JP2001146027A - 液体容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクカートリッジ内のインクの消費量を連
続的に検出することを可能にし、かつインク量の少量の
変化を検出することができるインクカートリッジを提供
する。インクカートリッジ内のインクの消費量を検出す
る部分にキャビティがある場合には、インクが消費され
た後もキャビティ内にインクを残存させないことを可能
にし、インクの消費量の検出を容易にする。 【解決手段】 本発明によるインクカートリッジは、イ
ンク滴を吐出する記録ヘッドを有するインクジェット記
録装置に装着され、記録ヘッドへ液体を供給する。本発
明によるインクカートリッジは、液体を収容する容器
と、液体を供給する液体供給口と、容器内の液体の消費
状態を検出する圧電装置とを備える。圧電装置は、液体
の液面に対し傾斜するように配備される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体容器内の液体
の消費状態を検出する圧電装置を有する液体容器または
取付モジュール体に関し、より詳しくは、インクジェッ
ト記録装置において、記録ヘッドへ液体を供給する液体
容器内の液体の消費状態を検出する圧電装置が液体の液
面に対し傾斜するように配備される液体容器または取付
モジュール体に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置は、圧力発生室
を加圧する圧力発生手段と、加圧されたインクをノズル
開口からインク滴として吐出するノズル開口とを備えた
インクジェット記録ヘッドをキャリッジに搭載する。イ
ンクジェット記録装置は、インクタンクのインクを、流
路を介して記録ヘッドに供給しながら印刷を継続可能に
構成されている。インクタンクは、インクが消費された
時点で、ユーザが簡単に交換できるように着脱可能なカ
ートリッジとして構成されている。

【０００３】従来、インクカートリッジのインク消費の
管理方法として、記録ヘッドでのインク滴の吐出数やメ
ンテナンスにより吸引されたインク量をソフトウエアに
より積算してインク消費を計算により管理する方法と、
インクカートリッジに液面検出用の電極を取付けること
により、実際にインクが所定量消費された時点を管理す
る方法などがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ソフト
ウェアによりインク滴の吐出数やインク量を積算してイ
ンク消費を計算上で管理する方法は、ユーザサイドでの
印刷形態等により誤差が生じたり、また同一カートリッ
ジの再装着時には大きな誤差が生じるという問題があ
る。また、使用環境により、例えば室温が極端な高低、
あるいはインクカートリッジの開封後の経過時間などに
よってインクカートリッジ内の圧力やインクの粘度が変
化して、計算上のインク消費量と実際の消費量との間に
無視できない誤差が生じてしまうという問題もあった。

【０００５】一方、電極によりインクが消費された時点
を管理する方法は、インク消費のある一点の実量を検出
できるため、インクの有無を高い信頼性で管理できる。
しかしながら、インクの液面を検出するためにインクは
導電性でなくてはならず、よって使用されるインクの種
類が限定されてしまう。また、電極とインクカートリッ
ジとの間の液密構造が複雑化する問題がある。さらに、
電極の材料として、通常は導電性が良く耐腐食性も高い
貴金属を使用するので、インクカートリッジの製造コス
トがかさむという問題もある。さらに、２本の電極をそ
れぞれインクカートリッジの別な場所に装着する必要が
あるため、製造工程が多くなり結果として製造コストが
かさんでしまうという問題もある。

【０００６】また、ソフトウェアによりインク滴の吐出
数やインク量を積算してインク消費を計算上管理する方
法は、インクカートリッジ内のインクの実際の消費量を
検出することができないという問題がある。電極により
インクが消費された時点を管理する方法については、イ
ンクの消費量を検出する構成を想到できるものの、イン
クの種類の限定や、電極の液密構造の複雑化等の問題は
残る。

【０００７】さらに、電極によりインクが消費された時
点を管理する方法は、インクカートリッジ内のインクの
消費量を連続的に検出することは可能であるが、インク
量が少量だけ消費された場合にはその連続的な少量の変
化を検出することは困難であるという問題もある。

【０００８】また、インクカートリッジ内のインクの消
費量を検出する部分にキャビティがある場合には、イン
クが消費された後もキャビティ内にインクが残存する。
キャビティ内に残存するインクによって、検出部の誤っ
た検出を防止する効果がある。一方で、キャビティ内に
インクが残存することによってインクの消費状態が検出
困難になる場合もあるという問題もある。

【０００９】そこで本発明は、液体残量を正確に検出で
き、かつ複雑なシール構造を不要とした液体容器を提供
することを目的とする。

【００１０】また、液体容器の製造工程が少なく、かつ
製造コストが低廉であり、かつ液体の種類に依らず液体
容器内の液体の消費量を正確に検出することができる液
体容器を提供することを目的とする。

【００１１】さらに、液体容器内の液体の消費量を連続
的に検出することを可能にし、かつ液体量が少量だけ消
費された場合であってもその連続的な変化を検出するこ
とができる液体容器を提供することを目的とする。

【００１２】さらに、液体容器内の液体の消費量を検出
する部分にキャビティがある場合には、液体が消費され
た後にキャビティ内に液体を残存させないことを可能に
し、液体の消費状態の検出を容易にすることができるこ
とを目的とする。

【００１３】この目的は特許請求の範囲における独立項
に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属
項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。

【００１４】そこで本発明は、上記の課題を解決するこ
とのできる液体容器および取付モジュール体を提供する
ことを目的とする。この目的は特許請求の範囲における
独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。ま
た従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明に従った液
体容器の第１の形態によると、液体容器は、液体を収容
する容器と、液体を供給する液体供給口と、容器内の液
体の消費状態を検出する圧電装置とを備える。圧電装置
は、液体容器内の液体の液面に対し傾斜するように配備
される。

【００１６】好適には、容器は、前記液体の液面に対し
傾斜する傾斜面を有する。好適には、圧電装置はその傾
斜面に配備される。また、好適には、傾斜面に開口が設
けられ、圧電装置は開口に液密に嵌合する。

【００１７】好適には、圧電装置は振動部を有し、振動
部が、液体に接触することを特徴とする。

【００１８】傾斜面は、液体容器の容器のうち、液体供
給口が配備される供給口形成面に含まれてもよい。傾斜
面は、容器のうち、液体供給口がある供給口形成面に隣
接する隣接面に含まれてもよい。好適には、圧電装置の
傾斜の角度が、約３０度から約６０度である。

【００１９】好適には、圧電装置は、音響インピーダン
スまたは機械的インピーダンスに基づいて液体の消費状
態を検出する。圧電装置は、振動を生ずる振動部を有
し、振動の発生後、振動部に残留する残留振動によっ
て、逆起電力を発生し、逆起電力に基づいて液体の消費
状態を検出する。

【００２０】液体容器は、圧電装置によって検出された
液体の消費状態の情報を記憶する記憶手段と圧電装置と
が一体に設けられた基板を液面に対し傾斜して取り付け
られている。

【００２１】好適には、液体容器は、インク滴を吐出す
る記録ヘッドを有するインクジェット記録装置に装着さ
れ、記録ヘッドへ液体を供給する。液体容器は、インク
ジェット記録装置において、印字する際に走査方向に記
録ヘッドとともに移動するキャリッジに装着されてもよ
い。液体容器は、インクジェット記録装置内の所定の位
置に固定して配備されてもよい。また、液体容器は、イ
ンクジェット記録装置に着脱可能に装着されたインクカ
ートリッジと連通し、記録ヘッドの近傍に配備されても
よい。

【００２２】液体容器の容器は、互いに異なる種類の液
体が収容された少なくとも二つの液体収容室を有しても
よい。液体供給口が、液体収容室のそれぞれから記録ヘ
ッドへ液体を供給し、圧電装置が、それぞれの液体収容
室内の液体の液面に対し傾斜するように配備される。

【００２３】なお上記の発明の概要は、本発明の必要な
特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群の
サブコンビネーションも又発明となりうる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を通じて
本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかか
る発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明
されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に
必須であるとは限らない。

【００２５】本発明の基本的概念は、振動現象を利用す
ることで、液体容器内の液体の状態（液体容器内の液体
の有無、液体の量、液体の水位、液体の種類、液体の組
成を含む）を検出することである。具体的な振動現象を
利用した液体容器内の液体の状態の検出としてはいくつ
かの方法が考えられる。例えば弾性波発生手段が液体容
器の内部に対して弾性波を発生し、液面あるいは対向す
る壁によって反射する反射波を受波することで、液体容
器内の媒体およびその状態の変化を検出する方法があ
る。また、これとは別に、振動する物体の振動特性から
音響インピーダンスの変化を検知する方法もある。音響
インピーダンスの変化を利用する方法としては、圧電素
子を有する圧電装置またはアクチュエータの振動部を振
動させ、その後に振動部に残留する残留振動によって生
ずる逆起電力を測定することによって、共振周波数また
は逆起電力波形の振幅を検出することで音響インピーダ
ンスの変化を検知する方法や、測定機、例えば伝送回路
等のインピーダンスアナライザによって液体のインピー
ダンス特性またはアドミッタンス特性を測定し、電流値
や電圧値の変化または、振動を液体に与えたときの電流
値や電圧値の周波数による変化を測定する方法がある。
弾性波発生手段および圧電装置またはアクチュエータの
動作原理の詳細については後述する。

【００２６】図１は、本発明が適用される単色、例えば
ブラックインク用のインクカートリッジの一実施形態の
断面図である。図１のインクカートリッジは、上記に説
明した方法のうちの、弾性波の反射波を受信して液体容
器内の液面の位置や液体の有無を検出する方法に基づい
ている。弾性波を発生しまた受信する手段として弾性波
発生手段６５を用いる。インクを収容する容器１には、
記録装置のインク供給針に接合するインク供給口２が設
けられている。容器１の底面１ａの外側には、弾性波発
生手段６５が容器を介して内部のインクに弾性波を伝達
できるように取付けられている。インクＫがほぼ消費さ
れつくした段階、つまりインクニアエンドとなった時点
で、弾性波の伝達がインクから気体へと変更するべく、
弾性波発生手段６５はインク供給口２よりも若干上方の
位置に設けられている。なお、受信手段を別に設けて、
弾性波発生手段６５を単に発生手段として用いても良
い。

【００２７】インク供給口２にはパッキン４及び弁体６
が設けられている。図３に示すように、パッキン４は記
録ヘッド３１に連通するインク供給針３２と液密に係合
する。弁体６は、バネ５によってパッキン４に対して常
時弾接されている。インク供給針３２が挿入されると、
弁体６はインク供給針３２に押されてインク流路を開放
し、容器１内のインクがインク供給口２およびインク供
給針３２を介して記録ヘッド３１へ供給される。容器１
の上壁の上には、インクカートリッジ内のインクに関す
る情報を格納した半導体記憶手段７が装着されている。

【００２８】図１に示した実施例においては、上下方向
に斜めに形成された底面１ａに、弾性波発生手段６５が
装着される。従って、インクが消費され、弾性波発生手
段６５の一部が液面から露出するようになると、弾性波
発生手段６５が発生した弾性波の反射波の到来時間が、
液面の変化Δｈ１に対応して連続的に変化する。よっ
て、弾性波の反射波の到来時間を検出することにより、
インク残量のインクニアエンド状態からインクエンドま
での過程を正確に検出することができる。

【００２９】なお、上述の実施例においては、液体容器
にインクを直接収容する形式のインクカートリッジに例
を採って説明した。インクカートリッジの他の実施形態
として、容器１内に多孔質弾性体を装填し、多孔質弾性
体にインクを含浸させる形式のインクカートリッジに、
上述の弾性波発生手段を装着してもよい。また、上述の
実施例においてはたわみ振動型の圧電振動子を使用する
ことによりカートリッジの大型化を抑えているが、縦振
動型の圧電振動子を使用することも可能である。更に、
上述の実施例においては、同一の弾性波発生手段により
弾性波を送波し受波する。他の実施形態として、送波用
と受波用とで異なった弾性波発生手段を用いて、インク
残量を検出してもよい。

【００３０】図２は、複数種類のインクを収容するイン
クカートリッジの一実施例を示す裏側から見た斜視図で
ある。容器８は、隔壁により３つのインク室９、１０及
び１１に分割される。それぞれのインク室には、インク
供給口１２、１３及び１４が形成されている。それぞれ
のインク室９、１０及び１１の底面８ａには、弾性波発
生手段１５、１６および１７が、容器８を介して各イン
ク室内に収容されているインクに弾性波を伝達できるよ
うに取付けられている。インクカートリッジの底面８ａ
には印字時にインクの液面に対して傾斜する傾斜面１０
０８が設けられている。その傾斜面１００８に弾性波発
生手段１５、１６および１７を配備することによって、
弾性波発生手段１５、１６および１７は、インクの液面
に対して傾斜する。

【００３１】図３は、図１に示したインクカートリッジ
に適したインクジェット記録装置の要部の実施形態を示
す断面図である。記録用紙の幅方向に往復動可能なキャ
リッジ３０は、サブタンクユニット３３を備えていて、
記録ヘッド３１がサブタンクユニット３３の下面に設け
られている。また、インク供給針３２はサブタンクユニ
ット３３のインクカートリッジ搭載面側に設けられてい
る。

【００３２】図４は、弾性波発生手段６５、１５、１
６、及び１７の製造方法を示す。固定基板２０は、焼成
可能なセラミック等の材料により形成される。まず、図
４（Ｉ）に示すように、固定基板２０の表面に一方の電
極となる導電材料層２１を形成する。次に、図４（II）
に示すように、導電材料層２１の表面に圧電材料のグリ
ーンシート２２を重ねる。次に、図４（III）に示すよ
うに、プレス等により所定の形状にグリーンシート２２
を振動子の形状に成形し、自然乾燥後させた後、焼成温
度、例えば１２００°Ｃで焼成する。次に、図４（IV）
に示すように、他方の電極となる導電材料層２３をグリ
ーンシート２２の表面に形成して、たわみ振動可能に分
極する。最後に、図４（V）に示すように、固定基板２
０を各素子毎に切断する。固定基板２０を接着剤等によ
り容器１の所定の面に固定することで、弾性波発生手段
６５が、容器１の所定の面に固定されて、残量検出機能
付きインクカートッジが完成する。

【００３３】図５は、図４に示した弾性波発生手段６５
の他の実施形態を示す。図４の実施例においては、導電
材料層２１を接続電極として使用している。一方、図５
の実施例においては、グリーンシート２２により構成さ
れた圧電材料層の表面よりも上方の位置に、半田等によ
り接続端子２１ａ及び２３ａを形成する。接続端子２１
ａ及び２３ａにより、弾性波発生手段６５の回路基板へ
の直接的な実装が可能となり、リード線の引き回しが不
要となる。

【００３４】ところで、弾性波は、気体、液体および固
体を媒体として伝播することができる波の一種である。
従って、媒体の変化により弾性波の波長、振幅、位相、
振動数、伝播方向や伝播速度などが変化する。一方、弾
性波の反射波も媒体の変化によってその波の状態や特性
が異なる。従って、弾性波が伝播する媒体の変化によっ
て変化する反射波を利用することで、その媒体の状態を
知ることが可能となる。この方法によって液体容器内の
液体の状態を検出する場合には、例えば弾性波送受信機
を使用する。図１〜図３の形態を例にとって説明すると
送受信機は、はじめに媒体、例えば、液体または液体容
器に弾性波を与え、その弾性波は媒体中を伝播し液体の
表面に達する。液体の表面では液体と気体との境界を有
するため、反射波を送受信機へ返す。送受信機は反射波
を受信し、その反射波の往来時間や送信機が発生した弾
性波と液体の表面が反射した反射波との振幅の減衰率な
どから、送信機または受信機と液体の表面との距離を測
定することができる。これを利用して液体容器内の液体
の状態を検出できる。弾性波発生手段６５は、単体とし
て弾性波が伝播する媒体の変化による反射波を利用する
方法における送受信機として使用してもよいし、別に専
用の受信機を装着してもよい。

【００３５】上記したように、弾性波発生手段６５によ
って発生されインク液中を伝搬する弾性波は、インク液
の密度や液面レベルによりインク液表面で生じる反射波
の弾性波発生手段６５への到来時間が変化する。したが
って、インクの組成が一定である場合には、インク液表
面で生じる反射波の到来時間がインクの量に左右され
る。したがって、弾性波発生手段６５が弾性波を発生し
てからインク表面からの反射波が弾性波発生手段６５に
到達するまでの時間を検出することにより、インク量を
検出することができる。また、弾性波は、インクに含ま
れている粒子を振動させるので、着色剤として顔料を使
用した顔料系のインクの場合には、顔料等の沈殿を防止
するのに寄与する。

【００３６】弾性波発生手段６５を容器１に設けること
により、印刷動作やメンテナンス動作によってインクカ
ートリッジのインクがインクエンド近くまで減少して、
弾性波発生手段６５によって反射波が受信できなくなっ
た場合には、インクニアエンドであると判定してインク
カートリッジの交換を促すことができる。

【００３７】図６は、本発明のインクカートリッジの更
に他の実施例を示す。上下方向に斜めに形成された底面
１ａに、上下方向に間隔を設けて、複数の弾性波発生手
段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃが、容器１に設けられてい
る。この実施例によれば、複数の弾性波発生手段６５
ａ、６５ｂ、及び６５ｃのそれぞれの位置にインクが存
在するか否かにより、それぞれの弾性波発生手段６５
ａ、６５ｂ、及び６５ｃの装着位置のレベルにおける、
それぞれの弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃへ
の弾性波の反射波の到来時間が異なる。したがって、各
弾性波発生手段６５を走査して、弾性波発生手段６５
ａ、６５ｂ及び６５ｃにおける弾性波の反射波の到来時
間を検出することにより、それぞれの弾性波発生手段６
５ａ、６５ｂ及び６５ｃの装着位置のレベルにおけるイ
ンクの有無を検出することができる。したがって、イン
ク残量を段階的に検出することができる。例えば、イン
ク液面が弾性波発生手段６５ｂと弾性波発生手段６５ｃ
との間のレベルであるとき、弾性波発生手段６５ｃはイ
ンク無しを検出し、一方弾性波発生手段６５ｂ及び６５
ａはインク有りと検出する。これらの結果を総合評価す
ることで、インク液面が弾性波発生手段６５ｂと弾性波
発生手段６５ｃとの間に位置していることが分かる。

【００３８】図７は、インクカートリッジのさらに他の
実施形態を示す。図７のインクカートリッジは、液面か
らの反射波の強度を上げるために、板材６７をフロート
６８に取付けてインク液面を覆っている。図７（Ａ）
は、上下方向に斜めに形成された底面１ａに、弾性波発
生手段６５が固定される。インク残量が少なくなり、弾
性波発生手段６５が液面から露出すると、弾性波発生手
段６５が発生した弾性波の反射波の弾性波発生手段６５
への到来時間が変化するので、弾性波発生手段６５の装
着位置のレベルにおけるインクの有無が検出できる。弾
性波発生手段６５が、上下方向に斜めに形成された底面
１ａに装着されているので、弾性波発生手段６５がイン
ク無しと検出した後でも、インクが容器１内に多少残さ
れていることから、インクニアエンド時点のインク残量
を検出することができる。

【００３９】図７（Ｂ）は、上下方向に斜めに形成され
た底面１ａに、上下方向に間隔を設けて、複数の弾性波
発生手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃが、容器１に設けら
れている。図７（Ｂ）の実施例によれば、複数の弾性波
発生手段６５ａ、６５ｂ、及び６５ｃのそれぞれの位置
にインクが存在するか否かにより、それぞれの弾性波発
生手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃの装着位置のレベルに
おける反射波の弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ及び６５
ｃへの到来時間が異なる。したがって、各弾性波発生手
段６５を走査して、各弾性波発生手段における反射波の
到来時間を検出することにより、それぞれの弾性波発生
手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃの装着位置のレベルにお
けるインクの有無を検出することができる。例えば、イ
ンク液面が、弾性波発生手段６５ｂと弾性波発生手段６
５ｃとの間のレベルであるとき、弾性波発生手段６５ｃ
はインク無しを検出し、一方弾性波発生手段６５ｂ及び
６５ａはインク有りと検出する。これらの結果を総合評
価することで、インク液面が弾性波発生手段６５ｂと弾
性波発生手段６５ｃとの間に位置していることが分か
る。

【００４０】図８および図９は、圧電装置の一実施形態
であるアクチュエータ１０６の詳細および等価回路を示
す。ここでいうアクチュエータは、少なくとも音響イン
ピーダンスの変化を検知して液体容器内の液体の消費状
態を検出する方法に用いられる。特に、残留振動により
共振周波数の検出することで、少なくとも音響インピー
ダンスの変化を検知して液体容器内の液体の消費状態を
検出する方法に用いられる。図８（Ａ）は、アクチュエ
ータ１０６の拡大平面図である。図８（Ｂ）は、アクチ
ュエータ１０６のＢ−Ｂ断面を示す。図８（Ｃ）は、ア
クチュエータ１０６のＣ-Ｃ断面を示す。さらに図９
（Ａ）および図９（Ｂ）は、アクチュエータ１０６の等
価回路を示す。また、図９（Ｃ）および図９（Ｄ）は、
それぞれインクカートリッジ内にインクが満たされてい
るときのアクチュエータ１０６を含む周辺およびその等
価回路を示し、図９（Ｅ）および図９（Ｆ）は、それぞ
れインクカートリッジ内にインクが無いときのアクチュ
エータ１０６を含む周辺およびその等価回路を示す。

【００４１】アクチュエータ１０６は、そのほぼ中央に
円形状の開口１６１を有する基板１７８と、開口１６１
を被覆するように基板１７８の一方の面（以下、表面と
いう）に配備される振動板１７６と、振動板１７６の表
面の側に配置される圧電層１６０と、圧電層１６０を両
方からはさみこむ上部電極１６４および下部電極１６６
と、上部電極１６４と電気的に結合する上部電極端子１
６８と、下部電極１６６と電気的に結合する下部電極端
子１７０と、上部電極１６４および上部電極端子１６８
の間に配設され、かつ両者を電気的に結合する補助電極
１７２と、を有する。圧電層１６０、上部電極１６４お
よび下部電極１６６はそれぞれの主要部として円形部分
を有する。圧電層１６０、上部電極１６４および下部電
極１６６のそれぞれの円形部分は圧電素子を形成する。

【００４２】振動板１７６は、基板１７８の表面に、開
口１６１を覆うように形成される。キャビティ１６２
は、振動板１７６の開口１６１と面する部分と基板１７
８の表面の開口１６１とによって形成される。基板１７
８の圧電素子とは反対側の面（以下、裏面という）は液
体容器側に面しており、キャビティ１６２は液体と接触
するように構成されている。キャビティ１６２内に液体
が入っても基板１７８の表面側に液体が漏れないよう
に、振動板１７６は基板１７８に対して液密に取り付け
られる。

【００４３】下部電極１６６は振動板１７６の表面、即
ち液体容器とは反対側の面に位置しており、下部電極１
６６の主要部である円形部分の中心と開口１６１の中心
とがほぼ一致するように取り付けられている。なお、下
部電極１６６の円形部分の面積が開口１６１の面積より
も小さくなるように設定されている。一方、下部電極１
６６の表面側には、圧電層１６０が、その円形部分の中
心と開口１６１の中心とがほぼ一致するように形成され
ている。圧電層１６０の円形部分の面積は、開口１６１
の面積よりも小さく、かつ下部電極１６６の円形部分の
面積よりも大きくなるように設定されている。

【００４４】一方、圧電層１６０の表面側には、上部電
極１６４が、その主要部である円形部分の中心と開口１
６１の中心とがほぼ一致するように形成される。上部電
極１６４の円形部分の面積は、開口１６１および圧電層
１６０の円形部分の面積よりも小さく、かつ下部電極１
６６の円形部分の面積よりも大きくなるよう設定されて
いる。

【００４５】したがって、圧電層１６０の主要部は、上
部電極１６４の主要部と下部電極１６６の主要部とによ
って、それぞれ表面側と裏面側とから挟みこまれる構造
となっていて、圧電層１６０を効果的に変形駆動するこ
とができる。圧電層１６０、上部電極１６４および下部
電極１６６のそれぞれの主要部である円形部分がアクチ
ュエータ１０６における圧電素子を形成する。上述のよ
うに圧電素子は振動板１７６に接している。また、上部
電極１６４の円形部分、圧電層１６０の円形部分、下部
電極１６６の円形部分および開口１６１のうちで、面積
が最も大きいのは開口１６１である。この構造によっ
て、振動板１７６のうち実際に振動する振動領域は、開
口１６１によって決定される。また、上部電極１６４の
円形部分、圧電層１６０の円形部分および下部電極１６
６の円形部分は開口１６１より面積が小さいので、振動
板１７６がより振動しやすくなる。さらに、圧電層１６
０と電気的に接続する下部電極１６６の円形部分および
上部電極１６４の円形部分のうち、下部電極１６６の円
形部分の方が小さい。従って、下部端子１６６の円形部
分が圧電層１６０のうち圧電効果を発生する部分を決定
する。

【００４６】上部電極端子１６８は、補助電極１７２を
介して上部電極１６４と電気的に接続するように振動板
１７６の表面側に形成される。一方、下部電極端子１７
０は、下部電極１６６に電気的に接続するように振動板
１７６の表面側に形成される。上部電極１６４は、圧電
層１６０の表面側に形成されるため、上部電極端子１６
８と接続する途中において、圧電層１６０の厚さと下部
電極１６６の厚さとの和に等しい段差を有する必要があ
る。上部電極１６４だけでこの段差を形成することは難
しく、かりに可能であったとしても上部電極１６４と上
部電極端子１６８との接続状態が弱くなってしまい、切
断してしまう危険がある。そこで、補助電極１７２を補
助部材として用いて上部電極１６４と上部電極端子１６
８とを接続させている。このようにすることで、圧電層
１６０も上部電極１６４も補助電極１７２に支持された
構造となり、所望の機械的強度を得ることができ、また
上部電極１６４と上部電極端子１６８との接続を確実に
することが可能となる。

【００４７】なお、圧電素子と振動板１７６のうちの圧
電素子に直面する振動領域とが、アクチュエータ１０６
において実際に振動する振動部である。また、アクチュ
エータ１０６に含まれる部材は、互いに焼成されること
によって一体的に形成されることが好ましい。アクチュ
エータ１０６を一体的に形成することによって、アクチ
ュエータ１０６の取り扱いが容易になる。さらに、基板
１７８の強度を高めることによって振動特性が向上す
る。即ち、基板１７８の強度を高めることによって、ア
クチュエータ１０６の振動部のみが振動し、アクチュエ
ータ１０６のうち振動部以外の部分が振動しない。ま
た、アクチュエータ１０６の振動部以外の部分が振動し
ないためには、基板１７８の強度を高めるのに対し、ア
クチュエータ１０６の圧電素子を薄くかつ小さくし、振
動板１７６を薄くすることによって達成できる。

【００４８】圧電層１６０の材料としては、ジルコン酸
チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン
（ＰＬＺＴ）または鉛を使用しない鉛レス圧電膜を用い
ることが好ましく、基板１７８の材料としてジルコニア
またはアルミナを用いることが好ましい。また、振動板
１７６には、基板１７８と同じ材料を用いることが好ま
しい。上部電極１６４、下部電極１６６、上部電極端子
１６８および下部電極端子１７０は、導電性を有する材
料、例えば、金、銀、銅、プラチナ、アルミニウム、ニ
ッケルなどの金属を用いることができる。

【００４９】上述したように構成されるアクチュエータ
１０６は、液体を収容する容器に適用することができ
る。例えば、インクジェット記録装置に用いられるイン
クカートリッジやインクタンク、あるいは記録ヘッドを
洗浄するための洗浄液を収容した容器などに装着するこ
とができる。

【００５０】図８および図９に示されるアクチュエータ
１０６は、液体容器の所定の場所に、キャビティ１６２
を液体容器内に収容される液体と接触するように装着さ
れる。液体容器に液体が十分に収容されている場合に
は、キャビティ１６２内およびその外側は液体によって
満たされている。一方、液体容器の液体が消費され、ア
クチュエータの装着位置以下まで液面が降下すると、キ
ャビティ１６２内には液体は存在しないか、あるいはキ
ャビティ１６２内にのみ液体が残存されその外側には気
体が存在する状態となる。アクチュエータ１０６はこの
状態の変化に起因する、少なくとも音響インピーダンス
の相違を検出する。それによって、アクチュエータ１０
６は、液体容器に液体が十分に収容されている状態であ
るか、あるいはある一定以上液体が消費された状態であ
るかを検知することができる。さらに、アクチュエータ
１０６は、液体容器内の液体の種類も検出することが可
能である。

【００５１】ここでアクチュエータによる液面検出の原
理について説明する。

【００５２】媒体の音響インピーダンスの変化を検出す
るには、媒体のインピーダンス特性またはアドミッタン
ス特性を測定する。インピーダンス特性またはアドミッ
タンス特性を測定する場合には、例えば伝送回路を利用
することができる。伝送回路は、媒体に一定電圧を印加
し、周波数を変えて媒体に流れる電流を測定する。また
は、伝送回路は、媒体に一定電流を供給し、周波数を変
えて媒体に印加される電圧を測定する。伝送回路で測定
された電流値または電圧値の変化は音響インピーダンス
の変化を示す。また、電流値または電圧値が極大または
極小となる周波数ｆｍの変化も音響インピーダンスの変
化を示す。

【００５３】上記の方法とは別に、アクチュエータは、
液体の音響インピーダンスの変化を共振周波数のみの変
化を用いて検出することができる。液体の音響インピー
ダンスの変化を利用する方法として、アクチュエータの
振動部が振動した後に振動部に残留する残留振動によっ
て生ずる逆起電力を測定することによって共振周波数を
検出する方法を用いる場合には、例えば圧電素子を利用
することができる。圧電素子は、アクチュエータの振動
部に残留する残留振動により逆起電力を発生する素子で
あり、アクチュエータの振動部の振幅によって逆起電力
の大きさが変化する。従って、アクチュエータの振動部
の振幅が大きいほど検出がしやすい。また、アクチュエ
ータの振動部における残留振動の周波数によって逆起電
力の大きさが変化する周期が変わる。従って、アクチュ
エータの振動部の周波数は逆起電力の周波数に対応す
る。ここで、共振周波数は、アクチュエータの振動部と
振動部に接する媒体との共振状態における周波数をい
う。

【００５４】共振周波数ｆｓを得るために、振動部と媒
体とが共振状態であるときの逆起電力測定によって得ら
れた波形をフーリエ変換する。アクチュエータの振動
は、一方向だけの変形ではなく、たわみや伸長等様々な
変形をともなうので、共振周波数ｆｓを含め様々な周波
数を有する。よって、圧電素子と媒体とが共振状態であ
るときの逆起電力の波形をフーリエ変換し、最も支配的
な周波数成分を特定することで、共振周波数ｆｓを判断
する。

【００５５】周波数ｆｍは、媒体のアドミッタンスが極
大またはインピーダンスが極小であるときの周波数であ
る。共振周波数ｆｓとすると、周波数ｆｍは、媒体の誘
電損失または機械的損失などによって、共振周波数ｆｓ
に対しわずかな誤差を生ずる。しかし、実測される周波
数ｆｍから共振周波数ｆｓを導出することは手間がかか
るため、一般には、周波数ｆｍを共振周波数に代えて使
用する。ここで、アクチュエータ１０６の出力を伝送回
路に入力することで、アクチュエータ１０６は少なくと
も音響インピーダンスを検出することができる。

【００５６】媒体のインピーダンス特性またはアドミッ
タンス特性を測定し周波数ｆｍを測定する方法と、アク
チュエータの振動部における残留振動振動によって生ず
る逆起電力を測定することによって共振周波数ｆｓを測
定する方法と、によって特定される共振周波数に差がほ
とんど無いことが実験によって証明されている。

【００５７】アクチュエータ１０６の振動領域は、振動
板１７６のうち開口１６１によって決定されるキャビテ
ィ１６２を構成する部分である。液体容器内に液体が充
分に収容されている場合には、キャビティ１６２内に
は、液体が満たされ、振動領域は液体容器内の液体と接
触する。一方で、液体容器内に液体が充分にない場合に
は、振動領域は液体容器内のキャビティに残った液体と
接するか、あるいは液体と接触せず、気体または真空と
接触する。

【００５８】本発明のアクチュエータ１０６にはキャビ
ティ１６２が設けられ、それによって、アクチュエータ
１０６の振動領域に液体容器内の液体が残るように設計
できる。その理由は次の通りである。

【００５９】アクチュエータの液体容器への取り付け位
置や取り付け角度によっては、液体容器内の液体の液面
がアクチュエータの装着位置よりも下方にあるにもかか
わらず、アクチュエータの振動領域に液体が付着してし
まう場合がある。振動領域における液体の有無だけでア
クチュエータが液体の有無を検出している場合には、ア
クチュエータの振動領域に付着した液体が液体の有無の
正確な検出を妨げる。たとえば、液面がアクチュエータ
の装着位置よりも下方にある状態のとき、キャリッジの
往復移動などにより液体容器が揺動して液体が波うち、
振動領域に液滴が付着してしまうと、アクチュエータは
液体容器内に液体が充分にあるとの誤った判断をしてし
まう。そこで、逆にそこに液体を残存した場合であって
も液体の有無を正確に検出するように設計されたキャビ
ティを積極的に設けることで、液体容器が揺動して液面
が波立ったとしても、アクチュエータの誤動作を防止す
ることができる。このように、キャビティを有するアク
チュエータを用いることで、誤動作を防ぐことができ
る。また、図９（Ｅ）に示すように、液体容器内に液体
が無く、アクチュエータ１０６のキャビティ１６２に液
体容器内の液体が残っている場合を、液体の有無の閾値
とする。すなわち、キャビティ１６２の周辺に液体が無
く、この閾値よりキャビティ内の液体が少ない場合は、
インク無しと判断し、キャビティ１６２の周辺に液体が
有り、この閾値より液体が多い場合は、インク有りと判
断する。例えば、アクチュエータ１０６を液体容器の側
壁に装着した場合、液体容器内の液体がアクチュエータ
の装着位置よりも下にある場合をインク無しと判断し、
液体容器内の液体がアクチュエータの装着位置より上に
ある場合をインク有りと判断する。このように閾値を設
定することによって、キャビティ内のインクが乾燥して
インクが無くなったときであってもインク無しと判断
し、キャビティ内のインクが無くなったところにキャリ
ッジの揺れなどで再度インクがキャビティに付着しても
閾値を越えないので、インク無しと判断することができ
る。

【００６０】ここで、図８および図９を参照しながら逆
起電力の測定による媒体とアクチュエータ１０６の振動
部との共振周波数から液体容器内の液体の状態を検出す
る動作および原理について説明する。アクチュエータ１
０６において、上部電極端子１６８および下部電極端子
１７０を介して、それぞれ上部電極１６４および下部電
極１６６に電圧を印加する。圧電層１６０のうち、上部
電極１６４および下部電極１６６に挟まれた部分には電
界が生じる。その電界によって、圧電層１６０は変形す
る。圧電層１６０が変形することによって振動板１７６
のうちの振動領域がたわみ振動する。圧電層１６０が変
形した後しばらくは、たわみ振動がアクチュエータ１０
６の振動部に残留する。

【００６１】残留振動は、アクチュエータ１０６の振動
部と媒体との自由振動である。従って、圧電層１６０に
印加する電圧をパルス波形あるいは矩形波とすること
で、電圧を印加した後に振動部と媒体との共振状態を容
易に得ることができる。残留振動は、アクチュエータ１
０６の振動部を振動させるため、圧電層１６０をも変形
する。従って、圧電層１６０は逆起電力を発生する。そ
の逆起電力は、上部電極１６４、下部電極１６６、上部
電極端子１６８および下部電極端子１７０を介して検出
される。検出された逆起電力によって、共振周波数が特
定できるため、液体容器内の液体の状態を検出すること
ができる。

【００６２】一般に、共振周波数ｆｓは、 ｆｓ＝１／（２＊π＊(Ｍ＊Ｃact)^1/2） （式1） で表される。ここで、Ｍは振動部のイナータンスＭact
と付加イナータンスＭ’との和である。Ｃactは振動部
のコンプライアンスである。

【００６３】図８（Ｃ）は、本実施例において、キャビ
ティにインクが残存していないときのアクチュエータ１
０６の断面図である。図９（Ａ）および図９（Ｂ）は、
キャビティにインクが残存していないときのアクチュエ
ータ１０６の振動部およびキャビティ１６２の等価回路
である。

【００６４】Ｍactは、振動部の厚さと振動部の密度と
の積を振動部の面積で除したものであり、さらに詳細に
は、図９（Ａ）に示すように、 Ｍact＝Ｍpzt＋Ｍelectrode1＋Ｍelectrode2＋Ｍvib （式２） と表される。ここで、Ｍpztは、振動部における圧電層
１６０の厚さと圧電層１６０の密度との積を圧電層１６
０の面積で除したものである。Ｍelectrode1は、振動部
における上部電極１６４の厚さと上部電極１６４の密度
との積を上部電極１６４の面積で除したものである。Ｍ
electrode2は、振動部における下部電極１６６の厚さと
下部電極１６６の密度との積を下部電極１６６の面積で
除したものである。Ｍvibは、振動部における振動板１
７６の厚さと振動板１７６の密度との積を振動板１７６
の振動領域の面積で除したものである。ただし、Ｍact
を振動部全体としての厚さ、密度および面積から算出す
ることができるように、本実施例では、圧電層１６０、
上部電極１６４、下部電極１６６および振動板１７６の
振動領域のそれぞれの面積は、上述のような大小関係を
有するものの、相互の面積の差は微小であることが好ま
しい。また、本実施例において、圧電層１６０、上部電
極１６４および下部電極１６６においては、それらの主
要部である円形部分以外の部分は、主要部に対して無視
できるほど微小であることが好ましい。従って、アクチ
ュエータ１０６において、Ｍactは、上部電極１６４、
下部電極１６６、圧電層１６０および振動板１７６のう
ちの振動領域のそれぞれのイナータンスの和である。ま
た、コンプライアンスＣactは、上部電極１６４、下部
電極１６６、圧電層１６０および振動板１７６のうちの
振動領域によって形成される部分のコンプライアンスで
ある。

【００６５】尚、図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９
（Ｄ）、図９（Ｆ）は、アクチュエータ１０６の振動部
およびキャビティ１６２の等価回路を示すが、これらの
等価回路において、Ｃactはアクチュエータ１０６の振
動部のコンプライアンスを示す。Ｃpzt、Ｃelectrode
1、Ｃelectrode2およびＣcavはそれぞれ振動部における
圧電層１６０、上部電極１６４、下部電極１６６および
振動板１７６のコンプライアンスを示す。Ｃactは、以
下の式３で表される。

【００６６】 1/Ｃact＝（1/Ｃpzt）＋（1/Ｃelectrode1）＋（1/Ｃelectrode2）＋（1/Ｃca v ） （式３） 式２および式３より、図９（Ａ）は、図９（Ｂ）のよう
に表すこともできる。

【００６７】コンプライアンスＣactは、振動部の単位
面積に圧力をかけたときの変形によって媒体を受容でき
る体積を表す。また、コンプライアンスＣactは、変形
のし易さを表すといってもよい。

【００６８】図９（Ｃ）は、液体容器に液体が十分に収
容され、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺に液体
が満たされている場合のアクチュエータ１０６の断面図
を示す。図９（Ｃ）のＭ’maxは、液体容器に液体が十
分に収容され、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺
に液体が満たされている場合の付加イナータンスの最大
値を表すＭ’maxは、

【００６９】 Ｍ’max＝(π*ρ/(2*k³))*(2*(2*k*a)³/(3*π))/(π*a²)² （式４） （ａは振動部の半径、ρは媒体の密度、ｋは波数であ
る。）

【００７０】で表される。尚、式４は、アクチュエータ
１０６の振動領域が半径ａの円形である場合に成立す
る。付加イナータンスＭ’は、振動部の付近にある媒体
の作用によって、振動部の質量が見かけ上増加している
ことを示す量である。式４からわかるように、Ｍ’max
は振動部の半径ａと、媒体の密度ρとによって大きく変
化する。

【００７１】波数kは、 ｋ＝２＊π＊ｆact／ｃ （式５） （factは液体が触れていないときの振動部の共振周波数
である。cは媒体中を伝播する音響の速度である。）で
表される。

【００７２】図９（Ｄ）は、液体容器に液体が十分に収
容され、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺に液体
が満たされている図９（Ｃ）の場合のアクチュエータ１
０６の振動部およびキャビティ１６２の等価回路を示
す。

【００７３】図９（Ｅ）は、液体容器の液体が消費さ
れ、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺に液体が無
いものの、アクチュエータ１０６のキャビティ１６２内
には液体が残存している場合のアクチュエータ１０６の
断面図を示す。尚、式４は、例えば、液体容器に液体が
満たされている場合に、インクの密度ρなどから決定さ
れる最大のイナータンスＭ’maxを表す式である。一
方、液体容器内の液体が消費され、キャビティ１６２内
に液体が残留しつつアクチュエータ１０６の振動領域の
周辺にある液体が気体または真空になった場合には、

【００７４】Ｍ’＝ρ*ｔ/Ｓ （式６） と表せる。ｔは、振動にかかわる媒体の厚さである。Ｓ
は、アクチュエータ１０６の振動領域の面積である。こ
の振動領域が半径ａの円形の場合は、Ｓ＝π*ａ²であ
る。従って、付加イナータンスＭ’は、液体容器に液体
が十分に収容され、アクチュエータ１０６の振動領域の
周辺に液体が満たされている場合には、式４に従う。一
方で、液体が消費され、キャビティ１６２内に液体が残
留しつつアクチュエータ１０６の振動領域の周辺にある
液体が気体または真空になった場合には、式６に従う。

【００７５】ここで、図９（Ｅ)のように、液体容器の
液体が消費され、アクチュエータ１０６の振動領域の周
辺に液体が無いものの、アクチュエータ１０６のキャビ
ティ１６２内には液体が残存している場合の付加イナー
タンスＭ’を便宜的にＭ’cavとし、アクチュエータ１
０６の振動領域の周辺に液体が満たされている場合の付
加イナータンスＭ’maxと区別する。

【００７６】図９（Ｆ）は、液体容器の液体が消費さ
れ、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺に液体が無
いものの、アクチュエータ１０６のキャビティ１６２内
には液体が残存している図９（Ｅ）の場合のアクチュエ
ータ１０６の振動部およびキャビティ１６２の等価回路
を示す。

【００７７】ここで、媒体の状態に関係するパラメータ
は、式６において、媒体の密度ρおよび媒体の厚さｔで
ある。液体容器内に液体が充分に収容されている場合
は、アクチュエータ１０６の振動部に液体が接触し、液
体容器内に液体が充分に収容されていない場合は、キャ
ビティ内部に液体が残存するか、もしくはアクチュエー
タ１０６の振動部に気体または真空が接触する。アクチ
ュエータ１０６の周辺の液体が消費され、図９（Ｃ)の
Ｍ’maxから図９（Ｅ)のＭ’cavへ移行する過程におけ
る付加イナータンスをＭ’varとすると、液体容器内の
液体の収容状態によって、媒体の厚さｔが変化するた
め、付加イナータンスＭ’varが変化し、共振周波数ｆ
ｓも変化することになる。従って、共振周波数ｆｓを特
定することによって、液体容器内の液体の有無を検出す
ることができる。ここで、図９(Ｅ)に示すようにｔ＝ｄ
とした場合、式６を用いてＭ’cavを表すと、式６のｔ
にキャビティの深さｄを代入し、

【００７８】Ｍ’cav＝ρ*ｄ/Ｓ （式７） となる。

【００７９】また、媒体が互いに種類の異なる液体であ
っても、組成の違いによって密度ρが異なるため、付加
イナータンスＭ’が変化し、共振周波数ｆｓも変化す
る。従って、共振周波数ｆｓを特定することで、液体の
種類を検出できる。尚、アクチュエータ１０６の振動部
にインクまたは空気のいずれか一方のみが接触し、混在
していない場合には、式４によって計算しても、Ｍ’の
相違を検出できる。

【００８０】図１０（Ａ）は、インクタンク内のインク
の量とインクおよび振動部の共振周波数ｆｓとの関係を
示すグラフである。ここでは液体の１例としてインクに
ついて説明する。縦軸は、共振周波数ｆｓを示し、横軸
は、インク量を示す。インク組成が一定であるとき、イ
ンク残量の低下に伴い、共振周波数ｆｓは、上昇する。

【００８１】インク容器にインクが十分に収容され、ア
クチュエータ１０６の振動領域の周辺にインクが満たさ
れている場合には、その最大付加イナータンスＭ’max
は式４に表わされる値となる。一方で、インクが消費さ
れ、キャビティ１６２内に液体が残留しつつアクチュエ
ータ１０６の振動領域の周辺にインクが満たされていな
い時には、付加イナータンスＭ’varは、媒体の厚さｔ
に基づいて式６によって算出される。式６中のｔは振動
にかかわる媒体の厚さであるから、アクチュエータ１０
６のキャビティ１６２のｄ(図８（Ｂ）参照)を小さく、
即ち、基板１７８を十分に薄くすることによって、イン
クが徐々に消費されていく過程を検出することもできる
（図９（Ｃ）参照）。ここで、ｔinkは振動にかかわる
インクの厚さとし、ｔink−maxはＭ’maxにおけるｔink
とする。例えば、インクカートリッジの底面にアクチュ
エータ１０６をインクの液面に対してほぼ水平に配備す
る。インクが消費され、インクの液面がアクチュエータ
１０６からｔink−maxの高さ以下に達すると、式６によ
りＭ’varが徐々に変化し、式１により共振周波数ｆｓ
が徐々に変化する。従って、インクの液面がｔの範囲内
にある限り、アクチュエータ１０６はインクの消費状態
を徐々に検出することができる。

【００８２】また、アクチュエータ１０６の振動領域を
大きくまたは長くし、かつ縦に配置することによってイ
ンクの消費による液面の位置にしたがって、式６中のＳ
が変化する。従って、アクチュエータ１０６はインクが
徐々に消費されていく過程を検出することもできる。例
えば、インクカートリッジの側壁にアクチュエータ１０
６をインクの液面に対してほぼ垂直に配備する。インク
が消費され、インクの液面がアクチュエータ１０６の振
動領域に達すると、水位の低下に伴い付加イナータンス
Ｍ’が減少するので、式１により共振周波数ｆｓが徐々
に変化する。従って、インクの液面が、キャビティ１６
２の径２ａ（図９（Ｃ）参照）の範囲内にある限り、ア
クチュエータ１０６はインクの消費状態を徐々に検出す
ることができる。

【００８３】図１０(Ａ)の曲線Ｘは、アクチュエータ１
０６のキャビティ１６２を十分に浅くした場合や、アク
チュエータ１０６の振動領域を十分に大きくまたは長く
した場合のインクタンク内に収容されたインクの量とイ
ンクおよび振動部の共振周波数ｆｓとの関係を表わして
いる。インクタンク内のインクの量が減少するととも
に、インクおよび振動部の共振周波数ｆｓが徐々に変化
していく様子が理解できる。

【００８４】より詳細には、インクが徐々に消費されて
いく過程を検出することができる場合とは、アクチュエ
ータ１０６の振動領域の周辺において、互いに密度が異
なる液体と気体とがともに存在し、かつ振動にかかわる
場合である。インクが徐々に消費されていくに従って、
アクチュエータ１０６の振動領域周辺において振動にか
かわる媒体は、液体が減少する一方で気体が増加する。
例えば、アクチュエータ１０６をインクの液面に対して
水平に配備した場合であって、ｔinkがｔink−maxより
小さいときには、アクチュエータ１０６の振動にかかわ
る媒体はインクと気体との両方を含む。したがって、ア
クチュエータ１０６の振動領域の面積Ｓとすると、式４
のＭ’max以下になった状態をインクと気体の付加質量
を用いて表すと、

【００８５】 Ｍ’＝Ｍ’air＋Ｍ’ink＝ρair*ｔair/Ｓ+ρink*ｔink/Ｓ （式８） となる。ここで、Ｍ’airは空気のイナータンスであ
り、Ｍ’inkはインクのイナータンスである。ρairは空
気の密度であり、ρinkはインクの密度である。ｔairは
振動にかかわる空気の厚さであり、ｔinkは振動にかか
わるインクの厚さである。アクチュエータ１０６の振動
領域周辺における振動にかかわる媒体のうち、液体が減
少して気体が増加するに従い、アクチュエータ１０６が
インクの液面に対しほぼ水平に配備されている場合に
は、ｔairが増加し、ｔinkが減少する。それによって、
Ｍ’varが徐々に減少し、共振周波数が徐々に増加す
る。よって、インクタンク内に残存しているインクの量
またはインクの消費量を検出することができる。尚、式
７において液体の密度のみの式となっているのは、液体
の密度に対して、空気の密度が無視できるほど小さい場
合を想定しているからである。

【００８６】アクチュエータ１０６がインクの液面に対
しほぼ垂直に配備されている場合には、アクチュエータ
１０６の振動領域のうち、アクチュエータ１０６の振動
にかかわる媒体がインクのみの領域と、アクチュエータ
１０６の振動にかかわる媒体が気体の領域との並列の等
価回路（図示せず）と考えられる。アクチュエータ１０
６の振動にかかわる媒体がインクのみの領域の面積をＳ
inkとし、アクチュエータ１０６の振動にかかわる媒体
が気体のみの領域の面積をＳairとすると、

【００８７】 1/Ｍ’＝1/Ｍ’air＋1/Ｍ’ink＝Ｓair/（ρair*ｔair）+Ｓink/（ρink*ｔin k） （式９） となる。

【００８８】尚、式９は、アクチュエータ１０６のキャ
ビティにインクが保持されない場合に適用される。アク
チュエータ１０６のキャビティにインクが保持される場
合については、式７、式８および式９によって計算する
ことができる。

【００８９】一方、基板１７８が厚く、即ち、キャビテ
ィ１６２の深さｄが深く、ｄが媒体の厚さｔink-maxに
比較的近い場合や、液体容器の高さに比して振動領域が
非常に小さいアクチュエータを用いる場合には、実際上
はインクが徐々に減少する過程を検出するというよりは
インクの液面がアクチュエータの装着位置より上位置か
下位置かを検出することになる。換言すると、アクチュ
エータの振動領域におけるインクの有無を検出すること
になる。例えば、図１０(Ａ)の曲線Ｙは、小さい円形の
振動領域の場合におけるインクタンク内のインクの量と
インクおよび振動部の共振周波数ｆｓとの関係を示す。
インクタンク内のインクの液面がアクチュエータの装着
位置を通過する前後におけるインク量Ｑの間で、インク
および振動部の共振周波数ｆｓが激しく変化している様
子が示される。このことから、インクタンク内にインク
が所定量残存しているか否かを検出することができる。

【００９０】図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の曲線Ｙに
おけるインクの密度とインクおよび振動部の共振周波数
ｆｓとの関係を示す。液体の例としてインクを挙げてい
る。図１０（Ｂ）に示すように、インク密度が高くなる
と、付加イナータンスが大きくなるので共振周波数ｆｓ
が低下する。すなわち、インクの種類によって共振周波
数ｆｓが異なる。したがって共振周波数ｆｓを測定する
ことによって、インクを再充填する際に、密度の異なっ
たインクが混入されていないか確認することができる。
つまり、互いに種類の異なるインクを収容するインクタ
ンクを識別できる。

【００９１】続いて、液体容器内の液体が空の状態であ
ってもアクチュエータ１０６のキャビティ１６２内に液
体が残存するようにキャビティのサイズと形状を設定し
た時の、液体の状態を正確に検出できる条件を詳述す
る。アクチュエータ１０６は、キャビティ１６２内に液
体が満たされている場合に液体の状態を検出できれば、
キャビティ１６２内に液体が満たされていない場合であ
っても液体の状態を検出できる。

【００９２】共振周波数ｆｓは、イナータンスＭの関数
である。イナータンスＭは、振動部のイナータンスＭac
tと付加イナータンスＭ’との和である。ここで、付加
イナータンスＭ’が液体の状態と関係する。付加イナー
タンスＭ’は、振動部の付近にある媒体の作用によって
振動部の質量が見かけ上増加していることを示す量であ
る。即ち、振動部の振動によって見かけ上媒体を吸収す
ることによる振動部の質量の増加分をいう。

【００９３】従って、Ｍ’cavが式４におけるＭ’maxよ
りも大きい場合には、見かけ上吸収する媒体は全てキャ
ビティ１６２内に残存する液体である。よって、液体容
器内に液体が満たされている状態と同じである。この場
合にはＭ’が変化しないので、共振周波数ｆｓも変化し
ない。従って、アクチュエータ１０６は、液体容器内の
液体の状態を検出できないことになる。

【００９４】一方、Ｍ’cavが式４におけるＭ’maxより
も小さい場合には、見かけ上吸収する媒体はキャビティ
１６２内に残存する液体および液体容器内の気体または
真空である。このときには液体容器内に液体が満たされ
ている状態とは異なりＭ’が変化するので、共振周波数
ｆｓが変化する。従って、アクチュエータ１０６は、液
体容器内の液体の状態を検出できる。

【００９５】即ち、液体容器内の液体が空の状態で、ア
クチュエータ１０６のキャビティ１６２内に液体が残存
する場合に、アクチュエータ１０６が液体の状態を正確
に検出できる条件は、Ｍ’cavがＭ’maxよりも小さいこ
とである。尚、アクチュエータ１０６が液体の状態を正
確に検出できる条件Ｍ’max＞Ｍ’cavは、キャビティ１
６２の形状にかかわらない。

【００９６】ここで、Ｍ’cavは、キャビティ１６２の
容量とほぼ等しい容量の液体の質量である。従って、
Ｍ’max＞Ｍ’cavの不等式から、アクチュエータ１０６
が液体の状態を正確に検出できる条件は、キャビティ１
６２の容量の条件として表すことができる。例えば、円
形状のキャビティ１６２の開口１６１の半径をaとし、
およびキャビティ１６２の深さをｄとすると、

【００９７】 Ｍ’max＞ρ＊ｄ/πa² （式１０） である。式１０を展開すると

【００９８】ａ／ｄ＞３＊π／８ （式１１） という条件が求められる。尚、式１０、式１１は、キャ
ビティ１６２の形状が円形の場合に限り成立する。円形
でない場合のＭ’maxの式を用い、式１０中のπa ²をそ
の面積と置き換えて計算すれば、キャビティの幅および
長さ等のディメンジョンと深さの関係が導き出せる。

【００９９】従って、式１１を満たす開口１６１の半径
aおよびキャビティ１６２の深さｄであるキャビティ１
６２を有するアクチュエータ１０６であれば、液体容器
内の液体が空の状態であって、かつキャビティ１６２内
に液体が残存する場合であっても、誤作動することなく
液体の状態を検出できる。

【０１００】付加イナータンスＭ’は音響インピーダン
ス特性にも影響するので、残留振動によりアクチュエー
タ１０６に発生する逆起電力を測定する方法は、少なく
とも音響インピーダンスの変化を検出しているともいえ
る。

【０１０１】また、本実施例によれば、アクチュエータ
１０６が振動を発生してその後の残留振動によりアクチ
ュエータ１０６に発生する逆起電力を測定している。し
かし、アクチュエータ１０６の振動部が駆動電圧による
自らの振動によって液体に振動を与えることは必ずしも
必要ではない。即ち、振動部が自ら発振しなくても、そ
れと接触しているある範囲の液体と共に振動すること
で、圧電層１６０がたわみ変形する。この残留振動が圧
電層１６０に逆起電力電圧を発生させ、上部電極１６４
および下部電極１６６にその逆起電力電圧を伝達する。
この現象を利用することで媒体の状態を検出してもよ
い。例えば、インクジェット記録装置において、印字時
における記録ヘッドの走査によるキャリッジの往復運動
による振動によって発生するアクチュエータの振動部の
周囲の振動を利用してインクタンクまたはその内部のイ
ンクの状態を検出してもよい。

【０１０２】図１１(Ａ) ないし図１１（Ｃ）は、アク
チュエータ１０６を振動させた後の、アクチュエータ１
０６の残留振動の波形と残留振動の測定方法とを示す。
インクカートリッジ内のアクチュエータ１０６の装着位
置レベルにおけるインク水位の上下は、アクチュエータ
１０６が発振した後の残留振動の周波数変化や、振幅の
変化によって検出することができる。図１１(Ａ) およ
び図１１（Ｃ）において、縦軸はアクチュエータ１０６
の残留振動によって発生した逆起電力の電圧を示し、横
軸は時間を示す。アクチュエータ１０６の残留振動によ
って、図１１(Ａ)および図１１（Ｃ）に示すように電圧
のアナログ信号の波形が発生する。次に、アナログ信号
を、信号の周波数に対応するデジタル数値に変換する。

【０１０３】図１１(Ａ)および図１１（Ｃ）に示した例
においては、アナログ信号の４パルス目から８パルス目
までの４個のパルスが生じる時間を計測することによっ
て、インクの有無を検出する。

【０１０４】より詳細には、アクチュエータ１０６が発
振した後、予め設定された所定の基準電圧を低電圧側か
ら高電圧側へ横切る回数をカウントする。デジタル信号
を４カウントから８カウントまでの間をＨｉｇｈとし、
所定のクロックパルスによって４カウントから８カウン
トまでの時間を計測する。

【０１０５】図１１（Ａ）はアクチュエータ１０６の装
着位置レベルよりも上位にインク液面があるときの波形
である。一方、図１１（Ｃ）はアクチュエータ１０６の
装着位置レベルにおいてインクが無いときの波形であ
る。図１１（Ａ）と図１１（Ｃ）とを比較すると、図１
１（Ａ）の方が図１１（Ｃ）よりも４カウントから８カ
ウントまでの時間が長いことがわかる。換言すると、イ
ンクの有無によって４カウントから８カウントまでの時
間が異なる。この時間の相違を利用して、インクの消費
状態を検出することができる。アナログ波形の４カウン
ト目から数えるのは、アクチュエータ１０６の振動が安
定してから計測をはじめるためである。４カウント目か
らとしたのは単なる一例であって、任意のカウントから
数えてもよい。ここでは、４カウント目から８カウント
目までの信号を検出し、所定のクロックパルスによって
４カウント目から８カウント目までの時間を測定する。
それによって、共振周波数を求める。クロックパルス
は、インクカートリッジに取り付けられる半導体記憶装
置等を制御するためのクロックと等しいクロックのパル
スであることが好ましい。尚、８カウント目までの時間
を測定する必要は無く、任意のカウントまで数えてもよ
い。図１１においては、４カウント目から８カウント目
までの時間を測定しているが周波数を検出する回路構成
にしたがって、異なったカウント間隔内の時間を検出し
てもよい。

【０１０６】例えば、インクの品質が安定していてピー
クの振幅の変動が小さい場合には、検出の速度を上げる
ために４カウント目から６カウント目までの時間を検出
することにより共振周波数を求めてもよい。また、イン
クの品質が不安定でパルスの振幅の変動が大きい場合に
は、残留振動を正確に検出するために４カウント目から
１２カウント目までの時間を検出してもよい。

【０１０７】また、他の実施例として所定期間内におけ
る逆起電力の電圧波形の波数を数えてもよい（図示せ
ず）。この方法によっても共振周波数を求めることがで
きる。より詳細には、アクチュエータ１０６が発振した
後、所定期間だけデジタル信号をＨｉｇｈとし、所定の
基準電圧を低電圧側から高電圧側へ横切る回数をカウン
トする。そのカウント数を計測することによってインク
の有無を検出できるのである。

【０１０８】さらに、図１１(Ａ)および図１１(Ｃ)を比
較して分かるように、インクがインクカートリッジ内に
満たされている場合とインクがインクカートリッジ内に
無い場合とでは、逆起電力波形の振幅が異なる。従っ
て、共振周波数を求めることなく、逆起電力波形の振幅
を測定することによっても、インクカートリッジ内のイ
ンクの消費状態を検出してもよい。より詳細には、例え
ば、図１１(Ａ)の逆起電力波形の頂点と図１１(Ｃ) の
逆起電力波形の頂点との間に基準電圧を設定する。アク
チュエータ１０６が発振した後、所定時間にデジタル信
号をＨｉｇｈとし、逆起電力波形が基準電圧を横切った
場合には、インクは無いと判断する。逆起電力波形が基
準電圧を横切らない場合には、インクは有ると判断す
る。

【０１０９】アクチュエータ１０６がインクカートリッ
ジの印字時においてインクの液面に対して傾斜する。従
って、インクカートリッジ内のインクの消費量を徐々に
検出することができる。かかる場合に、図１１(Ｂ)に示
すように、インクの液面に対し、アクチュエータ１０６
の上端から下端へインクの液面が低下する途中の逆起電
力を測定する。それによって、アクチュエータ１０６
は、インクの液面の位置を検出することができ、かつイ
ンクの消費量を検出できる。例えば、インクの液面の位
置が低下するに従い、図１１(Ａ)から図１１(Ｂ)そして
図１１(Ｃ)へと次第に周波数および振幅が変化する。従
って、アクチュエータ１０６は、インクの消費量を検出
できる。

【０１１０】より詳細には、図１１(Ａ)、図１１(Ｂ)お
よび図１１(Ｃ)において、それぞれの波長λa、波長λb
および波長λcは、図１１(Ａ)から図１１(Ｂ)そして図
１１(Ｃ)へと次第に小さくなっている。従って、周波数
が図１１(Ａ)から図１１(Ｂ)そして図１１(Ｃ)へと次第
に大きくなっている。また、図１１(Ａ)、図１１(Ｂ)お
よび図１１(Ｃ)において、それぞれの振幅ａ１、振幅ａ
２および振幅ａ３は、図１１(Ａ)から図１１(Ｂ)そして
図１１(Ｃ)へと次第に大きくなっている。従って、アク
チュエータ１０６は、周波数および振幅の変化を検出す
ることによってインクの消費量を検出できる。

【０１１１】図１２は、アクチュエータ１０６の製造方
法を示す。複数のアクチュエータ１０６（図１２の例で
は４個）が一体に形成されている。図１２に示した複数
のアクチュエータの一体成形物を、それぞれのアクチュ
エータ１０６において切断することにより、図１３に示
すアクチュエータ１０６を製造する。図１２に示す一体
成形された複数のアクチュエータ１０６のそれぞれの圧
電素子が円形である場合、一体成形物をそれぞれのアク
チュエータ１０６において切断することにより、図８に
示すアクチュエータ１０６を製造することができる。複
数のアクチュエータを一体に形成することにより、複数
のアクチュエータを同時に効率良く製造することがで
き、運搬時の取り扱いが容易となる。

【０１１２】アクチュエータ１０６は、薄板又は振動板
１７６、基板１７８、弾性波発生手段又は圧電素子１７
４、端子形成部材又は上部電極端子１６８、及び端子形
成部材又は下部電極端子１７０を有する。圧電素子１７
４は、圧電振動板又は圧電層１６０、上電極又は上部電
極１６４、及び下電極又は下部電極１６６を含む。基板
１７８の上面に振動板１７６が、形成され、振動板１７
６の上面に下部電極１６６が形成されている。下部電極
１６６の上面には、圧電層１６０が形成され、圧電層１
６０の上面に、上部電極１６４が、形成されている。し
たがって、圧電層１６０の主要部は、上部電極１６４の
主要部及び下部電極１６６の主要部によって、上下から
挟まれるように形成されている。

【０１１３】振動板１７６上に複数（図１２の例では４
個）の圧電素子１７４が形成されている。振動板１７６
の表面に下部電極１６６が形成され、下部電極１６６の
表面に圧電層１６０が形成され、圧電層１６０の上面に
上部電極１６４が形成される。上部電極１６４及び下部
電極１６６の端部に上部電極端子１６８及び下部電極端
子１７０が形成される。４個のアクチュエータ１０６
は、それぞれ別々に切断されて個別に使用される。

【０１１４】図１３は、圧電素子が矩形のアクチュエー
タ１０６の一部分の断面を示す。

【０１１５】図１４は、図１３に示したアクチュエータ
１０６の全体の断面を示す。基板１７８の圧電素子１７
４と対向する面には、貫通孔１７８ａが形成されてい
る。貫通孔１７８ａは振動板１７６によって封止されて
いる。振動板１７６はアルミナや酸化ジルコニア等の電
気絶縁性を備え、かつ弾性変形可能な材料によって形成
されている。貫通孔１７８ａと対向するように、圧電素
子１７４が振動板１７６上に形成されている。下部電極
１６６は貫通孔１７８ａの領域から一方向、図１４では
左方に延びるように振動板１７６の表面に形成されてい
る。上部電極１６４は貫通孔１７８ａの領域から下部電
極とは反対の方向に、図１４では右方に延びるように圧
電層１６０の表面に形成されている。上部電極端子１６
８及び下部電極端子１７０は、それぞれ補助電極１７２
及び下部電極１６６の上面に形成されている。下部電極
端子１７０は下部電極１６６と電気的に接触し、上部電
極端子１６８は補助電極１７２を介して上部電極１６４
と電気的に接触して、圧電素子とアクチュエータ１０６
の外部との間の信号の受け渡しをする。上部電極端子１
６８及び下部電極端子１７０は、電極と圧電層とを合わ
せた圧電素子の高さ以上の高さを有する。

【０１１６】図１５は、図１２に示したアクチュエータ
１０６の製造方法を示す。まず、グリーンシート９４０
にプレスあるいはレーザー加工等を用いて貫通孔９４０
ａを穿孔する。グリーンシート９４０は焼成後に基板１
７８となる。グリーンシート９４０はセラミック等の材
料で形成される。次に、グリーンシート９４０の表面に
グリーンシート９４１を積層する。グリーンシート９４
１は、焼成後に振動板１７６となる。グリーンシート９
４１は、酸化ジルコニア等の材料で形成される。次に、
グリーンシート９４１の表面に導電層９４２、圧電層１
６０、導電層９４４を圧膜印刷等の方法で順次形成す
る。導電層９４２は、後に下部電極１６６となり、導電
層９４４は、後に上部電極１６４となる。次に、形成さ
れたグリーンシート９４０、グリーンシート９４１、導
電層９４２、圧電層１６０、及び導電層９４４を乾燥し
て焼成する。スペーサ部材９４７、９４８は、上部電極
端子１６８と下部電極端子１７０の高さを底上げして圧
電素子より高くする。スペーサ部材９４７、９４８は、
グリーンシート９４０、９４１と同材料を印刷、あるい
はグリーンシートを積層して形成する。このスペーサ部
材９４７，９４８により貴金属である上部電極端子１６
８及び下部電極端子１７０の材料が少なくて済む上に、
上部電極端子１６８及び下部電極端子１７０の厚みを薄
くできるので、上部電極端子１６８及び下部電極端子１
７０を精度良く印刷でき、さらに安定した高さとするこ
とができる。

【０１１７】導電層９４２の形成時に導電層９４４との
接続部９４４’及びスペーサ部材９４７及び９４８を同
時に形成すると、上部電極端子１６８及び下部電極端子
１７０を容易に形成したり、強固に固定することができ
る。最後に、導電層９４２及び導電層９４３の端部領域
に、上部電極端子１６８及び下部電極端子１７０を形成
する。上部電極端子１６８及び下部電極端子１７０を形
成する際、上部電極端子１６８及び下部電極端子１７０
が、圧電層１６０に電気的に接続されるように形成す
る。

【０１１８】図１６は、本発明が適用されるインクカー
トリッジのさらに他の実施形態を示す。図１６（Ａ）
は、本実施形態によるインクカートリッジの底部の断面
図である。本実施形態のインクカートリッジは、インク
を収容する容器１の底面１ａに貫通孔１ｃを有する。貫
通孔１ｃの底部はアクチュエータ６５０によって塞がれ
ている。貫通孔１ｃは容器１の底面１ａに設けられてい
る傾斜面に配備される。アクチュエータ６５０は、貫通
孔１ｃを介してインクカートリッジ内のインクと接触す
る。ただし、インクカートリッジとアクチュエータ６５
０とは液密に取り付けられる。また、貫通孔１ｃの下方
の端は、インクの液面に対して平行な面を有し、貫通孔
１ｃにインクが残留しないように形成する。

【０１１９】図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）に示したア
クチュエータ６５０及び貫通孔１ｃの詳細な断面を示
す。図１６（Ｃ）は、図１６（Ｂ）に示したアクチュエ
ータ６５０及び貫通孔１ｃの平面を示す。アクチュエー
タ６５０は振動板７２および振動板７２に固定された圧
電素子７３とを有する。振動板７２及び基板７１を介し
て圧電素子７３が貫通孔１ｃに対向するように、アクチ
ュエータ６５０は、容器１の底面に固定される。振動板
７２は、弾性変形可能で耐インク性を備える。

【０１２０】容器１のインク量に依存して、圧電素子７
３及び振動板７２の残留振動によって発生する逆起電力
の振幅及び周波数が変化する。アクチュエータ６５０に
対向する位置に貫通孔１ｃが形成されているが、貫通孔
１ｃの下方の端にインクの液面に対して平行な面があ
る。従って、貫通孔１ｃにインクが残留しない。それに
よって、アクチュエータ６５０が検知する逆起電力の振
幅及び周波数の変化が、インクの消費状態によって顕著
になる。従って、アクチュエータ６５０が誤ってインク
の消費状態を検出することがない。

【０１２１】一方で、貫通孔１ｃ内に所定の量のインク
を残留させるように設計してもよい。貫通孔１ｃ内にイ
ンクを残留させる場合においても、貫通孔１ｃに確保さ
れるインク量により決まるアクチュエータ６５０の振動
の特性を予め測定しておくことにより、容器１のインク
エンドを確実に検出することができる。

【０１２２】図１７はアクチュエータの他の実施形態を
示す斜視図である。アクチュエータ６６０は、アクチュ
エータ６６０を構成する基板または取付プレート７８の
貫通孔１ｃよりも外側にパッキン７６を有する。アクチ
ュエータ６６０の外周にはカシメ孔７７が形成されてい
る。アクチュエータ６６０は、カシメ孔７７を介してカ
シメにより容器１に固定される。

【０１２３】図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）は、アク
チュエータの更に他の実施形態を示す斜視図である。本
実施形態においては、アクチュエータ６７０は、凹部形
成基板８０および圧電素子８２を備える。凹部形成基板
８０の一方の面には凹部８１がエッチング等の手法によ
り形成され、他方の面には圧電素子８２が取り付けられ
る。凹部形成基板８０のうち、凹部８１の底部が振動領
域として作用する。従って、アクチュエータ６７０の振
動領域は凹部８１の周縁によって規定される。また、ア
クチュエータ６７０は、図８の実施例によるアクチュエ
ータ１０６のうち、基板１７８および振動板１７６が一
体として形成された構造と類似する。従って、インクカ
ートリッジを製造する際に製造工程を短縮することがで
き、コストを低減させる。アクチュエータ６７０は、容
器１に設けられた貫通孔１ｃに埋め込み可能なサイズで
ある。それによって、凹部８１がキャビティとしても作
用することができる。尚、図８の実施例によるアクチュ
エータ１０６を、図１８の実施例によるアクチュエータ
６７０と同様に貫通孔１ｃに埋め込み可能なように形成
してもよい。

【０１２４】図１８(Ｂ)に示すように、アクチュエータ
６７０は、インクカートリッジの底面１ａに設けられた
傾斜面１００１に配備されている。底面１ａの傾斜面１
００１には、開口１００２が設けられている。図１８
(Ａ)のアクチュエータ６７０は、開口１００２に液密に
勘合する。それによって、アクチュエータ６７０は、イ
ンクの液面に対し傾斜するように配備される。また、ア
クチュエータ６７０がインクカートリッジ内のインクと
接触できる。

【０１２５】図１９は、アクチュエータ１０６を取り付
けモジュール体１００として一体形成した構成を示す斜
視図である。モジュール体１００はインクカートリッジ
の容器１の所定個所に装着される。モジュール体１００
は、インク液中の少なくとも音響インピーダンスの変化
を検出することにより、容器1内の液体の消費状態を検
知するように構成されている。本実施形態のモジュール
体１００は、容器１にアクチュエータ１０６を取り付け
るための液体容器取付部１０１を有する。液体容器取付
部１０１は、平面がほぼ矩形の基台１０２上に駆動信号
により発振するアクチュエータ１０６を収容した円柱部
１１６を載せた構造となっている。モジュール体１００
が、インクカートリッジに装着されたときに、モジュー
ル体１００のアクチュエータ１０６が外部から接触でき
ないように構成されているので、アクチュエータ１０６
を外部の接触から保護することができる。なお、円柱部
１１６の先端側エッジは丸みが付けられていて、インク
カートリッジに形成された孔へ装着する際に嵌めやすく
なっている。

【０１２６】図２０は、図１９に示したモジュール体１
００の構成を示す分解図である。モジュール体１００
は、樹脂からなる液体容器取付部１０１と、プレート１
１０および凹部１１３を有する圧電装置装着部１０５と
を含む。さらに、モジュール体１００は、リードワイヤ
１０４ａ及び１０４ｂ、アクチュエータ１０６、および
フィルム１０８を有する。好ましくは、プレート１１０
は、ステンレス又はステンレス合金等の錆びにくい材料
から形成される。液体容器取付部１０１に含まれる円柱
部１１６および基台１０２は、リードワイヤ１０４ａ及
び１０４ｂを収容できるよう中心部に開口部１１４が形
成され、アクチュエータ１０６、フィルム１０８、及び
プレート１１０を収容できるように凹部１１３が形成さ
れる。アクチュエータ１０６はプレート１１０にフィル
ム１０８を介して接合され、プレート１１０およびアク
チュエータ１０６は液体容器取付部１０１に固定され
る。従って、リードワイヤ１０４ａ及び１０４ｂ、アク
チュエータ１０６、フィルム１０８およびプレート１１
０は、液体容器取付部１０１に一体として取り付けられ
る。リードワイヤ１０４ａ及び１０４ｂは、それぞれア
クチュエータ１０６の上部電極及び下部電極と結合して
圧電層に駆動信号を伝達し、一方、アクチュエータ１０
６が検出した共振周波数の信号を記録装置等へ伝達す
る。アクチュエータ１０６は、リードワイヤ１０４ａ及
び１０４ｂから伝達された駆動信号に基づいて一時的に
発振する。アクチュエータ１０６は発振後に残留振動
し、その振動によって逆起電力を発生させる。このと
き、逆起電力波形の振動周期を検出することによって、
液体容器内の液体の消費状態に対応した共振周波数を検
出することができる。フィルム１０８は、アクチュエー
タ１０６とプレート１１０とを接着してアクチュエータ
を液密にする。フィルム１０８は、ポリオレフィン等に
よって形成し、熱融着で接着することが好ましい。

【０１２７】プレート１１０は円形状であり、基台１０
２の開口部１１４は円筒状に形成されている。アクチュ
エータ１０６及びフィルム１０８は矩形状に形成されて
いる。リードワイヤ１０４、アクチュエータ１０６、フ
ィルム１０８、及びプレート１１０は、基台１０２に対
して着脱可能としてもよい。基台１０２、リードワイヤ
１０４、アクチュエータ１０６、フィルム１０８、及び
プレート１１０は、モジュール体１００の中心軸に対し
て対称に配置されている。更に、基台１０２、アクチュ
エータ１０６、フィルム１０８、及びプレート１１０の
中心は、モジュール体１００のほぼ中心軸上に配置され
ている。

【０１２８】基台１０２の開口部１１４の面積は、アク
チュエータ１０６の振動領域の面積よりも大きく形成さ
れている。プレート１１０の中心でアクチュエータ１０
６の振動部に直面する位置には、貫通孔１１２が形成さ
れている。図８および図９に示したようにアクチュエー
タ１０６にはキャビティ１６２が形成され、貫通孔１１
２とキャビティ１６２は、共にインク溜部を形成する。
プレート１１０の厚さは、残留インクの影響を少なくす
るために貫通孔１１２の径に比べて小さいことが好まし
い。例えば貫通孔１１２の深さはその径の３分の１以下
の大きさであることが好ましい。貫通孔１１２は、モジ
ュール体１００の中心軸に対して対称なほぼ真円の形状
である。また貫通孔１１２の面積は、アクチュエータ１
０６のキャビティ１６２の開口面積よりも大きい。貫通
孔１１２の断面の周縁はテ-パ形状であっても良いしス
テップ形状でもよい。モジュール体１００は、貫通孔１
１２が容器１の内側へ向くように容器１の側部、上部、
又は底部に装着される。インクが消費されアクチュエー
タ１０６周辺のインクがなくなると、アクチュエータ１
０６の共振周波数が大きく変化するので、インクの水位
変化を検出することができる。

【０１２９】図２１は、図１９に示したモジュール体１
００を容器１に装着したときのインク容器の底部近傍の
断面図である。モジュール体１００は、容器１の側壁を
貫通するように装着されている。容器１の側壁とモジュ
ール体１００との接合面には、Ｏリング３６５が設けら
れ、モジュール体１００と容器１との液密を保ってい
る。Ｏリングでシールが出来るようにモジュール体１０
０は図１９で説明したような円柱部を備えることが好ま
しい。モジュール体１００の先端が容器１の内部に挿入
されることで、プレート１１０の貫通孔１１２を介して
容器１内のインクがアクチュエータ１０６と接触する。
アクチュエータ１０６の振動部の周囲が液体か気体かに
よってアクチュエータ１０６の残留振動の共振周波数が
異なるので、モジュール体１００を用いてインクの消費
状態を検出することができる。また、モジュール体１０
０に限らず、他の形態のモジュール体を容器１に装着し
てインクの有無を検出してもよい。

【０１３０】図２２は、本発明が適用される単色、例え
ばブラックインク用のインクカートリッジの一実施形態
の断面図である。インクを収容する容器１には、記録装
置のインク供給針に接合するインク供給口２が設けられ
ている。容器１の底面１ａには、アクチュエータ１０６
を備えたモジュール体１００が容器を介して内部のイン
クに接触できるように取付けられている。インクＫがほ
ぼ消費されつくした段階、つまりインクニアエンドとな
った時点で、アクチュエータ１０６に接触する媒体がイ
ンクから気体へと変更するように設けられている。容器
１は、液体の液面に対し傾斜する傾斜面１０２５を有
し、モジュール体１００はその傾斜面１０２５に配備さ
れる。従って、アクチュエータ１０６の振動領域は、イ
ンクカートリッジ内のインクの液面に対し傾斜するよう
に配備される。

【０１３１】本実施例において、インクの液面に対して
傾斜する傾斜面１０２５は、インク供給口２が設けられ
ている供給口形成面１０１０に隣接する隣接面１０２０
に設けられている。しかし、傾斜面１０２５は、隣接面
１０２０に設けられることに限定されない。例えば、傾
斜面１０２５を供給口形成面１０１０に設け、モジュー
ル体１００を供給口形成面１０１０に設けられた傾斜面
１０２５に配備してもよい。

【０１３２】傾斜面１０２５の傾斜の角度は特定しな
い。しかし、アクチュエータ１０６の振動領域のインク
液面に対する傾斜の角度が、約３０度から約６０度にな
るように傾斜面１０２５の傾斜の角度を設定することが
好ましい。

【０１３３】また、インク供給口２にはパッキン４及び
弁体６が設けられている。図３に示すように、パッキン
４は記録ヘッド３１に連通するインク供給針３２と液密
に係合する。弁体６は、バネ５によってパッキン４に対
して弾接されている。インク供給針３２が挿入される
と、弁体６はインク供給針３２に押されてインク流路を
開放し、容器１内のインクがインク供給口２およびイン
ク供給針３２を介して記録ヘッド３１へ供給される。容
器１の上壁の上には、インクカートリッジ内のインクに
関する情報を格納した半導体記憶手段７が装着されてい
る。

【０１３４】図２２では、モジュール体１００は１つだ
けインクカートリッジに配備されている。しかし、モジ
ュール体１００の数は限定しない。従って、複数のモジ
ュール体１００をインクカートリッジの傾斜面に配備し
てもよい。

【０１３５】図２３は、複数種類のインクを収容するイ
ンクカートリッジの一実施例を示す裏側から見た斜視図
である。容器８は、隔壁により３つのインク室９、１０
及び１１に分割される。それぞれのインク室には、イン
ク供給口１２、１３及び１４が形成されている。それぞ
れのインク室９、１０及び１１の底面８ａには、モジュ
ール体１００ａ、１００ｂおよび１００ｃが、それぞれ
インク室９、１０及び１１内のインクと接触できるよう
に開口（図示せず）が設けられている。モジュール体１
００ａ、１００ｂおよび１００ｃは、それぞれのインク
室９、１０及び１１の底面８ａに設けられた開口に液密
に取り付けられる。それによって、モジュール体１００
ａ、１００ｂおよび１００ｃのそれぞれのアクチュエー
タ１０６の振動部は、各インク室９、１０及び１１内に
収容されているインクに接触でき、かつインクが各イン
ク室９、１０及び１１から液漏れすることがない。

【０１３６】底面８ａは、液体の液面に対し傾斜する傾
斜面１０３０を有する。モジュール体１００ａ、１００
ｂおよび１００ｃは、傾斜面１０３０に配備される。そ
れによってモジュール体１００ａ、１００ｂおよび１０
０ｃは、インクの液面に対し傾斜するように配備され
る。

【０１３７】本実施例において、インクの液面に対して
傾斜する傾斜面１０３０は、インク供給口１２、１３、
１４が設けられている供給口形成面１０１１に隣接する
隣接面（本実施例では底面８ａ）に設けられている。し
かし、傾斜面は、底面８ａに設けられることに限定され
ない。傾斜面は、供給口形成面１０１１に設けてもよ
い。モジュール体１００ａ、１００ｂおよび１００ｃ
は、供給口形成面１０１１に設けられた傾斜面に配備し
てもよい。また、本実施例では、傾斜面１０３０は、イ
ンクカートリッジの容器８のうち同一の面に設けてい
る。しかし、傾斜面は、各インク室９、１０及び１１に
ついて、インクカートリッジの容器８のうち異なる面に
設けてもよい。従って、モジュール体１００ａ、１００
ｂおよび１００ｃは、インクカートリッジの容器８のう
ち同一の面に配備してもよく、互いに異なる面に配備し
てもよい。

【０１３８】傾斜面１０３０の傾斜の角度は特定しな
い。しかし、モジュール体１００ａ、１００ｂおよび１
００ｃの振動領域のインクの液面に対する傾斜の角度
が、約３０度から約６０度になるように傾斜面１０３０
の傾斜の角度を設定することが好ましい。

【０１３９】図２４は、図２２及び図２３に示したイン
クカートリッジに適したインクジェット記録装置の要部
の実施形態を示す断面図である。記録用紙の幅方向に往
復動可能なキャリッジ３０は、サブタンクユニット３３
を備えていて、記録ヘッド３１がサブタンクユニット３
３の下面に設けられている。また、インク供給針３２は
サブタンクユニット３３のインクカートリッジ搭載面側
に設けられている。

【０１４０】モジュール体１００がインクの液面に対し
傾斜するように配備されることによって、インクカート
リッジ内のインクが徐々に減少していく様子を検出する
ことができる。また、モジュール体１００にキャビティ
がある場合には、モジュール体１００が傾斜しているの
で、インクエンドにおいてキャビティ内にインクを残存
させないことを可能にし、インクの消費状態の検出を容
易にするように設計することもできる。

【０１４１】図２５は、本発明に従った実施例としての
サブタンクユニットの断面図である。サブタンクユニッ
ト３３は、インク供給針３２、インク室３４、膜弁３
６、及びフィルタ３７を有する。インク室３４内には、
インクカートリッジからインク供給針３２を介して供給
されるインクが収容される。膜弁３６は、インク室３４
とインク供給口３５との間の圧力差により開閉するよう
設計されている。インク供給口３５は記録ヘッド３１に
連通しており、インクが記録ヘッド３１まで供給される
構造となっている。

【０１４２】図２４に示すように、容器１のインク供給
口２をサブタンクユニット３３のインク供給針３２に挿
通すると、弁体６がバネ５に抗して後退し、インク流路
が形成され、容器１内のインクがインク室３４に流れ込
む。インク室３４にインクが充填された段階で、記録ヘ
ッド３１のノズル開口に負圧を作用させて記録ヘッド３
１にインクを充填した後、記録動作を実行する。

【０１４３】振動体３９の動作により記録ヘッド３１
（図２４参照）においてインクが消費されると、膜弁３
６の下流側の圧力が低下するので、図２５に示すよう
に、膜弁３６が弁体３８から離れて開弁する。膜弁３６
が開くことにより、容器３４のインクはインク供給口３
５を介して記録ヘッド３１に流れこむ。記録ヘッド３１
へのインクの流入に伴なって、容器１のインクは、イン
ク供給針３２を介してサブタンクユニット３３に流れ込
む。

【０１４４】サブタンクユニット３３内において、振動
体３９の下側には供給口形成面１０４０が設けられてい
る。供給口形成面１０４０は、サブタンクユニット３３
内のインクの液面に対して傾斜している。供給口形成面
１０４０の一方にアクチュエータ１０６が配備されてい
る。それによってアクチュエータ１０６は、インクの液
面に対し傾斜するように配備される。

【０１４５】図２６は、本発明に従った実施例としての
サブタンクユニットの他の断面図である。本実施例で
は、サブタンクユニット３３に設けられた供給口形成面
１０４０の他方にアクチュエータ１０６が配備されてい
る。

【０１４６】図２７は、本発明に従った実施例としてさ
らに他のサブタンクユニットの断面図である。サブタン
クユニット３３のインクが収容される容器３４のうち、
インク供給口３５が設けられている供給口形成面１０４
０に隣接する隣接面１０５０の一部分がインクの液面に
対して傾斜する。アクチュエータ１０６は、隣接面１０
５０のインクの液面に対し傾斜する傾斜面に配備され
る。それによって、アクチュエータ１０６は、インクの
液面に対し傾斜するように配備される。

【０１４７】図２８は、本発明に従った実施例としての
サブタンクユニットのさらに他の断面図である。サブタ
ンクユニット３３のインクが収容される容器３４のう
ち、インク供給口３５が設けられている供給口形成面１
０４０に隣接する隣接面１０６０の少なくとも一部分が
インクの液面に対して傾斜する。アクチュエータ１０６
は、隣接面１０６０のインクの液面に対し傾斜する傾斜
面に配備される。それによって、アクチュエータ１０６
は、インクの液面に対し傾斜するように配備される。

【０１４８】図２９および図３０は、アクチュエータ１
０６がサブタンクユニット３３の供給口形成面１０４０
に隣接する隣接面１０５０または隣接面１０６０に配備
されている他の実施例を示す。本実施例では、アクチュ
エータ１０６が隣接面１０５０または隣接面１０６０の
うち、供給口３５に比較的近い位置に配備されている。
アクチュエータ１０６が供給口３５に比較的近いことに
よって、アクチュエータ１０６は、サブタンクユニット
３３のインクエンドにより近い位置でのインクの消費量
を検出することができる。

【０１４９】アクチュエータ１０６は、さらに隣接面１
０５０または隣接面１０６０のうち、供給口３５に近い
位置に配備してもよい。例えば、図２９および図３０に
おける膜弁３６の近傍の隣接面１０５０または隣接面１
０６０にアクチュエータ１０６を配備してもよい（図示
せず）。また、アクチュエータ１０６は、インク供給口
に直接配備してもよい。

【０１５０】図３１は、本発明に従った実施例としての
サブタンクユニットのさらに他の断面図である。本実施
例では、サブタンクユニット３３内の膜弁３６側へイン
クを供給するインク供給口１３５にインクの液面に対し
傾斜する傾斜面ｗを設ける。インク供給口１３５に設け
られた傾斜面にアクチュエータ１０６を配備することに
よって、アクチュエータ１０６はインクの液面に対し傾
斜するように配備される。

【０１５１】本実施例では、傾斜面ｗにアクチュエータ
１０６を配備しているが、アクチュエータ１０６は傾斜
面ｘ、傾斜面ｙ、傾斜面ｚに配備してもよい。

【０１５２】図３２は、本発明に従った実施例としての
サブタンクユニットのさらに他の断面図である。本実施
例では、サブタンクユニット３３内の記録ヘッドへイン
クを供給するインク供給口３５にインクの液面に対し傾
斜する傾斜面ｘ'を設ける。インク供給口３５に設けら
れた傾斜面ｘ'にアクチュエータ１０６を配備すること
によって、アクチュエータ１０６はインクの液面に対し
傾斜するように配備される。

【０１５３】本実施例では、傾斜面ｘ'にアクチュエー
タ１０６を配備しているが、アクチュエータ１０６は傾
斜面ｘ'に対向する傾斜面ｙ'に配備してもよい。

【０１５４】アクチュエータ１０６をサブタンクユニッ
ト３３に貼着することにより、サブタンクユニット３３
自体に残量を検出する機能を付与することができる。本
実施例によれば、インクカートリッジの成形時における
液面検出用の電極の埋め込みや、アクチュエータ１０６
の埋め込みが不要となるので、射出成形工程が簡素化さ
れ、電極埋めこみ領域からの液漏れがなくなり、インク
カートリッジの信頼性が向上できる。

【０１５５】図３３は、本発明のインクカートリッジの
更に他の実施例を示す。図３３に示した実施例において
は、底面１ａの全体が上下方向に斜めに形成される。モ
ジュール体１００は、底面１ａに装着される。底面１ａ
には開口が設けられている。モジュール体１００のアク
チュエータ１０６の振動部は底面１ａに設けられた開口
を介してインクカートリッジ内のインクと接触する。

【０１５６】図３３の実施例によれば、インクが消費さ
れ、モジュール体１００の一部が液面から露出するよう
になると、モジュール体１００のアクチュエータ１０６
が液面の変化Δｈ３に対応して連続的に液面を検出す
る。したがって、インクカートリッジのインク残量の変
化の過程を正確に検出することができる。

【０１５７】図３４は、本発明のインクカートリッジの
更に他の実施例を示す。図３４に示した実施例において
は、底面１ａの全体が上下方向に斜めに形成される。複
数のモジュール体１００は、底面１ａに装着される。底
面１ａには開口が設けられている。複数のモジュール体
１００のアクチュエータ１０６の振動部は底面１ａに設
けられた開口を介してインクカートリッジ内のインクと
接触する。

【０１５８】図３４の実施例によれば、複数のモジュー
ル体１００は、それぞれインクの液面に対して互いに異
なる高さに配備されている。従って、インクが消費され
たときに、複数のモジュール体１００が段階的にインク
の液面を検出する。したがって、インクカートリッジの
インク残量の変化の過程を正確に検出することができ
る。

【０１５９】図３５は、図８に示したアクチュエータ１
０６を用いたインクカートリッジ及びインクジェット記
録装置の実施形態を示す。複数のインクカートリッジ１
８０は、それぞれのインクカートリッジ１８０に対応し
た複数のインク導入部１８２及びヘッドプレート１８６
を有するインクジェット記録装置に装着される。複数の
インクカートリッジ１８０は、それぞれ異なった種類、
例えば色のインクを収容する。複数のインクカートリッ
ジ１８０のそれぞれの底面には、少なくとも音響インピ
ーダンスの変化を検出する手段であるアクチュエータ１
０６が装着されている。アクチュエータ１０６をインク
カートリッジ１８０に装着することによって、インクカ
ートリッジ１８０内のインク残量を検出することができ
る。尚、インクカートリッジ１８０の装着時において、
インクカートリッジ１８０は、インクの液面に対し傾斜
する。従って、インクカートリッジ１８０の側壁を傾斜
させずに、または側壁に傾斜面を設けずに、アクチュエ
ータ１０６をインクカートリッジ１８０の側壁に配備し
ても、アクチュエータ１０６の振動領域をインクの液面
に対して傾斜させることができる。

【０１６０】図３６は、インクジェット記録装置のヘッ
ド部周辺の詳細を示す。インクジェット記録装置は、イ
ンク導入部１８２、ホルダー１８４、ヘッドプレート１
８６、及びノズルプレート１８８を有する。インクを噴
射するノズル１９０がノズルプレート１８８に複数形成
されている。インク導入部１８２は空気供給口１８１と
インク導入口１８３とを有する。空気供給口１８１はイ
ンクカートリッジ１８０に空気を供給する。インク導入
口１８３はインクカートリッジ１８０からインクを導入
する。インクカートリッジ１８０は空気導入口１８５と
インク供給口１８７とを有する。空気導入口１８５はイ
ンク導入部１８２の空気供給口１８１から空気を導入す
る。インク供給口１８７はインク導入部１８２のインク
導入口１８３にインクを供給する。インクカートリッジ
１８０がインク導入部１８２から空気を導入することに
よって、インクカートリッジ１８０からインク導入部１
８２へのインクの供給を促す。ホルダー１８４は、イン
クカートリッジ１８０からインク導入部１８２を介して
供給されたインクをヘッドプレート１８６に連通する。

【０１６１】図３７は、図３６に示したインクカートリ
ッジ１８０の他の実施形態を示す。図３７のインクカー
トリッジ１８０Ａは、上下方向に斜めに形成された底面
１９４ａにアクチュエータ１０６が装着されている。イ
ンクカートリッジ１８０Ａのインク容器１９４の内部に
は、インク容器１９４の内部底面から所定の高さの、ア
クチュエータ１０６と直面する位置に防波壁１９２が設
けられている。アクチュエータ１０６が、インク容器１
９４の上下方向に対し斜めに装着されているので、イン
クの掃けが良好になる。

【０１６２】アクチュエータ１０６と防波壁１９２との
間には、インクで満たされた間隙が形成される。また、
防波壁１９２とアクチュエータ１０６との間隔は、毛細
管力によりインクが保持されない程度に空けられてい
る。インク容器１９４が横揺れしたときに、横揺れによ
ってインク容器１９４内部にインクの波が発生し、その
衝撃によって、気体や気泡がアクチュエータ１０６によ
って検出されてアクチュエータ１０６が誤作動する可能
性がある。防波壁１９２を設けることによって、アクチ
ュエータ１０６付近のインクの波を防ぎ、アクチュエー
タ１０６の誤作動を防ぐことができる。

【０１６３】図３８はインクカートリッジ１８０の更に
他の実施形態を示す。図３８（Ａ）はインクカートリッ
ジ１８０Ｃの断面図、図３８（Ｂ）は図３８（Ａ）に示
したインクカートリッジ１８０Ｃの側壁１９４ｂを拡大
した断面図、及び図３８（Ｃ）はその正面からの透視図
である。インクカートリッジ１８０Ｃは、半導体記憶手
段７とアクチュエータ１０６とが同一の回路基板６１０
上に形成されている。図３８（Ｂ）、（Ｃ）に示すよう
に、半導体記憶手段７は回路基板６１０の上方に形成さ
れ、アクチュエータ１０６は同一の回路基板６１０にお
いて半導体記憶手段７の下方に形成されている。アクチ
ュエータ１０６の周囲を囲むように異型Ｏリング６１４
が、側壁１９４ｂに形成される。側壁１９４ｂには、回
路基板６１０をインク容器１９４に接合するためのカシ
メ部６１６が複数形成されている。カシメ部６１６によ
って回路基板６１０をインク容器１９４に接合し、異型
Ｏリング６１４を回路基板６１０に押しつけることで、
アクチュエータ１０６の振動領域がインクと接触するこ
とをできるようにしつつ、インクカートリッジの外部と
内部とを液密に保つ。

【０１６４】半導体記憶手段７及び半導体記憶手段７付
近には端子６１２が形成されている。端子６１２は半導
体記憶手段７とインクジェット記憶装置等の外部との間
の信号の受け渡しをする。半導体記憶手段７は、例えば
ＥＥＰＲＯＭなどの書き換え可能な半導体メモリによっ
て構成されてもよい。半導体記憶手段７とアクチュエー
タ１０６とが同一の回路基板６１０上に形成さているの
で、アクチュエータ１０６及び半導体記憶手段７をイン
クカートリッジ１８０Ｃに取付ける際に１回の取付け工
程で済む。また、インクカートリッジ１８０Ｃの製造時
及びリサイクル時の作業工程が簡素化される。更に、部
品の点数が削減されるので、インクカートリッジ１８０
Ｃの製造コストが低減できる。

【０１６５】アクチュエータ１０６は、インク容器１９
４内のインクの消費状態を検知する。半導体記憶手段７
はアクチュエータ１０６が検出したインク残量などイン
クの情報を格納する。すなわち、半導体記憶手段７は検
出する際に用いられるインク及びインクカートリッジの
特性等の特性パラメータに関する情報を格納する。

【０１６６】半導体記憶手段７は、予めインク容器１９
４内のインクがフルのとき、すなわちインクがインク容
器１９４内に満たされたとき、又はエンドのとき、すな
わちインク容器１９４内のインクが消費されたときの共
振周波数を特性パラメータの一つとして格納する。イン
ク容器１９４内のインクがフル又はエンド状態の共振周
波数は、インク容器が初めてインクジェット記録装置に
装着されたときに格納されてもよい。また、インク容器
１９４内のインクがフル又はエンド状態の共振周波数
は、インク容器１９４の製造中に格納されてもよい。半
導体記憶手段７に予めインク容器１９４内のインクがフ
ル又はエンドのときの共振周波数を格納し、インクジェ
ット記録装置側で共振周波数のデータを読出すことによ
りインク残量を検出する際のばらつきを補正できるの
で、インク残量が基準値まで減少したことを正確に検出
することができる。尚、図３８（Ａ）に示すように、本
実施例では、回路基板６１０をインクの液面に対して傾
斜して取り付けている。それによって、アクチュエータ
１０６は、インクの液面に対し傾斜するように配備され
る。

【０１６７】図３９は、インクカートリッジ１８０の更
に他の実施形態を示す。図３９（Ａ）に示すインクカー
トリッジ１８０Ｄは、インク容器１９４の側壁１９４ｂ
に複数のアクチュエータ１０６を装着する。図１２に示
した、一体成形された複数のアクチュエータ１０６を、
これら複数のアクチュエータ１０６として用いることが
好ましい。複数のアクチュエータ１０６は、上下方向に
間隔をおいて側壁１９４ｂに配置されている。複数のア
クチュエータ１０６を上下方向に間隔をおいて側壁１９
４ｂに配置することによって、インク残量を段階的に検
出することができる。

【０１６８】図３９（Ｂ）に示すインクカートリッジ１
８０Ｅは、インク容器１９４の側壁１９４ｂに上下方向
に長いアクチュエータ６０６を装着する。上下方向に長
いアクチュエータ６０６によって、インク容器１９４内
のインク残量の変化を連続的に検出することができる。
アクチュエータ６０６の長さは、側壁１９４ｂに高さの
半分以上の長さを有することが望ましく、図３９（Ｂ）
においては、アクチュエータ６０６は側壁１９４ｂのほ
ぼ上端からほぼ下端までの長さを有する。

【０１６９】図３９（Ｃ）に示すインクカートリッジ１
８０Ｆは、図３９（Ａ）に示したインクカートリッジ１
８０Ｄと同様に、インク容器１９４の側壁１９４ｂに複
数のアクチュエータ１０６を装着し、複数のアクチュエ
ータ１０６の直面に所定の間隔をおいて上下方向に長い
防波壁１９２を備える。図２４に示した、一体成形され
た複数のアクチュエータ１０６を、これら複数のアクチ
ュエータ１０６として用いることが好ましい。アクチュ
エータ１０６と防波壁１９２との間には、インクで満た
された間隙が形成される。また、防波壁１９２とアクチ
ュエータ１０６との間隔は、毛細管力によりインクが保
持されない程度に空けられている。インク容器１９４が
横揺れしたときに横揺れによってインク容器１９４内部
にインクの波が発生し、その衝撃によって気体や気泡が
アクチュエータ１０６によって検出されてしまい、アク
チュエータ１０６が誤作動する可能性がある。本発明の
ように防波壁１９２を設けることによって、アクチュエ
ータ１０６付近のインクの波立ちを防ぎ、アクチュエー
タ１０６の誤作動を防ぐことができる。また、防波壁１
９２はインクが揺動することに発生した気泡がアクチュ
エータ１０６に侵入するのを防ぐ。尚、図３９（Ａ）、
図３９（Ｂ）および図３９（Ｃ）に示すように、本実施
例では、インク供給口のある側壁に対向する側壁が傾斜
している。この側壁の傾斜面にアクチュエータ１０６を
配備している。それによって、アクチュエータ１０６
は、インクの液面に対し傾斜するように配備される。

【０１７０】図３８および図３９のインクカートリッジ
のようにアクチュエータ１０６がインクの液面に対して
傾斜して配備されることによって、インクカートリッジ
内のインクの消費量の連続的または段階的な検出をする
ことができる。また、インクの掃けが良好になる。

【０１７１】以上、キャリッジに装着される、キャリッ
ジと別体のインクカートリッジにおいて、インクカート
リッジ又はキャリッジにアクチュエータ１０６を装着す
る場合について述べたが、キャリッジと一体化され、キ
ャリッジと共に、インクジェット記録装置に装着される
インクタンクにアクチュエータ１０６を装着してもよ
い。更に、キャリッジと別体の、チューブ等を介して、
キャリッジにインクを供給するオフキャリッジ方式のイ
ンクタンクにアクチュエータ１０６を装着してもよい。
またさらに、記録ヘッドとインク容器とが一体となって
交換可能に構成されたインクカートリッジに、本発明の
アクチュエータを装着してもよい。

【０１７２】以上、本発明を実施の形態を用いて説明し
たが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範
囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又
は改良を加えることができる。その様な変更又は改良を
加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、
特許請求の範囲の記載から明らかである。

【０１７３】

【発明の効果】本発明による液体容器は、液体残量を正
確に検出でき、かつ複雑なシール構造を不要としたを提
供することができる。

【０１７４】本発明による液体容器は、液体容器の製造
工程が少なく、かつ製造コストが低廉であり、かつ液体
の種類に依らず液体容器内の液体の消費量を正確に検出
することができる。

【０１７５】本発明による液体容器は、液体容器内の液
体の消費量を連続的に検出することを可能にし、かつ液
体量が少量だけ消費された場合であってもその連続的な
変化を検出することができる。

【０１７６】本発明による液体容器は、液体が消費され
た後にキャビティ内に液体が残存させないことを可能に
し、液体の消費状態の検出を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単色、例えばブラックインク用のインクカート
リッジの一実施例を示す図である。

【図２】複数種類のインクを収容するインクカートリッ
ジの一実施例を示す図である。

【図３】図１及び２に示したインクカートリッジに適し
たインクジェット記録装置の一実施例を示す図である。

【図４】弾性波発生手段６５、１５、１６、及び１７の
製造方法を示す図である。

【図５】弾性波発生手段６５、１５、１６、及び１７の
斜視図を示す図である。

【図６】本発明のインクカートリッジの更に他の実施例
を示す図である。

【図７】図１または図６に示したインクカートリッジの
他の実施形態を示す図である。

【図８】アクチュエータ１０６の詳細を示す図である。

【図９】アクチュエータ１０６の詳細を示す図である。

【図１０】インクの密度とアクチュエータ１０６によっ
て検出されるインクの共振周波数との関係を示す図であ
る。

【図１１】アクチュエータ１０６の逆起電力波形を示す
図である。

【図１２】アクチュエータ１０６の他の実施形態を示す
図である。

【図１３】図１２に示したアクチュエータ１０６の一部
分の断面を示す図である。

【図１４】図１４に示したアクチュエータ１０６の全体
の断面を示す図である。

【図１５】図１２に示したアクチュエータ１０６の製造
方法を示す図である。

【図１６】本発明のインクカートリッジの更に他の実施
形態を示す図である。

【図１７】アクチュエータの他の実施形態を示す図であ
る。

【図１８】アクチュエータの更に他の実施形態を示す図
である。

【図１９】モジュール体１００を示す斜視図である。

【図２０】図１９に示したモジュール体１００の構成を
示す分解図である。

【図２１】図１９に示したモジュール体１００を容器１
に装着した断面の例を示す図である。

【図２２】本発明が適用される単色、例えばブラックイ
ンク用のインクカートリッジの一実施形態の断面図であ
る。

【図２３】複数種類のインクを収容するインクカートリ
ッジの一実施例を示す裏側から見た斜視図である。

【図２４】図２２及び図２３に示したインクカートリッ
ジに適したインクジェット記録装置の要部の実施形態を
示す断面図である。

【図２５】サブタンクユニットの詳細を示す断面図であ
る。

【図２６】サブタンクユニットの詳細を示す断面図であ
る。

【図２７】サブタンクユニットの詳細を示す断面図であ
る。

【図２８】サブタンクユニットの詳細を示す断面図であ
る。

【図２９】サブタンクユニットの詳細を示す断面図であ
る。

【図３０】サブタンクユニットの詳細を示す断面図であ
る。

【図３１】サブタンクユニットの詳細を示す断面図であ
る。

【図３２】サブタンクユニットの詳細を示す断面図であ
る。

【図３３】本発明のインクカートリッジの更に他の実施
例を示す図である。

【図３４】本発明のインクカートリッジの更に他の実施
例を示す図である。

【図３５】図８および図９に示したアクチュエータ１０
６を用いたインクカートリッジ及びインクジェット記録
装置の実施形態を示す図である。

【図３６】インクジェット記録装置の詳細を示す図であ
る。

【図３７】図３６に示したインクカートリッジ１８０の
他の実施形態を示す図である。

【図３８】インクカートリッジ１８０の更に他の実施形
態を示す図である。

【図３９】インクカートリッジ１８０の更に他の実施形
態を示す図である。

【符号の説明】

１・・・容器 １ａ・・・底面 １ｂ・・・側壁 １ｃ、９４０ａ・・・貫通孔 １ｄ、・・・側面 １ｅ、１ｆ・・・段差部 ２・・・インク供給口 ３、１５、１６、１７、４１、６５、６６、７０・・・
弾性波発生手段 ４・・・パッキン ５・・・バネ ６・・・弁体 ７・・・半導体記憶手段 ８・・・容器 ８ａ・・・底面 ９、１０、１１・・・インク室 １２、１３、１４・・・インク供給口 ２０・・・固定基板 ２１、２３・・・導電材料層 ２１ａ、２３ａ・・・接続端子 ２２・・・グリーンシート ３０・・・キャリッジ ３１・・・記録ヘッド ３２・・・インク供給針 ３３・・・サブタンクユニット ３４・・・インク室 ３５・・・インク供給口 ３６・・・膜弁 ３７・・・フィルタ ３８・・・弁体 ６７・・・板材 ６８・・・フロート ７１・・・接着剤層 ７２、８０、１７８・・・基板 ７３、８２、圧電振動板 ７６・・・パッキン ７７・・・カシメ孔 ８１・・・凹部 １００・・・モジュール １０２・・・基台 １０４・・・リードワイヤ １０６、６５０、６６０、６７０・・・アクチュエータ １０８・・・フィルム １１０・・・プレート １１２・・・貫通孔 １１３・・・凹部 １１４・・・開口部 １１６・・・円柱部 １６０・・・圧電層 １６２・・・キャビティ １６４・・・上部電極 １６６・・・下部電極 １６８・・・上部電極端子 １７０・・・下部電極端子 １７２・・・補助電極 １７４・・・圧電素子 １７６・・・振動板 １８０・・・インクカートリッジ １８１・・・空気供給口 １８２・・・インク導入部 １８３・・・インク導入口 １８４・・・弁部 １８５・・・空気導入口 １８６・・・ヘッドプレート １８７・・・インク供給口 １８８・・・ノズルプレート １８９・・・切替弁 １９０・・・ノズル １９２・・・防波壁 １９４・・・インク容器 １９４ａ・・・底面 １９４ｂ・・・側壁 ４０８、５０８・・・フィルム ６０６・・・アクチュエータ ６１０・・・基板 ６１２・・・端子 ９４０、９４１・・・グリーンシート ９４２、９４４・・・導電層 ９４４’・・・接続部 ９４７、９４８・・・補助導電層 １００８・・・傾斜面 １０３０、１０２５・・・傾斜面 １０１１、１０１０、１０４０・・・供給口形成面 １０２０、１０５０、１０６０・・・隣接面 Δｈ１、Δｈ３・・・液面の変化 Ｋ・・・インク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 41/09 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｕ 41/08 Ｃ 41/187 Ｚ 41/18 １０１Ｄ (72)発明者 碓井 稔 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C056 EA29 EB20 EB51 KC05 KD06 2F013 BF00 BG12 CB10 2F014 AA01 AA07 AB01 AB02 AB03 CB01 FB01 3E062 AA06 AB01 BA20 BB02 BB10 KA04 KB03 KB15 MA15

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体を収容する容器と、前記液体を供給
   する液体供給口と、前記容器内の前記液体の消費状態を
   検出する圧電装置と、を備え、 前記圧電装置は、前記液体の液面に対し傾斜するように
   配備されることを特徴とする液体容器。
2. 【請求項２】 前記容器は、前記液体の液面に対し傾斜
   する傾斜面を有し、 前記圧電装置は、前記傾斜面に配備されることを特徴と
   する請求項１に記載の液体容器。
3. 【請求項３】 前記傾斜面に開口が設けられ、前記圧電
   装置は前記開口に液密に嵌合することを特徴とする請求
   項２に記載の液体容器。
4. 【請求項４】 前記圧電装置は振動部を有し、前記振動
   部が、前記液体に接触することを特徴とする請求項３に
   記載の液体容器。
5. 【請求項５】 前記傾斜面は、前記容器のうち、前記液
   体供給口が配備される供給口形成面に含まれることを特
   徴とする請求項２に記載の液体容器。
6. 【請求項６】 前記傾斜面は、前記容器のうち、前記液
   体供給口がある供給口形成面に隣接する隣接面に含まれ
   ることを特徴とする請求項２に記載の液体容器。
7. 【請求項７】 前記圧電装置の前記液体の液面に対する
   傾斜の角度が、約３０度から約６０度であることを特徴
   とする請求項１に記載の液体容器。
8. 【請求項８】 前記圧電装置は、音響インピーダンスに
   基づいて前記液体の消費状態を検出することを特徴とす
   る請求項１から請求項７のいずれかに記載の液体容器。
9. 【請求項９】 前記圧電装置は、振動を生ずる振動部を
   有し、前記振動部に残留する残留振動によって発生する
   逆起電力に基づいて、前記液体の消費状態を検出するこ
   とを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載
   の液体容器。
10. 【請求項１０】 前記圧電装置によって検出された前記
    液体の消費状態の情報を記憶する記憶手段と、前記圧電
    装置とが一体に設けられた基板を前記液体の液面に対し
    傾斜するように当該液体容器に取り付けられていること
    を特徴とする請求項１に記載の液体容器。
11. 【請求項１１】 インク滴を吐出する記録ヘッドを有す
    るインクジェット記録装置に装着され、前記記録ヘッド
    へ液体を供給することを特徴とする請求項１から請求項
    １０のいずれかに記載の液体容器。