CN1386092A - 液体容器、喷墨记录设备、用于控制该喷墨记录设备的装置和方法、用于检测液体消耗状态的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于控制喷墨记录设备的方法,其中液体容器能以可分离的方式安装于该喷墨记录设备上,所述液体容器具有容器主体和压电装置,所述容器主体容纳被供给到记录头上的液体,所述记录头从喷嘴口喷射墨滴,所述压电装置用于对所述容器主体内的所述液体进行检测。该方法包括以下步骤:利用设置在所述喷墨记录设备内部或外部的检测部分检测所述压电装置的特征值;利用设置在所述喷墨记录设备内部或外部的判断部分判断所述特征值是否满足预定条件;以及根据所述判断步骤的结果控制所述喷墨记录设备以使所述喷墨记录设备被设定在可操作状态或不可操作状态。该方法能够判断压电装置是否正常操作,以便确定在液体容器内是否装有预定量的液体、检测液体容器和压电装置的缺陷以及检测液体容器的倾斜。

Description

液体容器、喷墨记录设备、用于控制该喷墨记录 设备的装置和方法、用于检测液体消耗状态的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种液体容器，该液体容器具有用于检测液体容器内的液体消耗状态的压电装置，本发明还涉及一种能够使用该液体容器的喷墨记录设备、用于控制该喷墨记录设备的装置和方法以及用于检测液体消耗状态的装置和方法。
背景技术
喷墨记录设备具有安装在滑架上的喷墨记录头。该喷墨记录头设有压力产生元件以及喷墨孔，压力产生元件用于为压力产生腔提供压力，喷墨孔能够使增压的油墨以墨滴的形式从喷墨孔排出。该喷墨记录设备是以这样的方式被配置的，即，当墨盒中的油墨经油墨通道被供给记录头时，能够使该喷墨记录设备进行连续打印。墨盒是以这样的方式被配置的，即，使该墨盒可以被连接到记录设备上并且可从记录设备上被拆下，从而当油墨完全耗尽时能够让用户容易地更换墨盒。
传统上，作为控制墨盒中油墨消耗的方法，采用一种使用软件通过计算从记录头排出的墨滴数量和由于保养而被吸收的油墨量的总和来控制墨盒中油墨消耗的方法，一种通过在墨盒上安装电极以检测油墨水平高度以及类似特征从而能够即时地控制油墨实际消耗量的方法。
对于使用软件通过计算从记录头排出的墨滴数量和由于保养而被吸收的油墨量的总和来控制墨盒中油墨消耗的方法，存在一些问题，即，由于用户方所采用的打印形式而产生出错，并且当再次安装同样的墨盒时会产生较大的错误。在所计算的油墨消耗量和由于使用环境而产生的实际消耗量之间所产生的出错是不可忽略的。
对于利用电极来即时控制油墨消耗量的方法，由于能够检测实际的油墨量，因此能够以比较可靠的方式控制油墨在墨盒中的存在情况。然而，由于油墨水平高度的检测依赖于油墨的电导性，因此可使用的油墨种类是有限的，而且电极的密封结构也变得复杂。此外，由于通常使用具有良好的传导性和耐腐蚀性的贵重金属作为电极材料，因此提高了墨盒的制造成本。另外，由于需要安装两块电极，因此增加了墨盒的制造步骤，从而导致制造成本的增加。
于是，人们提出了通过采用压电材料的压电装置来检测声阻抗的变化从而能够检测油墨的液体水平高度的方法。在利用压电装置检测油墨液体水平高度的方法中，能够以比较可靠的方式控制油墨是否存在于墨盒中，电极的密封结构也不是一种复杂结构，并且能够降低墨盒的制造成本。
但是，在压电装置有缺陷的情况下，压电装置不能正常工作，并且会对油墨是否存在于墨盒中作出错误的判断。因此，如果能判断压电装置是否正常工作，这种方法则优于以上所述的方法。
此外，在有缺陷的墨盒中，由于油墨的泄露和蒸发会使油墨量减小。因此，希望可以利用压电装置检测到由于墨盒中存在缺陷而使墨盒中没有充填预定量的油墨。
此外，甚至在墨盒的制造过程中，如果该方法能确定墨盒是否充填预定量的油墨，这种方法则优于不能确定墨盒是否充填预定量的油墨的方法。
另外，当重复使用墨盒时，油墨被再次充填到墨盒中。如果该方法能在墨盒中再次充填油墨后检测到墨盒中是否实际存在预定量的油墨，这种方法则优于不能在墨盒中再次充填油墨后检测到墨盒中是否实际存在预定量的油墨的方法。
另外，希望能够基于液体液面倾斜的程度检测到墨盒安装不当的情况以及喷墨记录设备倾斜的情况。从而可防止喷墨记录设备进行低质量的打印。
因而，本发明的一个目的是，提供一种用于控制喷墨记录设备的方法和装置，该方法和设备能够利用压电装置对液体进行检测，根据所得到的是否存在缺陷的结果对喷墨记录设备进行控制。
此外，本发明的一个目的是提供一种能够在制造液体容器过程中以及在制造液态容器后确定液体容器内是否装有预定量液体的液体容器。
另外，本发明的其他目的是提供能够检测到由于液体容器和/或压电装置存在缺陷而使在液体容器中没有保留预定量油墨的液体容器，以及提供能够根据油墨量的检测结果来控制喷墨记录设备的方法和装置。
更进一步，本发明的其他目的是提供这样一种液态容器，例如能够在液体容器没有适当安装的情况下检测出该液体容器倾斜，还提供一种能够根据油墨量的检测结果来控制喷墨记录设备的方法和装置。
此外，本发明的另一个目的是提供能够容易且准确地检测到液体容器内的油墨量的液体容器和喷墨记录设备。
本发明的概述
本发明提供一种控制喷墨记录设备的方法，其中液体容器能以可分离的方式安装于该喷墨记录设备上，所述液体容器具有容器主体和压电装置，所述容器主体容纳被供给到记录头上的液体，所述记录头从喷嘴口喷射墨滴，所述压电装置用于对所述容器主体内的所述液体进行检测，该方法包括以下步骤：利用设置在所述喷墨记录设备内部或外部的检测部分检测所述压电装置的特征值；利用设置在所述喷墨记录设备内部或外部的判断部分判断所述特征值是否满足预定条件；以及根据所述判断步骤的结果控制所述喷墨记录设备以使所述喷墨记录设备被设定在可操作状态或不可操作状态下。
最好，在所述液体容器被安装到所述喷墨记录设备上时执行所述检测步骤。
最好，所述方法还包括这样一个步骤，即，利用设置在所述喷墨记录设备内部或外部的测量部分测量所述液体容器内的液体的消耗量直到至少达到预定量。
最好，所述方法还包括这样一个步骤，在所述喷墨记录设备处于不操作状态的情况下，选择所述喷墨记录设备保持所述不操作状态或者选择将所述喷墨记录设备从所述不操作状态变为可操作状态。
最好，所述特征值是所述压电装置的压电元件的元件特征值。
最好，所述特征值是所述压电装置的振荡部分的振荡特征值。
最好，所述液体容器设有至少两个所述压电装置。在所述检测步骤中，所述检测部分检测所述至少两个压电装置的振荡特征值。在所述判断步骤中，所述判断部分根据所述至少两个压电装置的共有振荡特征值的相对条件判断所述液体容器内的所述液体的消耗状态。
本发明提供一种用于控制喷墨记录设备的装置，其中液体容器能以可分离的方式安装于该喷墨记录设备上，所述液体容器具有容器主体和压电装置，所述容器主体容纳被供给到记录头上的液体，所述记录头从喷嘴口喷射墨滴，所述压电装置用于对所述容器主体内的所述液体进行检测，所述装置包括：用于检测所述压电装置的特征值的检测部分，所述检测部分设置在所述喷墨记录设备的内部或外部；用于判断所述特征值是否满足于预定条件的判断部分，所述判断部分设置于所述喷墨记录设备的内部或外部；以及控制部分，所述控制部分能够根据由所述判断部分所得到的结果控制所述喷墨记录设备以使所述喷墨记录设备被设定在可操作状态或不可操作状态下。
最好，所述检测部分检测至少两个所述压电装置的振荡特征值，所述至少两个压电装置与所述液体容器相连。所述判断部分根据所述至少两个压电装置的共有振荡特征值的相对条件判断所述液体容器内的所述液体的消耗状态。
本发明提供一种液体容器包括：容纳液体的容器主体；用于将所述液体供给到所述容器主体外部的液体供给口；用于对所述容器主体内的所述液体进行检测的压电装置，当所述液体没有被消耗时，所述压电装置位于所述液体的液面附近。
最好，所述液态容器还包括一个附加的压电装置，该附加的压电装置用于对所述容器主体内的所述液体进行检测。
最好，所述附加的压电装置位于所述容器主体的底面附近。
最好，所述附加的压电装置位于所述压电装置附近，当所述容器主体内的液体没有被消耗时的初始液面位于所述压电装置和所述附加的压电装置之间。
最好，所述压电装置和所述附加的压电装置分别具有与容器主体内的介质相接触的振荡部分。所述振荡部分的振荡特征值被检测。
最好，所述液体容器适于装配到喷墨记录设备上，所说喷墨记录设备通过记录头排出墨滴来执行记录操作，所述容器主体内的液体被供给到所述记录头。
本发明提供一种喷墨记录设备，其中液体容器能以可分离的方式安装于该喷墨记录设备上，所述液体容器具有容器主体和压电装置，所述压电装置用于对所述容器主体内的所述液体进行检测，所述设备包括：从所述液体容器中接收所述液体并从喷墨孔排出墨滴的记录头；以及用于控制所述喷墨记录设备的操作状态的控制器，所述控制器包括：用于检测所述压电装置的特征值的检测部分，所述检测部分设置在所述喷墨记录设备的内部或外部；用于判断所述特征值是否满足于预定条件的判断部分，所述判断部分设置于所述喷墨记录设备的内部或外部；以及控制部分，所述控制部分能够根据由所述判断部分所得到的结果控制所述喷墨记录设备以使所述喷墨记录设备被设定在可操作状态或不可操作状态下。
最好，所述设备还包括能够存储至少一个所述特征值的存储器。
最好，所述设备还包括一个测量部分，所述测量部分用于测量所述液体容器内的消耗值直到至少达到预定值。
最好，所述检测部分检测至少两个所述压电装置的振荡特征值，所述至少两个压电装置与所述液体容器相连。所述判断部分根据所述至少两个压电装置的共有振荡特征值的相对条件判断所述液体容器内的所述液体的消耗状态。
本发明提供一种用于检测安装在喷墨记录设备上的液体容器的液体消耗状态的方法，所述液体容器具有容器主体和压电装置，所述容器主体容纳被供给到记录头上的液体，所述记录头从喷嘴口喷射墨滴，所述压电装置用于对所述容器主体内的所述液体进行检测，该方法包含以下步骤：利用检测部分检测至少两个所述压电装置的振荡特征值，所述至少两个所述压电装置与所述液体容器相连，所述检测部分设置在所述喷墨记录设备的内部或外部；以及利用判断部分根据所述至少两个压电装置的共有振荡特征值的相对条件判断所述液体容器内的所述液体的消耗状态，所述判断部分设置在所述喷墨记录设备的内部或外部。
最好，所述振荡特征值的所述相对条件是指彼此近似相等的所述至少两个压电装置的所述振荡特征值。
本发明提供一种喷墨记录设备，其中液体容器能以可分离的方式安装于该喷墨记录设备上，所述液体容器具有容器主体和压电装置，所述压电装置用于对所述容器主体内的所述液体进行检测，该设备包括：从所述液体容器中接收所述液体并从喷墨孔排出墨滴的记录头；以及用于控制所述喷墨记录设备的操作状态的控制器，所述控制器包括：检测部分，所述检测部分能够检测至少两个所述压电装置的振荡特征值，所述至少两个所述压电装置与所述液体容器相连，以及判断部分，所述判断部分能够根据所述至少两个压电装置的共有振荡特征值的相对条件判断所述液体容器内的所述液体的消耗状态。
最好，所述振荡特征值的所述相对条件是指彼此近似相等的所述至少两个压电装置的所述振荡特征值。
附图的简要说明
图1是表示作为本发明所涉及的液体容器的一个实施例的用于单色油墨(例如黑色油墨)的墨盒的一个视图；
图2是表示作为本发明所涉及的液体容器的另一个实施例的墨盒的一个视图；
图3A和3B是表示作为本发明所涉及的液体容器其它实施例的墨盒的视图；
图4是表示作为本发明所涉及的液体容器的另一个实施例的墨盒在横向上的一个截面图；
图5是表示作为本发明所涉及的液体容器的另一个实施例的墨盒的一个视图；
图6是表示作为本发明所涉及的液体容器的另一个实施例的包含多种油墨的墨盒从后部看过去的一个透视图；
图7是表示作为本发明所涉及的喷墨记录设备的一个实施例的使用图1中所示的墨盒的喷墨记录设备的主要部分的一个截面图；
图8是表示作为本发明的一个实施例的喷墨记录设备的控制器的一个框图；
图9是表示控制安装有如图1中所示的墨盒的喷墨记录设备的方法的流程图；
图10是表示控制安装有如图1中所示的墨盒的喷墨记录设备的方法的流程图；
图11A、11B和11C详细表示作为本发明中所用的压电装置的一个实施例的致动器的视图；
图12是详细表示图11A、11B和11C中所示致动器和等效电路的视图；
图13A和13B是表示墨盒中油墨量和油墨的共振频率和振荡部分之间关系的图表；
图14A和14B是表示测量致动器残余振荡的波形和致动器振荡之后的残余振荡的方法的图表；
图15是表示图11A、11B和11C中所示致动器以模块体的形式整体构成的结构的一个透视图；
图16是表示模块体的另一个实施例的一个透视图；
图17A、17B和17C是表示模块体的另一个实施例的视图；
图18是表示装有致动器的模制结构的一个实施例的一个视图；
图19A和19B是表示作为本发明所涉及的液体容器的一个实施例的装在墨盒上的电路板的一个视图；
图20是表示作为本发明的一个实施例的使用图11A、11B和11C中所示致动器的墨盒和喷墨记录设备的一个视图；
图21是表示作为本发明的一个实施例的喷墨记录设备的头区域及其周围部件的一个视图。
本发明的最佳实施方式
下面将通过本发明的实施例对本发明进行描述，然而，下面所涉及的本发明实施例并不是对由权利要求所限定的本发明保护范围的限制，这些实施例中所述特征的所有组合对于本发明解决方法并不是必需的。
本发明的基本原理是通过利用一种振荡现象来检测液体容器内的液体状态(包括液体是否存在于液体容器内，液体量，液体的液面高度，液体的类型和液体的成分)。人们已经提出了一些关于通过利用一种振荡现象来检测液体容器内的液体状态的方法的具体方案。例如，人们提出了这样一种方法，其中弹性波产生元件相对于液体容器的内部产生弹性波，并通过接收由液面或相对的壁所反射的反射波来检测液体容器内的介质和其中的状态变化。另外，除此以外，人们还提出了一种根据振荡体的振荡特征来检测声阻抗变化的方法。对于利用声阻抗变化的方法，人们可采用一种通过使具有压电元件的压电装置或致动器的振荡部分振荡、接着测量由在振荡部分中的残余振荡所产生的反电动势以及检测共振频率大小或反电动势波形来检测声阻抗变化的方法，人们还可采用一种利用阻抗分析器的测量装置来测量液体的阻抗特征或导纳特征的方法，例如，测量传输电路以及电压值和电流值的变化或者当为液体提供振荡时由于频率而导致的电压值和电流值的变化。
应该注意的是，下面描述的作为压电装置一个实施例的致动器的特征值至少包括元件特征值和振荡特征值。元件特征值是指包括在致动器中的具有压电性质的材料本身的特征值。例如，可列举的特征包括电学特征(如电压值或电流值、阻力系数和电容)以及当为致动器提供恒定电流和恒定电压时的光学特征。振荡特征值是指根据声阻抗变化而变化的振荡部分的振荡特征值，所述声阻抗变化是由于与包括在致动器内的振荡部分接触的介质变化所导致的。例如，可列举的振荡特征值包括振荡部分的震荡频率和振幅。另外，振荡特征值还包括由于振荡部分的振荡而产生的反电动势的特征值。
图1是使用单色油墨(例如在本发明所用的是黑色油墨)的墨盒的一个实施例的截面图。在本实施例中，图1中示出的是未消耗状态，即墨盒中的油墨没有从记录头排出(图2到图5以及图18中示出的也是类似状态)。图1中所示的墨盒被制造成这种形式，即，使其能够使用上述方法中的通过使压电装置的振荡部分振荡以及接着测量由于在振荡部分的残余振荡所产生的反电动势来检测至少声阻抗变化的方法。致动器106被用作压电装置。
图1中所示的墨盒设有可容纳油墨K的容器主体1、用于将容器主体1内的油墨供给到容器主体1外部的油墨供给口2以及用于检测容器主体1内的油墨K消耗状态的致动器106。本发明所涉及的墨盒的容器主体1具有一个供给口形成侧壁1010，供给口2设置于供给口形成侧壁1010上，容器主体1还有一个与所述供给口形成侧壁1010相对的相对侧壁1015。
在本实施例所涉及的墨盒中，致动器106设置在容器主体1内壁中的所述相对侧壁1015的内壁上。致动器106与穿透所述相对侧壁1015的导线111电连接。另外，外端子107安装在相对侧壁1015的外壁上以使外端子107与导线111电连接。致动器106设置在相对侧壁1015上，但是，致动器106通过导线111与存在于容器主体1外部的外端子107的电连接可从外部接收电信号以及将电信号发送到外部。另外，在墨盒处于未使用状态时，致动器106的位置处于油墨液面下方，并设置于油墨液面附近。因而，致动器106的振荡部分位于略微低于油墨液面的位置处。
致动器106被设置在容器主体1的内壁上而不是伸向外部。因而，墨盒的外观近似于其中没有设置致动器106的墨盒的轮廓，只是外端子107是突出的。因此，改变墨盒的轮廓实际上不会在诸如对喷墨记录设备中墨盒的支架的技术要求等设计方面产生较大的改变。
此外，在容器主体1的内壁上打出的孔，即在本实施例中在相对侧壁1015上打出的孔应该是足够大的以使导线111穿过该孔。因而，无需在容器主体1的侧壁上提供较大的孔以使致动器106能够穿过该孔。因此，使容器主体1的内部维持一种流体密封的状态能够防止容器主体1内的油墨向外渗漏。因此，本实施例所涉及的墨盒不需要一种复杂的密封结构。此外，由于不需要复杂的密封结构，因此能够降低生产成本。
此外，经由外端子107和导线111为致动器106提供电流和电压可检测元件特征值。
另外，在本实施例中，由于在墨盒处于未使用状态时，致动器106的位置处于油墨液面下方，并且由于致动器106设置于油墨液面附近，因此，当在制造或重复使用墨盒时，能够检测出存在墨盒中的实际油墨量是否为预定的油墨量。另外，在制造墨盒后，如果墨盒存在缺陷，那么油墨的渗漏和油墨的蒸发会减少油墨量。在这种情况下，由于致动器106能够检测出墨盒中的实际油墨量是否为预定油墨量，因此也就能检测出墨盒是否存在缺陷。
另外，在墨盒长期处于未使用状态的情况下，由于油墨的蒸发会使油墨的质量(诸如粘度或类似性能)变差。由于致动器106能够检测出墨盒中的实际油墨量是否为预定油墨量，因此通过致动器106能够在一定程度上判断出油墨的质量是好还是坏。
另外，在墨盒安装不当的情况下和/或在喷墨记录设备是倾斜的情况下，尽管墨盒处于未使用状态，但是也可通过确定致动器106从油墨液面的暴露程度检测出墨盒是倾斜的。相反地，即使在消耗了预定量的油墨的情况下，也可通过致动器106从油墨的液面中的未暴露程度检测出墨盒是倾斜的。
通过改变致动器106相对于油墨液面的高度，可改变充填到墨盒内的油墨量，并且还能改变用于判断墨盒是倾斜的或墨盒质量不好的油墨减少量。应该注意的是，也可通过单独地提供振荡装置而使致动器106仅被用作介质的检测装置。
图2示出了本发明所涉及的墨盒的另一个实施例。在本实施例所涉及的墨盒中，与图1中示出的实施例所涉及的墨盒类似，致动器106设置在相对侧壁1015上。在本实施例所涉及的墨盒中，在墨盒处于未使用状态时，致动器106被设置在略微高于油墨液面的位置处。
同样在本实施例中，经由外端子107和导线111为致动器106提供电流和电压来检测元件的特征值。
另外，在墨盒安装不当的情况下以及在喷墨记录设备是倾斜的情况下，尽管墨盒处于未使用状态，但是可利用致动器106通过对油墨的检测来检测出墨盒是倾斜的。
图3A示出了本发明所涉及的墨盒的另一个实施例。在本实施例所涉及的墨盒中，在相对侧壁1015上设置了多个致动器106a和106b。然而，在墨盒处于未使用状态时，致动器106a和106b分别被设置在略微低于油墨液面的位置处以及在容器主体1的底面1a与相对侧壁1015之间的边界附近。
可以达到与图1中示出的实施例所涉及的致动器106相似的效果。另一方面，在油墨消耗尽的阶段，设置致动器106b以使得与致动器106b接触的介质从油墨转变为气体。因而，致动器106b能检测出油墨耗尽情况。
因此，如图3A中示出的实施例所涉及的，通过设置两个致动器106a和106b能够对致动器106a和106b是否具有缺陷、墨盒中所存在的油墨量是否为预定油墨量以及油墨耗尽的检测等所有情况进行判断。
另外，也可基于致动器106a和106b的共有特征值的相对条件检测墨盒内的油墨消耗量。特别是，半导体存储器元件7能够当墨盒内的预定油墨量已被消耗并且致动器106a周围缺乏油墨时存储致动器106a所检测到的一个振荡特征值。当致动器106b检测的振荡特征值约等于致动器106a在致动器106a周围缺乏油墨情况下所检测到的振荡特征值时，可以判断油墨液面已经过致动器106b。由于致动器106b设置于当容器主体1的油墨耗尽时的油墨液面附近，因此当判断油墨液面已经过致动器106b时，可以判断油墨已耗尽。此外，根据本实施例，无需在制造过程中当容器主体1中没有油墨时测量致动器106a和106b的振荡特征值。因而，使致动器106a和106b或墨盒的制造变得容易，并且可以缩短制造过程。另外，最好以批号相同的方式制造致动器106a和106b。这样才能使致动器106a和106b的特性大致相同。使用特性大致相同的致动器106a和致动器106b能够对墨盒中的油墨进行准确的检测。
图3B示出了本发明所涉及的墨盒的另一个实施例。在图3B中所示的墨盒中，图3A中示出的实施例所涉及的墨盒中的致动器106b位于致动器106a附近。致动器106a和致动器106b的位置是这样设计的，即当将墨盒固定到喷墨记录设备上时使油墨液面位于致动器106a和致动器1 06b之间。这样就能判断墨盒是否正常地安装到喷墨记录设备上。当墨盒安装到喷墨记录设备上时，当致动器106a检测到没有油墨并且当致动器106b检测到存在油墨时，可判断墨盒的安装是正常的。另一方面，当墨盒安装到喷墨记录设备上时，在致动器106a和致动器106b都检测到存在油墨的情况下，可判断墨盒的安装是不正常的。另外，当墨盒安装到喷墨记录设备上时，在致动器106a和致动器106b都检测到没有油墨的情况下，可判断墨盒内的油墨没有被充填到预定油墨量，或者墨盒、致动器和/或附属容器33(图7)存在缺陷。
另外，当油墨被再次充填到图3B中示出的实施例所涉及的墨盒中时，油墨可被充填直至油墨液面位于致动器106a和致动器106b之间。在利用致动器106a检测到没有油墨以及利用致动器106b检测到存在油墨时，就能检测到油墨在不多不少的情况下被注入到墨盒内。
应该注意的是，在图1到图3B中所示的实施例中，致动器106、106a和106b被设置在相对侧壁1015上，但是，致动器106、106a和106b也可以被设置在供给口形成侧壁1010上。此外，如图18中所示，致动器106也可以被设置在位于容器主体1顶部的顶壁上。另外，在设置两个致动器106以使这两个致动器相对于油墨液面位于相同液面的情况下，当墨盒是以一种倾斜的方式被设置时，由于只有一个致动器106检测到气体或油墨，因此可以检测出墨盒是倾斜的。
图4是本发明所涉及的墨盒的另一个实施例的一个横向截面图。容器主体1具有插入侧壁1020a和1020b，插入侧壁1020a和1020b插入在油墨供给口2形成于其上的供给口形成侧壁1010(见图1)和与供给口形成侧壁1010相对的相对侧壁1015(见图1)之间。在本实施例中，致动器106设置在插入侧壁1020a上。
在本实施例中，致动器106设置在插入侧壁1020a的内壁上，在墨盒处于未使用状态时，致动器106所处位置略微低于油墨液面。但是，也可以如图1到图3B所示的方式设置致动器106。此外，在本实施例中，致动器106设置在插入侧壁中的一个插入侧壁1020a上，但是，它也可以被设置在另一个插入侧壁1020b上。
图5是一个墨盒的截面图，其中，振荡部分较长的单个致动器106设置于该墨盒上。致动器106的振荡部分从油墨耗尽前的油墨液面邻近处延伸到底面1a。
根据本实施例，利用单个致动器106能够对致动器106是否具有缺陷、墨盒中所存在的油墨量是否为预定油墨量以及油墨耗尽的检测等所有情况进行判断。
另外，基于致动器106的至少两个振荡特征值可判断液体容器内的液体消耗状态。
图6是一个表示装有多种油墨的墨盒的一个实施例的透视图，该透视图是从背面看过去的。容器8被隔壁分成三个油墨腔9、10和11。在每个油墨腔中分别形成有油墨供给口12、13和14。致动器15、16和17分别设置在供给口形成侧壁1012、1013和1014上。致动器15、16和17也可以设置包含在容器8内的其它侧壁上。
图7是示出了一个喷墨记录设备中的主要部分的一个截面图，在该喷墨记录设备中使用了如图1中所示的墨盒。能够在记录纸的横向上往复移动的滑架30装有一个附属容器33。记录头31设置在附属容器33的下表面上。另外，油墨供给针32设置在附属容器33的墨盒安装表面的一侧。此外，在致动器106的特征值至少不能满足预定条件的情况下，作为用于显示出错信息的输出部分的面板2000设置在喷墨记录设备内。或者，可在喷墨记录设备中设置与主计算机3000相连的外部输出端2500以便将出错信息显示在外部的主计算机3000上。应该注意的是，图7中所示的外端子107通过喷墨记录设备的墨盒支架(图7中未示出)或类似装置与外部输出端2500电连接或光连接。
当容器主体1的油墨供给口2沿着附属容器33的油墨供给针32被插入时，阀体6向后移动并压靠弹簧5，从而形成了一个油墨通道，容器主体1内的油墨流进油墨腔34。在油墨充填到油墨腔34中后，记录头31的喷口受到负压的作用，油墨从记录头31喷出，执行记录操作。
应该注意的是，在图1到图5和图18中所示的实施例中，当墨盒安装到喷墨记录设备上并且油墨被充填到油墨腔34中时，致动器106的位置和油墨腔34的量最好是这样设计的，即，使得油墨液面处于在图1到图5和图18中所示的位置处。因此，图1到图5和图18中所示的油墨液面不总是位于墨盒制造过程中的液面位置。
当通过记录操作使油墨在记录头31中得到消耗时，由于薄膜阀36的下游侧压力减小，薄膜阀36被打开。这样，油墨腔34中的油墨经由油墨供给通道35流入到记录头31中。随着油墨流入记录头中，容器主体1中的油墨经由油墨供给针32流入到附属容器33中，并重复打印操作。
图8是表示本发明所涉及的喷墨记录设备的控制器的一个框图。本发明所涉及的喷墨记录设备具有用于将墨滴喷射在记录纸上并进行打印的记录头702、用于使记录头702在记录纸的横向(主扫描方向)上往复移动的滑架700以及用于为记录头702提供油墨的墨盒180。滑架700与滑架驱动马达716相连。通过驱动滑架驱动马达716可使滑架700和记录头702在记录纸的横向上往复移动。滑架马达控制装置722控制滑架驱动马达716。
安装在墨盒180上的致动器106被压电装置控制元件720所控制。特征值检测部分810能够检测被压电装置控制元件720所控制的致动器106的特征值。例如，通过利用压电装置控制元件720为致动器提供恒定电压，包含在致动器106内的压电元件中的电流值可被特征值检测部分810检测。这样，特征值检测部分810就能够检测压电元件的电阻值。另外，利用交流电源可使特征值检测部分810对压电元件的电容进行检测。
特征值检测部分810能检测致动器106的振荡部分的振荡特征。例如，压电装置控制元件720为致动器106提供电压，并且特征值检测部分810检测由在致动器106的振荡部分中的残余振荡所产生的反电动势。这样，特征值检测部分810能检测残余振荡的共振频率和反电动势的振幅。
在特征值检测部分810中所检测到的关于致动器106的特征值被送至特征值判断部分820。另一方面，特征值应当满足的预定条件预先已经被存储在存储部分850内。可根据特征值来设定该预定条件。例如，在特征值为压电元件的电阻的情况下，该压电元件的电阻应当满足的技术要求被称为预定条件。另外，例如，在特征值被判断为致动器106的共振频率的情况下，该共振频率应当满足的技术要求被称为预定条件。当特征值检测部分810检测致动器106的特征值时，存储部分850将预定条件发送给特征值判断部分820。利用包含在特征值判断部分820中的一个比较器将被发送给特征值判断部分820的特征值与预定条件进行比对。
在特征值判断部分820判断特征值不满足预定条件的情况下，特征值判断部分820将一个出错信号发送给输出部分840。输出部分840输出与出错信号相应的出错信息显示。输出部分840例如是如图7中所示的面板2000和外部输出端2500。外部输出端2500与主计算机3000连接以使出错信号被输出到外部主计算机3000。出错信息显示装置是显示关于墨盒存在缺陷、应该更换墨盒、特征值、特征值判断部分820中的判断结果或类似信息的装置。出错信息显示装置也可以是发光装置和发声装置。另外，特征值判断部分820将一种不操作信号发送给控制部分750。该不操作信号是用于使喷墨记录设备处于不执行诸如打印、清洁、闪光等操作状态的信号，也就是说，使喷墨记录设备处于不操作状态。已接收不操作信号的喷墨记录设备不执行操作或停止操作。在喷墨记录设备处于不操作状态的情况下，它可被设计成这样的形式，即，让用户能选择用于使喷墨记录设备操作的选项(未示出)。
另一方面，当特征值判断部分820判断特征值满足预定条件时，特征值判断部分820将一种操作信号发送给控制部分750。该操作信号是用于使喷墨记录设备处于执行诸如打印、清洁、闪光、待机等操作状态的信号，也就是说，使喷墨记录设备处于操作状态。已接收操作信号的喷墨记录设备能启动或重新启动或处于操作前的待机状态。另外，关于输出部分840满足预定条件、喷墨记录设备处于操作状态等信息的显示信息也可被输出。
特征值检测部分810检测致动器106的特征值的时刻甚至可以是墨盒被安装到喷墨记录设备上的时刻。另外，特征值检测部分810检测致动器106的特征值的时刻甚至可以是在油墨消耗量测量部分830测量墨盒内消耗的预定油墨量的时刻。
下面将对油墨消耗量测量部分830测量墨盒内消耗的预定油墨量的时刻进行详细描述。油墨消耗量测量部分830通过将从记录头排出的墨滴量和在清洁与闪光时实际使用的油墨量加在一起来计算墨盒内的油墨消耗量。关于已在油墨消耗量测量部分830中所测量的并经过数学计算的油墨消耗量的信息被发送到特征值判断部分820。另一方面，经过数学计算的消耗量应当满足的预定条件已预先被存储在存储部分850中。可根据从记录头排出的墨滴量、清洁与闪光的频率、致动器106所处位置等因素来设定该预定条件。存储部分850将预先存储的预定条件发送给特征值判断部分820。当经过数学计算的油墨消耗量达到油墨消耗量测量部分830中的预定量时，特征值判断部分820将一种信号发送给控制部分750。控制部分750的压电装置控制元件720向致动器106提供与来自特征值判断部分820的信号相对应的电压或类似特征。这样，特征值检测部分810能够检测致动器106的特征值。
应该注意的是，对于已在油墨消耗量测量部分830中被预先判断的墨滴的量和在清洁与闪光时实际使用的油墨量，在很多情况下会因使用环境而产生与实际排出的油墨量之间的误差。因此，存储在存储部分850中的预定条件最好能被设定为一个允许在一定范围内稍微增大或稍微减少的数值。另外，在当墨盒被安装到喷墨记录设备上时检测致动器106的特征值的情况下，作为存储在存储部分850中的预定条件的油墨消耗量可被设定为零。
在喷墨记录设备中，用于密封记录头702的盖712被固定到不打印区域上。盖712通过管与吸收泵718相连，通过接收所供给的负压以及从记录头702的整个喷嘴排出油墨来执行对记录头702的喷口的清洁。另外，通过使记录头702定位在盖712处以及从记录头702的整个喷嘴排出油墨来进行闪光。进行清洁、进行闪光的时刻以及从打印状态转换为不打印状态的时刻可以是检测致动器106的特征值的时刻。
应该注意的是，特征值检测部分810、特征值判断部分820、油墨消耗量测量部分830、输出部分840和存储部分850可以设置在喷墨记录设备内，例如设置在控制部分750内，或者可以设置在外部设置的装置中，例如设置在外部主计算机中。与压电装置操作有关的特征值检测部分810、特征值判断部分820、油墨消耗量测量部分830、输出部分840和存储部分850最好被设置在墨盒中。考虑到与压电装置操作有关的元件脱离正常工作状态的这个情况，最好将这些元件设置这样一种形式，即在更换墨盒的同时可以更换这些元件。另外，与压电装置操作有关的特征值检测部分810、特征值判断部分820、油墨消耗量测量部分830、输出部分840和存储部分850可以被设置在记录头上，所述记录头安装于喷墨记录设备上，而且所述记录头可以容易地连接到该喷墨记录设备上或从喷墨记录设备上拆下。
图9和图10是表示用于控制喷墨记录设备的方法的流程图，图1中示出的实施例所涉及的墨盒安装于该喷墨记录设备上。应该注意的是，可以用如图2到图6中示出的任一实施例所涉及的墨盒来代替图1中示出的实施例所涉及的墨盒。
图9是表示从图1中所示墨盒安装于喷墨记录设备上的阶段到喷墨记录设备处于操作状态或不操作状态的阶段的流程图。
下面将参考图8并根据图9中所示的流程图对喷墨记录设备的操作情况进行描述。将墨盒安装在喷墨记录设备上。当安装墨盒时，喷墨记录设备确认墨盒已被安装。对用于确认墨盒已被安装的方法没有特别的限制。例如，可利用喷墨记录设备对设置于墨盒上的半导体存储器装置7进行检测来确认墨盒的安装。另外，在墨盒上设置一个凸起(未示出)，当安装墨盒时，该突起推按一个预先安装在喷墨记录设备上的开关(未示出)。这样，使该开关通电以使喷墨记录设备可以确认墨盒已被安装。或者，当安装墨盒时，用户可以用任何方法将其输入给喷墨记录设备。
接着，压电装置控制元件720向致动器106发送一个用于检测致动器106的一个元件特征值的元件特征检测信号。元件特征检测信号例如是电流或电压。随后，在图9(A)中，特征值检测部分810检测致动器106的元件特征值并且特征值判断部分820对该元件特征值进行判断。
在致动器106的元件特征值不满足预定条件的情况下，出错信息0显示在输出部分840上。例如，出错信息0显示在设置于喷墨记录设备上的作为输出部分的面板2000上，或者显示在与设置于喷墨记录设备上的外部输出端2500相连的外部主计算机3000上。或者，向致动器106发送一个元件特征检测信号的指令S0重新返回到喷墨记录设备上。在这种情况下，可以这样的方式进行设定，即，在尽管根据指令S0以预定次数发送元件特征检测信号但是致动器106的元件特征值还是不满足预定条件的情况下，使出错信息0的显示被输出。另外，也可以这样的方式进行设定，即，在当以预定次数发送元件特征检测信号时致动器106的元件特征值的平均值不满足预定条件，使出错信息0的显示被输出。另外，可以根据多个元件特征值中的最大值是否在预定范围内或多个元件特征值中的最小值是否在预定范围内进行判断。
出错信息0的显示可以是一种仅告知用户出现错误的显示。出错信息0的显示最好是一种能够表明致动器106工作不正常、元件特征值、在特征值判断部分820中的判断结果等信息的显示。随着出错信息0被显示，喷墨记录设备处于不操作状态。输出部分840可以显示该喷墨记录设备处于不操作状态。另外，存储部分850可以存储该喷墨记录设备处于不操作状态。这样，喷墨记录设备的历史数据被存储。应该注意的是，不操作状态是指记录装置不能工作的状态。另外，即使本实施例所涉及的喷墨记录设备处于不操作状态，它还是处于一种可以接收到用于使墨盒运动到预定位置以便将其更换为一个新墨盒的信号以及由用户提供的选择信号或类似信号(下面将对其进行描述)的状态。
应该考虑到致动器106的元件特征值的缺陷、压电元件的缺陷以及压电元件接线的缺陷性接触。由于压电元件自身的元件特征有缺陷会使压电元件存在缺陷。如图11A、11B和11C中所示，由于压电层160、上部电极164、下部电极166、上部电极端子168、下部电极端子170和辅助电极172之间的电接触以及从致动器106至特征值检测部分810的接线的电接触受损会导致压电元件接线的缺陷性接触。
当喷墨记录设备处于不操作状态时，用户根据出错信息0的显示更换墨盒。或者，可以这样的方式进行设定，即，使用户能选择指令S2以便利用已安装墨盒使喷墨记录设备处于操作状态。可利用指令S2使该喷墨记录设备处于操作状态。最好使以前的出错信息和包括致动器106的元件特征值的指令内容被存储在存储部分850中。
在致动器106的元件特征值满足预定条件的情况下，从压电装置控制元件720向致动器106发送一个操作信号(见图9(B))。致动器106接收该操作信号。在致动器106没有缺陷的情况下，致动器106执行预定的操作。另一方面，在致动器106有缺陷的情况下，致动器106不执行预定的操作。利用特征值判断部分820判断特征值检测部分810是否对致动器106的振荡特征进行检测，从而可以对致动器106是否执行预定操作作出判断。
在图9(B)中，在致动器106执行预定操作的情况下，出错信息1的显示被输出到输出部分840。在致动器106执行预定操作的情况下，向致动器106发送操作信号的指令S1可重新返回到喷墨记录设备。在这种情况下，即，在虽然根据指令S1以预定次数发送了操作信号但致动器106仍然不执行操作的情况下，可以这样的方式进行设定，即，使出错信息1的显示被输出。
出错信息1的显示可是一种仅告知用户出现错误的显示。出错信息1的显示最好是一种能够表明墨盒存在缺陷或者设置于墨盒上的致动器106存在缺陷、特征值、在特征值判断部分820中的判断结果等信息的显示。作为出错信息1的显示，它可显示出没有设置致动器106的墨盒被安装在喷墨记录设备上。在致动器106不执行预定操作的情况下，喷墨记录设备处于不操作状态并且出错信息1被显示。
当喷墨记录设备处于不操作状态时，用户根据出错信息1的显示更换墨盒。另外，可以这样的方式进行设定，即，使用户能选择指令S2以便利用已安装墨盒使喷墨记录设备处于操作状态。可利用指令S2使该喷墨记录设备处于操作状态。最好使以前的出错信息和指令被存储在存储部分850中。
在图9(B)中，在致动器106执行预定操作的情况下，判断在由致动器106检测的残余振荡中所获得的初始振荡特征值是否满足预定条件。初始振荡特征值可以是共振频率、振幅、波长、预定时限内的波的数量、预定数量的波通过的时限以及由致动器106的振荡部分中的残余振荡所产生的反电动势等。特别是，在如图11A到图19B中示出了这些初始振荡特征值。另外，对于预定条件，实测值可包括在比初始振荡特征值的期望值略高或略低的范围内或包括在比当制造致动器106和墨盒时预先测定的特征值的实测值略高或略低的范围内。应该注意的是，预定条件可是一种仅限定上限或下限的条件。
在图9(C)中，在初始振荡特征值的数值不满足预定条件的情况下，出错信息2的显示被输出到输出部分840。另外，在初始振荡特征值的数值不满足预定条件的情况下，向致动器106发送操作信号的指令S3可重新返回到喷墨记录设备。在这种情况下，可以根据利用致动器106执行预定次数的操作所获得的多个初始振荡特征值中的平均值、最大值或最小值进行判断。在多个初始振荡特征值中的平均值、最大值或最小值不在预定范围内的情况下，可以这样的方式进行设定，即，使出错信息2被输出。
出错信息2的显示可以是一种仅告知用户存在错误的显示。出错信息2的显示最好是一种能够表明墨盒存在缺陷、特征值以及在特征值判断部分820中的判断结果等信息的显示。出错信息2的显示所表明的墨盒的缺陷例如为由于在墨盒制造时没有充填预定量的油墨而使油墨液面达不到致动器106的位置的情况、由于墨盒或喷墨记录设备是倾斜的而使致动器106的周围没有油墨的情况、由于长时间不使用墨盒而使油墨蒸发并且油墨液面达不到致动器106的位置的情况、由于墨盒存在缺陷而使油墨渗漏或蒸发并且油墨液面达不到致动器106的位置的情况、已使用过的墨盒被再次安装到喷墨记录设备上的情况等。在初始振荡特征值的数值不满足预定条件的情况下，喷墨记录设备处于不操作状态并且出错信息2被显示。
当喷墨记录设备处于不操作状态时，用户根据出错信息2的显示更换墨盒。另外，可以这样的方式进行设定，即，使用户能选择指令S2以便利用已安装墨盒使喷墨记录设备处于操作状态。可利用指令S2使该喷墨记录设备处于操作状态。最好使以前的出错信息和指令被存储在存储部分850中。
在图9(C)中，在初始振荡特征值满足预定条件的情况下，喷墨记录设备处于操作状态。
图9中示出了当墨盒安装到喷墨记录设备上时的流程。然而，可在喷墨记录设备开始操作之前立即执行图9中所示的流程。另外，可当喷墨记录设备处于不打印状态时执行图9中所示的流程。另外，可当记录头执行清洁、闪光和擦拭时执行图9中所示的流程。此外，可在预先设定的时期执行图9中所示的流程。
图10是从当预定油墨量消耗时致动器106的特征值被检测的阶段到喷墨记录设备处于操作状态的阶段的一个流程图。现将参照图8并根据图10中所示的流程对喷墨记录设备的操作进行描述。
至于图10中所示的流程，在喷墨记录设备的操作中，例如可以在每次换页时启动该流程、可以在每次转换到不打印状态时启动该流程，或者在每一段预先设定的时间内启动该流程。
油墨消耗量测量部分830通过计算从记录头排出的墨滴量以及保养次数来测量从记录头排出的油墨量，所述保养例如为闪光和清洁以清除设置在记录头中喷嘴和其它机构上的堵塞。
从记录头排出的油墨量的测定值基本上等于墨盒内消耗的油墨量。在油墨消耗量的测定值没有达到预定参考值的情况下，喷墨记录设备的操作继续进行。当油墨消耗量的测定值达到预定参考值时，喷墨记录设备向致动器106发送一个操作信号。应该注意的是，关于预定参考值，应该考虑到油墨的实际消耗量和从记录头31排出的油墨量的测定值之间的差异，最好使该参考值稍稍大一点或稍稍小一点。
致动器106接收到一个操作信号。在致动器106没有缺陷的情况下，致动器106执行预定的操作。另一方面，在致动器106有缺陷的情况下，致动器106不执行预定的操作(见图10(A))。利用特征值判断部分820判断特征值检测部分810是否对致动器106的振荡特征进行检测，从而可以对致动器106是否执行预定操作作出判断。
在图10(A)中，在致动器106不执行预定操作的情况下，在输出部分840上执行出错信息3的显示。另外，在致动器106不执行预定操作的情况下，向致动器106发送一个操作信号的指令S4可重新返回到喷墨记录设备。在这种情况下，即在尽管根据指令S4以预定次数发送操作信号但致动器106仍然不执行操作的情况下，可以这样的方式设定，即，使使出错信息3的显示被输出。
出错信息3的显示可以是一种仅告知用户出现错误的显示。出错信息3的显示最好是一种能够表明墨盒存在缺陷、设置于墨盒上的致动器106存在缺陷、喷墨记录设备停止工作、特征值、在特征值判断部分820中的判断结果等信息的显示。作为出错信息3的显示，它可显示出没有设置致动器106的墨盒被安装在喷墨记录设备上。在致动器106不执行预定操作的情况下，喷墨记录设备处于不操作状态并且出错信息3被显示。
当喷墨记录设备处于不操作状态时，用户根据出错信息3的显示更换墨盒。另外，可以这样的方式进行设定，即，使用户能选择指令S5以便能够利用已安装的墨盒继续进行打印。利用指令S5可使该喷墨记录设备处于操作状态。最好使以前的出错信息和指令被存储在存储部分850中。
在图10(A)中，在致动器106执行预定操作的情况下，判断在由致动器106检测的残余振荡中所获得的中间振荡特征值是否满足预定条件(图10(B))。中间振荡特征值可以是共振频率、振幅、波长、预定时限内的波的数量、预定数量的波通过的时限以及由致动器106的振荡部分中的残余振荡所产生的反电动势等。在测量初始特征值的情况下，中间振荡特征值最好是与初始振荡特征值的类型相似的特征值。另外，对于中间振荡特征值应满足的预定条件，中间振荡特征值的实测值可包括在比中间振荡特征值的期望值略高或略低的范围内、或者包括在比当制造致动器106和墨盒时预先测量的特征值的实测值略高或略低的范围内或者包括在能够利用与其它特征值的相对关系进行判断的范围内，其它特征值例如可以是上述的初始振荡特征值。应该注意的是，预定条件可是一种仅限定上限或下限的条件。另外，中间振荡特征值应满足的预定条件可以与初始振荡特征值应满足的预定条件相一致。另外，初始振荡特征值与中间振荡特征值可以是由单个致动器106中所检测的至少两个振荡特征值中的一个或另外一个。此外，特征值检测部分810所检测的特征值和特征值判断部分820所判断的特征值可以是同一种类型的特征值，或者是多种类型的特征值。
在图10(B)中，在中间振荡特征值不满足预定条件的情况下，出错信息4显示于输出部分840上。另外，向致动器106发送一个操作信号的指令S6可重新返回到喷墨记录设备。在这种情况下，可以根据利用致动器106执行预定次数的操作所获得的多个中间振荡特征值中的平均值、最大值或最小值进行判断。在多个中间振荡特征值中的平均值、最大值或最小值不满足预定条件的情况下，可以这样的方式进行设定，即，使出错信息4被输出到输出部分840上。
出错信息4的显示可以是一种仅告知用户存在错误的显示。出错信息4的显示最好是一种能够表明墨盒存在缺陷、特征值以及在特征值判断部分820中的判断结果等信息的显示。出错信息4的显示所表明的墨盒的缺陷例如为由于墨盒或喷墨记录设备是倾斜的而使致动器106的周围没有油墨的情况、油墨没有从墨盒供给到记录头的情况、由于记录头存在缺陷而没有排出油墨的情况等。在中间振荡特征值的数值不满足预定条件的情况下，喷墨记录设备处于不操作状态并且出错信息4被显示。
当喷墨记录设备处于不操作状态时，用户根据出错信息4的显示更换墨盒。另外，可以这样的方式进行设定，即，使用户能选择指令S5以便利用已安装的墨盒重新启动操作。利用指令S5使该喷墨记录设备处于操作状态。最好使以前的出错信息和指令的内容被存储在存储部分850中。
在图10(B)中，在中间振荡特征值满足预定条件的情况下，喷墨记录设备处于操作状态。
只利用图9和图10中所示方法中的一种方法即可对喷墨记录设备进行控制。另外，也可按照一定的顺序利用图9和图10中所示的两种方法对喷墨记录设备进行控制。
图11A、11B、11C和图12示出了作为压电装置的一个实施例的致动器106中的各个元件和等效电路。这里所涉及的致动器适用于至少检测声阻抗的变化和检测液体容器中液体消耗状态的方法中。这里所涉及的致动器特别适用于通过检测残余振荡中的共振频率来至少检测声阻抗的变化以及检测液体容器中液体消耗状态的方法中。图11A是致动器106的放大的平面图。图11B示出了沿B-B线所得到的截面。图11C示出了沿C-C线所得到的截面。此外，图12(A)和图12(B)示出了致动器106的等效电路。另外，图12(C)和图12(D)分别示出了当墨盒中充填油墨时的致动器106和其周围部件以及致动器106的等效电路，图12(E)和图12(F)分别示出了当墨盒中没有油墨时的致动器106和其周围部件以及致动器106的等效电路。
致动器106具有：基片178，在接近基片178中心处具有圆形开口161；振荡板176，振荡板176设置在基片178的其中一个面(下面称之为表面)上以覆盖开口161；设置在振荡板176表面一侧上的压电层；从两侧夹住压电层160的上部电极164和下部电极166；与上部电极164电连接的上部电极端子168；与下部电极166电连接的下部电极端子170；以及设置于上部电极164和上部电极端子168之间并与上部电极164和上部电极端子168电连接的辅助电极172。压电层160、上部电极164和下部电极166分别具有一个作为主要部分的圆形部分。压电层160、上部电极164和下部电极166的各自的圆形部分形成了压电元件。
振荡板176是这样形成的，即，使其能够覆盖基片178表面上的开口161。腔162由振荡板176面对开口161的部分和基片178表面的开口161构成。基片178中与压电元件相对的一侧的面(下面称之为背面)朝向液体容器侧，腔162被设置成能和液体接触的形式。振荡板176相对于基片178以流体密封方式固定，这样，即使液体进入到腔162内，液体也不能渗漏到基片178的表面侧。
下部电极166位于振荡板176的表面上，即，位于与液体容器相对的一侧的表面上，它是以这样的方式被固定的，即，使作为下部电极166主要部分的圆形部分的中心和开口161的中心相互之间基本上是一致的。应该注意的是，它是以这样的方式设定的，即，使下部电极166的圆形部分的面积小于开口161的面积。另一方面，压电层160是以这样的方式形成在下部电极166的表面侧上的，即，使其圆形部分的中心和开口161的中心相互之间基本上是一致的。它是以这样的方式设定的，即，使压电层160的圆形部分的面积小于开口161的面积并大于下部电极166的圆形部分的面积。
另一方面，上部电极164是以这样的方式形成在压电层160的表面侧上的，即，使其主要部分的圆形部分的中心和开口161的中心相互之间基本上是一致的。它是以这样的方式设定的，即，使上部电极164的圆形部分的面积小于开口161的面积和压电层160的面积并大于下部电极166的圆形部分的面积。
因此，压电层160的主要部分具有这样一种构造，即，使其主要部分从其正面和背面分别被上部电极164的主要部分和下部电极166的主要部分夹住，并且能使压电层160有效地变形并被驱动。分别作为压电层160、上部电极164和下部电极166的主要部分的圆形部分形成了致动器106中的压电元件。如上所述，压电元件与振荡板176相接触。另外，在上部电极164的圆形部分、压电层160的圆形部分、下部电极166的圆形部分和开口161中面积最大的是开口161的面积。因为这种结构，振荡板176中的实际振荡部分由开口161决定的。另外，由于上部电极164的圆形部分、压电层160的圆形部分和下部电极166的圆形部分小于开口161的圆形部分，因此使振荡板176更容易振荡。另外，当将用于与压电层160电连接的上部电极164的圆形部分和下部电极166的圆形部分进行比对时，下部电极166的圆形部分较小。因此，下部电极166的圆形部分决定了压电层中能够产生压电效应的部分。
上部电极端子168是以这样的方式形成于振荡板176的正面上，即，使其通过辅助电极172与上部电极164电连接。另一方面，下部电极端子170是以这样的方式形成于振荡板176的正面侧上，即，使其与下部电极166电连接。上部电极164形成于压电层160的正面侧上，在上部电极164与上部电极端子168的连接中，需要具有一个相当于压电层160的厚度和下部电极166的厚度总和的台阶。仅利用上部电极164很难形成这样的台阶，即使能作到，上部电极164和上部电极端子168之间的连接状态也会变得脆弱，从而存在被分割的危险。因此，利用作为辅助元件的辅助电极172使上部电极164和上部电极端子168相连。以这种方式进行处理，形成了这样一种结构，即，使压电层160和上部电极164被辅助电极172支撑，从而可以获得所需的机械强度，并且使上部电极164和上部电极端子168之间的连接更加牢固。
应该注意的是，压电元件和振荡板176中直接朝向压电元件的振荡部分是在致动器106中产生实际振荡的振荡部分。另外，包含在致动器106中的元件最好是以互相熔焊的方式整体形成的。整体形成致动器106使致动器106的处理变得更容易。此外，通过提高基片178的强度能够增强振荡性能。尤其是，通过提高基片178的强度，仅致动器106的振荡部分振荡而振荡部分以外的部分不振荡。另外，不同于提高基片178的强度，还可通过使致动器106的压电元件更薄更小并且使振荡板176更薄，达到使除了致动器106的振荡部分以外的部分不振荡的效果。
对于压电元件160所用材料，最好使用锆钛酸铅(PZT)，钛酸锆酸镧铅(PLZT)或其中不使用铅的无铅压电薄膜(lead lesspiezoelectric film)，对于基片178所用材料，最好使用氧化锆或氧化铝(almina)。另外，对于振荡板176，最好使用与基片178相同的材料。对于上部电极164、下部电极166、上部电极端子168和下部电极端子170，可以使用导电材料，例如金、银、铜、铂、铝、镍等金属材料。
具有上述结构的致动器106可被应用于容纳液体的容器中。例如，致动器可被安装到墨盒和墨水容器上，或被安装到可容纳用于清洗记录头等部件的洗涤溶剂的容器上。
图11A、11B、11C和图12中所示的致动器106安装在液体容器上的预定位置中以使腔162与容纳于液体容器内的液体接触。在液体容器内装有足够多的液体的情况下，腔162的内部及其外部都充填有液体。另一方面，当液体容器内的液体被消耗并且液面降低到低于致动器安装位置的位置处时，会出现了这样的状态，即，腔162中没有液体或液体只留在腔162内而腔外部存在气体。致动器106至少检测由这种状态变化而产生的声阻抗差。因为这样，致动器106能检测出容纳液体容器内的液体是是否处于充足的状态或者过多的液体被消耗。另外，致动器106能够对液体容器内油墨的类型进行检测。
下面将描述利用致动器对液面进行检测的原理。
为了检测介质的声阻抗变化，测量介质的阻抗性质或导抗性质。在测量阻抗性质或导抗性质的情况下，例如可以利用传输电路。传输电路为介质提供一定的电压并通过改变频率来测量提供给介质的电流。或者，传输电路为介质提供一定的电流并通过改变频率来测量提供给介质的电压。在传输电路中所测量的电流值或电压值的变化表示了声阻抗的变化。另外，电流值或电压值最大或最小时的频率fm的变化表示声阻抗的变化。
与上述方法不同的是，致动器可仅通过利用共振频率的变化就能检测液体的声阻抗变化。对于利用液体的声阻抗变化的方法，具有下列方法，即，在利用致动器(例如压电元件)的振荡部分之后通过测量由振荡部分中的残余振荡所产生的反电动势来检测共振频率。压电元件是利用在致动器振荡部分中的残余振荡产生反电动势的元件，反电动势的大小是由致动器振荡部分的振幅决定的。因此，致动器振荡部分的振幅越大，就越容易进行检测。另外，可利用致动器振荡部分中的残余振荡频率来改变反电动势大小变化的周期。所以，致动器振荡部分的频率等于反电动势的频率。另外，共振频率指的是致动器振荡部分与接触振荡部分的介质处于共振状态下的频率。
为了获得共振频率fs，当振荡部分和介质处于共振状态时，对通过测量反电动势而获得的波形进行傅立叶变换。由于致动器的振荡不仅伴有在一个方向上的变形，而且还伴有多种的变形(例如偏转、延展等)，因此它具有包括共振频率fs在内的多种频率。因此，通过对在振荡部分和介质处于共振状态时的反电动势的波形进行傅立叶变换以及指定最主要的频率部分来判断共振频率fs。
频率fm表示在介质的导纳性最大或其阻抗性最小时的频率。假设共振频率是fs，由于介质的介电损失或机械损失而使频率fm相对于共振频率fs产生微小的误差。然而，由于从实际测量的频率fm中导出共振频率fs是很麻烦的，因此通常由共振频率代替频率fm并使用共振频率。因此，通过将致动器106的输出结果输入到传输电路中可使致动器106至少能检测声阻抗。
已经通过实验证实，利用测量介质的阻抗性或导纳性和测量频率fm的方法所指定的共振频率与通过测量致动器振荡部分中的残余振荡所产生的反电动势来测量共振频率fs的方法所指定的共振频率几乎是没有差别的。
致动器106的振荡部分是在振荡板176中的由开口161所确定的腔162构成的部分。在液体容器内装有足够多的液体的情况下，腔162中也充填有液体，振荡部分与液体容器内的液体相接触。另一方面，在液体容器内没有充满液体的情况下，振荡部分和保留在容器内的腔中的液体相接触，或振荡部分不和液体相接触，而与气体或真空相接触。
在本发明所涉及的致动器106中设有腔162，因为这样，它被设计成这样的形式，即，使其处于致动器106的振荡部分中，保留有液体容器内的液体。这种设计的原因如下。
尽管液体容器内的液体液面低于致动器的安装位置，但是由于致动器相对于液态容器的安装位置和安装角度仍然可使液体附着于致动器的振荡部分内。在致动器仅通过振荡部分中是否存在液体来检测液体是否存在的情况下，附着于致动器振荡部分内的液体影响致动器对液体是否存在作出准确的检测。例如，在液面低于致动器安装位置的状态下，如果由于滑架等部件的往复运动而使液体容器摆动，那么将使液体产生波动并且液滴会附着于振荡部分，致动器错误地判断液体容器内存在足够多的液体。因此，相反，通过确实地设置一个腔，该腔被设计成即使在其中保留有液体的情况下仍然能够准确地检测液体是否存在的形式，如果液体容器被摆动并且液面产生波动，可防止致动器作出错误的判断。这样，使用具有一个腔的致动器可以防止致动器作出错误的判断。
另外，如图12(E)中所示，在液体容器内缺乏液体并且液体容器内的液体保留在致动器106中的腔162内的情况被设定为临界值。特别是，在腔162的周围缺乏液体并且腔内液体低于临界值的情况下，确定为缺乏油墨，在腔162的周围液体存在液体并且液体高于临界值的情况下，确定为存在油墨。例如，在致动器安装于液体容器侧壁的情况下，液体容器内的液体低于致动器安装位置的情况被确定为油墨缺乏的情况，而液体容器内的液体高于致动器安装位置的情况被确定为油墨存在的情况。这样，通过设置临界值，即使腔内的油墨变干及油墨缺乏的情况也能确定为油墨缺乏的情况，腔内缺乏油墨的情况以及由于滑架的摆动等因素而使油墨附着于腔的情况可被确定为油墨缺乏的情况，这是因为它没有超越临界值。
下面将参照附图11A、11B、11C和图12描述通过对反电动势的测量并利用介质和致动器106振荡部分的共振频率来检测液体容器内液体状态的操作和原理。在致动器106中，利用上部电极端子168和下部电极端子170向上部电极164和下部电极166提供电压。压电层160的区域内，在被夹在上部电极164和下部电极166之间的部分中产生相应的电场。压电层160在其电场作用下变形。已变形的压电层160使振荡板176中的振荡部分偏转和振荡。压电层160变形以后，偏转后的振荡暂时保留在致动器106的振荡部分中。
残余振荡是致动器106的振荡部分和介质的自由振荡。因此，在提供电压后通过将提供给压电层160的电压转换成脉冲波形或矩形波可以容易地获得振荡部分和介质的共振状态。为了形成致动器106的振荡部分，残余振荡甚至可使压电层160变形。因此，压电层160产生反电动势。利用上部电极164、下部电极166、上部电极端子168和下部电极端子170来检测压电层160的反电动势。由于可利用所检测到的反电动势确定共振频率，因此可检测液体容器内的液体状态。
共振频率fs通常用以下表达式表示：
fs＝1/(2*p*(M*Cact)1/2)          (表达式1)
其中，M指振荡部分的声质量Mact和附加声质量M′的总和，Cact是指振荡部分的柔量。
图11C是本实施例所涉及的致动器106在油墨没有保留在腔中时的截面图。图12(A)和12(B)表示的是在油墨没有保留在腔中时的致动器106的振荡部分和腔162的等效电路。
M act指的是振荡部分的厚度与被振荡部分的面积所除而得到的振荡部分的密度的乘积，更详细地说，如图12(A)所示，表示为：
M act＝M pzt+M电极1+M电极2+M vib    (表达式2)
其中，M pzt指的是在振荡部分中压电层160的厚度与被压电层160的面积所除而得到的压电层160的密度的乘积，M电极1指的是在振荡部分中上部电极164的厚度与被上部电极164的面积所除而得到的上部电极164的密度的乘积，M电极2指的是在振荡部分中下部电极166的厚度与被下部电极166的面积所除而得到的下部电极166的密度的乘积，Mvib指的是在振荡部分中振荡板176的厚度与被振荡板176的面积所除而得到的振荡板176的密度的乘积。但是，在本实施例中，压电层160、上部电极164、下部电极166和振荡板176的振荡部分的各自面积之间最好保持前面所述的大小关系，面积之间的差异是微小的，以致于使M act能够根据整个振荡部分的厚度、密度和面积计算出来。另外，在本实施例中，除了这些为圆形部分的主要部分以外的部分最好被减小到在压电层160、上部电极164和下部电极166中忽略不计的程度。
因此，在致动器106中，M act指的是在上部电极164、下部电极166、压电层160和振荡板176中的振荡部分的各自声质量的总和。另外，柔量C act指的是由在上部电极164、下部电极166、压电层160和振荡板176中的振荡部分所形成的部分的柔量。
应该注意的是，图12(A)、12(B)、12(D)和12(F)示出了致动器106和腔162的振荡部分的等效电路，然而，在这些等效电路中，C act指的是致动器106的振荡部分的柔量。C pzt、C电极1、C电极2和C vib指的是在振荡部分中的压电层160、上部电极164、下部电极166和振荡板176的各自的柔量。C act由下面的表达式3来表示：
1/C act＝(1/C pzt)+(1/C电极1)+(1/C电极2)+(1/C vib)(表达式3)
利用表达式2和表达式3可使图12(A)被表示为图12(B)。
柔量C act指的是当由于在振荡部分上施加压力而使振荡部分变形时在振荡部分单位面积上所能够接收的介质量。另外，也可以说柔量Cact指的是变形的容易程度。
图12(C)示出的是致动器106在液体容器内充填足够多的液体并且在致动器106的振荡部分周围充填有液体的情况下的截面图。图12(C)中的M′max指的是在液体容器内充填足够多的液体并且在致动器106的振荡部分周围充填有液体的情况下的附加声质量的最大值。M′max表示为：
M′max＝(π*ρ/(2*k3))*(2*k*a)3/(3*π))/(π*a2)2     (表达式4)
其中，a指的是振荡部分的直径，ρ指的是介质的密度，以及k指的是波数。
应该注意的是，表达式4在致动器106的振荡部分是以a为直径的圆形的情况下是成立的。附加声质量M′指的是表明振荡部分的质量明显增加的量。从表达式4中可以看出，M′max主要依赖于振荡部分的直径a和介质的密度ρ而改变。
波数k可表示为：
k＝2*π*f act/c                 (表达式5)
其中，f act指的是在液体没有与振荡部分接触时振荡部分的共振频率，c指的是通过介质传播的声速。
图12(D)示出了在如图12(C)中所示的液体容器内充填足够多的液体并且在致动器106的振荡部分周围充填有液体的情况下致动器106的振荡部分和腔162的等效电路。
图12(E)示出了致动器106在液体容器内液体被消耗并且致动器106的振荡部分周围缺乏液体但在致动器106的腔162内保留有液体的情况下的截面图。表达式4表示根据相关情况下得到的密度ρ所确定的最大声质量M′max，所述相关情况例如为在液体容器内充满液体的情况。另一方面，在液体容器内液体被消耗并且在腔162中保留有液体而在致动器106的振荡部分周围的液体变成气体或真空的情况下，M′可表示为：
M′＝ρ*t/s                        (表达式6)
其中，t指的是振荡下的介质的厚度，s指的是致动器106的振荡部分的面积，在振荡部分是以a为直径的圆形的情况下，s＝π*a2成立。因此，在液体容器内充填足够多的液体并且在致动器106的振荡部分周围充填有液体的情况下，附加声质量M′遵守表达式4。另一方面，在液体容器内液体被消耗并且在腔162中保留有液体而在致动器106的振荡部分周围的液体变成气体或真空的情况下，附加声质量M′遵守表达式6。
现在，如图12(E)所示，在液体容器内液体被消耗并且致动器106的振荡部分周围缺乏液体但在致动器106的腔162内保留有液体的情况下，附加声质量M′被定义为M′cav，并且在致动器106的振荡区周围充填有液体的情况下，M′cav是与附加声质量M′max有区别的。
图12(F)示出了在如图12(E)中所示的液体容器内液体被消耗并且致动器106的振荡部分周围缺乏液体但在致动器106的腔162内保留有液体的情况下致动器106的振荡部分和腔162的等效电路。
现在，与介质状态相关的参数是表达式6中的介质密度ρ和介质厚度t。在液体容器内充填足够多液体的情况下，液体与致动器106的振荡部分接触，而在液体容器内充填足够多液体的情况下，腔中保留有液体，或者气体或真空与致动器106的振荡部分接触。在致动器106周围的液体被消耗，并且如果附加声质量在从图12(C)中的M′max移动到图12(E)中的M′cav的过程中被定义为M′var，由于介质的厚度t根据液体容器内的液体存在状态而改变，因此使附加声质量M′var被改变，共振频率fs也被改变。因此，可通过确定共振频率fs来对液体容器内的液体是存在或缺乏进行检测。现在，如图12(E)中所示，假设t＝d，可利用表达式6表示M′cav并且用腔的深度d来替换表达式6中的t。
M′cav＝ρ*d/s                       (表达式7)
另外，即使介质是类型互不相同的液体，由于各种成分的不同而导致密度ρ不同，也会使附加声质量M′被改变，共振频率fs也被改变。因此，可通过确定共振频率fs来对液体容器内的液体是存在或缺乏进行检测。
应该注意的是，在只有油墨或空气中任何一种与致动器106的振荡部分接触并且它们没有被混合的情况下，即使是用表达式4进行计算也能够检测到M′的差异。
图13A是表示墨盒中油墨量与油墨和振荡部分的共振频率fs之间关系的图表。下面将对作为液体的一个实施例的油墨进行描述。纵轴表示共振频率fs，横轴表示油墨量。在油墨的成分是一致的情况下，共振频率fs会随着剩余油墨量的降低而提高。
在液体容器内充填足够多的液体并且在致动器106的振荡部分周围充填有液体的情况下，最大附加声质量M′max是利用表达式4所表示的数值。另一方面，在液体容器内液体被消耗并且致动器106的振荡部分周围没有充填有液体但在腔162内保留有液体的情况下，附加声质量M′var可根据介质的厚度利用表达式6被计算出来。由于在表达式6中的t指的是在振荡下的介质的厚度，因此可通过使致动器106的腔的d(见图11B)更小，特别是，通过使基片178更薄，能够对逐步地消耗油墨的过程进行检测(见图12(C))。这里，t ink被定义为在振荡下的油墨的厚度，t ink-max被定义为在M′max时的t ink。例如，致动器106以与油墨液面大致平行的方式被设置在墨盒的下表面上。当油墨被消耗并且油墨液面处于从致动器106所处位置降低t ink-max部分后所达到的高度时，M′var遵循表达式6逐渐变化，并且共振频率fs遵循表达式1逐渐变化。因此，只要油墨液面在t的范围内，致动器106就能逐步地检测油墨的消耗状态。
另外，通过使致动器106的振荡部分更大或更长并且使其沿轴向设置，由于油墨消耗而使表达式6中的s根据液面位置变化。因此，致动器106能检测油墨逐步消耗的过程。例如，致动器106以大致与油墨液面垂直的方式设置在墨盒的侧壁上。当油墨被消耗并且油墨液面达到致动器106的振荡部分时，由于附加声质量M′会随着液面的降低而减小，因此使共振频率fs逐渐增加。因此，只要油墨液面存在于腔162的半径2a的范围内(见图12(C))，致动器106就能逐步地检测油墨的消耗状态。
图13A中所示的曲线X示出了在致动器106的腔162足够浅或致动器106的振荡部分较大或较长的情况下容纳在墨盒内的油墨量与油墨和振荡部分的共振频率fs之间的关系。应该理解的是，当墨盒内的油墨量减少时，油墨和振荡部分的共振频率也逐步并被改变。
特别是，油墨逐步消耗的过程能被检测的情况是这样一种情况，即其中具有互不相同的密度液体和气体都存在并且受到振荡的情况。当油墨被逐步消耗时，对于在致动器106的振荡部分周围受到振荡的介质而言，液体减少而气体增加。例如，在以与油墨液面平行的方式设置致动器的情况下，以及当t ink小于t ink-max时，受到致动器106振荡的介质同时包括油墨与气体。因此，假设S表示致动器106的振荡部分的面积，可根据下面的表达式利用油墨和气体的附加质量表示比表达式4的M′max小的一个状态，该表达式如下：
M′＝M′air+M′ink＝ρair*t air/S+ρink*t ink/S    (表达式8)
其中，M′air是指空气的声质量，M′ink是指油墨的声质量，ρair是指空气的密度，ρink是指油墨的密度，t air是指振荡下的空气的厚度，t ink是指振荡下的油墨的厚度。在致动器106的振荡部分周围受到振荡的介质中，当液体减少并且气体增加时，在以大致与油墨液面平行的方式设置致动器106的情况下，t air增加而并且t ink减少，从而使M′var逐步减小而共振频率逐步增大。因此，可以检测出保留在墨盒中的油墨量或者油墨的消耗量。应该注意的是，表达式7是一个只涉及液体密度的表达式，这是因为假设空气的密度小到忽略不计的程度。
在以大致与油墨液面垂直的方式设置致动器106的情况下，应该考虑在致动器106的振荡部分中的受到致动器106振荡的介质仅为油墨的区域以及受到致动器106振荡的介质仅为空气的区域的平行等效电路(未示出)。假设受到致动器106振荡的介质仅为油墨的区域的面积为S ink，受到致动器106振荡的介质仅为空气的区域的面积为S air，那么：
1/M′＝1/M′air+1/M′ink＝S air/(ρair*t air)+S ink/(ρink*t air)         (表达式9)
应该注意的是，表达式9适用于油墨没有保留在致动器106的腔中的情况。在油墨保留在致动器106的腔中的情况下，可以用表达式7、表达式8和表达式9来计算。
另一方面，在基片178较厚，尤其是腔162的深度d较深，d比较接近于介质的厚度t ink-max的情况下，或在使用与液体容器的高度相比其振荡部分非常小的致动器的情况下，实际上无论油墨液面高于致动器安装位置还是低于致动器安装位置，都能检测油墨逐步减少的过程。换句话说，可以检测致动器的振荡部分中的油墨是存在还是缺乏。例如，图13A中所示的曲线Y示出了在振荡部分为小圆形的情况下墨盒内的油墨量与油墨和振荡部分的共振频率fs之间的关系。可以看出，在当墨盒内的油墨液面通过致动器的安装位置之前或之后的油墨量Q范围内，油墨和振荡部分的共振频率fs是发生剧烈的变化，因此能检测墨盒内是否存在预定量的油墨。
图13B示出了在图13A中所示曲线Y中的油墨密度与油墨和振荡部分的共振频率fs之间的关系。以油墨作为液体的例子。如图13B中所示，当油墨的密度增加时，附加声质量增加，因此，共振频率fs减小。尤其是，共振频率因油墨种类不同而不同。因此，当再充填油墨时，通过测量共振频率fs，可以检查出具有不同密度的油墨是否被混合。
特别是，容纳了几种互不相同的油墨的墨盒能被识别出来。
下面将对当以这样的方式设定腔的尺寸和形状，即，即使液体容器内的液体是空的也能够使液体保留在致动器106的腔162内时能够准确地检测液体状态的条件进行描述。如果致动器106能够在液体充填在腔162内的情况下检测液体的状态，那么它也能够在液体没有充填在腔162内的情况下检测液体的状态。
共振频率fs是声质量M的一个函数。声质量M是声质量M act和附加声质量M′的总和，其中附加声质量与液体状态相关。附加声质量M′是一个表明由在振荡部分附近的介质作用而引起的振荡部分质量明显增加的量。具体地讲，附加声质量M′是由于振荡部分的振荡而明显吸收介质所导致的振荡部分质量增加的增量。
因此，在M′cav大于表达式4中的M′max的情况下，被明显吸收的介质是保留在腔162内的全部液体和在液体容器内的气体或者真空。此时，由于M′是不变的，因此共振频率fs也不变。因而，致动器106不能检测液体容器内的液体状态。
另一方面，在M′cav小于表达式4中的M′max的情况下，被明显吸收的介质是保留在腔162内液体和液体容器内的气体或真空。此时，由于M′由于与液体充填在液体容器内的状态不同而被改变，因此共振频率fs也发生变化。因而，致动器106能检测液体容器内的液体状态。
尤其是在液体容器内的液体处于为空的状态下并且液体保留在致动器106的腔162内的情况下，致动器106能准确地检测液体状态的条件是M′cav小于M′max。应该注意的是，致动器106能准确地检测液体状态的条件M′max＞M′cav与腔162的形状无关。
M′cav是体积约等于腔162的液体的质量。因此，根据M′max＞M′cav这个不等式，致动器106能准确地检测液体状态的条件可用腔162的体积的条件来表示。例如，假设圆形腔162的开口161的直径为a，并且腔162的深度为d，那么
M′max＞ρ*d/πa2                       (表达式10)
将表达式10展开，得出下面的条件：
a/d＞3*π/8                                (表达式11)
应该注意的是，表达式10和表达式11仅在腔162的形状是圆形时是适用的。在所使用的腔162不是圆形并且用其面积替换表达式10中的πa2的情况下，M′max的表达式中各尺寸之间的关系(如腔的宽度和长度与腔的深度之间的关系)可被导出。
因此，当腔162的尺寸为开口161的半径a并且其深度d满足于表达式11时，具有这样尺寸的腔162的致动器106甚至在液体容器内液体为空的并且液体保留在腔162的情况下也能检测液体状态并且不会出现故障。
由于附加声质量M′对声阻抗性质有影响，因此可以说，测量由于残余振荡而使致动器106产生的反电动势的方法至少能够检测声阻抗的变化。
另外，依照本实施例，致动器106产生振荡并且能够测量由于随后发生的残余振荡而在致动器106中产生的反电动势。然而，由于驱动电压而使致动器106的振荡部分通过其自身振荡向液体提供振荡并不总是必需的。特别是，如果振荡部分自身不振荡，那么压电层160在振荡部分与液体接触的一定范围内会通过液体的振荡而偏转和变形。这种残余振荡使压电层160产生反电动势电压并将其反电动势电压传输到上部电极164和下部电极166上。可以利用这个现象检测介质的状态。例如，在一个喷墨记录设备中，当进行打印时，由于记录头的扫描而使滑架的往复运动，从而产生振荡，利用这种振荡在致动器的振荡部分周围所产生的振荡可以检测墨盒的状态或墨盒中油墨的状态。
图14A和14B示出了残余振荡的波形和在使致动器106振荡后测量致动器106的残余振荡的方法。致动器106在墨盒内的安装位置处于油墨液面的上方和下方可以通过残余振荡的频率变化和在致动器106振荡后的振幅变化来进行检测。在图14A和14B中，纵轴表示由致动器106的残余振荡而产生的反电动势的电压，横轴表示时间。如图14A和14B中所示电压模拟信号的波形是由致动器106的残余振荡所产生的。接着，模拟信号转化为对应于信号频率的数字值。
在图14A和14B所示的实施例中，油墨的存在或缺乏是通过测量由从模拟信号的第四个脉冲到第八个脉冲的四个脉冲所产生的时间间隔来检测。
尤其是，在致动器106振荡以后，计算预先设定的参考电压从低压一侧到高压一侧穿过的时间。从第四个脉冲到第八个脉冲的范围内的数字信号被定义为High，由预定的时钟脉冲测量从第四个脉冲到第八个脉冲的时间间隔。
图14A示出了在油墨液面高于致动器106水平安装位置时的波形。另一方面，图14B示出了在致动器106水平安装位置处缺乏油墨时的波形。图14A和图14B相比，在从第四个脉冲到第八个脉冲的时间间隔中，图14A中所示的波形比图14B中所示的长。换句话说，从第四个脉冲到第八个脉冲的时间间隔会由于油墨的存在或缺乏而是不同的。利用时间间隔之间的差值可以检测油墨消耗状态。从模拟波形的第四个脉冲开始计算的原因是因为应该在致动器的振荡稳定以后开始计算。从第四个脉冲开始计算只是一个例子，也可以从任意一个序数开始计算。这里，检测从第四个脉冲到第八个脉冲的一个信号，测量从第四个脉冲到第八个脉冲的时间间隔，然后得到共振频率。时钟脉冲最好是与一个安装于墨盒上的用于控制一个半导体等的时钟相等的一个时钟脉冲。应该注意的是，无需直到第八个脉冲才测量时间间隔，也可以到任意一个序数数值后进行计算。在图14A和图14B中，从第四个脉冲到第八个脉冲的时间间隔被测量，然而，依照用于在其中检测频率的电路结构，也可以在不同的脉冲数值间隔内测量时间间隔。
例如，在油墨的质量是稳定的并且波峰之间的振幅变化较小的情况下，为了加速检测速率，可通过检测从第四个脉冲到第六脉冲的时间间隔得到共振频率。另外，在油墨的质量是不稳定的并且脉冲的振幅变化较大的情况下，为了准确地检测残余振荡，可以检测从第四个脉冲到第十二个脉冲的时间间隔。
另外，作为另一个实施例，可以被计算在预定的时期内的反电动势的电压波形的波数(未示出)。利用这种方法，也能得到共振频率。尤其是，在致动器106振荡以后，在预定的时期内数字信号仅被设定为High，预定的参考电压从低压一侧到高压一侧穿过。通过测量其脉冲数量能检测油墨的存在或缺乏。
此外，应该理解的是，图14A和图14B相比，在墨盒中充填油墨的情况下，和在墨盒中缺乏油墨的情况下，反电动势的振幅是不同的。因而，可以通过测量反电动势的振幅来检测墨盒内的油墨消耗状态。尤其是，例如，参考电压设定在图14A中所示的反电动势的顶点和图14B中所示的反电动势的顶点之间。在致动器106振荡以后，数字信号被设定为High，在反电动势穿过参考电压的情况下，确定为油墨缺乏。在反电动势没有穿过参考电压的情况下，确定为油墨存在。
图15示出了以模块体100的形式整体构成致动器106的结构的透视图。模块体100装配在容器主体1的预定位置。模块体100是这样构成的，即，使其能够通过至少检测油墨液体中的声阻抗变化来检测容器主体1内液体的消耗状态。本实施例所涉及的模块体100具有用于将致动器106安装到容器主体1的液体容器安装部分101。该液体容器安装部分101是这样构成的，即，使容纳能够利用驱动信号进行振荡的致动器106的圆柱体部分116安装在其平面近似于矩形的底部102上。由于它是这样构成的，即当模块体100被装配在墨盒上时不能使模块体100的致动器106与外部接触，因此，可以保护致动器106以使其不与外部接触。应该注意的是，圆柱体部分116的顶侧边缘被制成圆形，这样当它被装配到形成于墨盒上的孔中时容易被固定。
图16是模块体的另一个实施例的透视图。在本实施例所涉及的模块体400中，在液体容器安装部分401上形成有压电装置安装部分405。在液体容器安装部分401中，圆筒形部分403安装在其平面近似于正方形并被修圆的底部402上。此外，压电装置安装部分405包括一个设置在圆柱体部分403上的晶面因数406和凸面413。致动器106被设置在位于晶面因数406的侧壁上的凸面部分413上。
图17A、17B和17C示出了模块体的另一个实施例。与图15中所示的模块体100相似，图17A、17B和17C中所示的模块体500包括具有底部502和圆柱体部分503的液体容器安装部分501。模块体500还有导线504a和504b、致动器106和薄膜508以及板510。在包含在液体容器安装部分501中的底部502中，开口部分514形成在其中心部分中以便能容纳导线504a和504b，并且在底部502中形成有凸面部分513以便能容纳致动器106、薄膜508及板510。致动器106通过板510被安装在压电装置安装部分505上。此外，导线504a和504b、致动器106、薄膜508和板510被整体安装在液体容器安装部分501上。在本实施例所涉及的模块体500中，以一种纵向倾斜的方式设置在上表面的圆柱体部分503形成在其平面是正方形并被修圆的底部上。致动器106以一种纵向倾斜的方式被设置在位于圆柱体部分503上的凸面部分513上。
模块体500的顶部是倾斜的，致动器106安装在其倾斜表面上。因此，当模块体500被安装在容器主体1的底部或侧壁上时，致动器106相对于容器主体1的垂直方向有个斜度。考虑到检测性能，模块体500的顶部的倾斜角度最好在大约30°到60°之间。
模块体500安装在容器主体1的底部或侧壁上以使致动器106被设置在容器主体1内。在模块体500被安装在容器主体1的侧部的情况下，致动器106被安装在容器主体1上以使致动器106是倾斜的并且朝向上侧、下侧或侧面。另一方面，在模块体500被安装在容器主体1的底部的情况下，致动器106被安装在容器主体1上以使致动器106是倾斜的并朝向容器主体1的油墨供给口。
图18示出了装有包含致动器106的模制结构600的实施例。在本实施例中，模制结构600被用作一种支架结构。模制结构600有致动器106和模制部分364。致动器106和模制部分364是整体形成的。模制部分364由一种塑性材料(如硅树脂等)模制而成的。在模制部分364内部具有一个导线362。模制部分364这样形成的，即，使其具有两个从致动器106中伸出的支腿。模制部分364的两个支腿的端部为半球体的形状以使模制部分364和容器主体1以流体密封的方式被安装。模制部分364安装在容器主体1上以使致动器106伸入到容器主体1的内部并且使致动器106的振荡部分与容器主体1内的油墨接触。利用模制部分364保护致动器106的上部电极164、压电层160和下部电极166以使它们不与油墨接触。
油墨不易从容器主体1中渗漏，因为在模制部分364和被图18中所示的模制结构600保护的容器主体1之间不需要一个密封结构372。另外，由于它采用这样一个结构，即，使模制结构600没有从容器主体1的外部伸出，因此可使致动器106受到保护以使其不与外部接触。当墨盒被晃动时，油墨附着于容器主体1的上表面，从上表面流下的油墨与致动器106接触，从而可能会产生致动器106错误操作的情况。至于模制结构600，由于有模制部分364保护致动器106，因此致动器106不会因从容器主体1上表面流下的油墨而导致错误操作。
在本实施例中，模制结构600安装在位于容器主体1内油墨液面上方的顶壁1040上。另外，当没有消耗油墨时，致动器106的振荡部分所处位置略低于油墨液面。因此，在使用墨盒且油墨开始消耗后，致动器106的振荡部分立即检测气体。因此，致动器106不必安装在容器主体1的侧壁上。
应该注意的是，模制结构600是这样形成的，即，使致动器106的振荡部分所处位置略高于油墨液面，从而能达到类似于与图2中示出实施例所涉及的墨盒的效果。
图19A是表示装在墨盒上的电路板610的放大截面图；以及图19B是表示从其前端看过去的透视图。本实施例所涉及的电路板610，半导体存储元件7和致动器106是整体形成的。可利用电路板610代替在图1到图7中示出的实施例中所涉及的致动器106。如图19A和图19B所示，半导体存储元件7形成在电路板610的上部，致动器106形成在同一个电路板610中的半导体存储元件7的下部。在电路板610中，形成有多个用于将电路板610固定到墨盒上的填隙部分616。电路板610通过填隙部分616固定到墨盒上。它是这样形成的，即，使半导体存储元件7的外端子612和致动器106的外端子107能通过墨盒的侧壁与外部电连接。通过外端子612和外端子107与外部电连接，能使半导体存储元件7从外部以电的方式接收电信号或和将电信号传输到外部。
半导体存储元件7例如可由具有可再写性的半导体存储器(比如EEPROM等)构成。由于半导体存储元件7和致动器106形成在同一个电路板610上，因此当致动器106和半导体存储元件7被安装到墨盒上时，仅利用一次安装步骤就足以完成。另外，在制造墨盒和回收过程中的操作步骤得到简化。此外，由于零件数量减少了，因此使墨盒的生产成本得到降低。
致动器106检测墨盒内油墨的消耗状态。半导体存储元件7存储诸如致动器106已检测的油墨残余量、特征值检测区域810已检测的特征值和特征值判断区域已判断的结果等信息，并且能起存储区域850的作用。半导体存储元件7最好存储致动器106的特征值应该满足的预定条件和过去的出错信息以及指令。此外，当油墨充满或被用尽时，在半导体存储元件7中预先存储了一个共振频率，当检测油墨残余量时，通过读取喷墨记录设备侧面的共振频率数据可以修正频散。
图20示出了使用如图11A、11B和11C中所示致动器的墨盒和喷墨记录设备的一个实施例。多个墨盒180安装喷墨记录设备上，该喷墨记录设备具有多个对应于各个墨盒180的油墨输入部分182和支架184。多个墨盒180容纳各种类型不同的(例如颜色不同的)油墨。作为用于至少检测声阻抗的装置的致动器106被安装在多个墨盒180的各个底面上。通过在墨盒180上安装致动器106可以检测墨盒180内的剩余油墨量。
图21示出了喷墨记录设备的头部周围的各个部件。该喷墨记录设备具有油墨输入部分182、支架184，顶板186和喷嘴板188。在喷嘴板188上有多个用于喷射油墨的喷嘴190。该油墨输入部分182具有供气口181和油墨入口183。供气口181能够将空气供给到墨盒180中。该油墨入口183从墨盒180引入油墨。该墨盒180具有空气入口185和供墨口187。该空气供给入口185从油墨输入部分182的供气口181引入空气。该供墨口187将油墨供给到油墨输入部分182的油墨入口183。墨盒180从油墨输入部分182引入空气，从而迫使油墨从墨盒180供给到油墨输入部分182。该支架184与通过油墨输入部分182从墨盒180中被供给到顶板186的油墨相通。油墨通过油墨输入部分182从墨盒180中被供给到头部，然后从喷嘴被喷射到记录介质上。因为这样，喷墨记录设备能够在记录介质上执行打印。应该注意到的是，在图20和图21中，仅示出了其他部分而省略了致动器106。
前面已经对致动器106被连接到安装于滑架上的墨盒上或在墨盒与滑架分离的情况下被连接到滑架上的情况进行了描述。然而，致动器106可以安装在固定于喷墨记录设备上的墨盒上，该喷墨记录设备与滑架是一体的并且墨盒是通过滑架安装在该喷墨记录设备上。此外，致动器106可以被安装在墨盒上，该墨盒与滑架分离，并且使墨盒与滑架分离的方法是通过管等部件将油墨供给到滑架的分离滑架方法。另外，本发明所涉及的致动器可以一种可更换的方式安装在与记录头成为一体的墨盒上。
前面已经描述了本发明的实施例，然而本发明的技术范围并不局限于上述实施例中所述的范围。许多变型和改进可以加入到上述实施例中。从权利要求所限定的保护范围中可以明显看到，在上述实施例中加入这样的变型和改进也包含在本发明的技术范围内。
依照本发明，能判断出压电装置是否正常操作，以及根据压电装置是否正常操作的判断结果来控制喷墨记录设备的操作。
另外，依照本发明，在制造液体容器过程中及制造液体容器以后，可以确定在液体容器内是否容纳了预定量的液体。
此外，依照本发明，可以检测出由于液体容器和/或压电装置的缺陷而使液体容器内没装有预定量的油墨，并且可根据关于油墨量的检测结果来控制喷墨记录设备的操作。
此外，依照本发明，可以在液体容器没有正常安装等情况下检测出液体容器的倾斜，并且可根据关于油墨量的检测结果来控制喷墨记录设备的操作。
工业应用
本发明可应用于喷墨记录设备和用于该喷墨记录设备上的液体容器中。

Claims (23)

1.一种用于控制喷墨记录设备的方法，其中液体容器能以可分离的方式安装于该喷墨记录设备上，所述液体容器具有容器主体和压电装置，所述容器主体容纳被供给到记录头上的液体，所述记录头从喷嘴口喷射墨滴，所述压电装置用于对所述容器主体内的所述液体进行检测，该方法包括以下步骤：
利用设置在所述喷墨记录设备内部或外部的检测部分检测所述压电装置的特征值；
利用设置在所述喷墨记录设备内部或外部的判断部分判断所述特征值是否满足预定条件；以及
根据所述判断步骤的结果控制所述喷墨记录设备以使所述喷墨记录设备被设定在可操作状态或不可操作状态。
2.如权利要求1所述的用于控制喷墨记录设备的方法，其特征在于，在所述液体容器被安装到所述喷墨记录设备上时执行所述检测步骤。
3.如权利要求1所述的用于控制喷墨记录设备的方法，其特征在于，所述方法还包括这样一个步骤，即，利用设置在所述喷墨记录设备内部或外部的测量部分测量所述液体容器内的液体的消耗量直到至少达到预定量。
4.如权利要求1所述的用于控制喷墨记录设备的方法，其特征在于，所述方法还包括这样一个步骤，在所述喷墨记录设备处于不操作状态的情况下，选择所述喷墨记录设备保持所述不操作状态或者选择将所述喷墨记录设备从所述不操作状态变为可操作状态。
5.如权利要求1所述的用于控制喷墨记录设备的方法，其特征在于，所述特征值是所述压电装置的压电元件的元件特征值。
6.如权利要求1所述的用于控制喷墨记录设备的方法，其特征在于，所述特征值是所述压电装置的振荡部分的振荡特征值。
7.如权利要求1所述的用于控制喷墨记录设备的方法，其特征在于，所述液体容器设有至少两个所述压电装置，而且
在所述检测步骤中，所述检测部分检测所述至少两个压电装置的振荡特征值，以及
在所述判断步骤中，所述判断部分根据所述至少两个压电装置的共有振荡特征值的相对条件判断所述液体容器内的所述液体的消耗状态。
8.一种用于控制喷墨记录设备的装置，其中液体容器能以可分离的方式安装于该喷墨记录设备上，所述液体容器具有容器主体和压电装置，所述容器主体容纳被供给到记录头上的液体，所述记录头从喷嘴口喷射墨滴，所述压电装置用于对所述容器主体内的所述液体进行检测，所述装置包括：
用于检测所述压电装置的特征值的检测部分，所述检测部分设置在所述喷墨记录设备的内部或外部；
用于判断所述特征值是否满足于预定条件的判断部分，所述判断部分设置于所述喷墨记录设备的内部或外部；以及
控制部分，所述控制部分能够根据由所述判断部分所得到的结果控制所述喷墨记录设备以使所述喷墨记录设备被设定在可操作状态或不可操作状态。
9.如权利要求8所述的用于控制喷墨记录设备的装置，其特征在于，所述检测部分检测至少两个所述压电装置的振荡特征值，所述至少两个所述压电装置与所述液体容器相连，以及
所述判断部分根据所述至少两个压电装置的共有振荡特征值的相对条件判断所述液体容器内的所述液体的消耗状态。
10.一种液体容器包括：
容纳液体的容器主体；
用于将所述液体供给到所述容器主体外部的液体供给口；
用于对所述容器主体内的所述液体进行检测的压电装置，当所述液体没有被消耗时，所述压电装置位于所述液体的液面附近。
11.如权利要求10所述的液体容器，其特征在于，所述液态容器还包括一个附加的压电装置，该附加的压电装置用于对所述容器主体内的所述液体进行检测。
12.如权利要求11所述的液体容器，其特征在于，所述附加的压电装置位于所述容器主体的底面附近。
13.如权利要求11所述的液体容器，其特征在于，所述附加的压电装置位于所述压电装置附近，当所述容器主体内的液体没有被消耗时的初始液面位于所述压电装置和所述附加的压电装置之间。
14.如权利要求10所述的液体容器，其特征在于，所述压电装置和所述附加的压电装置分别具有与容器主体内的介质相接触的振荡部分，以及
所述振荡部分的振荡特征值被检测。
15.如权利要求10所述的液体容器，其特征在于，所述液体容器适于装配到喷墨记录设备上，所说喷墨记录设备通过记录头排出墨滴来执行记录操作，所述容器主体内的液体被供给到所述记录头。
16.一种喷墨记录设备，其中液体容器能以可分离的方式安装于该喷墨记录设备上，所述液体容器具有容器主体和压电装置，所述压电装置用于对所述容器主体内的所述液体进行检测，所述设备包括：
从所述液体容器中接收所述液体并从喷墨孔排出墨滴的记录头；以及
用于控制所述喷墨记录设备的操作状态的控制器，所述控制器包括：
用于检测所述压电装置的特征值的检测部分，所述检测部分设置在所述喷墨记录设备的内部或外部；
用于判断所述特征值是否满足于预定条件的判断部分，所述判断部分设置于所述喷墨记录设备的内部或外部；以及
控制部分，所述控制部分能够根据由所述判断部分所得到的结果控制所述喷墨记录设备以使所述喷墨记录设备被设定在可操作状态或不可操作状态。
17.如权利要求16所述的喷墨记录设备，其特征在于，所述设备还包括能够存储至少一个所述特征值的存储器。
18.如权利要求16所述的喷墨记录设备，其特征在于，所述设备还包括一个测量部分，所述测量部分用于测量所述液体容器内的消耗值直到至少达到预定值。
19.如权利要求16所述的喷墨记录设备，其特征在于，所述检测部分检测至少两个所述压电装置的振荡特征值，所述至少两个所述压电装置与所述液体容器相连，以及
所述判断部分根据所述至少两个压电装置的共有振荡特征值的相对条件判断所述液体容器内的所述液体的消耗状态。
20.一种用于检测安装在喷墨记录设备上的液体容器的液体消耗状态的方法，所述液体容器具有容器主体和压电装置，所述容器主体容纳被供给到记录头上的液体，所述记录头从喷嘴口喷射墨滴，所述压电装置用于对所述容器主体内的所述液体进行检测，该方法包含以下步骤：
利用检测部分检测至少两个所述压电装置的振荡特征值，所述至少两个所述压电装置与所述液体容器相连，所述检测部分设置在所述喷墨记录设备的内部或外部；以及
利用判断部分根据所述至少两个压电装置的共有振荡特征值的相对条件判断所述液体容器内的所述液体的消耗状态，所述判断部分设置在所述喷墨记录设备的内部或外部。
21.如权利要求20所述的用于检测液体消耗状态的方法，其特征在于，所述振荡特征值的所述相对条件是指彼此近似相等的所述至少两个压电装置的所述振荡特征值。
22.一种喷墨记录设备，其中液体容器能以可分离的方式安装于该喷墨记录设备上，所述液体容器具有容器主体和压电装置，所述压电装置用于对所述容器主体内的所述液体进行检测，该设备包括：
从所述液体容器中接收所述液体并从喷墨孔排出墨滴的记录头；以及
用于控制所述喷墨记录设备的操作状态的控制器，所述控制器包括：
检测部分，所述检测部分能够检测至少两个所述压电装置的振荡特征值，所述至少两个所述压电装置与所述液体容器相连，以及
判断部分，所述判断部分能够根据所述至少两个压电装置的共有振荡特征值的相对条件判断所述液体容器内的所述液体的消耗状态。
23.如权利要求22所述的喷墨记录设备，其特征在于，所述振荡特征值的所述相对条件是指彼此近似相等的所述至少两个压电装置的所述振荡特征值。
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