JP3965865B2

JP3965865B2 - Mounting module body for liquid detection, liquid container and ink cartridge

Info

Publication number: JP3965865B2
Application number: JP2000146964A
Authority: JP
Inventors: 憲児塚田; 宗秀金谷; 稔碓井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 2000-05-18
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2020-05-18
Also published as: JP3965866B2; JP2001146026A; JP2001146025A; JP2001147146A; JP2007106130A; JP2007192838A; JP2001147147A; JP3925038B2; JP4650517B2; JP3804401B2; JP2001146024A; JP4595956B2; JP4715481B2; JP2001146029A; JP2001146030A; JP2001146028A; JP2009080135A; JP4161228B2; JP2001146019A; JP4240077B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響インピーダンスの変化を検出することで、その中でも特に共振周波数の変化を検出することで、液体を収容する液体容器内の液体の消費状態を検知するための圧電装置が備えられた液体容器に関し、さらに詳しくは、圧力発生手段により圧力発生室のインクを印刷データに対応させて加圧してノズル開口からインク滴を吐出させて印刷するインクジェット記録装置に適用されるインクカートリッジに備えられ、インクカートリッジ内のインクの消費状態を検出する圧電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明が適用される液体容器として、インクジェット式記録装置に装着されるインクカートリッジを例にとって説明する。一般にインクジェット記録装置には、圧力発生室を加圧する圧力発生手段と、加圧されたインクをノズル開口からインク滴として吐出するノズル開口とを備えたインクジェット式記録ヘッドが搭載されたキャリッジと、流路を介して記録ヘッドに供給されるインクを収容するインクタンクとを備えており、連続印刷が可能なように構成されている。インクタンクはインクが消費された時点で、ユーザが簡単に交換できるように、記録装置に対して着脱可能なカートリッジとして構成されているものが一般的である。
【０００３】
従来、インクカートリッジのインク消費の管理方法として、記録ヘッドによって吐出されるインク滴のカウント数と、印字ヘッドのメンテナンス工程で吸引されたインク量とをソフトウエアにより積算し、計算上でインク消費を管理する方法や、インクカートリッジに直接液面検出用の電極を２本取付けることによって、実際にインクが所定量消費された時点を検知することでインク消費を管理する方法などが知られていた。
【０００４】
しかしながら、ソフトウェアによりインク滴の吐出数や吸引されたインク量を積算してインク消費を計算上で管理する方法は、使用環境により、例えば使用室内の温度や湿度の高低、インクカートリッジの開封後の経過時間、ユーザサイドでの使用頻度の違いなどによって、インクカートリッジ内の圧力やインクの粘度が変化してしまい、計算上のインク消費量と実際の消費量との間に無視できない誤差が生じてしまうという問題があった。また同一カートリッジを一旦取外し、再度装着した場合には積算されたカウント値は一旦リセットされてしまうので、実際のインク残量がまったくわからなくなってしまうという問題もあった。
【０００５】
一方、電極によりインクが消費された時点を管理する方法は、インク消費のある一点の実量を検出できるため、インク残量を高い信頼性で管理できる。しかしながら、インクの液面を検出するためにインクは導電性でなくてはならず、よって使用されるインクの種類が限定されてしまう。また、電極とインクカートリッジとの間の液密構造が複雑化する問題がある。さらに、電極の材料として、通常は導電性が良く耐腐食性も高い貴金属を使用するので、インクカートリッジの製造コストがかさむという問題もあった。さらに、２本の電極をそれぞれインクカートリッジの別な場所に装着する必要があるため、製造工程が多くなり結果として製造コストがかさんでしまうという問題もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる、液体の消費状態を正確に検出でき、かつ複雑なシール構造を不要とした液体容器を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、インクの消費状態を正確に検出でき、かつ複雑なシール構造を不要としたインクカートリッジを提供することにある。
【０００７】
本発明は特に振動を利用して液体残量を検出する技術を提供するとともに、こうした検出技術を改良する。なお、本発明は、インクカートリッジには限定されず、その他の液体容器の液体検出にも適用可能である。
【０００８】
上記の目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は、液体検出用のモジュール体である。このモジュール体は、圧電装置と取付部材を含む。圧電装置は、液体容器内の液体の消費状態を検出するために用いられる。取付部材は、前記圧電装置と一体化され、前記圧電装置を前記液体容器に取り付ける。取付部材には特に開口キャビティが設けられている。開口キャビティは、前記圧電装置と対向する位置に前記液体容器の内部と連通するように設けられる。好ましくは、開口キャビティは、前記圧電装置から前記液体容器の内部を向く位置に配置され、前記液体容器の内部と連通するように設けられる。
【００１０】
液体消費がまだ進んでいない状態では、開口キャビティの中および外が液体で満たされている。一方、液体消費が進んだ状態では、液面が低下して開口キャビティが露出し、開口キャビティの中にほぼ一定量の液体が残っている。これらの状態では圧電装置の出力信号が異なることを利用して、液体の消費状態を好適に検出できる。
【００１１】
本発明によれば、キャビティを設けたことにより、液体の波打ちなどに起因する誤検出が生じないように図ることができる。
【００１２】
また本発明によれば、開口キャビティを設けたことにより、圧電装置と液体の間に介在する部材を削減し、あるいは部材の厚さを小さくできるので、液体消費状態をより確実に検出できる。
【００１３】
また本発明によれば、開口キャビティを局所的に設けることにより、適当な液体シール状態を確保できる。これにより、圧電装置が不適当に液体にさらされるのを回避できる。これは、インクのような導電性液体に対して特に効果的である。
【００１４】
好ましくは、前記圧電装置を利用して、液体消費状態に応じた音響インピーダンスの変化に基づいて液体消費状態が検出される。好ましくは、圧電装置は、振動を発生した後の残留振動状態を示す信号を出力する。圧電装置の残留振動は、周囲の液体の量に応じて変化する。例えば、大量の液体が周囲に存在するときと、少量の液体が周囲に存在するときでは、残留振動状態が異なる。これは、液体消費状態に応じた音響インピーダンスの変化に基づいている。そこで、残留振動状態が液体消費状態に応じて変化することを利用して液体消費状態が検出される。
【００１５】
ここで、残留振動に実質的に影響するのは、圧電装置の近傍の限られた量の液体である。本発明によれば、開口キャビティを設けたことにより、圧電装置と液体の間に介在する部材を削減し、あるいは部材の厚さを小さくできる。したがって残留振動に影響する限られた量の液体が、圧電装置に近づき、あるいは接する。これにより、液体消費状態に応じた残留振動の変化がより明確になるので、液体消費状態をより確実に検出できる。
【００１６】
また、圧電装置は、開口キャビティを通して弾性波を発生するとともに、開口キャビティを通って返ってくる反射波に応じた信号を出力してもよい。この場合も、開口キャビティを設けたことにより、圧電装置と液体の間で振動が良好に伝達されるので、検出能力を向上可能である。圧電装置をどのように機能させて液体消費状態を検出するかは、液体容器の仕様や、求められる測定精度などに応じて決定されればよい。
【００１７】
圧電装置は、検出目標の所定の液体消費状態にて前記開口キャビティ内に液体が保持された状態になったとき、前記開口キャビティ内の前記液体に対応する残留振動状態を示す検出信号を発生してもよい。
【００１８】
好ましくは、前記開口キャビティは、所定の液体状態において液体を保持する形状である。好ましくは、前記開口キャビティは、検出目標の所定の液体消費状態においても液体を保持する形状を有してもよい。
【００１９】
好ましくは、前記圧電装置は、下電極、該下電極上に形成された圧電層および前記圧電層上に形成された上電極と、を含み、前記開口キャビティの面積が、前記圧電層と下電極の重なり部分の面積以上に設定されている。
【００２０】
好ましくは、前記開口キャビティのキャビティ深さはキャビティ開口の最小幅より小さく設定されている。好ましくは、前記キャビティ深さは前記キャビティ開口の最小幅の１／３以下である。キャビティが円形であれば、開口最小幅は開口寸法（開口直径）である。
【００２１】
好ましくは、前記開口キャビティは、前記圧電装置の振動中心に対して実質的に対称の形状を有する。好ましくは、前記開口キャビティは実質的に円形である。
【００２２】
好ましくは、前記開口キャビティの容器内部側の開口面積を、前記圧電素子側の開口面積より大きく設定する。容器内部側より圧電素子側の開口寸法が大きいことが好ましい。こうした構成により、開口キャビティは容器内部に向かって広がる形状を有する。前記開口キャビティの周面はテーパ形状を有していてもよい。前記開口キャビティの周面はステップ形状を有していてもよい。
【００２３】
前記開口キャビティに連通する連通溝が、容器内側に面する場所に設けられていてもよい。前記連通溝は、前記開口キャビティから、前記液体容器が外部に液体を供給する供給口に向かう方向に沿って設けられていてもよい。
【００２４】
前記取付部材は、前記液体容器に設けられた貫通孔に嵌合されてもよい。前記圧電装置には、前記取付部材の開口キャビティと連通する凹部が形成されてもよい。
【００２５】
前記開口キャビティ近傍に液体吸収体が設けられてもよい。液体吸収体は、前記開口キャビティ内の液体を吸い出してもよい。前記液体吸収体は多孔質部材で構成されてもよい。
【００２６】
前記開口キャビティ内に液体吸収体が設けられてもよい。液体吸収体は液体を保持してもよい。前記液体吸収体は、多孔質部材で構成されてもよい。
【００２７】
取付モジュール体は前記液体容器に対して着脱可能に装着されてもよい。
【００２８】
本発明の別の態様は、上述の液体検出用の取付モジュール体が備えられた液体容器である。前記液体容器は、インクジェット記録装置に装着されるインクカートリッジでもよい。
【００２９】
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。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００３１】
まず、本実施形態の原理を説明する。本実施の形態では、インク容器内のインク消費状態を検出する技術に本発明が適用される。インクの消費状態は圧電装置を用いて検出される。圧電装置は、電気エネルギと振動エネルギの間の変換によって、インク消費状態に応じた信号を出力する。
【００３２】
検出原理の一つは、音響インピーダンスを利用する。好ましくは、圧電装置が振動を発生した後の残留振動状態が、圧電装置の出力信号から求められる。残留振動は、周囲のインクの量に応じて変化する。これは、インク消費状態に応じた音響インピーダンスの変化に基づいている。そこで、残留振動状態がインク消費状態に応じて変化することを利用して消費状態が検出される。
【００３３】
別の検出原理によれば、圧電装置は、開口キャビティを通して弾性波を発生するとともに、開口キャビティを通って返ってくる反射波に応じた信号を出力する。インク消費状態に応じた反射波の変化が検出される。圧電装置をどのように機能させてインク消費状態を検出するかは、インクカートリッジの仕様や、求められる測定精度などに応じて決定されればよい。
【００３４】
圧電装置は、検出目標の所定のインク消費状態における液面位置に設けられる。これにより、液面通過の有無を検出できる。
【００３５】
本実施の形態では、圧電装置と取付部材とにより取付モジュール体が構成される。特に、取付部材には開口キャビティが設けられる。開口キャビティは、モジュール体の装着状態において、圧電装置からインク容器の内部を向く位置に配置され、容器内部に連通している。開口キャビティは圧電装置、特にその振動部分と対向する。
【００３６】
こうした開口キャビティを設けることにより以下の利点が得られる。インク消費がまだ進んでいない状態では、インク液面が高く、したがって開口キャビティの中および外がインクで満たされている。一方、インク消費が進むと、液面が低下して開口キャビティが露出する。このとき、開口キャビティの中にほぼ一定の少量のインクが残存する。これらの２つの状態では、上述の残留振動などが異なるので、圧電装置の出力信号が異なる。これを利用して、インク消費状態を好適に検出できる。
【００３７】
好ましくは、キャビティに少量のインクが保持されているときの検出特性を予め把握しておく。あるいは、インクがキャビティ内外にあるときの検出特性を予め把握しておいてもよい。もちろん両状態の検出特性を把握しておいてもよい。
【００３８】
本実施の形態によれば、後述するように、キャビティを設けたことにより、インクの波打ちなどに起因する誤検出が生じないように図ることができる。
【００３９】
また本実施の形態によれば、開口キャビティを設けたことにより、圧電装置とインクの間に介在する部材を削減し、あるいは部材の厚さを小さくできるので、インク消費状態をより確実に検出できる。
【００４０】
例えば残留振動を利用する検出原理を考えると、残留振動に実質的に影響するのは、圧電装置の近傍の限られた量のインクである。この限られた量のインクが、開口キャビティを設けたことにより、圧電装置に近づき、あるいは接する。これにより、インク消費状態に応じた残留振動の変化がより明確になるので、インク消費状態をより確実に検出できる。
【００４１】
また弾性波および反射波を利用する場合も、開口キャビティを設けたことにより、圧電装置とインクの間で振動が良好に伝達されるので、検出能力を向上可能である。
【００４２】
また本実施の形態によれば、キャビティが局所的に設けられているので、インクを適切にシールできる。これにより圧電装置をインクから保護できる。導電性を有するインクによって圧電装置の絶縁状態が害されるのを効果的に防止できる。
【００４３】
以下では、図面を参照して本実施形態をより具体的に説明する。まず、圧電装置を用いて振動に基づいてインク消費を検出する技術の基本を説明する。これにつづいて、検出技術の各種応用を説明する。これらの説明を展開する中で、本実施形態の特徴的なキャビティ付きの取付モジュール体およびその他のバリエーションを説明する。
【００４４】
ここで、本実施の形態においては、圧電装置の一形態として、「アクチュエータ（典型的には図２０、参照符号１０６）」および「弾性波発生手段（典型的には図１、参照符号３）が示される。ただし、これらは圧電装置の一形態にすぎない。例えば、圧電装置は、アクチュエータに他のコンポーネントを加えた構成でもよく、またアクチュエータから一部のコンポーネントを抜いた構成でもよい。圧電装置は圧電素子のみであってもよい。
【００４５】
「圧電装置を利用したインク消費の検出」
本発明の基本的概念は、振動現象を利用することで、液体容器内の液体の状態（液体容器内の液体の有無、液体の量、液体の水位、液体の種類、液体の組成を含む）を検出することである。具体的な振動現象を利用した液体容器内の液体の状態の検出としてはいくつかの方法が考えられる。例えば弾性波発生手段が液体容器の内部に対して弾性波を発生し、液面あるいは対向する壁によって反射する反射波を受波することで、液体容器内の媒体およびその状態の変化を検出する方法がある。また、これとは別に、振動する物体の振動特性から音響インピーダンスの変化を検知する方法もある。音響インピーダンスの変化を利用する方法としては、圧電素子を有する圧電装置またはアクチュエータの振動部を振動させ、その後に振動部に残留する残留振動によって生ずる逆起電力を測定することによって、共振周波数または逆起電力波形の振幅を検出することで音響インピーダンスの変化を検知する方法や、測定機、例えば伝送回路等のインピーダンスアナライザによって液体のインピーダンス特性またはアドミッタンス特性を測定し、電流値や電圧値の変化または、振動を液体に与えたときの電流値や電圧値の周波数による変化を測定する方法がある。弾性波発生手段および圧電装置またはアクチュエータの動作原理の詳細については後述する。
【００４６】
図１は、本発明が適用される単色、例えばブラックインク用のインクカートリッジの一実施形態の断面図である。図１のインクカートリッジは、上記に説明した方法のうちの、弾性波の反射波を受信して液体容器内の液面の位置や液体の有無を検出する方法に基づいている。弾性波を発生しまた受信する手段として弾性波発生手段３を用いる。インクを収容する容器１には、記録装置のインク供給針に接合するインク供給口２が設けられている。容器１の底面１ａの外側には、弾性波発生手段３が容器を介して内部のインクに弾性波を伝達できるように取付けられている。インクＫがほぼ消費されつくした段階、つまりインクニアエンドとなった時点で、弾性波の伝達がインクから気体へと変更するべく、弾性波発生手段３はインク供給口２よりも若干上方の位置に設けられている。なお、受信手段を別に設けて、弾性波発生手段３を単に発生手段として用いても良い。
【００４７】
インク供給口２にはパッキン４及び弁体６が設けられている。図３に示すように、パッキン４は記録ヘッド３１に連通するインク供給針３２と液密に係合する。弁体６は、バネ５によってパッキン４に対して常時弾接されている。インク供給針３２が挿入されると、弁体６はインク供給針３２に押されてインク流路を開放し、容器１内のインクがインク供給口２およびインク供給針３２を介して記録ヘッド３１へ供給される。容器１の上壁の上には、インクカートリッジ内のインクに関する情報を格納した半導体記憶手段７が装着されている。
【００４８】
図２は、複数種類のインクを収容するインクカートリッジの一実施例を示す裏側から見た斜視図である。容器８は、隔壁により３つのインク室９、１０及び１１に分割される。それぞれのインク室には、インク供給口１２、１３及び１４が形成されている。それぞれのインク室９、１０及び１１の底面８ａには、弾性波発生手段１５、１６および１７が、容器８を介して各インク室内に収容されているインクに弾性波を伝達できるように取付けられている。
【００４９】
図３は、図１及び２に示したインクカートリッジに適したインクジェット記録装置の要部の実施形態を示す断面図である。記録用紙の幅方向に往復動可能なキャリッジ３０は、サブタンクユニット３３を備えていて、記録ヘッド３１がサブタンクユニット３３の下面に設けられている。また、インク供給針３２はサブタンクユニット３３のインクカートリッジ搭載面側に設けられている。
【００５０】
図４は、サブタンクユニット３３の詳細を示す断面図である。サブタンクユニット３３は、インク供給針３２、インク室３４、膜弁３６、及びフィルタ３７を有する。インク室３４内には、インクカートリッジからインク供給針３２を介して供給されるインクが収容される。膜弁３６は、インク室３４とインク供給路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。
【００５１】
図３に示すように、容器１のインク供給口２をサブタンクユニット３３のインク供給針３２に挿通すると、弁体６がバネ５に抗して後退し、インク流路が形成され、容器１内のインクがインク室３４に流れ込む。インク室３４にインクが充填された段階で、記録ヘッド３１のノズル開口に負圧を作用させて記録ヘッド３１にインクを充填した後、記録動作を実行する。
【００５２】
記録動作により記録ヘッド３１においてインクが消費されると、膜弁３６の下流側の圧力が低下するので、図４に示すように、膜弁３６が弁体３８から離れて開弁する。膜弁３６が開くことにより、インク室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。
【００５３】
記録装置の動作期間中には、あらかじめ設定された検出のタイミング、例えば一定周期で弾性波発生手段３に駆動信号が供給される。弾性波発生手段３により発生された弾性波は、容器１の底面１ａを伝搬してインクに伝達され、インクを伝搬する。
【００５４】
弾性波発生手段３を容器１に貼着することにより、インクカートリッジ自体に残量検出機能を付与することができる。本発明によれば、容器１の成形時における液面検出用の電極の埋め込みが不要となるので、射出成形工程が簡素化され、電極埋めこみ領域からの液漏れがなくなり、インクカートリッジの信頼性が向上できる。
【００５５】
図５は、弾性波発生手段３、１５、１６、及び１７の製造方法を示す。固定基板２０は、焼成可能なセラミック等の材料により形成される。まず、図５（I）に示すように、固定基板２０の表面に一方の電極となる導電材料層２１を形成する。次に、図５（II）に示すように、導電材料層２１の表面に圧電材料のグリーンシート２２を重ねる。次に、図５（III）に示すように、プレス等により所定の形状にグリーンシート２２を振動子の形状に成形し、自然乾燥後させた後、焼成温度、例えば１２００°Ｃで焼成する。次に、図５（IV）に示すように、他方の電極となる導電材料層２３をグリーンシート２２の表面に形成して、たわみ振動可能に分極する。最後に、図５（V）に示すように、固定基板２０を各素子毎に切断する。固定基板２０を接着剤等により容器１の所定の面に固定することで、弾性波発生手段３が、容器１の所定の面に固定されて、残量検出機能付きインクカートッジが完成する。
【００５６】
図６は、図５に示した弾性波発生手段３の他の実施形態を示す。図５の実施例においては、導電材料層２１を接続電極として使用している。一方、図６の実施例においては、グリーンシート２２により構成された圧電材料層の表面よりも上方の位置に、半田等により接続端子２１ａ及び２３ａを形成する。接続端子２１ａ及び２３ａにより、弾性波発生手段３の回路基板への直接的な実装が可能となり、リード線の引き回しが不要となる。
【００５７】
ところで、弾性波は、気体、液体および固体を媒体として伝播することができる波の一種である。従って、媒体の変化により弾性波の波長、振幅、位相、振動数、伝播方向や伝播速度などが変化する。一方、弾性波の反射波も媒体の変化によってその波の状態や特性が異なる。従って、弾性波が伝播する媒体の変化によって変化する反射波を利用することで、その媒体の状態を知ることが可能となる。この方法によって液体容器内の液体の状態を検出する場合には、例えば弾性波送受信機を使用する。図１〜図３の形態を例にとって説明すると送受信機は、はじめに媒体、例えば、液体または液体容器に弾性波を与え、その弾性波は媒体中を伝播し液体の表面に達する。液体の表面では液体と気体との境界を有するため、反射波を送受信機へ返す。送受信機は反射波を受信し、その反射波の往来時間や送信機が発生した弾性波と液体の表面が反射した反射波との振幅の減衰率などから、送信機または受信機と液体の表面との距離を測定することができる。これを利用して液体容器内の液体の状態を検出できる。弾性波発生手段３は、単体として弾性波が伝播する媒体の変化による反射波を利用する方法における送受信機として使用してもよいし、別に専用の受信機を装着してもよい。
【００５８】
上記したように、弾性波発生手段３によって発生されインク液中を伝搬する弾性波は、インク液の密度や液面レベルによりインク液表面で生じる反射波の弾性波発生手段３への到来時間が変化する。したがって、インクの組成が一定である場合には、インク液表面で生じる反射波の到来時間がインクの量に左右される。したがって、弾性波発生手段３が弾性波を発生してからインク表面からの反射波が弾性波発生手段３に到達するまでの時間を検出することにより、インク量を検出することができる。また、弾性波は、インクに含まれている粒子を振動させるので、着色剤として顔料を使用した顔料系のインクの場合には、顔料等の沈殿を防止するのに寄与する。
【００５９】
弾性波発生手段３を容器１に設けることにより、印刷動作やメンテナンス動作によってインクカートリッジのインクがインクエンド近くまで減少して、弾性波発生手段３によって反射波が受信できなくなった場合には、インクニアエンドであると判定してインクカートリッジの交換を促すことができる。
【００６０】
図７は、本発明のインクカートリッジの他の実施例を示す。上下方向に間隔を設けて、複数の弾性波発生手段４1〜４４が、容器１の側壁上に設けられている。図７のインクカートリッジは、弾性波発生手段４1〜４4のそれぞれの位置にインクが存在するか否かにより、それぞれの弾性波発生手段４1〜４4の装着位置のレベルにおけるインクの有無が検出できる。例えば、インクの水位が、弾性波発生手段４４と４３との間のレベルであるとき、弾性波発生手段４４は、インクが無いと検出し、弾性波発生手段４１、４２及び４３は、インクが有ると検出するので、インクの水位が、弾性波発生手段４４と４３との間のレベルであることが分かる。したがって、複数の弾性波発生手段４１〜４４を設けることにより、インク残量を段階的に検出することができる。
【００６１】
図８及び図９は、それぞれ本発明のインクカートリッジの更に他の実施例を示す。図８に示した実施例においては、上下方向に斜めに形成された底面１ａに、弾性波発生手段６５が装着される。また、図９に示した実施例においては、垂直方向に長く延びる弾性波発生手段６６が、側壁１ｂの底面近傍に設けられている。
【００６２】
図８及び図９の実施例によれば、インクが消費され、弾性波発生手段６５及び６６の一部が液面から露出するようになると、弾性波発生手段６５及び６６が発生した弾性波の反射波の到来時間及び音響インピーダンスが、液面の変化Δｈ１、Δｈ２に対応して連続的に変化する。したがって、弾性波の反射波の到来時間又は音響インピーダンスの変化の度合いを検出することにより、インク残量のインクニアエンド状態からインクエンドまでの過程を正確に検出することができる。
【００６３】
なお、上述の実施例においては、液体容器にインクを直接収容する形式のインクカートリッジに例を採って説明した。インクカートリッジの他の実施形態として、容器１内に多孔質弾性体を装填し、多孔質弾性体に液体インクを含浸させる形式のインクカートリッジに、上述の弾性波発生手段を装着してもよい。また、上述の実施例においてはたわみ振動型の圧電振動子を使用することによりカートリッジの大型化を抑えているが、縦振動型の圧電振動子を使用することも可能である。更に、上述の実施例においては、同一の弾性波発生手段により弾性波を送波し受波する。他の実施形態として、送波用と受波用とで異なった弾性波発生手段を用いて、インク残量を検出してもよい。
【００６４】
図１０は、本発明のインクカートリッジの更に他の実施例を示す。上下方向に斜めに形成された底面１ａに、上下方向に間隔を設けて、複数の弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃが、容器１に設けられている。この実施例によれば、複数の弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ、及び６５ｃのそれぞれの位置にインクが存在するか否かにより、それぞれの弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ、及び６５ｃの装着位置のレベルにおける、それぞれの弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃへの弾性波の反射波の到来時間が異なる。したがって、各弾性波発生手段６５を走査して、弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃにおける弾性波の反射波の到来時間を検出することにより、それぞれの弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃの装着位置のレベルにおけるインクの有無を検出することができる。したがって、インク残量を段階的に検出することができる。例えば、インク液面が弾性波発生手段６５ｂと弾性波発生手段６５ｃとの間のレベルであるとき、弾性波発生手段６５ｃはインク無しを検出し、一方弾性波発生手段６５ｂ及び６５ａはインク有りと検出する。これらの結果を総合評価することで、インク液面が弾性波発生手段６５ｂと弾性波発生手段６５ｃとの間に位置していることが分かる。
【００６５】
図１１は、本発明のインクカートリッジの更に他の実施形態を示す。図１１のインクカートリッジは、液面からの反射波の強度を上げるために、板材６７をフロート６８に取付けてインク液面を覆っている。板材６７は、音響インピーダンスが高く、かつ耐インク性を備えた材料、例えばセラミックの板材によって形成される。
【００６６】
図１２は、図１１に示したインクカートリッジの他の実施形態を示す。図１２のインクカートリッジは、図１１のインクカートリッジと同様に、液面からの反射波の強度を上げるために、板材６７をフロート６８に取付けてインク液面を覆っている。図１２（Ａ）は、上下方向に斜めに形成された底面１ａに、弾性波発生手段６５が固定される。インク残量が少なくなり、弾性波発生手段６５が液面から露出すると、弾性波発生手段６５が発生した弾性波の反射波の弾性波発生手段６５への到来時間が変化するので、弾性波発生手段６５の装着位置のレベルにおけるインクの有無が検出できる。弾性波発生手段６５が、上下方向に斜めに形成された底面１ａに装着されているので、弾性波発生手段６５がインク無しと検出した後でも、インクが容器１内に多少残されていることから、インクニアエンド時点のインク残量を検出することができる。
【００６７】
図１２（Ｂ）は、上下方向に斜めに形成された底面１ａに、上下方向に間隔を設けて、複数の弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃが、容器１に設けられている。図１２（Ｂ）の実施例によれば、複数の弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ、及び６５ｃのそれぞれの位置にインクが存在するか否かにより、それぞれの弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃの装着位置のレベルにおける反射波の弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃへの到来時間が異なる。したがって、各弾性波発生手段６５を走査して、各弾性波発生手段における反射波の到来時間を検出することにより、それぞれの弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃの装着位置のレベルにおけるインクの有無を検出することができる。例えば、インク液面が、弾性波発生手段６５ｂと弾性波発生手段６５ｃとの間のレベルであるとき、弾性波発生手段６５ｃはインク無しを検出し、一方弾性波発生手段６５ｂ及び６５ａはインク有りと検出する。これらの結果を総合評価することで、インク液面が弾性波発生手段６５ｂと弾性波発生手段６５ｃとの間に位置していることが分かる。
【００６８】
図１３は、本発明のインクカートリッジの更に他の実施形態を示す。図１３（Ａ）に示したインクカートリッジは、容器１の内部に設けられた貫通孔１ｃに少なくとも一部が対向するようにインク吸収体７４が、配置されている。弾性波発生手段７０は、貫通孔１ｃに対向するように容器１の底面１ａに固定される。図１３（Ｂ）に示したインクカートリッジは、貫通孔１ｃに連通して形成された溝１ｈに対向させてインク吸収体７５が、配置されている。
【００６９】
図１３に示した実施形態によれば、容器１内のインクが消費されてインク吸収体７４及び７５がインクから露出すると、インク吸収体７４及び７５のインクが自重により流れ出して記録ヘッド３１にインクを供給する。インクが消費され尽くすと、インク吸収体７４及び７５は、貫通孔１ｃに残存しているインクを吸い上げるので、貫通孔１ｃの凹部からインクが完全に排出される。そのため、インクエンド時において弾性波発生手段７０が発生した弾性波の反射波の状態が変化するので、インクエンドを更に確実に検出することができる。
【００７０】
図１４は、貫通孔１ｃの更に他の実施形態の平面を示す。図１４（Ａ）から（Ｃ）にそれぞれ示したように、貫通孔１ｃの平面形状は、弾性波発生手段が取り付け可能な形状であれば、円形、矩形、及び三角形などの任意の形状でよい。
【００７１】
図１５は、本発明のインクジェット記録装置の他の実施形態の断面を示す。図１５（Ａ）は、インクジェット記録装置のみの断面を示す。図１５（Ｂ）は、インクジェット記録装置にインクカートリッジ２７２が装着されたときの断面を示す。インクジェット記録用紙の幅方向に往復動可能なキャリッジ２５０は、下面に記録ヘッド２５２を有する。キャリッジ２５０は、記録ヘッド２５２の上面にサブタンクユニット２５６を有する。サブタンクユニット２５６は、図６に示したサブタンクユニット３３と同様の構成を有する。サブタンクユニット２５６は、インクカートリッジ２７２の搭載面側にインク供給針２５４を有する。キャリッジ２５０は、インクカートリッジ２７２を搭載する領域に、インクカートリッジ２７２の底部に対向するように凸部２５８を有する。凸部２５８は、圧電振動子などの弾性波発生手段２６０を有する。
【００７２】
図１６は、図１５に示した記録装置に適したインクカートリッジの実施形態を示す。図１６（Ａ）は、単色、例えばブラックインク用のインクカートリッジの実施形態を示す。本実施形態のインクカートリッジ２７２は、インクを収容する容器２７４と、記録装置のインク供給針２５４に接合するインク供給口２７６とを有する。容器２７４は、底面２７４ａに、凸部２５８と係合する凹部２７８を有する。凹部２７８は、超音波伝達材、例えばゲル化材２８０を収容する。
【００７３】
インク供給口２７６は、パッキン２８２、弁体２８６、及びバネ２８４を有する。パッキン２８２は、インク供給針２５４と液密に係合する。弁体２８６は、バネ２８４によりパッキン２８２に常時弾接される。インク供給針２５４が、インク供給口２７６に挿入されると、弁体２８６がインク供給針２５４に押されてインク流路を開放する。容器２７４の上部には、インクカートリッジ２７２のインク等に関する情報を格納した半導体記憶手段２８８が装着されている。
【００７４】
図１６（Ｂ）は、複数種のインクを収容するインクカートリッジの実施形態を示す。容器２９０は、壁により複数の領域、すなわち、３つのインク室２９２、２９４、２９６に分割される。それぞれのインク室２９２、２９４、及び２９６は、インク供給口２９８、３００及び３０２を有する。容器２９０の底面２９０ａの各インク室２９２、２９４、２９６に対向する領域には、弾性波発生手段２６０が発生した弾性波を伝達するためのゲル化材３０４、３０６、３０８が、筒状の凹部３１０、３１２、３１４に収容されている。
【００７５】
図１５（Ｂ）に示すように、インクカートリッジ２７２のインク供給口２７６をサブタンクユニット２５６のインク供給針２５４に挿通すると、弁体２８６がバネ２８４に抗して後退してインク流路が形成されるので、インクカートリッジ２７２内のインクがインク室２６２に流れ込む。インク室２６２にインクが充填された段階で、記録ヘッド２５２のノズル開口に負圧を作用させて記録ヘッド２５２にインクを充填した後、記録動作を実行する。記録動作により記録ヘッド２５２でインクが消費されると、膜弁２６６の下流側の圧力が低下するので、膜弁２６６が弁体２７０から離れて開弁する。膜弁２６６の開弁によりインク室２６２のインクが記録ヘッド２５２に流れこむ。記録ヘッド２５２へのインクの流入に随伴してインクカートリッジ２７２のインクが、サブタンクユニット２５６に流れ込む。
【００７６】
記録装置の動作期間中には、あらかじめ設定された検出のタイミング、例えば一定周期で弾性波発生手段２６０に駆動信号が供給される。弾性波発生手段２６０により発生された弾性波は、凸部２５８から放射され、インクカートリッジ２７２の底面２７４ａのゲル化材２８０を伝搬してインクカートリッジ２７２内のインクに伝達される。図１５ではキャリッジ２５０に弾性波発生手段２６０を設けたが、弾性波発生手段２６０をサブタンクユニット２５６内に設けてもよい。
【００７７】
弾性波発生手段２６０が発生した弾性波はインク液中を伝搬するので、インク液の密度やインクの液面レベルによって、液面で反射された反射波が弾性波派生手段２６０へ到来する時間が変化する。したがって、インクの組成が一定である場合には液表面で生じる反射波の到来時間がインク量にだけ左右される。したがって、弾性波発生手段２６０の励起後のインク液表面からの反射波が弾性波発生手段２６０に到達するまでの時間を検出することにより、インクカートリッジ２７２内のインク量を検出することができる。また、弾性波発生手段２６０が発生する弾性波は、インクに含まれている粒子を振動させるので、顔料等の沈殿を防止する。
【００７８】
印刷動作やメンテナンス動作によりインクカートリッジ２７２内のインクがインクエンド近くまで減少して、弾性波発生手段２６０による弾性波発生後のインク液表面からの反射波が受信できなくなった場合には、インクニアエンドであると判定してインクカートリッジ２７２の交換を促すことができる。なお、インクカートリッジ２７２が規定通りにキャリッジ２５０に装着されていない場合には、弾性波発生手段２６０による弾性波の伝搬形態が極端に変化する。これを利用し、弾性波の極端な変化を検知した場合には警報を発して、ユーザにインクカートリッジ２７２の点検を促すこともできる。
【００７９】
弾性波発生手段２６０が発生した弾性波の反射波の弾性波発生手段２６０への到来時間は、容器２７４に収容されているインクの密度により影響を受ける。インクの種類により、インクの密度がそれぞれ異なる場合があるので、インクカートリッ２７２内に収容されているインクの種類に関するデータを半導体記憶手段２８８に格納し、それに応じた検出シーケンスを実行することによってインク残量をより正確に検出することができる。
【００８０】
図１７は、本発明のインクカートリッジ２７２の他の実施形態を示す。図１７に示したインクカートリッジ２７２は、底面２７４ａが上下方向に斜めに形成されている。図１７のインクカートリッジ２７２は、インク残量が少なくなり、弾性波発生手段２６０の弾性波の照射領域の一部がインク液面から露出すると、弾性波発生手段２６０が発生した弾性波の反射波の弾性波発生手段２６０への到来時間が、インク液面の変化Δｈ１に対応して連続的に変化する。Δｈ１は、ゲル化材２８０の両端における底面２７４ａの高さの差を示す。したがって、反射波の弾性波発生手段２６０への到来時間を検出することにより、インクニアエンド状態からインクエンドまでの過程を正確に検出することができる。
【００８１】
図１８は、本発明のインクカートリッジ２７２及びインクジェット記録装置の更に他の実施形態を示す。図１８のインクジェット記録装置は、インクカートリッジ２７２のインク供給口２７６側の側面２７４ｂに凸部２５８’を有する。凸部２５８’は、弾性波発生手段２６０’を含む。凸部２５８’に係合するようにゲル化材２８０’が、インクカートリッジ２７２の側面２７４ｂに設けられている。図１８のインクカートリッジ２７２によれば、インク残量が少なくなり、弾性波発生手段２６０’の弾性波の照射領域の一部が液面から露出すると、弾性波発生手段２６０’が発生した弾性波の反射波の弾性波発生手段２６０’への到来時間及び音響インピーダンスが、液面の変化Δｈ２に対応して連続的に変化する。Δｈ２は、ゲル化材２８０’の上端と下端との高さの差を表す。したがって、反射波の弾性波発生手段２６０’への到来時間又は音響インピーダンスの変化の度合いを検出することにより、インクニアエンド状態からインクエンドまでの過程を正確に検出することができる。
【００８２】
なお、上述の実施例においては、容器２７４にインクを直接収容する形式のインクカートリッジに例を採って説明した。他の実施形態として、容器２７４に多孔質弾性体を装填し、多孔質弾性体にインクを含浸させる形式のインクカートリッジに弾性波発生手段２６０を適用してもよい。更に、上述の実施例においては、液面での反射波に基づいてインク残量を検出する場合に、同一の弾性波発生手段２６０及び２６０’により弾性波を送波及び受波した。本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば他の実施形態として弾性波の送波及び受波にそれぞれ異なった弾性波発生手段２６０を用いてもよい。
【００８３】
図１９は、図１６に示したインクカートリッジ２７２の他の実施形態を示す。インクカートリッジ２７２は、板材３１６をフロート３１８に取付けて、インク液面を覆うことで、インク液面からの反射波の強度を上げる。板材３１６は、音響インピーダンスが高く、かつ耐インク性を備えた材料、たとえばセラミック等で形成されることが好ましい。
【００８４】
図２０および図２１は、圧電装置の一実施形態であるアクチュエータ１０６の詳細および等価回路を示す。ここでいうアクチュエータは、少なくとも音響インピーダンスの変化を検知して液体容器内の液体の消費状態を検出する方法に用いられる。特に、残留振動により共振周波数の検出することで、少なくとも音響インピーダンスの変化を検知して液体容器内の液体の消費状態を検出する方法に用いられる。図２０（Ａ）は、アクチュエータ１０６の拡大平面図である。図２０（Ｂ）は、アクチュエータ１０６のＢ−Ｂ断面を示す。図２０（Ｃ）は、アクチュエータ１０６のＣ-Ｃ断面を示す。さらに図２１（Ａ)および図２１（Ｂ)は、アクチュエータ１０６の等価回路を示す。また、図２１（Ｃ)および図２１（Ｄ)は、それぞれインクカートリッジ内にインクが満たされているときのアクチュエータ１０６を含む周辺およびその等価回路を示し、図２１（Ｅ)および図２１（Ｆ)は、それぞれインクカートリッジ内にインクが無いときのアクチュエータ１０６を含む周辺およびその等価回路を示す。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
図２０および図２１に示されるアクチュエータ１０６は、液体容器の所定の場所に、キャビティ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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
また、図２１（Ｅ)に示すように、液体容器内に液体が無く、アクチュエータ１０６のキャビティ１６２に液体容器内の液体が残っている場合を、液体の有無の閾値とする。すなわち、キャビティ１６２の周辺に液体が無く、この閾値よりキャビティ内の液体が少ない場合は、インク無しと判断し、キャビティ１６２の周辺に液体が有り、この閾値より液体が多い場合は、インク有りと判断する。例えば、アクチュエータ１０６を液体容器の側壁に装着した場合、液体容器内の液体がアクチュエータの装着位置よりも下にある場合をインク無しと判断し、液体容器内の液体がアクチュエータの装着位置より上にある場合をインク有りと判断する。このように閾値を設定することによって、キャビティ内のインクが乾燥してインクが無くなったときであってもインク無しと判断し、キャビティ内のインクが無くなったところにキャリッジの揺れなどで再度インクがキャビティに付着しても閾値を越えないので、インク無しと判断することができる。
【０１０５】
ここで、図２０および図２１を参照しながら逆起電力の測定による媒体とアクチュエータ１０６の振動部との共振周波数から液体容器内の液体の状態を検出する動作および原理について説明する。アクチュエータ１０６において、上部電極端子１６８および下部電極端子１７０を介して、それぞれ上部電極１６４および下部電極１６６に電圧を印加する。圧電層１６０のうち、上部電極１６４および下部電極１６６に挟まれた部分には電界が生じる。その電界によって、圧電層１６０は変形する。圧電層１６０が変形することによって振動板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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
図２０（Ｃ）は、本実施例において、キャビティにインクが残存していないときのアクチュエータ１０６の断面図である。図２１（Ａ)および図２１（Ｂ)は、キャビティにインクが残存していないときのアクチュエータ１０６の振動部およびキャビティ１６２の等価回路である。
【０１０９】
Ｍactは、振動部の厚さと振動部の密度との積を振動部の面積で除したものであり、さらに詳細には、図２１（Ａ)に示すように、
Ｍact＝Ｍpzt＋Ｍelectrode1＋Ｍelectrode2＋Ｍvib （式２）
と表される。ここで、Ｍpztは、振動部における圧電層１６０の厚さと圧電層１６０の密度との積を圧電層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。
【０１１０】
尚、図２１（Ａ)、図２１（Ｂ)、図２１（Ｄ)、図２１（Ｆ)は、アクチュエータ１０６の振動部およびキャビティ１６２の等価回路を示すが、これらの等価回路において、Ｃactはアクチュエータ１０６の振動部のコンプライアンスを示す。Ｃpzt、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。
【０１１１】
1/Ｃact＝（1/Ｃpzt）＋（1/Ｃelectrode1）＋（1/Ｃelectrode2）＋（1/Ｃvib）（式３）
式２および式３より、図２１（Ａ)は、図２１（Ｂ)のように表すこともできる。
【０１１２】
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。
【０１１３】
図２１（Ｃ)は、液体容器に液体が十分に収容され、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺に液体が満たされている場合のアクチュエータ１０６の断面図を示す。図２１（Ｃ)のＭ’maxは、液体容器に液体が十分に収容され、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺に液体が満たされている場合の付加イナータンスの最大値を表す。Ｍ’ maxは、
【０１１４】
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。）
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。）
【０１１７】
で表される。
【０１１８】
図２１（Ｄ)は、液体容器に液体が十分に収容され、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺に液体が満たされている図２１（Ｃ)の場合のアクチュエータ１０６の振動部およびキャビティ１６２の等価回路を示す。
【０１１９】
図２１（Ｅ)は、液体容器の液体が消費され、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺に液体が無いものの、アクチュエータ１０６のキャビティ１６２内には液体が残存している場合のアクチュエータ１０６の断面図を示す。式４は、例えば、液体容器に液体が満たされている場合に、インクの密度ρなどから決定される最大のイナータンスＭ’maxを表す式である。一方、液体容器内の液体が消費され、キャビティ１６２内に液体が残留しつつアクチュエータ１０６の振動領域の周辺にある液体が気体または真空になった場合には、
【０１２０】
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。
【０１２１】
ここで、図２１（Ｅ)のように、液体容器の液体が消費され、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺に液体が無いものの、アクチュエータ１０６のキャビティ１６２内には液体が残存している場合の付加イナータンスＭ’を便宜的にＭ’cavとし、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺に液体が満たされている場合の付加イナータンスＭ’maxと区別する。
【０１２２】
図２１（Ｆ)は、液体容器の液体が消費され、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺に液体が無いものの、アクチュエータ１０６のキャビティ１６２内には液体が残存している図２１（Ｅ)の場合のアクチュエータ１０６の振動部およびキャビティ１６２の等価回路を示す。
【０１２３】
ここで、媒体の状態に関係するパラメータは、式６において、媒体の密度ρおよび媒体の厚さｔである。液体容器内に液体が充分に収容されている場合は、アクチュエータ１０６の振動部に液体が接触し、液体容器内に液体が充分に収容されていない場合は、キャビティ内部に液体が残存するか、もしくはアクチュエータ１０６の振動部に気体または真空が接触する。アクチュエータ１０６の周辺の液体が消費され、図２１（Ｃ)のＭ’maxから図２１（Ｅ)のＭ’cavへ移行する過程における付加イナータンスをＭ’ varとすると、液体容器内の液体の収容状態によって、媒体の厚さｔが変化するため、付加イナータンスＭ’varが変化し、共振周波数ｆｓも変化することになる。従って、共振周波数ｆｓを特定することによって、液体容器内の液体の有無を検出することができる。ここで、図２１(Ｅ)に示すようにｔ＝ｄとした場合、式６を用いてＭ’cavを表すと、式６のｔにキャビティの深さｄを代入し、
【０１２４】
Ｍ’cav＝ρ*ｄ/Ｓ（式７）
となる。
【０１２５】
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。
【０１２６】
図２２（Ａ）は、インクタンク内のインクの量とインクおよび振動部の共振周波数ｆｓとの関係を示すグラフである。ここでは液体の１例としてインクについて説明する。縦軸は、共振周波数ｆｓを示し、横軸は、インク量を示す。インク組成が一定であるとき、インク残量の低下に伴い、共振周波数ｆｓは、上昇する。
【０１２７】
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２０（Ｂ）参照)を小さく、即ち、基板１７８を十分に薄くすることによって、インクが徐々に消費されていく過程を検出することもできる（図２１（Ｃ)参照）。ここで、ｔinkは振動にかかわるインクの厚さとし、ｔink−maxはＭ’maxにおけるｔinkとする。例えば、インクカートリッジの底面にアクチュエータ１０６をインクの液面に対してほぼ水平に配備する。インクが消費され、インクの液面がアクチュエータ１０６からｔink-maxの高さ以下に達すると、式６によりＭ’varが徐々に変化し、式１により共振周波数ｆｓが徐々に変化する。従って、インクの液面がｔの範囲内にある限り、アクチュエータ１０６はインクの消費状態を徐々に検出することができる。
【０１２８】
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２１（Ｃ)参照）の範囲内にある限り、アクチュエータ１０６はインクの消費状態を徐々に検出することができる。
【０１２９】
図２２(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。
【０１３０】
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、
【０１３１】
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。
【０１３２】
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、
【０１３３】
1/Ｍ’＝1/Ｍ’air＋1/Ｍ’ink＝Ｓair/（ρair*ｔair）+Ｓink/（ρink*ｔink）（式９）
となる。
【０１３４】
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。
【０１３５】
一方、基板１７８が厚く、即ち、キャビティ１６２の深さｄが深く、ｄが媒体の厚さｔink-maxに比較的近い場合や、液体容器の高さに比して振動領域が非常に小さいアクチュエータを用いる場合には、実際上はインクが徐々に減少する過程を検出するというよりはインクの液面がアクチュエータの装着位置より上位置か下位置かを検出することになる。換言すると、アクチュエータの振動領域におけるインクの有無を検出することになる。例えば、図２２(Ａ)の曲線Ｙは、小さい円形の振動領域の場合におけるインクタンク内のインクの量とインクおよび振動部の共振周波数ｆｓとの関係を示す。インクタンク内のインクの液面がアクチュエータの装着位置を通過する前後におけるインク量Ｑの間で、インクおよび振動部の共振周波数ｆｓが激しく変化している様子が示される。このことから、インクタンク内にインクが所定量残存しているか否かを検出することができる。
【０１３６】
図２２（Ｂ）は、図２２（Ａ）の曲線Ｙにおけるインクの密度とインクおよび振動部の共振周波数ｆｓとの関係を示す。液体の例としてインクを挙げている。図２２（Ｂ）に示すように、インク密度が高くなると、付加イナータンスが大きくなるので共振周波数ｆｓが低下する。すなわち、インクの種類によって共振周波数ｆｓが異なる。したがって共振周波数ｆｓを測定することによって、インクを再充填する際に、密度の異なったインクが混入されていないか確認することができる。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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、
【０１４４】
Ｍ’max＞ρ＊ｄ/πa² （式１０）
である。式１０を展開すると
【０１４５】
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、キャビティの幅および長さ等のディメンジョンと深さの関係が導き出せる。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
図２３(Ａ) および図２３（Ｂ）は、アクチュエータ１０６を振動させた後の、アクチュエータ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２３(Ａ) および図２３（Ｂ）において、縦軸はアクチュエータ１０６の残留振動によって発生した逆起電力の電圧を示し、横軸は時間を示す。アクチュエータ１０６の残留振動によって、図２３(Ａ) および図２３（Ｂ）に示すように電圧のアナログ信号の波形が発生する。次に、アナログ信号を、信号の周波数に対応するデジタル数値に変換する。
【０１５０】
図２３(Ａ) および図２３（Ｂ）に示した例においては、アナログ信号の４パルス目から８パルス目までの４個のパルスが生じる時間を計測することによって、インクの有無を検出する。
【０１５１】
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。
【０１５２】
図２３（Ａ）はアクチュエータ１０６の装着位置レベルよりも上位にインク液面があるときの波形である。一方、図２３（Ｂ）はアクチュエータ１０６の装着位置レベルにおいてインクが無いときの波形である。図２３（Ａ）と図２３（Ｂ）とを比較すると、図２３（Ａ）の方が図２３（Ｂ）よりも４カウントから８カウントまでの時間が長いことがわかる。換言すると、インクの有無によって４カウントから８カウントまでの時間が異なる。この時間の相違を利用して、インクの消費状態を検出することができる。アナログ波形の４カウント目から数えるのは、アクチュエータ１０６の振動が安定してから計測をはじめるためである。４カウント目からとしたのは単なる一例であって、任意のカウントから数えてもよい。ここでは、４カウント目から８カウント目までの信号を検出し、所定のクロックパルスによって４カウント目から８カウント目までの時間を測定する。それによって、共振周波数を求める。クロックパルスは、インクカートリッジに取り付けられる半導体記憶装置等を制御するためのクロックと等しいクロックのパルスであることが好ましい。尚、８カウント目までの時間を測定する必要は無く、任意のカウントまで数えてもよい。図２３においては、４カウント目から８カウント目までの時間を測定しているが周波数を検出する回路構成にしたがって、異なったカウント間隔内の時間を検出してもよい。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
さらに、図２３(Ａ)および図２３(Ｂ)を比較して分かるように、インクがインクカートリッジ内に満たされている場合とインクがインクカートリッジ内に無い場合とでは、逆起電力波形の振幅が異なる。従って、共振周波数を求めることなく、逆起電力波形の振幅を測定することによっても、インクカートリッジ内のインクの消費状態を検出してもよい。より詳細には、例えば、図２３(Ａ)の逆起電力波形の頂点と図２３(Ｂ) の逆起電力波形の頂点との間に基準電圧を設定する。アクチュエータ１０６が発振した後、所定時間にデジタル信号をＨｉｇｈとし、逆起電力波形が基準電圧を横切った場合には、インクが無いと判断する。逆起電力波形が基準電圧を横切らない場合には、インクが有ると判断する。
【０１５６】
図２４は、アクチュエータ１０６の製造方法を示す。複数のアクチュエータ１０６（図２４の例では４個）が一体に形成されている。図２４に示した複数のアクチュエータの一体成形物を、それぞれのアクチュエータ１０６において切断することにより、図２５に示すアクチュエータ１０６を製造する。図２４に示す一体成形された複数のアクチュエータ１０６のそれぞれの圧電素子が円形である場合、一体成形物をそれぞれのアクチュエータ１０６において切断することにより、図２０に示すアクチュエータ１０６を製造することができる。複数のアクチュエータ１０６を一体に形成することにより、複数のアクチュエータ１０６を同時に効率良く製造することができ、運搬時の取り扱いが容易となる。
【０１５７】
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。
【０１５８】
振動板１７６上に複数（図２４の例では４個）の圧電素子１７４が形成されている。振動板１７６の表面に下部電極１６６が形成され、下部電極１６６の表面に圧電層１６０が形成され、圧電層１６０の上面に上部電極１６４が形成される。上部電極１６４及び下部電極１６６の端部に上部電極端子１６８及び下部電極端子１７０が形成される。４個のアクチュエータ１０６は、それぞれ別々に切断されて個別に使用される。
【０１５９】
図２５は、圧電素子が矩形のアクチュエータ１０６の一部分の断面を示す。
【０１６０】
図２６は、図２５に示したアクチュエータ１０６の全体の断面を示す。基板１７８の圧電素子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２６では左方に延びるように振動板１７６の表面に形成されている。上部電極１６４は貫通孔１７８ａの領域から下部電極とは反対の方向に、図２６では右方に延びるように圧電層１６０の表面に形成されている。上部電極端子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。
【０１６１】
図２７は、図２４に示したアクチュエータ１０６の製造方法を示す。まず、グリーンシート９４０にプレスあるいはレーザー加工等を用いて貫通孔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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
図２８は、本発明が適用されるインクカートリッジのさらに他の実施形態を示す。図２８（Ａ）は、本実施形態によるインクカートリッジの底部の断面図である。本実施形態のインクカートリッジは、インクを収容する容器１の底面１ａに貫通孔１ｃを有する。貫通孔１ｃの底部はアクチュエータ６５０によって塞がれ、インク溜部を形成する。
【０１６４】
図２８（Ｂ）は、図２８（Ａ）に示したアクチュエータ６５０及び貫通孔１ｃの詳細な断面を示す。図２８（Ｃ）は、図２８（Ｂ）に示したアクチュエータ６５０及び貫通孔１ｃの平面を示す。アクチュエータ６５０は振動板７２および振動板７２に固定された圧電素子７３とを有する。振動板７２及び基板７１を介して圧電素子７３が貫通孔１ｃに対向するように、アクチュエータ６５０は、容器１の底面に固定される。振動板７２は、弾性変形可能で耐インク性を備える。
【０１６５】
容器１のインク量に依存して、圧電素子７３及び振動板７２の残留振動によって発生する逆起電力の振幅及び周波数が変化する。アクチュエータ６５０に対向する位置に貫通孔１ｃが形成されていて、最小限の一定量のインクが貫通孔１ｃに確保される。したがって、貫通孔１ｃに確保されるインク量により決まるアクチュエータ６５０の振動の特性を予め測定しておくことにより、容器１のインクエンドを確実に検出することができる。
【０１６６】
図２９は貫通孔１ｃの他の実施形態を示す。図２９（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）のそれぞれにおいて、左側の図は、貫通孔１ｃにインクＫが無い状態を示し、右側の図は、貫通孔１ｃにインクＫが残った状態を示す。図２８の実施形態においては、貫通孔１ｃの側面は垂直な壁として形成されている。図２９（Ａ）においては、貫通孔１ｃは、側面１ｄが上下方向に斜めであり外側に拡大して開いている。図２９（Ｂ）においては、段差部１ｅ及び１ｆが、貫通孔１ｃの側面に形成されている。上方にある段差部１ｆが、下方にある段差部１ｅより広くなっている。図２９（Ｃ）においては、貫通孔１ｃは、インクＫを排出しやすい方向、すなわちインク供給口２の方向へ延びる溝１ｇを有する。
【０１６７】
図２９(Ａ)〜（Ｃ）に示した貫通孔１ｃの形状によれば、インク溜部のインクＫの量を少なくできる。従って、図２０および図２１で説明したＭ’ｃａｖをＭ’ｍａｘと比較して小さくすることができるので、インクエンド時におけるアクチュエータ６５０の振動特性を、容器１に印刷可能な量のインクＫが残存している場合と大きく異ならせることができるので、インクエンドをより確実に検出することができる。
【０１６８】
図３０はアクチュエータの他の実施形態を示す斜視図である。アクチュエータ６６０は、アクチュエータ６６０を構成する基板または取付プレート７８の貫通孔１ｃよりも外側にパッキン７６を有する。アクチュエータ６６０の外周にはカシメ孔７７が形成されている。アクチュエータ６６０は、カシメ孔７７を介してカシメにより容器１に固定される。
【０１６９】
図３１（Ａ）、（Ｂ）は、アクチュエータの更に他の実施形態を示す斜視図である。本実施形態においては、アクチュエータ６７０は、凹部形成基板８０および圧電素子８２を備える。凹部形成基板８０の一方の面には凹部８１がエッチング等の手法により形成され、他方の面には圧電素子８２が取り付けられる。凹部形成基板８０のうち、凹部８１の底部が振動領域として作用する。従って、アクチュエータ６７０の振動領域は凹部８１の周縁によって規定される。また、アクチュエータ６７０は、図２０の実施例によるアクチュエータ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２０の実施例によるアクチュエータ１０６を、図３１の実施例によるアクチュエータ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。
【０１７０】
図３２は、アクチュエータ１０６を取り付けモジュール体１００として一体形成した構成を示す斜視図である。モジュール体１００はインクカートリッジの容器１の所定個所に装着される。モジュール体１００は、インク液中の少なくとも音響インピーダンスの変化を検出することにより、容器1内の液体の消費状態を検知するように構成されている。本実施形態のモジュール体１００は、容器１にアクチュエータ１０６を取り付けるための液体容器取付部１０１を有する。液体容器取付部１０１は、平面がほぼ矩形の基台１０２上に駆動信号により発振するアクチュエータ１０６を収容した円柱部１１６を載せた構造になっている。モジュール体１００が、インクカートリッジに装着されたときに、モジュール体１００のアクチュエータ１０６が外部から接触できないように構成されているので、アクチュエータ１０６を外部の接触から保護することができる。なお、円柱部１１６の先端側エッジは丸みが付けられていて、インクカートリッジに形成された孔へ装着する際に嵌めやすくなっている。
【０１７１】
図３３は、図３２に示したモジュール体１００の構成を示す分解図である。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、およびフィルム１０８を有する。好ましくは、プレート１１０は、ステンレス又はステンレス合金等の錆びにくい材料から形成される。液体容器取付部１０１に含まれる円柱部１１６および基台１０２は、リードワイヤ１０４ａ及び１０４ｂを収容できるよう中心部に開口部１１４が形成され、アクチュエータ１０６、フィルム１０８、及びプレート１１０を収容できるように凹部１１３が形成される。アクチュエータ１０６はプレート１１０にフィルム１０８を介して接合され、プレート１１０およびアクチュエータ１０６は液体容器取付部１０１に固定される。従って、リードワイヤ１０４ａ及び１０４ｂ、アクチュエータ１０６、フィルム１０８およびプレート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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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２０および図２１に示したようにアクチュエータ１０６にはキャビティ１６２が形成され、貫通孔１１２とキャビティ１６２は、共にインク溜部を形成する。プレート１１０の厚さは、残留インクの影響を少なくするために貫通孔１１２の径に比べて小さいことが好ましい。例えば貫通孔１１２の深さはその径の３分の１以下の大きさであることが好ましい。貫通孔１１２は、モジュール体１００の中心軸に対して対称なほぼ真円の形状である。また貫通孔１１２の面積は、アクチュエータ１０６のキャビティ１６２の開口面積よりも大きい。貫通孔１１２の断面の周縁はテ-パ形状であっても良いしステップ形状でもよい。モジュール体１００は、貫通孔１１２が容器１の内側へ向くように容器１の側部、上部、又は底部に装着される。インクが消費されアクチュエータ１０６周辺のインクがなくなると、アクチュエータ１０６の共振周波数が大きく変化するので、インクの水位変化を検出することができる。
【０１７４】
図３４は、モジュール体の他の実施形態を示す斜視図である。本実施形態のモジュール体４００は、液体容器取付部４０１に圧電装置装着部４０５が形成されている。液体容器取付部４０１は、平面がほぼ角丸の正方形上の基台４０２上に円柱状の円柱部４０３が形成されている。更に、圧電装置装着部４０５は、円柱部４０３上に立てられた板状要素４０６および凹部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。
【０１７５】
図３５は、図３４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３２に示したモジュール体１００と同様に、モジュール体４００は、液体容器取付部４０１および圧電装置装着部４０５を含む。液体容器取付部４０１は基台４０２および円柱部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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
図３６は、モジュール体の更に他の実施形態を示す。図３２に示したモジュール体１００と同様に、図３６のモジュール体５００は、基台５０２および円柱部５０３を有する液体容器取付部５０１を含む。また、モジュール体５００は、リードワイヤ５０４ａ及び５０４ｂ、アクチュエータ１０６、フィルム５０８、及びプレート５１０をさらに有する。液体容器取付部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上の基台上に上面が上下方向に斜めな円柱部５０３が形成されている。円柱部５０３の上面の上下方向に斜めに設けられた凹部５１３上にアクチュエータ１０６が配置されている。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
図３７は、図３２に示したモジュール体１００を容器１に装着したときのインク容器の底部近傍の断面図である。モジュール体１００は、容器１の側壁を貫通するように装着されている。容器１の側壁とモジュール体１００との接合面には、Ｏリング３６５が設けられ、モジュール体１００と容器１との液密を保っている。Ｏリングでシールが出来るようにモジュール体１００は図３２で説明したような円柱部を備えることが好ましい。モジュール体１００の先端が容器１の内部に挿入されることで、プレート１１０の貫通孔１１２を介して容器１内のインクがアクチュエータ１０６と接触する。アクチュエータ１０６の振動部の周囲が液体か気体かによってアクチュエータ１０６の残留振動の共振周波数が異なるので、モジュール体１００を用いてインクの消費状態を検出することができる。また、モジュール体１００に限らず、図３４に示したモジュール体４００、図３６に示したモジュール体５００、又は図３８に示したモジュール体７００Ａ及び７００Ｂ、及びモールド構造体６００を容器１に装着してインクの有無を検出してもよい。
【０１８２】
図３８（Ａ）はモジュール体７００Ｂを容器１に装着したときのインク容器の断面図を示す。本実施例では取付構造体の１つとしてモジュール体７００Ｂを使用する。モジュール体７００Ｂは、液体容器取付部３６０が容器１の内部に突出するようにして容器１に装着されている。取付プレート３５０には貫通孔３７０が形成され、貫通孔３７０とアクチュエータ１０６の振動部が面している。更に、モジュール体７００Ｂの底壁には孔３８２が形成され、圧電装置装着部３６３が形成される。アクチュエータ１０６が孔３８２の一方を塞ぐようにして配備される。したがって、インクは、圧電装置装着部３６３の孔３８２及び取付プレート３５０の貫通孔３７０を介して振動板１７６と接触する。圧電装置装着部３６３の孔３８２及び取付プレート３５０の貫通孔３７０は、共にインク溜部を形成する。圧電装置装着部３６３とアクチュエータ１０６とは、取付プレート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３８（Ａ）のモジュール体７００Ｂと容器１とは別体であるが、図３８（Ｂ）ようにモジュール体７００Ｂの圧電装置装着部を容器１の一部で構成してもよい。
【０１８３】
図３８（Ａ）のモジュール体７００Ｂは、図３２から図３６に示したリードワイヤのモジュール体への埋め込みが不要となる。そのため成形工程が簡素化される。更に、モジュール体７００Ｂの交換が可能となりリサイクルが可能となる。
【０１８４】
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。
【０１８５】
また、図３８（Ａ）の実施例では、振動板１７６と取付プレート３５０の一部のみが、容器１内のインクと接触するように容器１に装着される。図３８（Ａ）の実施例では、図３２から図３６に示したリードワイヤ１０４ａ、１０４ｂ、４０４ａ、４０４ｂ、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。
【０１８６】
図３８（Ｂ）は、アクチュエータ１０６を容器１に装着したときの実施例としてインク容器の断面図を示す。図３８（Ｂ）の実施例によるインクカートリッジでは、保護部材３６１はアクチュエータ１０６とは別体として容器１に取り付けられている。従って、保護部材３６１とアクチュエータ１０６とはモジュールとして一体となっていないが、一方で、保護部材３６１はアクチュエータ１０６にユーザーの手が触れないように保護することができる。アクチュエータ１０６の前面に設けられる孔３８０は、容器１の側壁に配設されている。アクチュエータ１０６は、圧電層１６０、上部電極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３８（Ｂ）の実施例では、アクチュエータ１０６は保護部材３６１により保護されているのでアクチュエータ１０６を外部との接触から保護できる。
【０１８７】
尚、図３８（Ａ）および（Ｂ）の実施例における取付プレート３５０に代えて、図２０の基板１７８を使用してもよい。
【０１８８】
図３８（Ｃ）はアクチュエータ１０６を含むモールド構造体６００を備える実施形態を示す。本実施例では、取付構造体の１つとしてモールド構造体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。
【０１８９】
図３８（Ｃ）のモールド構造体６００は、モールド部３６４と容器１との間にシーリング構造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。
【０１９０】
図３９は、図２０に示したアクチュエータ１０６を用いたインクカートリッジ及びインクジェット記録装置の実施形態を示す。複数のインクカートリッジ１８０は、それぞれのインクカートリッジ１８０に対応した複数のインク導入部１８２及びホルダー１８４を有するインクジェット記録装置に装着される。複数のインクカートリッジ１８０は、それぞれ異なった種類、例えば色のインクを収容する。複数のインクカートリッジ１８０のそれぞれの底面には、少なくとも音響インピーダンスを検出する手段であるアクチュエータ１０６が装着されている。アクチュエータ１０６をインクカートリッジ１８０に装着することによって、インクカートリッジ１８０内のインク残量を検出することができる。
【０１９１】
図４０は、インクジェット記録装置のヘッド部周辺の詳細を示す。インクジェット記録装置は、インク導入部１８２、ホルダー１８４、ヘッドプレート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。ホルダー１８４は、インクカートリッジ１８０からインク導入部１８２を介して供給されたインクをヘッドプレート１８６に連通する。
【０１９２】
図４１は、図４０に示したインクカートリッジ１８０の他の実施形態を示す。図４１（Ａ）のインクカートリッジ１８０Ａは、上下方向に斜めに形成された底面１９４ａにアクチュエータ１０６が装着されている。インクカートリッジ１８０のインク容器１９４の内部には、インク容器１９４の内部底面から所定の高さの、アクチュエータ１０６と直面する位置に防波壁１９２が設けられている。アクチュエータ１０６が、インク容器１９４の上下方向に対し斜めに装着されているので、インクの掃けが良好になる。
【０１９３】
アクチュエータ１０６と防波壁１９２との間には、インクで満たされた間隙が形成される。また、防波壁１９２とアクチュエータ１０６との間隔は、毛細管力によりインクが保持されない程度に空けられている。インク容器１９４が横揺れしたときに、横揺れによってインク容器１９４内部にインクの波が発生し、その衝撃によって、気体や気泡がアクチュエータ１０６によって検出されてアクチュエータ１０６が誤作動する可能性がある。防波壁１９２を設けることによって、アクチュエータ１０６付近のインクの波を防ぎ、アクチュエータ１０６の誤作動を防ぐことができる。
【０１９４】
図４１（Ｂ）のインクカートリッジ１８０Ｂのアクチュエータ１０６は、インク容器１９４の供給口の側壁上に装着されている。インク供給口１８７の近傍であれば、アクチュエータ１０６は、インク容器１９４の側壁又は底面に装着されてもよい。また、アクチュエータ１０６はインク容器１９４の幅方向の中心に装着されることが好ましい。インクは、インク供給口１８７を通過して外部に供給されるので、アクチュエータ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。
【０１９５】
更に、アクチュエータ１０６をインク供給口１８７の近傍に設けることで、インク容器をキャリッジ上のカートリッジホルダに装着する際に、インク容器上のアクチュエータ１０６とキャリッジ上の接点との位置決めが確実となる。その理由は、インク容器とキャリッジとの連結において最も重要なのは、インク供給口と供給針との確実な結合である。少しでもずれがあると供給針の先端を痛めてしまったりあるいはＯリングなどのシーリング構造にダメージを与えてしまいインクが漏れ出してしまうからである。このような問題点を防ぐために、通常インクジェットプリンタはインク容器をキャリッジにマウントする時に正確な位置合わせができるような特別な構造を有している。よって供給口近傍にアクチュエータを配置させることにより、アクチュエータの位置合わせも同時に確実なものとなるのである。さらに、アクチュエータ１０６をインク容器１９４の幅方向の中心に装着することで、より確実に位置合わせすることができる。インク容器が、ホルダへの装着時に幅方向中心線を中心として軸揺動した場合に、もっともその揺れが少ないからである。
【０１９６】
図４２はインクカートリッジ１８０の更に他の実施形態を示す。図４２（Ａ）はインクカートリッジ１８０Ｃの断面図、図４２（Ｂ）は図４２（Ａ）に示したインクカートリッジ１８０Ｃの側壁１９４ｂを拡大した断面図、及び図４２（Ｃ）はその正面からの透視図である。インクカートリッジ１８０Ｃは、半導体記憶手段７とアクチュエータ１０６とが同一の回路基板６１０上に形成されている。図４２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、半導体記憶手段７は回路基板６１０の上方に形成され、アクチュエータ１０６は同一の回路基板６１０において半導体記憶手段７の下方に形成されている。アクチュエータ１０６の周囲を囲むように異型Ｏリング６１４が、側壁１９４ｂに装着される。側壁１９４ｂには、回路基板６１０をインク容器１９４に接合するためのカシメ部６１６が複数形成されている。カシメ部６１６によって回路基板６１０をインク容器１９４に接合し、異型Ｏリング６１４を回路基板６１０に押しつけることで、アクチュエータ１０６の振動領域がインクと接触することをできるようにしつつ、インクカートリッジの外部と内部とを液密に保つ。
【０１９７】
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。
【０１９８】
アクチュエータ１０６は、インク容器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。半導体記憶手段７は、予めインク容器１９４内のインクがフルのとき、すなわちインクがインク容器１９４内に満たされたとき、又はエンドのとき、すなわちインク容器１９４内のインクが消費されたときの共振周波数を特性パラメータの一つとして格納する。インク容器１９４内のインクがフル又はエンド状態の共振周波数は、インク容器が初めてインクジェット記録装置に装着されたときに格納されてもよい。また、インク容器１９４内のインクがフル又はエンド状態の共振周波数は、インク容器１９４の製造中に格納されてもよい。半導体記憶手段７に予めインク容器１９４内のインクがフル又はエンドのときの共振周波数を格納し、インクジェット記録装置側で共振周波数のデータを読出すことによりインク残量を検出する際のばらつきを補正できるので、インク残量が基準値まで減少したことを正確に検出することができる。
【０１９９】
図４３は、インクカートリッジ１８０の更に他の実施形態を示す。図４３（Ａ）に示すインクカートリッジ１８０Ｄは、インク容器１９４の側壁１９４ｂに複数のアクチュエータ１０６を装着する。図２４に示した、一体成形された複数のアクチュエータ１０６を、これら複数のアクチュエータ１０６として用いることが好ましい。複数のアクチュエータ１０６は、上下方向に間隔をおいて側壁１９４ｂに配置されている。複数のアクチュエータ１０６を上下方向に間隔をおいて側壁１９４ｂに配置することによって、インク残量を段階的に検出することができる。
【０２００】
図４３（Ｂ）に示すインクカートリッジ１８０Ｅは、インク容器１９４の側壁１９４ｂに上下方向に長いアクチュエータ６０６を装着する。上下方向に長いアクチュエータ６０６によって、インク容器１９４内のインク残量の変化を連続的に検出することができる。アクチュエータ６０６の長さは、側壁１９４ｂに高さの半分以上の長さを有することが望ましく、図４３（Ｂ）においては、アクチュエータ６０６は側壁１９４ｂのほぼ上端からほぼ下端までの長さを有する。
【０２０１】
図４３（Ｃ）に示すインクカートリッジ１８０Ｆは、図４３（Ａ）に示したインクカートリッジ１８０Ｄと同様に、インク容器１９４の側壁１９４ｂに複数のアクチュエータ１０６を装着し、複数のアクチュエータ１０６の直面に所定の間隔をおいて上下方向に長い防波壁１９２を備える。図２４に示した、一体成形された複数のアクチュエータ１０６を、これら複数のアクチュエータ１０６として用いることが好ましい。アクチュエータ１０６と防波壁１９２との間には、インクで満たされた間隙が形成される。また、防波壁１９２とアクチュエータ１０６との間隔は、毛細管力によりインクが保持されない程度に空けられている。インク容器１９４が横揺れしたときに横揺れによってインク容器１９４内部にインクの波が発生し、その衝撃によって気体や気泡がアクチュエータ１０６によって検出されてしまい、アクチュエータ１０６が誤作動する可能性がある。本発明のように防波壁１９２を設けることによって、アクチュエータ１０６付近のインクの波立ちを防ぎ、アクチュエータ１０６の誤作動を防ぐことができる。また、防波壁１９２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。
【０２０２】
図４４は、インクカートリッジ１８０の更に他の実施形態を示す。図４４（Ａ）のインクカートリッジ１８０Ｇは、インク容器１９４の上面１９４ｃから下方に延びる複数の隔壁２１２を有する。それぞれの隔壁２１２の下端とインク容器１９４の底面とは所定の間隔が空けられているので、インク容器１９４の底部は連通している。インクカートリッジ１８０Ｇは複数の隔壁２１２のそれぞれによって区画された複数の収容室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、インク容器１９４の上面１９４ｃにはアクチュエータ１０６が装着されている。図２４に示した、一体成形されたアクチュエータ１０６を、これら複数のアクチュエータ１０６として用いることが好ましい。アクチュエータ１０６は、インク容器１９４の収容室２１３の上面１９４ｃのほぼ中央に配置される。収容室２１３の容量はインク供給口１８７側が最も大きく、インク供給口１８７からインク容器１９４の奥へ遠ざかるにつれて、収容室２１３の容量が徐々に小さくなっている。したがって、アクチュエータ１０６が配置される間隔はインク供給口１８７側が広く、インク供給口１８７からインク容器１９４の奥へと遠ざかるにつれ、狭くなっている。
【０２０３】
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。
【０２０４】
このように、アクチュエータ１０６がそれぞれの収容室２１３ごとにインク容器１９４の上面１９４ｃに間隔をおいて配置されているので、アクチュエータ１０６はインク量の減少を段階的に検出することができる。更に、収容室２１３の容量が、インク供給口１８７から収容室２１３の奥へと徐々に小さくなっているので、アクチュエータ１０６が、インク量の減少を検出する時間間隔が徐々に小さくなり、インクエンドに近づくほど頻度を高く検出することができる。
【０２０５】
図４４（Ｂ）のインクカートリッジ１８０Ｈは、インク容器１９４の上面１９４ｃから下方に延びる一つの隔壁２１２を有する。隔壁２１２の下端とインク容器１９４の底面とは所定の間隔が空けられているので、インク容器１９４の底部は連通している。インクカートリッジ１８０Ｈは隔壁２１２によって区画された２室の収容室２１３ａ及び２１３ｂを有する。収容室２１３ａ及び２１３ｂの底部は互いに連通する。インク供給口１８７側の収容室２１３ａの容量はインク供給口１８７から見て奥の方の収容室２１３ｂの容量より大きい。収容室２１３ｂの容量は、収容室２１３ａの容量の半分より小さいことが好ましい。
【０２０６】
収容室２１３ｂの上面１９４ｃにアクチュエータ１０６が装着される。更に、収容室２１３ｂには、インクカートリッジ１８０Ｈの製造時に入る気泡を捕らえる溝であるバッファ２１４が形成される。図４４（Ｂ）において、バッファ２１４は、インク容器１９４の側壁１９４ｂから上方に延びる溝として形成される。バッファ２１４はインク収容室２１３ｂ内に侵入した気泡を捕らえるので、気泡によってアクチュエータ１０６がインクエンドと検出する誤作動を防止することができる。また、アクチュエータ１０６を収容室２１３ｂの上面１９４ｃに設けることにより、インクニアエンドが検出されてから完全にインクエンド状態になるまでのインク量に対して、ドットカウンタによって把握した収容室２１３ａでのインクの消費状態に対応した補正をかけることで、最後までインクを消費することができる。更に、収容室２１３ｂの容量を隔壁２１２の長さや間隔を変えたりすることなどによって調節することにより、インクニアエンド検出後の消費可能インク量を変えることができる。
【０２０７】
図４４（Ｃ）は、図４４（Ｂ）のインクカートリッジ１８０Ｉの収容室２１３ｂに多孔質部材２１６が充填されている。多孔質部材２１６は、収容室２１３ｂ内の上面から下面までの全空間を埋めるように設置される。多孔質部材２１６は、アクチュエータ１０６と接触する。インク容器が倒れたときや、キャリッジ上での往復運動中に空気がインク収容室２１３ｂ内に侵入してしまい、これがアクチュエータ１０６の誤作動を引き起こす可能性がある。しかし、多孔質部材２１６が備えられていれば、空気を捕らえてアクチュエータ１０６に空気が入るのを防ぐことができる。また、多孔質部材２１６はインクを保持するのでインク容器が揺れることにより、インクがアクチュエータ１０６にかかってアクチュエータ１０６がインク無しをインク有りと誤検出するのを防ぐことができる。多孔質部材２１６は最も容量が小さい収容室２１３に設置することが好ましい。また、アクチュエータ１０６を収容質２１３ｂの上面１９４ｃに設けることにより、インクニアエンドが検出されてから完全にインクエンド状態になるまでのインク量に補正をかけ、最後までインクを消費することができる。更に、収容室２１３ｂの容量を隔壁２１２の長さや間隔を変えたりすることなどによって調節することにより、インクニアエンド検出後の消費可能インク量を変えることができる。
【０２０８】
図４４（Ｄ）は、図４４（Ｃ）のインクカートリッジ１８０Ｉの多孔質部材２１６が孔径の異なる２種類の多孔質部材２１６Ａ及び２１６Ｂによって構成されているインクカートリッジ１８０Ｊを示す。多孔質部材２１６Ａは、多孔質部材２１６Ｂの上方に配置されている。上側の多孔質部材２１６Ａの孔径は、下側の多孔質部材２１６Ｂの孔径より大きい。もしくは、多孔質部材２１６Ａは、多孔質部材２１６Ｂよりも液体親和性が低い部材で形成される。孔径の小さい多孔質部材２１６Ｂの方が孔径の大きい多孔質部材２１６Ａより毛細管力は大きいので、収容室２１３ｂ内のインクが下側の多孔室部材２１６Ｂに集まり、保持される。したがって、一度空気がアクチュエータ１０６まで到達してインク無しを検出すると、インクが再度アクチュエータに到達してインク有りと検出することが無い。更に、アクチュエータ１０６から遠い側の多孔質部材２１６Ｂにインクが吸収されることで、アクチュエータ１０６近傍のインクの捌けが良くなり、インク有無を検出するときの音響インピーダンス変化の変化量が大きくなる。また、アクチュエータ１０６を収容質２１３ｂの上面１９４ｃに設けることにより、インクニアエンドが検出されてから完全にインクエンド状態になるまでのインク量に補正をかけ、最後までインクを消費することができる。更に、収容室２１３ｂの容量を隔壁２１２の長さや間隔を変えたりすることなどによって調節することにより、インクニアエンド検出後の消費可能インク量を変えることができる。
【０２０９】
図４５は、図４４（Ｃ）に示したインクカートリッジ１８０Ｉの他の実施形態であるインクカートリッジ１８０Ｋを示す断面図である。図４５に示すインクカートリッジ１８０の多孔質部材２１６は、多孔質部材２１６の下部の水平方向の断面積が、インク容器１９４の底面の方向にむけて徐々に小さくなるように圧縮され、孔径が小さくなるよう設計されている。図４５（Ａ）のインクカートリッジ１８０Ｋは、多孔質部材２１６の下の方の孔径が小さくなるように圧縮するために側壁にリブが設けられている。多孔質部材２１６下部の孔径は圧縮されることにより、小さくなっているので、インクは多孔質部材２１６下部へと集められ、保持される。アクチュエータ１０６から遠い側の多孔質部材２１６下部にインクが吸収されることで、アクチュエータ１０６近傍のインクの捌けが良くなり、インク有無を検出するときの音響インピーダンス変化の変化量が大きくなる。したがって、インクが揺れることによってインクカートリッジ１８０Ｋ上面に装着されたアクチュエータ１０６にインクがかかっていしまい、アクチュエータ１０６が、インク無しをインク有りと誤検出することを防止することができる。
【０２１０】
一方、図４５（Ｂ）及び図４５（Ｃ）のインクカートリッジ１８０Ｌは、多孔質部材２１６の下部の水平方向の断面積が、インク容器１９４の幅方向において、インク容器１９４の底面にむけて徐々に小さくなるよう圧縮するために、収容室の水平方向の断面積がインク容器１９４の底面の方向にむけて徐々に小さくなっている。多孔質部材２１６下部の孔径は圧縮されることにより、小さくなっているので、インクは多孔質部材２１６の下部へと集められ、保持される。アクチュエータ１０６から遠い側の多孔質部材２１６Ｂの下部にインクが吸収されることで、アクチュエータ１０６近傍のインクの捌けが良くなり、インク有無を検出するときの音響インピーダンス変化の変化量が大きくなる。したがって、インクが揺れることによって、インクカートリッジ１８０Ｌの上面に装着されたアクチュエータ１０６にインクがかかっていしまい、アクチュエータ１０６が、インク無しをインク有りと誤検出することを防止することができる。
【０２１１】
図４６は、アクチュエータ１０６を用いたインクカートリッジの更に他の実施形態を示す。図４６（Ａ）のインクカートリッジ２２０Ａは、インクカートリッジ２２０Ａの上面から下方へと延びるように設けられた第１の隔壁２２２を有する。第１の隔壁２２２の下端とインクカートリッジ２２０Ａの底面との間には所定の間隔が空けられているので、インクは、インクカートリッジ２２０Ａの底面を通じてインク供給口２３０へ流入できる。第１の隔壁２２２よりインク供給口２３０側には、インクカートリッジ２２０Ａの底面より上方に延びるように第２の隔壁２２４が、形成されている。第２の隔壁２２４の上端とインクカートリッジ２２０Ａ上面との間には所定の間隔が空けられているので、インクは、インクカートリッジ２２０Ａの上面を通じてインク供給口２３０へ流入できる。
【０２１２】
第１の隔壁２２２によって、インク供給口２３０から見て、第１の隔壁２２２の奥の方に第１の収容室２２５ａが形成される。一方、第２の隔壁２２４によって、インク供給口２３０から見て第２の隔壁２２４の手前側に第２の収容室２２５ｂが形成される。第１の収容室２２５ａの容量は、第２の収容室２２５ｂの容量より大きい。第１の隔壁２２２及び第２の隔壁２２４の間に、毛管現象を起こせるだけの間隔が空けられることにより、毛管路２２７が形成される。したがって、第１の収容室２２５ａのインクは、毛管路２２７の毛細管力により、毛管路２２７に集められる。そのため、気体や気泡が第２の収容室２２５ｂへ混入するのを防止することができる。また、第２の収容室２２５ｂ内のインクの水位は、安定的に徐々に下降できる。インク供給口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。
【０２１３】
インクカートリッジ２２０Ａのインク供給口２３０側の側壁、すなわち第２の収容室２２５ｂのインク供給口２３０側の側壁には、アクチュエータ１０６が装着されている。アクチュエータ１０６は、第２の収容室２２５ｂ内のインクの消費状態を検知する。アクチュエータ１０６を、第２の収容室２２５ｂの側壁に装着することによって、インクエンドにより近い時点でのインク残量を安定的に検出することができる。更に、アクチュエータ１０６を第２の収容室２２５ｂの側壁に装着する高さを変えることにより、どの時点でのインク残量をインクエンドにするかを、自由に設定することができる。毛管路２２７によって第１の収容室２２５ａから第２の収容室２２５ｂへインクが供給されることにより、アクチュエータ１０６は、インクカートリッジ２２０Ａの横揺れによるインクの横揺れの影響を受けないので、アクチュエータ１０６は、インク残量を確実に測定できる。更に、毛管路２２７が、インクを保持するので、インクが第２の収容室２２５ｂから第１の収容室２２５ａへ逆流するのを防ぐ。
【０２１４】
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。
【０２１５】
図４６（Ｃ）及び（Ｄ）は、逆止弁２２８の詳細の断面を示す。図４６（Ｃ）の逆止弁２２８は、ゴムにより形成された羽根２３２ａを有する弁２３２を有する。インクカートリッジ２２０の外部との通気孔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４６（Ｄ）の逆止弁２２８は、ゴムにより形成された弁２３２とバネ２３５とを有する。逆止弁２２８は、インクカートリッジ２２０内の負圧が逆止弁２２８の圧力を越えると、弁２３２が、バネ２３５を押圧して開き、外部の空気をインクカートリッジ２２０内に吸入し、その後閉じてインクカートリッジ２２０内の負圧を一定に保持する。
【０２１６】
図４６（Ｂ）のインクカートリッジ２２０Ｂは、図４６（Ａ）のインクカートリッジ２２０Ａにおいて逆止弁２２８を設ける代わりに第１の収容室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。
【０２１７】
以上、キャリッジに装着される、キャリッジと別体のインクカートリッジにおいて、インクカートリッジ又はキャリッジにアクチュエータ１０６を装着する場合について述べたが、キャリッジと一体化され、キャリッジと共に、インクジェット記録装置に装着されるインクタンクにアクチュエータ１０６を装着してもよい。更に、キャリッジと別体の、チューブ等を介して、キャリッジにインクを供給するオフキャリッジ方式のインクタンクにアクチュエータ１０６を装着してもよい。またさらに、記録ヘッドとインク容器とが一体となって交換可能に構成されたインクカートリッジに、本発明のアクチュエータを装着してもよい。
【０２１８】
「キャビティ付きの取付モジュール体の構成と利点」
以上、本実施形態にかかるインク消費検出機能付きの各種のインクカートリッジについて説明した。これらのインクカートリッジでは、圧電装置を利用してインク消費が検出された。これら構成の中には、圧電装置であるアクチュエータが示されていた。そして、圧電装置と取付部材を一体化した取付モジュール体が示された。代表例は例えば図３２に示される。前述したように、取付モジュール体を用いることにより、圧電装置を保護できる。また取付モジュール体を用いることにより圧電装置の取付が容易になる。
【０２１９】
本実施の形態では、特に、キャビティ付きの取付モジュール体が示されている。このタイプの取付モジュール体によれば以下の利点が得られる。
【０２２０】
（１）図３２および図３３を再び参照する。図３２は組立状態の取付モジュール体１００を示し、図３３は分解状態の取付モジュール体１００を示す。アクチュエータ１０６（圧電装置）と取付部材が一体化されている。取付モジュール体１００がインクカートリッジに装着される。
【０２２１】
取付部材の一部であるプレート１１０に貫通孔１１２が設けられている。貫通孔１１２は本発明の開口キャビティに相当する（以下、貫通孔１１２を適宜、開口キャビティという）。貫通孔１１２は、アクチュエータ１０６と対向しており、かつ、アクチュエータ１０６から、インクカートリッジの内部を向く位置に配置されている。キャビティ１１２を介して圧電装置と容器内部の間で振動が伝わる。
【０２２２】
インクの消費が進むと、液面が低下し、貫通孔１１２が露出する。このとき、貫通孔１１２内にはほぼ一定量のインクが残り、保持される。インクの保持量は、貫通孔１１２の形状や設置角度およびインクの粘度などによって決まる。この一定量のインクに対応する音響インピーダンスは、測定などによりあらかじめ求めておくことができる。そのような音響インピーダンスが検出されるか否かによって、インク消費を確実にもとめることが可能である。
【０２２３】
前述したように、インク消費の検出には、圧電装置の残留振動状態を利用できる。圧電装置は発振後に残留振動状態に入る。残留振動状態、特にその共振周波数は、音響インピーダンスの変化およびインク消費状態に対応する。貫通孔１１２に少量のインクが保持されているときの残留振動状態を検出したか否かによって、インク消費が確実に検出できる。
【０２２４】
本実施の形態によれば、前述の如く、キャビティ（貫通孔）を設けたことにより、インクの波打ちなどに起因する誤検出が生じないように図ることができる。元からキャビティにインクが付着しているので、波打ちになどによるインク付着の有無がなく、そのようなインク付着に検出結果が左右されにくいからである。
【０２２５】
また、キャビティを設けたことにより、アクチュエータ１０６とインクの距離が狭まっている。プレート１１０を介することなく、アクチュエータ１０６とインクの間で振動が伝達する。ここで、圧電装置の残留振動に主として影響するのは、圧電装置の近傍の少量のインクのみである。この少量のインクが、キャビティを設けたことにより、圧電装置の近くに存在し、圧電装置に接している。これにより、インクの消費に伴う残留振動の変化が顕著になるのでインク消費を確実に検出できる。
【０２２６】
なお、キャビティはプレート１１０を貫通していなくてもよい。この場合、プレート１１０の凹部によりキャビティが構成される。
【０２２７】
さらに、本実施の形態では、キャビティが局所的に設けられており、周囲の部材によってインクのシール性が確保されている。導電性を有するインクからアクチュエータ１０６、特にその圧電素子が効果的に保護されている。
【０２２８】
ここでは、音響インピーダンスに基づくインク消費検出、特に残留振動を用いた検出を説明した。しかし、アクチュエータを使用し、弾性波および反射波を利用してインク消費が検出されてもよい。反射波が返ってくるまでの時間が求められてもよい。その他の原理が適用されてもよい。以下の説明でも同様である。
【０２２９】
（２）キャビティの形状は、所定の液体状態においてインクを保持する形状である。検出目標のインク消費状態においてもインクを保持できるようにキャビティ形状が設定されている。このときのインク量に対応する残留振動を基準に用いることで、インクが消費したか否かを的確に検出できる。
【０２３０】
ここで、キャビティにインクが残らない方が、本来はインク消費を検出し易いとも考えられる。しかし、前述のようなインク付着の問題が生じうる。キャビティにインクが残ったり残らなかったりすると、すなわちインク残り状態のばらつきがあると、このばらつきが検出誤差を招く可能性も考えられる。このような場合には、上記のごとくキャビティがインクを保持することが好ましい。これを達成するためには、例えばインクが全部流出するのを防止できる所定の深さをキャビティが有していればよい。本実施の形態では、モジュール体のプレートが適当な厚さをもっているので、キャビティにも必要な深さが与えられる。
【０２３１】
（３）モジュール体１００のアクチュエータ１０６（圧電装置）は、圧電素子を有する。圧電素子は、圧電層、上部電極および下部電極で構成されている（図２０参照）。基板の上に下部電極が形成され、その上に圧電層が形成され、さらにその上に上部電極が形成されている。本実施形態のひとつの特徴として、キャビティの面積が、下部電極の面積以上に設定されている。より詳細には、開口キャビティの圧電素子側の面積が、圧電層と下電極の重なり部分の面積以上に設定されている。これにより以下の利点が得られる。
【０２３２】
圧電素子の下部電極はキャビティに最も近くにあり、かつ最も小さい。この下部電極のカバーする範囲で、圧電素子が振動する。振動領域の大きさは下部電極に実質的に等しい。そして下部電極の大きさによって圧電素子の振動特性を調整できる。本実施の形態では、この下部電極に適応するように、キャビティ形状を設定する。すなわちキャビティの面積を下部電極より大きく設定する。これにより、圧電素子が適当な状態で振動できる。
【０２３３】
（４）次に、キャビティ深さとキャビティ開口寸法の適切な関係についてさらに説明する。図３３において、キャビティ深さは、モジュール体１００の中心軸方向のキャビティ寸法である。図３３ではキャビティ１１２がプレート１１０を貫通しているので、キャビティ深さはプレート厚さに等しい。一方、キャビティ開口寸法は、キャビティ深さと直角方向の寸法であり、プレート上の開口の大きさである。
【０２３４】
本実施の形態では、キャビティ１１２の深さは開口寸法より小さく設定されている。要するに、キャビティ１１２は浅く広い形状を有する。これにより、以下の利点が得られる。
【０２３５】
キャビティが浅く広いので、インクが減少したときにキャビティに残るインク量が少なくなる。したがってインクが消費したか否かによる残留振動の変化が大きくなり、検出精度を向上できる。
【０２３６】
また、キャビティが深く狭い形状を有すると、キャビティから容器内へと振動が適切に伝わらない可能性がある。これに対し、本実施形態によれば、キャビティが浅く広いので、残留振動の変化を検出する上では良好な振動伝達が得られる。
【０２３７】
本発明者の研究によると、キャビティ深さは開口寸法の１／３以下であることが好ましく、これにより残留振動の変化も顕著に現れる。
【０２３８】
なお、上記の説明では、円形のキャビティが主として考えられている。しかし、本発明の範囲内で、キャビティは各種の形状を有してよい。こうしたキャビティの形状を考慮すると、本発明では、キャビティ深さがキャビティ開口の最小幅より小さく設定されていればよい。好ましくは、キャビティ深さが、キャビティ開口の最小幅の１／３以下である。例えばキャビティが長方形を有する場合、短い辺の寸法がキャビティ深さより大きく設定される。
【０２３９】
（５）また、本実施形態のひとつの特徴として、開口キャビティは、液体検出用装置の振動中心（圧電素子の中心）に対して実質的に対称の形状を有する。好ましくはキャビティは円形である。
【０２４０】
この構成によれば、低次にシングルピークが出現する検出特性が得られる。圧電膜では一次の振動モードが支配的になり、Ｓ／Ｎ比率が高くなる。逆起電力の振幅も大きくなる。したがって検出性が良好である。
【０２４１】
また、等方的な形状を採用したことにより、接着等の固定部が検出精度に及ぼす影響を低減できる。例えばエポキシ接着剤を用いた固定を考える。この種の接着剤は硬化時に収縮等が発生する。そのため、キャビティの形状が対称的でないと、収縮の影響などによりひずみが発生するため、キャビティの周囲で場所によって振動特性が異なる。これに対し、本実施形態ではキャビティ形状が対称的である。このため、プレート固定に接着剤を用いても歪みの影響を受けにくいため、キャビティの全周で均等な振動特性が得られる。この例に示されるように、本実施形態によれば、固定構造の影響を軽減できるので、実装性を向上できる。比較的簡単な実装手法も採用できる。そして、圧電装置およびインクカートリッジの製造が容易になる。
【０２４２】
特に、本実施の形態によれば、キャビティを円形状にすることにより、高い均等性が得らる。検出性が良好になるので、これまで述べた本実施の形態の利点がより顕著に得られる。また、円形状の採用により、ポンチを用いた穴あけ等によりキャビティを形成でき、製造が容易である、という利手も得られる。
【０２４３】
（６）取付モジュール体１００および圧電装置（アクチュエータ１０６）は、検出目標の所定の液体消費状態に対応する液面の位置に設置されている。液面が圧電装置を通過すると、キャビティ内にインクが残り保持された状態になる。このときの開口キャビティ内の液体に対応する残留振動状態を示す検出信号を発生するように、取付モジュール体、特にキャビティ形状が構成されている。
【０２４４】
前述したように、キャビティ深さｔとキャビティ開口半径ａが、条件（ａ／ｔ）＞（３×π／８）を満たす場合（キャビティは略円形）、キャビティにインクが残った状態でインク消費を検出できる。
【０２４５】
（７）また、本実施形態の好適な応用例として、キャビティの容器内部側の開口面積（寸法）が、アクチュエータ（圧電装置）側の開口面積（寸法）より大きく設定される。これにより、容器内部に向かって広がる形状がキャビティに与えられる。この構成によれば、不要なインクがキャビティ部に残るのを効果的に防止できるので、検出能力を向上できる。
【０２４６】
図４７（ａ）および図４７（ｂ）を参照する。図４７（ａ）は、テーパ形状を有するキャビティを示す。図４７（ｂ）は、ステップ形状を有するキャビティを示す。どちらのキャビティも、インク容器内部に向かって広がっている。これらのキャビティ形状によれば、インクが消費されたときに、不要なインクがキャビティ周りに残りにくい。すなわち、ほぼ一定量のインクのみがキャビティに残り、これにより信頼性の高い検出が可能となり、検出精度の向上が図れる。一方、キャビティがテーパ形状やステップ形状を有していないと、表面張力の影響などにより、キャビティ周りに不要なインクが残る可能性がある。この場合、キャビティのインク保持量にばらつきが生じる。保持量のばらつきは、不確実な検出の要因になる。本実施形態によれば、こうした事態を回避し、インク消費を確実に検出できる。
【０２４７】
（８）また、本実施形態の好適な応用例として、キャビティに連通する連通溝が、カートリッジ内部に面する場所に、キャビティから延びるように設けられている。連通溝の例が図４８に示されている。連通溝Ｇは、キャビティ１１２から始まって、プレート１１０の途中まで続いている。連通溝Ｇを設けたことにより、キャビティ内のインクが外に流出しやすくなり、キャビティ内に残留するインクの量が低減する。表面張力の影響でキャビティ付近に残る不要なインクの量を効果的に低減できる。これによりインクの保持量も安定する。キャビティを液面が通過したか、すなわちインクが消費されたか否かによる残留振動の変化がより顕著になるので、インク消費をより確実に検出でき、検出精度の向上が図れる。より多くのインクがキャビティから流出するように連通溝を形成することが望ましい。また、好ましくは、連通溝は、インクカートリッジの供給口に向けて設けられる。連通溝が、キャビティから供給口に向かう方向に沿って延びる。これにより、キャビティのインクをスムーズに供給口へと導ける。
【０２４８】
（９）本実施の形態の特徴の一つとして、モジュール体の取付部材は、インクカートリッジに設けられた貫通孔に嵌合される。図４９を参照すると、図３２のモジュール体１００が、カートリッジ壁の貫通孔に装着されている。モジュール体１００の胴部と壁部の孔が同じ形状を有しており、モジュール体１００が隙間なく貫通孔にはまっている。さらに、モジュール体１００の端部のフランジによってシールが確保されている。こうした構造の採用により、モジュール体を容易に組み付けることができ、かつ、キャビティ付きのセンサ部を適切な位置に配置できる。
【０２４９】
（１０）また本実施の形態では、圧電装置（アクチュエータ）には、取付部材の開口キャビティと連通する凹部が形成されている。この凹部は、アクチュエータの基板に設けられた貫通孔であり、開口キャビティ（の一部）として機能する。こうした構成により、開口キャビティが圧電装置の振動部に近接する（図３８参照）。
【０２５０】
（１１）好適な一態様では、開口キャビティが、キャビティ内のインクを吸い出す液体吸収体に近接して設けられる。液体吸収体は、例えば多孔質部材、要するにスポンジのような部材で構成される。
【０２５１】
図５０（ａ）および図５０（ｂ）は、キャビティ８００と吸収体８０２が近接する構造の例を示す。前者においては、吸収体８０２がキャビティ８００に直接面している。後者においては、キャビティ８００から延びる連通溝Ｇに吸収体８０２が面している。
【０２５２】
こうした構成により、キャビティから不要なインクを吸い出すことができる。表面張力などの影響によりインク残り状態が不安定になるのを抑えられる。すなわち、キャビティ内のインク保持量のばらつきが少なくなる。キャビティから完全にインクがなくなってもよい。インク保持量のばらつきに起因する検出誤差が低減するので、検出精度の向上が図れる。
【０２５３】
（１２）別の好適な一態様では、開口キャビティ内に液体を保持する液体吸収体が設けられる。すなわちキャビティの外ではなく、キャビティ内に吸収体が配置される。ここでも、液体吸収体は、例えば多孔質部材、要するにスポンジのような部材で構成される。図５１は、キャビティ８００内に吸収体８０４を設けた構成の例である。
【０２５４】
この構成では、キャビティ内に積極的にインクが保持される。インクの保持量は、吸収体の構造と形状によってきまる。図示のごとく吸収体がキャビティを満たす場合には、キャビティ形状によってインク保持量が決まる。この形態によっても、キャビティ内のインク保持量のばらつきが少なくなる。インク保持量のばらつきに起因する検出誤差が低減するので、検出精度の向上が図れる。
【０２５５】
（１３）好ましくは、取付モジュール体は、インクカートリッジに対して着脱可能に装着される。取付モジュール体のかたちでセンサをインクカートリッジに装着すればよいので、センサ取付が容易である。取付モジュール体を取り外せばセンサをとれるので、インクカートリッジのリサイクルが容易である。
【０２５６】
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。
【０２５７】
例えば、液体容器はインクカートリッジに限定されない。インクカートリッジ以外のプリンタ用インクタンクに本発明が適用されてもよい。また、インク以外の液体を収容する容器に本発明が適用されてもよい。
【０２５８】
また、圧電装置は、自ら振動を発生しなくてもよい。すなわち、発振と、残留振動状態の出力と、の両方を行わなくてもよい。例えば、他のアクチュエータが振動を発生した後、圧電装置の振動状態が検出される。あるいは、キャリッジの移動などに伴ってインクカートリッジに発生する振動によって圧電装置が振動すると、その振動が検出される。すなわち、積極的に振動を発生することなく、プリンタ動作によって自然に発生する振動を用いてインク消費が検出される。一方、上記の変形例と逆に、圧電装置は振動を発生するだけでもよい。この場合、他のセンサ等の振動状態が求められる。
【０２５９】
上記の変形は、圧電装置を用いる別の検出機能、例えば、弾性波および反射波を用いる検出機能に対しても同様に適用できる。すなわち、圧電装置は、振動の発生か検出の一方に用いられてもよい。
【０２６０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、圧電装置を液体容器に装着するための取付モジュール体に開口キャビティを設けたことにより、液体消費状態の検出能力を向上可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】単色、例えばブラックインク用のインクカートリッジの一実施例を示す図である。
【図２】複数種類のインクを収容するインクカートリッジの一実施例を示す図である。
【図３】図１及び２に示したインクカートリッジに適したインクジェット記録装置の一実施例を示す図である。
【図４】サブタンクユニット３３の詳細な断面を示す図である。
【図５】弾性波発生手段３、１５、１６、及び１７の製造方法を示す図である。
【図６】図５に示した弾性波発生手段３の他の実施形態を示す図である。
【図７】本発明のインクカートリッジの他の実施例を示す図である。
【図８】本発明のインクカートリッジの更に他の実施例を示す図である。
【図９】本発明のインクカートリッジの更に他の実施例を示す図である。
【図１０】本発明のインクカートリッジの更に他の実施例を示す図である。
【図１１】本発明のインクカートリッジの更に他の実施形態を示す図である。
【図１２】図１１に示したインクカートリッジの他の実施形態を示す図である。
【図１３】本発明のインクカートリッジの更に他の実施形態を示す図である。
【図１４】貫通孔１ｃの更に他の実施形態の平面を示す図である。
【図１５】本発明のインクジェット記録装置の実施形態の断面を示す図である。
【図１６】図１５に示した記録装置に適したインクカートリッジの実施形態を示す図である。
【図１７】本発明のインクカートリッジ２７２の他の実施形態を示す図である。
【図１８】本発明のインクカートリッジ２７２及びインクジェット記録装置の更に他の実施形態を示す図である。
【図１９】図１６に示したインクカートリッジ２７２の他の実施形態を示す図である。
【図２０】アクチュエータ１０６の詳細を示す図である。
【図２１】アクチュエータ１０６の周辺およびその等価回路を示す図である。
【図２２】インクの密度とアクチュエータ１０６によって検出されるインクの共振周波数との関係を示す図である。
【図２３】アクチュエータ１０６の逆起電力波形を示す図である。
【図２４】アクチュエータ１０６の他の実施形態を示す図である。
【図２５】図２４に示したアクチュエータ１０６の一部分の断面を示す図である。
【図２６】図２５に示したアクチュエータ１０６の全体の断面を示す図である。
【図２７】図２４に示したアクチュエータ１０６の製造方法を示す図である。
【図２８】本発明のインクカートリッジの更に他の実施形態を示す図である。
【図２９】貫通孔１ｃの他の実施形態を示す図である。
【図３０】アクチュエータ６６０の他の実施形態を示す図である。
【図３１】アクチュエータ６７０の更に他の実施形態を示す図である。
【図３２】モジュール体１００を示す斜視図である図である。
【図３３】図３２に示したモジュール体１００の構成を示す分解図である。
【図３４】モジュール体１００の他の実施形態を示す図である。
【図３５】図３４に示したモジュール体１００の構成を示す分解図である。
【図３６】モジュール体１００の更に他の実施形態を示す図である。
【図３７】図３２に示したモジュール体１００をインク容器１に装着した断面の例を示す図である。
【図３８】モジュール体１００の更に他の実施形態を示す図である。
【図３９】図２０および図２１に示したアクチュエータ１０６を用いたインクカートリッジ及びインクジェット記録装置の実施形態を示す図である。
【図４０】インクジェット記録装置の詳細を示す図である。
【図４１】図４０に示したインクカートリッジ１８０の他の実施形態を示す図である。
【図４２】インクカートリッジ１８０の更に他の実施形態を示す図である。
【図４３】インクカートリッジ１８０の更に他の実施形態を示す図である。
【図４４】インクカートリッジ１８０の更に他の実施形態を示す図である。
【図４５】図４４（Ｃ）に示したインクカートリッジ１８０の他の実施形態を示す図である。
【図４６】モジュール体１００を用いたインクカートリッジの更に他の実施形態を示す図である。
【図４７】開口キャビティをテーパ形状およびステップ形状にしたことにより得られる利点を示す図である。
【図４８】キャビティ周りに設けることが好適な連通溝の例を示す図である。
【図４９】インクカートリッジの貫通孔にモジュール体を嵌合する構成の例を示す図である。
【図５０】吸収体の近傍にキャビティを設ける構成の例を示す図である。
【図５１】キャビティ内に吸収体を設ける構成の例を示す図である。
【符号の説明】
１容器
２インク供給口
１００モジュール
１０２基台部ケース
１０４リードワイヤ
１０６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
Ｇ連通溝
Ｋインク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes a piezoelectric device for detecting a change in acoustic impedance, and in particular, detecting a change in resonance frequency, and in particular, detecting a liquid consumption state in a liquid container that contains the liquid. More specifically, the liquid container is provided in an ink cartridge that is applied to an ink jet recording apparatus that performs printing by ejecting ink droplets from nozzle openings by pressurizing ink in a pressure generating chamber in accordance with print data by pressure generating means. The present invention relates to a piezoelectric device that detects a consumption state of ink in an ink cartridge.
[0002]
[Prior art]
An example of an ink cartridge mounted on an ink jet recording apparatus will be described as a liquid container to which the present invention is applied. In general, an ink jet recording apparatus includes a carriage on which an ink jet recording head including a pressure generating unit that pressurizes a pressure generating chamber, a nozzle opening that discharges pressurized ink as ink droplets from a nozzle opening, And an ink tank that stores ink supplied to the recording head via the path, and is configured to be capable of continuous printing. The ink tank is generally configured as a cartridge that is detachable from the recording apparatus so that the user can easily replace the ink tank when the ink is consumed.
[0003]
Conventionally, as a method for managing ink consumption of an ink cartridge, the number of ink droplets ejected by the recording head and the amount of ink sucked in the maintenance process of the print head are integrated by software, and the ink consumption is calculated. There have been known a method for managing, a method for managing ink consumption by detecting when a predetermined amount of ink is actually consumed by attaching two electrodes for detecting a liquid level directly to an ink cartridge, and the like.
[0004]
However, the method of managing the ink consumption by calculating the number of ink droplets ejected and the amount of ink sucked by software is calculated depending on the usage environment, for example, the temperature and humidity in the use room, after the ink cartridge is opened. The pressure in the ink cartridge and the viscosity of the ink change due to the elapsed time and the usage frequency on the user side, resulting in a non-negligible error between the calculated ink consumption and the actual consumption. There was a problem that. Further, when the same cartridge is once removed and remounted, the accumulated count value is once reset, so that there is a problem that the actual ink remaining amount cannot be known at all.
[0005]
On the other hand, the method of managing the point in time when ink is consumed by the electrode can detect the actual amount of ink consumption at one point, so that the remaining amount of ink can be managed with high reliability. However, in order to detect the ink level, the ink must be conductive, which limits the type of ink used. In addition, there is a problem that the liquid-tight structure between the electrode and the ink cartridge is complicated. Further, 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 the two electrodes in different locations of the ink cartridge, there is a problem that the manufacturing process increases and as a result, the manufacturing cost increases.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to provide a liquid container that can solve the above-described problems, can accurately detect a liquid consumption state, and does not require a complicated seal structure. Another object of the present invention is to provide an ink cartridge that can accurately detect the ink consumption state and does not require a complicated seal structure.
[0007]
In particular, the present invention provides a technique for detecting the remaining amount of liquid using vibration and improves such a detection technique. The present invention is not limited to ink cartridges, and can be applied to liquid detection in other liquid containers.
[0008]
The above object can be achieved by a combination of features described in the independent claims. The dependent claims define further advantageous specific examples of the present invention.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
One embodiment of the present invention is a module body for liquid detection. The module body includes a piezoelectric device and a mounting member. The piezoelectric device is used for detecting the consumption state of the liquid in the liquid container. The attachment member is integrated with the piezoelectric device, and attaches the piezoelectric device to the liquid container. In particular, the mounting member is provided with an open cavity. The opening cavity is provided at a position facing the piezoelectric device so as to communicate with the inside of the liquid container. Preferably, the opening cavity is disposed at a position facing the inside of the liquid container from the piezoelectric device, and is provided so as to communicate with the inside of the liquid container.
[0010]
In a state where liquid consumption has not yet progressed, the inside and outside of the open cavity are filled with liquid. On the other hand, in a state where the liquid consumption has progressed, the liquid level is lowered, the open cavity is exposed, and a substantially constant amount of liquid remains in the open cavity. By utilizing the fact that the output signal of the piezoelectric device is different in these states, it is possible to suitably detect the liquid consumption state.
[0011]
According to the present invention, by providing the cavity, it is possible to prevent erroneous detection caused by liquid undulation or the like.
[0012]
Further, according to the present invention, since the opening cavity is provided, the number of members interposed between the piezoelectric device and the liquid can be reduced or the thickness of the member can be reduced, so that the liquid consumption state can be detected more reliably.
[0013]
According to the present invention, an appropriate liquid sealing state can be ensured by locally providing the opening cavity. Thereby, it is possible to prevent the piezoelectric device from being inappropriately exposed to the liquid. This is particularly effective for conductive liquids such as ink.
[0014]
Preferably, the liquid consumption state is detected based on a change in acoustic impedance according to the liquid consumption state using the piezoelectric device. Preferably, the piezoelectric device outputs a signal indicating a residual vibration state after the vibration is generated. The residual vibration of the piezoelectric device changes according to the amount of surrounding liquid. For example, the residual vibration state is different when a large amount of liquid is present in the surroundings and when a small amount of liquid is present in the surroundings. This is based on the change in acoustic impedance according to the liquid consumption state. Therefore, the liquid consumption state is detected using the fact that the residual vibration state changes according to the liquid consumption state.
[0015]
Here, it is the limited amount of liquid in the vicinity of the piezoelectric device that substantially affects the residual vibration. According to the present invention, by providing the opening cavity, the members interposed between the piezoelectric device and the liquid can be reduced, or the thickness of the members can be reduced. Therefore, a limited amount of liquid that affects residual vibration approaches or contacts the piezoelectric device. Thereby, since the change of the residual vibration according to the liquid consumption state becomes clearer, the liquid consumption state can be detected more reliably.
[0016]
The piezoelectric device may generate an elastic wave through the opening cavity and output a signal corresponding to the reflected wave returning through the opening cavity. Also in this case, since the opening cavity is provided, the vibration is satisfactorily transmitted between the piezoelectric device and the liquid, so that the detection capability can be improved. How the piezoelectric device functions to detect the liquid consumption state may be determined according to the specifications of the liquid container, the required measurement accuracy, and the like.
[0017]
The piezoelectric device generates a detection signal indicating a residual vibration state corresponding to the liquid in the opening cavity when the liquid is held in the opening cavity in a predetermined liquid consumption state of a detection target. May be.
[0018]
Preferably, the open cavity has a shape for holding a liquid in a predetermined liquid state. Preferably, the open cavity may have a shape that holds the liquid even in a predetermined liquid consumption state of the detection target.
[0019]
Preferably, the piezoelectric device includes a lower electrode, a piezoelectric layer formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the piezoelectric layer, and the area of the opening cavity is the piezoelectric layer and the lower electrode. It is set to be more than the area of the overlapping part.
[0020]
Preferably, the cavity depth of the open cavity is set smaller than the minimum width of the cavity opening. Preferably, the cavity depth is 1/3 or less of the minimum width of the cavity opening. If the cavity is circular, the minimum opening width is the opening dimension (opening diameter).
[0021]
Preferably, the open cavity has a substantially symmetrical shape with respect to the vibration center of the piezoelectric device. Preferably, the open cavity is substantially circular.
[0022]
Preferably, the opening area on the container inner side of the opening cavity is set larger than the opening area on the piezoelectric element side. The opening size on the piezoelectric element side is preferably larger than the inside of the container. With such a configuration, the open cavity has a shape that expands toward the inside of the container. The peripheral surface of the open cavity may have a tapered shape. The peripheral surface of the opening cavity may have a step shape.
[0023]
A communication groove communicating with the open cavity may be provided at a location facing the inside of the container. The communication groove may be provided along a direction from the opening cavity toward a supply port through which the liquid container supplies liquid to the outside.
[0024]
The attachment member may be fitted into a through hole provided in the liquid container. The piezoelectric device may be formed with a recess communicating with the opening cavity of the mounting member.
[0025]
A liquid absorber may be provided in the vicinity of the opening cavity. The liquid absorber may suck out the liquid in the open cavity. The liquid absorber may be composed of a porous member.
[0026]
A liquid absorber may be provided in the open cavity. The liquid absorber may hold a liquid. The liquid absorber may be composed of a porous member.
[0027]
The attachment module body may be detachably attached to the liquid container.
[0028]
Another aspect of the present invention is a liquid container provided with the above-described mounting module body for detecting liquid. The liquid container may be an ink cartridge attached to an ink jet recording apparatus.
[0029]
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.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention. However, the following embodiments do not limit the claimed invention, and all combinations of features described in the embodiments are the solution of the invention. It is not always essential to the means.
[0031]
First, the principle of this embodiment will be described. In the present embodiment, the present invention is applied to a technique for detecting the ink consumption state in the ink container. The ink consumption state is detected using a piezoelectric device. The piezoelectric device outputs a signal corresponding to the ink consumption state by conversion between electric energy and vibration energy.
[0032]
One detection principle uses acoustic impedance. Preferably, the residual vibration state after the piezoelectric device generates vibration is obtained from the output signal of the piezoelectric device. The residual vibration changes according to the amount of surrounding ink. This is based on the change in acoustic impedance according to the ink consumption state. Therefore, the consumption state is detected using the fact that the residual vibration state changes according to the ink consumption state.
[0033]
According to another detection principle, the piezoelectric device generates an elastic wave through the open cavity and outputs a signal corresponding to the reflected wave returning through the open cavity. A change in the reflected wave according to the ink consumption state is detected. How to function the piezoelectric device to detect the ink consumption state may be determined according to the specifications of the ink cartridge, the required measurement accuracy, and the like.
[0034]
The piezoelectric device is provided at a liquid level position in a predetermined ink consumption state as a detection target. Thereby, the presence or absence of liquid level passage can be detected.
[0035]
In the present embodiment, an attachment module body is constituted by the piezoelectric device and the attachment member. In particular, the mounting member is provided with an open cavity. The open cavity is disposed at a position facing the inside of the ink container from the piezoelectric device in a mounted state of the module body, and communicates with the inside of the container. The open cavity faces the piezoelectric device, in particular its vibrating part.
[0036]
Providing such an open cavity provides the following advantages. In a state where ink consumption has not yet progressed, the ink liquid level is high, and therefore the inside and outside of the open cavity are filled with ink. On the other hand, as the ink consumption progresses, the liquid level decreases and the open cavity is exposed. At this time, a substantially constant small amount of ink remains in the opening cavity. In these two states, since the residual vibration described above is different, the output signal of the piezoelectric device is different. By utilizing this, the ink consumption state can be suitably detected.
[0037]
Preferably, the detection characteristics when a small amount of ink is held in the cavity are grasped in advance. Alternatively, the detection characteristics when the ink is inside and outside the cavity may be grasped in advance. Of course, the detection characteristics of both states may be grasped.
[0038]
According to the present embodiment, as will be described later, by providing the cavity, it is possible to prevent erroneous detection caused by ink undulation or the like.
[0039]
Further, according to the present embodiment, since the opening cavity is provided, the number of members interposed between the piezoelectric device and the ink can be reduced, or the thickness of the member can be reduced, so that the ink consumption state can be detected more reliably. .
[0040]
For example, considering the detection principle using residual vibration, it is the limited amount of ink in the vicinity of the piezoelectric device that substantially affects the residual vibration. This limited amount of ink approaches or contacts the piezoelectric device by providing the open cavity. Thereby, since the change of the residual vibration according to the ink consumption state becomes clearer, the ink consumption state can be detected more reliably.
[0041]
In the case of using an elastic wave and a reflected wave, since the vibration is satisfactorily transmitted between the piezoelectric device and the ink by providing the opening cavity, the detection capability can be improved.
[0042]
Further, according to the present embodiment, since the cavity is locally provided, the ink can be appropriately sealed. This protects the piezoelectric device from ink. It is possible to effectively prevent the insulation state of the piezoelectric device from being damaged by the conductive ink.
[0043]
Hereinafter, the present embodiment will be described more specifically with reference to the drawings. First, a basic technique for detecting ink consumption based on vibration using a piezoelectric device will be described. Following this, various applications of the detection technique will be described. In developing these descriptions, the characteristic mounting module body with a cavity of this embodiment and other variations will be described.
[0044]
Here, in the present embodiment, as one form of the piezoelectric device, “actuator (typically FIG. 20, reference numeral 106)” and “elastic wave generating means (typically FIG. 1, reference numeral 3)”. However, these are only one form of the piezoelectric device, for example, the piezoelectric device may be configured by adding other components to the actuator, or may be configured by removing some components from the actuator. The device may be only a piezoelectric element.
[0045]
"Detection of ink consumption using piezoelectric devices"
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 the 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 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 vibration part of a piezoelectric device or an actuator having a piezoelectric element is vibrated, and then a counter electromotive force generated by residual vibration remaining in the vibration part is measured, whereby a resonance frequency or an inverse is obtained. A method for detecting a change in acoustic impedance by detecting the amplitude of an electromotive force waveform, or measuring a liquid impedance characteristic or an admittance characteristic by an impedance analyzer such as a measuring device, for example, a transmission circuit, There is a method of measuring a change in current value or voltage value depending on the frequency when vibration is applied to a liquid. Details of the operating principles of the elastic wave generating means and the piezoelectric device or actuator will be described later.
[0046]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of an ink cartridge for a single color, for example, black ink to which the present invention is applied. The ink cartridge shown in FIG. 1 is based on a method of detecting the position of the liquid surface in the liquid container and the presence or absence of liquid by receiving the reflected wave of the elastic wave among the methods described above. Elastic wave generating means 3 is used as means for generating and receiving elastic waves. An ink supply port 2 that joins an ink supply needle of a recording apparatus is provided in a container 1 that stores ink. Outside the bottom surface 1a of the container 1, an elastic wave generating means 3 is attached so that the elastic wave can be transmitted to the ink inside through the container. When the ink K is almost consumed, that is, when the ink near end is reached, the elastic wave generating means 3 is positioned slightly above the ink supply port 2 so that the transmission of the elastic wave is changed from ink to gas. Is provided. Note that the receiving means may be provided separately, and the elastic wave generating means 3 may be simply used as the generating means.
[0047]
The ink supply port 2 is provided with a packing 4 and a valve body 6. As shown in FIG. 3, the packing 4 is fluid-tightly engaged with an ink supply needle 32 communicating with the recording head 31. The valve body 6 is always elastically contacted with the packing 4 by a spring 5. When the ink supply needle 32 is inserted, the valve body 6 is pushed by the ink supply needle 32 to open the ink flow path, and the ink in the container 1 passes through the ink supply port 2 and the ink supply needle 32 and the recording head 31. Supplied to. On the upper wall of the container 1, semiconductor storage means 7 that stores information about ink in the ink cartridge is mounted.
[0048]
FIG. 2 is a perspective view seen from the back side showing an embodiment of an ink cartridge containing a plurality of types of ink. The container 8 is divided into three ink chambers 9, 10 and 11 by a partition wall. Ink supply ports 12, 13 and 14 are formed in the respective ink chambers. Elastic wave generating means 15, 16 and 17 are attached to the bottom surfaces 8 a of the respective ink chambers 9, 10 and 11 so that the elastic waves can be transmitted to the ink accommodated in each ink chamber via the container 8. ing.
[0049]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an embodiment of the main part of an ink jet recording apparatus suitable for the ink cartridge shown in FIGS. The carriage 30 that can reciprocate in the width direction of the recording paper includes a sub tank unit 33, and the recording head 31 is provided on the lower surface of the sub tank unit 33. The ink supply needle 32 is provided on the ink cartridge mounting surface side of the sub tank unit 33.
[0050]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing details of the sub tank unit 33. The sub tank unit 33 includes an ink supply needle 32, an ink chamber 34, a membrane valve 36, and a filter 37. Ink chamber 34 contains ink supplied from an ink cartridge via ink supply needle 32. The membrane valve 36 is designed to open and close due to a pressure difference between the ink chamber 34 and the ink supply path 35. The ink supply path 35 communicates with the recording head 31 so that ink is supplied to the recording head 31.
[0051]
As shown in FIG. 3, when the ink supply port 2 of the container 1 is inserted into the ink supply needle 32 of the sub tank unit 33, the valve body 6 moves backward against the spring 5, and an ink flow path is formed. Ink flows into the ink chamber 34. When the ink chamber 34 is filled with ink, a negative pressure is applied to the nozzle openings of the recording head 31 to fill the recording head 31 with ink, and then a recording operation is performed.
[0052]
When ink is consumed in the recording head 31 by the recording operation, the pressure on the downstream side of the membrane valve 36 decreases, so that the membrane valve 36 opens away from the valve body 38 as shown in FIG. By opening the membrane valve 36, the ink in the ink chamber 34 flows into the recording head 31 via the ink supply path 35. As the ink flows into the recording head 31, the ink in the container 1 flows into the sub tank unit 33 via the ink supply needle 32.
[0053]
During the operation period of the recording apparatus, a drive signal is supplied to the elastic wave generating means 3 at a preset detection timing, for example, at a constant period. The elastic wave generated by the elastic wave generating means 3 propagates through the bottom surface 1a of the container 1 and is transmitted to the ink, and propagates the ink.
[0054]
By sticking the elastic wave generating means 3 to the container 1, the ink cartridge itself can be provided with a remaining amount detecting function. According to the present invention, since it is not necessary to embed an electrode for detecting the liquid level when molding the container 1, the injection molding process is simplified, the liquid leakage from the electrode embedding area is eliminated, and the reliability of the ink cartridge is improved. It can be improved.
[0055]
FIG. 5 shows a method for manufacturing the elastic wave generating means 3, 15, 16, and 17. The fixed substrate 20 is made of a fireable ceramic material or the like. First, as shown in FIG. 5 (I), a conductive material layer 21 to be one electrode is formed on the surface of the fixed substrate 20. Next, as shown in FIG. 5 (II), a green sheet 22 of piezoelectric material is overlaid on the surface of the conductive material layer 21. Next, as shown in FIG. 5 (III), the green sheet 22 is shaped into a predetermined shape by a press or the like, and is naturally dried, and then fired at a firing temperature, for example, 1200 ° C. Next, as shown in FIG. 5 (IV), a conductive material layer 23 to be the other electrode is formed on the surface of the green sheet 22 and is polarized so as to be able to bend and vibrate. Finally, as shown in FIG. 5 (V), the fixed substrate 20 is cut for each element. By fixing the fixed substrate 20 to a predetermined surface of the container 1 with an adhesive or the like, the elastic wave generating means 3 is fixed to the predetermined surface of the container 1, and the ink cartridge with the remaining amount detecting function is completed.
[0056]
FIG. 6 shows another embodiment of the elastic wave generating means 3 shown in FIG. In the embodiment of FIG. 5, the conductive material layer 21 is used as a connection electrode. On the other hand, in the embodiment of FIG. 6, the connection terminals 21a and 23a are formed by solder or the like at a position above the surface of the piezoelectric material layer formed by the green sheet 22. The connection terminals 21a and 23a enable the elastic wave generating means 3 to be directly mounted on the circuit board, and lead wires are not required to be routed.
[0057]
By the way, an elastic wave is a kind of wave which can propagate using gas, liquid, and solid as a medium. Accordingly, the wavelength, amplitude, phase, frequency, propagation direction, propagation speed, etc. of the elastic wave change due to changes in the medium. On the other hand, the reflected wave of the elastic wave also varies in the state and characteristics of the wave depending on the change of the medium. Therefore, it is possible to know the state of the medium by using the reflected wave that changes according to the change of the medium through which the elastic wave propagates. When detecting the state of the liquid in the liquid container by this method, for example, an elastic wave transceiver is used. The transmitter / receiver first applies an elastic wave to a medium, for example, a liquid or a liquid container, and the elastic wave propagates in the medium and reaches the surface of the liquid. Since the liquid surface has a boundary between the liquid and the gas, the reflected wave is returned to the transceiver. The transmitter / receiver receives the reflected wave, and the transmitter / receiver and the liquid surface are determined based on the return time of the reflected wave and the attenuation rate of the amplitude between the elastic wave generated by the transmitter and the reflected wave reflected by the liquid surface. Can be measured. By utilizing this, the state of the liquid in the liquid container can be detected. The elastic wave generating means 3 may be used as a transmitter / receiver in a method using a reflected wave due to a change of a medium through which the elastic wave propagates as a single unit, or may be equipped with a dedicated receiver.
[0058]
As described above, the elastic wave generated by the elastic wave generating means 3 and propagating through the ink liquid has the arrival time of the reflected wave generated on the surface of the ink liquid depending on the density and the liquid level of the ink liquid. Change. Therefore, when the composition of the ink is constant, the arrival time of the reflected wave generated on the ink liquid surface depends on the amount of ink. Therefore, the amount of ink can be detected by detecting the time from when the elastic wave generating means 3 generates an elastic wave until the reflected wave from the ink surface reaches the elastic wave generating means 3. In addition, since the elastic wave vibrates particles contained in the ink, it contributes to preventing precipitation of the pigment or the like in the case of pigment-based ink using a pigment as a colorant.
[0059]
By providing the elastic wave generating means 3 in the container 1, the ink in the ink cartridge decreases to near the ink end by the printing operation or the maintenance operation, and when the reflected wave cannot be received by the elastic wave generating means 3, the ink It can be determined that the ink cartridge is near-end, and the replacement of the ink cartridge can be prompted.
[0060]
FIG. 7 shows another embodiment of the ink cartridge of the present invention. A plurality of elastic wave generating means 41 to 44 are provided on the side wall of the container 1 at intervals in the vertical direction. The ink cartridge in FIG. 7 can detect the presence or absence of ink at the level of the mounting position of each of the elastic wave generating means 41 to 44 depending on whether or not the ink is present at each position of the elastic wave generating means 41 to 44. For example, when the water level of the ink is at a level between the elastic wave generating means 44 and 43, the elastic wave generating means 44 detects that there is no ink, and the elastic wave generating means 41, 42 and 43 Since it is detected that the ink is present, it can be seen that the water level of the ink is at a level between the elastic wave generating means 44 and 43. Therefore, by providing the plurality of elastic wave generating units 41 to 44, the remaining amount of ink can be detected in stages.
[0061]
8 and 9 show still other embodiments of the ink cartridge of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 8, the elastic wave generating means 65 is mounted on the bottom surface 1a formed obliquely in the vertical direction. In the embodiment shown in FIG. 9, elastic wave generating means 66 extending in the vertical direction is provided in the vicinity of the bottom surface of the side wall 1b.
[0062]
8 and 9, when ink is consumed and a part of the elastic wave generating means 65 and 66 is exposed from the liquid surface, the elastic wave generating means 65 and 66 generate the elastic wave generated by the elastic wave generating means 65 and 66. The arrival time and acoustic impedance of the reflected wave continuously change corresponding to the changes Δh1 and Δh2 in the liquid level. Therefore, the process from the ink near-end state to the ink end of the remaining amount of ink can be accurately detected by detecting the arrival time of the reflected wave of the elastic wave or the degree of change in the acoustic impedance.
[0063]
In the above-described embodiments, an example of an ink cartridge that directly stores ink in a liquid container has been described. As another embodiment of the ink cartridge, the elastic wave generating means described above may be attached to an ink cartridge in which a porous elastic body is loaded in the container 1 and the porous elastic body is impregnated with liquid ink. In the above-described embodiments, the use of a flexural vibration type piezoelectric vibrator suppresses an increase in the size of the cartridge, but a longitudinal vibration type piezoelectric vibrator can also be used. Furthermore, in the above-described embodiment, an elastic wave is transmitted and received by the same elastic wave generating means. As another embodiment, the remaining ink amount may be detected by using different elastic wave generating means for transmitting and receiving waves.
[0064]
FIG. 10 shows still another embodiment of the ink cartridge of the present invention. A plurality of elastic wave generating means 65 a, 65 b and 65 c are provided in the container 1 at intervals in the vertical direction on a bottom surface 1 a formed obliquely in the vertical direction. According to this embodiment, the level of the mounting position of each of the elastic wave generating means 65a, 65b, and 65c depends on whether or not ink is present at each of the plurality of elastic wave generating means 65a, 65b, and 65c. , The arrival times of the reflected waves of the elastic waves to the respective elastic wave generating means 65a, 65b and 65c are different. Accordingly, by scanning each elastic wave generating means 65 and detecting arrival times of reflected waves of the elastic waves at the elastic wave generating means 65a, 65b and 65c, the respective elastic wave generating means 65a, 65b and 65c are mounted. The presence or absence of ink at the position level can be detected. Therefore, it is possible to detect the remaining amount of ink step by step. For example, when the ink liquid level is at a level between the elastic wave generating means 65b and the elastic wave generating means 65c, the elastic wave generating means 65c detects the absence of ink, while the elastic wave generating means 65b and 65a indicate that ink is present. To detect. By comprehensively evaluating these results, it can be seen that the ink liquid level is located between the elastic wave generating means 65b and the elastic wave generating means 65c.
[0065]
FIG. 11 shows still another embodiment of the ink cartridge of the present invention. In the ink cartridge of FIG. 11, a plate material 67 is attached to a float 68 to cover the ink liquid level in order to increase the intensity of the reflected wave from the liquid level. The plate material 67 is formed of a material having high acoustic impedance and ink resistance, such as a ceramic plate material.
[0066]
FIG. 12 shows another embodiment of the ink cartridge shown in FIG. In the ink cartridge of FIG. 12, similarly to the ink cartridge of FIG. 11, in order to increase the intensity of the reflected wave from the liquid surface, a plate material 67 is attached to the float 68 to cover the ink liquid surface. In FIG. 12A, the elastic wave generating means 65 is fixed to the bottom surface 1a formed obliquely in the vertical direction. When the remaining amount of ink is reduced and the elastic wave generating means 65 is exposed from the liquid surface, the arrival time of the reflected elastic wave generated by the elastic wave generating means 65 to the elastic wave generating means 65 changes. The presence or absence of ink at the level of the mounting position of the means 65 can be detected. Since the elastic wave generating means 65 is mounted on the bottom surface 1a formed obliquely in the vertical direction, some ink remains in the container 1 even after the elastic wave generating means 65 detects that there is no ink. From this, it is possible to detect the remaining amount of ink at the time of ink near end.
[0067]
In FIG. 12B, a plurality of elastic wave generating means 65a, 65b, and 65c are provided in the container 1 at intervals in the vertical direction on a bottom surface 1a formed obliquely in the vertical direction. According to the embodiment of FIG. 12B, each of the elastic wave generating means 65a, 65b and 65c depends on whether ink is present at each of the plurality of elastic wave generating means 65a, 65b and 65c. The arrival times of the reflected waves to the elastic wave generating means 65a, 65b and 65c at the mounting position level are different. Therefore, by scanning each elastic wave generating means 65 and detecting the arrival time of the reflected wave at each elastic wave generating means, the presence or absence of ink at the level of the mounting position of each elastic wave generating means 65a, 65b and 65c. Can be detected. For example, when the ink level is at a level between the elastic wave generating means 65b and the elastic wave generating means 65c, the elastic wave generating means 65c detects the absence of ink, while the elastic wave generating means 65b and 65a have ink. Is detected. By comprehensively evaluating these results, it can be seen that the ink liquid level is located between the elastic wave generating means 65b and the elastic wave generating means 65c.
[0068]
FIG. 13 shows still another embodiment of the ink cartridge of the present invention. In the ink cartridge shown in FIG. 13A, an ink absorber 74 is arranged so that at least part of the ink cartridge faces a through hole 1c provided in the container 1. The elastic wave generating means 70 is fixed to the bottom surface 1a of the container 1 so as to face the through hole 1c. In the ink cartridge shown in FIG. 13B, an ink absorber 75 is disposed so as to face a groove 1h formed in communication with the through hole 1c.
[0069]
According to the embodiment shown in FIG. 13, when the ink in the container 1 is consumed and the ink absorbers 74 and 75 are exposed from the ink, the ink in the ink absorbers 74 and 75 flows out by its own weight, and the ink is supplied to the recording head 31. Supply. When the ink is completely consumed, the ink absorbers 74 and 75 suck up the ink remaining in the through hole 1c, so that the ink is completely discharged from the concave portion of the through hole 1c. For this reason, the state of the reflected wave of the elastic wave generated by the elastic wave generating means 70 at the ink end changes, so that the ink end can be detected more reliably.
[0070]
FIG. 14 shows a plan view of still another embodiment of the through hole 1c. As shown in FIGS. 14A to 14C, the planar shape of the through hole 1c may be any shape such as a circle, a rectangle, and a triangle as long as the elastic wave generating means can be attached. .
[0071]
FIG. 15 shows a cross section of another embodiment of the ink jet recording apparatus of the present invention. FIG. 15A shows a cross section of only the ink jet recording apparatus. FIG. 15B shows a cross section when the ink cartridge 272 is attached to the ink jet recording apparatus. The carriage 250 that can reciprocate in the width direction of the inkjet recording paper has a recording head 252 on the lower surface. The carriage 250 has a sub tank unit 256 on the upper surface of the recording head 252. The sub tank unit 256 has the same configuration as the sub tank unit 33 shown in FIG. The sub tank unit 256 has an ink supply needle 254 on the mounting surface side of the ink cartridge 272. The carriage 250 has a convex portion 258 in a region where the ink cartridge 272 is mounted so as to face the bottom of the ink cartridge 272. The convex portion 258 has elastic wave generating means 260 such as a piezoelectric vibrator.
[0072]
FIG. 16 shows an embodiment of an ink cartridge suitable for the recording apparatus shown in FIG. FIG. 16A shows an embodiment of an ink cartridge for single color, for example, black ink. The ink cartridge 272 of this embodiment includes a container 274 that stores ink and an ink supply port 276 that is joined to the ink supply needle 254 of the recording apparatus. The container 274 has a concave portion 278 that engages with the convex portion 258 on the bottom surface 274a. The concave portion 278 accommodates an ultrasonic transmission material, for example, a gelling material 280.
[0073]
The ink supply port 276 includes a packing 282, a valve body 286, and a spring 284. The packing 282 engages with the ink supply needle 254 in a liquid-tight manner. The valve body 286 is always elastically contacted with the packing 282 by the spring 284. When the ink supply needle 254 is inserted into the ink supply port 276, the valve element 286 is pushed by the ink supply needle 254 to open the ink flow path. On the top of the container 274, a semiconductor storage means 288 that stores information relating to the ink and the like of the ink cartridge 272 is mounted.
[0074]
FIG. 16B shows an embodiment of an ink cartridge that contains a plurality of types of ink. The container 290 is divided into a plurality of regions, that is, three ink chambers 292, 294, 296 by walls. Each ink chamber 292, 294, and 296 has ink supply ports 298, 300, and 302. Gelling materials 304, 306, and 308 for transmitting elastic waves generated by the elastic wave generating means 260 are formed in cylindrical recesses in regions facing the ink chambers 292, 294, and 296 on the bottom surface 290a of the container 290. 310, 312, and 314.
[0075]
As shown in FIG. 15B, when the ink supply port 276 of the ink cartridge 272 is inserted into the ink supply needle 254 of the sub tank unit 256, the valve body 286 moves backward against the spring 284 to form an ink flow path. Therefore, the ink in the ink cartridge 272 flows into the ink chamber 262. When the ink chamber 262 is filled with ink, a negative pressure is applied to the nozzle openings of the recording head 252 to fill the recording head 252 with ink, and then a recording operation is performed. When ink is consumed by the recording head 252 by the recording operation, the pressure on the downstream side of the membrane valve 266 decreases, so that the membrane valve 266 opens away from the valve body 270. The ink in the ink chamber 262 flows into the recording head 252 by opening the membrane valve 266. As the ink flows into the recording head 252, the ink in the ink cartridge 272 flows into the sub tank unit 256.
[0076]
During the operation period of the recording apparatus, a drive signal is supplied to the elastic wave generating means 260 at a preset detection timing, for example, at a constant period. The elastic wave generated by the elastic wave generating means 260 is radiated from the convex portion 258, propagates through the gelling material 280 on the bottom surface 274a of the ink cartridge 272, and is transmitted to the ink in the ink cartridge 272. In FIG. 15, the elastic wave generating means 260 is provided in the carriage 250, but the elastic wave generating means 260 may be provided in the sub tank unit 256.
[0077]
Since the elastic wave generated by the elastic wave generation means 260 propagates in the ink liquid, the time for the reflected wave reflected on the liquid surface to reach the elastic wave derivation means 260 depends on the density of the ink liquid and the liquid level of the ink. Change. Therefore, when the composition of the ink is constant, the arrival time of the reflected wave generated on the liquid surface depends only on the ink amount. Therefore, the amount of ink in the ink cartridge 272 can be detected by detecting the time until the reflected wave from the ink liquid surface after excitation of the elastic wave generating means 260 reaches the elastic wave generating means 260. The elastic wave generated by the elastic wave generating means 260 vibrates the particles contained in the ink, thereby preventing precipitation of pigments and the like.
[0078]
When the ink in the ink cartridge 272 decreases to near the ink end due to the printing operation or the maintenance operation, and the reflected wave from the surface of the ink liquid after the elastic wave generation by the elastic wave generating means 260 cannot be received, the ink near end Therefore, it is possible to prompt the user to replace the ink cartridge 272. When the ink cartridge 272 is not mounted on the carriage 250 as specified, the elastic wave propagation form by the elastic wave generating means 260 changes extremely. By utilizing this, when an extreme change in elastic wave is detected, an alarm can be issued to prompt the user to check the ink cartridge 272.
[0079]
The arrival time of the reflected elastic wave generated by the elastic wave generating means 260 to the elastic wave generating means 260 is affected by the density of the ink stored in the container 274. Since the ink density may differ depending on the type of ink, the data relating to the type of ink stored in the ink cartridge 272 is stored in the semiconductor storage unit 288, and a detection sequence corresponding to that is executed to execute the ink remaining. The amount can be detected more accurately.
[0080]
FIG. 17 shows another embodiment of the ink cartridge 272 of the present invention. In the ink cartridge 272 shown in FIG. 17, the bottom surface 274a is formed obliquely in the vertical direction. In the ink cartridge 272 of FIG. 17, when the remaining amount of ink is reduced and a part of the elastic wave irradiation area of the elastic wave generating unit 260 is exposed from the ink liquid surface, the reflected wave of the elastic wave generated by the elastic wave generating unit 260. The arrival time at the elastic wave generating means 260 continuously changes corresponding to the change Δh1 in the ink level. Δh1 indicates a difference in height of the bottom surface 274a at both ends of the gelled material 280. Therefore, by detecting the arrival time of the reflected wave to the elastic wave generating means 260, the process from the ink near end state to the ink end can be accurately detected.
[0081]
FIG. 18 shows still another embodiment of the ink cartridge 272 and the ink jet recording apparatus of the present invention. The ink jet recording apparatus of FIG. 18 has a convex portion 258 ′ on the side surface 274b of the ink cartridge 272 on the ink supply port 276 side. The convex portion 258 ′ includes elastic wave generating means 260 ′. A gelling material 280 ′ is provided on the side surface 274 b of the ink cartridge 272 so as to engage with the convex portion 258 ′. According to the ink cartridge 272 of FIG. 18, when the remaining amount of ink is reduced and a part of the elastic wave irradiation area of the elastic wave generating means 260 ′ is exposed from the liquid surface, the elastic wave generated by the elastic wave generating means 260 ′ is generated. The arrival time and acoustic impedance of the reflected wave to the elastic wave generating means 260 ′ continuously change corresponding to the change Δh2 in the liquid level. Δh2 represents the difference in height between the upper end and the lower end of the gelled material 280 ′. Therefore, the process from the ink near-end state to the ink end can be accurately detected by detecting the arrival time of the reflected wave to the elastic wave generating means 260 ′ or the degree of change in the acoustic impedance.
[0082]
In the above-described embodiment, an example of an ink cartridge in which ink is directly stored in the container 274 has been described. As another embodiment, the elastic wave generating means 260 may be applied to an ink cartridge in which a porous elastic body is loaded in the container 274 and the porous elastic body is impregnated with ink. Further, in the above-described embodiment, when detecting the remaining amount of ink based on the reflected wave on the liquid surface, the elastic wave is transmitted and received by the same elastic wave generating means 260 and 260 ′. The present invention is not limited to this. For example, as another embodiment, different elastic wave generating means 260 may be used for transmitting and receiving elastic waves.
[0083]
FIG. 19 shows another embodiment of the ink cartridge 272 shown in FIG. The ink cartridge 272 attaches the plate material 316 to the float 318 and covers the ink liquid surface, thereby increasing the intensity of the reflected wave from the ink liquid surface. The plate member 316 is preferably formed of a material having high acoustic impedance and ink resistance, such as ceramic.
[0084]
20 and 21 show details and an equivalent circuit of the actuator 106 which is an embodiment of the piezoelectric device. The actuator here is used in a method of detecting a consumption state of a liquid in a liquid container by detecting at least a change in acoustic impedance. In particular, it is used in a method for detecting a consumption state of liquid in a liquid container by detecting at least a change in acoustic impedance by detecting a resonance frequency by residual vibration. FIG. 20A is an enlarged plan view of the actuator 106. FIG. 20B shows a BB cross section of the actuator 106. FIG. 20C shows a CC cross section of the actuator 106. Further, FIGS. 21A and 21B show an equivalent circuit of the actuator 106. FIGS. 21C and 21D show the periphery including the actuator 106 and its equivalent circuit when the ink is filled in the ink cartridge, respectively, and FIGS. 21E and 21F. ) Shows the periphery including the actuator 106 and its equivalent circuit when there is no ink in the ink cartridge.
[0085]
The actuator 106 includes a substrate 178 having a circular opening 161 at substantially the center, a vibration plate 176 disposed on one surface (hereinafter referred to as a surface) of the substrate 178 so as to cover the opening 161, and the vibration plate 176. The piezoelectric layer 160 disposed on the surface side, the upper electrode 164 and the lower electrode 166 sandwiching the piezoelectric layer 160 from both sides, the upper electrode terminal 168 electrically coupled to the upper electrode 164, and the lower electrode 166 electrically A lower electrode terminal 170 to be coupled and an auxiliary electrode 172 disposed between the upper electrode 164 and the upper electrode terminal 168 and electrically coupled to each other are provided. The piezoelectric layer 160, the upper electrode 164, and the lower electrode 166 each have a circular portion as a main part. Each circular portion of the piezoelectric layer 160, the upper electrode 164, and the lower electrode 166 forms a piezoelectric element.
[0086]
The diaphragm 176 is formed on the surface of the substrate 178 so as to cover the opening 161. The cavity 162 is formed by a portion facing the opening 161 of the vibration plate 176 and the opening 161 on the surface of the substrate 178. A surface of the substrate 178 opposite to the piezoelectric element (hereinafter referred to as a back surface) faces the liquid container side, and the cavity 162 is configured to come into contact with the liquid. The diaphragm 176 is liquid-tightly attached to the substrate 178 so that the liquid does not leak to the surface side of the substrate 178 even if the liquid enters the cavity 162.
[0087]
The lower electrode 166 is located on the surface of the vibration plate 176, that is, the surface opposite to the liquid container, and is attached so that the center of the circular portion which is the main part of the lower electrode 166 and the center of the opening 161 are substantially coincided with each other. It has been. The area of the circular portion of the lower electrode 166 is set to be smaller than the area of the opening 161. On the other hand, on the surface side of the lower electrode 166, the piezoelectric layer 160 is formed so that the center of the circular portion and the center of the opening 161 substantially coincide. The area of the circular portion of the piezoelectric layer 160 is set to be smaller than the area of the opening 161 and larger than the area of the circular portion of the lower electrode 166.
[0088]
On the other hand, on the surface side of the piezoelectric layer 160, the upper electrode 164 is formed so that the center of the circular portion which is the main part thereof substantially coincides with the center of the opening 161. The area of the circular portion of the upper electrode 164 is set to be smaller than the area of the circular portion of the opening 161 and the piezoelectric layer 160 and larger than the area of the circular portion of the lower electrode 166.
[0089]
Accordingly, the main part of the piezoelectric layer 160 is structured to be sandwiched between the main part of the upper electrode 164 and the main part of the lower electrode 166 from the front surface side and the back surface side, respectively. Deformation drive is possible. The circular portions that are the main portions of the piezoelectric layer 160, the upper electrode 164, and the lower electrode 166 form a piezoelectric element in the actuator 106. As described above, the piezoelectric element is in contact with the diaphragm 176. Of the circular portion of the upper electrode 164, the circular portion of the piezoelectric layer 160, the circular portion of the lower electrode 166, and the opening 161, the opening 161 has the largest area. With this structure, the vibration region of the diaphragm 176 that actually vibrates is determined by the opening 161. Further, since the circular portion of the upper electrode 164, the circular portion of the piezoelectric layer 160, and the circular portion of the lower electrode 166 have a smaller area than the opening 161, the diaphragm 176 is more likely to vibrate. Furthermore, of the circular portion of the lower electrode 166 and the circular portion of the upper electrode 164 that are electrically connected to the piezoelectric layer 160, the circular portion of the lower electrode 166 is smaller. Accordingly, the circular portion of the lower terminal 166 determines the portion of the piezoelectric layer 160 that generates the piezoelectric effect.
[0090]
The upper electrode terminal 168 is formed on the surface side of the diaphragm 176 so as to be electrically connected to the upper electrode 164 via the auxiliary electrode 172. On the other hand, the lower electrode terminal 170 is formed on the surface side of the diaphragm 176 so as to be electrically connected to the lower electrode 166. Since the upper electrode 164 is formed on the surface side of the piezoelectric layer 160, it is necessary to have a step equal to the sum of the thickness of the piezoelectric layer 160 and the thickness of the lower electrode 166 in the middle of connection with the upper electrode terminal 168. It is difficult to form the step with only the upper electrode 164, and even if possible, the connection state between the upper electrode 164 and the upper electrode terminal 168 becomes weak and there is a risk of disconnection. Therefore, the upper electrode 164 and the upper electrode terminal 168 are connected using the auxiliary electrode 172 as an auxiliary member. By doing so, the piezoelectric layer 160 and the upper electrode 164 are both supported by the auxiliary electrode 172, and a desired mechanical strength can be obtained, and the connection between the upper electrode 164 and the upper electrode terminal 168 is ensured. It becomes possible to.
[0091]
The vibration region facing the piezoelectric element in the piezoelectric element and the diaphragm 176 is a vibration part that actually vibrates in the actuator 106. Moreover, it is preferable that the members included in the actuator 106 are integrally formed by firing each other. By integrally forming the actuator 106, the handling of the actuator 106 becomes easy. Furthermore, the vibration characteristics are improved by increasing the strength of the substrate 178. That is, by increasing the strength of the substrate 178, only the vibration portion of the actuator 106 vibrates, and portions other than the vibration portion of the actuator 106 do not vibrate. Further, in order not to vibrate parts other than the vibration part of the actuator 106, the strength of the substrate 178 can be increased, whereas the piezoelectric element of the actuator 106 is made thin and small and the vibration plate 176 is made thin.
[0092]
As the material of the piezoelectric layer 160, it is preferable to use lead zirconate titanate (PZT), lead lanthanum zirconate titanate (PLZT), or lead-free piezoelectric film that does not use lead, and the substrate 178 is made of zirconia or alumina. It is preferable to use it. Further, it is preferable to use the same material as the substrate 178 for the diaphragm 176. For the upper electrode 164, the lower electrode 166, the upper electrode terminal 168, and the lower electrode terminal 170, a conductive material, for example, a metal such as gold, silver, copper, platinum, aluminum, or nickel can be used.
[0093]
The actuator 106 configured as described above can be applied to a container that contains a liquid. For example, the ink cartridge can be attached to an ink cartridge or an ink tank used in an ink jet recording apparatus, or a container containing a cleaning liquid for cleaning the recording head.
[0094]
The actuator 106 shown in FIGS. 20 and 21 is mounted at a predetermined location of the liquid container so that the cavity 162 is in contact with the liquid contained in the liquid container. When the liquid is sufficiently contained in the liquid container, the inside of the cavity 162 and the outside thereof are filled with the liquid. On the other hand, when the liquid in the liquid container is consumed and the liquid level drops below the mounting position of the actuator, there is no liquid in the cavity 162, or liquid remains only in the cavity 162 and there is gas outside the cavity 162. It becomes a state to do. The actuator 106 detects at least a difference in acoustic impedance caused by the change in the state. Accordingly, the actuator 106 can detect whether the liquid is sufficiently contained in the liquid container or whether a certain amount or more of liquid has been consumed. Furthermore, the actuator 106 can also detect the type of liquid in the liquid container.
[0095]
Here, the principle of the liquid level detection by the actuator will be described.
[0096]
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 measures the voltage applied to the medium at different frequencies. A change in current value or voltage value measured by the transmission circuit indicates a change in acoustic impedance. Further, a change in the frequency fm at which the current value or voltage value is maximized or minimized also indicates a change in acoustic impedance.
[0097]
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.
[0098]
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.
[0099]
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 actuator 106 to the transmission circuit, the actuator 106 can detect at least the acoustic impedance.
[0100]
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.
[0101]
The vibration region of the actuator 106 is a portion constituting the cavity 162 determined by the opening 161 of the vibration plate 176. When the liquid is sufficiently stored in the liquid container, the cavity 162 is filled with the liquid, and the vibration region comes into contact with the liquid in the liquid container. On the other hand, when there is not enough liquid in the liquid container, the vibration region is in contact with the liquid remaining in the cavity in the liquid container, or is not in contact with the liquid but is in contact with gas or vacuum.
[0102]
The actuator 106 of the present invention is provided with a cavity 162, whereby the liquid in the liquid container can be designed to remain in the vibration region of the actuator 106. The reason is as follows.
[0103]
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.
[0104]
Further, as shown in FIG. 21E, the case where there is no liquid in the liquid container and the liquid in the liquid container remains in the cavity 162 of the actuator 106 is set as the threshold value for the presence or absence of the liquid. That is, if there is no liquid around the cavity 162 and there is less liquid in the cavity than this threshold, it is determined that there is no ink. If there is liquid around the cavity 162 and there is more liquid than this threshold, ink is present. to decide. For example, when the actuator 106 is mounted on the side wall of the liquid container, it is determined that there is no ink when the liquid in the liquid container is below the mounting position of the actuator, and the liquid in the liquid container is above the mounting position of the actuator. In some cases, it is determined that ink is present. By setting the threshold in this way, it is determined that there is no ink even when the ink in the cavity has dried and the ink has run out. Even if it adheres to the cavity, the threshold value is not exceeded, so it can be determined that there is no ink.
[0105]
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 actuator 106 by measuring the back electromotive force will be described with reference to FIGS. In the actuator 106, a voltage is applied to the upper electrode 164 and the lower electrode 166 via the upper electrode terminal 168 and the lower electrode terminal 170, respectively. An electric field is generated in a portion of the piezoelectric layer 160 sandwiched between the upper electrode 164 and the lower electrode 166. The piezoelectric layer 160 is deformed by the electric field. When the piezoelectric layer 160 is deformed, the vibration region of the vibration plate 176 is flexibly vibrated. For a while after the piezoelectric layer 160 is deformed, the flexural vibration remains in the vibration portion of the actuator 106.
[0106]
The residual vibration is free vibration between the vibration part of the actuator 106 and the medium. Therefore, by setting the voltage applied to the piezoelectric layer 160 to a pulse waveform or a rectangular wave, it is possible to easily obtain the resonance state between the vibrating portion and the medium after the voltage is applied. The residual vibration causes the vibration portion of the actuator 106 to vibrate, so that the piezoelectric layer 160 is also deformed. Accordingly, the piezoelectric layer 160 generates a counter electromotive force. The counter electromotive force is detected through the upper electrode 164, the lower electrode 166, the upper electrode terminal 168 and the lower electrode terminal 170. Since the resonance frequency can be specified by the detected back electromotive force, the state of the liquid in the liquid container can be detected.
[0107]
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.
[0108]
FIG. 20C is a cross-sectional view of the actuator 106 when no ink remains in the cavity in this embodiment. FIGS. 21A and 21B are equivalent circuits of the vibrating portion of the actuator 106 and the cavity 162 when no ink remains in the cavity.
[0109]
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 piezoelectric layer 160 and the density of the piezoelectric layer 160 in the vibrating portion by the area of the piezoelectric layer 160. Melectrode1 is obtained by dividing the product of the thickness of the upper electrode 164 and the density of the upper electrode 164 in the vibrating portion by the area of the upper electrode 164. Melectrode2 is obtained by dividing the product of the thickness of the lower electrode 166 and the density of the lower electrode 166 in the vibrating portion by the area of the lower electrode 166. Mvib is obtained by dividing the product of the thickness of the diaphragm 176 and the density of the diaphragm 176 in the vibration section by the area of the vibration region of the diaphragm 176. However, in this embodiment, Mact can be calculated from the thickness, density, and area of the entire vibration part. In this embodiment, each of the vibration regions of the piezoelectric layer 160, the upper electrode 164, the lower electrode 166, and the vibration plate 176 is obtained. Although the areas have the above-described magnitude relationship, the difference between the areas is preferably small. In the present embodiment, in the piezoelectric layer 160, the upper electrode 164, and the lower electrode 166, it is preferable that portions other than the circular portion, which is the main portion thereof, are so small as to be negligible with respect to the main portion. Accordingly, in the actuator 106, Mact is the sum of the inertances of the vibration regions of the upper electrode 164, the lower electrode 166, the piezoelectric layer 160 and the vibration plate 176. The compliance Cact is a compliance of a portion formed by the vibration region of the upper electrode 164, the lower electrode 166, the piezoelectric layer 160, and the vibration plate 176.
[0110]
21A, FIG. 21B, FIG. 21D, and FIG. 21F show equivalent circuits of the vibrating portion of the actuator 106 and the cavity 162. In these equivalent circuits, Cact is The compliance of the vibration part of the actuator 106 is shown. Cpzt, Celectrode1, Celectrode2, and Cvib respectively indicate the compliance of the piezoelectric layer 160, the upper electrode 164, the lower electrode 166, and the diaphragm 176 in the vibration part. Cact is expressed by Equation 3 below.
[0111]
1 / Cact = (1 / Cpzt) + (1 / Celectrode1) + (1 / Celectrode2) + (1 / Cvib) (Formula 3)
From Equation 2 and Equation 3, FIG. 21A can also be expressed as FIG. 21B.
[0112]
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.
[0113]
FIG. 21C is a cross-sectional view of the actuator 106 when the liquid is sufficiently contained in the liquid container and the liquid is filled around the vibration region of the actuator 106. M′max in FIG. 21C represents the maximum value of additional inertance when the liquid is sufficiently contained in the liquid container and the liquid is filled around the vibration region of the actuator 106. M 'max is
[0114]
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.)
[0115]
It is represented by Equation 4 is established when the vibration region of the actuator 106 is a circle having a radius a. 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. As can be seen from Equation 4, M′max varies greatly depending on the radius a of the vibrating portion and the density ρ of the medium.
[0116]
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.)
[0117]
It is represented by
[0118]
FIG. 21D shows an equivalent circuit of the vibration part of the actuator 106 and the cavity 162 in the case of FIG. 21C in which the liquid is sufficiently contained in the liquid container and the liquid is filled around the vibration region of the actuator 106. Indicates.
[0119]
FIG. 21E is a cross-sectional view of the actuator 106 when the liquid in the liquid container is consumed and there is no liquid around the vibration region of the actuator 106, but the liquid remains in the cavity 162 of the actuator 106. Show. Formula 4 is a formula representing the maximum inertance M′max determined from the density ρ of the ink, for example, when the liquid container is filled with liquid. On the other hand, when the liquid in the liquid container is consumed, and the liquid around the vibration region of the actuator 106 becomes gas or vacuum while the liquid remains in the cavity 162,
[0120]
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 actuator 106. When this vibration region is a circle having a radius a, S = π * a ² It is. Therefore, the additional inertance M ′ follows the equation 4 when the liquid is sufficiently contained in the liquid container and the liquid is filled around the vibration region of the actuator 106. On the other hand, when the liquid is consumed and the liquid around the vibration region of the actuator 106 becomes a gas or a vacuum while the liquid remains in the cavity 162, Equation 6 is satisfied.
[0121]
Here, as shown in FIG. 21E, the liquid in the liquid container is consumed and there is no liquid in the vicinity of the vibration region of the actuator 106, but the liquid remains in the cavity 162 of the actuator 106. For the sake of convenience, the inertance M ′ is referred to as M′cav, and is distinguished from the additional inertance M′max in the case where liquid is filled around the vibration region of the actuator 106.
[0122]
FIG. 21F shows the case of FIG. 21E where the liquid in the liquid container is consumed and there is no liquid around the vibration region of the actuator 106, but the liquid remains in the cavity 162 of the actuator 106. 3 shows an equivalent circuit of the vibrating portion of the actuator 106 and the cavity 162.
[0123]
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 Equation 6. When the liquid is sufficiently stored in the liquid container, the liquid comes into contact with the vibrating portion of the actuator 106, and when the liquid is not sufficiently stored in the liquid container, the liquid remains in the cavity, Alternatively, gas or vacuum comes into contact with the vibrating portion of the actuator 106. When the liquid around the actuator 106 is consumed and the additional inertance in the process of shifting from M′max in FIG. 21C to M′cav in FIG. 21E is M ′ var, the liquid is contained in the liquid container. Since the thickness t of the medium changes depending on the state, the additional inertance M′var changes and the resonance frequency fs also changes. Therefore, the presence or absence of liquid in the liquid container can be detected by specifying the resonance frequency fs. Here, when t = d as shown in FIG. 21 (E), when M′cav is expressed using Equation 6, the cavity depth d is substituted for t in Equation 6,
[0124]
M′cav = ρ * d / S (Formula 7)
It becomes.
[0125]
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 actuator 106 and they are not mixed, the difference in M ′ can be detected even if calculated by Equation 4.
[0126]
FIG. 22A 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.
[0127]
When ink is sufficiently stored in the ink container, and the ink is filled around the vibration region of the actuator 106, the maximum additional inertance M′max is a value expressed by Equation 4. On the other hand, when the ink is consumed and the liquid remains in the cavity 162 and the ink is not filled around the vibration region of the actuator 106, the additional inertance M′var is expressed by the equation 6 based on the thickness t of the medium. Is calculated by Since t in Equation 6 is the thickness of the medium involved in the vibration, the ink gradually increases by making d of the cavity 162 of the actuator 106 (see FIG. 20B) small, that is, by making the substrate 178 sufficiently thin. It is also possible to detect the process of being consumed by the battery (see FIG. 21C). Here, tink is the thickness of the ink involved in vibration, and tink-max is the tink at M′max. For example, the actuator 106 is disposed almost horizontally with respect to the ink level on the bottom surface of the ink cartridge. When the ink is consumed and the ink level reaches the height of tink-max or less from the actuator 106, M′var gradually changes according to Equation 6, and the resonance frequency fs gradually changes according to Equation 1. Therefore, as long as the ink level is within the range t, the actuator 106 can gradually detect the ink consumption state.
[0128]
Further, by increasing or decreasing the vibration area of the actuator 106 and arranging it vertically, S in Equation 6 changes according to the position of the liquid level due to ink consumption. Therefore, the actuator 106 can also detect a process in which ink is gradually consumed. For example, the actuator 106 is disposed on the side wall of the ink cartridge substantially perpendicular to the ink level. When the ink is consumed and the ink level reaches the vibration region of the actuator 106, the additional inertance M ′ decreases as the water level decreases, so that the resonance frequency fs gradually increases according to Equation 1. Therefore, as long as the ink level is within the range of the diameter 2a of the cavity 162 (see FIG. 21C), the actuator 106 can gradually detect the ink consumption state.
[0129]
A curve X in FIG. 22A indicates the amount of ink stored in the ink tank and the ink and the ink when the cavity 162 of the actuator 106 is sufficiently shallow or the vibration region of the actuator 106 is sufficiently large or long. The relationship with the resonance frequency fs of a vibration part is represented. It can be understood that the amount of ink in the ink tank decreases and the resonance frequency fs of the ink and the vibration part gradually changes.
[0130]
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 actuator 106 and are involved in vibration. Is the case. As the ink is gradually consumed, the medium involved in the vibration around the vibration region of the actuator 106 increases the gas while decreasing the liquid. For example, when the actuator 106 is disposed horizontally with respect to the ink level and when tink is smaller than tink-max, the medium involved in the vibration of the actuator 106 includes both ink and gas. Therefore, when the area S of the vibration region of the actuator 106 is expressed as a state where M′max or less in Expression 4 is expressed by the additional mass of ink and gas,
[0131]
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 actuator 106, as the liquid decreases and the gas increases, the tair increases when the actuator 106 is arranged substantially horizontally with respect to the ink surface. Tink decreases. Thereby, M′var gradually decreases and the resonance frequency gradually increases. Therefore, it is possible to detect the amount of ink remaining in the ink tank or the amount of ink consumed. The reason why only the liquid density is calculated in Expression 7 is that it is assumed that the air density is negligibly small relative to the liquid density.
[0132]
In the case where the actuator 106 is disposed substantially perpendicular to the ink liquid level, the medium that is involved in the vibration of the actuator 106 is the ink only area and the medium that is involved in the vibration of the actuator 106 among the vibration areas of the actuator 106. It is considered as an equivalent circuit (not shown) in parallel with the gas region. If the medium related to the vibration of the actuator 106 is Sink and the area of the medium only related to the vibration of the actuator 106 is Sair, then Sair.
[0133]
1 / M ′ = 1 / M′air + 1 / M′ink = Sair / (ρair * tair) + Sink / (ρink * tink) (Equation 9)
It becomes.
[0134]
Equation 9 is applied when ink is not held in the cavity of the actuator 106. The case where ink is held in the cavity of the actuator 106 can be calculated by Equation 7, Equation 8, and Equation 9.
[0135]
On the other hand, when the substrate 178 is thick, that is, when the depth d of the cavity 162 is deep and d is relatively close to the medium thickness tink-max, or when the vibration region is very small compared to the height of the liquid container In practice, rather than detecting a process in which the ink gradually decreases, it is detected that the ink level is higher than the actuator mounting position. In other words, the presence or absence of ink in the vibration region of the actuator is detected. For example, the curve Y in FIG. 22A shows the relationship between the amount of ink in the ink tank and the resonance frequency fs of the ink and the vibration part in the case of a small circular vibration region. A state is shown in which the ink and the resonance frequency fs of the vibrating part change drastically between the ink amount Q before and after the ink level in the ink tank passes through the mounting position of the actuator. From this, it is possible to detect whether or not a predetermined amount of ink remains in the ink tank.
[0136]
FIG. 22B 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. 22B, when the ink density is increased, the added 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.
[0137]
That is, it is possible to identify ink tanks containing different types of ink.
[0138]
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 cavity 162 of the actuator 106 even when the liquid in the liquid container is empty. Detailed description. If the actuator 106 can detect the liquid state when the cavity 162 is filled with the liquid, the actuator 106 can detect the liquid state even when the cavity 162 is not filled with the liquid.
[0139]
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 vibration of the vibrating part.
[0140]
Therefore, when M′cav is larger than M′max in Equation 4, all the medium that apparently absorbs is the liquid remaining in the cavity 162. Therefore, it is the same as the state where the liquid container is filled with the liquid. In this case, since M ′ does not change, the resonance frequency fs also does not change. Therefore, the actuator 106 cannot detect the state of the liquid in the liquid container.
[0141]
On the other hand, when M′cav is smaller than M′max in Equation 4, the medium that apparently absorbs is the liquid remaining in the cavity 162 and the gas or vacuum in the liquid container. At this time, unlike the state in which the liquid container is filled with liquid, M ′ changes, so the resonance frequency fs changes. Therefore, the actuator 106 can detect the state of the liquid in the liquid container.
[0142]
That is, when the liquid in the liquid container is empty and the liquid remains in the cavity 162 of the actuator 106, the condition under which the actuator 106 can accurately detect the liquid state is that M′cav is higher than M′max. It is small. Note that the condition M′max> M′cav that allows the actuator 106 to accurately detect the liquid state is not related to the shape of the cavity 162.
[0143]
Here, M′cav is the mass of the liquid having a volume approximately equal to the volume of the cavity 162. Therefore, from the inequality M′max> M′cav, the condition under which the actuator 106 can accurately detect the liquid state can be expressed as the condition of the capacity of the cavity 162. For example, when the radius of the opening 161 of the circular cavity 162 is a and the depth of the cavity 162 is d,
[0144]
M'max> ρ * d / πa ² (Formula 10)
It is. Expanding Equation 10
[0145]
a / d> 3 * π / 8 (Formula 11)
This condition is required. Expressions 10 and 11 are valid only when the shape of the cavity 162 is circular. Using the formula of M′max when not circular, πa in formula 10 ² Can be calculated by substituting for the area, and the relationship between the dimension such as the width and length of the cavity and the depth can be derived.
[0146]
Therefore, if the actuator 106 has the cavity 162 having the radius a of the opening 161 and the depth d of the cavity 162 satisfying Expression 11, the liquid in the liquid container is empty and the liquid is contained in the cavity 162. Even if it remains, the liquid state can be detected without malfunction.
[0147]
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 actuator 106 due to the residual vibration detects at least a change in acoustic impedance.
[0148]
Further, according to this embodiment, the back electromotive force generated in the actuator 106 due to the subsequent residual vibration after the actuator 106 generates vibration is measured. However, it is not always necessary for the vibrating portion of the actuator 106 to vibrate the liquid by its own vibration caused by the drive voltage. That is, even if the vibration part does not oscillate by itself, the piezoelectric layer 160 is bent and deformed by vibrating with a certain range of liquid in contact therewith. This residual vibration generates a counter electromotive force voltage in the piezoelectric layer 160 and transmits the counter electromotive force voltage to the upper electrode 164 and the lower electrode 166. The state of the medium may be detected by using this phenomenon. For example, in an ink jet recording apparatus, even if the state of the ink tank or the ink in the ink tank is detected by using the vibration around the vibration portion of the actuator generated by the vibration caused by the reciprocating movement of the carriage by the print head scanning during printing Good.
[0149]
FIGS. 23A and 23B show a residual vibration waveform of the actuator 106 and a method for measuring the residual vibration after the actuator 106 is vibrated. The upper and lower levels of the ink water level at the mounting position level of the actuator 106 in the ink cartridge can be detected by a change in the frequency or amplitude of the residual vibration after the actuator 106 oscillates. In FIGS. 23A and 23B, the vertical axis represents the voltage of the counter electromotive force generated by the residual vibration of the actuator 106, and the horizontal axis represents time. The residual vibration of the actuator 106 generates a voltage analog signal waveform as shown in FIGS. 23 (A) and 23 (B). Next, the analog signal is converted into a digital numerical value corresponding to the frequency of the signal.
[0150]
In the example shown in FIGS. 23A and 23B, 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.
[0151]
More specifically, after the actuator 106 oscillates, the number of times that a predetermined reference voltage set in advance is crossed from the low voltage side to the high voltage side is counted. The digital signal is set to High between 4 counts and 8 counts, and the time from 4 counts to 8 counts is measured by a predetermined clock pulse.
[0152]
FIG. 23A shows a waveform when the ink level is higher than the mounting position level of the actuator 106. On the other hand, FIG. 23B shows a waveform when there is no ink at the mounting position level of the actuator 106. Comparing FIG. 23A and FIG. 23B, it can be seen that FIG. 23A has a longer time from 4 counts to 8 counts than FIG. 23B. In other words, the time from 4 counts to 8 counts varies depending on the presence or absence of ink. By using this time difference, it is possible to detect the ink consumption state. The reason for counting from the fourth count of the analog waveform is to start measurement after the vibration of the actuator 106 is stabilized. The count from the fourth count is merely an example, and may be counted from an arbitrary count. Here, signals from the 4th count to the 8th count are detected, and a time from the 4th count to the 8th count is measured by a predetermined clock pulse. Thereby, the resonance frequency is obtained. The clock pulse is preferably a clock pulse equal to a clock for controlling a semiconductor memory device or the like attached to the ink cartridge. It is not necessary to measure the time up to the 8th count, and it may be counted up to an arbitrary count. In FIG. 23, the time from the 4th count to the 8th count is measured, but the time within different count intervals may be detected according to the circuit configuration for detecting the frequency.
[0153]
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.
[0154]
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 actuator 106 oscillates, the digital signal is set to High for a predetermined period, and the number of times the predetermined reference voltage is crossed from the low voltage side to the high voltage side is counted. The presence or absence of ink can be detected by measuring the count number.
[0155]
Further, as can be seen by comparing FIG. 23A and FIG. 23B, 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. 23A and the peak of the counter electromotive force waveform in FIG. After the actuator 106 oscillates, the digital signal is set to High at a predetermined time, and if the back electromotive force waveform crosses the reference voltage, it is determined that there is no ink. If the back electromotive force waveform does not cross the reference voltage, it is determined that ink is present.
[0156]
FIG. 24 shows a method for manufacturing the actuator 106. A plurality of actuators 106 (four in the example of FIG. 24) are integrally formed. The actuator 106 shown in FIG. 25 is manufactured by cutting the integrally molded product of the plurality of actuators shown in FIG. 24 at each actuator 106. When the piezoelectric elements of the plurality of integrally formed actuators 106 shown in FIG. 24 are circular, the actuator 106 shown in FIG. 20 can be manufactured by cutting the integrally formed product at each actuator 106. By integrally forming the plurality of actuators 106, the plurality of actuators 106 can be efficiently manufactured at the same time, and handling during transportation becomes easy.
[0157]
The actuator 106 includes a thin plate or vibration plate 176, a substrate 178, an elastic wave generating means or piezoelectric element 174, a terminal forming member or upper electrode terminal 168, and a terminal forming member or lower electrode terminal 170. The piezoelectric element 174 includes a piezoelectric diaphragm or piezoelectric layer 160, an upper electrode or upper electrode 164, and a lower electrode or lower electrode 166. A vibration plate 176 is formed on the upper surface of the substrate 178, and a lower electrode 166 is formed on the upper surface of the vibration plate 176. A piezoelectric layer 160 is formed on the upper surface of the lower electrode 166, and an upper electrode 164 is formed on the upper surface of the piezoelectric layer 160. Therefore, the main part of the piezoelectric layer 160 is formed so as to be sandwiched from above and below by the main part of the upper electrode 164 and the main part of the lower electrode 166.
[0158]
A plurality of (four in the example of FIG. 24) piezoelectric elements 174 are formed on the vibration plate 176. A lower electrode 166 is formed on the surface of the diaphragm 176, a piezoelectric layer 160 is formed on the surface of the lower electrode 166, and an upper electrode 164 is formed on the upper surface of the piezoelectric layer 160. Upper electrode terminals 168 and lower electrode terminals 170 are formed at the ends of the upper electrode 164 and the lower electrode 166. The four actuators 106 are cut separately and used individually.
[0159]
FIG. 25 shows a cross section of a part of the actuator 106 having a rectangular piezoelectric element.
[0160]
FIG. 26 shows an overall cross section of the actuator 106 shown in FIG. A through hole 178 a is formed on the surface of the substrate 178 facing the piezoelectric element 174. The through hole 178a is sealed by the vibration plate 176. The diaphragm 176 is made of an elastically deformable material such as alumina or zirconia oxide. A piezoelectric element 174 is formed on the vibration plate 176 so as to face the through hole 178a. The lower electrode 166 is formed on the surface of the diaphragm 176 so as to extend in one direction from the region of the through hole 178a, to the left in FIG. The upper electrode 164 is formed on the surface of the piezoelectric layer 160 so as to extend from the region of the through hole 178a in the direction opposite to the lower electrode, and to the right in FIG. The upper electrode terminal 168 and the lower electrode terminal 170 are formed on the upper surfaces of the auxiliary electrode 172 and the lower electrode 166, respectively. The lower electrode terminal 170 is in electrical contact with the lower electrode 166, and the upper electrode terminal 168 is in electrical contact with the upper electrode 164 via the auxiliary electrode 172, so that a signal between the piezoelectric element and the outside of the actuator 106 can be transmitted. Deliver it. The upper electrode terminal 168 and the lower electrode terminal 170 have a height equal to or higher than the height of the piezoelectric element in which the electrode and the piezoelectric layer are combined.
[0161]
FIG. 27 shows a manufacturing method of the actuator 106 shown in FIG. First, the through-hole 940a is drilled in the green sheet 940 using a press or laser processing. The green sheet 940 becomes the substrate 178 after firing. The green sheet 940 is formed of a material such as ceramic. Next, the green sheet 941 is laminated on the surface of the green sheet 940. The green sheet 941 becomes the diaphragm 176 after firing. The green sheet 941 is formed of a material such as zirconia oxide. Next, a conductive layer 942, a piezoelectric layer 160, and a conductive layer 944 are sequentially formed on the surface of the green sheet 941 by a method such as pressure film printing. The conductive layer 942 later becomes the lower electrode 166, and the conductive layer 944 later becomes the upper electrode 164. Next, the formed green sheet 940, green sheet 941, conductive layer 942, piezoelectric layer 160, and conductive layer 944 are dried and fired. The spacer members 947 and 948 raise the height of the upper electrode terminal 168 and the lower electrode terminal 170 to be higher than the piezoelectric element. The spacer members 947 and 948 are formed by printing the same material as the green sheets 940 and 941 or by laminating green sheets. The spacer members 947 and 948 can reduce the material of the upper electrode terminal 168 and the lower electrode terminal 170, which are noble metals, and can reduce the thickness of the upper electrode terminal 168 and the lower electrode terminal 170. The electrode terminal 170 can be printed with high accuracy, and the height can be further stabilized.
[0162]
If the connection portion 944 ′ with the conductive layer 944 and the spacer members 947 and 948 are formed at the same time as the formation of the conductive layer 942, the upper electrode terminal 168 and the lower electrode terminal 170 can be easily formed or firmly fixed. Finally, an upper electrode terminal 168 and a lower electrode terminal 170 are formed in end regions of the conductive layer 942 and the conductive layer 944. When the upper electrode terminal 168 and the lower electrode terminal 170 are formed, the upper electrode terminal 168 and the lower electrode terminal 170 are formed so as to be electrically connected to the piezoelectric layer 160.
[0163]
FIG. 28 shows still another embodiment of an ink cartridge to which the present invention is applied. FIG. 28A 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 hole 1c on the bottom surface 1a of the container 1 that stores ink. The bottom of the through-hole 1c is closed by the actuator 650 to form an ink reservoir.
[0164]
FIG. 28B shows a detailed cross section of the actuator 650 and the through hole 1c shown in FIG. FIG. 28C shows a plan view of the actuator 650 and the through hole 1c shown in FIG. The actuator 650 has a diaphragm 72 and a piezoelectric element 73 fixed to the diaphragm 72. The actuator 650 is fixed to the bottom surface of the container 1 so that the piezoelectric element 73 faces the through hole 1c through the vibration plate 72 and the substrate 71. The diaphragm 72 is elastically deformable and has ink resistance.
[0165]
Depending on the amount of ink in the container 1, the amplitude and frequency of the counter electromotive force generated by the residual vibration of the piezoelectric element 73 and the diaphragm 72 change. A through hole 1c is formed at a position facing the actuator 650, and a minimum amount of ink is secured in the through hole 1c. Therefore, the ink end of the container 1 can be reliably detected by measuring in advance the vibration characteristics of the actuator 650 determined by the amount of ink secured in the through hole 1c.
[0166]
FIG. 29 shows another embodiment of the through hole 1c. In each of FIGS. 29A, 29B, and 29C, the left figure shows a state where no ink K is present in the through hole 1c, and the right figure shows a state where the ink K remains in the through hole 1c. Indicates. In the embodiment of FIG. 28, the side surface of the through hole 1c is formed as a vertical wall. In FIG. 29 (A), the through hole 1c has a side surface 1d that is slanted in the vertical direction and is open to the outside. In FIG. 29B, stepped portions 1e and 1f are formed on the side surface of the through hole 1c. The upper step portion 1f is wider than the lower step portion 1e. In FIG. 29C, the through hole 1c has a groove 1g extending in the direction in which the ink K is easily discharged, that is, in the direction of the ink supply port 2.
[0167]
According to the shape of the through hole 1c shown in FIGS. 29A to 29C, the amount of ink K in the ink reservoir can be reduced. Accordingly, since M ′ cav described in FIGS. 20 and 21 can be made smaller than M′max, the vibration characteristics of the actuator 650 at the ink end can be determined by the amount of ink K that can be printed on the container 1. Since it can be greatly different from the remaining case, the ink end can be detected more reliably.
[0168]
FIG. 30 is a perspective view showing another embodiment of the actuator. The actuator 660 has a packing 76 outside the through hole 1c of the substrate or the mounting plate 78 constituting the actuator 660. A caulking hole 77 is formed on the outer periphery of the actuator 660. The actuator 660 is fixed to the container 1 by caulking through the caulking hole 77.
[0169]
31A and 31B are perspective views showing still another embodiment of the actuator. In the present embodiment, the actuator 670 includes a recess forming substrate 80 and a piezoelectric element 82. A recess 81 is formed on one surface of the recess forming substrate 80 by a technique such as etching, and a piezoelectric element 82 is attached to the other surface. Of the recess forming substrate 80, the bottom of the recess 81 acts as a vibration region. Therefore, the vibration region of the actuator 670 is defined by the peripheral edge of the recess 81. Further, the actuator 670 is similar to the structure in which the substrate 178 and the diaphragm 176 are integrally formed in the actuator 106 according to the embodiment of FIG. Accordingly, the manufacturing process can be shortened when manufacturing the ink cartridge, and the cost is reduced. The actuator 670 has a size that can be embedded in the through hole 1 c provided in the container 1. Thereby, the recess 81 can also act as a cavity. Note that the actuator 106 according to the embodiment of FIG. 20 may be formed so as to be embedded in the through hole 1c similarly to the actuator 670 according to the embodiment of FIG.
[0170]
FIG. 32 is a perspective view showing a configuration in which the actuator 106 is integrally formed as the mounting module body 100. The module body 100 is attached to a predetermined portion of the container 1 of the ink cartridge. The module body 100 is configured to detect the consumption state of the liquid in the container 1 by detecting a change in at least the acoustic impedance in the ink liquid. The module body 100 of the present embodiment includes a liquid container mounting portion 101 for mounting the actuator 106 to the container 1. The liquid container mounting portion 101 has a structure in which a cylindrical portion 116 that houses an actuator 106 that oscillates in response to a drive signal is placed on a base 102 having a substantially rectangular plane. When the module body 100 is mounted on the ink cartridge, the actuator 106 of the module body 100 is configured so as not to contact from the outside, so that the actuator 106 can be protected from external contact. The leading edge of the cylindrical portion 116 is rounded so that it can be easily fitted into a hole formed in the ink cartridge.
[0171]
FIG. 33 is an exploded view showing the configuration of the module body 100 shown in FIG. The module body 100 includes a liquid container mounting portion 101 made of resin, and a piezoelectric device mounting portion 105 having a plate 110 and a recess 113. Further, the module body 100 includes lead wires 104a and 104b, an actuator 106, and a film 108. Preferably, the plate 110 is made of a material that hardly rusts, such as stainless steel or a stainless alloy. The cylindrical portion 116 and the base 102 included in the liquid container mounting portion 101 have an opening 114 formed at the center so that the lead wires 104a and 104b can be accommodated, and can accommodate the actuator 106, the film 108, and the plate 110. A recess 113 is formed. The actuator 106 is joined to the plate 110 via the film 108, and the plate 110 and the actuator 106 are fixed to the liquid container mounting portion 101. Accordingly, the lead wires 104 a and 104 b, the actuator 106, the film 108, and the plate 110 are attached to the liquid container attaching portion 101 as a unit. The lead wires 104a and 104b are coupled to the upper electrode and the lower electrode of the actuator 106, respectively, and transmit a drive signal to the piezoelectric layer, while transmitting a resonance frequency signal detected by the actuator 106 to a recording device or the like. The actuator 106 oscillates temporarily based on the drive signal transmitted from the lead wires 104a and 104b. The actuator 106 vibrates residually after oscillation, and generates back electromotive force by the vibration. At this time, the resonance frequency corresponding to the liquid consumption state in the liquid container can be detected by detecting the vibration period of the counter electromotive force waveform. The film 108 adheres the actuator 106 and the plate 110 to make the actuator liquid-tight. The film 108 is preferably formed of polyolefin or the like and bonded by heat fusion.
[0172]
The plate 110 has a circular shape, and the opening 114 of the base 102 is formed in a cylindrical shape. The actuator 106 and the film 108 are formed in a rectangular shape. The lead wire 104, the actuator 106, the film 108, and the plate 110 may be detachable from the base 102. The base 102, the lead wire 104, the actuator 106, the film 108, and the plate 110 are arranged symmetrically with respect to the central axis of the module body 100. Furthermore, the centers of the base 102, the actuator 106, the film 108, and the plate 110 are disposed on the substantially central axis of the module body 100.
[0173]
The area of the opening 114 of the base 102 is formed larger than the area of the vibration region of the actuator 106. A through hole 112 is formed at a position facing the vibration portion of the actuator 106 at the center of the plate 110. 20 and 21, a cavity 162 is formed in the actuator 106, and the through hole 112 and the cavity 162 together form an ink reservoir. The thickness of the plate 110 is preferably smaller than the diameter of the through hole 112 in order to reduce the influence of residual ink. For example, it is preferable that the depth of the through hole 112 is not more than one third of the diameter. The through-hole 112 has a substantially perfect circle shape that is symmetrical with respect to the central axis of the module body 100. The area of the through hole 112 is larger than the opening area of the cavity 162 of the actuator 106. The peripheral edge of the cross section of the through hole 112 may be a taper shape or a step shape. The module body 100 is mounted on the side, top, or bottom of the container 1 so that the through hole 112 faces the inside of the container 1. When the ink is consumed and the ink around the actuator 106 runs out, the resonance frequency of the actuator 106 changes greatly, so that a change in the ink level can be detected.
[0174]
FIG. 34 is a perspective view showing another embodiment of the module body. In the module body 400 of this embodiment, a piezoelectric device mounting portion 405 is formed in the liquid container mounting portion 401. In the liquid container mounting portion 401, a cylindrical column portion 403 is formed on a base 402 on a square whose plane is substantially rounded. Further, the piezoelectric device mounting portion 405 includes a plate-like element 406 and a concave portion 413 that stand on the cylindrical portion 403. The actuator 106 is disposed in the recess 413 provided on the side surface of the plate-like element 406. Note that the tip of the plate-like element 406 is chamfered at a predetermined angle so that it can be easily fitted into a hole formed in the ink cartridge.
[0175]
FIG. 35 is an exploded perspective view showing the configuration of the module body 400 shown in FIG. Similar to the module body 100 shown in FIG. 32, the module body 400 includes a liquid container mounting portion 401 and a piezoelectric device mounting portion 405. The liquid container mounting portion 401 has a base 402 and a cylindrical portion 403, and the piezoelectric device mounting portion 405 has a plate-like element 406 and a recess 413. The actuator 106 is joined to the plate 410 and fixed to the recess 413. The module body 400 further includes lead wires 404a and 404b, an actuator 106, and a film 408.
[0176]
According to the present embodiment, the plate 410 has a rectangular shape, and the opening 414 provided in the plate-like element 406 is formed in a rectangular shape. The lead wires 404 a and 404 b, the actuator 106, the film 408, and the plate 410 may be configured to be detachable from the base 402. The actuator 106, the film 408, and the plate 410 are disposed symmetrically with respect to a central axis that passes through the center of the opening 414 and extends in the vertical direction with respect to the plane of the opening 414. Further, the centers of the actuator 406, the film 408, and the plate 410 are disposed on the substantially central axis of the opening 414.
[0177]
The area of the through hole 412 provided at the center of the plate 410 is formed larger than the area of the opening of the cavity 162 of the actuator 106. The cavity 162 and the through hole 412 of the actuator 106 together form an ink reservoir. The thickness of the plate 410 is smaller than the diameter of the through hole 412, and is preferably set to a size equal to or less than one third of the diameter of the through hole 412, for example. The through hole 412 has a substantially perfect circular shape that is symmetric with respect to the central axis of the module body 400. The peripheral edge of the cross section of the through hole 412 may be a taper shape or a step shape. The module body 400 can be attached to the bottom of the container 1 such that the through hole 412 is disposed inside the container 1. Since the actuator 106 is arranged in the container 1 so as to extend in the vertical direction, the ink end point is set by changing the height of the base 402 and changing the height at which the actuator 106 is arranged in the container 1. Can be easily changed.
[0178]
FIG. 36 shows still another embodiment of the module body. Similar to the module body 100 shown in FIG. 32, the module body 500 of FIG. 36 includes a liquid container mounting portion 501 having a base 502 and a cylindrical portion 503. The module body 500 further includes lead wires 504a and 504b, an actuator 106, a film 508, and a plate 510. The base 502 included in the liquid container mounting portion 501 has an opening 514 at the center so as to accommodate the lead wires 504a and 504b, and a recess 513 so as to accommodate the actuator 106, the film 508, and the plate 510. Is done. The actuator 106 is fixed to the piezoelectric device mounting portion 505 via the plate 510. Accordingly, the lead wires 504a and 504b, the actuator 106, the film 508, and the plate 510 are integrally attached to the liquid container attachment portion 501. In the module body 500 of the present embodiment, a columnar portion 503 whose upper surface is slanted in the vertical direction is formed on a base on a square whose plane is substantially rounded. The actuator 106 is disposed on a recess 513 provided obliquely in the vertical direction on the upper surface of the cylindrical portion 503.
[0179]
The tip of the module body 500 is inclined, and the actuator 106 is mounted on the inclined surface. Therefore, when the module body 500 is mounted on the bottom or side of the container 1, the actuator 106 is inclined with respect to the vertical direction of the container 1. The inclination angle of the tip of the module body 500 is preferably between approximately 30 ° and 60 ° in view of detection performance.
[0180]
The module body 500 is mounted on the bottom or side of the container 1 so that the actuator 106 is disposed in the container 1. When the module body 500 is attached to the side portion of the container 1, the actuator 106 is attached to the container 1 so as to face the upper side, the lower side, or the lateral side of the container 1 while being inclined. On the other hand, when the module body 500 is mounted on the bottom of the container 1, it is preferable that the actuator 106 is attached to the container 1 so as to face the ink supply port side of the container 1 while being inclined.
[0181]
FIG. 37 is a cross-sectional view of the vicinity of the bottom of the ink container when the module body 100 shown in FIG. The module body 100 is mounted so as to penetrate the side wall of the container 1. An O-ring 365 is provided on the joint surface between the side wall of the container 1 and the module body 100 to keep the module body 100 and the container 1 liquid-tight. The module body 100 is preferably provided with a cylindrical portion as described in FIG. 32 so that the O-ring can be sealed. By inserting the tip of the module body 100 into the container 1, the ink in the container 1 comes into contact with the actuator 106 through the through hole 112 of the plate 110. Since the resonance frequency of the residual vibration of the actuator 106 differs depending on whether the surrounding of the vibration part of the actuator 106 is liquid or gas, the ink consumption state can be detected using the module body 100. Further, not only the module body 100 but also the module body 400 shown in FIG. 34, the module body 500 shown in FIG. 36, or the module bodies 700A and 700B and the mold structure 600 shown in FIG. The presence or absence of ink may be detected.
[0182]
FIG. 38A shows a cross-sectional view of the ink container when the module body 700B is mounted on the container 1. FIG. In this embodiment, the module body 700B is used as one of the mounting structures. The module 700B is mounted on the container 1 such that the liquid container mounting portion 360 protrudes into the container 1. A through hole 370 is formed in the mounting plate 350, and the through hole 370 faces the vibration portion of the actuator 106. Further, a hole 382 is formed in the bottom wall of the module body 700B, and a piezoelectric device mounting portion 363 is formed. Actuator 106 is deployed to block one of the holes 382. Therefore, the ink comes into contact with the vibration plate 176 through the hole 382 of the piezoelectric device mounting portion 363 and the through hole 370 of the mounting plate 350. The hole 382 of the piezoelectric device mounting portion 363 and the through hole 370 of the mounting plate 350 together form an ink reservoir. The piezoelectric device mounting portion 363 and the actuator 106 are fixed by a mounting plate 350 and a film member. A sealing structure 372 is provided at a connection portion between the liquid container mounting portion 360 and the container 1. The sealing structure 372 may be formed of a plastic material such as a synthetic resin, or may be formed of an O-ring. Although the module body 700B and the container 1 in FIG. 38A are separate bodies, the piezoelectric device mounting portion of the module body 700B may be configured as a part of the container 1 as shown in FIG.
[0183]
The module 700B in FIG. 38A does not require the lead wires shown in FIGS. 32 to 36 to be embedded in the module. Therefore, the molding process is simplified. Furthermore, the module body 700B can be replaced and recycled.
[0184]
When the ink cartridge is shaken, the ink adheres to the upper surface or the side surface of the container 1, and the ink dripping from the upper surface or the side surface of the container 1 may contact the actuator 106, so that the actuator 106 may malfunction. However, since the liquid container mounting portion 360 protrudes into the container 1 in the module 700B, the actuator 106 does not malfunction due to ink dripping from the upper surface or side surface of the container 1.
[0185]
In the embodiment of FIG. 38A, only a part of the vibration plate 176 and the mounting plate 350 is attached to the container 1 so as to come into contact with the ink in the container 1. In the embodiment of FIG. 38A, it is not necessary to embed the electrodes of the lead wires 104a, 104b, 404a, 404b, 504a, and 504b shown in FIGS. 32 to 36 in the module body. Therefore, the molding process is simplified. Furthermore, the actuator 106 can be replaced and recycled.
[0186]
FIG. 38B shows a cross-sectional view of an ink container as an example when the actuator 106 is mounted on the container 1. In the ink cartridge according to the embodiment of FIG. 38B, the protection member 361 is attached to the container 1 as a separate body from the actuator 106. Therefore, although the protection member 361 and the actuator 106 are not integrated as a module, the protection member 361 can protect the actuator 106 from being touched by the user's hand. A hole 380 provided in the front surface of the actuator 106 is disposed on the side wall of the container 1. The actuator 106 includes a piezoelectric layer 160, an upper electrode 164, a lower electrode 166, a vibration plate 176, and a mounting plate 350. A vibration plate 176 is formed on the upper surface of the mounting plate 350, and a lower electrode 166 is formed on the upper surface of the vibration plate 176. A piezoelectric layer 160 is formed on the upper surface of the lower electrode 166, and an upper electrode 164 is formed on the upper surface of the piezoelectric layer 160. Accordingly, the main part of the piezoelectric layer 160 is formed so as to be sandwiched from above and below by the main part of the upper electrode 164 and the main part of the lower electrode 166. The circular portions that are the main parts of the piezoelectric layer 160, the upper electrode 164, and the lower electrode 166 form a piezoelectric element. The piezoelectric element is formed on the vibration plate 176. The vibration region of the piezoelectric element and the diaphragm 176 is a vibration part where the actuator actually vibrates. A through hole 370 is provided in the mounting plate 350. Further, a hole 380 is formed in the side wall of the container 1. Therefore, the ink contacts the vibration plate 176 through the hole 380 of the container 1 and the through hole 370 of the mounting plate 350. The hole 380 of the container 1 and the through hole 370 of the mounting plate 350 together form an ink reservoir. In the embodiment of FIG. 38B, the actuator 106 is protected by the protective member 361, so that the actuator 106 can be protected from contact with the outside.
[0187]
In addition, it may replace with the attachment plate 350 in the Example of FIG. 38 (A) and (B), and may use the board | substrate 178 of FIG.
[0188]
FIG. 38C shows an embodiment including a mold structure 600 including the actuator 106. In this embodiment, a mold structure 600 is used as one of the attachment structures. The mold structure 600 includes an actuator 106 and a mold part 364. The actuator 106 and the mold part 364 are integrally formed. The mold part 364 is formed of a plastic material such as silicon resin. The mold part 364 has a lead wire 362 inside. Mold portion 364 is formed to have two legs extending from actuator 106. In order to fix the mold part 364 and the container 1 in a liquid-tight manner, the mold part 364 has two hemispherical ends of the mold part 364. The mold part 364 is mounted on the container 1 so that the actuator 106 protrudes into the container 1, and the vibration part of the actuator 106 contacts the ink in the container 1. The mold part 364 protects the upper electrode 164, the piezoelectric layer 160, and the lower electrode 166 of the actuator 106 from ink.
[0189]
The mold structure 600 in FIG. 38C does not require the sealing structure 372 between the mold part 364 and the container 1, so that the ink hardly leaks from the container 1. In addition, since the mold structure 600 does not protrude from the outside of the container 1, the actuator 106 can be protected from contact with the outside. When the ink cartridge is shaken, the ink is applied to the upper surface or the side surface of the container 1, and the ink dripping from the upper surface or the side surface of the container 1 contacts the actuator 106, so that the actuator 106 may malfunction. . In the mold structure 600, since the mold part 364 protrudes inside the container 1, the actuator 106 does not malfunction due to the ink dripping from the upper surface or the side surface of the container 1.
[0190]
FIG. 39 shows an embodiment of an ink cartridge and an ink jet recording apparatus using the actuator 106 shown in FIG. The plurality of ink cartridges 180 are mounted on an ink jet recording apparatus having a plurality of ink introduction portions 182 and holders 184 corresponding to the respective ink cartridges 180. The plurality of ink cartridges 180 accommodate different types of ink, for example, colors. On the bottom surface of each of the plurality of ink cartridges 180, an actuator 106 that is a means for detecting at least acoustic impedance is mounted. By mounting the actuator 106 on the ink cartridge 180, the remaining amount of ink in the ink cartridge 180 can be detected.
[0191]
FIG. 40 shows details of the periphery of the head portion of the ink jet recording apparatus. The ink jet recording apparatus includes an ink introduction unit 182, a holder 184, a head plate 186, and a nozzle plate 188. A plurality of nozzles 190 for ejecting ink are formed on the nozzle plate 188. The ink introduction part 182 has an air supply port 181 and an ink introduction port 183. The air supply port 181 supplies air to the ink cartridge 180. The ink introduction port 183 introduces ink from the ink cartridge 180. The ink cartridge 180 has an air introduction port 185 and an ink supply port 187. The air introduction port 185 introduces air from the air supply port 181 of the ink introduction unit 182. The ink supply port 187 supplies ink to the ink introduction port 183 of the ink introduction unit 182. When the ink cartridge 180 introduces air from the ink introduction unit 182, the supply of ink from the ink cartridge 180 to the ink introduction unit 182 is promoted. The holder 184 communicates the ink supplied from the ink cartridge 180 via the ink introduction part 182 to the head plate 186.
[0192]
FIG. 41 shows another embodiment of the ink cartridge 180 shown in FIG. In the ink cartridge 180A of FIG. 41A, the actuator 106 is mounted on a bottom surface 194a formed obliquely in the vertical direction. Inside the ink container 194 of the ink cartridge 180, a wave barrier 192 is provided at a position facing the actuator 106 at a predetermined height from the inner bottom surface of the ink container 194. Since the actuator 106 is mounted obliquely with respect to the vertical direction of the ink container 194, the ink can be swept well.
[0193]
A gap filled with ink is formed between the actuator 106 and the wave barrier 192. Further, the interval between the wave preventing wall 192 and the actuator 106 is set to such an extent that the ink is not retained by the capillary force. When the ink container 194 rolls, an ink wave is generated inside the ink container 194 due to the roll, and the shock may cause the actuator 106 to malfunction because the actuator 106 detects a gas or a bubble. By providing the wave preventing wall 192, ink waves near the actuator 106 can be prevented, and malfunction of the actuator 106 can be prevented.
[0194]
The actuator 106 of the ink cartridge 180B shown in FIG. 41B is mounted on the side wall of the supply port of the ink container 194. The actuator 106 may be mounted on the side wall or bottom surface of the ink container 194 as long as it is in the vicinity of the ink supply port 187. The actuator 106 is preferably mounted at the center of the ink container 194 in the width direction. Since the ink passes through the ink supply port 187 and is supplied to the outside, providing the actuator 106 in the vicinity of the ink supply port 187 ensures that the ink and the actuator 106 come into contact until the ink near end point. Therefore, the actuator 106 can reliably detect the time point of the ink near end.
[0195]
Further, by providing the actuator 106 in the vicinity of the ink supply port 187, the positioning of the actuator 106 on the ink container and the contact on the carriage is ensured when the ink container is mounted on the cartridge holder on the carriage. The reason is that the most important in the connection between the ink container and the carriage is a reliable connection between the ink supply port and the supply needle. This is because even if there is a slight deviation, the tip of the supply needle is damaged, or the sealing structure such as the O-ring is damaged and the ink leaks out. In order to prevent such problems, an ink jet printer usually has a special structure that allows accurate alignment when an ink container is mounted on a carriage. Therefore, by arranging the actuator in the vicinity of the supply port, the alignment of the actuator can be ensured at the same time. Furthermore, by mounting the actuator 106 at the center in the width direction of the ink container 194, the alignment can be performed more reliably. This is because, when the ink container swings about the center line in the width direction when mounted on the holder, the vibration is least.
[0196]
FIG. 42 shows still another embodiment of the ink cartridge 180. 42A is a sectional view of the ink cartridge 180C, FIG. 42B is an enlarged sectional view of the side wall 194b of the ink cartridge 180C shown in FIG. 42A, and FIG. 42C is a front view thereof. FIG. In the ink cartridge 180C, the semiconductor storage means 7 and the actuator 106 are formed on the same circuit board 610. As shown in FIGS. 42B and 42C, the semiconductor memory means 7 is formed above the circuit board 610, and the actuator 106 is formed below the semiconductor memory means 7 on the same circuit board 610. Atypical O-ring 614 is attached to side wall 194b so as to surround actuator 106. A plurality of crimping portions 616 for joining the circuit board 610 to the ink container 194 are formed on the side wall 194b. The caulking unit 616 joins the circuit board 610 to the ink container 194, and presses the odd-shaped O-ring 614 against the circuit board 610, so that the vibration region of the actuator 106 can come into contact with the ink, and the outside of the ink cartridge. Keep inside and fluid tight.
[0197]
Terminals 612 are formed in the semiconductor memory means 7 and in the vicinity of the semiconductor memory means 7. The terminal 612 exchanges signals between the semiconductor storage means 7 and the outside of the ink jet storage device or the like. The semiconductor memory means 7 may be constituted by a rewritable semiconductor memory such as an EEPROM. Since the semiconductor storage means 7 and the actuator 106 are formed on the same circuit board 610, a single attachment process is sufficient when the actuator 106 and the semiconductor storage means 7 are attached to the ink cartridge 180C. Further, the work process at the time of manufacturing and recycling the ink cartridge 180C is simplified. Furthermore, since the number of parts is reduced, the manufacturing cost of the ink cartridge 180C can be reduced.
[0198]
The actuator 106 detects the ink consumption state in the ink container 194. The semiconductor storage means 7 stores ink information such as the remaining ink amount detected by the actuator 106. In other words, the semiconductor storage means 7 stores information on characteristic parameters such as the characteristics of ink and ink cartridges used for detection. The semiconductor storage unit 7 is configured to resonate when the ink in the ink container 194 is full, that is, when the ink is filled in the ink container 194 or at the end, that is, when the ink in the ink container 194 is consumed. Store the frequency as one of the characteristic parameters. The resonance frequency when the ink in the ink container 194 is full or in an end state may be stored when the ink container is first attached to the ink jet recording apparatus. Further, the resonance frequency when the ink in the ink container 194 is full or in an end state may be stored during the manufacture of the ink container 194. The semiconductor storage unit 7 stores in advance the resonance frequency when the ink in the ink container 194 is full or end, and reads the resonance frequency data on the ink jet recording apparatus side to correct variations when detecting the remaining amount of ink. Therefore, it is possible to accurately detect that the ink remaining amount has decreased to the reference value.
[0199]
FIG. 43 shows still another embodiment of the ink cartridge 180. In the ink cartridge 180D shown in FIG. 43A, a plurality of actuators 106 are mounted on the side wall 194b of the ink container 194. A plurality of integrally molded actuators 106 shown in FIG. 24 are preferably used as the plurality of actuators 106. The plurality of actuators 106 are arranged on the side wall 194b at intervals in the vertical direction. By disposing a plurality of actuators 106 on the side wall 194b at intervals in the vertical direction, the remaining amount of ink can be detected stepwise.
[0200]
In the ink cartridge 180E shown in FIG. 43B, an actuator 606 that is long in the vertical direction is mounted on the side wall 194b of the ink container 194. A change in the remaining amount of ink in the ink container 194 can be continuously detected by the actuator 606 that is long in the vertical direction. The length of the actuator 606 is preferably at least half the height of the side wall 194b. In FIG. 43B, the actuator 606 has a length from the upper end to the lower end of the side wall 194b.
[0201]
In the ink cartridge 180F shown in FIG. 43C, a plurality of actuators 106 are mounted on the side wall 194b of the ink container 194 in the same manner as the ink cartridge 180D shown in FIG. A wave barrier 192 that is long in the vertical direction is provided. A plurality of integrally molded actuators 106 shown in FIG. 24 are preferably used as the plurality of actuators 106. A gap filled with ink is formed between the actuator 106 and the wave barrier 192. Further, the interval between the wave preventing wall 192 and the actuator 106 is set to such an extent that the ink is not retained by the capillary force. When the ink container 194 rolls, a wave of ink is generated inside the ink container 194 due to the roll, and gas and bubbles are detected by the actuator 106 due to the impact, and the actuator 106 may malfunction. By providing the wave preventing wall 192 as in the present invention, it is possible to prevent the ripple of ink near the actuator 106 and to prevent the actuator 106 from malfunctioning. Further, the wave preventing wall 192 prevents bubbles generated by the ink swinging from entering the actuator 106.
[0202]
FIG. 44 shows still another embodiment of the ink cartridge 180. The ink cartridge 180G in FIG. 44A includes a plurality of partition walls 212 extending downward from the upper surface 194c of the ink container 194. Since the lower end of each partition wall 212 and the bottom surface of the ink container 194 are spaced apart from each other, the bottom of the ink container 194 communicates. The ink cartridge 180G has a plurality of storage chambers 213 defined by a plurality of partition walls 212, respectively. The bottoms of the plurality of storage chambers 213 communicate with each other. In each of the plurality of storage chambers 213, the actuator 106 is mounted on the upper surface 194 c of the ink container 194. The integrally formed actuator 106 shown in FIG. 24 is preferably used as the plurality of actuators 106. The actuator 106 is disposed approximately at the center of the upper surface 194 c of the storage chamber 213 of the ink container 194. The capacity of the storage chamber 213 is the largest on the ink supply port 187 side, and the capacity of the storage chamber 213 gradually decreases as the ink supply port 187 moves away from the ink container 194. Therefore, the interval at which the actuator 106 is disposed is wide on the ink supply port 187 side, and becomes narrower as the distance from the ink supply port 187 to the back of the ink container 194 increases.
[0203]
Since the ink is discharged from the ink supply port 187 and air enters from the air introduction port 185, the ink is consumed from the storage chamber 213 on the ink supply port 187 side to the storage chamber 213 at the back of the ink cartridge 180G. For example, while the ink in the storage chamber 213 closest to the ink supply port 187 is consumed and the ink level in the storage chamber 213 closest to the ink supply port 187 is lowered, the other storage chamber 213 is filled with ink. ing. When the ink in the storage chamber 213 closest to the ink supply port 187 is consumed, air enters the second storage chamber 213 counted from the ink supply port 187 and the ink in the second storage chamber 213 is consumed. For the first time, the ink level in the second storage chamber 213 begins to drop. At this time, the third and subsequent storage chambers 213 counted from the ink supply chamber 187 are filled with ink. In this way, ink is consumed in order from the storage chamber 213 close to the ink supply port 187 to the storage chamber 213 far away.
[0204]
As described above, since the actuator 106 is arranged at an interval on the upper surface 194c of the ink container 194 for each of the storage chambers 213, the actuator 106 can detect a decrease in the ink amount in stages. Further, since the capacity of the storage chamber 213 gradually decreases from the ink supply port 187 to the back of the storage chamber 213, the time interval at which the actuator 106 detects a decrease in the ink amount gradually decreases, and the ink end The frequency can be detected higher as the value approaches.
[0205]
The ink cartridge 180H in FIG. 44B has one partition wall 212 extending downward from the upper surface 194c of the ink container 194. Since the lower end of the partition wall 212 and the bottom surface of the ink container 194 are spaced apart from each other, the bottom of the ink container 194 is in communication. The ink cartridge 180H has two storage chambers 213a and 213b divided by a partition wall 212. The bottoms of the storage chambers 213a and 213b communicate with each other. The capacity of the storage chamber 213a on the ink supply port 187 side is larger than the capacity of the storage chamber 213b at the back as viewed from the ink supply port 187. The capacity of the storage chamber 213b is preferably smaller than half of the capacity of the storage chamber 213a.
[0206]
The actuator 106 is mounted on the upper surface 194c of the storage chamber 213b. Further, the storage chamber 213b is formed with a buffer 214, which is a groove for catching air bubbles entering when the ink cartridge 180H is manufactured. In FIG. 44B, the buffer 214 is formed as a groove extending upward from the side wall 194 b of the ink container 194. Since the buffer 214 captures the bubbles that have entered the ink storage chamber 213b, the malfunction that the actuator 106 detects as the ink end due to the bubbles can be prevented. Further, by providing the actuator 106 on the upper surface 194c of the storage chamber 213b, the amount of ink in the storage chamber 213a grasped by the dot counter can be determined with respect to the ink amount from the detection of the ink near end to the complete ink end state. By applying correction corresponding to the consumption state, ink can be consumed to the end. Furthermore, by adjusting the capacity of the storage chamber 213b by changing the length or interval of the partition wall 212, the amount of ink that can be consumed after ink near-end detection can be changed.
[0207]
44C, the porous member 216 is filled in the storage chamber 213b of the ink cartridge 180I of FIG. 44B. The porous member 216 is installed so as to fill the entire space from the upper surface to the lower surface in the accommodation chamber 213b. The porous member 216 is in contact with the actuator 106. When the ink container falls down or during reciprocation on the carriage, air may enter the ink storage chamber 213b, which may cause the actuator 106 to malfunction. However, if the porous member 216 is provided, air can be trapped and air can be prevented from entering the actuator 106. In addition, since the porous member 216 holds ink, the ink container is shaken, so that it is possible to prevent the ink from being applied to the actuator 106 and causing the actuator 106 to erroneously detect that there is no ink. The porous member 216 is preferably installed in the storage chamber 213 having the smallest capacity. Further, by providing the actuator 106 on the upper surface 194c of the storage material 213b, it is possible to correct the ink amount from the detection of the ink near end to the complete ink end state, and to consume the ink to the end. Furthermore, by adjusting the capacity of the storage chamber 213b by changing the length or interval of the partition wall 212, the amount of ink that can be consumed after ink near-end detection can be changed.
[0208]
FIG. 44D shows an ink cartridge 180J in which the porous member 216 of the ink cartridge 180I of FIG. 44C is composed of two types of porous members 216A and 216B having different hole diameters. The porous member 216A is disposed above the porous member 216B. The hole diameter of the upper porous member 216A is larger than the hole diameter of the lower porous member 216B. Alternatively, the porous member 216A is formed of a member having a lower liquid affinity than the porous member 216B. Since the porous member 216B having a smaller pore diameter has a larger capillary force than the porous member 216A having a larger pore diameter, the ink in the storage chamber 213b is collected and held in the lower porous chamber member 216B. Therefore, once the air reaches the actuator 106 and the absence of ink is detected, the ink reaches the actuator again and does not detect the presence of ink. Further, the ink is absorbed by the porous member 216B on the side far from the actuator 106, so that the ink in the vicinity of the actuator 106 is improved, and the amount of change in the acoustic impedance change when detecting the presence or absence of ink increases. Further, by providing the actuator 106 on the upper surface 194c of the storage material 213b, it is possible to correct the ink amount from the detection of the ink near end to the complete ink end state, and to consume the ink to the end. Furthermore, by adjusting the capacity of the storage chamber 213b by changing the length or interval of the partition wall 212, the amount of ink that can be consumed after ink near-end detection can be changed.
[0209]
FIG. 45 is a cross-sectional view showing an ink cartridge 180K, which is another embodiment of the ink cartridge 180I shown in FIG. The porous member 216 of the ink cartridge 180 shown in FIG. 45 is compressed so that the horizontal sectional area of the lower part of the porous member 216 gradually decreases toward the bottom surface of the ink container 194, and the pore diameter is small. Designed to be Ink cartridge 180K in FIG. 45A is provided with ribs on the side walls in order to compress the hole diameter on the lower side of porous member 216 to be small. Since the pore diameter at the bottom of the porous member 216 is reduced by being compressed, the ink is collected and held at the bottom of the porous member 216. Ink is absorbed by the lower portion of the porous member 216 far from the actuator 106, so that the ink in the vicinity of the actuator 106 is improved, and the amount of change in the acoustic impedance change when detecting the presence or absence of ink increases. Therefore, the ink is applied to the actuator 106 mounted on the upper surface of the ink cartridge 180K due to the shaking of the ink, and the actuator 106 can be prevented from erroneously detecting that no ink is present.
[0210]
On the other hand, in the ink cartridge 180L of FIGS. 45B and 45C, the horizontal cross-sectional area of the lower portion of the porous member 216 gradually increases toward the bottom surface of the ink container 194 in the width direction of the ink container 194. In order to compress the ink container so as to be smaller, the horizontal sectional area of the storage chamber gradually decreases toward the bottom surface of the ink container 194. Since the pore diameter at the bottom of the porous member 216 is reduced by being compressed, the ink is collected and held at the bottom of the porous member 216. Ink is absorbed in the lower portion of the porous member 216B far from the actuator 106, so that ink near the actuator 106 is improved, and the amount of change in acoustic impedance change when detecting the presence or absence of ink increases. Therefore, when the ink shakes, ink is applied to the actuator 106 mounted on the upper surface of the ink cartridge 180L, and the actuator 106 can be prevented from erroneously detecting that no ink is present.
[0211]
FIG. 46 shows still another embodiment of the ink cartridge using the actuator 106. The ink cartridge 220A shown in FIG. 46A includes a first partition 222 provided so as to extend downward from the upper surface of the ink cartridge 220A. Since a predetermined gap is provided between the lower end of the first partition 222 and the bottom surface of the ink cartridge 220A, ink can flow into the ink supply port 230 through the bottom surface of the ink cartridge 220A. A second partition 224 is formed on the ink supply port 230 side from the first partition 222 so as to extend upward from the bottom surface of the ink cartridge 220A. Since a predetermined gap is provided between the upper end of the second partition 224 and the upper surface of the ink cartridge 220A, ink can flow into the ink supply port 230 through the upper surface of the ink cartridge 220A.
[0212]
A first storage chamber 225 a is formed in the back of the first partition 222 when viewed from the ink supply port 230 by the first partition 222. On the other hand, the second partition 224 forms a second storage chamber 225 b on the front side of the second partition 224 when viewed from the ink supply port 230. The capacity of the first storage chamber 225a is larger than the capacity of the second storage chamber 225b. Capillary passages 227 are formed by providing a gap between the first partition 222 and the second partition 224 to allow capillary action. Therefore, the ink in the first storage chamber 225 a is collected in the capillary passage 227 by the capillary force of the capillary passage 227. Therefore, it is possible to prevent gas or bubbles from entering the second storage chamber 225b. Further, the water level of the ink in the second storage chamber 225b can be gradually and stably lowered. Since the first storage chamber 225a is formed behind the second storage chamber 225b when viewed from the ink supply port 230, after the ink in the first storage chamber 225a is consumed, the second storage chamber 225b of ink is consumed.
[0213]
The actuator 106 is attached to the side wall of the ink cartridge 220A on the ink supply port 230 side, that is, the side wall of the second storage chamber 225b on the ink supply port 230 side. The actuator 106 detects the ink consumption state in the second storage chamber 225b. By mounting the actuator 106 on the side wall of the second storage chamber 225b, it is possible to stably detect the remaining amount of ink at a point closer to the ink end. Furthermore, by changing the height at which the actuator 106 is mounted on the side wall of the second storage chamber 225b, it is possible to freely set at which point the remaining amount of ink is used as the ink end. Since the ink is supplied from the first storage chamber 225a to the second storage chamber 225b by the capillary passage 227, the actuator 106 is not affected by the roll of the ink caused by the roll of the ink cartridge 220A. Can reliably measure the remaining amount of ink. Furthermore, since the capillary passage 227 holds the ink, the ink is prevented from flowing back from the second storage chamber 225b to the first storage chamber 225a.
[0214]
A check valve 228 is provided on the upper surface of the ink cartridge 220A. The check valve 228 can prevent ink from leaking outside the ink cartridge 220A when the ink cartridge 220A rolls. Further, by installing the check valve 228 on the upper surface of the ink cartridge 220A, it is possible to prevent ink from evaporating from the ink cartridge 220A. When the ink in the ink cartridge 220A is consumed and the negative pressure in the ink cartridge 220A exceeds the pressure of the check valve 228, the check valve 228 is opened, air is sucked into the ink cartridge 220A, and then the ink is closed and the ink is closed. The pressure in the cartridge 220A is kept constant.
[0215]
46 (C) and 46 (D) show a detailed cross section of the check valve 228. The check valve 228 in FIG. 46C includes a valve 232 having a blade 232a formed of rubber. A ventilation hole 233 for the outside of the ink cartridge 220 is provided in the ink cartridge 220 so as to face the blade 232a. The air hole 233 is opened and closed by the blade 232a. When the ink in the ink cartridge 220 decreases and the negative pressure in the ink cartridge 220 exceeds the pressure of the check valve 228, the check valve 228 opens the blade 232 a to the inside of the ink cartridge 220 and removes external air. The ink cartridge 220 is taken in. The check valve 228 shown in FIG. 46D includes a valve 232 and a spring 235 made of rubber. When the negative pressure in the ink cartridge 220 exceeds the pressure of the check valve 228, the check valve 228 opens the spring 235 by pressing the spring 235, and sucks outside air into the ink cartridge 220 and then closes. Thus, the negative pressure in the ink cartridge 220 is kept constant.
[0216]
In the ink cartridge 220B of FIG. 46B, a porous member 242 is disposed in the first storage chamber 225a instead of providing the check valve 228 in the ink cartridge 220A of FIG. 46A. The porous member 242 holds the ink in the ink cartridge 220B and prevents the ink from leaking out of the ink cartridge 220B when the ink cartridge 220B rolls.
[0217]
As described above, the ink cartridge mounted on the carriage is separated from the carriage, and the ink cartridge or the actuator 106 is mounted on the carriage. However, the ink is integrated with the carriage and mounted on the inkjet recording apparatus together with the carriage. The actuator 106 may be attached to the tank. Further, the actuator 106 may be mounted on an off-carriage type ink tank that supplies ink to the carriage via a tube or the like that is separate from the carriage. Furthermore, the actuator of the present invention may be attached to an ink cartridge that is configured so that the recording head and the ink container are integrated and replaceable.
[0218]
“Configuration and advantages of mounting module with cavity”
The various ink cartridges with the ink consumption detection function according to the present embodiment have been described above. In these ink cartridges, ink consumption was detected using a piezoelectric device. In these configurations, an actuator that is a piezoelectric device is shown. And the attachment module body which integrated the piezoelectric device and the attachment member was shown. A typical example is shown in FIG. As described above, the piezoelectric device can be protected by using the mounting module body. In addition, the mounting of the piezoelectric device is facilitated by using the mounting module body.
[0219]
In the present embodiment, an attachment module body with a cavity is particularly shown. According to this type of mounting module body, the following advantages are obtained.
[0220]
(1) Referring to FIGS. 32 and 33 again. FIG. 32 shows the mounting module body 100 in an assembled state, and FIG. 33 shows the mounting module body 100 in an exploded state. The actuator 106 (piezoelectric device) and the mounting member are integrated. The attachment module body 100 is attached to the ink cartridge.
[0221]
A through hole 112 is provided in the plate 110 which is a part of the mounting member. The through hole 112 corresponds to an open cavity of the present invention (hereinafter, the through hole 112 is appropriately referred to as an open cavity). The through hole 112 faces the actuator 106 and is disposed at a position facing the inside of the ink cartridge from the actuator 106. Vibration is transmitted between the piezoelectric device and the inside of the container through the cavity 112.
[0222]
As ink consumption progresses, the liquid level decreases and the through hole 112 is exposed. At this time, a substantially constant amount of ink remains in the through hole 112 and is retained. The amount of ink retained is determined by the shape of the through-hole 112, the installation angle, the ink viscosity, and the like. The acoustic impedance corresponding to this fixed amount of ink can be obtained in advance by measurement or the like. Depending on whether or not such acoustic impedance is detected, it is possible to reliably stop ink consumption.
[0223]
As described above, the residual vibration state of the piezoelectric device can be used to detect ink consumption. The piezoelectric device enters a residual vibration state after oscillation. The residual vibration state, particularly its resonance frequency, corresponds to the change in acoustic impedance and the ink consumption state. Ink consumption can be reliably detected based on whether or not a residual vibration state is detected when a small amount of ink is held in the through hole 112.
[0224]
According to the present embodiment, as described above, by providing the cavity (through hole), it is possible to prevent erroneous detection caused by undulation of ink or the like. This is because the ink is originally attached to the cavity, so that there is no presence or absence of ink adhesion due to undulation or the like, and the detection result is hardly influenced by such ink adhesion.
[0225]
Further, since the cavity is provided, the distance between the actuator 106 and the ink is reduced. Vibration is transmitted between the actuator 106 and the ink without passing through the plate 110. Here, it is only a small amount of ink in the vicinity of the piezoelectric device that mainly affects the residual vibration of the piezoelectric device. Due to the provision of the cavity, this small amount of ink exists near the piezoelectric device and is in contact with the piezoelectric device. Thereby, since the change of the residual vibration accompanying ink consumption becomes remarkable, ink consumption can be detected reliably.
[0226]
Note that the cavity does not have to penetrate the plate 110. In this case, the cavity is constituted by the concave portion of the plate 110.
[0227]
Furthermore, in this embodiment, the cavity is provided locally, and the sealing property of the ink is ensured by the surrounding members. The actuator 106, particularly its piezoelectric element, is effectively protected from the conductive ink.
[0228]
Here, ink consumption detection based on acoustic impedance, particularly detection using residual vibration has been described. However, ink consumption may be detected using an elastic wave and a reflected wave using an actuator. The time until the reflected wave returns may be obtained. Other principles may be applied. The same applies to the following description.
[0229]
(2) The shape of the cavity is a shape that holds ink in a predetermined liquid state. The cavity shape is set so that ink can be held even in the ink consumption state of the detection target. By using the residual vibration corresponding to the ink amount at this time as a reference, it is possible to accurately detect whether or not the ink has been consumed.
[0230]
Here, it can be considered that the ink consumption is easier to detect when the ink does not remain in the cavity. However, the problem of ink adhesion as described above may occur. If ink remains or does not remain in the cavity, that is, if there is a variation in the remaining ink state, this variation may cause a detection error. In such a case, it is preferable that the cavity holds ink as described above. In order to achieve this, it is only necessary that the cavity has a predetermined depth that can prevent, for example, all of the ink from flowing out. In the present embodiment, since the plate of the module body has an appropriate thickness, the necessary depth is also given to the cavity.
[0231]
(3) The actuator 106 (piezoelectric device) of the module body 100 has a piezoelectric element. The piezoelectric element is composed of a piezoelectric layer, an upper electrode, and a lower electrode (see FIG. 20). A lower electrode is formed on the substrate, a piezoelectric layer is formed thereon, and an upper electrode is further formed thereon. As one feature of the present embodiment, the area of the cavity is set to be larger than the area of the lower electrode. More specifically, the area of the opening cavity on the piezoelectric element side is set to be larger than the area of the overlapping portion of the piezoelectric layer and the lower electrode. This provides the following advantages.
[0232]
The lower electrode of the piezoelectric element is closest to the cavity and is the smallest. The piezoelectric element vibrates within the range covered by the lower electrode. The size of the vibration region is substantially equal to the lower electrode. The vibration characteristics of the piezoelectric element can be adjusted according to the size of the lower electrode. In the present embodiment, the cavity shape is set so as to adapt to this lower electrode. That is, the area of the cavity is set larger than that of the lower electrode. Thereby, the piezoelectric element can vibrate in an appropriate state.
[0233]
(4) Next, an appropriate relationship between the cavity depth and the cavity opening dimension will be further described. In FIG. 33, the cavity depth is a cavity dimension in the central axis direction of the module body 100. In FIG. 33, since the cavity 112 penetrates the plate 110, the cavity depth is equal to the plate thickness. On the other hand, the cavity opening dimension is a dimension perpendicular to the cavity depth and is the size of the opening on the plate.
[0234]
In the present embodiment, the depth of the cavity 112 is set smaller than the opening dimension. In short, the cavity 112 has a shallow and wide shape. Thereby, the following advantages are obtained.
[0235]
Since the cavity is shallow and wide, the amount of ink remaining in the cavity is reduced when the ink is reduced. Therefore, the change in the residual vibration depending on whether or not the ink is consumed becomes large, and the detection accuracy can be improved.
[0236]
In addition, if the cavity has a deep and narrow shape, vibration may not be properly transmitted from the cavity into the container. On the other hand, according to this embodiment, since the cavity is shallow and wide, good vibration transmission can be obtained in detecting a change in residual vibration.
[0237]
According to the research of the present inventor, the cavity depth is preferably 1/3 or less of the opening size, and the change of the residual vibration also appears remarkably.
[0238]
In the above description, a circular cavity is mainly considered. However, the cavity may have various shapes within the scope of the present invention. Considering the shape of the cavity, in the present invention, the cavity depth only needs to be set smaller than the minimum width of the cavity opening. Preferably, the cavity depth is 1/3 or less of the minimum width of the cavity opening. For example, when the cavity has a rectangular shape, the dimension of the short side is set larger than the cavity depth.
[0239]
(5) Further, as one feature of the present embodiment, the open cavity has a substantially symmetric shape with respect to the vibration center (center of the piezoelectric element) of the liquid detection device. Preferably the cavity is circular.
[0240]
According to this configuration, it is possible to obtain a detection characteristic in which a low-order single peak appears. In the piezoelectric film, the primary vibration mode becomes dominant and the S / N ratio becomes high. The back electromotive force amplitude also increases. Therefore, the detectability is good.
[0241]
Further, by adopting an isotropic shape, it is possible to reduce the influence of the fixing part such as adhesion on the detection accuracy. For example, consider fixing using an epoxy adhesive. This type of adhesive shrinks when cured. For this reason, if the shape of the cavity is not symmetrical, distortion occurs due to the influence of shrinkage or the like, so that the vibration characteristics vary depending on the location around the cavity. On the other hand, in this embodiment, the cavity shape is symmetrical. For this reason, even if an adhesive is used for fixing the plate, it is difficult to be affected by distortion, so that uniform vibration characteristics can be obtained over the entire circumference of the cavity. As shown in this example, according to the present embodiment, it is possible to reduce the influence of the fixing structure, so that the mountability can be improved. A relatively simple mounting method can also be adopted. And it becomes easy to manufacture the piezoelectric device and the ink cartridge.
[0242]
In particular, according to the present embodiment, high uniformity can be obtained by making the cavity circular. Since the detectability is improved, the advantages of the present embodiment described so far can be obtained more remarkably. Further, by adopting a circular shape, it is possible to form a cavity by drilling using a punch or the like, and there is also a benefit that manufacturing is easy.
[0243]
(6) The mounting module body 100 and the piezoelectric device (actuator 106) are installed at the position of the liquid level corresponding to the predetermined liquid consumption state of the detection target. When the liquid level passes through the piezoelectric device, the ink remains in the cavity. The mounting module body, particularly the cavity shape, is configured to generate a detection signal indicating a residual vibration state corresponding to the liquid in the opening cavity at this time.
[0244]
As described above, when the cavity depth t and the cavity opening radius a satisfy the condition (a / t)> (3 × π / 8) (the cavity is substantially circular), the ink is consumed with the ink remaining in the cavity. Can be detected.
[0245]
(7) As a preferred application example of the present embodiment, the opening area (dimension) of the cavity inside the container is set larger than the opening area (dimension) of the actuator (piezoelectric device) side. Thereby, the shape which spreads toward the inside of a container is given to a cavity. According to this configuration, it is possible to effectively prevent unnecessary ink from remaining in the cavity, so that the detection capability can be improved.
[0246]
Reference is made to FIG. 47A and FIG. FIG. 47A shows a cavity having a tapered shape. FIG. 47B shows a cavity having a step shape. Both cavities extend toward the inside of the ink container. According to these cavity shapes, unnecessary ink hardly remains around the cavity when the ink is consumed. That is, only a substantially constant amount of ink remains in the cavity, thereby enabling highly reliable detection and improving detection accuracy. On the other hand, if the cavity does not have a taper shape or a step shape, unnecessary ink may remain around the cavity due to the influence of surface tension. In this case, the ink holding amount in the cavity varies. The variation in the holding amount causes uncertain detection. According to the present embodiment, such a situation can be avoided and ink consumption can be reliably detected.
[0247]
(8) Further, as a preferred application example of the present embodiment, a communication groove communicating with the cavity is provided at a location facing the inside of the cartridge so as to extend from the cavity. An example of the communication groove is shown in FIG. The communication groove G starts from the cavity 112 and continues to the middle of the plate 110. By providing the communication groove G, the ink in the cavity easily flows out, and the amount of ink remaining in the cavity is reduced. The amount of unnecessary ink remaining in the vicinity of the cavity due to the surface tension can be effectively reduced. This stabilizes the amount of ink retained. Since the change in the residual vibration depending on whether the liquid level has passed through the cavity, that is, whether the ink has been consumed or not, the ink consumption can be detected more reliably, and the detection accuracy can be improved. It is desirable to form the communication groove so that more ink flows out of the cavity. Preferably, the communication groove is provided toward the supply port of the ink cartridge. The communication groove extends along the direction from the cavity toward the supply port. As a result, the ink in the cavity can be smoothly guided to the supply port.
[0248]
(9) As one of the features of the present embodiment, the mounting member of the module body is fitted into a through hole provided in the ink cartridge. Referring to FIG. 49, the module body 100 of FIG. 32 is mounted in the through hole of the cartridge wall. The hole of the body part and the wall part of the module body 100 have the same shape, and the module body 100 fits in the through hole without a gap. Further, the seal is secured by the flange at the end of the module body 100. By adopting such a structure, the module body can be easily assembled, and the sensor portion with the cavity can be arranged at an appropriate position.
[0249]
(10) In the present embodiment, the piezoelectric device (actuator) is formed with a recess communicating with the opening cavity of the mounting member. This recess is a through hole provided in the substrate of the actuator and functions as (a part of) an opening cavity. With such a configuration, the opening cavity is close to the vibrating portion of the piezoelectric device (see FIG. 38).
[0250]
(11) In a preferred embodiment, the open cavity is provided in the vicinity of the liquid absorber that sucks out ink in the cavity. The liquid absorber is composed of, for example, a porous member, that is, a member such as a sponge.
[0251]
50A and 50B show examples of structures in which the cavity 800 and the absorber 802 are close to each other. In the former, the absorber 802 faces the cavity 800 directly. In the latter, the absorber 802 faces the communication groove G extending from the cavity 800.
[0252]
With such a configuration, unnecessary ink can be sucked out of the cavity. It is possible to suppress the ink remaining state from becoming unstable due to the influence of the surface tension or the like. That is, the variation in the amount of ink retained in the cavity is reduced. The ink may completely disappear from the cavity. Since detection errors due to variations in the ink holding amount are reduced, detection accuracy can be improved.
[0253]
(12) In another preferred embodiment, a liquid absorber that holds liquid in the open cavity is provided. That is, the absorber is disposed inside the cavity, not outside the cavity. Again, the liquid absorber is composed of, for example, a porous member, in short, a member such as a sponge. FIG. 51 shows an example of a configuration in which an absorber 804 is provided in the cavity 800.
[0254]
In this configuration, ink is positively held in the cavity. The amount of ink retained depends on the structure and shape of the absorber. As shown in the figure, when the absorber fills the cavity, the ink holding amount is determined by the cavity shape. This form also reduces variations in the amount of ink retained in the cavity. Since detection errors due to variations in the ink holding amount are reduced, detection accuracy can be improved.
[0255]
(13) Preferably, the attachment module body is detachably attached to the ink cartridge. Since the sensor may be mounted on the ink cartridge in the form of a mounting module body, the sensor can be easily mounted. Since the sensor can be taken by removing the mounting module body, the ink cartridge can be easily recycled.
[0256]
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.
[0257]
For example, the liquid container is not limited to an ink cartridge. The present invention may be applied to an ink tank for a printer other than the ink cartridge. Further, the present invention may be applied to a container that stores a liquid other than ink.
[0258]
Further, the piezoelectric device does not have to generate vibration itself. That is, it is not necessary to perform both the oscillation and the output of the residual vibration state. For example, the vibration state of the piezoelectric device is detected after another actuator generates vibration. Alternatively, when the piezoelectric device vibrates due to vibration generated in the ink cartridge as the carriage moves, the vibration is detected. That is, ink consumption is detected using vibrations that naturally occur due to printer operation without actively generating vibrations. On the other hand, contrary to the above modification, the piezoelectric device may only generate vibration. In this case, the vibration state of other sensors or the like is required.
[0259]
The above-described modification can be similarly applied to another detection function using a piezoelectric device, for example, a detection function using an elastic wave and a reflected wave. That is, the piezoelectric device may be used for either generation or detection of vibration.
[0260]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to improve the detection capability of the liquid consumption state by providing the opening cavity in the mounting module body for mounting the piezoelectric device to the liquid container.
[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 illustrating an embodiment of an ink cartridge that stores a plurality of types of ink.
3 is a diagram showing an embodiment of an ink jet recording apparatus suitable for the ink cartridge shown in FIGS. 1 and 2. FIG.
4 is a diagram showing a detailed cross section of a sub tank unit 33. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a method of manufacturing the elastic wave generating means 3, 15, 16, and 17.
6 is a diagram showing another embodiment of the elastic wave generating means 3 shown in FIG.
FIG. 7 is a view showing 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.
12 is a view showing another embodiment of the ink cartridge shown in FIG. 11. FIG.
FIG. 13 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge of the present invention.
FIG. 14 is a view showing a plane of still another embodiment of the through hole 1c.
FIG. 15 is a view showing a cross section of an embodiment of the ink jet recording apparatus of the present invention.
16 is a diagram showing an embodiment of an ink cartridge suitable for the recording apparatus shown in FIG.
17 is a view showing another embodiment of the ink cartridge 272 of the present invention. FIG.
FIG. 18 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge 272 and the ink jet recording apparatus of the present invention.
FIG. 19 is a view showing another embodiment of the ink cartridge 272 shown in FIG.
20 is a diagram showing details of the actuator 106. FIG.
FIG. 21 is a diagram showing the periphery of an actuator and its equivalent circuit.
FIG. 22 is a diagram illustrating a relationship between ink density and ink resonance frequency detected by an actuator.
23 is a diagram showing a back electromotive force waveform of the actuator 106. FIG.
24 is a diagram showing another embodiment of the actuator 106. FIG.
FIG. 25 is a view showing a cross section of a part of the actuator shown in FIG. 24;
26 is a view showing an entire cross section of the actuator 106 shown in FIG. 25. FIG.
27 is a diagram showing a method of manufacturing the actuator 106 shown in FIG. 24. FIG.
FIG. 28 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge of the present invention.
FIG. 29 is a diagram showing another embodiment of the through hole 1c.
30 is a view showing another embodiment of the actuator 660. FIG.
31 is a view showing still another embodiment of the actuator 670. FIG.
32 is a perspective view showing the module body 100. FIG.
33 is an exploded view showing a configuration of the module body 100 shown in FIG. 32. FIG.
FIG. 34 is a diagram showing another embodiment of the module body 100. FIG.
35 is an exploded view showing a configuration of the module body 100 shown in FIG. 34. FIG.
36 is a view showing still another embodiment of the module body 100. FIG.
37 is a diagram showing an example of a cross section in which the module body 100 shown in FIG. 32 is mounted on the ink container 1. FIG.
38 is a view showing still another embodiment of the module body 100. FIG.
39 is a diagram showing an embodiment of an ink cartridge and an ink jet recording apparatus using the actuator 106 shown in FIGS. 20 and 21. FIG.
FIG. 40 is a diagram illustrating details of the ink jet recording apparatus.
41 is a view showing another embodiment of the ink cartridge 180 shown in FIG. 40. FIG.
42 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge 180. FIG.
43 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge 180. FIG.
44 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge 180. FIG.
45 is a view showing another embodiment of the ink cartridge 180 shown in FIG. 44 (C). FIG.
46 is a view showing still another embodiment of the ink cartridge using the module body 100. FIG.
FIG. 47 is a diagram showing advantages obtained by making the opening cavity into a tapered shape and a step shape.
FIG. 48 is a view showing an example of a communication groove preferably provided around a cavity.
FIG. 49 is a diagram illustrating an example of a configuration in which the module body is fitted into the through hole of the ink cartridge.
FIG. 50 is a diagram showing an example of a configuration in which a cavity is provided in the vicinity of the absorber.
FIG. 51 is a diagram showing an example of a configuration in which an absorber is provided in a cavity.
[Explanation of symbols]
1 container
2 Ink supply port
100 modules
102 Base case
104 Lead wire
106 Actuator
108 films
110 plates
112 cavity
113 recess
114 opening
116 cylinder
G Communication groove
K ink

Claims

A piezoelectric device used to detect the consumption state of the liquid in the liquid container;
An attachment member that is integrated with the piezoelectric device and for attaching the piezoelectric device to the liquid container;
Including
The mounting member has an open cavity communicating with the inside of the liquid container at a position facing the piezoelectric device,
A mounting module for detecting liquid, wherein a liquid absorber is provided in the open cavity.

The piezoelectric device includes a substrate, a diaphragm provided on a surface of the substrate opposite to the mounting member, and a piezoelectric element provided on a surface of the diaphragm opposite to the substrate. ,
2. The mounting module body for detecting liquid according to claim 1, wherein the piezoelectric element includes a pair of electrodes and a piezoelectric layer provided between the electrodes.

The mounting module body for detecting liquid according to claim 1, wherein the mounting module body is detachably attached to the liquid container.

The liquid container provided with the attachment module body for liquid detection in any one of Claims 1-3.

An ink cartridge mounted on an ink jet recording apparatus provided with the mounting module body for detecting liquid according to claim 1.