JP3797535B2 - Liquid container - Google Patents
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Description
【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知する圧電装置を有する液体容器に関する。
【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】
ところで、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。
【0005】
【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。
【0006】
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、インクの液面の検出をインクの導電性に頼るので、検出可能なインクの種類が限定されたり、また電極のシール構造が複雑化する問題がある。また、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。
【0007】
また、インクカートリッジに圧電装置を取付けることによりインクの消費状態を管理する場合に、印字時におけるインクカートリッジの走査によって、インクカートリッジ内のインクが波打ち、または泡立つことがある。インクが圧電装置付近において波打ち、または泡立つことによって、インクやインクの泡が圧電装置に付着する。圧電装置に付着したインクやインクによって、圧電装置はインクの消費量を正確に検出することができない場合が生ずる。
【0008】
そこで本発明は、液体の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。
【0009】
また、液体容器内の圧電装置付近において液体が波打ち、または泡立つことを防止することを目的とする。
【0010】
さらに、液体容器内の液体が波打ち、または泡立った場合においても、圧電装置が、正確に液面の検出をし、液体の消費量を正確に検出できる液体容器を提供することを目的とする。
【0011】
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。
【0012】
【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、液体を収容する容器と、液体を容器の外部へ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、容器内部の圧電装置に対向する位置に配備される防波壁と、を備える。
【0013】
好ましくは、圧電装置と防波壁との間には間隙が設けられている。好ましくは、間隙には毛細管力が作用しない。または、圧電装置と防波壁との間の毛細管力は、液体を保持する程度の毛細管力より小さい。
【0014】
圧電装置は、容器の内方に向けて開口するキャビティを有していてもよい。
【0015】
好ましくは、防波壁は、容器に対して固定するように、容器の内壁から延びている。好ましくは。防波壁は、液体の液面に対してほぼ垂直の方向に延びている。また、好ましくは、防波壁は、液体の液面に対してほぼ平行の方向に延びている。
【0016】
容器は、液体の液面に対して下方にある底壁を有し、防波壁は、底壁から延びていてもよい。防波壁は液体の液面に対して傾斜して延びていてもよい。
【0017】
好ましくは、容器は、液体の液面に対してほぼ垂直の方向に延びている側壁を有している。側壁と防波壁との間の間隙は、液体の液面に対して上方へいくにしたがって広がっていてもよい。
【0018】
好ましくは、容器は、液体の液面に対して上方にある頂壁をさらに有しており、防波壁は頂壁まで延びている。防波壁と頂壁との境界は気密かつ液密に結合しており、かつ防波壁と底壁との境界には液体が通過する連通口が配設されていてもよい。
【0019】
好ましくは、当該液体容器は、防波壁を境として圧電装置がある側の頂壁に、気体を収容できる凹部が形成されている。
【0020】
防波壁は、頂壁から延びていてもよい。好ましくは、防波壁と頂壁との境界は気密かつ液密に閉じており、防波壁を境として圧電装置がある側の頂壁に、気泡を捕らえる凹部が形成されている。
【0021】
好ましくは、容器は、液体の液面に対してほぼ垂直の方向に延びている側壁を有する。防波壁は、側壁から延びていてもよい。また、防波壁は複数個配備されてもよい。
【0022】
好ましくは、容器は、液体の液面に対して上方にある頂壁と、液体の液面に対して下方にある底壁と、を有している。複数の防波壁は、頂壁と底壁とから交互に延びていてもよい。
【0023】
好ましくは、容器は、液体の液面に対してほぼ垂直の方向に延びる第1側壁と、第1側壁と対向する側で液体の液面に対してほぼ垂直の方向に延びる第2側壁を有している。複数の防波壁は、第1側壁と第2側壁とから交互に延びていてもよい。
【0024】
好ましくは、容器は、互いに隣接する少なくとも二つの壁面を有する。圧電装置は、少なくとも二つの壁面の境界にある境界部に配備されていてもよい。さらに、好適には、防波壁は、防波壁の一端は前少なくとも二つの壁面のうち一方の壁面から延び、他端は他方の壁面の壁から延びている。
【0025】
防波壁は、ほぼ平面の形状であってもよく、L字の形状であってもよく、さらに球の形状の一部分であってもよい。また、防波壁は、防波壁の端の少なくとも一部分が圧電装置が配備される壁面に向かうように屈曲している屈曲部を有し、防波壁と圧電装置との間には毛細管力が作用せず、かつ屈曲部と圧電装置が配備される壁面との間には毛細管力が作用するように設計してもよい。
【0026】
容器は、防波壁によって少なくとも二つの液体収容室に仕切られていてもよい。かかる場合、好ましくは、二つの液体収容室のうち、液体供給口に比較的に近い供給口側液体収容室には多孔質部材を配備し、液体供給口から比較的に遠い奥側液体収容室には圧電装置が配備される。好ましくは、防波壁と容器とは同じ材料によって一体的に形成されている。防波壁は、少なくとも一部分がメッシュ構造であってもよく、防波壁が多孔質部材であってもよい。さらに、多孔質部材は負圧発生部材であってもよい。
【0027】
好ましくは、圧電装置は振動を生ずる振動部を有し、振動部が振動を発生した後、振動部に残留する残留振動によって逆起電力を発生し、この逆起電力に基づいて液体の消費状態を検出する。好ましくは、当該液体容器は、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、記録ヘッドへ容器内の液体を供給する。
【0028】
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。
【0029】
【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詳細に説明する。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。
【0030】
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。
【0031】
本実施例においては、圧電装置またはアクチュエータを使用することによって、圧電装置またはアクチュエータの振動部に残留する残留振動により液体容器内の媒体およびその状態の変化を検出する。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。
【0032】
図1から図13は、本発明に従った液体容器の実施例として、例えば、単色のブラックインク用のインクカートリッジの一形態の断面図である。本実施例に従ったインクカートリッジは、液体Kを収容する容器1と、液体Kを容器1の外部へ供給するインク供給口2と、容器1内のインクの消費状態を検出するアクチュエータ106と、アクチュエータ106に対向する位置に配備される防波壁と、を備える。
【0033】
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18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。
【0034】
図1(A)は、本発明に従ったインクカートリッジの一実施例の側断面図を示す。尚、図1から図4では、防波壁1192a〜防波壁1192dは、インクの液面に対してほぼ水平に延びている。また、アクチュエータ106はインクの液面に対して下方にある底壁1aに配備されている。図1(A)に示すように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の底壁1aの外側には、アクチュエータ106が容器に設けられた貫通孔1c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、弾性波の伝達がインクから気体へと変更するべく、アクチュエータ106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。アクチュエータ106は、自ら振動を発生することなく、単にインクカートリッジに生ずる振動を検出する手段として用いても良い。
【0035】
図1(B)は、本発明に従ったインクカートリッジの一実施例の正面からみた断面図を示す。図1(B)に示すように、容器1は、インクの液面に対してほぼ垂直の方向に延びている側壁1020を有する。防波壁1192aは、容器1の側壁1020に取り付けられることによって、容器1に対して固定されている。
【0036】
アクチュエータ106と防波壁1192aとの間には間隙が設けられている。インクカートリッジ内にインクが満たされている場合には、アクチュエータ106と防波壁1192aとの間の間隙には、インクが満たされる。一方、インクカートリッジ内のインクが消費された場合には、アクチュエータ106と防波壁1192aとの間の間隙には、インクが保持されないように設計する。即ち、アクチュエータ106と防波壁1192aとの間には、インクを保持するような毛細管力が無い。
【0037】
容器1には貫通孔1cが配設されているので、容器1内のインクが消費されてもインクが貫通孔1cに残存する。したがって、インクカートリッジが印字時の走査等により振動し、インク供給口2の近傍にあるインクが波打つ場合でも、予め貫通孔1cにインクが残存するので、アクチュエータ106にインクが誤って付着するということはない。よって、アクチュエータ106は、インクの有無を誤って検出することは少ない。
【0038】
本発明に従ったインクカートリッジは、アクチュエータ106と対向するように防波壁が配備されている。したがって、インク供給口2の近傍にあるインクが波打ったとしても、防波壁がアクチュエータ106に波打ったインクが接触することをも防止する。よって、さらにアクチュエータ106は、インクの有無を誤って検出することはなくなる。
【0039】
また、インクカートリッジが印字時の走査等により振動し、インクが波打つ場合に、気泡が生ずる場合がある。気泡がアクチュエータ106に付着した場合には、容器1内にインクが満たされているにもかかわらず、インクが無いと、誤って検出する虞がある。しかし、本実施例の構成によれば、インクカートリッジが印字時の走査等により振動した場合であっても、防波壁によって、インクが圧電装置付近において波打つことを防止する。インクが圧電装置付近において波打つことを防止することによって、気泡が生ずることを防止する。また、気泡が生じたとしても、防波壁はアクチュエータ106に対向するように配備されるため、防波壁は、気泡がアクチュエータ106に接近し、接触するのを防止する。
【0040】
防波壁の大きさ、厚さ、形、柔軟性および材料に限定は無い。したがって、防波壁は、さらに大きくしてもよく、小さくしてもよい。また、防波壁は、さらに厚くしてもよく、薄くしてもよい。また、また、防波壁は、正方形でもよく、長方形でもよく、多角形や楕円形でもよい。また、防波壁は、鋼質な材料から形成してもよく、柔軟な材料から形成してもよい。さらに、防波壁は、気密または液密の材料から形成してもよく、逆に、通気または液体を通過させる材料から形成してもよい。例えば、気密または液密の材料としては、プラスチック、テフロン、ナイロン、ポリプロピレン、PETなどがある。一方、通気または液体を通過させる材料としては、ナイロン等から組成される多孔質材料やメッシュ構造を有する材料などがある。また、防波壁に使用される多孔質材料は、負圧発生部材であってもよい。
【0041】
好ましくは、容器1と防波壁とは、一体的に成形できるように同じ材料から形成される。それによって、インクカートリッジの製造行程が短縮化される。
【0042】
尚、インクの消費に伴い、インクカートリッジの内部が極度の負圧になるとインク供給口2からインクを記録ヘッドへ供給できなくなるので、インクカートリッジの内部が極度の負圧ならないように、容器の一部に通気孔(図示せず)を配設する。
【0043】
図2は、本発明に従ったインクカートリッジの他の実施例の側断面図を示す。図2に示すように、防波壁1192bは、容器1のうち、インクの液面に対して垂直に延びる側壁1030に取り付けられている。本実施例に従ったインクカートリッジの正面からみた断面図は、図1(B)または図3(B)のいずれかに示す断面図と同一である。
【0044】
本実施例におけるインクカートリッジにおいては、防波壁1192bは、図1の防波壁1192aと比較して長く延びている。したがって、防波壁1192bは、アクチュエータ106をインクの波から防ぐ効果が高い。
【0045】
図3(A)は、本発明に従ったインクカートリッジのさらに他の実施例の側断面図を示す。図3(A)に示すように、容器1の壁のうち、インクの液面に対して垂直に延びる側壁1010および側壁1030が互いに対向するように位置する。防波壁1192cは、側壁1010から側壁1030まで延びている。
【0046】
図3(B)は、図3(A)のインクカートリッジを正面からみた断面図を示す。側壁1020と防波壁1192cとの間は、インクが通過できるように間隙が設けられている。
【0047】
図4は、本発明に従ったインクカートリッジのさらに他の実施例の側断面図を示す。本実施例においては、アクチュエータ106は、底壁1aに設けられている傾斜面に配備されている。防波壁1192dは、容器の内壁のうちインク供給口2の近傍から、アクチュエータ106と対向するように延びている。
【0048】
図5(A)は、本発明に従ったインクカートリッジのさらに他の実施例の側断面図を示す。
【0049】
尚、図5から図7までにおいて、アクチュエータ106は、インクの液面に対して垂直に延びる側壁1030に配備されている。また、図5から図7までにおいて、防波壁1192e〜1192gは、インクの液面に対してほぼ垂直、即ち、側壁1030とほぼ平行に延びている。
【0050】
防波壁1192eは、アクチュエータ106に直面するように、対向する位置に配備される。防波壁1192eは、底壁1aから延びる。また、頂壁1040と防波壁1192eとの間には間隙を有する。
【0051】
図5(B)は、本発明に従ったインクカートリッジのさらに他の実施例の正面からみた断面図を示す。防波壁1192eと側壁1020との間にはインクが通過できる間隙を有する。それによって、インクが消費された場合でも、容器1のうち防波壁1192eによって仕切られるアクチュエータ106の側にのみインクが残存することがない。したがって、アクチュエータ106の周辺におけるインクの液面のレベルは、容器1の他の領域のインクの液面のレベルと常に等しい。よって、アクチュエータ106がインクの消費状態を誤って検出することが無い。
【0052】
また、防波壁1192eの底壁1aからの長さは、アクチュエータ106のインクの液面に対する高さや、インクの粘性等によりインクの波の生じやすさにしたがって変更できる。さらに、防波壁1192eと側壁1020との間隙の間隔も、アクチュエータ106のインクカートリッジの幅方向に対する位置、アクチュエータ106の振動領域の大きさ、またはインクの性質に応じて変更できる。
【0053】
図6(A)は、本発明に従ったインクカートリッジのさらに他の実施例の側断面図を示す。アクチュエータ106は、側壁1030に配備されている。防波壁1192fは、アクチュエータ106に直面するように、対向する位置に配備される。防波壁1192fは、頂壁1040から延びる。また、底壁1aと防波壁1192fとの間には間隙を有する。
【0054】
図6(B)は、本発明に従ったインクカートリッジのさらに他の実施例の正面からみた断面図を示す。防波壁1192fと側壁1020との間は、液密に結合される。それによって、インクが消費された場合でも、容器1のうち防波壁1192fによって仕切られるアクチュエータ106の側にのみインクが残存する。しかし、インクの液面が防波壁1192fの下端192aに到達したときに、容器1のうち防波壁1192fによって仕切られるアクチュエータ106の側に気体が侵入する。それによって、容器1のうち防波壁1192fによって仕切られるアクチュエータ106の側に残存していたインクがインク供給口2の側へ流出し、アクチュエータ106周辺は、インクから気体へ変更する。それによって、アクチュエータ106は、インクカートリッジ内のインクがインクエンドであることを検出することができる。本実施例によれば、インクエンドであるインクの液面のレベルを決定するのは、下端192aである。したがって、アクチュエータ106は、インクの液面に対して下端192aより上方に配備されている限り、壁面1030のいずれの位置に配備されてもよい。尚、容器1のうち防波壁1192fによって仕切られるインク供給口2の側の頂壁には、気体を導入する通気孔が配備される。
【0055】
図7(A)は、本発明に従ったインクカートリッジのさらに他の実施例の側断面図を示す。アクチュエータ106は、容器1の壁のうち、インクの液面に垂直な側壁1030に配備されている。防波壁1192gは、アクチュエータ106に直面するように、対向する位置に配備される。防波壁1192gは、底壁1aから、頂壁1040まで延びている。
【0056】
図7(B)は、本発明に従ったインクカートリッジのさらに他の実施例の正面からみた断面図を示す。防波壁1192gと側壁1020との間にはインクが通過できる間隙を有する。それによって、インクが消費された場合でも、容器1のうち防波壁1192gによって仕切られるアクチュエータ106の側にのみインクが残存することがない。したがって、アクチュエータ106の周辺におけるインクの液面のレベルは、容器1の他の領域のインクの液面のレベルと常に等しい。
【0057】
また、防波壁1192gと側壁1020との間隙の間隔は、アクチュエータ106のインクカートリッジの幅方向に対する位置や、インクの性質に応じて変更できる。
【0058】
本発明に従ったインクカートリッジのさらに他の実施例の側断面図を図8から図10に示す。尚、図8から図10においては、アクチュエータ106は、インク供給口2が配設される側壁1010に配備されている。
【0059】
図8において、防波壁1192iは、アクチュエータ106に直面するように、対向する位置に配備される。防波壁1192iは、インクカートリッジのインク供給口2の近傍の内壁のうち、インク供給口2の外壁ともなっている供給口壁2aから延びている。一方で、頂壁1040と防波壁1192iとの間には、間隙が設けられている。
【0060】
本実施例によるインクカートリッジの正面からみた断面図は図5(B)と類似するので図8においては、省略する。防波壁1192iと側壁1020との間には間隙がある。したがって、インクが消費された場合でも、図5の実施例と同様に、容器1のうち防波壁1192iによって仕切られるアクチュエータ106の側にのみインクが残存することがない。したがって、アクチュエータ106の周辺におけるインクの液面のレベルは、容器1の他の領域のインクの液面のレベルと常に等しい。
【0061】
図9において、防波壁1192jは、アクチュエータ106に直面するように、対向する位置に配備される。防波壁1192jは、頂壁1040から延びている。一方で、供給口壁2aと防波壁1192jとの間には、間隙が設けられている。
【0062】
本実施例によるインクカートリッジの正面からみた断面図は図6(B)と類似するので図9においては、省略する。防波壁1192jと側壁1020との間は、液密に結合される。したがって、図6の実施例と同様に、アクチュエータ106は、インクの液面に対して下端192aより上方に配備されている限り、壁面1030のいずれの位置に配備されてもよい。
【0063】
図10において、防波壁1192kは、アクチュエータ106に直面するように、対向する位置に配備される。防波壁1192kは、頂壁1040から、供給口壁2aまで延びている。
【0064】
本実施例によるインクカートリッジの正面からみた断面図は図7(B)と類似するので図10においては、省略する。防波壁1192kと側壁1020(図7(B)参照)との間には間隙がある。したがって、インクが消費された場合でも、図5の実施例と同様に、容器1のうち防波壁1192kによって仕切られるアクチュエータ106の側にのみインクが残存することがない。したがって、アクチュエータ106の周辺におけるインクの液面のレベルは、容器1の他の領域のインクの液面のレベルと常に等しい。
【0065】
本発明に従ったインクカートリッジのさらに他の実施例の側断面図を図11から図13に示す。尚、図11から図13において、アクチュエータ106は、インクの液面に対して下方にある底壁1aと、インクの液面に対して垂直に延びる側壁1030と、の境界に配備されている。
【0066】
図11においては、防波壁1192mは、その一端を底壁1aに取り付けられ、その他端を側壁1030に取り付けられることによって固定される。防波壁1192mは、アクチュエータ106に直面するように配備される。防波壁1192mは、インクの液面に対して傾斜して配備される。本実施例の場合、容器1の壁のうち、側壁1020と防波壁1192mとの間に間隙がある。したがって、インクが消費された場合でも、アクチュエータ106の周辺におけるインクの液面のレベルは、容器1の他の領域のインクの液面のレベルと常に等しい。また、本実施例の場合、防波壁1192mは、ほぼ平面形状である。
【0067】
本実施例に従ったインクカートリッジでは、アクチュエータ106を容器1の壁の境界に配備するので、インクカートリッジの製造時において、アクチュエータ106の位置付けが容易になる。また、防波壁1192mの長さまたは幅を小さくすることができるので、材料の負担が小さい。さらに、防波壁1192mを容器1と独立した部材として製造した場合であっても、容器1の壁の境界に位置付けることは、比較的容易である。したがって、インクカートリッジの製造を容易にする。
【0068】
図12においては、アクチュエータ106および防波壁1192nの取り付け位置については、図11と同様である。一方で、防波壁1192nの形状は、本実施例の場合、球殻の形状の一部分である。防波壁1192nを球殻の形状にすることによって、アクチュエータ106と防波壁1192nのすべての部分との距離が等しくなる。それによって、防波壁1192nが、アクチュエータ106が検出する残留振動に影響を与えない。
【0069】
また、防波壁1192nは、中空の円筒形状の一部分としてもよい。
【0070】
図13においては、アクチュエータ106および防波壁1192pの取り付け位置については、図11と同様である。一方で、防波壁1192pの形状は、本実施例の場合、L字の形状である。防波壁1192pは、側壁1030と底壁1aとから等距離だけ離間するように配備される。防波壁1192pをL字の形状にし、防波壁1192pとアクチュエータ106との間に毛細管力が作用しない程度に防波壁1192pとアクチュエータ106との間隙を小さくすることによって、アクチュエータ106周辺での波打ち、および泡立ちをより効果的に防止することができる。
【0071】
図14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つのインク収容室9、10及び11に分割される。それぞれのインク収容室には、インク供給口12、13及び14が形成されている。それぞれのインク収容室9、10及び11の底面8aには、アクチュエータ15、16および17が配備される。アクチュエータ15、16および17は、容器8に設けられた貫通孔(図示せず)を介して各インク収容室内に収容されているインクに接触できるように取付けられている。
【0072】
3つの異なる防波壁(図示せず)が、各インク収容室9、10及び11内において、図1から図3に示すようにアクチュエータ15、16および17に対抗する位置に配備されればよい。
【0073】
図15は、複数種類のインクを収容するインクカートリッジの他の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つのインク収容室9、10及び11に分割される。それぞれのインク収容室には、インク供給口12、13及び14が形成されている。それぞれのインク収容室9、10及び11のインクの液面に対して垂直に延びる側壁1028には、アクチュエータ15、16および17が、配備される。アクチュエータ15、16および17は、容器8に設けられた貫通孔(図示せず)を介して各インク収容室内に収容されているインクに接触できるように取付けられている。尚、アクチュエータ16は、インク収容室9とインク収容室10との隔壁またはインク収容室10とインク収容室11との隔壁のいずれか一方に配備すれば足りる。
【0074】
防波壁(図示せず)は、アクチュエータ15、16および17に対向するように配備する。さらに、各インク収容室9、10及び11内において、インクの液面に対して垂直の方向へ延びるように配備すればよい。
【0075】
図16は、複数種類のインクを収容するインクカートリッジの他の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つのインク収容室9、10及び11に分割される。それぞれのインク収容室には、インク供給口12、13及び14が形成されている。アクチュエータ15、16および17は、それぞれのインク供給口12、13および14のすぐ上に配備されている。アクチュエータ15、16および17は、容器8に設けられた貫通孔(図示せず)を介して各インク収容室内に収容されているインクに接触できるように取付けられている。
【0076】
防波壁は、各インク収容室9、10及び11内において、図8から図11に示すように、アクチュエータ106と対向する位置に配備されればよい。
【0077】
図17は、複数種類のインクを収容するインクカートリッジの他の実施例を示す裏側から見た斜視図である。容器8は、図14から図16と同様の構成要素を有する。底面8aには、インクの液面に対して傾斜する傾斜面1025がある。アクチュエータ15、16および17は、それぞれのインク収容室9,10および11の傾斜面1025に配備される。
【0078】
防波壁は、各インク収容室9、10及び11内において、図4に示すように配備されればよい。
【0079】
さらに、アクチュエータ15、16および17は、容器8の互いに隣接する壁の境界に設けてもよい。かかる場合には、防波壁は、各インク収容室9、10及び11内において、図11から図13のように配備すればよい。
【0080】
図18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がは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。尚、本実施例においては図1に示したインクカートリッジが使用されている。従って、防波壁1192aがアクチュエータ106と対向する位置に配備されている。しかし、図2から図17に示したインクカートリッジを図1に示したインクカートリッジに代えて使用してもよい。従って、本実施例に図2から図17の防波壁を使用してもよい。
【0081】
図19は、本発明に従った液体容器の実施例として、サブタンクユニット33の実施例の断面図を示す。サブタンクユニット33は、インク供給針32、インク収容室34、膜弁36、及びフィルタ37を有する。インク収容室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、インク収容室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。
【0082】
さらに、アクチュエータ106は、サブタンクユニット33の壁のうち、インクの液面に対して垂直に延びる側壁1050に配備されるように構成してもよい。アクチュエータ106は、側壁1050に配設された貫通孔1001cを介してインク収容室34内のインクと接触するように取り付けられる。防波壁1192qは、アクチュエータ106に対向するように、フィルタ37からインクの液面の上方へ向かって延びている。インクの液面に対して上方にある頂壁1060と防波壁1192qとの間には間隙がある。
【0083】
アクチュエータ106と防波壁1192qとの間には間隙が設けられている。インクカートリッジ内にインクが満たされている場合には、アクチュエータ106と防波壁1192qとの間の間隙には、インクが満たされる。一方、インクカートリッジ内のインクが消費された場合には、アクチュエータ106と防波壁1192qとの間の間隙には、インクが保持されないように設計する。即ち、アクチュエータ106と防波壁1192qとの間には、インクを保持するような毛細管力が無い。
【0084】
側壁1050の方向からみたサブタンクユニット33の断面図は、図5(B)に示したインクカートリッジにおける断面図に類似する。側壁1050に隣接する側壁(図示せず)と防波壁1192qとの間には、間隙が設けられている。アクチュエータ106の周辺におけるインクの液面のレベルは、容器1の他の領域のインクの液面のレベルと常に等しい。従って、インク収容室34内のインクが消費されるとともに側壁1050と防波壁1192qとの間のインクの液面も下がる。よって、アクチュエータ106がインクの消費状態を誤って検出することが無い。
【0085】
また、防波壁1192qのフィルタ37からの長さは、アクチュエータ106のインクの液面に対する位置や、インクの粘性等によりインクの波の生じやすさにしたがって変更できる。さらに、防波壁1192qと側壁1020との間隙の間隔も、アクチュエータ106のサブタンクユニット33に対する位置、アクチュエータ106の振動領域の大きさ、またはインクの性質に応じて変更できる。
【0086】
図18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収容室34に流れ込む。インク収容室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31にインクを充填した後、記録動作を実行する。
【0087】
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、インク収容室34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。
【0088】
尚、アクチュエータ106および防波壁は、インクカートリッジまたはサブタンクユニットのいずれかに配備すれば足りるが、インクカートリッジおよびサブタンクユニットの両方に配備してもよい。
【0089】
アクチュエータ106および防波壁が、インクカートリッジおよびサブタンクユニットの両方に配備されることによって、インクカートリッジまたはサブタンクユニットのインクエンドをさらに精度良く検出することができる。例えば、インクカートリッジに配備されたアクチュエータ106がインクエンドを検出した後、記録ヘッドが吐出するドット数をソフト的に計測し、ドット数が所定のドット数に達した場合、またはサブタンクユニット33に配備されたアクチュエータ106がインクエンドを検出した場合、のうちいずれか一方の場合が生じたときに記録を停止するよう設定できる。さらに、インクカートリッジに配備されたアクチュエータ106がインクエンドを検出した後のドット数が所定のドット数に達した場合、およびサブタンクユニット33に配備されたアクチュエータ106がインクエンドを検出した場合、の両方の場合が生じたときに記録を停止するよう設定してもよい。
【0090】
記録装置の動作期間中には、予め設定された周期でアクチュエータ106に駆動信号が供給されるように設計してもよい。
【0091】
図20は、本発明に従った液体容器の実施例として、サブタンクユニット33の他の実施例の断面図を示す。アクチュエータ106は、側壁1050に配備される。防波壁1192rは、インクの液面に対して上方にある頂壁1060からインクの液面に対して下方へ延びる。防波壁1192rの下端192aとフィルタ37との間には間隙がある。また、防波壁1192rと側壁1050に隣接する側壁との間に間隙を設けてある。図19の実施例と同様に、防波壁1192rとアクチュエータ106との間には、インクを保持するような毛細管力は無い。
【0092】
防波壁1192rと側壁1050に隣接する側壁との間に間隙を設けてあるので、アクチュエータ106の周辺におけるインクの液面のレベルは、容器34の他の領域のインクの液面のレベルに等しい。したがって、アクチュエータ106のインクの液面に対する位置によって、インクエンドを検出する。
【0093】
図21は、本発明に従った液体容器の実施例として、サブタンクユニット33のさらに他の実施例の断面図を示す。アクチュエータ106は、側壁1050に配備される。防波壁1192sは、頂壁1060からフィルタ37まで延びる。図19の実施例と同様に、防波壁1192sとアクチュエータ106との間には、インクを保持する程度の毛細管力は無い。
【0094】
また、防波壁1192sと側壁1050に隣接する側壁との間には間隙が設けられている。従って、アクチュエータ106の周辺におけるインクの液面のレベルは、容器34内の他の領域のインクの液面のレベルに等しい。
【0095】
図22および図23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22(A)は、アクチュエータ106の拡大平面図である。図22(B)は、アクチュエータ106のB−B断面を示す。図22(C)は、アクチュエータ106のC-C断面を示す。さらに図23(A)および図23(B)は、アクチュエータ106の等価回路を示す。また、図23(C)および図23(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23(E)および図23(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。
【0096】
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168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。
【0097】
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178の表面の開口161とによって形成される。基板178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。
【0098】
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166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166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。
【0099】
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161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166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。
【0100】
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166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160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。
【0101】
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170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168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168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。
【0102】
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。
【0103】
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。
【0104】
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。
【0105】
図22および図23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。
【0106】
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。
【0107】
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。
【0108】
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。
【0109】
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。
【0110】
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。
【0111】
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。
【0112】
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。
【0113】
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。
【0114】
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。
【0115】
また、図23(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。
【0116】
ここで、図22および図23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106の振動部に残留する。
【0117】
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106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。
【0118】
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。
【0119】
図22(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23(A)および図23(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。
【0120】
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23(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160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。Melectrode2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176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。
【0121】
尚、図23(A)、図23(B)、図23(D)、図23(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、Celectrode1、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。
【0122】
1/Cact=(1/Cpzt)+(1/Celectrode1)+(1/Celectrode2)+(1/Cvib) (式3)
式2および式3より、図23(A)は、図23(B)のように表すこともできる。
【0123】
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。
【0124】
図23(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23(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、
【0125】
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。)
【0126】
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。
【0127】
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。)
【0128】
で表される。
【0129】
図23(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23(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。
【0130】
図23(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、
【0131】
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。
【0132】
ここで、図23(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。
【0133】
図23(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23(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。
【0134】
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23(C)のM’maxから図23(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23(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、
【0135】
M’cav=ρ*d/S (式7)
となる。
【0136】
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。
【0137】
図24(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。
【0138】
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106のキャビティ162のd(図22(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23(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。
【0139】
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106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162の径2a(図23(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。
【0140】
図24(A)の曲線Xは、アクチュエータ106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。
【0141】
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、
【0142】
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。
【0143】
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106の振動にかかわる媒体がインクのみの領域の面積をSink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、
【0144】
1/M’=1/M’air+1/M’ink=Sair/(ρair*tair)+Sink/(ρink*tink) (式9)
となる。
【0145】
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。
【0146】
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24(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。
【0147】
図24(B)は、図24(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24(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。
【0148】
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。
【0149】
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。
【0150】
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Mact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。
【0151】
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。
【0152】
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。
【0153】
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162の形状にかかわらない。
【0154】
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162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、
【0155】
M’max>ρ*d/πa2 (式10)
である。式10を展開すると
【0156】
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πa2をその面積と置き換えて計算すればキャビティの幅及び長さ等のディメンジョンと深さの関係が導き出せる。
【0157】
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162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。
【0158】
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。
【0159】
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。
【0160】
図25(A) および図25(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106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25(A) および図25(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25(A) および図25(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。
【0161】
図25(A) および図25(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。
【0162】
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。
【0163】
図25(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25(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25(A)と図25(B)とを比較すると、図25(A)の方が図25(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25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。
【0164】
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。
【0165】
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。
【0166】
さらに、図25(A)および図25(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25(A)の逆起電力波形の頂点と図25(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。
【0167】
図26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26の例では4個)が一体に形成されている。図26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27に示すアクチュエータ106を製造する。図26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22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。
【0168】
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174、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174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。
【0169】
振動板176上に複数(図26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。
【0170】
図27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。
【0171】
図28は、図27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174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28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28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168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168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。
【0172】
図29は、図26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940aを穿孔する。グリーンシート940は焼成後に基板178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941は、焼成後に振動板176となる。グリーンシート941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160、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168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170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。
【0173】
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。
【0174】
図30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30に示したインクカートリッジには、容器1の内部に設けられた貫通孔1cに対向するようにインク吸収体74が、防波壁として配置されている。アクチュエータ70は、貫通孔1cに対向するように容器1の底面に固定される。インク吸収体74は、インクカートリッジ内でのインクの波や気泡が貫通孔1cに侵入するのを防止する。それによって、インクの波や気泡がアクチュエータ70に接近し、付着するのを防止する。
【0175】
ただし、インク吸収体74は、アクチュエータ70の付近の多孔質部分74aの孔径より、インク供給口2の付近の多孔質部分74bの孔径を小さく設計する。また、インク供給口2の付近の多孔質部分の毛細管力が、インクを保持する程度の毛細管力より小さくなるように設計する。
【0176】
それによって、容器1内のインクが消費されてインク吸収体74がインクから露出すると、インク吸収体74のインクが自重により流れ出してインク供給口2にインクが流れる。インクが消費され尽くすと、インク吸収体74は、それらの毛細管力により貫通孔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排出される。そのため、インクエンド時においてアクチュエータ70の残留振動が変化するので、インクエンドを更に確実に検出することができる。
【0177】
従って、インク吸収体74は、アクチュエータ70をインクの波から保護するとともに、貫通孔1cに残存するインクを吸収し、アクチュエータ70がインクエンドを検出するのに役立つ。
【0178】
図31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31(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の底壁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。防波壁としてインク吸収体78が、容器1の内部に設けられた貫通孔1c内および貫通孔1cの周辺に配置されている。インク吸収体78は、貫通孔1c内に設けられたインク吸収体78aおよび貫通孔1cの周辺に設けられたインク吸収体78bを有する。
【0179】
図31(B)は、図31(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31(C)は、図31(B)に示したアクチュエータ650、および貫通孔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に取り付けられた圧電素子73とを有する。振動板72は、弾性変形可能で耐インク性を備える。本実施例では、圧電素子73および貫通孔1cは細長い円形である。
【0180】
図32は貫通孔1cの他の実施形態を示す。図32(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31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32(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32(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32(C)においては、貫通孔1cは、インクKを排出しやすい方向、すなわち供給口2の方向へ延びる溝1gを有する。
【0181】
尚、防波壁(図示せず)は、アクチュエータ650に対向するように配備される。
【0182】
図32(A)から(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22および図23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。
【0183】
図33(A)は、アクチュエータの他の実施形態を示す斜視図である。図33(B)は、図33(A)の実施例によるアクチュエータ670を配備したインクカートリッジの部分的な側断面図である。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22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22の実施例によるアクチュエータ106を、図30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。また、図33(B)に示すように、防波壁1192uが、窪み81の近傍にアクチュエータ670と対向するように配備されている。
【0184】
図34はアクチュエータのさらに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79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。
【0185】
尚、本実施例においても図33(B)と同様に、防波壁(図示せず)が、パッキン76の近傍にアクチュエータ670と対向するように配備されてもよい。しかし、防波壁(図示せず)が、メッシュの形態であるか、または多孔質材のようはインクを通過させる材料の場合は、予め、パッキン76の周縁に取り付けられていてもよい。防波壁がインクを通過される部材である場合、アクチュエータ660はインクの検出をすることができるからである。かかる場合、防波壁1192uは、アクチュエータ670と一体的にインクカートリッジに取り付けられる。かかる場合、防波壁をインクカートリッジに取り付ける行程が省略できるので、製造行程が短縮され、製造のサイクルタイムや製造コストが低減される。
【0186】
図35は、貫通孔1cの更に他の実施形態の平面を示す。図35(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、アクチュエータ106が取り付け可能な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。
【0187】
図36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凹部へ装着する際に嵌めやすくなっている。
【0188】
図37は、図36に示したモジュール体100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110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、及びフィルム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が形成されている。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110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106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。
【0189】
プレート110は円形状であり、基台102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。
【0190】
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106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22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。
【0191】
図38は、モジュール体400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状の基台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413を含む。板状要素406の側面に設けられた凹部413には、アクチュエータ106が配置されている。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。
【0192】
図39は、図38に示したモジュール体400の構成を示す分解斜視図である。図36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403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404b、アクチュエータ106、及びフィルム408をさらに有する。
【0193】
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408、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。
【0194】
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162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412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。
【0195】
図40は、モジュール体の更に他の実施形態を示す。図36に示したモジュール体100と同様に、図40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501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501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状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。
【0196】
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。
【0197】
モジュール体500は、アクチュエータ106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106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。
【0198】
図41は、図36に示したモジュール体100を容器1に装着したときの容器1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100は図31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100に限られず、図38に示したモジュール体400、図40に示したモジュール体500、又は図42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。
【0199】
図42(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350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372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42(A)のモジュール体700Bと容器1とは別体であるが、図42(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。
【0200】
図42(A)のモジュール体700Bは、図36から図40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。
【0201】
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。
【0202】
また、図42(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42(A)の実施例では、図36から図40に示したリードワイヤ104a、104b、404a、404b、504a、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。
【0203】
図42(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42(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164、下部電極166、振動板176及び取付プレート350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380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42(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。
【0204】
尚、図42(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22の基板178を使用してもよい。
【0205】
図42(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600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。
【0206】
図42(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372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600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。
【0207】
図43は、図22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180の底面には、少なくとも音響インピーダンス検出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。
【0208】
尚、防波壁(図示せず)は、アクチュエータ106と対向するようにインクカートリッジ180内に配備される。
【0209】
図44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186、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182へのインクの供給を促す。
【0210】
尚、防波壁(図示せず)は、アクチュエータ106と対向するようにインクカートリッジ180内に配備される。
【0211】
図45は、図44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45(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の容器194の内部には、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1192vが設けられている。アクチュエータ106が、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。
【0212】
アクチュエータ106と防波壁1192v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1192vとアクチュエータ106のアクチュエータ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。容器194が横揺れしたときに、横揺れによって容器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1192v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。
【0213】
図45(B)のインクカートリッジ180Bのアクチュエータ106は、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、容器194の側壁又は底面に装着されてもよい。防波壁1192wは、アクチュエータ106に対向するように容器194内のインク供給口187の付近に配備される。防波壁1192wは、インクの波を効果的に防ぐためにL字型に成形されている。また、アクチュエータ106は容器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106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106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。
【0214】
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、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、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、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。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。
【0215】
図46はインクカートリッジ180の更に他の実施形態を示す。図46(A)はインクカートリッジ180Cの断面図、図46(B)は図46(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46(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46(A)に示すように、防波壁1192xが、アクチュエータ700に対向するように容器194内に配備されている。図46(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をインクの容器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をかしめることによって回路基板610をインクの容器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。
【0216】
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180Cの製造コストが低減できる。
【0217】
アクチュエータ106は、容器194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。
【0218】
半導体記憶手段7は、予め容器194内のインクがフルのとき、すなわちインクが容器194内に満たされたとき、又はエンドのとき、すなわち容器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。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、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、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、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。
【0219】
図47は、インクカートリッジ180の更に他の実施形態を示す。図47(A)に示すインクカートリッジ180Eは、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。防波壁1192xが、アクチュエータ606の振動領域の全体に対向するように容器194内に配備される。上下方向に長いアクチュエータ606によって、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47(A)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。従って、防波壁1192xも側壁194bのほぼ上端からほぼ下端までの長さを有する。防波壁1192xを設けることによって、アクチュエータ606付近のインクの波を防ぎ、アクチュエータ606の誤作動を防ぐことができる。また、防波壁1192x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606に侵入するのを防ぐ。
【0220】
図47(B)に示すインクカートリッジ180Fは、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の直面に防波壁1192xを備える。容器194の内部には、側壁194bの内部側面から所定の間隔をおいて上下方向に長い防波壁1192xが設けられている。アクチュエータ106と防波壁1192x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1192x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。容器194が横揺れしたときに横揺れによって容器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。図47(B)の実施例と同様に、防波壁1192x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1192x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。
【0221】
図48は、インクカートリッジ180の更に他の実施形態を示す。図48(A)のインクカートリッジ180Gは、容器194内のインクの液面に対してそれぞれ上方および下方にある頂壁1080および底壁1090を有する。複数の防波壁212aは、頂壁1080から底壁1090に向かって延びている。それぞれの防波壁212aの下端と容器194の底面とは所定の間隔が空けられているので、容器194の底部は連通している。インクカートリッジ180Gは複数の防波壁212aのそれぞれによって区画された複数の収容室213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、容器194の壁のうち、インク供給口187と対向する側の側壁1070にアクチュエータ106が装着されている。アクチュエータ106は、容器194の幅方向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が配置される側からインク供給口187の側へと向かうにしたがって、収容室21は広くなっている。
【0222】
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180G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187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。
【0223】
アクチュエータ106がインク供給口187から遠い収容室213に容器配置されているので、アクチュエータ106はインクエンドを検出することができる。また、複数の防波壁212aが防波壁となり、インクの波をより効果的に防止することができる。
【0224】
図48(B)のインクカートリッジ180Hは、容器194内のインクの液面に対してそれぞれ上方および下方にある頂壁1080および底壁1090を有する。複数の防波壁212bは、頂壁1080と底壁1090とから交互に延びている。複数の防波壁212bのうち、底壁1090から延びている防波壁212bと、容器194の幅方向にある側壁(図示せず)と、の間には間隙を有する。従って、各収容室213のインクの液面のレベルは等しい。
【0225】
また、複数の防波壁212bのうち、上壁1090から延びている防波壁212bと、容器194の幅方向にある側壁(図示せず)と、の間は、液密または気密に結合してもよい。複数の防波壁212bのうち、アクチュエータ106に最も近い防波壁212bが頂壁1080から延びている場合、容器194内のインクの液面のレベルがアクチュエータ106に最も近い防波壁212bの下端212fに達したときに、アクチュエータ106に最も近い収容室213へ気体が侵入する。従って、アクチュエータ106が、インクエンドを検出するときのインクの液面のレベルは、下端212fのインクの液面に対する上下の位置によって決まる。
【0226】
図48(C)のインクカートリッジ180Iにおいては、アクチュエータ106は、側壁1080のうち頂壁1080との境界付近に配備されている。インクカートリッジ180Iは、防波壁212cによって仕切られる少なくとも二つの収容室213aおよび収容室213bを有する。二つの収容室のうち、インク供給口187に比較的に近い供給口側収容室213aには多孔質部材1100を配備する。二つの収容室のうち、インク供給口187から比較的に遠い奥側収容室213bにはアクチュエータ106を配備する。収容室213bの頂壁1080には、インクカートリッジ180Iの製造時や不使用のまま長期間放置した場合に入る気泡を捕らえる凹部であるバッファ214が形成される。図48(C)において、バッファ214は、容器194の側壁194bから上方に張り出す凹部として形成される。多孔質部材1100およびバッファ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、収容室213bの容量や防波壁212cの長さを変えることによって、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。
【0227】
図48(D)のインクカートリッジ180Jにおいては、複数の防波壁212dが、容器194の側壁1070および側壁1110から交互に延びている。また、防波壁212dは、その一端212ddがそれぞれインクの液面の上方へ向かうように傾斜する。ただし、防波壁212dと、容器194の側壁1070と側壁1110との間に介在する側壁(図示せず)と、の間には、インクを通過させる程度の間隙が設けられる。従って、防波壁212d上にはインクが残留しない。複数のアクチュエータ106が、容器194の壁のうち、インクの液面に対してほぼ垂直に延びる側壁1070に配備される。複数のアクチュエータ106は、互いにインク液面に対して異なる高さに配備される。それによって、インクの消費状態を段階的に検出できる。本実施例においては、バッファ214が、頂壁1080のうち、アクチュエータ106が配備される側壁1070の付近に配設されている。
【0228】
図49は、本発明に従ったインクカートリッジのさらに他の実施例の平断面図を示す。本実施例のインクカートリッジ180Kにおいて、アクチュエータ106が、インク供給口187に対向する位置にある側壁1070に配備される。複数の防波壁212eは、側壁1070とインク供給口187が配設される側面との間を介在する第1の側壁1120aおよび第2の側壁1120bから交互に延びている。側壁1120aおよび側壁1120bによって、インクの波からアクチュエータ106を効果的に防護するとともに、気泡の発生を抑制する。
【0229】
図50は、本発明に従ったインクカートリッジのさらに他の実施例の平断面図を示す。本実施例のインクカートリッジ180Lにおいて、アクチュエータ106が、インク供給口187に対向する位置にある側壁1070に配備される。防波壁212gは、防波壁の端の少なくとも一部分がアクチュエータ106が配備される側壁1070に向かうように屈曲している屈曲部800を有し、防波壁212gとアクチュエータ106との間には毛細管力が作用しない。また、屈曲部800と側壁1070との間には毛細管力が作用するような間隙が設けられる。したがって、気泡がアクチュエータ106と防波壁212gとの間に侵入することを防止する。一方で、アクチュエータ106の周辺のインクは、インクカートリッジ108Lの他のインクの水位と等しい。従って、アクチュエータ106は、インクカートリッジ108L内のインクの消費状態を正確に検知できる。
【0230】
図51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51(A)のインクカートリッジ220Aは、インクカートリッジ220Aの壁のうち、インクの液面に対して上方にある頂壁1081からインクの液面に対して下方へと延びている第1の防波壁222を有する。第1の防波壁222の下端とインクカートリッジ220Aの底壁1091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の防波壁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の防波壁224が、形成されている。第2の防波壁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。
【0231】
第1の防波壁222によって、インク供給口230から見て、第1の防波壁222の奥の方に第1の収容室225aが形成される。一方、第2の防波壁224によって、インク供給口230から見て第2の防波壁222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の防波壁222及び第2の防波壁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、気体や気泡が収容室225bへ混入するのを防止することができる。また、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230から見て、第1の収容室225aは、第2の収容室225bより奥に形成されているので、第1の収容室225a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。
【0232】
インクカートリッジ220Aのインク供給口230側の側壁1071、すなわち第2の収容室225bのインク供給口230側の側壁1071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、側壁1071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を側壁1071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によって収容室225aから収容室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の供給室225bから第1の供給室225aへ逆流するのを防ぐ。
【0233】
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228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。
【0234】
図51(C)及び(D)は、逆止弁228の詳細の断面を示す。図51(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233が、羽根232aに対向してインクカートリッジ220に設けられる。羽根232aによって、通気孔233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220内の負圧が逆止弁228の圧力を越えると、羽根232a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51(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。
【0235】
図51(B)のインクカートリッジ220Bは、図51(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225aに多孔質部材242を配置している。多孔質部材242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。
【0236】
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。
【0237】
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。
【0238】
【発明の効果】
本発明に従った液体容器は、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する。
【0239】
本発明に従った液体容器は、液体容器内の液体が圧電装置付近において波打ち、または泡立つことを防止できる。
【0240】
さらに、本発明に従った液体容器は、液体容器内の液体が波打ち、または泡立った場合においても、圧電装置が、正確に液面の検出をし、液体の消費量を正確に検出できる。
【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】単色、例えばブラックインク用のインクカートリッジの他の実施例を示す図である。
【図3】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4】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5】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】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形態を示す図である。
【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】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】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15】複数種類のインクを収容するインクカートリッジの他の実施例を示す図である。
【図16】複数種類のインクを収容するインクカートリッジのさらに他の実施例を示す図である。
【図17】複数種類のインクを収容するインクカートリッジのさらに他の実施例を示す図である。
【図18】本発明のインクジェット記録装置の実施形態の部分的な断面を示す図である。
【図19】本発明に従ったサブタンクユニットの実施例の断面図を示す図である。
【図20】本発明に従ったサブタンクユニットの実施例の断面図を示す図である。
【図21】本発明に従ったサブタンクユニットの他の実施例の断面図を示す図である。
【図22】アクチュエータ106の詳細を示す図である。
【図23】アクチュエータ106およびその周辺の詳細を示す図である。
【図24】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25】アクチュエータ106の逆起電力波形を示す図である。
【図26】アクチュエータ106の他の実施形態を示す図である。
【図27】図26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28】図28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29】図26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30】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31】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32】貫通孔1cの他の実施形態を示す図である。
【図33】アクチュエータの更に他の実施形態を示す図である。
【図34】アクチュエータの他の実施形態を示す図である。
【図35】貫通孔1cの更に他の実施形態の平面を示す図である。
【図36】モジュール体を示す斜視図である図である。
【図37】モジュール体の構成を示す分解図である。
【図38】モジュール体の他の実施形態を示す図である。
【図39】モジュール体の構成を示す分解図である。
【図40】モジュール体の更に他の実施形態を示す図である。
【図41】図36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42】モジュール体の更に他の実施形態を示す図である。
【図43】図22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44】インクジェット記録装置の詳細を示す図である。
【図45】図44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46】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47】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48】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49】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50】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51】モジュール体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。
【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
1g、1h・・・溝
2・・・インク供給口
3、15、16、17、、70・・・アクチュエータ
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・・・部屋
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・・・インク収容室
35・・・インク供給路
36・・・膜弁
37・・・フィルタ
38・・・弁体
67・・・板材
71・・・接着剤層
72、80、178・・・基板
73、82、圧電振動板
74、75・・・防波壁
76・・・パッキン
77・・・カシメ孔
81・・・窪み
100、400,500、700・・・モジュール
102・・・基台部
104、362・・・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・・・キャビティ
113・・・凹部
114・・・開口部
116・・・円柱部
160・・・圧電層
162、370・・・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
194・・・容器
194a・・・底面
194b・・・側壁
212、227、1192・・・防波壁
213、213a、213b・・・収容室
214・・・バッファ
220・・・インクカートリッジ
222・・・防波壁
224・・・第2の隔壁
225a・・・第1の収容室
225b・・・第2の収容室
227・・・毛管路
228・・・逆止弁
230・・・インク供給口
232・・・弁
232a・・・羽根
233・・・通気孔
235・・・バネ
242・・・多孔質部材
250・・・キャリッジ
252・・・記録ヘッド
254・・・インク供給針
256・・・サブタンクユニット
350・・・取付プレート
360・・・基台部
364・・・モールド部
370・・・キャビティ
372・・・シーリング構造
402、502・・・基台
403・・・円柱状の台
404、504・・・リードワイヤ
408、508・・・フィルム
410、510・・・プレート
413、513・・・凹部
414、514・・・開口部
600・・・取付構造体
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
K・・・インク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid container having a piezoelectric device that detects a consumption state of a liquid in a liquid container. More specifically, in the ink jet recording apparatus, the consumption state of a liquid in a liquid container that supplies liquid to a recording head is detected. The present invention relates to a liquid container having a piezoelectric device.
[0002]
[Prior art]
An ink jet recording apparatus mounts an ink jet recording head including pressure generating means for pressurizing a pressure generating chamber and a nozzle opening for ejecting pressurized ink as ink droplets from the nozzle opening on a carriage. The ink jet recording apparatus is configured to be able to continue printing while supplying ink from an ink tank to a recording head via a flow path. The ink tank is configured as a removable cartridge so that the user can easily replace it when the ink is consumed.
[0003]
Conventionally, as a method for managing ink consumption of an ink cartridge, the number of ink droplets discharged from a recording head and the amount of ink sucked by maintenance are integrated by software, and the ink consumption is managed by calculation. There is a method of managing a point in time when a predetermined amount of ink is actually consumed by attaching a surface detection electrode.
[0004]
By the way, as a method for managing the ink consumption of the ink cartridge, the number of ink droplets discharged from the recording head and the amount of ink sucked by maintenance are integrated by software, and the ink consumption is managed by calculation. There is a method of managing a point in time when a predetermined amount of ink is actually consumed by attaching a surface detection electrode.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of calculating and managing the ink consumption by integrating the number of ink droplets discharged and the amount of ink by software, an error occurs depending on the printing form on the user side, or a large error occurs when the same cartridge is remounted. There is a problem. Also, depending on the usage environment, the pressure in the ink cartridge and the viscosity of the ink change depending on the room temperature, for example, extremely high or low, or the elapsed time after opening the ink cartridge, and the calculated ink consumption and actual consumption There was also a problem that an error that could not be ignored occurred.
[0006]
On the other hand, the method for managing the point in time when ink is consumed by the electrode can detect the actual amount of ink, and therefore can manage the remaining amount of ink with high reliability. However, since the detection of the ink level depends on the conductivity of the ink, there are problems that the types of ink that can be detected are limited and the electrode seal structure is complicated. In addition, since a noble metal having high conductivity and high corrosion resistance is usually used as the electrode material, there is a problem that the manufacturing cost of the ink cartridge is increased. Furthermore, since it is necessary to mount two electrodes, there is a problem that the manufacturing process increases and as a result, the manufacturing cost increases.
[0007]
In addition, when managing the ink consumption state by attaching a piezoelectric device to the ink cartridge, the ink in the ink cartridge may wave or bubble due to scanning of the ink cartridge during printing. When ink undulates or foams in the vicinity of the piezoelectric device, ink or bubbles of ink adhere to the piezoelectric device. Depending on the ink or ink adhering to the piezoelectric device, the piezoelectric device may not be able to accurately detect the ink consumption.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide a liquid container that can accurately detect the remaining amount of liquid and that does not require a complicated sealing structure.
[0009]
Another object of the present invention is to prevent the liquid from undulating or bubbling in the vicinity of the piezoelectric device in the liquid container.
[0010]
It is another object of the present invention to provide a liquid container in which the piezoelectric device can accurately detect the liquid level and accurately detect the consumption of the liquid even when the liquid in the liquid container is waved or bubbled.
[0011]
This object is achieved by a combination of features described in the independent claims. The dependent claims define further advantageous specific examples of the present invention.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
That is, according to the first form of the liquid container according to the present invention, the container that stores the liquid, the liquid supply port that supplies the liquid to the outside of the container, and the piezoelectric device that detects the consumption state of the liquid in the container; And a wave barrier provided at a position facing the piezoelectric device inside the container.
[0013]
Preferably, a gap is provided between the piezoelectric device and the wave barrier. Preferably, no capillary force acts on the gap. Alternatively, the capillary force between the piezoelectric device and the wave barrier is smaller than the capillary force that holds the liquid.
[0014]
The piezoelectric device may have a cavity that opens toward the inside of the container.
[0015]
Preferably, the wave barrier extends from the inner wall of the container so as to be fixed with respect to the container. Preferably. The wave preventing wall extends in a direction substantially perpendicular to the liquid surface. Preferably, the wave preventing wall extends in a direction substantially parallel to the liquid level.
[0016]
The container may have a bottom wall below the liquid level, and the wave barrier may extend from the bottom wall. The wave preventing wall may extend while being inclined with respect to the liquid surface.
[0017]
Preferably, the container has a side wall extending in a direction substantially perpendicular to the liquid level. The gap between the side wall and the wave preventing wall may expand as it goes upward with respect to the liquid level of the liquid.
[0018]
Preferably, the container further has a top wall above the liquid level, and the wave barrier extends to the top wall. The boundary between the wave preventing wall and the top wall may be airtight and liquid tightly coupled, and a communication port through which liquid passes may be disposed at the boundary between the wave preventing wall and the bottom wall.
[0019]
Preferably, in the liquid container, a recess capable of containing gas is formed on the top wall on the side where the piezoelectric device is located with the wave barrier as a boundary.
[0020]
The wave barrier may extend from the top wall. Preferably, the boundary between the wave preventing wall and the top wall is hermetically and liquid-tightly closed, and a recess for capturing bubbles is formed on the top wall on the side where the piezoelectric device is located with the wave preventing wall as a boundary.
[0021]
Preferably, the container has a side wall extending in a direction substantially perpendicular to the liquid level. The wave barrier may extend from the side wall. A plurality of wave barriers may be provided.
[0022]
Preferably, the container has a top wall that is above the liquid level of the liquid and a bottom wall that is below the liquid level of the liquid. The plurality of wave preventing walls may alternately extend from the top wall and the bottom wall.
[0023]
Preferably, the container has a first side wall extending in a direction substantially perpendicular to the liquid level of the liquid, and a second side wall extending in a direction substantially perpendicular to the liquid level of the liquid on the side facing the first side wall. is doing. The plurality of wave preventing walls may alternately extend from the first side wall and the second side wall.
[0024]
Preferably, the container has at least two wall surfaces adjacent to each other. The piezoelectric device may be provided at a boundary portion at a boundary between at least two wall surfaces. Further, preferably, the wave preventing wall has one end of the wave preventing wall extending from one of the front wall surfaces and the other end extending from the wall of the other wall surface.
[0025]
The wave preventing wall may have a substantially flat shape, an L shape, or a part of a spherical shape. The wave breaker has a bent portion that is bent so that at least a part of the end of the wave breaker faces a wall surface on which the piezoelectric device is disposed, and a capillary force is interposed between the wave breaker and the piezoelectric device. May be designed so that a capillary force acts between the bent portion and the wall surface on which the piezoelectric device is disposed.
[0026]
The container may be partitioned into at least two liquid storage chambers by a wave barrier. In such a case, preferably, of the two liquid storage chambers, a porous member is provided in the supply port side liquid storage chamber relatively close to the liquid supply port, and the back side liquid storage chamber relatively far from the liquid supply port Is provided with a piezoelectric device. Preferably, the wave barrier and the container are integrally formed of the same material. At least a part of the wave preventing wall may have a mesh structure, and the wave preventing wall may be a porous member. Further, the porous member may be a negative pressure generating member.
[0027]
Preferably, the piezoelectric device has a vibration part that generates vibration, and after the vibration part generates vibration, a back electromotive force is generated by residual vibration remaining in the vibration part, and the liquid consumption state is based on the back electromotive force. Is detected. Preferably, the liquid container is mounted on an ink jet recording apparatus having a recording head for discharging ink droplets, and supplies the liquid in the container to the recording head.
[0028]
The above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention, and sub-combinations of these feature groups can also be the invention.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail through embodiments of the invention. The following embodiments do not limit the invention according to the claims, and all combinations of features described in the embodiments are not necessarily essential to the solving means of the invention.
[0030]
The basic concept of the present invention is to use the vibration phenomenon to determine the state of the liquid in the liquid container (including the presence or absence of the liquid in the liquid container, the amount of the liquid, the level of the liquid, the type of liquid, and the composition of the liquid). Is to detect. Several methods are conceivable for detecting the state of the liquid in the liquid container using a specific vibration phenomenon. For example, the elastic wave generating means generates an elastic wave to the inside of the liquid container, and receives a reflected wave reflected by the liquid surface or an opposing wall, thereby detecting a medium in the liquid container and a change in the state thereof. There is a way. In addition, there is a method for detecting a change in acoustic impedance from the vibration characteristics of a vibrating object. As a method of using a change in acoustic impedance, a resonance frequency is detected by vibrating a vibration part of a piezoelectric device or actuator having a piezoelectric element and then measuring a counter electromotive force generated by residual vibration remaining in the vibration part. When the impedance characteristics or admittance characteristics of a liquid are measured by a method for detecting changes in acoustic impedance, or by an impedance analyzer such as a transmission device, for example, a transmission circuit, and a change in current or voltage or vibration is applied to the liquid There is a method of measuring changes in current value and voltage value due to frequency.
[0031]
In the present embodiment, by using the piezoelectric device or the actuator, the change in the medium in the liquid container and its state is detected by the residual vibration remaining in the vibration portion of the piezoelectric device or the actuator. Details of the operation principle of the piezoelectric device or actuator will be described later.
[0032]
FIG. 1 to FIG. 13 are cross-sectional views of an embodiment of an ink cartridge for, for example, a single color black ink as an example of a liquid container according to the present invention. The ink cartridge according to the present embodiment includes a
[0033]
The
[0034]
FIG. 1A shows a side sectional view of an embodiment of an ink cartridge according to the present invention. In FIGS. 1 to 4, the
[0035]
FIG. 1B shows a cross-sectional view of an embodiment of an ink cartridge according to the present invention as seen from the front. As shown in FIG. 1B, the
[0036]
A gap is provided between the actuator 106 and the
[0037]
Since the
[0038]
The ink cartridge according to the present invention is provided with a wave barrier so as to face the
[0039]
Further, when the ink cartridge vibrates due to scanning or the like during printing and the ink undulates, bubbles may be generated. When air bubbles adhere to the
[0040]
There is no limitation on the size, thickness, shape, flexibility and material of the wave barrier. Therefore, the wave barrier may be made larger or smaller. Moreover, the wave barrier may be made thicker or thinner. Moreover, the wave barrier may be square, rectangular, polygonal or elliptical. The wave barrier may be formed from a steel material or a flexible material. Further, the wave barrier may be formed from a gas-tight or liquid-tight material, and conversely, may be formed from a material that allows ventilation or liquid to pass through. For example, examples of the airtight or liquidtight material include plastic, Teflon, nylon, polypropylene, and PET. On the other hand, examples of materials that allow ventilation or liquid to pass through include porous materials composed of nylon and the like, and materials having a mesh structure. Further, the porous material used for the wave barrier may be a negative pressure generating member.
[0041]
Preferably, the
[0042]
It should be noted that since ink cannot be supplied from the
[0043]
FIG. 2 shows a cross-sectional side view of another embodiment of an ink cartridge according to the present invention. As shown in FIG. 2, the wave preventing wall 1192 b is attached to a
[0044]
In the ink cartridge of this embodiment, the wave preventing wall 1192b extends longer than the
[0045]
FIG. 3A is a side sectional view of still another embodiment of the ink cartridge according to the present invention. As shown in FIG. 3A, the
[0046]
FIG. 3B is a cross-sectional view of the ink cartridge of FIG. A gap is provided between the
[0047]
FIG. 4 shows a cross-sectional side view of yet another embodiment of an ink cartridge according to the present invention. In this embodiment, the
[0048]
FIG. 5A shows a side sectional view of still another embodiment of the ink cartridge according to the present invention.
[0049]
5 to 7, the
[0050]
The
[0051]
FIG. 5B is a sectional view of still another embodiment of the ink cartridge according to the present invention as seen from the front. There is a gap through which ink can pass between the
[0052]
Further, the length of the
[0053]
FIG. 6A shows a side sectional view of still another embodiment of the ink cartridge according to the present invention. The
[0054]
FIG. 6B is a sectional view of still another embodiment of the ink cartridge according to the present invention as seen from the front. The
[0055]
FIG. 7A shows a side sectional view of still another embodiment of the ink cartridge according to the present invention. The
[0056]
FIG. 7B is a sectional view of still another embodiment of the ink cartridge according to the present invention as seen from the front. There is a gap through which ink can pass between the
[0057]
Further, the gap between the
[0058]
8 to 10 are side sectional views of still another embodiment of the ink cartridge according to the present invention. 8 to 10, the
[0059]
In FIG. 8, the wave preventing wall 1192 i is arranged at an opposing position so as to face the
[0060]
A sectional view of the ink cartridge according to the present embodiment viewed from the front is similar to FIG. There is a gap between the wave preventing wall 1192i and the
[0061]
In FIG. 9, the
[0062]
A cross-sectional view of the ink cartridge according to the present embodiment as viewed from the front is similar to that shown in FIG. The
[0063]
In FIG. 10, the
[0064]
A cross-sectional view of the ink cartridge according to this embodiment viewed from the front is similar to that shown in FIG. There is a gap between the
[0065]
11 to 13 are side sectional views of still another embodiment of the ink cartridge according to the present invention. 11 to 13, the
[0066]
In FIG. 11, the
[0067]
In the ink cartridge according to the present embodiment, the
[0068]
12, the mounting positions of the
[0069]
The
[0070]
In FIG. 13, the mounting positions of the
[0071]
FIG. 14 is a perspective view seen from the back side showing an embodiment of an ink cartridge containing a plurality of types of ink. The
[0072]
Three different wave barriers (not shown) may be provided in positions corresponding to the
[0073]
FIG. 15 is a perspective view seen from the back side showing another embodiment of an ink cartridge containing a plurality of types of ink. The
[0074]
A wave barrier (not shown) is provided to face the
[0075]
FIG. 16 is a perspective view seen from the back side showing another embodiment of an ink cartridge containing a plurality of types of ink. The
[0076]
As shown in FIGS. 8 to 11, the wave preventing wall may be provided at a position facing the
[0077]
FIG. 17 is a perspective view as seen from the back side showing another embodiment of an ink cartridge containing a plurality of types of ink. The
[0078]
The wave barrier may be provided in each of the
[0079]
Furthermore, the
[0080]
FIG. 18 is a cross-sectional view showing an embodiment of a main part of an ink jet recording apparatus suitable for the ink cartridge shown in FIG. The
[0081]
FIG. 19 shows a sectional view of an embodiment of the
[0082]
Further, the
[0083]
A gap is provided between the actuator 106 and the wave preventing wall 1192q. When the ink cartridge is filled with ink, the gap between the actuator 106 and the wave preventing wall 1192q is filled with ink. On the other hand, when ink in the ink cartridge is consumed, it is designed so that the ink is not held in the gap between the actuator 106 and the wave preventing wall 1192q. That is, there is no capillary force that holds ink between the actuator 106 and the wave preventing wall 1192q.
[0084]
The cross-sectional view of the
[0085]
Further, the length of the wave preventing wall 1192q from the
[0086]
As shown in FIG. 18, when the
[0087]
When ink is consumed in the recording head 31 by the recording operation, the pressure on the downstream side of the
[0088]
The
[0089]
By providing the
[0090]
It may be designed so that a drive signal is supplied to the
[0091]
FIG. 20 shows a sectional view of another embodiment of the
[0092]
Since a gap is provided between the
[0093]
FIG. 21 shows a sectional view of still another embodiment of the
[0094]
In addition, a gap is provided between the
[0095]
22 and 23 show details and an equivalent circuit of the
[0096]
The
[0097]
The
[0098]
The
[0099]
On the other hand, on the surface side of the
[0100]
Accordingly, the main part of the
[0101]
The
[0102]
The vibration region facing the piezoelectric element in the piezoelectric element and the
[0103]
As the material of the
[0104]
The
[0105]
The
[0106]
Here, the principle of the liquid level detection by the actuator will be described.
[0107]
In order to detect a change in the acoustic impedance of the medium, the impedance characteristic or admittance characteristic of the medium is measured. When measuring impedance characteristics or admittance characteristics, for example, a transmission circuit can be used. The transmission circuit applies a constant voltage to the medium, changes the frequency, and measures the current flowing through the medium. Alternatively, the transmission circuit supplies a constant current to the medium and changes the frequency to measure the voltage applied to the medium. A change in current value or voltage value measured by the transmission circuit indicates a change in acoustic impedance. In addition, a change in the frequency fm at which the current value or voltage value becomes maximum or minimum also indicates a change in acoustic impedance.
[0108]
Apart from the above method, the actuator can detect a change in the acoustic impedance of the liquid using a change only in the resonance frequency. When using the method of detecting the resonance frequency by measuring the counter electromotive force generated by the residual vibration remaining in the vibration part after the vibration part of the actuator vibrates as a method using the change in the acoustic impedance of the liquid, for example, A piezoelectric element can be used. The piezoelectric element is an element that generates a counter electromotive force due to residual vibration remaining in the vibration part of the actuator, and the magnitude of the counter electromotive force varies depending on the amplitude of the vibration part of the actuator. Therefore, detection is easier as the amplitude of the vibration part of the actuator is larger. In addition, the period in which the magnitude of the back electromotive force changes depends on the frequency of residual vibration in the vibration part of the actuator. Therefore, the frequency of the vibration part of the actuator corresponds to the frequency of the counter electromotive force. Here, the resonance frequency is a frequency in a resonance state between the vibration part of the actuator and the medium in contact with the vibration part.
[0109]
In order to obtain the resonance frequency fs, the waveform obtained by the back electromotive force measurement when the vibration part and the medium are in the resonance state is Fourier-transformed. The vibration of the actuator is not only deformed in one direction but is accompanied by various deformations such as deflection and extension, and therefore has various frequencies including the resonance frequency fs. Therefore, the resonance frequency fs is determined by Fourier-transforming the back electromotive force waveform when the piezoelectric element and the medium are in the resonance state and specifying the most dominant frequency component.
[0110]
The frequency fm is a frequency when the admittance of the medium is maximum or the impedance is minimum. Assuming the resonance frequency fs, the frequency fm causes a slight error with respect to the resonance frequency fs due to dielectric loss or mechanical loss of the medium. However, since it takes time to derive the resonance frequency fs from the actually measured frequency fm, the frequency fm is generally used instead of the resonance frequency. Here, by inputting the output of the
[0111]
A resonance specified by a method for measuring the frequency fm by measuring the impedance characteristic or admittance characteristic of the medium, and a method for measuring the resonance frequency fs by measuring the counter electromotive force generated by the residual vibration vibration in the vibration part of the actuator. Experiments have shown that there is little difference in frequency.
[0112]
The vibration region of the
[0113]
The
[0114]
Depending on the mounting position and mounting angle of the actuator on the liquid container, the liquid may adhere to the vibration area of the actuator even though the liquid level of the liquid in the liquid container is below the mounting position of the actuator. is there. When the actuator detects the presence or absence of liquid only by the presence or absence of liquid in the vibration region, the liquid attached to the vibration region of the actuator hinders accurate detection of the presence or absence of liquid. For example, when the liquid level is below the mounting position of the actuator, if the liquid container is swung due to the reciprocating movement of the carriage, etc. An erroneous determination is made that there is sufficient liquid in the liquid container. Therefore, conversely, even when the liquid remains there, by actively providing a cavity designed to accurately detect the presence or absence of the liquid, the liquid container oscillates and the liquid level undulates However, the malfunction of the actuator can be prevented. In this manner, malfunctions can be prevented by using an actuator having a cavity.
[0115]
As shown in FIG. 23E, the case where there is no liquid in the liquid container and the liquid in the liquid container remains in the
[0116]
Here, the operation and principle of detecting the state of the liquid in the liquid container from the resonance frequency of the medium and the vibrating portion of the
[0117]
The residual vibration is free vibration between the vibration part of the
[0118]
In general, the resonant frequency fs is
fs = 1 / (2 * π * (M * Cact) 1/2 (Formula 1)
It is represented by Here, M is the sum of the inertance Mact and the additional inertance M ′ of the vibration part. Cact is the compliance of the vibration part.
[0119]
FIG. 22C is a cross-sectional view of the
[0120]
Mact is obtained by dividing the product of the thickness of the vibration part and the density of the vibration part by the area of the vibration part. In more detail, as shown in FIG.
Mact = Mpzt + Melectrode1 + Melectrode2 + Mvib (Formula 2)
It is expressed. Here, Mpzt is obtained by dividing the product of the thickness of the
[0121]
23A, FIG. 23B, FIG. 23D, and FIG. 23F show equivalent circuits of the vibrating portion of the
[0122]
1 / Cact = (1 / Cpzt) + (1 / Celectrode1) + (1 / Celectrode2) + (1 / Cvib) (Formula 3)
From
[0123]
The compliance Cact represents a volume that can receive the medium by deformation when pressure is applied to the unit area of the vibration part. The compliance Cact may be said to represent the ease of deformation.
[0124]
FIG. 23C is a cross-sectional view of the
[0125]
M'max = (π * ρ / (2 * k Three )) * (2 * (2 * k * a) Three / (3 * π)) / (π * a 2 ) 2 (Formula 4)
(A is the radius of the vibration part, ρ is the density of the medium, and k is the wave number.)
[0126]
It is represented by
[0127]
Wave number k is
k = 2 * π * fact / c (Formula 5)
(Fact is the resonance frequency of the vibrating part when the liquid is not touching. C is the speed of sound propagating through the medium.)
[0128]
It is represented by
[0129]
FIG. 23D shows an equivalent circuit of the vibration part of the
[0130]
FIG. 23E is a cross-sectional view of the
[0131]
M ′ = ρ * t / S (Formula 6)
It can be expressed. t is the thickness of the medium involved in the vibration. S is the area of the vibration region of the
[0132]
Here, as shown in FIG. 23E, the liquid in the liquid container is consumed and there is no liquid in the vicinity of the vibration region of the
[0133]
FIG. 23F shows the case of FIG. 23E where the liquid in the liquid container is consumed and there is no liquid around the vibration region of the
[0134]
Here, the parameters related to the state of the medium are the density ρ of the medium and the thickness t of the medium in
[0135]
M′cav = ρ * d / S (Formula 7)
It becomes.
[0136]
Even if the mediums are different types of liquid, the density ρ varies depending on the composition, so that the additional inertance M ′ changes and the resonance frequency fs also changes. Therefore, the type of liquid can be detected by specifying the resonance frequency fs.
When only one of ink or air is in contact with the vibrating portion of the
[0137]
FIG. 24A is a graph showing the relationship between the amount of ink in the ink tank and the resonance frequency fs of the ink and the vibration part. Here, ink will be described as an example of liquid. The vertical axis represents the resonance frequency fs, and the horizontal axis represents the ink amount. When the ink composition is constant, the resonance frequency fs increases as the remaining ink amount decreases.
[0138]
When ink is sufficiently stored in the ink container, and the ink is filled around the vibration region of the
[0139]
Further, by increasing or decreasing the vibration area of the
[0140]
The curve X in FIG. 24A shows the amount of ink stored in the ink tank and the ink and the ink when the
[0141]
More specifically, the case where the process in which ink is gradually consumed can be detected means that both liquid and gas having different densities exist in the vicinity of the vibration region of the
[0142]
M ′ = M′air + M′ink = ρair * tair / S + ρink * tink / S (Formula 8)
It becomes. Here, M′air is an inertance of air, and M′ink is an inertance of ink. ρair is the density of air, and ρink is the density of ink. tair is the thickness of air involved in vibration, and tink is the thickness of ink involved in vibration. Among the media involved in vibration around the vibration region of the
[0143]
In the case where the
[0144]
1 / M ′ = 1 / M′air + 1 / M′ink = Sair / (ρair * tair) + Sink / (ρink * tink) (Equation 9)
It becomes.
[0145]
[0146]
On the other hand, when the
[0147]
FIG. 24B shows the relationship between the ink density and the resonance frequency fs of the ink and the vibration part on the curve Y in FIG. Ink is used as an example of the liquid. As shown in FIG. 24B, when the ink density is increased, the additional inertance is increased, so that the resonance frequency fs is decreased. That is, the resonance frequency fs varies depending on the type of ink. Therefore, by measuring the resonance frequency fs, it is possible to confirm whether or not inks having different densities are mixed when refilling the ink.
[0148]
That is, it is possible to identify ink tanks containing different types of ink.
[0149]
Subsequently, the conditions under which the liquid state can be accurately detected when the size and shape of the cavity are set so that the liquid remains in the
[0150]
The resonance frequency fs is a function of the inertance M. The inertance M is the sum of the inertance Mact and the additional inertance M ′ of the vibration part. Here, the additional inertance M ′ is related to the liquid state. The additional inertance M ′ is an amount indicating that the mass of the vibration part is apparently increased by the action of the medium in the vicinity of the vibration part. That is, it means an increase in mass of the vibrating part due to apparent absorption of the medium by the vibration of the vibrating part.
[0151]
Therefore, when M′cav is larger than M′max in
[0152]
On the other hand, when M′cav is smaller than M′max in
[0153]
That is, when the liquid in the liquid container is empty and the liquid remains in the
[0154]
Here, M′cav is the mass of the liquid having a volume approximately equal to the volume of the
[0155]
M'max> ρ * d / πa 2 (Formula 10)
It is. Expanding
[0156]
a / d> 3 * π / 8 (Formula 11)
This condition is required.
[0157]
Therefore, if the
[0158]
Since the additional inertance M ′ also affects the acoustic impedance characteristics, it can be said that the method of measuring the counter electromotive force generated in the
[0159]
Further, according to this embodiment, the back electromotive force generated in the
[0160]
25A and 25B show the residual vibration waveform of the
[0161]
In the example shown in FIGS. 25A and 25B, the presence or absence of ink is detected by measuring the time during which four pulses from the fourth pulse to the eighth pulse of the analog signal occur.
[0162]
More specifically, after the
[0163]
FIG. 25A shows a waveform when the ink liquid level is higher than the mounting position level of the
[0164]
For example, when the ink quality is stable and the fluctuation of the peak amplitude is small, the resonance frequency may be obtained by detecting the time from the 4th count to the 6th count in order to increase the detection speed. . When the ink quality is unstable and the fluctuation of the pulse amplitude is large, the time from the 4th count to the 12th count may be detected in order to accurately detect the residual vibration.
[0165]
As another example, the wave number of the voltage waveform of the back electromotive force within a predetermined period may be counted (not shown). The resonance frequency can also be obtained by this method. More specifically, after the
[0166]
Further, as can be seen by comparing FIG. 25A and FIG. 25B, the amplitude of the back electromotive force waveform between when the ink is filled in the ink cartridge and when the ink is not inside the ink cartridge. Is different. Therefore, the ink consumption state in the ink cartridge may be detected by measuring the amplitude of the counter electromotive force waveform without obtaining the resonance frequency. More specifically, for example, a reference voltage is set between the peak of the counter electromotive force waveform in FIG. 25A and the peak of the counter electromotive force waveform in FIG. After the
[0167]
FIG. 26 shows a method for manufacturing the
[0168]
The
[0169]
A plurality of (four in the example of FIG. 26)
[0170]
FIG. 27 shows a cross section of a portion of the
[0171]
FIG. 28 shows a cross section of the
[0172]
FIG. 29 shows a manufacturing method of the
[0173]
If the
[0174]
FIG. 30 shows still another embodiment of the ink cartridge of the present invention. In the ink cartridge shown in FIG. 30, an
[0175]
However, the
[0176]
As a result, when the ink in the
[0177]
Therefore, the
[0178]
FIG. 31 shows still another embodiment of an ink cartridge to which the present invention is applied. FIG. 31A is a cross-sectional view of the bottom of the ink cartridge according to the present embodiment. The ink cartridge of the present embodiment has a through
[0179]
FIG. 31 (B) shows a detailed cross section of the
[0180]
FIG. 32 shows another embodiment of the through
[0181]
A wave barrier (not shown) is provided so as to face the
[0182]
According to the shape of the through
[0183]
FIG. 33A is a perspective view showing another embodiment of the actuator. FIG. 33B is a partial cross-sectional side view of an ink cartridge provided with the
[0184]
FIG. 34 is a perspective view showing still another embodiment of the actuator. The
[0185]
In this embodiment, a wave barrier (not shown) may be provided in the vicinity of the packing 76 so as to face the
[0186]
FIG. 35 shows a plan view of still another embodiment of the through
[0187]
FIG. 36 is a perspective view showing a configuration in which the
[0188]
FIG. 37 is an exploded view showing the configuration of the
[0189]
The
[0190]
The area of the
[0191]
FIG. 38 is a perspective view showing another embodiment of the
[0192]
39 is an exploded perspective view showing the configuration of the
[0193]
According to the present embodiment, the
[0194]
The area of the through
[0195]
FIG. 40 shows still another embodiment of the module body. Similar to the
[0196]
The tip of the
[0197]
The
[0198]
41 is a cross-sectional view of the vicinity of the bottom of the
[0199]
FIG. 42A shows a cross-sectional view of the ink container when the module body 700B is mounted on the
[0200]
In the module body 700B of FIG. 42A, the lead wires shown in FIGS. 36 to 40 need not be embedded in the module body. Therefore, the molding process is simplified. Furthermore, the module body 700B can be replaced and recycled.
[0201]
When the ink cartridge is shaken, the ink adheres to the upper surface or the side surface of the
[0202]
42A, only a part of the
[0203]
FIG. 42B shows a cross-sectional view of an ink container as an example when the
[0204]
Note that the
[0205]
FIG. 42C shows an embodiment including a
[0206]
The
[0207]
FIG. 43 shows an embodiment of an ink cartridge and an ink jet recording apparatus using the
[0208]
A wave barrier (not shown) is provided in the
[0209]
FIG. 44 shows details of the vicinity of the head portion of the ink jet recording apparatus. The ink jet recording apparatus includes an
[0210]
A wave barrier (not shown) is provided in the
[0211]
FIG. 45 shows another embodiment of the
[0212]
A gap filled with ink is formed between the actuator 106 and the
[0213]
The
[0214]
Further, by providing the
[0215]
FIG. 46 shows still another embodiment of the
[0216]
[0217]
The
[0218]
The semiconductor memory means 7 has a characteristic of the resonance frequency when the ink in the
[0219]
FIG. 47 shows still another embodiment of the
[0220]
An ink cartridge 180F shown in FIG. 47B has a plurality of
[0221]
FIG. 48 shows still another embodiment of the
[0222]
Since the ink is discharged from the
[0223]
Since the
[0224]
The ink cartridge 180H of FIG. 48B has a
[0225]
Further, among the plurality of
[0226]
In the ink cartridge 180I of FIG. 48C, the
[0227]
In the
[0228]
FIG. 49 shows a plan cross-sectional view of still another embodiment of the ink cartridge according to the present invention. In the
[0229]
FIG. 50 is a plan sectional view of still another embodiment of the ink cartridge according to the present invention. In the
[0230]
FIG. 51 shows still another embodiment of the ink cartridge using the
[0231]
A
[0232]
The
[0233]
A
[0234]
51C and 51D show a detailed cross section of the
[0235]
In the
[0236]
As described above, the ink cartridge mounted on the carriage is separated from the carriage, and the ink cartridge or the
[0237]
As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. Various changes or improvements can be added to the above embodiment. It is apparent from the description of the scope of claims that embodiments with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
[0238]
【The invention's effect】
The liquid container according to the present invention can accurately detect the remaining amount of liquid and does not require a complicated seal structure.
[0239]
The liquid container according to the present invention can prevent the liquid in the liquid container from undulating or bubbling in the vicinity of the piezoelectric device.
[0240]
Furthermore, in the liquid container according to the present invention, even when the liquid in the liquid container is waved or bubbled, the piezoelectric device can accurately detect the liquid level and accurately detect the consumption of the liquid.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of an ink cartridge for a single color, for example, black ink.
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of an ink cartridge for single color, for example, black ink.
FIG. 3 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge of the present invention.
FIG. 4 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge of the present invention.
FIG. 5 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge of the present invention.
FIG. 6 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge of the present invention.
FIG. 7 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge of the present invention.
FIG. 8 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge of the present invention.
FIG. 9 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge of the present invention.
FIG. 10 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge of the present invention.
FIG. 11 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge of the present invention.
FIG. 12 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge of the present invention.
FIG. 13 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge of the present invention.
FIG. 14 is a diagram illustrating an embodiment of an ink cartridge that stores a plurality of types of ink.
FIG. 15 is a diagram illustrating another embodiment of an ink cartridge that contains a plurality of types of ink.
FIG. 16 is a view showing still another embodiment of an ink cartridge for storing a plurality of types of ink.
FIG. 17 is a diagram illustrating still another embodiment of an ink cartridge that stores a plurality of types of ink.
FIG. 18 is a diagram showing a partial cross section of an embodiment of an ink jet recording apparatus of the present invention.
FIG. 19 is a cross-sectional view of an embodiment of a sub tank unit according to the present invention.
FIG. 20 is a cross-sectional view of an embodiment of a sub tank unit according to the present invention.
FIG. 21 is a cross-sectional view of another embodiment of a sub-tank unit according to the present invention.
22 is a diagram showing details of the
FIG. 23 is a diagram showing details of the
24 is a diagram showing the relationship between the density of ink and the resonance frequency of ink detected by the
25 is a diagram showing a back electromotive force waveform of the
26 is a view showing another embodiment of the
FIG. 27 is a view showing a cross section of a part of the actuator shown in FIG.
28 is a view showing an entire cross section of the
29 is a diagram showing a method of manufacturing the
FIG. 30 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge of the present invention.
FIG. 31 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge of the present invention.
FIG. 32 is a diagram showing another embodiment of the through
FIG. 33 is a view showing still another embodiment of the actuator.
FIG. 34 is a diagram showing another embodiment of the actuator.
FIG. 35 is a diagram showing a plane of still another embodiment of the through
FIG. 36 is a perspective view showing a module body.
FIG. 37 is an exploded view showing the configuration of the module body.
FIG. 38 is a diagram showing another embodiment of the module body.
FIG. 39 is an exploded view showing a configuration of a module body.
FIG. 40 is a diagram showing still another embodiment of a module body.
41 is a view showing an example of a cross section in which the
FIG. 42 is a diagram showing still another embodiment of a module body.
43 is a diagram showing an embodiment of an ink cartridge and an ink jet recording apparatus using the actuator shown in FIG.
FIG. 44 is a diagram illustrating details of the ink jet recording apparatus.
45 is a view showing another embodiment of the
46 is a view showing still another embodiment of the
FIG. 47 is a view showing still another embodiment of the
48 is a view showing still another embodiment of the
FIG. 49 is a view showing another embodiment of the
50 is a view showing another embodiment of the
FIG. 51 is a view showing still another embodiment of an ink cartridge using a module body.
[Explanation of symbols]
1 ... Container
1a ... Bottom
1b ... sidewall
1c, 940a ... through hole
1d, side
1e, 1f ... stepped portion
1g, 1h ... groove
2 ... Ink supply port
3, 15, 16, 17, 70 ... Actuator
4 ... Packing
5 ... Spring
6 ... Valve
7: Semiconductor memory means
8 ... Container
8a ... Bottom
9, 10, 11 ... Room
12, 13, 14 ... ink supply port
20: Fixed substrate
21, 23... Conductive material layer
21a, 23a ... connection terminals
22 ... Green sheet
30 ... carriage
31 ... Recording head
32 ... Ink supply needle
33 ... Sub tank unit
34: Ink storage chamber
35 ... Ink supply path
36 ... Membrane valve
37 ... Filter
38 ... Valve
67 ... Plate material
71 ... Adhesive layer
72, 80, 178 ... substrate
73, 82, piezoelectric diaphragm
74, 75 ... wave barrier
76 ... packing
77 ... Caulking hole
81 ... depression
100, 400, 500, 700... Module
102: Base part
104,362 ... lead wire
106,650,660,670 ... actuator
108 ... Film
110 ... Plate
112 ... cavity
113 ... recess
114 ... opening
116 ... Cylinder part
160 ... piezoelectric layer
162, 370 ... cavity
164 ... Upper electrode
166 ... Lower electrode
168 ... Upper electrode terminal
170 ... Lower electrode terminal
172 ... Auxiliary electrode
174 ... Piezoelectric element
176 ... Diaphragm
180... Ink cartridge
181 ... Air supply port
182 ... Ink introduction part
183: Ink inlet
184 ... Valve part
185 ... Air inlet
186 ... Head plate
187 ... Ink supply port
188 ... Nozzle plate
189 ... Switching valve
190 ... Nozzle
194 ... Container
194a ... Bottom
194b ... sidewall
212, 227, 1192 ... wave barrier
213, 213a, 213b ... accommodating chamber
214 ... Buffer
220: Ink cartridge
222 ... wave barrier
224 ... second partition
225a ... first accommodation room
225b ... Second accommodation chamber
227 ... Capillary passage
228 ... Check valve
230: Ink supply port
232 ... Valve
232a ... Feather
233 ... Vent hole
235 ... Spring
242 ... Porous member
250 ... carriage
252... Recording head
254 ... Ink supply needle
256 ... Sub tank unit
350 ... Mounting plate
360 ... base part
364 ... Mold part
370 ... cavity
372 ... Sealing structure
402, 502 ... Base
403 ... Column base
404, 504 ... Lead wire
408, 508 ... Film
410, 510... Plate
413, 513 ... concave portion
414, 514 ... opening
600 ... Mounting structure
606 ... Actuator
610 ... Substrate
612 ... Terminal
940, 941 ... Green sheet
942, 944... Conductive layer
944 '... connection part
947, 948 ... auxiliary conductive layer
K ... ink
Claims (25)
前記防波壁は、前記液体の液面に対してほぼ垂直の方向に延びていることを特徴とする請求項1に記載の液体容器。The piezoelectric device is disposed on a side wall of the container that extends in a direction substantially perpendicular to the liquid level of the liquid,
The liquid container according to claim 1, wherein the wave preventing wall extends in a direction substantially perpendicular to the liquid surface of the liquid.
前記防波壁は、前記液体の液面に対してほぼ平行の方向に延びていることを特徴とする請求項1に記載の液体容器。The piezoelectric device is disposed on a bottom wall below the liquid level of the liquid, among the walls of the container,
The liquid container according to claim 1, wherein the wave preventing wall extends in a direction substantially parallel to the liquid surface of the liquid.
前記圧電装置は、前記少なくとも二つの壁面の境界にある境界部に配備され、 前記防波壁の一端は前記少なくとも二つの壁面のうち一方の壁面から延び、他端は他方の壁面から延びていることを特徴とする請求項1に記載の液体容器。The container has at least two wall surfaces adjacent to each other;
The piezoelectric device is disposed at a boundary portion at a boundary between the at least two wall surfaces, one end of the wave preventing wall extends from one wall surface of the at least two wall surfaces, and the other end extends from the other wall surface. The liquid container according to claim 1.
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