JPH06270410A

JPH06270410A - インク残量検出装置

Info

Publication number: JPH06270410A
Application number: JP6012393A
Authority: JP
Inventors: Takakazu Fukano; 孝和深野; Seiji Mochizuki; 聖二望月; Shigeki Kanai; 茂樹金井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1994-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】環境温度ごとの正確なインク抵抗値を記憶装
置に記憶させておくことと、インクかける検出電圧を電
気分解電圧以下に設定することにより、正確なインク残
量検出を実現する。【構成】環境温度やインク温度を温度検出装置２３で
電圧値として検出し、アナログ・デジタル変換器２９に
よりＣＰＵ３０を通してメモリ３１に記憶する。基準抵
抗２とインク抵抗１により、インク抵抗１にかかる分圧
をインク１の電気分解電圧以下になるように基準抵抗２
の抵抗値を設定する。インク抵抗１を任意の検出パルス
３８により、任意のタイミングでアナログ・デジタル変
換器２８によりＣＰＵ３０を通して検出する。検出値は
メモリ３１に記憶された環境温度毎のインク抵抗とイン
ク残量のデータと比較され、正確なインク残量を検出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、記録装置に適用される
インクジェットプリンタのインク残量検出に関し、より
詳しくは、インクタンク内のインクの減少に伴って生じ
る抵抗変化をもとにしてインクの残量を検出する装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】微小インク滴の付着により印写媒体表面
に任意の画像を印写するインクジェットプリンタにおい
ては、インクタンク内のインクが消費され尽くすと、記
録書き込みが不能になるばかりでなく、ノズルに至る管
路内に空気が入り込んでしまって新たにインクを補給し
ても記録書き込みが出来るようになるまでに多大の時間
を要するといった不具合が生じる。

【０００３】このような問題に対処するために、インク
タンク内にインクレベルを検出する検出器を設ける方式
が、実開昭５９−１６４７３５号公報、特開平４−１８
２１４１号公報に開示されている。しかし、これらの方
式は、インクタンクの構造や、インクの取り出し方法に
ついて述べられているだけであり、特開平４−１８２１
４１号公報については、インクタンク内に多孔質材を収
容しているため、インクタンクのインク終了直前の状態
を正確に検出できないという別の問題を有していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】また、多孔質材にイン
クを充填したインクタンクの残量検出方法として特開平
２−１８７３６５公報号に開示されるものがあるが、イ
ンク抵抗検出に直流電圧をするため、インクが電気分解
することが考えられる。さらにその対策として短い期間
のパルス通電することや、電流を流す方向を測定毎に反
転させることが、述べられているが、長期間の検出や検
出回数が多くなると、インクは電気分解し、結局、イン
クの組成が変化し、初期のインク抵抗と長期経過後のイ
ンク抵抗との間に抵抗差が生じ、正確な残量検出が出来
なくなる。

【０００５】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、インクタンク内に多
孔資材を実装していないインクタンクの残量検出はもち
ろん、多孔質材中のインクの枯渇直前の状態を極めて正
確に検出することの出来る新たなインク残量検出装置を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のインク残量検出
装置は、水溶性インクを収容したインクタンクに２個の
電極を設け、少なくとも１個は前記インクタンク底部に
設けることおよび、該インクタンク内のインク量を２個
の電極間の抵抗値により検出することを第１の特徴と
し、前記抵抗値の検出手段には、別の基準抵抗を直列に
接続し、インク抵抗検出のために非連続的な電圧を印加
し、２個の電極間に出現する電圧値を検出することを第
２特徴とする。また、前記基準抵抗の抵抗値は、前記２
個の電極間に出現する電圧値が電気分解電圧以下になる
ように設定することを第３の特徴とする。さらに前記２
個の電極間に出現する電圧値をアナログデジタル変換器
を経て、デジタル値に変換することを第４特徴とする。

【０００７】上記目的をさらに精度よく達成させるため
に、本発明のインク残量検出装置は、環境温度を検出す
る温度検出手段とインク抵抗を検出する手段から成り、
環境温度により、検出されたインク抵抗値からのインク
タンク内のインク量を検知することを第５の特徴とし、
前記温度検出手段には、別の基準抵抗を直列に接続し、
温度検出手段に出現する電圧値を検出することを第６の
特徴とする。最後に前記温度検出手段に出現する電圧値
をアナログデジタル変換器を経て、デジタル値に変換す
ることを第７の特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明は前述のごとく、印字によりインクが徐
々に減少すると２個の電極間抵抗値が徐々に大きくな
り、その抵抗値によりインク残量を知ることが出来る。
また、インク抵抗はインク温度に応じて変化するため、
温度検出装置で温度を検出し、インク温度に応じたイン
ク抵抗から正確にインク残量を知ることが出来る。

【０００９】

【実施例】以下、図面を用いながら本発明の実施例につ
き詳細に説明する。

【００１０】図６は本発明のインクタンクの斜視図であ
り、インクタンク自身はポリサルフォンなどのプラスチ
ック材で作られ、インクの取り出し口はインクタンク底
面にある。また、抵抗検出のための電極ピン３は底部に
設置されている。インクタンク内部底面からある高さに
仕切り壁７が設けられている。これは、インクが印字に
より徐々に消費され、インク取り出し口から、ヘッドに
対して気泡が混入する前に２個の電極ピン３、４間の抵
抗を充分大きくするために設けられている。さらにイン
クタンク５内にはインク１が充填されている。図７は本
発明の三角図である。この図により仕切り壁７と電極ピ
ン３、４の関係がよく分かる。

【００１１】図８、９は別の本発明のインクタンクの斜
視図で図６、７との違いは、インクタンク５内にインク
１のほかにポリウレタンフォームのような多孔質材８が
設けられていることである。

【００１２】図１０はインクタンク内のインク抵抗を検
出する場合のモデルで、図１０（ａ）は、基準抵抗２の
一方の端子と電極ピン４を直列に接続し、電極ピン３を
接地し、基準抵抗２の他方の端子から、検出電圧を印加
し、電極ピン間の出力電圧にてインク抵抗を検出する方
法である。図１０（ｂ）は、基準抵抗２の一方の端子と
電極ピン３を直列に接続し、基準抵抗の他方の端子を接
地し、電極ピン４から、検出電圧を印加し、電極ピン間
の出力電圧にてインク抵抗を検出する方法である。前述
のモデルを回路図に置き換えたものが、それぞれ図１１
（ａ）、（ｂ）に示される。

【００１３】次に図１２によってインクの枯渇前後の状
態とインク抵抗の変化について説明すると、仕切り壁７
で形成されたインク溜め内の電極ピン３とその外側の電
極ピン４でインク抵抗を測定する。このとき、インクは
インクタンク内に充分満たされているため、電極ピン
３、４間に検出電圧をかけると電子は図１２（ａ）の矢
印のように色々な経路で流れる。その結果、インク抵抗
は、充分低い状態になっている。また、インクが印字に
より消費され、インクタンク内のインク量が減少する
と、電極ピン３、４間のインク抵抗は徐々に大きくなる
（図１３のＡに示す範囲）。さらにインクが消費され図
１２（ｂ）のように仕切り壁７ぎりぎりまでインク量が
減少すると、インクタンクはインクエンド状態に近づき
（ニアエンド）、電子の流れも図中矢印のように少なく
なり、急激にインク抵抗は大きくなる（図１３のＢの範
囲）。そしてさらにインクが消費され図１２（ｃ）のよ
うに仕切り壁７よりインク量が減少すると、インクタン
クはインクエンドで、もはや、仕切り壁７の内壁と外壁
の濡れた部分だけでつながった状態になり、電子の流れ
は、ほとんど無くなる。その結果、インク抵抗はニアエ
ンド状態より、さらに大きくなる（図１３のＣの範
囲）。この抵抗変化量を検出することによってインクエ
ンドを事前に察知することが出来る。

【００１４】また、インクタンク内に多孔質材を実装し
た場合のインク抵抗の変化について説明すると、図１４
で仕切り壁７で形成されたインク溜めの上部がポリウレ
タンフォームのような多孔質材８により覆われているよ
うな場合には、多孔質材８中に含まれたインク１が、消
費された量に相当する分離次毛細血管作用により仕切り
壁７に供給されて内部を満たす（図１４（ａ））。その
ため、電極ピン３、４間に検出電圧をかけると電子は図
１４（ａ）矢印のように色々な経路で流れる。その結
果、インク抵抗は、充分低い状態になっている。また、
インクが印字により消費され、インクタンク内の多孔質
材８中のインクが徐々に減少し、これに伴って、インク
１と置き換わって多孔質材８中に浸入してきた気体によ
り、多孔質材８の上部のインクの間が電気的に徐々に途
切れて、電極ピン３、４間のインク抵抗は徐々に大きく
なる（図１５のＡの範囲）。さらに多孔質材８中のイン
クが消費され図１２（ｂ）のように仕切り壁７ぎりぎり
までインク量が減少すると、インクタンクはインクエン
ド状態に近づき（ニアエンド）、電子の流れも図中矢印
のように少なくなり、急激にインク抵抗は大きくなる
（図１５のＢの範囲）。そして、さらに多孔質材８中の
インク１の枯渇が進むと、つながり部分の面積はさらに
減少し、最後に仕切り壁７中のインク１と分断して電極
３、４の間の抵抗は最大となり（図１５のＣの範囲）、
この抵抗変化量を検出することによってインクエンドを
事前に察知することが出来る。

【００１５】以上図１２、図１４の構成のインクタンク
５で各々図１３、図１５のインク抵抗（電圧）を検出す
ることが出来る。ユーザーはこの抵抗値を利用して、イ
ンクタンク内のインク残量を知ることが出来る。

【００１６】ここで本発明の検出電圧について説明す
る。水溶性インクの抵抗値は導電率計を使用して簡単に
知ることができる。しかし、実験によるとインクタンク
内に電極ピンを取り付けたものの導電率（特に多孔質材
を実装したもの）がインク単体で測定したものとあまり
合致しないことが判っている。そのため、当方はインク
タンクの容量、多孔資材の体積、材質、インクの容量に
合わせて、インク抵抗をＬＣＲメーターにより測定し、
決定している。そしてインクに水溶性インクを使用して
いるため、電極３、４間の検出電圧が高いとインクタン
ク内にあるインクが電気分解をする可能性がある。これ
を回避するため、インクタンクの容量およそ４０ml、電
極３、４間の間隔１０mmで当方の水溶性インクを図１６
の実験回路で、インクの電気分解電圧について実験した
ところ、図１７のような結果を得た。一般的に電解質溶
液を電気分解するとき、溶液中を流れる電流は、最初電
極間の電圧（検出電圧）が小さい間、ほとんど流れず、
検出電圧がある値に達してはじめて連続的に電気分解が
起こるようになる。前述の原理を利用して本実施例では
電極間３、４にかかる検出電圧を電気分解電圧以下に抑
えてインク残量を検出する。図１７のグラフで検出電圧
を徐々に大きくしていくと傾きが急になり始める。検出
電圧の高いところ（傾きの急なところ）から、補助線を
出して検出電圧軸と交わる電圧値が、電気分解電圧にな
る。今回の実験においては、１．７Ｖが分解電圧にな
り、検出電圧を１．７Ｖ以上かけなければインクは電気
分解起さない。今回のインクでは、前述の検出電圧とな
ったが、インクタンクの容量、電極間距離、電極長さ、
仕切り壁の容量、仕切り壁の高さ、インクの組成の違い
によってこの分解電圧は、違うが、図１６の実験を行う
ことにより、適正の検出電圧を設定することが出来る。
今回の実験では、電気分解電圧が１．７Ｖになったが、
このシステムをインクジェットプリンタとして使用する
場合は、電圧のマージンをみて、検出電圧を１．５Ｖに
設定することにした。

【００１７】水溶性インクは、水などの溶媒に（黒の）
染料を溶かして（黒）インクとしている。インク温度に
より、染料のイオン化の度合が変わる。一般的には温度
が上がるとイオン化の数も上がる。そのため、インク温
度が上がるとインク抵抗は下がる特性を持っている。つ
まり、インク抵抗は環境温度に影響されることが判って
いる。正確にインク残量を知るためには、インク温度を
正確に検出する必要が有る。温度特性によりインク抵抗
が変わることは、前述のインク消費量のグラフ図１３、
図１５により、分かる。

【００１８】図１は上述したインクの残量検出原理をも
とに具体的に構成したインクジェット記録装置の一実施
例を示したものである。プラテン１３に沿って往復する
キャリッジ１０には、プラテン１３に近接して印字ヘッ
ド９が一体的に設けられ、またこの後方には、内部にイ
ンク１の入ったインクタンク５、あるいは内部に発泡ポ
リウレタン樹脂などの多孔質材８を充填したインクタン
ク５が設けられている。印字ヘッド９を左右方向に動作
させるため、ＣＲモータ１１がタイミングベルト１４に
より、キャリッジ１０と結合されている。また、印字紙
１５を上下に動作させるため、ＰＦモータ１２がギヤ１
６によりプラテン１３と結合されている。ヘッドキャッ
プ１７の近傍に図示されていないキャリッジ１０の初期
位置を検出するホームポジションセンサ１９が設置され
ている。また、印字紙１５の有り無しを検出するために
プラテン１３の下方に図示されていないＰＥセンサ１８
が設置されている。

【００１９】図１のインクジェットプリンタを動作させ
るために図２に示された回路基板が図１の図示されてい
ないところに設置されている。印字ヘッド９はヘッド駆
動回路３４により制御され、ＣＲモータ１２は、ＣＲモ
ータ駆動回路３５、ＰＦモータはＰＦモータ駆動回路３
６により制御される。また、ホームポジションセンサ１
９、ＰＥセンサ１８はセンサ判断回路３７にて状態を読
み込まれる。これらの動作を全て制御しているのがＣＰ
Ｕ３０である。動作パターンを記憶しているのが、メモ
リ３１である。

【００２０】ここで本発明のインク残量検出方法を図２
を用いて説明する。入出力装置３２の検出信号３８を通
常はＨレベル（この場合、残量検出にＶCC＝５Ｖを使用
するため、＋５Ｖ）にしておくと、バッファ２２の出力
がＬレベル（接地レベル）になる。このとき、インク１
にかかる電圧（検出電圧）は０Ｖになり、電気分解は起
こらない。インク残量を検出する場合は入出力装置３２
の検出信号３８をＬレベルにしてバッファ２２の出力を
ハイインピーダンスにする。この状態でインク１には基
準抵抗２を通って＋５Ｖの電圧が基準抵抗２との分圧で
印加される（この分圧が、検出電圧になる）。ここでイ
ンク１にかかる分圧が図１８で実験した電気分解電圧以
下になるように式１で基準抵抗２の値を決めておく必要
がある。

【００２１】

【数１】

【００２２】注）Ｖ１：電気分解電圧、ＶCC：電源電圧
（５Ｖ）、Ｒ1：基準抵抗２、ＲiMAX：使用する全ての
環境下で最大のインク抵抗。

【００２３】当方の実験によるとＶ１：１．５Ｖ、ＶC
C：５Ｖ、ＲiMAX：８ｋΩでＲ1：１８．７ｋΩ以上の基
準抵抗２にすればよいことが判った。

【００２４】ここに出現するインク電圧をノイズフィル
タの抵抗２５、コンデンサ２６を通してアナログ・デジ
タル変換器２８で読み込む。ＣＰＵ３０はデータバス３
３を通してインク電圧を読み込み、あらかじめメモリ３
１に記憶されているデータと比較して現在のインク残量
を知ることが出来る。読み込み時間経過後、入出力装置
３２の検出信号３８をＨレベルにする。あらかじめメモ
リ３１に記憶されているデータは表１〜表３のように環
境温度によって変化するインク抵抗を各温度（本実施例
では１℃毎）毎にテーブルをもち、インクタンク内のイ
ンクレベルのインク抵抗を記憶しておく。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】環境温度の検出には図１上図示されていな
い温度検出器２３をインクタンク５の近傍に配設し、ア
ナログ・デジタル変換器２９で読み込む。ＣＰＵ３０は
データバス３３を通して温度検出器電圧を読み込み、あ
らかじめメモリ３１に表４のように記憶されているデー
タと比較して環境温度を知ることが出来る。

【００２９】

【表４】

【００３０】さらにインク残量の精度を上げるために検
出を複数回行い、インク残量値の平均をとったり、頻度
の高いものをインク残量とすることが出来る。一方イン
ク残量がインクエンド状態になった場合、ＣＰＵ３０は
入出力装置３２を通して、発光ダイオード２０を点灯
し、インクエンドをユーザーに警告することが出来る。
また、インク残量をＬＥＤ、ＬＣＤなどの表示装置２１
を使って表示することも出来る。

【００３１】最後に図３、４のフロー図を使って本発明
のインク残量検出の動作を説明すると、インク残量検出
は図１のキャリッジ非動作時に行う。動作中に行うとイ
ンクの液面が振動しているため、正確な検出が出来ない
ためである。図３のフロー図により、印字終了（図１の
システムでは１行印字終了）を待ち、検出パルス３８を
Ｌレベルにする（図５のタイミング参照）。それと同時
に図２のアナログ・デジタル変換器２８を通して、ＣＰ
Ｕ３０により、インク電圧を読み込む。読み込みが終了
したら、検出パルス３８をＨレベルにする。この読み込
みデータはメモリ３１に１回目のデータとして記憶して
おく。一定時間休止後、読み込みは３回繰り返され、メ
モリ３１には３個のインク電圧が記憶される。この３個
のデータを各々比較して余りにも他と差のあるデータは
削除する（システムを設計したときに、３回のデータに
ほとんど差が発生しない場合は、１回の読み込みでよ
い。また、３回ともデータが違う場合は、検出回数を増
やせばよい）。そして、環境温度に合致したインク抵抗
の検出電圧と比較して、インクエンド状態かどうかチェ
ックする。インクエンドであった場合、図２の発光ダイ
オード２０を点灯させ、表示装置２１に”インク無し”
の表示を行う。また、プリンタシステムとしては、印字
ヘッド９をキャップ１７位置に移動させ、インク交換な
どのインクエンド復帰処理を行うのを待つ。一方、イン
クエンドでない場合は、前述と同じく、ニアエンド状態
かチェックし、ニアエンドであった場合、表示装置２１
に”インク残量少ない”の表示を行い、元に戻る。ま
た、ニアエンドでない場合は、同じく表示装置にインク
の残量例えば、”２０ml”と表示し、元に戻る。

【００３２】図４は温度検出についてのフロー図で温度
検出を新たな紙を挿入されたときに行うようにしたもの
である。１枚の紙の印字が終わり、次の紙が設定された
ときに環境温度を検出し、前回と温度が変化した場合に
インク抵抗を比較するメモリ３１のテーブルを変更する
（連続紙の場合は、ミシン目スキップ時や、６０行など
のある行数毎に検出するのがよい）。

【００３３】また、前述の図２の回路で、アナログ・デ
ジタル変換器２８、２９、メモリ３１、ＣＰＵ３０、Ｉ
／Ｏ３２が統一されたワンチップマイコン２７構成にな
った素子を使用することも容易に考えられる。さらにこ
こでは表示装置２１にインク残量を表示させる方式を述
べたが、インク残量を精密に検出する必要の無い装置に
は別の発光ダイオードを設け、ニアエンドだけ表示する
ことも可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように本発明のインク残量検
出装置によれば、インクタンク内に設けた２個の電極間
のインク抵抗を測定できるようになったので正確なイン
ク残量を知ることが出来るようになった。その結果、印
字開始時に連続して印字できる枚数が分かり、印字途中
のインク切れなどの問題を未然に防げるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインク残量検出装置を備えたインクジ
ェットプリンタの図。

【図２】本発明のインク残量検出装置を備えたインクジ
ェットプリンタの回路図。

【図３】本発明のインク残量検出装置の動作を説明する
ためのフロー図。

【図４】本発明の環境温度検出の動作を説明するための
フロー図。

【図５】本発明のインク残量検出装置の検出信号図。

【図６】本発明の一実施例の検出装置を示す斜視図。

【図７】本発明の一実施例の検出装置を示す三角図。

【図８】本発明の別の実施例の検出装置を示す斜視図。

【図９】本発明の別の実施例の検出装置を示す三角図。

【図１０】本発明の検出部分を示すモデル図。

【図１１】本発明のインク残量検出装置の回路図。

【図１２】本発明の一実施例の説明図。

【図１３】本発明の一実施例のインク抵抗とインク残量
を示した説明図。

【図１４】本発明の別の実施例の説明図。

【図１５】本発明の別の実施例のインク抵抗とインク残
量を示した説明図。

【図１６】本発明の電気分解電圧を調査するための実験
回路図。

【図１７】本発明のインク電流と検出電圧の関係を示し
た説明図。

【符号の説明】

１インク２基準抵抗３、４電極ピン５インクタンク６インク取り出し口７仕切り壁８多孔質材２０発光ダイオード２１表示装置２２バッファ２３温度検出装置２８、２９アナログ・デジタル変換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水溶性インクを収容したインクタンクに
２個の電極を設け、少なくとも１個は前記インクタンク
底部に設けることおよび、該インクタンク内のインク量
を２個の電極間の抵抗値により検出することを特徴とす
るインク残量検出装置。
【請求項２】前記抵抗値の検出手段には、別の基準抵
抗を直列に接続し、インク抵抗検出のために非連続的な
電圧を印加し、２個の電極間に出現する電圧値を検出す
ることを特徴とする請求項１記載のインク残量検出装
置。
【請求項３】前記基準抵抗の抵抗値は、前記２個の電
極間に出現する電圧値が電気分解電圧以下になるように
設定することを特徴とする請求項１または２記載のイン
ク残量検出装置。
【請求項４】前記２個の電極間に出現する電圧値をア
ナログデジタル変換器を経て、デジタル値に変換するこ
とを特徴とする請求項１および２記載のインク残量検出
装置。
【請求項５】環境温度を検出する温度検出手段とイン
ク抵抗を検出する手段から成り、環境温度により、検出
されたインク抵抗値からのインクタンク内のインク量を
検出することを特徴とするインク残量検出装置。
【請求項６】前記温度検出手段には、別の基準抵抗を
直列に接続し、温度検出手段に出現する電圧値を検出す
ることを特徴とする請求項５記載のインク残量検出装
置。
【請求項７】前記温度検出手段に出現する電圧値をア
ナログデジタル変換器を経て、デジタル値に変換するこ
とを特徴とする請求項５および６記載のインク残量検出
装置。