专利名称：剩余液体量显示器和剩余液体量显示方法
技术领域：
发明涉及显示在液体容器中剩余的导电液体量的剩余液体量显示器和剩余液体量显示方法。本发明用于检测和显示在喷墨打印机中剩余的墨水量。
背景技术：
喷墨打印机中，装在墨盒中的墨水通过墨水流动路径供给墨水排放单元，和从墨水排放单元排放墨滴。
此外，喷墨打印机中，必须以较高精度检测墨水有/无。以下将说明原因。首先，通过从外面观察墨盒很难检测剩余的墨水量。
第二，如果连续排放墨水直到墨水完全耗尽，会造成墨水排放单元损坏。作为喷墨打印机中的墨水排放方法的实例，现有的方法是热方法，其中用发热元件迅速加热墨盒中的墨水，排放出墨滴。该方法中，如果加热其中没有墨水的墨盒则会造成发热元件损坏，而且，当剩余的墨水量减少到预定量时必须停止墨水排放(打印操作)。
第三，在大纸张上打印时，如果不能高精度检测剩余的墨水量，则会出现在打印操作中途墨水用完的情况，这种情况下会造成部分打印纸张浪费。
因此，从安全和经济效益考虑，必须高精度检测墨水的剩余量。
图2是日本特许公开No.5-201019公开的现有的剩余墨水量检测器的第一实例的分解透视图。
该实例中，墨盒a包括弹性墨包b，压簧c推墨包b。此外，弹簧d随着墨水的减少而移动，通过窗口e观察弹簧d的位移可以确定墨水的减少量。因此，可以低成本容易地检测剩余的墨水量。
图3是日本特许公开No.9-169118公开的现有的剩余墨水量检测器的第二实例的框图。
该例中，根据墨盒中装的初始墨水量和已经进行的墨水排放次数计算剩余的墨水量。墨水排放量计算器f包括计数器，它计数已经进行的墨水排放操作的次数，和乘法器，它使次数与一次墨水排放操作所排放的墨水量(平均量)相乘。然后，将这样获得的值输送到墨水剩余量计算器g作为消耗的墨水量。墨水剩余量计算器g墨盒中装的从初始墨水量减去墨水排放量计算器f计算的量，计算出剩余的墨水量。
图4是是日本特许公开No.6-226990公开的现有的剩余墨水量检测器的第三实例的剖视图。
本例中，在靠近墨盒h的底表面位置设置一对电极i，根据电极i之间的电阻检测墨水的有/无。
图5是是日本特许公开No.2000-43287公开的现有的剩余墨水量检测器的第四实例的剖视图。
该例中，设置光传感器，它包括位于墨盒J的底表面上的反光元件k1和k2，分别向反光元件k1和k2发光的发光元件m1和m2，和分别接收发光元件m1和m2发射的光和反光元件k1和k2反射的光的光接收元件n1和n2，根据光传感器的光接收元件n1和n2接收到的光检测墨水的有/无。
但是，上述的现有技术有以下缺点。
即，第一例中用肉眼观察来确定剩余墨水量不能满足新的高质量的喷墨打印机的要求。此外，要在显示器上显示剩余墨水量时，机械位移必须转换成电信号，这就需要结构复杂的装置，和造成高费用。
此外，第二例中，需要通过一次墨水排放操作中排放的墨滴的平均量与已经进行的墨水排放操作的次数相乘来计算消耗的墨水量。但是，如果墨盒容量大，已排放的墨滴的实际值和预先设定的墨滴的平均值之间的差逐渐增大。因此，从安全上考虑，必须在仍然还剩余较大量的墨水时就显示指示墨水用完的通知。因此，必须在仍然还剩余有足以连续打印的较大量的墨水时就显示指示墨水用完的通知，因而造成剩余墨水量浪费。
此外。第三例中，由于只检测墨水的有/无，所以，不能确定剩余墨水量。因此在突然显示指示墨水用完的指示的许多情况下打印操作停止。这种情况下除非有备用的墨盒，否则打印机不能用。
第四例与第三例有相同的问题。此外，第四例中检测剩余墨水量的上述的光传感器和方法中，用组合方法计算已经排放的墨滴的次数，所以，与与第二例相比，精度提高了，并能避免的第三例的问题，即，避免突然显示指示墨水已用完的通知。但是，由于必须用上述的两种方法组合来检测剩余墨水量，因此，造成系统变得复杂和费用增大。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用简单结构逐步精确检测和显示容器中剩余的液体例如墨水量的装置和方法。
为了达到上述的目的，按本发明的一个方案，显示在液体容器中的剩余导电液体量的剩余液体量检测显示装置包括多个电极单元，这些电极单元沿容器中的液体减少时液面下降方向设置，当电极单元与液体接触时电极单元传导电流；给电极单元供给电压的电压源；液体检测器，当电压源给电极单元加电压时，根据电极单元上是否有传导电流来检测电极单元位置有/无液体；和剩余液体量显示单元，它根据液体检测器获得的电极单元位置有/无液体的检测结果，在逐步显示剩余液体量。
按照本发明，电极单元沿容器中的液体减少时液面下降方向设置。因而电极单元在液面以上时，电极单元不与液体接触，电极单元在液面以下时，电极单元与液体接触。
由于液体导电，加电压时，与液体接触的电极单元传导电流，而不与液体接触的电极单元不传导电流。
通过确定沿容器中的液体减少时液面下降方向设置的电极单元有/无传导电流，来检测相对于电极单元位置的液面位置。然后，逐步显示容器中的剩余液体量。因此不仅可以简单的显示液体的有/无，而且，能逐步用简单结构精确显示剩余的液体量，例如，剩余液体与容器完全装满时的液体量的百分比。
图1是按本发明实施例的剩余液体量显示装置的示意图；图2是现有的剩余墨水量检测器的第一例的分解透视图；图3是现有的剩余墨水量检测器的第二例框图；图4是现有的剩余墨水量检测器的第三例的剖视图；图5是现有的剩余墨水量检测器的第四例的剖视图。
具体实施例方式
以下参见附图描述本发明的实施例。图1是按本发明实施例的剩余液体量显示装置的示意图。本实施例中，以喷墨打印机中用的剩余墨水量显示装置10为例进行描述。
参见图1，容器11装有用于喷墨打印机的墨水。容器11的顶表面中形成墨喷射孔11a，容器11的底表面中形成墨水喷嘴11b。
墨水喷嘴11b连接到打印头(未示出)的墨水流动路径。
容器11的中心位置设置剩余墨水量检测基板(以下简称基板)20。正如以下要详细描述的，基板20用于通过检测液面来确定剩余液体量。但是，当容器11倾斜时容器11中的液面不与支承容器11的基体表面平行，如果基板20设置在靠近容器11的一个侧表面的位置处，液面将按容器11的倾斜程度相对基板20而上升或下落，因而不能精确检测液面。为此，基板20应设置在容器11的倾斜影响最小的中心位置，即，液面位移最小的位置，因此，即使在容器11有一定倾斜时也能精确检测液面。
基板20上设置多个电极单元21(21a-21h)。更具体的说，7个检测电极21a-21g和7个公用电极21h构成7个电极单元21。每个公用电极21h设置在靠近检测电极21a-21g之一的位置处。
当消耗容器11中装的墨水和墨水量逐渐减少时，在图中液面向下移动，即按从墨水注射孔11a向墨水喷嘴11b的方向移动。更具体的说，当墨水量减少时，液面按重力方向移动。
检测电极21a设置在顶部位置，即，容器11装满墨水时检测电极21a进入与墨水接触的位置，检测电极21g 设置在靠近容器11的底表面的位置。此外检测电极21a-21g按固定的间隔沿着随墨水减少液面下降的方向设置，即，按重力方向设置。
检测电极21a-21g单独的连接到它们的各个布线图形上，7个公用电极21h并联连接到单个布线图形并接地。
公用电极21h构成为公用电极21h和布线图形的整个区域进入与墨水接触。但是，本实施例中，只有公用电极21h的矩形区进入与墨水接触(即露到墨水中)，而且，覆盖布线图形使其不与墨水接触。因此，与墨水接触的公用电极21h的矩形区应尽可以小。
检测电极21a-21g的表面区可以与公用电极21h的表面区相同。或者，公用电极21h的表面区大于检测电极21a-21g的表面区。例如，当墨水的导电率较低时，会出现不能充分保证每个检测电极21a-21g与相应的公用电极21h之间的电连接的危险。但是，当公用电极21h的表面区大于检测电极21a-21g的表面区时能避免出现这种情况。
电极单元21构成为有憎水表面。例如，电极单元21用憎水材料构成，或者每个电极单元21的表面施加憎水层。因此，例如，当一个电极单元21变成没有墨水，那么，将能使墨水尽快的从电极单元21的表面除去，并使虚假检测，也就是说，即电极单元上已没有墨水却确定电极单元21与墨水接触可以得到防止。
此外，尽管图中未示出，每电极单元21的表面(外层)涂覆能防止墨水和空气化学腐蚀的表面处理层。可以用各种涂覆材料形成表面处理层，在本实施例中加镀金层。
加表面处理层以防止电极单元21的特性暂时损坏。更具体的说，根据形成电极单元21用的金属类型，当电极单元21与装在容器11中的墨水进入接触时出现物理或电化学变化而造成金属电极单元21溶解在墨水中的危险。此外，当电极单元21与空气接触时，会出现电极单元21表面氧化的危险，和电性能变化的危险，例如，电阻增大。在这种情况下，出现检测电极21a-21g和相应的公用电极21h之间的电连接的危险。相应地，为了避免出现这种情况，每个电极单元21的表面上加有防止墨水和空气腐蚀的表面处理层。
此外，在容器11的外边设置7个电阻12和与本发明的液体检测器对应的7个D-型双稳态触发器(DFF)13。每个电阻12电连接到一个DFF13的D-输入端，每个检测电极21a-21g连接到一根电线，该电线连接电阻12到它们的各个DFF13。
具有高电阻值的电阻用作电阻12。本实施例中，根据检测电极21a-21g是否与墨水接触检测墨水的有/无。但是，根据墨水导电率和检测电极21a-21g的表面面积，在墨水中可能只有极小量的电流。因此，用有高电阻值的电阻，使检测电极21a-21g与墨水接触和不接触时有足够大的电位差。
上述的7个电阻12和对应本发明的电压源的脉冲发生器15用其间的延迟电路14连接。此外，来自脉冲发生器15的时钟脉冲输出输入时钟脉冲(CK)到每个DFF13的输入端。
在DFF13的输出边设置与DFF13一致的7个LED驱动器16，每个DFF13包括“非”门，DFF13的Q-输出端单独连接到它们的各个LED驱动器16。此外，在LED驱动器16的输入边设置对应本发明的剩余液体量显示单元并与LED驱动器16一致的7个发光二极管。LED驱动器16单独连接到它们的各个LED17的阳极。LED17设置在用户看得见的位置。
有上述结构的剩余墨水量显示装置10中，脉冲发生器15只在要检测剩余墨水量时才输出时钟脉冲。或者，通过连续输送时钟脉冲，即，连续加电流，也可以连续检测剩余墨水量。由于可以用小电流检测剩余墨水量，所以，即使在连续加电流的情况下也不会出现反面影响。但是，由于存在墨水会电解和墨水特性随所加电流量变化的危险，所以，只在需要检测剩余墨水量时才加电流，例如，加电流的时间是几毫秒。
从脉冲发生器15输送时钟脉冲时，通过延迟电路14在全部电阻12的一端加电压。因此，在全部电阻12的一端的电位是高电平，即，“1(高)”。当检测电极21a-21g和公用电极21h与墨水接触时，电流从检测电极21a-21g流向它们的各个公用电极21h并接地。因此，DFF13的D-输入端电压设定为低电位，即，“0(低)”，DFF13的D-输入端接收作为输入值的“0”。
相反，检测电极21a-21g和公用电极21h不与墨水接触时，电流不从检测电极21a-21g流向它们的各个公用电极21h，因此检测电极21a-21g起开路端的作用。因此，DFF13的D-输入端的电位是所加的电位没变，也就是高电平，即，“1”，DFF13的D-输入端接收作为输入值的“1”。
检测电极21a-21g和公用电极21h与墨水接触时，“0”输入到DFF13的D-输入端，检测电极21a-21g和公用电极21h不与墨水接触时，“1”输入到DFF13的D-输入端。
此外，时钟脉冲输入到DFF13的CK-输入端，而“0”或“1”输入到DFF13的D-输入端，在相当于时钟脉冲的脉冲宽度的时间进行测试，在相当于时钟脉冲下降沿的时间输入到D-输入端的值是从Q-输出端输出的。一旦时钟脉冲输入到CK-输入端，从Q-输出端输出的值保持不变，即使当输入到D输入端的值改变也是如此，直到下一个时钟脉冲输入CK-输入端为止。
用延迟电路14调节时钟脉冲输入DFF13的CK-输入端的时间和DFF13的D-输入端通过电阻12接收输入值的时间，时钟脉冲的下降沿输入到DFF13的CK-输入端，而“0”或“1”输入到DFF13的D-输入端。
来自DFF13的Q-输出端的输出信号输入到它们的各个LED驱动器16并由各个LED驱动器16反相。更具体的说，如果从Q-输出端来的输入是“1”，那么LED驱动器16的输出是“0”，如果从Q-输出端来的输入是“0”，那么LED驱动器16的输出是“1”。
从LED驱动器16来的输出信号输入到它们的各个LED17。输入“0”时，LED17熄灭，输入“1”时，LED17点亮。
图1所示的状态下，检测电极21a，21b和21c是从顶部开始的第一，第二和第三检测电极，它们不与墨水接触。因此，“1”输入对应的DFF13的D-输入端，并从它的Q-输出端输出，并由对应的LED驱动器16反相到“0”。“0”输入到相应的LED17，使LED17熄灭。
相反，检测电极21d，21e，21f和21g是从顶部开始的第四到第七个检测电极，这些检测电极与墨水接触。因此“0”输入到对应的DFF13的D-输入端，并从它的Q-输出端输出，并由对应的LED驱动器16反相到“1”。因此，“1”输入到相应的LED17，使LED17点亮。图1中，阴影线指示点亮的LED17。
因此，如果容器11装满墨水，则所有的LED17点亮，如果容器11的墨盒中的墨水几乎用完，则所有的LED17熄灭。本实施例中，分8步显示剩余墨水量，用户通过观看显示器分8步确定剩余墨水量。例如，当7个LED17中的4个LED点亮而其余的3个LED熄灭时，如图1所示，就表示剩余墨水量比总量的一半稍多一点。
尽管已描述了本发明的实施例，但是，本发明不限于上述的实施例，还会有以下的改型，例如(1)上述的实施例中，通过提供7个电极单元21可以分8步显示剩余墨水量。这种情况下，从DFF13来的输出信号用信号转换器也转换成其他信号类型，根据信号转换器转换的信号显示剩余墨水量。
例如，像上述的实施例一样，所获得的7个输出信号作为检测结果时，可以分8步显示剩余墨水量。因此，剩余墨水量也用将输出信号转换成3-位信号(000到111)用十进位数0到7表示。或者，用预先设置的多个通知，例如“剩余量.....％”，和从多个通知中按输出信号选择一个信号，在显示器上显示剩余墨水量。
(2)此外，在上述的实施例中尽管7个电极单元21都用于检测剩余墨水量，但是也可以增加电极单元21的数量，以便在更多的步中检测和显示剩余墨水量。
(3)上述实施例中，已描述了在喷墨打印机中用的剩余墨水量显示装置。但是本发明不限于此，还会有各种剩余墨水量显示装置来显示容器中的各种类型的剩余墨水量。
如上所述，按本发明可以用简单的结构精确显示容器中的剩余墨水量。
权利要求
1.一种剩余液体量显示装置，用于显示液体容器中的导电液体的剩余量，包括多个电极单元，按容器中的液体减少时的液面下降方向设置，当电极单元与液体接触时电极单元传导电流；电压源，它给电极单元加电压；液体检测器，根据电压源加电压时电极单元有/无传导电流检测在电极单元位置有/无液体；和剩余液体量显示单元，它逐步根据液体检测器获得的在电极单元位置处有/无液体的检测结果显示容器中的剩余液体量。
2.一种剩余液体量显示装置，用于显示液体容器中的导电液体的剩余量，包括多个电极单元，按容器中的液体减少时的液面下降方向设置，每个电极单元包括相互设置在附近的检测电极和公用电极，当检测电极和公用电极与液体接触时，在它们之间传导电流；电压源，它给每个电极单元的检测电极与公用电极之间加电压；液体检测器，根据电压源加电压时每个电极单元中有/无从检测电极到公用电极的传导电流检测在电极单元位置有/无液体；和剩余液体量显示单元，它逐步根据液体检测器获得的在电极单元位置处有/无液体的检测结果显示容器中的剩余液体量。
3.按权利要求1和2之一的剩余液体量显示装置，还包括信号转换器，它将液体检测器获得的在电极单元位置处有/无液体的检测结果转换成预定类型的信号；其中，剩余液体量显示单元根据信号转换单元获得的转换信号显示在容器中的剩余液体量。
4.按权利要求1和2之一的剩余液体量显示装置，其中，电压源只在液体检测器检测有/无液体所需的时间才加电压。
5.按权利要求1和2之一的剩余液体量显示装置，其中，每个电极单元中的至少一部分有憎水表面。
6.按权利要求1和2之一的剩余液体量显示装置，其中，每个电极单元的外层，与液体进入接触的外层用防所述液体和空气腐蚀的表面处理层涂覆。
7.按权利要求2的剩余液体量显示装置，其中，公用电极相互并联并只在靠近检测电极的区域露出。
8.按权利要求1和2之一的剩余液体量显示装置，其中，电极单元设置在容器倾斜时液面位移量最小的位置。
9.一种剩余液体量显示方法，用于显示液体容器中的导电液体的剩余量，包括步骤给电极单元加电压，电极单元按容器中的液体量减少时的液面下降方向设置，电极单元与液体接触时传导电流；加电压时根据电极单元是否传导电流检测电极单元位置处有/无液体；根据电极单元位置处有/无液体的检测结果逐步显示容器中的剩余液体量。
全文摘要
剩余液体量显示装置，显示容器中的剩余液体(墨水)量包括电极单元，电极单元按容器中的液体量减少时的液面下降方向设置，电极单元与液体接触时传导电流；电压源(脉冲发生器)给电极单元加电压；液体检测器(DFF)，电压源加电压时根据电极单元是否传导电流检测电极单元位置处有/无液体；和剩余液体量显示单元(LED)，逐步根据液体检测器获得的电极单元位置有/无液体的检测结果显示容器中的剩余液体量。
文档编号G01F23/00GK1460842SQ03142910
公开日2003年12月10日 申请日期2003年4月2日 优先权日2002年4月2日
发明者江口武夫, 滑川巧, 竹中一康, 堀井伸一 申请人:索尼公司