JP4068818B2

JP4068818B2 - Module body and liquid container

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Publication number: JP4068818B2
Application number: JP2001146296A
Authority: JP
Inventors: 谷宗秀金; 田憲児塚
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2021-05-16
Also published as: JP2002211004A

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を液体容器に取り付けるための取付構造体、この取付構造体と圧電装置とを備えたモジュール体、及びこのモジュール体と容器本体とを備えた液体容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術における液体容器として、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】
また、上記のように電極によりインクの消費された時点を管理する方法では、電極をインクカートリッジに取り付けるための穴部を、インクカートリッジに設けなければならない。このため、インクカートリッジをプラスチックで製造すると射出成形行程が複雑になるという問題もあった。
【０００７】
さらに、電極は液密を保つために特殊なシール構造を有するため、インクカートリッジとの分離が困難であった。その結果、電極又はインクカートリッジの交換やリサイクルがしにくいという問題もあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特願２０００−１４７０５２号は、上記の課題を解決すべく、液体残量を正確に検出でき、かつ複雑なシール構造を不要とした、液体容器に装着される圧電装置及びモジュール体を提案している。
【０００９】
そこで、本発明は、液体容器内の液体の消費状態を検知する機能を有する圧電装置を液体容器に取り付けるための取付構造体を提供し、圧電装置の液体容器への取り付け及び取り外しを容易にすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明のある形態によると、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圧電装置を液体容器に装着するための取付構造体は、圧電装置が装着される圧電装置装着部と、液体容器に取り付けられる液体容器取付部とを有することを特徴とする。圧電装置装着部は開口部を有し、開口部を介して圧電装置の振動する部分が液体容器内の液体と接触するようにしてもよい。開口部を有する取付プレートを更に備え、圧電装置は取付プレートを介して圧電装置装着部に装着されるようにしてもよい。圧電装置は、電極に挟まれた圧電層を有する圧電素子と、圧電素子が一方の面に配置された振動板とを備え、この振動板の他方の面にキャビティが形成されたキャビティ形成部材を配置し、キャビティを介して振動板が液体容器内の液体と接触可能に構成されるようにしてもよい。キャビティ形成部材が圧電素子及び振動板と一体的に形成された基板であるようにしてもよい。キャビティ形成部材が圧電装置に装着される取付プレートであるようにしてもよい。開口部を有する取付プレートを更に備え、基板のキャビティと取付プレートの開口部が連通するように配置されるようにしてもよい。液体容器取付部上面に圧電装置装着部が形成されるようにしてもよい。液体容器取付部から突出するように形成された圧電装置装着部の側面に圧電装置が装着されるようにしてもよい。圧電装置は圧電素子を有し、圧電素子を液体容器の液体から絶縁させる絶縁部を有するようにしてもよい。圧電装置装着部と圧電装置との取付部位をモールドするモールド部をさらに有するようにしてもよい。液体容器取付部が、液体容器に形成された貫通孔に嵌合する円柱部を備えるようにしてもよい。液体容器取付部が、円柱部と一体的に形成された基台を備えるようにしてもよい。液体容器取付部の液体容器との嵌合部にシーリング構造を有するようにしてもよい。圧電装置に残留する残留振動によって逆起電力を発生させるようにしてもよい。取付構造体が更に回路基板を有するようにしてもよい。圧電装置装着部が液体容器内の液体の液面に対して傾斜するように形成されるようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明の別の形態によると、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圧電装置を前記液体容器に一体構造として装着するための取付構造体であって、圧電装置の電極に接触するリードワイヤと液体容器との接合部をモールドするモールド部とを有することを特徴とする。圧電装置を、液体容器の内部に突出させる脚部を有するようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明の別の形態によると、液体容器は、上記取付構造体が配設されることを特徴とする。圧電装置装着部が液体容器内方に突出する様に配置されるようにしてもよい。さらに、圧電装置装着部が液体容器内の液体の液面に対して傾斜するように形成されるようにしてもよい。液体容器取付部と液体容器との取付部位が、モールドされるようにしてもよい。上記取付構造体が着脱可能に取り付けられるようにしてもよい。
【００１３】
また、本発明の別の形態によると、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圧電装置を前記液体容器に装着するための取付構造体であって、前記圧電装置に駆動信号を印加するための一対の導電部材と、前記一対の導電部材と一体に樹脂成形された成形体と、を備え、前記一対の導電部材のそれぞれは、前記圧電装置に電気的に接続される先端部、回路基板に電気的に接続される基端部、及び前記先端部と前記基端部とを連結する中間部を含み、前記中間部の少なくとも一部は前記成形体の内部に埋設されていることを特徴とする。
【００１４】
また、好ましくは、一対の前記先端部は同一の平面内に配置され、一対の前記基端部は前記一対の先端部が配置された平面とは異なる他の同一の平面内に配置されている。
【００１５】
また、好ましくは、前記一対の導電部材のそれぞれは、導電性材料より成る細長の部材を折り曲げて構成されており、前記一対の先端部が配置された前記同一の平面と前記一対の基端部が配置された前記他の同一の平面とは互いに平行であり、前記同一の平面内に位置する部分の前記細長の部材と前記他の同一の平面内に位置する部分の前記細長の部材とは前記同一の平面及び前記他の同一の平面に対して垂直な方向に関して互いに重なり合っていない。
【００１６】
また、好ましくは、前記成形体が樹脂成形される際には前記一対の先端部同士が連結部材によって連結されており、樹脂成形後に前記連結部材が除去される。
【００１７】
また、好ましくは、前記連結部材には、前記成形体の樹脂成形に使用される型に対して前記一対の導電部材を位置決めするために前記型の一部が挿入される位置決め孔が形成されている。
【００１８】
また、好ましくは、前記位置決め孔は、前記圧電装置の振動する部分に対応する位置に形成されていることを特徴とする請求項２９記載の取付構造体。
【００１９】
また、好ましくは、前記成形体の樹脂成形には雌側の型及びこれに嵌合される雄側の型が使用され、前記連結部材によって連結された前記一対の導電部材の一部は、前記雄側の型に対して前記一対の導電部材を位置決めするために前記雄側の型の一部の外形に対応する輪郭を備えている。
【００２０】
また、好ましくは、前記成形体を樹脂成形する際には一対の型によって前記一対の先端部の少なくとも一部が挟み込まれ、これにより、前記一対の先端部の少なくとも一部は樹脂内に埋没することなく露出した状態となり、前記一対の先端部の露出した部分が電気接点を形成する。
【００２１】
また、好ましくは、前記成形体には前記圧電装置を受け入れるための凹部が形成されており、前記一対の先端部は前記凹部の底面に配置されている。
【００２２】
本発明の別の形態によるモジュール体は、上記いずれかの記載の取付構造体と、前記取付構造体の前記凹部に嵌め込まれた前記圧電装置と、を備え、前記圧電装置は、一対の電極によって挟まれた圧電層を有する圧電素子と、前記圧電素子が一方の面に配置された振動板と、を備え、前記振動板の他方の面にキャビティが形成されたキャビティ形成部材を配置し、前記キャビティを介して前記液体容器内の液体が前記振動板と接触するように構成されていることを特徴とする。
【００２３】
また、好ましくは、前記圧電装置は、前記取付構造体の前記一対の先端部に対して導電性接着剤によって電気的に接続された一対の電極を有し、前記圧電装置の裏側に液体が回り込まないように前記圧電装置の周囲が樹脂で密封されている。
【００２４】
本発明の別の形態によれば、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圧電装置を前記液体容器に装着するための取付構造体であって、前記圧電装置に電気的に接続される電線を配した基部と、前記基部に突設され、前記圧電装置が装着される突出部と、を備え、前記圧電装置に電気的に接続される電線が二色成形樹脂メッキによって３次元状に形成されていることを特徴とする。
【００２５】
また、好ましくは、前記突出部の端部には前記圧電装置を受け入れるための凹部が形成されており、前記凹部の底面に、前記圧電装置の一対の電極に電気的に接続される部分が前記電線の少なくとも一部によって形成されている。
【００２６】
また、好ましくは、前記突出部は、前記基部に突設された筒状部と、前記筒状部の先端開口を封止する封止部と、を有し、前記封止部の表面に前記凹部が形成されており、前記凹部の底面には前記封止部を貫通する貫通孔が形成されており、前記圧電装置の一対の電極に電気的に接続される部分の前記電線は、前記凹部の底面から前記貫通孔の内面を介して前記封止部の裏面側まで連続形成されている。
【００２７】
本発明の別の形態によるモジュール体によれば、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圧電装置と、前記圧電装置に電気的に接続される回路基板と、前記回路基板に形成された一対の電極と前記圧電装置の一対の電極とを電気的に接続するために前記回路基板と前記圧電装置との間で圧接されて挟持された圧接挟持コネクタと、を備えたことを特徴とする。
【００２８】
また、好ましくは、前記圧接挟持コネクタは、前記回路基板と前記圧電装置との間で圧接されて弾性的に圧縮された絶縁性の弾性体と、前記弾性体の内部を圧縮方向に延びる複数の導線と、を備える。
【００２９】
また、好ましくは、前記圧接挟持コネクタは、前記回路基板に形成された一対の電極と前記圧電装置の一対の電極との間に配置された一対の導電ゴム部材と、前記一対の導電ゴム部材同士を連結する絶縁ゴム部材と、を備える。
【００３０】
また、好ましくは、前記圧電装置は、一対の電極によって挟まれた圧電層を有する圧電素子と、前記圧電素子が一方の面に配置された振動板と、を備え、前記振動板の他方の面にキャビティが形成されたキャビティ形成部材を配置し、前記キャビティを介して前記液体容器内の液体が前記振動板と接触するように構成されている。
【００３１】
また、上述した各形態において、圧電装置に接続された一対の導電部材によって圧電装置を支持するようにすることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００３３】
本実施の形態では、インクカートリッジ内のインクの消費状態を検知する圧電装置を、インクカートリッジに取り付ける取付構造体の技術に本発明が適用される。
【００３４】
以下では、図面を参照して本発明の実施形態を具体的に説明する。図面では、まず、インクの消費状態を検知する圧電装置の基本技術について説明する（図１〜図４）。続いて、図５以下で圧電装置をインクカートリッジに取り付けるための取付構造体と、その分解図と、取付構造体のバリエーション及びインクカートリッジへの応用例等を説明する。
【００３５】
なお、本実施形態では、圧電装置の一形態として、「アクチュエータ」が示されているが、圧電装置の形態はアクチュエータに限定されず、「弾性波発生手段」や「圧電素子」であってもい。また、圧電装置の構成要素は本実施形態に限定されない。取付構造体を実現するための一形態として「モジュール体」や「モールド構造体」という用語も用いる。
【００３６】
図１および図２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１（Ａ）は、アクチュエータ１０６の拡大平面図である。図１（Ｂ）は、アクチュエータ１０６のＢ−Ｂ断面を示す。図１（Ｃ）は、アクチュエータ１０６のＣ-Ｃ断面を示す。さらに図２（Ａ)および図２（Ｂ)は、アクチュエータ１０６の等価回路を示す。また、図２（Ｃ)および図２（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２（Ｅ)および図２（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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
図１および図２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。
【００４７】
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。
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
また、図２（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。
【００５７】
ここで、図１および図２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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
図１（Ｃ）は、本実施形態において、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２（Ａ)および図２（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。
【００６１】
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２（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、本実施形態では、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、本実施形態において、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。
【００６２】
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。
【００６３】
尚、図２（Ａ)、図２（Ｂ)、図２（Ｄ)、図２（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。
【００６４】
1/Ｃact＝（1/Ｃpzt）＋（1/Ｃelectrode1）＋（1/Ｃelectrode2）＋（1/Ｃvib）（式３）
式２および式３より、図２（Ａ)は、図２（Ｂ)のように表すこともできる。
【００６５】
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。
【００６６】
図２（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２（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、
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。）
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。
【００６７】
波数kは、
ｋ＝２＊π＊ｆact／ｃ（式５）
（factは液体が触れていないときの振動部の共振周波数である。cは媒体中を伝播する音響の速度である。）で表される。
【００６８】
図２（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２（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。
【００６９】
図２（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、
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。
【００７０】
ここで、図２（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。
【００７１】
図２（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２（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。
【００７２】
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２（Ｃ)のＭ’maxから図２（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２(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、
Ｍ’cav＝ρ*ｄ/Ｓ（式７）
となる。
【００７３】
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。
【００７４】
図３（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。
【００７５】
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１（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２（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。
【００７６】
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２（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。
【００７７】
図３(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。
【００７８】
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、
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。
【００７９】
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、
1/Ｍ’＝1/Ｍ’air＋1/Ｍ’ink＝Ｓair/（ρair*ｔair）+Ｓink/（ρink*ｔink）（式９）
となる。
【００８０】
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。
【００８１】
アクチュエータの振動は、ｔink-maxの深さからインクの残留する深さまで変化するので、インクの残留する深さがｔink-maxよりわずかに小さい程度で、アクチュエータが底面に配置されている場合は、インクが徐々に減少する過程を検出することは出来ない。ｔink-maxから残留する深さまでのわずかなインク量変化におけるアクチュエータの振動変化からインク量が変化したことを検出する。また、側面に配置され、開口部（キャビティ）の径が小さい場合は、開口部を通過する間のアクチュエータの振動変化は微量なので、通過過程のインク量を検出することは難しい。インク液面が開口部より上か下かを検出することになる。例えば、図３(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。
【００８２】
図３（Ｂ）は、図３（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３（Ｂ）に示すように、インク密度が高くなると、付加イナータンスが大きくなるので共振周波数ｆｓが低下する。すなわち、インクの種類によって共振周波数ｆｓが異なる。したがって共振周波数ｆｓを測定することによって、インクを再充填する際に、密度の異なったインクが混入されていないか確認することができる。つまり、互いに種類の異なるインクを収容するインクタンクを識別できる。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。つまり、振動に関わる媒体はＭ’maxによりも小さくならないので、インクが消費されても変化を検出することが出来ない。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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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イナータンスである。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、
Ｍ’max＞ρ＊ｄ/πa² （式１０）
である。式１０を展開すると
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
また、本実施形態によれば、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の振動部が駆動信号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。
【００９２】
図４(Ａ)および図４（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４(Ａ)および図４（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４(Ａ)および図４（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。
【００９３】
図４(Ａ)および図４（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。
【００９４】
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。
【００９５】
図４（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４（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４（Ａ）と図４（Ｂ）とを比較すると、図４（Ａ）の方が図４（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４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。
【００９６】
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。
【００９７】
また、他の実施形態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。
【００９８】
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。
【００９９】
さらに、図４(Ａ)および図４(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４(Ａ)の逆起電力波形の頂点と図４(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。
【０１００】
以上が圧電装置の一形態である「アクチュエータ」とこれを用いたインク消費状態の検出技術の説明である。続いて、本発明の取付構造体の実施形態につて説明する。
【０１０１】
図５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、図１０に示したようにインクカートリッジの容器（容器本体）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。
【０１０２】
また、取付構造体の外周に弾性部材のようなシーリング構造を有するようにすれば容器との液密を適切に保持することができる。なお、本図では、取付構造体は基台１０２と円柱部１１６を有するが、取付構造体の形状はこれに限定されない。例えば、円柱部１１６の側面が延びた円柱状の構造であってもよい。
【０１０３】
図６は、図５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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
また、リードワイヤ１０４ａ、１０４ｂとして、ある程度高い剛性を持つ導電部材を使用することにより、アクチュエータ（圧電装置）１０６をリードワイヤ１０４ａ、１０４ｂによって支持するようにすることが好ましい。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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１および図２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。
【０１０８】
図７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。
【０１０９】
図８は、図７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５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。
【０１１０】
また、リードワイヤ４０４ａ、４０４ｂとして、ある程度高い剛性を持つ導電部材を使用することにより、アクチュエータ（圧電装置）１０６をリードワイヤ４０４ａ、４０４ｂによって支持するようにすることが好ましい。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
図９は、モジュール体の更に他の実施形態を示す。図５に示したモジュール体１００と同様に、図９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。
【０１１４】
また、リードワイヤ５０４ａ、５０４ｂとして、ある程度高い剛性を持つ導電部材を使用することにより、アクチュエータ（圧電装置）１０６をリードワイヤ５０４ａ、５０４ｂによって支持するようにすることが好ましい。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
なお、斜めな円柱状の先端の傾斜面にアクチュエータ１０６を備えるため、図５に示したモジュール体１００に比べて円柱の径を小さくできる。つまり、モジュール体を細くすることができるので、モジュール体の取付場所が狭いインク容器の取り付けにも適する。さらに、インク容器のモジュール体取付部位の穴部の径を小さくすることができる。従って、インク漏れが軽減できる。
【０１１８】
図１０は、図５に示したモジュール体１００を容器１の貫通孔１ａ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５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７に示したモジュール体４００、図９に示したモジュール体５００、又は次の図１１に示すモジュール体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。
【０１１９】
なお、上述のようなモジュール体１００等を用いれば、容器１に対してその着脱が可能である。従って、容器１にアクチュエータ１０６を適切に取り付け、また取り外すことができる。これにより、アクチュエータ１０６のリサイクルも容易となる。
【０１２０】
図１１（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。本実施形態では取付構造体の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。さらに、圧電装置装着部３６３とアクチュエータ１０６との接続部をシーリングするモールド部を有するようにしてもよい。また、図１１（Ａ）のモジュール体７００Ｂと容器１とは別体であるが、図１１（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。
【０１２１】
図１１（Ａ）のモジュール体７００Ｂは、図５から図９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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
また、図１１（Ａ）の実施形態では、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。このように振動板１７６と取付プレート３５０から成る絶縁部によって、容器１内の液体から圧電素子を絶縁することができる。また、取付プレート３５０でアクチュエータ１０６を固定するため、振動板１７６の振動部のみを適切に振動させることができる。
【０１２４】
図１１（Ａ）の実施形態では、図５から図９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。
【０１２５】
図１１（Ｂ）は、アクチュエータ１０６を容器１に装着したときの実施形態としてインク容器の断面図を示す。図１１（Ｂ）の実施形態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１１（Ｂ）の実施形態では、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。
【０１２６】
尚、図１１（Ａ）および（Ｂ）の例におけるアクチュエータ１０６及び取付プレート３５０は、図１の基板１７８を有するアクチュエータ１０６で置換可能である。
【０１２７】
図１１（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。本実施形態では、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本の脚部３６４ａ、３６４ｂ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。
【０１２８】
図１１（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。
【０１２９】
図１２は、本実施形態の取付構造体の開口部の拡大図である。より具体的には図１１（ａ）（ｂ）で示した取付構造体の開口部の拡大図の例である。圧電装置装着部３６３には、貫通孔２ｃが形成されている。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２ｃに対向するように、アクチュエータ６５０は、圧電装置装着部３６３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。また、プレート７１の径は、本図に限定されない。なお、取付構造体は図１１（Ｂ）のように容器１の壁の一部で構成されてもよいので、貫通孔は容器１の壁に形成されてもよい。
【０１３０】
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２ｃが形成されていて、最小限の一定量のインクが貫通孔２ｃに確保される。したがって、貫通孔２ｃ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。
【０１３１】
図１３は貫通孔２ｃの他の実施形態を示す。図１３（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）のそれぞれにおいて、左側の図は、貫通孔２ｃにインクＫが無い状態を示し、右側の図は、貫通孔２ｃにインクＫが残った状態を示す。図１２の実施形態においては、貫通孔２ｃの側面は垂直な壁として形成されている。図１３（Ａ）においては、貫通孔２ｃは、側面２ｄが上下方向に斜めであり外側に拡大して開いている。図１３（Ｂ）においては、段差部２ｅ及び２ｆが、貫通孔２ｃの側面に形成されている。上方にある段差部２ｆが、下方にある段差部２ｅより広くなっている。図１３（Ｃ）においては、貫通孔２ｃ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２ｇを有する。
【０１３２】
図１３(Ａ)〜（Ｃ）に示した貫通孔２ｃ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１および図２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。なお、取付構造体は図１１（Ｂ）のように容器１の壁の一部で構成されてもよいので、貫通孔は容器１の壁に形成されてもよい。
【０１３３】
図１４は、貫通孔２ｃ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２ｃの平面形状は、アクチュエータの振動特性に影響しない形状であればよい。円形、短形、及び三角形などの任意の形状でよい。なお、貫通孔２ｃは圧電装置装着部３６３に形成されているが、取付構造体は図１１（Ｂ）のように容器１の壁の一部で構成されてもよいので、貫通孔は容器１の壁に形成されてもよい。
【０１３４】
図１５は、アクチュエータを装着した取付構造体１０７が取り付けられ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及びヘッドプレート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が装着された取付構造体１０７を有している。アクチュエータを装着した取付構造体１０７をインクカートリッジ１８０に取り付けることによって、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。
【０１３５】
図１６は、複数種類のインクを収容するインクカートリッジの一実施形態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、アクチュエータの装着された取付構造体１５、１６および１７が、各インク室内に収容されているインクの消費状態を検知できるように取付けられている。なお、隔壁によるインク室の分割は３つに限定されない。また、各インク室に収容するインクの種類は、全て異なってもよいし同一の種類を含んでもよい。
【０１３６】
図１７はインクカートリッジ１８０の更に他の実施形態を示す。図１７（Ａ）はインクカートリッジ１８０Ｃの断面図、図１７（Ｂ）は図１７（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１７（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には、取付構造体７００が取り付けられている。取付構造体７００は回路基板６１０を有する。半導体記憶手段７とアクチュエータ１０６は、同一の回路基板６１０上に形成されている。図１７（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。
【０１３７】
また、側壁１９４ｂに所定の凹部を設けてカシメ部６１６をはめ込むことで、所定の位置に回路基板６１０を有する取付構造体７００を取り付けることができ、後述する端子６１２の接続やアクチュエータ１０６の取り付けを適切な位置で行うことができる。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
図１８は、取付構造体を有するインクカートリッジが装着されたインクジェット記録装置の要部の断面図である。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。
【０１４１】
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の底面には、取付構造体３が取付けられている。
【０１４２】
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。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。
【０１４３】
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。なお、圧電装置を装着した取付構造体を、サブタンク３３に取り付けてインク切れを判断してもよい。インクカートリッジのインクが無くなった後に、サブタンク側でインクの消費状態を検知するので、インク切れに近いタイミングでのインクカートリッジの交換ができる。さらに、インク消費状態の検知をより確実にするため、インクカートリッジとサブタンクの両方に、圧電装置を装着した取付構造体を取り付けてもよい。
【０１４４】
また、取付構造体は、上述のようなキャリッジ３０上に備えられたインクカートリッジに取り付けられるだけでなく、インクカートリッジ以外のインクタンクは、キャリッジ３０上以外の所定のプリンタの固定部に備えられてもよい。
【０１４５】
図１９はインクカートリッジ１８０ｄの断面図であり、インクカートリッジ１８０の更に他の実施形態を示す。先の図１０では、図５で示したモジュール体１００を容器１の側壁に取り付けた。図１９では、図９で示したモジュール体５００をインクカートリッジ１８０ｄのインク容器１９４の側壁１９４ｂに取り付ける。
【０１４６】
モジュール体５００は、その先端部が傾斜し、傾斜した圧電装置装着部５０５にアクチュエータ１０６が装着されている。このため、モジュール体５００を側壁１９４ｂに取り付けると、アクチュエータ１０６がインク容器１９４の上下方向に対して傾斜する。また、アクチュエータ１０６はインク容器１９４内のインクの液面に対しても傾斜する。
【０１４７】
従って、インクの液面がモジュール体５００を通過したりインク容器が揺れてインクが圧電装置装着部５０５付近に付着しても、圧電装置装着部５０５付近のインクは流れ落ちる。このように傾斜した圧電装置装着部５０５を用いることで、アクチュエータ１０６付近のインク掃けが良くなる。このため、アクチュエータ１０６の計測に不要なインクが圧電装置装着部分５０５に滞留することを防止でき、アクチュエータ１０６の計測の誤検知を低減することができる。
【０１４８】
なお、図１９ではモジュール体５００の圧電装置装着部５０５がインク容器１９４の底面を向くように、モジュール体５００をインク容器１９４に取り付けた。しかし、モジュール体５００の取り付け方向は図に限定されるものではなく、圧電装置装着部５０５がインク容器１９４の上面を向くようにモジュール体５００をインク容器１９４に取り付けてもよい。また、モジュール体５００の側壁１９４ｂでの取り付け位置や数は図に限定されず、モジュール体５００がインク容器１９４の内部に突出する長さも図には限定されない。
【０１４９】
図２０は、インクカートリッジ１８０ｅの断面図であり、図１９とは異なる実施形態を示す。図２０では、図１９と異なりモジュール体５００がインク容器１９４の底面でインク供給口１８７の近くに取り付ける。ここでも図１９に示したのと同様に、モジュール体５００の圧電装置装着部５０５が傾斜しているためインク掃けが良い。このため、アクチュエータ１０６が実際にはインクが無いにも係わらず、インク有りと誤検出することを低減できる。
【０１５０】
ここで、モジュール体５００は、インク供給口１８７の近くに取り付けられていることが好ましい。インクカートリッジ１８０ｅが傾いてインクジェット記録装置に装着されても、インクがインク供給口１８７付近に残存するか否かを適切に検知することができるからである。なお、モジュール体５００のインク容器１９４の底面での取り付け位置や向きや数は図に限定されず、モジュール体５００がインク容器１９４の内部に突出する長さも図には限定されない。
【０１５１】
以上、本実施形態では、インクの消費状態を検知するアクチュエータを装着する取付構造体を中心に説明したが、弾性波を発生する圧電装置を装着する取付構造体と、反射波を受信する圧電装置を装着する取付構造体とを液体容器に取り付けてもよい。従って、液体容器に取り付けられる取付構造体の数は１つには限定されない。また、取付構造体の液体容器への取付位置も液体容器の底部には限定されない。
【０１５２】
次に、本発明の他の実施形態による取付構造体及びこの取付構造体と圧電装置とを有するモジュール体について図２１乃至図３３を参照して説明する。
【０１５３】
図２１は、本実施形態による取付構造体を製造するための板状部材を示しており、この板状部材８００は、約０．１〜０．２ｍｍ厚の金属薄板を所定形状にプレスして形成されたものである。使用される金属薄板は、電気抵抗が低く、半田付け、プレスに適した材質を有することが好ましく、メッキを施して電気抵抗を下げ、半田付けを可能にしても良い。図２１中の符号８０１は、取付構造体の一部を構成する導電部材を形成するための細長の部材を示し、１つの取付構造体あたりに一対の細長の部材８０１が形成される。細長の部材８０１は、先端部８０２、中間部８０３、基端部８０４、及び突起部８０５を備えており、一対の細長の部材８０１の先端部８０２同士はタイバー（連結部材）８０６によって連結されている。タイバー８０６の中央部には位置決め孔８１０が形成されている。この位置決め孔８１０は、圧電装置の振動する部分（センサ部）に対応する位置に形成されている。細長の部材８０１は枝部８０７を介して支持部８０８に接続されている。支持部８０８には、製造機械によって板状部材８００を搬送する際に利用されるパイロットホール８０９が形成されている。
【０１５４】
そして、図２２に示したように、図２１に示した曲げ部に沿って細長の部材８０１を折り曲げる。これにより、一対の細長の部材８０１の一対の先端部８０２が同一の平面内に配置される。一方、一対の基端部８０４は、一対の先端部８０２が配置された平面とは異なる他の同一の平面内に配置されている。突起部８０５も折り曲げにより引き起こされ、引き起こされた突起部８０５は樹脂に食いつく作用をなす。
【０１５５】
図２３は、曲げ加工された一対の細長の部材８０１を拡大して示した図であり、図２３（ｃ）から分かるように一対の先端部８０２が配置された同一の平面と、一対の基端部８０４が配置された他の同一の平面とは互いに平行である。また、図２３（ｂ）から分かるように、前記同一の平面内に位置する部分（先端部８０２を含む）の細長の部材８０１と前記他の同一の平面内に位置する部分（基端部８０４を含む）の細長の部材８０１とは前記同一の平面及び前記他の同一の平面に対して垂直な方向に関して互いに重なり合っていない。このため、図２１に示した細長の部材８０１を曲げ型を用いて折り曲げる際に、曲げ型同士が干渉し合うことがなく、曲げ加工が容易となる。
【０１５６】
次に、図２４乃至図２８を参照して、図２２に示した曲げ加工された細長の部材８０１にインサート成形により成形体を一体に形成する手順について説明する。
【０１５７】
図２４に示したように、成形体８１１をインサート成形により形成するために雌側の型８１２及びこれに嵌合される雄側の型８１３が使用される。図２７に雌側の型８１２の詳細を示し、図２８に雄側の型８１３の詳細を示す。雄側の型８１３には位置決め円筒部８１４が形成されており、一対の細長の部材８０１には、位置決め円筒部８１４の外形に対応する輪郭を持つ位置決めＲ部８１５が形成されている。位置決めＲ部８１５の輪郭と位置決め円筒部８１４の外形とは同心円を成す。さらに、雄側の型８１３の先端部には位置決め凸部８１６が形成されており、この位置決め凸部８１６は連結部材８０６の位置決め孔８１０に挿入することができる。
【０１５８】
そして、図２５に示した状態から、位置決めＲ部８１５に位置決め円筒部８１４を嵌め合わすと共に、位置決め孔８１０に位置決め凸部８１６を挿入することによって、雄側の型８１３に対して一対の細長の部材８０１が位置決めされる。さらに、図２６に示したように、雄側の型８１３の位置決め凸部８１６を、雌側の型８１２の位置決め凹部８１７に挿入することによって、雌側の型８１２に対して雄側の型８１３が位置決めされる。これにより、雌側の型８１２及び雄側の型８１３の内部に一対の細長の部材８０１が正確に位置決めされる。
【０１５９】
また、図２５に示したように雌側の型８１２の位置決め凹部８１７の周囲には当接面８１８が形成され、雄側の型８１３の位置決め凸部８１６の周囲にも当接面８１９が形成されている。そして、図２６に示したように、一方の当接面８１８と他方の当接面８１９とによって、細長の部材８０１の先端部８０２の少なくとも一部が両側から挟み込まれる。当接面８１８、８１９によって挟み込まれた部分の先端部８０２には樹脂が供給されないので、その部分の先端部８０２は樹脂内に埋没することなく露出した状態となり、電気的な接点が確保される。このため、先端部８０２に電気接点を確保するために樹脂を除去するという追加の工程が不要となり、製造工程が簡素化される。
【０１６０】
一対の細長の部材８０１に成形体８１１を一体に成型したら、図２１に示した切断部にて枝部８０７を切断して図２９、図３０に示したように一対の細長の部材８０１と成形体８１１との一体成型品８２０を製造する。
【０１６１】
図２９、図３０に示したように成形体８１１は、方形板状の基部８２１と、この基部８２１から突出する円柱部８２２とを有し、円柱部８２２の先端面には圧電装置を受け入れるための凹部８２３が形成されており、一対の先端部８０２及びこれらを連結する連結部材８０６はこの凹部８２３の底面に配置されている。図２９に示したように基部８２１の一面側には、液体容器の側壁に接する座部８２４が四隅に形成されている。図３０（ｂ）に示したように基部８２１の他面側には、成形体８１１を回路基板に対して位置決めするための２つの突起部８２５が形成されている。
【０１６２】
次に、図２９、図３０に示した一体成型品８２０において一対の細長の部材８０１の先端部８０２同士を連結している連結部材８０６を、切断、曲げ、或いは切除することによって、先端部８０２同士を電気的に分離する。このように先端部８０２を電気的に分離することによって、図３１において符号８３０で示したように本実施形態における取付構造体が製造され、この取付構造体８３０は、互いに分離された一対の細長の部材８０１から成る一対の導電部材８３１を備えている。一対の導電部材８３１のそれぞれは、細長の部材８０１の先端部８０２の露出した部分から成る電気接点８３２を有している。立体回路を構成する一対の導電部材８３１を介してアクチュエータ８３３に駆動信号が印加される。
【０１６３】
そして、取付構造体８３０の成形体８１１の凹部８２３に、圧電装置を構成するアクチュエータ８３３を嵌め入れて、取付構造体８３０の一対の電気接点８３２とアクチュエータ８３３の一対の電極とを電気的に接続する。この接続に際しては、導電性接着剤を用いることができる。アクチュエータ８３３の電極と取付構造体８３０の電気接点８３２とを接続したら、図３２に示したようにアクチュエータ８３３の周囲を樹脂８３４でモールドして、アクチュエータ８３３の裏面側に液体が回り込まないように密封する。これにより、取付構造体８３０とアクチュエータ８３３とを備えたモジュール体８４０が製造される。
【０１６４】
また、細長の部材８０１はある程度高い剛性を備えており、細長の部材８０１の先端部８０２によってアクチュエータ（圧電装置）８３３を支持することができる。
【０１６５】
図３３に示したようにアクチュエータ８３３は、液体を検出するセンサ部（振動する部分）を構成する圧電素子８４５を有し、この圧電素子８４５は、上部電極８４１及び下部電極８４２、これらの電極８４１、８４２によって挟まれた圧電層８４３を備えている。圧電素子８４５は振動板８４６の一方の面に配置され、振動板８４６の他方の面にはキャビティ形成部材８４７が配置されている。キャビティ形成部材８４７の中央部には円形のキャビティ（開口部）８４８が形成されており、圧電素子８４５はキャビティ８４８に対応する位置に配置されている。上部電極８４１は上部電極端子８４９に接続されており、下部電極８４２は下部電極端子８５０に接続されている。
【０１６６】
図３２に示したモジュール体８４０は、メモリーモジュール（図示せず）と同じ回路基板（図示せず）に搭載される。このとき、図３０に示した突起部８２５を回路基板に形成された孔に挿入することによって、モジュール体８４０と回路基板とを位置決めされ、この状態でモジュール体８４０と回路基板との電気的な接続部を半田付けなどで接続する。
【０１６７】
回路基板に搭載されたモジュール体８４０は、液体容器の壁面に形成された貫通孔から挿入され、アクチュエータ８３３の部分が液体容器内に突出するようにして液体容器に固着される。液体容器内の液体は、キャビティ８４８を介して振動板８４６に接触する。
【０１６８】
以上述べたように本実施形態によれば、アクチュエータ８３３に駆動信号を印加するための立体回路を構成する一対の導電部材８３１に、成形体８１１を樹脂成形によって一体に形成するようにしたので、アクチュエータ８３３を液体容器の所定の位置に取り付けるための取付構造体８３０を高い寸法精度にて製造することが可能であり、ひいては、アクチュエータ８３３及び取付構造体８３０を備えたモジュール体８４０によって液体容器内の液体の消費状態を高精度にて検出することができる。
【０１６９】
次に、本発明の他の実施形態による取付構造体について図３４を参照して説明する。
【０１７０】
図３４に示したように本実施形態による取付構造体８６０は、圧電装置を構成するアクチュエータ（図示せず）を制御するための制御素子、メモリ、或いは制御素子とメモリとを一体にしたもの８６１（以下、「制御素子等８６１」と言う。）が装着される基部８６２と、基部８６２に突設され、アクチュエータが装着される突出部８６３と、を備えている。制御素子等８６１は、例えばメモリ用の集積回路（ＩＣ）である。
【０１７１】
突出部８６３は、基部８６２に突設された筒状部８６７と、この筒状部８６７の先端開口を封止する円形板状の封止部８６８と、を有する。封止部８６８の表面には、圧電装置を構成するアクチュエータを受け入れるための凹部８６６が形成されている。
【０１７２】
そして、取付構造体８６０には、アクチュエータ及び制御素子等８６１の少なくとも一方に電気的に接続される複数の電線８６４、８６５が二色成形樹脂メッキによって３次元状に形成されている。より具体的には、凹部８６６の底面には封止部８６８を貫通する一対の貫通孔８６９が形成されており、一対の電線８６４は、凹部８６６の底面から貫通孔８６９の内面を介して封止部８６８の裏面側に達し、更に基部８６２の裏面側まで連続形成されている。また、制御素子等８６１に電気的に接続される複数の電線８６５は、基部８６２に形成された複数の貫通孔８７０を介して、基部８６２の表面から裏面にかけて連続形成されている。
【０１７３】
なお、図３４（ｂ）に示した裏面側の電線８６４，８６５は、プリンタのキャリッジに設けられた接触式のコネクタが当接する接点として機能する。つまり、インクカートリッジをプリンタのキャリッジに装着したときに、図３４（ｂ）に示した裏面側の電線８６４，８６５が接触式のコネクタに押し当てられる。
【０１７４】
図３４に示した取付構造体８６０においては、電線８６４と電線８６５とがつながっておらず、この例は制御素子等８６１としてメモリを使用する場合のものである。制御素子等８６１として制御素子を使用する場合には、電線８６４と電線８６５とを接続するように配線すればよい。
【０１７５】
なお、二色成形樹脂メッキ法は、ツーショット法或いは非触媒法とも呼ばれており、２回射出成形することによりパターニングを行うものである。二色成形樹脂メッキ法の代表例の概略を説明すると、まず最初にメッキが可能な樹脂で１回目の成形（一次成形）を行い、次に全体をケミカルエッチングし、メッキの核となる触媒を付与する。そして、メッキを析出させない部分は、二次側の樹脂で被覆成形（二次成形）後にメッキする。つまり、二色成形樹脂メッキ法は、一次成形処理面で露出した部分にだけ導電性の金属材料、例えば金のメッキを析出する方法である。
【０１７６】
以上述べたように本実施形態による取付構造体によれば、アクチュエータ及び制御素子に電気的に接続される電線を二色成形樹脂メッキによって３次元状に形成するようにしたので、取付構造体８６０の基部８６２及び突出部８６３を形成する際に同時に電線８６４、８６５を形成することができるので、製造工程が大幅に簡素化されると共に、多数個の取付構造体８６０の同時形成が容易である。また、取付構造体８６０内における電線８６４、８６５の形成位置の精度が高いので、取付構造体８６０に対するアクチュエータの取付位置精度が高く、液体検出精度も向上し、さらに、取付構造体８６０に対する制御素子等８６１の取付位置精度も高く、取付構造体８６０に装着された制御素子等８６１と外部の電気接点との接続信頼性も向上する。
【０１７７】
次に、本発明の他の実施形態によるモジュール体について図３５乃至図４０を参照して説明する。
【０１７８】
図３５は、本実施形態によるモジュール体を示した分解斜視図であり、このモジュール体は図３３に示したアクチュエータ８３３を備え、このアクチュエータ８３３を、ポリオレフィンフィルム８８０を用いてステンレス鋼より成るプレート８８１に熱溶着する。ポリオレフィンフィルム８８０はアクチュエータ８３３のセンサ部を覆わないような形状であり、また、プレート８８１の中央には開口が形成されており、これにより、液体容器内の液体がプレート８８１の中央の開口を通してアクチュエータ８３３のセンサ部に接触するように構成されている。プレート８８１を円筒状の樹脂製のケース８８２の上端に液密に接着し、これにより、アクチュエータ８３３がケース８８２内に収納される。
【０１７９】
そして、アクチュエータ８３３を制御するための半導体メモリ等の制御素子（図示せず）が装着される回路基板８８３に形成された一対の電極８８４とアクチュエータ８３３の一対の電極（図示せず）とを電気的に接続するために、回路基板８８３とアクチュエータ８３３との間で圧接挟持コネクタ８８５を挟み込むようにして圧接挟持コネクタ８８５をケース８８２内に収容し、ケース８８２と回路基板８８３とを接着固定する。これにより、アクチュエータ８３３と回路基板８８３とが圧接挟持コネクタ８８５を介して電気的に接続される。
【０１８０】
図３６は、圧接挟持コネクタ８８５の一例を示し、この圧接挟持コネクタ８８５は、金メッキを施した複数の真鍮線８８６を比較的柔軟なシリコーンスポンジゴム部材８８７で挟み込み、圧接時に座屈しない程度の強度のシリコーンソリッドゴム部材８８８で周囲を覆っている。アクチュエータ８３３のセンサ部（振動部）に対応する部分のシリコーンソリッドゴム部材８８８には空洞８８９が形成されており、アクチュエータ８３３のセンサ部の振動を阻害しないようにしている。空洞８８９は、プレスによる穴開けによって形成しても良いし、シリコーンソリッドゴム部材８８８の成型時に形成しても良い。図３６に示した例においては、圧縮方向に延びる複数の真鍮線８８６が空洞８８９を挟んで両側にそれぞれ１列状に配置されており、複数の真鍮線８８６の各列の配列方向は互いに平行である。
【０１８１】
図３７は、圧接挟持コネクタ８８５の他の例を示しており、図３６に示した構成と異なるところは、複数の真鍮線８８６が横一列に配列されている点である。
【０１８２】
そして、図３６又は図３７に示した圧接挟持コネクタ８８５を用いて図３５に示したモジュール体を組み立てる際にアクチュエータ８３３と圧接挟持コネクタ８８５との位置関係がずれた場合でも、真鍮線８８６の配列方向に対してはアクチュエータ８３３の電極と真鍮線８８６との接触が確保される。したがって、組み立て時のずれが大きな方向に真鍮線８８６を配列することによって、アクチュエータ８３３の電極と回路基板８８３の電極８８４との電気的な接続を確実に行うことができる。
【０１８３】
図３８は、圧接挟持コネクタ８８５の他の例を示しており、この例においては、真鍮線の代わりに、カーボンを含有した一対の導電シリコーンゴム部材８９０を用いており、導電シリコーンゴム部材８９０同士が絶縁シリコーンゴム部材８９１によって一体化されている。導電シリコーンゴム部材８９０同士の間には図３６又は図３７に示した圧接挟持コネクタ８８５と同様に空洞８８９が形成されている。
【０１８４】
図３９は、圧接挟持コネクタ８８５の他の例を示しており、この例においては、図３６（ａ）に示した圧接挟持コネクタ８８５の左右の半部同士を、シリコーンソリッドゴム部材８８８自身を連続形成して連結するのではなく、図３８（ａ）に示した絶縁シリコーンゴム８９１を用いて連結している。
【０１８５】
図４０は、圧接挟持コネクタ８８５の他の例を示しており、この例においては、図３７（ａ）に示した圧接挟持コネクタ８８５の左右の半部同士を、シリコーンソリッドゴム部材８８８自身を連続形成して連結するのではなく、図３８（ａ）に示した絶縁シリコーンゴム８９１を用いて連結している。
【０１８６】
図３８、図３９、図４０に示した構成の圧接挟持コネクタ８８５によれば、空洞８８９を形成するための穴開け加工が不要となる。
【０１８７】
以上述べたように本実施形態によるモジュール体によれば、アクチュエータ８３３と回路基板８８３とを圧接挟持コネクタ８８５を介して電気的に接続することができるので、接続に際して半田付け作業が不要となり、製造が容易である。
【０１８８】
以上、本発明を実施の形態について説明したが、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。例えば、本発明における液体容器はインクカートリッジには限定されず、その他の種類の液体容器にも適用可能である。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。
【０１８９】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば、圧電装置を液体容器に適切に取り付け及び取り外しすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アクチュエータ１０６の詳細を示す図である。
【図２】アクチュエータ１０６の構成及び等価回路を示す図である。
【図３】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４】アクチュエータ１０６の逆起電力波形を示す図である。
【図５】モジュール体１００を示す斜視図である。
【図６】図５に示したモジュール体１００の構成を示す分解図である。
【図７】モジュール体の他の実施形態を示す図である。
【図８】図７に示したモジュール体の構成を示す分解図である。
【図９】モジュール体の更に他の実施形態を示す図である。
【図１０】図５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１１】モジュール体の更に他の実施形態を示す図である。
【図１２】図１１に示した取付構造体の開口部の断面の例を示す図である。
【図１３】貫通孔２ｃの他の実施形態を示す図である。
【図１４】貫通孔２ｃの更に他の実施形態の平面を示す図である。
【図１５】取付構造体を有するインクカートリッジ及びインクジェット記録装置を示す図である。
【図１６】複数種類のインクを収容するインクカートリッジを示す図である。
【図１７】インクカートリッジ１８０の更に他の例を示す図である。
【図１８】図１７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を示す図である。
【図１９】図９で示したモジュール体５００が取り付けられたインクカートリッジ１８０ｄの断面図である。
【図２０】図９で示したモジュール体５００が取り付けられた別のインクカートリッジ１８０ｅの断面図である。
【図２１】本発明の一実施形態による取付構造体を製造するための板状部材を示した平面図である。
【図２２】図２１に示した板状部材を折り曲げ加工した状態を示した斜視図である。
【図２３】図２２に示した曲げ加工された一対の細長の部材を拡大して示した図である。
【図２４】図２２に示した曲げ加工された一対の細長の部材にインサート成形により成形体を一体に形成する状態を示した斜視図である。
【図２５】図２２に示した曲げ加工された一対の細長の部材にインサート成形により成形体を一体に形成する状態を示した断面図であり、雄側の型と雌側の型とを嵌め合わせる前の状態を示している。
【図２６】図２２に示した曲げ加工された一対の細長の部材にインサート成形により成形体を一体に形成する状態を示した断面図であり、雄側の型と雌側の型とを嵌め合わせた後の状態を示している。
【図２７】図２４に示した成形体の加工に使用される雌側の型の構成を示した図である。
【図２８】図２４に示した成形体の加工に使用される雄側の型の構成を示した図である。
【図２９】図２１に示した切断部にて枝部を切断して切り取られた一体成型品を示した斜視図である。
【図３０】図２１に示した切断部にて枝部を切断して切り取られた一体成型品を示した図である。
【図３１】本発明の一実施形態による取付構造体にアクチュエータを取り付ける様子を示した斜視図である。
【図３２】本発明の一実施形態による取付構造体にアクチュエータを取り付けて樹脂でモールドして構成したモジュール体を示した斜視図である。
【図３３】本発明の一実施形態におけるアクチュエータの構成を示した図である。
【図３４】本発明の一実施形態による取付構造体の構成を示した図である。
【図３５】本発明の一実施形態によるモジュール体の分解斜視図である。
【図３６】図３５に示したモジュール体の圧接挟持コネクタの一例を示した図である。
【図３７】図３５に示したモジュール体の圧接挟持コネクタの他の例を示した図である。
【図３８】図３５に示したモジュール体の圧接挟持コネクタの他の例を示した図である。
【図３９】図３５に示したモジュール体の圧接挟持コネクタの他の例を示した図である。
【図４０】図３５に示したモジュール体の圧接挟持コネクタの他の例を示した図である。
【符号の説明】
１容器
１０６アクチュエータ
１６０圧電層
１６４上部電極
１６６下部電極
１７６振動板
３５０取付プレート
３６０液体容器取付部
３６１保護部材
３６２リードワイヤ
３６３圧電装置装着部
３６４モールド部
３７０貫通孔
３８０孔
３８２圧電装置装着部３６３の孔
３７２シーリング構造
６００モールド構造体
７００Ｂ、８４０モジュール体
８１１成形体
８１２雌側の型
８１３雄側の型
８２１基部
８２２円柱部
８２３凹部
８３０、８６０取付構造体
８３１導電部材
８３２電気接点
８３３アクチュエータ
８３４樹脂
８６１制御素子等
８６４、８６５電線
８８０ポリオレフィンフィルム
８８１プレート
８８２ケース
８８３回路基板
８８５圧接挟持コネクタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
According to the present invention, a piezoelectric device for detecting a consumption state of a liquid in a liquid container that contains a liquid is detected by detecting a change in acoustic impedance, in particular, a change in resonance frequency. The present invention relates to a mounting structure for mounting, a module body including the mounting structure and a piezoelectric device, and a liquid container including the module body and a container body.
[0002]
[Prior art]
As an example of a conventional liquid container, an ink cartridge mounted on an ink jet recording apparatus will be described. In general, an ink jet recording apparatus includes a carriage on which an ink jet recording head having pressure generating means for pressurizing a pressure generating chamber, a nozzle opening for ejecting pressurized ink as ink droplets, and a flow path. And an ink tank for storing ink to be supplied to the recording head, 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 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. Furthermore, 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]
Further, in the method for managing the point in time when ink is consumed by the electrode as described above, a hole for attaching the electrode to the ink cartridge must be provided in the ink cartridge. For this reason, when the ink cartridge is made of plastic, there is a problem that the injection molding process becomes complicated.
[0007]
Furthermore, since the electrode has a special sealing structure in order to maintain liquid tightness, it is difficult to separate it from the ink cartridge. As a result, there has been a problem that it is difficult to replace or recycle the electrode or the ink cartridge.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Japanese Patent Application No. 2000-147052 proposes a piezoelectric device and a module body mounted on a liquid container that can accurately detect the remaining amount of liquid and eliminate the need for a complicated seal structure in order to solve the above-mentioned problems. Yes.
[0009]
Accordingly, the present invention provides an attachment structure for attaching a piezoelectric device having a function of detecting the consumption state of the liquid in the liquid container to the liquid container, and facilitates attachment and detachment of the piezoelectric device to the liquid container. For the purpose.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
That is, according to an embodiment of the present invention, the mounting structure for mounting the piezoelectric device used to detect the consumption state of the liquid in the liquid container to the liquid container is a piezoelectric device mounting portion on which the piezoelectric device is mounted. And a liquid container attaching part attached to the liquid container. The piezoelectric device mounting portion may have an opening, and the vibrating portion of the piezoelectric device may contact the liquid in the liquid container through the opening. A mounting plate having an opening may be further provided, and the piezoelectric device may be mounted on the piezoelectric device mounting portion via the mounting plate. The piezoelectric device includes a piezoelectric element having a piezoelectric layer sandwiched between electrodes, and a diaphragm having the piezoelectric element disposed on one surface, and a cavity forming member having a cavity formed on the other surface of the diaphragm. The diaphragm may be arranged so that the diaphragm can come into contact with the liquid in the liquid container via the cavity. The cavity forming member may be a substrate formed integrally with the piezoelectric element and the diaphragm. The cavity forming member may be a mounting plate attached to the piezoelectric device. A mounting plate having an opening may be further provided, and the substrate cavity and the opening of the mounting plate may be arranged to communicate with each other. A piezoelectric device mounting portion may be formed on the upper surface of the liquid container mounting portion. The piezoelectric device may be mounted on the side surface of the piezoelectric device mounting portion formed so as to protrude from the liquid container mounting portion. The piezoelectric device may include a piezoelectric element and an insulating portion that insulates the piezoelectric element from the liquid in the liquid container. You may make it further have a mold part which molds the attachment site | part of a piezoelectric device mounting part and a piezoelectric device. The liquid container mounting portion may include a cylindrical portion that fits into a through hole formed in the liquid container. The liquid container mounting portion may include a base formed integrally with the cylindrical portion. You may make it have a sealing structure in the fitting part with the liquid container of a liquid container attachment part. The back electromotive force may be generated by residual vibration remaining in the piezoelectric device. The mounting structure may further include a circuit board. The piezoelectric device mounting portion may be formed so as to be inclined with respect to the liquid level of the liquid in the liquid container.
[0011]
According to another aspect of the present invention, there is provided a mounting structure for mounting a piezoelectric device used for detecting a consumption state of a liquid in a liquid container to the liquid container as an integral structure. It has the mold part which molds the junction part of the lead wire which contacts an electrode, and a liquid container, It is characterized by the above-mentioned. You may make it have a leg part which makes a piezoelectric device protrude inside a liquid container.
[0012]
According to another aspect of the present invention, the liquid container is provided with the mounting structure. You may make it arrange | position so that a piezoelectric device mounting part may protrude in a liquid container. Furthermore, the piezoelectric device mounting portion may be formed so as to be inclined with respect to the liquid level of the liquid in the liquid container. The attachment site between the liquid container attachment portion and the liquid container may be molded. The attachment structure may be detachably attached.
[0013]
According to another aspect of the present invention, there is provided a mounting structure for mounting a piezoelectric device used for detecting a liquid consumption state in a liquid container to the liquid container, the drive signal being transmitted to the piezoelectric device. Each of the pair of conductive members is electrically connected to the piezoelectric device, and a pair of conductive members integrally formed with the pair of conductive members. Part, a base end part electrically connected to the circuit board, and an intermediate part connecting the tip part and the base end part, at least a part of the intermediate part being embedded in the molded body It is characterized by being.
[0014]
Preferably, the pair of distal end portions are disposed in the same plane, and the pair of proximal end portions are disposed in another identical plane different from the plane in which the pair of distal end portions are disposed. .
[0015]
Preferably, each of the pair of conductive members is formed by bending an elongated member made of a conductive material, and the same plane on which the pair of distal ends are disposed and the pair of proximal ends. Are arranged in parallel with each other, and the elongated member of a portion located in the same plane and the elongated member of a portion located in the other same plane are They do not overlap each other in the direction perpendicular to the same plane and the other same plane.
[0016]
Preferably, when the molded body is resin-molded, the pair of tip portions are coupled by a coupling member, and the coupling member is removed after resin molding.
[0017]
Preferably, the connecting member is formed with a positioning hole into which a part of the mold is inserted in order to position the pair of conductive members with respect to a mold used for resin molding of the molded body. Yes.
[0018]
30. The mounting structure according to claim 29, wherein the positioning hole is preferably formed at a position corresponding to a vibrating portion of the piezoelectric device.
[0019]
Preferably, a female mold and a male mold fitted to the female mold are used for resin molding of the molded body, and a part of the pair of conductive members connected by the connecting member is In order to position the pair of conductive members with respect to the male mold, an outline corresponding to a part of the male mold is provided.
[0020]
Preferably, when the molded body is resin-molded, at least a part of the pair of tip parts is sandwiched by a pair of molds, whereby at least a part of the pair of tip parts is buried in the resin. The exposed portion of the pair of tip portions forms an electrical contact.
[0021]
Preferably, the molded body has a recess for receiving the piezoelectric device, and the pair of tip portions are disposed on the bottom surface of the recess.
[0022]
A module body according to another aspect of the present invention includes the mounting structure according to any one of the above and the piezoelectric device fitted in the concave portion of the mounting structure, and the piezoelectric device includes a pair of electrodes. A piezoelectric element having a sandwiched piezoelectric layer, and a diaphragm having the piezoelectric element disposed on one surface, and a cavity forming member having a cavity formed on the other surface of the diaphragm, The liquid in the liquid container is configured to come into contact with the vibration plate through a cavity.
[0023]
Preferably, the piezoelectric device has a pair of electrodes electrically connected to the pair of tip ends of the mounting structure by a conductive adhesive, and a liquid flows around the back side of the piezoelectric device. The periphery of the piezoelectric device is sealed with resin so as not to be present.
[0024]
According to another aspect of the present invention, there is provided a mounting structure for mounting a piezoelectric device used to detect a consumption state of a liquid in a liquid container to the liquid container, and the piezoelectric device is electrically connected to the piezoelectric device. A base portion provided with a wire to be connected; and a projecting portion protruding from the base portion and mounted with the piezoelectric device. The electric wire electrically connected to the piezoelectric device is formed by two-color molding resin plating. It is characterized by being formed in a dimension.
[0025]
Preferably, a recess for receiving the piezoelectric device is formed at an end of the protruding portion, and a portion electrically connected to the pair of electrodes of the piezoelectric device is formed on the bottom surface of the recess. It is formed by at least a part of the electric wire.
[0026]
Preferably, the protruding portion includes a cylindrical portion protruding from the base portion, and a sealing portion that seals a distal end opening of the cylindrical portion, and the surface of the sealing portion is A recess is formed, a through-hole penetrating the sealing portion is formed in the bottom surface of the recess, and the electric wire in a portion electrically connected to a pair of electrodes of the piezoelectric device is the recess Is continuously formed from the bottom surface to the back surface side of the sealing portion through the inner surface of the through hole.
[0027]
According to a module body according to another aspect of the present invention, a piezoelectric device used for detecting a consumption state of a liquid in a liquid container, a circuit board electrically connected to the piezoelectric device, and the circuit board A press-clamping connector that is pressed and clamped between the circuit board and the piezoelectric device in order to electrically connect the formed pair of electrodes and the pair of electrodes of the piezoelectric device. Features.
[0028]
Preferably, the press-clamping connector includes an insulating elastic body that is pressed and elastically compressed between the circuit board and the piezoelectric device, and a plurality of members extending in the compression direction inside the elastic body. A conductor.
[0029]
Preferably, the press-clamping connector includes a pair of conductive rubber members disposed between a pair of electrodes formed on the circuit board and a pair of electrodes of the piezoelectric device, and the pair of conductive rubber members. And an insulating rubber member for connecting the two.
[0030]
Preferably, the piezoelectric device includes a piezoelectric element having a piezoelectric layer sandwiched between a pair of electrodes, and a diaphragm on which the piezoelectric element is disposed on one surface, and the other surface of the diaphragm A cavity forming member having a cavity formed therein is disposed, and the liquid in the liquid container is in contact with the diaphragm via the cavity.
[0031]
In each embodiment described above, the piezoelectric device can be supported by a pair of conductive members connected to the piezoelectric device.
[0032]
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.
[0033]
In the present embodiment, the present invention is applied to the technology of a mounting structure that attaches a piezoelectric device that detects the consumption state of ink in an ink cartridge to the ink cartridge.
[0034]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. In the drawings, first, the basic technology of a piezoelectric device that detects the ink consumption state will be described (FIGS. 1 to 4). Subsequently, an attachment structure for attaching the piezoelectric device to the ink cartridge, an exploded view thereof, a variation of the attachment structure, an application example to the ink cartridge, and the like will be described with reference to FIG.
[0035]
In the present embodiment, “actuator” is shown as one form of the piezoelectric device, but the form of the piezoelectric device is not limited to the actuator, and may be “elastic wave generating means” or “piezoelectric element”. . The components of the piezoelectric device are not limited to this embodiment. The terms “module body” and “mold structure” are also used as one form for realizing the mounting structure.
[0036]
1 and 2 show details and an equivalent circuit of an actuator 106 that 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. 1A is an enlarged plan view of the actuator 106. FIG. 1B shows a BB cross section of the actuator 106. FIG. 1C shows a CC cross section of the actuator 106. 2A and 2B show an equivalent circuit of the actuator 106. FIG. 2C and 2D show the periphery including the actuator 106 and its equivalent circuit when the ink is filled in the ink cartridge, respectively, and FIGS. 2E and 2F. ) Shows the periphery including the actuator 106 and its equivalent circuit when there is no ink in the ink cartridge.
[0037]
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.
[0038]
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.
[0039]
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.
[0040]
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.
[0041]
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.
[0042]
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.
[0043]
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.
[0044]
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.
[0045]
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.
[0046]
The actuator 106 shown in FIGS. 1 and 2 is mounted at a predetermined position 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 of liquid is consumed. Furthermore, the actuator 106 can also detect the type of liquid in the liquid container.
[0047]
Here, the principle of the liquid level detection by the actuator will be described.
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.
[0048]
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.
[0049]
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.
[0050]
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.
[0051]
A resonance frequency 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 in the vibration part of the actuator. It has been proved by experiments that there is almost no difference between the two.
[0052]
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.
[0053]
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.
[0054]
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.
[0055]
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.
[0056]
As shown in FIG. 2E, 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 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.
[0057]
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.
[0058]
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.
[0059]
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.
[0060]
FIG. 1C is a cross-sectional view of the actuator 106 when no ink remains in the cavity in this embodiment. FIGS. 2A and 2B are equivalent circuits of the vibrating portion of the actuator 106 and the cavity 162 when no ink remains in the cavity.
[0061]
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 the present embodiment, Mact can be calculated from the thickness, density, and area of the entire vibration unit, and 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. Moreover, in this embodiment, in the piezoelectric layer 160, the upper electrode 164, and the lower electrode 166, it is preferable that parts other than the circular part which is the main part are so small as to be negligible with respect to the main part.
[0062]
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.
[0063]
2A, FIG. 2B, FIG. 2D, and FIG. 2F 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.
[0064]
1 / Cact = (1 / Cpzt) + (1 / Celectrode1) + (1 / Celectrode2) + (1 / Cvib) (Formula 3)
From Equation 2 and Equation 3, FIG. 2A can also be expressed as FIG.
[0065]
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.
[0066]
FIG. 2C shows 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. 2C 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
M'max = (π * ρ / (2 * k ^Three )) * (2 * (2 * k * a) ^Three / (3 * π)) / (π * a ² ) ² (Expression 4) (a is the radius of the vibration part, ρ is the density of the medium, and k is the wave number.)
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.
[0067]
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 velocity of the sound propagating through the medium.)
[0068]
FIG. 2D shows an equivalent circuit of the vibration part of the actuator 106 and the cavity 162 in the case of FIG. 2C where the liquid is sufficiently contained in the liquid container and the liquid is filled around the vibration region of the actuator 106. Indicates.
[0069]
FIG. 2E 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,
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.
[0070]
Here, as shown in FIG. 2E, 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. 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.
[0071]
FIG. 2F shows the case of FIG. 2E in which 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.
[0072]
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. 2C to M′cav in FIG. 2E 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. 2 (E), when M′cav is expressed using Equation 6, the cavity depth d is substituted for t in Equation 6,
M′cav = ρ * d / S (Formula 7)
It becomes.
[0073]
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.
[0074]
FIG. 3A 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.
[0075]
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 reducing d (see FIG. 1B) of the cavity 162 of the actuator 106, 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. 2C). 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.
[0076]
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. 2C), the actuator 106 can gradually detect the ink consumption state.
[0077]
A curve X in FIG. 3A shows 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.
[0078]
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,
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 the 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.
[0079]
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.
1 / M ′ = 1 / M′air + 1 / M′ink = Sair / (ρair * tair) + Sink / (ρink * tink) (Equation 9)
It becomes.
[0080]
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.
[0081]
Since the vibration of the actuator varies from the depth of tink-max to the depth of remaining ink, if the remaining depth of ink is slightly smaller than tink-max and the actuator is disposed on the bottom surface, It is not possible to detect a process in which the ink gradually decreases. It is detected that the ink amount has changed from the vibration change of the actuator in the slight ink amount change from tink-max to the remaining depth. In addition, when the diameter of the opening (cavity) is small, the vibration change of the actuator while passing through the opening is small, so it is difficult to detect the ink amount in the passing process. Whether the ink level is above or below the opening is detected. For example, the curve Y in FIG. 3A 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.
[0082]
FIG. 3B 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. 3B, when the ink density is increased, the additional inertance is increased, so that the resonance frequency fs is decreased. That is, the resonance frequency fs varies depending on the type of ink. Therefore, by measuring the resonance frequency fs, it is possible to confirm whether or not inks having different densities are mixed when refilling the ink. That is, it is possible to identify ink tanks containing different types of ink.
[0083]
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.
[0084]
The resonance frequency fs is a function of the inertance M. The inertance M is the sum of the inertance Mact and the additional inertance M ′ of the vibration part. Here, the additional inertance M ′ is related to the liquid state. The additional inertance M ′ is an amount indicating that the mass of the vibration part is apparently increased by the action of the medium in the vicinity of the vibration part. That is, it means an increase in mass of the vibrating part due to apparent absorption of the medium by the vibration of the vibrating part.
[0085]
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. That is, since the medium related to vibration does not become smaller than M′max, a change cannot be detected even if ink is consumed. Therefore, the actuator 106 cannot detect the state of the liquid in the liquid container.
[0086]
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.
[0087]
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.
[0088]
Here, M′cav is the mass inertance 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,
M'max> ρ * d / πa ² (Formula 10)
It is. Expanding Equation 10
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.
[0089]
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.
[0090]
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.
[0091]
Further, according to the present 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 that the vibration part of the actuator 106 vibrates the liquid by its own vibration based on the drive signal. 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 part of the actuator generated by the vibration caused by the reciprocating movement of the carriage by the scanning of the print head during printing Good.
[0092]
4A and 4B 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 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. 4A and 4B, the vertical axis indicates the voltage of the counter electromotive force generated by the residual vibration of the actuator 106, and the horizontal axis indicates time. The residual vibration of the actuator 106 generates a voltage analog signal waveform as shown in FIGS. 4A and 4B. Next, the analog signal is converted into a digital numerical value corresponding to the frequency of the signal.
[0093]
In the example shown in FIGS. 4A and 4B, 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.
[0094]
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.
[0095]
FIG. 4A shows a waveform when the ink level is higher than the mounting position level of the actuator 106. On the other hand, FIG. 4B shows a waveform when there is no ink at the mounting position level of the actuator 106. Comparing FIG. 4A and FIG. 4B, it can be seen that FIG. 4A has a longer time from 4 to 8 counts than FIG. 4B. 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 the count may be counted from an arbitrary count. Here, signals from the 4th count to the 8th count are detected, and the 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. Note that 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. 4, the time from the 4th count to the 8th count is measured, but the times within different count intervals may be detected according to the circuit configuration for detecting the frequency.
[0096]
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.
[0097]
In another embodiment, the number of back electromotive force voltage waveforms within a predetermined period may be counted (not shown). The resonance frequency can also be obtained by this method.
[0098]
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.
[0099]
Further, as can be seen by comparing FIG. 4A and FIG. 4B, 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. 4A 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.
[0100]
The above is the description of the “actuator” which is one form of the piezoelectric device and the ink consumption state detection technique using the “actuator”. Subsequently, an embodiment of the mounting structure of the present invention will be described.
[0101]
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration in which the actuator 106 is integrally formed as the mounting module body 100. As shown in FIG. 10, the module body 100 is attached to a predetermined portion of the container (container body) 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.
[0102]
In addition, if a sealing structure such as an elastic member is provided on the outer periphery of the mounting structure, liquid tightness with the container can be appropriately maintained. In addition, in this figure, although the attachment structure has the base 102 and the cylindrical part 116, the shape of an attachment structure is not limited to this. For example, a cylindrical structure in which the side surface of the cylindrical portion 116 extends may be used.
[0103]
FIG. 6 is an exploded view showing a 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.
[0104]
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.
[0105]
Further, it is preferable that the actuator (piezoelectric device) 106 is supported by the lead wires 104a and 104b by using a conductive member having a certain degree of rigidity as the lead wires 104a and 104b.
[0106]
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.
[0107]
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. As shown in FIGS. 1 and 2, the actuator 106 is formed with a cavity 162, 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 circular shape that is symmetric 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.
[0108]
FIG. 7 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.
[0109]
FIG. 8 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. 5, 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.
[0110]
In addition, it is preferable that the actuator (piezoelectric device) 106 is supported by the lead wires 404a and 404b by using a conductive member having a certain degree of rigidity as the lead wires 404a and 404b.
[0111]
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.
[0112]
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.
[0113]
FIG. 9 shows still another embodiment of the module body. Similar to the module body 100 shown in FIG. 5, the module body 500 of FIG. 9 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.
[0114]
In addition, it is preferable that the actuator (piezoelectric device) 106 is supported by the lead wires 504a and 504b by using a conductive member having a certain degree of rigidity as the lead wires 504a and 504b.
[0115]
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.
[0116]
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.
[0117]
In addition, since the actuator 106 is provided on the inclined surface of the inclined columnar tip, the diameter of the column can be made smaller than that of the module body 100 shown in FIG. That is, since the module body can be made thin, it is also suitable for mounting an ink container having a narrow mounting position of the module body. Furthermore, the diameter of the hole of the module body attachment site of the ink container can be reduced. Therefore, ink leakage can be reduced.
[0118]
FIG. 10 is a cross-sectional view of the vicinity of the bottom of the ink container when the module body 100 shown in FIG. 5 is mounted in the through hole 1 a of the container 1. 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 preferably includes a cylindrical portion as described with reference to FIG. 5 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. In addition to the module body 100, the module body 400 shown in FIG. 7, the module body 500 shown in FIG. 9, or the module bodies 700A and 700B and the mold structure 600 shown in FIG. Then, the presence or absence of ink may be detected.
[0119]
If the module body 100 or the like as described above is used, it can be attached to and detached from the container 1. Therefore, the actuator 106 can be appropriately attached to and removed from the container 1. As a result, the actuator 106 can be easily recycled.
[0120]
FIG. 11A shows a cross-sectional view of the ink container when the module body 700B is attached to the container 1. FIG. In the present 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. Further, a mold part for sealing the connection part between the piezoelectric device mounting part 363 and the actuator 106 may be provided. In addition, although the module body 700B and the container 1 in FIG. 11A 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.
[0121]
In the module body 700B of FIG. 11A, the lead wires shown in FIGS. 5 to 9 need not be embedded in the module body. Therefore, the molding process is simplified. Furthermore, the module body 700B can be replaced and recycled.
[0122]
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.
[0123]
In the embodiment of FIG. 11A, 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. Thus, the piezoelectric element can be insulated from the liquid in the container 1 by the insulating portion including the vibration plate 176 and the mounting plate 350. In addition, since the actuator 106 is fixed by the mounting plate 350, only the vibrating portion of the diaphragm 176 can be appropriately vibrated.
[0124]
In the embodiment of FIG. 11A, it is not necessary to embed the electrodes of the lead wires 104a, 104b, 404a, 404b, 504a, and 504b shown in FIGS. 5 to 9 in the module body. Therefore, the molding process is simplified. Furthermore, the actuator 106 can be replaced and recycled.
[0125]
FIG. 11B shows a cross-sectional view of an ink container as an embodiment when the actuator 106 is mounted on the container 1. In the ink cartridge according to the embodiment of FIG. 11B, 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. 11B, the actuator 106 is protected by the protection member 361, so that the actuator 106 can be protected from contact with the outside.
[0126]
Note that the actuator 106 and the mounting plate 350 in the examples of FIGS. 11A and 11B can be replaced with the actuator 106 having the substrate 178 of FIG.
[0127]
FIG. 11C shows an embodiment including a mold structure 600 including the actuator 106. In this embodiment, the 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. The mold part 364 is formed to have two leg parts 364 a and 364 b extending from the 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.
[0128]
The mold structure 600 in FIG. 11C 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.
[0129]
FIG. 12 is an enlarged view of the opening of the mounting structure according to the present embodiment. More specifically, it is an example of an enlarged view of the opening of the mounting structure shown in FIGS. A through hole 2 c is formed in the piezoelectric device mounting portion 363. The actuator 650 has a diaphragm 72 and a piezoelectric element 73 fixed to the diaphragm 72. The actuator 650 is fixed to the piezoelectric device mounting portion 363 so that the piezoelectric element 73 faces the through hole 2c through the vibration plate 72 and the substrate 71. The diaphragm 72 is elastically deformable and has ink resistance. Further, the diameter of the plate 71 is not limited to this figure. Since the attachment structure may be configured by a part of the wall of the container 1 as shown in FIG. 11 (B), the through hole may be formed in the wall of the container 1.
[0130]
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 2c is formed at a position facing the actuator 650, and a minimum amount of ink is secured in the through hole 2c. 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 2c.
[0131]
FIG. 13 shows another embodiment of the through hole 2c. In each of FIGS. 13A, 13B, and 13C, the left figure shows a state where no ink K is present in the through hole 2c, and the right figure shows a state where the ink K remains in the through hole 2c. Indicates. In the embodiment of FIG. 12, the side surface of the through hole 2c is formed as a vertical wall. In FIG. 13A, the through-hole 2c has a side surface 2d that is slanted in the vertical direction and is open to the outside. In FIG. 13B, stepped portions 2e and 2f are formed on the side surface of the through hole 2c. The upper step portion 2f is wider than the lower step portion 2e. In FIG. 13C, the through hole 2c has a groove 2g extending in the direction in which the ink K is easily discharged, that is, in the direction of the ink supply port 2.
[0132]
According to the shape of the through hole 2c shown in FIGS. 13A to 13C, the amount of ink K in the ink reservoir can be reduced. Therefore, since M′cav described in FIGS. 1 and 2 can be made smaller than M′max, the vibration characteristic of the actuator 650 at the time of ink end is 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. Since the attachment structure may be configured by a part of the wall of the container 1 as shown in FIG. 11 (B), the through hole may be formed in the wall of the container 1.
[0133]
FIG. 14 shows a plan view of still another embodiment of the through hole 2c. As shown in FIGS. 14A to 14C, the planar shape of the through hole 2c may be any shape that does not affect the vibration characteristics of the actuator. Any shape such as a circle, a rectangle, and a triangle may be used. Although the through hole 2c is formed in the piezoelectric device mounting portion 363, the attachment structure may be formed by a part of the wall of the container 1 as shown in FIG. It may be formed on the wall.
[0134]
FIG. 15 shows an embodiment of an ink cartridge and an ink jet recording apparatus to which an attachment structure 107 equipped with an actuator is attached. The plurality of ink cartridges 180 are attached to an ink jet recording apparatus having a plurality of ink introduction portions 182 and head plates 184 corresponding to the respective ink cartridges 180. The plurality of ink cartridges 180 accommodate different types of ink, for example, colors. Each of the plurality of ink cartridges 180 has a mounting structure 107 on which an actuator that is a means for detecting acoustic impedance is mounted. By attaching the attachment structure 107 to which the actuator is mounted to the ink cartridge 180, the remaining amount of ink in the ink cartridge 180 can be detected.
[0135]
FIG. 16 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. On the bottom surface 8a of each of the ink chambers 9, 10 and 11, mounting structures 15, 16 and 17 to which actuators are attached are attached so as to detect the consumption state of the ink stored in each ink chamber. Yes. The division of the ink chamber by the partition is not limited to three. Further, the types of ink stored in each ink chamber may be all different or may include the same type.
[0136]
FIG. 17 shows still another embodiment of the ink cartridge 180. 17A is a cross-sectional view of the ink cartridge 180C, FIG. 17B is an enlarged cross-sectional view of the side wall 194b of the ink cartridge 180C shown in FIG. 17A, and FIG. FIG. An attachment structure 700 is attached to the ink cartridge 180C. The mounting structure 700 has a circuit board 610. The semiconductor memory means 7 and the actuator 106 are formed on the same circuit board 610. As shown in FIGS. 17B and 17C, 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.
[0137]
Further, by providing a predetermined recess in the side wall 194b and fitting the caulking portion 616, the mounting structure 700 having the circuit board 610 can be mounted at a predetermined position, and a terminal 612 and an actuator 106 to be described later can be connected. Can be done at the appropriate location.
[0138]
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.
[0139]
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 resonance frequency when the ink in the ink container 194 is full or end is stored in the semiconductor storage unit 7 in advance, and the variation in detecting the remaining amount of ink is corrected by reading the resonance frequency data on the ink jet recording apparatus side. Therefore, it is possible to accurately detect that the ink remaining amount has decreased to the reference value.
[0140]
FIG. 18 is a cross-sectional view of a main part of an ink jet recording apparatus to which an ink cartridge having a mounting structure is mounted. 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.
[0141]
An ink supply port 2 that joins an ink supply needle of a recording apparatus is provided in a container 1 that stores ink. An attachment structure 3 is attached to the bottom surface of the container 1.
[0142]
The ink supply port 2 is provided with a packing 4 and a valve body 6. The packing 4 is liquid-tightly engaged with an ink supply needle 32 that communicates 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.
[0143]
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. Note that the attachment structure equipped with the piezoelectric device may be attached to the sub tank 33 to determine whether ink has run out. After the ink in the ink cartridge runs out, the ink consumption state is detected on the sub tank side, so that the ink cartridge can be replaced at a timing close to ink exhaustion. Furthermore, in order to more reliably detect the ink consumption state, an attachment structure equipped with a piezoelectric device may be attached to both the ink cartridge and the sub tank.
[0144]
The mounting structure is not only attached to the ink cartridge provided on the carriage 30 as described above, but the ink tank other than the ink cartridge is provided in a fixed portion of a predetermined printer other than the carriage 30. Also good.
[0145]
FIG. 19 is a cross-sectional view of the ink cartridge 180d, showing still another embodiment of the ink cartridge 180. FIG. In the previous FIG. 10, the module body 100 shown in FIG. 5 is attached to the side wall of the container 1. In FIG. 19, the module body 500 shown in FIG. 9 is attached to the side wall 194b of the ink container 194 of the ink cartridge 180d.
[0146]
The module body 500 has a tip portion inclined, and the actuator 106 is mounted on the inclined piezoelectric device mounting portion 505. For this reason, when the module body 500 is attached to the side wall 194b, the actuator 106 is inclined with respect to the vertical direction of the ink container 194. The actuator 106 is also inclined with respect to the ink level in the ink container 194.
[0147]
Accordingly, even if the ink level passes through the module body 500 or the ink container is shaken and the ink adheres to the vicinity of the piezoelectric device mounting portion 505, the ink near the piezoelectric device mounting portion 505 flows down. By using the inclined piezoelectric device mounting portion 505 in this way, ink sweeping near the actuator 106 is improved. For this reason, it is possible to prevent ink unnecessary for measurement of the actuator 106 from staying in the piezoelectric device mounting portion 505, and to reduce erroneous detection of measurement of the actuator 106.
[0148]
In FIG. 19, the module body 500 is attached to the ink container 194 so that the piezoelectric device mounting portion 505 of the module body 500 faces the bottom surface of the ink container 194. However, the mounting direction of the module body 500 is not limited to the drawing, and the module body 500 may be attached to the ink container 194 so that the piezoelectric device mounting portion 505 faces the upper surface of the ink container 194. Further, the mounting position and number of the module body 500 on the side wall 194b are not limited to those in the figure, and the length of the module body 500 protruding into the ink container 194 is not limited to the figure.
[0149]
FIG. 20 is a cross-sectional view of the ink cartridge 180e, showing an embodiment different from FIG. In FIG. 20, unlike FIG. 19, the module body 500 is attached near the ink supply port 187 on the bottom surface of the ink container 194. Here, similarly to the case shown in FIG. 19, since the piezoelectric device mounting portion 505 of the module body 500 is inclined, ink cleaning is good. For this reason, it can be reduced that the actuator 106 erroneously detects the presence of ink even though there is actually no ink.
[0150]
Here, the module body 500 is preferably attached near the ink supply port 187. This is because even if the ink cartridge 180e is inclined and attached to the ink jet recording apparatus, it can be properly detected whether or not the ink remains in the vicinity of the ink supply port 187. The mounting position, orientation, and number of the module body 500 on the bottom surface of the ink container 194 are not limited to those in the figure, and the length of the module body 500 protruding into the ink container 194 is not limited to the figure.
[0151]
As described above, in the present embodiment, the description has focused on the mounting structure for mounting the actuator that detects the ink consumption state. However, the mounting structure for mounting the piezoelectric device that generates the elastic wave and the piezoelectric device that receives the reflected wave. The mounting structure for mounting the may be attached to the liquid container. Therefore, the number of attachment structures attached to the liquid container is not limited to one. Further, the attachment position of the attachment structure to the liquid container is not limited to the bottom of the liquid container.
[0152]
Next, a mounting structure according to another embodiment of the present invention and a module body having the mounting structure and the piezoelectric device will be described with reference to FIGS.
[0153]
FIG. 21 shows a plate-like member for manufacturing the mounting structure according to the present embodiment. This plate-like member 800 is formed by pressing a thin metal plate having a thickness of about 0.1 to 0.2 mm into a predetermined shape. It is formed. The thin metal plate to be used preferably has a material having a low electrical resistance and is suitable for soldering and pressing, and may be plated to lower the electrical resistance to enable soldering. Reference numeral 801 in FIG. 21 indicates an elongated member for forming a conductive member constituting a part of the attachment structure, and a pair of elongated members 801 is formed per attachment structure. The elongated member 801 includes a distal end portion 802, an intermediate portion 803, a proximal end portion 804, and a projection portion 805. The distal end portions 802 of the pair of elongated members 801 are connected to each other by a tie bar (connecting member) 806. Yes. A positioning hole 810 is formed at the center of the tie bar 806. The positioning hole 810 is formed at a position corresponding to a vibrating part (sensor part) of the piezoelectric device. The elongated member 801 is connected to the support portion 808 via the branch portion 807. The support portion 808 is formed with a pilot hole 809 that is used when the plate-like member 800 is conveyed by the manufacturing machine.
[0154]
And as shown in FIG. 22, the elongate member 801 is bend | folded along the bending part shown in FIG. Thereby, a pair of front-end | tip parts 802 of a pair of elongate member 801 are arrange | positioned in the same plane. On the other hand, the pair of base end portions 804 are disposed in the same plane other than the plane on which the pair of distal end portions 802 are disposed. The protruding portion 805 is also caused by bending, and the raised protruding portion 805 acts to bite the resin.
[0155]
FIG. 23 is an enlarged view of a pair of elongated members 801 that are bent, and as can be seen from FIG. 23 (c), the same plane on which the pair of tip portions 802 are arranged, and the pair of base members The other same planes on which the end portions 804 are arranged are parallel to each other. Further, as can be seen from FIG. 23 (b), the elongated member 801 of the portion (including the tip portion 802) located in the same plane and the portion (base end portion 804) located in the other same plane. And the elongated member 801 do not overlap each other in the direction perpendicular to the same plane and the other same plane. For this reason, when the elongate member 801 shown in FIG. 21 is bent using a bending die, the bending die does not interfere with each other, and bending is facilitated.
[0156]
Next, with reference to FIG. 24 to FIG. 28, a procedure for integrally forming a molded body by insert molding on the elongated member 801 bent in FIG. 22 will be described.
[0157]
As shown in FIG. 24, a female mold 812 and a male mold 813 fitted to the female mold 812 are used to form the molded body 811 by insert molding. FIG. 27 shows details of the female die 812, and FIG. 28 shows details of the male die 813. A positioning cylinder portion 814 is formed on the male die 813, and a positioning R portion 815 having an outline corresponding to the outer shape of the positioning cylinder portion 814 is formed on the pair of elongated members 801. The contour of the positioning R portion 815 and the outer shape of the positioning cylindrical portion 814 form a concentric circle. Further, a positioning convex portion 816 is formed at the tip of the male mold 813, and this positioning convex portion 816 can be inserted into the positioning hole 810 of the connecting member 806.
[0158]
Then, from the state shown in FIG. 25, the positioning cylindrical portion 814 is fitted to the positioning R portion 815 and the positioning convex portion 816 is inserted into the positioning hole 810, so that a pair of elongated shapes is formed with respect to the male mold 813. Member 801 is positioned. Further, as shown in FIG. 26, the male-side mold 813 is inserted into the female-side mold 812 by inserting the positioning convex portion 816 of the male-side mold 813 into the positioning concave portion 817 of the female-side mold 812. Is positioned. As a result, the pair of elongated members 801 are accurately positioned inside the female mold 812 and the male mold 813.
[0159]
Further, as shown in FIG. 25, a contact surface 818 is formed around the positioning concave portion 817 of the female die 812, and a contact surface 819 is also formed around the positioning convex portion 816 of the male die 813. Has been. As shown in FIG. 26, at least a part of the distal end portion 802 of the elongated member 801 is sandwiched from both sides by the one contact surface 818 and the other contact surface 819. Since the resin is not supplied to the tip 802 of the portion sandwiched between the contact surfaces 818 and 819, the tip 802 of the portion is exposed without being buried in the resin, and an electrical contact is ensured. . This eliminates the need for an additional step of removing the resin in order to secure an electrical contact at the tip 802, thus simplifying the manufacturing process.
[0160]
When the molded body 811 is integrally formed with the pair of elongated members 801, the branch portion 807 is cut at the cutting portion shown in FIG. 21 and molded with the pair of elongated members 801 as shown in FIGS. An integrally molded product 820 with the body 811 is manufactured.
[0161]
As shown in FIGS. 29 and 30, the molded body 811 has a rectangular plate-like base portion 821 and a cylindrical portion 822 protruding from the base portion 821, and the tip surface of the cylindrical portion 822 receives a piezoelectric device. A pair of tip portions 802 and a connecting member 806 that connects them are disposed on the bottom surface of the recess 823. As shown in FIG. 29, on one side of the base 821, seats 824 that are in contact with the side walls of the liquid container are formed at the four corners. As shown in FIG. 30B, two protrusions 825 for positioning the molded body 811 with respect to the circuit board are formed on the other surface side of the base 821.
[0162]
Next, in the integrally molded product 820 shown in FIGS. 29 and 30, the connecting member 806 that connects the tip portions 802 of the pair of elongated members 801 is cut, bent, or excised, so that the tip portion 802 is cut. Separate each other electrically. By electrically separating the tip portion 802 in this way, the mounting structure in the present embodiment is manufactured as indicated by reference numeral 830 in FIG. 31, and this mounting structure 830 has a pair of elongated structures separated from each other. A pair of conductive members 831 including the member 801 is provided. Each of the pair of conductive members 831 has an electrical contact 832 composed of an exposed portion of the tip 802 of the elongated member 801. A drive signal is applied to the actuator 833 through a pair of conductive members 831 constituting a three-dimensional circuit.
[0163]
Then, the actuator 833 constituting the piezoelectric device is fitted into the recess 823 of the molded body 811 of the mounting structure 830, and the pair of electrical contacts 832 of the mounting structure 830 and the pair of electrodes of the actuator 833 are electrically connected. To do. For this connection, a conductive adhesive can be used. When the electrode of the actuator 833 and the electrical contact 832 of the mounting structure 830 are connected, the periphery of the actuator 833 is molded with a resin 834 as shown in FIG. 32 and sealed so that the liquid does not enter the back side of the actuator 833. To do. As a result, a module body 840 including the mounting structure 830 and the actuator 833 is manufactured.
[0164]
Further, the elongated member 801 has a certain degree of rigidity, and the actuator (piezoelectric device) 833 can be supported by the distal end portion 802 of the elongated member 801.
[0165]
As shown in FIG. 33, the actuator 833 has a piezoelectric element 845 that constitutes a sensor part (vibrating part) that detects a liquid. The piezoelectric element 845 includes an upper electrode 841, a lower electrode 842, and these electrodes 841. , 842 includes a piezoelectric layer 843. The piezoelectric element 845 is disposed on one surface of the diaphragm 846, and a cavity forming member 847 is disposed on the other surface of the diaphragm 846. A circular cavity (opening) 848 is formed at the center of the cavity forming member 847, and the piezoelectric element 845 is disposed at a position corresponding to the cavity 848. The upper electrode 841 is connected to the upper electrode terminal 849, and the lower electrode 842 is connected to the lower electrode terminal 850.
[0166]
32 is mounted on the same circuit board (not shown) as the memory module (not shown). At this time, the module body 840 and the circuit board are positioned by inserting the protrusion 825 shown in FIG. 30 into the hole formed in the circuit board. In this state, the electrical connection between the module body 840 and the circuit board is achieved. Connect the connection part by soldering.
[0167]
The module body 840 mounted on the circuit board is inserted from a through hole formed in the wall surface of the liquid container, and is fixed to the liquid container so that a portion of the actuator 833 protrudes into the liquid container. The liquid in the liquid container contacts the diaphragm 846 through the cavity 848.
[0168]
As described above, according to the present embodiment, the molded body 811 is integrally formed by resin molding on the pair of conductive members 831 constituting the three-dimensional circuit for applying the drive signal to the actuator 833. An attachment structure 830 for attaching the actuator 833 to a predetermined position of the liquid container can be manufactured with high dimensional accuracy. As a result, the module body 840 including the actuator 833 and the attachment structure 830 allows the inside of the liquid container. The liquid consumption state can be detected with high accuracy.
[0169]
Next, a mounting structure according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0170]
As shown in FIG. 34, the mounting structure 860 according to the present embodiment is a control element for controlling an actuator (not shown) constituting the piezoelectric device, a memory, or a control element integrated with a memory 861. (Hereinafter, referred to as “control element or the like 861”) is provided with a base portion 862 that is mounted, and a protruding portion 863 that protrudes from the base portion 862 and is mounted with an actuator. The control element 861 is, for example, an integrated circuit (IC) for memory.
[0171]
The protruding portion 863 includes a cylindrical portion 867 protruding from the base portion 862 and a circular plate-shaped sealing portion 868 that seals the distal end opening of the cylindrical portion 867. A recess 866 for receiving an actuator constituting the piezoelectric device is formed on the surface of the sealing portion 868.
[0172]
In the mounting structure 860, a plurality of electric wires 864 and 865 electrically connected to at least one of the actuator and the control element 861 are formed in a three-dimensional manner by two-color molding resin plating. More specifically, a pair of through holes 869 penetrating the sealing portion 868 is formed on the bottom surface of the recess 866, and the pair of electric wires 864 are sealed from the bottom surface of the recess 866 through the inner surface of the through hole 869. It reaches the back surface side of the stop portion 868 and is continuously formed to the back surface side of the base portion 862. The plurality of electric wires 865 electrically connected to the control element 861 are continuously formed from the front surface to the back surface of the base portion 862 through the plurality of through holes 870 formed in the base portion 862.
[0173]
Note that the electric wires 864 and 865 on the back side shown in FIG. 34B function as contact points for contact with a contact-type connector provided on the carriage of the printer. That is, when the ink cartridge is mounted on the carriage of the printer, the electric wires 864 and 865 on the back surface side shown in FIG. 34B are pressed against the contact type connector.
[0174]
In the mounting structure 860 shown in FIG. 34, the electric wire 864 and the electric wire 865 are not connected, and this example is a case where a memory is used as the control element 861. When a control element is used as the control element 861, wiring may be performed so as to connect the electric wire 864 and the electric wire 865.
[0175]
The two-color molding resin plating method is also called a two-shot method or a non-catalytic method, and performs patterning by injection molding twice. Two-color molding resin The outline of a typical example of the plating method will be described. First, a first molding (primary molding) is performed with a resin that can be plated, and then the whole is chemically etched to give a catalyst that is a nucleus of plating. And the part which does not deposit plating is plated after the covering molding (secondary molding) with the secondary side resin. That is, the two-color molding resin plating method is a method of depositing a conductive metal material, for example, gold plating only on a portion exposed on the primary molding processing surface.
[0176]
As described above, according to the mounting structure according to the present embodiment, since the electric wires electrically connected to the actuator and the control element are formed in a three-dimensional shape by two-color molding resin plating, the mounting structure 860 is provided. Since the electric wires 864 and 865 can be formed at the same time when the base 862 and the protrusion 863 are formed, the manufacturing process is greatly simplified, and simultaneous formation of a large number of mounting structures 860 is easy. . Further, since the accuracy of the positions where the electric wires 864 and 865 are formed in the attachment structure 860 is high, the attachment position accuracy of the actuator with respect to the attachment structure 860 is high, the liquid detection accuracy is improved, and the control element for the attachment structure 860 is further improved. The mounting position accuracy of the head 861 is also high, and the connection reliability between the control element 861 mounted on the mounting structure 860 and the external electrical contact is improved.
[0177]
Next, a module body according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0178]
FIG. 35 is an exploded perspective view showing the module body according to the present embodiment. This module body includes the actuator 833 shown in FIG. 33, and this actuator 833 is made of a stainless steel plate 881 using a polyolefin film 880. Heat welded to. The polyolefin film 880 is shaped so as not to cover the sensor portion of the actuator 833, and an opening is formed in the center of the plate 881, so that the liquid in the liquid container passes through the opening in the center of the plate 881. It is comprised so that the sensor part of 833 may be contacted. The plate 881 is liquid-tightly bonded to the upper end of the cylindrical resin case 882, whereby the actuator 833 is accommodated in the case 882.
[0179]
Then, a pair of electrodes 884 formed on a circuit board 883 on which a control element (not shown) such as a semiconductor memory for controlling the actuator 833 is mounted and a pair of electrodes (not shown) of the actuator 833 are electrically connected. In order to connect them, the press-clamping connector 885 is accommodated in the case 882 so as to sandwich the press-clamping connector 885 between the circuit board 883 and the actuator 833, and the case 882 and the circuit board 883 are bonded and fixed. As a result, the actuator 833 and the circuit board 883 are electrically connected via the pressure-contact clamping connector 885.
[0180]
FIG. 36 shows an example of the press-clamping connector 885. The press-clamping connector 885 has a strength that does not buckle during press-contacting by sandwiching a plurality of gold-plated brass wires 886 with a relatively flexible silicone sponge rubber member 887. The silicone solid rubber member 888 is used to cover the periphery. A cavity 889 is formed in the silicone solid rubber member 888 corresponding to the sensor portion (vibration portion) of the actuator 833 so as not to inhibit the vibration of the sensor portion of the actuator 833. The cavity 889 may be formed by punching with a press, or may be formed when the silicone solid rubber member 888 is molded. In the example shown in FIG. 36, a plurality of brass wires 886 extending in the compression direction are arranged in one row on both sides across the cavity 889, and the arrangement direction of each row of the plurality of brass wires 886 is parallel to each other. It is.
[0181]
FIG. 37 shows another example of the press-clamping connector 885. The difference from the configuration shown in FIG. 36 is that a plurality of brass wires 886 are arranged in a horizontal row.
[0182]
Even when the positional relationship between the actuator 833 and the press-clamping connector 885 is shifted when the module body shown in FIG. 35 is assembled by using the press-clamping connector 885 shown in FIG. For the direction, contact between the electrode of the actuator 833 and the brass wire 886 is ensured. Therefore, by arranging the brass wires 886 in a direction in which the deviation during assembly is large, the electrical connection between the electrode of the actuator 833 and the electrode 884 of the circuit board 883 can be reliably performed.
[0183]
FIG. 38 shows another example of the press-clamping connector 885. In this example, instead of the brass wire, a pair of conductive silicone rubber members 890 containing carbon are used. Are integrated by an insulating silicone rubber member 891. A cavity 889 is formed between the conductive silicone rubber members 890 similarly to the press-clamping connector 885 shown in FIG.
[0184]
FIG. 39 shows another example of the press-clamping connector 885. In this example, the left and right halves of the press-clamping connector 885 shown in FIG. 36 (a) are continuous with the silicone solid rubber member 888 itself. Instead of forming and connecting, the insulating silicone rubber 891 shown in FIG.
[0185]
FIG. 40 shows another example of the press-clamping connector 885. In this example, the left and right halves of the press-clamping connector 885 shown in FIG. Instead of forming and connecting, the insulating silicone rubber 891 shown in FIG.
[0186]
According to the press-clamping connector 885 configured as shown in FIGS. 38, 39, and 40, drilling for forming the cavity 889 is not required.
[0187]
As described above, according to the module body according to the present embodiment, the actuator 833 and the circuit board 883 can be electrically connected via the press-clamping connector 885, so that no soldering work is required for connection. Is easy.
[0188]
Although the present invention has been described above with reference to the embodiment, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the embodiment. For example, the liquid container in the present invention is not limited to an ink cartridge, and can be applied to other types of liquid containers. Various modifications 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.
[0189]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, the piezoelectric device can be appropriately attached to and detached from the liquid container.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing details of an actuator 106. FIG.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration and an equivalent circuit of an actuator.
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between ink density and ink resonance frequency detected by an actuator;
FIG. 4 is a diagram showing a back electromotive force waveform of an actuator.
5 is a perspective view showing a module body 100. FIG.
6 is an exploded view showing a configuration of the module body 100 shown in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing another embodiment of the module body.
8 is an exploded view showing a configuration of the module body shown in FIG. 7. FIG.
FIG. 9 is a view showing still another embodiment of the module body.
10 is a view showing an example of a cross section in which the module body 100 shown in FIG.
FIG. 11 is a view showing still another embodiment of the module body.
12 is a view showing an example of a cross section of the opening of the mounting structure shown in FIG.
FIG. 13 is a view showing another embodiment of the through hole 2c.
FIG. 14 is a view showing a plane of still another embodiment of the through hole 2c.
FIG. 15 is a diagram illustrating an ink cartridge having an attachment structure and an ink jet recording apparatus.
FIG. 16 is a diagram illustrating an ink cartridge that stores a plurality of types of ink.
17 is a view showing still another example of the ink cartridge 180. FIG.
18 is a diagram showing an ink jet recording apparatus suitable for the ink cartridge shown in FIG.
19 is a cross-sectional view of an ink cartridge 180d to which the module body 500 shown in FIG. 9 is attached.
20 is a cross-sectional view of another ink cartridge 180e to which the module body 500 shown in FIG. 9 is attached.
FIG. 21 is a plan view showing a plate member for manufacturing a mounting structure according to an embodiment of the present invention.
22 is a perspective view showing a state in which the plate-like member shown in FIG. 21 is bent. FIG.
23 is an enlarged view of a pair of elongated members bent in FIG.
24 is a perspective view showing a state in which a molded body is integrally formed by insert molding on the pair of elongated members bent in FIG.
25 is a cross-sectional view showing a state in which a molded body is integrally formed by insert molding on the pair of elongated members shown in FIG. 22, in which a male mold and a female mold are fitted. The state before matching is shown.
26 is a cross-sectional view showing a state in which a molded body is integrally formed by insert molding on a pair of elongated members shown in FIG. 22, in which a male mold and a female mold are fitted. The state after matching is shown.
27 is a diagram showing a configuration of a female die used for processing the molded body shown in FIG. 24. FIG.
28 is a view showing a configuration of a male mold used for processing the molded body shown in FIG. 24. FIG.
29 is a perspective view showing an integrally molded product cut by cutting a branch portion at the cutting portion shown in FIG. 21. FIG.
30 is a view showing an integrally molded product cut out by cutting a branch portion at the cutting portion shown in FIG. 21. FIG.
FIG. 31 is a perspective view showing how an actuator is attached to an attachment structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 32 is a perspective view showing a module body configured by attaching an actuator to a mounting structure according to an embodiment of the present invention and molding the actuator with resin.
FIG. 33 is a diagram showing a configuration of an actuator in one embodiment of the present invention.
FIG. 34 is a view showing a configuration of a mounting structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 35 is an exploded perspective view of a module body according to an embodiment of the present invention.
36 is a view showing an example of a pressure-clamping connector of the module body shown in FIG. 35. FIG.
FIG. 37 is a view showing another example of the press-clamping connector of the module body shown in FIG. 35.
38 is a view showing another example of the press-clamping connector of the module body shown in FIG. 35. FIG.
FIG. 39 is a view showing another example of the press-clamping connector of the module body shown in FIG. 35.
40 is a view showing another example of the press-clamping connector of the module body shown in FIG. 35. FIG.
[Explanation of symbols]
1 container
106 Actuator
160 Piezoelectric layer
164 Upper electrode
166 Lower electrode
176 Diaphragm
350 Mounting plate
360 Liquid container attachment
361 Protection member
362 lead wire
363 Piezoelectric device mounting part
364 Mold part
370 Through hole
380 holes
382 Hole of piezoelectric device mounting portion 363
372 Sealing structure
600 Mold structure
700B, 840 module body
811 Molded body
812 Female side mold
813 Male side mold
821 Base
822 cylinder
823 recess
830, 860 mounting structure
831 Conductive member
832 Electrical contact
833 Actuator
834 resin
861 Control elements, etc.
864, 865 electric wire
880 Polyolefin film
881 plate
882 case
883 Circuit board
885 IDC connector

Claims

A piezoelectric device used for detecting a consumption state of a liquid in a liquid container, the piezoelectric device having a piezoelectric element including a piezoelectric layer sandwiched between a pair of electrodes;
An attachment structure for attaching the piezoelectric device to the liquid container, the attachment structure having a piezoelectric device attachment part to which the piezoelectric device is attached, and a liquid container attachment part to be attached to the liquid container; With
The piezoelectric device mounting portion is connected to the liquid container mounting portion,
When the liquid container mounting portion is attached to the liquid container, the piezoelectric device faces the liquid in the liquid container,
The piezoelectric device includes a diaphragm in which the piezoelectric element is disposed on one surface, and a cavity forming member in which a cavity is disposed on the other surface of the diaphragm,
The vibration region of the diaphragm is defined by the cavity, and the diaphragm is configured to be able to contact the liquid in the liquid container through the cavity.
From the input signal to the piezoelectric element and the piezoelectric element so as to detect a counter electromotive force generated by residual vibration generated in a vibration region of the diaphragm after applying a drive signal to the piezoelectric element to vibrate the diaphragm. The module body is configured such that the output signal is input / output via the common pair of electrodes.

The module body according to claim 1, wherein the cavity forming member is a substrate formed integrally with the piezoelectric element and the diaphragm.

The module body according to claim 1, wherein the cavity forming member is a mounting plate constituting a part of the piezoelectric device.

Wherein the receiving portion further comprises a pulp rate having a opening in claim 2, wherein the opening of the cavity and the front Kipu rate of the substrate is characterized in that it is arranged so as to communicate The module body described.

The module body according to claim 1, wherein the piezoelectric device is mounted on a side surface of the piezoelectric device mounting portion formed to protrude from the liquid container mounting portion.

The module body according to claim 1, wherein the piezoelectric element is insulated from the liquid in the liquid container.

The module body according to claim 6, wherein a mounting portion between the piezoelectric device mounting portion and the piezoelectric device has a sealing structure .

The module body according to claim 1, further comprising a circuit board.

2. The mounting structure includes a pair of conductive members connected to the pair of electrodes of the piezoelectric element, and the piezoelectric device is supported by the pair of conductive members. Module body.

The module body according to claim 1, wherein the liquid container attaching portion is configured to be detachably attached to the liquid container.

A container body;
A module body attached to the container body, the module body including a piezoelectric device used for detecting a consumption state of the liquid in the container body, the piezoelectric device including a piezoelectric layer sandwiched between a pair of electrodes A module body having a piezoelectric element ;
The module body further said piezoelectric device has a mounting structure for mounting to the container body, the mounting structure comprises a piezoelectric device mounting portion to which the piezoelectric device is attached, attached to the container body It possesses a liquid container mounting portion that is, a,
The piezoelectric device mounting portion is connected to the liquid container mounting portion,
When the liquid container attachment portion is attached to the container body, the piezoelectric device faces the liquid in the container body,
The piezoelectric device includes a diaphragm in which the piezoelectric element is disposed on one surface, and a cavity forming member in which a cavity is disposed on the other surface of the diaphragm,
A vibration region of the diaphragm is defined by the cavity, and the diaphragm is configured to be able to contact the liquid in the container body through the cavity.
From the input signal to the piezoelectric element and the piezoelectric element so as to detect a counter electromotive force generated by residual vibration generated in the vibration region of the diaphragm after applying a drive signal to the piezoelectric element to vibrate the diaphragm. The liquid container is configured to be input / output via the pair of electrodes in common.

The liquid container according to claim 11, wherein the piezoelectric device mounting portion is disposed so as to protrude inward of the container main body.

The liquid container according to claim 12, wherein the piezoelectric device mounting portion is formed so as to be inclined with respect to a liquid level of the liquid in the container main body.

The liquid container according to claim 11, wherein a mounting portion between the liquid container mounting portion and the container main body has a sealing structure .

The liquid container according to claim 11, wherein the module body is detachably attached to the container body.