WO2004070325A1

WO2004070325A1 - 消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器

Info

Publication number: WO2004070325A1
Application number: PCT/JP2004/001147
Authority: WO
Inventors: Yuichi Nishihara
Original assignee: Seiko Epson Corporation
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2004-08-19
Also published as: EP1593941A4; US20050237349A1; EP1593941A1

Abstract

　本発明は、収容された消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器である。この消耗品容器は、消耗品を格納するとともに圧電素子が装着された消耗品タンクと、圧電素子の充電と放電とを行うとともに、圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する検出信号生成回路と、圧電素子の充電と放電の制御を行う制御部とを備える。この周期は、前記格納された消耗品の残存量が所定量より多いか否かの決定に利用可能であり、この制御部は、前記圧電素子の放電特性を変更可能であることを特徴とする。

Description

明細書

消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器技術分野

この発明は、消耗品容器内の消耗品の残存量を計測する技術に関する。背景技術

近年、コンピュータの出力装置として、インクジエツ卜プリンタが普及している。消耗品であるインクジェットプリン夕のインクは、インクカー卜リッジに、収容されて提供されるのが通例である。インク力一トリッジに収容された消耗品の残量を計測する方法としては、たとえば特開 2 0 0 1 - 1 4 7 1 4 6号公報に開示されているように圧電素子を用いて直接計測する方法も提案されている。この方法では、まず、インクカー卜リッジに装着された圧電素子に電圧波を印可することによリ圧電素子の振動部を振動させる。つぎに、圧電素子の振動部に残留する残留振動によって生ずる逆起電力の周期の変動に応じて消耗品の残量を計測する。

しかし、このような方法では、発生を意図しない振動ノイズによって S / N比が下がって正確な計測ができない場合があるという問題が生じていた。このような問題は、インク力一卜リッジに限られず、一般に、圧電素子を用いて消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器に共通する問題であった。発明の開示

本発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、圧電素子を用いて消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器において、計測の信頼性を高める技術を提供することを目的とする。

本発明の第 1の態様の消耗品容器は、収容された消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器である。この消耗品容器は、前記消耗品を格納するとともに圧電素子が装着された消耗品タンクと、前記圧電素子の充電と放電とを行うとともに、前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する検出信号生成回路と、前記圧電素子の充電と放電の制御を行う制御部と、を備える。この消耗品容器において、前記周期は、前記格納された消耗品の残存量が所定量より多いか否かの決定に利用可能であり、前記制御部は、前記圧電素子の放電特性を変更可能であることを特徴とする。

本発明の第 1の態様の消耗品容器は、圧電素子の放電特性を変更することが可能なので、放電後の残留振動の特性を残存量検出に好ましいものに変更することができる。これにより、計測の信頼性を高めることができる。ここで、圧電素子とは、充放電に応じて変形する逆圧電効果と、変形に応じて電圧を発生させる圧電効果という 2つの特性を有する素子をいう。

上記消耗品容器において、前記制御部は、前記圧電素子の放電時定数を変更可能であるように構成しても良いし、前記圧電素子の放電時間を変更可能であるように構成しても良い。ここで、放電時間とは、圧電素子と接地との間に接続されたスィッチが閉じていて導通状態にある時間をいう。

上記消耗品容器において、前記検出信号生成回路は、高電位側の第 1端子と低電位側の第 2端子との間に所定の電位差を発生させる電圧発生回路と、一端が前記第 2端子に接続された圧電素子と、前記第 1端子と前記圧電素子の他端との間に接続され、前記制御部からの制御出力に応じて、前記第 Ί端子から前記圧電素子への充電をオンオフ制御する充電制御スィツチと、前記圧電素子の他端と前記第 2端子との間に接続され、前記制御部からの制御出力に応じて、前記圧電素子から前記第 2端子への放電をオンオフ制御する放電制御スィッチと、前記圧電素子の他端と前記第 2端子との間に接続された回路であって、抵抗値を変更可能な抵抗回路と、を備えるとともに、前記制御部は、前記充電制御スィッチの才ン才フ制御と、前記放電制御スィッチのオンオフ制御と、前記抵抗回路の抵抗値の制御とを行うように構成しても良い。

本発明の方法は、消耗品容器内の消耗品の残存量を計測する方法である。この方法は、（ a )前記消耗品を格納するとともに圧電素子が装着された消耗品夕ンクと、前記圧電素子の充放電を行う回路とを準備する工程と、（b )前記圧電素子の放電特性を可変に設定する工程と、（c )前記計測を行う工程と、を備える。この方法において、前記工程（c )は、（c一 1 )前記圧電素子に充電する工程と、（c 一 2 )前記圧電素子から放電する工程と、（ c一 3 )前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する工程と、（c一 4 )前記検出信号に応じて、前記格納された消耗品の残存量が所定量より多いか否かを決定するェ程と、を含むことを特徴とする。

上記方法において、前記工程（c ) は、さらに、前記検出信号に応じて前記格納された消耗品の残存量を計測できるか否かの判断を行うとともに、前記計測ができなかったとの判断に応じて前記工程（b ) に処理を戻す工程を含み、前記ェ程（b ) は、前記計測ができなかったとの判断に応じて、前記計測ができなかつたと判断された放電特性とは異なる放電特性に、前記放電特性を設定するとともに、前記工程（c ) に処理を進める工程を含むようにすることが好ましい。こうすれば、自動的にインク残量の計測が可能な放電特性に設定され、この設定で計測されることになるので計測の信頼性を高めることができる。

上記方法において、さらに、（d ) 不揮発性メモリを準備する工程と、（e ) 前記計測時に設定された放電特性の設定内容を表す設定情報を前記メモリに記録する工程と、を備えるとともに、前記工程（b ) は、前記不揮発性メモリから読み出された前記設定情報に応じて放電特性を設定する工程を含むようにすることが好ましい。

こうすれば、最後の計測時に設定された放電特性を表す情報がメモリに記録され、記録された設定で計測されることになるので、放電特性の設定変更なしで計測できる可能性を高めることができる。本発明の第 1の態様の製造方法は、収容された消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器を製造する方法である。この方法は、（a ) 圧電素子の特性を計測して、前記圧電素子の特性を表す圧電素子特性情報を生成する工程と、（ b )前記消耗品を格納する消耗品タンクを準備する工程と、（c )前記圧電素子と、前記圧電素子の充電と放電とを行うとともに前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する検出信号生成回路と、不揮発性メモリと、を前記消耗品タンクに装着する工程と、（c )前記圧電素子特性情報に応じて、前記圧電素子の放電特性を設定する工程と、（d )前記設定された放電特性を表す設定情報を前記不揮発性メモリに記録する工程と、を備える。この方法において、前記周期は、前記収容された消耗品の残存量が所定量より多いか否かの決定に利用可能であることを特徴とする。

本発明の第 1の態様の製造方法では、圧電素子の特性を計測して圧電素子特性情報が生成され、この情報に応じて圧電素子の放電特性が設定されるので、たとえば手作業による調整といった放電特性の設定作業が簡略化される。これにより、圧電素子の特性のばらつきに起因して要求される圧電素子の放電特性の設定負担を軽減することができる。なお、圧電素子の特性計測の負担は、たとえば圧電素子の製品検査の際に併せて行うことで小さくすることができる。

上記製造方法において、前記工程（a ) は、圧電素子の特性を計測して複数のランクに分類する工程を含み、前記工程（c ) は、前記分類されたランクに応じて、前記圧電素子の放電特性を設定する工程を含むようにするようにしても良い。こうすれば、簡易に本発明を適用することができる。

本発明の第 2の態様の製造方法は、収容された消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器を製造する方法である。この方法は、（a )前記消耗品を格納する消耗品タンクを準備する工程と、（b )前記消耗品タンクに、圧電素子と不揮発性メモリと前記圧電素子の充放電を行う回路とを装着する工程と、（c )前記圧電素子の可変の放電特性を設定する工程と、（d ) 前記計測の可否の判断を行う工程と、 ( e ) 前記設定された放電特性を前記不揮発性メモリに記録する工程と、を備える。この方法において、前記工程（d ) は、（d— 1 ) 前記圧電素子に充電するェ程と、（d— 2 ) 前記圧電素子から放電する工程と、（d— 3 ) 前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する工程と、（d _ 4 )前記検出信号に応じて、前記格納された消耗品の残存量を計測できるか否かの判断を行う工程と、（d— 5 )前記計測できないとの判断に応じて、前記計測ができないと判断された放電特性とは異なる放電特性に設定するとともに、前記工程（d ) に処理を戻す工程と、を備える。この方法において、前記周期は、前記収容された消耗品の残存量が所定量より多いか否かの決定に利用可能であることを特徴とする。

本発明の第 2の態様の製造方法では、計測可能な設定状態が試行錯誤によって自動的に探索されるので、放電特性の設定負担を軽減することができる。このような設定は、消耗品容器の製品検査の一部として実施することができる。

本発明の第 2の態様の消耗品容器は、収容された消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器である。この消耗品容器は、前記消耗品を格納するとともに圧電素子が装着された消耗品タンクと、前記圧電素子の充電と放電とを行うとともに、前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する検出信号生成回路と、前記圧電素子の特性を表す圧電素子特性情報に応じて、前記圧電素子の放電特性を設定するための放電特性設定情報を格納する不揮発性メモリと、前記圧電素子の充電と放電の制御を行う制御部と、を備える。この消耗品容器において、前記周期は、前記格納された消耗品の残存量が所定量より多いか否かの決定に利用可能であり、前記制御部は、前記圧電素子特性情報と前記放電特性設定情報とに応じて、前記圧電素子の放電特性を設定可能であることを特徴とする。

本発明の第 2の態様の消耗品容器は、圧電素子の特性を表す情報に応じて圧電素子の放電特性を変更できるように構成されているので、圧電素子の特性を表す情報を消耗品容器に与えるだけで容易に放電特性の設定を行うことができる。上記消耗品容器において、前記圧電素子特性情報は、前記圧電素子の特性の計測に応じて、複数のランクの中から選択されたランクであり、前記制御部は、前記選択されたランクに応じて、前記圧電素子の放電特性を設定するようにしても良い。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、たとえば、残量計測装置、残量計測制御方法および残量計測制御装置、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、その印刷装置に用いられる印刷ヘッドや力一卜リッジ、その組合せ等の態様で実現することができる。図面の簡単な説明図 Ίは、本発明の実施におけるインクカー卜リッジ 1 0 0の外観斜視図である。図 2は、インクカー卜リッジ 1 0 0の筐体 1 4 0の側部に装備されたセンサ S

Sの断面を示す断面図である。

図 3は、インク力一卜リッジ 1 0 0に備えられたロジック回路 1 3 0のブロック図である。

図 4は、インク残量検出回路 2 3 0とセンサ S Sの回路構成を示す回路図である。

図 5は、インク残量検出回路 2 3 0に備えられたパルスカウンタ 2 3 5のプロック図である。

図 6は、本発明の実施例におけるインク残量測定処理のフローチヤ一卜である。図 7は、インク残量検出回路 2 3 0とセンサ S Sの作動を示すタイミングチヤ一卜 ⁵ある。図 8は、ピエゾ素子 P Z Tの印可電圧（接地電位との電位差）を示す説明図である。

図 9は、センサ S Sを含むセンサ振動系の周波数応答関数（伝達関数）を示す説明図である。

図 1 0は、ピエゾ素子 P Z Tからの放電に応じてピエゾ素子 P Z Tに電圧が発生する様子を示す説明図である。

図 1 1は、ピエゾ素子 P Z Tからの放電に応じてピエゾ素子 P Z Tに電圧が発生する様子を示す説明図である。

図 1 2は、本発明の実施例における放電特性設定処理の内容を示す説明図である。

図 1 3は、本発明の実施例における放電特性設定処理の方法を示すフローチヤ一卜である。

図 1 4は、センサランクと放電時定数調整用抵抗回路の設定状態の関係を示す説明図である。

図 1 5は、変型例におけるピエゾ素子 P Z Tからの放電特性を表す電圧波形である。発明を実施するための最良の形態

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。

に本発明の実施例におけるインクカートリッジの構造：

B . 本発明の実施例におけるインクカートリッジの電気的構成：

C . 本発明の実施例におけるインク残量検出部の回路構成：

D . 本発明の実施例におけるインク残量測定処理：

E . 本発明の実施例における放電特性設定処理の内容：

F . 本発明の実施例における放電特性設定処理の方法：

G . 変形例： A . インクカー卜リッジの構造：

図 1は、本発明の実施におけるィンクカートリッジ 1 0 0の外観斜視図である。インクカー卜リッジ 1 0 0は、消耗品として内部に 1種類のインクを収容する筐体〗 4 0を備えている。筐体 1 4 0の下部には、後述するプリン夕にインクを供給するためのインク供給口〗 1 0が設けられている。筐体 1 4 0の上部には、プリン夕と電波により通信するためのアンテナ 1 2 0やロジック回路 1 3 0が備えられている。筐体 1 4 0の側部には、インク残量の計測に利用されるセンサ S S が装備されている。センサ S Sは、ロジック回路 1 3 0に電気的に接続されている。

図 2は、インクカートリッジ 1 0 0の筐体 1 4 0の側部に装備されたセンサ S Sの断面を示す断面図である。センサ S Sは、圧電効果や逆圧電効果といった圧電素子としての特性を備えるピエゾ素子 P Z Tと、ピエゾ素子 P Z Tに電圧を印可する 2つの電極 1 0、 1 1 と、センサアタッチメント 1 2とを備える。電極 1 0、 1 1は、ロジック回路 1 3 0に接続されている。センサアタッチメント 1 2 は、ピエゾ素子 P Z Tからインクと筐体 1 4 0とに振動を伝える薄膜を有するセンサ S Sの構造部である。

図 2 ( a ) は、インクが所定量以上残存していて、インクの液面がセンサ S S の位置（図 1 ) より高い場合を示している。図 2 ( b ) は、インクが所定量以上残存しておらず、インクの液面がセンサ S Sの位置より低い場合を示している。これらの図から分かるように、インクの液面がセンサ S Sの位置より高い場合には、センサ S Sとインクと筐体 1 4 0とが振動体となるが、インクの液面がセンサ S Sの位置より低い場合には、センサ S Sと筐体 1 4 0とセンサ S Sに付着した少量のインクのみが振動体となる。この結果、ピエゾ素子 P Z T周辺の振動特性がインクの残量に応じて変化することになる。本実施例では、このような振動特性の変化を利用して、インクの残量の計測が行われる。なお、計測の方法の詳細については後述する。

B . インクカー卜リッジの電気的構成：

図 3は、インクカー卜リッジ Ί 0 0に備えられたロジック回路 1 3 0のプロック図である。ロジック回路 1 3 0は、 R F回路 2 0 0と、制御部 2 1 0と、不揮発性メモリである E E P R O M 2 2 0と、インク残量検出回路 2 3 0と、電力発生部 2 4 0と、チャージポンプ回路 2 5 0とを備えている。

R F回路 2 0 0は、アンテナ 1 2 0を介してプリンタ 2 0から受信した電波を復調する復調部 2 0 1 と、制御部 2 1 0から受信した信号を変調してプリンタ 2 0に送信するための変調部 2 0 2とを備えている。プリンタ 2 0は、アンテナ 1 2 1を用いて所定の周波数の搬送波でベースバンド信号をィンクカートリッジ 1 0 0に送信している。一方、インクカー卜リッジ 1 0 0は、搬送波を用いずにァンテナ 1 2 0の負荷を変動させることによりアンテナ 1 2 1のインピーダンスを変動させることができる。インクカートリッジ 1 0 0は、このインピーダンスの変動を利用して信号をプリンタ 2 0に送信する。このようにして、インクカー卜リッジ 1 0 0とプリン夕 2 0とは、双方向通信を行うことができる。

電力発生部 2 4 0は、 R F回路 2 0 0が受信した搬送波を整流して所定の電圧 (たとえば 5 V ) で電力を生成する。電力発生部 2 4 0は、 R F回路 2 0 0と、制御部 2 1 0と、 E E P R O M 2 2 0と、チャージポンプ回路 2 5 0とに電力を供給する。チャージポンプ回路 2 5 0は、センサ S Sが要求する所定の電圧に昇圧してからインク残量検出回路 2 3 0に電力を供給する。

C . 本発明の実施例におけるインク残量検出回路 2 3 0の回路構成：

図 4は、インク残量検出回路 2 3 0とセンサ S Sの回路構成を示す回路図である。インク残量検出回路 2 3 0は、 P N P型トランジスタ T r 1 と、 N P N型卜ランジス夕 T r 2と、充電時定数調整用抵抗器 R 1 と、放電時定数調整用抵抗回路 R sと、アンプ 2 3 2と、パルスカウンタ 2 3 5とを備えている。センサ S S は、 2つの電極 1 0、 Ί 1 (図 2 ) でインク残量検出回路 2 3 0に接続されている。

放電時定数調整用抵抗回路 R sは、 4つの放電時定数調整用抵抗器 R 2 a、 R 2 b、 R 2 c、 R 2 dと、その各々に接続された 4つのスィッチ S a、 S b、 S c、 S dとを有している。 4つのスィッチ S a、 S b、 S c、 S dは、制御部 2 1 0によって開閉することができる。この開閉の組合せによって、制御部 2 1 0 は、放電時定数調整用抵抗回路 R sの抵抗値を設定することができる。

P N P型トランジスタ T r 1は以下のように接続されている。ベースは、制御部 2 1 0からの制御出力を受信する端子 T Aと接続されている。ェミッタは、充電時定数調整用抵抗器 R 1を介してチャージポンプ回路 2 5 0に接続されている。コレクタは、センサ S Sの一方の電極である電極 1 0に接続されている。センサ S Sの他方の電極である電極 1 1は接地されている。

N P N型トランジスタ T r 2は以下のように接続されている。ベースは、制御部 2 1 0からの制御出力を受信する端子 T Bと接続されている。コレクタは、センサ S Sの一方の電極である電極 1 0に接続されている。ェミッタは、上述のように抵抗値を変更可能な放電時定数調整用抵抗回路 R sを介して接地されている。パルスカウンタ 2 3 5は、ピエゾ素子 P Z Tが出力する電圧を増幅するアンプ 2 3 2を介して、ピエゾ素子 P Z Tに接続された電極 1 0に接続されている。パルスカウンタ 2 3 5は、制御部 2 1 0からの制御出力を受信することができるように制御部 2 1 0に接続されている。

図 5は、インク残量検出回路 2 3 0に備えられたパルスカウンタ 2 3 5のプロック図である。パルスカウンタ 2 3 5は、コンパレータ 2 3 4と、カウンタ制御部 2 3 6と、カウン卜部 2 3 8と、図示しない発振器とを備えている。コンパレ一夕 2 3 4には、分析対象となるアンプ 2 3 2の出力と、比較対象となる基準電位 V r e f とが入力されている。カウンタ制御部 2 3 6とカウン卜部 2 3 8とは、制御部 2 1 0に接続されている。なお、インク残量検出回路 2 3 0は、特許請求の範囲における「検出信号生成回路」に相当する。

D . 本発明の実施例におけるインク残量測定処理：

図 6は、本発明の実施例におけるインク残量測定処理の方法を示すフローチヤ —卜である。図 7は、この処理におけるインク残量検出回路 2 3 0とセンサ S S の作動を示すタイミングチヤ一卜である。この処理は、たとえばプリンタ 2 0の電源スィッチの操作に応じてィンクカートリッジ 1 0 0とプリンタ 2 0の双方で実行される。インクカー卜リッジ 1 0 0では、ピエゾ素子 P Z Tが出力する電圧波が所定の数（たとえば 5つ）だけ発生する間のクロック信号の数をカウン卜する。一方、プリンタ 2 0は、カウントされた値に応じて電圧波の周波数を算出するとともに、算出された周波数に応じてインクの残量状態を推定する。具体的には、以下の処理が行われる。

ステップ S 1 0 0では、制御部 2 1 0 (図 4 ) は、放電時定数調整用抵抗回路 R sの 4つのスィッチ S a、 S b、 S c、 S dを開閉してピエゾ素子 P Z Tの放電時定数を設定する。放電時定数の設定処理の詳細については後述する。

ステップ S 1 Ί 0では、制御部 2 1 0 (図 4 ) は、時刻 t 0において端子 T A に所定の制御出力信号を出力してトランジスタ T r 1をオンする。これにより、チャージポンプ回路 2 5 0からピエゾ素子 P Z Tに電流が流れ込み、この電流によってキャパシタンスを有するピエゾ素子 P Z Tに電圧が印可される。なお、初期状態では、 2つのトランジスタ T r 1 、 T r 2は、いずれもオフにされている。制御部 2 1 0は、時刻 t 1 においてトランジスタ T r 1をオフし、時刻 t 2までインク残量検出回路 2 3 0を待機させる。時刻 t 2まで待機させるのは、電圧が印可されたことによるピエゾ素子 P Z Tの振動を減衰させるためである。なお、時刻の計測は、制御部 2 1 0内部の図示しないクロックを利用して行われる。ステップ S 1 2 0では、制御部 2 1 0 (図 4 ) は、時刻 t 2において端子 T B に所定の制御出力信号を送信してトランジスタ T r 2を時刻 t 2でオンし、時刻 t 3でオフする。これにより、時刻 t 2から時刻 t 3までの間だけピエゾ素子 P ZTからの放電が行われる。ピエゾ素子 P ZTは、この放電によって急激に変形してセンサ振動系を加振する。センサ振動系とは、本実施例では、センサ S S (図 2) とセンサ S S周辺の筐体 1 40とインクとを含む系である。

図 8は、放電時のピエゾ素子 PZTの放電波形を示す説明図である。図 8 (a) は、時間領域における放電波形を示す説明図である。各時刻における電圧は以下のとおりである。

(1 ) 放電開始時刻 t 2 ：電位 V c h (チャージポンプ回路 250の出力電位） (2) 時定数時刻 t d ：電位 V c hから 63. 2%だけ降下した電位

(3) 放電終了時刻 t 3 ：接地電位より少し高い電位（図 8)

ここで、時定数時刻 t dは、放電開始時刻 t 2から時定数だけ経過した時刻である。なお、本明細書では、放電開始時刻 t 2から放電終了時刻 t 3までのピエゾ素子 P Z Tと接地とが導通関係にある時間を放電時間と呼ぶ。

図 8 (b) は、周波数領域における印可電圧の基本波と複数の高調波とを示す説明図である。これは、第 1 ウィンドウ（図 7) におけるピエゾ素子 PZTの印可電圧の波形が永遠に繰り返されると仮定した波形のフーリエ解析結果を示す図である。この結果、印可電圧は、放電時間の逆数である基本周波数とその整数倍の周波数を有する高調波とから構成される電圧波となることが分かる。ここで、説明を分かりやすくするためにピエゾ素子 P ZTの歪みが印可電圧と線形の関係あると仮定すると、加振力の波形は、印可電圧の波形と一致することになる。図 9は、センサ S Sを含むセンサ振動系の周波数応答関数（伝達関数）を示す説明図である。周波数応答関数とは、センサ振動系の振動伝達系の入力と出力との関係を表したものであり、入力のフーリエスぺクトルと出力のフーリエスぺクトルの比で表される。すなわち、本実施例の周波数応答関数は、ピエゾ素子 PZ 丁の放電波形（加振力と線形の関係にある）のフーリエスペクトルと、センサ振動系の自由振動のフーリエスぺクトルの比である。

図 9の 1次モードと 2次モードは、センサ振動系の 2つの固有モードを示している。固有モードとは、センサ振動系が振動し得る形である。換言すれば、全ての物体は、振動するときのそれぞれの固有の形を持っていて、これ以外の形では振動することができない。この固有の形が固有モードである。物体の固有モードは、モーダル解析によって求めることができる。

インクカートリッジ 1 0 0は以下の 2つの振動モードを有すると仮定している。

( 1 ) 1次モードは、センサ S S (図 2 ) が有する凹部のエッジ部分が振動の節となるとともに、凹部の中心が振動の腹になってお椀型に変形する振動モードである。

( 2 ) 2次モードは、センサ S Sが有する凹部のエッジ部分と中心部分の双方が振動の節となるとともに、エツジ部分と中心部分の中間部の中心部から見て左右 2箇所が振動の腹となってシーソー型に変形する振動モードである。

このように、センサ振動系は、 1次モードと 2次モードの固有振動数においてのみ加振による自由振動が生ずる。一方、他の周波数でピエゾ素子 P Z Tがセンサ振動系を加振しても、センサ振動系に生ずる自由振動は極めて小さく直ちに減衰する。

図 1 0は、ピエゾ素子 P Z Tの自由振動に応じてピエゾ素子 P Z Tに電圧が発生する様子を示す説明図である。図 1 0 ( a ) は、周波数領域における印可電圧 (放電時）の波形（図 8 ( b )) と、センサ振動系の周波数応答関数（図 9 ) とを重畳させて、それぞれ実線と破線とで示している。図 1 0 ( b ) は、ピエゾ素子 P Z Tの出力電圧を示している。

図 1 0 ( a ) から分かるように、センサ振動系の 1次モードの固有振動数にほぼ一致し、センサ振動系の 2次モードの周波数に一致する放電波形の高調波が存在しないように放電波形の基本波の周波数が調整されている。これにより、センサ振動系の 1次モ一ドの固有振動数においてのみ大きな自由振動が発生することになる。この結果、センサ振動系の 1次モードの固有振動数においてのみピエゾ素子 P Z Tに大きな電圧が発生することになる（図 1 0 ( b ) )。これは、第 2ゥインドウ（図 7 ) におけるピエゾ素子 P Z Tの出力電圧の波形が永遠に繰り返されると仮定した波形のフーリエ解析結果と一致することになる。

本実施例では、センサ振動系の 1次モードの固有振動数の微小なシフトを利用してインクの液面を計測している。すなわち、本実施例では、インクの液面がセンサ S Sより高いか否かで 1次モードの固有振動数が微小にシフ卜する。このシフ卜に応じて、センサ S Sとインクの液面の位置関係が決定されている。この結果、他の周波数の電圧波は、ノイズとなることが分かる。

ステップ S 1 3 0 (図 6 ) では、制御部 2 1 0は、図 7の時刻 t 3から時刻 t 4までの間インク残量検出回路 2 3 0を再び待機させる。この待機時間は、ノィズ源となる不要振動を減衰させるための時間である。この待機時間に、 1次モードと 2次モードの固有振動数以外の周波数における振動がほとんど消滅することになる。待機時間は、前述のように時刻 t 4に終了する。

制御部 2 1 0 (図 5 ) は、時刻 t 4においてカウンタ制御部 2 3 6にカウンタ起動信号を出力する。カウンタ起動信号を受信したカウンタ制御部 2 3 6は、力ゥン卜部 2 3 8へカウントイネ一プル信号を出力する。カウントイネーブル信号の出力は、受信後の最初のコンパレータ出力の立ち上がりエッジ E d g e 1に応じて開始され（時刻 t 5 )、 6番目の立ち上がりエッジ E d g e 6 (時刻 t 6 ) に応じて終了する。なお、コンパレータ 2 3 4において比較対象となる基準電位 V r e f は、本実施例では接地電位に設定されている。

ステップ S 1 4 0では、カウン卜部 2 3 8は、クロックをカウン卜する。クロックのカウン卜は、カウント部 2 3 8がカウン卜イネ一ブル信号を受信している間にのみ行われる。これにより、コンパレータ出力の立ち上がりエッジ E d g e 1から 6番目の立ち上がりエッジ E d g e 6までの間のクロック信号の数がカウン卜されることになる。すなわち、ピエゾ素子 P Z Tが出力した電圧波の 5周期分のクロック信号が力ゥン卜されたことになる。

ステップ S 1 5 0では、カウン卜部 2 3 8は、カウント値を出力する。出力されたカウント値は、プリンタ 2 0に送られる。プリンタ 2 0は、受信したカウン卜値とクロック周期とに応じてピエゾ素子 P Z Tが出力した電圧波の周波数を算出する。

ステップ S 1 6 0では、プリンタ 2 0は、この周波数に応じてインクの残量が所定の量以上であるか否かを決定することができる。たとえば、インクの液位がセンサ S Sの位置よりも高いときには、 9 0 k H zに近い周波数となり、インクの液位がセンサ S Sの位置よりも低いときには、 1 1 0 k H zに近い周波数となることが分かっていると仮定する。この場合には、計測された周波数が、たとえば 1 0 5 k H zだったとするとインク残量が所定値未満であることが分かる（ステツプ S 1 7 0、 S 1 8 0 )。

E . 本発明の実施例における放電特性設定処理の内容：

図 1 1は、図 1 0と同様にピエゾ素子 P Z Tの自由振動に応じてピエゾ素子 P Z Tに電圧が発生する様子を示す説明図である。ただし、放電特性が適切に設定される前の状態における電圧発生の様子である。調整前であるため、放電時の印可電圧の基本波の周波数がセンサ振動系の〗次モードの固有振動数に一致していない一方、センサ振動系の 2次モードの固有振動数に一致する放電時の印可電圧の高調波が存在する。

この結果、 1次モードの固有振動数だけでなく 2次モードの固有振動数においても大きな電圧が発生する。このため、 2次モードの固有振動数における電圧波がノイズとなってインク残量の計測を阻害することが分かる。

図 1 2は、本発明の実施例における放電特性設定処理の様子を示す説明図である。図 1 2 ( a ) は、放電特性の設定後の放電波形を示しており、図 8 ( a ) と同一の図である。図 1 2 ( b ) は、放電特性の設定前の放電波形を示している。この例では、放電特性として放電時定数と放電時間とを設定している。放電時定数は、ピエゾ素子 P Z Tと接地との間の抵抗値と、ピエゾ素子 P Z Tの静電容量の積である。放電時定数は、放電時定数調整用抵抗回路 R sの抵抗値の調整によって設定することができる。この抵抗値は、各放電時定数調整抵抗制御スイツチ3 &、 3 13、 3 (；、 S dを適切な組合せで開閉することにより設定することができる。

一方、放電時間とは、前述のようにピエゾ素子 P Z Tと接地とが導通状態にある時間である。具体的には、制御部 2 1 0がトランジスタ T r 2をオンにしている時間である。放電時間は、制御部 2 1 0が自由に設定することができる。このような方法により、放電時定数を時定数 T d 'から時定数 T dに変更するとともに、放電終了時刻を t 3 'から t 3に延ばして放電時間を変更すると図 1 2 ( a ) に示される放電波形と同一の波形となる。

このように、本発明の実施例のインクカー卜リッジ 1 0 0によれば、ピエゾ素子 P Z Tからの放電特性を変更することが可能なので、放電後の残留振動の特性を残存量検出に好ましい S Z Nの高いものに変更することができる。この結果、計測の信頼性を高めることができる。

F . 本発明の実施例における放電特性設定処理の方法：

図 1 3は、本発明の実施例における放電特性設定処理の方法を示すフローチヤ一卜である。放電特性設定処理は、製造時とユーザによるインクカー卜リッジ 1 0 0の使用時に行うことができる。ステップ S 2 0 0とステップ S 2 1 0における処理が製造時における設定処理であり、ステップ S 2 2 0以降の処理がユーザによるインク力一卜リッジ 1 0 0の使用時における設定処理である。なお、この例では、説明を分かりやすくするために放電時定数のみを設定するものとする。ステップ S 2 0 0では、センサ S Sの製造者は、センサ S Sのセンサランクを決定する。センサランクとは、印可電圧と歪みの関係その他のセンサの特性を表すランクである。センサランクの決定は、センサの特性を実際に計測することによって行われる。本実施例では、センサ S Sは、 Aから Hまでの 8段階のセンサランクに分類されるものとする。なお、センサランクは、特許請求の範囲における「圧電素子特性情報」に相当する。

ステップ S 2 1 0では、インクカー卜リッジ 1 00の製造者は、決定されたセンサランクに応じて放電特性の初期設定を行う。放電特性の初期設定は、予め定められたセンサランクと放電時定数調整用抵抗回路 R sの設定状態の関係（図 1 4) に従って行われる。なお、センサランクと放電時定数調整用抵抗回路 R sの設定状態の関係は、特許請求の範囲における「放電特性設定情報」に相当する。たとえばセンサランクが Bのときには、放電時定数調整用抵抗回路 R sが有する 4つのスィッチ S a、 S b、 S c、 S dのうち 3つのスィッチ S a、 S b、 S cが「ON」に設定され、スィッチ S dが「O F F」に設定される。ここで、スイッチ S a、 S b、 S c、 S dの開閉によって接続が制御される抵抗 R a、 R b、 R c、 R dの抵抗値は、 1 00 Ω、 200 Ω、 400 Ω、 80 ΟΩとされている（図 1 4)。

この設定内容は、インクカー卜リッジ 1 00がロジック回路 1 30内に備える不揮発性メモリである E E P ROM 220にセンサランクとともに記録される。なお、インクの残量が所定量以上であることを表す情報もインク注入時に記録される。これにより、最後の計測時に設定された放電特性を表す情報が不揮発性メモリに記録され、この記録された設定で計測されることになるので、簡易に計測の信頼性を高めることができるという利点がある。

ステップ S 220では、ユーザは、インク残量の計測試験を実施する。計測試験の実施は、インクカー卜リッジ 1 00をプリンタ 20に装着すると自動的に行われる。プリンタ 20は、計測試験を以下に示すシーケンスで実施する。

(1 ) インクの残量が所定量以上であることを、 E E P ROM 220に記録された残存量を表す情報で確認する。 (2) E E P ROM 220に記録された情報に基づいて、放電時定数調整用抵抗回路 R sを設定する。

(3) 前述のインク残量測定処理の方法（図 6) のうちステップ S 1 1 0からステツプ S 1 60までの処理を実行する。

ステップ S 230では、プリン夕 20は、計測値が所定の許容範囲内にあるか否かを判断する。所定の許容範囲は、この例では、インクの残量が所定量以上である場合の周波数である 90 k H zの ± 5 k H zに設定されている。この判断の結果、計測値が所定の許容範囲内にある場合には、放電特性設定処理は完了する。 —方、計測値が所定の許容範囲内にない場合には、処理がステップ S 240に進む。なお、許容範囲内であるか否かの判断は、特許請求の範囲における「消耗品の残存量を計測できるか否かの判断 J に相当する。

ステップ S 240では、プリンタ 20は、予め定められた順序で放電時定数調整用抵抗回路 R sを再設定した後に繰り返して計測を行う。たとえば、 E E P R OM 220に格納されたセンサランクが Cの場合には、 Bに設定して計測、 Dに設定して計測、 Aに設定して計測、 Eに設定して計測といった順序で許容範囲内に入るまで繰り返して計測する。これにより、インク残量の計測が可能な放電特性に自動的に設定され、放電特性の設定を確実に適切なものとすることができるという利点がある。

なお、ステップ S 220からステップ S 240までの処理は、製造者側で実施しても良い。また、ステップ S 200からステップ S 2 Ί 0までの処理は、製造者が設定を行う場合にもユーザ側で設定を行う場合にも省略可能である。

G . 変形例：

なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えぱ次のような変形も可能である。

G- 1. 上記各実施例では、センサの要素としてピエゾ素子 P ZTを使用しているが、たとえば口ッシェル塩（酒石酸ナトリウム力リゥ厶）を使用しても良い。本発明で使用するセンサは、充放電に応じて変形する逆圧電効果と、変形に応じて電圧を発生させる圧電効果という 2つの特性を有する圧電素子を利用するものであれば良い。

G— 2 . 上記実施例では、トランジスタ T r 2のオンの時間と、圧電素子と放電時定数調整用抵抗で定まる時定数とを調整することによって放電特性を変更しているが、いずれか一方だけでも良い。また、たとえば放電用の回路に定電流回路を付加して図 1 5に示されるような放電波形とすることによリ放電特性を変更するようにしても良い。

G— 3 . 上記実施例では、放電時定数は、放電時定数調整用の抵抗回路の抵抗値を変更することによって調整されているが、たとえば圧電素子に並列にコンデンサを接続可能としてキャパシタンスを変更することによって時定数を調整するようにしても良い。

G— 4 . 上記実施例では、残量の計測対象はインクであるが、たとえばトナーであっても良い。本発明で残量の計測対象となるのは、機器の使用によって減少する消耗品であれば良い。

G - 5 . 上記実施例の放電特性設定処理の方法では、予め定められたセンサランクと放電時定数調整用抵抗回路 R sの設定状態の関係を表すテーブルを用いて、圧電素子の放電特性を設定しているが、たとえば圧電素子の特性を電圧と歪みの関係を表す特性数値として計測し、この計測結果に応じて予め不揮発性メモリやコンピュータに格納されたァルゴリズ厶に従つて放電特性を設定するようにしても良い。

アルゴリズムは、たとえば上記の特性数値から所定の計算式を用いて時定数や放電時間といった放電特性の最適値を算出し、この最適値に最も近い設定状態を選ぶというように構成しても良い。本発明で行われる放電特性設定処理は、一般に、圧電素子の特性を表す圧電素子特性情報に応じて圧電素子の放電特性が設定されるように構成されていれば良い。なお、この場合には、このアルゴリズムが特許請求の範囲における「放電特性設定情報」に相当することになる。

本発明の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフ卜ウェア（コンピュータプログラム）は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。この発明において、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクや C D— R O Mのような携帯型の記録媒体に限らず、各種の R A Mや R O M等のコンピュータ内の内部記憶装置や、八一ドディスク等のコンピュータに固定されている外部記憶装置も含んでいる。産業上の利用可能性

この発明は、コンピュータの出力装置に使用する消耗品容器に適用可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 収容された消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器であって、前記消耗品を格納するとともに圧電素子が装着された消耗品夕ンクと、前記圧電素子の充電と放電とを行うとともに、前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する検出信号生成回路と、

前記圧電素子の充電と放電の制御を行う制御部と、

を備え、

前記周期は、前記格納された消耗品の残存量が所定量より多いか否かの決定に利用可能であり、

前記制御部は、前記圧電素子の放電特性を変更可能であることを特徴とする、消耗品容器。

2 . 請求項 1記載の消耗品容器であつて、

前記制御部は、前記圧電素子の放電時定数を変更可能である、消耗品容器。

3 . 請求項 1または 2に記載の消耗品容器であつて、

前記制御部は、前記圧電素子の放電時間を変更可能である、消耗品容器。

4 . 請求項 1ないし 3のいずれかに記載の消耗品容器であって、

前記検出信号生成回路は、

高電位側の第 1端子と低電位側の第 2端子との間に所定の電位差を発生させる電圧発生回路と、

一端が前記第 2端子に接続された圧電素子と、

前記第 1端子と前記圧電素子の他端との間に接続され、前記制御部からの制御出力に応じて、前記第 1端子から前記圧電素子への充電をオンオフ制御する充電制御スィッチと、

前記圧電素子の他端と前記第 2端子との間に接続され、前記制御部からの制御出力に応じて、前記圧電素子から前記第 2端子への放電をオンオフ制御する放電制御スィッチと、

前記圧電素子の他端と前記第 2端子との間に接続された回路であって、抵抗値を変更可能な抵抗回路と、

を備え、

前記制御部は、前記充電制御スィッチのオンオフ制御と、前記放電制御スイツチのオンオフ制御と、前記抵抗回路の抵抗値の制御とを行う、消耗品容器。

5. 消耗品容器内の消耗品の残存量を計測する方法であって、

(a)前記消耗品を格納するとともに圧電素子が装着された消耗品タンクと、前記圧電素子の充放電を行う回路とを準備する工程と、

(b) 前記圧電素子の放電特性を可変に設定する工程と、

(c) 前記計測を行う工程と、

を備え、

前記工程（c) は、

(c- 1 ) 前記圧電素子に充電する工程と、

( c一 2 ) 前記圧電素子から放電する工程と、

( c一 3 )前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する工程と、

(c-4)前記検出信号に応じて、前記格納された消耗品の残存量が所定量よリ多いか否かを決定する工程と、

を含むことを特徴とする、計測方法。

6 · 請求項 5記載の計測方法であつて、前記工程（C ) は、さらに、前記検出信号に応じて前記格納された消耗品の残存量を計測できるか否かの判断を行うとともに、前記計測ができなかったとの判断に応じて前記工程（b ) に処理を戻す工程を含み、

前記工程（b ) は、前記計測ができなかったとの判断に応じて、前記計測ができなかったと判断された放電特性とは異なる放電特性に、前記放電特性を設定するとともに、前記工程（c ) に処理を進める工程を含む、計測方法。

7 . 請求項 6記載の計測方法であって、さらに

( d ) 不揮発性メモリを準備する工程と、

( e )前記計測時に設定された放電特性の設定内容を表す設定情報を前記メモリに記録する工程と、

を備え、

前記工程（b ) は、前記不揮発性メモリから読み出された前記設定情報に応じて放電特性を設定する工程を含む、計測方法。

8 . 収容された消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器が備える圧電素子の放電特性を設定させるために、コンピュータに前記消耗品容器を制御させるためのコンピュータプログラムであって、

前記消耗品容器は、

前記消耗品を格納するとともに圧電素子が装着された消耗品夕ンクと、前記圧電素子の充電と放電とを行うとともに、前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する検出信号生成回路と、

前記圧電素子の充電と放電の制御を行うとともに、前記圧電素子の放電特性を変更可能である制御部と、

前記放電特性の設定内容を表す設定情報と、前記消耗品の残存量が所定量より多いか否かを表す残存量情幸とを格納する不揮発性メモリと、を備え、

前記コンピュータプログラムは、

( a )前記設定情報と前記残存量情報とを前記不揮発性メモリから読み出す機能と、

( b ) 前記設定情報に基づいて、前記圧電素子の放電特性を設定させる機能と、

( c )前記残存量情報に基づいて、前記消耗品の残存量が前記所定量より多いことを確認する機能と、

( d )前記確認に応じて、前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成させる機能と、

( e )前記検出信号を受信し、前記受信された検出信号に応じて前記消耗品の残存量を計測できるか否かの判断を行う機能と、

( f )前記計測できるか否かの判断に応じて、前記計測できないと判断がなされた場合には、前記計測ができないと判断された放電特性とは異なる放電特性に設定させるとともに、前記機能（d ) に処理を戻す機能と、

( g )前記計測できるか否かの判断に応じて、前記計測可能との判断がなされた場合には、前記設定された放電特性の設定内容を表す設定情報を、前記不揮発性メモリに記録させる機能と、

を前記コンピュータに実現させるプログラムを含むコンピュータプログラム。

9 . 収容された消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器を製造する方法であつて、

( a )圧電素子の特性を計測して、前記圧電素子の特性を表す圧電素子特性情報を生成する工程と、

( b ) 前記消耗品を格納する消耗品夕ンクを準備する工程と、

( c )前記圧電素子と、前記圧電素子の充電と放電とを行うとともに前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する検出信号生成回路と、不揮発性メモリと、を前記消耗品タンクに装着する工程と、

(c)前記圧電素子特性情報に応じて、前記圧電素子の放電特性を設定する工程と、

( d )前記設定された放電特性を表す設定情報を前記不揮発性メモリに記録する工程と、

を備え、

前記周期は、前記収容された消耗品の残存量が所定量より多いか否かの決定に利用可能であることを特徴とする、製造方法。

1 0. 請求項 9記載の消耗品容器の製造方法であって、

前記工程（a) は、圧電素子の特性を計測して複数のランクに分類する工程を含み、

前記工程（c) は、前記分類されたランクに応じて、前記圧電素子の放電特性を設定する工程を含む、製造方法。

1 1. 収容された消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器を製造する方法であって、

( a ) 前記消耗品を格納する消耗品夕ンクを準備する工程と、

(b)前記消耗品タンクに、圧電素子と不揮発性メモリと前記圧電素子の充放電を行う回路とを装着する工程と、

(c) 前記圧電素子の可変の放電特性を設定する工程と、

(d) 前記計測の可否の判断を行う工程と、

(e) 前記設定された放電特性を前記不揮発性メモリに記録する工程と、を備え、

前記工程（d) は、

(d- 1 ) 前記圧電素子に充電する工程と、 ( d - 2 ) 前記圧電素子から放電する工程と、

( d - 3 )前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する工程と、

( d— 4 )前記検出信号に応じて、前記格納された消耗品の残存量を計測できるか否かの判断を行う工程と、

( d - 5 )前記計測できないとの判断に応じて、前記計測ができないと判断された放電特性とは異なる放電特性に設定するとともに、前記工程（d ) に処理を戻す工程と、

を備え、

前記周期は、前記収容された消耗品の残存量が所定量より多いか否かの決定に利用可能であることを特徴とする、消耗品容器の製造方法。

1 2 . 収容された消耗品の残存量を計測可能な消耗品容器であつて、前記消耗品を格納するとともに圧電素子が装着された消耗品夕ンクと、前記圧電素子の充電と放電とを行うとともに、前記圧電素子の放電後の残留振動の周期を表す情報を含む検出信号を生成する検出信号生成回路と、

前記圧電素子の特性を表す圧電素子特性情報に応じて、前記圧電素子の放電特性を設定するための放電特性設定情報を格納する不揮発性メモリと、

前記圧電素子の充電と放電の制御を行う制御部と、

を備え、

前記周期は、前記格納された消耗品の残存量が所定量よリ多いか否かの決定に利用可能であり、

前記制御部は、前記圧電素子特性情報と前記放電特性設定情報とに応じて、前記圧電素子の放電特性を設定可能であることを特徴とする、消耗品容器。

1 3 . 請求項 1 2記載の消耗品容器であつて、前記圧電素子特性情報は、前記圧電素子の特性の計測に応じて、複数のランクの中から選択されたランクであり、

前記制御部は、前記選択されたランクに応じて、前記圧電素子の放電特性を設定する、消耗品容器。