CN101013044A - 液体检测装置、使用其的液体容器以及液体喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液体检测装置，当将该液体检测装置安装到容器主体上时能够简单且可靠地进行密封，该液体检测装置不易受墨水的波动和气泡的影响，并且由反射波引起的液体检测装置的振动板的振动衰减小。该液体检测装置容纳在形成于液体容器(101)内的传感器容纳部(110)中并利用压电元件(234)来检测液体容器(101)内的液体，在所述液体容器(101)的内部存储液体。当从压电元件(234)射出的振动波的波长为λ时，从压电元件(234)的振动波射出面的背面到与该背面相对的壁面(302)的距离H被设定为满足如下关系：(n×λ/2－λ/4－λ/8)≤H≤(n×λ/2－λ/4+λ/8)，其中，n＝1、2、3…。

Description

液体检测装置、使用其的液体容器以及液体喷射装置

技术领域

本发明涉及液体检测装置，特别涉及应用在喷墨式记录装置等液体喷射装置中的、主要进行墨水剩余量的检测的液体检测装置。

背景技术

作为这种液体喷射装置的代表示例，有具有图像记录用的喷墨式记录头的喷墨式记录装置。作为其它的液体喷射装置，例如可以列举出：具有在液晶显示器等的彩色滤光器的制造中使用的颜料喷射头的装置；具有在有机EL显示器、面发光显示器(FED)等的电极的形成过程中使用的电极材料(导电浆料)喷射头的装置；具有在生物芯片的制造中使用的生物有机物喷射头的装置；具有作为精密移液管的样品喷射头的装置等。

在作为液体喷射装置的代表示例的喷墨式记录装置中，具有对压力产生室加压的压力产生单元和将被加压的墨水作为墨滴射出的喷嘴开口的喷墨记录头安装在托架上，通过流路将墨水容器内的墨水持续供应给记录头，由此可以进行持续的印刷。墨水容器例如是可以进行装卸的墨盒，当墨水被耗尽时用户可以简单地更换所述墨盒。

以往，有以下管理墨盒中的墨水的消耗的方法：用软件累积计算记录头射出的墨滴数量和进行维护时吸出的墨水量、从而计算墨水消耗量的方法；以及通过在墨盒上安装用于检测液面的电极而对实际消耗了规定量的墨水的时刻进行管理的方法等。

但是，在用软件累积计算墨滴的喷出数量和墨水量、由此计算墨水消耗量的管理方法中存在着下述问题。中某些喷射头喷出的墨滴存在着重量偏差。所述墨滴的重量偏差虽然对图像质量没有影响，但考虑到由偏差导致的墨水消耗量的误差会累积，所以需要在墨盒中充填有余量的墨水。因此，根据各自的使用状态，有时会剩余相当于余量部分的墨水。

另一方面，利用电极来管理墨水耗尽的时间的方法由于能够检测出实际的墨水量，因此能够以高可靠性来管理墨水剩余量。但是，由于依靠墨水的导电性来检测墨水的液面，因此存在着可以进行检测的墨水的种类有限、电极的密封结构复杂等缺点。另外，由于通常使用导电性良好、耐腐蚀性高的贵重金属作为电极材料，因此会使墨盒的制造成本上升。另外，由于需要安装两个电极，因此制造工序增加，结果导致制造成本上升。

为了解决上述问题而开发的装置在专利文献1中作为压电装置(这里称为液体检测装置)而被公开。该液体检测装置利用下述现象来监视墨盒内的墨水剩余量：当在与层积有压电元件的振动板相对的空腔内部有墨水和没有墨水时，由强制振动后振动板的残余振动(自由振动)引起的残余振动信号的共振频率会有所改变。

专利文献1：日本专利文献特开2001-146030号公报。

当使用专利文献1记载的液体检测装置时，需要使墨水能够自由地进入与振动板相对的空腔中，但同时又需要使墨水不能侵入配置有电气元件、诸如压电元件等的一侧，因此在进行安装时必须在相邻的部件之间进行严格的密封。

作为该密封结构，公开有下述结构：将液体检测装置直接接合到容器主体(墨盒主体)的开口的边缘上；或者将液体检测装置直接接合到模块的开口的边缘上，然后通过O形环将模块安装到容器主体上。但是，由于都是将液体检测装置接合到开口的边缘上的结构，因此当尺寸存在偏差时，难以确保密封性。另外，如果直接接合到容器主体的开口的边缘上或模块的开口的边缘上，容易受到墨水的波动和墨水中的气泡的影响，从而有可能引起误检测。

通常，在具有包括所述压电元件和振动板的液体检测装置的墨水剩余量检测容器中，压电元件和振动板的上侧由单元盖体覆盖，如果所述盖体与所述压电元件和振动板之间的间隔过近的话，反电动势信号会由于来自所述盖体的反射波而衰减，从而无法准确地检测出墨水剩余量。

发明内容

本发明是考虑到上述情况而完成的，其目的在于提供一种液体检测装置，当将该液体检测装置安装到容器主体上时可以在几乎不受部件的尺寸精度的影响下简单且可靠地进行密封，同时该液体检测装置不易受墨水的波动和墨水中的气泡的影响，并且由反射波引起的压电元件和振动板的振动衰减小，从而可以准确地检测墨水剩余量。

本发明的第一方式是一种液体检测装置，其容纳在形成于液体容器内的传感器容纳部中并利用压电元件来检测所述液体容器内的液体，在所述液体容器的内部存储液体，所述液体检测装置的特征在于，

当从所述压电元件射出的振动波的波长为λ时，从所述压电元件的振动波射出面的背面到与该背面相对的壁面的距离H被设定为满足如下(式一)的关系，

(式一)(n×λ/2-λ/4-λ/8)≤H≤(n×λ/2-λ/4+λ/8)

其中，n＝1、2、3…。

本发明的第二方式是一种液体检测装置，其容纳在形成于液体容器内的传感器容纳部中并利用压电元件来检测所述液体容器内的液体，在所述液体容器的内部存储液体，所述液体检测装置的特征在于，

在与所述压电元件的振动波射出面的背面相对的壁面上设有开口，该开口至少比所述压电元件的外形形状大。

本发明的第三方式是一种液体检测装置，其与内部存储液体的液体存储部连接并利用压电元件来检测所述液体存储部内的液体，所述液体检测装置的特征在于，

包括：传感器空腔，接收所述液体；

振动板，封闭所述传感器空腔的开口；以及

压电元件，设置在所述振动板的、与所述传感器空腔相反一侧的面上；

存在与所述压电元件的振动波射出面的背面相对的壁面，

当从所述压电元件射出的振动波的波长为λ时，从所述背面到所述壁面的距离H被设定为满足如下(式一)的关系，

(式一)(n×λ/2-λ/4-λ/8)≤H≤(n×λ/2-λ/4+λ/8)

其中，n＝1、2、3…。

本发明的第四方式是一种液体检测装置，其与内部存储液体的液体存储部连接并利用压电元件来检测所述液体存储部内的液体，所述液体检测装置的特征在于，

包括：传感器空腔，接收所述液体；

振动板，封闭所述传感器空腔的开口；以及

压电元件，设置在所述振动板的、与所述传感器空腔相反一侧的面上；

存在与所述压电元件的振动波射出面的背面相对的壁面，

在所述壁面上设有开口，该开口至少比所述压电元件的外形形状大。

根据上述第一至第四方式的液体检测装置，压电元件和振动板的振动由于来自壁面的反射波而衰减的程度减小，从而防止了反电动势信号变弱。因此，能够准确地检测液体剩余量。第二实施方式对于无法获得充分的压电元件的设置空间、从而无法确保式一的距离H的情况有效。另外，即使在能够获得充分的压电元件的设置空间的情况下，也不需要确保式一的距离H。因此，可以减小压电元件的设置空间或提高其设置位置的自由度，其结果是可以实现液体检测装置的小型化或提高液体检测装置的设置的自由度。

以上的第一至第四方式的液体检测装置可以应用于液体容器或液体喷射装置。

在本发明第一或第二方式的液体检测装置中，优选包括：安装所述压电元件的单元基底；以及传感器盖体，利用推压单元使该单元基底压靠到所述传感器容纳部的单元基底承受壁上。另外，在使用了本发明第三或第四方式的液体检测装置的液体容器或液体喷射装置中，优选包括：容纳所述液体检测装置的传感器容纳部；安装所述压电元件的单元基底；以及传感器盖体，利用推压单元使所述单元基底压靠到所述传感器容纳部的单元基底承受壁上。根据该结构，可以预先单独组装液体检测装置，之后用推压单元使该液体检测装置压靠到单元基底承受壁上，从而将其装到液体容器或液体喷射装置上。因此，与将液体检测装置粘接到液体容器或液体喷射装置上的情况相比，将液体检测装置安装到液体容器或液体喷射装置上时的组装操作更为容易。另外，可以更换液体检测装置。当采用该结构时，所述壁面是与所述压电元件相对的所述传感器盖体的内表面。

另外，在本发明的第一或第二方式中，与所述压电元件的振动波射出面的背面相对的所述壁面可以是所述传感器容纳部的壁的内表面。另外，在使用了本发明第三或第四方式的液体检测装置的液体容器或液体喷射装置中，可以具有容纳所述液体检测装置的传感器容纳部，并且与所述压电元件的振动波射出面的背面相对的所述壁面可以是所述传感器容纳部的壁。

附图说明

图1是示出使用本发明实施方式的墨盒的喷墨式记录装置(液体喷射装置)的简要结构的立体图；

图2是示出本发明实施方式的墨盒的简要结构的分解立体图；

图3是从正面方向观察在本发明实施方式的墨盒中装入液体检测装置的部分的截面图；

图4是本发明第一实施方式的主要部分的放大截面图；

图5(a)和图5(b)是示出压电元件的振动波射出面的背面和与背面相对的壁面之间(距离H)的射出波和反射波的关系的图，其中，图5(a)是H＝λ/2时的情况，图5(b)是H＝λ/4时的情况；

图6是本发明第二实施方式中与图4相同的部分的主要部分的放大截面图；

图7(a)和图7(b)是将本发明第三实施方式的液体检测装置应用在作为液体消耗装置的喷墨式记录装置中时的、简要的整体截面图；

图8(a)～图8(c)是示出本发明第三实施方式的液体检测装置的动作状态的图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明各种实施方式的液体检测装置。

图1示出了使用具有第一实施方式的液体检测装置的墨盒(液体容器)的喷墨式记录装置(液体喷射装置)的简要结构。图1中的标号1表示托架，该托架1通过由托架马达2驱动的同步带3在导向部件4的导引下在压纸卷轴5的轴向上往复移动。

在托架1的、与记录用纸6相对的一侧安装有喷墨式记录头12，在其上部安装有向记录头12供应墨水的、可以装卸的墨盒(液体容器)100。

在该记录装置的非打印区域、即初始位置(图中右侧)处配置有盖罩(cap)部件13，当安装在托架1上的记录头12移动到初始位置时，该盖罩部件13被压向记录头12的喷嘴形成面，从而在与喷嘴形成面之间形成密闭空间。在盖罩部件13的下方配置有泵单元10，该泵单元10用于向由盖罩部件13形成的密闭空间施加负压来进行清洁等。

另外，在盖罩部件13的打印区域一侧的附近配置有擦拭单元11，该擦拭单元11具有由橡胶等形成的弹性板并且例如可以相对于记录头12的移动轨迹在水平前后方向上进退，当托架1在盖罩部件13一侧往复移动时，该擦拭单元11可以根据需要擦拭记录头12的喷嘴形成面。

图2是示出墨盒100的简要结构的立体图。在该墨盒100中内置有发挥液体检测功能的主要部件、即液体检测装置200。

墨盒100包括：在内部具有墨水存储部(省略图示)的树脂制的墨盒壳体(容器主体)101；以及以覆盖墨盒壳体101的下端面的方式进行安装的树脂制的盖体102。盖体102是为了保护贴在墨盒壳体101的下端面上的各种密封膜而设置的。在墨盒壳体101的下端面上突出设置有墨水送出部103，在墨水送出部103的下端面上贴有用于保护墨水送出口(省略图示)的盖体膜104。

另外，在墨盒壳体101的宽度窄的侧面上设有用于容纳液体检测装置200的传感器容纳部110，在该传感器容纳部110中容纳有液体检测装置200和压缩螺旋弹簧(推压单元)300。如后所述，该压缩螺旋弹簧(以下简称为弹簧)300将液体检测装置200压向传感器容纳部110的内底部的单元基底承受壁120(参照图3、图4)并压扁密封环270(参照图3、图4)，由此来确保液体检测装置200和墨盒壳体101之间的密封性。

传感器容纳部110开设在墨盒壳体101的宽度窄的侧面上，从该侧面的开口插入液体检测装置200和弹簧300。在传感器容纳部110的内部容纳有液体检测装置200和弹簧300的状态下，从外侧用带有基板500的密封盖(盖体)400封闭所述开口。

图3是从正面方向(记录用纸的送出一侧)观察在传感器容纳部110中装入液体检测装置200和弹簧的部分的第一实施方式的截面图，图4是第一实施方式的放大截面图。

参照图3可知，在墨盒壳体101的传感器容纳部110的内底部设有单元基底承受壁120，该单元基底承受壁120用于承受液体检测装置200的下端、具体来说即液体检测装置200的单元基底210。在单元基底承受壁120的平坦的上表面上安置有液体检测装置200，在弹簧的弹力的作用下单元基底承受壁120与液体检测装置200的下端的密封环(环形的密封部件)270压靠在一起。

在单元基底承受壁120的下侧设有在左右方向上隔着间隔壁127而被划分成上游一侧和下游一侧的一对液体缓冲室122、123，在单元基底承受壁120上设有与液体缓冲室122、123相对应的一对连通口(流路)132、133。虽然图中未示出，但在墨盒壳体101的内部设有用于将所存储的墨水送出到外部的送出流路，液体检测装置200被配备在送出流路的终端附近(墨水送出口附近)。

在上述情况下，上游一侧液体缓冲室122经由连通孔(没有特别图示)与上游一侧的送出通路连通，下游一侧液体缓冲室123经由对应的连通孔(同样没有特别图示)与墨水送出口附近的下游一侧的送出通路连通。另外，液体缓冲室122、123的下表面敞开而没有被刚性壁封闭，该敞开的开口由树脂制的密封膜105覆盖。

该第一实施方式的液体检测装置200包括：在上表面具有凹部211的树脂制的板状单元基底210；容纳在单元基底210的上表面的凹部211中的金属制的板状传感器基底220；被安置固定在传感器基底220的上表面上的传感器芯片230；固定传感器基底220和单元基底210的粘接膜240；配置在单元基底210的上侧的一对端子板250；端子板250的按压部件260(参照图3，图4中未示出)；以及配置在单元基底210的下表面上的橡胶制的密封环270。

如图4所示，单元基底210是支承传感器基底220的基体，其在上表面中央具有传感器芯片220嵌入的凹部211，并且在凹部211周围的上表面壁214的外侧具有安装壁215，该安装壁215被设定成比上表面壁214高出一层。另外，在凹部211的底壁设有由圆形的通孔构成的流入一侧流路212和流出一侧流路213(蓄液空间)。另外，在单元基底210的下表面设有其外周嵌有密封环270的环形凸部217，所述流入一侧流路212和流出一侧流路213位于该凸部217的内周面和间隔壁127之间。密封环270由橡胶制的环形密封件构成，在其下表面上具有截面呈半圆形的环形凸部271。

为了提高传感器的声学特性，用刚性高于树脂的不锈钢等金属板来构成传感器基底220。传感器基底220具有与单元基底210的流入一侧流路212和流出一侧流路213相对应的、由两个通孔构成的流入一侧流路222和流出一侧流路223(蓄液空间)。

在传感器基底220的上表面上，例如通过粘贴双面粘接膜或涂敷粘接剂等形成有粘接层242，在该粘接层242上安装固定有传感器芯片230。即，传感器基底220是支承传感器芯片230的基体。

传感器芯片230具有接收检测对象、即墨水(液体)的传感器空腔232，为了能够接收墨水而使传感器空腔232的下表面敞开，用振动板233封闭上表面，并在振动板233的上表面上配置压电元件234。

具体来说，传感器芯片230包括：陶瓷制的传感器主体231，在其中心具有由圆形开口构成的传感器空腔232；振动板233，层积在芯片主体231的上表面上并封闭传感器空腔232；压电元件234，层积在振动板233上；以及端子235、236，层积在芯片主体231上。

压电元件234包括与所述各个端子235、236连接的上下电极层234a、234b和层积在上下电极层234a、234b之间的压电层234c，该压电元件234例如发挥下述功能：根据由传感器空腔232内有无墨水而导致的电特性的差异来判断墨水的用尽。作为压电层234c的材料，可以使用锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)、或不使用铅的无铅压电膜等。

在传感器基底220的上表面中央部安置芯片主体231的下表面，并通过所述粘接层242将传感器芯片230与传感器基底220固定为一体，同时利用该粘接层242对传感器基底220和传感器芯片230之间进行密封。传感器基底220和单元基底210的流入一侧流路222、212和流出一侧流路223、213(蓄液空间)与传感器芯片230的传感器空腔232连通。根据该结构，墨水经由流入一侧流路212、222进入传感器空腔232，经由流出一侧流路223、213从传感器空腔232排出。

因此，从所述单元基底承受壁120的连通孔132开始经由流入一侧流路212、222、传感器空腔232而直至流出一侧流路223、213和单元基底承受壁120的连通孔132、133的墨水检测用流路构成了将墨盒壳体内存储的液体送出到外部的送出通路的一部分。更具体地说，所述墨水检测用流路相当于所述送出通路的出口附近的部分。

这样，安装有传感器芯片230的金属制的传感器基底220容纳在单元基底210的上表面的凹部211中。通过从上面覆盖树脂制的粘接膜240，将传感器基底220和单元基底210粘接为一体。

粘接膜240在其中央具有开口241，在传感器基底220容纳在单元基底210的上表面的凹部211中的状态下，通过从传感器基底220的上面进行覆盖，使传感器芯片230从中央的开口241露出。另外，通过粘接层242将粘接膜240的内周一侧粘接到传感器基底220的上表面上并将其外周一侧粘接到单元基底210的凹部211周围的上表面壁214上，即横跨两个部件(传感器基底220和单元基底210)的上表面来粘贴粘接膜240，由此来相互固定传感器基底220和单元基底210并对两者之间进行密封。

此时，传感器基底220的上表面比单元基底210的凹部211周围的上表面壁214更向上侧突出，粘接膜240与传感器基底220的上表面粘接的位置比粘接膜240与单元基底210的上表面壁214粘接的位置高。这样，通过将粘接膜240与传感器基底220的粘接面的高度设定成比粘接膜240与单元基底210的粘接面的高度高，可以在有高度差的情况下通过粘接膜240来按压传感器基底220，从而可以强化传感器基底220对单元基底210的固定力。另外，还可以实现无松动的安装。

另外，各个端子板250具有弹簧片252并配置在单元基底210的安装壁215的上表面上，该弹簧片252突出设置在带板的长度方向的中间部的侧边缘处。通过在其上安置按压部件260(图3)，端子板250被单元基底210和按压部件260夹持，在该状态下各个弹簧片252与传感器芯片230的上表面的端子235、236接触并导通。该按压部件260是在夹持端子板250的同时安置在单元基底210的安装壁215的上表面上的平板框形部件。

另外，如图4所示，在传感器芯片230的上侧配置有传感器盖体280，该传感器盖体280不与传感器芯片230和端子板250的弹簧片252接触。该传感器盖体280保护传感器芯片230并避开传感器芯片230将弹簧300的载荷(由图3、图4中的箭头A1表示)传递给传感器基底220的上表面，该传感器盖体280的下端安置在粘贴粘接膜240的部分的上侧，从而从粘接膜240的上侧向传感器基底220施加弹簧300的载荷A1。当弹簧300的载荷A1施加在传感器基底220上时，该载荷A1被直接传递给下侧的单元基底210并作为压扁密封环270的力而发挥作用。

在上述情况下，为了避免无用地扩大密封空间，尽量将密封环270的直径设定得较小并使其位于传感器基底220和传感器芯片230的正下方。因此，通过向面积小的传感器基底220施加弹簧300的载荷A1，可以使弹簧300的按压力有效地作用在传感器基底220正下方的密封环270上。

如上构成的第一实施方式的液体检测装置200和处于压缩状态的弹簧300一起容纳在图2所示的墨盒壳体101的传感器容纳部110中。在该状态下，通过由弹簧300向下按压传感器盖体280而将载荷A1经由传感器基底220传递给单元基底210，由此设置在单元基底210的下表面上的密封环270被压扁并压靠在传感器容纳部110内的单元基底承受壁120上，由此可以确保液体检测装置200和墨盒壳体101之间的密封性。

通过进行上述组装，在确保了密封性的条件下，墨盒壳体101(图3)内的上游一侧缓冲室122(图3)经由单元基底承受壁120的连通孔132与液体检测装置200内的流入一侧流路212、222连通，墨盒壳体101内的下游一侧缓冲室123(图3)经由单元基底承受壁120的连通孔133与液体检测装置200内的流出一侧流路213、223连通。流入一侧流路212、222、传感器空腔232、流出一侧流路213、223按照该顺序从上游一侧开始依次排列在墨盒壳体101内的送出流路中。

在这里，与传感器空腔232连接的上游一侧的流路由流路截面大的上游一侧缓冲室122、连通口132、以及流路截面小的液体检测装置200内的流入一侧流路212、222(上游一侧狭小流路)构成。另外，与传感器空腔232连接的下游一侧的流路由流路截面大的下游一侧缓冲室123、连通口133、以及流路截面小的液体检测装置200内的流出一侧流路213、223(下游一侧狭小流路)构成。

下面，对液体检测装置200的墨水检测原理进行说明。

当消耗墨盒100内的墨水时，经由液体检测装置200的传感器空腔232将所存储的墨水从墨水送出部103(图2)送往喷墨式记录装置的记录头12(图1)。

此时，在墨盒100内剩余有足够的墨水的阶段，传感器空腔232内充满墨水。而当墨盒100内的墨水剩余量减少时，会变成传感器空腔232内没有墨水的状态。

因此，液体检测装置200对由该状态的变化而引起的声阻抗的差异进行检测。由此能够检测出是处于剩余有足够的墨水的状态，还是处于已消耗了一定量以上的墨水、墨水剩余量变少的状态。

具体来说，当向压电元件234施加电压时，振动板233随着压电元件234的变形而变形。在强制性地使压电元件234变形之后，如果解除电压的施加，则在一段时间内振动板233会残留有弯曲振动。该残留振动是振动板233和空腔232内的介质的自由振动。因此，通过使施加给压电元件234的电压为脉冲波形或矩形波，能够容易地获得施加电压后的振动板233和介质的共振状态。

该残留振动是振动板233的振动，伴随压电元件234的变形而产生。因此，压电元件234伴随残留振动而产生反电动势。通过端子板250在外部检测该反电动势。

由于可以根据上述检测出的反电动势来确定共振频率，因此能够根据该共振频率对墨盒100内有无墨水进行检测。对于这种检测原理的更为详细的说明记载在日本专利文献特开2001-146030号公报中，因此在此省略对其的说明。

当根据该原理来检测墨水剩余量时，为了准确地区分由墨水剩余量的多少引起的声阻抗的差异，需要尽可能地放大传至振动板233(图4)的振动的强度。即，当振动板233振动时，从振动板233和压电元件234的电极234a射出振动波，同时来自传感器盖体280的内表面的反射波也会使振动板233和电极234a振动。此时，如果从电极234a的、靠近传感器盖体280一侧的面(压电元件234的振动波射出面的背面A)到传感器盖体280的内表面(与背面A相对的壁面B)的距离H过小，压电元件234和振动板233的振动会由于来自所述传感器盖体280的内表面(壁面B)的反射波而衰减，从而使反电动势减小。

A

在本实施方式中，当从压电元件234射出的振动波的波长为λ时，背面A和壁面B之间的距离H被设定为满足如下关系。

(式一)(n ×λ/2-λ/4-λ/8)≤H≤(n ×λ/2-λ/4+λ/8)

其中，n＝1、2、3…。在本实施方式中，由于距离H被设定为上述值，因此压电元件234和振动板233的振动由于反射波而衰减的程度减小，从而能够防止反电动势下降。下面，将详细地说明该作用。

图5(a)和图5(b)是示出背面A和壁面B之间的间距H内的、射出波KA与反射波KB的关系的图，图5(a)是H＝λ/2的情况，图5(b)是H＝λ/4的情况。

如图5(a)所示，当H＝λ/2时，来自壁面B的反射波KB的相位与从背面A射出的射出波KA的相位相反且振幅最大。因此，压电元件234和振动板233的振动被该相位相反的反射波KB抵消而衰减。当H是λ/2的n倍(n＝1、2、3…)时，情况与之相同。

另一方面，如图5(b)所示，当H＝λ/4时，来自壁面B的反射波KB与从背面A射出的射出波KA的相位相同。因此，即使反射波KB返回背面A，压电元件234和振动板233的振动也不会衰减，相反还会放大。当H为λ/4的(2n-1)倍(n＝1、2、3…)时，情况与之相同。

由此可知，为了使反射波KB不会导致压电元件234和振动板233的振动衰减，只要H进入以H＝(2n-1)×λ/4为中心、λ/4和n×λ/2的一半的±λ/8的范围内、即如果H进入(2n-1)×λ/4±λ/8的范围内，就可以降低压电元件234和振动板233的振动的大部分衰减。即，基于上述考察，如果将距离H的范围设定为满足上述式一的关系，则压电元件234和振动板233的振动由于反射波而衰减的程度就会减小，从而能够防止反电动势下降。因此能够准确地检测墨水剩余量。

上述第一实施方式的液体检测装置200包括：安装压电元件234的单元基底210；以及传感器盖体280，用于通过弹簧300使该单元基底210压靠到传感器容纳部210的单元基底承受壁120上。因此，可以预先单独组装液体检测装置200，之后用弹簧300使该液体检测装置200压靠到单元基底承受壁120上，从而将其安装在墨盒100中。因此，与将液体检测装置200粘接到墨盒100上的情况相比，组装更为容易。

另外，由于可以利用密封环270的弹性来吸收液体检测装置200和单元基底承受壁120之间的尺寸的偏差，因此可以通过简单的组装来进行可靠的密封。另外，由于在传感器空腔232的前方(敞开一侧)确保了由密封环270密封的蓄液空间(流入一侧流路212、222，流出一侧流路213、223)，因此不易受到墨水的波动和墨水中的气泡的影响。

另外，由于弹簧300的按压力经由传感器基底220而作用于单元基底210，因此可以同时提高传感器基底220和单元基底210之间的密封面的表面压力，从而可以提高它们之间的密封性。即，由于使弹簧300的载荷作用在传感器基底220的上表面的粘接膜240上，因此可以使粘接膜240的粘贴更加牢固，由此可以提高密封性能。另外，在该情况下，由于完全不向传感器芯片230施加无用的载荷，因此对检测特性的影响也较小。

另外，由于经由传感器盖体280将弹簧300的载荷A1传递给传感器基底220，因此可以保护在振动特性方面非常重要的元件、即传感器芯片230，同时可以自由地确定弹簧300和传感器基底220的配合，从而易于设计。

另外，由于在压缩弹簧300的同时将其容纳在传感器容纳部110中即可，因此易于与液体检测装置200一起进行组装。

另外，从上方将安装有传感器芯片230的传感器基底220组装到单元基底210上，并在该状态下横跨并排的两个部件的上表面、即传感器基底220和单元基底210的两个上表面来粘贴粘接膜240，如此即可同时进行材料不同的两个部件(金属制的传感器基底220和树脂制的单元基底210)之间的固定和密封。因此其组装操作性极好。另外，由于只是横跨两个部件来粘贴粘接膜240即可，因此可以在几乎不受各个部件的尺寸精度的影响的情况下进行部件之间的密封。

另外，例如当用大规模生产机械对粘接膜240进行加热和加压、从而进行熔敷时，由于仅通过对大规模生产机械的温度和压力进行管理即可提高密封性能，因此可以实现大规模生产时的稳定性。另外，由于对密封性有影响的粘接膜240易于安装并且空间利用率较高，因此可以实现液体检测装置200的小型化。

另外，在传感器基底220和单元基底210中分别形成有相对于传感器空腔232的流入一侧流路212、222以及流出一侧流路213、223，墨水经由流入一侧流路212、222流入传感器空腔232，经由流出一侧流路213、223而被排出，因此墨水始终在传感器空腔232中流动，从而可以防止液体或气泡滞留在传感器空腔232中而导致误检测。

另外，由于将粘接膜240与单元基底210的粘接面的高度设定为低于粘接膜240与传感器基底220的粘接面的高度，因此可以在有高度差的情况下通过粘接膜240来按压传感器基底220，从而可以强化传感器基底220对单元基底210的固定力。另外，还可以实现无松动的安装。

另外，由于液体检测装置200配置在墨盒壳体101内的送出流路的终端附近，并且液体检测装置200的流入一侧流路212、222、传感器空腔232、流出一侧流路213、223从上游一侧开始按照该顺序依次排列在送出流路中，因此能够准确地检测墨盒100内的剩余液体量。

图6是与图4相似的、示出本发明第二实施方式的主要部分的结构的截面图。在该图中，对与第一实施方式相同的结构要素标以与图1～图4相同的标号，并尽量省略重复的说明。

在该第二实施方式中，为了减小装置的整体形状而将传感器盖体282设置得比图4所示的情况更靠近压电元件234。在传感器盖体282的中央部分开设有开口303，该开口303至少比传感器芯片230的压电元件234的外形形状大。通过开设这样的开口303，与图4所示的第一实施方式相同，会在传感器芯片230的背面(压电元件234的上表面)一侧产生出较大的空间。因此，压电元件234和振动板233的振动由于反射波而衰减的程度减小，从而能够防止反电动势下降。因此能够准确地检测墨水剩余量。

在第二实施方式中，除了传感器盖体282接近压电元件234以及在传感器盖体282上开设有开口303之外，其它结构均与图4的实施方式相同。第二实施方式对于无法获得充分的压电元件234和传感器盖体282的设置空间、从而无法确保式一的距离H的情况有效。另外，即使在能够获得充分的压电元件234和传感器盖体282的设置空间的情况下，也不需要确保式一的距离H。因此，可以减小压电元件234和传感器盖体282的设置空间或提高这些部件的设置位置的自由度，其结果是可以实现液体检测装置的小型化或提高液体检测装置的设置的自由度。

下面，参照图7(a)至图8(c)来说明第三实施方式。在上述图中，对与第一实施方式相同的结构要素标以与图1～图4相同的标号，并尽量省略重复的说明。

图7(a)、图7(b)分别示出了具有本发明第三实施方式的液体检测装置的墨盒(液体容器)的简要结构。在该实施方式中，将由形成为半壳体的有底箱体构成的第一壳体401、第二壳体402结合成一体来构成液体容器、即墨盒400的壳体。在第一壳体401中，由树脂膜等构成的可挠性膜体404覆盖着在第一壳体401上形成的开口部并通过热熔敷等结合到第一壳体401的周围，由此形成存储墨水等液体的液体存储部403。另一方面，在可挠性膜体404的另一侧，第二壳体402的周围压靠在可挠性膜体404的热熔敷部分上，从而在第二壳体402和可挠性膜体404之间形成气密空间。该气密空间形成为下述加压区域419：在从外部经由图中未示出的加压流体导入口而导入的加压流体(加压空气)的作用下，在将液体从第一壳体401排出到外部的方向上对可挠性膜体404加压。

另一方面，在第一壳体401的外表面上形成有与液体消耗装置的液体供应通路相连的液体供应口405。在该液体供应口405中容纳有：具有开口的密封件(packing)，该密封件跟与液体消耗装置的液体喷射头导通的液体导入部件的外周弹性接触；阀芯406，与该密封件的上表面抵接，从而密封密封件的开口；以及螺旋弹簧等弹簧407，该弹簧407将阀芯406向密封件的方向推压。

在不与液体消耗装置连接(图7(a))的状态下，由于弹簧407而总是维持闭阀状态；在连接(图7(b))的状态下，通过液体导入部件408将阀芯406压向开阀方向而开阀。液体供应口405和液体存储部403经由连接流路409、409’连通，在该连接流路的中途连接有液体检测装置410。

图8(a)～图8(c)是示出第三实施方式的液体检测装置410的作用的图。液体检测装置410包括：液体检测室413，由具有开口411和开口412的筒状容器构成，开口411在连接有液体消耗装置的状态下在成为底部的区域与液体存储部403连接，开口412与液体供应口405连接；移动体414，随着液面水平(level)的移动而沿着液体检测室413的内表面移动，并作为液体检测室413的一个壁来发挥作用；盖体415，封闭液体检测室413的开口部，并具有使液体检测室413的上部、即空间区域与大气连通的大气连通通路415a；以及压电元件234，能够检测规定的液面水平；另外，最好还具有作为推压单元的压缩弹簧416，该压缩弹簧416配置在盖体415和移动体414之间并以较弱的力向下方按压移动体414。

B

虽然省略了详细的图示，但大气连通通路415a例如通过在盖体415的面上形成的毛细管而与大气连通。

C

移动体414发挥活塞的作用。移动体414包括：底面414b，与侵入到液体检测室413内的液体(墨水)L相接触；侧面414a，设置在该底面414b的外周。侧面414a沿液体检测室413的内表面413a设置。侧面414a和液体检测室413的内表面413a之间的间隙被设定为使移动体414能够容易地追随液面而不产生液体泄漏的程度，具体来说即形成弯月面(meniscus)的程度。另外，侧面414a具有能够相对于内表面413a维持垂直状态的高度。底面414b具有可以覆盖整个液面的程度的尺寸。

D

压缩弹簧416向液体检测室413的底部一侧推压移动体414。压缩弹簧416的推压力的强度被设定成以下程度：不会从液体检测室413的内表面413a和移动体414的侧面414a之间的间隙产生液体泄漏，换言之，就是在推压力的作用下移动体414不会埋没在液体L中。可以用橡胶、板簧等弹性部件来代替压缩弹簧416。只要能够将移动体414向液体检测室413的底部一侧推压即可。因此，当移动体414具有适当的重量时，可以将作用在移动体414上的重力作为推压力，而不使用压缩弹簧、橡胶、板簧等弹性部件。

E

压电元件234固定在液体检测室413的外表面上。压电元件234覆盖凹部413b，该凹部413b设置在液体检测室413的壁的一部分上。该凹部413b在以下位置形成，该位置当液体L进入液体检测室413内、液面上升时与移动体414的侧面414a相对。压电元件234的结构等与先前说明的第一实施方式的压电元件234相同。

F

当将墨盒400安装到作为液体消耗装置的记录装置上时，如图7(b)所示，液体导入部件408与液体供应口405配合，阀芯406后退，图中未示出的加压流体供给源与加压区域419连通。

G

在未向加压区域419供应作为加压流体的空气的状态下，如图8(a)所示，移动体414在压缩弹簧416的推压力的作用下位于液体检测室413的底部。

H

接着，当从上述状态开始通过加压流体供给源供应空气时，如图7(b)所示，空气流入由可挠性膜体404和第二壳体402形成的加压区域419中，液体存储部403被可挠性膜体404加压。由此，液体存储部403内的墨水经由连接流路409而流入液体检测室413。伴随着墨水的进入，在从大气连通通路415a排出上部的空气的同时，移动体414随着液面的上升而上升。如图8(b)所示，移动体414与凹部413b相对。在该过程中被加压的墨水由于毛细管现象等而从移动体414的侧面414a和液体检测室413的内表面413a之间的间隙流入凹部413b以及传感器空腔232。因此，移动体414隔着充满了凹部413b和传感器空腔234的墨水而与振动板233相对。即，凹部413b和传感器空腔232在充满了墨水的状态下被移动体414封闭。为了使墨水能够容易地进入凹部413b和传感器空腔232，优选在上下方向上形成与凹部413b的上下连通的细槽413c、413d。另外，当液面超过了规定的位置、即上升到凹部413b以上时，墨水也会进入凹部413b和传感器空腔232，同时凹部413b和传感器空腔232在充满了墨水的状态下被移动体414密封。

I

然后，当液体存储部403内的墨水L随着墨水的消耗变得极少时，即使从加压流体供给源供应加压空气，墨水L也不会流入液体检测室413。因此，液体检测室413内的墨水L无法维持规定的水平，液面水平开始逐渐下降。与此相伴，移动体414跟随液面而向下方移动。在不设置槽413d的情况下，凹部413b和传感器空腔232内的墨水从移动体414的侧面414a和液体检测室41 3a的内表面413a之间的间隙向下方流出；在设置槽413d的情况下，凹部413b和传感器空腔232内的墨水以槽413d作为流路而向下方流出。于是，空气开始流入到凹部413b和传感器空腔232内。如图8(c)所示，当液面水平进一步下降、移动体414移动到凹部413b以下时，凹部413b和传感器空腔232内的墨水完全流出，振动板233暴露于大气中。

J

在本实施方式的液体检测装置410中，如上所述，根据与第一实施方式相同的原理，可以通过传感器空腔232的状态的变化而检测出是处于剩余有足够的墨水的状态，还是处于已消耗了一定量以上的墨水、墨水剩余量变少的状态。

另外，在本实施方式的液体检测装置410中，以与压电元件234和振动板233相对的方式形成构成墨盒壳体的一部分的壁面418。与第一实施方式相同，从压电元件234的电极的、靠近壁面418一侧的面(压电元件234的振动波射出面的背面A)到壁面418的内表面(与背面A相对的壁面B)之间的距离H被设定成满足第一实施方式中说明的上述式一的关系。

根据该结构，与第一实施方式的液体检测装置200相同，压电元件234和振动板233的振动由于来自壁面418的反射波而衰减的程度减小，从而能够防止反电动势下降。因此能够准确地检测墨水剩余量。

K

本发明不限于上述实施方式，可以在不脱离其主旨的范围内以各种方式来实施，例如可以进行下述变形。

在上述实施方式中，液体检测装置200、410容纳在作为液体容器的墨盒100、400的内部，但液体检测装置200、410也可以安装在液体容器的外侧。另外，液体检测装置200、410也可以设置在液体喷射装置上而不是设置在液体容器中。总而言之，只要液体检测装置200、410与液体存储部连接、从而能够检测其内部的液体即可。

在上述实施方式中，以可以进行装卸的方式将作为液体容器的墨盒100、400安装在作为液体喷射装置的喷墨式记录装置的托架1上，并从墨盒100、400向记录头12供应墨水，但也可以从设置在喷墨式记录装置的外部的液体存储部向记录头12供应墨水。

Claims (24)

1.一种液体检测装置，容纳在形成于液体容器内的传感器容纳部中并利用压电元件来检测所述液体容器内的液体，在所述液体容器的内部存储液体，所述液体检测装置的特征在于，

当从所述压电元件射出的振动波的波长为λ时，从所述压电元件的振动波射出面的背面到与该背面相对的壁面的距离H被设定为满足如下(式一)的关系，

(式一)(n×λ/2-λ/4-λ/8)≤H≤(n×λ/2-λ/4+λ/8)

其中，n＝1、2、3…。

2.如权利要求1所述的液体检测装置，其特征在于，

包括：安装所述压电元件的单元基底；以及传感器盖体，利用推压单元使该单元基底压靠到所述传感器容纳部的单元基底承受壁上；

所述壁面是与所述压电元件相对的所述传感器盖体的内表面。

3.如权利要求1所述的液体检测装置，其特征在于，

与所述压电元件的振动波射出面的背面相对的所述壁面是所述传感器容纳部的壁。

4.一种液体容器，包括：

液体存储部，在内部存储液体；

液体供应口，与所述液体存储部连通，向外部的液体消耗装置供应液体；以及

液体检测装置，与所述液体存储部和所述液体供应口连接，对所述液体进行检测；

所述液体容器的特征在于，所述液体检测装置是权利要求1所述的液体检测装置。

5.一种液体喷射装置，其特征在于，权利要求4所述的液体容器以可以进行装卸的方式安装在该液体喷射装置上。

6.一种液体检测装置，容纳在形成于液体容器内的传感器容纳部中并利用压电元件来检测所述液体容器内的液体，在所述液体容器的内部存储液体，所述液体检测装置的特征在于，

在与所述压电元件的振动波射出面的背面相对的壁面上设有开口，该开口至少比所述压电元件的外形形状大。

7.如权利要求6所述的液体检测装置，其特征在于，

包括：安装所述压电元件的单元基底；以及传感器盖体，利用推压单元使该单元基底压靠到所述传感器容纳部的单元基底承受壁上；

所述壁面是与所述压电元件相对的所述传感器盖体的内表面。

8.如权利要求6所述的液体检测装置，其特征在于，

与所述压电元件的振动波射出面的背面相对的所述壁面是所述传感器容纳部的壁。

9.一种液体容器，包括：

液体存储部，在内部存储液体；

液体供应口，与所述液体存储部连通，向外部的液体消耗装置供应液体；以及

液体检测装置，与所述液体存储部和所述液体供应口连接，对所述液体进行检测；

所述液体容器的特征在于，所述液体检测装置是权利要求6所述的液体检测装置。

10.一种液体喷射装置，其特征在于，权利要求9所述的液体容器以可以进行装卸的方式安装在该液体喷射装置上。

11.一种液体检测装置，与内部存储液体的液体存储部连接并利用压电元件来检测所述液体存储部内的液体，所述液体检测装置的特征在于，

包括：传感器空腔，接收所述液体；

振动板，封闭所述传感器空腔的开口；以及

压电元件，设置在所述振动板的、与所述传感器空腔相反一侧的面上；

存在与所述压电元件的振动波射出面的背面相对的壁面，

当从所述压电元件射出的振动波的波长为λ时，从所述背面到所述壁面的距离H被设定为满足如下(式一)的关系，

(式一)(n×λ/2-λ/4-λ/8)≤H≤(n×λ/2-λ/4+λ/8)

其中，n＝1、2、3…。

12.一种液体容器，包括：

液体存储部，在内部存储液体；

液体供应口，与所述液体存储部连通，向外部的液体消耗装置供应液体；以及

液体检测装置，与所述液体存储部和所述液体供应口连接，对所述液体进行检测；

所述液体容器的特征在于，所述液体检测装置是权利要求11所述的液体检测装置。

13.如权利要求12所述的液体容器，其特征在于，

包括：传感器容纳部，容纳所述液体检测装置；

安装所述压电元件的单元基底；以及

传感器盖体，利用推压单元使该单元基底压靠到所述传感器容纳部的单元基底承受壁上；

所述壁面是与所述压电元件相对的所述传感器盖体的内表面。

14.如权利要求12所述的液体容器，其特征在于，

具有容纳所述液体检测装置的传感器容纳部，

与所述压电元件的振动波射出面的背面相对的所述壁面是所述传感器容纳部的壁。

15.一种液体喷射装置，从内部存储液体的液体存储部向该液体喷射装置供应液体，所述液体喷射装置的特征在于，

具有与所述液体存储部连接并对所述液体进行检测的液体检测装置，

所述液体检测装置是权利要求11所述的液体检测装置。

16.如权利要求15所述的液体喷射装置，其特征在于，

包括：传感器容纳部，容纳所述液体检测装置；

安装所述压电元件的单元基底；以及

传感器盖体，利用推压单元使该单元基底压靠到所述传感器容纳部的单元基底承受壁上；

所述壁面是与所述压电元件相对的所述传感器盖体的内表面。

17.如权利要求15所述的液体喷射装置，其特征在于，

具有容纳所述液体检测装置的传感器容纳部，

与所述压电元件的振动波射出面的背面相对的所述壁面是所述传感器容纳部的壁。

18.一种液体检测装置，与内部存储液体的液体存储部连接并利用压电元件来检测所述液体存储部内的液体，所述液体检测装置的特征在于，

包括：传感器空腔，接收所述液体；

振动板，封闭所述传感器空腔的开口；以及

压电元件，设置在所述振动板的、与所述传感器空腔相反一侧的面上；

存在与所述压电元件的振动波射出面的背面相对的壁面，

在所述壁面上设有开口，该开口至少比所述压电元件的外形形状大。

19.一种液体容器，包括：

液体存储部，在内部存储液体；

液体供应口，与所述液体存储部连通，向外部的液体消耗装置供应液体；以及

液体检测装置，与所述液体存储部和所述液体供应口连接，对所述液体进行检测；

所述液体容器的特征在于，所述液体检测装置是权利要求18所述的液体检测装置。

20.如权利要求19所述的液体容器，其特征在于，

包括：传感器容纳部，容纳所述液体检测装置；

安装所述压电元件的单元基底；以及

传感器盖体，利用推压单元使该单元基底压靠到所述传感器容纳部的单元基底承受壁上；

所述壁面是与所述压电元件相对的所述传感器盖体的内表面。

21.如权利要求19所述的液体容器，其特征在于，

具有容纳所述液体检测装置的传感器容纳部，

与所述压电元件的振动波射出面的背面相对的所述壁面是所述传感器容纳部的壁。

22.一种液体喷射装置，从内部存储液体的液体存储部向该液体喷射装置供应液体，所述液体喷射装置的特征在于，

具有与所述液体存储部连接并对所述液体进行检测的液体检测装置，

所述液体检测装置是权利要求18所述的液体检测装置。

23.如权利要求22所述的液体喷射装置，其特征在于，

包括：传感器容纳部，容纳所述液体检测装置；

安装所述压电元件的单元基底；以及

传感器盖体，利用推压单元使该单元基底压靠到所述传感器容纳部的单元基底承受壁上；

所述壁面是与所述压电元件相对的所述传感器盖体的内表面。

24.如权利要求22所述的液体喷射装置，其特征在于，

具有容纳所述液体检测装置的传感器容纳部，

与所述压电元件的振动波射出面的背面相对的所述壁面是所述传感器容纳部的壁。

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