残量検知センサおよびそれを用いたインクジェットプリンタ
【課題】 残量検知センサおよびそれを用いたインクジェットプリンタにおいて、容器の内容物の残量を高精度に検知することができるようにする。
【解決手段】 サブタンク３の外側に配置してインク２０の残量を検知する残量検知センサ４であって、サブタンク３に対向して配置する検知電極４ａと、検知電極４ａの外周を取り囲む状態で、検知電極４ａと同一平面に配置されたガード電極４ｂと、検知電極４ａに対して少なくとも検知電極４ａを覆う範囲に離間して対向配置され、ガード電極４ｂと同電位とされたガード電極４ｄとを備え、ガード電極４ｂ、４ｄの電位を基準電位として、検知電極４ａで計測される静電容量に基づいて、サブタンク３の内容物の残量を検知できるようにした構成とする。
【解決手段】 サブタンク３の外側に配置してインク２０の残量を検知する残量検知センサ４であって、サブタンク３に対向して配置する検知電極４ａと、検知電極４ａの外周を取り囲む状態で、検知電極４ａと同一平面に配置されたガード電極４ｂと、検知電極４ａに対して少なくとも検知電極４ａを覆う範囲に離間して対向配置され、ガード電極４ｂと同電位とされたガード電極４ｄとを備え、ガード電極４ｂ、４ｄの電位を基準電位として、検知電極４ａで計測される静電容量に基づいて、サブタンク３の内容物の残量を検知できるようにした構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器の内容物の残量を検知するための残量検知センサおよびそれを用いたインクジェットプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、容器に収容された液体、粉体などの内容物の残量を検知するための残量検知センサが種々知られている。
例えば、インクジェットヘッドからインクを吐出して画像記録などを行うインクジェットプリンタでは、インクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクにおけるインク残量をモニタし、残量が少なくなるとインク補給タンクからインクを補給したり、インクタンクが交換式カートリッジの場合にはインクタンクの交換時期が近づいたことを知らせたりするようになっている。そして、静電容量型の残量検知センサをインクタンクの外側に配置してインク残量を検知することが知られている。
例えば、特許文献１には、導電性のインクを貯蔵するインクタンクと、インクタンク内の量、あるいは有無を非接触で検出する電極と、電極間の静電容量を検出する検出回路とを備えたインクジェットプリンタ装置が記載されている。特許文献１の電極は、インクタンクを挟んで互いに対向する配置とされている。
また、特許文献２には、インクカートリッジの外側面に、センサ基板の片面に形成された２つの電極パターンからなる検出用電極を密着し、検出用電極の２つの電極パターンで計測された静電容量に基づいて、インクカートリッジ内のインクの残量に対応した出力電圧を得るようにした残量センサが記載されている。特許文献２の検出用電極は、インクカートリッジの一方の外側面に２個並列に配置した形態と、インクカートリッジを挟んで互いに対向する配置とした形態とが記載されている。
【特許文献１】特開平８−１９７７４９号公報
【特許文献２】特開平９−１６６４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の残量検知センサおよびそれを用いたインクジェットプリンタには、以下のような問題があった。
特許文献１、２に記載の技術では、容器内のインクの残量変化により検出電極間の静電容量が変化することを利用して残量検知を行っているが、容器の外側部に並列された２つの検出電極や、容器を挟む２つの検出電極では、検出電極の周囲に配置された他の導電性構造物や電気回路の影響を受けるため、周囲の環境変化などによって、静電容量が変化して計測誤差や、誤検知が生じてしまうという問題がある。
特に、インクジェットプリンタの場合、検知すべきインク残量の変化によるインクタンクの静電容量の変化は一般に非常に小さいため、これらの外部要因によるノイズが計測精度に与える影響は大きい。
また、インクジェットプリンタのインクタンクは、インクジェットヘッドの吐出制御やインクジェットヘッドの移動機構などを制御する電気回路に近接して配置されたり、記録媒体上で可動に保持されたり、可動部材に近接して配置されたりすることが多いため、これらの外部要因によるノイズの発生量も多くなっている。
さらに、インクジェットプリンタでは、カラー記録のため各色ごとにインクタンクが用意され、それらが並列して配置されているため、異なる色のインクタンクの検出電極同士が近接することになる。このため、隣接する他の残量検知センサの検出電極との間にも、静電容量が形成され、計測誤差を増大させる要因ともなっている。
このような周囲環境の影響を排除するため、残量検知センサとインクタンクとを、静電容量に影響する他の部材、他の残量検知センサなどから隔離して配置することも考えられるが、装置が大型化してしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、容器の内容物の残量を高精度に検知することができる残量検知センサおよびそれを用いたインクジェットプリンタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、容器の外側に配置して前記容器の内容物の残量を検知する残量検知センサであって、前記容器に対向して配置する検知電極と、該検知電極の外周を取り囲む状態で、前記検知電極と同一平面に配置された第１のガード電極と、前記検知電極に対して少なくとも該検知電極を覆う範囲に離間して対向配置され、前記第１のガード電極と同電位とされた第２のガード電極とを備え、前記第１および第２のガード電極の電位を基準電位として、前記検知電極で計測される静電容量に基づいて、前記容器の内容物の残量を検知できるようにした構成とする。
この発明によれば、検知電極が、第１のガード電極に外周を取り囲まれた状態で、容器に対向して配置され、検知電極に対して少なくともこの検知電極を覆う範囲に、第１のガード電極と同電位とされた第２のガード電極が離間して対向配置される。その結果、検知電極の静電容量に対する、検知電極の側方、および第２のガード電極の位置する裏面側の部材配置や外部電界の影響が遮断もしくは低減される。そのため、検知電極の表面近傍に位置する容器および容器内の内容物の静電容量を高精度に検出することができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の残量検知センサにおいて、前記検知電極は、互いに離間した位置に複数設けられ、前記第１のガード電極は、前記複数の検知電極のそれぞれの外周を取り囲む状態とされ、前記複数の検知電極でそれぞれ計測される静電容量に基づいて、前記容器の内容物の残量を複数の段階で検知できるようにした構成とする。
この発明によれば、第１のガード電極が、互いに離間した位置に複数設けられた検知電極のそれぞれの外周を取り囲む状態とされるので、各検知電極が互いの計測に影響を及ぼさない状態となる。そして、各検知電極により、それぞれの配置位置における内容物の残量を検知できるので、内容物の残量を複数の段階で高精度に検知することができる。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の残量検知センサにおいて、前記第１および第２のガード電極と同電位とされ、前記第１および第２のガード電極の少なくともいずれかに対して、前記容器と反対側に離間して対向配置された第３のガード電極と、前記第１のガード電極または前記第２のガード電極と、前記第３のガード電極との間の対向範囲内に、挟まれて配置された参照電極とを備えた構成とする。
この発明によれば、参照電極は、第１および第２のガード電極の少なくともいずれかと、第３のガード電極との間の対向範囲内に挟まれることで、外部電界から遮蔽された状態とされ、検知電極および第１、第２のガード電極とで構成される検知部の側方または裏面側に一体的に配置される。そのため、参照電極の静電容量を計測することで、検知電極とともに参照電極が受ける環境要因の影響、例えば、残量検知センサ近傍の、温度や湿度などによる静電容量の変動を検出することができる。
このため、例えば、参照電極で検出された静電容量の変動を検知電極における静電容量の変動に換算して差分をとるなどして、環境要因によるノイズ成分を除去することが可能となる。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の残量検知センサにおいて、前記参照電極は、前記第１のガード電極と前記第３のガード電極との間の対向範囲内に挟まれて配置され、前記第２のガード電極と同一平面に配置された構成とする。
この発明によれば、参照電極が、第２のガード電極と同一平面に配置されるので、参照電極を第２のガード電極と第３のガード電極との間に配置する場合に比べて、より薄型の残量検知センサを構成することができる。
また、参照電極が、第２のガード電極と同一平面に配置される場合は、参照電極および第２のガード電極を多層プリント基板における同一層の導電パターンとして形成することができるので、層数の少ない多層プリント基板を用いることが可能となる。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、請求項３に記載の残量検知センサにおいて、前記第２のガード電極は、前記検知電極および前記第１のガード電極を覆う範囲に設けられ、前記第３のガード電極は、前記第２のガード電極を覆う範囲に設けられ、前記参照電極は、前記第２のガード電極と前記第３のガード電極との間の対向範囲内に挟まれて配置された構成とする。
この発明によれば、参照電極は、第２および第３のガード電極で挟まれることで、外部電界から遮蔽された状態とされ、検知電極および第１、第２のガード電極とで構成される検知部の裏面に一体的に配置される。そのため、参照電極の静電容量を計測することで、検知電極とともに参照電極が受ける環境要因の影響、例えば、残量検知センサ近傍の、温度や湿度などによる静電容量の変動を検出することができる。
このため、例えば、参照電極で検出された静電容量の変動を検知電極における静電容量の変動に換算して差分をとるなどして、環境要因によるノイズ成分を除去することが可能となる。
その際、第２のガード電極は、検知電極および第１のガード電極を覆う範囲に設けられており、かつ第３のガード電極は、第２のガード電極を覆う範囲に設けられているので、検知電極および参照電極に対する環境要因の影響をより確実に低減することができる。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、請求項１または２に記載の残量検知センサにおいて、前記検知電極、前記第１のガード電極、および前記第２のガード電極は、多層プリント基板の導電パターンとして形成され、前記多層プリント基板上に、前記検知電極の静電容量を計測して残量検知出力を発生する残量検知回路を一体に設けた構成とする。
この発明によれば、多層プリント基板上に、検知電極と第１および第２のガード電極からなるセンサ部と、残量検知回路とを一体に設けるので、検知電極からの配線が短縮され、ノイズに強い残量検出センサを構成することができる。
【００１１】
請求項７に記載の発明では、請求項３〜５のいずれかに記載の残量検知センサにおいて、前記検知電極、前記第１のガード電極、前記第２のガード電極、前記第３のガード電極、および前記参照電極は、多層プリント基板の導電パターンとして形成され、前記多層プリント基板上に、前記検知電極の静電容量を計測して残量検知出力を発生する残量検知回路を一体に設けた構成とする。
この発明によれば、多層プリント基板上の導電パターンとして検知電極、第１のガード電極、第２のガード電極、第３のガード電極、および参照電極を形成するので、検知電極と第１および第２のガード電極からなるセンサ部と、第１ガード電極または第２のガード電極と、第３のガード電極との間に挟まれた参照電極による参照コンデンサとが、一体に形成され、残量検知回路とを一体に設けられるので、検知電極からの配線が短縮され、ノイズに強い残量検出センサを構成することができる。
その際、残量検知回路をΔＣ−Ｖ変換回路で構成する場合に、参照電極によりノイズ、環境変動に強い参照コンデンサを形成することができるため、より高精度かつコンパクトな残量検知センサとすることができる。
【００１２】
請求項８に記載の発明では、インクジェットプリンタにおいて、インクを吐出するインクジェットヘッドと、該インクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクと、該インクタンクの外側に配置された請求項１〜７のいずれかに記載の残量検知センサとを備える構成とする。
この発明によれば、請求項１〜７のいずれかに記載の残量検知センサを備えるので、請求項１〜７のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の残量検知センサおよびそれを用いたインクジェットプリンタによれば、検知電極の静電容量に対する側方および裏面側からの影響を遮断もしくは低減することができるので、検知電極が面する容器の内容物の残量を高精度に検知することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、特に断らない限り、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１５】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサについて、それを用いたインクジェットプリンタとともに説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサを用いたインクジェットプリンタの概略構成を示す模式的な構成説明図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサの配置状態を示す斜視図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサの構成を示す斜視図である。図４は、図２のＡ−Ａ断面図である。図５は、本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサから出力電圧を取り出す残量検知回路の一例を示す回路図である。
【００１６】
本実施形態のインクジェットプリンタ１００は、図１に示すように、記録媒体（不図示）の表面に対して相対移動可能に保持されたキャリッジ１０に収容された、インクジェットヘッド１、サブタンク３（インクタンク）、センサホルダ５、および残量検知センサ４と、サブタンク３にインク２０を供給する主タンク９とを備え、記録媒体に向けてインク滴を吐出して画像記録などを行うものである。
【００１７】
インクジェットヘッド１は、複数のインクノズルが配列されたヘッド面１ａから記録媒体に向けてインク滴を吐出するもので、内部には、特に図示しないが、インク室や、圧電素子を用いたインク吐出機構などの周知の構成を備えている。
そして、インクチューブ２によって、サブタンク３と接続され、サブタンク３からインク２０の供給を受けることができるようになっている。
インクジェットヘッド１は、キャリッジ１０の高さ方向の基準面である底面１０ａから高さｈHの位置に固定されている。
【００１８】
サブタンク３は、インクジェットヘッド１に対して、近接した位置からインク２０を供給するため、一定量のインク２０を内容物として貯留しておく容器である。例えば、厚さ１ｍｍのポリエチレン樹脂などにより外形が直方体状に形成されたものなどを採用することができる。
サブタンク３の上部側には、インク２０を主タンク９から導入するインクチューブ７が接続され、下部側には、貯留されたインク２０をインクジェットヘッド１に供給するインクチューブ２が接続されている。
そして、サブタンク３は、キャリッジ１０内の一定位置に固定されたセンサホルダ５に着脱可能に保持され、装着時にはセンサホルダ５に対して位置決め状態に固定される。
なお、簡単のため、以下の説明および図示ではサブタンク３は１個としているが、カラープリントを行う場合には、インク２０の色数に応じて同様の構成の複数個のものが並列して配置される。
【００１９】
センサホルダ５は、サブタンク３を着脱可能に固定し、キャリッジ１０内の位置決めを行うための保持部材であり、内部には、押圧バネ６に付勢されて装着時のサブタンク３の側面に対して密接される残量検知センサ４が設けられている。
センサホルダ５の装着時の高さは、ヘッド面１ａのインクノズルにおいて所定のメニスカス形状が形成されるように、サブタンク３内のインク液面２０ａがヘッド面１ａより低くなるように設定されている。すなわち、キャリッジ１０の底面１０ａから測った底面１０ａの高さｈiは、ｈi＜ｈHとされている。
【００２０】
残量検知センサ４は、図２に示すように、サブタンク３の側面の外側に配置され、サブタンク３側の静電容量を計測することにより、インク液面２０ａの高さを検出し、サブタンク３内のインク２０の残量を検知するものである。
残量検知センサ４の構成は、図２〜４に示すように、検知電極４ａとガード電極４ｂ（第１のガード電極）とからなる電極パターンと、ガード電極４ｄ（第２のガード電極）とが、厚さｄの誘電体層４ｃを挟んで対向配置されてなり、外形は、サブタンク３の側面の範囲内に収まるＷ1×Ｈ1の矩形状とされている。
本実施形態の残量検知センサ４は、両面プリント基板を用いて構成されている。すなわち、一方の基板面に導電パターンを、検知電極４ａとガード電極４ｂとからなる電極パターンとして形成し、他方の基板面にガード電極４ｄをベタパターンで形成し、プリント基板の基材が、誘電体層４ｃとなるような構成としている。両面プリント基板の材質としては、例えば、ガラスコンポジット基板やガラスエポキシ基板などを採用することができる。
【００２１】
検知電極４ａは、長辺Ｈ2、短辺Ｗ2（ただし、Ｈ2＜Ｈ1、Ｗ2＜Ｗ1）の矩形状の導電層が残量検知センサ４に密接される表面の略中央部に設けられたものであり、不図示の配線により電位検出が可能とされている。そして、検知電極４ａの長辺は、サブタンク３の高さ方向、すなわち、インク液面２０ａが上下する鉛直方向に沿って配置されている。
【００２２】
ガード電極４ｂは、検知電極４ａの外周を取り囲む状態で、検知電極４ａと同一平面上に配置され、残量検知センサ４の外縁、すなわちＷ1×Ｈ1の矩形外形まで延ばされた導電層であり、不図示の配線により接地されている。
ガード電極４ｄは、検知電極４ａおよびガード電極４ｂに対向されて、それぞれを覆って残量検知センサ４の外縁まで延ばされた導電層であり、不図示の配線により接地されている。
このため、図４に示すように、検知電極４ａとガード電極４ｂとの間、および検知電極４ａとガード電極４ｄとの間に、合成静電容量がＣSとなるコンデンサが形成されている。
【００２３】
検知電極４ａに接続された配線、およびガード電極４ｂ、４ｄに接続された接地線は、図１に示すように、検知電極４ａの静電容量を検出して、サブタンク３内の残量を検知する残量検知回路部１１（残量検知回路）に電気的に接続されている。
残量検知回路部１１の回路構成は、検知電極４ａの電位を必要な精度で検出できれば、どのような構成でもよいが、本実施形態では、一例として、図５に示すようなΔＣ−Ｖ変換回路を採用している。
【００２４】
本実施形態の残量検知回路部１１は、検知電極４ａの静電容量とＣSと、既知の静電容量Ｃrefを有する参照コンデンサ３１の静電容量の差分ΔＣを電圧に変換した電圧ＶOUTを出力するものであり、その構成は、正弦波信号を残量検知センサ４、参照コンデンサ３１に加える発振器３０と、それぞれの信号の差分を検出する差動増幅器３２と、差動増幅器３２の出力を整流する整流器３３と、整流器３３で整流された信号を増幅する増幅器３４とからなる。差動増幅器３２は、ＣsとＣrefの両端に発生する電圧振幅差および電圧位相差を比較演算し、差分を出力する一般的な演算増幅器（オペレーショナルアンプ）を採用することができる。
残量検知回路部１１によれば、電圧ＶOUTが、検知電極４ａと参照コンデンサ３１との間の静電容量の差ΔＣに応じて発生する位相差量に対応するため、ＣS＝Ｃrefのとき、ＶOUT＝０となっており、ＶOUTの値を用いてΔＣを算出し、ＣS＝Ｃref＋ΔＣとして、検知電極４ａの静電容量を計測することができる。
本実施形態では、参照コンデンサ３１の静電容量Ｃrefは、サブタンク３においてインク液面２０ａのヘッド面１ａに対する高さ方向の位置が、インクジェットヘッド１のインクノズルに所定のメニスカス形状が形成される最適位置Ｌ２に一致する場合の、検知電極４ａの静電容量ＣS2に等しい値に設定されている。
【００２５】
残量検知回路部１１は、インクチューブ７に接続された汲み上げポンプ８の汲み上げ動作を制御するポンプ駆動制御部１２と電気的に接続されており、出力電圧ＶOUTは、ポンプ駆動制御部１２に送出されるようになっている。
ポンプ駆動制御部１２は、残量検知回路部１１の出力電圧ＶOUTから検知されるインク液面２０ａの位置に応じて、汲み上げポンプ８の駆動、停止、及び汲み上げ量を制御できる。
例えば、本実施形態におけるポンプ駆動制御部１２は、ＶOUTが負の値を示すとき、すなわちインク液面２０ａが最適位置Ｌ２を下回っている場合には、汲み上げポンプ８を駆動し、ＶOUTが０以上を示すとき、すなわちインク液面２０ａが最適位置Ｌ２に達した場合には、汲み上げポンプ８を停止させるよう制御する。従って、インクジェットヘッド１がインク２０を消費してインク液面２０ａが低下した場合に、自動的にインク２０の補充が行われ、インク液面２０ａは常に最適位置Ｌ２に維持される。
【００２６】
主タンク９は、インクジェットヘッド１から吐出されて消費されるインク２０をサブタンク３に補充するためのインク２０を、キャリッジ１０から離れた位置に貯留する容器である。
主タンク９内のインク２０は、汲み上げポンプ８によって汲み上げられ、インクチューブ７を介して、サブタンク３に供給される。
【００２７】
次に、インクジェットプリンタ１００の動作について、残量検知センサ４の残量検知動作を中心に説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサにおける容器内の液面位置と、検知電極の静電容量との関係を示す模式的なグラフである。横軸は液面位置、縦軸は検出される静電容量を示す。図７（ａ）は、本発明の実施形態に係る残量検知センサが感知する静電容量の範囲を説明するための概念図である。図７（ｂ）は、従来技術に係る残量検知センサが感知する静電容量の範囲を説明するための概念図である。
【００２８】
残量検知センサ４では、検知電極４ａの周囲に、接地されたガード電極４ｂが配置され、検知電極４ａ、ガード電極４ｂにそれぞれ対向して、ガード電極４ｂを覆う範囲に、接地されたガード電極４ｄが配置されている。
このため、検知電極４ａのガード電極４ｄ側の静電容量は一定であり、ガード電極４ｄの外方の電界はシールドされている。
したがって、検知電極４ａの静電容量は、例えば、キャリッジ１０の移動や他の可動部材などによってガード電極４ｄの外方の部材に対する位置関係が変化しても、影響を受けることがない。また、ガード電極４ｄの外方側に近接して電気回路が設けられていても、その電気回路で発生する電界の影響は遮断もしくは低減される。
一方、検知電極４ａは、サブタンク３側の空間では、サブタンク３およびサブタンク３内のインク２０とを介してガード電極４ｂに隣接している。
そのため、残量検知センサ４では、検知電極４ａの静電容量は、図７（ａ）において二点鎖線で示す領域Ｐのような、検知電極４ａの表面近傍のサブタンク３側の空間の誘電体の変化のみに影響される。
したがって、種々のノイズの影響が低減され、検知電極４ａの近傍の静電容量を高精度に測定することができる。
【００２９】
例えば、図７（ｂ）に示す従来技術の比較例のように、サブタンク３の側面に、接地された基準電極５０ｂと、検知電極５０ａとを高さ方向に配置して、検知電極５０ａの静電容量ＣSを計測するような場合、検知電極５０ａの静電容量は、周囲の略すべての方向の誘電体の影響を受ける。そのため、領域Ｑの範囲に示すように、サブタンク３およびその内部の誘電体と同程度に、サブタンク３の外部側の誘電体の影響も受けてしまう。
その結果、本実施形態の場合と異なり、例えば、キャリッジ１０の移動や他の可動部材などによって検知電極５０ａの外方の部材に対する位置関係が変化すると、検知電極５０ａの静電容量が変化してしまう。また、検知電極５０ａは、外方の電界がシールドされていないので、近傍に配置された電気回路の電界などの影響も受けてしまう。
【００３０】
そこで、図４に示すように、サブタンク３内で、検知電極４ａの長辺の高さ範囲に略相当する高さＬ１から高さＬ３（Ｌ３＞Ｌ１）まで変化すると、インク液面２０ａの上昇に応じて静電容量が増大する。例えば、図６に示す曲線２００のように、インク液面２０ａが、Ｌ１〜Ｌ２〜Ｌ３まで変化する間に、静電容量が、ＣS１〜ＣS２〜ＣS３のように、略直線的に単調に増加する。
具体的な数値例を挙げると、例えば、誘電体層４ｃがｄ＝１ｍｍの樹脂含浸ガラス繊維からなり、検知電極４ａ、ガード電極４ｂ、４ｄがそれぞれ厚さ３５μｍの銅箔で形成され、外形がＷ1×Ｈ1＝５０ｍｍ×５０ｍｍで、その中央位置（すなわち、図３でａ＝１６ｍｍ、ｂ＝５ｍｍ）に、Ｗ2×Ｈ2＝１６ｍｍ×３８ｍｍの検知電極４ａを設けてなる残量検知センサ４であって、サブタンク３が肉厚１ｍｍのポリエチレン製の肉厚１ｍｍで、内容物が水性インクであるような場合、残量検知センサ４が検出する静電容量の範囲は、例えば、ＣS１＝４８ｐＦ〜ＣS３＝５５ｐＦのような範囲となる。
【００３１】
本実施形態の残量検知センサ４では、このようなインク液面２０ａの高さに対応する検知電極４ａの静電容量の変化を残量検知回路部１１の出力電圧ＶOUTとして検知することができ、ポンプ駆動制御部１２によって、出力電圧ＶOUTが一定となるように、汲み上げポンプ８を駆動し、サブタンク３内のインク液面２０ａの高さが最適位置Ｌ２となるように制御することができる。
このとき、インクジェットヘッド１から吐出されるインク２０の量はきわめて微量であり、インク液面２０ｂの変動による静電容量の変化もまたきわめて小さいが、本実施形態では、計測ノイズを低減することができるので、正確な液面制御を行うことができる。
このため、インクジェットヘッド１によってインク２０が消費されても、サブタンク３のインク液面２０ａの高さをＬ２に安定させることができる。その結果、良好なインクジェットヘッド１のインクノズルに安定したメニスカスを形成することができ、良好な画像記録を行うことができる。
【００３２】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る残量検知センサについて説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態に係る残量検知センサの構成を示す斜視図である。図９は、本発明の第２の実施形態に係る残量検知センサの配置状態を示す側面視の断面図である。図１０（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る残量検知センサにおける容器内の液面位置と、検知電極の静電容量との関係を示す模式的なグラフである。横軸は液面位置、縦軸は検出される静電容量を示す。
【００３３】
本実施形態の残量検知センサ４Ａは、図８、９に示すように、上記第１の実施形態の残量検知センサ４の検知電極４ａに代えて、検知電極４０ａ、４０ｂを、ガード電極４ｂに代えて、ガード電極４０ｃ（第２のガード電極）を備える。
残量検知センサ４Ａは、図１に示すように、例えば、上記第１の実施形態のインクジェットプリンタ１００において、主タンク９の側面の外側に配置され、主タンク９側の静電容量を計測することにより、インク液面２０ｂの高さが所定範囲内にあるかどうかを検知することにより、主タンク９内のインク２０の残量を検知するものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００３４】
検知電極４０ａ、４０ｂは、それぞれ長辺Ｗ3、短辺Ｈ3の矩形状の導電層が距離Ｈ４を空けて（ただし、２・Ｈ3＋Ｈ4＜Ｈ1、Ｗ3＜Ｗ1）並列された状態で残量検知センサ４に密接される表面に設けられたものであり、不図示の配線により電位検出が可能とされている。そして、検知電極４０ａ、４０ｂの短辺は、例えば主タンク９などの残量検知対象の高さ方向、すなわち、インク液面２０ｂが上下する鉛直方向に沿って配置されている（図９参照）。
【００３５】
ガード電極４０ｃは、検知電極４０ａ、４０ｂのそれぞれの外周を取り囲む状態で、検知電極４０ａ、４０ｂと同一平面上に配置され、残量検知センサ４Ａの外縁、すなわちＷ1×Ｈ1の矩形外形まで延ばされた導電層であり、不図示の配線により接地されている。
このため、図９に示すように、検知電極４０ａ、４０ｂと、ガード電極４０ｃおよびガード電極４ｄとの間には、それぞれ合成静電容量がＣa、Ｃbとなるコンデンサが形成されている。
それぞれの静電容量Ｃa、Ｃbは、上記第１の実施形態の残量検知回路部１１と同様の電気回路によって計測することができる。
【００３６】
このような構成の残量検知センサ４Ａは、上記第１の実施形態の残量検知センサ４を上下方向に並列して一体化したのと同様な構成となっている。
したがって、上記第１の実施形態の検知電極４ａと同様に、検知電極４０ａ（４０ｂ）の静電容量は、図９において二点鎖線で示す領域Ｐa（Ｐb）のような、検知電極４０ａ（４０ｂ）の表面近傍のサブタンク３側の空間の誘電体の変化のみに影響される。
そのため、インク液面２０ｂが、検知電極４０ａの下端および上端位置近傍の高さをＬ１、Ｌ２とし、検知電極４０ｂの下端および上端位置近傍の高さをＬ３、Ｌ４としたとき、検知電極４０ａ、４０ｂの静電容量の変化は、図１０（ａ）、（ｂ）の曲線２０１，２０２にそれぞれ示すような変化を示す。
すなわち、検知電極４０ｂの静電容量は、インク液面２０ｂが高さＬ３より小さい場合は、インク２０が領域Ｐbに入らないため相対的に小さな値Ｃb１が計測され、インク液面２０ｂが高さＬ３〜Ｌ４の間では、インク液面２０ｂの高さに応じてＣb１からＣb２まで略直線的に増大する。そして、インク液面２０ｂが高さＬ４以上では、検知電極４０ｂの検知範囲すべてにインク２０が満たされるため、一定値Ｃｂ２が計測される。
同様に、検知電極４０ａの静電容量は、インク液面２０ｂの高さがＬ１からＬ２の間で、Ｃa１からＣa２まで略直線的に増大し、高さＬ２以上で一定値Ｃa２が計測される。
【００３７】
したがって、残量検知センサ４Ａによれば、検知電極４０ｂ、４０ａの静電容量の大きさを解析することで、インク液面２０ｂが、検知電極４０ｂ、４０ａの高さ方向の配置位置に対応した４つの高さＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４に対する位置関係を検知することができる。例えば、それぞれの静電容量がＣb１、Ｃa２である場合には、インク液面２０ｂが高さＬ２〜Ｌ３の間にあることを検知することができる。
また、特に、高さＬ１〜Ｌ２の範囲、および高さＬ３〜Ｌ４の範囲では、それぞれ検知電極４０ｂ、４０ａの静電容量によって、インク液面２０ｂの高さを計測することができる。
その際、上記第１の実施形態と同様に、種々のノイズの影響が低減されるので検知電極４０ａ、４０ｂの近傍の静電容量を高精度に測定することができる。
【００３８】
残量検知センサ４Ａは、単体で、複数の検知電極を備えるので、例えば、主タンク９インク液面２０ｂを検知して、主タンク９内のインク２０の残量が一定量の範囲にあるかどうかを単体で確実に検知することができる。そして、インク液面２０ｂの液面が、Ｌ２より低下したときに、低下量を正確に検知することができるので、その検知出力を用いて、インク残量を表示したり、インク補給を促す警告表示を行ったりすることができる。
また、インク２０を主タンク９に補給する場合に、インク液面２０ｂの高さを検知して、補給量の限度が近づいたことを警告することができる。
【００３９】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る残量検知センサについて説明する。
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。図１２は、本発明の第３の実施形態に係る残量検知センサの構成を示す側面視の断面図である。
【００４０】
本実施形態の残量検知センサ４Ｂは、図１１、１２に示すように、上記第１の実施形態の残量検知センサ４と同様に構成された検知部４１Ａに加えて、ガード電極４１ｅ（第３のガード電極）、参照電極４１ａ、および誘電体層４１ｂを追加したものである。
ガード電極４１ｅは、ガード電極４ｄと同形状、同材質の導電層であり、ガード電極４ｄに対して検知電極４ａと反対側に対向配置され、不図示の配線により接地されている。
ガード電極４ｄとガード電極４１ｅとの間には、誘電体層４ｃと同材質の誘電体層４１ｂが配置されている。
参照電極４１ａは、ガード電極４ｄ、４１ｅよりも小さな面積を有する導電層からなり、誘電体層４１ｂ中に、ガード電極４ｄ、４１ｅの離間方向の中間位置、かつそれらの面方向の略中央部に配置され、不図示の配線により電位検出が可能となっている。
参照電極４１ａの面積、ガード電極４ｄ、４１ｅの離間距離などは、参照電極４１ａの静電容量が一定値Ｃrefとなるように設定される。
【００４１】
このように、残量検知センサ４Ｂは、周囲の誘電体に応じて静電容量ＣSを示すコンデンサである検知部４１Ａと、一定の静電容量Ｃrefを有するコンデンサである参照部４１Ｂとが、層状に一体に形成されたものである。
したがって、本実施形態の残量検知センサ４Ｂは、検知電極４ａ、ガード電極４ｂ、ガード電極４ｄ、４１ｅをそれぞれ電極パターンとする多層プリント基板によって構成することができる。この場合、誘電体層４１ｂは、多層プリント基板の基材によって形成される。
【００４２】
このような構成の残量検知センサ４Ｂによれば、参照部４１Ｂは、検知部４１Ａと一体化されるとともに、検知部４１Ａと同様な材質で形成されたコンデンサとなる。そのため、静電容量Ｃrefは、参照電極４１ａの面積や、誘電体層４１ｂの厚さなどをアナログ的に少し変えるだけで、検知部４１Ａの静電容量ＣSと同オーダーに形成することができる。
【００４３】
そのため、例えば、検知電極４ａをサブタンク３の検知位置に配置してインク液面２０ａが最適の高さとなるときの静電容量を実験などで求め、その実測値と正確に一致する値に設定することもきわめて容易である。
このように設定された参照部４１Ｂは、上記第１の実施形態の残量検知回路部１１の参照コンデンサ３１の代わりに用いることができる。
この場合、参照部４１Ｂは、検知部４１Ａと一体化され、同材質から構成されているから、環境条件の変化、例えば温度や湿度などの変化があって静電容量が変化する場合に検知部４１Ａと同様に変化することになる。その結果、環境条件が変化しても、それらの差分であるΔＣは、環境条件の影響がキャンセルされた状態で取得され、高精度な計測を行うことができる。
これに対して、第１の実施形態のように、残量検知センサ４と離れた位置に配置され、残量検知センサ４と異なる構成を有する参照コンデンサ３１を用いる場合、仮に、Ｃrefの値を最適状態のＣSの値に正確に一致して競ってできたとしても、環境条件が変わると、それぞれ材質や構成が異なる残量検知センサ４と参照コンデンサ３１とでは、静電容量がそれぞれ独立に変化してしまう。その結果、ΔＣの検出誤差は、本実施形態の残量検知センサ４Ｂを用いる場合に比べて大きくなるものである。
【００４４】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
図１３は、本発明の第３の実施形態の変形例の残量検知センサの概略構成を示す模式的な斜視図である。
【００４５】
本変形例の残量検知センサ４Ｃは、多層プリント基板上の一部に上記第３の実施形態の残量検知センサ４Ｂと同様の構成のセンサ部４２を設け、センサ部４２に隣接する側方の基板上に、残量検知回路部４３（残量検知回路）を設けたものである。
残量検知回路部４３は、上記第１の実施形態の残量検知回路部１１において、参照コンデンサ３１として、参照部４１Ｂを用いた構成を採用することができる。
このような本変形例の残量検知センサ４Ｃによれば、残量検知回路部４３が、センサ部４２と近接して一体化されるので、検知電極４ａ、参照電極４１ａから残量検知回路部４３までの配線を短縮し、かつ多層基板の配線パターンを利用して容易にシールドすることができる、配線を通した信号劣化、ノイズ混入を低減することができる。
そのため、上記第１、第３の実施形態に述べた作用効果と相俟って、より高精度かつコンパクトな残量検知センサとすることができる。
【００４６】
ここで、残量検知回路部４３の配置位置は、検知電極４ａ、および参照電極４１ａの静電容量に影響しない位置であれば、いずれの位置に配置してもよいが、本変形例では、センサ部４２の側方において、ガード電極４ｄに対して検知電極４ａと反対側の基板層に形成するようにしている。
この場合、ガード電極４ｄにより、検知電極４ａに対する残量検知回路部４３の電界の影響を遮断することができる。
【００４７】
上記第３の実施形態の残量検知センサ４Ｃは、検知電極４ａおよびガード電極４ｂの背後（容器と反対側）にガード電極４ｄを配置し、その背後にさらに、参照電極４１ａおよびガード電極４１ｅを配置した、４層構造の残量検知センサの例になっている。
すなわち、第１および第２のガード電極と同電位とされ、第２のガード電極に対して、容器と反対側に離間して対向配置された第３のガード電極と、第２のガード電極と、第３のガード電極との間の対向範囲内に、挟まれて配置された参照電極とを備えた残量検知センサの例になっている。そして、参照電極が検知電極および第１、第２のガード電極とで構成される検知部の裏面側に一体的に配置されることで、参照電極が検知電極とほぼ同じ環境条件となるように一体化されているものである。
なお、多層プリント基板の場合、一般に誘電層４１ｂは参照電極４１ｂに沿う薄層の接合層を介して接合されるが、図１２は模式図のため、接合層の図示を省略している（以下の断面図も同様）。
【００４８】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る残量検知センサについて説明する。
図１４は、本発明の第４の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。図１５は、本発明の第４の実施形態に係る残量検知センサの図１４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００４９】
本実施形態の残量検知センサ４Ｄは、図１４、１５に示すように、上記第３の実施形態の残量検知センサ４Ｃのガード電極４ｂ、４ｄ、参照電極４１ａに代えて、それぞれ、ガード電極４４ｂ（第１のガード電極）、ガード電極４４ｄ（第２のガード電極）、参照電極４４ｅを備えたものである。以下、上記各実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５０】
ガード電極４４ｂは、上記第３の実施形態のガード電極４ｂの開口部を検知電極４ａの短辺方向にずらしたもので、外形はガード電極４ｂと同一の大きさである。そして、ガード電極４４ｂは、検知電極４ａと同一平面で、検知電極４ａの外周を取り囲むように設けられている。
検知電極４ａの背後およびガード電極４４ｂの背後（容器と反対側）には、それぞれ誘電体層４ｃを挟んで、ガード電極４４ｄおよび参照電極４４ｅが配置されている。
ここで、検知電極４ａは、ガード電極４４ｂの中心から外れた位置に配置されており、ガード電極４４ｄは、検知電極４ａの背後にあって少なくとも検知電極４ａを覆う範囲に配置されている。
【００５１】
また、参照電極４４ｅは、ガード電極４ｂと同方向に延びる長方形に形成されており、ガード電極４４ｂで覆われる大きさに設けられている。そして、ガード電極４４ｄの側方に平行に配置されている。
【００５２】
また、参照電極４４ｅの背後の少なくとも参照電極４４ｅを覆う範囲に、誘電体層４１ｂを挟んで、参照電極４４ｅと平行に対向するようにガード電極４１ｅが配置されている。このため、本実施形態では、ガード電極４１ｅは、ガード電極４４ｄをも完全に覆っている。
したがって、残量検知センサ４Ｄの外形は、サブタンク３の側面の範囲内に収まるＷ1×Ｈ1の矩形状とされている。
【００５３】
本実施形態の残量検知センサ４Ｄは、３層の多層プリント基板を用いて構成されている。すなわち、第１層の導電パターンにより、検知電極４ａとガード電極４４ｂとが構成され、第２層の導電パターンにより、ガード電極４４ｄと参照電極４４ｅとが構成され、第３層の導電パターン（ベタパターン）によりガード電極４１ｅが構成されている。
また、誘電体層４ｃは、第１層の導電パターンと第２層の導電パターン間の絶縁層により構成され、誘電体層４１ｂは、第２層の導電パターンと第３層の導電パターン間の絶縁層により構成されている。
【００５４】
なお、残量検知センサ４Ｄの構成は、１つの多層プリント基板による構成には限定されない。例えば、片面プリント基板と両面プリント基板を接着剤で貼り合わせることにより、３つの導電パターン層を有する積層構造を形成して、残量検知センサ４Ｄを構成してもよい。
【００５５】
ガード電極４４ｂ、４４ｄ、４１ｅは、不図示の配線によりそれぞれ接地され、同電位とされている。そして、図１５に示すように、検知電極４ａとガード電極４４ｂとの間、および検知電極４ａとガード電極４４ｄとの間に、合成静電容量がＣSとなるコンデンサが形成されている。また、参照電極４４ｅとガード電極４４ｂとの間、および、参照電極４４ｅとガード電極４１ｅとの間に、合成静電容量がＣrefとなる参照コンデンサが形成されている。
【００５６】
検知電極４ａに接続された配線、参照電極４４ｅに接続された配線、およびガード電極４４ｂ、４４ｄ、４１ｅに接続された接地線は、検知電極４ａの静電容量を検出して、サブタンク３内の残量を検知する残量検知回路（不図示）に電気的に接続されている。
【００５７】
なお、参照電極４４ｅの面積、ガード電極４４ｄ、４１ｅの離間距離などは、参照電極４４ｅの静電容量が一定値Ｃrefとなるように設定される。
【００５８】
このように、残量検知センサ４Ｄは、周囲の誘電体に応じて静電容量ＣSを示すコンデンサである検知部４４Ａと、一定の静電容量Ｃrefを有するコンデンサである参照部４４Ｂとが一体に形成されたものである。すなわち、検知部４４Ａと一体になった参照部４４Ｂは、検知部４４Ａと同様な材質で形成されたコンデンサとなる。そのため、静電容量Ｃrefは、参照電極４４ｅの面積や、誘電体層４ｃ、４１ｂの厚さなどをアナログ的に少し変えるだけで、検知部４４Ａの静電容量ＣSと同オーダーに形成することができる。
【００５９】
したがって、例えば、検知電極４４ａをサブタンク３の検知位置に配置してインク液面２０ａが最適の高さとなるときの静電容量を実験などで求め、その実測値と正確に一致する値に設定することもきわめて容易である。
このように設定された参照部４４Ｂは、上記第１の実施形態の残量検知回路部１１の参照コンデンサ３１の代わりに用いることができ、第３の実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、ガード電極４４ｄと参照電極４４ｅとを同一平面内に設けていることから、検知電極４ａ、ガード電極４４ｂ、４４ｄ、４１ｅ、および参照電極４４ｅを多層プリント基板の導電パターンで構成する場合に、ガード電極４４ｄと参照電極４４ｅを、同一層の導電パターンで構成することができ、従って、多層プリント基板の層数の減少を図ることができる。
【００６０】
残量検知センサ４Ｄの残量検知精度の環境条件による影響を低減するには、検知部４４Ａと参照部４４Ｂとが、略同一の環境条件に置かれることが好ましい。
そのためには、参照電極４４ｅの幅Ｗ1方向の位置は、検知電極４ａとガード電極４４ｄとで構成されるコンデンサの影響を受けない程度に、検知電極４ａに近接された位置とすることが好ましい。また、参照電極４ｅの長辺方向の長さは、ガード電極４ｂと同程度の長さであることが好ましい。
【００６１】
上記第４の実施形態の残量検知センサ４Ｄは、検知電極４ａの背後にガード電極４４ｄを配置し、ガード電極４４ｂに対向し、ガード電極４４ｄの側方の同一平面位置に参照電極４４ｅを配置した、３層構造の残量検知センサの例になっている。
すなわち、第１および第２のガード電極と同電位とされ、第１のガード電極に対して、容器と反対側に離間して対向配置された第３のガード電極と、第１のガード電極と、第３のガード電極との間の対向範囲内に、挟まれて配置された参照電極とを備えた残量検知センサの例になっている。そして、参照電極が検知電極および第１、第２のガード電極とで構成される検知部の側方に一体的に配置されることで、参照電極が検知電極とほぼ同じ環境条件となるように一体化されているものである。
【００６２】
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態に係る残量検知センサについて説明する。
図１６は、本発明の第５の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。図１７は、本発明の第５の実施形態に係る残量検知センサの図１６のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【００６３】
本実施形態の残量検知センサ４Ｅは、図１６、１７に示すように、一般に広く普及している４層プリント基板で、上記第４の実施形態と同様の構成のセンサ部４５Ａと、残量検知回路部４５Ｂとを一体に構成したものである。ここで、センサ部４５Ａの構成は、第４の実施形態の残量検知センサ４Ｄと全く同様であるので説明を省略する。
【００６４】
すなわち、図１７に示すように、本実施形態の残量検知センサ４Ｅは、４層プリント基板の導体パターンの第１層〜第３層目によって、センサ部４５Ａの検知電極４ａ、ガード電極４４ｂ、４４ｄ、４４ｅ、４１ｅを形成し、第４層目の導電パターン４５ｈを、検知回路部４５Ｂを構成するためのプリント配線に用いる。そして、導電パターン４５ｈに回路部品４５ｉを実装して、例えば、スルーホール４５ｊなどによってセンサ部４５Ａ側と検知回路部４５Ｂ側を結線することにより、センサ部４５Ａと検知回路部４５Ｂとを、略同一の面積範囲において積層して一体化したものである。このように構成することにより、図１３に示すようにプリント基板を延長して残量検知回路部４３を構成する必要がなくなるので、プリント基板の投影面積が低減され、コンパクトで安価な構造とすることができる。
【００６５】
［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態に係る残量検知センサについて説明する。
図１８は、本発明の第６の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。図１９は、本発明の第６の実施形態に係る残量検知センサの図１８のＤ―Ｄ線に沿う断面図である。
【００６６】
本実施形態の残量検知センサ４Ｆは、図１８、１９に示すように、上記第４の実施形態の残量検知センサ４Ｄにおいて、ガード電極４４ｂに代えて、ガード電極４ｂ（第１のガード電極）を備え、参照電極４４ｅに代えて、一対の参照電極４６ｅを備えるようにしたものである。以下では、上記の各実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６７】
残量検知センサ４Ｆでは、検知電極４ａは、第１の実施形態と同様に、ガード電極４ｂの幅方向の中心部に配置されている。また、検知電極４ａの背後（容器と反対側）には、上記第４の実施形態と同様に、誘電体層４ｃを挟んでガード電極４４ｄを配置している。
そして、検知電極４ａをガード電極４ｂの中央に配置することで、ガード電極４４ｄの両側方に形成されているスペースにおいて、ガード電極４ｂの背後でガード電極４ｂに覆われる範囲に、誘電体層４ｃを挟んで２つの参照電極４６ｅが配置されている。また、各参照電極４６ｅおよびガード電極４４ｄの背後には、誘電体層４１ｂを挟んでガード電極４１ｅが配置されている。
【００６８】
参照電極４６ｅは、第４実施形態の参照電極４４ｅを、幅方向に２分割した寸法のものであり、不図示の配線により、互いに同電位に設けられている。
また、ガード電極４ｂ、４４ｄ、４１ｅは、不図示の配線によりそれぞれ接地され、同電位とされている。そして、図１９に示すように、検知電極４ａとガード電極４ｂとの間、および検知電極４ａとガード電極４４ｄとの間に、合成静電容量がＣSとなるコンデンサが形成されている。また、各参照電極４６ｅとガード電極４ｂとの間、および、各参照電極４６ｅとガード電極４１ｅとの間に、合成静電容量がＣrefとなる参照コンデンサが形成されている。
【００６９】
このような残量検知センサ４Ｆによれば、第４の実施形態の検知部４４Ａと同様な静電容量を有する検知部４６Ａが形成され、第４の実施形態の参照部４４Ｂと同様な静電容量を有する参照コンデンサである参照部４６Ｂが、検知部４６Ａの両側方に形成される。
このため、第４の実施形態と同様にして残量検知の計測を行うことができる。
その際、参照部４６Ｂが検知部４６Ａの両側方に設けられていることにより、検知電極４ａの短手方向の両側方における環境条件の影響が、それぞれの参照部４６Ｂにも略同様に及ぶことから、検知部４６Ａの両側方側で、環境条件が異なることがあっても、残量検知の検知精度への影響を低減することが可能となる。そのため、高精度の残量検知を行うことができる。
【００７０】
［第７の実施形態］
本発明の第７の実施形態に係る残量検知センサについて説明する。
図２０は、本発明の第７の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。図２１は、本発明の第７の実施形態に係る残量検知センサの図２０のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【００７１】
本実施形態の残量検知センサ４Ｇは、図２０、２１に示すように、上記第６の実施形態の残量検知センサ４Ｆの一対の参照電極４６ｅに代えて、ガード電極４４ｄの外周を囲む矩形ループ状の参照電極４７ｅを備えるものである。以下、上記第６の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７２】
参照電極４７ｅは、対向位置のガード電極４ｂ、４１ｅとの間に形成される合成静電容量が、第６実施形態の一対の参照電極４６ｅと同じ静電容量Ｃrefとなるように形成され、これにより、検知部４６Ａと同様な検知部４７Ａを外周側で取り囲むような参照部４７Ｂが形成されている。
このため、第６の実施形態と同様にして残量検知の計測を行うことができる。
その際、参照部４７Ｂは検知部４７Ａの外周側を囲んでいるので、検知電極４ａの外周部に環境条件の影響が、参照部４６Ｂにも略同様に及ぶことから、検知部４７Ａの外周部で、環境条件が異なることがあっても、残量検知の検知精度への影響を低減することが可能となる。そのため、高精度の残量検知を行うことができる。
【００７３】
なお、上記の各実施形態、変形例に記載された構成要素は、技術的に可能であれば、本発明の技術的思想の範囲内で適宜組み合わせて実施することができる。
例えば、第１の実施形態の残量検知センサ４を、主タンク９のインク残量を検知するために用いてもよい。
また、残量検知センサ４を多層プリント基板で構成したり、さらに、同一基板上に残量検知回路部１１を設けたりしてもよい。この参照コンデンサ３１は、残量検知センサ４の構成と異なるため環境変動の影響は異なるが、配線が短くなるためノイズに残量検知センサとなる。
また、上記第１の実施形態のインクジェットプリンタ１００の残量検知センサ４に代えて、上記第４〜第７の実施形態の残量検知センサ４Ｄ、４Ｅ、４Ｆ、４Ｇを用いることができる。またこれらの各電極配置の構成は、上記第２の実施形態の残量検知センサ４Ａに対しても適用することができる。
【００７４】
また、上記の第３〜第７の実施形態の説明では、導電パターンの層数を最小にするために、３層の多層プリント基板を用いて、残量検知センサ４Ｄ、４Ｅ、４Ｆ、４Ｇを構成した場合の例で説明したが、より多層に導電パターンを設けることができる場合には、第２のガード電極と参照電極とは、必ずしも同一平面内に配列しなくともよい。
この場合、第２のガード電極の位置や、誘電層の誘電率の違いなどに応じて、参照部のそれぞれの静電容量は変化する可能性があるが、その場合には、第２のガード電極の面積などを適宜設定することにより、合成静電容量を、上記各実施形態と同様なＣrefにすることは容易である。
【００７５】
また、上記の説明では、残量検知センサは、インクジェットプリンタに用いた場合の例で説明したが、これは一例であって、容器の内容物の残量が、静電容量の変化によって検出可能であれば、どのような目的の装置の容器の内容物の残量検出に用いてもよい。
【００７６】
また、上記の説明では、容器の内容物が液体の場合の例で説明したが、液体に限定されるものではなく、例えば粉体などの残量検知に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサを用いたインクジェットプリンタの概略構成を示す模式的な構成説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサの配置状態を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサの構成を示す斜視図である。
【図４】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサから出力電圧を取り出す残量検知回路の一例を示す回路図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサにおける容器内の液面位置と、検知電極の静電容量との関係を示す模式的なグラフである。
【図７】本発明の実施形態に係る残量検知センサおよび従来技術に係る残量検知センサが感知する静電容量の範囲を説明するための概念図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る残量検知センサの構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る残量検知センサの配置状態を示す側面視の断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る残量検知センサにおける容器内の液面位置と、検知電極の静電容量との関係を示す模式的なグラフである。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る残量検知センサの構成を示す側面視の断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態の変形例の残量検知センサの概略構成を示す模式的な斜視図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る残量検知センサの図１４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態に係る残量検知センサの図１６のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１８】本発明の第６の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。
【図１９】本発明の第６の実施形態に係る残量検知センサの図１８のＤ―Ｄ線に沿う断面図である。
【図２０】本発明の第７の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。
【図２１】本発明の第７の実施形態に係る残量検知センサの図２０のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１ インクジェットヘッド
３ サブタンク（インクタンク、容器）
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ 残量検知センサ
４ａ、４０ａ、４０ｂ 検知電極
４ｂ、４０ｃ、４４ｂ ガード電極（第１のガード電極）
４ｃ、４１ｂ 誘電体層
４ｄ、４４ｄ ガード電極（第２のガード電極）
５ センサホルダ
６ 押圧バネ
８ 汲み上げポンプ
９ 主タンク（インクタンク、容器）
１０ キャリッジ
１１、４３、４５Ｂ 残量検知回路部（残量検知回路）
１２ ポンプ駆動制御部
２０ インク（容器の内容物）
２０ａ、２０ｂ インク液面
３１ 参照コンデンサ
４１ａ、４４ｅ、４６ｅ、４７ｅ 参照電極
４１ｅ ガード電極（第３のガード電極）
４１Ａ、４４Ａ、４６Ａ、４７Ａ 検知部
４1Ｂ、４４Ｂ、４６Ｂ、４７Ｂ 参照部
４２ センサ部
１００ インクジェットプリンタ
ＶOUT 出力電圧（残量検知出力）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器の内容物の残量を検知するための残量検知センサおよびそれを用いたインクジェットプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、容器に収容された液体、粉体などの内容物の残量を検知するための残量検知センサが種々知られている。
例えば、インクジェットヘッドからインクを吐出して画像記録などを行うインクジェットプリンタでは、インクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクにおけるインク残量をモニタし、残量が少なくなるとインク補給タンクからインクを補給したり、インクタンクが交換式カートリッジの場合にはインクタンクの交換時期が近づいたことを知らせたりするようになっている。そして、静電容量型の残量検知センサをインクタンクの外側に配置してインク残量を検知することが知られている。
例えば、特許文献１には、導電性のインクを貯蔵するインクタンクと、インクタンク内の量、あるいは有無を非接触で検出する電極と、電極間の静電容量を検出する検出回路とを備えたインクジェットプリンタ装置が記載されている。特許文献１の電極は、インクタンクを挟んで互いに対向する配置とされている。
また、特許文献２には、インクカートリッジの外側面に、センサ基板の片面に形成された２つの電極パターンからなる検出用電極を密着し、検出用電極の２つの電極パターンで計測された静電容量に基づいて、インクカートリッジ内のインクの残量に対応した出力電圧を得るようにした残量センサが記載されている。特許文献２の検出用電極は、インクカートリッジの一方の外側面に２個並列に配置した形態と、インクカートリッジを挟んで互いに対向する配置とした形態とが記載されている。
【特許文献１】特開平８−１９７７４９号公報
【特許文献２】特開平９−１６６４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の残量検知センサおよびそれを用いたインクジェットプリンタには、以下のような問題があった。
特許文献１、２に記載の技術では、容器内のインクの残量変化により検出電極間の静電容量が変化することを利用して残量検知を行っているが、容器の外側部に並列された２つの検出電極や、容器を挟む２つの検出電極では、検出電極の周囲に配置された他の導電性構造物や電気回路の影響を受けるため、周囲の環境変化などによって、静電容量が変化して計測誤差や、誤検知が生じてしまうという問題がある。
特に、インクジェットプリンタの場合、検知すべきインク残量の変化によるインクタンクの静電容量の変化は一般に非常に小さいため、これらの外部要因によるノイズが計測精度に与える影響は大きい。
また、インクジェットプリンタのインクタンクは、インクジェットヘッドの吐出制御やインクジェットヘッドの移動機構などを制御する電気回路に近接して配置されたり、記録媒体上で可動に保持されたり、可動部材に近接して配置されたりすることが多いため、これらの外部要因によるノイズの発生量も多くなっている。
さらに、インクジェットプリンタでは、カラー記録のため各色ごとにインクタンクが用意され、それらが並列して配置されているため、異なる色のインクタンクの検出電極同士が近接することになる。このため、隣接する他の残量検知センサの検出電極との間にも、静電容量が形成され、計測誤差を増大させる要因ともなっている。
このような周囲環境の影響を排除するため、残量検知センサとインクタンクとを、静電容量に影響する他の部材、他の残量検知センサなどから隔離して配置することも考えられるが、装置が大型化してしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、容器の内容物の残量を高精度に検知することができる残量検知センサおよびそれを用いたインクジェットプリンタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、容器の外側に配置して前記容器の内容物の残量を検知する残量検知センサであって、前記容器に対向して配置する検知電極と、該検知電極の外周を取り囲む状態で、前記検知電極と同一平面に配置された第１のガード電極と、前記検知電極に対して少なくとも該検知電極を覆う範囲に離間して対向配置され、前記第１のガード電極と同電位とされた第２のガード電極とを備え、前記第１および第２のガード電極の電位を基準電位として、前記検知電極で計測される静電容量に基づいて、前記容器の内容物の残量を検知できるようにした構成とする。
この発明によれば、検知電極が、第１のガード電極に外周を取り囲まれた状態で、容器に対向して配置され、検知電極に対して少なくともこの検知電極を覆う範囲に、第１のガード電極と同電位とされた第２のガード電極が離間して対向配置される。その結果、検知電極の静電容量に対する、検知電極の側方、および第２のガード電極の位置する裏面側の部材配置や外部電界の影響が遮断もしくは低減される。そのため、検知電極の表面近傍に位置する容器および容器内の内容物の静電容量を高精度に検出することができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の残量検知センサにおいて、前記検知電極は、互いに離間した位置に複数設けられ、前記第１のガード電極は、前記複数の検知電極のそれぞれの外周を取り囲む状態とされ、前記複数の検知電極でそれぞれ計測される静電容量に基づいて、前記容器の内容物の残量を複数の段階で検知できるようにした構成とする。
この発明によれば、第１のガード電極が、互いに離間した位置に複数設けられた検知電極のそれぞれの外周を取り囲む状態とされるので、各検知電極が互いの計測に影響を及ぼさない状態となる。そして、各検知電極により、それぞれの配置位置における内容物の残量を検知できるので、内容物の残量を複数の段階で高精度に検知することができる。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の残量検知センサにおいて、前記第１および第２のガード電極と同電位とされ、前記第１および第２のガード電極の少なくともいずれかに対して、前記容器と反対側に離間して対向配置された第３のガード電極と、前記第１のガード電極または前記第２のガード電極と、前記第３のガード電極との間の対向範囲内に、挟まれて配置された参照電極とを備えた構成とする。
この発明によれば、参照電極は、第１および第２のガード電極の少なくともいずれかと、第３のガード電極との間の対向範囲内に挟まれることで、外部電界から遮蔽された状態とされ、検知電極および第１、第２のガード電極とで構成される検知部の側方または裏面側に一体的に配置される。そのため、参照電極の静電容量を計測することで、検知電極とともに参照電極が受ける環境要因の影響、例えば、残量検知センサ近傍の、温度や湿度などによる静電容量の変動を検出することができる。
このため、例えば、参照電極で検出された静電容量の変動を検知電極における静電容量の変動に換算して差分をとるなどして、環境要因によるノイズ成分を除去することが可能となる。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の残量検知センサにおいて、前記参照電極は、前記第１のガード電極と前記第３のガード電極との間の対向範囲内に挟まれて配置され、前記第２のガード電極と同一平面に配置された構成とする。
この発明によれば、参照電極が、第２のガード電極と同一平面に配置されるので、参照電極を第２のガード電極と第３のガード電極との間に配置する場合に比べて、より薄型の残量検知センサを構成することができる。
また、参照電極が、第２のガード電極と同一平面に配置される場合は、参照電極および第２のガード電極を多層プリント基板における同一層の導電パターンとして形成することができるので、層数の少ない多層プリント基板を用いることが可能となる。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、請求項３に記載の残量検知センサにおいて、前記第２のガード電極は、前記検知電極および前記第１のガード電極を覆う範囲に設けられ、前記第３のガード電極は、前記第２のガード電極を覆う範囲に設けられ、前記参照電極は、前記第２のガード電極と前記第３のガード電極との間の対向範囲内に挟まれて配置された構成とする。
この発明によれば、参照電極は、第２および第３のガード電極で挟まれることで、外部電界から遮蔽された状態とされ、検知電極および第１、第２のガード電極とで構成される検知部の裏面に一体的に配置される。そのため、参照電極の静電容量を計測することで、検知電極とともに参照電極が受ける環境要因の影響、例えば、残量検知センサ近傍の、温度や湿度などによる静電容量の変動を検出することができる。
このため、例えば、参照電極で検出された静電容量の変動を検知電極における静電容量の変動に換算して差分をとるなどして、環境要因によるノイズ成分を除去することが可能となる。
その際、第２のガード電極は、検知電極および第１のガード電極を覆う範囲に設けられており、かつ第３のガード電極は、第２のガード電極を覆う範囲に設けられているので、検知電極および参照電極に対する環境要因の影響をより確実に低減することができる。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、請求項１または２に記載の残量検知センサにおいて、前記検知電極、前記第１のガード電極、および前記第２のガード電極は、多層プリント基板の導電パターンとして形成され、前記多層プリント基板上に、前記検知電極の静電容量を計測して残量検知出力を発生する残量検知回路を一体に設けた構成とする。
この発明によれば、多層プリント基板上に、検知電極と第１および第２のガード電極からなるセンサ部と、残量検知回路とを一体に設けるので、検知電極からの配線が短縮され、ノイズに強い残量検出センサを構成することができる。
【００１１】
請求項７に記載の発明では、請求項３〜５のいずれかに記載の残量検知センサにおいて、前記検知電極、前記第１のガード電極、前記第２のガード電極、前記第３のガード電極、および前記参照電極は、多層プリント基板の導電パターンとして形成され、前記多層プリント基板上に、前記検知電極の静電容量を計測して残量検知出力を発生する残量検知回路を一体に設けた構成とする。
この発明によれば、多層プリント基板上の導電パターンとして検知電極、第１のガード電極、第２のガード電極、第３のガード電極、および参照電極を形成するので、検知電極と第１および第２のガード電極からなるセンサ部と、第１ガード電極または第２のガード電極と、第３のガード電極との間に挟まれた参照電極による参照コンデンサとが、一体に形成され、残量検知回路とを一体に設けられるので、検知電極からの配線が短縮され、ノイズに強い残量検出センサを構成することができる。
その際、残量検知回路をΔＣ−Ｖ変換回路で構成する場合に、参照電極によりノイズ、環境変動に強い参照コンデンサを形成することができるため、より高精度かつコンパクトな残量検知センサとすることができる。
【００１２】
請求項８に記載の発明では、インクジェットプリンタにおいて、インクを吐出するインクジェットヘッドと、該インクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクと、該インクタンクの外側に配置された請求項１〜７のいずれかに記載の残量検知センサとを備える構成とする。
この発明によれば、請求項１〜７のいずれかに記載の残量検知センサを備えるので、請求項１〜７のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の残量検知センサおよびそれを用いたインクジェットプリンタによれば、検知電極の静電容量に対する側方および裏面側からの影響を遮断もしくは低減することができるので、検知電極が面する容器の内容物の残量を高精度に検知することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、特に断らない限り、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１５】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサについて、それを用いたインクジェットプリンタとともに説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサを用いたインクジェットプリンタの概略構成を示す模式的な構成説明図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサの配置状態を示す斜視図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサの構成を示す斜視図である。図４は、図２のＡ−Ａ断面図である。図５は、本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサから出力電圧を取り出す残量検知回路の一例を示す回路図である。
【００１６】
本実施形態のインクジェットプリンタ１００は、図１に示すように、記録媒体（不図示）の表面に対して相対移動可能に保持されたキャリッジ１０に収容された、インクジェットヘッド１、サブタンク３（インクタンク）、センサホルダ５、および残量検知センサ４と、サブタンク３にインク２０を供給する主タンク９とを備え、記録媒体に向けてインク滴を吐出して画像記録などを行うものである。
【００１７】
インクジェットヘッド１は、複数のインクノズルが配列されたヘッド面１ａから記録媒体に向けてインク滴を吐出するもので、内部には、特に図示しないが、インク室や、圧電素子を用いたインク吐出機構などの周知の構成を備えている。
そして、インクチューブ２によって、サブタンク３と接続され、サブタンク３からインク２０の供給を受けることができるようになっている。
インクジェットヘッド１は、キャリッジ１０の高さ方向の基準面である底面１０ａから高さｈHの位置に固定されている。
【００１８】
サブタンク３は、インクジェットヘッド１に対して、近接した位置からインク２０を供給するため、一定量のインク２０を内容物として貯留しておく容器である。例えば、厚さ１ｍｍのポリエチレン樹脂などにより外形が直方体状に形成されたものなどを採用することができる。
サブタンク３の上部側には、インク２０を主タンク９から導入するインクチューブ７が接続され、下部側には、貯留されたインク２０をインクジェットヘッド１に供給するインクチューブ２が接続されている。
そして、サブタンク３は、キャリッジ１０内の一定位置に固定されたセンサホルダ５に着脱可能に保持され、装着時にはセンサホルダ５に対して位置決め状態に固定される。
なお、簡単のため、以下の説明および図示ではサブタンク３は１個としているが、カラープリントを行う場合には、インク２０の色数に応じて同様の構成の複数個のものが並列して配置される。
【００１９】
センサホルダ５は、サブタンク３を着脱可能に固定し、キャリッジ１０内の位置決めを行うための保持部材であり、内部には、押圧バネ６に付勢されて装着時のサブタンク３の側面に対して密接される残量検知センサ４が設けられている。
センサホルダ５の装着時の高さは、ヘッド面１ａのインクノズルにおいて所定のメニスカス形状が形成されるように、サブタンク３内のインク液面２０ａがヘッド面１ａより低くなるように設定されている。すなわち、キャリッジ１０の底面１０ａから測った底面１０ａの高さｈiは、ｈi＜ｈHとされている。
【００２０】
残量検知センサ４は、図２に示すように、サブタンク３の側面の外側に配置され、サブタンク３側の静電容量を計測することにより、インク液面２０ａの高さを検出し、サブタンク３内のインク２０の残量を検知するものである。
残量検知センサ４の構成は、図２〜４に示すように、検知電極４ａとガード電極４ｂ（第１のガード電極）とからなる電極パターンと、ガード電極４ｄ（第２のガード電極）とが、厚さｄの誘電体層４ｃを挟んで対向配置されてなり、外形は、サブタンク３の側面の範囲内に収まるＷ1×Ｈ1の矩形状とされている。
本実施形態の残量検知センサ４は、両面プリント基板を用いて構成されている。すなわち、一方の基板面に導電パターンを、検知電極４ａとガード電極４ｂとからなる電極パターンとして形成し、他方の基板面にガード電極４ｄをベタパターンで形成し、プリント基板の基材が、誘電体層４ｃとなるような構成としている。両面プリント基板の材質としては、例えば、ガラスコンポジット基板やガラスエポキシ基板などを採用することができる。
【００２１】
検知電極４ａは、長辺Ｈ2、短辺Ｗ2（ただし、Ｈ2＜Ｈ1、Ｗ2＜Ｗ1）の矩形状の導電層が残量検知センサ４に密接される表面の略中央部に設けられたものであり、不図示の配線により電位検出が可能とされている。そして、検知電極４ａの長辺は、サブタンク３の高さ方向、すなわち、インク液面２０ａが上下する鉛直方向に沿って配置されている。
【００２２】
ガード電極４ｂは、検知電極４ａの外周を取り囲む状態で、検知電極４ａと同一平面上に配置され、残量検知センサ４の外縁、すなわちＷ1×Ｈ1の矩形外形まで延ばされた導電層であり、不図示の配線により接地されている。
ガード電極４ｄは、検知電極４ａおよびガード電極４ｂに対向されて、それぞれを覆って残量検知センサ４の外縁まで延ばされた導電層であり、不図示の配線により接地されている。
このため、図４に示すように、検知電極４ａとガード電極４ｂとの間、および検知電極４ａとガード電極４ｄとの間に、合成静電容量がＣSとなるコンデンサが形成されている。
【００２３】
検知電極４ａに接続された配線、およびガード電極４ｂ、４ｄに接続された接地線は、図１に示すように、検知電極４ａの静電容量を検出して、サブタンク３内の残量を検知する残量検知回路部１１（残量検知回路）に電気的に接続されている。
残量検知回路部１１の回路構成は、検知電極４ａの電位を必要な精度で検出できれば、どのような構成でもよいが、本実施形態では、一例として、図５に示すようなΔＣ−Ｖ変換回路を採用している。
【００２４】
本実施形態の残量検知回路部１１は、検知電極４ａの静電容量とＣSと、既知の静電容量Ｃrefを有する参照コンデンサ３１の静電容量の差分ΔＣを電圧に変換した電圧ＶOUTを出力するものであり、その構成は、正弦波信号を残量検知センサ４、参照コンデンサ３１に加える発振器３０と、それぞれの信号の差分を検出する差動増幅器３２と、差動増幅器３２の出力を整流する整流器３３と、整流器３３で整流された信号を増幅する増幅器３４とからなる。差動増幅器３２は、ＣsとＣrefの両端に発生する電圧振幅差および電圧位相差を比較演算し、差分を出力する一般的な演算増幅器（オペレーショナルアンプ）を採用することができる。
残量検知回路部１１によれば、電圧ＶOUTが、検知電極４ａと参照コンデンサ３１との間の静電容量の差ΔＣに応じて発生する位相差量に対応するため、ＣS＝Ｃrefのとき、ＶOUT＝０となっており、ＶOUTの値を用いてΔＣを算出し、ＣS＝Ｃref＋ΔＣとして、検知電極４ａの静電容量を計測することができる。
本実施形態では、参照コンデンサ３１の静電容量Ｃrefは、サブタンク３においてインク液面２０ａのヘッド面１ａに対する高さ方向の位置が、インクジェットヘッド１のインクノズルに所定のメニスカス形状が形成される最適位置Ｌ２に一致する場合の、検知電極４ａの静電容量ＣS2に等しい値に設定されている。
【００２５】
残量検知回路部１１は、インクチューブ７に接続された汲み上げポンプ８の汲み上げ動作を制御するポンプ駆動制御部１２と電気的に接続されており、出力電圧ＶOUTは、ポンプ駆動制御部１２に送出されるようになっている。
ポンプ駆動制御部１２は、残量検知回路部１１の出力電圧ＶOUTから検知されるインク液面２０ａの位置に応じて、汲み上げポンプ８の駆動、停止、及び汲み上げ量を制御できる。
例えば、本実施形態におけるポンプ駆動制御部１２は、ＶOUTが負の値を示すとき、すなわちインク液面２０ａが最適位置Ｌ２を下回っている場合には、汲み上げポンプ８を駆動し、ＶOUTが０以上を示すとき、すなわちインク液面２０ａが最適位置Ｌ２に達した場合には、汲み上げポンプ８を停止させるよう制御する。従って、インクジェットヘッド１がインク２０を消費してインク液面２０ａが低下した場合に、自動的にインク２０の補充が行われ、インク液面２０ａは常に最適位置Ｌ２に維持される。
【００２６】
主タンク９は、インクジェットヘッド１から吐出されて消費されるインク２０をサブタンク３に補充するためのインク２０を、キャリッジ１０から離れた位置に貯留する容器である。
主タンク９内のインク２０は、汲み上げポンプ８によって汲み上げられ、インクチューブ７を介して、サブタンク３に供給される。
【００２７】
次に、インクジェットプリンタ１００の動作について、残量検知センサ４の残量検知動作を中心に説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサにおける容器内の液面位置と、検知電極の静電容量との関係を示す模式的なグラフである。横軸は液面位置、縦軸は検出される静電容量を示す。図７（ａ）は、本発明の実施形態に係る残量検知センサが感知する静電容量の範囲を説明するための概念図である。図７（ｂ）は、従来技術に係る残量検知センサが感知する静電容量の範囲を説明するための概念図である。
【００２８】
残量検知センサ４では、検知電極４ａの周囲に、接地されたガード電極４ｂが配置され、検知電極４ａ、ガード電極４ｂにそれぞれ対向して、ガード電極４ｂを覆う範囲に、接地されたガード電極４ｄが配置されている。
このため、検知電極４ａのガード電極４ｄ側の静電容量は一定であり、ガード電極４ｄの外方の電界はシールドされている。
したがって、検知電極４ａの静電容量は、例えば、キャリッジ１０の移動や他の可動部材などによってガード電極４ｄの外方の部材に対する位置関係が変化しても、影響を受けることがない。また、ガード電極４ｄの外方側に近接して電気回路が設けられていても、その電気回路で発生する電界の影響は遮断もしくは低減される。
一方、検知電極４ａは、サブタンク３側の空間では、サブタンク３およびサブタンク３内のインク２０とを介してガード電極４ｂに隣接している。
そのため、残量検知センサ４では、検知電極４ａの静電容量は、図７（ａ）において二点鎖線で示す領域Ｐのような、検知電極４ａの表面近傍のサブタンク３側の空間の誘電体の変化のみに影響される。
したがって、種々のノイズの影響が低減され、検知電極４ａの近傍の静電容量を高精度に測定することができる。
【００２９】
例えば、図７（ｂ）に示す従来技術の比較例のように、サブタンク３の側面に、接地された基準電極５０ｂと、検知電極５０ａとを高さ方向に配置して、検知電極５０ａの静電容量ＣSを計測するような場合、検知電極５０ａの静電容量は、周囲の略すべての方向の誘電体の影響を受ける。そのため、領域Ｑの範囲に示すように、サブタンク３およびその内部の誘電体と同程度に、サブタンク３の外部側の誘電体の影響も受けてしまう。
その結果、本実施形態の場合と異なり、例えば、キャリッジ１０の移動や他の可動部材などによって検知電極５０ａの外方の部材に対する位置関係が変化すると、検知電極５０ａの静電容量が変化してしまう。また、検知電極５０ａは、外方の電界がシールドされていないので、近傍に配置された電気回路の電界などの影響も受けてしまう。
【００３０】
そこで、図４に示すように、サブタンク３内で、検知電極４ａの長辺の高さ範囲に略相当する高さＬ１から高さＬ３（Ｌ３＞Ｌ１）まで変化すると、インク液面２０ａの上昇に応じて静電容量が増大する。例えば、図６に示す曲線２００のように、インク液面２０ａが、Ｌ１〜Ｌ２〜Ｌ３まで変化する間に、静電容量が、ＣS１〜ＣS２〜ＣS３のように、略直線的に単調に増加する。
具体的な数値例を挙げると、例えば、誘電体層４ｃがｄ＝１ｍｍの樹脂含浸ガラス繊維からなり、検知電極４ａ、ガード電極４ｂ、４ｄがそれぞれ厚さ３５μｍの銅箔で形成され、外形がＷ1×Ｈ1＝５０ｍｍ×５０ｍｍで、その中央位置（すなわち、図３でａ＝１６ｍｍ、ｂ＝５ｍｍ）に、Ｗ2×Ｈ2＝１６ｍｍ×３８ｍｍの検知電極４ａを設けてなる残量検知センサ４であって、サブタンク３が肉厚１ｍｍのポリエチレン製の肉厚１ｍｍで、内容物が水性インクであるような場合、残量検知センサ４が検出する静電容量の範囲は、例えば、ＣS１＝４８ｐＦ〜ＣS３＝５５ｐＦのような範囲となる。
【００３１】
本実施形態の残量検知センサ４では、このようなインク液面２０ａの高さに対応する検知電極４ａの静電容量の変化を残量検知回路部１１の出力電圧ＶOUTとして検知することができ、ポンプ駆動制御部１２によって、出力電圧ＶOUTが一定となるように、汲み上げポンプ８を駆動し、サブタンク３内のインク液面２０ａの高さが最適位置Ｌ２となるように制御することができる。
このとき、インクジェットヘッド１から吐出されるインク２０の量はきわめて微量であり、インク液面２０ｂの変動による静電容量の変化もまたきわめて小さいが、本実施形態では、計測ノイズを低減することができるので、正確な液面制御を行うことができる。
このため、インクジェットヘッド１によってインク２０が消費されても、サブタンク３のインク液面２０ａの高さをＬ２に安定させることができる。その結果、良好なインクジェットヘッド１のインクノズルに安定したメニスカスを形成することができ、良好な画像記録を行うことができる。
【００３２】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る残量検知センサについて説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態に係る残量検知センサの構成を示す斜視図である。図９は、本発明の第２の実施形態に係る残量検知センサの配置状態を示す側面視の断面図である。図１０（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る残量検知センサにおける容器内の液面位置と、検知電極の静電容量との関係を示す模式的なグラフである。横軸は液面位置、縦軸は検出される静電容量を示す。
【００３３】
本実施形態の残量検知センサ４Ａは、図８、９に示すように、上記第１の実施形態の残量検知センサ４の検知電極４ａに代えて、検知電極４０ａ、４０ｂを、ガード電極４ｂに代えて、ガード電極４０ｃ（第２のガード電極）を備える。
残量検知センサ４Ａは、図１に示すように、例えば、上記第１の実施形態のインクジェットプリンタ１００において、主タンク９の側面の外側に配置され、主タンク９側の静電容量を計測することにより、インク液面２０ｂの高さが所定範囲内にあるかどうかを検知することにより、主タンク９内のインク２０の残量を検知するものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００３４】
検知電極４０ａ、４０ｂは、それぞれ長辺Ｗ3、短辺Ｈ3の矩形状の導電層が距離Ｈ４を空けて（ただし、２・Ｈ3＋Ｈ4＜Ｈ1、Ｗ3＜Ｗ1）並列された状態で残量検知センサ４に密接される表面に設けられたものであり、不図示の配線により電位検出が可能とされている。そして、検知電極４０ａ、４０ｂの短辺は、例えば主タンク９などの残量検知対象の高さ方向、すなわち、インク液面２０ｂが上下する鉛直方向に沿って配置されている（図９参照）。
【００３５】
ガード電極４０ｃは、検知電極４０ａ、４０ｂのそれぞれの外周を取り囲む状態で、検知電極４０ａ、４０ｂと同一平面上に配置され、残量検知センサ４Ａの外縁、すなわちＷ1×Ｈ1の矩形外形まで延ばされた導電層であり、不図示の配線により接地されている。
このため、図９に示すように、検知電極４０ａ、４０ｂと、ガード電極４０ｃおよびガード電極４ｄとの間には、それぞれ合成静電容量がＣa、Ｃbとなるコンデンサが形成されている。
それぞれの静電容量Ｃa、Ｃbは、上記第１の実施形態の残量検知回路部１１と同様の電気回路によって計測することができる。
【００３６】
このような構成の残量検知センサ４Ａは、上記第１の実施形態の残量検知センサ４を上下方向に並列して一体化したのと同様な構成となっている。
したがって、上記第１の実施形態の検知電極４ａと同様に、検知電極４０ａ（４０ｂ）の静電容量は、図９において二点鎖線で示す領域Ｐa（Ｐb）のような、検知電極４０ａ（４０ｂ）の表面近傍のサブタンク３側の空間の誘電体の変化のみに影響される。
そのため、インク液面２０ｂが、検知電極４０ａの下端および上端位置近傍の高さをＬ１、Ｌ２とし、検知電極４０ｂの下端および上端位置近傍の高さをＬ３、Ｌ４としたとき、検知電極４０ａ、４０ｂの静電容量の変化は、図１０（ａ）、（ｂ）の曲線２０１，２０２にそれぞれ示すような変化を示す。
すなわち、検知電極４０ｂの静電容量は、インク液面２０ｂが高さＬ３より小さい場合は、インク２０が領域Ｐbに入らないため相対的に小さな値Ｃb１が計測され、インク液面２０ｂが高さＬ３〜Ｌ４の間では、インク液面２０ｂの高さに応じてＣb１からＣb２まで略直線的に増大する。そして、インク液面２０ｂが高さＬ４以上では、検知電極４０ｂの検知範囲すべてにインク２０が満たされるため、一定値Ｃｂ２が計測される。
同様に、検知電極４０ａの静電容量は、インク液面２０ｂの高さがＬ１からＬ２の間で、Ｃa１からＣa２まで略直線的に増大し、高さＬ２以上で一定値Ｃa２が計測される。
【００３７】
したがって、残量検知センサ４Ａによれば、検知電極４０ｂ、４０ａの静電容量の大きさを解析することで、インク液面２０ｂが、検知電極４０ｂ、４０ａの高さ方向の配置位置に対応した４つの高さＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４に対する位置関係を検知することができる。例えば、それぞれの静電容量がＣb１、Ｃa２である場合には、インク液面２０ｂが高さＬ２〜Ｌ３の間にあることを検知することができる。
また、特に、高さＬ１〜Ｌ２の範囲、および高さＬ３〜Ｌ４の範囲では、それぞれ検知電極４０ｂ、４０ａの静電容量によって、インク液面２０ｂの高さを計測することができる。
その際、上記第１の実施形態と同様に、種々のノイズの影響が低減されるので検知電極４０ａ、４０ｂの近傍の静電容量を高精度に測定することができる。
【００３８】
残量検知センサ４Ａは、単体で、複数の検知電極を備えるので、例えば、主タンク９インク液面２０ｂを検知して、主タンク９内のインク２０の残量が一定量の範囲にあるかどうかを単体で確実に検知することができる。そして、インク液面２０ｂの液面が、Ｌ２より低下したときに、低下量を正確に検知することができるので、その検知出力を用いて、インク残量を表示したり、インク補給を促す警告表示を行ったりすることができる。
また、インク２０を主タンク９に補給する場合に、インク液面２０ｂの高さを検知して、補給量の限度が近づいたことを警告することができる。
【００３９】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る残量検知センサについて説明する。
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。図１２は、本発明の第３の実施形態に係る残量検知センサの構成を示す側面視の断面図である。
【００４０】
本実施形態の残量検知センサ４Ｂは、図１１、１２に示すように、上記第１の実施形態の残量検知センサ４と同様に構成された検知部４１Ａに加えて、ガード電極４１ｅ（第３のガード電極）、参照電極４１ａ、および誘電体層４１ｂを追加したものである。
ガード電極４１ｅは、ガード電極４ｄと同形状、同材質の導電層であり、ガード電極４ｄに対して検知電極４ａと反対側に対向配置され、不図示の配線により接地されている。
ガード電極４ｄとガード電極４１ｅとの間には、誘電体層４ｃと同材質の誘電体層４１ｂが配置されている。
参照電極４１ａは、ガード電極４ｄ、４１ｅよりも小さな面積を有する導電層からなり、誘電体層４１ｂ中に、ガード電極４ｄ、４１ｅの離間方向の中間位置、かつそれらの面方向の略中央部に配置され、不図示の配線により電位検出が可能となっている。
参照電極４１ａの面積、ガード電極４ｄ、４１ｅの離間距離などは、参照電極４１ａの静電容量が一定値Ｃrefとなるように設定される。
【００４１】
このように、残量検知センサ４Ｂは、周囲の誘電体に応じて静電容量ＣSを示すコンデンサである検知部４１Ａと、一定の静電容量Ｃrefを有するコンデンサである参照部４１Ｂとが、層状に一体に形成されたものである。
したがって、本実施形態の残量検知センサ４Ｂは、検知電極４ａ、ガード電極４ｂ、ガード電極４ｄ、４１ｅをそれぞれ電極パターンとする多層プリント基板によって構成することができる。この場合、誘電体層４１ｂは、多層プリント基板の基材によって形成される。
【００４２】
このような構成の残量検知センサ４Ｂによれば、参照部４１Ｂは、検知部４１Ａと一体化されるとともに、検知部４１Ａと同様な材質で形成されたコンデンサとなる。そのため、静電容量Ｃrefは、参照電極４１ａの面積や、誘電体層４１ｂの厚さなどをアナログ的に少し変えるだけで、検知部４１Ａの静電容量ＣSと同オーダーに形成することができる。
【００４３】
そのため、例えば、検知電極４ａをサブタンク３の検知位置に配置してインク液面２０ａが最適の高さとなるときの静電容量を実験などで求め、その実測値と正確に一致する値に設定することもきわめて容易である。
このように設定された参照部４１Ｂは、上記第１の実施形態の残量検知回路部１１の参照コンデンサ３１の代わりに用いることができる。
この場合、参照部４１Ｂは、検知部４１Ａと一体化され、同材質から構成されているから、環境条件の変化、例えば温度や湿度などの変化があって静電容量が変化する場合に検知部４１Ａと同様に変化することになる。その結果、環境条件が変化しても、それらの差分であるΔＣは、環境条件の影響がキャンセルされた状態で取得され、高精度な計測を行うことができる。
これに対して、第１の実施形態のように、残量検知センサ４と離れた位置に配置され、残量検知センサ４と異なる構成を有する参照コンデンサ３１を用いる場合、仮に、Ｃrefの値を最適状態のＣSの値に正確に一致して競ってできたとしても、環境条件が変わると、それぞれ材質や構成が異なる残量検知センサ４と参照コンデンサ３１とでは、静電容量がそれぞれ独立に変化してしまう。その結果、ΔＣの検出誤差は、本実施形態の残量検知センサ４Ｂを用いる場合に比べて大きくなるものである。
【００４４】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
図１３は、本発明の第３の実施形態の変形例の残量検知センサの概略構成を示す模式的な斜視図である。
【００４５】
本変形例の残量検知センサ４Ｃは、多層プリント基板上の一部に上記第３の実施形態の残量検知センサ４Ｂと同様の構成のセンサ部４２を設け、センサ部４２に隣接する側方の基板上に、残量検知回路部４３（残量検知回路）を設けたものである。
残量検知回路部４３は、上記第１の実施形態の残量検知回路部１１において、参照コンデンサ３１として、参照部４１Ｂを用いた構成を採用することができる。
このような本変形例の残量検知センサ４Ｃによれば、残量検知回路部４３が、センサ部４２と近接して一体化されるので、検知電極４ａ、参照電極４１ａから残量検知回路部４３までの配線を短縮し、かつ多層基板の配線パターンを利用して容易にシールドすることができる、配線を通した信号劣化、ノイズ混入を低減することができる。
そのため、上記第１、第３の実施形態に述べた作用効果と相俟って、より高精度かつコンパクトな残量検知センサとすることができる。
【００４６】
ここで、残量検知回路部４３の配置位置は、検知電極４ａ、および参照電極４１ａの静電容量に影響しない位置であれば、いずれの位置に配置してもよいが、本変形例では、センサ部４２の側方において、ガード電極４ｄに対して検知電極４ａと反対側の基板層に形成するようにしている。
この場合、ガード電極４ｄにより、検知電極４ａに対する残量検知回路部４３の電界の影響を遮断することができる。
【００４７】
上記第３の実施形態の残量検知センサ４Ｃは、検知電極４ａおよびガード電極４ｂの背後（容器と反対側）にガード電極４ｄを配置し、その背後にさらに、参照電極４１ａおよびガード電極４１ｅを配置した、４層構造の残量検知センサの例になっている。
すなわち、第１および第２のガード電極と同電位とされ、第２のガード電極に対して、容器と反対側に離間して対向配置された第３のガード電極と、第２のガード電極と、第３のガード電極との間の対向範囲内に、挟まれて配置された参照電極とを備えた残量検知センサの例になっている。そして、参照電極が検知電極および第１、第２のガード電極とで構成される検知部の裏面側に一体的に配置されることで、参照電極が検知電極とほぼ同じ環境条件となるように一体化されているものである。
なお、多層プリント基板の場合、一般に誘電層４１ｂは参照電極４１ｂに沿う薄層の接合層を介して接合されるが、図１２は模式図のため、接合層の図示を省略している（以下の断面図も同様）。
【００４８】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る残量検知センサについて説明する。
図１４は、本発明の第４の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。図１５は、本発明の第４の実施形態に係る残量検知センサの図１４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００４９】
本実施形態の残量検知センサ４Ｄは、図１４、１５に示すように、上記第３の実施形態の残量検知センサ４Ｃのガード電極４ｂ、４ｄ、参照電極４１ａに代えて、それぞれ、ガード電極４４ｂ（第１のガード電極）、ガード電極４４ｄ（第２のガード電極）、参照電極４４ｅを備えたものである。以下、上記各実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５０】
ガード電極４４ｂは、上記第３の実施形態のガード電極４ｂの開口部を検知電極４ａの短辺方向にずらしたもので、外形はガード電極４ｂと同一の大きさである。そして、ガード電極４４ｂは、検知電極４ａと同一平面で、検知電極４ａの外周を取り囲むように設けられている。
検知電極４ａの背後およびガード電極４４ｂの背後（容器と反対側）には、それぞれ誘電体層４ｃを挟んで、ガード電極４４ｄおよび参照電極４４ｅが配置されている。
ここで、検知電極４ａは、ガード電極４４ｂの中心から外れた位置に配置されており、ガード電極４４ｄは、検知電極４ａの背後にあって少なくとも検知電極４ａを覆う範囲に配置されている。
【００５１】
また、参照電極４４ｅは、ガード電極４ｂと同方向に延びる長方形に形成されており、ガード電極４４ｂで覆われる大きさに設けられている。そして、ガード電極４４ｄの側方に平行に配置されている。
【００５２】
また、参照電極４４ｅの背後の少なくとも参照電極４４ｅを覆う範囲に、誘電体層４１ｂを挟んで、参照電極４４ｅと平行に対向するようにガード電極４１ｅが配置されている。このため、本実施形態では、ガード電極４１ｅは、ガード電極４４ｄをも完全に覆っている。
したがって、残量検知センサ４Ｄの外形は、サブタンク３の側面の範囲内に収まるＷ1×Ｈ1の矩形状とされている。
【００５３】
本実施形態の残量検知センサ４Ｄは、３層の多層プリント基板を用いて構成されている。すなわち、第１層の導電パターンにより、検知電極４ａとガード電極４４ｂとが構成され、第２層の導電パターンにより、ガード電極４４ｄと参照電極４４ｅとが構成され、第３層の導電パターン（ベタパターン）によりガード電極４１ｅが構成されている。
また、誘電体層４ｃは、第１層の導電パターンと第２層の導電パターン間の絶縁層により構成され、誘電体層４１ｂは、第２層の導電パターンと第３層の導電パターン間の絶縁層により構成されている。
【００５４】
なお、残量検知センサ４Ｄの構成は、１つの多層プリント基板による構成には限定されない。例えば、片面プリント基板と両面プリント基板を接着剤で貼り合わせることにより、３つの導電パターン層を有する積層構造を形成して、残量検知センサ４Ｄを構成してもよい。
【００５５】
ガード電極４４ｂ、４４ｄ、４１ｅは、不図示の配線によりそれぞれ接地され、同電位とされている。そして、図１５に示すように、検知電極４ａとガード電極４４ｂとの間、および検知電極４ａとガード電極４４ｄとの間に、合成静電容量がＣSとなるコンデンサが形成されている。また、参照電極４４ｅとガード電極４４ｂとの間、および、参照電極４４ｅとガード電極４１ｅとの間に、合成静電容量がＣrefとなる参照コンデンサが形成されている。
【００５６】
検知電極４ａに接続された配線、参照電極４４ｅに接続された配線、およびガード電極４４ｂ、４４ｄ、４１ｅに接続された接地線は、検知電極４ａの静電容量を検出して、サブタンク３内の残量を検知する残量検知回路（不図示）に電気的に接続されている。
【００５７】
なお、参照電極４４ｅの面積、ガード電極４４ｄ、４１ｅの離間距離などは、参照電極４４ｅの静電容量が一定値Ｃrefとなるように設定される。
【００５８】
このように、残量検知センサ４Ｄは、周囲の誘電体に応じて静電容量ＣSを示すコンデンサである検知部４４Ａと、一定の静電容量Ｃrefを有するコンデンサである参照部４４Ｂとが一体に形成されたものである。すなわち、検知部４４Ａと一体になった参照部４４Ｂは、検知部４４Ａと同様な材質で形成されたコンデンサとなる。そのため、静電容量Ｃrefは、参照電極４４ｅの面積や、誘電体層４ｃ、４１ｂの厚さなどをアナログ的に少し変えるだけで、検知部４４Ａの静電容量ＣSと同オーダーに形成することができる。
【００５９】
したがって、例えば、検知電極４４ａをサブタンク３の検知位置に配置してインク液面２０ａが最適の高さとなるときの静電容量を実験などで求め、その実測値と正確に一致する値に設定することもきわめて容易である。
このように設定された参照部４４Ｂは、上記第１の実施形態の残量検知回路部１１の参照コンデンサ３１の代わりに用いることができ、第３の実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、ガード電極４４ｄと参照電極４４ｅとを同一平面内に設けていることから、検知電極４ａ、ガード電極４４ｂ、４４ｄ、４１ｅ、および参照電極４４ｅを多層プリント基板の導電パターンで構成する場合に、ガード電極４４ｄと参照電極４４ｅを、同一層の導電パターンで構成することができ、従って、多層プリント基板の層数の減少を図ることができる。
【００６０】
残量検知センサ４Ｄの残量検知精度の環境条件による影響を低減するには、検知部４４Ａと参照部４４Ｂとが、略同一の環境条件に置かれることが好ましい。
そのためには、参照電極４４ｅの幅Ｗ1方向の位置は、検知電極４ａとガード電極４４ｄとで構成されるコンデンサの影響を受けない程度に、検知電極４ａに近接された位置とすることが好ましい。また、参照電極４ｅの長辺方向の長さは、ガード電極４ｂと同程度の長さであることが好ましい。
【００６１】
上記第４の実施形態の残量検知センサ４Ｄは、検知電極４ａの背後にガード電極４４ｄを配置し、ガード電極４４ｂに対向し、ガード電極４４ｄの側方の同一平面位置に参照電極４４ｅを配置した、３層構造の残量検知センサの例になっている。
すなわち、第１および第２のガード電極と同電位とされ、第１のガード電極に対して、容器と反対側に離間して対向配置された第３のガード電極と、第１のガード電極と、第３のガード電極との間の対向範囲内に、挟まれて配置された参照電極とを備えた残量検知センサの例になっている。そして、参照電極が検知電極および第１、第２のガード電極とで構成される検知部の側方に一体的に配置されることで、参照電極が検知電極とほぼ同じ環境条件となるように一体化されているものである。
【００６２】
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態に係る残量検知センサについて説明する。
図１６は、本発明の第５の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。図１７は、本発明の第５の実施形態に係る残量検知センサの図１６のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【００６３】
本実施形態の残量検知センサ４Ｅは、図１６、１７に示すように、一般に広く普及している４層プリント基板で、上記第４の実施形態と同様の構成のセンサ部４５Ａと、残量検知回路部４５Ｂとを一体に構成したものである。ここで、センサ部４５Ａの構成は、第４の実施形態の残量検知センサ４Ｄと全く同様であるので説明を省略する。
【００６４】
すなわち、図１７に示すように、本実施形態の残量検知センサ４Ｅは、４層プリント基板の導体パターンの第１層〜第３層目によって、センサ部４５Ａの検知電極４ａ、ガード電極４４ｂ、４４ｄ、４４ｅ、４１ｅを形成し、第４層目の導電パターン４５ｈを、検知回路部４５Ｂを構成するためのプリント配線に用いる。そして、導電パターン４５ｈに回路部品４５ｉを実装して、例えば、スルーホール４５ｊなどによってセンサ部４５Ａ側と検知回路部４５Ｂ側を結線することにより、センサ部４５Ａと検知回路部４５Ｂとを、略同一の面積範囲において積層して一体化したものである。このように構成することにより、図１３に示すようにプリント基板を延長して残量検知回路部４３を構成する必要がなくなるので、プリント基板の投影面積が低減され、コンパクトで安価な構造とすることができる。
【００６５】
［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態に係る残量検知センサについて説明する。
図１８は、本発明の第６の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。図１９は、本発明の第６の実施形態に係る残量検知センサの図１８のＤ―Ｄ線に沿う断面図である。
【００６６】
本実施形態の残量検知センサ４Ｆは、図１８、１９に示すように、上記第４の実施形態の残量検知センサ４Ｄにおいて、ガード電極４４ｂに代えて、ガード電極４ｂ（第１のガード電極）を備え、参照電極４４ｅに代えて、一対の参照電極４６ｅを備えるようにしたものである。以下では、上記の各実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６７】
残量検知センサ４Ｆでは、検知電極４ａは、第１の実施形態と同様に、ガード電極４ｂの幅方向の中心部に配置されている。また、検知電極４ａの背後（容器と反対側）には、上記第４の実施形態と同様に、誘電体層４ｃを挟んでガード電極４４ｄを配置している。
そして、検知電極４ａをガード電極４ｂの中央に配置することで、ガード電極４４ｄの両側方に形成されているスペースにおいて、ガード電極４ｂの背後でガード電極４ｂに覆われる範囲に、誘電体層４ｃを挟んで２つの参照電極４６ｅが配置されている。また、各参照電極４６ｅおよびガード電極４４ｄの背後には、誘電体層４１ｂを挟んでガード電極４１ｅが配置されている。
【００６８】
参照電極４６ｅは、第４実施形態の参照電極４４ｅを、幅方向に２分割した寸法のものであり、不図示の配線により、互いに同電位に設けられている。
また、ガード電極４ｂ、４４ｄ、４１ｅは、不図示の配線によりそれぞれ接地され、同電位とされている。そして、図１９に示すように、検知電極４ａとガード電極４ｂとの間、および検知電極４ａとガード電極４４ｄとの間に、合成静電容量がＣSとなるコンデンサが形成されている。また、各参照電極４６ｅとガード電極４ｂとの間、および、各参照電極４６ｅとガード電極４１ｅとの間に、合成静電容量がＣrefとなる参照コンデンサが形成されている。
【００６９】
このような残量検知センサ４Ｆによれば、第４の実施形態の検知部４４Ａと同様な静電容量を有する検知部４６Ａが形成され、第４の実施形態の参照部４４Ｂと同様な静電容量を有する参照コンデンサである参照部４６Ｂが、検知部４６Ａの両側方に形成される。
このため、第４の実施形態と同様にして残量検知の計測を行うことができる。
その際、参照部４６Ｂが検知部４６Ａの両側方に設けられていることにより、検知電極４ａの短手方向の両側方における環境条件の影響が、それぞれの参照部４６Ｂにも略同様に及ぶことから、検知部４６Ａの両側方側で、環境条件が異なることがあっても、残量検知の検知精度への影響を低減することが可能となる。そのため、高精度の残量検知を行うことができる。
【００７０】
［第７の実施形態］
本発明の第７の実施形態に係る残量検知センサについて説明する。
図２０は、本発明の第７の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。図２１は、本発明の第７の実施形態に係る残量検知センサの図２０のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【００７１】
本実施形態の残量検知センサ４Ｇは、図２０、２１に示すように、上記第６の実施形態の残量検知センサ４Ｆの一対の参照電極４６ｅに代えて、ガード電極４４ｄの外周を囲む矩形ループ状の参照電極４７ｅを備えるものである。以下、上記第６の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７２】
参照電極４７ｅは、対向位置のガード電極４ｂ、４１ｅとの間に形成される合成静電容量が、第６実施形態の一対の参照電極４６ｅと同じ静電容量Ｃrefとなるように形成され、これにより、検知部４６Ａと同様な検知部４７Ａを外周側で取り囲むような参照部４７Ｂが形成されている。
このため、第６の実施形態と同様にして残量検知の計測を行うことができる。
その際、参照部４７Ｂは検知部４７Ａの外周側を囲んでいるので、検知電極４ａの外周部に環境条件の影響が、参照部４６Ｂにも略同様に及ぶことから、検知部４７Ａの外周部で、環境条件が異なることがあっても、残量検知の検知精度への影響を低減することが可能となる。そのため、高精度の残量検知を行うことができる。
【００７３】
なお、上記の各実施形態、変形例に記載された構成要素は、技術的に可能であれば、本発明の技術的思想の範囲内で適宜組み合わせて実施することができる。
例えば、第１の実施形態の残量検知センサ４を、主タンク９のインク残量を検知するために用いてもよい。
また、残量検知センサ４を多層プリント基板で構成したり、さらに、同一基板上に残量検知回路部１１を設けたりしてもよい。この参照コンデンサ３１は、残量検知センサ４の構成と異なるため環境変動の影響は異なるが、配線が短くなるためノイズに残量検知センサとなる。
また、上記第１の実施形態のインクジェットプリンタ１００の残量検知センサ４に代えて、上記第４〜第７の実施形態の残量検知センサ４Ｄ、４Ｅ、４Ｆ、４Ｇを用いることができる。またこれらの各電極配置の構成は、上記第２の実施形態の残量検知センサ４Ａに対しても適用することができる。
【００７４】
また、上記の第３〜第７の実施形態の説明では、導電パターンの層数を最小にするために、３層の多層プリント基板を用いて、残量検知センサ４Ｄ、４Ｅ、４Ｆ、４Ｇを構成した場合の例で説明したが、より多層に導電パターンを設けることができる場合には、第２のガード電極と参照電極とは、必ずしも同一平面内に配列しなくともよい。
この場合、第２のガード電極の位置や、誘電層の誘電率の違いなどに応じて、参照部のそれぞれの静電容量は変化する可能性があるが、その場合には、第２のガード電極の面積などを適宜設定することにより、合成静電容量を、上記各実施形態と同様なＣrefにすることは容易である。
【００７５】
また、上記の説明では、残量検知センサは、インクジェットプリンタに用いた場合の例で説明したが、これは一例であって、容器の内容物の残量が、静電容量の変化によって検出可能であれば、どのような目的の装置の容器の内容物の残量検出に用いてもよい。
【００７６】
また、上記の説明では、容器の内容物が液体の場合の例で説明したが、液体に限定されるものではなく、例えば粉体などの残量検知に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサを用いたインクジェットプリンタの概略構成を示す模式的な構成説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサの配置状態を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサの構成を示す斜視図である。
【図４】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサから出力電圧を取り出す残量検知回路の一例を示す回路図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る残量検知センサにおける容器内の液面位置と、検知電極の静電容量との関係を示す模式的なグラフである。
【図７】本発明の実施形態に係る残量検知センサおよび従来技術に係る残量検知センサが感知する静電容量の範囲を説明するための概念図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る残量検知センサの構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る残量検知センサの配置状態を示す側面視の断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る残量検知センサにおける容器内の液面位置と、検知電極の静電容量との関係を示す模式的なグラフである。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る残量検知センサの構成を示す側面視の断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態の変形例の残量検知センサの概略構成を示す模式的な斜視図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る残量検知センサの図１４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態に係る残量検知センサの図１６のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１８】本発明の第６の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。
【図１９】本発明の第６の実施形態に係る残量検知センサの図１８のＤ―Ｄ線に沿う断面図である。
【図２０】本発明の第７の実施形態に係る残量検知センサの電極配置を示す斜視分解図である。
【図２１】本発明の第７の実施形態に係る残量検知センサの図２０のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１ インクジェットヘッド
３ サブタンク（インクタンク、容器）
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ 残量検知センサ
４ａ、４０ａ、４０ｂ 検知電極
４ｂ、４０ｃ、４４ｂ ガード電極（第１のガード電極）
４ｃ、４１ｂ 誘電体層
４ｄ、４４ｄ ガード電極（第２のガード電極）
５ センサホルダ
６ 押圧バネ
８ 汲み上げポンプ
９ 主タンク（インクタンク、容器）
１０ キャリッジ
１１、４３、４５Ｂ 残量検知回路部（残量検知回路）
１２ ポンプ駆動制御部
２０ インク（容器の内容物）
２０ａ、２０ｂ インク液面
３１ 参照コンデンサ
４１ａ、４４ｅ、４６ｅ、４７ｅ 参照電極
４１ｅ ガード電極（第３のガード電極）
４１Ａ、４４Ａ、４６Ａ、４７Ａ 検知部
４1Ｂ、４４Ｂ、４６Ｂ、４７Ｂ 参照部
４２ センサ部
１００ インクジェットプリンタ
ＶOUT 出力電圧（残量検知出力）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器の外側に配置して前記容器の内容物の残量を検知する残量検知センサであって、
前記容器に対向して配置する検知電極と、
該検知電極の外周を取り囲む状態で、前記検知電極と同一平面に配置された第１のガード電極と、
前記検知電極に対して少なくとも該検知電極を覆う範囲に離間して対向配置され、前記第１のガード電極と同電位とされた第２のガード電極とを備え、
前記第１および第２のガード電極の電位を基準電位として、前記検知電極で計測される静電容量に基づいて、前記容器の内容物の残量を検知できるようにしたことを特徴とする残量検知センサ。
【請求項２】
前記検知電極は、互いに離間した位置に複数設けられ、
前記第１のガード電極は、前記複数の検知電極のそれぞれの外周を取り囲む状態とされ、
前記複数の検知電極でそれぞれ計測される静電容量に基づいて、前記容器の内容物の残量を複数の段階で検知できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の残量検知センサ。
【請求項３】
前記第１および第２のガード電極と同電位とされ、前記第１および第２のガード電極の少なくともいずれかに対して、前記容器と反対側に離間して対向配置された第３のガード電極と、
前記第１のガード電極または前記第２のガード電極と、前記第３のガード電極との間の対向範囲内に、挟まれて配置された参照電極とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の残量検知センサ。
【請求項４】
前記参照電極は、
前記第１のガード電極と前記第３のガード電極との間の対向範囲内に挟まれて配置され、前記第２のガード電極と同一平面に配置されたことを特徴とする請求項３に記載の残量検知センサ。
【請求項５】
前記第２のガード電極は、
前記検知電極および前記第１のガード電極を覆う範囲に設けられ、
前記第３のガード電極は、
前記第２のガード電極を覆う範囲に設けられ、
前記参照電極は、
前記第２のガード電極と前記第３のガード電極との間の対向範囲内に挟まれて配置されたことを特徴とする請求項３に記載の残量検知センサ。
【請求項６】
前記検知電極、前記第１のガード電極、および前記第２のガード電極は、多層プリント基板の導電パターンとして形成され、
前記多層プリント基板上に、前記検知電極の静電容量を計測して残量検知出力を発生する残量検知回路を一体に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の残量検知センサ。
【請求項７】
前記検知電極、前記第１のガード電極、前記第２のガード電極、前記第３のガード電極、および前記参照電極は、多層プリント基板の導電パターンとして形成され、
前記多層プリント基板上に、前記検知電極の静電容量を計測して残量検知出力を発生する残量検知回路を一体に設けたことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の残量検知センサ。
【請求項８】
インクを吐出するインクジェットヘッドと、
該インクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクと、
該インクタンクの外側に配置された請求項１〜７のいずれかに記載の残量検知センサとを備えることを特徴とするインクジェットプリンタ。
【請求項１】
容器の外側に配置して前記容器の内容物の残量を検知する残量検知センサであって、
前記容器に対向して配置する検知電極と、
該検知電極の外周を取り囲む状態で、前記検知電極と同一平面に配置された第１のガード電極と、
前記検知電極に対して少なくとも該検知電極を覆う範囲に離間して対向配置され、前記第１のガード電極と同電位とされた第２のガード電極とを備え、
前記第１および第２のガード電極の電位を基準電位として、前記検知電極で計測される静電容量に基づいて、前記容器の内容物の残量を検知できるようにしたことを特徴とする残量検知センサ。
【請求項２】
前記検知電極は、互いに離間した位置に複数設けられ、
前記第１のガード電極は、前記複数の検知電極のそれぞれの外周を取り囲む状態とされ、
前記複数の検知電極でそれぞれ計測される静電容量に基づいて、前記容器の内容物の残量を複数の段階で検知できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の残量検知センサ。
【請求項３】
前記第１および第２のガード電極と同電位とされ、前記第１および第２のガード電極の少なくともいずれかに対して、前記容器と反対側に離間して対向配置された第３のガード電極と、
前記第１のガード電極または前記第２のガード電極と、前記第３のガード電極との間の対向範囲内に、挟まれて配置された参照電極とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の残量検知センサ。
【請求項４】
前記参照電極は、
前記第１のガード電極と前記第３のガード電極との間の対向範囲内に挟まれて配置され、前記第２のガード電極と同一平面に配置されたことを特徴とする請求項３に記載の残量検知センサ。
【請求項５】
前記第２のガード電極は、
前記検知電極および前記第１のガード電極を覆う範囲に設けられ、
前記第３のガード電極は、
前記第２のガード電極を覆う範囲に設けられ、
前記参照電極は、
前記第２のガード電極と前記第３のガード電極との間の対向範囲内に挟まれて配置されたことを特徴とする請求項３に記載の残量検知センサ。
【請求項６】
前記検知電極、前記第１のガード電極、および前記第２のガード電極は、多層プリント基板の導電パターンとして形成され、
前記多層プリント基板上に、前記検知電極の静電容量を計測して残量検知出力を発生する残量検知回路を一体に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の残量検知センサ。
【請求項７】
前記検知電極、前記第１のガード電極、前記第２のガード電極、前記第３のガード電極、および前記参照電極は、多層プリント基板の導電パターンとして形成され、
前記多層プリント基板上に、前記検知電極の静電容量を計測して残量検知出力を発生する残量検知回路を一体に設けたことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の残量検知センサ。
【請求項８】
インクを吐出するインクジェットヘッドと、
該インクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクと、
該インクタンクの外側に配置された請求項１〜７のいずれかに記載の残量検知センサとを備えることを特徴とするインクジェットプリンタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００８−２３０２２７（Ｐ２００８−２３０２２７Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１３５１４（Ｐ２００７−３１３５１４）
【出願日】平成１９年１２月４日（２００７．１２．４）
【出願人】（５０１１６７７２５）エスアイアイ・プリンテック株式会社 (198)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月４日（２００７．１２．４）
【出願人】（５０１１６７７２５）エスアイアイ・プリンテック株式会社 (198)
【Ｆターム（参考）】
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