DE60217945T2

DE60217945T2 - Piezoelektrische Vorrichtung und diese enthaltende Tintenpatrone

Info

Publication number: DE60217945T2
Application number: DE60217945T
Authority: DE
Inventors: Kenji Suwa-shi Tsukada
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2022-08-01
Also published as: CN1590101A; EP1281525A2; US20030030703A1; US6921160B2; CN100396487C; CN2578106Y; ATE353055T1; HK1051990A1; DE60217945D1; CN1193888C; JP2003039707A; JP3998929B2; EP1281525A3; CN1400102A; EP1281525B1; KR20030011716A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische Einrichtung und eine Tintenkartusche mit dieser piezoelektrischen Einrichtung, und insbesondere eine piezoelektrische Einrichtung für die Flüssigkeitserfassung und eine Tintenkartusche mit einer solchen Einrichtung.
Beschreibung des Standes der Technik
In einem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät ist ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit einem Druckerzeugungsmittel zum Unterdrucksetzen einer Druckerzeugungskammer und mit einer Düsenöffnung zum Ausstrahlen von unter Druck gesetzter Tinte als Tintentröpfchen an einem Laufwagen angebracht.
Das Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät ist so aufgebaut, dass es den Druckvorgang durch kontinuierliches Zuleiten von Tinte in einem Tintentank (einem Tintenbehälter) über einen Durchflussweg zu dem Aufzeichnungskopf fortsetzt. Der Tintentank ist als abnehmbare Kartusche aufgebaut, die von einem Benutzer einfach ausgetauscht werden kann, beispielsweise dann, wenn die Tinte verbraucht ist.
Bisher gibt es bereits einige Verfahren zur Handhabung des Tintenverbrauchs der Tintenkartusche. Ein Verfahren ist, dass die Zählung von von dem Aufzeichnungskopf ausgestrahlten Tintentropfen und die durch die Wartung eingesaugte Tintenmenge durch die Software summiert werden und der Tintenverbrauch durch Berechnung gehandhabt wird. Das andere Verfahren ist, dass eine Elektrode für die Flüssigkeitsfüllstandserfassung an der Tintenkartusche angebracht wird, um dadurch den Zeitpunkt zu handhaben, wenn eine vorbestimmte Menge von Tinte tatsächlich verbraucht ist.
Bei dem Verfahren zum Summieren der Zählung von Tintentropfen und der Tintenmenge durch die Software und Handhaben des Tintenverbrauchs durch Berechnung besteht aber das folgende Problem. Ein gewisser Kopf hat Gewichtsschwankungen in den eingespritzten Tintentropfen. Gewichtsschwankungen in den Tintentropfen beeinträchtigen die Bildqualität nicht. Unter Berücksichtigung eines Falles der Ansammlung von Fehlern in dem Tintenverbrauch aufgrund von Schwankungen sollte aber die Tintenkartusche mit einer marginalen Tintenmenge gefüllt sein. Daher tritt ein Problem auf, dass dies marginale Tintenmenge in einer gewissen Kartusche verbleibt.
Andererseits kann das Verfahren zum Handhaben des Zeitpunkts des Verbrauchs von Tinte durch eine Elektrode die tatsächliche Tintenmenge erfassen. Daher kann die verbleibende Tinte sehr verlässlich gehandhabt werden. Die Erfassung des Tintenfüllstands hängt aber von der Leitfähigkeit der Tinte ab, so dass die Art der erfassbaren Tinte begrenzt ist und die Struktur zum Abdichten der Elektrode kompliziert ist. Als Material der Elektrode wird außerdem im Allgemeinen ein Edelmetall verwendet, das sehr leitfähig und antikorrosiv ist, so dass die Herstellkosten der Tintenkartusche erhöht sind. Da zwei Elektroden angebracht werden müssen, sind außerdem die Arbeitsschritte bei der Herstellung vermehrt, und als Ergebnis steigen die Herstellkosten.
Um das oben genannte Problem zu lösen, ist in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2000-147052 mit der Veröffentlichungsnummer JP-A-2001 146030 ein piezoelektrische Einrichtung beschrieben, die die verbleibende Tinte akkurat erfassen kann, keine komplizierte Dichtungsstruktur erfordert und in einem Flüssigkeitsbehälter angebracht ist.
Hier kann durch die Verwendung der Veränderung der Resonanzfrequenz eines Signals der verbleibenden Schwingung, das aufgrund der verbleibenden Schwingung des schwingenden Teils der piezoelektrischen Einrichtung erzeugt wird, in einem Fall des Vorhandenseins von Tinte in dem Raum gegenüber dem schwingenden Teil der piezoelektrischen Einrichtung und in einem Fall, in welchem Tinte nicht vorhanden ist, die verbleibende Tinte in der Kartusche überwacht werden.
Die 19 und 20 sind Zeichnungen, die eine piezoelektrische Einrichtung aus dem Stand der Technik zeigen. Die piezoelektrische Einrichtung hat ein Grundteil 200, das so aufgebaut ist, dass eine Membran 202 auf einem Substrat 201 laminiert ist, und ein Hohlraum 203 zum Aufnehmen eines zu erfassenden Mediums ist an dem Grundteil 200 ausgebildet. An beiden Enden des Grundteils 200 sind ein unterer 204 und ein oberer Elektrodenanschluss 205 ausgebildet. In dem mittleren Teil des Grundteils 200 ist außerdem eine mit dem unteren Elektrodenanschluss 204 verbundene untere Elektrodenschicht 206 ausgebildet, und ein piezoelektrische Schicht 207 ist auf dieser unteren Elektrodenschicht 206 laminiert, und eine obere Elektrodenschicht 208 ist auf der piezoelektrischen Schicht 207 laminiert.
Auf dem Grundteil 200 ist außerdem eine Zusatzelektrodenschicht 209 ausgebildet, und die Zusatzelektrodenschicht 209 verbindet die obere Elektrodenschicht 208 und den oberen Elektrodenanschluss 205 elektrisch, und ein Teil davon befindet sich zwischen der Membran 202 und der piezoelektrischen Schicht 207 und stützt einen verlängerten Teil 210 der piezoelektrischen Schicht 207 von unten. Da dieser verlängerte Teil 210 der piezoelektrischen Schicht 207 von der Zusatzelektrodenschicht 209 auf diese Art und Weise gelagert ist, wird verhindert, dass der verlängerte Teil 210 einen stufigen Teil produziert.
Wie es in 20 klar dargestellt ist, ist die Zusatzelektrodenschicht 209 außerdem so ausgebildet, dass sie außerhalb des Bereichs positioniert ist, der dem Hohlraum 203 entspricht. Der Grund dafür ist, dass, da die Membran 202 in dem Bereich entsprechend dem Hohlraum 208 und die piezoelektrische Schicht 207 den schwingenden Teil der piezoelektrischen Einrichtung bilden, die Zusatzelektrodenschicht 209 außerhalb des Bereichs des schwingenden Teils geformt ist, und so wird verhindert, dass sich die Schwingungseigenschaften der piezoelektrischen Einrichtung verschlechtern.
Wenn in der vorgenannten herkömmlichen piezoelektrischen Einrichtung die piezoelektrische Einrichtung angetrieben wird und der schwingende Teil in Schwingungen versetzt wird, tritt aber ein Problem auf, das an der Position des Pfeils A in 20 leicht an der piezoelektrischen Schicht 207 und der oberen Elektrodenschicht 208 Sprünge erzeugt werden.
Es wird angenommen, dass der Grund für die Erzeugung dieser Sprünge der folgende ist. Wie es in 20 dargestellt ist, ist zwischen der unteren Elektrodenschicht 206 und der Zusatzelektrodenschicht 209 ein Spalt 211 ausgebildet, um einen isolierten Zustand zwischen diesen beiden sicherzustellen, und der Spalt 211 ist so ausgebildet, dass er die Position entsprechend einem äußeren Bereich 203a des Hohlraums 203 beinhaltet. Wenn der schwingende Teil der piezoelektrischen Einrichtung durch Antreiben der piezoelektrischen Einrichtung in Schwingungen versetzt wird, entsteht daher eine Spannungskonzentration an der piezoelektrischen Schicht 207 an der Stelle entsprechend dem Außenbereich 203a des Hohlraums 203, und es wird angenommen, dass dies die Erzeugung der Sprünge verursacht.
Wie es klar in 19 dargestellt ist, sind in der herkömmlichen piezoelektrischen Einrichtung in dem Bereich entsprechend dem Hohlraum 203 außerdem die piezoelektrische Schicht 207, die untere Elektrodenschicht 206 und die oberen Elektrodenschicht 208, die den schwingenden Teil bilden, in einer asymmetrischen Gestalt insgesamt ausgebildet. Daher tritt ein Problem insofern auf, als die Gewichtsbalance in dem schwingenden Teil der piezoelektrischen Einrichtung schlechter wird und die Schwingungseigenschaften des schwingenden Teils sich verschlechtern.
Die vorliegende Erfindung ist auf dieser Grundlage gemacht worden und soll eine piezoelektrische Einrichtung schaffen, um eine Erzeugung von Sprüngen in einer piezoelektrischen Schicht zu verhindern und eine Schwingungseigenschaft eines schwingenden Teils der piezoelektrischen Einrichtung zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dieses Ziel wird durch eine piezoelektrische Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 4 gelöst. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die piezoelektrische Einrichtung der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: eine Basis mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche, die einander entgegengesetzt angeordnet sind, wobei die Basis eine Aussparung aufweist, um ein zu erfassendes Medium aufzunehmen, wobei die Aussparung einen Boden aufweist und derart ausgebildet ist, dass sie auf Seite der ersten Fläche offen ist, wobei der Boden der Aussparung derart ausgebildet ist, dass er vibriert; eine erste Elektrodenschicht, die auf einer Seite der zweiten Fläche ausgebildet ist, und einen Körper aufweist, der in einem Bereich entsprechend der Aussparung ausgebildet ist; eine piezoelektrische Schicht, die auf die erste Elektrodenschicht aufgebracht ist und einen Körper, der in dem besagten Bereich entsprechend der Aussparung ausgebildet ist und einen Fortsatz, der sich von dem Körper über eine Position entsprechend eines Umfangs der Aussparung hinaus erstreckt, aufweist; eine Zusatzelektrodenschicht, die auf einer Seite der zweiten Fläche der Basis ausgebildet ist, wobei wenigstens ein Teil der Zusatzelektrode zwischen der zweiten Fläche und dem Fortsatz der piezoelektrischen Schicht positioniert ist, um so den Fortsatz der piezoelektrischen Schicht zu stützen; und eine zweite Elektrodenschicht, die auf die piezoelektrische Schicht aufgebracht und mit der Zusatzelektrodenschicht verbunden ist; wobei zwischen der ersten Elektrodenschicht und der Zusatzelektrodenschicht ein isolierender Spalt ausgebildet ist, um einen isolierten Zustand zwischen der ersten Elektrodenschicht und der Zusatzelektrodenschicht sicherzustellen, welcher isolierende Spalt entfernt von der Position entsprechend dem Umfang des Hohlraums ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist der Isolationsspalt insgesamt in einem Bereich entsprechend der Aussparung positioniert.
Vorzugsweise weist die Zusatzelektrodenschicht einen Vorsprung auf, der von einer Außenseite des Bereichs entsprechend der Aussparung in ihr Inneres über die besagte Position entsprechend dem Umfang der Aussparung vorragt.
Vorzugsweise weist der der Vorsprung der Zusatzelektrodenschicht runde Kanten auf.
Vorzugsweise ist der Vorsprung der Zusatzelektrodenschicht breiter ausgebildet als der Fortsatz der piezoelektrischen Schicht.
Vorzugsweise ist der Vorsprung der Zusatzelektrodenschicht schmäler ausgebildet als der Fortsatz der piezoelektrischen Schicht.
Vorzugsweise weist die erste Elektrodenschicht einen Fortsatz auf, der sich von einer Innenseite des Bereichs entsprechend der Aussparung in Richtung der Zusatzelektrodenschicht über die Position entsprechend des Umfangs der Aussparung hinaus erstreckt; und wobei der Isolationsspalt zwischen dem Fortsatz der ersten Elektrodenschicht der Zusatzelektrodenschicht ausgebildet und insgesamt außerhalb des Bereichs entsprechend der Aussparung positioniert ist.
Vorzugsweise sind ein Abschnitt der ersten Elektrodenschicht, ein Abschnitt der zweiten Elektrodenschicht und ein Abschnitt der Zusatzelektrodenschicht, die in dem besagten Bereich entsprechend der Aussparung positioniert sind, insgesamt in einer symmetrischen Form mit wenigstens zwei Symmetrieachsen, die durch eine Mitte des besagten Körpers der piezoelektrischen Schicht verlaufen, ausgebildet.
Vorzugsweise ist der ein Abschnitt der piezoelektrischen Schicht, die in dem besagten Bereich entsprechend der Aussparung positioniert ist, in einer symmetrischen Form mit wenigstens einer Symmetrieachse ausgebildet.
Vorzugsweise weisen die wenigstens zwei Symmetrieachsen eine erste Symmetrieachse, die sich in einer Fortsatzrichtung des Fortsatzes der piezoelektrischen Schicht erstreckt und eine zweite Symmetrieachse orthogonal zu dieser ersten Symmetrieachse auf.
Die piezoelektrische Einrichtung der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: eine Basis mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche, die einander entgegengesetzt angeordnet sind, wobei die Basis eine Aussparung aufweist, um ein zu erfassendes Medium aufzunehmen, wobei die Aussparung einen Boden aufweist und derart ausgebildet ist, dass sie auf Seite der ersten Fläche offen ist, wobei der Boden der Aussparung derart ausgebildet ist, dass er vibriert; eine erste Elektrodenschicht, die auf einer Seite der zweiten Fläche ausgebildet ist, und einen Körper aufweist, der in einem Bereich entsprechend der Aussparung ausgebildet ist, eine piezoelektrische Schicht, die auf die erste Elektrodenschicht aufgebracht ist und einen Körper, der in dem besagten Bereich entsprechend der Aussparung ausgebildet ist und einen Fortsatz, der sich von dem Körper über eine Position entsprechend eines Umfangs der Aussparung hinaus erstreckt, aufweist; eine Zusatzelektrodenschicht, die auf einer Seite der zweiten Fläche der Basis ausgebildet ist, wobei wenigstens ein Teil der Zusatzelektrode zwischen der zweiten Fläche und dem Fortsatz der piezoelektrischen Schicht positioniert ist, um so den Fortsatz der piezoelektrischen Schicht zu stützen, und eine zweite Elektrodenschicht, die auf die piezoelektrische Schicht aufgebracht und mit der Zusatzelektrodenschicht verbunden ist; wobei ein Abschnitt der ersten Elektrodenschicht, ein Abschnitt der zweiten Elektrodenschicht und ein Abschnitt der Zusatzelektrodenschicht, die in dem besagten Bereich entsprechend der Aussparung positioniert sind, insgesamt in einer symmetrischen Form mit wenigstens zwei Symmetrieachsen, die durch eine Mitte des besagten Körpers der piezoelektrischen Schicht verlaufen, ausgebildet sind.
Vorzugsweise ist ein Abschnitt der piezoelektrischen Schicht, die in dem besagten Bereich entsprechend der Aussparung positioniert ist, in einer symmetrischen Form mit wenigstens einer Symmetrieachse ausgebildet.
Vorzugsweise weisen die wenigstens zwei Symmetrieachsen eine erste Symmetrieachse, die sich in einer Fortsatzrichtung des Fortsatzes der piezoelektrischen Schicht erstreckt und eine zweite Symmetrieachse orthogonal zu dieser ersten Symmetrieachse auf.
Die piezoelektrische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung weist folgendes auf: eine Basis mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche, die einander entgegengesetzt angeordnet sind, wobei die Basis eine Aussparung aufweist, um ein zu erfassendes Medium aufzunehmen, wobei die Aussparung einen Boden aufweist und derart ausgebildet ist, dass sie auf Seite der ersten Fläche offen ist, wobei der Boden der Aussparung derart ausgebildet ist, dass er vibriert; eine erste Elektrodenschicht, die auf einer Seite der zweiten Fläche ausgebildet ist, und einen Körper aufweist, der in einem Bereich entsprechend der Aussparung ausgebildet ist, eine piezoelektrische Schicht, die auf die erste Elektrodenschicht aufgebracht ist und einen Körper, der in dem besagten Bereich entsprechend der Aussparung ausgebildet ist und einen Fortsatz, der sich von dem Körper über eine Position entsprechend eines Umfangs der Aussparung hinaus erstreckt, aufweist; eine Zusatzelektrodenschicht, die auf einer Seite der zweiten Fläche der Basis ausgebildet ist, wobei wenigstens ein Teil der Zusatzelektrode zwischen der zweiten Fläche und dem Fortsatz der piezoelektrischen Schicht positioniert ist, um so den Fortsatz der piezoelektrischen Schicht zu stützen, und eine zweite Elektrodenschicht, die auf die piezoelektrische Schicht aufgebracht und mit der Zusatzelektrodenschicht verbunden ist; wobei ein Abschnitt der piezoelektrischen Schicht, die in dem besagten Bereich entsprechend der Aussparung positioniert ist, in einer symmetrischen Form mit wenigstens zwei Symmetrieachsen, die durch eine Mitte des Körpers der piezoelektrischen Schicht verlaufen, ausgebildet ist.
Vorzugsweise weisen die wenigstens zwei Symmetrieachsen eine erste Symmetrieachse, die sich in einer Fortsatzrichtung des Fortsatzes der piezoelektrischen Schicht erstreckt und eine zweite Symmetrieachse orthogonal zu der ersten Symmetrieachse auf.
Um die oben genannten Probleme zu lösen, weist die für eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung verwendete Tintenkartusche der vorliegenden Erfindung Folgendes auf:
einen Tintenbehälter zum Beinhalten von Tinte sowie die oben erwähnte piezoelektrische Einrichtung, wobei der Hohlraum der piezoelektrischen Einrichtung in einem Tinte beinhaltenden Raum des Tintenbehälters freigelegt ist.
Um die oben genannten Probleme zu lösen, weist eine für eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendete Tintenkartusche Folgendes auf: einen Tintenbehälter zum Beinhalten von Tinte und die oben erwähnte piezoelektrische Einrichtung, wobei der Hohlraum der piezoelektrischen Einrichtung in einem Tinte beinhaltenden Raum des Tintenbehälters frei liegt.
Um die oben genannten Probleme zu lösen, weist eine für eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendete Tintenkartusche Folgendes auf: einen Tintenbehälter zum Beinhalten von Tinte und die oben erwähnte piezoelektrische Einrichtung, wobei der Hohlraum der piezoelektrischen Einrichtung in einem Tinte beinhaltenden Raum des Tintenbehälters frei liegt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen schematischen Aufbau eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsgeräts zeigt, das eine Tintenkartusche einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
2 ist eine Zeichnung, die eine piezoelektrische Einrichtung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
3 ist eine Schnittansicht, die einen vergrößerten Teil der in 2 dargestellten piezoelektrischen Einrichtung ist.
4 ist eine Zeichnung, die den Umfang der in den 2 und 3 dargestellten piezoelektrischen Einrichtung und ihren äquivalenten Schaltkreis zeigt.
5A und 5B sind Zeichnungen, die die Beziehungen zwischen der Resonanzfrequenz von Tinte, die mittels der in den 2 und 3 dargestellten piezoelektrischen Einrichtung erfasst worden ist, und der Tintendichte zeigen.
6A und 6B sind Zeichnungen, die die Wellenformen von elektromotorischen Gegenkräften der in den 2 und 3 dargestellten Einrichtung zeigen.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Modulkörper zeigt, der die in den 2 und 3 dargestellte Einrichtung verkörpert.
8 ist eine Explosionsansicht, die den Aufbau des in 7 dargestellten Modulkörpers zeigt.
9 ist eine Zeichnung, die ein Beispiel des Schnittes des in 7 dargestellten Modulkörpers zeigt, der in einem Tintenbehälter einer Tintenkartusche angebracht ist.
10 ist eine Zeichnung, die eine Einrichtung eines variierten Beispiels der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen zeigt.
11 ist eine Zeichnung, die eine Einrichtung eines weiteren variierten Beispiels der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsform zeigt, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
12 ist eine Zeichnung, die eine Einrichtung eines noch weiteren variierten Beispiels der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsform zeigt.
13 ist eine Zeichnung, die eine piezoelektrische Einrichtung eines noch weiteren variierten Beispiels der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsform zeigt.
14 ist eine Zeichnung, die eine piezoelektrische Einrichtung eines noch anderen variierten Beispiels der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsform zeigt.
15 ist eine Zeichnung, die eine piezoelektrische Einrichtung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
16 ist eine Zeichnung, die eine Einrichtung eines variierten Beispiels der in 15 dargestellten Ausführungsform zeigt.
17 ist eine Zeichnung, die ein geeignetes Beispiel einer Einrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
18 ist eine Zeichnung, die ein weiteres geeignetes Beispiel einer Einrichtung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
19 ist eine Zeichnung, die eine herkömmliche piezoelektrische Einrichtung zeigt.
20 ist eine Schnittansicht, die einen vergrößerten Teil der in 19 dargestellten herkömmlichen Einrichtung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine piezoelektrische Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine Tintenkartusche mit dieser Einrichtung werden im Folgenden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Die Bezugsziffer 1 in 1 bezeichnet einen Laufwagen, und der Laufwagen ist so aufgebaut, dass er sich in der axialen Richtung einer Platte 5 rückwärts und vorwärts bewegt, indem er durch ein Führungselement 4 geführt wird, und zwar über einen Synchronriemen 3, angetrieben durch einen Laufwagenmotor 2.
Auf der einem Aufzeichnungspapier 6 gegenüberliegenden Seite des Laufwagens 1 ist ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf eingebracht, und oberhalb davon ist eine Tintenkartusche 7 zum Zuleiten von Tinte zu dem Aufzeichnungskopf in einem abnehmbaren Zustand angebracht.
In der Home-Position (rechts in der Zeichnung), die ein Bereich des Aufzeichnungsgerätes ist, in dem kein Druckvorgang stattfindet, ist ein Deckelelement 31 angeordnet, und das Deckelelement 31 ist so strukturiert, dass, wenn der Aufzeichnungskopf an dem Laufwagen 1 in die Home-Position bewegt wird, das Deckelelement 31 gegen die Düsenausbildefläche des Aufzeichnungskopfes gedrückt wird und einen geschlossenen Raum zwischen den Düsenausbildefläche und sich selbst bildet. Unter dem Deckelelement 31 ist eine Pumpeneinheit 10 zum Aufbringen eines Unterdrucks auf diesen durch das Deckelelement 31 gebildeten geschlossenen Raum und zum Ausführen eines Reinigungsvorgangs angeordnet.
In der Nachbarschaft des Deckelelements 31 auf der Seite des Druckbereichs ist ein Wischmittel 11 mit einer elastischen Gummiplatte angeordnet, um sich vorwärts oder rückwärts beispielsweise in einer horizontalen Richtung zu der Bewegungsspur des Aufzeichnungskopfes zu bewegen, und wenn sich der Laufwagen 1 vorwärts oder rückwärts auf der Seite des Deckelelements 31 bewegt, ist das Wischmittel 11 so aufgebaut, dass es die Düsenausbildefläche des Aufzeichnungskopfes abwischt, wenn dies notwendig ist.
Die 2 und 3 sind Zeichnungen, die die piezoelektrische Einrichtung dieser Ausführungsform zeigen, und eine Einrichtung 60 hat ein Grundteil (eine Basis) 40, das so aufgebaut ist, dass eine Membran 42 auf einen Substrat 41 laminiert ist, und das Grundteil 40 hat eine erste Oberfläche 40a und eine dieser gegenüberliegende zweite Oberfläche 40b. An dem Grundteil 40 ist ein kreisförmiger Hohlraum (eine kreisförmige Aussparung) 43 zum Aufnehmen eines zu erfassenden Mediums so ausgebildet, dass er auf der Seite der ersten Oberfläche 40a geöffnet ist und ein Boden 43a des Hohlraums 43 ist so ausgebildet, dass er mittels der Membran 42 in Schwingungen versetzt wird. An beiden Enden des Grundteils 40 auf der Seite einer zweiten Oberfläche 40b sind ein unterer 44 und ein oberer Elektrodenanschluss 54 ausgebildet.
Auf der zweiten Oberfläche 40b des Grundteils 40 ist eine untere Elektrodenschicht (eine erste Elektrodenschicht 46) ausgebildet, und die untere Elektrodenschicht 46 hat einen Körper 46a, der in dem Bereich entsprechend dem Hohlraum 43 ausgebildet ist, und einen verlängerten Teil (einen Fortsatz) 46b, der sich von dem Körper 46a aus nach jenseits der Position erstreckt, die einem Umfang 43a des Hohlraums 43 entspricht. Der Körper 46a der unteren Elektrodenschicht 46 ist kreisförmig, und die Mitte davon fällt fast mit der Mitte des Hohlraums 43 zusammen. Der Körper 46a der unteren Elektrodenschicht 46 ist so aufgebaut, dass er einen kleineren Durchmesser als der Durchmesser des Hohlraums 43 hat.
Auf der unteren Elektrodenschicht 46 ist eine piezoelektrische Schicht 47 laminiert, und diese piezoelektrische Schritt 47 hat einen Körper 47a, der in dem Bereich entsprechend dem Hohlraum 43 ausgebildet ist, und einen verlängerten Teil 47b, der sich von dem Körper 47a aus nach jenseits der Position erstreckt, die dem Umfang 43a des Hohlraums 43 entspricht. Der Körper 47a der piezoelektrischen Schicht 47 ist kreisförmig, und die Mitte davon fällt fast mit der Mitte des Hohlraums 43 zusammen. Der Körper 47a der piezoelektrischen Schicht 47 ist so ausgebildet, dass er einen kleineren Durchmesser hat als der des Hohlraums 43 und einen größeren Durchmesser des Körpers 46a der unteren Elektrodenschicht 46.
Auf der Seite des Grundteils 40, auf der sich die zweite Oberfläche 40b befindet, ist ein Zusatzelektrodenschicht 48 ausgebildet und hat vorzugsweise das gleiche Material und die gleiche Dicke wie die untere Elektrodenschicht 46. Ein Teil der Zusatzelektrodenschicht 98 befindet sich zwischen der zweiten Oberfläche 40b und dem verlängerten Teil 47b der piezoelektrischen Schicht 47 und stützt den verlängerten Teil 47b der piezoelektrischen Schicht 47 von unten. Da der verlängerte Teil 47b der piezoelektrischen Schicht 47 durch einen Teil der Zusatzelektrodenschicht 48 gelagert ist, wird verhindert, dass die piezoelektrische Schicht 47 einen Höhenunterschied erzeugt.
Auf der piezoelektrischen Schicht 47 ist eine obere Elektrodenschicht (zweite Elektrodenschicht) 49 laminiert, und diese obere Elektrodenschicht 49 hat einen Körper 49a, der auf dem Körper 47a der piezoelektrischen Schicht 47 ausgebildet ist, und einen verlängerten Teil 49b, der sich von dem Körper 49a aus nach jenseits der Position erstreckt, die dem Umfang 43a des Hohlraums 43 entspricht. Der verlängerte Teil 49 der oberen Elektrodenschicht 49 ist mit der Zusatzelektrodenschicht 48 verbunden, und die obere Elektrodenschicht 49 und der obere Elektrodenanschluss 45 sind über die Zusatzelektrodenschicht 48 elektrisch verbunden. Da die obere Elektrodenschicht 49 mit dem oberen Elektrodenanschluss 45 auf diese Art und Weise über die Zusatzelektrodenschicht 48 verbunden ist, kann der durch die gesamte Dicke der piezoelektrischen Schicht 47 und der unteren Elektrodenschicht 46 erzeugte Höhenunterschied durch sowohl die obere Elektrodenschicht 49 als auch die Zusatzelektrodenschicht 48 absorbiert werden. Die Erzeugung eines großen Höhenunterschieds in der oberen Elektrodenschicht 49 und eine Verminderung in der mechanischen Festigkeit können daher verhindert werden.
Der Körper 49a der oberen Elektrodenschicht 49 ist kreisförmig, und die Mitte davon fällt fast mit der Mitte des Hohlraums 48 zusammen. Der Körper 49a der oberen Elektrodenschicht 49 ist so ausgebildet, dass er einen kleineren Durchmesser hat als der Körper 47a der piezoelektrischen Schicht 47 und der Hohlraum 43 und einen größeren Durchmesser als der Körper 46a der unteren Elektrodenschicht 46.
Wie oben erwähnt, ist der Körper 47a der piezoelektrischen Schicht 47 so aufgebaut, dass er zwischen dem Körper 49a der oberen Elektrodenschicht 49 und dem Körper 46a der unteren Elektrodenschicht 46 gehalten wird. Dadurch kann die piezoelektrische Schicht 47 effektiv verformt und angetrieben werden.
Wie oben erwähnt, ist von dem Körper 49a der oberen Elektrodenschicht 49, dem Körper 47a der piezoelektrischen Schicht 47, der Körper 46a der unteren Elektrodenschicht 46 und dem Hohlraum 43 derjenige mit dem größten Flächenbereich der Hohlraum 43. Aufgrund einer solchen Struktur wird der schwingende Bereich der Membran 42, der tatsächlich schwingt, durch den Hohlraum 43 bestimmt.
Da die Flächenbereiche des Körpers 49a der oberen Elektrodenschicht 49, des Körpers 47a der piezoelektrischen Schicht 47 und des Körpers 46a der unteren Elektrodenschicht 46 kleiner sind als der Flächenbereich des Hohlraums 43, kann außerdem die Membran 42 leichter schwingen.
Von dem Körper 46a der unteren Elektrodenschicht 46 und dem Körper 49a der oberen Elektrodenschicht 49, die elektrisch mit der piezoelektrischen Schicht 47 verbunden ist, ist außerdem der Körper 46a kleiner. Daher bestimmt der Körper 46a der unteren Elektrodenschicht 46 den Teil der piezoelektrischen Schicht 47, der den piezoelektrischen Effekt produziert.
Die Mittelpunkte des Körpers 47a, des Körpers 49a und des Körpers 46a fallen fast mit dem Mittelpunkt des Hohlraums 43 zusammen. Außerdem ist der Mittelpunkt des kreisförmigen Hohlraums 43 zum Bestimmen des schwingenden Teils der Membran 42 fast in der Mitte der gesamten Einrichtung 60 positioniert. Daher fällt die Mitte des schwingenden Teils der piezoelektrischen Einrichtung 60 fast mit der Mitte der piezoelektrischen Einrichtung 60 zusammen.
Außerdem haben die schwingenden Teile des Körpers 47a, des Körpers 49a, des Körpers 46a bzw. der Membran 42 eine kreisförmige Gestalt, so dass der schwingende Teil der piezoelektrischen Einrichtung 60 eine symmetrische Gestalt um die Mitte der piezoelektrischen Einrichtung 60 hat. Wie oben erwähnt, hat der schwingende Teil der piezoelektrischen Einrichtung 60 eine symmetrische Gestalt um die Mitte der piezoelektrischen Einrichtung 60, so dass eine unnötige Schwingung, die durch eine Asymmetrie der Struktur verursacht würde, nicht angeregt werden wird. Daher ist die Erfassungsgenauigkeit der Resonanzfrequenz verbessert.
Der schwingende Teil der piezoelektrischen Einrichtung 60 ist außerdem isotrop, so dass, wenn die piezoelektrische Einrichtung 60 zusammengefügt wird, sie kaum durch Schwankungen bei der Fixierung beeinträchtigt wird und gleichmäßig mit dem Tintenbehälter verbunden werden kann. Die Anbringkapazität der piezoelektrischen Einrichtung 60 an dem Tintenbehälter ist nämlich zufriedenstellend.
Außerdem ist die Komplianz der Membran 42 recht groß, so dass die Dämpfung von Schwingungen vermindert ist und die Erfassungsgenauigkeit der Resonanzfrequenz verbessert werden kann.
Die in der piezoelektrischen Einrichtung 60 beinhalteten Elemente sind vorzugsweise wechselseitig kalziniert und integriert ausgebildet. Wenn die piezoelektrische Einrichtung 60 integriert ausgebildet ist, kann sie einfach gehandhabt werden.
Wenn die Festigkeit des Substrats 41 erhöht ist, kann außerdem die Schwingungseigenschaft verbessert werden. Wenn die Festigkeit des Substrats 41 erhöht ist, schwingt nämlich nur der schwingende Teil der piezoelektrischen Einrichtung 60, und die anderen Teile der piezoelektrischen Einrichtung 60 schwingen nicht. Um die Schwingung des schwingenden Teils stärker zu machen, ist es außerdem, zusätzlich zu dem Erhöhen der Festigkeit des Substrats 41, effektiv, die piezoelektrische Schicht 47, die obere Elektrodenschicht 49 und die untere Elektrodenschicht 46 der piezoelektrischen Einrichtung 60 dünner und kleiner zu machen und die Membran 41 dünner zu machen.
Als Material der piezoelektrischen Schicht 47 wird bevorzugt, Bleizirkonattitanat (PCZ), Bleilanthanzirkonattitanat (PLZT), oder eine bleifreie piezoelektrische Folie zu verwenden, die kein Blei verwendet. Als Material des Substrats 41 wird bevorzugt, Zirkonia oder Alumina zu verwenden. Außerdem wird bevorzugt, das gleiche Material wie für das Substrat 41 auch für die Membran 42 zu verwenden. Für die obere Elektrodenschicht 49, die untere Elektrodenschicht 46, den oberen 42 und den unteren Elektrodenanschluss 44 kann ein leitendes Material wie beispielsweise ein Metall wie Gold, Silber, Kupfer, Platin, Aluminium oder Nickel verwendet werden.
Wie es in 3 dargestellt ist, ist zwischen der unteren Elektrodenschicht 46 und der Zusatzelektrodenschicht 48 ein isolierender Spalt 50 ausgebildet. Er ist entfernt von der Position entsprechend dem Umfang 43a des Hohlraums 43 ausgebildet. Genauer gesagt ist der Spalt 50 so ausgebildet, dass seine Gesamtheit sich in dem Bereich entsprechend dem Hohlraum 43 befindet.
Wenn der gesamte isolierendes Spalt 50 auf diese Art und Weise in dem Bereich entsprechend dem Hohlraum 43 positioniert ist und der schwingende Teil durch Antreiben der piezoelektrischen Einrichtung 60 in Schwingungen versetzt wird, können die in der piezoelektrischen Schicht 47 an der Position entsprechend dem Umfang 43a des Hohlraums 43 erzeugten Spannungskonzentrationen stark unterdrückt werden. Daher kann eine Erzeugung von Sprüngen in der piezoelektrischen Schicht 47 und der oberen Elektrodenschicht 49 verhindert werden.
Außerdem hat die Zusatzelektrodenschicht 48 einen Vorsprung 48a, der von der Außenseite des Bereichs entsprechend dem Hohlraum 43 zur Innenseite dieses Bereichs nach jenseits der Position hervorsteht, die dem Umfang 43a des Hohlraums 43 entspricht, und der Vorsprung 48a hat runde Ecken.
Wenn die Ecken des Vorsprungs 48a der Zusatzelektrodenschicht 48 auf diese Art und Weise rund gemacht sind, kann eine Erzeugung von Sprüngen in der piezoelektrischen Schicht 47 in dem Kantenteil der Zusatzelektrodenschicht 48 verhindert werden. Unter Berücksichtigung eines Falls des Auftretens einer Verschiebung zur Zeit der Ausbildung der Zusatzelektrodenschicht 48 werden außerdem, wenn der Vorsprung 48a der Zusatzelektrodenschicht 48 Ecken hat, diese Ecken des Vorsprungs 48a entweder innerhalb oder außerhalb des Bereichs entsprechend dem Hohlraum 43 aufgrund der Verschiebung während der Ausbildung bewegt. Daher werden eventuell Schwankungen in der Schwingungseigenschaft für jede Einrichtung 60 erzeugt. Andererseits können, wenn die Ecken des Vorsprungs 48a wie in dieser Ausführungsform rund gemacht sind, Schwankungen in der Schwingungseigenschaft, die durch die Verschiebung während der Ausformung der Zusatzelektrodenschicht 48 verursacht werden, gut unterdrückt werden.
4 zeigt die piezoelektrische Einrichtung 60, die in dieser Ausführungsform verwendet wird, und ihren äquivalenten Schaltkreis. Die piezoelektrische Einrichtung 60 erfasst die Resonanzfrequenz aufgrund der verbleibenden Schwingung, erfasst dadurch die Veränderungen in der akustischen Impedanz und erfasst den Verbrauchszustand einer Flüssigkeit in der Tintenkartusche.
In 4 zeigen (A) und (B) den äquivalenten Schaltkreis der piezoelektrischen Einrichtung 60. In 4 zeigen außerdem (C) und (D) den Umfang einschließlich der piezoelektrischen Einrichtung 60 bzw. den dazu äquivalenten Schaltkreis, wenn die Tintenkartusche voll mit Tinte ist, und in 4 zeigen (E) und (F) den Umfang einschließlich der piezoelektrischen Einrichtung 60 bzw. den dazu äquivalenten Schaltkreis, wenn die Tintenkartusche keine Tinte beinhaltet.
Die in den 2 bis 4 dargestellte Einrichtung 60 ist an einer vorbestimmten Stelle des Tintenbehälters der Tintenkartusche 7 so angebracht, dass der Hohlraum 43 Kontakt mit einer in dem Tintenbehälter beinhalteten Flüssigkeit (Tinte) macht. Zumindest ein Teil des schwingenden Teils der piezoelektrischen Einrichtung 60 liegt nämlich in dem beinhaltenden Raum des Tintenbehälters frei. Wenn ausreichend Flüssigkeit in dem Tintenbehälter beinhaltet ist, sind das Innere und das Äußere des Hohlraums 43 voll mit einer Flüssigkeit.
Wenn andererseits die Flüssigkeit in dem Tintenbehälter verbraucht ist und sich der Tintenfüllstand nach unterhalb der Anbringposition der piezoelektrischen Einrichtung absenkt, tritt die piezoelektrische Einrichtung in einen Zustand ein, dass keine Flüssigkeit in dem Hohlraum 43 existiert, oder eine Flüssigkeit nur in dem Hohlraum 43 verbleibt und außerhalb davon Gas vorhanden ist.
Die piezoelektrische Einrichtung 60 erfasst einen Unterschied in der akustischem Impedanz aufgrund dieser Zustandsänderung. Dadurch kann die piezoelektrische Einrichtung 60 einen Zustand erfassen, dass eine Flüssigkeit vollständig in dem Tintenbehälter beinhaltet ist, oder einen Zustand, dass mehr als eine feste Menge von Flüssigkeit verbraucht ist.
Es wird nun das Prinzip der Flüssigkeitsfüllstandserfassung durch die piezoelektrische Einrichtung erläutert werden.
Die piezoelektrische Einrichtung 60 kann Veränderungen in der akustischen Impedanz einer Flüssigkeit erfassen, und zwar unter Verwendung von Veränderungen in der Resonanzfrequenz. Die Resonanzfrequenz kann durch Messen der elektromotorische Gegenkraft erfasst werden, welche durch die verbleibende Schwingung erzeugt wird, die in dem schwingenden Teil verbleibt, nachdem der schwingende Teil der piezoelektrischen Einrichtung geschwungen hat. Die piezoelektrische Schicht 47 der piezoelektrischen Einrichtung 60 erzeugt nämlich eine elektromagnetische Gegenkraft durch die in dem schwingenden Teil der piezoelektrischen Einrichtung 60 verbleibende Schwingung. Die Größe der elektromotorischen Gegenkraft verändert sich abhängig von der Amplitude des schwingenden Teils der piezoelektrischen Einrichtung 60. Daher wird die Erfassung leichter, wenn die Amplitude des schwingenden Teils der piezoelektrischen Einrichtung 60 vergrößert wird.
Abhängig von der Frequenz der variablen Strom des schwingenden Teils der piezoelektrischen Einrichtung 60 wird außerdem die Veränderungsperiode der Größe der elektromotorischen Gegenkraft verändert. Die Frequenz des schwingenden Teils der piezoelektrischen Einrichtung 60 entspricht nämlich der Frequenz der elektromotorischen Gegenkraft. In diesem Fall wird die Resonanzfrequenz als Frequenz in einem Resonanzzustand des schwingenden Teils der piezoelektrischen Einrichtung 60 und eines Mediums in Kontakt mit dem schwingenden Teil bezeichnet.
Der schwingende Bereich der piezoelektrischen Einrichtung 60 ist der Teil der Membran 42 entsprechend dem Hohlraum 43. Wenn der Tintenbehälter mit einer Flüssigkeit ausreichend gefüllt ist, ist der Hohlraum 43 voll mit einer Flüssigkeit, und der schwingende Bereich ist in Kontakt mit der Flüssigkeit in dem Tintenbehälter. Wenn andererseits der Tintenbehälter nicht ausreichend mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, ist der schwingende Bereich in Kontakt mit der in dem Hohlraum 43 in dem Tintenbehälter verbleibenden Flüssigkeit oder in Kontakt mit Gas oder einem Vakuum statt einer Flüssigkeit.
Mit Bezug auf die 2 bis 4 wird nun aus der Resonanzfrequenz des Mediums und des schwingenden Teils der piezoelektrischen Einrichtung 60, die durch die Messung der elektromotorischen Gegenkraft erhalten wird, die Arbeitsweise und das Prinzip zum Erfassen des Flüssigkeitszustands in dem Tintenbehälter erläutert.
In der piezoelektrischen Einrichtung 60 wird eine Spannung an die obere 49 bzw. die untere Elektrodenschicht 46 über den oberen 45 und den unteren Elektrodenanschluss 44 angelegt. Dann wird ein elektrisches Feld in dem Teil der piezoelektrischen Schicht 47 erzeugt, welcher zwischen der oberen 49 und der unteren Elektrodenschicht 46 gehalten ist. Dadurch wird die piezoelektrische Schicht 47 verformt. Wenn sie verformt wird, führt der schwingende Bereich der Membran 42 eine flexible Schwingung aus. Für eine kurze Zeit nach der Verformung der piezoelektrischen Schicht 47 verbleibt diese flexible Schwingung in dem schwingenden Teil der piezoelektrischen Einrichtung 60.
Die verbleibende Schwingung ist eine freie Schwingung zwischen dem schwingenden Teil der piezoelektrischen Einrichtung 60 und dem Medium. Wenn die an die piezoelektrische Schicht 47 anzulegende Spannung auf eine Impulswellenform oder eine Viereckswelle eingestellt wird, kann daher ein Resonanzzustand zwischen dem schwingenden Teil und dem Medium nach dem Anlegen der Spannung leicht erhalten werden. Die verbleibende Schwingung ist eine Schwingung des schwingenden Teils der piezoelektrischen Einrichtung 60 und ist durch die Verformung der piezoelektrischen Schicht 47 begleitet. Daher erzeugt die piezoelektrische Schicht 47 eine elektromagnetische Gegenkraft. Die elektromagnetische Gegenkraft wird über die elektromotorische Gegenkraft wird über die obere 49 und die untere Elektrodenschicht 46, den oberen 45 und den unteren Elektrodenanschluss 44 erfasst. Durch die erfasste elektromotorische Gegenkraft kann die Resonanzfrequenz identifiziert werden. Auf der Grundlage der Resonanzfrequenz kann die Existenz einer Flüssigkeit in dem Tintenbehälter erfasst werden.
Im Allgemeinen wird die Resonanzfrequenz fs ausgedrückt durch: Fs = 1/(2·π·(M·Cact)1/2) Formel 1Wobei M die Summe aus der Inertanz Mact des schwingenden Teils und einer zusätzlichen Inertanz M' bezeichnet und Cact die Komplianz des schwingenden Teils.
In den 4 zeigen (A) und (B) den äquivalenten Schaltkreis des schwingenden Teils der piezoelektrischen Einrichtung 60 und des Hohlraums 43, wenn keine Tinte in dem Hohlraum 43 verbleibt.
Mact bezeichnet einen Quotienten, der durch Teilen des Produkts aus der Dicke des schwingenden Teils und der Dichte des schwingenden Teils durch den Flächenbereich des schwingenden Teils erhalten wird, und im Detail wird Mact durch die folgende Formel ausgedrückt, wie in 4(A) dargestellt: Mact = Mpzt + Melectrode1 + Melectrode2 + Mvib Formel 2
In diesem Fall bezeichnet Mpzt einen Quotienten, der durch Teilen des Produkts der Dicke der piezoelektrischen Schicht 47 in dem schwingenden Teil und der Dichte der piezoelektrischen Schicht 47 durch den Flächenbereich der piezoelektrischen Schicht 47 erhalten wird. Melectrode1 bezeichnet einen Quotienten, der durch Teilen des Produkts aus der Dicke der oberen Elektrodenschicht 49 in dem schwingenden Teil und der Dichte der oberen Elektrodenschicht 49 durch den Flächenbereich der oberen Elektrodenschicht 49 erhalten wird. Melectrode2 bezeichnet einen Quotienten, der durch Teilen des Produkts aus der Dicke der unteren Elektrodenschicht 46 in dem schwingenden Teil und der Dichte dieser Schicht 46 durch den Flächenbereich der Schicht 46 erhalten wird. Mvib bezeichnet einen Quotienten, der durch Teilen des Produkts aus der Dicke der Membran 42 in dem schwingenden Teil und der Dichte der Membran 42 durch den Flächenbereich des schwingenden Bereichs der Membran 42 erhalten wird.
Mact kann aber aus der gesamten Dicke, Dichte und dem Flächenbereich des schwingenden Bereichs berechnet werden, den jeweiligen Flächenbereichen der piezoelektrischen Schicht 47, so dass, obwohl die oberen 49 und die untere Elektrodenschicht 46 und der schwingende Bereich der Membran 42 die oben erwähnten Größenbeziehungen haben, die wechselseitigen Unterschiede in dem Flächenbereich vorzugsweise nur sehr klein sind.
In dieser Ausführungsform sind außerdem in der piezoelektrischen Schicht 47, der oberen Elektrodenschicht 49 und der unteren Elektrodenschicht 46 die Teile, die außer den kreisförmigen Körpern 47a, 49a und 46a vorhanden sind, die die hauptsächlichen Teile sind, vorzugsweise so klein, dass sie zugunsten der Hauptelemente ignoriert werden können. In der piezoelektrischen Einrichtung 60 ist außerdem Mact die Summe aus den jeweiligen Inertanzen der Schichten 49, 46 und 47 und des schwingenden Bereichs der Membran 42. Die Komplianz Cact ist die Komplianz aus dem Teil, der durch die Schichten 49, 46 und 47 und den schwingenden Bereich der Membran 42 gebildet wird.
In den 4 zeigen (A), (B), (D) und (F) die äquivalenten Schaltkreise des schwingenden Teils der piezoelektrischen Einrichtung 60 und des Hohlraums 43, und in den äquivalenten Schaltkreisen bezeichnet Cact die Komplianz des schwingenden Teils der piezoelektrischen Einrichtung 60. Cpzt, Celectrode1, Celectrode2 und Cvib stehen für die Komplianzen der piezoelektrischen Schicht 47 in dem schwingenden Teil, der oberen Elektrodenschicht 49, der unteren Elektrodenschicht 46 bzw. der Membran 42. Cact wird durch die Formel 3 ausgedrückt. 1/Cact = (1/Cpzt) + (1/Celectrode1) + (1/Celectrode2) + (1/Cvib) Formel 3
Aus den Formel 2 und 3 kann 4(A) als 4(B) angezeigt werden.
Die Komplianz Cact bezeichnet das Volumen eines Mediums, welches durch die Verformung angenommen werden kann, wenn der Einheitsflächenbereich unter Druck gesetzt wird. Die Komplianz Cact bezeichnet nämlich die Einfachheit der Verformung.
4(C) zeigt eine Schnittansicht der piezoelektrischen Einrichtung 60, wenn der Tintenbehälter ausreichend mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und der Umfang des schwingenden Bereichs der piezoelektrischen Einrichtung 60 voll mit einer Flüssigkeit ist. M'max in 4(C) bezeichnet einen maximalen Wert der zusätzlichen Inertanz (erhalten durch Teilen des zusätzlichen Gewichts (des Gewichts, das die Schwingung des schwingenden Bereichs nachteilig beeinflusst) durch das Quadrat der Fläche), wenn der Tintenbehälter ausreichend mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und der Umfang des schwingenden Bereichs der piezoelektrischen Einrichtung 60 voll mit einer Flüssigkeit ist. M'max wird wie folgt ausgedrückt: M'max = (π/(2·k3))·(2·(2·k·a)3/(3·π))/(π·a2)2 Formel 4Wobei "a" einen Radius des schwingenden Teils bezeichnet, ρ die Dichte des Mediums und Kanal eine Wellenzahl.
Außerdem gilt Formel 4, wenn der schwingende Bereich der piezoelektrischen Einrichtung 60 ein Kreis mit dem Radius a ist. Die zusätzliche Inertanz M' ist eine Größe, die anzeigt, dass das Gewicht des schwingenden Teils anscheinend durch das Medium in der Nachbarschaft des schwingenden Teils zunimmt. Wie Formel 4 zeigt, schwankt M'max stark mit dem Radius a des schwingenden Teils und der Dichte ρ des Mediums.
Die Wellenzahl k wird wie folgt ausgedrückt: K = 2·π·fact/c Formel 5,Wobei fact eine Resonanzfrequenz des schwingenden Teiles anzeigt und c eine akustische Geschwindigkeit, die sich in dem Medium fortpflanzt.
4(D) zeigt den äquivalenten Schaltkreis des schwingenden Teils der piezoelektrischen Einrichtung 60 und des Hohlraums 43 in Fig. (C), dass der Tintenbehälter ausreichend mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und der Umfang des schwingenden Bereichs der piezoelektrischen Einrichtung 60 voll mit einer Flüssigkeit ist.
4(E) zeigt eine Schnittansicht der piezoelektrischen Einrichtung 60, wenn die Flüssigkeit in dem Tintenbehälter verbraucht ist und keine Flüssigkeit in dem Umfang des schwingenden Bereichs der piezoelektrischen Einrichtung 60 vorhanden ist und eine Flüssigkeit in dem Hohlraum 43 der piezoelektrischen Einrichtung 60 verbleibt.
Formel 4 ist eine Formel, die eine maximale Inertanz M'max anzeigt, die durch die Dichte ρ der Tinte entschieden wird, wenn der Tintenbehälter voll mit einer Flüssigkeit ist.
Andererseits wird die zusätzliche Inertanz M', wenn die Flüssigkeit in dem Tintenbehälter verbraucht ist und eine Flüssigkeit in dem Hohlraum 43 verbleibt und die Flüssigkeit in dem Umfang des schwingenden Bereichs der piezoelektrischen Einrichtung 60 mit Gas oder einem Vakuum ersetzt ist, im Allgemeinen wie folgt ausgedrückt (für Details siehe Formel 8). M' = ρ·t/s Formel 6Wobei t die Dicke des Mediums bezüglich der Schwingung anzeigt und S einen Flächenbereich des schwingenden Bereichs der piezoelektrischen Einrichtung 60, welcher S = π·a² ist, wenn der schwingende Bereich ein Kreis mit einem Radius "a" ist.
Daher folgt die zusätzliche Inertanz M', wenn der Tintenbehälter ausreichend mit der Flüssigkeit gefüllt ist und der Umfang des schwingenden Bereichs der piezoelektrischen Einrichtung 60 voll mit einer Flüssigkeit ist, der Formel 4. Andererseits folgt die zusätzliche Inertanz M', wenn die Flüssigkeit verbraucht ist, und eine Flüssigkeit in dem Hohlraum 43 verbleibt und die Flüssigkeit in dem Umfang des schwingenden Bereichs der piezoelektrischen Einrichtung 60 mit Gas oder einem Vakuum ersetzt ist, der Formel 6.
Hierbei wird, wie in Fig. (E) dargestellt, die zusätzliche Inertanz M', wenn die Flüssigkeit in dem Tintenbehälter verbraucht ist und keine Flüssigkeit in dem Umfang des schwingenden Bereichs der piezoelektrischen Einrichtung 60 verbleibt und Flüssigkeit in dem Hohlraum 43 der piezoelektrischen Einrichtung 60 verbleibt, als M'cav angenommen aus Gründen der Einfachheit und von der zusätzlichen Inertanz M'max unterschieden, wenn der Umfang des schwingenden Bereichs der piezoelektrischen Einrichtung 60 voll mit einer Flüssigkeit ist.
4(F) zeigt den äquivalenten Schaltkreis des schwingenden Teils der piezoelektrischen Einrichtung 60 und des Hohlraums 43 in 4(E), dass die Flüssigkeit in dem Tintenbehälter verbraucht ist und keine Flüssigkeit in dem Umfang des schwingenden Bereichs der piezoelektrischen Einrichtung 60 vorhanden ist und eine Flüssigkeit in dem Hohlraum 43 der piezoelektrischen Einrichtung 60 verbleibt.
In diesem Fall sind die Parameter mit Bezug auf den Mediumzustand die Dichte ρ des Mediums und die Dicke t des Mediums in Formel 6. Wenn der Tintenbehälter ausreichend eine Flüssigkeit beinhaltet, gerät die Flüssigkeit in Kontakt mit dem schwingenden Teil der piezoelektrischen Einrichtung 60. Wenn andererseits der Tintenbehälter nicht ausreichend Flüssigkeit beinhaltet, verbleibt eine Flüssigkeit in dem Hohlraum 43, oder ein Gas oder ein Vakuum gerät in Kontakt mit dem schwingenden Teil der piezoelektrischen Einrichtung 60. Die zusätzliche Inertanz M'var in dem Prozess, dass die Flüssigkeit in dem Umfang der piezoelektrischen Einrichtung 60 verbraucht ist und die zusätzliche Inertanz von M'max, gezeigt in 4(C), hin zu M'cav bewegt wird, gezeigt in 4(E), verändert sich in Übereinstimmung mit der Veränderung der Dichte ρ des Mediums und der Dicke t des Mediums abhängig von dem beinhaltenden Zustand der Flüssigkeit in dem Tintenbehälter. Indem dies gemacht wird, wird die Resonanzfrequenz fs ebenfalls verändert. Daher kann durch Identifizieren der Resonanzfrequenz fs die Menge der Flüssigkeit in dem Tintenbehälter erfasst werden.
Wenn nun t = d angenommen wird, wie in 4(E) gezeigt ist, wird M'cav wie unten angezeigt ausgedrückt durch Ersetzen der Hohlraumtiefe d mit t, gegeben in Formel 6: M'cav = ρ·d/S Formel 7
Wenn die Medien Flüssigkeiten unterschiedlicher Art sind, unterscheidet sich außerdem die Dichte ρ abhängig von der unterschiedlichen Zusammensetzung, so dass die zusätzliche Inertanz M' und die Resonanzfrequenz fs unterschiedlich sind. Durch Identifizieren der Resonanzfrequenz fs kann die Art der Flüssigkeit erfasst werden.
5A ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Tintenmenge in dem Tintentank und der Resonanzfrequenz fs der Tinte und dem schwingenden Teil zeigt. Hier wird als Beispiel einer Flüssigkeit Tinte erläutert werden. Die Ordinate bezeichnet die Resonanzfrequenz fs und die Querachse die Tintenmenge. Wenn die Tintenzusammensetzung fixiert ist, steigt, wenn sich die verbleibende Tinte vermindert, die Resonanzfrequenz fs an.
Wenn der Tintenbehälter ausreichend Tinte beinhaltet und der Umfang des schwingenden Teils der piezoelektrischen Einrichtung 60 voll mit Tinte ist, ist die maximale zusätzlich Inertanz M'max davon ein Wert, der durch die Formel 4 gegeben wird. Wenn andererseits die Tinte verbraucht ist und Tinte in dem Hohlraum 43 verbleibt und der Umfang des schwingenden Bereichs der piezoelektrischen Einrichtung 50 nicht voll mit Tinte ist, wird die zusätzliche Inertanz M'var aus der Formel 6 auf der Grundlage der Dicke t des Mediums berechnet. "t" in Formel 6 ist die Dicke des Mediums mit Bezug auf die Schwingung, so dass, indem die Tiefe d des Hohlraums 43 der piezoelektrischen Einrichtung 60, wo Tinte verbleibt, kleiner gemacht wird, d.h. die Dicke des Substrats 41 ausreichend dünner gemacht wird, der Vorgang, dass Tinte langsam verbraucht wird, erfasst werden kann (siehe 4(C)). In diesem Fall bezeichnet t ink die Tintendicke bezüglich der Schwingung und t ink-max den Wert von t ink bei M'max.
Beispielsweise ist die piezoelektrische Einrichtung 60 am Boden der Tintenkartusche fast horizontal zu dem Tintenfüllstand angeordnet. In diesem Fall wird, wenn die Tinte verbraucht wird und der Tintenfüllstand sich weniger absenkt als die Höhe von t ink-max von der piezoelektrischen Einrichtung 60 aus, M'var langsam durch die Formel 6 verändert, und die Resonanzfrequenz fs verändert sich langsam durch die Formel 1. Solange der Tintenfüllstand innerhalb des Bereichs t liegt, kann die piezoelektrische Einrichtung 60 daher langsam den Verbrauchszustand der Tinte erfassen.
Oder die piezoelektrische Einrichtung 60 ist fast rechtwinklig zum Tintenfüllstand an der Seitenwand der Tintenkartusche angeordnet. In diesem Fall wird, wenn die Tinte verbraucht wird und der Tintenfüllstand den Schwingungsbereich der piezoelektrischen Einrichtung 60 erreicht, wenn sich der Wasserfüllstand absenkt, die zusätzliche Inertanz M' vermindert. Dadurch wird die Resonanzfrequenz fs durch die Formel 1 langsam erhöht. Solange der Tintenfüllstand innerhalb des Bereichs des Durchmessers 2a des Hohlraums 43 liegt (siehe 4(C)), kann daher die piezoelektrische Einrichtung 60 den Verbrauchszustand der Tinte langsam erfassen.
Die Kurve X zeigt die Beziehung zwischen der in dem Tintentank beinhalteten Tintenmenge und der Resonanzfrequenz fs der Tinte und des schwingenden Teils, wenn der Hohlraum 43 der piezoelektrischen Einrichtung 60, angeordnet am Boden, ausreichend flach gemacht wird oder der schwingende Bereich der piezoelektrischen Einrichtung 60, angeordnet an der Seitenwand, ausreichend groß oder lang gemacht wird. Die Situation, dass, wenn sich die Tintenmenge in dem Tintentank vermindert, die Resonanzfrequenz fs der Tinte und des schwingenden Teils sich langsam verändert, kann verstanden werden.
Genau gesagt ist ein Fall, dass der Vorgang, dass Tinte langsam verbraucht wird, erfasst werden kann, ein Fall, dass in dem Umfang des schwingenden Bereichs der piezoelektrischen Einrichtung 60 eine Flüssigkeit und ein Gas, die unterschiedliche Dichten haben, nebeneinander bestehen und die Schwingung betreffen. Wenn Tinte langsam verbraucht wird, wird in dem Umfang des schwingenden Bereichs der piezoelektrischen Einrichtung 60 mit Bezug auf die Medien bezüglich der Schwingung die Flüssigkeit vermindert, während Gas zunimmt.
Beispielsweise beinhalten, wenn die piezoelektrische Einrichtung 60 horizontal zu dem Tintenfüllstand angeordnet ist und t ink kleiner ist als t ink-max, die Medien bezüglich der Schwingung der piezoelektrischen Einrichtung 60 sowohl Tinte als auch Gas. Daher wird, wenn ein Zustand niedriger als M'max in Formel 4 durch das zusätzliche Gewicht der Tinte und des Gases ausgedrückt wird, unter Verwendung des Flächenbereichs S des schwingenden Bereichs der piezoelektrischen Einrichtung 60, die folgende Formel erhalten: M' = M'air + M'ink = ρair·t air/S + ρink·t ink/S Formel 8wobei M'air die Inertanz der Luft bezeichnet, M'ink die Inertanz der Tinte, pair die Dichte der Luft, pink die Dichte der Tinte, t air die Dicke der Luft bezüglich der Schwingung und t ink die Dicke der Tinte bezüglich der Schwingung.
Unter den Medien bezüglich der Schwingung in dem Umfang des schwingenden Bereichs der piezoelektrischen Einrichtung 60 ist, wenn sich eine Flüssigkeit vermindert und ein Gas zunimmt, die piezoelektrische Einrichtung 60 fast horizontal zum Tintenfüllstand angeordnet, t air nimmt zu, und t ink vermindert sich. Dadurch nimmt M'var langsam ab, und die Resonanzfrequenz nimmt langsam zu. Daher kann die in dem Tintentank verbleibende Tintenmenge oder der Tintenverbrauch erfasst werden. Der Grund dafür, dass Formel 7 nur eine Funktion der Flüssigkeitsdichte ist, ist, dass angenommen wird, dass die Luftdichte so viel kleiner ist als die Flüssigkeitsdichte, dass sie vernachlässigt werden kann.
Wenn die piezoelektrische Einrichtung 60 fast rechtwinklig zum Tintenfüllstand angeordnet ist, werden unter dem schwingenden Bereich der piezoelektrischen Einrichtung 60 parallele äquivalente Schaltkreise (nicht dargestellt in der Zeichnung) des Bereichs berücksichtigt, dass das Medium bezüglich der Schwingung der piezoelektrischen Einrichtung 60 nur Tinte ist, und des Bereichs, dass das Medium bezüglich der Schwingung der piezoelektrischen Einrichtung 60 nur Gas ist. Unter der Annahme, dass der Flächenbereich des Bereichs, dass das Medium bezüglich der Schwingung der piezoelektrischen Einrichtung 60 nur Tinte ist, S ink ist und dass der Flächenbereich des Bereichs, dass das Medium bezüglich der Schwingung der piezoelektrischen Einrichtung 60 nur Gas ist, S air ist, gilt die folgende Formel: 1/M' = 1/M'air + 1/M'ink = S air/(ρair·t air) + S ink/(ρink·t ink) Formel 9
Außerdem wird Formel 9 auf einen Fall angewandt, dass keine Tinte in dem Hohlraum 43 der piezoelektrischen Einrichtung 60 gehalten wird. Die zusätzliche Inertanz, wenn Tinte in dem Hohlraum 43 der piezoelektrischen Einrichtung 60 gehalten wird, kann durch die Summe von M' in Formel 9 und M'cav in Formel 7 berechnet werden.
Die Schwingung der piezoelektrischen Einrichtung 60 wird verändert von der Tiefe t ink-max bis zur verbleibenden Tiefe d, so dass, wenn die piezoelektrische Einrichtung 60 an dem Boden in einem Zustand angeordnet ist, dass die verbleibende Tintentiefe geringfügig kleiner ist als t ink-max, der Vorgang, dass Tinte langsam vermindert wird, nicht erfasst werden kann. In diesem Fall wird aus Schwingungsveränderungen der piezoelektrischen Einrichtung für geringfügige Veränderungen in der Tintenmenge von t ink-max bis zur verbleibenden Tiefe d die Veränderung der Tintenmenge erfasst. Wenn die piezoelektrische Einrichtung 60 an der Seite angeordnet ist und der Durchmesser des Hohlraums 43 klein ist, sind außerdem Schwingungsveränderungen der piezoelektrischen Einrichtung 60 während des Passierens des Hohlraums 43 winzig, so dass es schwierig ist, die Tintenmenge während des Passierens zu erfassen, und ob der Tintenfüllstand oberhalb oder unterhalb des Hohlraums 43 ist, wird erfasst.
Beispielsweise zeigt die Kurve Y in 5A die Beziehung zwischen der Tintenmenge in dem Tintentank und der Resonanzfrequenz fs der Tinte und des schwingenden Bereichs, wenn der schwingende Bereich ein kleiner kreisförmiger Bereich ist. Die Situation ist dargestellt, dass in dem Schnitt des Unterschiedes Q in der Tintenmenge bevor und nachdem der Tintenfüllstand in dem Tintentank die Anbringposition der piezoelektrischen Einrichtung 60 passiert, die Resonanzfrequenz fs der Tinte und des schwingenden Teils sich gewaltsam verändert. Daraus kann auf binärer Basis erfasst werden, ob eine vorbestimmte Menge von Tinte in dem Tintentank verbleibt oder nicht.
Ein Verfahren zum Erfassen der Vorhandenseins einer Flüssigkeit unter Verwendung der piezoelektrischen Einrichtung 60 erfasst das Vorhandensein von Tinte aus dem direkten Kontakt der Membran 42 mit einer Flüssigkeit, so dass die Erfassungsgenauigkeit höher ist als die eines Verfahrens zum Berechnen des Tintenverbrauchs durch die Software. Außerdem ist ein Verfahren zum Erfassen des Vorhandenseins der Tinte durch die Leitfähigkeit unter Verwendung einer Elektrode durch die Anbringposition der Elektrode an dem Tintenbehälter und die Art der Tinte beeinträchtigt, während das Verfahren zum Erfassen der Existenz einer Flüssigkeit unter Verwendung der piezoelektrischen Einrichtung 60 kaum durch die Anbringposition der piezoelektrischen Einrichtung 60 an dem Tintenbehälter und die Art der Tinte beeinträchtigt wird.
Außerdem können sowohl die Schwingung als auch die Erfassung des Vorhandenseins einer Flüssigkeit unter Verwendung einer einzigen Einrichtung 60 ausgeführt werden, so dass verglichen mit einem Verfahren zum Ausführen der Schwingung und zum Erfassen der Existenz einer Flüssigkeit mit verschiedenen Sensoren die Anzahl der an dem Tintenbehälter anzubringenden Sensoren vermindert werden kann. Außerdem wird bevorzugt, die Schwingungsfrequenz der piezoelektrischen Schicht 47 im nicht hörbaren Bereich festzulegen, um dadurch während des Betriebs der piezoelektrischen Einrichtung 60 erzeugte Geräusche abzumindern.
5B zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen der Tintendichte und der Resonanzfrequenz fs der Tinte und des schwingenden Teils. "Tinte eingefüllt" und "Tinte leer" (oder "Keine Tinte") meinen zwei relative Zustände und nicht den sogenannten "Tintenvollzustand" und "Tintenendzustand". Wie in 5B dargestellt, nimmt, wenn die Tintendichte hoch ist, die zusätzliche Inertanz zu, so dass die Resonanzfrequenz fs sich vermindert. Die Resonanzfrequenz fs verändert sich nämlich mit der Art der Tinte. Daher kann, wenn die Resonanzfrequenz fs gemessen wird, so Tinte nachgefüllt werden muss, die Mischung der Tinte mit unterschiedlicher Dichte bestätigt werden. Tintentanks mit verschiedenen Tintenarten können nämlich unterschieden werden.
Wenn die Größe und Gestalt des Hohlraums 43 so festgelegt werden, dass eine Flüssigkeit in dem Hohlraum 43 der piezoelektrischen Einrichtung 60 selbst dann verbleibt, wenn sich der Tintenbehälter in einem leeren Tintenzustand befindet, wird die Bedingung zum akkuraten Erfassen des Flüssigkeitszustands im Detail beschrieben werden. Wenn die piezoelektrische Einrichtung 60 den Flüssigkeitszustand erfassen kann, wenn der Hohlraum 43 voll mit einer Flüssigkeit ist, kann die piezoelektrische Einrichtung 60, selbst wenn der Hohlraum 43 nicht voll mit einer Flüssigkeit ist, den Flüssigkeitszustand erfassen.
Die Resonanzfrequenz fs ist eine Funktion der Inertanz M. Die Inertanz M ist die Summe der Inertanz Mact des schwingenden Teils und der zusätzlichen Inertanz M'. In diesem Fall bezieht sich die Inertanz M' auf den Flüssigkeitszustand. Die Inertanz M' ist eine Größe, die anzeigt, dass das Gewicht des schwingenden Teils anscheinend durch die Medien zunimmt, die in der Nachbarschaft des schwingenden Teils vorhanden sind. Es ist nämlich eine Zunahme in dem Gewicht des schwingenden Teils durch anscheinendes Absorbieren (die Inertanz bezüglich der Schwingung nimmt zu) des Mediums durch die Schwingung des schwingenden Teils.
Wenn in Formel 4 M'cav größer ist als M'max, sind daher die anscheinend absorbierten Medien alle eine in dem Hohlraum 43 verbleibende Flüssigkeit. Daher ist dies das Gleiche wie der Zustand, dass der Tintenbehälter voll mit einer Flüssigkeit ist. In diesem Fall ist das Medium bezüglich der Schwingung nicht kleiner als M'max, so dass, selbst wenn Tinte verbraucht wird, keine Veränderungen erfasst werden können.
Wenn andererseits M'cav kleiner ist als M'max in Formel 4, sind die anscheinend absorbierten Medien eine in dem Hohlraum 43 verbleibende Flüssigkeit und ein Gas oder ein Vakuum in dem Tintenbehälter. Zu dieser Zeit ist anders als der Zustand, dass der Tintenbehälter voll mit einer Flüssigkeit ist, M' verändert, so dass die Resonanzfrequenz fs verändert ist. Daher kann die piezoelektrische Einrichtung 60 den Flüssigkeitszustand in dem Tintenbehälter erfassen.
Wenn der Tintenbehälter in einem leeren Flüssigkeitszustand ist und eine Flüssigkeit in dem Hohlraum 43 der piezoelektrischen Einrichtung 60 verbleibt, ist nämlich die Bedingung zum akkuraten Erfassen des Flüssigkeitszustands durch die piezoelektrische Einrichtung 60, dass M'cav kleiner ist als M'max. Außerdem ist die Bedingung M'max > M'cav zum akkuraten Bestimmen des Flüssigkeitszustands durch die piezoelektrische Einrichtung 60 nicht in Beziehung mit der Gestalt des Hohlraums 43.
In diesem Fall bezeichnet M'cav die Gewichtsinertanz einer Flüssigkeit mit fast dem gleichen Volumen wie dem des Hohlraums 43. Daher kann aus einer Ungleichung M'max > M'cav die Bedingung zum akkuraten Erfassen des Flüssigkeitszustands durch die piezoelektrische Einrichtung 60 als Bedingung des Volumens des Hohlraums 43 ausgedrückt werden. Beispielsweise gilt unter der Annahme, dass der Radius des kreisförmigen Hohlraums 43 "a" ist und die Tiefe des Hohlraums 43d ist, die folgende Ungleichung. M'max >ρ·d/πa2 Formel 10
Wenn Formel 10 expandiert wird, entsteht die folgende Bedingung. a/d > 3·π/8 Formel 11
Daher kann die piezoelektrische Einrichtung 60, dass der Radius der Öffnung 161, der die Formel 11 erfüllt, gleich "a" ist und die Tiefe des Hohlraums 43 gleich d ist, selbst wenn der Tintenbehälter in einem leeren Flüssigkeitszustand ist und eine Flüssigkeit in dem Hohlraum 43 verbleibt, die piezoelektrische Einrichtung 60 den Flüssigkeitszustand frei von Fehlfunktionen erfasst.
Außerdem gelten die Formeln 10 und 11 nur, wenn die Gestalt des Hohlraums 43 ein Kreis ist. Wenn die Gestalt des Hohlraums 43 kein Kreis ist, wird unter Verwendung der Formel des entsprechenden M'max die Formel 10 berechnet durch Ersetzen von πα² mit dem entsprechenden Flächenbereich, und die Beziehung zwischen den Abmaßen des Hohlraums 43 wie beispielsweise die Breite und Länge und Tiefe können abgeleitet werden.
Außerdem beeinflusst die zusätzliche Inertanz M' auch die akustischen Impedanzeigenschaften, so dass gesagt werden kann, dass das Verfahren zum Messen der durch die verbleibende Schwingung in der piezoelektrischen Einrichtung 60 erzeugten elektromotorischen Gegenkraft zumindest Veränderungen in der akustischen Impedanz erfasst.
Die 6A und 6B zeigen ein Messverfahren für die Wellenform der verbleibenden Schwingung der piezoelektrischen Einrichtung 60 und der verbleibenden Schwingung nach dem Anlegen eines Antriebssignals an die piezoelektrische Einrichtung 60 und nachdem der schwingende Teil in Schwingungen versetzt worden ist. Der Tintenfüllstand oberhalb oder unterhalb der Anbringpositionshöhe der piezoelektrischen Einrichtung 60 in der Tintenkartusche kann durch Veränderungen in der Frequenz der verbleibenden Schwingung nach der Schwingung der piezoelektrischen Einrichtung 60 oder Veränderungen in der Amplitude erfasst werden. In den 6A und 6B bezeichnet die Ordinate die Spannung der elektromotorischen Gegenkraft, die durch die verbleibende Schwingung der piezoelektrischen Einrichtung 60 erzeugt wird, und die Querachse die Zeit. Durch die verbleibende Schwingung der piezoelektrischen Einrichtung 60 wird, wie in den 6A und 6B dargestellt, die Wellenform eines analogen Signals der Spannung erzeugt. Anschließend wird dieses analoge Signal in einen digitalen numerischen Wert umgewandelt (binarisiert). In den in den 6A und 6B dargestellten Beispielen wird die Zeit gemessen, die zum Erzeugen von vier Impulsen vom vierten bis zum achten Impuls erforderlich ist.
Genauer gesagt wird nach dem Schwingen der piezoelektrischen Einrichtung 60 die Anzahl der Zeiten des Kreuzens einer vorbestimmten Bezugsspannung, die vorher eingestellt wurde, von der unteren Spannung hin zur oberen Spannung gezählt. Außerdem wird ein digitales Signal, dass der Abstand zwischen dem Zähler 4 und dem Zähler 8 hoch ist, erzeugt, und die Zeit von der Zählung 4 bis zur Zählung 8 wird durch einen vorbestimmten Uhrzeitimpuls gemessen.
6A zeigt die Wellenform, wenn der Tintenfüllstand oberhalb der Anbringpositionshöhe der piezoelektrischen Einrichtung 60 liegt. Andererseits zeigt 6B die Wellenform, wenn keine Tinte an dem Anbringpositionsfüllstand der piezoelektrischen Einrichtung 60 vorhanden ist. Der Vergleich der 6A mit der 6B zeigt, dass die Zeit vom Zähler 4 bis zum Zähler 8 in 6A länger ist als in 6B. In anderen Worten variiert die von der Zählung 4 bis zur Zählung 8 erforderliche Zeit mit dem Vorhandensein der Tinte. Durch die Verwendung des Unterschieds in der erforderlichen Zeit kann der Tintenverbrauchszustand erfasst werden.
Der Grund, dass die Anzahl von Malen von dem 4. Zähler der analogen Wellenform aus gezählt wird, ist, dass die Messung begonnen wird, nachdem die Schwingung der piezoelektrischen Einrichtung 60 stabilisiert worden ist. Mit der 4. Zählung zu beginnen, ist nur ein Beispiel, und die Anzahl der Male kann auch von einer optionalen Zählung aus gezählt werden. Hier wird das Signal von der vierten bis zur achten Zählung erfasst, und die Zeit von der vierten bis zur achten Zählung wird durch einen vorbestimmten Uhrzeitimpuls gemessen. Auf der Grundlage dieser Zeit kann die Resonanzfrequenz beschafft werden. Für den Uhrzeitimpuls gibt es keine Notwendigkeit, die Zeit bis zur 8. Zählung zu messen, und die Anzahl der Male kann auch bis zu einer optionalen Zählung gezählt werden. In den 6A und 6B wird die Zeit von der 4. bis zur 8. Zählung gemessen. Gemäß dem Schaltkreisaufbau zum Erfassen der Frequenz kann aber auch die Zeit innerhalb eines anderen Zählungsintervalls erfasst werden.
Beispielsweise kann, wenn die Qualität der Tinte stabil ist und die Amplitudenspitze wenig variiert, um die Erfassung zu beschleunigen, die Resonanzfrequenz durch Erfassen der Zeit von der 4. bis zur 6. Zählung beschafft werden. Wenn die Qualität der Tinte instabil ist und die Impulsamplitude stark variiert, kann, um die verbleibende Schwingung akkurat zu erfassen, die Zeit von der vierten bis zur zwölften Zählung erfasst werden.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau der piezoelektrischen Einrichtung 60 zeigt, integral als Anbringmodulkörper 100 ausgebildet. Der Modulkörper 100 ist an einer vorbestimmten Stelle des Tintenbehälters der Tintenkartusche angebracht. Der Modulkörper 100 ist so aufgebaut, dass der Flüssigkeitsverbrauchszustand in dem Tintenbehälter durch Erfassen von zumindest Veränderungen in der akustischen Impedanz des Mediums in dem Tintenbehälter erfasst wird.
Der Modulkörper 100 in dieser Ausführungsform hat eine Tintenbehälteranbringeinheit 101 zum Anbringen der piezoelektrischen Einrichtung 60 an dem Tintenbehälter. Diese Anbringeinheit 101 hat einen Grundsockel 102 mit einer fast rechteckigen Oberfläche sowie eine Säule 116 zum Aufbewahren der piezoelektrischen Einrichtung 60, welche durch ein Antriebssignal schwingt, welche Säule an dem Grundsockel 102 montiert ist. Außerdem ist der Modulkörper 100 so aufgebaut, dass, wenn er an der Tintenkartusche angebracht ist, die piezoelektrische Einrichtung 60 des Modulkörpers 100 nicht von außen berührt werden kann. Dadurch kann die piezoelektrische Einrichtung 60 vor einem Kontakt von außen geschützt werden. Außerdem ist die Endkante der Säule 116 abgerundet und wird leicht eingepasst, wenn sie in der in der Tintenkartusche ausgebildeten Öffnung angebracht werden soll.
8 ist eine Explosionsansicht des Modulkörpers 100, der in 7 dargestellt ist. Der Modulkörper 100 beinhaltet die Anbringeinheit 101 aus Kunstharz, eine Platte 110 sowie eine Anbringeinheit 105 für die piezoelektrische Einrichtung (siehe 7) mit einem Hohlraum 113. Außerdem hat der Modulkörper 100 Verbindungsdrähte 104a und b, die piezoelektrische Einrichtung 60 sowie einen Film 108. Die Platte 110 ist vorzugsweise aus einem rostfreien Material wie einem rostfreien Stahl oder einer rostfreien Stahllegierung ausgebildet.
Die Säule 116 und der Grundsockel 102, die in der Tintenbehälter-Anbringeinheit 101 beinhaltet sind, haben eine Öffnung 114, die in der Mitte ausgebildet ist, um die Verbindungsdrähte 104a und b aufzubewahren, und der Hohlraum 113 ist um die Öffnung 114 herum ausgebildet, um die piezoelektrische Einrichtung 60, den Film 108 und die Platte 110 aufzubewahren.
Die piezoelektrische Einrichtung 60 ist an der Platte 110 über den Film 108 angebracht, und die Platte 110 und die piezoelektrische Einrichtung 60 sind an dem Hohlraum 113 (der Tintenbehälter-Anbringeinheit 101) fixiert. Daher sind die Verbindungsdrähte 104a und b, die piezoelektrische Einrichtung 60, der Film 108 und die Platte 110 integriert an der Tintenbehälter-Anbringeinheit 101 angebracht.
Die Verbindungsdrähte 104a und b sind mit dem oberen 45 bzw. dem unteren Elektrodenanschluss 44 der piezoelektrischen Einrichtung 60 verbunden, übermitteln ein Antriebssignal an die piezoelektrische Schicht 47 und übermitteln ein Signal mit der von der piezoelektrischen Einrichtung 60 erfassten Resonanzfrequenz an das Aufzeichnungsgerät.
Die piezoelektrische Einrichtung 60 schwingt temporär auf der Grundlage des von dem Verbindungsdrähten 104a und b übermittelten Antriebssignals. Außerdem führt die piezoelektrische Einrichtung 60 eine Restschwingung aus, und diese Schwingung erzeugt eine elektromotorische Gegenkraft. Dabei wird die Schwingungsperiode der Wellenform der elektromotorischen Gegenkraft erfasst, und so kann die Resonanzfrequenz entsprechend dem Verbrauchszustand der Flüssigkeit in dem Tintenbehälter erfasst werden.
Der Film 108 verbindet die piezoelektrische Einrichtung 60 und die Platte 110 und macht die piezoelektrische Einrichtung 60 luftdicht. Der Film 108 ist vorzugsweise aus Polyolefin gemacht und wird durch thermisches Verschweißen verbunden. Wenn die piezoelektrische Einrichtung 60 und die Platte 110 mittels des Films 108 verbunden und flach fixiert werden, gibt es keine Schwankungen mit der Verbindungsstelle, und die Bereiche abgesehen von dem schwingenden Teil schwingen nicht. Selbst wenn die piezoelektrische Einrichtung 60 mit der Platte 110 verbunden ist, verändern sich daher die Schwingungseigenschaften der piezoelektrischen Einrichtung 60 nicht.
Außerdem ist die Platte 110 kreisförmig, und die Öffnung 114 des Grundsockels 102 ist zylindrisch. Die piezoelektrische Einrichtung 60 und der Film 108 sind rechteckig. Verbindungsdrähte 104a und b, die piezoelektrische Einrichtung 60, der Film 108 und die Platte 110 können in einem Entfernungszustand oder Lösungszustand mit dem Grundsockel verbunden werden. Der Grundsockel 102, die Verbindungsdrähte 104a und b, die piezoelektrische Einrichtung 60, der Film 108 und die Platte 110 sind symmetrisch mit Bezug auf die Mittelachse des Modulkörpers 100 angeordnet. Außerdem befinden sich die Mittelpunkte des Grundsockels 102, der piezoelektrischen Einrichtung 60, des Films 108 und der Platte 110 fast auf der Mittelachse des Modulkörpers 100.
Außerdem ist der Flächenbereich der Öffnung 114 des Grundsockels 102 größer als der Flächenbereich des schwingenden Bereichs der piezoelektrischen Einrichtung 60. In der Position, die zu dem schwingenden Teil der piezoelektrischen Einrichtung 60 in der Mitte der Platte 110 hinweist, ist eine Durchgangsöffnung 112 ausgebildet. Wie es in den 2 bis 4 zu sehen ist, ist der Hohlraum 43 in der piezoelektrischen Einrichtung 60 ausgebildet, und die Durchgangsöffnung 112 und der Hohlraum 43 bilden ein Tintenreservoir. Die Dicke der Platte 110 ist vorzugsweise kleiner als der Durchmesser der Durchgangsöffnung 112, um so den Effekt der verbleibenden Tinte zu vermindern. Beispielsweise ist die Tiefe der Durchgangsöffnung 112 vorzugsweise weniger als ein Drittel des Durchmessers. Die Durchgangsöffnung 112 hat eine fast runde Gestalt symmetrisch mit Bezug auf die Mittelachse des Modulkörpers 100. Außerdem ist der Flächenbereich der Durchgangsöffnung 112 größer als der Öffnungsflächenbereich des Hohlraums 43 der piezoelektrischen Einrichtung 60. Das Äußere des Schnittes der Durchgangsöffnung 112 kann sich verjüngend oder gestuft sein.
Der Modulkörper 100 ist an der Seite, der Oberseite, oder dem Boden des Tintenbehälters angebracht, so dass die Durchgangsöffnung 112 einwärts in den Tintenbehälter hinein gerichtet ist. Wenn Tinte verbraucht wird und Tinte um die piezoelektrische Einrichtung 60 herum weniger wird, können auf der Grundlage von starken Veränderungen in der Resonanzfrequenz der piezoelektrischen Einrichtung 60 Veränderungen in dem Tintenfüllstand erfasst werden.
9 ist eine Schnittansicht der Nachbarschaft des Bodens eines Tintenbehälters 20, wenn der in 7 dargestellte Modulkörper 100 in dem Tintenbehälter 20 der Tintenkartusche 7 angebracht ist. Der Modulkörper 100 ist in der in der Seitenwand des Tintenbehälters 20 ausgebildeten Durchgangsöffnung angebracht. An der Verbindungsfläche zwischen der Seitenwand des Tintenbehälters 20 und des Modulkörpers 100 ist ein O-Ring 90 montiert, um den Modulkörper 100 und den Tintenbehälter 20 luftdicht zu halten. Da die Verbindungsfläche auf diese Art und Weise mittels des O-Rings abgedichtet ist, hat der Modulkörper 100 vorzugsweise eine Säule, wie es in 7 erläutert ist.
Da das Ende des Modulkörpers 100 in einem Tinte beinhaltenden Raum 20a des Tintenbehälters 20 frei liegt, gerät Tinte in dem Tintenbehälter 20 in Kontakt mit der piezoelektrischen Einrichtung 60 über die Durchgangsöffnung 112 der Platte 110. Die Resonanzfrequenz der verbleibenden Schwingung der piezoelektrischen Einrichtung 60 verändert sich abhängig davon, ob das Medium um den schwingenden Teil der piezoelektrischen Einrichtung 60 herum eine Flüssigkeit oder ein Gas ist, so dass der Tintenverbrauchszustand unter Verwendung des Modulkörpers 100 erfasst werden kann.
Als ein variiertes Beispiel der Ausführungsform gemäß den 2 und 3 kann nun, wie es in 10 dargestellt ist, der Vorsprung 48a der Hilfs-Elektrodenschicht 48 schmaler ausgebildet werden als der verlängerte Teil 47b der piezoelektrischen Schicht 47.
Dadurch wird der Flächenbereich der Zusatzelektrodenschicht 48, die auf dem Bereich entsprechend dem Hohlraum 43 überlagert ist, kleiner gemacht, so dass die Schwingungseigenschaften der piezoelektrischen Einrichtung 60 verbessert werden können. Außerdem kann die notwendige Menge von Material zum Ausbilden der Zusatzelektrodenschicht 48 vermindert werden, so dass die Herstellkosten vermindert werden können.
Als weiteres variiertes Beispiel kann, wie es in 11 dargestellt ist, der Vorsprung 48a der Zusatzelektrodenschicht 48 breiter ausgebildet werden als der verlängerte Teil 47b der piezoelektrischen Schicht 47. Dadurch kann der Umfang des Hohlraums 43 verstärkt werden.
Als noch weiteres variiertes Beispiel können, wie in den 12 bis 14 dargestellt, die untere Elektrodenschicht 46, die oberen Elektrodenschicht 49, und die Zusatzelektrodenschicht 48 insgesamt in einer fast symmetrischen Gestalt ausgebildet werden mit den Symmetrieachsen O₁ und O₂, die durch die Mitte des Körpers 47a der piezoelektrischen Schicht 47 hindurch verlaufen. Wenn mehrere Elemente, die die piezoelektrische Einrichtung 60 bilden, in einer symmetrischen Gestalt insgesamt auf diese Art und Weise angeordnet sind, können die Schwingungseigenschaften der piezoelektrischen Einrichtung 60 verbessert werden. Insbesondere wird, wenn die untere 46 und die obere Elektrodenschicht 49 sowie die Zusatzelektrodenschicht 48, positioniert in dem Bereich entsprechend dem Hohlraum 43, insgesamt symmetrisch gemacht werden, die Schwingungseigenschaften der piezoelektrischen Einrichtung 60 verbessert.
Anschließend wird die piezoelektrische Einrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 15 erläutert. Diejenigen Teile, die sich von der Ausführungsform gemäß den 2 und 3 unterscheiden, werden im Folgenden erläutert.
Wie in 15 dargestellt, hat in einer Einrichtung 70 dieser Ausführungsform die untere Elektrodenschicht 46 einen verlängerten Teil 46c, der sich in Richtung der Zusatzelektrodenschicht 48 von dem kreisförmigen Körper 46a aus erstreckt, positioniert in dem Bereich entsprechend dem Hohlraum 43, und zwar nach jenseits der Position entsprechend dem Umfang 43a des Hohlraums 43. Andererseits ist die gesamte Zusatzelektrodenschicht 48 außerhalb des Bereichs entsprechend dem Hohlraum 43 ausgebildet. Außerdem ist der isolierende Spalt 50 zwischen dem verlängerten Teil 46c der unteren Elektrodenschicht 46 und der Zusatzelektrodenschicht 48 ausgebildet, und der gesamte isolierende Spalt 50 befindet sich außerhalb des Bereichs entsprechend dem Hohlraum 43.
Wenn der gesamte isolierende Spalt 50 außerhalb des Bereichs entsprechend dem Hohlraum 43 auf diese Art und Weise positioniert ist und der schwingende Teil der piezoelektrischen Einrichtung 70 durch Antreiben der piezoelektrischen Einrichtung 70 in Schwingungen versetzt wird, können in der piezoelektrischen Schicht 47 an der Stelle entsprechend dem Umfang 43 eines Hohlraums 43 erzeugte Spannungskonzentrationen gut unterdrückt werden. Daher kann die Erzeugung von Sprüngen in der piezoelektrischen Schicht 47 und der oberen Elektrodenschicht verhindert werden.
Als variiertes Beispiel der Ausführungsform gemäß 15 können, wie in 16 dargestellt, die untere 46 und die obere Elektrodenschicht 49 sowie die Zusatzelektrodenschicht 48 insgesamt in einer fast symmetrischen Gestalt mit den Symmetrieachsen O₁ und O₂ ausgebildet werden, die durch die Mitte des Körpers 47a der piezoelektrischen Schicht 47 hindurch verlaufen. Wenn mehrere Elemente, die die piezoelektrische Einrichtung 70 bilden, in einer symmetrischen Gestalt insgesamt auf diese Art und Weise angeordnet sind, können die Schwingungseigenschaften der piezoelektrischen Einrichtung 70 verbessert werden. Insbesondere ist, wenn die untere 46 und die obere Elektrodenschicht 49 sowie die Zusatzelektrodenschicht 48, positioniert in dem Bereich entsprechend dem Hohlraum 43, insgesamt symmetrisch gemacht werden, die Schwingungscharakteristik der piezoelektrischen Einrichtung 70 verbessert.
Insbesondere befindet sich in dem variierten Beispiel der isolierende Spalt 50 außerhalb des Bereichs entsprechend dem Hohlraum 43, so dass die Symmetrie der unteren 46 und der oberen Elektrodenschicht 49 und der Zusatzelektrodenschicht 48 insgesamt verbessert ist und die Schwingungseigenschaften ebenfalls stärker verbessert werden können.
Als weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können in den vorgenannten jeweiligen Ausführungsformen und variierten Beispielen die piezoelektrische Schicht 47, die in dem Bereich entsprechend dem Hohlraum 43 positioniert ist, in einer fast symmetrischen Gestalt mit zumindest einer Symmetrieachse ausgebildet werden, welche die Mitte des Körpers 47a der piezoelektrischen Schicht 47 passiert. Noch besser wird die in dem Bereich entsprechend dem Hohlraum 43 positionierte Schicht 47 in einer fast symmetrischen Gestalt ausgebildet mit der ersten Symmetrieachse O₁, die sich in der Verlängerungsrichtung des verlängerten Teils 47b der piezoelektrischen Schicht 47 erstreckt, und der zweiten Symmetrieachse O₂ rechtwinklig zu der ersten O₁.
17 zeigt ein Beispiel, dass in dem in 14 dargestellten Beispiel die Gestalt der piezoelektrischen Schicht 47 verändert ist, und 18 zeigt ein Beispiel, dass in dem in 16 dargestellten Beispiel die Gestalt der piezoelektrischen Schicht 47 verändert ist.
In den Beispielen gemäß den 17 und 18 sind die piezoelektrische Schicht 47, die untere 46 und die obere Elektrodenschicht 49 und die Zusatzelektrodenschicht 48 insgesamt in einer fast symmetrischen Gestalt mit den Symmetrieachsen O₁ und O₂ ausgebildet, die durch die Mitte des Körpers 47a der piezoelektrischen Schicht 47 hindurch verlaufen. Wenn mehrere Elemente, die die piezoelektrische Einrichtung 60 bilden, auf diese Art und Weise insgesamt in einer symmetrischen Gestalt angeordnet sind, können die Schwingungseigenschaften der piezoelektrischen Einrichtung 60 verbessert werden. Insbesondere ist, wenn die piezoelektrische Schicht 47, die untere 46 und die obere Elektrodenschicht 49 und die Zusatzelektrodenschicht 48, positioniert in dem Bereich entsprechend dem Hohlraum 43, insgesamt symmetrisch gemacht werden, die Schwingungscharakteristik der piezoelektrischen Einrichtung 60 verbessert.
Insbesondere hat die piezoelektrische Schicht 47 ein vergleichsweise großes Gewicht verglichen mit der unteren 46 und der oberen Elektrodenschicht 49 und der Zusatzelektrodenschicht 48, so dass, wenn die piezoelektrische Schicht 47 symmetrisch gemacht wird, die Schwingungseigenschaften stark verbessert werden können.
Wie oben erwähnt, ist gemäß der vorliegenden Erfindung der zwischen der ersten Elektrodenschicht und der Zusatzelektrodenschicht ausgebildete isolierende Spalt entfernt von der Position entsprechend dem Umfang des Hohlraums ausgebildet, so dass, wenn der schwingende Teil durch Antreiben der piezoelektrischen Einrichtung in Schwingungen versetzt wird, die in der piezoelektrischen Schicht an der Position entsprechend dem Umfang des Hohlraums erzeugten Spannungskonzentrationen gut unterdrückt werden können. Daher kann die Erzeugung von Sprüngen in der piezoelektrischen Schicht und der oberen Elektrodenschicht verhindert werden.
Gemäß der Erfindung sind die erste Elektrodenschicht, die zweite Elektrodenschicht, und die Zusatzelektrodenschicht, positioniert in dem Bereich entsprechend dem Hohlraum, insgesamt in einer symmetrischen Gestalt mit zumindest einer Symmetrieachse ausgebildet, die durch die Mitte des Körpers der piezoelektrischen Schicht verläuft, so dass die Schwingungseigenschaften der piezoelektrischen Einrichtung verbessert werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die in dem Bereich entsprechend dem Hohlraum positioniere piezoelektrische Schicht in einer fast symmetrischen Gestalt mit zumindest einer Symmetrieachse ausgebildet, die durch die Mitte des Körpers der piezoelektrischen Schicht verläuft, so dass die Schwingungseigenschaften der piezoelektrischen Einrichtung verbessert werden können.

Claims

Piezoelektrische Einrichtung umfassend: eine Basis (40) mit einer ersten Fläche (40a) und einer zweiten Fläche (40b), die einander entgegengesetzt angeordnet sind, wobei die Basis eine Aussparung (43) aufweist, um ein zu erfassendes Medium aufzunehmen, wobei die Aussparung einen Boden (43b) aufweist und derart ausgebildet ist, dass sie auf Seite der ersten Fläche offen ist, wobei der Boden der Aussparung derart ausgebildet ist, dass er vibriert, eine erste Elektrodenschicht (46), die auf einer Seite der zweiten Fläche ausgebildet ist, und einen Körper (46a) aufweist, der in einem Bereich entsprechend der Aussparung ausgebildet ist, eine piezoelektrische Schicht (47), die auf die erste Elektrodenschicht aufgebracht ist und einen Körper (47a), der in dem besagten Bereich entsprechend der Aussparung ausgebildet ist und einen Fortsatz (47b), der sich von dem Körper über eine Position entsprechend eines Umfangs der Aussparung hinaus erstreckt, aufweist, eine Zusatzelektrodenschicht (48), die auf einer Seite der zweiten Fläche der Basis ausgebildet ist, wobei wenigstens ein Teil der Zusatzelektrode zwischen der zweiten Fläche und dem Fortsatz der piezoelektrischen Schicht positioniert ist, um so den Fortsatz der piezoelektrischen Schicht zu stützen, und eine zweite Elektrodenschicht (49), die auf die piezoelektrische Schicht aufgebracht und mit der Zusatzelektrodenschicht verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der ersten Elektrodenschicht, ein Abschnitt der zweiten Elektrodenschicht und ein Abschnitt der Zusatzelektrodenschicht, die in dem besagten Bereich entsprechend der Aussparung positioniert sind, insgesamt in einer symmetrischen Form mit wenigstens zwei Symmetrieachsen (O1, O2), die durch eine Mitte des besagten Körpers (47a) der piezoelektrischen Schicht verlaufen, ausgebildet sind.
Piezoelektrische Einrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Abschnitt der piezoelektrischen Schicht (47), die in dem besagten Bereich entsprechend der Aussparung (43) positioniert ist, in einer symmetrischen Form mit wenigstens einer Symmetrieachse (O1, O2) ausgebildet ist.
Piezoelektrische Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die wenigstens zwei Symmetrieachsen (O1, O2) eine erste Symmetrieachse (O1), die sich in einer Fortsatzrichtung des Fortsatzes der piezoelektrischen Schicht erstreckt und eine zweite Symmetrieachse (O2) orthogonal zu dieser ersten Symmetrieachse aufweisen.
Piezoelektrische Vorrichtung umfassend: eine Basis (40) mit einer ersten Fläche (40a) und einer zweiten Fläche (40b), die einander entgegengesetzt angeordnet sind, wobei die Basis eine Aussparung (43) aufweist, um ein zu erfassendes Medium aufzunehmen, wobei die Aussparung einen Boden (43b) aufweist und derart ausgebildet ist, dass sie auf Seite der ersten Fläche offen ist, wobei der Boden der Aussparung derart ausgebildet ist, dass er vibriert, eine erste Elektrodenschicht (46), die auf einer Seite der zweiten Fläche ausgebildet ist, und einen Körper (46a) aufweist, der in einem Bereich entsprechend der Aussparung ausgebildet ist, eine piezoelektrische Schicht (47), die auf die erste Elektrodenschicht aufgebracht ist und einen Körper (47a), der in dem besagten Bereich entsprechend der Aussparung ausgebildet ist und einen Fortsatz (47b), der sich von dem Körper über eine Position entsprechend eines Umfangs der Aussparung hinaus erstreckt, aufweist, eine Zusatzelektrodenschicht (48), die auf einer Seite der zweiten Fläche der Basis ausgebildet ist, wobei wenigstens ein Teil der Zusatzelektrode zwischen der zweiten Fläche und dem Fortsatz der piezoelektrischen Schicht positioniert ist, um so den Fortsatz der piezoelektrischen Schicht zu stützen, und eine zweite Elektrodenschicht (49), die auf die piezoelektrische Schicht aufgebracht und mit der Zusatzelektrodenschicht verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der piezoelektrischen Schicht, die in dem besagten Bereich entsprechend der Aussparung positioniert ist, in einer symmetrischen Form mit wenigstens zwei Symmetrieachsen (O1, O2), die durch eine Mitte des Körpers der piezoelektrischen Schicht verlaufen, ausgebildet ist.
Piezoelektrische Einrichtung nach Anspruch 4, bei der die wenigstens zwei Symmetrieachsen eine erste Symmetrieachse (O1), die sich in einer Fortsatzrichtung des Fortsatzes der piezoelektrischen Schicht erstreckt und eine zweite Symmetrieachse (O2) orthogonal zu der ersten Symmetrieachse aufweisen.
Piezoelektrische Einrichtung nach Anspruch 1 oder, bei der zwischen der ersten Elektrodenschicht (46) und der Zusatzelektrodenschicht (48) ein Isolationsspalt (50) ausgebildet ist, um einen isolierten Zustand zwischen der ersten Elektrodenschicht und der Zusatzelektrodenschicht zu sichern, wobei der Isolationsspalt entfernt von der Position entsprechend dem Umfang der Aussparung (43) ausgebildet ist.
Piezoelektrische Einrichtung nach Anspruch 6, bei der der Isolationsspalt (50) insgesamt in einem Bereich entsprechend der Aussparung (43) positioniert ist.
Piezoelektrische Einrichtung nach Anspruch 7, bei der die Zusatzelektrodenschicht (48) einen Vorsprung aufweist, der von einer Außenseite des Bereichs entsprechend der Aussparung (43) in ihr Inneres über die besagte Position entsprechend dem Umfang der Aussparung vorragt.
Piezoelektrische Einrichtung nach Anspruch 8, bei der der Vorsprung der Zusatzelektrodenschicht (48) runde Kanten aufweist.
Piezoelektrische Einrichtung nach Anspruch 8, bei der der Vorsprung der Zusatzelektrodenschicht (48) breiter ausgebildet ist als der Fortsatz der piezoelektrischen Schicht.
Piezoelektrische Einrichtung nach Anspruch 8, bei der der Vorsprung der Zusatzelektrodenschicht (48) schmäler ausgebildet ist als der Fortsatz der piezoelektrischen Schicht.
Piezoelektrische Einrichtung nach Anspruch 6, bei der die erste Elektrodenschicht (46) einen Fortsatz (46b) aufweist, der sich von einer Innenseite des Bereichs entsprechend der Aussparung (43) in Richtung der Zusatzelektrodenschicht (48) über die Position entsprechend des Umfangs der Aussparung (43) hinaus erstreckt; und wobei der Isolationsspalt (50) zwischen dem Fortsatz der ersten Elektrodenschicht der Zusatzelektrodenschicht ausgebildet und insgesamt außerhalb des Bereichs entsprechend der Aussparung (43) positioniert ist.
Tintenkartusche zur Verwendung in einem Tintenstrahldrucker, umfassend: einen Tintenbehälter zum Aufnehmen von Tinte; eine piezoelektrische Einrichtung (60) wie sie in den Ansprüchen 1 oder 4 definiert ist, wobei die Aussparung (43) der piezoelektrischen Einrichtung (60) zu einem Tinte enthaltenden Raum des Tintenbehälters freiliegt.