DE19615162C2 - Kapazitiver Sensor zum Erfasen einer Resttintenmenge - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Sensor zum Erfassen einer Resttintenmenge. Insbesondere be­ zieht sich die vorliegende Erfindung auf einen kapazitiven Sensor zum Erfassen dar Resttintenmenge in einem Tintenbe­ hälter einer Tintenstrahlkassette.

Bei herkömmlichen Tintenstrahldruckern werden Tropfen flüs­ siger Tinte zur Aufzeichnung auf ein Drucker-Papierblatt ausgestoßen. Ein Tintenbehälter zum Halten der Tinte muß mehrere Anforderungen erfüllen. Die Tinte darf während Vi­ brationen oder Stößen nicht lecken, damit die Umgebung nicht verunreinigt wird. Die Struktur muß im wesentlichen eine Verdampfung der Tintenkomponenten verhindern, um die physi­ kalischen Charakteristika der Tinte, beispielsweise die Oberflächenspannung und die Viskosität, konstant zu halten. Ein Alarm muß erzeugt werden, um den Bedarf für ein Auffül­ len der Tinte zu signalisieren, wenn nur noch wenig Tinte in dem Tintenbehälter verblieben ist. Bei Tintenstrahldruckern, bei denen es notwendig ist, eine Spannung anzulegen, um die Tinte auszustoßen, sind herkömmliche Resttinten-Erfassungs­ mechanismen, beispielsweise eine photoempfindliche Erfassung oder eine Erfassung des magnetischen Flusses, nicht wirksam, da die neuen Tintenbehälter flach und dünn sind. Die Meßab­ lesungen können ungenau sein, da der magnetische Fluß sta­ tionär erscheinen kann, oder das Volumen des Beutels nicht nötigerweise mit der Schwerkraft abnimmt.

Bei einem ersten bekannten Beispiel, der JP 57-187293, wird die elektrostatische Kapazität über einen Tintenbehälter ge­ messen, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Bei einem zweiten bekann­ ten Beispiel, das in den Fig. 2(a) bis (d') gezeigt ist, der US. 4,604,633, wird ein elektrostatischer Kapazitätsdetek­ tor verwendet, um die Verschiebung eines flexiblen Beutels bezüglich einer Platte, die an der Grundfläche eines Behäl­ ters befestigt ist, zu erfassen. Der Beutel wirkt als eine zweite Platte. Da die Kapazität von der Fläche der Platten abhängt, nimmt die Kapazitätsmessung ab, wenn die Fläche des Tintenbeutels in der Nähe der Grundflächenplatte abnimmt. Bei der Anordnung der US. 4,604,633 nimmt die Fläche der zweiten Platte nur zum Ende der Lebensdauer des Tintenbeu­ tels hin ab. In beiden Fällen wird das Vorliegen von "wenig Tinte" erfaßt. Obwohl es genau ist, ist dies für den Benut­ zer, der eine zeitkritische Frist erfüllen muß, nicht be­ quem. Wenn der Benutzer in der Lage gewesen wäre, die ver­ bleibende Tinte zu messen, wäre der Bedarf nach einem neuen Tintenbehälter vorausgesehen worden.

Die DE 28 32 908 A1 betrifft eine Anordnung zur Abfrage des Füllstandes in einem Tintenbehälter, in dem ein Beutel ein­ gesetzt ist. Ein Gehäuseunterteil wird mit einem Gehäuse­ oberteil verbunden, um ein abgeschlossenes Gehäuse zu bil­ den. Beide Gehäuseteile sind mit einem die gesamte Innen­ wandung auskleidenden elektrischen Leiter beschichtet, wobei diese Schichten beispielsweise durch Sprühen oder auch elek­ trostatisch auftragbar sind, oder das Gehäuse selbst aus einem leitenden Material gefertigt ist. Zwei Kontaktmittel zum Abgreifen der Kapazität in dem Gehäuse sind vorgesehen, nämlich einerseits eine Hohlniet, die den elektrischen Lei­ ter nach außen herausführt und zum anderen eine Kanüle, die den durch die Tinte im Bereich der Beutelwandung gebildeten zweiten elektrischen Wandler mit einem elektrischen Anschluß verbindet. Der Beutel ist nicht zwischen zwei getrennten Platten angeordnet, die jeweils mit einem Kapazitätsmesser verbunden sind.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen kapazitiven Tintenpegel-Erfassungssensor zu schaffen, der eine genaue und kontinuierliche Erfassung der Tinte, die in einem Tin­ tenbehälter verblieben ist, liefert.

Diese Aufgabe wird durch einen kapazitiven Sensor gemäß An­ spruch 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein bekanntes Beispiel;

Fig. 2(a)-(d') ein weiteres bekanntes Beispiel;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für einen kapazitiven Sen­ sor;

Fig. 4A-4C unterschiedliche bevorzugte Ausrichtungen für den kapazitiven Sensor; und

Fig. 5 ein alternatives Ausführungsbeispiel für den kapa­ zitiven Sensor.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen kapazitiven Sensor 10. Auf gegenüberliegenden Seiten einer Tintenkasset­ te 8 ist ein erster Satz von Platten 12 parallel zu einem zweiten Satz von Platten 14 angeordnet. Ein Beutel 16, der Tinte enthält, ist zwischen dem ersten und dem zweiten Satz von Platten 12, 14 angeordnet. Der Beutel 16 weist einen Auslaß 16A für die Tinte auf. Eine elektrische Quelle 18 ist mit dem ersten und dem zweiten Satz von Platten 12, 14 ver­ bunden. Ein Kapazitätsmesser 20 ist mit jeder des ersten Satzes von Platten 12, jeder des zweiten Satzes von Platten 14 und dem Beutel 16 verbunden.

Die elektrische Quelle 18 legt ein elektrisches Wechselfeld an den ersten und den zweiten Satz von Platten 12, 14 an. Der Kapazitätsmesser 20 mißt die Kapazität zwischen dem er­ sten Satz von Platten 12 und dem Beutel 16 und die Kapazität zwischen dem zweiten Satz von Platten 14 und dem Beutel 16. Die Kapazitätsmessungen entsprechen direkt der Tinte, die in dem Beutel verblieben ist. Obwohl der erste und der zweite Satz von Platten 12, 14 als mehrere Platten gezeigt ist, kann jeder Satz von Platten eine durchgehende Platte sein.

Diese Kapazitätsmessungen spiegeln den Abstand zwischen dem Beutel und den Platten wider. Je mehr Tinte, desto näher ist der Beutel an den Platten und desto höher ist die Kapazität. Der mittlere Abstand des Beutels von den Platten wird gemes­ sen. Wenn sich der Beutel zu einer Seite neigt, ist die Ka­ pazität auf dieser Seite größer als auf der anderen. In die­ sem Fall können die Kapazitätsmessungen gemittelt werden, um die Menge der verbleibenden Tinte zu bestimmen. Wenn der Beutel in der Mitte ist, werden die beiden Kapazitätsmessun­ gen näherungsweise gleich sein. Wenn der Tintenbeutel voll ist, weisen alle Platten ihren vollen kapazitiven Wert auf. Wenn die Tinte entleert wird, weisen einige Platten ihre vollen Werte auf, während andere geringere Werte aufweisen. Dies ermöglicht zusätzliche Ablesungen über voll und leer hinaus.

Die Kapazitätsmessung wird wie folgt bestimmt:

wobei ∈ die dielektrische Konstante für Luft ist. A ist die Fläche der Platten, während d der Abstand zwischen den Plat­ ten und dem Tintenbeutel ist. Wenn der Tintenbeutel voll ist, ist d klein und die Kapazität ist hoch. Wenn sich der Tintenbeutel leert, zieht sich der Tintenbeutel von der Tin­ tenkassette zurück und d nimmt zu. Die entsprechende Kapazi­ tät ist gering. Die Anzahl von Platten, die in jedem Satz enthalten ist, ist durch die gewünschte Empfindlichkeit be­ stimmt. Eine Zunahme der Anzahl von Platten erhöht die Emp­ findlichkeit des Sensors bis zu einer bestimmten Grenze, bei der die Fläche der Platten die Kapazität verglichen mit dem Abstand dominiert.

Die Fig. 4A-4C zeigen unterschiedliche bevorzugte Ausrich­ tungen des kapazitiven Sensors. Fig. 4A zeigt eine "Toast"- Ausrichtung. Die Tinte tritt durch die Grundfläche des Beu­ tels aus. Der erste und der zweite Satz von Platten sind ho­ rizontal ausgerichtet. Fig. 4B zeigt eine "Pfannkuchen"-Aus­ richtung. Die Tinte tritt durch eine Seite des Beutels aus. Der erste Satz von Platten ist über dem zweiten Satz von Platten angeordnet. Fig. 4C zeigt eine "Buch"-Ausrichtung. Der erste und der zweite Satz sind vertikal ausgerichtet. Die Tinte tritt durch eine Seite des Beutels aus.

Fig. 5 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel. Der Satz von Platten ist ein Array von kleinen Platten.

Claims (5)

1. Kapazitiver Sensor (10) zum Erfassen der Resttintenmen­ ge, wobei der kapazitive Sensor (10) mit einer elektri­ schen Quelle (18) und einem Kapazitätsmesser (20) zum Durchführen einer ersten und einer zweiten Messung ver­ bunden ist, mit folgenden Merkmalen:
einer Tintenkassette (8) mit zwei gegenüberliegenden in­ neren Wänden;
zwei Platten (12, 14), wobei eine der zwei Platten in Kontakt mit einer der zwei gegenüberliegenden inneren Wände und elektrisch mit der Quelle (18) und mit dem Ka­ pazitätsmesser (20) verbunden ist, und die andere der zwei Platten in Kontakt mit der anderen der zwei gegen­ überliegenden inneren Wände und elektrisch mit der Quelle (18) und mit dem Kapazitätsmesser (20) verbunden ist; und
einem Beutel (16), der Tinte enthält, der zwischen den zwei Platten (12, 14) angeordnet und mit dem Kapazitäts­ messer (20) verbunden ist und einen Tintenauslaß auf­ weist;
wobei bei der ersten Messung die Kapazität zwischen einer der zwei Platten und dem Beutel gemessen wird, während bei der zweiten Messung die Kapazität zwischen der anderen der zwei Platten und dem Beutel gemessen wird, und wobei durch eine Kombination der bei der er­ sten und der zweiten Messung bestimmten Kapazitätswerte die Gesamtkapazität bestimmt wird, die direkt der Menge der Tinte entspricht, die in dem Beutel verblieben ist.

2. Kapazitiver Sensor (10) nach Anspruch 1, bei dem die elektrische Quelle ein elektrisches Wechselfeld bereit­ stellt.

3. Kapazitiver Sensor (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine der zwei Platten eine Reihe von Plattensegmenten ist.

4. Kapazitiver Sensor (10) nach Anspruch 3, bei dem die Reihe von Plattensegmenten senkrecht zu der Richtung, zu der die Tinte austritt, angeordnet ist.

5. Kapazitiver Sensor (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine der zwei Platten ein Array von kleinen Platten ist.