专利名称：印刷装置、印刷材料量检测方法
技术领域：
本发明涉及印刷装置，特别涉及对印刷装置上所安装的印刷材料储存容器内的印刷材料的量进行检测的方法。
背景技术：
安装在喷墨式印刷装置上的墨水储存容器具有用于检测残留墨水量的传感器。在传感器中例如使用压电元件，所述压电元件具有当施加电压会进行伸缩的性质。在向压电元件施加电压后，传感器会产生残留振动并根据该残留振动输出输出信号。当使用具有上述压电元件的传感器来检测墨水量时，印刷装置可以通过对压电元件施加电压并测量从传感器输出的输出信号的频率来判断墨水储存容器内是否残留有墨水。具体地说，印刷装置可以通过测量包含在输出信号中的传感器的振动频率来判断墨水储存容器内是否残留有墨水。
通过使施加于压电元件的电压的频率为传感器和储存在墨水储存容器内的墨水的共振频率，增大了传感器振动的振幅，从而提高了振动频率的测量精度。
专利文献1日本专利文献特开2003-39707号公报。
然而，墨水储存容器的传感器在制造过程中会产生制造误差，由于驱动传感器的驱动信号是恒定的，因此即使墨水储存容器内残留有等量的墨水，从传感器输出的输出信号也会有所差异。因此，根据传感器的制造误差、墨水的残留状态，有时压电元件振动的振幅会变小，从而难以使压电元件的振动频率稳定以高精度地进行测量。结果，产生了无法高精度地测量墨水储存容器内所储存的墨水量的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提高对墨水储存容器内所储存的墨水量的判断精度。
为了至少解决上述问题的一部分，作为第一方式，本发明提供一种对印刷材料储存容器内所储存的印刷材料的量进行测量的印刷装置。
本发明的印刷装置可装卸地安装有印刷材料储存容器，所述印刷材料储存容器具有存储器和用于检测所述印刷材料储存容器内所储存的印刷材料的量的压电元件，本发明的印刷装置包括取得单元，从所述存储器取得与用于驱动所述压电元件的驱动信号的频率相关的频率信息；提供单元，向所述压电元件提供根据所述频率信息而确定的频率的所述驱动信号；检测单元，在停止提供所述驱动信号后，对伴随所述压电元件的振动而输出的应答信号进行检测；测量单元，测量包含在所述应答信号中的所述压电元件的振动频率；以及判断单元，根据所述振动频率来判断所述印刷材料储存容器内是否存在所述印刷材料；所述驱动信号的频率是低于第1基准频率一定比率的第2基准频率的1/(2k+1)(k为1以上的任意整数)倍，所述第1基准频率是在所述印刷材料储存容器内不存在所述印刷材料时的所述压电元件的所述振动频率。
根据本发明的印刷装置，能够以低于第1基准频率一定比率的第2基准频率的1/(2k+1)倍的频率将驱动信号提供给压电元件，从而可以提高储存在印刷材料储存容器内的印刷材料的量的检测精度。
本发明的印刷装置也可以采用以下方式所述频率信息包含规定所述驱动信号的频率的驱动信号频率信息，所述提供单元以所述驱动信号频率信息所规定的频率向所述压电元件提供所述驱动信号。
根据本发明的印刷装置，可以容易地取得驱动信号的频率，从而可以减轻印刷装置的处理负荷。
本发明的印刷装置也可以采用以下方式所述频率信息包含规定所述第1基准频率的第1基准频率信息，所述印刷装置还包括第1确定单元，根据所述第1基准频率信息来计算所述第2基准频率，将所述计算出的第2基准频率的1/(2k+1)倍的数值确定为所述驱动信号的频率。
另外，本发明的印刷装置也可以采用以下方式所述频率信息包含规定所述第2基准频率的第2基准频率信息，所述印刷装置还包括第2确定单元，将所述第2基准频率信息所规定的所述第2基准频率的1/(2k+1)倍的数值确定为所述驱动信号的频率。
根据本发明的印刷装置，可以使用从印刷材料储存容器所具有的存储器取得的频率信息而容易地计算出适于检测印刷材料储存容器内所储存的印刷材料的量的驱动信号的频率。
作为第二方式，本发明提供一种对印刷材料储存容器内所储存的印刷材料的量进行检测的印刷装置。
本发明的印刷装置可装卸地安装有印刷材料储存容器，所述印刷材料储存容器具有压电元件，用于检测储存在所述印刷材料储存容器内的印刷材料的量；以及存储器，存储与包含在应答信号中的所述压电元件的振动频率相关的频率信息，当所述印刷材料储存容器内不存在所述印刷材料时，所述应答信号对提供给所述压电元件的驱动信号进行应答并从所述压电元件输出；本发明的印刷装置包括取得单元，从成为检测对象的所述印刷材料储存容器的所述存储器取得所述频率信息；存储单元，预先存储规定所述驱动信号的频率的驱动信号频率信息分别与分割可以取所述固有振动数的固有振动数范围而得到的多个振动数范围相关联的振动数范围信息；选择单元，在所述多个振动数范围中，选择包含所述频率信息所规定的所述振动频率的适合振动数范围；提供单元，以与所述适合振动数范围相关联的所述驱动信号频率信息所规定的所述驱动信号的频率，向所述印刷材料储存容器的所述压电元件提供所述驱动信号；检测单元，在停止提供所述驱动信号后，检测从所述压电元件输出的所述应答信号；测量单元，对包含在所述应答信号中的所述压电元件的振动频率进行测量；以及判断单元，根据所述振动频率来判断所述印刷材料储存容器内是否存在所述印刷材料；所述驱动信号的频率是低于所述各个振动数范围的最大频率一定比率的频率的1/(2k+1)(k为1以上的任意整数)倍的频率。
根据本发明的印刷装置，由于可以预先使驱动信号的频率与每个振动数范围相关联，因此当检测印刷材料储存容器内所储存的印刷材料的剩余量时，可以通过简单的构成，以适于印刷材料储存容器的驱动信号的频率向压电元件提供驱动信号。因此，通过使用本发明的印刷装置，可以提高印刷材料的量的检测精度。
在本发明中，上述各种方式可以酌情组合或省略一部分来应用。另外，除了上述印刷装置以外，本发明还可以构成为印刷装置的印刷材料检测方法、用于使印刷装置检测印刷材料剩余量的计算机程序、以计算机可以读取的方式来记录该计算机程序的记录介质等。无论何种构成，均可以酌情应用上述各种方式。作为计算机可以读取的记录介质，例如有软盘、CD-ROM、DVD-ROM、磁光盘、IC卡、硬盘等各种介质。
图1是示出第1实施例中的印刷系统的简要构成的说明图；图2是示出第1实施例中的印刷头单元的简要结构的说明图；图3是示出第1实施例中的主控制部的电气构成的说明图；图4是示出第1实施例中的辅助控制部和墨盒的电气构成的说明图；
图5A、图5B是例示第1实施例中的墨盒的结构的说明图；图6A、图6B是例示第1实施例中的传感器周边部分的结构的剖视图；图7是例示第1实施例中的压电元件的固有振动的波形的说明图；图8A、图8B是例示第1实施例中的墨盒的固有振动数的误差范围的说明图；图9是例示第1实施例中的可检测范围的说明图；图10是说明第1实施例中的墨水量判断处理的流程图；图11是对第1实施例中的驱动信号的生成进行说明的波形图；图12是说明第1实施例中的频率测量处理的时序图；图13是例示第2实施例中的主控制部的内部构成的说明图；图14是例示第2实施例中的频率表的说明图。
具体实施例方式
下面，根据实施例，参照相应的附图来说明本发明的实施方式。
A.第一实施例A1.系统构成使用图1来说明第一实施例的印刷系统的简要构成。图1是示出印刷系统的简要构成的说明图。印刷系统具有打印机20和计算机90。打印机20通过连接器80与计算机90连接。
打印机20具有副扫描传送机构、主扫描传送机构、印刷头控制机构、以及控制各个机构的主控制部40。副扫描传送机构具有送纸马达22和压纸卷轴26。副扫描传送机构通过将送纸马达的旋转传送给压纸卷轴而在副扫描方向上运送纸张P。主扫描传送机构具有托架马达32、皮带轮38、张紧设置在托架32与皮带轮38之间的驱动带36、以及与压纸卷轴26的轴并行设置的滑动轴34。滑动轴34可滑动地保持被固定在驱动带36上的托架30。托架马达32的旋转通过驱动带36传送给托架30。托架30沿着滑动轴34在压纸卷轴26的轴向(主扫描方向)上往复移动。印刷头控制机构具有装载在托架30上的印刷头单元60。印刷头控制机构驱动印刷头向纸张P喷射墨水。打印机20还具有操作部70，用户通过操作部70对打印机进行各种设定或确认打印机的状态。
印刷头单元60具有印刷头和墨盒安装部。在墨盒安装部中安装有6个墨盒100a～100f。印刷头单元60还具有辅助控制部50。
使用图2来说明印刷头单元60的结构和墨盒的简要结构。图2是示出印刷头单元60的简要结构的说明图。如图2所示，印刷头单元60具有安装墨盒100a～100f的墨盒安装部62和印刷头69。另外，印刷头单元60还具有图1所示的辅助控制部50(在图2中省略了图示)。
由于墨盒100b～100f与墨盒100a的结构相同，下面以墨盒100a为例进行说明，而省略对墨盒100b～100f的说明。如图2所示，墨水盒100a(在本实施例中，以后将简称为“墨盒”)具有筐体102；供墨口104，设置在筐体102的底部；传感器110，设置在筐体102的一个侧面的下方；端子板120，设置在筐体102的另一个侧面上；以及存储器130。
筐体102具有其内部储存墨水的墨水储存室103。墨水通过供墨口104排出。在传感器110上设有2个电极，端子板120具有与设置在传感器110上的2个电极连接的2个端子121、122。
墨盒100a的存储器130存储频率信息135，该频率信息135用于对墨盒100a内所储存的墨水的量的判断处理。频率信息135表示用于驱动墨盒100a的压电元件112的驱动信号的频率，在制造墨盒100a时被写入到存储器130中。后面将说明频率信息135。
墨盒安装部62具有安装各个墨盒的单独安装部62a～62f。单独安装部62a～62f分别具有墨水导入部64和端子板66。例如，当墨盒100a装载在单独安装部62a中时，墨盒100a的供墨口104插入到墨水导入部64中，将墨水导向单独安装部62a的印刷头69。另外，当墨盒100a装载在单独安装部62a中时，单独安装部62a的端子板66的2个端子67、68与设置在墨盒100a上的端子板120的2个端子121、122电连接。各个单独安装部62a～62f的端子板66的2个端子67、68与辅助控制部50电连接。即，辅助控制部50通过2个端子板66、120与各个墨盒100a～100f的传感器110电连接。
印刷头69包括多个喷嘴和多个压电元件，根据施加于各个压电元件的电压从各个喷嘴喷出墨滴，在纸张P上形成点(dot)。在本实施例中，压电元件采用压电陶瓷(piezo)元件。
A2.打印机的电路构成使用图3、图4来说明打印机20的电路构成。图3是示出本实施例中的主控制部40的电气构成的说明图。图4是示出本实施例中的辅助控制部50和墨盒100a的电气构成的说明图。
主控制部40具有CPU41、存储器43、生成时钟信号的振荡器44、与周边设备进行信号交换的周边设备输入输出部(PIO)45、驱动信号生成电路46、驱动缓冲器47、以及分配输出器48。所有这些均通过母线相连接。另外，母线49也与连接器连接，主控制部40通过母线49和连接器80与计算机90连接。通过上述连接，以上的各个构成要素可以相互交换数据。
驱动缓冲器47用作向印刷头69提供印刷头的on/off信号的缓冲器。分配输出器48以规定的定时将驱动信号生成电路46提供的驱动信号分配给印刷头69。
驱动信号生成电路46生成印刷头驱动信号PS和传感器驱动信号DS，所述印刷头驱动信号PS通过分配输出器48提供给印刷头69，所述传感器驱动信号DS通过辅助控制部50提供给墨盒100a～100f的传感器110的压电元件112。在本实施例中，后面的“驱动信号”是指传感器驱动信号。驱动信号生成电路46通过辅助控制部50将生成的驱动信号DS提供给传感器110。
具体地说，驱动信号生成电路46具有未图示的运算器、数字/模拟转换器(D/A转换器)、以及放大电路。运算器生成表示使用电压波形数据而应生成的电压的波形的数字信号。D/A转换器将生成的数字信号转换为模拟信号。放大电路放大模拟信号并生成具有期望波形的驱动信号。
辅助控制部50是与主控制部协作执行与墨盒100a～100f相关的处理的电路。图4选择性地示出了与墨盒100a～100f相关的处理中墨水量判断处理所需要的部分。如图4所示，辅助控制部50具有计算机51、3个开关SW1～SW3、放大部52。
计算机51具有CPU511、存储器513、接口514、以及用于与辅助控制部50内的构成要素和墨盒100a～100f进行信号交换的输入输出部(SIO)515。主控制部40的上述各个构成要素通过母线519相连接。计算机51通过接口514与主控制部40进行信号的交换。计算机51通过SIO515来控制3个开关SW1～SW3。另外，计算机51通过SIO515接收来自放大部52的输出。另外，计算机51通过SIO515从安装在墨盒安装部62中的墨盒100a～100f的存储器130取得存储在该存储器130中的频率信息135。
第1开关SW1是1通道(channel)的模拟第1开关。第1开关SW1的一个端子与主控制部40的驱动信号生成电路46连接，另一个端子与第2开关SW2和第3开关SW3连接。第1开关SW1被设定为在向传感器110提供驱动信号DS时为接通状态，在检测来自传感器110的应答信号RS时为关断状态。
第2开关SW2是6通道的模拟第1开关。第2开关SW2的一侧的1个端子与第1开关SW1和第3开关SW3连接，另一侧的6个端子与6个墨盒100a～100f的各自的传感器110的一个电极连接。各个传感器110的另一个电极接地。通过依次切换第2开关SW2来依次选择6个墨盒100a～100f。
第3开关SW3是1通道的模拟第1开关。第3开关SW3的一个端子与第1开关SW1和第2开关SW2连接，另一个端子与放大部52连接。第3开关SW3被设定为在向传感器110提供驱动信号DS时为接通状态，在检测来自传感器110的应答信号RS时为关断状态。
放大部52包括运算放大器，发挥比较器的功能，即对应答信号RS和基准电压Vref进行比较，当应答信号的电压高于基准电压Vref时输出HIGH信号，当应答信号RS的电压低于基准电压Vref时输出LOW信号。因此，来自放大部52的输出信号QC为仅由HIGH信号和LOW信号构成的数字信号。
CPU41计数从放大部52输出的输出信号QC，测量压电元件112的频率，并根据该频率来判断储存在墨盒中的墨水的量。后面将说明墨水量的判断处理。
A3.墨盒和传感器的详细结构使用图5A～图6B来说明墨盒和传感器的详细结构。图5A、图5B是例示墨盒的结构的正视图(图5A)和侧视图(图5B)。图6A和图6B是设置在墨盒上的传感器周边部分的剖视图。
如图5A和图5B所示，墨盒100a的筐体102具有储存墨水的多个储存室。主储存室MRM占储存室整体的容积的大部分。第1副储存室SRM1在底面与供墨口104连通。第2副储存室SRM2在底面附近与主储存室MRM连通。
图6A和图6B是从上方观察以图5B的A-A剖面剖切的传感器周边部分的剖视图。如图6A和图6B所示，传感器110具有压电元件112和传感器附加装置113。压电元件112具有压电部114和夹持压电部114的2个电极115、116，压电元件112设置在传感器附加装置113上。压电部114是强诱电体，例如由PZT(Pb(ZrxTil-x)O3)形成。在传感器附加装置113内，桥架流路BR形成为近似コ字的形状。传感器附加装置113在桥架流路BR和压电元件112之间的部分形成为薄膜状。通过如上构成，包括桥架流路BR的压电元件112的周边部分与压电元件112一起振动。
储存在墨盒100a内的墨水如图5A～图6B中的实线箭头所示那样流动。具体地说，储存在主储存室MRM内的墨水从底面附近流入第2副储存室SRM2。流入第2副储存室SRM2的墨水通过第2侧面孔76、传感器附加装置113的桥架流路BR、以及第1侧面孔75流入第1副储存室SRM1。流入第1副储存室SRM1的墨水通过供墨口104供应给印刷头单元60。
图6A示出了墨盒100a中存有规定量以上的墨水的状态(在本实施例中，以后称为“有墨水时”)。如图6A所示，有墨水时是在作为传感器110的一部分的传感器附加装置113内形成的桥架流路BR内充填有墨水的状态。换言之，有墨水时是在墨盒100a中设置传感器110的位置(墨水检测位置)处存在墨水，有墨水与传感器附加装置113的、由桥架流路BR和压电元件112夹持的薄膜状部分(墨水检测区域)接触的状态。
另一方面，图6B示出了墨盒100a中存有不足规定量的墨水或不存在墨水的状态(在本实施例中，以后称为“无墨水时”)。无墨水时是在桥架流路BR内没有充填墨水的状态。换言之，无墨水时是在墨水检测位置处不存在墨水、墨水不与墨水检测区域接触的状态。
A4.压电元件的动作对压电元件112的动作进行说明。当从打印机20向设置在墨盒100a中的压电元件112提供驱动信号并施加电压时，压电元件112进行伸缩。当停止向压电元件112提供驱动信号并停止施加电压时，压电元件112相应于在停止提供驱动信号前产生的伸缩而进行振动(残留振动)。
从压电元件112输出伴随残留振动而产生的应答信号。应答信号的频率与压电元件112的残留振动的固有振动数为相同的值。压电元件112的残留振动的固有振动数根据是否有墨水与墨水检测区域接触而有很大差异。换言之，压电元件112在有墨水时和无墨水时具有不同的固有振动数。具体地说，有墨水时的压电元件112的固有振动数H1迟缓，无墨水时的压电元件112的固有振动数H2急促。因此，打印机20测量伴随压电元件112的残留振动而产生的应答信号的频率，根据测量的频率接近哪个固有振动数H1、H2来判断是否残留有规定量以上的墨水。后面，在本实施例中，将伴随压电元件112的残留振动而产生的应答信号的频率称为振动频率。
A5.关于驱动信号频率和振动频率这里，对用于提高振动频率的检测精度的驱动信号进行说明。如前所述，打印机20通过向设置在墨盒中的压电元件提供驱动信号并测量从传感器输出的应答信号的频率来判断储存在墨盒中的墨水的量。因此，从提高应答信号的振动频率的检测精度的角度考虑，希望增大应答信号的振幅。因此，为了提高应答信号的振动频率的检测精度，优选使驱动信号的频率与传感器的固有振动数一致。这是因为，通过向压电元件提供与传感器的固有振动数相同频率的驱动信号，压电元件会产生共振，从而输出振幅大的应答信号。
以往，打印机20进行如下的2次的判断处理，即，以与无墨水时的固有振动数H2相同的频率将驱动信号提供给传感器110并判断墨盒内的墨水量是否不足规定量，然后以与有墨水时的固有振动数H1相同的频率将驱动信号提供给传感器110并判断墨盒内的墨水量是否为规定量以上。在该情况下，存在着判断时间较长的问题。
因此，调整墨盒的结构，使固有振动数H1和固有振动数H2成为以下的(式1)的关系。
H2＝(2k+1)*H1(k为1以上的整数)…(式1)为了使固有振动数H1和H2成为上述(式1)的关系，在墨盒的制造过程中，例如调整墨盒的桥架流路BR的形状或传感器附加装置113的刚性。
通过如上构成，可以通过1种驱动信号有效地激励有墨水时和无墨水时的残留振动的振幅，从而可以在维持检测精度的同时通过1次的判断处理来判断墨水量。使用图7来说明其原因。图7是例示本实施例中的压电元件的固有振动的波形的说明图。图7示出了驱动信号的脉冲波形300；有墨水时(固有振动数H1)的压电元件的固有振动的波形310；无墨水时(固有振动数H2)的压电元件的固有振动的波形320。以下，关于压电元件112的变位方向，将从压电元件112到墨盒的内侧的方向作为正方向，将从压电元件112到墨盒的外侧的方向作为负方向。在本图中，(式1)中的k＝1。
如脉冲波形300所示，提供给压电元件的驱动信号是近似梯形形状的矩形脉冲。在脉冲波形300从最小电压VL上升至最大电压VH的期间、即向压电元件蓄积电荷的充电期间t0～t1内，压电元件112向墨盒的内侧方向、即正方向变位。在脉冲波形300维持为最大电压VH的保持期间t1～t2内，压电元件112维持为向正方向变位的状态。在脉冲波形300从最大电压VH下降至最小电压VL的期间、即释放压电元件的电荷的放电期间t2～t3内，压电元件112向墨盒的外侧方向、即负方向变位。在脉冲波形300维持为最小电压VL的期间、即不向压电元件112施加电压的非施加期间t3～t4内，压电元件112维持为向负方向变位的状态。在时刻t4，结束向传感器提供驱动信号DS。
如图7所示，在波形310所示的有墨水时的压电元件的固有振动(固有振动数H1)以正的最大振动速度变位的时点ta(以下，在本实施例中，称为正的最大速度时点ta)，脉冲波形300开始上升，因此促进压电元件在振动方向上振动，在固有振动以负的最大振动速度变位的时点tb(以下，在本实施例中，称为负的最大速度时点tb)，脉冲波形300开始下降，因此促进压电元件在振动方向上振动。负的最大速度时点tb为正的最大速度时点ta的半周期后的时点。通常，当振动在振动速度为最大的时点在其振动方向上受到促进时会最有效地被激励。因此，根据脉冲波形300所示的驱动信号，会有效地激励固有振动数为H1的、有墨水时的压电元件的固有振动。因此，当提供具有与固有振动数相同的频率的驱动信号时，也会有效地激励有墨水时的固有振动数为H1的传感器的残留振动，从而产生对打印机20所进行的应答信号RS的检测处理来说足够的振幅。
另一方面，在波形320所示的无墨水时的传感器的残留振动(固有振动数H2)中，与波形310相同，在正的最大速度时点ta以正的最大振动速度变位，在负的最大速度时点tb以负的最大振动速度变位。因此，根据脉冲波形300所示的驱动信号，也会有效地激励固有振动数为H2的、无墨水时的传感器的残留振动，从而产生对打印机20所进行的应答信号RS的检测处理来说足够的振幅。
如上所述，通过按照(式1)的关系来调整墨盒，可以通过1次的检测处理来判断墨水量为规定量以上还是不足规定量。
然而，由于在制造过程中墨盒、传感器会产生制造误差，所以难以制造出满足上述(式1)的关系的墨盒、传感器。因此，通常墨盒的固有振动数H1、固有振动数H2与目标振动数之间会分别存在误差。使用图8A、图8B来说明该误差。图8A、图8B是例示本实施例中的墨盒的固有振动数的误差范围的说明图。图8A示出了有墨水时的传感器的固有振动数的误差范围，图8B示出了无墨水时的传感器的固有振动数的误差范围。
如图8A所示，有墨水时的固有振动数HF的误差范围ER1为「HFmin(KHz)～HFmax(KHz)」。另一方面，如图8B所示，无墨水时的固有振动数HE的误差范围ER2为「HEmin(KHz)～HFmax(KHz)」。
说明在将固有振动数HF设定为驱动信号的频率的情况下无墨水时的应答信号的频率。当向压电元件提供与固有振动数HF等值的频率的驱动信号时，如果无墨水时的处理对象墨盒的传感器的固有振动数HE包含在如下所示的(式2)的范围内，则可望具有足够的精度。在本实施例中，以后将(式2)所示的范围称为可检测范围。
(驱动信号频率F*3)-α％≤固有振动数HE≤(驱动信号频率F*3)+α％…(式2)在(式2)中，当α＝0、即驱动信号频率F*3＝固有振动数HE时，固有振动数HE为驱动频率F的奇数倍，会最有效地激励无墨水时的处理对象墨盒的传感器的残留振动。(式2)中的数值α是根据制造过程中的制造试验而计算出的误差容许率，在本实施例中α＝8。
如果处理对象墨盒的固有振动数HE包含在可检测范围DR(DRmin(KHz)～DRmax(KHz)之内，则可以有效地激励传感器的残留振动，从而可以放大应答信号的振幅。然而，当处理对象墨墨盒的固有振动数HE小于可检测最小振动数DRmin(KHz)(图8B中的影线范围)时，无法有效地激励传感器的残留振动，应答信号的检测精度降低。
另一方面，说明在以固有振动数HE为基准设定为驱动信号的频率的情况下有墨水时的应答信号的精度。当以驱动信号频率F向压电元件提供驱动信号时，如果处理对象墨盒的有墨水时的固有振动数HF处于「驱动信号频率F±25％」的范围内，则会有效地激励传感器的残留振动。然而，当处理对象墨盒的固有振动数HF为低于「驱动信号频率F-25％」的频率(图8A中的影线范围)时，无法有效地激励传感器的残留振动，应答信号的检测精度降低。这里，如前所述，有墨水时的固有振动数HF的误差范围ER1为「HFmin(KHz)～HFmax(KHz)」，无墨水时的固有振动数HE的误差范围ER2为「HEmin(KHz)～HEmax(KHz)」，可以在制造过程的试验中测量无墨水时的固有振动数HE，并使用以下的(式3)来计算固有振动数HF。
fF＝(fE-HEmin)*(HFmax-HFmin)/(HEmax-HEmikn)+HFmin…(式3)如果通过上述(式3)求出的有墨水时的固有振动数HF处于上述「驱动信号频率F±25％」的范围内，则会有效地激励压电元件的无墨水时的残留振动。
这里，可以在制造试验中求得压电元件112的无墨水时的固有振动数HF，但实际上当墨盒变成无墨水状态时，由于桥架流路BR的传感器110一侧的壁面上附着有若干墨水，因而会以低于固有振动数HE的振动数进行振动。
因此，在本发明中，将低于每个墨盒的无墨水时的固有振动数HE一定比率(β％)的振动数的2k+1倍的数值作为驱动信号的频率而计算出来。在本实施例中，将规定计算出的驱动信号频率的频率信息135预先存储在各个墨盒的存储器130中。下面，对本发明的驱动信号的频率的计算进行说明。β的值优选与α相等或低于α。这是因为，如果高于α，则无法有效地激励有墨水时的应答信号。在本实施例中，β％＝7％。β的值是根据制造试验的结果而确定的。
如图9所示，将比处理对象墨盒的无墨水时的固有振动数HE低β％的振动数(在本实施中，以后称为基准振动数fs)作为基准来计算驱动信号频率F。具体地说，将为基准振动数fs的1/(2k+1)倍的数值作为驱动信号频率F。固有振动数HE和驱动信号频率F的关系如以下的(式4)所示。在本实施例中，函数round(x)是得出对x的小数点第2位进行四舍五入后的数值的函数。
驱动信号频率F＝round((固有振动数HE-β％)*{1/(2k+1)})…(式4)本实施例中，由于k＝1、基准振动数fs＝固有振动数HE-β％，因此驱动信号频率F可以表示为以下的(式5)。
驱动信号频率F＝round{基准频率fs*(1/3)}…(式5)
如上所述，在本实施例中，通过将以下数值作为驱动信号频率，可以有效地激励有墨水时和无墨水时这两种情况下的应答信号的振幅，所述数值与低于处理对象墨盒的固有振动数一定比率的振动数的1/(2k+1)倍的振动数相同。
A6.墨水量判断处理使用图10～图12来说明打印机20的主控制部40和辅助控制部50协作执行的墨水量判断处理。图10是说明本实施例中的墨水量判断处理的流程图。图11是对本实施例中的驱动信号的生成进行说明的波形图。图12是说明本实施例中的频率测量处理的时序图。
墨水量判断处理是针对每个墨盒判断储存在墨盒内的墨水的量是规定量以上还是不足规定量的处理。例如在打印机20接通电源时进行墨水量判断处理。
当开始墨水量判断处理时，主控制部40的CPU41从6个墨盒100a～100f中选择作为墨水量判断处理的处理对象的墨盒(步骤S101)。在本实施例中，选择墨盒100a作为处理对象的墨盒(以后，将墨盒100a称为处理对象墨盒100a)。
主控制部40取得规定驱动信号频率的频率信息135(步骤S102)，所述驱动信号频率用于驱动处理对象墨盒100a所具有的压电元件112。具体地说，主控制部40将命令辅助控制部50取得存储在处理对象墨盒100a的存储器130中的频率信息135的指令发送给辅助控制部50的计算机51。计算机51的CPU511根据指令的指示取得频率信息135并发送给辅助控制部50。
主控制部40从存储器43取得频率信息135以外的、用于生成驱动信号的各种参数(步骤S103)。主控制部40使用取得的包括频率信息135的参数来生成驱动信号。(步骤S104)。
使用图11来具体说明驱动信号的生成。CPU41首先根据取得的用于生成驱动信号的参数求出每个更新周期τ的输出电压。更新周期τ例如为0.1μs(时钟频率＝10MHz)～0.05KHz(时钟频率＝20KHz)。如以图11所示的部分脉冲波形S1为例，则参数包括驱动电压Vh；规定驱动电压Vh和基准电压Vref的关系的比率；以一定的斜率从最小电压上升到最大电压的时间比例Dua；维持最大电压的时间比例Dha；以一定的斜率从最大电压下降到最小电压的时间比例Dda；以及驱动信号的周期T。以时间比例Dua为基准来设定时间比例Dha和时间比例Dda。
周期T＝1/驱动信号频率F，根据写入存储器130的频率信息135所规定的驱动信号频率F来进行计算。在上述的各种参数中，周期T以外的参数预先存储在存储器43中。基准电压Vref决定作为压电元件112的压电陶瓷元件的基准的变形状态。在本实施例中，基准电压Vref为驱动电压Vh的40％，因此将作为规定驱动电压Vh和基准电压Vref的关系的比率的值“0.4”存储在存储器43中。另外，“Dua∶Dha∶Dda＝1∶9∶1”。
CPU41通过辅助控制部50从成为检测对象的墨盒100a的存储器130取得频率信息135，并从存储器43取得周期T以外的参数。CPU41使用频率信息135和包含在取得的参数中的时间比例Dua、Dha、Dda求出以一定的斜率从最小电压上升到最大电压的上升时间Du、维持最大电压的维持时间Dh、以一定的斜率从最大电压下降到最小电压的下降时间Dd。这里，在本实施例中，CPU41按照以一定的斜率从最小电压上升到最大电压的时间Du和维持最大电压的时间Dh的总计时间为周期T的一半的时间的方式来计算各个时间Du～Dd。
然后，CPU41根据存储在存储器43中的参数来计算基准电压Vref、最大电压VH。CPU41使用所述时间Du～Da来确定每个更新周期τ的输出电压。然后，CPU41根据求出的每个更新周期τ的输出电压来计算每个更新周期τ的DAC值。DAC值是用于生成驱动信号的信息，是用于向驱动信号生成电路46指示每个更新周期τ应输出的电压的信息。
CPU41使用上述各种参数、时间Du～时间Da、以及DAC值向驱动信号生成电路46指示应输出的电压。驱动信号生成电路46根据来自CPU41的指示输出图11所示的驱动信号。
返回图10来继续说明墨水量判断处理。主控制部40使用设定的参数生成驱动信号并将其输出给压电元件来执行频率测量处理(步骤S105)。参照图12所示的时序图来说明频率测量处理。图12所示的时钟信号CLK、测量指令CM、以及开关控制信号SS在频率测量处理中从主控制部40的PIO45发送给辅助控制部50的计算机51。测量指令CM包含指示执行频率测量处理的命令和指定处理对象墨盒的信息。如上所述，驱动信号DS是通过辅助控制部50从主控制部40的驱动信号生成电路46提供给处理对象墨盒100a的压电元件112的信号。应答信号RS是在提供驱动信号DS之后伴随着传感器的残留振动而产生的信号。
辅助控制部50的计算机51在接收到开关控制信号SS的第1脉冲P1的定时，根据先前接收的测量指令CM控制第2开关SW2，使处理对象墨盒100a的压电元件112成为与辅助控制部50连接的状态。并且，计算机51在接收到开关控制信号的第1脉冲P1的定时，使第1开关SW1处于连接状态，使第3开关SW3处于非连接状态。由此，使驱动信号生成电路46与处理对象墨盒100a的压电元件112电连接，从而可以将驱动信号DS施加给压电元件112。另外，放大部52与驱动信号生成电路46和压电元件112电断开，不向放大部52施加驱动信号DS。
在上述状态下，从驱动信号生成电路46输出驱动信号DS并施加给处理对象墨盒100a的压电元件112。在结束施加驱动信号DS的定时，主控制部40使开关控制信号SS产生第2脉冲P2。辅助控制部50的计算机51在接收到开关控制信号SS的第2脉冲P2的定时，使第1开关SW1处于非连接状态。将使第1开关处于连接状态的定时到使第1开关SW1处于非连接状态的期间称为驱动电压施加期间T1。
驱动电压施加期间T1结束后，被驱动信号DS激励起振动的压电元件112根据伴随振动而产生的变形输出应答信号RS。在产生第2脉冲P2后，主控制部40使开关控制信号SS产生第3脉冲P3。辅助控制部50的计算机51在接收到开关控制信号SS的第3脉冲P3的定时，使第3开关SW3处于连接状态。结果，使来自压电元件112的应答信号RS输入放大部52。
放大部52如上所述发挥比较器的功能，将作为与应答信号RS的波形相应的数字信号的输出信号QC输出给计算机51。辅助控制部50的计算机51根据输出信号QC来计算应答信号RS的振动频率VF。计算机51将计算出的振动频率VF发送给主控制部40。
主控制部40在取得振动频率VF后根据振动频率VF来判断处理对象墨盒100a中的墨水量(步骤S106)。当振动频率VF与上述固有振动数H1相近时，主控制部40判断处理对象100a的墨水量为规定量以上(步骤S107)。当振动频率VF与上述固有振动数H2相近时，主控制部40判断处理对象100a的墨水量不足规定量(步骤S108)。
主控制部40将墨水量的判断结果发送给计算机90。由此，计算机90可以将接收到的墨水量的判断结果通知给用户。
根据以上说明的第1实施例的印刷系统，通过将低于处理对象墨盒的无墨时的固有振动数一定比率的振动数作为驱动信号频率，无论是在有墨水时还是在无墨水时，都可以有效地激励压电元件的残留振动，放大应答信号的振幅。因此，可以提高应答信号的频率的测量精度。
另外，根据本实施例的印刷系统，由于预先将以下频率信息写入各个墨盒的存储器而可以容易地取得驱动信号频率，所述频率信息规定无论是在有墨水时还是在无墨水时都可以有效地激励各个墨盒的压电元件的驱动信号频率。
另外，根据本发明的印刷系统，无论是在有墨水时还是在无墨水时，均可以通过1次的检测处理来判断墨水量，因此可以缩短墨水量检测的处理时间，并且可以抑制传感器的劣化。
B.第2实施例在上述第1实施例中，使各个墨盒的存储器存储基于各自无墨水时的固有振动的驱动信号频率，读出所存储的驱动信号频率，并据此生成驱动信号。在第2实施例中，通过如下方式来提供。第2实施例的打印机20预先设置将无墨水时的固有振动数的误差范围划分为多个振动数范围并使驱动信号频率与每个振动数范围相关联的频率表。在第2实施例的各个墨盒的存储器中存储有表示包含各个墨盒的无墨水时的固有振动数的振动数范围的分级信息。打印机20根据分级表和存储在处理对象墨盒的存储器中的分级信息来确定驱动信号频率。第2实施例的系统构成与第1实施例相同。
B1.功能框图图13是例示第2实施例中的主控制部40a的内部构成的说明图。除了预先将频率表43a存储在存储器43中以外，主控制部40a与第1实施例的主控制部40相同。
B2.频率表对频率表43a进行说明。图14是例示本实施例中的频率表43a的说明图。频率表43a包含分级、振动数范围、以及驱动信号频率信息。振动数范围表示大致以等间隔划分误差范围ER2而得到的各个小范围。分级是用于识别各个小范围的识别信息。
驱动信号频率信息是规定驱动信号生成电路46所生成的驱动信号频率F的信息。通过以下的(式6)来计算驱动信号频率F。在本实施例中，将各个振动数范围的最大值称为最大频率HE(n)max。n表示分级A～F，例如，驱动信号频率Fc表示分级C的驱动信号频率，最大频率HE(c)max表示分级C的振动数范围的最大频率(Cmax(KHZ))。
驱动信号频率Fn＝round((最大频率HE(n)max-β％)*{1/(2k+1)})…(式6)在本实施例中，由于K＝1，驱动信号频率F可以如以下的(式7)那样来表示。
驱动信号频率F＝round{(最大频率HE(n)max-β％)*(1/3)}…(式7)B3.驱动信号频率的确定说明本实施例中对驱动信号频率的确定。在本实施例中，分级信息包含在设置在处理对象墨盒上的存储器的频率信息135中。分级信息表示处理对象墨盒的无墨水时的固有振动数HE包含在频率表43a中的哪个振动数范围内。在本实施例中，在处理对象墨盒的存储器130的分级信息中写入“D”。
主控制部40的CPU41通过辅助控制部50从处理对象墨盒的存储器130取得分级信息。CPU41根据取得的分级信息和存储在主控制部40的存储器43中的频率表43a来确定驱动信号频率。具体地说，CPU41参照频率表43a得到与取得的分级信息一致的分级相关联的驱动信号频率信息，并参照该驱动信号频率信息来确定驱动信号频率。例如，当取得的分级信息为“D”时，CPU41根据频率表43a将与分级“D”相关联的驱动信号频率(Fd1(KHz))确定为驱动信号频率F。
根据以上说明的第2实施例的印刷系统，对分级信息单值确定驱动信号频率。因此，通过预先准备频率表43a的分级数量(在本实施例中，为5种)的驱动信号，可以在每次进行墨水量检测处理时减轻用于生成驱动信号的各种计算的负担。因此，可以在维持应答信号的高的检测精度的同时缩短处理时间。
C.变形例(1)在上述第1实施例中，在墨盒所具有的存储器中写入规定驱动信号频率的信息，但也可以写入例如墨盒的无墨时的固有振动数等其他信息。此时，优选预先将β的值存储在主控制部40中。主控制部40的CPU41可以从处理对象墨盒的存储器取得处理对象墨盒的无墨水时的固有振动数并使用β的值容易地计算出驱动信号频率。
(2)另外，在墨盒所具有的存储器中也可以写入低于墨盒的无墨水时的固有振动数一定比率(β％)的基准频率。此时，主控制部40的CPU41可以通过使从处理对象墨盒的存储器取得的基准频率乘以1/(2k+1)而容易地计算出适于墨水量检测的驱动信号频率。
(3)在上述第2实施例中，处理对象墨盒100a的无墨水时的固有振动数HE所属的分级信息存储在存储器中，然而例如也可以将固有振动数HE本身存储在存储器中。
以上说明了本发明的各种实施例，但勿庸置疑，本发明不限于上述实施例，而可以在不脱离其主旨的范围内采用各种构成。
权利要求
1.一种印刷装置，可装卸地安装有印刷材料储存容器，所述印刷材料储存容器具有存储器和用于检测所述印刷材料储存容器内所储存的印刷材料的量的压电元件，所述印刷装置的特征在于，包括取得单元，从所述存储器取得与用于驱动所述压电元件的驱动信号的频率相关的频率信息；提供单元，向所述压电元件提供根据所述频率信息而确定的频率的所述驱动信号；检测单元，在停止提供所述驱动信号后，对伴随所述压电元件的振动而输出的应答信号进行检测；测量单元，测量包含在所述应答信号中的所述压电元件的振动频率；以及判断单元，根据所述振动频率来判断所述印刷材料储存容器内是否存在所述印刷材料；所述驱动信号的频率是低于第1基准频率一定比率的第2基准频率的1/(2k+1)倍，所述第1基准频率是在所述印刷材料储存容器内不存在所述印刷材料时的所述压电元件的所述振动频率，所述k为1以上的任意整数。
2.如权利要求1所述的印刷装置，其特征在于，所述频率信息包含规定所述驱动信号的频率的驱动信号频率信息，所述提供单元以所述驱动信号频率信息所规定的频率向所述压电元件提供所述驱动信号。
3.如权利要求1所述的印刷装置，其特征在于，所述频率信息包含规定所述第1基准频率的第1基准频率信息，所述印刷装置还包括第1确定单元，根据所述第1基准频率信息来计算所述第2基准频率，将所述计算出的第2基准频率的1/(2k+1)倍的数值确定为所述驱动信号的频率。
4.如权利要求1所述的印刷装置，其特征在于，所述频率信息包含规定所述第2基准频率的第2基准频率信息，所述印刷装置还包括第2确定单元，将所述第2基准频率信息所规定的所述第2基准频率的1/(2k+1)倍的数值确定为所述驱动信号的频率。
5.一种印刷装置，可装卸地安装有印刷材料储存容器，所述印刷材料储存容器具有压电元件，用于检测储存在所述印刷材料储存容器内的印刷材料的量；以及存储器，存储与所述印刷材料储存容器内不存在所述印刷材料时的所述压电元件的固有振动数相关的频率信息；所述印刷装置的特征在于，包括取得单元，从成为检测对象的所述印刷材料储存容器的所述存储器取得所述频率信息；存储单元，预先存储规定所述驱动信号的频率的驱动信号频率信息分别与分割可以取所述固有振动数的固有振动数范围而得到的多个振动数范围相关联的振动数范围信息；选择单元，在所述多个振动数范围中，选择包含所述频率信息所规定的所述固有频率的适合振动数范围；提供单元，以与所述适合振动数范围相关联的所述驱动信号频率信息所规定的所述驱动信号的频率，向所述印刷材料储存容器的所述压电元件提供所述驱动信号；检测单元，在停止提供所述驱动信号后，检测从所述压电元件输出的所述应答信号；测量单元，对包含在所述应答信号中的所述压电元件的振动频率进行测量；以及判断单元，根据所述振动频率来判断所述印刷材料储存容器内是否存在所述印刷材料；所述驱动信号的频率是低于所述各个振动数范围的最大频率一定比率的频率的1/(2k+1)倍的频率，所述k为1以上的任意整数。
6.一种印刷材料量检测方法，由可装卸地安装有印刷材料储存容器的印刷装置执行，所述印刷材料储存容器具有存储器和用于检测所述印刷材料储存容器内所储存的印刷材料的量的压电元件，所述印刷材料量检测方法的特征在于，包括以下步骤从所述存储器取得与用于驱动所述压电元件的驱动信号的频率相关的频率信息；向所述压电元件提供根据所述频率信息而确定的频率的所述驱动信号；在停止提供所述驱动信号后，对伴随所述压电元件的振动而输出的应答信号进行检测；测量包含在所述应答信号中的所述压电元件的振动频率；以及根据所述振动频率来判断所述印刷材料储存容器内是否存在所述印刷材料；所述驱动信号的频率是低于第1基准频率一定比率的第2基准频率的1/(2k+1)倍，所述第1基准频率是在所述印刷材料储存容器内不存在所述印刷材料时的所述压电元件的所述振动频率，所述k为1以上的任意整数。
7.一种印刷材料量检测方法，由可装卸地安装有印刷材料储存容器的印刷装置执行，所述印刷材料储存容器具有压电元件，用于检测储存在所述印刷材料储存容器内的印刷材料的量；以及存储器，存储与所述印刷材料储存容器内不存在所述印刷材料时的所述压电元件的固有振动数相关的频率信息；所述印刷材料量检测方法的特征在于，包括以下步骤从成为检测对象的所述印刷材料储存容器的所述存储器取得所述频率信息；在规定所述驱动信号的频率的驱动信号频率信息分别与分割可以取所述固有振动数的固有振动数范围而得到的多个振动数范围相关联的频率信息的、所述多个振动数范围中，选择包含所述频率信息所规定的所述振动频率的适合振动数范围；以与所述适合振动数范围相关联的所述驱动信号频率信息所规定的所述驱动信号的频率，向所述印刷材料储存容器的所述压电元件提供所述驱动信号；在停止提供所述驱动信号后，检测从所述压电元件输出的所述应答信号；对包含在所述应答信号中的所述压电元件的振动频率进行测量；以及根据所述振动频率来判断所述印刷材料储存容器内是否存在所述印刷材料；所述驱动信号的频率是低于所述各个振动数范围的最大频率一定比率的频率的1/(2k+1)倍的频率，所述k为1以上的任意整数。
全文摘要
本发明提供一种印刷装置，可以提高储存在墨水储存容器内的墨水量的判断精度。将低于处理对象墨盒的无墨水时的固有振动数fE一定比率的基准振动数fs作为基准来计算驱动信号频率F。具体地说，将基准振动数fs的1/(2k+1)倍的数值作为驱动信号频率F。由此，可以有效地激励有墨水时、无墨水时这两种情况下的应答信号的振幅，从而可以提高墨水量判断处理的精度。
文档编号G01F23/22GK101073948SQ20071010179
公开日2007年11月21日 申请日期2007年5月15日 优先权日2006年5月15日
发明者张俊华 申请人:精工爱普生株式会社