DE60201284T2

DE60201284T2 - Vorrichtung zur Überwachung der Flüssigkeitsmenge und damit versehene flüssigkeitsverbrauchende Vorrichtung

Info

Publication number: DE60201284T2
Application number: DE60201284T
Authority: DE
Inventors: Yuichi Suwa-shi Nishihara
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: DE60201284D1; US20020144550A1; JP3613192B2; EP1245393A1; ATE276885T1; JP2002286525A; US6675646B2; EP1245393B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung und auf eine flüssigkeitsverbrauchende Vorrichtung, die mit derselben vorgesehen wird. Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung, die eine piezoelektrische Einrichtung einsetzt, um die Menge einer Flüssigkeit zu überwachen, und eine flüssigkeitsverbrauchende Vorrichtung, die mit der Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung vorgesehen wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung als ein Beispiel einer flüssigkeitsverbrauchenden Vorrichtung hat einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, der mit einem Druckerzeugungsmittel zum Erzeugen von Druck in Druckkammern versehen ist, und Düsen zum Ausstoßen der unter Druck gesetzten Tinte in Tintentropfen, und einen Schlitten, der mit dem Tintenstrahlaufzeichnungskopf montiert ist.
In der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung wird die Tinte, die in einem Tintentank (Tintenpatrone) enthalten ist, kontinuierlich durch einen Tintenzuführungsdurchgang in den Tintenstrahlaufzeichnungskopf während einer Druckoperation zugeführt. Der Tintentank ist z. B. eine austauschbare Tintenpat rone, die leicht durch eine neue durch den Benutzer ersetzt werden kann, wenn die darin enthaltene Tinte erschöpft ist.
Ein konventionelles Tintenverbrauchsverwaltungsverfahren zum Verwalten des Verbrauchs der Tinte, die in der Tintenpatrone enthalten ist, akkumuliert die Zahl von Tintentropfen, die durch den Tintenstrahlaufzeichnungskopf ausgestoßen werden, und die Menge der Tinte, die während einer Wartungsarbeit durch Software aufgesaugt wird, und kalkuliert einen Tintenverbrauch. Ein anderes konventionelles Tintenverbrauchsverwaltungsverfahren verwendet eine Pegelmesselektrode, die in einer Tintenpatrone platziert ist, um einen Zeitpunkt zu bestimmen, wann der Tintenverbrauch eine vorbestimmte Menge erreicht.
Das konventionelle Tintenverbrauchsverwaltungsverfahren zum Verwalten vom Tintenverbrauch durch Akkumulieren der Zahl von Tintentropfen, die durch den Tintenstrahlaufzeichnungskopf ausgestoßen werden, und der Menge der Tinte, die während einer Wartungsarbeit durch die Software aufgesaugt wird, hat das folgende Problem. Tintentropfen, die durch einen beliebigen Tintenstrahlaufzeichnungskopf ausgestoßen werden, haben jeweils unterschiedliche Gewichte. Obwohl derartige Tintentropfen, die jeweils unterschiedliche Gewichte haben, die Bildqualität nicht beträchtlich beeinflussen, sollte die Tintenpatrone mit einer Menge von Tinte gefüllt sein, inkludierend einen Spielraum, um einen Fehler in dem kumulativen Tintenverbrauch wegen der Verwendung von Tintentropfen, die jeweils unterschiedliche Gewichte haben, zu kompensieren. Folglich verbleibt etwas Tinte in einigen der Tintenpatronen, nachdem die Tintenpatrone beurteilt wurde, erschöpft zu sein.
Das konventionelle Tintenverbrauchsverwaltungsverfahren, das die Pegelmesselektrode verwendet, um einen Zeitpunkt zu bestimmen, wann der Tintenverbrauch eine vorbestimmte Menge erreicht, ist in der Lage, die Menge von tatsächlich verbrauchter Tinte zu messen, und ist daher zum Verwalten der Menge der verbleibenden Tinte mit hoher Zuverlässigkeit fähig. Dieses Verfahren ist jedoch zum Verwalten der Menge von begrenzten Arten von Tinten anwendbar, da die Messung des Pegel der Tinte auf der elektrischen Leitfähigkeit der Tinte beruht und eine komplizierte Versiegelungsstruktur zum Versiegeln der Elektrode erfordert. Ein Edelmetall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und hoher Korrosionswiderstandseigenschaft und das zum Bilden der Elektrode verwendet wird, erhöht die Herstellungskosten der Tintenpatrone. Da dieses Verfahren zwei Elektroden benötigt, benötigt die Tintenpatrone mehr Herstellungsschritte und erhöhte Herstellungskosten.
In US-A-5 975 102 werden ein Prozess und eine Einrichtung zum Erfassen von Flüssigkeitspegeln offengelegt. Die Änderung im Schwingungsverhalten eines Sensors, der auf Schwingung erregt wird, wird elektronisch erfasst und verwendet, um einen Schalterbefehl auszulösen.
Es wird eine piezoelektrische Einrichtung vorgeschlagen, um die vorangehenden Probleme zu lösen. Diese piezoelektrische Einrichtung ist in einen Flüssigkeitsbehälter einbezogen. Es wird ein Messmittel vorgeschlagen, das zum genauen Messen des Pegels von Tinte fähig ist. Das Messmittel inkludiert ein Mittel zum Schätzen vom Tintenverbrauch auf der Basis der Zahl von ausgestoßenen Tintentropfen und eine piezoelektrische Einrichtung zum Messen des tatsächlichen Tintenverbrauchs.
Jene Techniken messen die Menge von Tinte auf der Basis eines Restvibrationssignals, das durch die Restvibrationen eines vibrierenden Teils der piezoelektrischen Einrichtung generiert wird. Die Amplitude des Restvibrationssignals ist je doch klein und daher wird die Messung beträchtlich durch Rauschen beeinflusst und daher ist es möglich, dass die Menge von Tinte nicht genau gemessen werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorangehenden Umstände durchgeführt und es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung, die zum Überwachen der Menge einer Flüssigkeit, die in einem Flüssigkeitsbehälter enthalten ist, mit hoher Zuverlässigkeit fähig ist, und eine flüssigkeitsverbrauchende Vorrichtung, die mit dem Flüssigkeitsmengen-Überwachungssystem vorgesehen wird, vorzusehen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst eine Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung: eine piezoelektrische Einrichtung mit einem Vibrationsteil, das fähig ist, mindestens teilweise einem flüssigkeitsenthaltenden Raum zum Enthalten einer Flüssigkeit ausgesetzt zu sein, wobei die piezoelektrische Einrichtung zum Vibrieren des Vibrationsteils durch ein gegebenes Ansteuersignal und Generieren eines Signals, das eine gegenelektromotorische Kraft darstellt, die durch Vibration des Vibrationsteils generiert wird, fähig ist; und gekennzeichnet durch ein Flüssigkeitsmengen-Bestimmungsmittel zum Bestimmen einer Menge der Flüssigkeit, die in dem flüssigkeitsenthaltenden Raum verbleibt, dem das Vibrationsteil ausgesetzt ist, basierend auf einer Resonanzfrequenz des Restvibrationssignals, das von der piezoelektrischen Einrichtung ausgegeben wird, wegen einer Restvibration des Vibrationsteils, nachdem das Vibrationsteil durch das Ansteuersignal vibriert wurde. Das Flüssigkeitsmengen-Bestimmungsmittel zählt eine Zahl von Impulsen, die in dem Restvibrationssignal inkludiert sind, um dadurch in einem Startzeitpunkt anzukommen, misst eine Zeitperiode, die zum Zählen einer vor bestimmten Zahl von Impulsen notwendig ist, nach einem Start des Zählens der Impulse in dem Startzeitpunkt, und bestimmt die Menge der Flüssigkeit basierend auf der Zeitperiode, die gemessen wurde. Das Flüssigkeitsmengen-Bestimmungsmittel wiederholt eine Impulszähloperation zum Zählen der vorbestimmten Zahl von Impulsen mit unterschiedlichen Startzeitpunkten und entscheidet, dass eine Messung inkorrekt ist, wenn Differenzen zwischen den Zeitperioden, die durch die Impulszähloperationen gemessen werden, größer als eine vorbestimmte zulässige Grenze sind.
Vorzugsweise wird die Impulszähloperation mindestens dreimal wiederholt. Die Startzeitpunkte, wann die Impulszähloperation für erste, zweite und dritte Impulszählzyklen zu starten ist, werden so bestimmt, dass eine Zeitperiode, die zum Zählen der vorbestimmten Zahl von Impulsen in dem ersten Impulszählzyklus notwendig ist, und eine Zeitperiode, die zum Zählen der vorbestimmten Zahl von Impulsen in dem dritten Impulszählzyklus notwendig ist, einander nicht überlappen, und eine Zeitperiode, die zum Zählen der vorbestimmten Zahl von Impulsen in dem zweiten Impulszählzyklus notwendig ist, die Zeitperioden überlappt, die zum Zählen der vorbestimmten Zahl von Impulsen in den ersten und des dritten Impulszählzyklen notwendig sind.
Vorzugsweise misst das Flüssigkeitsmengen-Bestimmungsmittel erneut die Zeitperioden, die jede zum Zählen der vorbestimmten Zahl von Impulsen notwendig ist, wenn die Messung beurteilt wird, inkorrekt zu sein.
Vorzugsweise ist die Flüssigkeit in einem Tintenbehälter für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf enthalten, wobei die piezoelektrische Einrichtung mit dem Tintenbehälter derart kombiniert ist, dass mindestens ein Teil des Vibrationsteils der piezoelektrischen Einrichtung einer Tintenkammer ausgesetzt ist, die in dem Tintenbehälter gebildet ist. Das Flüssigkeitsmengen-Bestimmungsmittel misst erneut die Zeitperioden, die jede zum Zählen der vorbestimmten Zahl von Impulsen notwendig sind, während ein Schlitten, der den Tintenstrahlaufzeichnungskopf hält, gestoppt ist, wenn die Messung beurteilt wird, inkorrekt zu sein.
Vorzugsweise ist die Flüssigkeit in einem Tintenbehälter für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf enthalten, wobei die piezoelektrische Einrichtung, die mit dem Tintenbehälter kombiniert ist, mit mindestens einem Teil der Vibrationseinheit davon einer Tintenkammer ausgesetzt ist, die in dem Tintenbehälter gebildet ist. Das Flüssigkeitsmengen-Bestimmungsmittel misst erneut die Zeitperioden, die jede zum Zählen der vorbestimmten Zahl von Impulsen notwendig ist, während eine Tintenausstoßoperation des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gestoppt ist, wenn die Messung beurteilt wird, inkorrekt zu sein.
Vorzugsweise ist das Flüssigkeitsmengen-Bestimmungsmittel zum Entscheiden fähig, ob ein Pegel der Flüssigkeit eine Position passiert hat oder nicht, wo das Vibrationsteil positioniert ist, basierend auf einer Änderung einer Resonanzfrequenz des Restvibrationssignals, was auftritt, wenn der Pegel der Flüssigkeit die Vibrationseinheit passiert.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine flüssigkeitsverbrauchende Vorrichtung: die oben erwähnte Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung; einen Flüssigkeitsbehälter, kombiniert mit der piezoelektrischen Einrichtung der Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung; und eine flüssigkeitsverbrauchende Einheit, die eine Flüssigkeit verbraucht, die von dem Flüssigkeitsbehälter zugeführt wird.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium, das ein Programm speichert, das durch ein Computersystem auszuführen ist, inkludierend mindestens einen Computer, um Funktionen des Flüssigkeitsmengen-Bestimmungsmittels der oben erwähnten Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung zu realisieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A, 1B und 1C sind ein Grundriss bzw. Schnittansichten eines Betätigungsgliedes (piezoelektrische Einrichtung), das in einer Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung inkludiert ist;
2(A), (B), (C), (D), (E) und (F) sind Schaltungsdiagramme von äquivalenten Schaltungen und Schnittendansichten von peripheren Teilen des Betätigungsgliedes;
3A ist eine Grafik, die die Variation einer Resonanzfrequenz der Tinte, die durch das Betätigungsglied gemessen wird, mit der Menge von Tinte zeigt;
3B ist eine Grafik, die die Variation einer Resonanzfrequenz von Tinte mit der Dichte der Tinte zeigt;
4A und 4B sind Grafiken, die die Wellenformen einer gegenelektromotorischen Kraft zeigen, die durch das Betätigungsglied generiert wird, das in 1A, 1B und 1C gezeigt wird;
5 ist eine Perspektivansicht eines Überwachungsmoduls, das mit dem Betätigungsglied vorgesehen wird, das in 1A, 1B und 1C gezeigt wird;
6 ist eine explodierte Perspektivansicht des Überwachungsmoduls, das in 5 gezeigt wird;
7 ist eine fragmentarische Schnittansicht einer Tintenpatrone, die mit dem Überwachungsmodul versehen ist, das in 5 gezeigt wird;
8 ist eine Perspektivansicht einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die mit Tintenpatronen versehen ist, die jede mit dem Betätigungsglied versehen ist, das in 1A, 1B und 1C gezeigt wird;
9 ist eine explodierte Perspektivansicht einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die mit dem Betätigungsglied versehen ist, das in 1 und 2 gezeigt wird;
10 ist ein Blockdiagramm eines Hauptteils einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
11 ist ein Schaltungsdiagramm einer Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinheit, die in der Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung inkludiert ist, in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
12 ist ein Wellenformdiagramm zur Unterstützung einer Erläuterung der Operation der Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung in der bevorzugten Ausführungsform, das die Wellenformen von Signalen zeigt, die vorgesehen werden, wenn eine Messung korrekt ist;
13 ist ein Wellenformdiagramm zur Unterstützung einer Erläuterung der Operation der Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung in der bevorzugten Ausführungsform, das die Wellenformen von Signalen zeigt, die vorgesehen werden, wenn eine Messung inkorrekt ist;
14 ist ein Flussdiagramm einer Flüssigkeitsmengen-Bestimmungsprozedur, die durch die Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinheit der Flüssigkeitsmengen-Bewachungsvorrichtung in der bevorzugten Ausführungsform auszuführen ist; und
15 ist ein Flussdiagramm einer Zählprozedur, die in Schritt S3 der in 14 gezeigten Flüssigkeitsmengen-Bestimmungsprozedur auszuführen ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es werden eine Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung und eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die mit der Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung versehen ist, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1A, 1B, 1C und 2 zeigen ein Betätigungsglied 106, d. h. eine piezoelektrische Einrichtung, das in einer Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, und äquivalente Schaltungen des Betätigungsgliedes 106. Das Betätigungsglied 106 tastet die Änderung einer akustischen Impedanz durch die Messung der Resonanzfrequenz einer Restvibration ab, um den Verbrauch einer Flüssigkeit zu schätzen, die in einem Tintenbehälter enthalten ist.
1A ist ein vergrößerter Grundriss des Betätigungsgliedes 106, 1B ist eine Schnittansicht, die in einer Linie B-B in 1A aufgenommen ist, 1C ist eine Schnittansicht, die in einer Linie C-C in 1A aufgenommen ist, 2(A) und (B) sind Schaltungsdiagramme einer äquivalenten Schaltung des Betätigungsgliedes 106, 2(C) und (D) sind eine Schnittansicht bzw. ein Schaltungsdiagramm einer äquivalenten Schaltung des Betätigungsgliedes 106 und peripherer Teile in einem Zustand, wo eine Tintenpatronen voll ist, und 2(E) und (F) sind eine Schnittansicht bzw. ein Schaltungsdiagramm des Betätigungsgliedes 106 und peripherer Teile in einem Zustand, wo die Tintenpatrone leer ist.
Das Betätigungsglied 106 umfasst ein Substrat 178, das mit einer kreisförmigen Öffnung 161 in seinem im wesentlichen zentralen Teil versehen ist, ein Diaphragma 176, das auf der oberen Fläche, d. h. einer ersten Hauptfläche, des Substrats 178 platziert ist, derart, um die Öffnung 161 abzudecken, eine piezoelektrische Schicht 160, die auf dem Diaphragma 176 platziert ist, eine obere Elektrode 164, die an der oberen Fläche der piezoelektrischen Schicht 160 angebracht ist, eine untere Elektrode 166, die an der unteren Fläche der piezoelektrischen Schicht 160 angebracht ist, einen Anschluss der oberen Elektrode 168, der mit der oberen Elektrode 164 elektrisch verbunden ist, einen Anschluss der unteren Elektrode 170, der mit der unteren Elektrode 166 elektrisch verbunden ist, und eine Hilfselektrode 172, die zwischen der oberen Elektrode 164 und dem Anschluss der oberen Elektrode 168 aufgestellt ist und sie elektrisch verbindet.
Die piezoelektrische Schicht 160, die obere Elektrode 16 und die untere Elektrode 166 haben jeweils kreisförmige Hauptteile. Die kreisförmigen Hauptteile der piezoelektrischen Schicht 160, der oberen Elektrode 164 und der unteren Elektrode 166 bilden ein Betätigungsglied, d. h. eine piezoelektrische Einrichtung.
Das Diaphragma 176 ist auf die obere Fläche des Substrats 178 gelegt, um die Öffnung 161 abzudecken, ein Teil des Diaphragma 176 entsprechend der Öffnung 161 und die Seitenfläche der Öffnung 161 des Substrats 178, d. h. ein Hohlraumbildungselement, definieren einen Hohlraum 162. Die untere Fläche, d. h. eine zweite Hauptfläche, des Substrats 178 liegt einem Tintenbehälter gegenüber, sodass der Hohlraum 162 einer Flüssigkeit (Tinte) ausgesetzt ist, die in dem Tintenbehälter enthalten ist. Das Diaphragma 176 ist eng an dem Substrat 178 in einer flüssigkeitsdichten Weise angebracht um zu verhindern, dass die Flüssigkeit aus dem Hohlraum 162 auf die obere Fläche des Substrats 178 austritt.
Die untere Elektrode 166 eng mit der oberen Fläche des Diaphragma 176 zusammen. Der kreisförmige Hauptteil der unteren Elektrode 166 ist im wesentlichen mit der Öffnung 161 ausgerichtet. Der kreisförmige Hauptteil der unteren Elektrode 166 ist kleiner als der der Öffnung 161.
Die piezoelektrische Schicht 160 wird auf der oberen Fläche der unteren Elektrode 166 gebildet, wobei ihr kreisförmiger Hauptteil im wesentlichen mit der Öffnung 161 ausgerichtet ist. Die Fläche des kreisförmigen Hauptteils der piezoelektrischen Schicht 160 ist kleiner als die der Öffnung 161 und ist größer als die des kreisförmigen Hauptteils der unteren Elektrode 166.
Die obere Elektrode 164 ist auf der oberen Fläche der piezoelektrischen Schicht 160 platziert, wobei ihr kreisförmiger Hauptteil im wesentlichen mit der Öffnung 161 ausgerichtet ist. Die Fläche des kreisförmigen Hauptteils der oberen Elektrode 164 ist kleiner als jene der jeweiligen kreisförmigen Hauptteile der piezoelektrischen Schicht 160 und der Öffnung 161 und ist größer als die des kreisförmigen Hauptteils der unteren Elektrode 166.
Somit ist der kreisförmige Hauptteil der piezoelektrischen Schicht 160 zwischen die jeweiligen kreisförmigen Hauptteile der oberen Elektrode 164 und der unteren Elektrode 166 eingelegt, sodass die piezoelektrische Schicht 160 für eine Wölbung effektiv angesteuert werden kann. Die jeweiligen kreisförmigen Hauptteile der piezoelektrischen Schicht 160, der oberen Elektrode 164 und der unteren Elektrode 166 bilden das piezoelektrische Element des Betätigungsgliedes 106.
Das piezoelektrische Element hängt mit dem Diaphragma 176 zusammen. Die Fläche der Öffnung 161 ist größer als jene der jeweiligen kreisförmigen Hauptteile der piezoelektrischen Schicht 160, der oberen Elektrode 164 und der unteren Elektrode 166. Deshalb hängt eine vibrierende Sektion, die tatsächlich von dem Diaphragma 176 vibriert, von der Öffnung 161 ab.
Da die jeweiligen Flächen der jeweiligen kreisförmigen Hauptteile der oberen Elektrode 164, der piezoelektrischen Schicht 160 und der unteren Elektrode 166 kleiner als die der Öffnung 161 sind, ist das Diaphragma leicht in der Lage zu vibrieren.
Da der kreisförmige Hauptteil, der mit der piezoelektrischen Schicht 160 der unteren Elektrode 166 elektrisch verbunden ist, kleiner als der der oberen Elektrode 164 ist, hängt ein Teil, das eine piezoelektrische Wirkung der piezoelektrischen Schicht 160 hat, von dem kreisförmigen Hauptteils der unteren Elektrode 166 ab.
Die jeweiligen kreisförmigen Hauptteile der piezoelektrischen Schicht 160, der oberen Elektrode 164 und der unteren Elektrode 166, die das piezoelektrische Element bilden, sind im wesentlichen mit der Öffnung 161 ausgerichtet. Die Mitte der kreisförmigen Öffnung 161, die die Vibrationssektion des Diaphragma 176 bestimmt, stimmt im wesentlichen mit der Mitte des Betätigungsgliedes 106 überein. Somit stimmt die Mitte des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106 im wesentlichen mit der Mitte des Betätigungsgliedes 106 überein.
Da der wesentliche Teil des piezoelektrischen Elementes und die vibrierende Sektion des Diaphragma 176 kreisförmig sind, ist der vibrierende Teil des Betätigungsgliedes 106 in Bezug auf die Mitte des Betätigungsgliedes 106 symmetrisch.
Deshalb werden unnötige Vibrationen, die struktureller Asymmetrie zuzuschreiben sind, nicht erzeugt und daher kann eine Resonanzfrequenz genau gemessen werden.
Das Betätigungsglied 106 mit dem vibrierenden Teil, das in Bezug auf die Mitte des Betätigungsgliedes 106 symmetrisch ist, ist leicht herzustellen, Unterschiede in einer Form zwischen piezoelektrischen Elementen können reduziert werden, und daher sind Unterschiede in einer Resonanzfrequenz zwischen piezoelektrischen Elementen klein.
Da das vibrierende Teil eine isotropische Form hat, ist das Betätigungsglied 106 leicht an dem Tintenbehälter anzubringen und kann befriedigend an dem Tintenbehälter angebracht werden.
Die Amplitude einer Wellenform einer gegenelektromotorischen Kraft und die Differenz einer Amplitude zwischen Vibrationen in einer Resonanzfrequenz in einem Zustand, wo der Tintenbehälter die Flüssigkeit enthält, und Vibrationen in einer Resonanzfrequenz in einem Zustand, wo der Tintenbehälter leer ist, kann erweitert werden, um die Genauigkeit einer Resonanzfrequenzmessung durch Erhöhen der Fläche der kreisförmigen vibrierenden Sektion des Diaphragma 176 zu verbessern.
Die Vibrationsbelastung des Diaphragma 176 ist größer als die des Substrats 178. D. h. das Betätigungsglied 106 inkludiert eine zweischichtige Struktur, bestehend aus dem Substrat 178 mit geringer Nachgiebigkeit, d. h. einem Element, das gegenüber Belastung widerstandsfähig ist, und dem Diaphragma 176 mit hoher Nachgiebigkeit, d. h. einem Element, das Gegenstand von Belastung ist. Das Substrat 178 der zweischichtigen Struktur kann fest an dem Tintenbehälter fixiert sein, während das Diaphragma 176 stark belastet werden kann. Deshalb sind die Amplitude einer Wellenform einer gegenelektromotorische Kraft und die Differenz in einer Amplitude zwischen Vibrationen bei einer Resonanzfrequenz in einem Zustand, wo der Tintenbehälter die Flüssigkeit enthält, und Vibrationen bei einer Resonanzfrequenz in einem Zustand, wo der Tintenbehälter leer ist, groß, und daher kann die Genauigkeit einer Resonanzfrequenzmessung verbessert werden.
Da das Diaphragma 176 eine hohe Nachgiebigkeit hat, wird die Dämpfung von Vibrationen verzögert, was die Genauigkeit einer Resonanzfrequenzmessung verbessert.
Der Knoten von Vibration in dem Betätigungsglied 106 ist in der Nähe eines peripheren Teils des Hohlraums 162, d. h. der Kante der Öffnung 161.
Der Anschluss der oberen Elektrode 168 ist auf der äußeren Fläche des Diaphragma 176 gebildet und ist mit der oberen Elektrode 164 durch die Hilfselektrode 172 elektrisch verbunden. Der Anschluss der unteren Elektrode 170 ist auf der oberen Fläche des Diaphragma 176 gebildet, um mit der unteren Elektrode 166 elektrisch verbunden zu sein. Da die obere Elektrode 164 auf der oberen Fläche der piezoelektrischen Schicht 160 gebildet ist, ist die untere Fläche der oberen Elektrode 164 auf einer Höhe gleich der Summe der jeweiligen Stärken der piezoelektrischen Schicht 160 und der unteren Elektrode 166 von der oberen Fläche des Diaphragma 176. Es ist schwierig, die obere Elektrode 164 mit Sektionen auf der artigen unterschiedlichen Ebenen zu bilden. Selbst wenn die obere Elektrode 164 mit Sektionen auf derartigen unterschiedlichen Ebenen gebildet werden könnte, kann die obere Elektrode 164 mit dem Anschluss der oberen Elektrode 168 nicht befriedigend verbunden werden und es ist möglich, dass die obere Elektrode 164 abgeschnitten ist. Deshalb ist die obere Elektrode 164 mit dem Anschluss der oberen Elektrode 168 durch die Hilfselektrode 172 elektrisch verbunden. Somit werden sowohl die piezoelektrische Schicht 160 als auch die obere Elektrode 164 auf der Hilfselektrode 172 gestützt, was eine gewünschte mechanische Festigkeit für das Betätigungsglied 106 und die zuverlässiger Verbindung der oberen Elektrode 164 und des Anschlusses der oberen Elektrode 168 sicherstellt.
Das piezoelektrische Element und ein Teil entsprechend dem piezoelektrischen Element des Diaphragma 176 bilden den vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106. Vorzugsweise sind die Komponenten des Betätigungsgliedes 106 durch Brennen ganzheitlich kombiniert. Das Betätigungsglied 106, das in einer einzelnen Einheit ausgebildet ist, ist leicht zu handhaben.
Eine Erhöhung der Festigkeit des Substrats 178 verbessert die Vibrationscharakteristik des Betätigungsgliedes 106. Wenn das Substrat 178 eine hohe Festigkeit hat, vibriert nur der vibrierende Teil des Betätigungsgliedes 106 und der Rest der Teile des Betätigungsgliedes 106 vibriert nicht. Es kann verhindert werden, dass Teile mit Ausnahme des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106 vibrieren, durch Bilden des piezoelektrischen Elementes des Betätigungsgliedes 106 in einer kleinen Stärke und einer kleinen Größe, und um das Diaphragma 176 in einer kleinen Stärke zusätzlich zu der Verbesserung der Festigkeit des Substrats 178 zu bilden.
Materialien, die zum Bilden der piezoelektrischen Schicht 160 geeignet sind, inkludieren Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat (PLZT) und bleifreie piezoelektrische Substanzen. Materialien, die zum Bilden des Substrats 178 geeignet sind, inkludieren Zirkonerde und Aluminiumoxid. Vorzugsweise werden das Diaphragma 176 und das Substrat 178 aus dem gleichen Material gebildet. Die obere Elektrode 164, die untere Elektrode 166, der Anschluss der oberen Elektrode 168 und der Anschluss der unteren Elektrode 170 werden aus einem leitenden Material gebildet, wie etwa Gold, Silber, Kupfer, Platin, Aluminium, Nickel oder dergleichen.
Das Betätigungsglied 106 kann an dem Flüssigkeitsbehälter angebracht werden, wie etwa einer Tintenpatrone für eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, d. h. einer flüssigkeitsverbrauchenden Vorrichtung, oder einem Behälter, der eine Reinigungsflüssigkeit zum Reinigen eines Aufzeichnungskopfes enthält.
Das Betätigungsglied 106, das in 1A, 1B, 1C und 2 gezeigt wird, ist an dem Tintenbehälter derart angebracht, dass der Hohlraum 162 zu der Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, geöffnet ist; d. h. mindestens ein Teil des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106 ist einem Raum in dem Tintenbehälter ausgesetzt. Wenn der Tintenbehälter in einem Zustand ist, wo der Tintenbehälter mit der Flüssigkeit (Tinte) gefüllt ist, sind der Hohlraum 162 und ein Raum, der den Hohlraum umgibt, mit der Flüssigkeit aufgefüllt.
Wenn der Tintenbehälter in einem Zustand ist, wo die Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, verbraucht ist und der Pegel der Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, unter einen Pegel entsprechend dem Betätigungsglied 106 abfällt, ist der Hohlraum 162 leer oder es ver bleibt etwas von der Flüssigkeit nur in dem Hohlraum 162 und der Raum, der den Hohlraum umgibt, ist mit Luft gefüllt.
Das Betätigungsglied 106 misst die Differenz mindestens einer akustischen Impedanz zwischen jenen Zuständen. Somit ist das Betätigungsglied 106 in der Lage, zwischen dem Zustand, wo der Tintenbehälter eine ausreichende Menge der Flüssigkeit enthält, und dem Zustand, wo eine vorbestimmte Menge der Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, verbraucht wurde, zu unterscheiden.
Das Prinzip der Messung der Flüssigkeitsmenge durch das Betätigungsglied 106 wird hierin nachstehend beschrieben.
Das Betätigungsglied 106 ist zum Messen der Variation der akustischen Impedanz der Flüssigkeit durch die Messung der Variation der Resonanzfrequenz fähig. Die Resonanzfrequenz kann durch die Messung einer gegenelektromotorischen Kraft bestimmt werden, die durch Restvibrationen des vibrierenden Teils folgend der Vibration des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106 erzeugt werden. Das piezoelektrische Element generiert eine gegenelektromotorische Kraft durch die Restvibration des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106. Die Größe der gegenelektromotorischen Kraft hängt von der Amplitude der Vibration des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106 ab. Je größer die Amplitude der Vibration des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106 ist, desto leichter ist deshalb die Messung der gegenelektromotorischen Kraft. Die Periode einer Variation der Amplitude der gegenelektromotorischen Kraft hängt von der Frequenz der Restvibration des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106 ab; d. h. die Frequenz der Vibration des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106 entspricht der Frequenz der gegenelektromotorischen Kraft. Die Resonanzfrequenz ist die Frequenz der Vibration des vibrierenden Teils des Betätigungs gliedes 106, resonant mit der Vibration der Flüssigkeit in Kontakt mit dem vibrierenden Teil.
Der vibrierende Teil des Betätigungsgliedes 106 ist ein Teil des Diaphragma 176, das den Hohlraum 162 zusammen mit der Seitenwand der Öffnung 161 definiert. In einem Zustand, wo der Tintenbehälter die Flüssigkeit ausreichend enthält, ist der Hohlraum 162 mit der Flüssigkeit aufgefüllt und der vibrierende Teil des Betätigungsgliedes 106 ist mit der Flüssigkeit in Kontakt, die in dem Tintenbehälter enthalten ist. In einem Zustand, wo der Tintenbehälter die Flüssigkeit nicht ausreichend enthält, ist der vibrierende Teil mit der Flüssigkeit in Kontakt, die in dem Tintenbehälter verbleibt, oder ist nicht mit der Flüssigkeit in Kontakt und ist mit Luft in Kontakt oder einem Vakuumraum ausgesetzt.
Da das Betätigungsglied 106 mit dem Hohlraum 162 versehen ist, kann das Betätigungsglied 106 derart gestaltet sein, dass etwas von der Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, in einer Region entsprechend dem vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 aus den folgenden Gründen verbleibt.
Manchmal feuchtet die Flüssigkeit den vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 ungeachtet des Pegels der Flüssigkeit an, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, die unterhalb eines Pegels entsprechend dem Betätigungsglied 106 ist, wenn das Betätigungsglied 106 an dem Tintenbehälter in irgendeiner Position in irgendeiner Winkelposition ist. Falls entschieden wird, ob etwas von der Flüssigkeit noch in dem Tintenbehälter verbleibt oder nicht, nur auf der Basis dessen, ob etwas von der Flüssigkeit in dem vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 verbleibt oder nicht, verhindert die Flüssigkeit, die den vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 befeuchtet, eine genaue Bestimmung davon, ob etwas von der Flüssigkeit in dem Tintenbehälter verbleibt oder nicht.
Angenommen, dass der Flüssigkeitspegel unter einem Pegel entsprechend der Position des Betätigungsgliedes 106 ist. Der Tintenbehälter rüttelt, um in der Flüssigkeit Wellen zu erzeugen, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, während ein Schlitten, der den Tintenbehälter hält, umgekehrt wird. Folglich befeuchtet die Flüssigkeit den vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 und das Betätigungsglied entscheidet fehlerhaft, dass der Tintenbehälter die Flüssigkeit ausreichend enthält.
Das Betätigungsglied 106 der vorliegenden Erfindung ist mit dem Hohlraum 162 versehen, um genau zu entscheiden, ob etwas von der Flüssigkeit noch in dem Tintenbehälter verbleibt oder nicht, selbst wenn der vibrierende Teil mit der Flüssigkeit befeuchtet ist. Somit ist es möglich, die fehlerhafte Operation des Betätigungsgliedes 106 zu verhindern, selbst wenn der Tintenbehälter rüttelt, um in der Flüssigkeit Wellen zu erzeugen. Somit verhindert der Hohlraum 162, dass das Betätigungsglied 106 eine fehlerhafte Operation durchführt.
2(E) zeigt eine Schwellenmenge der Flüssigkeit, wobei die Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, erschöpft ist und etwas von der Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 des Betätigungsgliedes 106 verbleibt. Wenn der Raum um den Hohlraum 162 keinerlei Flüssigkeit enthält und die Menge der Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 kleiner als die Schwelle ist, wird entschieden, dass die Flüssigkeit erschöpft ist. Wenn der Raum um den Hohlraum 162 die Flüssigkeit enthält und die Menge der Flüssigkeit größer als die Schwellenmenge ist, wird entschieden, dass der Tintenbehälter die Flüssigkeit enthält.
Angenommen, dass das Betätigungsglied 106 an einer Seitenwand des Tintenbehälters angebracht ist. Dann wird entschieden, dass die Flüssigkeit erschöpft wurde, wenn der Pegel der Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, unter einem Pegel entsprechend dem Betätigungsglied 106 ist, und es wird entschieden, dass etwas von der Flüssigkeit in dem Tintenbehälter verbleibt, wenn der Pegel der Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, über dem Pegel entsprechend dem Betätigungsglied 106 ist.
Es ist möglich zu entscheiden, dass die Flüssigkeit erschöpft wurde, mit Bezug auf die Schwellenmenge, selbst in einem Fall, wo die Flüssigkeit ausgetrocknet ist, und in einem Fall, wo der Schlitten rüttelt und der vibrierende Teil erneut mit der Flüssigkeit befeuchtet wird, nachdem die Flüssigkeit, die in dem Hohlraum 162 enthalten ist, wegen dem Rütteln des Schlittens entleert wurde.
Es wird eine Beschreibung der Operation und des Prinzips zum Bestimmen der Bedingung der Flüssigkeit in dem Tintenbehälter auf der Basis der Resonanzfrequenz gegeben, bei der die Vibration des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106 mit der der Flüssigkeit in Kontakt mit dem vibrierenden Teil mitschwingt.
Es wird eine Spannung durch den Anschluss der oberen Elektrode 168 und den Anschluss der unteren Elektrode 170 über die obere Elektrode 164 und die untere Elektrode 166 des Betätigungsgliedes 106 angelegt. Folglich wird ein elektrisches Feld in einem Teil der piezoelektrischen Schicht 160 geschaffen, der zwischen der oberen Elektrode 164 und der unteren Elektrode 166 eingelegt ist, um die piezoelektrische Schicht 160 zu belasten. Folglich wird nur die vibrierende Sektion des Diaphragma 176 für eine Biegevibration gewölbt. Die Biegevibration des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106 setzt sich für eine Zeitperiode fort, nachdem die piezoelektrische Schicht 16 belastet wird.
Die Restvibration ist die freie Vibration des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106 und der Flüssigkeit. Deshalb können der vibrierende Teil und die Flüssigkeit leicht durch Anlegen einer Spannung einer Impulswellenform oder einer rechteckigen Wellenform an die piezoelektrische elektrische Schicht 160 resoniert werden. Die Restvibration ist die Vibration des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106, die durch die Deformation der piezoelektrischen Schicht 160 bewirkt wird, und daher generiert die piezoelektrische Schicht 160 eine gegenelektromotorische Kraft. Die gegenelektromotorische Kraft kann durch die obere Elektrode 164, die untere Elektrode 166, den Anschluss der oberen Elektrode 168 und den Anschluss der unteren Elektrode 170 gemessen werden. Auf der Basis der gemessenen gegenelektromotorischen Kraft kann eine Resonanzfrequenz spezifiziert werden. Die Menge der Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, kann auf der Basis der Resonanzfrequenz bestimmt werden. Allgemein wird die Resonanzfrequenz f_s durch fs = 1/{2π(M·Cact)1/2} (1)ausgedrückt werden, wobei M die Summe der Trägheit M_act und der zusätzlichen Trägheit M' ist, und C_act die Nachgiebigkeit des vibrierenden Teils ist.
1C ist eine Schnittansicht des Betätigungsgliedes 106 in einem Zustand, wo keinerlei Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 verbleibt, und 2(A) und (B) sind Schaltungsdiagramme von äquivalenten Schaltungen des vibrierenden Teils bzw. des Hohlraums des Betätigungsgliedes 106 in einem Zustand, wo keinerlei Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 verbleibt.
Die Trägheit Mact ist gleich dem Produkt der Stärke und der Dichte des vibrierenden Teils, geteilt durch die Fläche des vibrierenden Teils, was, wie in 2(A) gezeigt, durch: Mact = Mpst + Melectrode1 + Melectrode2 + Mvib (2)ausgedrückt wird, wobei M_pst das Produkt der Stärke und Dichte der piezoelektrischen Schicht 160 des vibrierenden Teils, geteilt durch die Fläche der piezoelektrischen Schicht 160, ist, M_electrode1 das Produkt der Stärke und Dichte der oberen Elektrode 164, geteilt durch die Fläche der oberen Elektrode 164, ist, M_electrode2 das Produkt der Stärke und Dichte der unteren Elektrode 166 des vibrierenden Teils, geteilt durch die Fläche der unteren Elektrode 166, ist, und M_vib das Produkt der Stärke und Dichte der vibrierenden Sektion des Diaphragma 176, geteilt durch die Fläche der vibrierenden Sektion des Diaphragma 176, ist.
Obwohl die piezoelektrische Schicht 160, die obere Elektrode 164, die untere Elektrode 166 und die vibrierende Sektion des Diaphragma 176 jeweils unterschiedliche Flächen haben, ist es wünschenswert, dass die Unterschiede einer Fläche zwischen ihnen klein sind, um Mact auf der Basis der Stärke, Dichte und Fläche des zusammengesetzten vibrierenden Teils zu kalkulieren.
Vorzugsweise sind die Größen von Teilen der piezoelektrischen Schicht 160, der oberen Elektrode 164 und der unteren Elektrode 166 mit Ausnahme der kreisförmigen Hauptteile derselben vernachlässigbar klein im Vergleich mit jenen der kreisförmigen Hauptteile. Somit ist die Trägheit Mact gleich der Summe der Trägheiten der oberen Elektrode 164, der unteren Elektrode 166, der piezoelektrischen Schicht 160 und der vibrierenden Sektion des Diaphragma 176. Die Nachgiebigkeit Cact ist gleich der Nachgiebigkeit des vibrierenden Teils, inkludie rend die obere Elektrode 164, die untere Elektrode 166, die piezoelektrische Schicht 160 und die vibrierende Sektion des Diaphragma 176.
2(A), (B), (D) und (F) sind Schaltungsdiagramme von jeweiligen äquivalenten Schaltungen des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106 und des Hohlraums 162. In jenen äquivalenten Schaltungen zeigt C_act die Nachgiebigkeit des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106 an, und C_electrode1, C_electrode2 und C_vib zeigen die Nachgiebigkeiten der piezoelektrischen Schicht 160, der oberen Elektrode 164, der unteren Elektrode 166 bzw. des Diaphragma 176 des vibrierenden Teils an. Die Nachgiebigkeit Cact wird durch 1/Cact = (1/Cpst) + (1/Celectrode1) + (1/Celectrode2) + (1/Cvib) (3)ausgedrückt.
Aus Ausdrücken (2) und (3) ist bekannt, die äquivalenten Schaltungen, die in 2(A) gezeigt werden, können durch die äquivalente Schaltung dargestellt werden, die in 2(B) gezeigt wird.
Die Nachgiebigkeit C_act entspricht einem Volumen der Flüssigkeit, die in einer Ausnehmung enthalten ist, die in einer Einheitsfläche eines planaren Gliedes gebildet wird, wenn darauf Druck angelegt wird; d. h. die Nachgiebigkeit Cact zeigt eine Bereitschaft an abzugeben.
2(C) ist eine Schnittansicht des Betätigungsgliedes 106 in einem Zustand, wo der Tintenbehälter die Flüssigkeit ausreichend enthält und der Raum um den vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 mit der Flüssigkeit aufgefüllt ist. In 2(C) zeigt M'_max eine maximale zusätzliche Trägheit an, d. h. Masse, die die Vibration des vibrierenden Teils beeinflusst, geteilt durch das Quadrat der Fläche des vibrierenden Teils in einem Zustand, wo der Raum um den vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 mit der Flüssigkeit aufgefüllt ist. M'max = {π·ρ/(2k3)}·{2(2k·a)3/(3π)}/(π·a2)2 (4)wobei a der Radius des vibrierenden Teils ist, ρ die Dichte der Flüssigkeit ist und k die Zahl von Wellen ist.
Ausdruck (4) wird unter einer Annahme definiert, dass der vibrierende Teil des Betätigungsgliedes 106 ein kreisförmiger Teil mit einem Radius a ist. Die zusätzliche Trägheit M' ist ein Wert eines offensichtlichen Inkrements in der Masse des vibrierenden Teils, verursacht durch die Flüssigkeit, die den vibrierenden Teil umgibt. Wie aus Ausdruck (4) offensichtlich ist, hängt die maximale zusätzliche Trägheit M'_max stark von dem Radius a des vibrierenden Teils und der Dichte ρ der Flüssigkeit ab. Die Zahl k von wellen wird durch Ausdruck (5) ausgedrückt. K = 2ρ·fact/c (5)wobei f_act die Resonanzfrequenz des vibrierenden Teils ist und c die Geschwindigkeit von Schall ist, der sich durch die Flüssigkeit ausbreitet.
2(D) ist ein Schaltungsdiagramm von äquivalenten Schaltungen des vibrierenden Teils und des Hohlraums 162 des Betätigungsgliedes 106 in einem Zustand, wo der Tintenbehälter mit der Flüssigkeit aufgefüllt ist und etwas Flüssigkeit in dem Raum um den vibrierenden Teil verblieben ist, wie in 2(C) gezeigt.
2(E) ist eine Schnittansicht des Betätigungsgliedes 106 in einem Zustand, wo die Flüssigkeit in dem Tintenbehälter erschöpft ist und keinerlei Flüssigkeit in dem Raum um den vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 verblieben ist, wohingegen etwas Flüssigkeit noch in dem Hohlraum 162 des Betätigungsgliedes 106 verbleibt.
Ausdruck (4) drückt die maximale Trägheit M'_max als eine Funktion der Dichte ρ der Flüssigkeit und anderer Parameter in einem Zustand aus, wo der Tintenbehälter mit der Flüssigkeit aufgefüllt ist. Die zusätzliche Trägheit M' in einem Zustand, wo die Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, erschöpft wurde, etwas von der Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 verbleibt und die Flüssigkeit in dem Raum um den vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 durch Luft oder Vakuumraum ersetzt wurde, wird durch Ausdruck (6) ausgedrückt. M' = ρ·t/Swobei t die Stärke eines Films der Flüssigkeitsbeeinflussung ist und S die Fläche des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106 ist. S = πa², wenn der vibrierende Teil ein kreisförmiger Teil mit einem Radius a ist.
Die zusätzliche Trägheit M' wird durch Ausdruck (4) in einem Zustand ausgedrückt, wo der Tintenbehälter die Flüssigkeit ausreichend enthält, und der Raum um den vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes mit der Flüssigkeit aufgefüllt ist, und wird durch Ausdruck (6) in einem Zustand ausgedrückt, wo die Flüssigkeit erschöpft wurde, etwas von der Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 verbleibt und die Flüssigkeit in dem Raum um den vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 durch Luft oder Vakuumraum ersetzt wurde.
Die zusätzliche Trägheit M'_cav in einem Zustand, wie in 2(E) gezeigt, wo die Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, erschöpft wurde, keinerlei Flüssigkeit um den vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 verbleibt und etwas Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 des Betätigungsgliedes 106 verbleibt, wird von der maximalen zusätzlichen Trägheit M'_max in einem Zustand, wo der Raum um den vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 mit der Flüssigkeit aufgefüllt ist, unterschieden.
2(F) ist ein Schaltungsdiagramm von äquivalenten Schaltungen des vibrierenden Teils und des Hohlraums 162 des Betätigungsgliedes 106 in einem Zustand, der in 2(E) gezeigt wird, wo die Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, erschöpft wurde, keinerlei Flüssigkeit um den vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 verbleibt und etwas Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 des Betätigungsgliedes 106 verbleibt.
Wie aus Ausdruck (6) offensichtlich ist, sind Parameter, die die Bedingung der Flüssigkeit definieren, die Dichte ρ der Flüssigkeit und die Stärke t des Films der Flüssigkeit. Wenn der Tintenbehälter die Flüssigkeit ausreichend enthält, ist der vibrierende Teil des Betätigungsgliedes in Kontakt mit der Flüssigkeit. Wenn der Tintenbehälter die Flüssigkeit nicht ausreichend enthält, verbleibt etwas von der Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 oder der vibrierende Teil des Betätigungsgliedes 106 ist in Kontakt mit Luft oder ist einem Vakuumraum ausgesetzt. Eine transiente zusätzliche Trägheit M'_var, die erscheint, während sich die zusätzliche Trägheit von M'_max in dem Zustand, der in 2(C) gezeigt wird, zu M'_cav in dem Zustand, der in 2(E) gezeigt wird, ändert, während die Flüssigkeit um das Betätigungsgliedes 106 verbraucht wird, variiert mit der Variation der Dichte ρ der Flüssigkeit und der Stärke t des Films der Flüssigkeit abhän gig von der Bedingung einer Speicherung der Flüssigkeit in dem Tintenbehälter, und daher variiert die Resonanzfrequenz fs entsprechend. Deshalb kann die Menge der Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, durch die Messung der Resonanzfrequenz fs geschätzt werden.
Wenn t gleich der Stärke d des vibrierenden Teils ist, wie in 2(E) gezeigt M'cav = ρ·d/S (7)
Unterschiedliche Typen von Flüssigkeiten haben unterschiedliche Zusammensetzungen und unterschiedliche Dichten ρ, und daher ändern sich die zusätzliche Trägheit M' und die Resonanzfrequenz f_s, wenn die Flüssigkeiten geändert werden. Somit kann der Typ der Flüssigkeit durch die Messung der Resonanzfrequenz f_s bestimmt werden.
3A ist eine Grafik, die die Variation der Resonanzfrequenz f_s des vibrierenden Teils mit der Menge der Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, zeigt, worin die Resonanzfrequenz f_s an der vertikalen Achse gemessen wird und die Menge der Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, an der horizontalen Achse gemessen wird. In der folgenden Beschreibung wird als ein Beispiel angenommen, dass die Flüssigkeit eine Tinte ist. Die Resonanzfrequenz f_s erhöht sich, während sich die Menge der Resttinte verringert, wenn die Zusammensetzung der Tinte konstant bleibt.
Die maximale zusätzliche Trägheit M'_max des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106 wird durch Ausdruck (4) ausgedrückt, wenn der Raum um den vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 mit der Tinte aufgefüllt ist. Die transiente Trägheit M'_var in einem Zustand, wo die Tinte verbraucht ist, etwas von der Tinte in dem Hohlraum 162 verbleibt und der Raum um den vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 nicht mit der Tinte aufgefüllt ist, wird durch Verwenden von Ausdruck (6) auf der Basis der Stärke t des Films der Tinte kalkuliert. In Ausdruck (6) ist der Parameter t die Stärke der Tinte, die die Vibration des vibrierenden Teils beeinflusst. Deshalb kann der Prozess eines allmählichen Verbrauchs der Tinte erfasst werden (2(C)), wenn die Stärke d des Hohlraums 162 des Betätigungsgliedes 106 (1B) klein ist und das Substrat 178 ausreichend dünn ist. Die Stärke t_ink des Films der Tinte, die die Vibration beeinflusst, ist gleich t_ink-max, wenn die zusätzliche Trägheit gleich der maximalen zusätzlichen Trägheit M'_max ist.
Angenommen z. B., dass das Betätigungsglied 106 an der Bodenwand eines Tintenbehälters angebracht ist, wobei sich das Diaphragma 176 im wesentlichen parallel zu dem Pegel der Tinte erstreckt, die in der Tintenpatrone enthalten ist. Nachdem der Pegel der Tinte unter einen Pegel bei einer Höhe gleich der Stärke t_ink-max von der Fläche des Diaphragma 176 gegenüberliegend dem Hohlraum 162 mit dem Verbrauch der Tinte abgefallen ist, ändert sich die transiente zusätzliche Trägheit M'_var (Ausdruck (6)) allmählich und die Resonanzfrequenz f_s (Ausdruck (1)) ändert sich entsprechend. Das Betätigungsglied 106 ist in der Lage, den allmählichen Verbrauch der Tinte zu erfassen, während der Pegel der Tinte innerhalb des Bereichs der Stärke t ist.
Angenommen z. B., dass das Betätigungsglied 106 an einer Seitenwand einer Tintenpatrone angebracht ist, wobei sich das Diaphragma 176 im wesentlichen senkrecht zu dem Pegel der Tinte erstreckt, die in der Tintenpatrone enthalten ist. Nachdem der Pegel der Tinte auf einen Pegel entsprechend dem vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 mit dem Verbrauch der Tinte abgefallen ist, verringert sich die zusätzliche Trägheit M', während der Pegel der Tinte abfällt, und folglich erhöht sich die Resonanzfrequenz f_s allmählich (Ausdruck (1)). Deshalb ist das Betätigungsglied 106 in der Lage, den allmählichen Verbrauch der Tinte zu erfassen, während der Pegel der Tinte in dem Bereich des Durchmessers 2a des Hohlraums 162 ist (2(C)).
In 3A zeigt eine Kurve X eine Variation der Resonanzfrequenz f_s des vibrierenden Teils an, wobei die Menge der Tinte, die in der Tintenpatrone enthalten ist, wenn die Tiefe des Hohlraums 162 des Betätigungsgliedes 106, wie an der Bodenwand der Tintenpatrone angebracht, ausreichend klein ist, oder der vibrierende Teil des Betätigungsgliedes 106, wie an der Seitenwand der Tintenpatrone angebracht, ausreichend groß oder lang ist. Es ist aus 3A bekannt, dass sich die Resonanzfrequenz f_s der Tinte und des vibrierenden Teils allmählich ändert, während sich die Menge der Tinte, die in der Tintenpatrone enthalten ist, verringert.
Konkreter kann der allmähliche Verbrauch der Tinte in einem Zustand erfasst werden, wo sowohl Flüssigkeit als auch Luft jeweils mit unterschiedlichen Dichten um den vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 existieren und die Vibration des vibrierenden Teils beeinflussen. Während die Tinte allmählich verbraucht wird, verringert sich die Flüssigkeit und erhöht sich die Luft in dem Raum um den vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106.
Wenn das Betätigungsglied 106 innerhalb des Diaphragma 176 aufgestellt ist, das sich parallel zu dem Pegel der Tinte erstreckt, und die Stärke t_ink kleiner als die Stärke t_ink-max kleiner ist, beeinflussen sowohl die Tinte als auch die Luft die Vibration des Betätigungsgliedes 106. Deshalb ist: M' = M'air + M'ink = ρair·tair/S + ρink·tink/S (8) wobei M'_air die Trägheit von Luft ist, M'_ink die Trägheit der Tinte ist, ρ_air die Dichte von Luft ist, ρ_ink die Dichte der Tinte ist, t_air die Stärke eines Films von Luft ist, die die Vibration beeinflusst, und t_ink die Stärke eines Films der Tinte, die die Vibration beeinflusst.
Während sich in dem Raum um den vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 die Tinte verringert und die Luft erhöht, erhöht sich die Stärke t_air und verringert sich die Stärke t_ink, wenn das Betätigungsglied 106 mit dem Diaphragma 176 aufgestellt ist, das sich im wesentlichen parallel zu dem Pegel der Tinte erstreckt. Folglich verringert sich die Trägheit M'_var allmählich und die Resonanzfrequenz erhöht sich allmählich. Somit kann die Menge der Tinte, die in der Tintenpatrone verbleibt, oder der Verbrauch der Tinte bestimmt werden. Ausdruck (7) inkludiert nur die Dichte der Tinte als einen Parameter, da Ausdruck (7) unter einer Annahme gebildet wird, dass die Dichte von Luft im Vergleich zu der der Flüssigkeit vernachlässigbar klein ist.
Wenn das Betätigungsglied 106 mit dem Diaphragma 176 aufgestellt ist, das sich im wesentlichen senkrecht zu dem Pegel der Tinte erstreckt, wird betrachtet, dass der vibrierende Teil des Betätigungsgliedes 106 betrachtet wird, eine parallele Schaltung einer äquivalenten Schaltung, nicht gezeigt, einer Sektion in Kontakt mit der Tinte des vibrierenden Teils, und einer äquivalenten Schaltung, nicht gezeigt, einer Sektion in Kontakt mit Luft des vibrierenden Teils, zu sein. Dann ist 1/M' = 1/M'air + 1/M'ink – Sair/(ρair·tair) + Sink/(ρair·tair) (9)wobei S_ink die Fläche der Sektion in Kontakt mit der Tinte des vibrierenden Teils ist und S_air die Fläche der Sektion in Kontakt mit Luft des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106 ist.
Ausdruck (9) wird zum Ausdrücken eines Zustands angewendet, wo die Tinte nicht in dem Hohlraum 162 des Betätigungsgliedes 106 gehalten werden kann. Trägheit in einem Zustand, wo die Tinte in dem Hohlraum 162 des Betätigungsgliedes 106 gehalten werden kann, ist die Summe von M', ausgedrückt durch Ausdruck (9), und M'_cav, ausgedrückt durch Ausdruck (7).
Die Resonanzfrequenz der Vibration des Betätigungsgliedes 106 variiert, während sich die Tiefe der Tinte von einer Tiefe entsprechend t_ink-max zu einer Tiefe entsprechend d ändert. Deshalb ist das Betätigungsglied 106 nicht in der Lage, die allmähliche Verringerung der Tinte in einem Zustand zu erfassen, wo die Tiefe der Resttinte etwas kleiner als t_ink-max ist und das Betätigungsglied 106 mit dem Diaphragma 176 aufgestellt ist, das sich parallel zu dem Pegel der Tinte erstreckt. Eine Änderung der Menge der Tinte wird auf der Basis einer Änderung der Resonanzfrequenz der Vibration des Betätigungsgliedes 106 bestimmt, resultierend aus einer Änderung der Menge der Tinte, während sich die Tiefe leicht von t_ink-max zu d ändert. Wenn das Betätigungsglied 106 an der Seitenwand des Tintenbehälters angebracht ist und der Hohlraum 162 einen kleinen Durchmesser hat, ändert sich die Resonanzfrequenz der Vibration des Betätigungsgliedes 106 leicht, während der Pegel der Tinte über dem Hohlraum 162 abfällt. Deshalb ist es schwierig, den allmählichen Verbrauch der Tinte zu erfassen, während der Pegel der Tinte über dem Hohlraum 162 abfällt, und daher ist es möglich, entweder den Pegel der Tinte über dem oberen Ende des Hohlraums 162 oder den der Tinte unter dem unteren Ende des Hohlraums 162 zu erfassen.
Z. B. zeigt eine Kurve Y in 3A eine Variation der Resonanzfrequenz f_s des vibrierenden Teils an mit der Menge der Tinte, die in der Tintenpatrone enthalten ist, wenn der vibrierende Teil des Betätigungsgliedes 106 eine kreisförmige Form mit einem kleinen Durchmesser hat. Aus der Kurve Y ist bekannt, dass sich die Resonanzfrequenz f_s für eine Verringerung Q der Menge der Tinte stark ändert, während der Pegel der Tinte, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, über dem Hohlraum 162 abfällt. Somit ist es möglich, in einem Zwei-Wert-Erfassungsmodus zu bestimmen, ob eine vorbestimmte Menge der Tinte in dem Tintenbehälter verbleibt oder nicht.
Ein Verfahren zum Erfassen der Tinte durch Verwenden des Betätigungsgliedes 106 bringt das Diaphragma 176 in direkten Kontakt mit der Tinte und daher ist die Genauigkeit einer Erfassung des Verfahrens unter Verwendung des Betätigungsgliedes 106 höher als die einer Bestimmung des Verbrauchs der Tinte durch Kalkulation unter Verwendung von Software. Ein Verfahren zum Erfassen der Tinte durch die Erfassung einer Leitung zwischen Elektroden wird durch die Position der Elektroden in dem Tintenbehälter und den Typ der Tinte beeinflusst, wohingegen ein Verfahren zum Erfassen der Tinte durch Verwenden des Betätigungsgliedes 106 kaum durch die Position des Betätigungsgliedes 106 in dem Tintenbehälter und den Typ der Tinte beeinflusst wird.
Da das Verfahren unter Verwendung des Betätigungsgliedes 106 in der Lage ist, sowohl Schwingungs- als auch Flüssigkeitserfassung durchzuführen, ist die Zahl von Sensoren, die durch das Verfahren unter Verwendung des Betätigungsgliedes 106 benötigt werden und an dem Tintenbehälter anzubringen sind, kleiner als die der Sensoren, die durch ein Verfahren benötigt werden, das unterschiedliche Sensoren zum Erfassen von Schwingung und der Tinte verwendet. Somit kann ein Tintenbehälter, der zum Messen der Tinte fähig ist, die darin verbleibt, bei geringen Herstellungskosten hergestellt werden. Vorzugsweise ist die Frequenz einer Vibration der piezoelek trischen Schicht 160 außerhalb eines Audiofrequenzbereiches, um Rauschen zu verringern, das durch das Betätigungsglied 106 generiert wird.
3B zeigt die Abhängigkeit der Resonanzfrequenz f_s des vibrierenden Teils und der Dichte der Tinte auf dem Weg eines Beispiels. In der folgenden Beschreibung wird die Flüssigkeit als eine Tinte angenommen. In 3B bedeuten "voll" und "leer" zwei unterschiedliche relative Zustände und bedeuten nicht einen Zustand, wo der Tintenbehälter tatsächlich voll mit der Tinte gefüllt ist, und einen Zustand, wo der Tintenbehälter tatsächlich vollständig leer ist. Wie aus 3B offensichtlich ist, verringert sich die Resonanzfrequenz fs mit der Erhöhung der Dichte der Tinte, da sich die zusätzliche Trägheit erhöht, während sich die Dichte der Tinte erhöht; d. h. die Resonanzfrequenz f_s hängt vom Typ der Tinte ab. Somit ist es, wenn der Tintenbehälter erneut mit der Tinte gefüllt wird, möglich zu entscheiden, ob eine falsche Tinte einer Dichte, die sich von der der richtigen Tinte unterscheidet, in den Tintenbehälter gefüllt wird oder nicht. Entsprechend können Tintenbehälter, die jeweils unterschiedliche Typen von Tinten enthalten, voneinander unterschieden werden.
Es wird eine Beschreibung von Bedingungen zum Ermöglichen einer genauen Erfassung der Bedingung der Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, gegeben, wenn die Größe und Form des Hohlraums 162 des Betätigungsgliedes 106 derart bestimmt werden, dass die Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 in einem Zustand verbleibt, wo der Tintenbehälter leer ist. Das Betätigungsglied 106, das zum Erfassen der Bedingung der Flüssigkeit in einem Zustand fähig ist, wo der Hohlraum 162 mit der Flüssigkeit aufgefüllt ist, ist zum Erfassen der Bedingung der Flüssigkeit auch in einem Zustand fähig, wo der Hohlraum 162 nicht mit der Flüssigkeit aufgefüllt ist.
Die Resonanzfrequenz f_s ist eine Funktion von Trägheit M, und Trägheit M ist die Summe der Trägheit Mact des vibrierenden Teils und zusätzlicher Trägheit M'. Die zusätzliche Trägheit M' hängt von der Bedingung der Flüssigkeit ab. Die zusätzliche Trägheit M' ist ein Wert, der eine offensichtliche Erhöhung der Masse des vibrierenden Teils durch die Flüssigkeit anzeigt, die in der Nähe des vibrierenden Teils existiert; d. h. die zusätzliche Trägheit M' ist ein offensichtliches Inkrement der Masse des vibrierenden Teils, verursacht durch die Flüssigkeit.
Falls M'_cav größer als M'_max ist, ausgedrückt durch Ausdruck (4), ist deshalb die Flüssigkeit, die die offensichtliche Masse des vibrierenden Teils erhöht, die Flüssigkeit, die in dem Hohlraum 162 verbleibt. Dieser Zustand ist der gleiche wie ein Zustand, wo der Tintenbehälter mit der Flüssigkeit aufgefüllt ist. Die zusätzliche Trägheit der Flüssigkeit, die die Vibration des vibrierenden Teils beeinflusst, verringert sich in diesem Zustand nicht unter M'_max und daher kann der Verbrauch der Flüssigkeit nicht gemessen werden.
Falls M'_cav kleiner als M'_max ist, ausgedrückt durch Ausdruck (4), erhöhen die Flüssigkeit, die in dem Hohlraum 162 verbleibt, und Luft, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, oder ein Vakuumraum die offensichtliche Masse des vibrierenden Teils. Dieser Zustand, der sich von dem Zustand unterscheidet, wo der Tintenbehälter mit der Flüssigkeit aufgefüllt ist, veranlasst die zusätzliche Trägheit M' sich zu ändern, und daher ändert sich die Resonanzfrequenz f_s. Deshalb ist das Betätigungsglied 106 in der Lage, die Bedingung der Flüssigkeit in dem Tintenbehälter zu erfassen.
Somit muss M'_max kleiner als M'_max sein um zu ermöglichen, dass das Betätigungsglied 106 die Bedingung der Flüssigkeit in einem Zustand genau erfasst, wo der Tintenbehälter leer ist und die Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 des Betätigungsgliedes 106 verbleibt. Die Bedingung M'_max > M'_cav zum Ermöglichen, dass das Betätigungsglied 106 die Bedingung der Flüssigkeit genau erfasst, hängt nicht von der Form des Hohlraums 162 ab.
Die zusätzliche Trägheit M'_cav ist der Masse eines Volumens der Flüssigkeit äquivalent, das im wesentlichen dem des Hohlraums 162 gleich ist. Deshalb kann, wie aus der Ungleichheit: M'_max > M'_cav offensichtlich ist, die Bedingung zum Ermöglichen dessen, dass das Betätigungsglied 106 die Bedingung der Flüssigkeit genau erfasst, durch eine Bedingung ausgedrückt werden, die das Volumen des Hohlraums 162 spezifiziert. Angenommen, dass der Hohlraum 162 die Form eines kreisförmigen Zylinders hat, die Öffnung 161 einen Radius a hat und der Hohlraum eine Tiefe d hat, ist dann M'max > ρ·d/πa2 (10)
Bei Entwicklung von Ausdruck (10) erhalten wir a/d > 3π/8 (11)
Falls der Radius a der Öffnung 161 des Betätigungsgliedes 106 und die Tiefe d des Hohlraums 162 des Betätigungsgliedes 106 Ausdruck (11) erfüllen, ist somit das Betätigungsglied 106 in der Lage, die Bedingung der Flüssigkeit selbst in einem Zustand korrekt zu erfassen, wo der Tintenbehälter leer ist und die Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 verbleibt.
Ausdrücke (10) und (11) treffen nur auf einen Fall zu, wo der Hohlraum 162 die Form eines kreisförmigen Zylinders hat. Wenn der Hohlraum 162 nicht zylindrisch ist, wird der Term πa² von Ausdruck (10) durch einen Term ersetzt, der die Fläche des Hohlraums 162 für eine Kalkulation darstellt, um die Beziehung zwischen den Dimensionen zu bestimmen, d. h. der Breite und Länge, des Hohlraums 162 und der Tiefe des Hohlraums 162.
Da die zusätzliche Trägheit M' eine akustische Impedanz beeinflusst, wird betrachtet, dass das Verfahren zum Messen der gegenelektromotorischen Kraft, generiert durch die Restvibration des Betätigungsgliedes 106, mindestens die Variation einer akustischen Impedanz misst.
4A und 4B sind Grafiken zur Unterstützung bei einer Erläuterung eines Restvibrationsmessverfahrens, die die Wellenformen von Spannungssignalen zeigen, die eine gegenelektromotorische Kraft darstellen, die durch die Restvibration des Betätigungsgliedes 106 generiert wird, nachdem der vibrierende Teil des Betätigungsgliedes 106 für eine Vibration durch ein Ansteuersignal angesteuert wurde. Die Änderung des Pegels der Flüssigkeit in Bezug auf einen Pegel entsprechend der Position des Betätigungsgliedes 106, das an dem Tintenbehälter angebracht ist, kann durch die Erfassung der Änderung der Frequenz oder Amplitude einer Restvibration nach der Schwingung des Betätigungsgliedes 106 erfasst werden. In 4A und 4B wird die Spannung einer gegenelektromotorischen Kraft, die durch die Restvibration des Betätigungsgliedes 106 generiert wird, auf der vertikalen Achse gemessen, und die Zeit wird auf der horizontalen Achse gemessen. Analoge Spannungssignale von Wellenformen, wie in 4A und 4B gezeigt, werden durch die Restvibration des Betätigungsgliedes 106 generiert. Das analoge Spannungssignal wird in einen digitalen Wert (Binärwert) entsprechend der Frequenz des analogen Spannungssignals konvertiert. In den Beispielen, die in 4A und 4B gezeigt werden, wird eine Zeitperiode entsprechend vier aufeinanderfolgenden Impulsen zwischen dem vierten und dem achten Impuls gemessen.
Genauer wird die Zahl von Malen einer Änderung des Spannungssignals von einer Spannung auf der unteren Seite einer Bezugslinie, die eine vorbestimmte Bezugsspannung anzeigt, über die Bezugslinie zu einer Spannung auf der höheren Seite der Bezugslinie nach der Schwingung des Betätigungsgliedes 106 gezählt. Ein digitales Signal mit einer Sektion HOCH entsprechend einer Sektion zwischen der vierten Änderung und der achten Änderung des Spannungssignals wird erzeugt, und eine Zeitperiode von der vierten Änderung und der achten Änderung wird durch Verwenden eines vorbestimmten Taktsignals gemessen.
4A zeigt die Wellenform eines Spannungssignals, das generiert wird, wenn der Pegel der Flüssigkeit über dem Pegel entsprechend der Position des Betätigungsgliedes 106 ist, und 4B zeigt die Wellenform eines Spannungssignals, das generiert wird, wenn die Flüssigkeit auf dem Pegel entsprechend der Position des Betätigungsgliedes 106 nicht existiert. Aus der vergleichenden Beobachtung von 4A und 4B ist bekannt, dass die Zeitperiode von der vierten Änderung (vierte Zahl) zu der achten Änderung (achte Zahl) in dem Spannungssignal, das in 4A gezeigt wird, länger als die in dem Spannungssignal ist, das in 4B gezeigt wird; d. h. die Zeitperiode zwischen der vierten und der achten Änderung hängt von dem Pegel der Flüssigkeit in Bezug auf den entsprechend der Position des Betätigungsgliedes 106 ab. Somit kann der Verbrauch der Flüssigkeit durch Verwenden der Differenz zwischen den Zeitperioden erfasst werden.
Das Zählen von Änderungen in dem Spannungssignal wird von der vierten Änderung gestartet, um Änderungen zu zählen, nachdem sich die Vibration des Betätigungsgliedes stabilisiert hat. Eine zuerst zu zählende Änderung ist nicht auf die vierte Änderung begrenzt, Zählen von Änderungen kann von einer beliebigen optionalen Änderung gestartet werden. In dieser Ausfüh rungsform werden die vierte bis zur achten Änderung des Spannungssignals erfasst, und eine Zeitperiode entsprechend der vierten bis achten Änderung wird durch Verwenden eines vorbestimmten Taktsignals gemessen. Die Resonanzfrequenz kann auf der Basis der so gemessenen Zeitperiode bestimmt werden. Änderungen von der vierten bis zur achten Änderung müssen nicht notwendigerweise gezählt werden; Änderungen von der vierten bis zu der n-ten (n ist eine optionale ganze Zahl) Änderung können gezählt werden. Obwohl 4A und 4B ein Verfahren zum Messen der Zeitperiode entsprechend einer Sektion des Spannungssignals zwischen der vierten bis zu der achten Änderung zeigen, kann eine Zeitperiode entsprechend einer Sektion des Spannungssignals zwischen beliebigen optionalen Änderungen gemessen werden, wenn eine Frequenzmessschaltung dies erfordert.
Wenn die Flüssigkeit eine stabile Qualität hat und die Amplitude des Spannungssignals in einem engen Bereich variiert, kann die Resonanzfrequenz auf der Basis einer Zeitperiode entsprechend Änderungen zwischen der vierten und der sechsten Änderung gemessen werden, um die Erfassung schnell zu bewerkstelligen. Falls die Flüssigkeit eine instabile Qualität hat und die Amplitude des Spannungssignals in einem breiten Bereich variiert, kann eine Zeitperiode entsprechend Änderungen zwischen der vierten und der zwölften Änderung für die akkurate Erfassung der Restvibration verwendet werden.
5 ist eine Perspektivansicht eines Überwachungsmoduls 100, inkludierend das Betätigungsglied 106. Das Überwachungsmodul 100 ist an einem vorbestimmten Teil eines Tintenbehälters 1 angebracht, wie etwa einer Tintenpatrone. Das Überwachungsmodul 100 bestimmt einen Verbrauch der Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter 1 enthalten ist, durch die Messung mindestens einer Änderung in der akustischen Impedanz der Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter 1 enthalten ist.
Das Überwachungsmodul 100 hat eine Verbindungsstruktur 101 zum Verbinden des Betätigungsgliedes 106 mit dem Tintenbehälter 1. Die Verbindungsstruktur 101 inkludiert eine im wesentlichen rechteckige Basis 102 und einen zylindrischen Teil 116, um das Betätigungsglied 106 unterzubringen, was zur Schwingung durch ein Ansteuersignal angesteuert wird. Das Überwachungsmodul 100 ist derart gebildet, dass nichts in der Lage ist, das Betätigungsglied 106 von außen zu erreichen, wenn das Überwachungsmodul 100 an dem Tintenbehälter 1 montiert ist, um das Betätigungsglied 106 zu schützen. Die äußere Kante des freien Endes des zylindrischen Teils 116 ist abgerundet, um eine Einpassung des zylindrischen Teils 116 in ein Loch zu erleichtern, das in dem Tintenbehälter 1 ausgebildet ist.
6 ist eine explodierte Perspektivansicht des Überwachungsmoduls 100, das in 5 gezeigt wird. Das Überwachungsmodul 100 inkludiert die Verbindungsstruktur 101 aus einem Harz, eine Platte 110, ein Betätigungsgliedhalteteil 105 (5), Führungen 104a und 104b, das Betätigungsglied 106 und einen Film 108. Vorzugsweise ist die Platte 110 aus einem korrosionsbeständigen Material gebildet, wie etwa rostfreiem Stahl.
Die Führungen 104a und 104b erstrecken sich in einer zylindrischen Öffnung 114, die sich durch zentrale Teile der Basis 102 und den zylindrischen Teil 116 der Verbindungsstruktur 101 erstreckt. Das Betätigungsglied 106, der Film 108 und die Platte 110 sind in einer Ausnehmung 113 platziert, die zusammenhängend mit einem Ende der zylindrischen Öffnung 114 ausgebildet ist.
Das Betätigungsglied 106 ist mit der Platte 110 durch den Film 108 gebondet. Die Platte 110 und das Betätigungsglied 106 sind mit der Bodenfläche der Ausnehmung 113 der Verbindungsstruktur 101 fixiert. Somit sind die Führungen 104a und 104b, das Betätigungsglied 106, der Film 108 und die Platte 110 in die Verbindungsstruktur 101 einbezogen.
Die Führungen 104a und 104b sind mit der oberen Elektrode 164 bzw. der unteren Elektrode 166 des Betätigungsgliedes 106 verbunden, um ein Ansteuersignal zu der piezoelektrischen Schicht 160 zu übertragen, und um ein Resonanzfrequenzsignal, das eine Resonanzfrequenz darstellt, die durch das Betätigungsglied 106 gemessen wird, zu einer Aufzeichnungsvorrichtung oder dergleichen zu übertragen.
Das Betätigungsglied 106 wird durch das Ansteuersignal angesteuert, das dazu durch die Führungen 104a und 104b für eine zeitweilige Schwingung angelegt wird. Die Restvibration des Betätigungsgliedes 106 folgend der zeitweilige Schwingung generiert eine gegenelektromotorische Kraft. Eine Resonanzfrequenz entsprechend der Bedingung der Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, kann durch die Messung der Periode einer Schwingung eines Spannungssignals, das die gegenelektromotorische Kraft darstellt, bestimmt werden.
Der Film 108 bondet das Betätigungsglied 106 mit der Platte 110 auf eine flüssigkeitsdichte Weise. Vorzugsweise wird der Film 108 aus einem Polyolefinharz oder dergleichen gebildet und wird mit der Platte 110 durch thermisches Bonden gebondet. Das Betätigungsglied 106 kann zu der Platte 110 mit dem Film 108 in einer korrekten Position auf der Platte 110 flach gebondet werden, sodass Teile außer dem vibrierenden Teil nicht vibrieren. Somit ändert sich die Vibrationscharakteristik des Betätigungsgliedes 106 nicht, wenn das Betätigungsglied 106 zu der Platte 110 gebondet wird.
Die Platte 110 ist kreisförmig, die Öffnung 114 ist zylindrisch und das Betätigungsglied 106 und der Film 108 sind rechteckig. Die Führungen 104a und 104b, das Betätigungsglied 106, der Film 108 und die Platte 110 können von der Basis 102 abnehmbar sein. Die Basis 102, die Führungen 104a und 104b, das Betätigungsglied 106, der Film 108 und die Platte 110 sind in Bezug auf die Mittelachse des Überwachungsmoduls 100 symmetrisch. Die Basis 102, das Betätigungsglied 106, der Film 108 und die Platte 110 sind im wesentlichen mit der Mittelachse des Überwachungsmoduls 100 ausgerichtet.
Die Öffnung 114 hat eine Querschnittsfläche, die größer als die Fläche des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106 ist. Es ist eine Öffnung 112 in einem zentralen Teil der Platte 110 in Ausrichtung mit dem vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 ausgebildet. Wie in 1 und 2 gezeigt, hat das Betätigungsglied 106 einen Hohlraum 162. Die Öffnung 112 und der Hohlraum 162 bilden einen Tintenspeicherraum. Vorzugsweise ist die Stärke der Platte 110 kleiner als der Durchmesser der Öffnung 112 angesichts einer Reduzierung der Wirkung von Resttinte. Z. B. ist es wünschenswert, dass die Tiefe der Öffnung 112 1/3 des Durchmessers der gleichen oder darunter ist. Die Öffnung 112 ist im wesentlichen vollständig rund mit einer Mittelachse, die mit der Mittelachse des Überwachungsmoduls 100 ausgerichtet ist. Die Fläche der Öffnung 112 ist größer als die Fläche des offenen Endes des Hohlraums 162 des Betätigungsgliedes 106. Die Öffnung 112 kann kegelförmig oder gestuft sein.
Das Überwachungsmodul 100 ist an einer Seitenwand, der oberen Wand oder der Bodenwand des Tintenbehälters 1 angebracht, sodass die Öffnung 112 in das Innere des Tintenbehälters 1 öffnet. Wenn die Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter enthalten ist, verbraucht ist, und die Flüssigkeit aus einem Raum um das Betätigungsglied 106 verschwindet, ändert sich die Re sonanzfrequenz des Betätigungsgliedes 106 stark, und dadurch kann die Änderung des Pegels der Flüssigkeit erfasst werden.
7 ist eine Schnittansicht einer Seitenwand des Tintenbehälters 1 und des Überwachungsmoduls 100, angepasst in eine Öffnung, die in der Seitenwand ausgebildet ist. Ein O-Ring 365 wird zwischen der Seitenwand des Tintenbehälters 1 und dem Überwachungsmodul 100 gehalten, um die Lücke zwischen dem Überwachungsmodul 100 und dem Tintenbehälter 1 auf eine flüssigkeitsdichte Weise abzudichten. Es ist wünschenswert, dass das Überwachungsmodul 100 den zylindrischen Teil 116 hat (5), um den O-Ring zum Abdichten zu verwenden.
Somit ragt ein Endteil des Überwachungsmoduls 100 in den Tintenbehälter 1, und die Flüssigkeit, die in dem Tintenbehälter 1 enthalten ist, fließt durch die Öffnung 112 der Platte 110 in den Hohlraum 162 des Betätigungsgliedes 106, um den vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 zu befeuchten. Die Resonanzfrequenz der Restvibration des Betätigungsgliedes 106, wenn das vibrierende Teil des Betätigungsgliedes der Flüssigkeit ausgesetzt ist, und die des gleichen, wenn das vibrierende Teil Luft ausgesetzt ist, sind unterschiedlich. Deshalb kann die Bedingung eines Verbrauchs der Flüssigkeit durch die Messung der Resonanzfrequenz der Restvibration des Betätigungsgliedes 106 durch das Überwachungsmodul 100 erfasst werden.
8 ist eine Perspektivansicht einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die mit Tintenpatronen 180 versehen ist, jede mit dem Betätigungsglied 106 versehen, das in 1A, 1B und 1C gezeigt wird. Die Tintenpatronen 180 sind an der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung montiert, versehen mit einer Vielzahl von Tintenzuführungseinheiten 182 jeweils entsprechend der Vielzahl von Tintenpatronen 180, und einem Halter 184, der die Tintenzuführungseinheiten 182 hält. Die Tin tenpatronen 180 enthalten jeweils Tinten unterschiedlicher Qualitäten, wie etwa Tinten unterschiedlicher Farben. Jede der Tintenpatronen 180 ist in ihrer Bodenwand mit dem Betätigungsglied 106 versehen, das zum Erfassen mindestens einer akustischen Impedanz fähig ist. Die Menge der Tinte, die in der Tintenpatrone 180 verbleibt, kann durch das Betätigungsglied 106 gemessen werden, das an der Tintenpatrone 180 angebracht ist.
9 ist eine explodierte Perspektivansicht der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die einen Aufzeichnungskopf und periphere Komponenten zeigt. Die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung hat die Tintenzuführungseinheiten 182, den Halter 184, eine Kopfplatte 186 und eine Düsenplatte 188, die mit einer Vielzahl von Tintenausstoßdüsen 190 versehen ist.
Jede der Tintenzuführungseinheiten 182 hat einen Luftauslass 181 und einen Tinteneinlass 183. Luft strömt durch den Luftauslass 181 in die Tintenpatrone 180. Die Tinte fließt aus der Tintenpatrone 180 durch den Tinteneinlass 183 in die Tintenzuführungseinheit 182.
Jede Tintenpatrone 180 hat einen Lufteinlass 185 und einen Tintenauslass 187. Luft strömt durch den Luftauslass 181 der Tintenzuführungseinheit 182 und den Lufteinlass 185 in die Tintenpatrone 180. Die Tinte fließt aus der Tintenpatrone 180 durch den Tintenauslass 187 und den Tinteneinlass 183 der Tintenzuführungseinheit 182 in die Tintenzuführungseinheit 182. Luft strömt durch den Lufteinlass 185 in die Tintenpatrone 180, um den Fluss der Tinte aus der Tintenpatrone 180 in die Tintenzuführungseinheit 182 zu fördern. Der Halter 184 lenkt die Tinte, die von der Tintenpatrone 180 in die Tintenzuführungseinheit 182 zugeführt wird, zu der Kopfplatte 186.
10 ist ein Blockdiagramm eines wesentlichen Teils der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform. Bezug nehmend auf 10 ist jede Tintenpatrone 180 mit dem Betätigungsglied 106 versehen. Mindestens ein Teil des vibrierenden Teils des Betätigungsgliedes 106 kann dem Innenraum der Tintenpatrone 180 ausgesetzt sein. Der vibrierende Teil des Betätigungsgliedes 106 wird für eine Vibration durch das Ansteuersignal angesteuert. Das Betätigungsglied 106 ist zum Generieren eines Spannungssignals fähig, das die gegenelektromotorische Kraft darstellt, die durch die Vibration des vibrierenden Teils generiert wird.
Eine Steuervorrichtung 200 ist ein Computer zum Steuern der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung. Die Steuervorrichtung 200 kann entweder eine interne Einrichtung sein, die mit der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung kombiniert ist, oder eine externe Einrichtung, wie etwa ein externer Computer, die mit der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung durch Kommunikationsleitungen verbunden ist. Programme, die einige der Funktionen der Steuervorrichtung 200 spezifizieren, können auf einem Aufzeichnungsmedium 203 gespeichert sein, wie etwa einer Kompaktdisk, und das Aufzeichnungsmedium 203 kann in eine Eingabeeinrichtung 204 geladen werden, wie etwa ein CD-Laufwerk.
Die Steuervorrichtung 200 hat eine Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinheit 205 zum Bestimmen der Menge der Tinte, die in einem Raum verbleibt, der dem vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 gegenüberliegt. Die Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinheit 205 bestimmt die Menge der Tinte, die in der Patrone 180 verbleibt, durch Zuführen eines Ansteuersignals zu dem Betätigungsglied 106, um das vibrierende Teil für eine Vibration anzusteuern, und Messen der Resonanzfrequenz der Restvibration des vibrierenden Teils, folgend der Vibration, die durch das Ansteuersignal verursacht wird.
Die Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinheit 205 inkludiert eine Zähleinheit 212, die zum Zählen der Impulse eines Restvibrationssignals, das durch die Restvibration generiert wird, und zum Messen einer Zeitperiode, die zum Zählen einer vorbestimmten Zahl von Impulsen notwendig ist, fähig ist. Die Zähleinheit 212 ist mit drei Zählern versehen, d. h. einem ersten Zähler 300, einem zweiten Zähler 301 und einem dritten Zähler 302. Die Zähler 300, 301 und 302 starten jeweils ein Zählen der Impulse in unterschiedlichen Startzeitpunkten. Somit werden die Impulse dreimal gezählt.
Die Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinheit 205 inkludiert eine Fehlererfassungseinrichtung 213. Die Fehlererfassungseinrichtung 213 entscheidet, dass die Operation der Zähleinheit 212 zum Zählen der Impulse fehlerhaft ist, wenn die Differenzen zwischen den gemessenen Zeitperioden größer als eine zulässige Grenze sind.
Vorzugsweise ist die Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinheit 205 zum Entscheiden fähig, ob der Pegel der Tinte einen Pegel entsprechend dem vibrierenden Teil des Betätigungsgliedes 106 passiert hat oder nicht, durch Verwenden einer Tatsache, dass die Resonanzfrequenz des Restvibrationssignals in einem Zustand, wie in 2(E) gezeigt, wo die Tinte in dem Hohlraum 162 vorhanden ist und in dem Raum um den Hohlraum 126 nicht vorhanden ist, und die in einem Zustand, wie in 2(C) gezeigt, wo sowohl der Hohlraum 162 als auch der Raum um den Hohlraum 162 mit der Tinte aufgefüllt sind, verschieden sind.
Die Steuervorrichtung 200 inkludiert ferner eine Druckeinheitensteuervorrichtung 207 zum Steuern einer Druckeinheit 206, eine Druckdatenspeichereinheit 208 und eine Mengeninformationsbereitstellungseinheit 209. Die Mengeninformationsbereit stellungseinheit 209 gibt Mengeninformation über die Menge, die durch die Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinheit 205 bestimmt wird, zu einer Anzeige 210 und einem Lautsprecher 211, um den Benutzer über die Menge der Tinte zu informieren. Z. B. zeigt die Anzeige 210 ein Diagramm an, das die Bedingung vom Verbrauch der Tinte anzeigt, und der Lautsprecher strahlt einen Informationston oder eine synthetische Sprache aus, die die Menge der Resttinte angibt. Durch synthetische Sprache kann eine richtige Anleitung gegeben werden.
Information über die Bedingung des Verbrauchs der Tinte kann als Reaktion auf eine Anforderung, die durch den Benutzer durchgeführt wird, vorgesehen werden, kann periodisch vorgesehen werden oder kann beim Auftreten eines spezifischen Ereignisses vorgesehen werden, wie etwa dem Start der Druckoperation. Die Information über die Bedingung des Verbrauchs der Tinte kann auf die Verringerung der Menge der Resttinte unter eine vorbestimmte Schwelle entsprechend der Erschöpfung der Tinte hin automatisch vorgesehen werden.
11 ist ein Schaltungsdiagramm der Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinheit 205. Die Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinheit 205 inkludiert die drei Zähler 300, 301 und 302, und die Fehlererfassungseinrichtung 213. Die Fehlererfassungseinrichtung 213 betrachtet das niederwertigste Bit als einen Messfehler und ignoriert das selbe.
12 und 13 sind Wellenformdiagramme zur Unterstützung einer Erläuterung der Operationen einer Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, inkludierend das Betätigungsglied 106 und die Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinheit 205. 12 zeigt Signale, die vorgesehen werden, wenn die Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinheit 205 die Menge der Tinte korrekt bestimmt, und 13 zeigt Signale, die vorgesehen werden, wenn die Flüs sigkeitsmengen-Bestimmungseinheit 205 die Menge der Tinte nicht korrekt bestimmt. In 13 inkludiert ein Betätigungsgliedausgangssignal, das durch das Betätigungsglied 106 vorgesehen wird, Rauschen.
Wie in 12 und 13 gezeigt, werden erste vier aufeinanderfolgende Impulse eines Ausgangssignals eines Komparators ignoriert, da sich die Wellenform der Ausgabe des Betätigungsgliedes 106 noch nicht stabilisiert hat. Der erste Zähler 300 misst eine Zeitperiode entsprechend zwei Impulsen von dem fünften Impuls, der zweite Zähler 301 misst eine Zeitperiode entsprechend zwei Impulsen von dem sechsten Impuls, und der dritte Zähler misst eine Zeitperiode entsprechend zwei Impulsen von dem siebten Impuls.
Somit werden die Startzeitpunkte, in denen die drei Zähler 300, 301 und 302 jeweils ein Zählen von Impulsen starten, derart bestimmt, dass sich die Zeitperioden, die durch den ersten Zähler 300 und den dritten Zähler 302 gemessen werden, einander nicht überlappen, und die Zeitperiode, die durch den zweiten Zähler 301 gemessen wird, beide Zeitperioden, die jeweils durch den ersten Zähler 300 und den dritten Zähler 302 gemessen werden, überlappt.
Wie aus 12 offensichtlich ist, sind, wenn die Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinheit 205 die Menge der Tinte korrekt bestimmt, die Zeitperioden, die jeweils durch die drei Zähler 300, 301 und 302 gemessen werden, einander gleich. Wie aus 13 offensichtlich ist, sind, wenn das Restvibrationssignal, das durch das Betätigungsglied 106 bereitgestellt wird, Rauschen inkludiert, die Zeitperioden, die jeweils durch die drei Zähler 300, 301 und 302 gemessen werden, voneinander verschieden.
Wenn die Differenzen zwischen den Zeitperioden, die durch die Zähler 300, 301 und 302 gemessen werden, nicht größer als eine vorbestimmte zulässige Fehlergrenze sind, ist deshalb das gemessene Ergebnis zuverlässig. Wenn andererseits die Differenzen zwischen den Zeitperioden, die durch die Zähler 300, 301 und 302 gemessen werden, größer als die vorbestimmte zulässige Fehlergrenze sind, wird entschieden, dass die Messung durch Rauschen beeinflusst ist.
14 ist ein Flussdiagramm einer Flüssigkeitsmengen-Bestimmungsprozedur, die durch die Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinheit 205 auszuführen ist, und 15 ist ein Flussdiagramm einer Zählprozedur, die in Schritt S3 der in 14 gezeigten Flüssigkeitsmengen-Bestimmungsprozedur auszuführen ist.
Bezug nehmend auf 14 wird in Schritt S1 ein Operationsstartsignal zu der Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung gegeben. Dann wird in Schritt S2 ein Neumessungsflag auf TIEF gesetzt, und in Schritt S3 wird eine Zählprozedur gestartet. In Schritt S4 wird eine Abfrage durchgeführt um zu sehen, ob in der Zähloperation irgendein Fehler aufgetreten ist. Falls die Antwort in Schritt S4 negativ ist, geht das Programm für ein normales Ende zu Schritt S5.
Falls die Antwort in Schritt S4 bestätigend ist, wird in Schritt S6 eine Abfrage durchgeführt um zu sehen, ob das Neumessungsflag auf TIEF gesetzt ist. Falls die Antwort in Schritt S6 negativ ist, wird in Schritt S7 entschieden, dass die Erfassung fehlgeschlagen ist. Falls die Antwort in Schritt S6 bestätigend ist, wird das Neumessungsflag in Schritt S8 auf HOCH gesetzt, und in Schritt S9 wird eine Abfrage durchgeführt um zu sehen, ob der Schlitten gestoppt ist. Falls der Schlitten nicht gestoppt ist, wartet das Programm in Schritt S10, bis der Schlitten gestoppt ist. Falls der Schlitten gestoppt ist, wird in Schritt S11 eine Abfrage durchgeführt um zu sehen, ob die Tintenausstoßoperation gestoppt ist. Falls die Tintenausstoßoperation nicht gestoppt ist, wartet das Programm in Schritt S12, bis die Tintenausstoßoperation gestoppt ist. Falls die Tintenausstoßoperation gestoppt ist, kehrt das Programm zur Schritt S3 zurück, um die Zählprozedur erneut auszuführen.
In 15, die die Zähloperation zeigt, zeigt das Zeichen α die Zahl von Impulsen an, die ignoriert werden, bevor der erste Zähler 300 Zählen startet, das Zeichen β zeigt die Zahl von Impulsen an, die in einer Periode vorgesehen werden, nachdem der erste Zähler 300 Zählen gestartet hat und bevor der zweite Zähler 301 Zählen startet, das Zeichen γ zeigt die Zahl von Impulsen an, die in einer Zeitperiode vorgesehen werden, nachdem der erste Zähler 300 Zählen gestartet hat und bevor der dritte Zähler 302 Zählen startet, und das Zeichen δ zeigt die Zahl von Impulsen an, die durch die Zähler 300, 301 und 302 zu zählen sind.
Bezug nehmend auf 15 wird der erste Zähler 300 in Schritt S20 abgefragt um zu sehen, ob die Zahl von Impulsen α erreicht hat. Falls die Antwort in Schritt S20 bestätigend ist, startet der erste Zähler 300 in Schritt S21 Zählen von Impulsen. In Schritt S22 wird eine Abfrage durchgeführt um zu sehen, ob die Zahl von Impulsen α + δ erreicht hat. Falls die Antwort bestätigend ist, wird der erste Zähler 300 in Schritt S23 gestoppt.
Der zweite Zähler 301 wird in Schritt S30 abgefragt um zu sehen, ob die Zahl von Impulsen α + β erreicht hat. Falls die Antwort bestätigend ist, startet der zweite Zähler 301 in Schritt S31 Zählen von Impulsen. In Schritt S32 wird eine Abfrage durchgeführt um zu sehen, ob die Zahl von Impulsen α + β + δ erreicht hat. Falls die Antwort bestätigend ist, wird der zweite Zähler 301 in Schritt S33 gestoppt.
Der dritte Zähler 302 wird in Schritt S40 abgefragt um zu sehen, ob die Zahl von Impulsen α + γ erreicht hat. Falls die Antwort bestätigend ist, startet der dritte Zähler 302 in Schritt S41 Zählen von Impulsen. In Schritt S42 wird eine Abfrage durchgeführt um zu sehen, ob die Zahl von Impulsen α + γ + δ erreicht hat. Falls die Antwort bestätigend ist, wird der dritte Zähler 302 in Schritt S43 gestoppt.
Nachdem alle Zähler 300, 301 und 302 gestoppt wurden, wird in Schritt S50 eine Abfrage durchgeführt um zu sehen, ob die jeweiligen signifikanten Bits hoher Ordnung von Signalen, die durch die Zähler 300, 301 und 302 vorgesehen werden, miteinander übereinstimmen. In Schritt S51 wird ein Fehlerauftrittsignal generiert, falls die Antwort negativ ist, oder die Zählprozedur wird beendet, falls die Antwort bestätigend ist.
Wie aus der vorangehenden Beschreibung offensichtlich ist, zählt gemäß der vorliegenden Erfindung die Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinheit die Impulse des Restvibrationssignals, das durch das Betätigungsglied generiert wird, mindestens dreimal, misst die Zeitperioden, die jede zum Zählen der vorbestimmten Zahl von Impulsen notwendig ist, und entscheidet, dass die Messung inkorrekt ist, wenn die Differenzen zwischen den Zeitperioden größer als die vorbestimmte zulässige Grenze sind. Somit ist die Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung in der Lage, den Pegel der Flüssigkeit mit Zuverlässigkeit sogar in einer Umgebung zu überwachen, wo es wahrscheinlich ist, dass die Ausgabe des Betätigungsgliedes Rauschen inkludiert. Die Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung ist insbesondere in einer Anwendung effektiv, um die Menge der Tinte zu überwachen, die in einer Tintenpatrone enthalten ist, die in eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung geladen ist, da die Operation des Schlittens, der mit dem Aufzeichnungskopf montiert ist, und die Tintenausstoßoperation wahrscheinlich Rauschen in das Ausgangssignal des Betätigungsgliedes einführen.
Obwohl die Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführungsform mit einem gewissen Maß von Besonderheit beschrieben wurde, sind offensichtlich viele Änderungen und Variationen darin möglich. Es ist deshalb zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung anders als hierin speziell beschrieben praktiziert werden kann, ohne von dem Bereich davon abzuweichen.

Claims

Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung, umfassend: eine piezoelektrische Einrichtung (106), die ein Vibrationsteil (176) aufweist, das in der Lage ist, zumindest teilweise einem eine Flüssigkeit enthaltenden Raum (162) zum Halten einer Flüssigkeit ausgesetzt zu sein, wobei die piezoelektrische Einrichtung (106) in der Lage ist, das Vibrationsteil (176) durch ein gegebenes Treibersignal zu vibrieren, und ein Signal zu erzeugen, das eine elektromotorische Gegenkraft darstellt, die durch eine Vibration des Vibrationsteils erzeugt wird; und gekennzeichnet durch eine Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinrichtung (205) zum Bestimmen einer Menge einer Flüssigkeit, die in dem die Flüssigkeit enthaltenden Raum verbleibt, welchem das Vibrationsteil ausgesetzt ist, auf der Grundlage einer Resonanzfrequenz eines Restvibrationssignals, das aus der piezoelektrischen Einrichtung (106) aufgrund einer Restvibration des Vibrationsteils (176) ausgegeben wird, nachdem das Vibrationsteil durch das Treibersignal vibriert worden ist; wobei die Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinrichtung (205, 212) eine Anzahl von Pulsen zählt, die in dem Restvibrationssignal eingeschlossen sind, um dadurch zu einem Startzeitpunkt zu gelangen, eine Zeitperiode misst, die notwendig zum Zählen einer vorbestimmten Anzahl von Pulsen nach einem Starten eines Zählens der Pulse zu dem Startzeitpunkt misst, und die Menge der Flüssigkeit auf der Grundlage der Zeitperiode bestimmt, die gemessen worden ist; und wobei die Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinrichtung (205, 212, 213) einen Pulszählbetrieb zum Zählen (300, 301, 302) der vorbestimmten Anzahl von Pulsen mit unterschiedlichen Startzeitpunkten wiederholt und entscheidet, dass eine Messung unkorrekt ist, wenn Unterschiede zwischen den Zeitperioden, die von den Pulszählbetriebsschritten gemessen werden, größer als eine vorbestimmte zugelassen Grenze sind.
Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Pulszählbetrieb zumindest drei Mal wiederholt wird; und wobei die Startzeitpunkte, wenn der Pulszählbetrieb für erste, zweite und dritte Pulszählzyklen zu starten ist, so bestimmt werden, dass eine Zeitperiode, die zum Zählen der vorbestimmten Anzahl von Pulsen in dem ersten Pulszählzyklus notwendig ist, und eine Zeitperiode, die zum Zählen der vorbestimmten Anzahl von Pulsen in dem dritten Pulszählzyklus notwendig ist, einander nicht überlappen, und eine Zeitperiode, die zum Zählen der vorbestimmten Anzahl von Pulsen in dem zweiten Pulszählzyklus notwendig ist, die Zeitperioden überlappt, die zum Zählen der vorbestimmten Anzahl von Pulsen in den ersten und dritten Pulszählzyklen notwendig sind.
Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinrichtung die Zeitperioden wieder misst, die jeweils notwendig zum Zählen der vorbestimmten Anzahl von Pulsen sind, wenn beurteilt wird, dass die Messung unkorrekt ist.
Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Flüssigkeit in einem Tintenbehälter (1; 180) für einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf enthalten ist, wobei die piezoelektrische Einrichtung (106) mit dem Tintenbehälter derart kombiniert ist, dass zumindest ein Teil des Vibrationsteils der piezoelektrischen Einrichtung (106) einer Tintenkammer ausgesetzt ist, die in dem Tintenbehälter enthalten ist; und wobei die Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinrichtung die Zeitperioden wieder misst, die jeweils notwendig zum Zählen der vorbestimmten Anzahl von Pulsen sind, während ein Schlitten, der den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf hält, angehalten wird, wenn beurteilt wird, dass die Messung unkorrekt ist.
Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinrichtung die Zeitperioden wieder misst, die jeweils notwendig zum Zählen der vorbestimmten Anzahl von Pulsen sind, während ein Tintenausstoßbetrieb des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs angehalten wird, wenn beurteilt wird, dass die Messung unkorrekt ist.
Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Flüssigkeit in einem Tintenbehälter für einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf enthalten ist, wobei die piezoelektrische Einrichtung mit dem Tintenbehälter mit zumindest einem Teil der Vibrationseinheit davon kombiniert ist, die einer Tintenkammer ausgesetzt ist, die in dem Tintenbehälter gebildet ist; und wobei die Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinrichtung wieder die Zeitperioden misst, die jeweils notwendig zum Zählen der vorbestimmten Anzahl von Pulsen sind, während ein Tintenausstoßbetrieb des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs angehalten wird, wenn beurteilt wird, dass die Messung unkorrekt ist.
Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinrichtung in der Lage ist, zu bestimmen, ob ein Pegel der Flüssigkeit eine Position passierte oder nicht, wo das Vibrationsteil positioniert ist, auf der Grundlage einer Änderung einer Resonanzfrequenz des Restvibrationssignals, die auftritt, wenn der Pegel der Flüssigkeit die Vibrationseinheit passiert.
Flüssigkeitsaufnahmevorrichtung, umfassend: die Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1; einen Flüssigkeitsbehälter (1), der mit der piezoelektrischen Einrichtung (106) der Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung kombiniert ist; und eine Flüssigkeitsaufnahmeeinheit, die eine Flüssigkeit aufnimmt, die von dem Flüssigkeitsbehälter zugeführt wird.
Computerlesbares Aufzeichnungsmedium (203), das ein Programm speichert, das von einem Computersystem auszuführen ist, das zumindest einen Computer einschließt, wobei das Programm die Funktionen der Flüssigkeitsmengen-Bestimmungseinrichtung der Flüssigkeitsmengen-Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 verwirklicht.