DE112021005720T5

DE112021005720T5 - Reinigungsvorrichtung, Bilderzeugungseinheit, die mit der Reinigungsvorrichtung ausgestattet ist, und Reinigungsverfahren

Info

Publication number: DE112021005720T5
Application number: DE112021005720.0T
Authority: DE
Inventors: Noritaka Kishi
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2021-11-10
Publication date: 2023-09-28
Also published as: US11865592B2; JP7088259B2; CN116669873A; JP2022072661A; WO2022091073A1; US20220193735A1

Abstract

Eine Reinigungsvorrichtung (10) weist Folgendes auf: eine Schutzabdeckung (2); ein Schwingelement (12); eine piezoelektrische Treibereinheit; und eine Signalverarbeitungsschaltung. Wenn bestimmt wird, dass ein Fremdobjekt an der Oberfläche der Schutzabdeckung (2) klebt, steuert die Signalverarbeitungsschaltung die piezoelektrische Treibereinheit so, dass die Schwingung der Schutzabdeckung (2) auf eine Schwingbeschleunigung von 1,5×105m/s2eingestellt wird. Wenn bestimmt wird, dass ein Fremdobjekt an der Oberfläche der Schutzvorrichtung (2) klebt, obwohl die Treibereinheit so gesteuert wird, dass die Schwingung der Schutzabdeckung (2) auf eine vorgeschriebene Schwingbeschleunigung eingestellt ist, verursacht die Signalverarbeitungsschaltung ein Wärmen der Schutzabdeckung (2) durch eine Heizeinheit und steuert die piezoelektrische Treibereinheit so, dass die Schwingung der Schutzabdeckung (2) nach dem Wärmen der Schutzabdeckung (2) auf eine Resonanzfrequenz eingestellt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Reinigungsvorrichtung, auf eine Bilderzeugungseinheit, die mit der Reinigungsvorrichtung ausgestattet ist, und auf ein Reinigungsverfahren.
HINTERGRUNDTECHNIK
Eine Bilderzeugungseinheit ist an einem Vorderabschnitt oder einem Rückabschnitt eines Fahrzeugs vorgesehen und ein Bild, das durch die Bilderzeugungseinheit aufgenommen wird, wird dazu verwendet, eine Sicherheitsvorrichtung und autonomes Fahren zu steuern. Da eine derartige Bilderzeugungseinheit oft außen an einem Fahrzeug vorgesehen ist, können Fremdsubstanzen, wie zum Beispiel Regentropfen, Schmutz oder Staub, an einem durchscheinenden Körper (einer Linse oder einem Schutzglas) anhaften, der das Äußere bedeckt. Mit dem Anhaften von Fremdsubstanzen an dem durchscheinenden Körper spiegelt sich die Fremdsubstanz, die anhaftet, in dem Bild wider, das durch die Bilderzeugungseinheit aufgenommen wird, und es wird kein klares Bild erhalten.
Eine Reinigungsvorrichtung, die Fremdsubstanzen erfasst, die an einer Oberfläche eines durchscheinenden Körpers anhaften, und die Fremdsubstanzen entfernt durch In-Schwingung-Versetzen des durchscheinenden Körpers, wurde entwickelt (PTL 1). Eine Reinigungsvorrichtung, die eine Fremdsubstanz entfernt durch Abgeben eines Wäscherfluids auf eine Oberfläche eines durchscheinenden Körpers und In-Schwingung-Versetzen des durchscheinenden Körpers, wurde entwickelt (PTL 2).
REFERENZLISTE
PATENTLITERATUR

PTL 1: japanisches Patent Offenlegungs-Nr. 2012-138768
PTL 2: japanisches Patent Offenlegungs-Nr. 2011-244417

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Die in PTL 1 beschriebene Reinigungsvorrichtung bringt jedoch einfach den durchscheinenden Körper zum Schwingen und ist unter Umständen nicht in der Lage, schmutziges Wasser oder dergleichen zu entfernen. Insbesondere wird bei der Reinigungsvorrichtung in einigen Fällen Feuchtigkeit in schmutzigem Wasser durch eine Schwingung des durchscheinenden Körpers zerstäubt, was zu einer steigenden Konzentration von Schmutz in schmutzigem Wasser führt, wobei das schmutzige Wasser oder dergleichen nicht erfolgreich entfernt wird.
Die in PTL 2 beschriebene Reinigungsvorrichtung kann eine Fremdsubstanz auf einem durchscheinenden Körper entfernen durch Kombinieren einer Schwingung des durchscheinenden Körpers und einer Abgabe eines Wäscherfluids. Bei tatsächlicher Bewegung jedoch werden meistens nur Regentropfen als Fremdsubstanz aufgenommen, die an dem durchscheinenden Körper anhaftet, und Schmutz haftet kaum an. Da die in PTL 2 beschriebene Reinigungsvorrichtung das Wäscherfluid selbst in dem Fall des Anhaftens von Tröpfchen oder einer kleinen Schmutzmenge als Fremdsubstanz auf dem durchscheinenden Körper abgibt, steigt eine Menge verbrauchten Wäscherfluids an und ist eine Reinigungseffizienz niedrig.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Reinigungsvorrichtung, die eine Fremdsubstanz, die an einem durchscheinenden Körper anhaftet, effizient entfernen kann, eine Bilderzeugungseinheit, die mit der Reinigungsvorrichtung ausgestattet ist, sowie ein Reinigungsverfahren bereitzustellen.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine Reinigungsvorrichtung gemäß einer Form der vorliegenden Offenbarung umfasst einen durchscheinenden Körper, der in einem Sichtfeld einer Bilderzeugungsvorrichtung angeordnet ist, ein Schwingelement, das den durscheinenden Körper in Schwingung versetzt, einen Treiber, der das Schwingelement treibt, eine Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob eine Fremdsubstanz an einer Oberfläche des durchscheinenden Körpers anhaftet, ein Wärmeelement, das den durchscheinenden Körper wärmt, und eine Steuerung, die den Treiber und das Wärmeelement steuert. Wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass die Fremdsubstanz an der Oberfläche des durchscheinendes Körpers anhaftet, steuert die Steuerung den Treiber derart, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine Schwingbeschleunigung von 1,5×10⁵ m/s² aufweist. Wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass trotz einer derartigen Steuerung des Antriebs, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine vorgeschriebene Schwingbeschleunigung aufweist, die Fremdsubstanz an der Oberfläche des durchscheinenden Körpers anhaftet, lässt die Steuerung den durchscheinenden Körper mit dem Wärmeelement wärmen. Nachdem der durchscheinende Körper gewärmt wurde, steuert die Steuerung den Treiber derart, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine Resonanzfrequenz aufweist.
Eine Reinigungsvorrichtung gemäß einer weiteren Form der vorliegenden Offenbarung umfasst einen durchscheinenden Körper, der in einem Sichtfeld einer Bilderzeugungsvorrichtung angeordnet ist, ein Schwingelement, das den durchscheinenden Körper in Schwingung versetzt, einen Treiber, der das Schwingelement treibt, eine Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob eine Fremdsubstanz an einer Oberfläche des durchscheinenden Körpers anhaftet, und eine Steuerung, die den Treiber steuert. Wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass die Fremdsubstanz an der Oberfläche des durchscheinenden Körpers anhaftet, steuert die Steuerung den Antrieb derart, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine Schwingbeschleunigung von 1.5×10⁵ m/s² aufweist. Wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass trotz einer derartigen Steuerung des Antriebs, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine vorgeschriebene Schwingbeschleunigung bei einer Resonanzfrequenz aufweist, die Fremdsubstanz an der Oberfläche des durchscheinenden Körpers anhaftet, steuert die Steuerung den Treiber derart, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine Resonanzfrequenz höherer Ordnung aufweist. Nachdem der durchscheinende Körper bei der Resonanzfrequenz höherer Ordnung zum Schwingen gebracht wurde, steuert die Steuerung den Treiber derart, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine Resonanzfrequenz aufweist.
Eine Bilderzeugungseinheit gemäß einer Form der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Bilderzeugungsvorrichtung und die Reinigungsvorrichtung, die oben beschrieben wurde.
Ein Reinigungsverfahren gemäß einer Form der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche eines durchscheinenden Körpers mit einer Reinigungsvorrichtung, wobei die Reinigungsvorrichtung einen durchscheinenden Körper, der in einem Sichtfeld einer Bilderzeugungsvorrichtung angeordnet ist, ein Schwingelement, das den durchscheinenden Körper in Schwingung versetzt, einen Treiber, der das Schwingelement antreibt, und ein Wärmeelement aufweist, das den durchscheinenden Körper wärmt. Das Reinigungsverfahren umfasst ein Bestimmen, ob eine Fremdsubstanz an der Oberfläche des durchscheinenden Körpers anhaftet, ein derartiges Steuern des Treibers, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine Schwingbeschleunigung von 1.5×10⁵ m/s² aufweist, wenn bestimmt wird, dass die Fremdsubstanz an der Oberfläche des durchscheinenden Körpers anhaftet, ein Wärmen des durchscheinenden Körpers mit dem Wärmeelement, wenn bestimmt wird, dass trotz einer derartigen Steuerung des Treibers, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine vorgeschriebene Schwingbeschleunigung aufweist, die Fremdsubstanz an der Oberfläche des durchscheinenden Körpers anhaftet, und ein derartiges Steuern, nachdem der durchscheinende Körper gewärmt wurde, des Treibers, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine Resonanzfrequenz aufweist.
VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Offenbarung lässt die Steuerung, wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass die Fremdsubstanz an der Oberfläche des durchscheinenden Körpers trotz einer Schwingung des durchscheinenden Körpers anhaftet, den durchscheinenden Körper mit dem Heizelement wärmen. Nachdem der durchscheinende Körper gewärmt wurde, steuert die Steuerung den Treiber derart, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine Resonanzfrequenz aufweist. Deshalb kann die Fremdsubstanz, die an dem durchscheinenden Körper anhaftet, effizient entfernt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht zum Darstellen eines Aufbaus einer Bilderzeugungseinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Querschnittaufbau einer Reinigungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
3 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die jedes Bestandteilselement der Reinigungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Querschnittaufbau der Bilderzeugungseinheit zeigt, bei der die Reinigungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer Bilderzeugungsvorrichtung angeordnet ist.
5 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Steuerung der Reinigungsvorrichtung in der Bilderzeugungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
6 zeigt Frequenzcharakteristika eines Schwingelements der Reinigungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
7 ist ein Übergangsdiagramm von Betriebsmodi zur Darstellung von Vorgängen der Reinigungsvorrichtung in der Bilderzeugungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
8 ist ein Flussdiagramm zum Darstellen von Vorgängen der Reinigungsvorrichtung in der Bilderzeugungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
9 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Treibens zum Entfernen einer Fremdsubstanz durch Schwingung in der Reinigungsvorrichtung in der Bilderzeugungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
10 zeigt einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einem Zeitraum zum Wärmen und einem Differenzwert einer Resonanzfrequenz oder eines Stromwerts zeigt.
11 ist ein Übergangsdiagramm von Betriebsmodi zur Darstellung von Vorgängen der Reinigungsvorrichtung in der Bilderzeugungseinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
12 ist ein schematisches Diagramm, das eine exemplarische Beziehung zwischen einem Gleitwinkel und einer Haftenergie darstellt.
13 ist ein schematisches Diagramm, das eine exemplarische Beziehung zwischen einem Gleitwinkel und einer Beschleunigung zeigt.
14 ist ein Flussdiagramm zum Darstellen von Vorgängen der Reinigungsvorrichtung bei der Bilderzeugungseinheit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
15 ist ein Blockdiagramm zum Darstellen einer Steuerung der Reinigungsvorrichtung bei einer Bilderzeugungseinheit gemäß einer Modifizierung.
16 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Querschnittaufbau einer Reinigungsvorrichtung zeigt, bei der ein Heizelement in einer Schutzabdeckung vorgesehen ist.
17 ist ein schematisches Diagramm, das einen Aufbau beim Einsetzen einer transparenten Elektrode für das Heizelement, das in der Schutzabdeckung vorgesehen ist, zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Eine Bilderzeugungseinheit gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist unten Bezug nehmend auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Den gleichen oder entsprechenden Elementen in den Zeichnungen sind die gleichen Bezugszeichen zugeteilt.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Eine Bilderzeugungseinheit gemäß dem vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel wird im Folgenden Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht zum Darstellen eines Aufbaus einer Bilderzeugungseinheit 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Querschnittaufbau einer Reinigungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. 3 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die jedes Bestandteilselement der Reinigungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. 4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Querschnittaufbau einer Bilderzeugungseinheit 100 zeigt, bei der die Reinigungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer Bilderzeugungsvorrichtung 5 angeordnet ist.
Abschnitte mit Ausnahme der Bilderzeugungsvorrichtung 5, die in 4 gezeigt sind, in der Bilderzeugungseinheit 100, die in 1 gezeigt ist, bilden die Reinigungsvorrichtung 10 aus. Die Reinigungsvorrichtung 10 reinigt einen Bereich einer Bilderzeugung durch die Bilderzeugungsvorrichtung 5 durch Entfernen einer Fremdsubstanz, die an einer Schutzabdeckung 2 anhaftet, die an einer Vorderoberfläche der Bilderzeugungsvorrichtung 5 angeordnet ist.
Die Reinigungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst eine Komponente, die eine Fremdsubstanz, die anhaftet, durch In-Schwingung-Versetzen der Schutzabdeckung 2 entfernt, und eine Komponente, die eine Fremdsubstanz, die anhaftet, durch Abgeben einer Reinigungslösung (Reiniger) auf die Schutzabdeckung 2 entfernt. Ein Schwingelement 12, das in einem Gehäuse 1 vorgesehen ist, ist eine Komponente, die eine Fremdsubstanz, die anhaftet, durch In-Schwingung-Versetzen der Schutzabdeckung 2 entfernt, und eine Reinigungsdüse 3, die eine Reinigungslösung auf die Schutzabdeckung 2 abgibt, ist eine Komponente, die eine Fremdsubstanz, die anhaftet, durch Abgeben der Reinigungslösung auf die Schutzabdeckung 2 entfernt. Die Reinigungsvorrichtung 10 kann so aufgebaut sein, dass sie nur das Schwingelement 12, das die Schutzabdeckung 2 in Schwingung versetzt, aufweist, ohne die Reinigungsdüse 3 zu beinhalten.
Die Komponente der Reinigungsvorrichtung 10, die eine Fremdsubstanz, die anhaftet, durch In-Schwingung-Versetzen der Schutzabdeckung 2 entfernt, wird unten detailliert beschrieben. Die Reinigungsvorrichtung 10 umfasst die Schutzabdeckung 2, das Schwingelement 12, das die Schutzabdeckung 2 in Schwingung versetzt, und ein Halteelement 13, das die Schutzabdeckung 2 um einen Außenumfangsrand trägt. Das Schwingelement 12 ist mit einem Haftmittel an die Schutzabdeckung 2 gebunden. Das Haftmittel ist aus einem Hartmaterial, wie zum Beispiel einem Epoxidharz, aufgebaut. Das Haftmittel weist wünschenswerterweise einen hohen Young-Modul zum Reduzieren eines Schwingungsverlusts auf. Das Halteelement 13 ist mit einem Haftmittel an die Schutzabdeckung 2 gebunden, an dem Schwingelement 12 fixiert und steht in Kontakt mit dem Außenumfangsrand der Schutzabdeckung 2, um die Schutzabdeckung 2 zu tragen.
Die Schutzabdeckung 2 weist ein Ende auf, das an einem Ende des zylindrischen Schwingelements 12 gehalten wird. Das Schwingelement 12 ist mit einem hohlen ringförmigen piezoelektrischen Körper 14 auf einer Oberfläche gegenüber von einer Oberfläche versehen, die in Kontakt mit der Schutzabdeckung 2 steht. Der piezoelektrische Körper 14 ist mit einer Leitung 15, die eine hohle ringförmige Elektrode aufweist, auf einer Oberfläche gegenüber von einer Oberfläche versehen, die in Kontakt mit dem Schwingelement 12 steht. Durch Anlegen einer Spannung an die Leitung 15, um den piezoelektrischen Körper 14, in einer Richtung eines Durchgangs durch das zylindrische Schwingelement 12 in Schwingung zu versetzen, kann die Schutzabdeckung 2 durch das Schwingelement 12 in der Richtung eines Durchgangs durch das Schwingelement 12 zum Schwingen gebracht werden.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst das Schwingelement 12 einen ersten zylindrischen Körper, der in Kontakt mit der Schutzabdeckung 2 steht, und einen zweiten zylindrischen Körper, der mit dem ersten zylindrischen Körper verbunden ist, wobei ein Vorsprungabschnitt dazwischen angeordnet ist. Der erste zylindrische Körper umfasst an einem Ende einen Abschnitt, an dem die Schutzabdeckung 2 und der piezoelektrische Körper 14 vorgesehen werden sollen, und umfasst an dem anderen Ende den Vorsprungabschnitt, der sich in einer ringförmig umlaufenden Form erstreckt. Der Vorsprungabschnitt trägt eine untere Oberfläche des ersten zylindrischen Körpers und erstreckt sich von der Position eines Tragens nach außen. Der Vorsprungabschnitt wird durch den zweiten zylindrischen Körper an einer Position an einer Außenseite der Position getragen, an der dieser den ersten zylindrischen Körper trägt. Der zweite zylindrische Körper umfasst eine ringförmig umlaufende ringförmige Basis an einem Ende gegenüber der Position, an der dieser den Vorsprungabschnitt trägt. Die Position des piezoelektrischen Körpers 14, der in dem Schwingelement 12 vorgesehen ist, ist nicht auf die in 2 gezeigte Position eingeschränkt und der piezoelektrische Körper 14 könnte beispielsweise an einer unteren Oberfläche der ringförmigen Basis des zweiten zylindrischen Körpers vorgesehen sein. Anstelle des hohlen ringförmigen piezoelektrischen Körpers 14 könnte eine Mehrzahl rechtwinkliger piezoelektrischer Körper konzentrisch vorgesehen sein.
Die Reinigungsvorrichtung 10 ist beispielsweise derart angeordnet, dass die Schutzabdeckung 2 eine Vorderoberfläche eines optischen Elements der Bilderzeugungsvorrichtung 5 bedeckt, wie in 4 gezeigt ist. Die Reinigungsvorrichtung 10 der Bilderzeugungseinheit 100 ist so aufgebaut. Die Bilderzeugungsvorrichtung 5 beinhaltet beispielsweise ein optisches Element, ein Bilderzeugungselement und eine Sensorkomponente und umfasst eine Gehäusekomponente, in der diese untergebracht sind.
Gemäß der Reinigungsvorrichtung 10 werden beim Fixieren der Schutzabdeckung 2 und des Schwingelements 12 aneinander sowohl ein Haftmittel als auch eine mechanische Fixierung verwendet, um die Schutzabdeckung 2 und das Schwingelement 12 sicher zu halten und einen Schwingungsverlust zu unterdrücken.
<Schutzabdeckung>
Die Schutzabdeckung 2 ist aus einem derartigen Material aufgebaut, wie zum Beispiel Natronglas, Borosilikatglas oder Aluminosilikatglas. Die Schutzabdeckung 2 kann aus gestärktem Glas aufgebaut sein, das durch chemische Verstärkung in seiner Festigkeit verbessert ist. Die Oberfläche der Schutzabdeckung 2 kann wie nötig mit einer AR-Beschichtung, einer wasserabweisenden Beschichtung oder einer stoßresistenten Beschichtung beschichtet sein. Obwohl die Schutzabdeckung 2 eine ringförmige zweidimensionale Form aufweist, ist eine Form derselben nicht derart eingeschränkt. Die Schutzabdeckung könnte in einer Vieleckform vorliegen, wie zum Beispiel einer Viereckform, einer Sechseckform oder einer Achteckform oder in einer elliptischen Form. Ferner könnte die Schutzabdeckung 2 anstelle der zweidimensionalen Form in einer Halbkugelform vorliegen, in einer derartigen Form, dass ein Zylinder mit einer Halbkugel verbunden ist, oder in einer gekrümmten Form, die kleiner ist als eine Halbkugel.
<Schwingelement>
Das Schwingelement 12 ist mit einem Gewinde versehen, um ein männliches Gewinde 17a zu bilden. Das Schwingelement 12 ist aus einem derartigen Metallmaterial aufgebaut, wie rostfreiem Stahl, Aluminium, Eisen, Titan oder Duralumin. Um einen Schwingungsverlust zu reduzieren, weist das Schwingelement 12 wünschenswerterweise eine möglichst hohe Steifigkeit auf. Die Oberfläche des Schwingelements 12 wird wünschenswerterweise einer Oxidationsbehandlung oder Alumitbehandlung unterzogen, um ein Haftvermögen eines Haftmittels zu verbessern. Das Schwingelement 12 nimmt Schwingungen von dem piezoelektrischen Körper 14 auf.
<Haltevorrichtung>
Die Haltevorrichtung 13 ist mit einem Gewinde versehen, um ein weibliches Gewinde 17b zu bilden. Das weibliche Gewinde 17b ist so entworfen, dass es zu dem männlichen Gewinde 17a des Schwingelements 12 passt, und die Haltevorrichtung 13 ist durch Drehen befestigt. Die Haltevorrichtung 13 kann nicht nur aus einem derartigen Material aufgebaut sein, wie rostfreiem Stahl, Aluminium, Eisen, Titan oder Duralumin, sondern auch aus einem Kunststoff. Ein Oberflächenzustand der Haltevorrichtung 13 ähnelt demjenigen des Schwingelements 12. Die Haltevorrichtung 13 muss nicht notwendigerweise mit einem Gewinde versehen sein. Solange die Haltevorrichtung 13 sicher an dem Schwingelement 12 fixiert sein kann, sind verschiedene Strukturen verfügbar, wie zum Beispiel bleibende Verformung und Laserschweißen.
Wenn ein Material, das eine höhere spezifische Dichte aufweist als die Schutzabdeckung 2, für die Haltevorrichtung 13 verwendet wird, kann die Position des Schwerpunkts sich an einer Außenseite eines Außenumfangs der Schutzabdeckung 2 befinden, so dass eine derartige Anpassung wie Anstieg im Bereich einer Amplitude der Schutzabdeckung 2 durchgeführt werden kann.
<Piezoelektrischer Körper>
Der piezoelektrische Körper 14 ist mit einem Haftmittel an dem Schwingelement 12 fixiert. Der piezoelektrische Körper 14 ist aus einem derartigen Material, wie zum Beispiel Keramiken, aufgebaut. Um einer Elektrode in einem unteren Abschnitt des piezoelektrischen Körpers 14 ein Potenzial zu verleihen, ist die Leitung 15 mit einem Haftmittel an dem piezoelektrischen Körper 14 fixiert. Die Leitung 15 ist beispielsweise aus einem hochleitfähigen Metall aufgebaut, wie zum Beispiel rostfreiem Stahl oder Kupfer. Die Leitung 15 könnte auf einer flexiblen gedruckten Schaltung (FPC; FPC = flexible printed circuit) gebildet sein. Die FPC ist eine verbreitet verwendete Technik und eine repräsentative FPC wird hergestellt durch Bilden einer Leitung mit einer Kupferfolie auf einem Polyimidsubstrat. Der piezoelektrische Körper 14 wird mit Ultraschall zum Schwingen gebracht. Deshalb kann, wenn eine Leitung, die aus rostfreiem Stahl oder Kupfer hergestellt ist, direkt an den piezoelektrischen Körper gebunden ist, ein Schwingungsverlust verursacht werden. Andererseits kann, da die FPC flexibel ist, dem piezoelektrischen Körper 14 ohne Störung der Schwingung ein Potenzial verliehen werden. Eine mechanische Spannung, die zu dem Zeitpunkt der Schwingungsverschiebung auf den piezoelektrischen Körper 14 ausgeübt wird, kann durch Peripheriekomponenten/Umfangskomponenten verkleinert werden. Eine Verschiebung der Schutzabdeckung 2 erhöht sich so linear mit einer Eingangsspannung an dem piezoelektrischen Körper 14 und eine zufriedenstellende Leistung bei der Entfernung einer Fremdsubstanz wird erzielt.
<Reinigungsdüse>
Der Aufbau der Reinigungsdüse 10, die eine Fremdsubstanz, die anhaftet, durch Abgeben einer Reinigungslösung auf die Schutzabdeckung 2 entfernt, wird nun beschrieben. Das Gehäuse 1 ist mit einer Reinigungsdüse 3 versehen, die eine Öffnung aufweist, aus der die Reinigungslösung auf die Schutzabdeckung 2 abgegeben wird, wie in 1 gezeigt ist. Die Reinigungsdüse 3 weist eine zylindrische Form auf. Wenn die Reinigungslösung aus einem Ende gegenüber der Öffnung zugeführt wird, gibt die Reinigungsdüse 3 die Reinigungslösung aus der Öffnung auf ein Ende der Schutzabdeckung 2 ab. Ein Spitzenende der Reinigungsdüse 3 befindet sich außerhalb eines Bereichs der Bilderfassung durch die (ein Sichtfeld der) Bilderzeugungsvorrichtung 5, wobei sich die Öffnung nicht an einer Position befindet, an der diese in einem Bild widergespiegelt wird, das durch die Bilderzeugungsvorrichtung 5 aufgenommen wird. Obwohl eine einzelne Reinigungsdüse 3 in dem Gehäuse 1 bei dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, könnte eine Mehrzahl von Reinigungsdüsen 3 in dem Gehäuse 1 vorgesehen sein. Alternativ könnte die Reinigungsvorrichtung 10 einen anderen Aufbau (zum Beispiel ein Gebläse) zusätzlich zu oder anstelle der Reinigungsdüse 3 aufweisen.
Eine Steuerung der Reinigungsvorrichtung wird nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben. 5 ist ein Blockdiagramm zum Darstellen einer Steuerung der Reinigungsvorrichtung in der Bilderzeugungseinheit 100 gemäß dem vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel.
Die Bilderzeugungseinheit 100 umfasst die Bilderzeugungsvorrichtung 5, eine Signalverarbeitungsschaltung 20, einen piezoelektrischen Treiber 30, ein piezoelektrisches Bauelement 40, eine Reinigungslösungsabgabevorrichtung 50, einen Reinigungstreiber 60, einen Impedanzdetektor 70 und eine Leistungsversorgungsschaltung 80. Die Signalverarbeitungsschaltung 20 dient als Steuerung, die ein Bilderzeugungssignal von der Bilderzeugungsvorrichtung 5 verarbeitet und ein Steuersignal an den piezoelektrischen Treiber 30 und den Reinigungstreiber 60 zuführt.
Die Signalverarbeitungsschaltung 20 dient außerdem als Bestimmungseinheit, die basierend auf einer Resonanzfrequenz und einem Stromwert, der durch den Impedanzdetektor 70 gemessen wird, bestimmt, ob eine Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 haftet oder nicht. Die Signalverarbeitungsschaltung 20 kann basierend auf der Änderung eines Bilds, das durch die Bilderzeugungsvorrichtung 5 aufgenommen wird, bestimmen, ob eine Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet oder nicht. Ferner dient die Signalverarbeitungsschaltung 20 als ein Wärmeelement, das die Schutzabdeckung 2 dadurch wärmt, dass sie das Schwingelement 12 bei einer Resonanzfrequenz einer Harmonischen zum Schwingen bringt. Für die Reinigungslösungsabgabevorrichtung 50 ist ein Merkmal, das eine Reinigungslösung aus der Öffnung der Reinigungsdüse 3 abgibt, als ein Block gezeigt.
Die Signalverarbeitungsschaltung 20 ist mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) als Steuerzentrum, einem Nur-Lese-Speicher (ROM), an dem ein Programm und Steuerdaten für Operationen der CPU gespeichert sind, einem Direktzugriffsspeicher (RAM), der als ein Arbeitsbereich der CPU fungiert, und einer Eingabe- und Ausgabeschnittstelle zum Beibehalten einer Signalkompatibilität mit Peripheriegeräten versehen.
Der piezoelektrische Treiber 30 erzeugt ein Wechselstrom (AC)-Ausgangssignal mit einer Frequenz f und einer Spannung V gemäß einem Steuersignal von der Signalverarbeitungsschaltung 20 und einer Treiberspannung. Das piezoelektrische Bauelement 40 ist aus einem Schwingelement 12 aufgebaut, das den piezoelektrischen Körper 14 umfasst, wie in 2 gezeigt ist, und entfernt eine Fremdsubstanz dadurch, dass es das Schwingelement 12 und die Schutzabdeckung 2 in Schwingung versetzt durch Anlegen eines AC-Ausgangssignals an den piezoelektrischen Körper 14.
Außer der Entfernung einer Fremdsubstanz, die an der Schutzabdeckung 2 anhaftet, durch In-Schwingung-Versetzen der Schutzabdeckung 2 kann das Schwingelement 12 die Schutzabdeckung 2 dadurch wärmen, dass es die Schutzabdeckung 2 in Schwingung versetzt und einen mechanischen Schwingungsverlust nutzt. Die Signalverarbeitungsschaltung 20 weist die Schutzabdeckung 2 auf, die mit Wärme gewärmt wird, die in dem Schwingelement 12 erzeugt wird, indem ein Steuersignal dem piezoelektrischen Treiber 30 zugeführt wird, um die Schutzabdeckung 2 bei einer Resonanzfrequenz einer Harmonischen in Schwingung zu bringen, und nicht einer Resonanzfrequenz einer Grundwelle. Eine elektrische Energie, um die Schutzabdeckung 2 in Schwingung zu versetzen, wird in Wärme umgewandelt, zusätzlich zu mechanischer Schwingung. Aufgrund der Tatsache, dass die Schutzabdeckung 2 in Schwingung versetzt wird, treten eine Wärmeerzeugung durch einen mechanischen Schwingungsverlust in dem piezoelektrischen Treiber 30, eine Wärmeerzeugung durch dielektrischen Verlust und eine Wärmeerzeugung durch mechanischen Schwingungsverlust in der Schutzabdeckung 2 gleichzeitig auf und so wird auch eine Effizienz beim Wärmen der Schutzabdeckung 2 verbessert. Insbesondere ist eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 bei einer Resonanzfrequenz einer Harmonischen im Hinblick auf eine Anzahl von Malen einer Schwingung des piezoelektrischen Treibers 30 und der Schutzabdeckung 2 größer als eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 bei einer Resonanzfrequenz einer Grundwelle. Deshalb nimmt eine Wärmeerzeugung durch mechanischen Schwingungsverlust in dem piezoelektrischen Treiber 30 und der Schutzabdeckung 2 zu. Anders ausgedrückt ist, da die Schwingungsenergie höher ist, eine Wärmeerzeugungsmenge größer.
6 zeigt Frequenzcharakteristika des Schwingelements 12 der Reinigungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Abszisse in 6 stellt eine Frequenz (kHz) dar und die Ordinate stellt eine Impedanz (Ohm) dar. Wie in 6 gezeigt ist, weist eine Grundwelle S (primär) des Schwingelements 12 eine Resonanzfrequenz von etwa 40 kHz auf, was eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 mit einer Amplitude von mehreren zehn Mikrometern ermöglicht. Die Schwingung kann Kapillarwellen in einer Fremdsubstanz (Tröpfchen) erzeugen, die an der Schutzabdeckung 2 anhaftet, und die Kapillarwellen können die Fremdsubstanz zerstäuben. Eine Harmonische H (höherer Ordnung) weist eine Resonanzfrequenz von etwa 470 kHz auf; eine Amplitude der Schutzabdeckung 2 ist so klein wie etwa 1/20 einer Grundwelle S und ein Tröpfchen, das an der Schutzabdeckung 2 anhaftet, kann nicht zerstäubt werden. Die Harmonische H besitzt jedoch eine 100-mal höhere Frequenz als die Grundwelle S und so ist ihre Schwingungsenergie hoch.
im Allgemeinen ist die Schwingungsenergie proportional zu einem Quadrat einer Amplitude und einer Frequenz. Deshalb ist die Schwingungsenergie einer Schwingung des Schwingelements 12 durch die Harmonische H etwa 25-mal so hoch wie eine Schwingungsenergie einer Schwingung des Schwingelements 12 durch die Grundwelle S. Obwohl die Schutzabdeckung 2 durch Verwenden der Schwingungsenergie der Harmonischen H gewärmt werden kann, ist die Amplitude der Schutzabdeckung 2 kleiner und so kann eine Verschlechterung einer Beschichtung auf der Schutzabdeckung 2 aufgrund von Reibung gegen Schmutzpartikel, die in einem Tröpfchen enthalten sind, unterdrückt werden. Durch derartiges Verwenden der Harmonischen H, um die Schutzabdeckung 2 in Schwingung zu versetzen, kann die Schutzabdeckung 2 gewärmt werden, während die Beschichtung auf der Schutzabdeckung 2 geschützt wird, und kann eine Schmutzkomponente in einer Fremdsubstanz, die an der Schutzabdeckung 2 anhaftet, getrocknet werden. Beim Wärmen der Schutzabdeckung 2 durch In-Schwingung-Versetzen der Schutzabdeckung 2 durch Verwenden der Harmonischen H kann die Schutzabdeckung 2 selbst dann schnell gewärmt werden, wenn die Schutzabdeckung 2 aus einem Material besteht, das eine geringe spezifische Wärme aufweist.
Die Signalverarbeitungsschaltung 20 kann ein Steuersignal zum Abgeben der Reinigungslösung auf die Schutzabdeckung 2 zur Reinigung erzeugen. Der Reinigungstreiber 60 steuert die Reinigungslösungsabgabevorrichtung 50 zur Abgabe der Reinigungslösung auf die Schutzabdeckung 2 basierend auf dem Steuersignal von der Signalverarbeitungsschaltung 20.
Der Impedanzdetektor 70 überwacht einen Strom in dem piezoelektrischen Treiber 30, während ein AC-Ausgangssignal an den piezoelektrischen Körper 14 angelegt wird, um das piezoelektrische Bauelement 40 zu betreiben.
Vorgänge der Reinigungsvorrichtung 10 in der Bilderzeugungseinheit 100 werden nun Bezug nehmend auf ein Übergangsdiagramm und ein Flussdiagramm beschrieben. 7 ist ein Übergangsdiagramm von Betriebsmodi zur Darstellung von Vorgängen einer Reinigungsvorrichtung 10 in der Bilderzeugungseinheit 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 8 ist ein Flussdiagramm zum Darstellen von Vorgängen der Reinigungsvorrichtung 10 in der Bilderzeugungseinheit 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Zu Beginn steuert die Signalverarbeitungsschaltung 20 das piezoelektrische Bauelement 40 in einem Suchmodus zu arbeiten, und bestimmt, ob eine Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung anhaftet oder nicht. Damit das piezoelektrische Bauelement 40, in dem Suchmodus arbeitet, legt der piezoelektrische Treiber 30 ein AC-Ausgangssignal an den piezoelektrischen Körper 14 an, wobei eine Treiberspannung Vdr auf V1 eingestellt ist und eine Frequenz f durchläuft. Vom Standpunkt der Unterdrückung einer Wärmeerzeugung aus soll das AC-Ausgangssignal, das an den piezoelektrischen Körper 14 angelegt wird, wünschenswerterweise eine niedrige Treiberspannung Vdr aufweisen.
Der Impedanzdetektor 70 überwacht den Strom in dem piezoelektrischen Treiber 30, während das piezoelektrische Bauelement 40 in dem Suchmodus arbeitet, wobei die Treiberspannung Vdr auf V1 eingestellt ist und eine Frequenz f durchläuft. Insbesondere misst der Impedanzdetektor 70 als eine Anfangsresonanzfrequenz fr0 eine Frequenz unter durchlaufenen Frequenzen f, bei der ein Strom in dem piezoelektrischen Treiber 30 am höchsten ist (oder eine Impedanz, die ein Kehrwert eines Stromwerts ist, am kleinsten ist, und misst einen Strom zu diesem Zeitpunkt als einen Stromwert I0 (Schritt S101). Die Signalverarbeitungsschaltung 20 aktualisiert den Speicher mit der gemessenen Anfangsresonanzfrequenz fr0 und dem Spannungswert I0, die als eine Frequenz fr und ein Stromwert I als Referenzwerte eingestellt werden (Schritt S102).
Die Signalverarbeitungsschaltung 20 kann genau bestimmen, ob eine Änderung der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Bauelements 40 und eine Änderung einer kleinsten Impedanz (einem Minimalwert der Impedanz) des piezoelektrischen Bauelements 40 durch Anhaften einer Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 verursacht werden, oder durch eine Temperaturänderung, indem eine Bestimmung zur Kombination derselben durchgeführt wird. Deshalb bestimmt die Signalverarbeitungsschaltung 20 nicht, ob eine Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet oder nicht, lediglich basierend auf der Resonanzfrequenz, sondern bestimmt, ob die Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet oder nicht, basierend auf der Resonanzfrequenz und dem Stromwert (oder der Impedanz, die der Kehrwert des Stromwerts ist). Anders ausgedrückt bestimmt die Signalverarbeitungsschaltung 20, ob die Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet oder nicht, basierend auf einer Änderung der Resonanzfrequenz, während das piezoelektrische Bauelement 40 in dem Suchmodus arbeitet, und einer Änderung des Stromwerts zu diesem Zeitpunkt, und schließt eine Änderung der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Bauelements 40 aufgrund einer Temperaturänderung aus.
Nach einem bestimmten Zeitraum (zum Beispiel nach einer Sekunde), damit das piezoelektrische Bauelement 40 in dem Suchmodus arbeitet, legt der piezoelektrische Treiber 30 ein AC-Ausgangssignal an den piezoelektrischen Körper 14 an, wobei die Treiberspannung Vdr auf V1 eingestellt wird und die Frequenz f durchläuft. Dann misst der Impedanzdetektor 70 als eine Resonanzfrequenz fr1 eine Frequenz unter durchlaufenen Frequenzen f, bei der der Strom in dem piezoelektrischen Treiber 30 am höchsten ist, und misst einen Strom zu diesem Zeitpunkt als einen Stromwert l1 (Schritt S103).
Die Signalverarbeitungsschaltung 20 berechnet Differenzwerte zwischen der Frequenz fr und dem Stromwert I als die bei Schritt S102 aktualisierten Referenzwerte und der Resonanzfrequenz fr1 und dem Stromwert l1 und vergleicht die Differenzwerte mit vorbestimmten Schwellenwerten fth und Ith (Schritt S104). Insbesondere bestimmt die Signalverarbeitungsschaltung 20, ob eine Beziehung Δfr (= fr1 - fr) ≤ -fth und ΔI (= I1-I) ≤ -Ith erfüllt ist oder nicht. Anders ausgedrückt bestimmt die Signalverarbeitungsschaltung 20, wenn eine Änderungsmenge (Δfr) eines Rückgangs der Resonanzfrequenz nicht größer ist als der Schwellenwert fth und eine Änderungsmenge (ΔI) eines Rückgangs des Stromwerts nicht größer ist als der Schwellenwert Ith, dass die Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet. In dem Suchmodus (1), der in 7 gezeigt ist, nimmt die gemessene Resonanzfrequenz von der Resonanzfrequenz fr0 zu der Resonanzfrequenz fr1 ab und erfolgt eine Bestimmung, dass die Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet.
Wie zuvor beschrieben wurde, bestimmt die Signalverarbeitungsschaltung 20 nicht nur basierend auf der Menge einer Änderung (Änderung über die Zeit) der Resonanzfrequenz, dass die Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 haftet, sondern bestimmt, ob die Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 haftet oder nicht, basierend auf der Menge einer Änderung (Änderung über die Zeit) des Stromwerts, der ein Wert ist, der sich auf die Impedanz bezieht.
Wenn die Differenzwerte größer sind als vorbestimmte Schwellenwerte fth und Ith (NEIN bei Schritt S104), lässt die Signalverarbeitungsschaltung 20 das Verfahren zurück zu Schritt S102 kehren und aktualisiert den Speicher, wobei die Resonanzfrequenz fr1 und der Stromwert 11, die bei Schritt S104 gemessen werden, als Frequenz fr und Stromwert I als Referenzwerte eingestellt werden.
Wenn die Differenzwerte nicht größer sind als die vorbestimmten Schwellenwerte fth und Ith (JA bei Schritt S104), bestimmt die Signalverarbeitungsschaltung 20, dass die Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet. Wenn die Signalverarbeitungsschaltung 20 bestimmt, dass die Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, legt der piezoelektrische Treiber 30, damit das piezoelektrische Bauelement 40 in einem ersten Treibermodus arbeitet, an den piezoelektrischen Körper 14 ein AC-Ausgangssignal an, das eine Einstellung der Treiberspannung Vdr auf V2 (> V1) und eine Einstellung einer Treiberfrequenz fdr auf die Resonanzfrequenz fr1 der Grundwelle anzeigt (Schritt S105). Der erste Treibermodus (2), der in 7 gezeigt ist, ist der Treibermodus, bei dem der Reinigungstreiber 60 nicht getrieben wird, sondern nur der piezoelektrische Treiber 30 getrieben wird, und ist die Treiberspannung Vdr auf V2 eingestellt und ist die Treiberfrequenz fdr auf die Resonanzfrequenz fr1 der Grundwelle eingestellt.
Wenn bestimmt wird, dass die Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, kann durch In-Schwingung-Versetzen der Schutzabdeckung 1 in dem ersten Treibermodus die Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, zerstäubt werden oder abrutschen. Wenn die Schutzabdeckung 2 in dem ersten Treibermodus zum Schwingen gebracht wird, sammelt sich die Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, an einem Mittelabschnitt der Schutzabdeckung 2, der ein Schwingungsbauch ist, und wird danach zerstäubt oder rutscht ab. Um die Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, zu zerstäuben oder abrutschen zu lassen, sollte die Signalverarbeitungsschaltung 20 den piezoelektrischen Treiber 30 derart steuern, dass eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 eine vorgeschriebene Schwingbeschleunigung aufweist. Beispielsweise steuert die Signalverarbeitungsschaltung 20 den piezoelektrischen Treiber 30 derart, dass eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 die Schwingbeschleunigung 1,5×10⁵ m/s² aufweist.
Ein Treiben zum Zerstäuben oder Abrutschen einer Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, wird Bezug nehmend auf die Zeichnungen näher beschrieben. 9 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Treibens zum Entfernen einer Fremdsubstanz durch Schwingung in der Reinigungsvorrichtung 10 in der Bilderzeugungseinheit 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In 9 stellt die Abszisse die Treiberfrequenz f dar und stellt die Ordinate eine Beschleunigung (Einheit ×10⁵ m/s²) dar, die einen Schwingungspegel darstellt.
Zu Beginn steuert die Signalverarbeitungsschaltung 20 den piezoelektrischen Treiber 30 derart, dass ein Signal, das durch den Impedanzdetektor 70 erfasst wird, mit einem Zielwert des Schwingungspegels der Schutzabdeckung 2, der zuvor eingestellt wird, übereinstimmt. Deshalb kann die Signalverarbeitungsschaltung 20 eine Verstärkerschaltung umfassen, die ein Signal verstärkt, das durch den Impedanzdetektor 70 erfasst wird, sowie eine AD-Schaltung, die ein Signal, das durch die Verstärkerschaltung verstärkt wird, in ein digitales Signal umwandelt, und eine PID-Steuerschaltung, obwohl diese nicht gezeigt sind. Der Schwingungspegel der Schutzabdeckung 2 ist beispielsweise durch eine Beschleunigung einer Verschiebung an dem Mittelabschnitt der Schutzabdeckung 2 ausgedrückt. Der Schwingungspegel der Schutzabdeckung 2 als solches ist nicht eingeschränkt und eine Menge einer Verschiebung an dem Mittelabschnitt der Schutzabdeckung 2 könnte anwendbar sein.
Unter der PID-Steuerung durch die Signalverarbeitungsschaltung 20 wird eine Frequenz gemäß drei Faktoren der Proportionalität, Integration und Unterscheidbarkeit einer Differenz zwischen einem Signal von dem Impedanzdetektor 70 und einem Zielwert zur Rückkopplungssteuerung eines Treibersignals des piezoelektrischen Treibers 30 angepasst. Eine Steuerung des Treibersignals des piezoelektrischen Treibers 30 ist nicht auf die PID-Steuerung eingeschränkt und eine beliebige Steuerung ist anwendbar, solange ein Signal, das durch den Impedanzdetektor 70 erfasst wird, so gesteuert werden kann, dass es mit dem Zielwert des Schwingungspegels der Schutzabdeckung 2, der zuvor eingestellt wird, übereinstimmt.
Obwohl der Schwingungspegel der Schutzabdeckung 2 als durch den Impedanzdetektor 70 erfasst beschrieben wird, kann ein Schwingungssensor, der einen Schwingungspegel der Schutzabdeckung 2 erfasst, separat vorgesehen sein. Der Schwingungssensor fungiert als Detektor, der ein Signal in Bezug auf den Schwingungspegel der Schutzabdeckung 2 erfasst, die durch den piezoelektrischen Körper 14 in Schwingung versetzt wird. Der Schwingungssensor ist beispielsweise durch einen Ultraschallsensor oder ein Mikrofon implementiert und ist so vorgesehen, dass er nicht in Kontakt mit der Schutzabdeckung 2 steht. Bei einer anderen Form könnte ein piezoelektrischer Körper in einem Teil der Schutzabdeckung 2 gebildet sein und könnte eine Spannung erfasst werden, die durch Verformung des piezoelektrischen Körpers erzeugt wird.
Eine exemplarische derartige Steuerung des piezoelektrischen Treibers 30, dass eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 eine vorgeschriebene Schwingbeschleunigung aufweist, wird Bezug nehmend auf 9 beschrieben. Zu Beginn steuert die Signalverarbeitungsschaltung 20 beim In-Schwingung-Versetzen der Schutzabdeckung 2 in einem Zerstäubungsmodus den piezoelektrischen Treiber 30 derart, dass eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 eine Schwingbeschleunigung von 20×10⁵ m/s² aufweist. Wenn während einer Schwingung der Schutzabdeckung 2 mit der Treiberfrequenz fr0 eine Fremdsubstanz an der Schutzabdeckung 2 anhaftet, wird der Schwingungspegel niedriger und bewegt sich ein Arbeitspunkt von einem Arbeitspunkt 1 zu einem Arbeitspunkt 2. Anders ausgedrückt wird ein Schwingungsmodus von einem Schwingungsmodus S1 der Schutzabdeckung 2, an der keine Fremdsubstanz anhaftet, zu einem Schwingungsmodus S2 der Schutzabdeckung 2 umgeschaltet, an der eine Fremdsubstanz anhaftet.
Um eine Schwingung der Schutzabdeckung 2, die zu dem Schwingungspegel an dem Arbeitspunkt 2 gesunken ist, zurück auf den Zielschwingungspegel mit der Schwingbeschleunigung = 20× 10⁵ m/s² einzustellen, passt die Signalverarbeitungsschaltung 20 eine Amplitudenspannung oder ein Arbeitsverhältnis eines Treibersignals, das von dem piezoelektrischen Treiber 30 an den piezoelektrischen Körper 14 zugeführt wird, an. Insbesondere führt die Signalverarbeitungsschaltung 20 eine PID-Steuerung zur Anpassung der Frequenz, um den Zielschwingungspegel zu erzielen, unter einer Bedingung der Amplitudenspannung oder des Arbeitsverhältnisses des Treibersignals durch, das bei der Modusumschaltung bezeichnet ist. An einem Arbeitspunkt 3, an dem die Schutzabdeckung 2, an der die Fremdsubstanz anhaftet, mit der Schwingbeschleunigung = 20×10⁵ m/s² in Schwingung versetzt wird, sinkt die Treiberfrequenz von der Treiberfrequenz fr0 auf die Treiberfrequenz fr1.
An dem Arbeitspunkt 3 wird, wenn die Schutzabdeckung 2, an der die Fremdsubstanz anhaftet, bei der Schwingbeschleunigung = 20×10⁵ m/s² in Schwingung versetzt wird, die Fremdsubstanz, die an der Schutzabdeckung 2 anhaftet, durch Schwingung zerstäubt und entfernt. Wenn die Fremdsubstanz während der Schwingung der Schutzabdeckung 2, an der die Fremdsubstanz anhaftet, mit der Schwingbeschleunigung = 20×10⁵ m/s² von der Schutzabdeckung 2 entfernt wird, sinkt die Treiberfrequenz und bewegt sich der Arbeitspunkt von dem Arbeitspunkt 3 zu dem Arbeitspunkt 1. Anders ausgedrückt wird der Schwingungsmodus von dem Schwingungsmodus S2 der Schutzabdeckung 2, an der die Fremdsubstanz anhaftet, zu dem Schwingungsmodus S1 der Schutzabdeckung 2, an der keine Fremdsubstanz anhaftet, umgeschaltet.
Bei dem In-Schwingung-Versetzen der Schutzabdeckung 2 in einem Abrutschmodus steuert die Signalverarbeitungsschaltung 20 den piezoelektrischen Treiber 30 derart, dass eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 die Schwingbeschleunigung 1.5×10⁵ m/s² aufweist. Beim In-Schwingung-Versetzen der Schutzabdeckung 2 in dem Abrutschmodus bewegt, wie in 9 gezeigt ist, sich der Arbeitspunkt in der Reihenfolge eines Arbeitspunkts 1a, eines Arbeitspunkts 2a, eines Arbeitspunkts 3a und eines Arbeitspunkts 1a und verändert sich die Treiberfrequenz in der Reihenfolge einer Treiberfrequenz fr0a, einer Treiberfrequenz fr1a und einer Treiberfrequenz fr0a. Mit einer derartigen Änderung kann die Signalverarbeitungsschaltung 20 eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 in dem Abrutschmodus bei der Schwingbeschleunigung 1,5×10⁵ m/s² beibehalten.
Wenn die Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, eine unlösliche Fremdsubstanz ist, die aus endlichen Teilen besteht, wie zum Beispiel Schmutz, ist es jedoch schwierig, die Fremdsubstanz einfach durch eine derartige Steuerung des piezoelektrischen Treibers 30 durch die Signalverarbeitungsschaltung 20, dass eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 eine vorgeschriebene Schwingbeschleunigung aufweist, vollständig zu entfernen. Wenn eine Schwingung übermäßig fortgesetzt wird, könnte eine Schwingung von Schmutzpartikeln, die in der Fremdsubstanz enthalten sind, die Oberfläche der Schutzabdeckung 2 beschädigen oder die vorgesehene Beschichtung abkratzen. Ferner ist es beim Abrutschen der Fremdsubstanz von der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 auch schwierig, dass eine hochviskose Fremdsubstanz (Tröpfchen) vollständig abrutscht.
Wenn die Resonanzfrequenz fr1 sich trotz einer Schwingung der Schutzabdeckung 2 in dem ersten Treibermodus über einen vorbestimmten Zeitraum nicht ändert, kann die Signalverarbeitungsschaltung 20 bestimmen, dass die Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, nicht erfolgreich entfernt wurde. Anders ausgedrückt bestimmt die Signalverarbeitungsschaltung 20, ob die Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, erfolgreich entfernt wurde oder nicht, basierend auf der gemessenen Resonanzfrequenz (Schritt S106).
Wenn die Signalverarbeitungsschaltung 20 bestimmt, dass die Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, erfolgreich entfernt wurde (JA bei Schritt S106), lässt die Signalverarbeitungsschaltung 20 das Verfahren zurück zu Schritt S101 kehren und stellt das Treiben wieder auf den Suchmodus ein. Wenn die Signalverarbeitungsschaltung 20 bestimmt, dass die Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, nicht erfolgreich entfernt wurde (NEIN bei Schritt S106), lässt die Signalverarbeitungsschaltung 20 das piezoelektrische Bauelement 40 in einem zweiten Treibermodus (Wärmemodus) arbeiten. Insbesondere legt der piezoelektrische Treiber 30, damit das piezoelektrische Bauelement 40 in dem zweiten Treibermodus arbeitet, an den piezoelektrischen Körper 14 ein AC-Ausgangssignal an, um die Treiberspannung Vdr auf V2 einzustellen und die Treiberfrequenz fdr auf eine Resonanzfrequenz fr3 (< fr1) einer Harmonischen einzustellen (Schritt S107). Der zweite Treibermodus (4), der in 7 gezeigt ist, ist ein Treibermodus, bei dem der piezoelektrische Treiber 30 getrieben wird, um die Schutzabdeckung 2 bei der Resonanzfrequenz fr3 der Harmonischen in Schwingung zu versetzen, und ist die Treiberspannung Vdr auf V2 eingestellt und die Treiberfrequenz fdr auf die Resonanzfrequenz fr3 der Harmonischen eingestellt. Um nach der Resonanzfrequenz fr3 der Harmonischen zu suchen, treibt die Signalverarbeitungsschaltung 20 den piezoelektrischen Treiber vor dem zweiten Treibermodus (4) in einem Harmonische-Suchmodus (3).
Dann wird das piezoelektrische Bauelement 40 in einem Überwachungsmodus betrieben, bei dem ein getrockneter Zustand einer Fremdsubstanz überwacht wird, obwohl dies bei dem zweiten Treibermodus (4), der in 7 gezeigt ist, nicht gezeigt ist. Damit das piezoelektrische Bauelement 40 in dem Überwachungsmodus arbeitet, legt der piezoelektrische Treiber 30 an den piezoelektrischen Körper 14 ein AC-Ausgangssignal an, um die Treiberspannung Vdr auf V1 einzustellen und die Frequenz f durchlaufen zu lassen. Dann misst der Impedanzdetektor 70 als eine Resonanzfrequenz fr2 eine Frequenz unter den durchlaufenen Frequenzen f, bei der ein Strom in dem piezoelektrischen Treiber 30 maximal ist, und misst einen Strom zu dieser Zeit als einen Stromwert l2, wobei die Signalverarbeitungsschaltung 20 Mengen einer Variation (Δfr2 und ΔI2) der gemessenen Resonanzfrequenz fr2 und des Stromwerts I2 findet (Schritt S108).
Die Signalverarbeitungsschaltung 20 bestimmt, ob die gemessene Resonanzfrequenz fr2 und der Stromwert I2 sich fast nicht mehr ändern (Schritt S109). Insbesondere bestimmt die Signalverarbeitungsschaltung 20, ob eine Gleichung Δfr2 (= fr2(t+1) - fr2(t)) = 0 und ΔI2 (= I2(t+1)-I2(t)) = 0 erfüllt ist oder nicht. Anders ausgedrückt wird, wenn eine Temperatur der Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, stabilisiert ist und keine Feuchtigkeit vorliegt, eine Masse der Fremdsubstanz (Schmutz) stabilisiert und so gibt es fast keine Variation bei der gemessenen Resonanzfrequenz fr2 und dem Stromwert I2.
Wenn die Signalverarbeitungsschaltung 20 bestimmt, dass die gemessene Resonanzfrequenz fr2 und der Stromwert I2 sich gerade ändern (NEIN bei Schritt S109), lässt die Signalverarbeitungsschaltung 20 das Verfahren zu Schritt S105 zurückkehren und fährt mit einem Treiben in dem zweiten Treibermodus fort. Wenn die Signalverarbeitungsschaltung 20 bestimmt, dass die gemessene Resonanzfrequenz fr2 und der Stromwert I2 sich kaum ändern (JA bei Schritt S109), lässt die Signalverarbeitungsschaltung 20 das piezoelektrische Bauelement 40 in einem dritten Treibermodus arbeiten. Insbesondere legt der piezoelektrische Treiber 30, damit das piezoelektrische Bauelement 40 in dem dritten Treibermodus arbeitet, an den piezoelektrischen Körper 14 ein AC-Ausgangssignal an, um die Treiberspannung Vdr auf V2 einzustellen und die Treiberfrequenz fdr auf die Resonanzfrequenz fr1 einer Grundwelle einzustellen (Schritt S110). Der dritte Treibermodus (6), der in 7 gezeigt ist, ist ein Treibermodus, bei dem der piezoelektrische Treiber 30 getrieben wird, die Schutzabdeckung 2 bei der Resonanzfrequenz fr1 der Grundwelle in Schwingung zu versetzen, und ist die Treiberspannung Vdr auf V2 eingestellt und die Treiberfrequenz fdr auf die Resonanzfrequenz fr1 eingestellt. Durch Anwenden einer Schwingung, bei der eine Amplitude der Schutzabdeckung 2 größer wird, an eine Fremdsubstanz, die ein getrockneter Feststoff ist, wird die getrocknete Fremdsubstanz entfernt, indem sie von der Schutzabdeckung 2 abgeschüttelt wird. Um die Resonanzfrequenz fr1 der Grundwelle zu suchen, treibt die Signalverarbeitungsschaltung 20 den piezoelektrischen Treiber vor dem dritten Treibermodus (6) in einem Suchmodus (5).
Wenn sich die Resonanzfrequenz fr1 trotz einer Schwingung der Schutzabdeckung 2 in dem dritten Treibermodus für einen vorbestimmten Zeitraum nicht ändert, kann die Signalverarbeitungsschaltung 20 bestimmen, dass die Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, nicht erfolgreich abgeschüttelt wurde. Anders ausgedrückt bestimmt die Signalverarbeitungsschaltung 20, ob die Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, abgeschüttelt wurde, basierend auf der gemessenen Resonanzfrequenz (Schritt S111).
Wenn die Signalverarbeitungsschaltung 20 bestimmt, dass die Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 20 anhaftet, abgeschüttelt wurde (JA bei Schritt S111), lässt die Signalverarbeitungsschaltung 20 das Verfahren zurück zu Schritt S101 kehren und stellt das Treiben wieder zurück auf den Suchmodus. Wenn die Signalverarbeitungsschaltung 20 bestimmt, dass die Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, nicht entfernt wurde, indem sie abgeschüttelt wurde (NEIN bei Schritt S111), stellt die Signalverarbeitungsschaltung 20 einen vierten Treibermodus (Reinigungslösung + Schwingung) ein, bei dem der Reinigungstreiber 60 getrieben wird, die Reinigungslösung abzugeben, und der piezoelektrische Treiber 30 auch getrieben wird (Schritt S112). Als ein Ergebnis des Betriebs in dem vierten Treibermodus kann die Signalverarbeitungsschaltung 20 ein verstärktes Reinigen der Fremdsubstanz, die an der Schutzabdeckung 2 anhaftet, erzielen. Nach dem Betrieb in dem vierten Treibermodus lässt die Signalverarbeitungsschaltung 20 das Verfahren zurück zu Schritt S101 kehren und stellt das Treiben wieder zurück auf den Suchmodus.
Die Fremdsubstanz, die selbst nach dem Trocknen nicht entfernt werden kann, kann als hochviskose Fremdsubstanz, die Öl beinhaltet, bestimmt werden. Deshalb wird bei Schritt S112 die Fremdsubstanz gereinigt durch Abgeben der Reinigungslösung auf die Schutzabdeckung 2. Wenn eine Beschichtung auf der Schutzabdeckung 2 sich verschlechtert, wird es schwierig, die getrocknete Fremdsubstanz von der Schutzabdeckung 2 abzuschütteln. In diesem Fall kann ein Benutzer aufgefordert werden, die Reinigungslösung auf die Schutzabdeckung 2 abzugeben und die Beschichtung auf der Schutzabdeckung 2 instandzuhalten. Ferner kann, wenn die Signalverarbeitungsschaltung 20 bestimmt, dass die Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, bei dem Aufbau ohne Reinigungslösungsabgabevorrichtung 50 und Reinigungstreiber 60 nicht erfolgreich entfernt wurde (NEIN bei Schritt S111), diese an einen Benutzer einen Fehler in Bezug darauf, dass die Fremdsubstanz nicht erfolgreich entfernt wurde, ausgeben.
Bei dem in 8 gezeigten Flussdiagramm wird die Frage, ob ein Trocknen der Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, abgeschlossen ist oder nicht, basierend auf der Menge einer Variation (Δfr2, ΔI2) bei der Resonanzfrequenz fr2 und dem Stromwert I2, die bei Schritt S109 gemessen werden, bestimmt. Eine Bestimmung dessen, ob ein Trocknen der Fremdsubstanz abgeschlossen wurde oder nicht, ist nicht auf eine Bestimmung basierend auf der Menge einer Variation (Δfr2, ΔI2) eingeschränkt. Eine Menge einer Fremdsubstanz (Schmutz), die anhaftet, kann geschätzt werden und ein Zeitraum zum Wärmen basierend darauf bestimmt werden. 10 zeigt einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einem Zeitraum zum Wärmen und einem Differenzwert (Δfr, ΔI) einer Resonanzfrequenz oder eines Stromwerts zeigt. Insbesondere entspricht eine Menge einer Fremdsubstanz (Schmutz) dem Differenzwert (Δfr, ΔI) der Resonanzfrequenz oder des Stromwerts. Deshalb kann die Signalverarbeitungsschaltung 20 die Menge der Fremdsubstanz (Schmutz) basierend auf dem Differenzwert (Δfr, ΔI) der Resonanzfrequenz und des Stromwerts schätzen und wird der Zeitraum zum Wärmen aus dem in 10 gezeigten Graphen berechnet. Anders ausgedrückt erhöht die Signalverarbeitungsschaltung 20, wenn die Menge der Fremdsubstanz (Schmutz), die anhaftet, groß ist, einen Zeitraum zum Wärmen.
Die Reinigungslösung beinhaltet oft Alkohol. Wenn eine Temperatur niedrig ist, wird eine Viskosität der Reinigungslösung hoch, und selbst wenn die Schutzabdeckung 2 zum Schwingen gebracht wird, wird es schwierig, die Reinigungslösung zu zerstäuben. In diesem Fall kann eine Viskosität der Reinigungslösung gesenkt werden durch Wärmen der Schutzabdeckung 2 vor der Ermöglichung einer Zerstäubung der Reinigungslösung durch Schwingung der Schutzabdeckung.
Wenn die Schutzabdeckung 2 bei der Resonanzfrequenz der Grundwelle zum Schwingen gebracht wird, ist eine Verschiebung des Mittelabschnitts der Schutzabdeckung 2 groß. Es ist allgemein bekannt, dass das Anwenden von Ultraschallschwingung auf die Schutzabdeckung 2 zu einem kleineren Kontaktwinkel einer Fremdsubstanz (Tröpfchen) führt, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet. Deshalb ist, wenn die Schutzabdeckung 2 bei der Resonanzfrequenz der Grundwelle zum Schwingen gebracht wird, der Kontaktwinkel des Tröpfchens an dem Mittelabschnitt der Schutzabdeckung 2 klein (das heißt Benetzbarkeit ist hoch) und bleibt der Kontaktwinkel des Tröpfchens in einem Umfangsabschnitt der Schutzabdeckung 2 groß. Deshalb sammelt sich das Tröpfchen, das an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, an dem Mittelabschnitt mit hoher Benetzbarkeit. Indem dieses Phänomen ausgenutzt wird, muss beim Abgeben der Reinigungslösung auf die Schutzabdeckung 2, die bei der Resonanzfrequenz der Grundwelle zum Schwingen gebracht wird, die Reinigungslösung nicht auf die gesamte Oberfläche der Schutzabdeckung 2 abgegeben werden und kann so eine Verwendungsmenge der Reinigungslösung reduziert werden.
Wie oben dargelegt wurde, umfasst die Bilderzeugungseinheit 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Bilderzeugungsvorrichtung 5 und die Reinigungsvorrichtung 10. Die Reinigungsvorrichtung 10 umfasst die Schutzabdeckung 2, die in einem Sichtfeld der Bilderzeugungsvorrichtung 5 angeordnet ist, das Schwingelement 12, das die Schutzabdeckung 2 in Schwingung versetzt, den piezoelektrischen Treiber 30, der das Schwingelement 12 treibt, die Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob eine Fremdsubstanz an einer Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet oder nicht, das Wärmeelement, das die Schutzabdeckung 2 wärmt, und die Signalverarbeitungsschaltung 20, die den piezoelektrischen Treiber 30 steuert. Wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass die Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, steuert die Signalverarbeitungsschaltung 20 den piezoelektrischen Treiber 30 derart, dass eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 eine Schwingbeschleunigung von 1,5×10⁵ m/s² aufweist. Wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass trotz einer derartigen Steuerung des piezoelektrischen Treibers 30, dass die Schwingung der Schutzabdeckung 2 eine vorgeschriebene Schwingbeschleunigung aufweist, die Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, lässt die Signalverarbeitungsschaltung 20 die Schutzabdeckung 2 mit dem Wärmeelement wärmen.
Nachdem die Schutzabdeckung 2 gewärmt wurde, steuert die Signalverarbeitungsschaltung 20 den piezoelektrischen Treiber 30 derart, dass eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 eine Resonanzfrequenz aufweist.
So lässt in der Reinigungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass die Fremdsubstanz trotz einer Schwingung der Schutzabdeckung 2 an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 haftet, die Signalverarbeitungsschaltung 20 die Schutzabdeckung 2 mit dem Wärmeelement wärmen. Nachdem die Schutzabdeckung 2 gewärmt wurde, steuert die Signalverarbeitungsschaltung 20 den piezoelektrischen Treiber 30 derart, dass eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 die Resonanzfrequenz aufweist. Deshalb kann die Fremdsubstanz, die an der Schutzabdeckung 2 anhaftet, effizient entfernt werden.
Der Impedanzdetektor 70, der einen Wert in Bezug auf eine Impedanz des Schwingelements 12 erfasst, der durch den piezoelektrischen Treiber 30 getrieben wird, ist ebenso enthalten. Die Bestimmungseinheit (Signalverarbeitungsschaltung 20) bestimmt vorzugweise, ob die Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet oder nicht, basierend auf einer Änderung eines Werts über die Zeit, der sich auf die Impedanz bezieht, die durch den Impedanzdetektor 70 erfasst wird. Die Bestimmungseinheit kann so bestimmen, ob eine Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet oder nicht, und die Schutzabdeckung 2 kann geeignet gereinigt werden.
Vorzugsweise wärmt das Wärmeelement die Schutzabdeckung 2 unter einer derartigen Steuerung des piezoelektrischen Treibers 30 durch die Signalverarbeitungsschaltung 20, dass die Schwingung der Schutzabdeckung 2 eine Resonanzfrequenz höherer Ordnung aufweist. Die Schutzabdeckung 2 kann so gewärmt werden, ohne separat eine Komponente zum Wärmen bereitzustellen, wie zum Beispiel ein Heizelement. Eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 bei einer Resonanzfrequenz höherer Ordnung weist eine kleinere Amplitude der Schutzabdeckung 2 auf als eine Schwingung bei der Resonanzfrequenz der Grundwelle. Deshalb kann eine Verschlechterung einer Beschichtung auf der Schutzabdeckung 2 aufgrund von Reibung gegen die Fremdsubstanz (beispielsweise Schmutzteilchen, die in einem Tröpfchen enthalten sind) unterdrückt werden.
Die Reinigungsdüse 3, die die Reinigungslösung auf die Oberfläche der Schutzabdeckung 2 abgibt, ist außerdem vorgesehen. Wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass trotz einer Schwingung der Schutzabdeckung 2 nach dem Wärmen die Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, lässt die Signalverarbeitungsschaltung 20 vorzugsweise die Reinigungsdüse 3 die Reinigungslösung abgeben. Ein verstärktes Reinigen der Fremdsubstanz, die an der Schutzabdeckung 2 anhaftet, kann so erzielt werden.
Vorzugsweise schaltet die Signalverarbeitungsschaltung 20 zwischen einer Steuerung zum Wärmen der Schutzabdeckung 2 durch das Wärmeelement und einer derartigen Steuerung des piezoelektrischen Treibers 30, dass eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 die Resonanzfrequenz aufweist, basierend auf einem Zustand der Fremdsubstanz während des Wärmens um. Die Signalverarbeitungsschaltung 20 kann so basierend auf dem Zustand des Trocknens der Fremdsubstanz ferner mit einem Wärmen der Schutzabdeckung 2 fortfahren oder zu einer Schwingung zum Abschütteln umschalten.
Vorzugsweise überwacht die Signalverarbeitungsschaltung 20 den Zustand der Fremdsubstanz während des Wärmens basierend auf einer Änderung eines Werts über die Zeit, der sich auf eine Impedanz bezieht, die durch den Impedanzdetektor 70 erfasst wird. Die Signalverarbeitungsschaltung 20 kann so den Zustand des Trocknens der Fremdsubstanz genau kennen.
Die Reinigungsvorrichtung 10 umfasst die Schutzabdeckung 2, die in einem Sichtfeld der Bilderzeugungsvorrichtung 5 angeordnet ist, das Schwingelement 12, das die Schutzabdeckung 2 in Schwingung versetzt, den piezoelektrischen Treiber 30, der das Schwingelement 12 treibt, eine Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob eine Fremdsubstanz an einer Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet oder nicht, und die Signalverarbeitungsschaltung 20, die den piezoelektrischen Treiber 30 steuert. Wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass die Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, steuert die Signalverarbeitungsschaltung 20 den piezoelektrischen Treiber 30 derart, dass eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 eine Schwingbeschleunigung von 1,5×10⁵ m/s² aufweist. Wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass trotz einer derartigen Steuerung des piezoelektrischen Treibers 30, dass eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 eine vorgeschriebene Schwingbeschleunigung aufweist, die Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, steuert die Signalverarbeitungsschaltung 20 den piezoelektrischen Treiber 30 derart, dass eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 eine Resonanzfrequenz höherer Ordnung als das Wärmeelement aufweist. Nach einer Schwingung der Schutzabdeckung 2 bei der Resonanzfrequenz höherer Ordnung steuert die Signalverarbeitungsschaltung 20 den piezoelektrischen Treiber 30 derart, dass eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 eine Resonanzfrequenz aufweist.
Ein Reinigungsverfahren zum Reinigen einer Oberfläche der Schutzabdeckung 2 mit der Reinigungsvorrichtung 10 umfasst ein Bestimmen, ob eine Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet oder nicht, ein derartiges Steuern des piezoelektrischen Treibers 30, dass eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 eine Schwingbeschleunigung von 1,5×10⁵ m/s² aufweist, wenn bestimmt wird, dass die Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, ein Wärmen der Schutzabdeckung 2 mit dem Wärmeelement, wenn bestimmt wird, dass trotz einer derartigen Steuerung des piezoelektrischen Treibers 30, dass eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 eine vorgeschriebene Schwingbeschleunigung aufweist, die Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, und ein derartiges Steuern, nachdem die Schutzabdeckung 2 gewärmt wurde, des piezoelektrischen Treibers 30, dass eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 eine Resonanzfrequenz aufweist.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Bei der Reinigungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird in dem ersten Treibermodus, bei dem eine Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, durch Schwingung gereinigt wird, eine Treiberspannung Vdr auf V2 (> V1) eingestellt, um eine starke Schwingung auf die Schutzabdeckung 2 anzuwenden. Bei der Reinigungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird der erste Treibermodus, bei dem eine schwache Schwingung zu einem derartigen Ausmaß, dass eine Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung anhaftet, abrutscht, angenommen.
11 ist ein Übergangsdiagramm von Betriebsmodi zur Darstellung von Vorgängen der Reinigungsvorrichtung bei der Bilderzeugungseinheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Da die Bilderzeugungseinheit und die Reinigungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im Aufbau gleich sind wie die Bilderzeugungseinheit und die Reinigungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, sind den gleichen Komponenten die gleichen Bezugszeichen zugeteilt und wird eine detaillierte Beschreibung nicht wiederholt.
Zu Beginn wird in dem Suchmodus (1), während das piezoelektrische Bauelement 40 arbeitet, wobei die Treiberspannung Vdr auf V1 eingestellt ist und die Frequenz f durchläuft, eine Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Bauelements 40 gesucht. Bei dem in 11 gezeigten Suchmodus (1) wird die gemessene Resonanzfrequenz von der Resonanzfrequenz fr0 auf die Resonanzfrequenz fr1 gesenkt und bestimmt die Signalverarbeitungsschaltung 20, dass die Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet.
Wenn die Signalverarbeitungsschaltung 20 bestimmt, dass die Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, lässt sie das piezoelektrische Bauelement 40 in dem ersten Betriebsmodus arbeiten. In dem ersten Betriebsmodus bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Schwachschwingungsmodus angewendet. Anders ausgedrückt wird in dem Schwachschwingungsmodus der piezoelektrische Treiber 30 derart gesteuert, dass eine Schwingung der Schutzabdeckung 2 eine Schwingbeschleunigung aufweist, die nicht kleiner ist als 1,5×10⁵ m/s² und nicht größer als 8,0×10⁵ m/s², um die Amplitude der Schutzabdeckung 2 beispielsweise auf 5,5 µm oder kleiner zu unterdrücken. Durch In-Schwingung-Versetzen der Schutzabdeckung 2 in dem Schwachschwingungsmodus rutscht eine Fremdsubstanz, wie zum Beispiel ein Tröpfchen mit geringer Viskosität, das an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, ab und wird gereinigt.
Prinzipien eines Abrutschens von Fremdsubstanz durch Schwingung der Schutzabdeckung 2 in dem Schwachschwingungsmodus wird nun beschrieben. Zu Beginn wird eine Beziehung zwischen einem Gleitwinkel und einer Haftenergie beschrieben. Der Gleitwinkel bezieht sich auf einen Winkel zwischen einer Horizontalebene und einer Oberfläche eines Feststoffs, wenn ein Tröpfchen an einer horizontalen Oberfläche des Feststoffs anhaftet und abzurutschen beginnt, wenn sich die Oberfläche des Feststoffs allmählich von einem horizontalen Zustand neigt. 12 ist ein schematisches Diagramm, das eine exemplarische Beziehung zwischen einem Gleitwinkel und der Haftenergie darstellt.
Eine Beziehung, die in 12 gezeigt ist, kann in einem mathematischen Ausdruck der Haftenergie ausgedrückt werden, der von Wolfram vorgeschlagen wurde. $E = \frac{m g s i n θ}{2 π r}$
wobei E die Haftenergie darstellt, r einen Kontaktradius darstellt, m eine Masse eines Tröpfchens darstellt, g eine Erdbeschleunigung darstellt, und θ einen Gleitwinkel darstellt. Der mathematische Ausdruck wurde experimentell basierend auf einer Proportionalität des Gleitwinkels θ zwischen Wasser und Paraffin zu einem Radius r einer Kontaktoberfläche zwischen einem Tröpfchen 51 und einem Feststoff 52 gefunden, wobei angenommen wird, dass eine Schwerkraftkomponente des Tröpfchens 51 in einer Neigungsrichtung und eine Haftkraft, die auf einen Peripherieabschnitt eines oskulierenden Kreises ausgeübt wird, an dem Gleitwinkel θ im Gleichgewicht sind. Dieser Indikator wird als ein Auswertungsindikator betrachtet, der eindeutig bestimmt wird nur durch eine Kombination zwischen einer Flüssigkeit und einem Feststoff, ohne experimentell von einer Flüssigkeitsmenge oder einem Neigungswinkel abhängig zu sein.
Es ist bei dem mathematischen Ausdruck zu sehen, dass die Haftenergie E mit kleiner werdendem Gleitwinkel θ abnimmt. Anders ausgedrückt haftet das Tröpfchen 51 mit kleinerem Gleitwinkel θ weniger wahrscheinlich an der Oberfläche des Feststoffs.
In der Reinigungsvorrichtung 10 wird durch In-Schwingung-Versetzen der Schutzabdeckung 2 mit einer vorgeschriebenen Schwingbeschleunigung der Gleitwinkel θ kleiner gemacht und wird die Haftenergie E, mit der das Tröpfchen an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 verbleibt, gesenkt. Eine Entfernung des Tröpfchens, das an der Schutzabdeckung 2 anhaftet, wird so erleichtert.
13 ist ein schematisches Diagramm, das eine exemplarische Beziehung zwischen einem Gleitwinkel und einer Schwingbeschleunigung zeigt. 13 zeigt eine Änderung des Gleitwinkels mit einer Änderung der Schwingbeschleunigung. Die Schwingbeschleunigung wird mit einem unten beschriebenen Verfahren berechnet.
Eine Schwingung wurde durch Zuführen eines Signals an den piezoelektrischen Körper 14 des Schwingelements 12 mit einer Resonanzfrequenz von etwa 60 kHz unter Verwendung einer Leistungsversorgung (E26104, hergestellt von Keysight Technologies) und eines Funktionsgenerators (AGF1022, hergestellt von Tektronix, Inc.) angeregt. Eine Verschiebung der Schutzabdeckung 2, die durch eine Schwingung des Schwingelements 12 angeregt wird, wurde durch ein Laserverschiebungsmessgerät (BX51M, hergestellt von Olympus Corporation) erfasst und mit einem Multimeter (2110, hergestellt von Keysight Technologies) und einem Oszilloskop (TBS1104, hergestellt von Tektronix, Inc.) gemessen. Eine Schwingbeschleunigung wurde basierend auf einem Ausdruck α = (2πf)2A berechnet, wobei α eine Schwingbeschleunigung darstellt, f eine Frequenz darstellt und A eine Amplitude darstellt (Menge an Verschiebung).
Wie in 13 gezeigt ist, ist, wenn die Schwingbeschleunigung α nicht kleiner als 1,5×10⁵ m/s² ist und nicht größer als 8,0×10⁵ m/s², der Gleitwinkel θ nicht größer als 40 Grad (siehe „A1“ in 13). Wenn der Gleitwinkel θ nicht größer als 40 Grad ist, ist die Haftenergie E eines Tröpfchens kleiner als die Kraft eines Abrutschens von der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 nach außen. Deshalb wird das Tröpfchen nicht an einem Abschnitt der Schutzabdeckung 2 gesammelt, an dem eine Verschiebungsmenge am größten ist, das heißt dem Mittelabschnitt der Schutzabdeckung 2, sondern fließt das Tröpfchen an der Schutzabdeckung 2 nach außen. Die Leistung der Entfernung des Tröpfchens wird so verbessert.
Wenn eine Schwingbeschleunigung α nicht kleiner ist als 3.5×10⁵ m/s² und nicht größer ist als 5.5×10⁵ m/s², ist der Gleitwinkel θ nicht größer als 22 Grad (siehe „A2“ in 13). Wenn der Gleitwinkel θ nicht größer ist als 22 Grad, ist die Haftenergie E des Tröpfchens noch geringer. Deshalb fließt das Tröpfchen leichter an der Schutzabdeckung 2 nach außen und wird eine Leistung der Entfernung des Tröpfchens weiter verbessert.
Wenn die Schwingbeschleunigung α kleiner als 1.5×10⁵ m/s² und größer als 8.0×10⁵ m/s² ist, ist der Gleitwinkel θ größer als 40 Grad. Wenn der Gleitwinkel θ größer als 40 Grad ist, ist die Haftenergie E des Tröpfchens höher als die Kraft eines Abrutschens von der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 nach außen. Deshalb wird das Tröpfchen an einem Abschnitt der Schutzabdeckung 2 gesammelt, an dem die Verschiebungsmenge am größten ist, das heißt dem Mittelabschnitt der Schutzabdeckung 2.
Deshalb ist die Schwingbeschleunigung α vorzugsweise nicht kleiner als 1.5×10⁵ m/s² und nicht größer als 8.0×10⁵ m/s². Die Schwingbeschleunigung α ist vorzugsweise nicht kleiner als 3.5×10⁵ m/s² und nicht größer als 5.5×10⁵ m/s². Durch Steuern der Schwingbeschleunigung α, um innerhalb eines derartigen vorgeschriebenen Bereichs zu liegen, wird das Gleitverhalten des Tröpfchens, das an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, im Vergleich zu einem Beispiel verbessert, bei dem die Schwingbeschleunigung in einem anderen Bereich liegt.
Beim Abrutschen einer Fremdsubstanz durch Schwingung der Schutzabdeckung 2 in dem Schwachschwingungsmodus kann die Amplitude der Schutzabdeckung 2 kleiner sein als bei der Zerstäubung des Tröpfchens durch Schwingung der Schutzabdeckung 2 in dem Schwachschwingungsmodus, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Da die Amplitude in dem Schwachschwingungsmodus kleiner sein kann, kann eine Verschlechterung der Beschichtung auf der Schutzabdeckung 2 aufgrund von Reibung gegen Schmutzteilchen, die in einem Tröpfchen enthalten sind, unterdrückt werden.
Der in 11 gezeigte erste Treibermodus (2) ist ein Treibermodus, bei dem der Reinigungstreiber 60 nicht getrieben wird, sondern nur der piezoelektrische Treiber 30 getrieben wird, und die Treiberspannung Vdr auf V1 eingestellt ist und die Treiberfrequenz fdr auf die Resonanzfrequenz fr1 der Grundwelle eingestellt ist. Obwohl die Treiberspannung Vdr in dem ersten Treibermodus (2) auf V1 eingestellt ist, die die gleiche ist wie in dem Suchmodus, könnte die Treiberspannung auf eine beliebige Spannung eingestellt sein, ohne auf V1 eingeschränkt zu sein, solange die Treiberspannung Vdr eine Schwingbeschleunigung α erzielen kann, die nicht kleiner ist als 1,5×10⁵ m/s² und nicht größer als 8,0×10⁵ m/s.
Durch In-Schwingung-Versetzen der Schutzabdeckung 2 in dem Schwachschwingungsmodus rutscht eine Fremdsubstanz, wie zum Beispiel ein Tröpfchen mit geringer Viskosität, das an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, ab und ein sehr kleines Wassertröpfchen oder Schmutzwasser mit hoher Viskosität verbleibt. Für verbleibende Fremdsubstanz treibt die Signalverarbeitungsschaltung 20 den piezoelektrischen Treiber in dem zweiten Treibermodus, um die Schutzabdeckung 2 zu wärmen. Der zweite Treibermodus (4), der in 11 gezeigt ist, ist ein Treibermodus, bei dem der piezoelektrische Treiber 30 getrieben wird zum In-Schwingung-Versetzen der Schutzabdeckung 2 bei der Resonanzfrequenz fr3 der Harmonischen, und ist die Treiberspannung Vdr auf V2 eingestellt und ist die Treiberfrequenz fdr auf die Resonanzfrequenz fr3 eingestellt. Um nach der Resonanzfrequenz fr3 der Harmonischen zu suchen, treibt die Signalverarbeitungsschaltung 20 den piezoelektrischen Treiber vor dem zweiten Treibermodus (4) in dem Harmonische-Suchmodus (3).
Durch In-Schwingung-Versetzen der Schutzabdeckung 2 in dem Schwachschwingungsmodus rutscht ein großes Tröpfchen (also auch Schmutzwasser), das an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, ab und so kann ein kleines Wassertröpfchen oder Schmutzwasser, das auf der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 verbleibt, schnell getrocknet werden durch Wärmen in dem zweiten Treibermodus.
Der dritte Treibermodus (6), der in 11 gezeigt ist, ist ein Treibermodus, bei dem der piezoelektrische Treiber 30 getrieben wird zum In-Schwingung-Versetzen der Schutzabdeckung 2 bei der Resonanzfrequenz fr1 der Grundwelle, und ist die Treiberspannung Vdr auf V2 eingestellt und ist die Treiberfrequenz fdr auf die Resonanzfrequenz fr1 eingestellt. Um nach der Resonanzfrequenz fr1 der Grundwelle zu suchen, treibt die Signalverarbeitungsschaltung 2 den piezoelektrischen Treiber vor dem dritten Treibermodus (6) in dem Suchmodus (5). Bei dem dritten Treibermodus (6) ist die Treiberspannung Vdr auf V2 eingestellt, die höher ist als V1 in dem ersten Treibermodus (2), um so die Amplitude der Schutzabdeckung 2 zu erhöhen, so dass eine getrocknete Fremdsubstanz entfernt wird durch Abschütteln von der Schutzabdeckung 2. Eine höhere Schwingungsenergie beim Abschütteln der Fremdsubstanz ermöglicht ein Abfallen der getrockneten Fremdsubstanz.
Wie oben dargelegt wurde, steuert die Signalverarbeitungsschaltung 20 in der Reinigungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel den piezoelektrischen Treiber 30 derart, dass die Amplitude (erster Treibermodus (2)) der Schutzabdeckung 2, die noch gewärmt werden soll, kleiner ist als die Amplitude (dritter Treibermodus (6)) der gewärmten Schutzabdeckung 2. Insbesondere steuert die Signalverarbeitungsschaltung 20 vorzugsweise den piezoelektrischen Treiber 30 derart, dass eine Schwingung der Schutzabdeckung 2, die noch gewärmt werden soll, eine Schwingbeschleunigung aufweist, die nicht kleiner ist als 1,5×10⁵ m/s² und nicht größer als 8,0×10⁵ m/s².
Da die Amplitude der Schutzabdeckung 2, die noch gewärmt werden soll, so kleiner ist als die Amplitude der gewärmten Schutzabdeckung 2, kann die Reinigungsvorrichtung 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Unterdrückung der Verschlechterung einer Beschichtung auf der Schutzabdeckung 2 aufgrund von Reibung gegen Schmutzpartikel, die in einem Tröpfchen enthalten sind, erzielen. Bei einer Schwingung der Schutzabdeckung 2 in dem Schwachschwingungsmodus wird verglichen mit einem Beispiel einer starken Schwingung der Schutzabdeckung 2, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das Tröpfchen, das auf der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 verbleibt, in dem Mittelabschnitt nicht getrocknet, sondern wird getrocknet, während es über die Oberfläche verteilt ist. Deshalb kann beim Abschütteln der Fremdsubstanz, die in dem dritten Treibermodus getrocknet wird, von der Schutzabdeckung 2 ein Kratzen der Beschichtung durch Reibung gegen die getrocknete Fremdsubstanz über der gesamten Oberfläche einheitlich sein, ohne an dem Mittelabschnitt der Schutzabdeckung 2 lokalisiert zu sein.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Bei der Reinigungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird, wenn bestimmt wird, dass die gemessene Resonanzfrequenz fr2 und der Stromwert I2 sich kaum ändern, bestimmt, dass das Trocknen einer Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, abgeschlossen ist. Bei der Reinigungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel kann bestimmt werden, dass das Trocknen einer Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, abgeschlossen ist, indem eine derartige Charakteristik ausgenutzt wird, dass Feuchtigkeit in Schmutzwasser sich allmählich verflüchtigt und eine Masse desselben während des Wärmens abnimmt und die Masse sich bald stabilisiert, wenn die Feuchtigkeit vollständig verschwindet.
14 ist ein Flussdiagramm zum Darstellen von Vorgängen der Reinigungsvorrichtung in der Bilderzeugungseinheit gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Da die Bilderzeugungseinheit und die Reinigungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in ihrem Aufbau gleich sind wie die Bilderzeugungseinheit und die Reinigungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, sind den gleichen Komponenten die gleichen Bezugszeichen zugeteilt und wird eine detaillierte Beschreibung nicht wiederholt.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel wird die Frage, ob ein Trocknen einer Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, abgeschlossen ist oder nicht, bei Schritt S208, der in 14 gezeigt ist, bestimmt, anstatt der Schritte S108 und S109, die in 8 gezeigt sind. Da das in 14 gezeigte Flussdiagramm bei der Verarbeitung gleich ist wie das in 8 gezeigte Flussdiagramm, mit Ausnahme von Schritt S208, ist der gleichen Verarbeitung die gleiche Schrittzahl zugeteilt und wird die detaillierte Beschreibung nicht wiederholt.
Insbesondere fügt die Signalverarbeitungsschaltung 20 bei Schritt S208 regelmäßig in dem zweiten Treibermodus (Wärmen) einen Überwachungsmodus ein, bei dem ein Zustand eines Trocknens einer Fremdsubstanz überwacht wird. Anders ausgedrückt überwacht die Signalverarbeitungsschaltung 20 den Zustand eines Trocknens der Fremdsubstanz durch Erfassen einer Masseänderung der Fremdsubstanz basierend auf einer Kombination einer Änderung der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Bauelements 40 und einer Änderung einer minimalen Impedanz des piezoelektrischen Bauelements 40.
Die Signalverarbeitungsschaltung 20 berechnet Differenzwerte zwischen der Frequenz fr und dem Stromwert I als Referenzwerte, die bei Schritt S102 aktualisiert werden, und der Resonanzfrequenz fr1 und dem Stromwert I1, die bei dem zweiten Treibermodus (Wärmen) gemessen werden, und vergleicht die Differenzwerte mit vorbestimmten Schwellenwerten fth2 (< fth) und Ith2 (< Ith) (Schritt S208). Die Signalverarbeitungsschaltung 20 bestimmt, ob eine Beziehung Δfr (= fr1 - fr) ≤ -fth2 und ΔI (= I1-1) ≤ -Ith2 erfüllt ist oder nicht. Anders ausgedrückt bestimmt, wenn eine Änderungsmenge (Δfr) eines Rückgangs der Resonanzfrequenz nicht größer ist als der Schwellenwert fth2 und eine Änderungsmenge (ΔI) eines Rückgangs des Stromwerts nicht größer ist als der Schwellenwert Ith2, die Signalverarbeitungsschaltung 20, ob ein Trocknen der Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, abgeschlossen ist oder nicht.
Wenn die Differenzwerte größer sind als die vorbestimmten Schwellenwerte fth2 und Ith2 (NEIN bei Schritt S208), lässt die Signalverarbeitungsschaltung 20 das Verfahren zurück zu Schritt S107 kehren und fährt mit einem Treiben in dem zweiten Treibermodus fort. Wenn die Differenzwerte nicht größer sind als die vorbestimmten Schwellenwerte fth2 und Ith2 (JA bei Schritt S208), lässt die Signalverarbeitungsschaltung 20 das piezoelektrische Bauelement 40 in dem dritten Treibermodus arbeiten. In dem dritten Treibermodus wird die getrocknete Fremdsubstanz entfernt durch Abschütteln von der Schutzabdeckung 2. Da Feuchtigkeit in Schmutzwasser sich allmählich verflüchtigt und eine Masse desselben während des Wärmens abnimmt, sind Schwellenwerte fth2 und Ith2 kleiner als Schwellenwerte fth und Ith, auf denen eine Bestimmung in Bezug auf ein Anhaften einer Fremdsubstanz basiert. Ohne Anwenden einer Schwingung in dem dritten Treibermodus nach einem Trocknen der Fremdsubstanz könnte sich die Fremdsubstanz unter ihrem eigenen Gewicht ablösen und abtropfen. In diesem Fall sind die Differenzwerte (Δfr und ΔI) im Wesentlichen 0 (null), und so kann die Signalverarbeitungsschaltung 20 bestimmen, ob die Fremdsubstanz, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, bleibt oder sich abgelöst hat.
(Weitere Modifizierungen)
Bei der Reinigungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel, das zuvor beschrieben wurde, wird zum Wärmen der Schutzabdeckung 2 durch Vorgänge in dem zweiten Treibermodus die Schutzabdeckung 2 bei der Resonanzfrequenz fr3 der Harmonischen zum Schwingen gebracht und wird die Schutzabdeckung 2 durch Verwenden eines mechanischen Schwingungsverlusts gewärmt. Ohne darauf eingeschränkt zu sein, könnte ein Wärmeelement, wie zum Beispiel ein Heizelement zum Heizen, in der Schutzabdeckung 2 vorgesehen sein. 15 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Steuerung der Reinigungsvorrichtung in einer Bilderzeugungseinheit 200 gemäß einer Modifizierung. Da das in 15 gezeigte Blockdiagramm das gleiche ist wie das in 5 gezeigte Blockdiagramm, mit Ausnahme der Bereitstellung einer Wärmesteuerung 90 und eines Heizelements 91, sind den gleichen Komponenten die gleichen Bezugszeichen zugeteilt und wird eine detaillierte Beschreibung nicht wiederholt.
Die Wärmesteuerung 90 steuert einen Strom, der an das Heizelement geliefert werden soll, basierend auf einem Steuersignal, das ein Wärmen der Schutzabdeckung 2 anzeigt, von der Signalverarbeitungsschaltung 20. Das Heizelement 91 ist an einem Peripherieabschnitt (außerhalb eines Bereichs einer Bilderzeugung durch die Bilderzeugungsvorrichtung 5) der Schutzabdeckung 2 vorgesehen. 16 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Querschnittsaufbau einer Reinigungsvorrichtung 10a zeigt, bei der das Heizelement 91 in der Schutzabdeckung 2 vorgesehen ist. Da die schematische Querschnittsansicht der in 16 gezeigten Reinigungsvorrichtung 10a die gleiche ist wie die schematische Querschnittsansicht der in 2 gezeigten Reinigungsvorrichtung 10, mit Ausnahme des Heizelements 91, sind den gleichen Komponenten die gleichen Bezugszeichen zugeteilt und wird eine detaillierte Beschreibung nicht wiederholt.
Das Heizelement 91 ist beispielsweise ein Heizdraht-Heizelement in einer Doughnut-Form und an den Peripherieabschnitt der Schutzabdeckung 2 gebunden. Das Heizelement 91 könnte beispielsweise aus einem Nickelchrom-Draht hergestellt sein. Eine transparente Elektrode (beispielsweise ITO), die einen Bereich der Bilderzeugung durch die Bilderzeugungsvorrichtung 5 nicht blockiert, kann ebenso für das Heizelement verwendet werden. 17 ist ein schematisches Diagramm, das einen Aufbau beim Verwenden einer transparenten Elektrode für das Heizelement zeigt, das in der Schutzabdeckung 2 vorgesehen ist. Eine transparente Elektrode 91a ist auf der gesamten Oberfläche der Schutzabdeckung 2 gebildet, wie in 17 gezeigt ist, und ein Anschluss 92, der elektrisch mit der transparenten Elektrode 91a verbunden ist, ist an einem Ende der Schutzabdeckung 2 vorgesehen. Der Anschluss 92 ist elektrisch mit der Wärmesteuerung 90 durch eine Leitung 93 verbunden. Deshalb wird ein Strom von der Wärmesteuerung 90 der transparenten Elektrode 91a durch die Leitung 93 und den Anschluss zugeführt 92, so dass die transparente Elektrode 91a Wärme erzeugt, mit der die Schutzabdeckung 2 gewärmt werden kann.
Das Verfahren zum Wärmen der Schutzabdeckung 2 ist nicht auf eine Einrichtung zum direkten Wärmen der Schutzabdeckung 2, wie zum Beispiel ein Heizelement, eingeschränkt und eine indirekte Wärmeeinrichtung, wie zum Beispiel Wärmen unter Verwendung einer Infrarotlichtquelle oder Wärmen durch Verwenden warmer Luft, könnte angewendet werden. Beim Wärmen mit der Verwendung einer Infrarotlichtquelle wird eine Eigenschaft von Glas der Schutzabdeckung 2, Infrarotstrahlen zu absorbieren, ausgenutzt, und Glas wird durch Bestrahlung des Glases mit Infrarotstrahlen von der Infrarotlichtquelle gewärmt, die in der Umgebung der Bilderzeugungsvorrichtung vorgesehen ist. Im Allgemeinen werden Infrarotstrahlen mit einer langen Wellenlänge (länger als oder gleich 2 µm) als Wärme absorbiert, ohne durch Glas zu laufen, wobei ein Infrarotabsorptionsverlust durch ein Glasskelett vorherrschend ist.
Für die Bilderzeugungseinheit gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist insbesondere ein Aufbau der Bilderzeugungsvorrichtung 5 nicht detailliert beschrieben, wobei jedoch eine Kamera, ein LIDAR oder Radargerät als Bilderzeugungsvorrichtung 5 beinhaltet sein könnte.
Obwohl ein Reinigen der Schutzabdeckung 2 durch Schwingung oder Reinigen durch die Abgabe der Reinigungslösung aus der Reinigungslösungsabgabevorrichtung 50 in Verbindung mit der Reinigungsvorrichtung in der Bilderzeugungseinheit gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen dargestellt sind, ist keine Beschränkung darauf beabsichtigt. Eine Fremdsubstanz beispielsweise, die an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet, könnte entfernt werden durch Reinigen durch Abgabe von Luft aus der Reinigungslösungsabgabevorrichtung 50.
Obwohl die Bilderzeugungseinheit gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen als eine einzelne Reinigungsdüse 3 in dem Gehäuse 1 beinhaltend beschrieben ist, wie in 1 gezeigt ist, ohne derart eingeschränkt zu sein, könnte eine Mehrzahl von Reinigungsdüsen 3 in dem Gehäuse 1 vorgesehen sein.
Die Bilderzeugungseinheit gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist nicht auf die Bilderzeugungseinheit eingeschränkt, die in einem Fahrzeug vorgesehen ist, und eine Bilderzeugungseinheit für eine Anwendung, bei der ein durchscheinender Körper, der in einem Sichtfeld der Bilderzeugungsvorrichtung 5 angeordnet ist, gereinigt werden soll, kann ebenso ähnlich angewendet werden.
Bei der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen bestimmt die Signalverarbeitungsschaltung 20, ob eine Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet oder nicht, basierend auf der Kombination einer Änderung der Resonanzfrequenz und einer Änderung einer minimalen Impedanz des piezoelektrischen Bauelements 40. Ohne derartige Einschränkung könnte die Signalverarbeitungsschaltung 20 basierend auf einem Bild, das durch die Bilderzeugungsvorrichtung 5 aufgenommen wird, bestimmen, ob eine Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 anhaftet oder nicht. Insbesondere dient eine Änderung eines Bilds, das durch die Bilderzeugungsvorrichtung 5 aufgenommen wird, über die Zeit als eines von Bildinformationselementen der Bilderzeugungsvorrichtung 5, auf denen eine Bestimmung durch die Signalverarbeitungsschaltung 20 im Hinblick auf das Anhaften einer Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 basiert, wobei eine Änderung einer Helligkeit, die in ein Bild integriert ist, das durch die Bilderzeugungsvorrichtung 5 aufgenommen wird, über die Zeit ein Beispiel darstellt. Ohne derartige Einschränkung könnte beispielsweise ein Verschwimmen eines Rands eines aufgenommenen Bilds als Veränderung eines Bilds, das durch die Bilderzeugungsvorrichtung 5 aufgenommen wird, über die Zeit basierend auf einem Frequenzspektrum ausgewertet werden, das eines der Bildverarbeitung darstellt, und eine Bestimmung in Bezug auf die Anhaftung einer Fremdsubstanz an der Oberfläche der Schutzabdeckung 2 könnte basierend auf einer Änderung des Frequenzspektrums über die Zeit erfolgen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hierin offenbarten Ausführungsbeispiele in jederlei Hinsicht veranschaulichend und nicht einschränkend sind. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist definiert durch die Begriffe der Ansprüche und soll jegliche Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs und der Bedeutung beinhalten, die äquivalent zu den Ausdrücken der Ansprüche sind.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Gehäuse; 2 Schutzabdeckung; 3 Reinigungsdüse; 5 Bilderzeugungsvorrichtung; 10, 10a Reinigungsvorrichtung; 12 Schwingelement; 13 Haltevorrichtung; 14 piezoelektrischer Körper; 15 Leitung; 20 Signalverarbeitungsschaltung; 30 piezoelektrischer Treiber; 40 piezoelektrisches Bauelement; 50 Reinigungslösungsabgabevorrichtung; 60 Reinigungstreiber; 70 Impedanzdetektor; 80 Leistungsversorgungsschaltung; 90 Wärmesteuerung; 91 Heizelement; 100, 200 Bilderzeugungseinheit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012138768 [0003]
JP 2011244417 [0003]

Claims

Eine Reinigungsvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: einen durchscheinenden Körper, der in einem Sichtfeld einer Bilderzeugungsvorrichtung angeordnet ist; ein Schwingelement, das den durchscheinenden Körper in Schwingung versetzt; einen Treiber, der das Schwingelement treibt; eine Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob eine Fremdsubstanz an einer Oberfläche des durchscheinenden Körpers anhaftet; ein Wärmeelement, das den durchscheinenden Körper wärmt; und eine Steuerung, die den Treiber und das Wärmeelement steuert, wobei, wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass die Fremdsubstanz an der Oberfläche des durchscheinenden Körpers anhaftet, die Steuerung den Treiber derart steuert, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine Schwingbeschleunigung von 1,5×10⁵ m/s² aufweist, wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass trotz einer derartigen Steuerung des Treibers, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine vorgeschriebene Schwingbeschleunigung aufweist, die Fremdsubstanz an der Oberfläche des durchscheinenden Körpers anhaftet, die Steuerung den durchscheinenden Körper mit dem Wärmeelement wärmen lässt, und nachdem der durchscheinende Körper gewärmt wurde, die Steuerung den Treiber derart steuert, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine Resonanzfrequenz aufweist.
Die Reinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner einen Detektor aufweist, der einen Wert in Bezug auf eine Impedanz des Schwingelements erfasst, das durch den Treiber getrieben wird, wobei die Bestimmungseinheit basierend auf einer Änderung eines Werts in Bezug auf die Impedanz, der durch den Detektor erfasst wird, über die Zeit bestimmt, dass die Fremdsubstanz an der Oberfläche des durchscheinenden Körpers anhaftet.
Die Reinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der das Wärmeelement den durchscheinenden Körper unter der Steuerung des Treibers durch die Steuerung derart wärmt, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine Resonanzfrequenz höherer Ordnung aufweist.
Die Reinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Steuerung den Treiber derart steuert, dass eine Amplitude des durchscheinenden Körpers, der noch gewärmt werden soll, kleiner ist als eine Amplitude des gewärmten durchscheinenden Körpers.
Die Reinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der die Steuerung den Treiber derart steuert, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers, der noch gewärmt werden soll, eine Schwingbeschleunigung von nicht weniger als 1,5×10⁵ m/s² und nicht mehr als 8,0×10⁵ m/s² aufweist.
Die Reinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner ein Abgabeelement aufweist, das einen Reiniger auf die Oberfläche des durchscheinenden Körpers abgibt, wobei, wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass trotz einer Schwingung des durchscheinenden Körpers nach dem Wärmen die Fremdsubstanz an der Oberfläche des durchscheinenden Körpers anhaftet, die Steuerung das Abgabeelement steuert, den Reiniger abzugeben.
Die Reinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Steuerung basierend auf einem Zustand der Fremdsubstanz während des Wärmens zwischen einer Steuerung zum Wärmen des durchscheinenden Körpers durch das Wärmeelement und einer derartigen Steuerung des Treibers, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers die Resonanzfrequenz aufweist, umschaltet.
Die Reinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der die Steuerung den Zustand der Fremdsubstanz während des Wärmens basierend auf einer Änderung eines Werts in Bezug auf eine Impedanz, die durch einen Detektor erfasst wird, über die Zeit überwacht.
Eine Reinigungsvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: einen durchscheinenden Körper, der in einem Sichtfeld einer Bilderzeugungsvorrichtung angeordnet ist; ein Schwingelement, das den durchscheinenden Körper in Schwingung versetzt; einen Treiber, der das Schwingelement treibt; eine Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob eine Fremdsubstanz an einer Oberfläche des durchscheinenden Körpers anhaftet; und eine Steuerung, die den Treiber steuert, wobei, wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass die Fremdsubstanz an der Oberfläche des durchscheinenden Körpers anhaftet, die Steuerung den Treiber derart steuert, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine Schwingbeschleunigung von 1,5×10⁵ m/s² aufweist, wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass trotz einer derartigen Steuerung des Treibers, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine vorgeschriebene Schwingbeschleunigung aufweist, die Fremdsubstanz an der Oberfläche des durchscheinenden Körpers anhaftet, die Steuerung den Treiber derart steuert, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine Resonanzfrequenz höherer Ordnung aufweist, und nachdem der durchscheinende Körper bei der Resonanzfrequenz höherer Ordnung zum Schwingen gebracht wurde, die Steuerung den Treiber derart steuert, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine Resonanzfrequenz aufweist.
Eine Bilderzeugungseinheit, die folgende Merkmale aufweist: eine Bilderzeugungsvorrichtung; und die Reinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
Ein Reinigungsverfahren zum Reinigen einer Oberfläche eines durchscheinenden Körpers mit einer Reinigungsvorrichtung, wobei die Reinigungsvorrichtung einen durchscheinenden Körper, der in einem Sichtfeld einer Bilderzeugungsvorrichtung angeordnet ist, ein Schwingelement, das den durchscheinenden Körper in Schwingung versetzt, einen Treiber, der das Schwingelement treibt, und ein Wärmeelement aufweist, das den durchscheinenden Körper wärmt, wobei das Reinigungsverfahren folgende Schritte aufweist: Bestimmen, ob eine Fremdsubstanz an der Oberfläche des durchscheinenden Körpers anhaftet; derartiges Steuern des Treibers, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine Schwingbeschleunigung von 1,5×10⁵ m/s² aufweist, wenn bestimmt wird, dass die Fremdsubstanz an der Oberfläche des durchscheinenden Körpers anhaftet; Wärmen des durchscheinenden Körpers mit dem Wärmeelement, wenn bestimmt wird, dass trotz einer derartigen Steuerung des Treibers, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine vorgeschriebene Schwingbeschleunigung aufweist, die Fremdsubstanz an der Oberfläche des durchscheinenden Körpers anhaftet; und derartiges Steuern, nachdem der durchscheinende Körper gewärmt wurde, des Treibers, dass eine Schwingung des durchscheinenden Körpers eine Resonanzfrequenz aufweist.