JPH09257546A

JPH09257546A - 残量検出装置

Info

Publication number: JPH09257546A
Application number: JP6979396A
Authority: JP
Inventors: Motoshi Kishi; 素志岸
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】電極を利用したものであって、電気分解等の
液体への影響を防止した残量検出装置を安価に提供する
こと。【解決手段】本発明の残量検出装置は、タンク内に配
設した一対の電極２，３間に電圧をかけ、その電極２，
３間に存在する液体の影響を受けて変化する電気抵抗を
検出することによりタンク内の液体の残量を検出するも
のであって、非検出時には、両電極２，３を解放にし、
検出時には、一対の電極２，３の電位を反転させて電極
間に交番して変化する電圧を供給させるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容器内の液体残量
を配設した電極によって検出する残量検出装置に関し、
特に、検出対称の液体に生じ得る電気分解や特性劣化の
防止を考慮した残量検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、従来からインクジェットプリン
タの本体に固定されるインクタンク内には、インクの残
量を随時検出する残量検出装置が設けられている。この
ようなインクの残量検出には、インク液面の変化に従っ
て移動する磁石内蔵の浮きをリードスイッチで検出した
り、光センサによって確認するなどの手段がなされてき
た。しかし、このような検出装置では、複雑な構成部品
が必要であったり、装置自体が故障し易いといった問題
や、容器壁面に付着するインクによて光が思うように透
過せずに正確な検出ができないといた不都合があった。

【０００３】そこで、このよな不都合を解消したものと
して、インクタンク内に２つの電極を高低差をつけて配
置した検出装置が採用されている。これは、２つの電極
間に介在するインクの有無によって電気抵抗が変化する
ことから、その抵抗変化分を測定することによってイン
クの液量を検出するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
インクタンク内に電極を設けて検出する残量検出装置
は、簡易な構成で正確な検出が可能であるという利点を
有するものの、インク中を流れる直流電流によって電気
分解を受けたり、インクの組成が変化するなどの特性劣
化を生じることとなった。そのため、特性劣化を生じた
インクは印字の際の吐出に影響を受けることとなり、け
して好ましいものではない。そこで、このようなインク
の電気分解等特性劣化を防止するため、インクタンク内
の電極間に交流信号を印加することが行なわれた。

【０００５】しかしながら、交流信号を電極間に印加す
ることによって電気分解等の問題は回避されたものの、
交流信号を生成するためには負の電源が必要であり、検
出装置自体が高価なものとなってしまうという新たな問
題が生じることとなった。このことは、カラーインクジ
ェットプリンタ等のように、検出すべき対象が増えるこ
とによって更に重要な問題であると考えられる。

【０００６】また、現在では制御回路にはロジック回路
が主として使用され、負電源はほとんど使用されないと
いった現実もある。

【０００７】そこで、本発明は、上記問題点を解消すべ
く、電極を利用したものであって、電気分解等の液体へ
の影響を防止した残量検出装置を安価に提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
残量検出装置においては、タンク内に配設した一対の電
極間に電圧をかけ、その電極間に存在する液体の影響を
受けて変化する電気抵抗を検出することによりタンク内
の液体の残量を検出するものであって、非検出時には、
前記一対の電極を電気的に開放し、検出時には、前記一
対の電極それぞれに第１及び第２電位をかけ、各電位を
適宜反転させて電極間に交番する電圧を印加する交番電
圧印加手段を有することを特徴とする。

【０００９】さらに、本発明の請求項２に係る残量検出
装置のように、前記検出時の電流変化の平均値が、ほぼ
ゼロになるものであることが望ましい。又、本発明の請
求項３に係る残量検出装置のように、前記第１又は第２
の電位のいずれかはグランド電位であることが望まし
い。

【００１０】また、本発明の請求項４に係る残量検出装
置においては、前記交番電圧印加手段は、検出時には、
方形波、正弦波または三角波である直流信号をタンク内
に配設した前記一対の電極それぞれに交互に印加するこ
とで、前記電極間に交番する電圧を印加することを特徴
とする。

【００１１】また、本発明の請求項５に係る残量検出装
置のように、前記交番電圧印加手段は、Ｈブリッジ駆動
回路よりなることが望ましい。

【００１２】また、このような構成からなる本発明の残
量検出装置は、本発明の請求項６に係る残量検出装置の
ように、前記電極間の電気抵抗を検出する検出回路を有
し、前記検出回路が、前記一対の電極のいずれかに接続
されると共に、比較電圧が印加されたコンパレータを有
することが望ましい。さらに、本発明の請求項７に係る
残量検出装置のように、前記検出回路が、前記交番電圧
供給手段に入力される信号と前記コンパレータの出力と
の論理積を行うＮＡＮＤ回路を備えることが望ましい。

【００１３】また、本発明の残量検出装置は、本発明の
請求項８に係る残量検出装置のように、前記一対の電極
が高低差を設けて配設されることが望ましい。

【００１４】本発明の残量検出装置は、タンク内に配設
した一対の電極間に電圧をかけ、その電極間に存在する
液体の影響を受けて変化する電気抵抗を検出することに
よりタンク内の液体の残量を検出するが、液体を電気分
解させる等の影響を与えることとなる直流信号を入力し
ても、非検出時には、両電極を電気的に開放とすること
によって電極間の電流の流れを止め、検出時には、前記
一対の電極の電位を反転させて電極間に交番する電圧を
印加するようにして、その両電極間に交流電流が流れる
かのように作用させる。そのため、交流信号を生成する
ための負の電源も必要とせず、簡易な構成による安価な
残量検出装置を提供することができ得る。

【００１５】また、本発明の残量検出装置は、前記検出
時の電流変化の平均値が、ほぼゼロになるものであれ
ば、より電流による影響の少ないものとなる。

【００１６】さらに、第１又は第２の電位のいずれかを
グランド（接地）電位とすれば、交番電圧印加手段の回
路構成を単純化できる。

【００１７】本発明の残量検出装置は、タンク内に配設
した一対の電極それぞれに、交番電圧供給手段から方形
波、正弦波または三角波である直流信号が交互に入力さ
れるが、前記一対の電極間には前記直流信号に基づいた
交番電圧が印可されることになり、簡易な制御により、
液体を流れる電流による電気分解等の影響を防止する。

【００１８】また、本発明の残量検出装置は、交番電圧
供給手段のＨブリッジ駆動回路により、電極間の通電状
態又は非通電状態が、簡易な構成で容易に制御され得
る。

【００１９】また、本発明の残量検出装置は、タンク内
の液体の有無によって変化する抵抗変化分を受けた信号
が、検出回路であるコンパレータ回路に入力され、液体
の有無の判定結果に応じた所定の検出信号が出力され
る。さらに、下段に前記交番電圧供給手段に入力される
信号と前記コンパレータの出力である検出信号との論理
積を行うＮＡＮＤ回路を備えることで、本装置による液
体の残量の検出又は非検出のタイミングがつくられ、簡
単な構成で誤動作のない残量検出を行うことができる。

【００２０】また、液体残量の検出精度を向上させる上
では、前記一対の電極が高低差を設けて配設されること
が望ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、上記構成をなす本発明の残
量検出装置について、その実施の形態を図面を参照して
説明する。図１は、検査対象であるインクの入ったイン
クタンクを示した概略断面であり、図２は、本実施の形
態の残量検出装置を示す回路構成図である。

【００２２】図１に示すように、インクタンク１には、
一対の第１電極２及び第２電極３が高低差を設けて固設
されている。そして、このようにインクタンク１に固設
された電極２，３には、図２に示すような回路が構成さ
れている。

【００２３】先ず、第１電極２には、Ｈブリッジ駆動回
路４の出力端子４ａが検出抵抗５を介して接続されてい
る。

【００２４】また、第１電極２には、コンパレータ８の
マイナス側入力端子が接続されている。コンパレータ８
のプラス側入力端子には比較電圧９が印加され、出力端
子には前記Ｈブリッジ駆動回路４の入力信号と論理積を
行うＮＡＮＤ回路が接続されている。

【００２５】前記コンパレータ８は比較検出を行う共
に、ロジックレベルへの信号の変換も行っている。ＮＡ
ＮＤ回路１０の出力は、インクタンク１内のインク残量
の結果を示すパルス信号を出力する出力ポート１１が接
続されている。

【００２６】一方、インクタンク１の第２電極３には、
Ｈブリッジ駆動回路４の出力端子４ｂが接続されてい
る。

【００２７】またＨブリッジ駆動回路４の入力端子４
ｃ、４ｄには直流の方形波を供給する不図の信号発信回
路が接続されており、Ｈブリッジ駆動回路４の入力端子
４ｅには４ｄの信号をインバータ回路６を介して、入力
端子４ｆには４ｃの信号をインバータ回路７を介して接
続されており、Ｈブリッジ駆動回路４の入力端子４ｅ、
４ｆはそれぞれ入力端子４ｄ、４ｃの逆相の信号が入力
されることになる。

【００２８】従ってＨブリッジ駆動回路４のＰＮＰトラ
ンジスタ４ｉとＮＰＮトランジスタ４ｌは同時に「Ｏ
Ｎ」、「ＯＦＦ」を行い、さらにＰＮＰトランジスタ４
ｋとＮＰＮトランジスタ４ｊも同時に「ＯＮ」、「ＯＦ
Ｆ」を行ことになる。

【００２９】また、Ｈブリッジ駆動回路４のＰＮＰトラ
ンジスタ側端子４ｇは電位＋Ｖに、ＮＰＮトランジスタ
側端子４ｈはグランド電位に接続されている。

【００３０】このＨブリッジ駆動回路４、検出抵抗５、
インバータ回路６、７、及び直流の方形波をＨブリッジ
駆動回路４の入力端子４ｃ、４ｄ、インバータ回路６、
７の入力端子に入力する不図示の信号発信回路によって
交番電圧供給手段が構成構成されている。

【００３１】このような構成による残量検出装置では、
次のようにしてインクタンク１内のインクの残量検出が
行なわれる。ここで、図４（Ａ）〜（Ｆ）は、残量検出
装置を構成する回路の各点での電位（信号）、電流（信
号）を示したタイムチャート図である。

【００３２】図３はインクタンク１の検出時（Ａ）、
（Ｂ）、非検出時（Ｃ）の通電状態を示した図である。

【００３３】図４（Ａ）は、Ｈブリッジ駆動回路４の入
力端子４ｃ、及びインバータ回路７に入力される直流の
方形波である入力信号Ｖｘであり、Ｈレベルが＋Ｖ、Ｌ
レベルが０Ｖを示すものである（後述するＨブリッジ駆
動回路４の入力端子４ｄ、及びインバータ回路６への入
力信号も同レベルである）。

【００３４】図４（Ｂ）は、Ｈブリッジ駆動回路４の入
力端子４ｄ、インバータ回路６及びＮＡＮＤ回路１０に
入力される入力信号Ｖｙを示したものである。

【００３５】Ｈブリッジ駆動回路４の入力端子４ｃへの
入力信号ＶｘのＬレベルパルス幅と、入力端子４ｄへの
入力信号ＶｙのＨレベルパルス幅は同じであり、重なる
ことなく、しかも連続して変化するように入力される
（Ｈブリッジ駆動回路４の入力端子４ｆ、４ｅへの入力
も逆相信号ではあるが同様となる）。

【００３６】すなわちＨブリッジ駆動回路４のＰＮＰト
ランジスタ４ｉとＮＰＮトランジスタ４ｊ、ＰＮＰトラ
ンジスタ４ｋとＮＰＮトランジスタ４ｌはそれぞれ同時
に「ＯＮ」することはなく、しかもＰＮＰトランジスタ
４ｉとＮＰＮトランジスタ４ｌ、ＰＮＰトランジスタ４
ｋとＮＰＮトランジスタ４ｊのそれぞれの「ＯＮ」時間
が同じであるように制御される。この入力信号Ｖｘ、入
力信号Ｖｙが共にＬレベルの信号が入力された時（ＰＮ
Ｐトランジスタ４ｉ、ＮＰＮトランジスタ４ｌが「Ｏ
Ｎ」）、及び入力信号Ｖｘ、入力信号Ｖｙが共にＨレベ
ルの信号が入力された時（ＰＮＰトランジスタ４ｋ、Ｎ
ＰＮトランジスタ４ｊが「ＯＮ」）が測定、入力信号Ｖ
ｘがＨレベルで、且つ入力信号ＶｙがＬレベルの信号が
入力された時（ＰＮＰトランジスタ４ｊ、４ｋ、ＮＰＮ
トランジスタ４ｊ、４ｌが全て「ＯＦＦ」）が非測定で
ある。

【００３７】つまり、Ｈブリッジ駆動回路４は、入力端
子４ｃ、４ｄへの入力信号がＬレベル（入力端子４ｅ、
４ｆへの入力信号がＨレベル）の時は、出力端子４ａは
＋Ｖ電位、出力端子４ｂはグランド電位となり、検出抵
抗５、インクタンク１の通電状態は図３（Ａ）になり、
入力端子４ｃ、４ｄへの入力信号がＨレベル（入力端子
４ｅ、４ｆへの入力信号がＬレベル）の時は、出力端子
４ａはグランド電位、出力端子４ｂは＋Ｖ電位となり、
検出抵抗５、インクタンク１の通電状態は図３（Ｂ）と
なるが、入力端子４ｃへの入力信号がＨレベル（入力端
子４ｆへの入力信号がＬレベル）、且つ入力端子４ｄへ
の入力信号がＬレベル（入力端子４ｅへの入力信号がＨ
レベル）の時には出力端子４ａ、４ｂが内部回路とつな
がっていない切り離された状態となり、検出抵抗５、イ
ンクタンク１の通電状態は図３（Ｃ）となる。

【００３８】一方、図４（Ｃ）は、検出抵抗５及び第１
電極２間の電圧レベルを示したコンパレータ７のマイナ
ス端子への入力部電圧Ｖａを示したものであり、図４
（Ｄ）は、インクタンク１の一対の電極間２、３に流れ
る電流値ｉａを示したものである。

【００３９】入力信号ＶｘがＨレベル、且つ入力信号Ｖ
ｙがＬレベルの時は、Ｈブリッジ駆動回路４の出力端子
４ａ、４ｂが内部回路とつながっていない切り離された
状態（図３（Ｃ））であり、入力部電圧Ｖａは開放状態
で電位は不定で、電流値ｉａは流れずゼロとなる。

【００４０】一方、入力信号ＶｘがＨレベルからＬレベ
ルに変化すると（入力信号ＶｙはＬレベル）、Ｈブリッ
ジ駆動回路４の出力端子４ａが電位＋Ｖ、出力端子４ｂ
がグランド電位につながった状態（図３（Ａ））とな
り、入力部電圧Ｖａの電位は図に示すように変化し、イ
ンクタンク１には電極２から電極３の方向に電流が流れ
る。

【００４１】さらに、入力信号ＶｘがＬレベルからＨレ
ベルに変化すると（入力信号ＶｙはＬレベルからＨレベ
ルに変化）、Ｈブリッジ駆動回路４の出力端子４ａがグ
ランド電位、出力端子４ｂが電位＋Ｖにつながった状態
（図３（Ｂ））となり、入力部電圧Ｖａの電位は図に示
すように変化し、インクタンク１には電極３から電極２
の方向に電流が流れる。

【００４２】図４（Ｅ）は,検出回路であるコンパレー
タ８の出力信号Ｖｃを示したものであり、入力信号Ｖｘ
がＨレベル、且つ入力信号ＶｙがＬレベルの時は、Ｈブ
リッジ駆動回路４の出力端子４ａ、４ｂが内部回路とつ
ながっていない切り離された状態（図３（Ｃ））であ
り、入力部電圧Ｖａは開放状態で電位は不定であるた
め、出力信号Ｖｃの電位は不定となっている。

【００４３】一方、入力信号ＶｘがＨレベルからＬレベ
ルに、もしくは入力信号ＶｙがＬレベルからＨレベルに
変化した時、Ｈブリッジ駆動回路４の出力端子４ａ、４
ｂがそれぞれ電位＋Ｖとグランド電位、もしくはグラン
ド電位と電位＋Ｖにつながった状態（図３（Ａ）、
（Ｂ））となり、入力部電圧Ｖａの電位は図に示すよう
に確定するため、出力信号Ｖｃの電位も確定する。

【００４４】尚、図４（Ｆ）は出力回路であるＮＡＮＤ
回路の出力信号Ｖｏを示したものである。

【００４５】ここで、検出電圧Ｖａについて、インクタ
ンク１内の第１電極２及び第２電極３間にインクが満た
されているＭ１時について見てみる。

【００４６】そこでは、Ｌレベルの入力信号Ｖｘ、Ｖｙ
が入力すると、検出抵抗５、インクタンク１は図３
（Ａ）の状態となる。、ここで検出抵抗５の抵抗値をＲ
１、一対に電極間の抵抗値をＲＭ１とすると、検出電圧
Ｖａは、以下に示す（１）のようになる。

【００４７】

【数１】

【００４８】これに対し、Ｈレベルの入力信号Ｖｘ、Ｖ
ｙが入力すると、検出抵抗５、インクタンク１は図３
（Ｂ）の状態となり、検出電圧Ｖａは、以下に示す
（２）のようになる。

【００４９】

【数２】

【００５０】そのため、図３（Ａ）の状態では（Ｖａ
（Ｌ）＞グランド電位）、第１電極２側からグランド電
位に接続された第２電極３側へ電流が流れ、図３（Ｂ）
の状態では（電位＋Ｖ＞Ｖａ（Ｈ））、電位＋Ｖに接続
された第２電極３側から第１電極２側へ電流が流れ、検
出時に両電極２，３間には実質的に交流電流が流れると
同様に作用する。

【００５１】ところで、Ｍ２時は、インクタンク１内の
第１電極２及び第２電極３間にインクが満たされていな
い場合を示している。この場合は、インクが存在する場
合と無い場合とでは電極２，３間の抵抗が変化するた
め、検出抵抗５との分圧比も変化する。ここで一対の電
極間の抵抗値をＲＭ２とすると、Ｍ１時と同様に、検出
電圧Ｖａは、以下に示す（３）のようになる。

【００５２】

【数３】

【００５３】ここで、ＲＭ２はＲＭ１より大きいことよ
り、以下に示す（４）の関係式がなりたち、検出電圧Ｖ
ａは図に示すようにＭ１とは異なった変化をする。

【００５４】

【数４】

【００５５】そのため、図４（Ｅ）に示すコンパレータ
８からの出力電圧Ｖｃは、Ｍ２時の入力部電圧Ｖａの変
化分を比較電圧９と比較してＨレベルが出力され、さら
に、図４（Ｆ）に示すＮＡＮＤ回路からの出力電圧Ｖｏ
は、Ｈブリッジ駆動回路４への入力信号Ｖｙと論理積を
とりＬレベルが出力される。

【００５６】このような、本実施の形態の残量検出装置
によれば、一対の電極にＨブリッジ駆動回路４を接続し
ておくことにより、Ｈブリッジ駆動回路４に入力する方
形波が直流信号であっても、インクの特性劣化を生じさ
せることがない。即ち、電流ｉａに見られるように、検
出時にはゼロアンペアを中心として上下対象に振れるこ
とから、電極２，３間には非検出時には電位差がなく電
流は流れないが、検出時には実質的に交流電流が流れる
よう作用するため、直流信号を入力して検出するにもか
かわらずインクの特性劣化等を防止することができた。
従って、交流信号を発生させる負の電荷を必要とするこ
となく、安価な残量検出装置を提供することが可能とな
った。

【００５７】このような構成による本実施の形態の残量
検出装置によれば、上記実施の形態のものと同様、交流
信号を発生させる負の電荷を必要とすることなく、安価
な残量検出装置を提供することが可能となった。

【００５８】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な
変更が可能である。

【００５９】例えば、上記実施の形態で示した間隔で信
号を出力する必要はなく、状況に応じて変更が可能であ
る。特に、電流によるインクの電気分解等の影響を回避
するには、検出時に両電極に流れる電流の各電力量が等
しいのが望ましいため、その調節のためにも必要であ
る。

【００６０】また、実施の形態では、インクの残量検出
について説明したが、検出対象となる液体にはインクに
限定されず電気分解等の不都合が生じ得る全てのものに
対応するものである。

【００６１】

【発明の効果】そこで、本発明は、一対の電極間に電圧
をかけ、その電極間に存在する液体の有無によって変化
する電気抵抗を検出することによりタンク内の液体の残
量を検出するに際し、非検出時には、前記両電極を電気
的に開放にし、検出時には、前記一対の電極の電位を反
転させて電極間に交番する電圧を印加するようにしたた
め、電気分解等の液体への影響を防止した残量検出装置
を安価に提供することが可能となった。

【００６２】また、本発明の残量検出装置において、タ
ンク内に配設した一対の電極間に方形波、正弦波または
三角波である直流信号を印加する交番電圧印可手段を接
続した構成とすれば、簡易な制御により、電気分解等の
液体への影響を防止し、その装置自体も安価なものを提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる残量検出装置が用いられるイン
クタンクの断面図である。

【図２】本発明にかかる残量検出装置の実施の形態を示
す回路構成図である。

【図３】本実施の形態の残量検出装置のインクタンクの
検出時、非検出時の通電状態を示した図である。

【図４】本実施の形態の残量検出装置を構成する回路の
各点での電位（信号）、電流（信号）を示したタイムチ
ャート図である。

【符号の説明】

１第１電極２第２電極３インクタンク４Ｈブリッジ駆動回路５検出抵抗６インバータＡ７インバータＢ８コンパレータ９比較電圧１０ＮＡＮＤ回路１１出力部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タンク内に配設した一対の電極間に電圧
をかけ、その電極間に存在する液体の影響を受けて変化
する電気抵抗を検出することによりタンク内の液体の残
量を検出する残量検出装置において、非検出時には、前記一対の電極を電気的に開放とし、検
出時には、前記一対の電極それぞれに第１及び第２電位
をかけ、各電位を適宜反転させて電極間に交番する電圧
を印加する交番電圧印加手段を有することを特徴とする
残量検出装置。
【請求項２】請求項１に記載の残量検出装置におい
て、前記検出時の電流変化の平均値が、ほぼゼロになること
を特徴とする残量検出装置。
【請求項３】請求項１に記載の残量検出装置におい
て、前記第１又は第２の電位のいずれかはグランド電位であ
ることを特徴とする残量検出装置。
【請求項４】請求項１乃至３に記載の残量検出装置に
おいて、前記交番電圧印加手段は、検出時には、方形波、正弦波
または三角波である直流信号を前記一対の電極それぞれ
に交互に入力することで、前記電極間に交番する電圧を
印加することを特徴とする残量検出装置。
【請求項５】請求項１または４に記載の残量検出装置
において、前記交番電圧印加手段は、Ｈブリッジ駆動回路よりなる
ことを特徴とする残量検出装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の残量
検出装置において、前記電極間の電気抵抗を検出する検出回路を有し、前記検出回路が、前記一対の電極のいずれかに接続され
ると共に、比較電圧が印加されたコンパレータを有する
ことを特徴とする残量検出装置。
【請求項７】請求項６に記載の残量検出装置におい
て、前記検出回路は、前記交番電圧供給手段に入力される信
号と前記コンパレータの出力との論理積を行うＮＡＮＤ
回路を備えることを特徴とする残量検出装置。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかに記載の残量
検出装置において、前記一対の電極が高低差を設けて配設されたことを特徴
とする残量検出装置。