易になり、かつ電気的な特性を安定させることができる。
図8は、液体検出手段60の他の変形例を示す図である。具体的には、交流生成回路40(図4参照)の他の変形例である交流生成回路40Bを含んで構成された液体検出手段60Bを示す図である。交流生成回路40Bは、交流生成回路40における第2の抵抗R2を、pチャンネル型FET43と相補型に接続されるnチャンネル型FET44に置き換えた回路である。これにより、PWM出力42が第1期間T1の時、所定電位供給部としてのpチャンネル型FET43がONしてnチャンネル型FET44がOFFする。このため、容量C1に、第1の抵抗R1およびインク34を介して電流が流れる。そして、PWM出力42が第2期間T2の時、pチャンネル型FET43がOFFして基準電位供給部としてのnチャンネル型FET44がONする。このため、第1期間T1で充電された容量C1から、インク34および第1の抵抗R1を介して電流が流れる。
したがって、前述した交流生成回路40の動作と同様にして、インク34のインク情報が検出可能な検出電圧V1を生成できる。
所定電位供給部が一つのpチャンネル型FET43で構成され、基準電位供給部が一つのnチャンネル型FET44で構成可能となる。したがって、少ない電気素子によって交流生成回路40(40B)が構成可能となり、液体検出手段60(60B)のコスト、サイズを小さくできる。
第1実施形態では、第1の電極35および第2の電極36は、板棒形状のステンレス材で製作されたが、第1の電極35および第2の電極36の材質はこれに限られない。導電性の部材であれば良く、腐食して錆をインク34に混入させることが無い導電性部材が好適で、例えばカーボン材でも良い。あるいは、板棒形状のステンレス材に金メッキを施したものでもよい。また、形状は板棒形状に限られず、丸棒形状、角棒形状またはコイル形状等としても良い。
Claims (12)
- 液体容器に貯留される液体の液体情報を検出する液体検出手段であって、
前記液体に印加する交流電流を生成する交流生成回路と、
前記交流生成回路における第1の接続点の電位および前記交流生成回路における第2の接続点の電位に基づき、前記液体情報を検出するための検出出力を生成する検出出力生成部と、
前記検出出力に基づいて前記液体情報を検出する検出部と、を備え、
前記交流生成回路は、
少なくとも前記液体が前記液体容器に満たされた場合に前記液体に浸漬するように前記液体容器に配置される第1導電部材および第2導電部材と、
所定の周期信号を発生する周期信号発生部と、
前記第1導電部材に一端が接続される第1の抵抗と、
前記第1の抵抗の他端に接続され、前記所定の周期信号の1周期内の第1期間において、少なくとも前記第1の抵抗を介して、前記第1導電部材を基準電位より高電位の所定電位に接続し、前記1周期内の第2期間において、前記第1導電部材と前記所定電位との接続を遮断する所定電位供給部と、
前記第1の抵抗の前記他端と前記基準電位との間に接続された少なくとも一つの電気素子で構成され、前記第1の抵抗を介して、前記第1導電部材を前記基準電位に接続する基準電位供給部と、
前記第2導電部材と前記基準電位との間に接続される少なくとも一つの容量と、を備え、
前記第1の接続点は、前記第1導電部材と前記第1の抵抗との接続点であり、
前記第2の接続点は、前記所定電位供給部と前記第1の抵抗との接続点であり、
前記検出部は、前記検出出力をA/D変換するA/Dコンバーターを備えることを特徴とする液体検出手段。 - 請求項1において、
前記検出出力生成部は、少なくともアナログスイッチと積分回路とで構成され、
前記アナログスイッチは、制御端子および一対の入出力端子を備え、
前記制御端子は、前記第2の接続点に接続され、
前記入出力端子の一方は、前記第1の接続点に接続され、
前記入出力端子の他方は、前記積分回路の入力に接続され、
前記アナログスイッチが、前記第2の接続点の電位に基づいて接続または遮断され、
前記積分回路の出力が、前記検出出力であることを特徴とする液体検出手段。 - 液体容器に貯留される液体の液体情報を検出する液体検出手段であって、
前記液体に印加する交流電流を生成する交流生成回路と、
前記交流生成回路における第1の接続点の電位および前記交流生成回路における第2の接続点の電位に基づき、前記液体情報を検出するための検出出力を生成する検出出力生成部と、
前記検出出力に基づいて前記液体情報を検出する検出部と、を備え、
前記交流生成回路は、
少なくとも前記液体が前記液体容器に満たされた場合に前記液体に浸漬するように前記液体容器に配置される第1導電部材および第2導電部材と、
所定の周期信号を発生する周期信号発生部と、
前記第1導電部材に一端が接続される第1の抵抗と、
前記第1の抵抗の他端に接続され、前記所定の周期信号の1周期内の第1期間において、少なくとも前記第1の抵抗を介して、前記第1導電部材を基準電位より高電位の所定電位に接続し、前記1周期内の第2期間において、前記第1導電部材と前記所定電位との接続を遮断する所定電位供給部と、
前記第1の抵抗の前記他端と前記基準電位との間に接続された少なくとも一つの電気素子で構成され、前記第1の抵抗を介して、前記第1導電部材を前記基準電位に接続する基準電位供給部と、
前記第2導電部材と前記基準電位との間に接続される少なくとも一つの容量と、
前記第1導電部材に接続可能な第1端子と前記第2導電部材に接続可能な第2端子とを備え、
前記第1の接続点は、前記第1導電部材と前記第1の抵抗との接続点であり、
前記第2の接続点は、前記所定電位供給部と前記第1の抵抗との接続点であり、
前記第1導電部材は、前記第1端子を介して前記第1の抵抗と接続され、
前記第2導電部材は、前記第2端子を介して前記容量と接続されることを特徴とする液体検出手段。 - 請求項1から3のいずれか一項において、
前記交流生成回路は、
前記所定電位供給部が、前記所定の周期信号により制御されて接続状態または遮断状態となるpチャンネル型FETであり、
前記基準電位供給部を構成する前記少なくとも一つの電気素子が、第2の抵抗であることを特徴とする液体検出手段。 - 請求項1から4のいずれか一項において、
前記交流生成回路は、前記所定電位供給部と前記基準電位供給部とが、異なる回路基板上に構成され配線によって接続されることを特徴とする液体検出手段。 - 請求項1から5のいずれか一項において、
前記交流生成回路は、前記第1導電部材および前記第2導電部材が前記液体に浸漬している場合、前記第1期間内は常に、前記第1の抵抗および前記液体を介して、前記所定電位から前記容量に向かって電流が流れるよう前記所定の周期信号の周期、前記第1の抵抗の値および前記容量の値が決定されることを特徴とする液体検出手段。 - 請求項1から6のいずれか一項において、
前記液体容器が複数個備えられ、
前記複数個の前記液体容器のそれぞれは、前記第1導電部材および前記第2導電部材が一対となって配置され、
前記交流生成回路は、前記複数個の前記液体容器のそれぞれに配置された前記第1導電部材の内の一つを、選択的に前記第1の抵抗に接続する選択回路を備えることを特徴とする液体検出手段。 - 請求項7において、
前記交流生成回路は、前記複数個の前記液体容器に配置されたそれぞれの前記第2導電部材と前記基準電位との間にそれぞれ前記少なくとも一つの容量が接続されることを特徴とする液体検出手段。 - 液体容器に貯留される液体を噴射可能な液体噴射装置であって、
前記液体容器に貯留される前記液体の液体情報を検出する請求項1から8の少なくともいずれか一項に記載の液体検出手段を備えることを特徴とする液体噴射装置。 - 請求項9において、
前記液体容器は、前記液体を注入可能な注入口を備え、前記液体の再充填が可能であることを特徴とする液体噴射装置。 - 請求項9または10において、
前記交流生成回路は、前記第1導電部材に接続可能な第1端子と前記第2導電部材に接続可能な第2端子とを備え、
前記液体容器は、前記液体噴射装置に対して着脱可能で、装着時に前記第1導電部材が前記第1端子と接続され、前記第2導電部材が前記第2端子に接続されることを特徴とする液体噴射装置。 - 請求項9から11のいずれか一項において、
前記液体は、印刷用のインクであり、
前記液体噴射装置は、前記インクを印刷媒体に向かって吐出する印刷ヘッドと、前記液体容器から前記印刷ヘッドへ前記インクを移送するインク移送経路と、を備えたインクジェットプリンターであることを特徴とする液体噴射装置。
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