(57)【要約】【課題】印刷およびインク補給を実行しながら同時にインク量変化を識別することである。【解決手段】インクタンクへ放熱可能な導電体により位置決めされたサーミスタと、受信した制御信号に応じて、熱露出した導電体を通してサーミスタに電圧を接続するスイッチと、一方の入力がサーミスタの電圧に接続され、他方の入力が閾値電圧に接続され、スイッチが受信した制御信号を生成するコンパレータと、コンパレータに接続され、所定時間内にサーミスタおよび熱露出した導電体からの放熱に対応するパラメータを測定し、測定パラメータをインクタンク内のインクレベルに対応する所定値に関連付けすることにより、熱露出した導電体およびサーミスタの長さに沿ってインクレベルの位置を連続的に検出するデジタルコントローラを備える。【選択図】図１
2011185931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリンタで使用するインクレベル検出システムであって、
プリンタのインクタンク内に、前記インクタンク内に熱露出することにより前記インクタンクへ放熱可能な導電体により位置決めされたサーミスタと、
スイッチで受信した制御信号に応じて、前記熱露出した導電体を通して前記サーミスタに電圧を接続するように構成された前記スイッチと、
一方の入力がサーミスタの電圧に接続され、他方の入力が閾値電圧に接続され、前記スイッチが受信した前記制御信号を生成するコンパレータと、
前記コンパレータに接続され、所定時間内に前記サーミスタおよび前記熱露出した導電体からの放熱に対応するパラメータを測定し、前記測定パラメータを前記インクタンク内のインクレベルに対応する所定値に関連付けすることにより、前記熱露出した導電体および前記サーミスタの長さに沿って前記インクレベルの位置を連続的に検出するように構成されたデジタルコントローラを備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記デジタルコントローラはさらに、前記制御信号を電気的に接地し、第１所定時間だけ前記スイッチを切るように構成され、前記第１所定時間が終了すると、前記サーミスタの電圧が前記閾値電圧を超過するのに応じて始まり、第２所定時間の終了により終わる加熱時間を測定するように構成され、
前記第２所定時間は前記第１所定時間の終了に応じて開始され、
前記加熱時間は前記サーミスタおよび前記熱露出した導電体からの放熱に対応する前記測定パラメータであることを特徴とするシステム。
【請求項３】
前記測定パラメータは、前記熱露出した導電体を通して前記電圧が前記スイッチによって前記サーミスタに印加される間の測定時間であることを特徴とする請求項１に記載のインクレベル検出システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記インクタンクに接続され、前記インクタンクの動作温度を検出可能な第２サーミスタをさらに備え、
前記デジタルコントローラは前記第２サーミスタに接続され、さらに前記第２サーミスタによる前記動作温度に関する前記閾値電圧を生成するように構成されていることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下に述べる装置および方法は、プリンタ内の残存インクレベルの検出に関し、より詳しくはサーミスタを用いたプリントヘッドタンク内のインクレベルの検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
相変化インクプリンタまたはソリッドインクプリンタなどのインクジェットプリンタは、大きな主インクタンクに流動的に接続された比較的小さなインクタンクを有するプリントヘッドを備えていてもよい。各主インクタンクには、かなりの量の液体インクが収容される。プリンタには、主タンク内のインクの一部をプリントヘッドタンクへ導入する回路が設けられている。２段式のタンクシステムを使用することによりプリントヘッドの質量を削減し、それによって省エネルギおよび印刷速度の向上を達成する。また、ソリッドインクを使用するシステムの利点としては、プリントヘッド上のインクタンクが小さいために、印刷ジョブ毎に主タンク内のソリッドインクの全供給量に対して継続的に所定の熱制御を実行する必要性がないことが挙げられる。しかしながら、画像処理中にプリントヘッドがタンク内のインクを使い尽くしてしまうと所望の画像を適切に形成することができないため、２段式タンクシステムでは、プリンタはプリントヘッドタンク内のインク量を厳重に監視する必要がある。タンク容量が小さい単一タンクシステムにおいても、熱効率のためにこの監視が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７，５９６，９９８号明細書
【特許文献２】米国特許第７，１８１，９６５号明細書
【特許文献３】米国特許第６，６６２，６５０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プリントヘッドタンク内のインクの供給量を監視するさまざまな方法がある。１つの方法としては、プリントヘッドノズルが吐出したインク滴の液滴数をカウントするものがある。インク液のカウントは、理論上のインク量トラッキングに有効であり、プリンタの電子制御装置に連続的な可変インクレベル信号を提供する。しかしながら、このシステムではプリントヘッド内の実際のインクレベルに関してリアルタイム監視が行われず、印刷を繰り返すと漸増的に不正確になる可能性がある。別の方法では、プリントヘッドタンク内に浸漬された１対の電極を利用する。回路でインクの電気抵抗を監視し、インクレベルが変化すると電極間で測定した抵抗値も変化する。インク抵抗の監視もまた有効であるが、それはプリンタが一定の測定可能な導電率を有するインクを利用する場合に限られる。印刷時およびインク補給時にタンク内に既存するインク量を正確に判断し、インク量変化を正確に定量するのは困難であり、タンク容積に対する最適制御の妨げとなっている。印刷およびインク補給を実行しながら同時にインク量変化を識別するのは特に困難である。したがって、インクレベル感知の分野におけるさらなる発展が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
サーミスタの消費電力を監視することによりプリントヘッドタンク内のインクを検出するプリンタにおいて実行可能なシステムであって、前記サーミスタは前記サーミスタから延伸しプリントヘッドタンク内に前記サーミスタを位置決めする導電体を有する。インクレベル検出システムは、プリントヘッドタンク内のインクレベルの検出を容易にする方法を使用してもよい。インクレベル検出システムは、前記インクタンク内に熱露出して前記インクタンクへ放熱可能な導電体によりプリンタのインクタンク内に位置決めされたサーミスタと、スイッチで受信した制御信号に応じて、前記熱露出した導電体を通して前記サーミスタに電圧を印加するように構成された前記スイッチと、一方の入力が前記サーミスタの電圧に接続され、他方の入力が閾値電圧に接続されて、前記スイッチが受信した前記制御信号を生成するコンパレータと、前記コンパレータに接続され、所定時間内に前記サーミスタおよび前記熱露出した導電体からの放熱に対応するパラメータを測定し、前記測定パラメータを前記インクタンク内のインクレベルに対応する所定値に関連付けすることにより、前記熱露出した導電体および前記サーミスタの長さに沿って前記インクレベルの位置を連続的に検出するように構成されたデジタルコントローラを備える。
【０００６】
サーミスタプローブは熱伝導性流体レベルを空から満タンまでの範囲で連続的に監視可能に開発されている。前記サーミスタプローブはプローブ本体、前記プローブ本体から延伸する導電体、および前記導電体に電気的に接続されたサーミスタを備え、前記導電体を前記プローブ本体の外側に配置することにより、前記サーミスタおよび前記導電体が少なくとも前記導電体および前記サーミスタの一部が位置決めされているタンク内へ放熱出来るよう構成している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】サーミスタプローブの斜視図である。
【図２】図１のサーミスタプローブをそれぞれ有する４つのインクタンクを備えるプリントヘッドを示す図である。
【図３】サーミスタプローブの別の実施形態を示す図である。
【図４】インクタンク内のインクレベルの検出回路を示す概要図である。
【図５】閾値電圧の生成回路を示す概略図である。
【図６】インクレベル検出システムを実行する回路によってサーミスタを閾値温度まで加熱する方法を説明するフローチャートである。
【図７】導電体およびサーミスタの長さに沿ってインクタンクのインクレベルを連続的に検出する方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書において、サーミスタとは正又は負の温度係数を有するセラミックや重合体などの材料を示す。この材料の電気抵抗は材料の温度変化に伴って変化する。サーミスタが負の温度係数を有する場合、サーミスタ材料の抵抗は材料の温度の上昇に伴い減少する。あるいは、そのようなサーミスタの温度が下降すると、材料の抵抗は増加する。抵抗／温度の逆転関係は正の温度係数を有する材料に関しても当てはまる。サーミスタは典型的にはガラスなどの熱伝導性材料内に封入され、導電体によって電流または電圧源に接続される。典型的には導電体は、サーミスタから延伸しサーミスタを電気回路に電気的に結合または接続可能な１対の電気リードとして構成される。下記に述べるシステムでは、サーミスタから伸びる導電体はインクを収容可能なインクタンク内に熱露出している。導電体は溶融インク内に配置されると、サーミスタを熱により溶融インクの放熱特性に効果的に結合する導管として機能する。この導電体および熱本体間の熱的結合は、サーミスタが被る熱損失に影響を及ぼす。ここで電力消費または損失とは、熱エネルギーに変換されるある程度の電力をサーミスタに供給し、その後サーミスタおよび導電体ユニットの有効部分の浸漬の度合いまたはレベルに関して有効度の異なる液体ヒートシンクによってその熱エネルギのある程度の量を消費するプロセスを意味するものとして規定される。このように、サーミスタによって消費された電力の測定は、導電体上の溶融インクレベルに影響を受ける。消費電力の変化、導電体の異なる位置におけるインクレベルの変動に応じて生じる変化のみでさえ、タンク内におけるインクレベルの変動量を示すのに十分である。したがって、下記に示すシステムは、空レベルから満タンレベルまでの範囲に対応するものとして認識可能なインクレベル範囲を示す。
【０００９】
図１に示すように、サーミスタプローブ２２はプローブ本体２４、サーミスタ９０、導電体９４、取付フランジ５４、１０２、および電極４６を備えている。取付フランジ５４、１０２を使用することにより、プローブ本体２４のサーミスタ９０を保持する部分がインクタンク５８（図２）内へ延伸するようにプリントヘッド３８（図２）にプローブが固定され、また気密シールを提供するＯリング（図示せず）が収容される。プローブ本体２４はサーミスタビーズ９０およびサーミスタ９０から伸びる導電体９４を露出するように開放されている。導体９４は、以下に示す理由により互いに分離した１対のリードとして説明することができる。リードはそれぞれ電極４６のうちの一方に電気的に接続されて連続的な電気回路パスを形成し、一方の電極から導体９４の一方のリード、サーミスタ９０、導体９４の他方のリードを通り、他方の電極から外部へ接続される。プローブ本体２４は、プリントヘッド３８の動作温度を越える温度においても剛性を保持可能な材料から形成され、動作温度は１１５℃を超える場合もある。適切な材料としてはポリイミドがあるが、これに限られるわけではない。図示のとおりプローブ本体は、設置時などの取り扱い時にサーミスタおよび／または導電体が湾曲または破損する可能性を減少するための部材により少なくとも部分的に囲まれた開口部を備えていてもよい。この部材は図中では一般にＯ形のものとして示されるが、Ｃ形、またはサーミスタおよび露出した導電体の保護に適した他の構造を有しても良い。
【００１０】
図２はフルカラー画像印刷を目的として設計されたソリッドインクプリントヘッド３８の鉛直断面図である。プリントヘッド３８は複数のインクタンク５８を備え、各インクタンクはサーミスタプローブ２２が取り付けられたインクタンク開口部４２を有する。タンク５８はそれぞれ補充管（図示せず）によって主タンク（図示せず）に接続される。参照サーミスタ（図示せず）が各インクタンクに隣接して固定され、コントローラにインクタンク周囲温度の表示を提供している。参照サーミスタは、参照サーミスタによって得られた温度測定値を周囲空気の影響から守る構造体に囲まれている。開口部４２はそれぞれプローブ２２の基部と係合するように構成されている。電極４６により、インクレベル監視部品が実装される回路基板または基盤をプローブ２２内のサーミスタに電気的に接続することができる。プリントヘッド３８はまた、プリントヘッド３８の温度を比較的一定の動作温度に維持する発熱体（図示せず）を備えている。動作温度は、各タンク５８に収容されたソリッドインクを溶融するのに必要な温度よりも高い。
【００１１】
図２に示す実施形態では、「満タン」レベルは、導体９４がプローブ本体２４から突出する位置に近いタンク内のインクレベル液面に対応する。「インク切れ」レベルは、サーミスタビーズ９０がタンク５８の溶融インクと接触しなくなった場合に感知される。「低レベル」状態は、この「インク切れ」レベルよりも上部の任意の適切なポイントとして規定することができる。このように、サーミスタビーズ９０および露出したリード９４の一部はインク内に浸漬される場合もあれば、インクの液面上の空気ポケットに囲まれる場合もある。導体９４の長さは、以下に説明するようにインクレベルの感知および監視が行われる満タンから空までの範囲を提供する。１つの実施形態では、導体９４の長さは約８ｍｍであるが、使用するサーミスタおよび導体の種類、ならびにサーミスタの駆動温度の補正値に基づいて他の長さを採用してもよい。
【００１２】
サーミスタプローブ２２’の別の実施形態を図３に示す。この実施形態はサーミスタ本体２４’、取付フランジ３４、電極４６、導電体９４’およびサーミスタ９０を備える。導電体９４’は、サーミスタ９０に対して軸方向に配置されている。導体９４’の一端は一方の電極４６に電気的に接続され、導体９４’の他端は他方の電極４６に電気的に接続されている。この構成では、サーミスタ本体２４’におけるＵ字型の開口部内の導電体９４’およびサーミスタ９０の長さは、サーミスタ９０によって消費された電力に準拠したインクレベルの判定を可能にする長さを提供する。この構成によると、各導体９４’がそれぞれ、上述のように連続した有効長さに沿って延在するインクレベル範囲の感知に寄与することが可能となる。
【００１３】
プローブ本体２４、２４’は、プリントヘッド３８の動作温度に晒された場合に過度な可鍛性を示さない材料で製造する必要がある。適切な材料としてはポリイミドがあるが、これに限られるわけではない。図１に示すようにプローブ２２はプローブ本体２４の一部に囲まれた開口部を有してもよく、図３に示すようにプローブはＵ字型の開口部を有してもよく、他の構成を有するプローブ２２であってもよい。
【００１４】
サーミスタ９０としては、ガラス玉または他の熱伝導性の封入材料が挙げられる。上述のとおり、サーミスタ９０は、温度の変化に応じて電気抵抗が変化するセラミック、重合体または他の材料により構成される。導電体９４はサーミスタ９０から延伸してサーミスタ９０を電極４６に接続し、それによりサーミスタ９０をインクレベル回路１５０（図４に示す）に電気的に接続する。相変化インクプリンタにおいて、導体９４はポリテトラフルオロエチレン（一般にＰＴＦＥと呼ばれ、テフロン（登録商標）として市販されている）のようなこびりつき防止の重合体からなる薄層でコーティングしてもよい。コーティングを施すことにより、タンク内の液体インクがリードにより腐食するのを防ぐ。さらに、ＰＴＦＥのこびりつき防止の性質により、リードを伝ってインクが移動するのを防止し、インクのリードへの付着を減らす一助となる。以下に説明するように、サーミスタおよび導電体を液体インクに浸漬する場合、これらの特性によりサーミスタおよび導電体から得られた液位の精度を確保することができる。
【００１５】
ここで説明する実施形態では、サーミスタ９０内の材料は負の温度係数を有する。したがって、サーミスタ３４の温度が上昇すると、ビーズ９０内の材料の抵抗は減少する。あるいは、サーミスタ３４の温度が下降すると、ビーズ９０内の材料の抵抗は増加する。下記に述べる方法およびシステムは負の温度係数を有するサーミスタを利用するが、前記システムおよび方法は正の温度係数を有するサーミスタを使用するよう構成してもよい。
【００１６】
サーミスタ９０およびサーミスタから伸びる導電体９４は、タンク５８内のインクに露出している。従って、プローブ２２の方向によりインクタンク５８内のサーミスタ９０の位置が決定される。図２に示すように、プローブ２２の長さによりタンク５８内のサーミスタ９０の位置が決定されるようにプローブ２２をインクタンク５８内に垂直に配置してもよい。インクの液面がサーミスタ９０よりも下に下がると、インクレベル検出システムはインク切れレベルを示す。このように、導体９４の長さは、タンク内のインクレベル状態の適正範囲の一端をインクレベルが適切に示す位置にてタンク内にサーミスタ９０を配置するように構成される。導体９４およびプローブ本体２４は、タンク５８が空として規定された状態に達する前に低インク状態を示す位置にサーミスタを位置決めする長さを有してもよく、これによりインクが完全になくなる、または到達してはいけないレベル以下に達する前にタンク５８を補充するのに十分な時間をインク送出システムに与える。以下に説明するように、導電体によりインクレベルの監視可能範囲が拡張される。すなわち、導電体の熱伝導特性は、サーミスタの熱損失およびサーミスタにおける電力消費に関するパラメータの測定値に影響を及ぼす。この働きはほとんどのインクレベル監視用途において、電子機器分野において一般に使用されている導電体の断面積により好適に実現されるが、任意の用途に合わせてインクレベル監視システムの性能を微調整してもよい。微調整は、異なる断面形状の使用や、導電体のサイズ、質量または全体的な形状または浸漬範囲内に露出した長さ部分の変更により達成してもよい。また、導電体材料および材料の熱伝導特性、ならびにコーティング材およびコーティング材の熱伝導特性を利用してインクレベル監視システムの微調整を行うこともできる。ここで述べる１つの実施形態では、導電体は鉄−ニッケル合金で構成されるが、他の金属および合金を使用してもよく、ＰＴＦＥでコーティングしてもよく、コーティング材として、他の材料を好適に使用してもよい。またプローブはインクタンク内で他の方向に配置してもよく、インクタンク内で１つ以上のプローブを使用してもよい。例えば、１つのプローブをタンクの上方端からタンク内に突き出すように取り付けてもよく、また別のプローブをタンクの下方端からタンク内へ突き出すように取り付けてもよい。この構成にすると、インクの満タンおよび空状態における漸増的なレベル監視が可能となる。また、プローブを連続的に配列することにより、インクレベル監視の範囲を拡張してもよい。すなわち、２つのプローブをタンクの上方端に取り付けるが、一方のプローブは長い固体プローブ本体を有し、このプローブが短い方のプローブの露出導体およびサーミスタより下方に露出した導体９４およびサーミスタ９０を位置決めする。
【００１７】
図４は、上述のサーミスタプローブ２２を使用してプリントヘッドタンク５８のインクレベルを検出する電子回路１５０を示す。回路１５０は、プログラム可能な閾値電圧レベルＶthreshに接続された第１入力を有するオープンコレクタコンパレータ１５４を備えている。コンパレータ１５４の第２入力はノード１６０に接続され、ノード１６０は第１抵抗器１６４、コンデンサ１６８、ＰＮＰバイポーラ接合トランジスタ１７２のコレクタ、および負の温度係数を有するサーミスタ３４との接続を有してる。尚、サーミスタ３４は上述のプローブ内のサーミスタ９０により実現してもよい。コンデンサ１６８およびサーミスタ３４もまた電気アースに接続される。同様に、コンパレータ１５４のオープンコレクタ出力はノード１８４に接続され、ノード１８４は第２抵抗器１８８、デジタルコントローラ１９２の入出力リードおよびＮＰＮバイポーラ接合トランジスタ１９６のベースに接続されている。第２抵抗器１８８は正論理電源電圧２００として設けられた制御電圧に接続される。ＮＰＮトランジスタ１９６のエミッタは第３抵抗器２０４に接続され、第３抵抗器２０４はアースに接続される。ＮＰＮトランジスタ１９６のコレクタはノード２０８に接続され、ノード２０８は第４抵抗器２１２およびＰＮＰトランジスタ１７２のベースとの接続を有する。ＰＮＰトランジスタ１７２のエミッタは第５抵抗器２１６に接続される。第５抵抗器２１６はノード２２０に接続され、ノード２２０は第１抵抗器１６４と、第４抵抗器２１２と、例えば１２ボルトの正の電源電圧２２４とに接続される。更に、第５抵抗器２１６は抵抗器１６４の抵抗と比べると比較的低い抵抗を有する。
【００１８】
回路１５０のインクレベルサーミスタ３４は「自己加熱」構成において使用される。当然ながらサーミスタ３４は実際にサーミスタ３４自体を加熱しないが、電源電圧２２４から送電され、抵抗器２１６の比較的低い抵抗とトランジスタ１７２を通り、サーミスタ３４の抵抗を通過する加熱電圧によりサーミスタ３４が加熱される。具体的には、１００オームの抵抗を有する抵抗器２１６を有するノード２２４の１２ボルトの供給電圧の印加により、サーミスタ３４では約１１ボルトの加圧電圧が生成される。一旦サーミスタ３４が定常状態の閾値温度に達すれば、１１ボルトの加熱電圧は図４に示す回路内のサーミスタ３４を通る７．５ミリアンペアの電流を生成可能である。このように、内部にサーミスタ３４を有するタンクの参照サーミスタと異なり、インクレベルサーミスタ３４の温度は通常、周囲温度より高くなる。具体的には、インクレベルサーミスタ３４は、所定温度差動+プリントヘッドタンク３８の動作温度である閾値温度まで自己加熱される。１つの実施形態では、３２℃の温度差動を使用するが、他の温度差動も良好に使用できる。閾値温度は対応閾値電圧Ｖthreshによって制御される。
【００１９】
図５はプログラム可能な閾値電圧Ｖthreshの生成回路２５０を示す。参照サーミスタ３０は、一方をアースに、他方をプルアップ抵抗または電流源２８に接続される。Ａ−Ｄ変換器（ＡＤＣ）３２の入力はサーミスタ３０に接続され、出力はデジタルコントローラ１９２の入力リードに接続され、デジタルコントローラ１９２はマイクロプロセッサまたは結合プログラム可能論理回路により構成されてもよい。デジタルコントローラ１９２の出力リードは第１抵抗器２５８に接続される。第１抵抗器２５８はノード２６２に接続され、ノード２６２は第２抵抗器２６６およびＮＰＮバイポーラ接合トランジスタ２７０のベースとの接続を有する。第２の抵抗器２６６およびトランジスタ２７０のエミッタはアースに接続される。トランジスタ２７０のコレクタは第３抵抗器２７８に接続される。第３抵抗器２７８はノード２８２に接続され、ノード２８２は第４抵抗器２８６およびコンデンサ２９０との接続を有する。第４抵抗器２８６は、正の電源電圧２２４に接続され、正の電源電圧２２４は＋１２ボルトであってもよく、コンデンサ２９０はアースに接続される。閾値電圧Ｖｔhreshはノード２８２で生成される電圧である。
【００２０】
図５の回路２５０は、閾値電圧Ｖthreshを生成する方法を実行する。上述のように、閾値電圧Ｖthreshは、プリントヘッド３８の温度＋所定温度差異を示す電圧レベルである。閾値電圧Ｖthreshを決定する場合、デジタルコントローラ１９２は参照サーミスタ３０の抵抗により降下した電圧を監視する。そしてデジタルコントローラ１９２は監視した電圧降下をタンク温度に変換し、所定温度差異を変換されたタンク温度に加算して閾値温度を得る。次に、デジタルコントローラ１９２は閾値温度を対応する閾値電圧Vthreshに変換する。最後に、デジタルコントローラ１９２はパルス幅変調（「ＰＷＭ」）電圧信号を生成し、トランジスタ２７０のベースに印加する。ＰＷＭ信号の負荷サイクルを変更することにより、デジタルコントローラ１９２はトランジスタ２７０を通る電流フローを制御する。トランジスタ２７０を通過する電流は抵抗器２７８および２８６において電圧降下を生じる。閾値電圧Ｖthreshは、この抵抗器２７８およびトランジスタ２７０において降下した電圧と等しい、ＰＷＭ信号によってノード２８２で提供される電圧である。コンデンサ２９０は、電圧がほとんど一定となるように、ＰＷＭ信号によって生成された交換器雑音を閾値電圧Ｖthreshから除去する。プリンタが起動されると、デジタルコントローラ１９２は連続的にプリントヘッド３８の温度を監視し、ＰＷＭ信号の負荷サイクルを更新して正確な閾値電圧Ｖthreshを維持する。以下に説明するように、閾値電圧Ｖthreshをサーミスタ３４の電圧と比較することにより、サーミスタ３４がいつ閾値温度に達したかを判断する。
【００２１】
図６のフローチャートは、インクレベル回路１５０がサーミスタ３４およびそのリードを「自己加熱」により閾値温度に到達させる方法６００を示す。まず、デジタルコントローラ１９２は閾値電圧Ｖthreshを生成し、この電圧をコンパレータ１５４の負入力に印加する（ブロック６０４）。タンク３８内のインクおよびインクレベルサーミスタ３４の初期温度は同一であるため、サーミスタ３４で降下する電圧は、閾値電圧Ｖthreshよりはるかに大きい。このように、コンパレータ１５４の初期の正入力には負入力より大きな電圧が印加される。したがって、コンパレータ１５４のオープンコレクタ出力は高インピーダンスオフ状態となり、これにより抵抗器１８８はノード１８４における電圧レベルを正論理電源電圧２００まで上げることが可能となる。尚、正論理電源電圧２００は＋３．３ボルトであってもよい。ノード１８４の電圧により、ＮＰＮトランジスタ１９６のベース−エミッタ接合に順バイアスを印加し、電源電圧２２４から抵抗器２１２、ＮＰＮトランジスタ１９６および抵抗器２０４を通って電気アースまで電流を流すことができる。正論理電源電圧２００によって決定されたノード１８４の電圧は、ＮＰＮトランジスタ１９６のベース−コレクタ接合に逆バイアスが確実に印加されるように、電源電圧２２４よりも低くなっている。ＮＰＮトランジスタ１９６および抵抗器２０４はノード２０８にて電圧降下を発生し、この電圧降下は電源電圧２２４よりも小さい。ノード２２０およびノード２０８間の電圧差動により、ＰＮＰトランジスタ１７２のベース−エミッタ接合に順バイアスが印加される。通常動作では、バイアスが印加されるとＰＮＰトランジスタ１７２は飽和状態となり、抵抗器２１６は１００オームのように比較的低い値となり、これによりサーミスタ電圧であるノード１６０にはほとんど電源電圧２２４となるまでバイアスが印加される。抵抗器２１２による一定限度の、例えば２．５ボルトの電圧降下を抵抗器２１６と組み合わせることにより、サーミスタ３４の短絡不良時における破壊的な電流フローを防ぐ。したがって、抵抗器２１６およびＰＮＰトランジスタ１７２はサーミスタ３４およびそのリードの自己加熱に適した電圧をサーミスタ３４に印加する一方（ブロック６０８）、サーミスタ故障時には電流を制限する。
【００２２】
所定の周期間隔で（ブロック６１０）、デジタルコントローラ１９２は瞬間的にノード１８４を接地することによりサーミスタ３４およびそのリードの自己加熱を遮り、それによってトランジスタ１９６および１７２を切断する（ブロック６１２）。トランジスタ１７２が切断されると、サーミスタ３４には低インピーダンス抵抗器２１６による加熱電圧が印加されなくなる。代わりに、低い測定電流だけが比較的高インピーダンスの抵抗器１６４およびサーミスタ３４に流れる（ブロック６１２）。具体的には、抵抗器１６４は２．４９Ｋオームの抵抗を有してもよく、これにより一旦サーミスタ３４が定常状態の閾値温度に達すれば、図４の回路にて３ミリアンペアの電流が生成される。この測定電流により、閾値電圧Ｖthreshとの比較に適した電圧降下がサーミスタ３４で発生し、このため前記電流はここでは「測定電流」と呼ばれる。サーミスタ３４の電圧が測定電流レベルにて閾値電圧Ｖthreshより高い値に維持される場合、コンパレータ１５４の出力は高インピーダンスオフ状態で維持される一方、サーミスタ３４の電圧レベルがサーミスタ３４およびそのリードの温度が閾値温度未満であることを示しているため、デジタルコントローラ１９２は瞬間的にノード１８４を接地する。したがって、デジタルコントローラ１９２が瞬間的にノード１８４を接地し終えた後、ノード１８４が直ちに正論理電源電圧２００のレベルに復帰することによりトランジスタ１９６および１７２が再び通電し、これによりサーミスタ３４が自己加熱電圧（ブロック６１６）で加熱される。しかしながら、デジタルコントローラ１９２が瞬間的ノード１８４を接地した後にサーミスタ３４において降下した電圧が閾値電圧Ｖthresh未満である、つまりサーミスタ３４の温度が閾値温度を超過している場合は、コンパレータ１５４の出力は低インピーダンスオン状態となる一方、デジタルコントローラ１９２は瞬間的にノード１８４を接地する。更に、デジタルコントローラ１９２が瞬間的にノード１８４を接地し終えた後でさえ、サーミスタ３４にて降下した電圧が閾値電圧Ｖthreshを超過するまで、つまりサーミスタ３４が閾値温度まで冷却されるまで（ブロック６１６）、ノード１８４はコンパレータ１５４の低インピーダンス出力によって接地され続ける。サーミスタ３４にて降下した電圧がＶthreshと等しくなると、コンパレータ１５４の出力は高インピーダンスオン状態となり、これによりサーミスタ３４に「自己加熱」電圧を印加することにより、サーミスタ３４およびそのリードが再加熱される。
【００２３】
閾値電圧Ｖthreshと関連してサーミスタ３４およびそのリードを加熱および冷却するプロセスは、無限に繰り返される。具体的には、回路１５０によりインクレベルサーミスタ３４の温度は約０．０２℃の範囲で閾値温度を中心に変動する。当然ながらこの範囲は実施形態に応じて変更可能である。サーミスタ３４の温度が閾値温度で安定している場合、インクレベル検出システムにおけるインクレベル測定の準備が完了している。
【００２４】
インクレベル検出システムは、サーミスタ３４に電力が供給された時間をカウントすることにより、導体９４およびサーミスタ３４の長さに沿ったインクの表面準位の位置を判断する。ほとんどのインクの熱伝導率は空気の熱伝導率より高い。従って、サーミスタへの送電が停止される期間中に生じるサーミスタ３４における熱損失および温度降下は、インクタンク内の溶融インクに浸漬されたサーミスタ３４および導体９４の長さと関係がある。熱損失が小さく温度が低い場合、溶融インクがより有効なヒートシンクとして働いて空気よりも多くの熱をサーミスタから奪うので、サーミスタ３４および導体９４は溶融インクよりも空気に対してより多く露出された。サーミスタを閾値温度に戻すのに必要な時間をカウントすることにより、コントローラは導電体／サーミスタの組み合わせにインクレベルが接触する位置を決定することができる。具体的には、インクレベル検出システムは、第１所定時間だけコンパレータ１５４の出力段を接地してサーミスタ３４を冷却することにより、サーミスタから伸びる導体およびサーミスタ３４上のインクレベルを決定する。一旦サーミスタ３４およびサーミスタから伸びる導体が冷えれば、回路１５０は再びサーミスタ３４を加熱して、サーミスタの温度を閾値温度に戻す。ジタルコントローラ１９２は、サーミスタ３４が加熱される一定の測定周期内の時間長として加熱時間をカウントする。一定の測定周期の長さは第１および第２所定時間の和である。カウントされた加熱時間の長さは、サーミスタ３４およびサーミスタから伸びる導体を閾値温度に維持するのに必要な電力に対応する。インクレベル回路１５０は、加熱時間を経験的に決定される格納値の範囲と比較する。これらの値は、導電体およびサーミスタの長さに沿ったインクレベルの「満タン」および「低」または「インク切れ」レベル間のインクリメントに対応する。加熱時間が「満タン」状態に対応する場合、これ以上何の動作も実行されない。加熱時間が導体およびサーミスタの長さに沿ったインクレベルに対応する場合、インクレベル回路１５０はプリンタコントローラへインクレベルを示す信号を送る。するとプリンタコントローラは、主インクタンクからプリントヘッドタンク５８へ送出されたインクの量を制御することができる。回路１５０により、プリンタコントローラはインクが満タンレベルに接近すると補充インク流を減少することが可能であり、あるいはプリンタコントローラは、プリントヘッドによって実行される印刷に基づいて補充インク流を調節してもよい。回路１５０が提供するインクレベル検知の範囲により、満タン／低表示システムによって有効となる制御に関してプリンタコントローラが実行可能な制御が大幅に向上する。
【００２５】
満タン状態では、サーミスタから伸びる露出した導体９４の、全部でなければ大部分がインクレベルで覆われている。インクレベルが低下すると、空気ポケットに露出したリード部分は、インクに浸漬されているリード部分よりもゆっくりと冷却される。従って、インクレベルが低下して、空気ポケットに露出したリード部分が増加すればするほど、サーミスタおよびそのリードを閾値温度に加熱する加熱時間が減少する。加熱時間の変化は、インクレベルがサーミスタビーズの端部にある状態からインクレベルが満タン状態までの加熱時間範囲にわたりほぼ直線となる場合もある。直線性にかかわらず、インクレベルの位置は既知のテスト結果と比較した加熱時間の長さに基づいて決定することができる。リードが熱を吸収する速度はリードが熱を放散する速度と異なる場合があるため、インクレベル方向の変化が検出されると、回路の閾値温度を変更してもよい。例えば、加熱時間が安定期または減少期の後に減少する場合、コントローラはインクレベルが頂点に達し、降下が始まっていると判断することができる。その後、インクが低下し続ければ、リードの熱吸収を反映して閾値を変更してもよい。加熱時間が増加し始めると、コントローラはインクレベルが上昇を開始したと判断し、コントローラはリードのインクへの熱放散を反映するために閾値を調節してもよい。熱放散および熱吸収の速度は実験的に決定してもよい。
【００２６】
図７のフローチャートは、図４の回路１５０がプリントヘッドタンク５８のインクレベルを検出する方法７００を示す。測定周期は測定期間と呼ばれる周期ベースで開始されるが、この測定期間は第１および第２所定時間の和である。１つの実施形態では、測定時間は２ミリセカンドであってもよいが、この測定時間長は回路１５０の部品およびプリンタの設計に依存する。２ミリセカンドの測定時間を有する実施形態では、第１所定時間は１６マイクロセカンドであり、第２所定時間は１．９８４ミリセカンドである。測定時間は、デジタルコントローラ１９２が成功裡にインクレベル測定を実行可能な一定の時間枠を表わす。複数の、例えば２００時間の連続測定時間（加熱時間）の結果を平均することにより、インクレベル測定ノイズを減少してもよい。
【００２７】
測定周期の開始にあたり、デジタルコントローラ１９２はノード１８４を第１所定時間だけ接地するが、この第１所定時間は測定時間と同じタイミングで開始される。ノード１８４を接地すると、トランジスタ１９６および１７２はカットオフモードとなり、これにより抵抗器２１６およびＰＮＰトランジスタ１７２へ電流が流れるのを防ぐ。したがって、自己加熱電圧はサーミスタ３４から切断され、サーミスタおよびそのリードが冷却される（ブロック７０４）。こうして、低い測定電流だけがサーミスタ３４に流れる。デジタルコントローラ１９２がノード１８４を接地するのと同一のクロックサイクルにてコントローラは第１所定時間および測定時間のカウントを開始する（ブロック７０８および７１２）。１つの実施形態では、第１所定時間は約１６ミリセカンドであるが、サーミスタ３４の種類、電源電圧２２４の大きさ、タンク５８のサイズ、タンク５８内のサーミスタ３４の位置、およびタンク５８内のインクの種類に応じて、他の第１所定時間を使用してもよい。
【００２８】
第１所定時間の終了時に、デジタルコントローラ１９２はノード１８４の接地を解除し（ブロック７１６）、第２所定時間のカウントを開始する。第１所定時間がサーミスタ３４の電圧に閾値電圧Ｖthreshを超過するのに十分な時間を提供すれば、デジタルコントローラ１９２がノード１８４の接地を解除した直後にコンパレータ１５４の出力は高インピーダンスオフ状態となり、したがって論理電源電圧２００がトランジスタ１９６をオンにしてトランジスタ１７２を飽和させることができる（ブロック７２０）。トランジスタ１７２が飽和すると、電圧がノード１６０に印加されてサーミスタ３４が自己加熱され、それによりサーミスタ３４の抵抗が減少する（ブロック７２８）。コンパレータ１５４が高インピーダンスオフ状態になるとすぐに、デジタルコントローラ１９２は下記のように加熱時間と呼ばれる時間のカウントを開始する（ブロック７３２）。
【００２９】
しかしながら、第１所定時間によってサーミスタ３４の電圧が閾値電圧Ｖthreshを超過するのに十分な時間が提供されなかった場合、第１所定時間が終了した後もコンパレータ１５４の出力は低インピーダンスオン状態のままとなり、トランジスタ１９６および１７２は遮断された状態となる（ブロック７２０）。当然ながらトランジスタ１９６および１７２が遮断されている場合、測定電流だけがサーミスタ３４に流れ、これによりサーミスタ３４およびそのリードの冷却時間が延長されることになる（ブロック７２４）。サーミスタ３４が冷え続けると、サーミスタ３４にて降下した電圧は上昇し続ける。サーミスタ３４の電圧が閾値電圧Ｖthreshに達すると、コンパレータ１５４は高インピーダンスオフ状態となり、これによりサーミスタ３４は自己加熱を再開する（ブロック７２０、７２８）。コンパレータ１５４がオフ状態に突入するとすぐに、デジタルコントローラ１９２は加熱時間のカウントを開始する（ブロック７３２）。
【００３０】
インクレベル検出システムは加熱時間を使用してサーミスタ３４を閾値温度まで加熱するのに必要な電力を決定することができる。加熱時間の開始は２つの状況で実行することができる。第１の状況では、サーミスタ３４の電圧が第１所定時間中に閾値電圧Ｖthreshを超過した場合、第１所定時間の終了後直ちに加熱時間を開始してもよい。結果として得られる「長い」加熱時間は通常、導体９４およびサーミスタの一部がインクに浸漬されることを示す。具体的には、インクは空気とは異なる、典型的により大きな熱伝導率を有するため、サーミスタおよびサーミスタから伸びる導体がインクに浸漬されている場合、サーミスタを閾値温度に維持するにはより多くの電力が必要となる。より多くの電力の必要性は、より長い加熱時間に帰着する。第２の状況では、サーミスタ電圧が第１所定時間の終了後しばらくして閾値電圧Ｖthreshに達した際に、加熱時間を開始してもよい。結果としての「より短い」電力要求時間は通常、導体９４およびサーミスタの一部がインクレベル上の空中に露出することを示し、したがって、サーミスタ３４を閾値温度に維持するのにより少ない電力ですむ。
【００３１】
図７のプロセスの説明を続けると、デジタルコントローラ１９２は、加熱時間をメモリに格納された値に関連付けて、導体およびサーミスタの長さに沿ったインクレベルを認識する（ブロック７４４）。例えば、コントローラは測定されたパラメータをルックアップ表で指標として使用することによりインクレベルを認識してもよい。表指標値は、表において満タンおよび低インクレベル、および満タンと低インクレベル間の漸増的レベル位置に関連付けされる。あるいは、実験により得られた、加熱時間値をインクレベルに関連付けるテストデータにおいて、曲線あてはめを実行してもよい。この曲線のあてはめによって得た数式をデジタルコントローラ１９２内のマイクロ命令により実行して導体およびサーミスタの長さに沿った位置を識別し、その位置をインクレベルに関連付けてもよい。次に、加熱時間値から検出された対応インクレベルをプリンタコントローラに提供する（ブロック７４８）。プリンタコントローラは感知されたインクレベルを使用して、必要であればタンクへのインクの補給を調節する。別の実施形態では、デジタルコントローラ１９２は既定数の加熱時間を記録し、加熱時間を平均してから平均加熱時間長を格納値と比較する。
【符号の説明】
【００３２】
２２，２２’  サーミスタプローブ、２４  プローブ本体、２４’  サーミスタ本体、３０  参照サーミスタ、３４，５４，１０２  取付フランジ、３８  プリントヘッド、４２  インクタンク開口部、４６  電極、５８  インクタンク、９０  サーミスタ、９４，９４’  導電体、１５０  電子回路、１５４  オープンコレクタコンパレータ、１６０，２０８，２２０，２６２，２８２  ノード、１６４，２５８  第１抵抗器、１６８，２９０  コンデンサ、１７２  ＰＮＰバイポーラ接合トランジスタ、１８８，２６６  第２抵抗器、１９２  デジタルコントローラ、２００  正論理電源電圧、２０４，２７８  第３抵抗器、２１２，２８６  第４抵抗器、２１６  第５抵抗器、２７０  ＮＰＮバイポーラ接合トランジスタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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