JP2001147145A

JP2001147145A - 液体消費検出方法および記録装置制御方法

Info

Publication number: JP2001147145A
Application number: JP2000146969A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tsukada; 憲児塚田; Munehide Kanetani; 宗秀金谷; Minoru Usui; 稔碓井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 2000-05-18
Publication date: 2001-05-29
Anticipated expiration: 2020-05-18
Also published as: JP2001147146A; JP2001146030A; JP4600696B2; JP4240077B2; JP3965866B2; JP2006327203A; JP2007106130A; JP2007192838A; JP2001146031A; JP4154833B2; JP3818018B2; JP2001146027A; JP2008201142A; JP2001146029A; JP3804401B2; JP4715918B2; JP2001146026A; JP2006088710A; JP2009080135A; JP2001146024A

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の液体センサを効率よく使って液面位置
を検出する。【解決手段】インクカートリッジ８００にはインクが
収納されている。液体センサ８０２〜８０６は、それぞ
れ圧電素子を有し、振動に基づいて、液面が液体センサ
を通過したか否かを検出する。インク消費に伴う音響イ
ンピーダンスの変化が好適に利用される。最初は液体セ
ンサ８０２が用いられる。インク消費の進行に応じて、
検出に使用する液体センサが、液面低下方向すなわち下
方に向かって切り換えられる。好ましくは、検出位置を
下げたときに検出頻度を増大する。また検出結果に基づ
いてインクジェット記録装置が好適に制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音響インピーダン
スの変化を検出することで、その中でも特に共振周波数
の変化を検出することで、液体を収容する液体容器内の
液体の消費状態を検知するための圧電装置が備えられた
液体容器に関し、さらに詳しくは、圧力発生手段により
圧力発生室のインクを印刷データに対応させて加圧して
ノズル開口からインク滴を吐出させて印刷するインクジ
ェット記録装置に適用されるインクカートリッジに備え
られ、インクカートリッジ内のインクの消費状態を検出
する圧電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明が適用される液体容器として、イ
ンクジェット式記録装置に装着されるインクカートリッ
ジを例にとって説明する。一般にインクジェット記録装
置には、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式記録ヘッドが搭載
されたキャリッジと、流路を介して記録ヘッドに供給さ
れるインクを収容するインクタンクとを備えており、連
続印刷が可能なように構成されている。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、記録装置に対して着脱可能なカートリッジとし
て構成されているものが一般的である。

【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、記録ヘッドによって吐出されるインク
滴のカウント数と、印字ヘッドのメンテナンス工程で吸
引されたインク量とをソフトウエアにより積算し、計算
上でインク消費を管理する方法や、インクカートリッジ
に直接液面検出用の電極を２本取付けることによって、
実際にインクが所定量消費された時点を検知することで
インク消費を管理する方法などが知られていた。

【０００４】しかしながら、ソフトウェアによりインク
滴の吐出数や吸引された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、使用環境により、例えば使
用室内の温度や湿度の高低、インクカートリッジの開封
後の経過時間、ユーザサイドでの使用頻度の違いなどに
よって、インクカートリッジ内の圧力やインクの粘度が
変化してしまい、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が
あった。また同一カートリッジを一旦取外し、再度装着
した場合には積算されたカウント値は一旦リセットされ
てしまうので、実際のインク残量がまったくわからなく
なっ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、インク残量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った。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った。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、上記
の課題を解決することのできる、液体の消費状態を正確
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。また、本発明の他の目
的は、インクの消費状態を正確に検出でき、かつ複雑な
シール構造を不要としたインクカートリッジを提供する
ことにある。

【０００７】本発明は特に振動を利用して液体残量を検
出する技術を提供し、特に、液体の消費を適切に補足で
きる技術を提供する。また検出動作を少なくする。これ
により、例えば記録装置において、印刷動作処理が検出
処理によって中断等の影響を受けるのを回避する。さら
に、本発明は、検出されたインク消費状態に基づいて記
録装置を適切に制御する方法を提供する。なお、本発明
は、インクカートリッジのインク消費検出には限定され
ず、他の液体容器の液体検出にも適用可能である。上記
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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】（１）本発明のある態様
は、液体消費検出方法である。この方法は、液体容器内
の液体の消費状態を、圧電素子を利用して振動に基づき
検出する。本発明の方法は、特に、消費状態の検出位置
を、液体消費の進行に応じて、液体消費による液面変化
方向（典型的には液面低下方向、以下同じ）に沿って切
り換える。

【０００９】好ましくは、本発明の方法は、液面変化に
応じて検出頻度を増大する。液面変化方向に沿って検出
位置を変えたときに検出頻度が増大される。

【００１０】好ましくは、前記液面変化方向に沿った複
数の検出位置に対応して、それぞれ圧電素子を有する複
数の液体センサが設けられる。液体センサは２個以上で
ある。ある液体センサが液面通過を検出した後に、液体
検出に用いる液体センサが前記液面変化方向のものへと
切り換えられる。

【００１１】好ましくは液体消費に伴う音響インピーダ
ンスの変化に基づいて消費状態が検出される。前記液体
センサは、振動を発生した後の残留振動状態を示す信号
を出力してもよい。残留振動状態が液体消費状態に応じ
て変化することに基づいて液体消費状態が検出される。

【００１２】また前記液体センサは、前記液体容器の内
部に向かって弾性波を発生するとともに、前記弾性波に
対する反射波に応じた信号を発生してもよい。

【００１３】適当な検出対象は、インクジェット記録装
置に装着されるインクカートリッジのインク消費であ
る。ただし、検出対象はこれに限定されない。

【００１４】本発明によれば、検出位置を液面変化方向
に切り替えていくので、少ない検出動作（センサの使
用）で効率よく液体消費状態を補足できる。検出位置の
変化に伴って検出頻度を増大するので、液体が多いとき
の検出頻度を少なくできる。これにより、全体の検出処
理回数を少なくできる。

【００１５】（２）本発明の別の態様の液体消費検出方
法は、液体容器内の液体の消費状態を、圧電素子を利用
して振動に基づき検出する。この方法は、毎回の液体検
出にて、液体消費による液面変化方向に沿って設定され
た複数の検出位置にて液面通過を検出する。例えば、複
数の検出位置を走査しながら液体消費を検出する。検出
位置は２箇所以上である。本発明によれば、複数の検出
位置での検出により液面位置を把握できる。

【００１６】好ましくは、前記複数の検出位置に対応し
て設けられ、それぞれ圧電素子を有する複数の液体セン
サを用いて液面位置を求める。既に液面が通過した検出
位置にある液体センサを使わずに液面位置を求めてもよ
い。例えば、所定回数以上にわたって液体を検出しなか
った液体センサを使わずに検出処理を行う。これによ
り、検出処理の負荷を少なくできる。

【００１７】好ましくは、検出に用いられる液体センサ
が減ったときに、検出頻度を増大する。液体センサの使
用数の低下は、液体消費が進んだことを意味する。本発
明によれば、液体が減ったときに検出頻度を増大して、
液体消費情報を早く得られる。一方、液体消費が進む前
は、検出頻度を低くして、検出処理回数を少なくでき
る。

【００１８】好ましくは、液面が所定の検出方向切替レ
ベルより高いときには、高検出位置から低検出位置に向
かって順に前記複数の液体センサを使用し、液面が前記
所定の検出方向切替レベルより低いときには、低検出位
置から高検出位置に向かって順に前記複数の液体センサ
を使用する。液面が高いときは、上から下へ液面を探す
方が、より早く液面を見つけられる。逆に液面が低いと
きは、下から上に液面を探すと、より早く液面を見つけ
られる。したがって本発明によれば、少ない検出動作に
て効率よく液面位置を把握できる。

【００１９】液面位置を把握できたら、予定の全検出位
置での検出を終了する前でも、そのときの液体検出を終
了してもよい。さらに、検出動作を少なくできる。

【００２０】好ましくは液体消費に伴う音響インピーダ
ンスの変化に基づいて消費状態が検出される。前記液体
センサは、振動を発生した後の残留振動状態を示す信号
を出力してもよい。残留振動状態が液体消費状態に応じ
て変化することに基づいて液体消費状態が検出される。

【００２１】また前記液体センサは、前記液体容器の内
部に向かって弾性波を発生するとともに、前記弾性波に
対する反射波に応じた信号を発生してもよい。

【００２２】適当な検出対象は、インクジェット記録装
置に装着されるインクカートリッジのインク消費であ
る。ただし、検出対象はこれに限定されない。

【００２３】本発明の方法は、好ましくは、インクジェ
ット記録装置による印刷動作中、液体検出に用いる液体
センサの数を制限する。印刷中の検出動作を少なくし
て、印刷処理を速やかに進められる。好ましくは、イン
クジェット記録装置による印刷動作中は、最も低い位置
の液体センサを使用し、印刷動作中でないときは複数の
液体センサを使用する。印刷中の検出動作を最低限にで
きる。検出に使う液体センサを間引いてもよい。

【００２４】（３）本発明の別の態様は、インク容器の
インク消費状態に基づいてインクジェット記録装置を制
御する記録装置制御方法である。この方法は、液面変化
方向に沿って設定された複数の検出位置にて、圧電素子
を用いて振動に基づき液面通過を検出することにより、
液面位置を検出する。そして、検出した液面に応じて前
記インクジェット記録装置を制御する。好ましくは、前
記複数の検出位置に対応して設けられ、それぞれ圧電素
子を有する複数の液体センサを用いて液面位置が求めら
れる。

【００２５】制御処理としては、液面通過を検出した液
体センサに対応する情報が提示されてもよい。情報は、
インクジェット記録装置またはその外部で表示されても
よい。好ましくは、液体センサに応じて表示形態を異な
らせる。インク量を示す情報の色が変えられてもよい。
またインク量を示す図形が変えられもよい。また情報提
示のために報知音が利用されてもよい。好ましくは、液
体センサに応じて報知音を異ならせる。前記報知音とし
て音声信号を発生してもよい。

【００２６】また制御処理としては、最も低い位置に設
けられた液体センサによる液面通過の検知に応答して、
所定の低インク量対応処理を行ってもよい。低インク量
対応処理は、例えば(i)印刷動作の停止または印刷メン
テナンス動作の禁止の少なくとも一方であり、または(i
i)ある印刷処理（例えば一連の文書の印刷）を終了して
から次の印刷処理に移るのを禁止する処理である。また
例えば、低インク量対応処理は、(iii)インク容器への
インクの自動補充、(iv)インク容器の自動交換、また
は、(v)印刷完了前の印刷データの保存である。

【００２７】低インク量対応処理は、最も低い位置に設
けられた液体センサが液面通過を検知してから所定の余
裕量の印刷が行われた後に実行されてもよい。所定の余
裕量は、印刷枚数で定義されてもよい。

【００２８】好ましくはインク消費に伴う音響インピー
ダンスの変化に基づいてインク消費状態が検出される。
前記液体センサは、振動を発生した後の残留振動状態を
示す信号を出力してもよい。残留振動状態がインク消費
状態に応じて変化することに基づいて液体消費状態が検
出される。

【００２９】また前記液体センサは、前記インク容器の
内部に向かって弾性波を発生するとともに、前記弾性波
に対する反射波に応じた信号を発生してもよい。

【００３０】本発明は、上記の方法の態様には限定され
ない。例えば、本発明の別の態様は、液体消費検出装置
および記録装置制御システムである。

【００３１】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。

【００３２】

【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。

【００３３】まず本実施の形態の原理を説明する。本実
施の形態では、本発明がインクカートリッジのインク消
費状態の検出に適用される。インクの消費状態は、圧電
素子を用いて振動に基づき検出される。検出位置は、液
体消費による液面変化方向（典型的には液面低下方向で
あり、そして、本実施の形態では、液面低下方向を主と
して想定する）に沿って複数箇所に設定される。各検出
位置には、圧電素子を有する液体センサが設置される。
検出位置を複数としたことにより、複数の段階でインク
消費状態を検出できる。

【００３４】本実施形態では特に、インク消費の進行に
応じて、液面低下方向に沿って検出位置を切り換えてい
く。例えば、ひとつの液体センサが駅面通過を検出した
後、その液体センサの使用は停止され、ひとつ下の液体
センサが使用される。こうした検出位置の切換により、
液体センサの動作が省かれる。すなわち、全ての液体セ
ンサを常に使う場合と比較して、液体センサの動作が少
なくなり、検出処理の負担も軽くなる。

【００３５】また本実施形態では、検出位置が低くなる
ほど検出頻度を増大する。液面が低下したときには、検
出頻度を増大することで、インク量の低下を早期に発見
できる。一方、液面がまだ高いときには、インクの量に
余裕があるので、インクの消費を早く検出する必要性は
低い。そこで液面が高いときには検出頻度を低くする。
インク検出の必要性に応じて検出頻度を変えることによ
り、全体としての検出処理回数を少なくできる。

【００３６】このように、本実施の形態によれば、少な
い検出動作で効率よくインクの消費を追跡できる。イン
ク消費検出処理の負担が軽減され、これは印刷動作処理
にとっても有利である。

【００３７】以下、図面を参照して、本実施形態のイン
ク消費検出技術をより詳細に説明する。まず、液体セン
サを用いたインク消費検出の基本的な技術が説明され
る。この一連の説明の中で、複数の液体センサを備えた
インクカートリッジが示される。各種のインクカートリ
ッジを説明した後で、本実施の形態に係る検出位置の切
換制御が説明される。

【００３８】本実施の形態において、液体センサは具体
的には圧電装置で構成される。以下の説明では、「アク
チュエータ」「弾性波発生手段」が液体センサに相当す
る。

【００３９】「インク消費を検出するカートリッジ」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。

【００４０】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３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３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３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３を単に発生手段として用いても良い。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】図３は、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。

【００４４】図４は、サブタンクユニット３３の詳細を
示す断面図である。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３６、及びフィルタ３
７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とインク供給路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
ンク供給路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。

【００４５】図３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。

【００４６】記録動作により記録ヘッド３１においてイ
ンクが消費されると、膜弁３６の下流側の圧力が低下す
るので、図４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、インク室３
４のインクはインク供給路３５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。

【００４７】記録装置の動作期間中には、あらかじめ設
定された検出のタイミング、例えば一定周期で弾性波発
生手段３に駆動信号が供給される。弾性波発生手段３に
より発生された弾性波は、容器１の底面１ａを伝搬して
インクに伝達され、インクを伝搬する。

【００４８】弾性波発生手段３を容器１に貼着すること
により、インクカートリッジ自体に残量検出機能を付与
することができる。本発明によれば、容器１の成形時に
おける液面検出用の電極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。

【００４９】図５は、弾性波発生手段３、１５、１６、
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５
（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５（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５（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５（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５（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
３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。

【００５０】図６は、図５に示した弾性波発生手段３の
他の実施形態を示す。図５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６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２１ａ
及び２３ａにより、弾性波発生手段３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。

【００５１】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３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。

【００５２】上記したように、弾性波発生手段３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３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３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３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。

【００５３】弾性波発生手段３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３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。

【００５４】図７は、本発明のインクカートリッジの他
の実施例を示す。上下方向に間隔を設けて、複数の弾性
波発生手段４1〜４４が、容器１の側壁上に設けられて
いる。図７のインクカートリッジは、弾性波発生手段４
1〜４4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４1〜４4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。例えば、イン
クの水位が、弾性波発生手段４４と４３との間のレベル
であるとき、弾性波発生手段４４は、インクが無いと検
出し、弾性波発生手段４１、４２及び４３は、インクが
有ると検出するので、インクの水位が、弾性波発生手段
４４と４３との間のレベルであることが分かる。したが
って、複数の弾性波発生手段４１〜４４を設けることに
より、インク残量を段階的に検出することができる。

【００５５】図８及び図９は、それぞれ本発明のインク
カートリッジの更に他の実施例を示す。図８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。また、図９に示
した実施例においては、垂直方向に長く延びる弾性波発
生手段６６が、側壁１ｂの底面近傍に設けられている。

【００５６】図８及び図９の実施例によれば、インクが
消費され、弾性波発生手段６５及び６６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及び６６
が発生した弾性波の反射波の到来時間及び音響インピー
ダンスが、液面の変化Δｈ１、Δｈ２に対応して連続的
に変化する。したがって、弾性波の反射波の到来時間又
は音響インピーダンスの変化の度合いを検出することに
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。

【００５７】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
体に液体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。

【００５８】図１０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。

【００５９】図１１は、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１１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。板
材６７は、音響インピーダンスが高く、かつ耐インク性
を備えた材料、例えばセラミックの板材によって形成さ
れる。

【００６０】図１２は、図１１に示したインクカートリ
ッジの他の実施形態を示す。図１２のインクカートリッ
ジは、図１１のインクカートリッジと同様に、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６
８に取付けてインク液面を覆っている。図１２（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。

【００６１】図１２（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１２（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
６５ｃ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６５
ｂ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６５
ｂ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。

【００６２】図１３は、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１３（Ａ）に示したインク
カートリッジは、容器１の内部に設けられた貫通孔１ｃ
に少なくとも一部が対向するようにインク吸収体７４
が、配置されている。弾性波発生手段７０は、貫通孔１
ｃに対向するように容器１の底面１ａに固定される。図
１３（Ｂ）に示したインクカートリッジは、貫通孔１ｃ
に連通して形成された溝１ｈに対向させてインク吸収体
７５が、配置されている。

【００６３】図１３に示した実施形態によれば、容器１
内のインクが消費されてインク吸収体７４及び７５がイ
ンクから露出すると、インク吸収体７４及び７５のイン
クが自重により流れ出して記録ヘッド３１にインクを供
給する。インクが消費され尽くすと、インク吸収体７４
及び７５は、貫通孔１ｃに残存しているインクを吸い上
げるので、貫通孔１ｃの凹部からインクが完全に排出さ
れる。そのため、インクエンド時において弾性波発生手
段７０が発生した弾性波の反射波の状態が変化するの
で、インクエンドを更に確実に検出することができる。

【００６４】図１４は、貫通孔１ｃの更に他の実施形態
の平面を示す。図１４（Ａ）から（Ｃ）にそれぞれ示し
たように、貫通孔１ｃの平面形状は、弾性波発生手段が
取り付け可能な形状であれば、円形、矩形、及び三角形
などの任意の形状でよい。

【００６５】図１５は、本発明のインクジェット記録装
置の他の実施形態の断面を示す。図１５（Ａ）は、イン
クジェット記録装置のみの断面を示す。図１５（Ｂ）
は、インクジェット記録装置にインクカートリッジ２７
２が装着されたときの断面を示す。インクジェット記録
用紙の幅方向に往復動可能なキャリッジ２５０は、下面
に記録ヘッド２５２を有する。キャリッジ２５０は、記
録ヘッド２５２の上面にサブタンクユニット２５６を有
する。サブタンクユニット２５６は、図６に示したサブ
タンクユニット３３と同様の構成を有する。サブタンク
ユニット２５６は、インクカートリッジ２７２の搭載面
側にインク供給針２５４を有する。キャリッジ２５０
は、インクカートリッジ２７２を搭載する領域に、イン
クカートリッジ２７２の底部に対向するように凸部２５
８を有する。凸部２５８は、圧電振動子などの弾性波発
生手段２６０を有する。

【００６６】図１６は、図１５に示した記録装置に適し
たインクカートリッジの実施形態を示す。図１６（Ａ）
は、単色、例えばブラックインク用のインクカートリッ
ジの実施形態を示す。本実施形態のインクカートリッジ
２７２は、インクを収容する容器２７４と、記録装置の
インク供給針２５４に接合するインク供給口２７６とを
有する。容器２７４は、底面２７４ａに、凸部２５８と
係合する凹部２７８を有する。凹部２７８は、超音波伝
達材、例えばゲル化材２８０を収容する。

【００６７】インク供給口２７６は、パッキン２８２、
弁体２８６、及びバネ２８４を有する。パッキン２８２
は、インク供給針２５４と液密に係合する。弁体２８６
は、バネ２８４によりパッキン２８２に常時弾接され
る。インク供給針２５４が、インク供給口２７６に挿入
されると、弁体２８６がインク供給針２５４に押されて
インク流路を開放する。容器２７４の上部には、インク
カートリッジ２７２のインク等に関する情報を格納した
半導体記憶手段２８８が装着されている。

【００６８】図１６（Ｂ）は、複数種のインクを収容す
るインクカートリッジの実施形態を示す。容器２９０
は、壁により複数の領域、すなわち、３つのインク室２
９２、２９４、２９６に分割される。それぞれのインク
室２９２、２９４、及び２９６は、インク供給口２９
８、３００及び３０２を有する。容器２９０の底面２９
０ａの各インク室２９２、２９４、２９６に対向する領
域には、弾性波発生手段２６０が発生した弾性波を伝達
するためのゲル化材３０４、３０６、３０８が、筒状の
凹部３１０、３１２、３１４に収容されている。

【００６９】図１５（Ｂ）に示すように、インクカート
リッジ２７２のインク供給口２７６をサブタンクユニッ
ト２５６のインク供給針２５４に挿通すると、弁体２８
６がバネ２８４に抗して後退してインク流路が形成され
るので、インクカートリッジ２７２内のインクがインク
室２６２に流れ込む。インク室２６２にインクが充填さ
れた段階で、記録ヘッド２５２のノズル開口に負圧を作
用させて記録ヘッド２５２にインクを充填した後、記録
動作を実行する。記録動作により記録ヘッド２５２でイ
ンクが消費されると、膜弁２６６の下流側の圧力が低下
するので、膜弁２６６が弁体２７０から離れて開弁す
る。膜弁２６６の開弁によりインク室２６２のインクが
記録ヘッド２５２に流れこむ。記録ヘッド２５２へのイ
ンクの流入に随伴してインクカートリッジ２７２のイン
クが、サブタンクユニット２５６に流れ込む。

【００７０】記録装置の動作期間中には、あらかじめ設
定された検出のタイミング、例えば一定周期で弾性波発
生手段２６０に駆動信号が供給される。弾性波発生手段
２６０により発生された弾性波は、凸部２５８から放射
され、インクカートリッジ２７２の底面２７４ａのゲル
化材２８０を伝搬してインクカートリッジ２７２内のイ
ンクに伝達される。図１５ではキャリッジ２５０に弾性
波発生手段２６０を設けたが、弾性波発生手段２６０を
サブタンクユニット２５６内に設けてもよい。

【００７１】弾性波発生手段２６０が発生した弾性波は
インク液中を伝搬するので、インク液の密度やインクの
液面レベルによって、液面で反射された反射波が弾性波
派生手段２６０へ到来する時間が変化する。したがっ
て、インクの組成が一定である場合には液表面で生じる
反射波の到来時間がインク量にだけ左右される。したが
って、弾性波発生手段２６０の励起後のインク液表面か
らの反射波が弾性波発生手段２６０に到達するまでの時
間を検出することにより、インクカートリッジ２７２内
のインク量を検出することができる。また、弾性波発生
手段２６０が発生する弾性波は、インクに含まれている
粒子を振動させるので、顔料等の沈殿を防止する。

【００７２】印刷動作やメンテナンス動作によりインク
カートリッジ２７２内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２６０による弾性波発生後の
インク液表面からの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２７２の交換を促すことができる。なお、インクカ
ートリッジ２７２が規定通りにキャリッジ２５０に装着
されていない場合には、弾性波発生手段２６０による弾
性波の伝搬形態が極端に変化する。これを利用し、弾性
波の極端な変化を検知した場合には警報を発して、ユー
ザにインクカートリッジ２７２の点検を促すこともでき
る。

【００７３】弾性波発生手段２６０が発生した弾性波の
反射波の弾性波発生手段２６０への到来時間は、容器２
７４に収容されているインクの密度により影響を受け
る。インクの種類により、インクの密度がそれぞれ異な
る場合があるので、インクカートリッ２７２内に収容さ
れているインクの種類に関するデータを半導体記憶手段
２８８に格納し、それに応じた検出シーケンスを実行す
ることによってインク残量をより正確に検出することが
できる。

【００７４】図１７は、本発明のインクカートリッジ２
７２の他の実施形態を示す。図１７に示したインクカー
トリッジ２７２は、底面２７４ａが上下方向に斜めに形
成されている。図１７のインクカートリッジ２７２は、
インク残量が少なくなり、弾性波発生手段２６０の弾性
波の照射領域の一部がインク液面から露出すると、弾性
波発生手段２６０が発生した弾性波の反射波の弾性波発
生手段２６０への到来時間が、インク液面の変化Δｈ１
に対応して連続的に変化する。Δｈ１は、ゲル化材２８
０の両端における底面２７４ａの高さの差を示す。した
がって、反射波の弾性波発生手段２６０への到来時間を
検出することにより、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。

【００７５】図１８は、本発明のインクカートリッジ２
７２及びインクジェット記録装置の更に他の実施形態を
示す。図１８のインクジェット記録装置は、インクカー
トリッジ２７２のインク供給口２７６側の側面２７４ｂ
に凸部２５８’を有する。凸部２５８’は、弾性波発生
手段２６０’を含む。凸部２５８’に係合するようにゲ
ル化材２８０’が、インクカートリッジ２７２の側面２
７４ｂに設けられている。図１８のインクカートリッジ
２７２によれば、インク残量が少なくなり、弾性波発生
手段２６０’の弾性波の照射領域の一部が液面から露出
すると、弾性波発生手段２６０’が発生した弾性波の反
射波の弾性波発生手段２６０’への到来時間及び音響イ
ンピーダンスが、液面の変化Δｈ２に対応して連続的に
変化する。Δｈ２は、ゲル化材２８０’の上端と下端と
の高さの差を表す。したがって、反射波の弾性波発生手
段２６０’への到来時間又は音響インピーダンスの変化
の度合いを検出することにより、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。

【００７６】なお、上述の実施例においては、容器２７
４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。他の実施形態として、容器２７４
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弾性波発生手段２６
０を適用してもよい。更に、上述の実施例においては、
液面での反射波に基づいてインク残量を検出する場合
に、同一の弾性波発生手段２６０及び２６０’により弾
性波を送波及び受波した。本発明はこれに限定されるも
のではなく、たとえば他の実施形態として弾性波の送波
及び受波にそれぞれ異なった弾性波発生手段２６０を用
いてもよい。

【００７７】図１９は、図１６に示したインクカートリ
ッジ２７２の他の実施形態を示す。インクカートリッジ
２７２は、板材３１６をフロート３１８に取付けて、イ
ンク液面を覆うことで、インク液面からの反射波の強度
を上げる。板材３１６は、音響インピーダンスが高く、
かつ耐インク性を備えた材料、たとえばセラミック等で
形成されることが好ましい。

【００７８】図２０および図２１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２０（Ａ）は、アク
チュエータ１０６の拡大平面図である。図２０（Ｂ）
は、アクチュエータ１０６のＢ−Ｂ断面を示す。図２０
（Ｃ）は、アクチュエータ１０６のＣ-Ｃ断面を示す。
さらに図２１（Ａ)および図２１（Ｂ)は、アクチュエー
タ１０６の等価回路を示す。また、図２１（Ｃ)および
図２１（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２１（Ｅ)および図
２１（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。

【００７９】アクチュエータ１０６は、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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】図２０および図２１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１
６２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
１０６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の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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】また、図２１（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。

【００９９】ここで、図２０および図２１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１０６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１
７６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
１０６の振動部に残留する。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】図２０（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
１０６の断面図である。図２１（Ａ)および図２１（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。

【０１０３】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２１（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。

【０１０４】尚、図２１（Ａ)、図２１（Ｂ)、図２１
（Ｄ)、図２１（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Ｃvib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。

【０１０５】 1/Ｃact＝（1/Ｃpzt）＋（1/Ｃelectrode1）＋（1/Ｃelectrode2）＋（1/Ｃvi b）（式３）式２および式３より、図２１（Ａ)は、図２１（Ｂ)のよ
うに表すこともできる。

【０１０６】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。

【０１０７】図２１（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２１（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、

【０１０８】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。）

【０１０９】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。

【０１１０】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。）

【０１１１】で表される。

【０１１２】図２１（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２１（Ｃ)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。

【０１１３】図２１（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。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、

【０１１４】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。

【０１１５】ここで、図２１（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
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Ｍ’maxと区別する。

【０１１６】図２１（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２１（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。

【０１１７】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２１（Ｃ)
のＭ’maxから図２１（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
ｆｓ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２１(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、

【０１１８】Ｍ’cav＝ρ*ｄ/Ｓ（式７）となる。

【０１１９】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。

【０１２０】図２２（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。

【０１２１】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
いときには、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１
０６のキャビティ１６２のｄ(図２０（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２１（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。

【０１２２】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
に増加する。従って、インクの液面が、キャビティ１６
２の径２ａ（図２１（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。

【０１２３】図２２(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。

【０１２４】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
で表すと、

【０１２５】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。

【０１２６】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、

【０１２７】 1/Ｍ’＝1/Ｍ’air＋1/Ｍ’ink＝Ｓair/（ρair*ｔair）+Ｓink/（ρink*ｔin k）（式９）となる。

【０１２８】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。

【０１２９】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２２(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。

【０１３０】図２２（Ｂ）は、図２２（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２２（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。

【０１３１】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。

【０１３２】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。

【０１３３】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。

【０１３４】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。

【０１３５】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。

【０１３６】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。

【０１３７】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、

【０１３８】Ｍ’max＞ρ＊ｄ/πa² （式１０）である。式１０を展開すると

【０１３９】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。

【０１４０】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。

【０１４１】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。

【０１４２】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
における印字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。

【０１４３】図２３(Ａ) および図２３（Ｂ）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２３(Ａ) およ
び図２３（Ｂ）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２３(Ａ) および図２３（Ｂ）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。

【０１４４】図２３(Ａ)および図２３（Ｂ）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。

【０１４５】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。

【０１４６】図２３（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２３（Ｂ）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２３（Ａ）と図２３（Ｂ）とを比較すると、図２
３（Ａ）の方が図２３（Ｂ）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２３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。

【０１４７】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。

【０１４８】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。

【０１４９】さらに、図２３(Ａ)および図２３(Ｂ)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２３(Ａ)の逆起電力波形の頂点と図２３(Ｂ) 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、インクが無いと判断する。逆起電力波形が基
準電圧を横切らない場合には、インクが有ると判断す
る。

【０１５０】図２４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２４の例で
は４個）が一体に形成されている。図２４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２５に示
すアクチュエータ１０６を製造する。図２４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２０
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１０６を一体に形成することによ
り、複数のアクチュエータ１０６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。

【０１５１】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。

【０１５２】振動板１７６上に複数（図２４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。

【０１５３】図２５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。

【０１５４】図２６は、図２５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２６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２６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。

【０１５５】図２７は、図２４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。

【０１５６】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９４４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。

【０１５７】図２８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２８（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、インク溜部を形成する。

【０１５８】図２８（Ｂ）は、図２８（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２８（Ｃ）は、図２８（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。

【０１５９】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が形成されていて、最小限の
一定量のインクが貫通孔１ｃに確保される。したがっ
て、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。

【０１６０】図２９は貫通孔１ｃの他の実施形態を示
す。図２９（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）のそれぞれにお
いて、左側の図は、貫通孔１ｃにインクＫが無い状態を
示し、右側の図は、貫通孔１ｃにインクＫが残った状態
を示す。図２８の実施形態においては、貫通孔１ｃの側
面は垂直な壁として形成されている。図２９（Ａ）にお
いては、貫通孔１ｃは、側面１ｄが上下方向に斜めであ
り外側に拡大して開いている。図２９（Ｂ）において
は、段差部１ｅ及び１ｆが、貫通孔１ｃの側面に形成さ
れている。上方にある段差部１ｆが、下方にある段差部
１ｅより広くなっている。図２９（Ｃ）においては、貫
通孔１ｃは、インクＫを排出しやすい方向、すなわちイ
ンク供給口２の方向へ延びる溝１ｇを有する。

【０１６１】図２９(Ａ)〜（Ｃ）に示した貫通孔１ｃの
形状によれば、インク溜部のインクＫの量を少なくでき
る。従って、図２０および図２１で説明したＭ’ｃａｖ
をＭ’ｍａｘと比較して小さくすることができるので、
インクエンド時におけるアクチュエータ６５０の振動特
性を、容器１に印刷可能な量のインクＫが残存している
場合と大きく異ならせることができるので、インクエン
ドをより確実に検出することができる。

【０１６２】図３０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。

【０１６３】図３１（Ａ）、（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２０の実施例によるアクチュエータ１
０６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２０の実施例によるアクチュエー
タ１０６を、図３１の実施例によるアクチュエータ６７
０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。

【０１６４】図３２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を載せた構造になっている。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。

【０１６５】図３３は、図３２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。

【０１６６】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。

【０１６７】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２０および図２１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
１１２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１０６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１１２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１０６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。

【０１６８】図３４は、モジュール体の他の実施形態を
示す斜視図である。本実施形態のモジュール体４００
は、液体容器取付部４０１に圧電装置装着部４０５が形
成されている。液体容器取付部４０１は、平面がほぼ角
丸の正方形上の基台４０２上に円柱状の円柱部４０３が
形成されている。更に、圧電装置装着部４０５は、円柱
部４０３上に立てられた板状要素４０６および凹部４１
３を含む。板状要素４０６の側面に設けられた凹部４１
３には、アクチュエータ１０６が配置される。なお、板
状要素４０６の先端は所定角度に面取りされていて、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。

【０１６９】図３５は、図３４に示したモジュール体４
００の構成を示す分解斜視図である。図３２に示したモ
ジュール体１００と同様に、モジュール体４００は、液
体容器取付部４０１および圧電装置装着部４０５を含
む。液体容器取付部４０１は基台４０２および円柱部４
０３を有し、圧電装置装着部４０５は板状要素４０６お
よび凹部４１３を有する。アクチュエータ１０６は、プ
レート４１０に接合されて凹部４１３に固定される。モ
ジュール体４００は、リードワイヤ４０４ａ及び４０４
ｂ、アクチュエータ１０６、及びフィルム４０８をさら
に有する。

【０１７０】本実施形態によれば、プレート４１０は矩
形状であり、板状要素４０６に設けられた開口部４１４
は矩形状に形成されている。リードワイヤ４０４ａ及び
４０４ｂ、アクチュエータ１０６、フィルム４０８、及
びプレート４１０は基台４０２に対して着脱可能として
構成しても良い。アクチュエータ１０６、フィルム４０
８、及びプレート４１０は、開口部４１４の中心を通
り、開口部４１４の平面に対して鉛直方向に延びる中心
軸に対して対称に配置されている。更に、アクチュエー
タ４０６、フィルム４０８、及びプレート４１０の中心
は、開口部４１４のほぼ中心軸上に配置されている。

【０１７１】プレート４１０の中心に設けられた貫通孔
４１２の面積は、アクチュエータ１０６のキャビティ１
６２の開口の面積よりも大きく形成されている。アクチ
ュエータ１０６のキャビティ１６２と貫通孔４１２と
は、共にインク溜部を形成する。プレート４１０の厚さ
は貫通孔４１２の径に比べて小さく、例えば貫通孔４１
２の径の３分の１以下の大きさに設定することが好まし
い。貫通孔４１２は、モジュール体４００の中心軸に対
して対称なほぼ真円の形状である。貫通孔４１２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４００は、貫通孔４１２が容器１の
内部に配置されるように容器１の底部に装着することが
できる。アクチュエータ１０６が垂直方向に延びるよう
に容器１内に配置されるので、基台４０２の高さを変え
てアクチュエータ１０６が容器１内に配置される高さを
変えることによりインクエンドの時点の設定を容易に変
えることができる。

【０１７２】図３６は、モジュール体の更に他の実施形
態を示す。図３２に示したモジュール体１００と同様
に、図３６のモジュール体５００は、基台５０２および
円柱部５０３を有する液体容器取付部５０１を含む。ま
た、モジュール体５００は、リードワイヤ５０４ａ及び
５０４ｂ、アクチュエータ１０６、フィルム５０８、及
びプレート５１０をさらに有する。液体容器取付部５０
１に含まれる基台５０２は、リードワイヤ５０４ａ及び
５０４ｂを収容できるよう中心部に開口部５１４が形成
され、アクチュエータ１０６、フィルム５０８、及びプ
レート５１０を収容できるように凹部５１３が形成され
る。アクチュエータ１０６はプレート５１０を介して圧
電装置装着部５０５に固定される。従って、リードワイ
ヤ５０４ａ及び５０４ｂ、アクチュエータ１０６、フィ
ルム５０８およびプレート５１０は、液体容器取付部５
０１に一体として取り付けられる。本実施形態のモジュ
ール体５００は、平面がほぼ角丸の正方形上の基台上に
上面が上下方向に斜めな円柱部５０３が形成されてい
る。円柱部５０３の上面の上下方向に斜めに設けられた
凹部５１３上にアクチュエータ１０６が配置されてい
る。

【０１７３】モジュール体５００の先端は傾斜してお
り、その傾斜面にアクチュエータ１０６が装着されてい
る。そのため、モジュール体５００が容器１の底部又は
側部に装着されると、アクチュエータ１０６が容器１の
上下方向に対して傾斜する。モジュール体５００の先端
の傾斜角度は、検出性能を鑑みてほぼ３０°から６０°
の間とすることが望ましい。

【０１７４】モジュール体５００は、アクチュエータ１
０６が容器１内に配置されるように容器１の底部又は側
部に装着される。モジュール体５００が容器１の側部に
装着される場合には、アクチュエータ１０６が、傾斜し
つつ、容器１の上側、下側、又は横側を向くように容器
１に取り付けられる。一方、モジュール体５００が、容
器１の底部に装着される場合には、アクチュエータ１０
６が、傾斜しつつ、容器１のインク供給口側を向くよう
に容器１に取り付けられることが好ましい。

【０１７５】図３７は、図３２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３２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、図３４に示したモジュール体４００、図３
６に示したモジュール体５００、又は図３８に示したモ
ジュール体７００Ａ及び７００Ｂ、及びモールド構造体
６００を容器１に装着してインクの有無を検出してもよ
い。

【０１７６】図３８（Ａ）はモジュール体７００Ｂを容
器１に装着したときのインク容器の断面図を示す。本実
施例では取付構造体の１つとしてモジュール体７００Ｂ
を使用する。モジュール体７００Ｂは、液体容器取付部
３６０が容器１の内部に突出するようにして容器１に装
着されている。取付プレート３５０には貫通孔３７０が
形成され、貫通孔３７０とアクチュエータ１０６の振動
部が面している。更に、モジュール体７００Ｂの底壁に
は孔３８２が形成され、圧電装置装着部３６３が形成さ
れる。アクチュエータ１０６が孔３８２の一方を塞ぐよ
うにして配備される。したがって、インクは、圧電装置
装着部３６３の孔３８２及び取付プレート３５０の貫通
孔３７０を介して振動板１７６と接触する。圧電装置装
着部３６３の孔３８２及び取付プレート３５０の貫通孔
３７０は、共にインク溜部を形成する。圧電装置装着部
３６３とアクチュエータ１０６とは、取付プレート３５
０及びフィルム部材によって固定されている。液体容器
取付部３６０と容器１との接続部にはシーリング構造３
７２が設けられている。シーリング構造３７２は合成樹
脂等の可塑性の材料により形成されてもよいし、Ｏリン
グにより形成されてもよい。図３８（Ａ）のモジュール
体７００Ｂと容器１とは別体であるが、図３８（Ｂ）よ
うにモジュール体７００Ｂの圧電装置装着部を容器１の
一部で構成してもよい。

【０１７７】図３８（Ａ）のモジュール体７００Ｂは、
図３２から図３６に示したリードワイヤのモジュール体
への埋め込みが不要となる。そのため成形工程が簡素化
される。更に、モジュール体７００Ｂの交換が可能とな
りリサイクルが可能となる。

【０１７８】インクカートリッジが揺れる際にインクが
容器１の上面あるいは側面に付着し、容器１の上面ある
いは側面から垂れてきたインクがアクチュエータ１０６
に接触することでアクチュエータ１０６が誤作動する可
能性がある。しかし、モジュール体７００Ｂは液体容器
取付部３６０が容器１の内部に突出しているので、容器
１の上面や側面から垂れてきたインクによりアクチュエ
ータ１０６が誤作動しない。

【０１７９】また、図３８（Ａ）の実施例では、振動板
１７６と取付プレート３５０の一部のみが、容器１内の
インクと接触するように容器１に装着される。図３８
（Ａ）の実施例では、図３２から図３６に示したリード
ワイヤ１０４ａ、１０４ｂ、４０４ａ、４０４ｂ、５０
４ａ、及び５０４ｂの電極のモジュール体への埋め込み
が不要となる。そのため成形工程が簡素化される。更
に、アクチュエータ１０６の交換が可能となりリサイク
ルが可能となる。

【０１８０】図３８（Ｂ）は、アクチュエータ１０６を
容器１に装着したときの実施例としてインク容器の断面
図を示す。図３８（Ｂ）の実施例によるインクカートリ
ッジでは、保護部材３６１はアクチュエータ１０６とは
別体として容器１に取り付けられている。従って、保護
部材３６１とアクチュエータ１０６とはモジュールとし
て一体となっていないが、一方で、保護部材３６１はア
クチュエータ１０６にユーザーの手が触れないように保
護することができる。アクチュエータ１０６の前面に設
けられる孔３８０は、容器１の側壁に配設されている。
アクチュエータ１０６は、圧電層１６０、上部電極１６
４、下部電極１６６、振動板１７６及び取付プレート３
５０を含む。取付プレート３５０の上面に振動板１７６
が形成され、振動板１７６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１６０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。圧電層
１６０、上部電極１６４、及び下部電極１６６のそれぞ
れの主要部である円形部分は、圧電素子を形成する。圧
電素子は振動板１７６上に形成される。圧電素子及び振
動板１７６の振動領域はアクチュエータが実際に振動す
る振動部である。取付プレート３５０には貫通孔３７０
が設けられている。更に、容器１の側壁には孔３８０が
形成されている。したがって、インクは、容器１の孔３
８０及び取付プレート３５０の貫通孔３７０を介して振
動板１７６と接触する。容器１の孔３８０及び取付プレ
ート３５０の貫通孔３７０は、共にインク溜部を形成す
る。また、図３８（Ｂ）の実施例では、アクチュエータ
１０６は保護部材３６１により保護されているのでアク
チュエータ１０６を外部との接触から保護できる。

【０１８１】尚、図３８（Ａ）および（Ｂ）の実施例に
おける取付プレート３５０に代えて、図２０の基板１７
８を使用してもよい。

【０１８２】図３８（Ｃ）はアクチュエータ１０６を含
むモールド構造体６００を備える実施形態を示す。本実
施例では、取付構造体の１つとしてモールド構造体６０
０を使用する。モールド構造体６００はアクチュエータ
１０６とモールド部３６４とを有する。アクチュエータ
１０６とモールド部３６４とは一体に成形されている。
モールド部３６４はシリコン樹脂等の可塑性の材料によ
って成形される。モールド部３６４は内部にリードワイ
ヤ３６２を有する。モールド部３６４はアクチュエータ
１０６から延びる２本の足を有するように形成されてい
る。モールド部３６４はモールド部３６４と容器１とを
液密に固定するために、モールド部３６４の２本の足の
端が半球状に形成される。モールド部３６４はアクチュ
エータ１０６が容器１の内部に突出するよう容器１に装
着され、アクチュエータ１０６の振動部は容器１内のイ
ンクと接触する。モールド部３６４によって、アクチュ
エータ１０６の上部電極１６４、圧電層１６０、及び下
部電極１６６はインクから保護されている。

【０１８３】図３８（Ｃ）のモールド構造体６００は、
モールド部３６４と容器１との間にシーリング構造３７
２が必要ないので、インクが容器１から漏れにくい。ま
た、容器１の外部からモールド構造体６００が突出しな
い形態であるので、アクチュエータ１０６を外部との接
触から保護することができる。インクカートリッジが揺
れる際に、インクが容器１の上面あるいは側面に付き、
容器１の上面あるいは側面から垂れてきたインクが、ア
クチュエータ１０６に接触することで、アクチュエータ
１０６が、誤作動する可能性がある。モールド構造体６
００は、モールド部３６４が、容器１の内部に突出して
いるので、容器１の上面や側面から垂れてきたインクに
より、アクチュエータ１０６が誤作動しない。

【０１８４】図３９は、図２０に示したアクチュエータ
１０６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
１８０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及びホルダー１８４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１
８０のそれぞれの底面には、少なくとも音響インピーダ
ンスを検出する手段であるアクチュエータ１０６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。

【０１８５】図４０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。

【０１８６】図４１は、図４０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４１（Ａ）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１８０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１９
２が設けられている。アクチュエータ１０６が、インク
容器１９４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。

【０１８７】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。

【０１８８】図４１（Ｂ）のインクカートリッジ１８０
Ｂのアクチュエータ１０６は、インク容器１９４の供給
口の側壁上に装着されている。インク供給口１８７の近
傍であれば、アクチュエータ１０６は、インク容器１９
４の側壁又は底面に装着されてもよい。また、アクチュ
エータ１０６はインク容器１９４の幅方向の中心に装着
されることが好ましい。インクは、インク供給口１８７
を通過して外部に供給されるので、アクチュエータ１０
６をインク供給口１８７の近傍に設けることにより、イ
ンクニアエンド時点までインクとアクチュエータ１０６
とが確実に接触する。したがって、アクチュエータ１０
６はインクニアエンドの時点を確実に検出することがで
きる。

【０１８９】更に、アクチュエータ１０６をインク供給
口１８７の近傍に設けることで、インク容器をキャリッ
ジ上のカートリッジホルダに装着する際に、インク容器
上のアクチュエータ１０６とキャリッジ上の接点との位
置決めが確実となる。その理由は、インク容器とキャリ
ッジとの連結において最も重要なのは、インク供給口と
供給針との確実な結合である。少しでもずれがあると供
給針の先端を痛めてしまったりあるいはＯリングなどの
シーリング構造にダメージを与えてしまいインクが漏れ
出してしまうからである。このような問題点を防ぐため
に、通常インクジェットプリンタはインク容器をキャリ
ッジにマウントする時に正確な位置合わせができるよう
な特別な構造を有している。よって供給口近傍にアクチ
ュエータを配置させることにより、アクチュエータの位
置合わせも同時に確実なものとなるのである。さらに、
アクチュエータ１０６をインク容器１９４の幅方向の中
心に装着することで、より確実に位置合わせすることが
できる。インク容器が、ホルダへの装着時に幅方向中心
線を中心として軸揺動した場合に、もっともその揺れが
少ないからである。

【０１９０】図４２はインクカートリッジ１８０の更に
他の実施形態を示す。図４２（Ａ）はインクカートリッ
ジ１８０Ｃの断面図、図４２（Ｂ）は図４２（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４２（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４２（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に装着される。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。

【０１９１】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。

【０１９２】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。半導
体記憶手段７は、予めインク容器１９４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１
９４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１９
４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。

【０１９３】図４３は、インクカートリッジ１８０の更
に他の実施形態を示す。図４３（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。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。

【０１９４】図４３（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４３（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。

【０１９５】図４３（Ｃ）に示すインクカートリッジ１
８０Ｆは、図４３（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で発生した気泡がアクチュ
エータ１０６に侵入するのを防ぐ。

【０１９６】図４４は、インクカートリッジ１８０の更
に他の実施形態を示す。図４４（Ａ）のインクカートリ
ッジ１８０Ｇは、インク容器１９４の上面１９４ｃから
下方に延びる複数の隔壁２１２を有する。それぞれの隔
壁２１２の下端とインク容器１９４の底面とは所定の間
隔が空けられているので、インク容器１９４の底部は連
通している。インクカートリッジ１８０Ｇは複数の隔壁
２１２のそれぞれによって区画された複数の収容室２１
３を有する。複数の収容室２１３の底部は互いに連通す
る。複数の収容室２１３のそれぞれにおいて、インク容
器１９４の上面１９４ｃにはアクチュエータ１０６が装
着されている。図２４に示した、一体成形されたアクチ
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
は、インク容器１９４の収容室２１３の上面１９４ｃの
ほぼ中央に配置される。収容室２１３の容量はインク供
給口１８７側が最も大きく、インク供給口１８７からイ
ンク容器１９４の奥へ遠ざかるにつれて、収容室２１３
の容量が徐々に小さくなっている。したがって、アクチ
ュエータ１０６が配置される間隔はインク供給口１８７
側が広く、インク供給口１８７からインク容器１９４の
奥へと遠ざかるにつれ、狭くなっている。

【０１９７】インクは、インク供給口１８７から排出さ
れ、空気が空気導入口１８５から入るので、インク供給
口１８７側の収容室２１３からインクカートリッジ１８
０Ｇの奥の方の収容室２１３へとインクが消費される。
例えば、インク供給口１８７に最も近い収容室２１３の
インクが消費されて、インク供給口１８７に最も近い収
容室２１３のインクの水位が下がっている間、他の収容
室２１３にはインクが満たされている。インク供給口１
８７に最も近い収容室２１３のインクが消費され尽くす
と、空気が、インク供給口１８７から数えて２番目の収
容室２１３に侵入し、２番目の収容室２１３内のインク
が消費され始めて、２番目の収容室２１３のインクの水
位が下がり始める。この時点で、インク供給室１８７か
ら数えて３番目以降の収容室２１３には、インクが満た
されている。このように、インク供給口１８７に近い収
容室２１３から遠い収容室２１３へと順番にインクが消
費される。

【０１９８】このように、アクチュエータ１０６がそれ
ぞれの収容室２１３ごとにインク容器１９４の上面１９
４ｃに間隔をおいて配置されているので、アクチュエー
タ１０６はインク量の減少を段階的に検出することがで
きる。更に、収容室２１３の容量が、インク供給口１８
７から収容室２１３の奥へと徐々に小さくなっているの
で、アクチュエータ１０６が、インク量の減少を検出す
る時間間隔が徐々に小さくなり、インクエンドに近づく
ほど頻度を高く検出することができる。

【０１９９】図４４（Ｂ）のインクカートリッジ１８０
Ｈは、インク容器１９４の上面１９４ｃから下方に延び
る一つの隔壁２１２を有する。隔壁２１２の下端とイン
ク容器１９４の底面とは所定の間隔が空けられているの
で、インク容器１９４の底部は連通している。インクカ
ートリッジ１８０Ｈは隔壁２１２によって区画された２
室の収容室２１３ａ及び２１３ｂを有する。収容室２１
３ａ及び２１３ｂの底部は互いに連通する。インク供給
口１８７側の収容室２１３ａの容量はインク供給口１８
７から見て奥の方の収容室２１３ｂの容量より大きい。
収容室２１３ｂの容量は、収容室２１３ａの容量の半分
より小さいことが好ましい。

【０２００】収容室２１３ｂの上面１９４ｃにアクチュ
エータ１０６が装着される。更に、収容室２１３ｂに
は、インクカートリッジ１８０Ｈの製造時に入る気泡を
捕らえる溝であるバッファ２１４が形成される。図４４
（Ｂ）において、バッファ２１４は、インク容器１９４
の側壁１９４ｂから上方に延びる溝として形成される。
バッファ２１４はインク収容室２１３ｂ内に侵入した気
泡を捕らえるので、気泡によってアクチュエータ１０６
がインクエンドと検出する誤作動を防止することができ
る。また、アクチュエータ１０６を収容室２１３ｂの上
面１９４ｃに設けることにより、インクニアエンドが検
出されてから完全にインクエンド状態になるまでのイン
ク量に対して、ドットカウンタによって把握した収容室
２１３ａでのインクの消費状態に対応した補正をかける
ことで、最後までインクを消費することができる。更
に、収容室２１３ｂの容量を隔壁２１２の長さや間隔を
変えたりすることなどによって調節することにより、イ
ンクニアエンド検出後の消費可能インク量を変えること
ができる。

【０２０１】図４４（Ｃ）は、図４４（Ｂ）のインクカ
ートリッジ１８０Ｉの収容室２１３ｂに多孔質部材２１
６が充填されている。多孔質部材２１６は、収容室２１
３ｂ内の上面から下面までの全空間を埋めるように設置
される。多孔質部材２１６は、アクチュエータ１０６と
接触する。インク容器が倒れたときや、キャリッジ上で
の往復運動中に空気がインク収容室２１３ｂ内に侵入し
てしまい、これがアクチュエータ１０６の誤作動を引き
起こす可能性がある。しかし、多孔質部材２１６が備え
られていれば、空気を捕らえてアクチュエータ１０６に
空気が入るのを防ぐことができる。また、多孔質部材２
１６はインクを保持するのでインク容器が揺れることに
より、インクがアクチュエータ１０６にかかってアクチ
ュエータ１０６がインク無しをインク有りと誤検出する
のを防ぐことができる。多孔質部材２１６は最も容量が
小さい収容室２１３に設置することが好ましい。また、
アクチュエータ１０６を収容質２１３ｂの上面１９４ｃ
に設けることにより、インクニアエンドが検出されてか
ら完全にインクエンド状態になるまでのインク量に補正
をかけ、最後までインクを消費することができる。更
に、収容室２１３ｂの容量を隔壁２１２の長さや間隔を
変えたりすることなどによって調節することにより、イ
ンクニアエンド検出後の消費可能インク量を変えること
ができる。

【０２０２】図４４（Ｄ）は、図４４（Ｃ）のインクカ
ートリッジ１８０Ｉの多孔質部材２１６が孔径の異なる
２種類の多孔質部材２１６Ａ及び２１６Ｂによって構成
されているインクカートリッジ１８０Ｊを示す。多孔質
部材２１６Ａは、多孔質部材２１６Ｂの上方に配置され
ている。上側の多孔質部材２１６Ａの孔径は、下側の多
孔質部材２１６Ｂの孔径より大きい。もしくは、多孔質
部材２１６Ａは、多孔質部材２１６Ｂよりも液体親和性
が低い部材で形成される。孔径の小さい多孔質部材２１
６Ｂの方が孔径の大きい多孔質部材２１６Ａより毛細管
力は大きいので、収容室２１３ｂ内のインクが下側の多
孔室部材２１６Ｂに集まり、保持される。したがって、
一度空気がアクチュエータ１０６まで到達してインク無
しを検出すると、インクが再度アクチュエータに到達し
てインク有りと検出することが無い。更に、アクチュエ
ータ１０６から遠い側の多孔質部材２１６Ｂにインクが
吸収されることで、アクチュエータ１０６近傍のインク
の捌けが良くなり、インク有無を検出するときの音響イ
ンピーダンス変化の変化量が大きくなる。また、アクチ
ュエータ１０６を収容質２１３ｂの上面１９４ｃに設け
ることにより、インクニアエンドが検出されてから完全
にインクエンド状態になるまでのインク量に補正をか
け、最後までインクを消費することができる。更に、収
容室２１３ｂの容量を隔壁２１２の長さや間隔を変えた
りすることなどによって調節することにより、インクニ
アエンド検出後の消費可能インク量を変えることができ
る。

【０２０３】図４５は、図４４（Ｃ）に示したインクカ
ートリッジ１８０Ｉの他の実施形態であるインクカート
リッジ１８０Ｋを示す断面図である。図４５に示すイン
クカートリッジ１８０の多孔質部材２１６は、多孔質部
材２１６の下部の水平方向の断面積が、インク容器１９
４の底面の方向にむけて徐々に小さくなるように圧縮さ
れ、孔径が小さくなるよう設計されている。図４５
（Ａ）のインクカートリッジ１８０Ｋは、多孔質部材２
１６の下の方の孔径が小さくなるように圧縮するために
側壁にリブが設けられている。多孔質部材２１６下部の
孔径は圧縮されることにより、小さくなっているので、
インクは多孔質部材２１６下部へと集められ、保持され
る。アクチュエータ１０６から遠い側の多孔質部材２１
６下部にインクが吸収されることで、アクチュエータ１
０６近傍のインクの捌けが良くなり、インク有無を検出
するときの音響インピーダンス変化の変化量が大きくな
る。したがって、インクが揺れることによってインクカ
ートリッジ１８０Ｋ上面に装着されたアクチュエータ１
０６にインクがかかっていしまい、アクチュエータ１０
６が、インク無しをインク有りと誤検出することを防止
することができる。

【０２０４】一方、図４５（Ｂ）及び図４５（Ｃ）のイ
ンクカートリッジ１８０Ｌは、多孔質部材２１６の下部
の水平方向の断面積が、インク容器１９４の幅方向にお
いて、インク容器１９４の底面にむけて徐々に小さくな
るよう圧縮するために、収容室の水平方向の断面積がイ
ンク容器１９４の底面の方向にむけて徐々に小さくなっ
ている。多孔質部材２１６下部の孔径は圧縮されること
により、小さくなっているので、インクは多孔質部材２
１６の下部へと集められ、保持される。アクチュエータ
１０６から遠い側の多孔質部材２１６Ｂの下部にインク
が吸収されることで、アクチュエータ１０６近傍のイン
クの捌けが良くなり、インク有無を検出するときの音響
インピーダンス変化の変化量が大きくなる。したがっ
て、インクが揺れることによって、インクカートリッジ
１８０Ｌの上面に装着されたアクチュエータ１０６にイ
ンクがかかっていしまい、アクチュエータ１０６が、イ
ンク無しをインク有りと誤検出することを防止すること
ができる。

【０２０５】図４６は、アクチュエータ１０６を用いた
インクカートリッジの更に他の実施形態を示す。図４６
（Ａ）のインクカートリッジ２２０Ａは、インクカート
リッジ２２０Ａの上面から下方へと延びるように設けら
れた第１の隔壁２２２を有する。第１の隔壁２２２の下
端とインクカートリッジ２２０Ａの底面との間には所定
の間隔が空けられているので、インクは、インクカート
リッジ２２０Ａの底面を通じてインク供給口２３０へ流
入できる。第１の隔壁２２２よりインク供給口２３０側
には、インクカートリッジ２２０Ａの底面より上方に延
びるように第２の隔壁２２４が、形成されている。第２
の隔壁２２４の上端とインクカートリッジ２２０Ａ上面
との間には所定の間隔が空けられているので、インク
は、インクカートリッジ２２０Ａの上面を通じてインク
供給口２３０へ流入できる。

【０２０６】第１の隔壁２２２によって、インク供給口
２３０から見て、第１の隔壁２２２の奥の方に第１の収
容室２２５ａが形成される。一方、第２の隔壁２２４に
よって、インク供給口２３０から見て第２の隔壁２２４
の手前側に第２の収容室２２５ｂが形成される。第１の
収容室２２５ａの容量は、第２の収容室２２５ｂの容量
より大きい。第１の隔壁２２２及び第２の隔壁２２４の
間に、毛管現象を起こせるだけの間隔が空けられること
により、毛管路２２７が形成される。したがって、第１
の収容室２２５ａのインクは、毛管路２２７の毛細管力
により、毛管路２２７に集められる。そのため、気体や
気泡が第２の収容室２２５ｂへ混入するのを防止するこ
とができる。また、第２の収容室２２５ｂ内のインクの
水位は、安定的に徐々に下降できる。インク供給口２３
０から見て、第１の収容室２２５ａは、第２の収容室２
２５ｂより奥に形成されているので、第１の収容室２２
５ａのインクが消費された後、第２の収容室２２５ｂの
インクが消費される。

【０２０７】インクカートリッジ２２０Ａのインク供給
口２３０側の側壁、すなわち第２の収容室２２５ｂのイ
ンク供給口２３０側の側壁には、アクチュエータ１０６
が装着されている。アクチュエータ１０６は、第２の収
容室２２５ｂ内のインクの消費状態を検知する。アクチ
ュエータ１０６を、第２の収容室２２５ｂの側壁に装着
することによって、インクエンドにより近い時点でのイ
ンク残量を安定的に検出することができる。更に、アク
チュエータ１０６を第２の収容室２２５ｂの側壁に装着
する高さを変えることにより、どの時点でのインク残量
をインクエンドにするかを、自由に設定することができ
る。毛管路２２７によって第１の収容室２２５ａから第
２の収容室２２５ｂへインクが供給されることにより、
アクチュエータ１０６は、インクカートリッジ２２０Ａ
の横揺れによるインクの横揺れの影響を受けないので、
アクチュエータ１０６は、インク残量を確実に測定でき
る。更に、毛管路２２７が、インクを保持するので、イ
ンクが第２の収容室２２５ｂから第１の収容室２２５ａ
へ逆流するのを防ぐ。

【０２０８】インクカートリッジ２２０Ａの上面には、
逆止弁２２８が設けられている。逆止弁２２８によっ
て、インクカートリッジ２２０Ａが横揺れしたときに、
インクがインクカートリッジ２２０Ａ外部に漏れるのを
防ぐことができる。更に、逆止弁２２８をインクカート
リッジ２２０Ａの上面に設置することで、インクのイン
クカートリッジ２２０Ａからの蒸発を防ぐことができ
る。インクカートリッジ２２０Ａ内のインクが消費され
て、インクカートリッジ２２０Ａ内の負圧が逆止弁２２
８の圧力を越えると、逆止弁２２８が開いて、インクカ
ートリッジ２２０Ａに空気を吸入し、その後閉じてイン
クカートリッジ２２０Ａ内の圧力を一定に保持する。

【０２０９】図４６（Ｃ）及び（Ｄ）は、逆止弁２２８
の詳細の断面を示す。図４６（Ｃ）の逆止弁２２８は、
ゴムにより形成された羽根２３２ａを有する弁２３２を
有する。インクカートリッジ２２０の外部との通気孔２
３３が、羽根２３２ａに対向してインクカートリッジ２
２０に設けられる。羽根２３２ａによって、通気孔２３
３が、開閉される。逆止弁２２８は、インクカートリッ
ジ２２０内のインクが減少し、インクカートリッジ２２
０内の負圧が逆止弁２２８の圧力を越えると、羽根２３
２ａが、インクカートリッジ２２０の内側に開き、外部
の空気をインクカートリッジ２２０内に取り入れる。図
４６（Ｄ）の逆止弁２２８は、ゴムにより形成された弁
２３２とバネ２３５とを有する。逆止弁２２８は、イン
クカートリッジ２２０内の負圧が逆止弁２２８の圧力を
越えると、弁２３２が、バネ２３５を押圧して開き、外
部の空気をインクカートリッジ２２０内に吸入し、その
後閉じてインクカートリッジ２２０内の負圧を一定に保
持する。

【０２１０】図４６（Ｂ）のインクカートリッジ２２０
Ｂは、図４６（Ａ）のインクカートリッジ２２０Ａにお
いて逆止弁２２８を設ける代わりに第１の収容室２２５
ａに多孔質部材２４２を配置している。多孔質部材２４
２は、インクカートリッジ２２０Ｂ内のインクを保持す
ると共に、インクカートリッジ２２０Ｂが横揺れしたと
きに、インクがインクカートリッジ２２０Ｂの外部へ漏
れるのを防ぐ。

【０２１１】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。

【０２１２】「複数の液体センサを用いたインク検出技
術」以上、液体センサ（弾性波発生手段およびアクチュ
エータ）を利用してインク消費を検出する各種のインク
カートリッジを説明した。これらの中には、例えば図１
０に示されるように、複数の液体センサをインクカート
リッジに設ける構成が示された。本実施の形態では、こ
れら複数の液体センサを利用してインク消費をさらに適
切に検出する。

【０２１３】図４７は、本実施の形態にかかるインクジ
ェット記録装置の制御システムを示している。インクカ
ートリッジ８００の容器壁には、三つの液体センサ８０
２、８０４、８０６が設置されている。各液体センサは
圧電素子を有し、上述のアクチュエータまたは弾性波発
生手段に相当する。三つの液体センサ８０２〜８０６
は、インク消費による液面変化方向（典型的には液面低
下方向であり、そして、本実施の形態では液面低下方向
を主として想定する）に沿って異なる位置に設置されて
いる。これらの液体センサは、記録装置制御部８１０の
計測処理部８１２により制御される。記録装置制御部８
１０は、さらに、提示処理部８１４、印刷動作制御部８
１６、インク補充処理部８１８、カートリッジ交換処理
部８２０および印刷データ記憶処理部８２２を有する。
これらの構成については後述する。

【０２１４】計測処理部８１２の制御のもとで、各液体
センサ８０２〜８０６に駆動電圧が印加されると、液体
センサが振動する。上述した一つの手法では、インク消
費に伴う音響インピーダンスの変化が利用される。液体
センサを駆動した後の残留振動が検出される。別の手法
では、液体センサは、振動により弾性波を発生した後、
弾性波に対する反射波に応じた信号を出力する。反射波
が返ってくるまでの時間が検出されてもよい。圧電素子
を利用するその他の手法が適用されてもよい。

【０２１５】液面がセンサより高いか否かによって音響
インピーダンスが大きく変化するので、液体センサの検
出信号が異なる。計測処理部８１２は、検出信号に基づ
いて、インクの液面が各センサを通過したか否かを判定
できる。検出処理は、予め定められたタイミングで定期
的に行われる。

【０２１６】ここで、液面がセンサより低い状態を「イ
ンク空状態」とし、液面がセンサより高い状態を「イン
ク有り状態」とする。液面がセンサを通過すると、「イ
ンク有り状態」から「インク空状態」へ検出結果が変化
する。本実施の形態では、液面通過の検知とは、この検
出結果の変化を示す。

【０２１７】本実施形態の特徴として、計測処理部８１
２は、センサの検出位置を、インク消費の進行に応じ
て、インク液面の低下方向に沿って切り換える。カート
リッジの装着直後、すなわちインクフル状態では、液体
センサ８０２のみが使用される。インクが消費され、液
面がセンサ８０２を通過すると、液体センサ８０２はイ
ンク空状態を検出する。これに応えて、計測処理部８１
２は、インク検出位置を中段に切り換える。すなわち、
液体センサ８０４のみを用いてインク消費が検出され
る。同様にして、液体センサ８０４がインク空状態を検
出すると、検出位置が最下段（液体センサ８０６）へと
切り換えられる。

【０２１８】本実施の形態によれば、検出位置を順次下
方に切り換えていくので、全ての液体センサが常に動作
しなくてもよく、液体センサの動作が少なくなる。これ
により、計測処理部８１２でのデータ処理量も減らすこ
とができる。

【０２１９】さらに、本実施の形態では、インク液面の
変化に応じて検出頻度が増大される。検出位置を下側に
シフトするときに、検出頻度を増大することが好まし
い。すなわち、検出処理の間隔が短く変更される。これ
により、以下に説明するように、全体としての検出回数
を少なくできる。

【０２２０】例えば、インクの液面が液体センサ８０２
よりも高いときは、インクが十分に大量にあるので、液
面のセンサ通過を早く発見する必要性は低い。そこで、
液体センサ８０２がインク空状態を検出するまでは、検
出頻度が比較的小さく設定される。一方、インクの液面
が液体センサ８０４を通過した後は、次にインク液面の
通過を検出するのは液体センサ８０６である。液体セン
サ８０６は一番下に位置し、インクニアエンド（インク
の完全消費に近い状態）を検出する。液体センサ８０６
は、液面の通過を早く検出することが好ましい。そこ
で、液体センサ８０６の検出頻度は、液体センサ８０２
よりも大きく設定される。このような制御により、イン
ク消費を早めに検出することが望まれるときの検出頻度
を大きくするとともに、その他の状態での検出頻度を低
くできる。必要な情報の入手を確保した上で、全体とし
ての検出処理回数を少なくできる。

【０２２１】本実施形態の利点は、液体センサがひとつ
の場合と比べると顕著である。仮に、インクニアエンド
を検出する液体センサ８０６のみが設けられているとす
る。この場合、液体センサ８０６は液面の到来をいち早
く検出するために、常に高い頻度で検出処理を繰り返さ
なければならない。これに対し、本実施形態によれば、
インクの消費が進んでいないときは、液体センサ８０２
または液体センサ８０４を用いて比較的低い頻度でイン
ク消費を検出すればよい。したがって、液体センサの動
作する回数を大幅に低減することができる。

【０２２２】以上に説明したように、本実施の形態によ
れば、比較的少ない検出動作で効率よく正確にインクの
消費状態を捕捉できる。計測処理部８１２による処理の
負担が軽くなる。これは記録装置制御部８１０の他の構
成にとっても有利である。例えば、大型の記録装置にお
いて長時間高速で印刷を続ける場合を考えると、印刷処
理の途中で計測処理を行う回数を少なくできる。

【０２２３】なお、本実施形態においては、検出位置を
切り換えるたびに常に検出頻度を変える必要はない。例
えば、図４７の液体センサ８０２および液体センサ８０
４は同じ頻度でインク消費を検出してもよい。あるい
は、液体センサ８０４と液体センサ８０６の検出頻度が
同じでもよい。

【０２２４】また、本実施の形態においては、液体セン
サの数が三つであった。しかしながら、液体センサの数
は二つ以上であればいくつでもよい。また、液体センサ
の間隔は一定でなくてもよい。たとえば、液面が低くな
るほど液体センサの間隔を狭くすることが好適である。
こうした変形は、以下の他の実施形態においても同様に
適用可能である。

【０２２５】「インク消費状態に基づくインクジェット
記録装置の制御」図４７に戻り、記録装置制御部８１０
は、さらに、提示処理部８１４、印刷動作制御部８１
６、インク補充処理部８１８、カートリッジ交換処理部
８２０および印刷データ記憶処理部８２２を有してい
る。これらの構成は、計測処理部８１２により検出され
たインク消費状態に基づいてインクジェット記録装置を
制御する。本実施の形態では、複数の検出位置でインピ
ーダンス変化を検出することにより、液面位置が段階的
に検出される。センサがひとつの場合には得られない複
数の液面位置がもとめられる。この液面位置情報を利用
するので、記録装置の制御も好適に行える。なお、記録
装置制御部８１０は、インクジェット記録装置の内部に
設けられてもよく、あるいは外部に設けられてもよい。
制御部８１０の一部または全部の機能が、記録装置に接
続されたコンピュータ等の外部装置に与えられてもよ
い。

【０２２６】提示処理部８１４は、液面通過を検知した
液体センサに対応する情報を提示する。情報の提示に
は、ディスプレイ８３０およびスピーカ８３２が用いら
れる。ディスプレイ８３０は、例えば記録装置の表示パ
ネルである。また、ディスプレイ８３０は、記録装置に
接続されたコンピュータの画面でもよい。好ましくは、
液面通過を検出した液体センサに応じて表示形態が変更
される。

【０２２７】図４８は、表示形態を異ならせる処理の例
を示している。最も高い位置にある液体センサ８０２が
液面通過を検出した時は、青色の長い棒図形が表示され
る。液体センサ８０２の検出前から、同様の図形が表示
されていてもよい。次に、中段の液体センサ８０４が液
面通過を検出したときは、中くらいの長さの棒図形であ
って黄色い棒図形が表示される。さらに、一番下の液体
センサ８０６が液面通過を検知したときは、赤色の短い
棒図形が表示される。また、表示は直接ＬＥＤ等を用い
る形態でもよい。こうした表示形態の変更、詳細には色
および図形の変更により、インクの消費状態をわかりや
すくユーザに伝えることができる。

【０２２８】また、提示処理部８１４は、スピーカ８３
２を用いて情報を提示する。液体センサが液面通過を検
出すると、報知音がスピーカ８３２から出力される。ス
ピーカ８３２は、記録装置のスピーカでもよく、記録装
置に接続されたコンピュータ等の外部装置のスピーカで
もよい。好ましくは、ここでも液体センサに応じて報知
音を異ならせる。また報知音として音声信号を用いるこ
とも好適である。音声合成処理によりインク消費状態を
示す合成音声が生成される。このときは、メッセージの
中身がインク量に応じて、すなわち液面通過を検知した
液体センサに応じて変更される。

【０２２９】記録装置制御部８１０の他の構成（８１
６、８１８・・・）は、インクカートリッジの最も低い
位置に取り付けられた液体センサ（図４７、８０６）が
液面通過を検知したのに応答して、所定の低インク量対
応処理を行う。低インク量対応処理は、インクが残り少
なくなったことを考慮して、不適切な印刷等の記録装置
の動作を禁止または抑制する処理である。

【０２３０】印刷動作制御部８１６は、印刷装置８３４
を制御して、低インク対応処理として、印刷動作を停止
する。これにより、インクが無くなった後の印刷動作が
回避される。

【０２３１】印刷動作制御部８１６は、低インク対応処
理として、印刷メンテナンス動作（クリーニング動作）
を禁止してもよい。本実施の形態では、印刷メンテナン
スの対象に印刷ヘッドが含まれる。この印刷ヘッドのメ
ンテナンスの際に、比較的多くのインクがヘッドから吸
引される。この形態によれば、残り少ないインクがメン
テナンスのためにヘッドから吸引されるのを回避でき、
これにより、メンテナンスのためにインクが不足すると
いう事態も回避できる。

【０２３２】また、印刷動作制御部８１６は、低インク
量対応処理の他の例として、ある印刷処理を終了してか
ら次の印刷処理に移るのを禁止してもよい。これによ
り、ひとつの印刷処理、たとえば一連の文章の印刷途中
で印刷が停止するのを回避できる。

【０２３３】インク補充処理部８１８は、低インク量対
応処理として、インク補充装置８３６を制御してインク
カートリッジにインクを自動的に補充する。これによ
り、印刷を継続することができる。

【０２３４】カートリッジ交換処理部８２０は、低イン
ク量対応処理として、カートリッジ交換装置８３８を制
御してインクカートリッジを自動的に交換する。この対
応処理によっても印刷動作を継続することができる。

【０２３５】印刷データ記憶処理部８２２は、低インク
量対応処理として、印刷完了前の印刷データを印刷デー
タ記憶部８４０に格納する。これにより、印刷前の印刷
データが失われるのを回避できる。

【０２３６】これらの構成８１４〜８２２の全てが記録
装置制御部８１０に設けられていなくてもよい。少なく
ともひとつの低インク量対応処理が行われればよい。例
えば、インク補充処理部８１８またはカートリッジ交換
処理部８２０が設けられていれば、印刷動作制御部８１
６は印刷動作の停止処理を行わなくてもよい。また、上
記に例示した以外の低インク量対応処理を行う構成であ
って、インク不足による不適切な動作を回避する構成が
設けられてもよい。

【０２３７】また、上記の低インク量対応処理は、最も
低い位置の液体センサが液面通過を検知してから「所定
の余裕量」の印刷が行われた後に実行することが好適で
ある。「所定の余裕量」は、液体センサの液面検知後に
全インクを消費する印刷量より少ない適当な値に設定さ
れる。

【０２３８】図４７を参照すると、液体センサ８０６が
検出するのはインクニアエンド状態である。液体センサ
８０６の検出後も、少量のインクが残っている。この形
態によれば、インクをさらに消費してから、すなわちで
きるだけインクを使い切ってから低インク量対応処理を
実行することができる。

【０２３９】上記の「所定の余裕量」は、印刷枚数で定
義されてもよい。たとえば、一番下の液体センサが液面
通過を検出してから低インク量対応処理の実行までの印
刷枚数が予め設定される。この形態によれば、あるペー
ジの印刷途中で低インク量対応処理を実行することが回
避される。あるページの印刷途中で印刷を停止したり、
印刷途中でカートリッジ交換処理を開始することが回避
される。したがって、低インク量対応処理を適切なタイ
ミングで行うことができる。

【０２４０】「センサの走査による液面把握」図４９
は、本発明のもうひとつの実施の形態に係る記録装置制
御システムを示している。インクカートリッジ９００
は、縦長形状を有し、例えばいわゆるオフキャリッジ用
の固定型インクカートリッジである。インクカートリッ
ジ９００は、インク消費による液面低下方向に沿って七
つの液体センサ９０２〜９１４を有している。液体セン
サ９０２〜９１４は、記録装置制御部８１０の計測処理
部８１２により制御される。各液体センサの動作は、図
４７の実施形態と実質的に同様である。計測処理部８１
２は、各液体センサに駆動電圧を与えるとともに、各セ
ンサが出力する逆起電圧を得る。

【０２４１】計測処理部８１２は、所定の計測間隔をお
いて定期的にインクの液面位置を検出する。毎回の検出
処理のたびに、液体センサ９０２〜９１４が使用され
る。例えば、最も上の液体センサ９０２から最も下の液
体センサ９１４へ向けて順番に液体センサが動作する
（液体センサのスキャン動作）。仮に液面が液体センサ
９１０と液体センサ９１２の間にあったとする。この場
合、液体センサ９０２〜９１０は、インク空状態を検出
する。一方、液体センサ９１２および液体センサ９１４
は、インク有り状態を検出する。したがって、液面位置
を正確にもとめることができる。なお液体センサのスキ
ャン方向は逆向きでもよい。

【０２４２】計測処理部８１２は、すでに液面が通過し
た検出位置にある液体センサを使わないでもよい。例え
ば図４９の例では、液体センサ９０２〜９１０はすでに
液面が通過した位置にあるので、検出処理に使われない
でもよい。ここで、所定の回数にわたってインク空状態
を検出した液体センサが、検出処理の対象から除外され
てもよい。これにより、液面より上にあることが確実な
液体センサを検出処理の対象から外すことができる。

【０２４３】計測処理部８１２は、好ましくは、検出処
理に使わない液体センサが増えたときに、検出頻度を増
大する。検出処理に使わない液体センサが増えたという
ことは、液面が低下したことを意味する。液面が低下し
てインクが少なくなったとき、検出頻度の増大により、
インク消費を早めに検出できる。センサ数が減っている
ので、計測処理部の負担の増大も少ない。したがって、
この形態によれば、検出処理の負担の増大を抑えつつ、
インクが少なくなったときにインク消費をより早く検出
できる。

【０２４４】好適な一形態においては、インクの消費が
進む途中で、液体センサのスキャン方向が切り換えられ
る。図５０は、スキャン方向の切り換え処理を示してい
る。所定の検出方向切り換えレベル９２０（スキャン方
向切り換えレベル）が予め設定されている。この例で
は、切り換えレベル９２０は液体センサ９０８の高さと
一致している。液体センサ９０８はインクカートリッジ
のほぼ中央にある。液面が切り換えレベル９２０より上
にあるときは、スキャン方向は下向きである。したがっ
て、最初に液体センサ９０２が動作し、次に液体センサ
９０４が動作し、順次下側のセンサが動作する。一方、
インク消費が進み、液面が切り換えレベル９２０を下回
ると、すなわち液体センサ９０８がインク空状態を検出
すると、液体センサのスキャン方向が上向きへと切り換
えられる。まず、液体センサ９１４が動作して次に液体
センサ９１２が動作し、順次上側のセンサが動作する。

【０２４５】ここで、液面が高いときは、上から下へ液
面を探す方が、より早く液面を見つけられる。逆に液面
が低いときは、下から上に液面を探すと、より早く液面
を見つけられる。したがって本実施の形態によれば効率
よく液面位置を把握できる。

【０２４６】またこの形態では、液面位置を把握できた
ら、予定の全ての検出位置での検出を終了する前でも、
液体検出を終了してしまってよい。たとえば図５０の左
側では、液体センサ９０６がインク有り状態を検出した
ら、液面位置が分かったので、検出処理を終了してもよ
い。

【０２４７】上記の説明から明らかなように、本実施の
形態によれば、液面の位置を効率よく早く見つけること
ができ、さらには無駄な液体センサの動作を減らせる。

【０２４８】なお、切り換えレベル９２０は、カートリ
ッジの中央でなくてもよい。また、切り換えレベル９２
０は、中央のセンサと同じ位置でなくてもよい。

【０２４９】「印刷動作中のセンサ使用制限」好ましく
は、インクジェット記録装置が印刷動作中か否かによっ
て、計測制御処理が変更される。印刷動作中は、検出に
用いる液体センサの数が制限される。これは、検出結果
に基づく記録装置制御が可能な範囲で制限された情報を
入手すべく、通常よりも少ない数の液体センサを使用す
る処理である。

【０２５０】好ましくは、印刷動作中は最も下の液体セ
ンサ（図４９、９１４）のみが使用される。この最も下
の液体センサを用いて、インクが残り少なくなったか否
かのみが判断される。印刷動作中でなければ、上述した
処理にしたがって他の液体センサも使用される。

【０２５１】この形態の利点を説明する。印刷動作中
は、インク消費検出処理の負担をできるだけ軽くするこ
とが望ましい。例えば、図４９の記録装置制御部８１０
は、検出処理と印刷動作を制御する。検出処理は、印刷
動作にも影響を与える可能性がある。検出処理が簡単な
方が、印刷処理が速やかに進むと考えられる。本実施の
形態によれば、有用な情報が得られる範囲で液体センサ
の動作を制限するので、印刷動作中の検出処理の負担を
軽くできる。

【０２５２】センサ動作の制限の形態については各種の
変形が可能である。例えば、液体センサが適当に間引か
れる。奇数番目あるいは偶数番目の液体センサのみが使
われてもよい。また、一番上、真中および一番下の液体
センサのみが使われてもよい。また、次に液面通過を検
出すると予想される液体センサのみが使われてもよい。
図４９の例では、印刷動作中は液体センサ９１２のみが
使用される。

【０２５３】「フェール対策」さらに、本実施の形態で
は、プリンタフェール対策として以下の処理を行う。図
５１は、本実施形態のフェール対策を示している。図中
において白い丸印は、液体センサがインク空状態を検出
したことを示す。黒い丸印は、液体センサがインク有り
状態を検出したことを示す。図示のように、上側の三つ
の液体センサ９０２〜９０６は、インク空状態を検出し
ている。４番目の液体センサ９０８はインク有り状態を
検出する。しかしながら、５番目の液体センサ９１０は
インク空状態を検出している。さらに下側の二つの液体
センサ９１２、９１４はインク有り状態を検出してい
る。

【０２５４】このとき、液体センサ９０８または液体セ
ンサ９１０にフェールが発生したと考えられる。しかし
ながら、どちらの液体センサにフェールが発生したかは
判別できない。そこで、本実施形態では、液面が液体セ
ンサ９１０と液体センサ９１２の間にあると判断する。
これは、複数の液体センサにフェールの可能性があると
きに、より上側の液体センサがフェールしたと判断する
ことを意味している。このような判断により、液面が低
く推定されるので、誤判断による弊害を最小限に抑える
ことができる。

【０２５５】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。

【０２５６】例えば本実施形態では本発明がインクカー
トリッジに適用された。これに対して、本発明は、イン
クカートリッジに限定されず、他のインクタンクまたは
インク容器に適用されてもよく、またインク以外の液体
を収容する容器に適用されてもよい。

【０２５７】また上記の実施の形態では、液体センサが
振動を発生するとともに、インク消費状態を示す検出信
号を発生した。一つの手法では、振動の発生後、残留振
動状態を示す信号が出力された。別の手法では、振動に
よる弾性波の発生後、反射波に応じた信号が出力され
た。これに対して、液体センサは自分で振動を発生しな
いでもよい。すなわち、振動発生と検出信号出力の両方
を行わないもよい。別のアクチュエータによって振動が
発生される。あるいは、キャリッジの移動などに伴って
インクカートリッジに振動が発生したときに、インク消
費状態を示す検出信号を液体センサが生成してもよい。
積極的に振動を発生することなく、プリンタ動作によっ
て自然に発生する振動を用いてインク消費が検出され
る。

【０２５８】

【発明の効果】以上の説明から明らかになるように、本
発明によれば、液体容器内の液体消費状態が、圧電素子
を利用して振動に基づき検出される。検出位置を切り換
えることによって適切に液体消費状態を捕捉できる。さ
らに、液体消費状態に基づいてインクジェット記録装置
を適切に制御することができる。

【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】サブタンクユニット３３の詳細な断面を示す図
である。

【図５】弾性波発生手段３、１５、１６、及び１７の製
造方法を示す図である。

【図６】図５に示した弾性波発生手段３の他の実施形態
を示す図である。

【図７】本発明のインクカートリッジの他の実施例を示
す図である。

【図８】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９】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１０】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１１】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１２】図１１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１３】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１４】貫通孔１ｃの更に他の実施形態の平面を示す
図である。

【図１５】本発明のインクジェット記録装置の実施形態
の断面を示す図である。

【図１６】図１５に示した記録装置に適したインクカー
トリッジの実施形態を示す図である。

【図１７】本発明のインクカートリッジ２７２の他の実
施形態を示す図である。

【図１８】本発明のインクカートリッジ２７２及びイン
クジェット記録装置の更に他の実施形態を示す図であ
る。

【図１９】図１６に示したインクカートリッジ２７２の
他の実施形態を示す図である。

【図２０】アクチュエータ１０６の詳細を示す図であ
る。

【図２１】アクチュエータ１０６の周辺およびその等価
回路を示す図である。

【図２２】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２３】アクチュエータ１０６の逆起電力波形を示す
図である。

【図２４】アクチュエータ１０６の他の実施形態を示す
図である。

【図２５】図２４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２６】図２６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２７】図２４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２８】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２９】貫通孔１ｃの他の実施形態を示す図である。

【図３０】アクチュエータ６６０の他の実施形態を示す
図である。

【図３１】アクチュエータ６７０の更に他の実施形態を
示す図である。

【図３２】モジュール体１００を示す斜視図である。

【図３３】図３２に示したモジュール体１００の構成を
示す分解図である。

【図３４】モジュール体１００の他の実施形態を示す図
である。

【図３５】図３４に示したモジュール体１００の構成を
示す分解図である。

【図３６】モジュール体１００の更に他の実施形態を示
す図である。

【図３７】図３２に示したモジュール体１００をインク
容器１に装着した断面の例を示す図である。

【図３８】モジュール体１００の更に他の実施形態を示
す図である。

【図３９】図２０および図２１に示したアクチュエータ
１０６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４０】インクジェット記録装置の詳細を示す図であ
る。

【図４１】図４０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４２】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４３】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４４】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４５】図４４（Ｃ）に示したインクカートリッジ１
８０の他の実施形態を示す図である。

【図４６】モジュール体１００を用いたインクカートリ
ッジの更に他の実施形態を示す図である。

【図４７】本実施の形態にかかるインクジェット記録装
置の制御システムを示す図である。

【図４８】インク消費状態を表示するときに表示形態を
異ならせる処理の例を示す図である。

【図４９】本実施の形態に係るもう１つのインクジェッ
ト記録装置の制御システムを示す図である。

【図５０】図４８のシステムにおいて、インク消費過程
で液面位置の検出方向を切り換える処理を示す図であ
る。

【図５１】図４８のシステムにおけるセンサフェール対
策処理を示す図である。

【符号の説明】

８００インクカートリッジ８０２〜８０６液体センサ８１０記録装置制御部８１２計測処理部８１４提示処理部８１６印刷動作制御部８１８インク補充処理部８２０カートリッジ交換処理部８２２印刷データ記憶処理部９００インクカートリッジ９０２〜９１４液体センサ

───────────────────────────────────────────────────── 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 41/187 Ｃ 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 EB29 EB51 EC26 EC28 EC64 EC67 FA10 KC01 KC09 KC11 KC13 KC15 KC30 KD06 2F013 BF00 CB10 2F014 AA01 AA07 AB01 AB02 AB03 CB01 FB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体容器内の液体の消費状態を、圧電素
子を利用して振動に基づき検出する液体消費検出方法で
あって、消費状態の検出位置を、液体消費の進行に応じて、液体
消費による液面変化方向に沿って切り換えることを特徴
とする液体消費検出方法。
【請求項２】前記液面変化に応じて検出頻度を増大す
ることを特徴とする請求項１に記載の液体消費検出方
法。
【請求項３】前記液面変化方向に沿った複数の検出位
置に対応して、それぞれ圧電素子を有する複数の液体セ
ンサを設け、ある液体センサが液面通過を検出したときに、液体検出
に用いる液体センサを前記液面変化方向のものへと切り
換えることを特徴とする請求項１または２に記載の液体
消費検出方法。
【請求項４】液体容器内の液体の消費状態を、圧電素
子を利用して振動に基づき検出する液体消費検出方法で
あって、毎回の液体検出にて、液体消費による液面変化方向に沿
って設定された複数の検出位置にて液面通過を検出する
ことにより、液面位置を把握することを特徴とする液体
消費検出方法。
【請求項５】前記複数の検出位置に対応して設けら
れ、それぞれ圧電素子を有する複数の液体センサを用い
て液面位置を求めることを特徴とする請求項４に記載の
液体消費検出方法。
【請求項６】既に液面が通過した検出位置にある液体
センサを使わずに液面位置を求めることを特徴とする請
求項５に記載の液体消費検出方法。
【請求項７】検出に用いられる液体センサが減ったと
きに、検出頻度を増大することを特徴とする請求項６に
記載の液体消費検出方法。
【請求項８】液面が所定の検出方向切替レベルより高
いときには、高検出位置から低検出位置に向かって順に
前記複数の液体センサを使用し、液面が前記所定の検出方向切替レベルより低いときに
は、低検出位置から高検出位置に向かって順に前記複数
の液体センサを使用することを特徴とする請求項５に記
載の液体消費検出方法。
【請求項９】液面位置を把握できたら、予定の全検出
位置での検出を終了する前でも、そのときの液体検出を
終了することを特徴とする請求項８に記載の液体消費検
出方法。
【請求項１０】前記液体センサにより、音響インピー
ダンスの変化に基づいて液体消費状態が検出されること
を特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の液体消費
検出方法。
【請求項１１】前記液体センサは残留振動状態を示す
信号を出力し、残留振動状態が液体消費状態に応じて変
化することに基づいて液体消費状態が検出されることを
特徴とする請求項１０に記載の液体消費検出方法。
【請求項１２】インクジェット記録装置に装着される
液体容器であるインクカートリッジのインク消費を検出
することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載
の液体消費検出方法。
【請求項１３】インクジェット記録装置による印刷動
作中は、液体検出に用いる液体センサの数を制限するこ
とを特徴とする請求項１２に記載の液体消費検出方法。
【請求項１４】インクジェット記録装置による印刷動
作中は、最も下の液体センサを使用し、印刷動作中でな
いときは複数の液体センサを使用することを特徴とする
請求項１３に記載の液体消費検出方法。
【請求項１５】インク容器のインク消費状態に基づい
てインクジェット記録装置を制御する記録装置制御方法
であって、液面低下方向に沿って設定された複数の検出位置にて、
圧電素子を用いて振動に基づき液面通過を検出すること
により、液面位置を検出し、検出した液面に応じて前記インクジェット記録装置を制
御することを特徴とする記録装置制御方法。
【請求項１６】前記複数の検出位置に対応して設けら
れ、それぞれ圧電素子を有する複数の液体センサを用い
て液面位置を求めることを特徴とする請求項１５に記載
の記録装置制御方法。
【請求項１７】液面通過を検出した液体センサに応じ
た情報を提示することを特徴とする請求項１６に記載の
記録装置制御方法。
【請求項１８】液面通過を検出した液体センサに応じ
た情報を、前記インクジェット記録装置またはその外部
で表示することを特徴とする請求項１６に記載の記録装
置制御方法。
【請求項１９】液面通過を検出した液体センサに応じ
て表示形態を異ならせることを特徴とする請求項１８に
記載の記録装置制御方法。
【請求項２０】最も低い位置に設けられた液体センサ
による液面通過の検知に応答して、所定の低インク量対
応処理を行うことを特徴とする請求項１６に記載の記録
装置制御方法。
【請求項２１】前記所定の低インク量対応処理は、印
刷動作の停止または印刷メンテナンス動作の禁止の少な
くとも一方であることを特徴とする請求項２０に記載の
記録装置制御方法。
【請求項２２】前記所定の低インク量対応処理は、あ
る印刷処理を終了してから次の印刷処理に移るのを禁止
する処理であることを特徴とする請求項２０に記載の記
録装置御方法。
【請求項２３】前記所定の低インク量対応処理を、最
も低い位置に設けられた液体センサが液面通過を検知し
てから所定の余裕量の印刷が行われた後に実行すること
を特徴とする請求項２０〜２２のいずれかに記載の記録
装置制御方法。
【請求項２４】前記液体センサにより、音響インピー
ダンスの変化に基づいて液体消費状態が検出されること
を特徴とする請求項１６〜２３のいずれかに記載の液体
消費検出方法。
【請求項２５】前記液体センサは残留振動状態を示す
信号を出力し、残留振動状態が液体消費状態に応じて変
化することに基づいて液体消費状態が検出されることを
特徴とする請求項２４に記載の液体消費検出方法。
【請求項２６】液体容器内の液体の消費状態を、圧電
素子を利用して振動に基づき検出する液体消費検出装置
であって、液体消費による液面変化方向に沿って配列され、それぞ
れ圧電素子を有する複数の液体センサを備え、液体検出
に用いる液体センサを、液体消費の進行に応じて、前記
液面変化方向へと切り換えることを特徴とする液体消費
検出装置。
【請求項２７】液体容器内の液体の消費状態を、圧電
素子を利用して振動に基づき検出する液体消費検出装置
であって、液体消費による液面変化方向に沿って配列され、それぞ
れ圧電素子を有する複数の液体センサを備え、毎回の液
体検出にて、前記複数の液体センサを用いて液面通過を
検出することにより、液面位置を把握することを特徴と
する液体消費検出装置。
【請求項２８】インク容器のインク消費状態に基づい
てインクジェット記録装置を制御する記録装置制御シス
テムであって、液体消費による液面変化方向に沿って配列され、それぞ
れ圧電素子を有する複数の液体センサを備え、前記複数
の液体センサを用いて振動に基づき液面通過を検出する
ことにより、液面位置を検出し、検出した液面に応じて
前記インクジェット記録装置を制御することを特徴とす
る記録装置制御システム。