JP2006327203A - 液体消費状態検知方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、液体容器に装着された圧電装置に生じる残留振動を検出することで液体容器内の液体の消費状態を検知する液体消費状態検知方法であって、圧電装置を駆動した後、所定の間隔を置いた後の残留振動の周波数を検出することで、液体の消費状態を計測する。
【選択図】図5
Description
fs=1/(2*π*(M*Cact)1/2) (式1)
で表される。ここで、Mは振動部のイナータンスMactと付加イナータンスM’との和である。Cactは振動部のコンプライアンスである。
Mact=Mpzt+Melectrode1+Melectrode2+Mvib (式2)
と表される。ここで、Mpztは、振動部における圧電層160の厚さと圧電層160の密度との積を圧電層160の面積で除したものである。Melectrode1は、振動部における上部電極164の厚さと上部電極164の密度との積を上部電極164の面積で除したものである。Melectrode2は、振動部における下部電極166の厚さと下部電極166の密度との積を下部電極166の面積で除したものである。Mvibは、振動部における振動板176の厚さと振動板176の密度との積を振動板176の振動領域の面積で除したものである。ただし、Mactを振動部全体としての厚さ、密度および面積から算出することができるように、本実施例では、圧電層160、上部電極164、下部電極166および振動板176の振動領域のそれぞれの面積は、上述のような大小関係を有するものの、相互の面積の差は微小であることが好ましい。また、本実施例において、圧電層160、上部電極164および下部電極166においては、それらの主要部である円形部分以外の部分は、主要部に対して無視できるほど微小であることが好ましい。従って、アクチュエータ106において、Mactは、上部電極164、下部電極166、圧電層160および振動板176のうちの振動領域のそれぞれのイナータンスの和である。また、コンプライアンスCactは、上部電極164、下部電極166、圧電層160および振動板176のうちの振動領域によって形成される部分のコンプライアンスである。
1/Cact=(1/Cpzt)+(1/Celectrode1)+(1/Celectrode2)+(1/Cvib) (式3)
式2および式3より、図2(A)は、図2(B)のように表すこともできる。
M’max=(π*ρ/(2*k3))*(2*(2*k*a)3/(3*π))/(π*a2)2 (式4)
(aは振動部の半径、ρは媒体の密度、kは波数である。)
で表される。尚、式4は、アクチュエータ106の振動領域が半径aの円形である場合に成立する。付加イナータンスM’は、振動部の付近にある媒体の作用によって、振動部の質量が見かけ上増加していることを示す量である。式4からわかるように、M’maxは振動部の半径aと、媒体の密度ρとによって大きく変化する。
k=2*π*fact/c (式5)
(factは液体が触れていないときの振動部の共振周波数である。cは媒体中を伝播する音響の速度である。)
で表される。
M’=ρ*t/S (式6)
と表せる。tは、振動にかかわる媒体の厚さである。Sは、アクチュエータ106の振動領域の面積である。この振動領域が半径aの円形の場合は、S=π*a2である。従って、付加イナータンスM’は、液体容器に液体が十分に収容され、アクチュエータ106の振動領域の周辺に液体が満たされている場合には、式4に従う。一方で、液体が消費され、キャビティ162内に液体が残留しつつアクチュエータ106の振動領域の周辺にある液体が気体または真空になった場合には、式6に従う。
M’cav=ρ*d/S (式7)
となる。
M’=M’air+M’ink= ρair*tair/S+ρink*tink/S (式8)
となる。ここで、M’airは空気のイナータンスであり、M’inkはインクのイナータンスである。ρairは空気の密度であり、ρinkはインクの密度である。tairは振動にかかわる空気の厚さであり、tinkは振動にかかわるインクの厚さである。アクチュエータ106の振動領域周辺における振動にかかわる媒体のうち、液体が減少して気体が増加するに従い、アクチュエータ106がインクの液面に対しほぼ水平に配備されている場合には、tairが増加し、tinkが減少する。それによって、M’varが徐々に減少し、共振周波数が徐々に増加する。よって、インクタンク内に残存しているインクの量またはインクの消費量を検出することができる。尚、式7において液体の密度のみの式となっているのは、液体の密度に対して、空気の密度が無視できるほど小さい場合を想定しているからである。
1/M’=1/M’air+1/M’ink=Sair/(ρair*tair)+Sink/(ρink*tink) (式9)
となる。
M’max>ρ*d/πa2 (式10)
である。式10を展開すると
a/d>3*π/8 (式11)
という条件が求められる。尚、式10、式11は、キャビティ162の形状が円形の場合に限り成立する。円形でない場合のM’maxの式を用い、式10中のπa2をその面積と置き換えて計算すれば、キャビティの幅および長さ等のディメンジョンと深さの関係が導き出せる。
1a・・・底面
1b・・・側壁
1c、940a・・・貫通孔
1d、・・・側面
1e、1f・・・段差部
1g、1h・・・溝
2・・・インク供給口
67・・・板材
68・・・フロート
71・・・接着剤層
72、80、178・・・基板
73、82、圧電振動板
74、75・・・インク吸収体
76・・・パッキン
77・・・カシメ孔
81・・・凹部
100、400,500、700・・・モジュール体
101、401、501・・・液体容器取付部
102・・・基台
104、362・・・リードワイヤ
105、405、505・・・圧電装置装着部
106、650、660、670・・・アクチュエータ
108・・・フィルム
110・・・プレート
112、412、370・・・貫通孔
113・・・凹部
114・・・開口部
116・・・円柱部
160・・・圧電層
162・・・キャビティ
164・・・上部電極
166・・・下部電極
168・・・上部電極端子
170・・・下部電極端子
172・・・補助電極
174・・・圧電素子
176・・・振動板
180・・・インクカートリッジ
181・・・空気供給口
182・・・インク導入部
183・・・インク導入口
184・・・ホルダー
185・・・空気導入口
186・・・ヘッドプレート
187・・・インク供給口
188・・・ノズルプレート
190・・・ノズル
192・・・防波壁
194・・・インク容器
194a・・・底面
194b・・・側壁
194c・・・上面
212・・・隔壁
213、213a、213b・・・収容室
214・・・バッファ
216、216a、216b・・・多孔質部材
220・・・インクカートリッジ
222・・・第1の隔壁
224・・・第2の隔壁
225a・・・第1の収容室
225b・・・第2の収容室
227・・・毛管路
228・・・逆止弁
230・・・インク供給口
232・・・弁
232a・・・羽根
233・・・通気孔
235・・・バネ
242・・・多孔質部材
250・・・キャリッジ
252・・・記録ヘッド
254・・・インク供給針
256・・・サブタンクユニット
258、258’・・・凸部
260、260’・・・弾性波発生手段
262・・・インク室
266・・・膜弁
270・・・弁体
272・・・インクカートリッジ
274・・・容器
274a・・・底面
274b・・・側面
276・・・インク供給口
278・・・凹部
280、280’・・・ゲル化材
282・・・パッキン
284・・・バネ
286・・・弁体
288・・・半導体記憶手段
290・・・容器
290a・・・底面
292、294、296・・・インク室
298、300、302・・・インク供給口
304、306、308・・・ゲル化材
310、312、314・・・凹部
316・・・板材
318・・・フロート
350・・・取付プレート
360・・・液体容器取付部
364・・・モールド部
372・・・シーリング構造
402、502・・・基台
403、503・・・円柱部
404、504・・・リードワイヤ
408、508・・・フィルム
410、510・・・プレート
413、513・・・凹部
414、514・・・開口部
600・・・モールド構造体
606・・・アクチュエータ
610・・・回路基板
612・・・端子
940、941・・・グリーンシート
942、944・・・導電層
944’・・・接続部
947、948・・・スペーサ部材
Δh1、Δh2・・・液面の変化
K・・・インク
Claims (14)
- 液体容器に装着された圧電装置に生じる残留振動を検出することで前記液体容器内の液体の消費状態を検知する液体消費状態検知方法であって、前記圧電装置を駆動した後、所定の間隔を置いた後の前記残留振動の周波数を検出することで、前記液体の消費状態を計測することを特徴とする液体消費状態検知方法。
- 前記圧電装置に生じる残留振動の周波数を検出することで、前記液体容器内の液体の消費状態を検知する請求項1に記載の液体消費状態検知方法。
- 前記圧電装置が装置周囲の液体の共振周波数を検出することで、前記液体容器内の液体の消費状態を検知することを特徴とする請求項1に記載の液体消費状態検知方法。
- 前記圧電装置を駆動後、前記圧電装置が数回振動した後に、前記液体の消費状態を検知することを特徴とする請求項1に記載の液体消費状態検知方法。
- 前記圧電装置が振動する振動周波数が、非可聴領域の周波数であることを特徴とする請求項1に記載の液体消費状態検知方法。
- 前記圧電装置が振動する振動周波数が、ほぼ100kHzから600kHzの間の周波数であることを特徴とする請求項5に記載の液体消費状態検知方法。
- 前記圧電装置の残留振動の所定の複数のピーク間の時間を計測することにより、前記残留振動の周波数を算出し、前記周波数を用いて消費状態を検知することを特徴とする請求項1に記載の液体消費状態検知方法。
- 所定の時間内における前記圧電装置の残留振動のピーク数を計測することにより、前記残留振動の周波数を算出し、前記周波数を用いて消費状態を検知することを特徴とする請求項1に記載の液体消費状態検知方法。
- 前記圧電装置の残留振動によって発生する逆起電力の電圧レベルを計測することにより、液体の消費状態を検知することを特徴とする請求項1に記載の液体消費状態検知方法。
- 前記液体容器内の液体がフルの状態での残留振動の振動周波数の測定値を基準値として、前記液体容器内の液体が消費されている過程における残留振動の振動周波数の測定値を比較して液体の消費状態を判定することを特徴とする請求項1に記載の液体消費状態検知方法。
- 前記圧電装置の残留振動の複数の共振モードの振動周波数を検知することを特徴とする請求項1に記載の液体消費状態検知方法。
- 前記圧電装置の残留振動の第1の共振モードの振動周波数及び第2の共振モードの振動周波数を検知して、前記第1の共振モードの振動周波数及び前記第2の共振モードの振動周波数を1つのパターンとして認識することを特徴とする請求項11に記載の液体消費状態検知方法。
- 前記圧電装置が自ら発振し、発振によって生じる残留振動を検出することで前記液体容器内の液体の消費状態を検知する請求項1ないし12の液体消費状態検知方法。
- 前記液体容器が、インクジェット記録装置に用いられるインクカートリッジであることを特徴とする請求項1に記載の液体消費状態検知方法。
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