JPH1148494A

JPH1148494A - 液体残量検出装置

Info

Publication number: JPH1148494A
Application number: JP28631997A
Authority: JP
Inventors: Koji Yoshida; 孝治吉田; Atsushi Teramura; 篤寺村; Yoshihisa Takamatsu; 佳央高松
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 1997-10-20
Publication date: 1999-02-23
Anticipated expiration: 2017-10-20
Also published as: JP3669125B2

Abstract

(57)【要約】【課題】液体の残量を広範囲に渡ってアナログ的に検
知することにより、液体の有無及び残量を正確に検出す
る液体残量検出装置を提供する。【解決手段】底部にコーナ部１０ａを有する光透過性
のタンク１０にインク２０を入れ、タンク１０のコーナ
部１０ａに、投光部３１及び受光部３２を有するセンサ
３０を斜めに配置し、タンク１０のコーナ部１０ａに投
光部３１からの光を上方から斜めに照射し、タンク１０
の底部を透過して受光部３２に入射する透過光の光量の
増減変化に基づいてタンク１０内のインク２０の残量を
測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容器内の液体の量
の増減変化を連続的（アナログ的）に検知し、液体の有
無及び残量を正確に検出する液体残量検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】

＜従来技術１＞容器内の液体の量を検出する測定装置と
しては、一般的には図２９に示すように、円形のパイプ
６０内の液体７０の液面をセンサ８０で検出するものが
ある。液体７０は量が増えるに連れて液面が上がるが、
その液面の有無をセンサ８０で検出する。センサ８０
は、投光部８１と受光部８２を有し、投光部８１からの
光がパイプ６０に照射され、受光部８２での透過光によ
る受光量の変化によって、投光部８１と受光部８２を結
ぶ光軸より液面が上にあるのか下にあるのかが検出され
る。

【０００３】一方、インクジェットプリンタ等に用いら
れるインクカートリッジ（容器）は、図３０の（ａ）に
示すような矩形体の場合が多く、このインクカートリッ
ジ６１内のインク（液体）７０を検出する場合、図２９
の構成から、図３０の（ａ）のように、インクカートリ
ッジ６１のコーナ部（ここでは曲線状のコーナ部）にセ
ンサ８０を配置することが考えられる。つまり、投光部
８１から液面に対して平行な光をインクカートリッジ６
１に照射し、インクカートリッジ６１の内部を透過した
光を受光部８２で受光し、その受光量の変化により、投
・受光部８１，８２を結ぶ光軸位置より液面が上か下か
を検出する。＜従来技術２＞インクジェットプリンタ等に用いられる
インクカートリッジ内のインクを検知する一例を図３１
に示す。ここでは、それぞれ内部にスポンジ６３を収容
した上でインクを入れたタンク１，２，３，４が配置さ
れ、これらタンク１〜４でカートリッジ６２が構成され
る。タンク１〜４のスポンジ６３はインクにより湿って
いる（インクに浸っている）。カートリッジ６２はプリ
ントヘッド側に設けられ、Ｘ方向に移動可能であり、反
射型のセンサ９０はプリンタ本体側に設置されており、
カートリッジ６２を移動させることで、１個のセンサ９
０でタンク１〜４のインクの有無を検出している。

【０００４】ここでは、センサ９０により各タンク１〜
４の底部に光を照射し、反射された光を受光し、その反
射率に基づいてタンク１〜４のインクの有無を検出して
いる。つまり、インクに浸ったスポンジ６３と乾燥状態
のスポンジ６３の反射率の違いにより、インクの有無を
検出している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】

＜課題１＞図２９や図３０の（ａ）に示すような構成の
測定装置では、液体７０の液面を検知するだけであり、
液体７０の有無という２値信号を検出しているに過ぎな
い。即ち、図３０の（ｂ）において、センサ８０の投光
部８１及び受光部８２は、それぞれ投光レンズ８３及び
受光レンズ８４を有するが、それによる検知可能範囲は
最大でも両レンズ８３，８４の径Ｄまでであり、液体７
０の残量を広範囲に渡って連続的（アナログ的）に検知
することは困難である。＜課題２＞図３１において、カ
ートリッジ６２は印刷物の厚さ等の理由でＹ方向やＺ方
向にも移動させなければならないことがあったり、セン
サ９０の光量低下や投光・受光レンズの汚れ等が起こっ
たりして、センサ９０から得られる出力が変動し易い。
このような場合、もともとインク有とインク無の出力比
率が小さいことも相まって、インクの有無を安定して正
確に検出することが困難となる。

【０００６】このことを図３２を用いて詳しく説明す
る。図３２の（ａ）において、タンク２にはインクが有
り、タンク１にはインクが無いとすると、タンク１の出
力が低レベルに、タンク２の出力が高レベルになり、タ
ンク１，２からそれぞれ得られるセンサ出力には差があ
り、双方の出力間にスレッショルド値を設定しておけ
ば、初期状態に変化がなければインクの有無を正確に検
出できる。

【０００７】しかしながら、カートリッジ６２とセンサ
９０との間の距離変動、センサ９０の光量低下、投光・
受光レンズの汚れ等が起こって、初期状態が変化する
と、タンク１，２のセンサ出力はそれぞれ低下すること
になる〔図３２の（ｂ）参照〕。このとき、スレッショ
ルド値が初期のまま一定であると、タンク２からのセン
サ出力がスレッショルド値を下回ることがある。この場
合、本来ならタンク２にはインクが有るにもかかわら
ず、インク無と判断してしまう誤判定が生じる。

【０００８】又、反射型のセンサ９０は、光照射対象物
（インク）の色の影響を受け易く、それによりインクの
有無の検出が不安定になる。例えば、濃い色（黒系の
色）の場合はインクに吸収される光量が多くなり、淡い
色（白系や黄系の色）の場合はインクで反射される光量
が多くなるので、インクの色によって検出感度が異なっ
てくる。＜課題３＞図２９や図３０の（ａ）に示すような構成の
測定装置の場合、液体（インク）７０の有無という２値
信号を検出しているため、つまりインク７０の有無をデ
ジタル的に判断しているため、インクカートリッジ６１
の内壁に付着したインク滴に対して、インク７０が有る
のか、或いは単にインクが１滴だけ付着しているだけな
のかを、正確に判定できないという問題がある。

【０００９】例えば、上記測定装置では、インク７０の
有無を図３３に示すようなフロー図に従って判定してい
る。ステップ（以下、ＳＴと略す）２１において、セン
サ８０でインク７０の液面を測定し、その測定値（検出
信号）の高低を判定し（ＳＴ２２）、測定値が低い場合
はインク無と判定し（ＳＴ２３）、測定値が高い場合は
インク有と判定している（ＳＴ２４）。しかし、このよ
うなアルゴリズムでは、インクカートリッジ６１の内壁
にインク滴が付着しているだけであっても、インク７０
が有ると誤判定してしまうことがある。

【００１０】この発明は、そのような課題１，２，３に
着目してなされたもので、液体の残量を広範囲に渡って
アナログ的に検知すること、液体の有無及び残量を正確
に検出すること、液滴と液体を正確に識別することを実
現する液体残量検出装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の液体残量検出装置は、底部にコ
ーナ部を有し、液体を貯蔵する光透過性の容器と、この
容器底部のコーナ部に配置され、投光部及び投光部から
の光を受光する受光部を有するセンサとを備え、容器底
部のコーナ部に投光部からの光を斜めに照射し、容器内
を透過して受光部に入射する透過光の光量の増減変化に
基づいて容器内の液体の残量を測定することを特徴とす
る。

【００１２】又、請求項２の液体残量検出装置は、液体
を貯蔵する光透過性の容器と、投光部及び投光部からの
光を受光し、受光スポットの位置を検出する受光部を有
するセンサとを備え、容器に投光部からの光を水平面に
対して斜めに照射し、容器内を透過して受光部に入射す
る透過光の光軸の上下変化に基づいて容器内の液体の残
量を測定することを特徴とする。

【００１３】請求項１の装置では、容器底部のコーナ部
に投光部からの光を斜めに照射し、容器内を透過して受
光部に入射する透過光の光量の増減変化に基づいて容器
内の液体の残量を測定するので、また請求項２の装置で
は、容器に投光部からの光を水平面に対して斜めに照射
し、容器内を透過して受光部に入射する透過光の光軸の
上下変化に基づいて容器内の液体の残量を測定するの
で、いずれも液体の残量を広範囲に渡ってアナログ的に
検出でき、それにより液体の有無及び残量を正確に検出
できる。

【００１４】他方、請求項５の液体残量検出装置は、液
体を貯蔵する光透過性の容器と、液体有の基準用となり
得る容器と、液体無の基準用となり得る容器と、投光部
及び受光部を有し、容器に投光部からの光を照射し、容
器からの反射光を受光部で受光する反射型のセンサとを
備え、液体有の基準用容器と液体無の基準用容器からそ
れぞれ得られるセンサ出力を相対出力として容器内の液
体の有無を判定することを特徴とする。

【００１５】請求項５の装置では、反射型のセンサに液
体有の基準用容器と液体無の基準用容器を組合せ、液体
有の基準用容器と液体無の基準用容器からそれぞれ得ら
れるセンサ出力を相対出力として容器内の液体の有無を
判定するので、液体の有無を正確に検出できる。なお、
上記請求項１及び請求項２の構成において、液体の残量
を測定することは、次の〜を含む。液体の量をアナログ的に検出することこれは、液体の量を連続的に検出（測定）することであ
り、例えば１５ｃｃの容量の容器で、液体残量３〜１ｃ
ｃ間をアナログ信号で出力する。液体の残量低下をアナログ的に検出することこれは、液体残量を連続的に検出（測定）することであ
り、例えば１５ｃｃの容量の容器で、液体残量２〜０ｃ
ｃ間をアナログ信号で出力する。液体の残量低下をデジタル的に検出することこれは、液体残量を多段階的に検出することであり、例
えば１５ｃｃの容量の容器で、液体残量２〜０ｃｃ間を
０．２ｃｃ刻みで（デジタル信号で）出力する。液体が所定量残っているかどうかを検出することこれは、２値の出力であり、例えば液体残量が０．５ｃ
ｃよりも多いときは信号を出力し、０．５ｃｃ以下にな
ったら信号を出力しない。液体が所定量以上あるかどうかを検出することこれも、２値の出力であり、例えば液体残量が０．５ｃ
ｃよりも多いときは信号を出力せず、０．５ｃｃ以下に
なったときに始めて信号を出力する。なお、とは出
力の仕方が異なるだけで、結果は同じである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
いて説明する。図１は、一実施形態の液体残量検出装置
の基本概念を示す概略構成図である。図１に示す光透過
性の容器（タンク）１０は、図３０の（ａ）のタンク６
１の立てる向きを変えたもので（図２参照）、タンク１
０の矢印Ａ側が上側であり、中の光透過性の液体（イン
ク）２０が矢印Ｂ方向に減り、タンク１０の底部のコー
ナ部１０ａにセンサ３０が斜めに固定・配置されてい
る。センサ３０は、投光部３１と受光部３２がタンク１
０のコーナ部１０ａを挟んで対向するように位置決めさ
れている。従って、センサ３０の投光部３１からの光
は、タンク１０のコーナ部１０ａに上方から斜めに入射
し、タンク１０の底部を斜めに通過して受光部３２に入
射する。なお、タンク１０のコーナ部１０ａは、ここで
は曲線状であるが、これは直角状でもよく、液体２０の
有無で光の屈折が生じ、その光屈折を検出できるような
形状であればよい。

【００１７】このような構成の装置をインクジェットプ
リンタ等に適用する場合は、図３に示すようにする。こ
こでは、それぞれスポンジ（図示せず）を収容すると共
に、４つの異色のインクをそれぞれ入れたタンク１〜４
で、インクカートリッジ１２が構成される。但し、スポ
ンジは必ずしも収容する必要はなく、スポンジ無しのタ
ンク１〜４であってもよい。インクカートリッジ１２は
プリントヘッド側に取付けられ、矢印方向に一体に移動
可能である。センサ３０はプリンタ本体側に設置され、
各タンク１〜４の底部のコーナ部に光を照射し、その透
過光を受光するようになっている。

【００１８】この場合、インクカートリッジ１２の移動
により複数（４つ）のタンク１〜４における各インクの
有無及び残量を１個のセンサ３０で検出することができ
る。又、光学的な屈折現象を利用するので、インクの色
（濃淡）の影響を受け難く、インクの色にかかわらず、
インクの有無及び残量を正確に検出することができる。
因みに、図２９及び図３０の（ａ）に示すような検出概
念を採用した装置の場合は、各タンク毎に１個のセンサ
が必要であり、図３１のように反射型のセンサを用いる
場合は、インクの色による影響を受け易い。

【００１９】このようなタンク及びセンサ３０の配置に
より、タンク内のインクの残量とセンサ３０の出力変化
との関係は、図４のようになる。図４において、直線
が実施形態の構成で得られる出力変化で、直線が図３
０の（ａ）の構成で得られる出力変化である。それによ
ると、同じ出力変化幅であっても、直線の出力変化
（傾斜部分ａ）が直線の出力変化（傾斜部分ｂ）より
緩やかであり、インク残量の変化を広範囲に連続的に検
出できることが分かる。即ち、従来の構成がデジタル的
検出であるのに対し、この実施形態の構成はアナログ的
検出となる。

【００２０】次に、上記装置の検出作用について図５〜
図７（部分拡大断面図）を参照して説明すると共に、図
１の構成での検出概念を図８に示す。なお、図中の矢印
“上”がタンク１１の上側であることを示す。又、セン
サ３０は、投光部３１からの光Ｌがタンク１１の底部の
コーナ部に上方から斜めに入射し、投光部３１に対向す
る受光部３２がタンク１１を透過した光Ｌを受光するよ
うに位置決めされている。

【００２１】図５においてタンク１１がインク２０で十
分に充填されている場合、投光部３１からの光Ｌは、タ
ンク１１で屈折して内部のインク２０に入射し、そのま
まインク２０を直線的に通過し、タンク１１から出射す
るときに再度屈折する。この場合、タンク１１から出た
光Ｌは、受光部３２に殆ど入射せず、受光部３２では受
光を検知しない。これに基づき、インク２０がタンク１
１内に十分入っていると判断する〔図８の（ａ）参
照〕。

【００２２】図５の状態で、インク２０が徐々に減り、
その液面が下がると、やがて図６のような状態になる。
すると、光Ｌは、タンク１１で２回屈折して内部に入
り、内部の空間を直進し、インク２０で屈折し、更にタ
ンク１１で屈折して、タンク１１から出射する。この場
合は、光Ｌの一部が受光部３２に徐々に入射するように
なるので、受光部３２は少量の受光を検知する。この状
態のときは、まだタンク１１内にインク２０は残ってい
るが、その残量が少ないと判断する〔図８の（ｂ）参
照〕。

【００２３】図７のようにタンク１１内のインク２０が
完全に無くなると、光Ｌは、タンク１１への入射時に２
回、出射時にも２回屈折し、受光部３２に全面入射し、
受光部３２は多量の受光を検知する。それにより、タン
ク１１内のインク２０が完全に無くなったと判断する
〔図８の（ｃ）参照〕。この検出作用から明らかなよう
に、実施形態の装置は、タンク１１、タンク１１内の空
気及びインク２０の各々の光の屈折現象を利用するもの
で、その屈折現象を有効に活用するために、タンク１１
の底部のコーナ部に光Ｌを照射している。このような構
成とすることで、タンク１１内のインク２０の残量の増
減変化を広範囲に渡って連続的に検知することができ、
インク２０の有無は勿論のこと、その残量をアナログ的
に検出できる。

【００２４】別実施形態の液体残量検出装置を図９に概
略的に示す。図９は、インクジェットプリンタ等のイン
クカートリッジ１２を示し、インクカートリッジ１２
は、タンク１〜４の他に、インクを入れていないインク
無の基準タンク５と、インクを充填したインク有の基準
タンク６とを有し、タンク５，６は、それぞれタンク
１，４の両側に配置されている。なお、図９ではタンク
６についてのみスポンジ１３が示されているが、全ての
タンク１〜６には、それぞれスポンジが収容されてい
る。

【００２５】ここでは、説明を分かり易くするために、
タンク５，６は、タンク１〜４と同一形状・構造のもの
であるが、タンク１〜４と連動すると共に反射型のセン
サ４０で検知できる位置に在ればよく、小サイズの相当
品とすることで設置スペースを少なくすることも可能で
ある。例えば、図１０では、タンク４が図示のような形
状であり、インク無の基準タンク５がタンク１の横に配
置され、インク有の基準タンク６がタンク４の下部に配
置されている。

【００２６】いずれの場合も、タンク１〜６で構成され
るインクカートリッジ１２は、プリントヘッド側に取付
けられ、矢印方向に移動可能である。投光部及び受光部
を有する反射型のセンサ４０は、プリンタ本体側に設置
され、各タンク１〜６の底部に光を照射し、その反射光
を受光するようになっている。この装置は、図３１に示
す従来の装置と比べると、インク無の基準タンク５とイ
ンク有の基準タンク６とを有する点で異なる。従って、
インク無及びインク有の基準タンク５，６を利用すれ
ば、図１１及び図１２に示すような検出を行うことがで
きる。

【００２７】即ち、図１１において、インク有の基準タ
ンク６から得られるインク有基準の出力、インクが有る
タンク２の出力、インク無の基準タンク５から得られる
インク無基準の出力、インクが無いタンク１の出力が、
それぞれ図示のようなレベルにあるとする。又、インク
有基準の出力レベルを出力１、インク無基準の出力レベ
ルを出力２とする。ここで、インクの有無の判定基準と
なるスレッショルド値を（出力１＋出力２）÷２とすれ
ば、スレッショルド値は出力１と出力２の中間に位置す
るので、インクの有無を検出できる。

【００２８】一方、初期状態の変化、即ちカートリッジ
１２とセンサ４０との間の距離変動、センサ４０の光量
低下、投光・受光レンズの汚れ等が起こると、図１２に
示すように、タンク１，２，５，６のセンサ出力はそれ
ぞれ低下することになる。スレッショルド値が初期状態
のままで一定であると、前記したように誤判定が起こり
得るが、出力が変動しても出力１と出力２との中間値を
スレッショルド値とすれば、出力変動に応じてスレッシ
ョルド値も相対的に変化するので、インクが有るタンク
に対してインク無と判断する誤判定が生じなくなる。従
って、タンク内のインクの有無を正確に検出できる。

【００２９】図１や図３等に示す装置は、前記したよう
に液体（インク）の残量をアナログ的に検出するため
に、光量をアナログ的に検知するＡ／Ｄコンバータ等を
使用している。このＡ／Ｄコンバータから得られるアナ
ログ量の大小から液滴と液体を正確に識別することが可
能となる。そのアルゴリズムを図１３に示す。まず、Ｓ
Ｔ１において容器（タンク）のインクの残量について測
定し、その測定値の高低を判定する（ＳＴ２）。測定値
が低ければ、タンク内にインクは無いと判定する（ＳＴ
３）。

【００３０】これに対し、測定値が高ければ、その測定
値をメモリ１に記憶する（ＳＴ４）。次いで、タンクを
動かすのであるが（ＳＴ５）、インクジェットプリンタ
においては、インクカートリッジを移動させれば、各タ
ンクを動かすことができる。タンクを動かした後は、再
びインクの残量について測定し（ＳＴ６）、その測定値
をメモリ２に記憶する（ＳＴ７）。そして、メモリ１と
メモリ２の出力差を求め、その出力差の大小を判定する
（ＳＴ８）。出力差が小さい場合は、タンクの移動前後
によっても出力に大差がないので、タンク内にインクが
十分に充填されている（インク有）と判定する（ＳＴ
９）。出力差が大きい場合は、タンクの移動前後によっ
て出力に大差が生じたので、タンクの内壁にインク滴が
付着していた（インク無）と判定する（ＳＴ１０）。

【００３１】このフロー図によれば、特にインクジェッ
トプリンタでは、印字に伴いインクカートリッジが頻繁
に移動していることを利用し、移動前後の出力を比較す
ることにより、インクの有無をより判断し易くすること
ができる。つまり、移動前後の出力変化が大きければ、
インク滴が移動時の加速度により移動したと判断でき、
移動前後の出力変化が小さければ、インク滴が移動して
いない（インク滴ではなく液体のインクである）と判断
する。

【００３２】図１４は、更に別実施形態の液体残量検出
装置の基本概念を示す概略構成図である。図１に示す実
施形態は、タンク１０のコーナ部１０ａに光を斜めに照
射するものであるが、図１４の実施形態は、タンク１０
の一方の側面から他方の側面に向けて水平面（インク２
０の液面）に対して光を斜めに照射するものである。図
１４に示す光透過性のタンク１０は普通のもので、中の
光透過性のインク２０が矢印Ｂ方向に減り、タンク１０
の一方の側面から他方の側面にわたって延びるセンサ３
５が固定・配置されている。センサ３５は、投光部３６
と受光部３７がタンク１０を挟んで対向するように位置
決めされている。従って、センサ３５の投光部３６から
の光は、タンク１０の一方の側面に斜めに入射し、他方
の側面を通過して受光部３７に入射する。

【００３３】センサ３５の受光部３７に、透過光の光軸
の上下変化〔受光素子上の受光スポットの位置変化（重
心変化等）〕を検出する素子（ＰＳＤ：Position Sensi
tiveLight Detector ）５０を用いた場合における信号
処理例を示すブロック図を図１５に示す。このブロック
図では、ＰＳＤ５０からの信号がそれぞれアンプ５１，
５２により増幅されて出力ｖ１，ｖ２となり、この増幅
信号がＡ／Ｄ変換器５３，５４でデジタル信号に変換さ
れ、一方がｖ１＋ｖ２信号５５とされ、演算器５６で所
定の演算〔ｖ２（ｖ１）／（ｖ１＋ｖ２）〕が行われ、
その値が出力される。なお、演算式は、図１５に示す例
の他に、次の例もある。

【００３４】・ｖ２／ｖ１・（ｖ１−ｖ２）／（ｖ１＋ｖ２）・（ｖ２−ｖ１）／（ｖ２＋ｖ１）又、例えばインクの残量低下を報知するために、演算器
５６からの出力を基準値と比較して２値化（デジタル
化）してもよい。

【００３５】図１５に示すような受光信号の処理によ
り、タンク１０内の液体（インク２０）の残量と出力変
化との関係は、図１６に示すように反比例することにな
る（但し、図１６では綺麗な直線になっているが、実際
には完全な直線にはならない）。これにより、液体の残
量変化を広範囲に連続的に検出することができる。即
ち、従来の構成がデジタル的検出であるのに対し、この
実施形態の構成はアナログ的検出となる。なお、ここで
は、受光部３７にＰＳＤ５０を使用しているが、多分割
ＰＤ（Photo Diode 、ラインセンサ）、ＣＣＤ（Charge
Coupled Device 、一次元イメージセンサ）等を用いて
もよい。

【００３６】次に、上記装置の検出作用について図１７
〜図２０（部分拡大断面図）を参照して説明すると共
に、図１４の構成での検出概念を図２１に示す。センサ
３５は、投光部３６からの光Ｌがタンク１１の一方の側
面から上方斜めに入射し、投光部３６に対向する受光部
３７がタンク１１を透過した光Ｌを受光するように位置
決めされている。又、受光部３７の受光素子の大きさ
は、投光部３６の投光レンズの径と同じであり、受光素
子の前にはレンズ若しくはピンホールが設けられてい
る。なお、投光部３６を上側に、受光部３７を下側に配
置し、光Ｌの入射方向を下方斜めとしてもよい。

【００３７】図１７においてタンク１１がインク２０で
十分に充填されている場合（図１４のインク液面２０ａ
参照）、投光部３６からの光Ｌは、タンク１１で屈折し
て内部のインク２０に入射し、そのままインク２０を直
線的に通過し、タンク１１から出射するときに再度屈折
する。この場合、タンク１１から出た光Ｌは、受光部３
７の上部に入射する。これに基づき、インク２０がタン
ク１１内に十分入っていると判断する〔図２１の（ａ）
参照〕。

【００３８】図１７の状態で、インク２０が徐々に減
り、その液面が下がると、やがて図１８のような状態に
なる（図１４のインク液面２０ｂ参照）。すると、光Ｌ
は、タンク１１で屈折してそのまま内部のインク２０を
直進し、インク２０の液面で屈折し、更にタンク１１で
２回屈折して出射する。この場合は、光Ｌは受光部３７
の下部に徐々に入射するようになる。この状態のとき
は、まだタンク１１内にインク２０は残っているが、そ
の残量が少ないと判断する〔図２１の（ｂ）参照〕。

【００３９】図１９のようにタンク１１内のインク２０
の液面付近に光Ｌが入射するようになると、光Ｌの一部
は、タンク１１への入射時に２回、出射時にも２回屈折
し、受光部３７に全く入射しない。光Ｌの残部は、図１
８の状態と同様に屈折してタンク１１を出射し、受光部
３７の下部に入射する。それにより、タンク１１内のイ
ンク２０が殆ど無くなったと判断する〔図２１の（ｃ）
参照〕。

【００４０】図２０のようにタンク１１内のインク２０
が更に減ると（図１４のインク液面２０ｃ参照）、光Ｌ
は、タンク１１への入射時に２回、出射時にも２回屈折
し、受光部３７に全く入射しない。この場合は、光Ｌの
受光量も併せて判断処理することにより、タンク１１内
のインク２０の残量が一定量以下であると判断できる。

【００４１】この検出作用から明らかなように、この実
施形態の装置は、前記実施形態と同様に、タンク１１、
タンク１１内の空気及びインク２０の各々の光の屈折現
象を利用するもので、その屈折現象を有効に活用するた
めに、タンク１１の側面に光Ｌを水平面（インク２０の
液面）に対して斜めに照射している。このような構成と
することで、タンク１１内のインク２０の残量の増減変
化を広範囲に渡って連続的に検知することができる上
に、インク２０の液量が一定範囲量以上であるのか以下
であるのかをも検知することができ、インク２０の有無
は勿論のこと、その残量をアナログ的に正確に検出でき
る。又、光学的な屈折現象を利用し、光の位置を検知し
ていることで、液体の色（濃淡）の影響を受け難く、液
体の色にかかわらず、液体の残量を正確に検出すること
ができる。

【００４２】なお、図１４の構成で、より正確に液体の
残量を検出するには、投光部から受光部に向けての光Ｌ
の照射位置を図２１の（ａ）に斜線で示すようにすれば
よい。斜線領域は光Ｌの光束を表し、その光束の下部境
界がタンク１０の内部底面のエッジＰを通過するように
光束の入射方向を調整する。この場合は、タンク１０内
のインク２０が完全に無くなったか否かを正確に検出で
きる。

【００４３】センサ３５の受光部３７に２分割ＰＤ５７
を用いた場合における信号処理例を示すブロック図を図
２２に示す。このブロック図では、各ＰＤ１，２からの
信号がアンプ５１，５２で増幅され、その出力ｖ１，ｖ
２がＡ／Ｄ変換器５３，５４でデジタル信号に変換さ
れ、演算器５６で例えば（ｖ１−ｖ２）の演算が行われ
る。勿論、演算には他の方法もあり、演算器５６からの
出力を基準値と比較して２値化（デジタル化）してもよ
い。

【００４４】図２２のような受光信号の処理により、タ
ンク１０内の液体（インク２０）の残量と出力変化との
関係は、図２３に示すようになる。図２３において、実
線が受光部に２分割ＰＤを用いて、上記信号処理で得ら
れる出力変化で、破線が受光部にＰＤを用いて得られる
出力変化である。それによると、出力変化が得られる液
体残量範囲が同じであっても、実線の出力変化（変化幅
ｃ）が破線の出力変化（変化幅ｄ）より大きく、インク
残量を更に高分解能で検出できることが分かる。

【００４５】図１４の構成の装置をインクジェットプリ
ンタ等に適用する場合は、図２４に示すようにする。こ
こでも、４つの異色のインクをそれぞれ入れたタンク１
〜４で、インクカートリッジ１２が構成される。インク
カートリッジ１２はプリントヘッド側に取付けられ、矢
印方向に一体に移動可能である。センサ３５はプリンタ
本体側に設置され、各タンク１〜４の一方の側面から他
方の側面に水平面（インク液面）に対して光を斜めに照
射し、その透過光を受光するようになっている。

【００４６】この場合、インクカートリッジ１２の移動
により複数（４つ）のタンク１〜４における各インクの
有無及び残量を１個のセンサ３５で検出することができ
る。又、光学的な屈折現象を利用するので、インクの色
（濃淡）の影響を受け難く、インクの色にかかわらず、
インクの有無及び残量を正確に検出することができる。

【００４７】プリンタヘッドの具体例を図２５の（ａ）
に示す。このプリンタヘッドにおいて、インクホルダ１
５は記録ヘッド１６を有し、走査レール１７に沿って矢
印方向に移動可能である。インクホルダ１５には、４つ
のタンクで構成されるインクカートリッジ１２が収容さ
れる。インクカートリッジ１２の各タンクに対応して、
インクホルダ１５の背面及び底面には、それぞれ貫通穴
１５ａ，１５ｂが形成されている。貫通穴１５ａ，１５
ｂは、図２５の（ｂ）に示すように肉壁を斜めに貫通し
ており、投光部と受光部が貫通穴１５ａ，１５ｂを通じ
て対向するように位置決めされる。例えば、投光部から
の光が貫通穴１５ａを通過し、タンクのコーナ部を斜め
に透過し、貫通穴１５ｂを通過して受光部に入射する。
勿論、貫通穴１５ｂから貫通穴１５ａに向けて光を照射
してもよい。

【００４８】図２６は、別のプリンタヘッドにおけるイ
ンクホルダ１８を示す。このインクホルダ１８は、２つ
のタンクを収容するもので、前面及び底面に開口１８
ａ，１８ｂを有する。この開口１８ａ，１８ｂを利用す
ることで、投光部からの光をタンクに照射し、透過光を
受光部で受光することができる。この場合は、開口１８
ａ，１８ｂを利用すれば、図１のようにタンクのコーナ
部に光を照射することができるし、開口１８ａと背面の
空間を利用すれば、図１４のようにタンクの一方の側面
から他方の側面に向けて光を照射することができる。

【００４９】なお、光をタンクのコーナ部に照射する場
合、図２７に示すように、投光部３１とタンク１０の底
面との距離ｙ及び受光部３２とタンク１０の側面との距
離ｘを長短に変えることにより、液体の残量検出範囲を
変えることができる。但し、距離ｘ，ｙは等しい場合
（タンク１０に対する入射角が４５°の場合）でも、異
なる場合（タンク１０に対する入射角が４５°でない場
合）でもよい。又、投光に赤外領域光を用いることで、
インクの色による透過減衰の影響を抑えることができ
る。即ち、赤外光は例えば赤色光に比べて、黄色イン
ク、赤色インク、青色インク、黒色インクの全てにおい
て、インク残量に対する出力変化が大きい。

【００５０】更に、光をタンクの一方の側面から他方の
側面に向けて照射する場合、図２８に示すように、入射
角θを適切に設定することが重要である。図２８の
（ａ）において、タンク１０の下側から上側に向けて光
を斜めに照射するときは、水平面（インク２０の液面）
と投光との成す入射角θを深くする必要がある。具体的
に入射角θは、インク２０やタンク１０の屈折率にもよ
るが、約６５°以上（且つ９０°より小さい）であるこ
とが好ましい。図２８の（ｂ）において、タンク１０の
上側から下側に向けて光を斜めに照射するときは、イン
ク２０の液面と投光との成す入射角θを浅くする必要が
ある。具体的に入射角θは、インク２０やタンク１０の
屈折率にもよるが、約２５°以下（且つ０°より大き
い）であることが好ましい。

【００５１】上記各実施形態において、前記したよう
に、投光部及び受光部の位置を反対にしても構わない。
即ち、光をタンクのコーナ部に斜めに照射する場合、或
いは光をタンクの一方の側面から他方の側面に向けて斜
めに照射する場合のいずれでも、投光部を上側に、受光
部を下側に配置して、光を下方に向けて照射してもよい
し、反対に投光部を下側に、受光部を上側に配置して、
光を上方に向けて照射してもよい。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の装置に
よれば、容器底部のコーナ部に投光部からの光を斜めに
照射し、容器内を透過して受光部に入射する透過光の光
量の増減変化に基づいて容器内の液体の残量を測定する
ので、また請求項２の装置によれば、容器に投光部から
の光を水平面に対して斜めに照射し、容器内を透過して
受光部に入射する透過光の光軸の上下変化に基づいて容
器内の液体の残量を測定するので、いずれも液体の残量
を広範囲に渡ってアナログ的に検出でき、それにより液
体の有無及び残量を正確に検出できる。

【００５３】請求項３の装置によれば、初期状態が変化
しても（容器とセンサとの距離の変動、センサの光量低
下、センサの投光面・受光面の汚れ等が起こっても）、
容器内の液体の有無及び残量をより正確に検出すること
ができる。請求項４の装置によれば、液滴と液体を正確
に識別できるので、液体の有無をより正確に検出するこ
とができる。

【００５４】請求項５の装置によれば、反射型のセンサ
に液体有の基準用容器と液体無の基準用容器を組合せ、
液体有の基準用容器と液体無の基準用容器からそれぞれ
得られるセンサ出力を相対出力として容器内の液体の有
無を判定するので、液体の有無を正確に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る装置の基本概念を示す概略構
成図である。

【図２】図１の基本概念の構成におけるタンクの斜視図
である。

【図３】同実施形態の装置をインクジェットプリンタに
適用した場合の概略構成図である。

【図４】図１の構成と図１５の（ａ）の構成により得ら
れるインク残量とセンサの出力変化との関係を示す図で
ある。

【図５】同実施形態の装置の検出作用を説明する図であ
って、インクがタンクに十分に充填された状態の部分拡
大断面図である。

【図６】同実施形態の装置の検出作用を説明する図であ
って、タンク内のインクが少ない状態の部分拡大断面図
である。

【図７】同実施形態の装置の検出作用を説明する図であ
って、インクがタンクに無い状態の部分拡大断面図であ
る。

【図８】図１の構成の装置での検出概念を示す図であっ
て、タンクにインクが十分に充填された状態の部分断面
図（ａ）、タンク内のインクが少ない状態の部分断面図
（ｂ）、インクがタンクに無い状態の部分断面図（ｃ）
である。

【図９】別実施形態に係る装置の概略構成を示す図であ
る。

【図１０】別実施形態に係る別の装置の概略構成を示す
図である。

【図１１】図９又は図１０の装置において、初期状態が
変化しないときの検出作用を説明する図である。

【図１２】図９又は図１０の装置において、初期状態が
変化したときの検出作用を説明する図である。

【図１３】図１の構成を有する装置において、インク滴
とインクを識別する検出動作を説明するフロー図であ
る。

【図１４】更に別実施形態に係る装置の基本概念を示す
概略構成図である。

【図１５】図１４の構成の装置で受光部にＰＳＤを用い
た場合の信号処理例を示すブロック図である。

【図１６】図１５の信号処理により得られる液体残量と
出力変化との関係を示す図である。

【図１７】同実施形態の装置の検出作用を説明する図で
あって、インクがタンクに十分に充填された状態の部分
拡大断面図である。

【図１８】同実施形態の装置の検出作用を説明する図で
あって、タンク内のインクが少ない状態の部分拡大断面
図である。

【図１９】同実施形態の装置の検出作用を説明する図で
あって、インクがタンクに残り少ない状態の部分拡大断
面図である。

【図２０】同実施形態の装置の検出作用を説明する図で
あって、インクがタンクに更に残り少ない状態の部分拡
大断面図である。

【図２１】図１４の構成の装置での検出概念を示す図で
あって、タンクにインクが十分に充填された状態の部分
断面図（ａ）、タンク内のインクが少ない状態の部分断
面図（ｂ）、インクがタンクに残り少ない状態の部分断
面図（ｃ）である。

【図２２】図１４の構成の装置で受光部に２分割ＰＤを
用いた場合の信号処理例を示すブロック図である。

【図２３】図２２の信号処理により得られる液体残量と
出力変化との関係を示す図である。

【図２４】複数のタンクを１つのセンサで検出する場合
の概略構成を示す図である。

【図２５】図２４の構成を具体化したプリンタヘッドの
一例を示す斜視図（ａ）、インクホルダの貫通穴を示す
部分拡大断面図（ｂ）である。

【図２６】図２４の構成を具体化したプリンタヘッドの
別例を示す斜視図である。

【図２７】光をタンクのコーナ部に斜めに照射する場合
の投光部及び受光部の位置を説明する図である。

【図２８】光をタンクの一方の側面から他方の側面に上
方に向けて斜めに照射する場合の投光の入射角を示す図
（ａ）、光をタンクの一方の側面から他方の側面に下方
に向けて斜めに照射する場合の投光の入射角を示す図
（ｂ）である。

【図２９】従来例に係る装置の基本構成を示す図であ
る。

【図３０】従来例に係る別の装置の基本構成を示す図
（ａ）、及びその装置のセンサ構造を示す図（ｂ）であ
る。

【図３１】従来例に係る更に別の装置の概略構成を示す
図である。

【図３２】図３１の装置の検出作用を説明する図であ
る。

【図３３】図３０の構成を有する装置の検出動作を説明
するフロー図である。

【符号の説明】

５インク無の基準タンク６インク有の基準タンク１０，１１タンク（容器）１０ａコーナ部１２インクカートリッジ１５，１８インクホルダ２０インク（液体）３０，３５センサ３１，３６投光部３２，３７受光部４０反射型のセンサＬ光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】底部にコーナ部を有し、液体を貯蔵する光
透過性の容器と、この容器底部のコーナ部に配置され、
投光部及び投光部からの光を受光する受光部を有するセ
ンサとを備え、容器底部のコーナ部に投光部からの光を
斜めに照射し、容器内を透過して受光部に入射する透過
光の光量の増減変化に基づいて容器内の液体の残量を測
定することを特徴とする液体残量検出装置。
【請求項２】液体を貯蔵する光透過性の容器と、投光部
及び投光部からの光を受光し、受光スポットの位置を検
出する受光部を有するセンサとを備え、容器に投光部か
らの光を水平面に対して斜めに照射し、容器内を透過し
て受光部に入射する透過光の光軸の上下変化に基づいて
容器内の液体の残量を測定することを特徴とする液体残
量検出装置。
【請求項３】前記容器の他に、液体有の基準用となり得
る容器と、液体無の基準用となり得る容器とを配置し、
液体有の基準用容器と液体無の基準用容器からそれぞれ
得られるセンサ出力を相対出力として容器内の液体の残
量を測定することを特徴とする請求項１又は請求項２記
載の液体残量検出装置。
【請求項４】前記受光部に入射する透過光の光量の増減
変化に係るアナログ量により、容器内の液滴と液体を識
別することを特徴とする請求項１記載の液体残量検出装
置。
【請求項５】液体を貯蔵する光透過性の容器と、液体有
の基準用となり得る容器と、液体無の基準用となり得る
容器と、投光部及び受光部を有し、容器に投光部からの
光を照射し、容器からの反射光を受光部で受光する反射
型のセンサとを備え、液体有の基準用容器と液体無の基
準用容器からそれぞれ得られるセンサ出力を相対出力と
して容器内の液体の有無を判定することを特徴とする液
体残量検出装置。