JP2011214904A - 液面検知装置および液面検知装置を備えたインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】貯液タンクの所定の液面のみを検知する場合において、浮遊容量やノイズ等による影響がほとんどなく、小型で簡単な構造であり、貯液タンクへの設置も簡単に行える液面検知装置および液面検知装置を備えたインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】液体を貯留するタンクの液面検知装置において、液面に対して略平行に配置された対向する平面部を有する2つ以上の電極と、電極間の静電容量を検出することによって電極間の液体の有無を検知する検知手段を備えていることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、液体を貯留するタンク（以下、貯液タンクとする）、例えばインクジェット記録装置においてはインクタンクの、液面レベルを検出する装置に関するものである。

従来、貯液タンク内の液面レベルを検出するための装置としては、静電容量式のものがある。この静電容量式の液面レベル検出装置は、高精度で液面レベルを検出することができるため広く使用されている。

例えば特許文献１には、電極の所定位置に特異部を形成し、この特異部により生じる静電容量の非線形変化時に液量を補正して常に正確な液量を測定することが記載されている。

また、特許文献２には、センサ部が長尺筒状の共通アース電極と，その中へ配置した長尺状の絶縁基体と，該絶縁基体上において互いに９０度をなす位置に設けた３つの測定電極及び補正電極とを有する液面レベル検知装置において、液面レベルの上下変動に伴う静電容量を検出することにより，液面レベルを検知することが記載されている。

また、特許文献３には、貯液タンクのタンク壁の外側若しくは内側に、貯液タンク内の液体の液面に対して垂直方向に延設され且つ、水平方向に並設された一対の測定電極を有する液面検知センサであり、測定電極間に流れる電流値によって貯液タンク内の液体の液面レベルを検知することが記載されている。

特許文献１〜３の方法は、静電容量の検出により液面を検知するため電極を備えたタンク等において、液面が変化するにつれ、その都度静電容量を検出することで液面を検知し、タンク内の残量を知ることができるものである。しかしこれらの方法では、液面に対して電極が垂直方向に設置されているため、静電容量の変化は大変緩やかであり、この静電容量の緩やかな変化を検出するには精度を要する。これは、配線の浮遊容量やモーター等の各種機器によるノイズが検出結果に影響を及ぼし、誤差が発生しやすくなるためであり、これを軽減させるにはケーブルの浮遊容量を管理したり、ノイズ対策としてフィルタ等の部品を追加したりする必要があり、装置が複雑化してしまう。

特開昭５８−１０３６１８号公報 特開平５−２２３６２３号公報 特開２００３−５７０９７号公報

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、貯液タンクの所定の液面レベルのみを検知する場合において、配線の浮遊容量やモーター等の各種機器によるノイズ等による影響がほとんどなく、小型で簡単な構造であり、また、貯液タンクへの設置も簡単に行える液面検知装置および液面検知装置を備えたインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みなされた本発明の第１の課題解決手段は、貯液タンクの液面検知装置において、液面に対して略平行に配置された対向する平面部を有する2つ以上の電極と、電極間の静電容量を検出することによって電極間の液体の有無を検知する検知手段を備えていることを特徴とする。

第２の課題解決手段は、前記2つ以上の電極がいずれも略Ｌ字型であることを特徴とする。

第３の課題解決手段は、前記2つ以上の電極の平面部にはいずれも開口部が設けられていることを特徴とする。

第４の課題解決手段は、前記液面検知装置を備えたインクジェット記録装置を提供することである。

本発明によれば、電極を、平面部を有する形状にすることにより、設定された検知面で大きく静電容量が変化するために、配線の浮遊容量やモーター等の各種機器によるノイズ等による影響がほとんどなくなるため、電極へ接続するケーブルの浮遊容量や静電容量からの電圧判定に関して高い精度を必要とせず、装置を簡素化できるという効果がある。

また、小型で簡単な構造であるため、貯液タンクへの設置も簡単に行うことができる。さらに、電極の平面部に開口部を設けることで、液面の変化に応じてより早く電極間の液体を除去することができ、液面検知の信頼性を向上させることができる、液面検知装置および液面検知装置を備えたインクジェット記録装置を提供することができる。さらに、貯液タンクを移動させると液面が波立ってしまうが、本発明のように電極が液面に対して水平になっていると液面が揺れる変動量を抑制することができるという効果も得られる。

インクジェット記録装置の外観を示す図 液面検知装置の構成を示す図 静電容量と貯液タンクの液面高さの関係（電極が液面と垂直の場合）を示す図 静電容量と貯液タンクの液面高さの関係（電極が液面と水平の場合）を示す図 電極の形状を示す図 電極の形状の他の形態を示す図 電極の形状の他の形態を示す図 電極が３つの場合の構成を示す図

本発明を反映した上記課題解決手段を実施するための実施形態について、図面を用いて以下に詳細に説明する。上記課題解決手段は以下に記載の構成に限定されるものではなく、同一の技術的思想において種々の構成を採用することができ、本実施例では、インクジェット記録装置のインクタンクに液面検知装置を装着した場合について説明する。

（インクジェット記録装置の概要）
図１は、インクジェット記録装置の全体（正面）を示す図である。インクジェット記録装置１は、キャリッジ２と記録媒体搬送装置（以下、搬送装置とする）３とインク供給装置５とを備える。図１に示したインクジェット記録装置１は、キャリッジ待機位置に配置されたキャリッジ２を、記録媒体４の搬送方向に対し垂直方向に、所定の範囲、移動させながら記録媒体４に画像を記録する、いわゆる走査型の記録装置であるが、記録ヘッドが複数配列されており、キャリッジ２が記録媒体４の搬送方向に対して垂直方向に移動せずに記録媒体４に画像の記録を記録する、いわゆるライン型の記録装置であっても構わない。

インクジェット記録装置１は、自装置の制御を司る制御部（図１で図示を省略）を備える。制御部は、インクジェット記録装置１で実行される各種処理（例えば、インクジェット記録処理、インクタンクの液面検知）を制御する。上記の各種処理は、複数の制御部で実行してもよいし、１つの制御部で実行することもできる。

搬送装置３は、ベルトコンベアやフリーローラーのような回転体により構成され、記録媒体４が、搬送装置３の上面（図１においてキャリッジ２に対向する面）に積載され、搬送装置３は、キャリッジ２直下に記録媒体４を搬送する。そして、記録ヘッドから吐出されたインクによって画像が記録された後、搬送装置３は、記録媒体４を所定の位置まで搬送する。

図１に示したインクジェット記録装置のキャリッジ２は、タイミングベルト等のキャリッジ駆動機構７により水平方向（図１のキャリッジ２内に記載の矢印（移動方向）参照）に移動可能に設置されている。キャリッジ２には、記録媒体に画像を記録する記録手段としての記録ヘッドユニットが複数搭載されている。記録ヘッドユニットは、サブタンクと記録ヘッドとを含む。記録ヘッドには、インクが吐出されるノズルが等間隔に配列されており、これにより、記録媒体４に画像を記録する。なお、インクジェット記録装置１がライン型である場合は、記録媒体４への画像の記録に際し、キャリッジ２は、記録媒体４の搬送方向に対して垂直方向に移動しない。

インク供給装置５は、その内部に設置され、各色のインクを各々収容したメインタンクと、送液機構（図示を省略）とを備え、送液機構はメインタンクからインク供給管６を介して、キャリッジ２内のサブタンクに自動でインクを供給する。送液機構によるインクの送液は、例えば、メインタンク内を加圧して行われる。

インクタンク内にインクが存在しない状態で記録処理を続けようとすると、正常な記録物が得られないことはもちろんのこと、記録ヘッドなどに負担がかかり故障の原因となることがある。そのため、所定の液面以下になると、それを検知してインクタンク内へインクを供給することが必要となる。また、インクタンクへインクを供給する際には、オーバーフローしないように検知し、インクの供給を停止することが必要となる。メインタンクにおいても、サブタンクにおいても、同様に液面を検知する必要があるため、以下においては単に「インクタンク」としてその液面検知装置について説明する。

（液面検知装置の概要）
図２は本発明の液面検知装置８の構成図を示すものである。インクタンク１０には、液面に対して略平行に配置された対向する平面部を有する電極９Ａおよび電極９Ｂ（図２では側面から見たときにいずれも略L字型の形状である）が設置されており、電極の平面部が所定の液面検知位置（後述する）となるように電極９Ａ及び電極９Ｂの高さが調整されている。静電容量センサ１１は電極９Ｂと制御部１２に接続され、電極９Ａはグランドに接続されている。静電容量式の検出は、液体や固体（粉体）など、様々な物質の検出が可能であり、温度や圧力等周囲環境の影響を受けず、電極の形状の設計自由度が広いこと等の理由から、物質の検知や、最近ではタッチパネル等の技術に利用されているものであり、本発明において静電容量センサ１１は、電極９Ａおよび電極９Ｂの高さに液面があるかどうかを検知する。

（液面検知の方法）
静電容量センサ１１が低周波の正弦波（例えば１００ｋHz、５V程度のピーク間の振幅）を生成し、アウトプット端子へ正弦波を出力する。グランドに接続された電極９Ａと、アウトプット端子に接続された電極９Ｂとの間には静電容量が形成されており、静電容量センサ１１は、この静電容量の大きさに応じた電圧をレベル端子へ出力する。静電容量が大きいほど静電容量センサから出力される正弦波の振幅が大きく減衰し、レベル端子から出力される電圧は低くなる。これは、出力する電圧が電極間の静電容量に反比例するためである。レベル端子は制御部１２と接続されており、制御部１２内蔵のアナログ−デジタル変換器によってレベル端子から出力された電圧をデジタルデータへ変換する。デジタルデータへ変換することによって、ソフトウェアによる様々な処理が可能となるため、調整作業が容易となり、メンテナンス性や拡張性が向上する。

ここで、静電容量Cは以下の式によって表される。
C=ｋε_０・S／ｄ
ε_０は真空の誘電率であり、ｋは電極間物質の比誘電率（電極間物質の誘電率と真空の誘電率の比）である。誘電率は、物質内で電荷とそれによって与えられる力との関係を示す係数である。各物質は固有の誘電率をもち、この値は外部から電場を与えたとき物質中の原子あるいは分子がどのように応答するか（誘電分極の仕方）によって定まる。Ｓは電極の面積で、ｄは電極間の距離である。つまり、静電容量は電極面積に比例し、電極間物質の誘電率に比例し、電極間の距離に反比例する。比誘電率ｋは、例えば空気が１．０００５９、水が８０．４（２０℃のとき）、アルコールが１６〜３１である。電極間に比誘電率ｋの大きな物質が存在すれば、電極間に形成される静電容量は大きくなり、比誘電率ｋの小さな物質が存在すれば、電極間に形成される静電容量は小さくなる。また、電極の面積が大きく、電極間の距離が小さくなれば静電容量も大きくなり、電極の面積が小さく、電極間の距離が大きくなれば静電容量は小さくなる、ということになる。

インクタンク１０には、液面に対して略平行に配置された対向する平面部を有する電極９Ａおよび電極９Ｂ（図２では側面から見たときにいずれも略L字型の形状である）が設置されており、電極の平面部が所定のインク検知位置ＨaおよびＨbとなるように電極９Ａ及び電極９Ｂの高さが調整されている。電極の取り付け位置に関しては、図２のようにタンク上部であってもよいし、タンク側面やタンク底面から取り付けるようにしても構わない。インクの液面がＨaより高い場合、すなわち、電極９Ａと電極９Ｂの間がインクで満たされている場合は、インクによって大きな静電容量が形成され、静電容量センサ１１から出力される正弦波の振幅が大きく減衰し、レベル端子から出力される電圧は低下する。また、インクの液面がＨｂより低い場合、すなわち、電極９Ａと電極９Ｂの間にインクが存在しない場合は、空気によって小さな静電容量が形成され、正弦波の振幅は小さく減衰するため、レベル端子から出力される電圧は、電極９Ａと電極９Ｂの間にインクがある場合に比べて高くなる。つまり、電極間の静電容量の変化によって、液面がＨａより高いか、Ｈｂより低いかを検知することができるのである。

電極が１つである場合、インクタンクがグランドの代わりになり、電極とインクタンク間の静電容量を検知することになる。そのため、電極とインクタンクの距離がある程度離れてしまうと上記において説明したように静電容量は小さくなり、配線の浮遊容量やモーター等の各種機器によるノイズ等による影響を受けやすくなってしまう。また、電極間に発生する静電容量の大きさは、電極間物質の比誘電率、電極の面積、電極間の距離、に応じて変動し、結果的に静電容量の大きさに応じて静電容量センサから出力される電圧の大きさも変動する。そのため、電極間のインクの有無を判断するためには、インクが電極間に存在するときに静電容量センサから出力される電圧がどの程度となるか予め把握し、インク有無の電圧閾値を検証・決定しておく必要がある。したがって、電極が1つである場合に、検知したい液面の位置を変動させたいとき、位置を変える度に電極間の距離が変動するため、閾値をその都度検証・決定する必要が出てくるが、電極が２つであれば、電極間の距離は一定であるためその都度閾値を調整する必要がなくなる。

制御部１２は、レベル端子から出力される電圧を常時取り込んで判定している。インクタンク１０がサブタンクである場合、レベル端子から出力される電圧が、所定の値より高くなると、電極間にインクが無いと判断し、メインタンクからサブタンクへインクを供給する。その後、レベル端子から出力される電圧が、所定の値より低くなった場合は、電極間にインクが有ると判断し、サブタンクへの供給を停止するよう制御する。また、インクタンク１０がメインタンクである場合は、レベル端子から出力される電圧が、所定の値より高くなったり低くなったりした場合、表示灯を点灯あるいは、アラームを鳴らすなどしてメインタンク内のインクの有無を作業員に通知する。

図３に２つの電極形状が液面と垂直の場合、図４に２つの電極形状が平面部を有する略L字型の場合の、（ａ）インクタンクの側面図と、（ｂ）静電容量とインクタンクの液面高さの関係を示す。X軸を液面の高さ、Y軸を静電容量とし、X軸のＨａ−Ｈｂ間を所定の液面位置とする。
図３のように、２つの電極形状が液面と垂直の場合は、液面の高さが上昇するに従って、緩やかに静電容量が増えていく。このため、Ｈａ−Ｈｂ間の所定の液面位置を検知するには、所定の液面位置と判断できる静電容量の範囲（Ｃａ−Ｃｂ間）が狭いため、配線の浮遊容量やモーター等の各種機器によるノイズ等による影響によって誤検知が発生する可能性が高くなる。
図４のように、２つの電極形状がL字型の場合は、Ｈａ−Ｈｂ間の所定の液面位置で、ＣｂからＣaへと静電容量が大きく増大するため、ノイズ等があっても誤差が発生しにくくなり、液面検知信頼性を向上させることができる。

図５は本発明の電極の形状の例を示すものである。電極９Ａおよび９Ｂはいずれも対向する平面部を有する形状をしていればよく、側面から見たときに略L字型であることが好ましい。その材質は、導電材料であれば特に限定されることはなく、例えばアルミニウムやアルミニウムの合金、ステンレス鋼等により作製する。電極９Ａおよび電極９Ｂは、互いに近接して設置され、電極間の距離は、１〜５ｍｍが好ましく、１〜３ｍｍであることがさらに好ましい。電極間の距離が１ｍｍ未満であると表面張力により電極間にインクが滞留しやすくなり、５ｍｍを超えると静電容量は電極間の距離に反比例するので、大きな静電容量を得ることが難しくなる。また、開口部を除いた平面部の電極の面積は、設置するタンクの大きさや検知条件等を考慮して適宜設計すればよい。

電極９Ａおよび電極９Ｂの平面部にはいずれも開口部が設けられているのが好ましく、インクタンク内のインク液面が下降した際には、電極の開口部をインクが通って電極間のインクを除去できる構成となっているため、液面の変化に応じてより早く電極間の液体を除去することができ、電極間での液体の滞留を防止することとなり、液面検知の信頼性を向上させることができる。また、電極の形状は図５に示すような開口部が設けられたものに限らず、略Ｌ字型の平面部をインクが通過するように形成されていればよく、図６のように平面部にパンチングを設ける、あるいは図７のようにフォーク形状でもあってもよい。

上記では、貯液タンクに貯留される液体が、インクジェット記録装置で用いるインクである場合について説明したが、これに限定されるものではなく、燃料や溶剤、その他染色助剤等のように、静電容量が大きく発生する液体であればどのようなものでも構わない。

また、上記では電極の数が２つである場合について説明したが、これに限定されるものではなく、３つ以上で構成することもできる。例えば、図８は電極が３つの場合の構成を示す図である。電極１３Ｂには、液面と水平方向となる面が２つ構成され、電極１３Ａ、電極１３Ｂ、電極１３Ｃのうち、電極１３Ｂをグランドへ接続する。このような構成にすると、電極１３Ａと電極１３Ｂ間、電極１３Ｂと電極１３Ｃ間のそれぞれのL字型の平面部で液面検知を行うことができる。

１ インクジェット記録装置
２ キャリッジ
３ 記録媒体搬送装置
４ 記録媒体
５ インク供給装置
６ インク供給管
７ キャリッジ駆動機構
８ 液面検知装置
９Ａ、９Ｂ 電極
１０ インクタンク（メインタンク・サブタンク）
１１ 静電容量センサ
１２ 制御部
１３Ａ〜１３Ｃ 電極

Claims (4)

1. 貯液タンクの液面検知装置において、液面に対して略平行に配置された対向する平面部を有する2つ以上の電極と、電極間の静電容量を検出することによって電極間の液体の有無を検知する検知手段を備えていることを特徴とする液面検知装置。
2. 前記2つ以上の電極がいずれも略Ｌ字型であることを特徴とする、請求項１に記載の液面検知装置。
3. 前記2つ以上の電極の平面部にはいずれも開口部が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の液面検知装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の液面検知装置を備えたインクジェット記録装置。