KR20000077352A - 액체 소비 검출 장치를 갖는 액체 용기 - Google Patents

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Abstract

액체 용기로서 역할을 하는 잉크 카크리지는 용기내의 액체의 소비 상태를 검출하는 압전 소자를 갖는 액체 센서와 기억 수단으로서 소비 정보 메모리로 되어 있다. 이 소비 정보 메모리는 상기 액체 센서를 사용한 소비 상태의 검출에 관한 소비 관련 정보를 기억하는, 개서 가능한 메모리이다. 이 소비 관련 정보는 예를 들어 검출의 결과로서 소비 상태 정보이다. 잉크 카트리지가 제거된 경우에도, 이 소비 상태 정보를 여전히 이용할 수 있다. 이 소비 관련 정보는 액체의 소비 상태에 따라 검출된 검출 특성이라도 좋다. 이 검출 특성에 의거하여, 이 소비 상태는 액체 센서를 이용하여 검출된다. 이 소비 상태는 개개의 잉크 카트리지의 차이에 관계없이 검출할 수 있다.

Description

액체 소비 검출 장치를 갖는 액체 용기{A LIQUID CONTAINER HAVING A LIQUID CONSUMPTION DETECTING DEVICE THEREIN}
본 발명은 액체 용기 및 액체 소비 검출 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 잉크젯 기록 장치에 있어서, 본 발명은 프린팅 헤드로 액체를 공급하는 잉크 카트리지내의 잉크의 소비 상태를 검지하는 압전 장치 및 압전 장치에 의해 검출된 잉크 소비의 정보를 기억하는 기억 수단이 장착된 잉크 카트리지에 관한 것이다.
잉크젯 기록 장치에서, 캐리지는 압력 발생실을 가압하는 압력 발생 수단과, 가압된 잉크를 노즐 개구로부터 잉크 방울로서 토출하는 노즐 개구로 되어 있다. 잉크젯 기록 장치는 잉크 탱크의 잉크를 유로를 통하여 기록 헤드에 공급하고, 그 결과 인쇄를 계속할 수 있도록 구성되어 있다. 잉크 탱크는 잉크가 소비되었을 때, 사용자가 그것을 교환할 수 있도록 착탈 가능한 카트리지로서 구성되어 있다.
종래, 잉크 카트리지의 잉크 소비의 관리 방법으로서, 기록 헤드에 의하여 배출된 잉크 방울의 토출수나 프린팅 헤드의 메인티넌스 과정에서 흡인된 잉크량을 소프트 웨어에 의해 적산하여 잉크 소비를 계산에 의해 관리하는 방법과, 잉크 카트리지에 액면 검출용의 전극을 부착함으로써, 실제로 잉크가 소정량 소비된 시점을 관리하는 방법 등이 있다.
또한, 소프트웨어에 의해 잉크 방울의 토출수나 잉크량을 적산하여 잉크 소비를 계산상 관리하는 방법은 잉크 카트리지내에서 잉크 소비량을 검출할 수 없는 문제가 있다. 잉크가 소비되는 시점을 전극으로 관리하는 방법에서는 잉크의 소비량을 검출하는 구성을 약간 제안할 수 있지만 잉크의 종류의 한정이나 전극의 실링 구조의 복잡화 등의 문제가 남는다.
그러나, 소프트웨어에 의해 잉크 방울의 토출수나 잉크량을 적산하여 잉크 소비를 계산상 관리하는 방법은 사용자측에서의 인쇄 형태 등에 따라 오차가 생기거나, 또 동일 카트리지의 재장착시에 큰 오차가 생기는 문제가 있다. 또한, 사용 환경에 의해, 예를 들면 실온이 극단적으로 고저, 혹은 잉크 카트리지의 개봉후의 경과 시간 등에 의해 잉크 카트리지내의 압력이나 잉크의 점도가 변화하여, 계산상의 잉크 소비량과 실제의 소비량 사이에 무시할 수 없는 오차가 생기는 문제도 있었다.
한편, 전극에 의해 잉크가 소비된 시점을 관리하는 방법은 예를 들면 특개평8-34123에 개시되어 있는 바와 같이, 잉크의 액면을 실제로 검출할 수 있기 때문에, 잉크의 유무를 높은 신뢰성으로 관리할 수 있다. 실제의 잉크 소비는 일 시점에서 검출할 수 있다. 그렇지만, 잉크의 액면의 검출을 잉크의 도전성에 의지하므로, 검출 가능한 잉크의 종류가 한정되거나, 또 전극의 실링 구조가 복잡해지는 문제가 있다. 또, 전극의 재료로서 통상은 도전성이 좋고 내부식성도 우수한 귀금속을 사용하므로, 잉크 카트리지의 제조 비용이 커지는 문제도 있다. 또한 잉크 카트리지의 2개의 분리 지역에 2개의 전극을 장착할 필요가 있기 때문에, 결과적으로 제조 비용이 증가하는 문제도 있다.
또, 잉크 카트리지가 잉크젯 기록 장치의 기록 헤드와 함께 주사하는 경우에는 잉크 카트리지내의 잉크가 물결치거나 기포가 발생되는 경우가 있다. 기포는 잉크의 유무를 검출하는데 오동작의 원인이 되는 문제가 있다. 특히, 잉크가 소비된 시점을 관리하는 전극을 사용하여, 잉크의 소비량을 직접적으로 검출하는 장치에서는 기포에 의한 오동작은 현저하다.
또, 잉크가 소비된 시점을 관리하는 전극을 사용하여, 잉크의 소비량을 직접적으로 검출하는 장치에서는 카트리지내의 잉크를 검출하는 부분에 캐비티를 갖는 경우가 있다. 캐비티 내에 잉크가 있는 경우도 오검출의 원인이 되는 경우가 있다.
본 발명은 상기의 과제에 의거하여 이루어진 것으로, 액체의 소비 상태를 정확하게 검출할 수 있고, 또한 복잡한 실링 구조를 필요로 하지 않는 액체 용기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명의 다른 목적은 잉크의 소비 상태를 정확하게 검출할 수 있고, 또한 복잡한 실링 구조를 필요로 하지 않는 잉크 카트리지를 제공하는 것이다. 이 목적은 독립항에서 기술한 조합에 의하여 달성된다. 종속항은 본 발명의 또하나의 장점이자 바람직한 조합을 나타낸다.
본 발명은 특히 진동을 이용하여 액체 잔량을 검출하는 기술을 제공하는 동시에, 그러한 검출 기술을 개량한다. 본 발명은 검출 결과의 적합한 이용을 가능하게 하고, 또, 검출 정밀도를 향상시킨다. 또한, 본 발명은 잉크 카트리지에 한정되지 않고, 기타의 액체 용기의 액체 검출에도 적용할 수 있다.
도1은 단색, 예를 들면 블랙 잉크용의 잉크 카트리지의 하나의 실시예를 나타낸다.
도2는 복수 종류의 잉크를 수용하는 잉크 카트리지의 하나의 실시예를 나타낸다.
도3은 도1 및 2에 나타낸 잉크 카트리지에 적합한 잉크젯 기록 장치의 하나의 실시예를 나타낸다.
도4는 서브 탱크 유니트(33)의 상세한 단면을 나타낸다.
도5i~5v는 탄성파 발생 수단(3,15,16,17)의 제조 방법을 나타낸다.
도6은 도5에 나타낸 탄성파 발생 수단(3)의 다른 실시예를 나타낸다.
도7은 본 발명의 잉크 카트리지의 다른 실시예를 나타낸다.
도8은 본 발명의 잉크 카트리지의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다.
도9는 본 발명의 잉크 카트리지의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다.
도10은 본 발명의 잉크 카트리지의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다.
도11은 본 발명의 잉크 카트리지의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다.
도12a 및 도12b는 도11에 나타낸 잉크 카트리지의 다른 실시예를 나타낸다.
도13a 및 도13b는 본 발명의 잉크 카트리지의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다.
도14a,14b, 14c는 관통공(through hole)(1c)의 또하나의 다른 실시예의 평면을 나타낸다.
도15a,15b는 본 발명의 잉크젯 기록 장치의 실시예의 단면을 나타낸다.
도16a,16b는 도15에 나타낸 기록 장치에 적합한 잉크 카트리지의 실시예를 나타낸다.
도17은 본 발명의 잉크 카트리지(272)의 다른 실시예를 나타낸다.
도18은 본 발명의 잉크 카트리지(272) 및 잉크젯 기록 장치의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다.
도19는 도16에 나타낸 잉크 카트리지(272)의 다른 실시예를 나타낸다.
도20a,20b,20c는 액추에이터(106)의 상세를 나타낸다.
도21a,21b,21c,21d,21e,21f는 액추에이터(106)의 주변 및 그 등가 회로를 나타낸다.
도22a,22b는 잉크의 밀도와 액추에이터(106)에 의해 검출되는 잉크의 공진 주파수의 관계를 나타낸다.
도23a,23b는 액추에이터(106)의 역기전력 파형을 나타낸다.
도24는 액추에이터(106)의 다른 실시예를 나타낸다.
도25는 도24에 나타낸 액추에이터(106)의 일부분의 단면을 나타낸다.
도26은 도24에 나타낸 액추에이터(106)의 전체의 단면을 나타낸다.
도27은 도24에 나타낸 액추에이터(106)의 제조 방법을 나타낸다.
도28a,28b,28c는 본 발명의 잉크 카트리지의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다.
도29a,29b,29c는 관통공(1c)의 다른 실시예를 나타낸다.
도30은 액추에이터(660)의 다른 실시예를 나타낸다.
도31,31b는 액추에이터(670)의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다.
도32는 모듈체(100)를 나타내는 사시도이다.
도33은 도32에 나타낸 모듈체(100)의 구성을 나타내는 분해도이다.
도34는 모듈체(100)의 다른 실시예를 나타낸다.
도35는 도34에 나타낸 모듈체(100)의 구성을 나타내는 분해도이다.
도36은 모듈체(100)의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다.
도37은 도32에 나타낸 모듈체(100)를 잉크 용기(1)에 장착한 단면의 예를 나타낸다.
도38a,38b,38c는 모듈체(100)의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다.
도39는 도20 및 도21에 나타낸 액추에이터(106)를 사용한 잉크 카트릿지 및 잉크젯 기록 장치의 실시예를 나타낸다.
도40은 잉크젯 기록 장치의 상세를 나타낸다.
도41a,41b는 도40에 나타낸 잉크 카트리지(180)의 다른 실시예를 나타낸다.
도42a,42b,42c는 잉크 카트리지(180)의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다.
도43a,43b,43c는 잉크 카트리지(180)의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다.
도44a,44b,44c,44d는 잉크 카트리지(180)의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다.
도45a,45b,45c는 도44c에 나타낸 잉크 카트리지(180)의 다른 실시예를 나타낸다.
도46a,46b,46c,46d는 모듈체(100)를 사용한 잉크 카트리지의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다.
도47은 잉크 카트리지에 액체 센서 및 소비 정보 메모리를 설치한 잉크 카트리지의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도48은 소비 정보 메로리(804)를 이용한 소비 검출 처리부(812)의 공정을 나타낸다.
도49는 도46의 소비 정보 메모리로의 검출 특성의 기록 타이밍을 나타내는 도면이다.
도50은 잉크 카트리지에서의 액체 센서 및 소비 정보 메모리의 배치의 예를 나타내는 도면이다.
도51a,51b는 공급구의 위치 결정의 예를 나타내는 도면이다.
도52는 잉크 카트리지로에서의 공급구의 배치의 예를 나타내는 도면이다.
도53은 본 발명에 의한 잉크 소비 검출 장치가 장착된 잉크젯 기록 장치용 기능적 블럭도이다.
상기의 목적은 압전 소자를 갖는 액체 센서와 이 액체 센서가 검출한 액체의 소비 상태에 관한 정보를 기억하는 기억 수단으로 되며, 액체 이용 장치에 장착되는 액체 용기를 제공함으로써 달성될 수 있다. 특히, 상기의 목적은 압전 소자를 갖는 잉크 소비 상태 검출 센서와 이 잉크 소비 상태 검출 센서가 검출한 잉크의 소비 상태에 관한 정보를 기억하는 기억 수단으로 된, 잉크젯 기록 장치에 장착되는 잉크 카트리지를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 액체 이용 장치는 전형적으로 잉크젯 기록 장치이고, 반면 액체 용기는 전형적으로 잉크 카트리지이다. 본 발명의 액체 용기는 압전 소자를 갖는 액체 센서와 기억 수단으로 된다. 바람직하게는 용기내의 액체의 소비 상태에 대응한 압전 소자의 진동을 나타내는 검출 신호가 생성된다. 기억 수단은 액체 용기에 관한 정보를 기억한다. 기억 수단은 바람직하게는 소비 정보 메모리이고, 이 소비 정보 메모리는 개서 가능하고, 액체 센서를 사용한 소비 상태의 검출에 관련하는 소비 관련 정보를 기억한다. 압전 소자를 이용함으로써, 액누출도 없이 적절히 소비 상태를 검출할 수 있다. 압전 소자와 관련되는 기억 수단을 구비함으로써, 각 액체 용기는 그 액체 용기에 필요한 소비 관련 정보를 가질 수 있다.
소비 관련 정보는 상기 액체 센서를 사용하여 얻어진 소비 상태 정보라도 좋다. 예를 들면, 액체를 반정도 소비한 상태에서 액체 용기가 액체 이용 장치로부터 제거되었다고 하자. 그 액체 용기가 재차 장착되거나 다른 장치에 장착되었을 때, 그 소비 상태를 기억 수단으로부터 읽어 내어 사용할 수 있다. 용기의 제거에 수반하여 검출 결과를 잃어버리는 것을 방지할 수 있다. 그리고 소비 상태를 사용자에게 알리거나, 소비 상태에 근거한 제어를 할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 의하면, 검출 결과의 적합한 이용이 가능해진다. 액체 센서가 검출한 소비 상태에 더하여, 기억 수단은 인쇄량으로부터 추정한 소비 상태를 기억해도 좋다.
또, 소비 관련 정보는 액체 센서를 사용하여 소비 상태를 얻는 과정에서 이용하는 검출 특성 정보라도 좋고, 소비 상태에 따라 검출되는 정보가 바람직하다. 검출 특성 정보에 의거하여 액체 센서를 사용하여 소비 상태가 검출된다. 검출 특성 정보는 음향 임피던스를 나타내는 정보라도 좋고, 공진 주파수의 정보가 바람직하다. 예를 들면, 잉크젯 기록 장치의 제어 컴퓨터가 검출 처리 메카니즘을 갖는다고 하자. 이 제어 컴퓨터는 잉크 카트리지의 장착시에, 카트리지로부터 검출 특성 정보를 입수해도 좋다.
본 발명은 특히, 개개의 액체 용기에 특유한 검출 특성이 서로 다른 경우에 유리하다. 용기 형상의 편차나 다른 여러가지 요인에 의해서, 액체 용기에 구비된 센서의 검출 특성은 용기마다 다르다. 그래서, 각 용기에 고유의 검출 특성이 측정되어, 기억 수단에 저장되는 것이 바람직하다. 이 검출 특성을 이용함으로써, 용기간의 특성의 편차에 의한 영향을 줄일 수 있어, 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
검출 특성 정보는 액체 용기내의 액체의 소비를 개시하기 전의 검출 특성(음향 임피던스 등)을 나타내는 소비전 검출 특성 정보라도 좋다. 또, 검출 특성 정보는 액체가 소정의 검출 목표까지 소비되었을 때 예상되는 검출 특성을 나타내는 소비후 검출 특성 정보라도 좋다. 물론, 소비전 검출 특성 정보와 소비후 검출 특성 정보를 모두 기억해도 좋다.
기억 수단(소비 정보 메모리)은 액체 용기를 액체 용기의 액체를 이용하는 장치에 장착한 후에 검출 특성 정보의 측정치를 저장해도 좋다. 예를 들면, 잉크젯 기록 장치에 잉크 카트리지를 장착한 후에, 바로 액체 센서를 사용하여 음향 임피던스를 검출한다. 그 측정치가 소비 정보 메모리에 저장되며, 잉크 사용 개시후 검출 특성 정보로서 사용된다. 미리 준비된 검출 특성이 측정치에 의거하여 수정되어도 좋다. 이러한 초기 조정에 의해서, 용기의 개개의 차이에 의거한 편차를 적절히 경감하여, 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.
기억 수단(소비 정보 메모리)은 액체 용기의 제조 과정에서 검출 특성 정보의 측정치를 저장해도 좋다. 제조 과정에서 측정치를 구하므로, 액체 주입전의 검출 특성의 측정치도 얻어진다. 소비전 검출 특성 정보와 소비후 검출 특성 정보 모두 또는 한쪽을 용이하게 저장할 수 있다.
기억 수단은 소비전 정보를 기억해도 좋다. 기억 수단은 소비 변화량 정보를 기억해도 좋다.
기억 수단은 잉크에 관한 정보를 기억해도 좋다. 기억 수단은 잉크 종류 정보를 기억해도 좋다. 잉크 종류 정보는 액체 센서를 사용하여 얻은 정보라도 좋다.
액체 센서와 기억 수단은 액체 용기상의 다른 장소에 배치되어도 좋다. 액체 센서와 기억 수단은 액체 용기상의 동일 벽면상에서 다른 장소에 배치되어도 좋다. 액체 센서와 기억 수단은 각각 액체 용기가 다른 벽면에 배치되어도 좋다. 액체 센서가 배치되는 벽면이 기억 수단(소비 정보 메모리)이 배치되는 벽면과 직교해도 좋다.
액체 센서 및 기억 수단이 용기폭 방향의 중앙에 배치되어도 좋다. 액체 센서 및 기억 수단은 액체 용기로부터 액체를 공급하는 공급구의 근방에 배치되어도 좋고, 용기폭 방향의 중앙에 배치되어도 좋다. 장착시의 용기의 경사에 대한 액체 센서 및 메모리의 위치 어긋남을 작게 할 수 있는 이점이 얻어진다. 또한 공급구의 위치 결정 구성을 이용하여, 액체 센서 및 메모리의 위치 어긋남을 작게 할 수 있다.
액체 센서와 기억 수단은 동일한 기판(소비 검출 기판)상에 설치되어도 좋다. 액체 센서 및 메모리의 부착이 용이하다. 기판은 액체 용기로부터 액체를 공급하는 공급구의 근방에 있고, 용기폭 방향의 중앙에 배치되어도 좋으므로, 상술한 바와 같이 위치 어긋남을 작게 할 수 있다.
또, 액체 센서와 부착 구조체가 일체로 형성된 부착 모듈체가 기판에 장착되어도 좋다. 액체 센서를 외부로부터 보호할 수 있다. 또한 부착이 용이해서, 작업을 간략화할 수 있어, 비용의 저감을 도모할 수 있다.
기판을 액체 용기에 대하여 위치 결정하는 위치 결정 구조가 설치되어도 좋다. 부착 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.
액체 소비에 수반하는 음향 임피던스의 변화에 의거하여 소비 상태를 검출하는 것이 바람직하다. 상기 액체 센서는 진동이 발생된 후의 잔류 진동 상태를 나타내는 신호를 출력해도 좋다. 잔류 진동 상태가 액체 소비 상태에 따라 변화함에 의거하여 액체 소비 상태가 검출된다.
또 상기 액체 센서는 상기 액체 용기의 내부를 향해서 탄성파를 발생해도 좋고, 상기 탄성파의 반사파에 따른 검출 신호를 생성해도 좋다.
기억 수단은 EEPROM과 같은 반도체 메모리라도 좋다.
본 발명의 다른 태양은 액체 검출 장치이다. 액체 검출 장치는 액체 센서와 기억 수단으로 된다. 액체 센서는 압전 소자를 갖는다. 액체 용기내의 액체의 소비 상태에 따른 압전 소자의 진동을 나타내는 검출 신호가 생성된다. 기억 수단은 개서 가능하고, 상기 액체 센서를 사용한 소비 상태의 검출에 관련한 소비 관련 정보를 기억한다.
이 태양에서는 액체 센서 및 메모리 모두 또는 한쪽이 액체 용기에 구비되지 않아도 좋다. 또, 액체 센서를 사용한 검출 처리 메카니즘은 액체 이용 장치에 배치되어도 좋고, 접속된 외부 장치에 배치되어도 좋고, 액체 용기에 배치되어도 좋고, 복수의 장소에 배치되어도 좋다.
예를 들면, 액체 센서는 액체 용기에 배치되고, 메모리 및 검출 처리 메카니즘은 액체 이용 장치에 배치된다고 하자. 검출 처리 메카니즘은 액체 용기를 식별하고, 그 액체 용기에 대응하는 소비 관련 정보를 기억 수단으로부터 읽어 내어 사용한다.
본 발명의 다른 태양은 액체 용기내의 액체의 소비 상태를 검출하기 위해서 사용하는 액체 소비 검출 기판이고, 센서와 기억 수단을 갖는다.
또 상기의 발명의 개요는 본 발명의 특징 모두를 열거한 것이 아니라, 이들 특징의 서브 콤비네이션도 또한 발명이 될 수 있다. 본 발명의 상기와 다른 특징과 장점은 하기의 도면을 참조한 실시예의 설명으로부터 명확해질 것이다.
실시예
이하, 발명의 실시예를 통해 본 발명을 설명하지만, 이하의 실시예는 클레임에 관한 발명을 한정하는 것이 아니며, 또한 실시예 중에서 설명되는 특징과 조합 모두가 발명의 해결 수단에 반드시 필수적이라고 할 수 없다.
먼저, 본 실시예의 원리를 설명한다. 본 실시예에서는 잉크 용기내의 잉크 소비 상태를 검출하는 기술에 본 발명이 적용된다. 잉크의 소비 상태는 압전 소자를 갖는 액체 센서를 사용하여 검출된다. 액체 센서는 잉크 소비 상태에 따른 압전 소자의 진동을 나타내는 검출 신호를 생성한다.
본 실시예의 특징으로서, 잉크 카트리지에는 액체 센서에 더하여 소비 정보 메모리가 설치된다. 소비 정보 메모리는 본 발명의 액체 용기용의 기억 수단의 하나의 형태이다. 소비 정보 메모리는 개서 가능하고, 액체 센서를 사용한 소비 상태의 검출에 관련한 소비 관련 정보를 기억한다. 소비 정보 메모리를 구비함으로써, 각 액체 용기에, 그 액체 용기에 필요한 소비 관련 정보를 갖게 할 수 있다.
소비 관련 정보는 예를 들면, 액체 센서를 사용하여 얻어진 소비 상태 정보이다. 잉크 카트리지를 잉크젯 기록 장치로부터 제거하고, 재차 장착한다고 하자. 메모리에 소비 상태 정보가 유지되어 있으므로, 소비 상태 정보의 소실을 피할 수 있다. 장착시에 소비 상태 정보를 메모리로부터 읽어 내어 사용할 수 있다.
또, 소비 관련 정보는 액체의 소비 상태에 따라 검출되는 검출 특성의 정보라도 좋다. 검출 특성 정보는 예를 들면 잉크 소비 상태에 따른 음향 임피던스를 나타내는 정보이다. 이 검출 특성 정보를 읽어서, 소비 상태의 검출에 사용한다. 이 형태에 의하면, 잉크젯 장치가 검출 특성 정보를 갖지 않아도 좋다. 카트리지의 설계 변경에 의한 검출 특성의 변화에도 적합하게 대처 가능하다.
본 실시예는 잉크 카트리지가 각각 차이를 갖는 경우에 유리하다. 카트리지의 제조 편차 등에 기인하여, 카트리지마다 검출 특성이 조금씩 다르다. 개개의 카트리지의 검출 특성을 소비 정보 메모리에 저장해 둠으로써, 개개의 차이에 의한 영향을 줄일 수 있어, 검출 정밀도의 향상이 도모된다.
또한 소비 정보 메모리는 본 발명의 기억 수단으로서, 잉크에 관한 정보를 기억한다. 기억 수단은 잉크 종류 정보 등도 기억한다. 또 이 기억 수단은 제조 연월일, 클리닝 시퀀스 정보, 화상 처리 정보 등의 다른 정보를 기억한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 실시예를 보다 구체적으로 설명한다. 먼저, 압전 장치를 사용하여 진동에 의거하여 잉크 소비를 검출하는 기술의 기본을 설명하고. 이어서, 검출 기술의 각종 응용을 설명한다. 그 후에, 소비 정보 메모리와 관련된 사항을 상세하게 설명한다.
본 실시예에서, 잉크 카트리지는 구체적으로 액체 센서와 소비 정보 메모리로 되어 있다. 이하의 설명에서는 "액추에이터"와 "탄성파 발생 수단"은 액체 센서에 상당한다. 또 소비 정보 메모리는 반도체 메모리(반도체 기억 수단)이다.
잉크 소비를 검출하는 카트리지
도1은 본 발명이 적용되는 단색, 예를 들면 블랙 잉크용의 잉크 카트리지의 일 실시예의 단면도이다. 도1의 잉크 카트리지는 상기에 설명하는 방법 중의, 탄성파의 반사파를 수신하여 액체 용기내의 액면의 위치나 액체의 유무를 검출하는 방법에 근거하고 있다. 탄성파를 발생하고 또 수신하는 수단으로서 탄성파 발생 수단(3)을 사용한다. 잉크를 수용하는 용기(1)에는 기록 장치의 잉크 공급침에 접합하는 잉크 공급구(2)가 설치되어 있다. 용기(1)의 저면(1a)의 외측에는 탄성파 발생 수단(3)이 용기를 통하여 내부의 잉크에 탄성파를 전달할 수 있도록 부착되어있다. 잉크(K)가 거의 소비된 단계, 즉 잉크 니어 엔드가 된 시점에서, 탄성파의 전달이 잉크로부터 기체로 변경할 수 있도록, 탄성파 발생 수단(3)은 잉크 공급구(2)보다도 약간 윗쪽의 위치에 설치되어 있다. 또한, 수신 수단을 별도로 설치하여, 탄성파 발생 수단(3)을 단순히 발생 수단으로만 사용하여도 좋다.
잉크 공급구(2)에는 패킹(4) 및 밸브 본체(6)가 설치되어 있다. 도3에 나타내는 바와 같이, 패킹(4)은 기록 헤드(31)와 연결되는 잉크 공급침(32)과 밀착되게 결합된다. 밸브 본체(6)는 스프링(5)에 의해 패킹(4)에 대하여 항상 탄력적으로 접합되어 있다. 잉크 공급침(32)이 삽입되면, 밸브 본체(6)는 잉크 공급침(32)에 의해 눌리어져서 잉크 유로를 개방하고, 그 결과 용기(1)내의 잉크가 잉크 공급구(2) 및 잉크 공급침(32)을 통하여 기록 헤드(31)로 공급된다. 용기(1)의 상벽의 상에는 잉크 카트리지내의 잉크에 관한 정보를 저장한 반도체 기억 수단(7)이 장착되어 있다.
도2는 복수 종류의 잉크를 수용하는 잉크 카트리지의 일 실시예를 나타내는 뒤측으로부터 본 사시도이다. 용기(8)는 격벽에 의해 3개의 잉크실(9,10,11)로 분할된다. 각각의 잉크실에는 잉크 공급구(12,13,14)가 형성되어 있다. 각각의 잉크실(9,10,11)의 저면(8a)에는 탄성파 발생 수단(15,16,17)이 용기(8)를 통하여 각 잉크실 내에 수용되어 있는 잉크에 탄성파를 전달할 수 있도록 부착되어 있다.
도3은 도1 및 2에 나타낸 잉크 카트리지에 적합한 잉크젯 기록 장치의 주요부의 실시예를 나타내는 단면도이다. 기록 용지의 폭방향으로 왕복 운동 가능한 캐리지(30)가 서브 탱크 유니트(33)에 설치되어 있고, 기록 헤드(31)가 서브 탱크 유니트(33)의 하면에 설치되어 있다. 또, 잉크 공급침(32)은 서브 탱크 유니트(33)의 잉크 카트리지 설치면측에 설치되어 있다.
도4는 서브 탱크 유니트(33)의 상세를 나타내는 단면도이다. 서브 탱크 유니트(33)는 잉크 공급침(32), 잉크실(34), 탄성 밸브(36) 및 필터(37)를 갖는다. 잉크실(34)내에는 잉크 카트리지로부터 잉크 공급침(32)을 통하여 공급되는 잉크가 수용된다. 탄성 밸브(36)는 잉크실(34)과 잉크 공급로(35) 사이의 압력차에 의해 개폐하도록 설계되어 있다. 잉크 공급로(35)는 기록 헤드(31)와 연결되어, 잉크가 기록 헤드(31)까지 공급할 수 있는 구조로 서브 탱크 유니트(33)가 구성되어 있다.
도3에 나타내는 바와 같이, 용기(1)의 잉크 공급구(2)를 서브 탱크 유니트(33)의 잉크 공급침(32)에 삽통시키면, 밸브 본체(65)가 스프링(5)에 저항하여 후퇴하고, 잉크 유로가 형성되어, 용기(1) 내의 잉크가 잉크실(34)로 흘러 들어간다. 잉크실(34)에 잉크가 충전되는 단계에서, 기록 헤드(31)의 노즐 개구에 부압을 작용시켜서 기록 헤드(31)에 잉크를 충전한다. 그후, 기록 동작을 실행한다.
기록 동작에 의해 기록 헤드(31)에서 잉크가 소비되면, 탄성 밸브(36)의 하류측의 압력이 저하되므로, 도4에 나타내는 바와 같이, 탄성 밸브(36)가 밸브 본체(38)로부터 떨어져서 밸브가 열린다. 탄성 밸브(36)가 열림으로써, 잉크실(34)의 잉크는 잉크 공급로(35)를 통하여 기록 헤드(31)에 흘러 들어간다. 기록 헤드(31)으로의 잉크의 유입에 동반하여, 용기(1)의 잉크는 잉크 공급침(32)을 통하여 서브 탱크 유니트(33)로 흘러 들어간다.
기록 장치가 동작하는 동안, 미리 설정된 검출의 타이밍, 예를 들면 일정 주기로 탄성파 발생 수단(3)에 구동 신호가 공급된다. 탄성파 발생 수단(3)에 의해 발생된 탄성파는 용기(1)의 저면(1a)을 전파하여 잉크에 전달되고, 그 결과 잉크를 전파한다.
탄성파 발생 수단(3)을 용기(1)에 접착함으로써, 잉크 카트리지 자체에 잉크 잔량 검출 기능을 부여할 수 있다. 본 발명에 의하면, 용기(1)의 성형시에서의 액면 검출용 전극의 매립이 불필요해지므로, 사출 성형 공정이 간소화되고, 전극 매립 영역에서의 액누출이 없어져서, 잉크 카트리지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도5i~5v는 탄성파 발생 수단(3,15,16,17)의 제조 방법을 나타낸다. 고정 기판(20)은 소성 가능한 세라믹 등의 재료에 의해 형성된다. 먼저, 도5i에 나타내는 바와 같이, 고정 기판(20)의 표면에 한쪽 전극이 되는 도전 재료층(21)을 형성한다. 다음에, 도5ii에 나타내는 바와 같이, 도전 재료층(21)의 표면에 압전재료의 그린 시트(22)를 중첩한다. 다음에, 도5iii에 나타내는 바와 같이, 프레스 등에 의해 소정의 형상으로 그린 시트(22)를 진동자의 형상으로 성형하고, 자연 건조시킨 후, 소성 온도, 예를 들면 1200℃에서 소성한다. 다음에, 도5iv에 나타내는 바와 같이, 다른쪽 전극이 되는 도전 재료층(23)을 그린 시트(22)의 표면에 형성하여, 탄력적으로 진동 가능하게 분극시킨다. 마지막으로, 도5v에 나타내는 바와 같이, 고정 기판(20)을 각 소자마다 절단한다. 고정 기판(20)을 접착제 등에 의해 용기(1)의 소정의 면에 고정시킴으로써, 탄성파 발생 수단(3)이 용기(1)의 소정의 면에 고정되어, 잉크 잔량을 검출하는 기능이 내장된 잉크 카트리지가 완성된다.
도6은 도5에 나타낸 탄성파 발생 수단(3)의 다른 실시예를 나타낸다. 도5의 실시예에서는 도전 재료층(21)을 접속 전극으로 사용하고 있다. 한편, 도6의 실시예에서는 그린 시트(22)에 의해 구성된 압전 재료층의 표면보다도 윗쪽 위치에, 땜납 등에 의해 접속 단자(21a,23a)를 형성한다. 접속 단자(21a,23a)의 설치에 의하여 탄성파 발생 수단(3)을 회로 기판에 직접적으로 실장할 수 있어서, 리드선에 의한 연결을 피할 수 있다.
그리고, 탄성파는 기체, 액체 및 고체를 매체로서 전파할 수 있는 파의 일종이다. 따라서, 매체의 변화에 의해 탄성파의 파장, 진폭, 위상, 진동수, 전파 방향이나 전파 속도 등이 변화한다. 한편, 탄성파의 반사파도 매체의 변화에 의해 그 파의 상태나 특성이 변화한다. 따라서, 탄성파가 전파하는 매체의 변화에 의해 변화하는 반사파를 이용함으로써, 그 매체의 상태를 관찰할 수 있다. 이 방법에 의해 액체 용기내의 액체의 상태를 검출하는 경우에는 예를 들어 탄성파 송수신기를 사용한다. 도1~도3의 형태를 예를 들어 설명한다. 우선, 송수신기는 매체, 예를 들어, 액체 또는 액체 용기에 탄성파를 주고, 이 탄성파는 매체중을 전파하여 액체의 표면에 도달한다. 액체의 표면에서는 액체와 기체 사이의 경계가 형성되므로, 반사파를 송수신기로 복귀한다. 송수신기는 반사파를 수신한다. 반사파의 왕래 시간이나 송신기에 의해 발생된 탄성파 및 액체의 표면에서 반사된 반사파의 진폭의 감쇄율 등에 의해, 송신기 또는 수신기와 액체의 표면의 거리를 측정할 수 있다. 이것을 이용하여 액체 용기내의 액체의 상태를 검출할 수 있다. 탄성파 발생 수단(3)은 단체로서 탄성파가 전파하는 매체의 변화에 의한 반사파를 이용하는 방법에서의 송수신기로서 사용하여도 좋고, 별도로 전용의 수신기를 거기에 장착하여도 좋다.
상기한 바와 같이 탄성파 발생 수단(3)에 의해 발생되어 잉크액 중을 전파하는 탄성파는 잉크액의 밀도나 액면 레벨에 의해 잉크액 표면에서 생기는 반사파의 탄성파 발생 수단(3)으로의 도래 시간이 변화된다. 따라서, 잉크의 조성이 일정한 경우에는 잉크액 표면에서 생기는 반사파의 도래 시간이 잉크의 양에 좌우된다. 따라서, 탄성파 발생 수단(3)이 탄성파를 발생한 후 잉크 표면으로부터의 반사파가 탄성파 발생 수단(3)에 도달할 때까지의 시간을 검출함으로써, 잉크량을 검출할 수 있다. 또, 탄성파는 잉크에 포함되어 있는 입자를 진동시키므로, 착색제로서 안료를 사용한 안료계의 잉크의 경우에는 안료 등의 침전을 방지하는데 기여한다.
탄성파 발생 수단(3)을 용기(1)에 설치함으로써, 잉크 카트리지의 잉크가 잉크 엔드 근처까지 감소하여, 탄성파 발생 수단(3)에 의해 반사파가 수신할 수 없게 된 경우에는 잉크 니어 엔드하고 판정하여 잉크 카트리지의 교환을 재촉할 수 있다.
도7은 본 발명의 잉크 카트리지의 다른 실시예를 나타낸다. 상하 방향으로 간격을 두고, 복수의 탄성파 발생 수단(41~44)이 용기(1)의 측벽상에 설치되어 있다. 도7의 잉크 카트리지는 탄성파 발생 수단(41~44)의 각각의 위치에 잉크가 존재하는가 존재하지 않는가에 의해서, 각각의 탄성파 발생 수단(41~44)의 장착 레벨에서의 잉크의 유무를 검출할 수 있다. 예를 들면, 잉크의 수위가 탄성파 발생 수단(44)과 탄성파 발생 수단(43) 사이의 레벨일 때, 탄성파 발생 수단(44)은 잉크가 없다고 검출하고, 탄성파 발생 수단(41,42,43)은 잉크가 있으면 검출하므로, 잉크의 수위가 탄성파 발생 수단(44)과 탄성파 발생 수단(43) 사이의 레벨인 것을 알 수 있다. 따라서, 복수의 탄성파 발생 수단(41~44)을 설치함으로써, 잉크 잔량을 단계적으로 검출할 수 있다.
도8 및 도9는 각각 본 발명의 잉크 카트리지의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다. 도8에 나타낸 실시예에서는 상하 방향으로 경사지게 형성된 저면(1a)에, 탄성파 발생 수단(65)이 장착된다. 또, 도9에 나타낸 실시예에서는 수직 방향으로 길게 뻗은 탄성파 발생 수단(66)이 측벽(1b)의 저면 근방에 설치되어 있다.
도8 및 도9의 실시예에 의하면, 잉크가 소비되고, 탄성파 발생 수단(65,66)의 일부가 액면으로부터 노출하게 되면, 탄성파 발생 수단(65,66)이 발생한 탄성파의 반사파의 도래 시간 및 음향 임피던스가 액면의 변화(△h1, △h2)에 대응하여 연속적으로 변화한다. 따라서, 탄성파의 반사파의 도래 시간 또는 음향 임피던스의 변화의 정도를 검출함으로써, 잉크 잔량의 잉크 니어 엔드(ink-near-end) 상태로부터 잉크 엔드까지의 과정을 정확하게 검출할 수 있다.
또한, 상술의 실시예에서는 액체 용기에 잉크를 직접 수용하는 형식의 잉크 카트리지를 예를 들어 설명했다. 잉크 카트리지의 다른 실시예로서, 용기(1)내에 다공질 탄성체를 장전하고, 다공질 탄성체에 액체 잉크를 함침시키는 형식의 잉크 카트리지에, 상술한 탄성파 발생 수단을 장착하여도 좋다. 또, 상술한 실시예에서는 탄성적 진동형의 압전 진동자를 사용함으로써 카트리지의 대형화를 억제하고 있지만, 종진동형의 압전 진동자를 사용할 수도 있다. 또한 상술한 실시예에서는 동일의 탄성파 발생 수단에 의해 탄성파를 송신하고 수신한다. 다른 실시예로서, 송신용과 수신용이 다른 탄성파 발생 수단을 각각 사용하여, 잉크 잔량을 검출해도 좋다.
도10은 본 발명의 잉크 카트리지의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다. 상하 방향으로 경사지게 형성된 저면(1a)에, 상하 방향으로 간격을 두고, 복수의 탄성파 발생 수단(65a,65b,65c)이 용기(1)에 설치되어 있다. 이 실시예에 의하면, 복수의 탄성파 발생 수단(65a,65b,65c)의 각각의 위치에 잉크가 존재하는가 존재하지 않는가에 따라서, 각각의 탄성파 발생 수단(65a,65b,65c)의 장착 위치의 레벨에서의, 각각의 탄성파 발생 수단(65a,65b,65c)으로의 탄성파의 반사파의 도래 시간이 다르다. 따라서, 각 탄성파 발생 수단(65)을 주사하여, 탄성파 발생 수단(65a,65b,65c)으로의 탄성파의 반사파의 도래 시간을 검출함으로써, 각각의 탄성파 발생 수단(65a,65b,65c)의 장착 위치의 레벨에서의 잉크의 유무를 검출할 수 있다. 따라서, 잉크 잔량을 단계적으로 검출할 수 있다. 예를 들면, 잉크 액면이 탄성파 발생 수단(65b)과 탄성파 발생 수단(65c) 사이의 레벨일 때, 탄성파 발생 수단(65c)은 잉크 없음을 검출하고, 한편 탄성파 발생 수단(65b,65c)은 잉크 있음을 검출한다. 이들 결과를 종합 평가함으로써, 잉크 액면이 탄성파 발생 수단(65b)과 탄성파 발생 수단(65c) 사이에 위치하고 있음을 알 수 있다.
도11은 본 발명의 잉크 카트리지의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다. 도11의 잉크 카트리지는 액면으로부터의 반사파의 강도를 올리기 위해서, 플로우팅 보드(67)를 플로우트(68)에 부착하여 잉크 액면을 덮고 있다. 플로우팅 보드(67)는 음향 임피던스가 높고, 또한 내잉크성을 구비한 재료, 예를 들면 세라믹의 판재에 의해 형성된다.
도12a 및 도12b는 도11에 나타낸 잉크 카트리지의 다른 실시예를 나타낸다. 도12a 및 도12b의 잉크 카트리지는 도11의 잉크 카트리지와 같이, 액면으로부터의 반사파의 강도를 올리기 위해서, 플로우팅 보드(67)를 플로우트(68)에 부착하여 잉크 액면을 덮고 있다. 도12a는 상하 방향으로 경사지게 형성된 저면(1a)에, 탄성파 발생 수단(65)이 고정된다. 잉크 잔량이 적어져서, 탄성파 발생 수단(65)이 액면으로부터 노출되면, 탄성파 발생 수단(65)에 의해 발생된 탄성파의 반사파의 탄성파 발생 수단(65)으로의 도래 시간이 변화되므로, 탄성파 발생 수단(65)의 장착 위치의 레벨에서의 잉크의 유무를 검출할 수 있다. 탄성파 발생 수단(65)이 상하 방향으로 경사지게 형성된 저면(1a)에 장착되어 있으므로, 탄성파 발생 수단(65)이 잉크 없음으로 검출한 후에도, 잉크가 용기(1)내에 다소 남아 있기 때문에, 잉크 니어 엔드 시점의 잉크 잔량을 검출할 수 있다.
도12b는 상하 방향으로 경사지게 형성된 저면(1a)에, 상하 방향으로 간격을 두고, 복수의 탄성파 발생 수단(65a,65b,65c)이 용기(1)에 설치되어 있다. 도12b의 실시예에 의하면, 복수의 탄성파 발생 수단(65a,65b,65c)의 각각의 위치에 잉크가 존재하는가 존재하지 않느가에 따라서, 각각의 탄성파 발생 수단(65a,65b,65c)의 장착 위치의 레벨에서의 반사파의 탄성파 발생 수단(65a,65b,65c)으로의 도래 시간이 다르다. 따라서, 각 탄성파 발생 수단(65)을 주사하여, 각 탄성파 발생 수단에서의 반사파의 도래 시간을 검출함으로써, 각각의 탄성파 발생 수단(65a,65b,65c)의 장착 위치의 레벨에서의 잉크의 유무를 검출할 수 있다. 예를 들면, 잉크 액면이 탄성파 발생 수단(65b)과 탄성파 발생 수단(65c) 사이의 레벨일 때, 탄성파 발생 수단(65c)은 잉크 없음을 검출하고, 한편 탄성파 발생 수단(65b,65c)은 잉크 있음으로 검출한다. 이들 결과를 종합 평가함으로써, 잉크 액면이 탄성파 발생 수단(65b)과 탄성파 발생 수단(65c) 사이에 위치하고 있음을 알 수 있다.
도13a 및 도13b는 본 발명의 잉크 카트리지의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다. 도13a에 나타낸 잉크 카트리지에는 용기(1)의 내부에 설치된 관통공(1c)에 적어도 일부의 잉크 흡수체(74)가 대향하여 배치되어 있다. 탄성파 발생 수단(70)은 관통공(1c)에 대향하도록 용기(1)의 저면(1a)에 고정된다. 도13b에 나타낸 잉크 카트리지는 관통공(1c)과 연결되도록 형성된 홈(1h)에 잉크 흡수체(75)가 대향하여 배치되어 있다.
도13a 및 도13b에 나타낸 실시예에 의하면, 용기(1) 내의 잉크가 소비되어 잉크 흡수체(74,75)가 잉크로부터 노출되면, 잉크 흡수체(74,75)의 잉크가 자체 중량에 의해 흘러나와서 기록 헤드(31)에 잉크가 공급된다. 잉크가 모두 소비되면, 잉크 흡수체(74,75)는 관통공(1c)에 잔존하고 있는 잉크를 빨아 올리므로, 관통공(1c)의 오목부로부터 잉크가 완전히 배출된다. 그 때문에, 잉크 엔드시에 탄성파 발생 수단(70)에 의해 발생된 탄성파의 반사파의 상태가 변화하므로, 잉크 엔드를 더욱 확실하게 검출할 수 있다.
도14a,14b 및 도14c는 관통공(1c)의 또하나의 다른 실시예의 평면을 나타낸다. 도14a~도14c에 각각 나타낸 바와 같이, 관통공(1c)의 평면 형상은 탄성파 발생 수단을 부착할 수 있는 형상이면, 임의의 형상이어도 좋다.
도15a 및 도15b는 본 발명의 잉크젯 기록 장치의 다른 실시예의 단면을 나타낸다. 도15a는 잉크젯 기록 장치만의 단면을 나타낸다. 도15b는 잉크젯 기록 장치에 잉크 카트리지(272)가 장착되었을 때의 단면을 나타낸다. 잉크젯 기록 용지의 폭방향으로 왕복 운동 가능한 캐리지(250)는 하면에 기록 헤드(252)를 갖는다. 캐리지(250)는 기록 헤드(252)의 윗면에 서브 탱크 유니트(256)를 갖는다. 서브 탱크 유니트(256)는 도6에 나타낸 서브 탱크 유니트(33)와 같은 구성을 갖는다. 서브 탱크 유니트(256)는 잉크 카트리지(272)의 설치면측에 잉크 공급침(254)을 갖는다. 캐리지(250)는 잉크 카트리지(272)를 설치하는 영역에, 잉크 카트리지(272)의 저부와 대향하여 볼록부(258)를 갖는다. 볼록부(258)는 압전 진동자 등의 탄성파 발생 수단(260)을 갖는다.
도16a 및 도16b는 도15a 및 도15b에 나타낸 기록 장치에 적합한 잉크 카트리지의 실시예를 나타낸다. 도16a는 단색, 예를 들면 블랙 잉크용의 잉크 카트리지의 실시예를 나타낸다. 본 실시예의 잉크 카트리지(272)는 잉크를 수용하는 용기(274)와, 기록 장치의 잉크 공급침(254)에 접합하는 잉크 공급구(276)로 되어 있다. 용기(274)는 저면(274a)에, 볼록부(258)와 결합하는 오목부(278)를 갖는다. 오목부(278)는 초음파 전달재, 예를 들면 겔화재(280)를 수용한다.
잉크 공급구(276)는 패킹(282), 밸브 본체(286) 및 스프링(284)을 갖는다. 패킹(282)은 잉크 공급침(254)과 밀착되게 결합된다. 밸브 본체(286)는 스프링(284)에 의해 패킹(282)에 항상 탄력적으로 접합된다. 잉크 공급침(254)이 잉크 공급구(276)에 삽입되면, 밸브 본체(286)가 잉크 공급침(254)에 의해 눌리져서 잉크 유로를 개방한다. 용기(274)의 상부에는 잉크 카트리지(272)의 잉크 등에 관한 정보를 저장한 반도체 기억 수단(288)이 장착되어 있다.
도16b는 복수종의 잉크를 수용하는 잉크 카트리지의 실시예를 나타낸다. 용기(290)는 벽에 의해 복수의 영역, 즉, 3개의 잉크실(292,294,296)로 분할된다. 각각의 잉크실(292,294,296)은 잉크 공급구(298,300,302)을 갖는다. 용기(290)의 저면(290a)의 각 잉크실(292,294,296)에 대향하는 영역에는 탄성파 발생 수단(260)에 의해 발생된 탄성파를 전달하기 위한 겔화재(304,306,308)가 통 형상의 오목부원통상의 볼록부(310,312,314)내에 수용되어 있다.
도15b에 나타내는 바와 같이, 잉크 카트리지(272)의 잉크 공급구(276)를 서브 탱크 유니트(256)의 잉크 공급침(254)에 삽통하면, 밸브 본체(286)가 스프링(284)에 대항하여 후퇴하여 잉크 유로가 형성되므로, 잉크 카트리지(272) 내의 잉크가 잉크실(262)에 흘러 들어간다. 잉크실(262)에 잉크를 충전하는 단계에서는 기록 헤드(252)의 노즐 개구에 부압을 작용시켜 기록 헤드(252)에 잉크를 충전한다. 그 후 기록 동작을 실행한다. 기록 동작에 의해 기록 헤드(252)에서 잉크가 소비되면, 탄성 밸브(266)의 하류측의 압력이 저하되므로, 탄성 밸브(266)가 밸브 본체(270)로부터 떨어져서 밸브가 열린다. 탄성 밸브(266)의 밸브 열림에 의해 잉크실(262)의 잉크가 잉크 유로(35)를 통하여 기록 헤드(252)로 흘러 들어간다. 기록 헤드(252)로의 잉크의 유입에 수반하여 잉크 카트리지(272)의 잉크가 서브 탱크 유니트(256)로 흘러 들어간다.
기록 장치의 동작 기간 중에는 미리 설정된 검출의 타이밍, 예를 들면 일정 주기로 탄성파 발생 수단(260)에 구동 신호가 공급된다. 탄성파 발생 수단(260)에 의해 발생된 탄성파는 볼록부(258)로부터 방사되어, 잉크 카트리지(272)의 저면(274a)의 겔화재(280)를 전파하여 잉크 카트리지(272)내의 잉크로 전달된다. 도15a 및 도15b에서는 캐리지(250)에 탄성파 발생 수단(260)을 설치했지만, 탄성파 발생 수단(260)을 서브 탱크 유니트(256)내에 설치하여도 좋다.
탄성파 발생 수단(260)에 의해 발생된 탄성파는 잉크액을 통하여 전파하므로, 잉크액의 밀도나 잉크의 액면 레벨에 의해서, 액면에서 반사된 반사파가 탄성파 파생 수단(260)에 도래하는 시간이 변화한다. 따라서, 잉크의 조성이 일정한 경우에는 잉크액 표면에서 생기는 반사파의 도래 시간이 잉크량에만 좌우된다. 따라서, 탄성파 발생 수단(260)에 의하여 잉크액 표면 여기(exite)되었을 때 반사파가 잉크액 표면으로부터 탄성파 발생 수단(260)에 도달할 때까지의 시간을 검출함으로써, 잉크 카트리지(272)내의 잉크량을 검출할 수 있다. 또, 탄성파 발생 수단(260)에 의하여 발생되는 탄성파는 잉크에 포함되어 있는 입자를 진동시키다. 그러므로, 착색제로서 안료를 사용하는 안료 타입의 잉크를 사용하는 경우, 이 탄성파는 안료 등의 침전을 방지한다.
인쇄 동작이나 메인티넌스 동작후 잉크 카트리지(272)내의 잉크가 잉크 엔드 근처까지 감소하여, 탄성파 발생 수단(260)이 탄성파를 발생시킨 후에도 탄성파 발생 수단(260)이 더이상 반사파를 수신할 수 없게 된 경우에는 잉크 니어 엔드라고 판정하여 잉크 카트리지(272)의 교환을 재촉할 수 있다. 또한, 잉크 카트리지(272)가 규정대로 캐리지(250)에 장착되어 있지 않은 경우에는 탄성파 발생 수단(260)으로부터 탄성파의 형태가 극단적으로 변화한다. 이를 이용하여, 탄성파의 극단적인 변화를 검지한 경우에는 알람을 발하여, 사용자에게 잉크 카트리지(272)의 점검을 재촉할 수도 있다.
탄성파 발생 수단(260)에 의해 발생된 탄성파의 반사파의 탄성파 발생 수단(260)으로의 도래 시간은 용기(274)에 수용되어 있는 잉크의 밀도에 의해 영향을 받는다. 잉크의 종류에 따라, 잉크의 밀도가 각각 다른 경우가 있으므로, 잉크 카트리지(272)내에 수용되어 있는 잉크 종류에 관한 데이터를 반도체 기억 수단(288)에 저장하고, 그에 따른 검출 시퀀스를 실행함으로써 잉크 잔량을 보다 정확하게 검출할 수 있다.
도17은 본 발명의 잉크 카트리지(272)의 다른 실시예를 나타낸다. 도17에 나타낸 잉크 카트리지(272)는 저면(274a)이 상하 방향으로 경사지게 형성되어 있다.
도17의 잉크 카트리지(272)에서 잉크 잔량이 적어져서, 탄성파 발생 수단(260)의 탄성파의 조사 영역의 일부가 잉크 액면으로부터 노출되면, 탄성파 발생 수단(260)에 의해 발생된 탄성파의 반사파의 탄성파 발생 수단(260)으로의 도래 시간이 잉크 액면의 변화(△h1)에 대응하여 연속적으로 변화된다. △h1은 겔화재(280)의 양단에서의 저면(274a)의 높이 차이를 나타낸다. 따라서, 반사파의 탄성파 발생 수단(260)으로의 도래 시간을 검출함으로써, 잉크 니어 엔드 상태로부터 잉크 엔드까지의 과정을 정확하게 검출할 수 있다.
도18은 본 발명의 잉크 카트리지(272) 및 잉크젯 기록 장치의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다. 도18의 잉크젯 기록 장치는 잉크 카트리지(272)의 잉크 공급구(276)측의 측면(274b)에 볼록부(258')를 갖는다. 볼록부(258')는 탄성파 발생 수단(260')을 포함한다. 겔화재(280')가 잉크 카트리지(272)의 측면(274b)에 설치되어 볼록부(258')와 결합된다. 도18의 잉크 카트리지(272)에 의하면, 잉크 잔량이 적어져서, 탄성파 발생 수단(260')의 탄성파의 조사 영역의 일부가 액면으로부터 노출되면, 탄성파 발생 수단(260')에 의해 발생된 탄성파의 반사파의 음향 임피던스가 액면의 변화(△h2)에 대응하여 연속적으로 변화한다. △h2는 겔화재(280')의 상단과 하단의 높이 차이를 나타낸다. 따라서, 반사파의 탄성파 발생 수단(260')으로의 도래 시간 또는 음향 임피던스의 변화의 정도를 검출함으로써, 잉크 니어 엔드 상태로부터 잉크 엔드까지의 과정을 정확하게 검출할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는 용기(274)에 잉크를 직접 수용하는 형식의 잉크 카트리지를 예로서 설명했다. 다른 실시예로서, 용기(274)에 다공질 탄성체를 장전하고, 다공질 탄성체에 잉크를 함침시키는 형식의 잉크 카트리지에 탄성파 발생 수단(260)을 적용해도 좋다. 또한 상술한 실시예에서는, 액면에서의 반사파에 의거하여 잉크 잔량을 검출하는 경우에, 동일한 탄성파 발생 수단(260,260’)에 의해 탄성파를 송신 및 수신한다. 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 다른 실시예로서 탄성파의 송신 및 수신을 위하여 개별적으로 다른 탄성파 발생 수단(260)을 사용하여 잉크 잔량을 검출해도 좋다.
도19는 도16에 나타낸 잉크 카트리지(272)의 다른 실시예를 나타낸다. 잉크 카트리지(272)는 플로우트 보오드(316)를 플로우트(318)에 부착하여, 잉크 액면을 덮음으로서, 잉크 액면으로부터의 반사파의 강도를 올린다. 플로우트 보오드(316)는 음향 임피던스가 높고 또한 내잉크성을 구비한 재료, 예를 들면 세라믹 등으로 형성되는 것이 바람직하다.
도20 및 도21은 압전 장치의 일 실시예인 액추에이터(106)의 상세 및 등가 회로를 나타낸다. 여기서 말하는 액추에이터는 적어도 음향 임피던스의 변화를 검지하여 액체 용기내의 액체의 소비 상태를 검출하는 방법에 사용된다. 특히, 잔류 진동에 의해 공진 주파수를 검출함으로써, 적어도 음향 임피던스의 변화를 검지하여 액체 용기내의 액체의 소비 상태를 검출하는 방법에 사용된다. 도20a는 액추에이터(106)의 확대 평면도이다. 도20b는 액추에이터(106)의 b-b 단면을 나타낸다. 도20c는 액추에이터(106)의 c-c 단면을 나타낸다. 또한 도21a 및 도21b는 액추에이터(106)의 등가 회로를 나타낸다. 또, 도21c 및 도21d는 각각 잉크 카트리지내에 잉크가 채워지고 있을 때의 액추에이터(106)를 포함하는 주변 및 그 등가 회로를 나타내며, 도21e 및 도21f는 각각 잉크 카트리지내에 잉크가 없을 때의 액추에이터(106)를 포함하는 주변 및 그 등가 회로를 나타낸다.
액추에이터(106)는 거의 중앙에 원형상의 개구(161)를 갖는 기판(178)과, 개구(161)를 피복하도록 기판(178)의 한쪽 면(이하, 표면이라고 함)에 배설되는 진동판(176)과, 진동판(176)의 표면의 측에 배치되는 압전층(160)과, 압전층(160)을 양쪽으로부터 끼워넣는 상부 전극(164) 및 하부 전극(166)과, 상부 전극(164)과 전기적으로 결합되는 상부 전극 단자(168)와, 하부 전극(166)과 전기적으로 결합되는 하부 전극 단자(170)와, 상부 전극(164) 및 상부 전극 단자(168) 사이에 배설되고, 또한 양자를 전기적으로 결합하는 보조 전극(172)을 갖는다. 압전층(160), 상부 전극(164) 및 하부 전극(166)은 각각의 주요부로서 원형 부분을 갖는다. 압전층(160), 상부 전극(164) 및 하부 전극(166)의 각각의 원형 부분은 압전 소자를 형성한다.
진동판(176)은 기판(178)의 표면에, 개구(161)를 덮도록 형성된다. 캐비티(162)는 진동판(176)의 개구(161)와 접하는 부분과 기판(178)의 표면의 개구(161) 에 의해 형성된다. 기판(178)의 압전 소자와는 반대측의 면(이하, "이면"이라고 함)은 액체 용기측에 접하고 있고, 캐비티(162)는 액체와 접촉하도록 구성되어 있다. 캐비티(162)내에 액체가 들어와도 기판(178)의 표면측에 액체가 새지 않도록, 진동판(176)은 기판(178)에 대하여 밀착되게 부착된다.
하부 전극(166)은 진동판(176)의 표면, 즉 액체 용기와는 반대측의 면에 위치하고 있고, 하부 전극(166)의 주요부인 원형 부분의 중심과 개구(161)의 중심이 일치하도록 부착되어 있다. 또한, 하부 전극(166)의 원형 부분의 면적이 개구(161)의 면적보다도 작게 되도록 설정되어 있다. 한편, 하부 전극(166)의 표면측에는 압전층(160)이 그 원형 부분의 중심과 개구(161)의 중심이 거의 일치하도록 형성되어 있다. 압전층(160)의 원형 부분의 면적은 개구(161)의 면적보다도 작고, 또한 하부 전극(166)의 원형 부분의 면적보다도 커지도록 설정되어 있다.
한편, 압전층(160)의 표면측에는 상부 전극(164)이 그 주요부인 원형 부분의 중심와 개구(161)의 중심이 거의 일치하도록 형성된다. 상부 전극(164)의 원형 부분의 면적은 개구(161) 및 압전층(160)의 원형 부분의 면적보다도 작고, 또한 하부 전극(166)의 원형 부분의 면적보다도 커지도록 설정되어 있다.
따라서, 압전층(160)의 주요부는 상부 전극(164)의 주요부와 하부 전극(166)의 주요부에 의해서, 각각 표면측과 이면측으로부터 끼워 넣어지는 구조로 되어 있어, 압전층(160)을 효과적으로 변형 구동할 수 있다. 압전층(160), 상부 전극(164) 및 하부 전극(166)의 각각의 주요부인 원형 부분이 액추에이터(106)에서의 압전 소자를 형성한다. 상술한 바와 같이 압전 소자는 진동판(176)에 접하고 있다. 또, 상부 전극(164)의 원형 부분, 압전층(160)의 원형 부분, 하부 전극(166)의 원형 부분 및 개구(161) 중에서, 면적이 가장 큰 것은 개구(161)이다. 이 구조에 의해서, 진동판(176) 중 실제로 진동하는 진동 영역은 개구(161)에 의해 결정된다. 또, 상부 전극(164)의 원형 부분, 압전층(160)의 원형 부분 및 하부 전극(166)의 원형 부분은 개구(161)보다 면적이 작기 때문에, 진동판(176)이 보다 진동하기 쉽게 된다. 또한 압전층(160)과 전기적으로 접속하는 하부 전극(166)의 원형 부분 및 상부 전극(164)의 원형 부분 중, 하부 전극(166)의 원형 부분이 작다. 따라서, 하부 단자(166)의 원형 부분이 압전층(160)중 압전 효과를 발생하는 부분을 결정한다.
상부 전극 단자(168)는 보조 전극(172)을 통하여 상부 전극(164)과 전기적으로 접속되도록 진동판(176)의 표면측에 형성된다. 한편, 하부 전극 단자(170)는 하부 전극(166)에 전기적으로 접속되도록 진동판(176)의 표면측에 형성된다. 상부 전극(164)은 압전층(160)의 표면측에 형성되기 때문에, 상부 전극 단자(168)와 접속하는 도중에서, 압전층(160)의 두께와 하부 전극(166)의 두께의 합과 동일한 단차를 가질 필요가 있다. 상부 전극(164)만으로 이 단차를 형성하는 것은 어렵고, 만일 가능하도 해도 상부 전극(164)과 상부 전극 단자(168)의 접속 상태가 약하게 되어, 절단될 위험이 있다. 그래서, 보조 전극(172)을 보조부재로서 사용하여 상부 전극(164)과 상부 전극 단자(168)를 접속시키고 있다. 이와 같이 함으로써, 압전층(160)도 상부 전극(164)도 보조 전극(172)에 지지된 구조가 되어, 소망하는 기계적 강도를 얻을 수 있고, 또 상부 전극(164)과 상부 전극 단자(168)의 접속을 확실하게 할 수 있다.
또한, 압전 소자와 진동판(176) 중의 압전 소자에 직면하는 진동 영역이 액추에이터(106)에서 실제로 진동하는 진동부이다. 또, 액추에이터(106)에 포함되는 부재는 서로 소성됨으로써 일체적으로 형성되는 것이 바람직하다. 액추에이터(106)를 일체적으로 형성함으로써, 액추에이터(106)의 취급이 용이해진다. 또한 기판(178)의 강도를 높임으로써 진동 특성이 향상된다. 즉, 기판(178)의 강도를 높임으로써, 액추에이터(106)의 진동부만이 진동하고, 액추에이터(106) 중 진동부 이외의 부분이 진동하지 않는다. 또, 액추에이터(106)의 진동부 이외의 부분이 진동하지 않게 하기 위해서는 기판(178)의 강도를 높이는 것에 비하여, 액추에이터(106)의 압전 소자를 얇게 또한 작게 하고, 진동판(176)을 얇게 함으로써 달성할 수 있다.
압전층(160)의 재료로는 지르콘산티탄산납(PZT), 지르콘산티탄산납란탄 (PLZT) 또는 납을 사용하지 않는 납없는 압전막을 사용하는 것이 바람직하고, 기판(178)의 재료로서 지르코니아 또는 알루미나를 사용하는 것이 바람직하다. 또, 진동판(176)에는 기판(178)과 같은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 상부 전극(164), 하부 전극(166), 상부 전극 단자(168) 및 하부 전극 단자(170)는 도전성을 갖는 재료, 예를 들면, 금, 은 동, 백금, 알루미늄, 니켈 등의 금속을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성되는 액추에이터(106)는 액체를 수용하는 용기로 적용할 수 있다. 예를 들면 잉크젯 기록 장치에 사용되는 잉크 카트리지나 잉크 탱크, 혹은 기록 헤드를 세정하기 위한 세정액을 수용한 용기 등으로 장착할 수 있다.
도20 및 도21에 나타내는 액추에이터(106)는 캐비티(162)가 액체 용기내에 수용된 액체와 접촉할 수 있도록 액체 용기상의 소정의 장소에 장착된다. 액체 용기에 액체가 충분히 수용되어 있는 경우에는 캐비티(162)내 및 그 외측은 액체에 의해 채워진다. 한편 액체 용기의 액체가 소비되어 액추에이터의 장착 위치 이하까지 액면이 강하하면, 캐비티(162)내에는 액체는 존재하지 않던가, 혹은 캐비티(162)내에만 액체가 잔존하고 그 외측에는 기체가 존재하는 상태가 된다. 액추에이터(106)는 이 상태의 변화에 의거한, 적어도 음향 임피던스의 차이를 검출한다. 이에 의해서, 액추에이터(106)는 액체 용기에 액체가 충분히 수용되어 있는 상태인가, 혹은 어느 일정 이상의 액체가 소비된 상태인가를 검지할 수 있다. 또한 액추에이터(106)는 액체 용기내의 액체의 종류도 검출할 수 있다.
여기서 액추에이터에 의한 액면 검출의 원리에 대해서 설명한다.
매체의 음향 임피던스의 변화를 검출하기 위해서는 매체의 임피던스 특성 또는 어드미턴스 특성을 측정한다. 임피던스 특성 또는 어드미턴스 특성을 측정하는 경우에는 예를 들면 전송 회로를 이용할 수 있다. 전송 회로는 매체에 일정 전압을 인가하고, 주파수를 변경하여 매체에 흐르는 전류를 측정한다. 또는 전송 회로는 매체에 일정 전류를 공급하고, 주파수를 변경하여 매체에 인가되는 전압을 측정한다. 전송 회로에 측정된 전류치 또는 전압치의 변화는 음향 임피던스의 변화를 나타낸다. 또, 전류치 또는 전압치가 극대 또는 극소가 되는 주파수(fm)의 변화도 음향 임피던스의 변화를 나타낸다.
상기의 방법과는 별도로, 액추에이터는 액체의 음향 임피던스의 변화를 공진 주파수만의 변화를 사용하여 검출할 수 있다. 액체의 음향 임피던스의 변화를 사용하는 방법으로서, 액추에이터의 진동부가 진동한 후에 진동부에 잔류하는 잔류 진동에 의해 생기는 역기전력을 측정함으로써 공진 주파수를 검출하는 방법을 사용하는 경우에는 예를 들면 압전 소자를 사용할 수 있다. 압전 소자는 액추에이터의 진동부에 잔류하는 잔류 진동에 의해 역기전력을 발생시키는 소자이고, 액추에이터의 진동부의 진폭에 의해 역기전력의 크기가 변화한다. 따라서, 액추에이터의 진동부의 진폭이 클수록 검출이 쉽다. 또, 액추에이터의 진동부에서의 잔류 진동의 주파수에 의해 역기전력의 크기가 변화하는 주기가 바뀐다. 따라서, 액추에이터의 진동부의 주파수는 역기전력의 주파수에 대응한다. 여기서, 공진 주파수는 액추에이터의 진동부와 진동부에 접하는 매체가 공진 상태에 있을 때의 주파수를 말한다.
공진 주파수(fs)를 얻기 위해서, 진동부와 매체가 공진 상태일 때의 역기전력 측정에 의해 얻어진 파형을 푸리에 변환한다. 액추에이터의 진동은 일 방향만의 변형이 아니라, 휨이나 늘어남 등 다양한 변형을 수반하므로, 공진 주파수(fs)를 포함하여 다양한 주파수를 갖는다. 따라서 압전 소자와 매체가 공진 상태일 때의 역기전력의 파형을 푸리에 변환하고, 가장 지배적인 주파수 성분을 특정함으로써, 공진 주파수(fs)를 판단한다.
주파수(fm)은 매체의 어드미턴스(admittance)가 극대 또는 임피던스가 극소일 때의 주파수이다. 공진 주파수(fs)로 하면, 주파수(fm)은 매체의 유전 손실 또는 기계적 손실 등에 의해서, 공진 주파수(fs)에 대하여 약간의 오차가 생긴다. 그러나, 실측되는 주파수(fm)로부터 공진 주파수(fs)를 도출하는 것은 번거롭기 때문에, 일반적으로는 주파수(fm)을 공진 주파수 대신하여 사용한다. 여기서, 액추에이터(106)의 출력을 전송 회로에 입력함으로써, 액추에이터(106)는 적어도 음향 임피던스를 검출할 수 있다.
매체의 임피던스 특성 또는 어드미턴스 특성을 측정하여 주파수(fm)을 측정하는 방법과, 액추에이터의 진동부에서의 잔류 진동 진동에 의해 생기는 역기전력을 측정함으로써 공진 주파수(fs)를 측정하는 방법에 의해 얻어지는 공진 주파수에는 차이가 거의 없음이 실험에 의해 입증되었다.
액추에이터(106)의 진동 영역은 진동판(176) 중 개구(161)에 의해 결정되는 캐비티(162)를 구성하는 부분이다. 액체 용기내에 액체가 충분하게 수용되어 있는 경우에는 캐비티(162)내에는 액체가 채워지고, 진동 영역은 액체 용기내의 액체와 접촉한다. 한편, 액체 용기내에 액체가 충분치 않는 경우에는 진동 영역은 액체 용기내의 캐비티에 남은 액체와 접촉하던가, 혹은 액체와 접촉하지 않고, 기체 또는 진공과 접촉한다.
본 발명의 액추에이터(106)에는 캐비티(162)가 설치되고, 이것에 의해서, 액추에이터(106)의 진동 영역에 액체 용기내의 액체가 남도록 설계할 수 있다. 그 이유는 다음과 같다.
액추에이터의 액체 용기으로의 부착 위치나 부착 각도에 따라서는 액체 용기내의 액체의 액면이 액추에이터의 장착 위치보다도 아래쪽에 있음에도 불구하고, 액추에이터의 진동 영역에 액체가 부착되는 경우가 있다. 진동 영역에서의 액체의 유무만으로 액추에이터가 액체의 유무를 검출하고 있는 경우에는 액추에이터의 진동 영역에 부착한 액체가 액체 유무의 정확한 검출을 방해한다. 예를 들면, 액면이 액추에이터의 장착 위치보다도 아래쪽에 있는 상태의 경우, 캐리지의 왕복 이동 등에 의해 액체 용기가 요동해 액체가 물결쳐서, 진동 영역에 액체 방울이 부착되면, 액추에이터는 액체 용기내에 액체가 충분하다라고 잘못한 판단을 한다. 그래서, 반대로 그곳에 액체가 잔존한 경우라도 액체의 유무를 정확하게 검출하도록 설계된 캐비티를 적극적으로 설치함으로써, 액체 용기가 요동하여 액면이 물결쳐도, 액추에이터의 오동작을 방지할 수 있다. 이와 같이 캐비티를 갖는 액추에이터를 사용함으로써, 오동작을 막을 수 있다.
또, 도21e에 나타내는 바와 같이, 액체 용기내에 액체가 없고, 액추에이터(106)의 캐비티(162)에 액체 용기내의 액체가 남아 있는 경우를 액체의 유무의 임계치로 하자. 즉, 캐비티(162)의 주변에 액체가 없고, 이 임계치보다 캐비티 내의 액체가 적은 경우는 잉크 없음이라고 판단하고, 캐비티(162)의 주변에 액체가 있고, 이 임계치보다 액체가 많은 경우는 잉크 있음이라고 판단한다. 예를 들면, 액추에이터(106)를 액체 용기의 측벽에 장착한 경우, 액체 용기내의 액체가 액추에이터의 장착 위치보다도 아래에 있는 경우를 잉크 없음이라고 판단하고, 액체 용기내의 액체가 액추에이터의 장착 위치보다 위에 있는 경우를 잉크 있음이라고 판단한다. 이와 같이 임계치를 설정함으로써, 캐비티 내의 잉크가 없는 경우에 캐리지의 요동 등으로 재차 잉크가 캐비티에 부착되어도 임계치를 넘지 않으므로, 잉크 없음이라고 판단할 수 있다.
여기서, 도20 및 도21을 참조하면서 역기전력의 측정에 의한 매체와 액추에이터(106)의 진동부와의 공진 주파수로부터 액체 용기내의 액체의 상태를 검출하는 동작 및 원리에 대해서 설명한다. 액추에이터(106)에서, 상부 전극 단자(168) 및 하부 전극 단자(170)를 통하여, 각각 상부 전극(164) 및 하부 전극(166)에 전압을 인가한다. 압전층(160) 중, 상부 전극(164) 및 하부 전극(166)에 끼워진 부분에는 전계가 생긴다. 그 전계에 의해서 압전층(160)은 변형된다. 압전층(160)이 변형됨으로써 진동판(176) 중의 진동 영역이 탄성적으로 진동한다. 압전층(160)이 변형된 후 당분간은 탄성적 진동이 액추에이터(106)의 진동부에 잔류한다.
잔류 진동은 액추에이터(106)의 진동부와 매체와의 자유 진동이다. 따라서, 압전층(160)에 인가하는 전압을 펄스 파형 혹은 구형파로 함으로써, 전압을 인가한 후에 진동부와 매체와의 공진 상태를 용이하게 얻을 수 있다. 잔류 진동은 액추에이터(106)의 진동부를 진동시키기 때문에, 압전층(160)을 변형한다. 따라서, 압전층(160)은 역기전력을 발생한다. 그 역기전력은 상부 전극(164), 하부 전극(166), 상부 전극 단자(168) 및 하부 전극 단자(170)를 통하여 검출된다. 검출된 역기전력에 의해서, 공진 주파수를 특정할 수 있기 때문에, 액체 용기내의 액체의 상태를 검출할 수 있다.
일반적으로, 공진 주파수(fs)는
(수학식 1)
fs=1/(2*π*(M*Cact)1/2) (식1)
로 표시된다. 여기서, M은 진동부의 이너턴스(Mact)와 부가 이너턴스(M')와의 합이다. Cact는 진동부의 컴플라이언스이다.
도20c는 본 실시예에서, 캐비티에 잉크가 잔존되어 있지 않을 때의 액추에이터(106)의 단면도이다. 도21a 및 도21b는 캐비티에 잉크가 잔존하고 있지 않을 때의 액추에이터(106)의 진동부 및 캐비티(162)의 등가 회로이다.
Mact는 진동부의 두께와 진동부의 밀도의 곱을 진동부의 면적으로 나눈 것이고, 더욱 상세하게는 도21a에 나타내는 바와 같이
(수학식 2)
Mact=Mpzt+Melectrode1+Melectrode2+Mvib (식2)
으로 표시된다. 여기서, Mpzt는 진동부에서의 압전층(160)의 두께와 압전층(160)의 밀도의 곱을 압전층(160)의 면적으로 나눈 것이다. Melectrode1은 진동부에서의 상부 전극(164)의 두께와 상부 전극(164)의 밀도의 곱을 상부 전극(164)의 면적으로 나눈 것이다. Melectrode2는 진동부에서의 하부 전극(166)의 두께와 하부 전극(166)의 밀도의 곱을 하부 전극(166)의 면적으로 나눈 것이다. Mvib은 진동부에서의 진동판(176)의 두께와 진동판(176)의 밀도의 곱을 진동판(176)의 진동 영역의 면적으로 나눈 것이다. 단, Mact를 진동부 전체로서의 두께, 밀도 및 면적으로부터 산출할 수 있는 바와 같이, 본 실시예에서는 압전층(160), 상부 전극(164), 하부 전극(166) 및 진동판(176)의 진동 영역의 각각의 면적은 상술한 바와 같은 대소 관계를 가지지만, 상호의 면적의 차는 미소한 것이 바람직하다. 또, 본 실시예에서, 압전층(160), 상부 전극(164) 및 하부 전극(166)에서는 이들의 주요부인 원형 부분 이외의 부분은 주요부에 대하여 무시할 수 있을 정도 미소한 것이 바람직하다. 따라서, 액추에이터(106)에서, Mact는 상부 전극(164), 하부 전극(166), 압전층(160) 및 진동판(176) 중의 진동 영역의 각각의 이너턴스의 합이다. 또, 컴플라이언스(Cact)는 상부 전극(164), 하부 전극(166), 압전층(160) 및 진동판(176) 중의 진동 영역에 의해 형성되는 부분의 컴플라이언스이다.
또한 도21a, 도21b, 도21d, 도21f는 액추에이터(106)의 진동부 및 캐비티(162)의 등가 회로를 나타내지만, 이들 등가 회로에서, Cact는 액추에이터(106)의 진동부의 컴플라이언스를 나타낸다. Cpzt,Celectrode1, Celectrode2 및 Cvib은 각각 진동부에서의 압전층(160,) 상부 전극(164), 하부 전극(166) 및 진동판(176)의 컴플라이언스를 나타낸다. Cact는 이하의 식3으로 표시된다.
(수학식 3)
1/Cact=(1/Cpzt)+(1/Celectrodel)+(1/Celectrode2)+(1/Cvib) (식3)
식2 및 식3으로부터, 도21a는 도21b와 같이 표현할 수도 있다.
컴플라이언스(Cact)는 진동부의 단위 면적에 압력을 가함으로써 발생된 변형에 의해 매체를 수용할 수 있는 체적을 나타낸다. 또, 컴플라이언스(Cact)는 변형되기 쉬움을 나타낸다.
도21c는 액체 용기에 액체가 충분히 수용되어, 액추에이터(106)의 진동 영역의 주변에 액체가 채워지고 있는 경우의 액추에이터(106)의 단면도를 나타낸다. 도21c의 M'max는 액체 용기에 액체가 충분히 수용되어, 액추에이터(106)의 진동 영역의 주변에 액체가 채워져 있는 경우의 부가 이너턴스의 최대치를 나타낸다. M'max는
(수학식 4)
M'max=(π*ρ/(2*k3))*(2*(2*k*a)3/(3*π))/(π*a2)2(식4)
(a는 진동부의 반경, ρ는 매체의 밀도, k는 파수이다.)
으로 표시된다. 또한 식4는 액추에이터(106)의 진동 영역이 반경(a)의 원형인 경우에 성립한다. 부가 이너턴스(M')는 진동부의 부근에 있는 매체의 작용에 의해서, 진동부의 질량이 외관상 증가하고 있음을 나타내는 양이다. 식4로부터 알 수 있는 바와 같이, M'max는 진동부의 반경(a)와, 매체의 밀도(ρ)에 의해 크게 변화한다.
파수k는
(수학식 5)
k=2*π*fact/c (식5)
(fact는 액체가 접촉하고 있지 않을 때의 진동부의 공진 주파수이다. c는 매체중을 전파하는 음향의 속도이다.)
으로 표시된다.
도21d는 액체 용기에 액체가 충분히 수용되어, 액추에이터(106)의 진동 영역의 주변에 액체가 채워져 있는 도21c의 경우에, 액추에이터(106)의 진동부 및 캐비티(162)의 등가 회로를 나타낸다.
도21e는 액체 용기의 액체가 소비되어, 액추에이터(106)의 진동 영역의 주변에 액체가 없지만, 액추에이터(106)의 캐비티(162)내에는 액체가 잔존하고 있는 경우의 액추에이터(106)의 단면도를 나타낸다. 식4는 예를 들면, 액체 용기에 액체가 채워져 있는 경우에, 잉크의 밀도(ρ) 등으로부터 결정되는 최대의 이너턴스(M’max)를 나타내는 식이다. 한편, 액체 용기내의 액체가 소비되어, 캐비티(162)내에 액체가 잔류하면서 액추에이터(106)의 진동 영역의 주변에 있는 액체가 기체 또는 진공으로 된 경우에는, M'는
(수학식 6)
M'=ρ*t/S (식6)
으로 표시할 수 있다. t는 진동에 관한 매체의 두께다. S는 액추에이터(106)의 진동 영역의 면적이다. 이 진동 영역이 반경(a)의 원형인 경우는 S=π*a2이다. 따라서 부가 이너턴스(M')는 액체 용기에 액체가 충분히 수용되어, 액추에이터(106)의 진동 영역의 주변에 액체가 채워져 있는 경우에는 식4를 따른다. 한편, 액체가 소비되어, 캐비티(162)내에 액체가 잔류하면서 액추에이터(106)의 진동 영역의 주변에 있는 액체가 기체 또는 진공이 된 경우에는 식6에 따른다.
여기서, 도21e와 같이, 액체 용기의 액체가 소비되어, 액추에이터(106)의 진동 영역의 주변에 액체가 없지만, 액추에이터(106)의 캐비티(162)내에는 액체가 잔존하고 있는 경우의 부가 이너턴스(M')를 편의적으로 M'cav와 하여, 액추에이터(106)의 진동 영역의 주변에 액체가 채워져 있는 경우의 부가 이너턴스(M'max)와 구별한다.
도21f는 액체 용기의 액체가 소비되어, 액추에이터(106)의 진동 영역의 주변에 액체가 없지만, 액추에이터(106)의 캐비티(162)내에는 액체가 잔존하고 있는 도21e의 경우의 액추에이터(106)의 진동부 및 캐비티(162)의 등가 회로를 나타낸다.
여기서, 매체의 상태에 관계하는 파라미터는 식6에서, 매체의 밀도(ρ) 및 매체의 두께(t)이다. 액체 용기내에 액체가 충분하게 수용되어 있는 경우는 액추에이터(106)의 진동부에 액체가 접촉되며, 액체 용기내에 액체가 충분하게 수용되어 있지 않은 경우는 캐비티 내부에 액체가 잔존하던가, 혹은 액추에이터(106)의 진동부에 기체 또는 진공이 접촉된다. 액추에이터(106)의 주변의 액체가 소비되어, 도21c의 M'max로부터 도21e의 M'cav로 이행하는 과정에서의 부가 이너턴스를 M'var로 하면, 액체 용기내의 액체의 수용 상태에 따라서, 매체의 두께(t)가 변화하기 때문에, 부가 이너턴스(M’ var)가 변화하고, 공진 주파수(fs)도 변화하게 된다. 따라서, 공진 주파수(fs)를 특정함으로써, 액체 용기내의 액체의 유무를 검출할 수 있다. 여기서, 도21e에 나타내는 바와 같이 t=d로 한 경우, 식6을 사용하여 M'cav를 표현하면, 식6의 t에 캐비티의 깊이(d)를 대입하여,
(수학식 7)
M'cav= ρ*d/s (식7)
로 된다.
또한, 매체가 서로 종류가 다른 액체라도, 조성의 차이에 의해 밀도(ρ)가 다르기 때문에, 부가 이너턴스(M')가 변화하여 공진 주파수(fs)도 변화한다. 따라서, 공진 주파수(fs)를 특정함으로서, 액정의 종류를 특정할 수 있다. 또한, 액추에이터(106)의 진동부에 잉크 또는 공기 중 어느 하나만이 접촉하여, 혼재하지 않은 경우에는 식4에 의해 계산하여도 M'의 차이를 검출할 수 있다.
도22a는 잉크 탱크 내의 잉크의 양과 잉크 및 진동부의 공진 주파수(fs)의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기서는 액체의 일례로서 잉크에 대하여 설명한다. 종축은 공진 주파수(fs)를 나타내고, 횡축은 잉크량을 나타낸다. 잉크 조성이 일정할 때, 잉크 잔량의 저하에 수반하여, 공진 주파수(fs)는 상승한다.
잉크 용기에 잉크가 충분히 수용되어, 액추에이터(106)의 진동 영역의 주변에 잉크가 채워져 있는 경우에는 그 최대 부가 이너턴스(M'max)는 식4에 나타내어지는 값이 된다. 한편, 잉크가 소비되어, 캐비티(162)내에 액체가 잔류하면서 액추에이터(106)의 진동 영역의 주변에 잉크가 채워져 있지 않을 때에는 부가 이너턴스(M’var)는 매체의 두께(t)에 의거하여 식6에 의해서 산출된다. 식(6)중의 t는 진동에 관계되는 매체의 두께이기 때문에, 액추에이터(106)의 캐비티(162)의 d(도20b 참조)를 작게, 즉, 기판(178)을 충분히 얇게 함으로써, 잉크가 서서히 소비되어 가는 과정을 검출할 수도 있다(도21c 참조). 여기서, tink는 진동에 관계되는 잉크의 두께로 하고, tink-max는 M'max에서의 tink로 하자. 예를 들면, 잉크 카트리지의 저면에 액추에이터(106)를 잉크의 액면에 대하여 거의 수평으로 배치한다. 잉크가 소비되어, 잉크의 액면이 액추에이터(106)로부터 tink-max의 높이 이하에 도달하면, 식6에 의해 M'var가 서서히 변화하고, 식1에 의해 공진 주파수(fs)가 서서히 변화한다. 따라서, 잉크의 액면이 t의 범위내에 있는 한, 액추에이터(106)는 잉크의 소비 상태를 서서히 검출할 수 있다.
또, 액추에이터(106)의 진동 영역을 크게 또는 길게 하고, 또 세로로 배치함으로써 잉크의 소비에 의한 잉크 레벨의 변화에 따라, 식(6)중의 S가 변화한다. 따라서, 액추에이터(106)는 잉크가 서서히 소비되어 가는 과정을 검출할 수도 있다. 예를 들면, 잉크 카트리지의 측벽에 액추에이터(106)를 잉크의 액면에 대하여 수직으로 배치한다. 잉크가 소비되어, 잉크의 액면이 액추에이터(106)의 진동 영역에 도달하면, 수위의 저하에 수반하여 부가 이너턴스(M')가 감소되므로, 식1에 의해 공진 주파수(fs)가 서서히 증가한다. 따라서, 잉크의 액면이 캐비테(162) 직경(2a)(도21c 참조)의 범위내에 있는 한, 액추에이터(106)는 잉크의 소비 상태를 서서히 검출할 수 있다.
도22a의 곡선(X)은 액추에이터(106)의 캐비티(162)를 충분히 얕게 한 경우나, 액추에이터(106)의 진동 영역을 충분히 크게 또는 길게 한 경우에 잉크 탱크내에 수용된 잉크의 양과 잉크 및 진동부의 공진 주파수(fs)의 관계를 나타낸다. 잉크 탱크내의 잉크의 양이 감소되는 동시에, 잉크 및 진동부의 공진 주파수(fs)가 서서히 변화해 가는 모습을 이해할 수 있다.
보다 상세하게는 잉크가 서서히 소비되어 가는 과정을 검출할 수 있는 경우란, 액추에이터(106)의 진동 영역의 주변에서, 서로 밀도가 다른 액체와 기체가 함께 존재하고, 또한 진동에 관계되는 경우이다. 잉크가 서서히 소비되어 감에 따라서, 액추에이터(106)의 진동 영역 주변에서 진동에 관계되는 매체는 액체가 감소하는 한편, 기체가 증가한다. 예를 들면, 액추에이터(106)를 잉크의 액면에 대하여 수평으로 배치한 경우에, tink가 tink-max 보다 작을 때에는 액추에이터(106)의 진동에 관계되는 매체는 잉크와 기체 모두를 포함한다. 따라서, 액추에이터(106)의 진동 영역의 면적(S)으로 하고, 식4의 M'max 이하가 된 상태를 잉크와 기체의 부가 질량으로 표시하면,
(수학식 8)
M'=M'air+M'ink= pair*tair/S+pink*tink/S (식8)
이 된다. 여기서, M'air는 공기의 이너턴스이고, M'ink는 잉크의 이너턴스이다. βair는 공기의 밀도이고, pink는 잉크의 밀도이다. tair는 진동에 관계되는 공기의 두께이고, tink는 진동에 관계되는 잉크의 두께이다. 액추에이터(106)의 진동 영역 주변에서의 진동에 관계되는 매체 중, 액체가 감소되어 기체가 증가함에 따라서, 액추에이터(106)가 잉크의 액면에 대하여 거의 수평으로 배치되어 있는 경우에는 tair가 증가하고, tink가 감소한다. 이에 의해서, M'var가 서서히 감소하고, 공진 주파수가 서서히 증가한다. 따라서 잉크 탱크내에 잔존하고 있는 잉크의 양 또는 잉크의 소비량을 검출할 수 있다. 또한 식7에서 액체의 밀도만의 식으로 되어 있는 것은 액체의 밀도에 대해서, 공기의 밀도를 무시할 수 있는 작은 경우를 상정하고 있기 때문이다.
액추에이터(106)가 잉크의 액면에 대하여 거의 수직으로 배치되어 있는 경우에는 액추에이터(106)의 진동 영역중, 액추에이터(106)의 진동에 관계되는 매체가 잉크만의 영역과 액추에이터(106)의 진동에 관계되는 매체가 기체 영역의 병렬의 등가 회로(도시하지 않음)라고 여겨진다. 액추에이터(106)의 진동에 관계되는 매체가 잉크만의 영역의 면적을 Sink로 하고, 액추에이터(106)의 진동에 관계되는 매체가 기체만의 영역의 면적을 Sair로 하면,
(수학식 9)
1/M'= 1/M'air+ 1/M'ink=Sair/(pair*tair)+Sink/(pink*tink) (식9)
가 된다.
또한 식9는 액추에이터(106)의 캐비티에 잉크가 유지되지 않는 경우에 적용된다. 액추에이터(106)의 캐비티에 잉크가 유지되는 경우에 대해서는 식7, 식8 및 식9에 의하여 계산할 수 있다.
한편, 기판(178)이 두꺼운 경우, 즉, 캐비티(162)의 깊이(d)가 깊고, d가 매체의 두께(tink-max)에 비교적 가까운 경우이거나, 액체 용기의 높이에 비하여 진동 영역이 매우 작은 액추에이터를 사용하는 경우에는 실제상은 잉크가 서서히 감소하는 과정을 검출한다기 보다는 잉크의 액면이 액추에이터의 장착 위치보다 상위치인가 하위치인가를 검출하게 된다. 바꾸어 말하면, 액추에이터의 진동 영역에서의 잉크의 유무를 검출하게 된다. 예를 들면, 도22a의 곡선(Y)은 작은 원형의 진동 영역의 경우에서의 잉크 탱크내의 잉크의 양과 잉크 및 진동부의 공진 주파수(fs)의 관계를 나타낸다. 잉크 탱크내의 잉크의 레벨이 액추에이터의 장착 위치를 통과하는 전후에서의 잉크량(Q) 사이에서, 잉크 및 진동부의 공진 주파수(fs)가 심하게 변화하고 있는 모습이 나타난다. 이로부터, 잉크 탱크내에 잉크가 소정량 잔존하고 있는가 아닌가의 여부를 검출할 수 있다.
액체의 존재를 검출하는데 액추에이터(106)를 사용하는 방법은 액추에이터(106)가 액체와 직접 접촉함으로써 잉크의 존재를 검출하기 때문에 소프트웨어에 의해 잉크 소비량을 계산하는 방법보다 더 정확하다. 또한, 도전성에 의해 잉크의 존재를 검출하는 전극을 사용하는 방법은 액체 용기에 대한 장착 위치와 잉크 종류에 의해 영향을 받지만, 액체의 존재를 검출하는데 액추에이터(106)를 사용하는 방법은 액체 용기에 대한 장착 위치와 잉크 종류에 의해 영향을 받지 않는다. 또한, 액체의 진동 및 존재에 대한 검출을 모두 하나의 액추에이터(106)에 의해 실시하기 때문에, 액체의 진동 및 존재에 대한 검출에 별개의 센서를 사용하는 방법에 비해 액체 용기 위에 장착된 센서의 수를 줄일 수 있다. 따라서, 액체 용기를 저가로 제조할 수 있다. 또한, 압전층(160)의 진동 주파수를 비가청 주파수로 설정함으로써 액추에이터(106)가 동작시에 발생하는 소음을 줄일 수 있다.
도22b는 도22a의 곡선(Y)에서의 잉크 밀도와 잉크 및 진동부의 공진 주파수(fs)의 관계를 나타낸다. 액체의 예로서 잉크를 들고 있다. 도22b에 나타내는 바와 같이, 잉크의 밀도가 높아지면, 부가 이너턴스가 커지므로 공진 주파수(fs)가 저하한다. 즉 잉크의 종류에 따라 공진 주파수(fs)가 다르다. 따라서 공진 주파수(fs)를 측정함으로써, 잉크를 재충전할 때에, 밀도가 다른 잉크가 혼입되어 있지 않은가를 확인할 수 있다.
즉, 서로 종류가 다른 잉크를 수용하는 잉크 탱크를 식별할 수 있다.
계속해서, 액체 용기내의 액체가 비워져 있는 경우라도 액추에이터(106)의 캐비티(162)내에 액체가 잔존하도록 캐비티의 사이즈와 형상을 설계했을 때의, 액체의 상태를 정확하게 검출할 수 있는 조건을 상술한다. 액추에이터(106)는 캐비티(162)내에 액체가 채워져 있는 경우에 액체의 상태를 검출할 수 있으면, 캐비티(162)내에 액체가 채워져 있지 않은 경우라도 액체의 상태를 검출할 수 있다.
공진 주파수(fs)는 이너턴스(M)의 함수이다. 이너턴스(M)는 진동부의 이너턴스(Mact)와 부가 이너턴스(M')의 합이다. 여기서, 부가 이너턴스(M')가 액체의 상태와 관계한다. 부가 이너턴스(M')는 진동부의 부근에 있는 매체의 작용에 의해 진동부의 질량이 외관상 증가하고 있음을 나타내는 양이다. 즉, 진동부의 진동에 의해 외관상 매체를 흡수함에 따른 진동부의 질량의 증가분을 말한다.
따라서, M'cav가 식4에서의 M'max보다도 큰 경우에는 외관상 흡수하는 매체는 모두 캐비티(162)내에 잔존하는 액체이다. 따라서, 액체 용기내에 액체가 채워져 있는 상태와 같다. 이 경우에는 M'가 변화하지 않으므로, 공진 주파수(fs)도 변화하지 않는다. 따라서, 액추에이터(106)는 액체 용기내의 액체의 상태를 검출할 수 없게 된다.
한편, M'cav가 식4에서의 M'max보다도 작은 경우에는 외관상 흡수하는 매체는 캐비티(162)내에 잔존하는 액체 및 액체 용기내의 기체 또는 진공이다. 이 때에는 액체 용기내에 액체가 채워져 있는 상태와는 달리 M'가 변화하므로, 공진 주파수(fs)가 변화한다. 따라서, 액추에이터(106)는 액체 용기내의 액체의 상태을 검출할 수 있다.
즉, 액체 용기내의 액체가 비워져 있는 상태에서, 액추에이터(106)의 캐비티(162)내에 액체가 잔존하는 경우에, 액추에이터(106)가 액체의 상태를 정확하게 검출할 수 있는 조건은 M'cav가 M'max보다도 작은 경우이다. 또한 액추에이터(106)가 액체의 상태를 정확하게 검출할 수 있는 조건 M'max〉M'cav은 캐비티(162)의 형상과는 관계가 없다.
여기서, M'cav는 캐비티(162)의 용량과 거의 동일한 용량의 액체의 질량이다. 따라서, M'max〉M'cav의 부등식으로부터, 액추에이터(106)가 액체의 상태를 정확하게 검출할 수 있는 조건은 캐비티(162)의 용량의 조건으로 표시할 수 있다. 예를 들어, 원형상의 캐비티(162)의 개구(161)의 반경을 a로 하고, 또 캐비티(162)의 깊이를 d로 하면,
(수학식 10)
M'max〉ρ*d/πa2(식10)
이다. 식10을 전개하면
(수학식 11)
a/d〉3*π/8 (식11)
라는 조건이 요구된다.
또한 식10, 식11은 캐비티(162)의 형상이 원형의 경우에 한하여 성립한다. 원형이 아닌 경우의 M'max의 식을 사용하여, 식10 중의 πa2을 그 면적으로 치환하여 계산하면, 캐비티의 폭 및 길이 등의 디멘젼과 깊이의 관계를 유도해 낼 수 있다.
따라서, 식11을 만족하는 개구(161)의 반경(a) 및 캐비티(162)의 깊이(d)인 캐비티(162)를 갖는 액추에이터(106)이면, 액체 용기내의 액체가 비어있는 상태이고, 또한 캐비티(162)내에 액체가 잔존하는 경우라도, 오동작하는 일없이 액체의 상태를 검출할 수 있다.
부가 이너턴스(M')는 음향 임피던스 특성에도 영향을 주므로, 잔류 진동에 의해 액추에이터(106)에 발생하는 역기전력을 측정하는 방법은 적어도 음향 임피던스의 변화를 검출할 수 있다고도 말할 수 있다.
또, 본 실시예에 의하면, 액추에이터(106)가 진동을 발생하고 그 후의 잔류 진동에 의해 액추에이터(106)에 발생하는 역기전력을 측정하고 있다. 그러나, 액추에이터(106)의 진동부가 구동 전압에 의한 스스로의 진동에 의해 액체에 진동을 주는 일은 반드시 필요하지 않다. 즉, 진동부가 저절로 발진하지 않아도, 그와 접촉하고 있는 있는 어느 범위의 액체 모두 진동함으로써, 압전층(160)이 탄력적으로 변형한다. 이 잔류 진동이 압전층(160)에 역기전력 전압을 발생시켜서, 상부 전극(164) 및 하부 전극(166)에 그 역기전력 전압을 전달한다. 이 현상을 이용함으로써 매체의 상태를 검출해도 좋다. 예를 들면, 잉크젯 기록 장치에서, 인쇄시에서의 프린트 헤드의 주사에 의한 캐리지의 왕복 운동에 의한 진동에 의해 발생하는 액추에이터의 진동부의 주위의 진동을 이용하여 잉크 탱크 또는 그 내부의 잉크의 상태를 검출해도 좋다.
도23a 및 도23b는 액추에이터(106)를 진동시킨 뒤의, 액추에이터(106)의 잔류 진동의 파형과 잔류 진동의 측정 방법을 나타낸다. 잉크 카트리지내의 액추에이터(106)의 장착 위치 레벨에서의 잉크 수위의 상하는 액추에이터(106)가 발진한 후의 잔류 진동의 주파수 변화나, 진폭의 변화에 의해 검출할 수 있다. 도23a 및 도23b에서, 종축은 액추에이터(106)의 잔류 진동에 의해 발생한 역기전력의 전압을 나타내고, 횡축은 시간을 나타낸다. 액추에이터(106)의 잔류 진동에 의해서, 도23a 및 도23b에 나타내는 바와 같이 전압의 아날로그 신호의 파형이 발생한다. 다음에, 아날로그 신호를, 신호의 주파수에 대응하는 디지탈 수치로 변환한다.
도23a 및 도23b에 나타낸 예에서는 아날로그 신호의 제4 펄스로부터 제8 펄스까지의 4개의 펄스가 생기는 시간을 계측함으로써, 잉크의 유무를 검출한다.
보다 상세하게는 액추에이터(106)가 발진한 후, 미리 설정된 소정의 기준 전압을 저전압측으로부터 고전압측으로 횡단하는 회수를 카운트한다. 디지탈 신호를 4 카운트부터 8 카운트까지 사이를 High로 하고, 소정의 클럭 펄스에 의해 4 카운트부터 8카운트까지의 시간을 계측한다.
도23a는 액추에이터(106)의 장착 위치 레벨보다도 상위에 잉크 액면이 있을 때의 파형이다. 한편, 도23b는 액추에이터(106)의 장착 위치 레벨에서 잉크가 없을 때의 파형이다. 도23a와 도23b를 비교하면, 도23a의 쪽이 도23b보다도 4 카운트부터 8카운트까지의 시간이 김을 알 수 있다. 환언하면, 잉크의 유무에 의해 4 카운트로부터 8카운트까지의 시간이 다르다. 이 시간의 차이를 이용하여, 잉크의 소비 상태를 검출할 수 있다. 아날로그 파형의 제4 카운트부터 세는 것은 액추에이터(106)의 진동이 안정한 후 계측을 시작하기 때문이다. 제4 카운트부터 한 것은 단순한 일례이고, 임의의 카운트부터 세어도 좋다.
여기서는 제4 카운트부터 제8 카운트까지의 신호를 검출하고, 소정의 클럭 펄스에 의해 제4 카운트부터 제8 카운트까지의 시간을 측정한다. 이에 의해서, 공진 주파수를 구한다. 클럭 펄스는 잉크 카트리지에 부착되는 반도체 기억 장치 등을 제어하기 위한 클럭과 동일한 클럭의 펄스인 것이 바람직하다. 또한 제8 카운트까지의 시간을 측정할 필요는 없고 임의의 카운트까지 세어도 좋다. 도23에서는 제4 카운트부터 제8 카운트까지의 시간을 측정하고 있지만 주파수를 검출하는 회로 구성에 따라서, 다른 카운트 간격내의 시간을 검출해도 좋다.
예들 들어, 잉크의 품질이 안정되어서 피크의 진폭의 변동이 작은 경우에는 검출의 속도를 올리기 위해서 제4 카운트부터 제6 카운트까지의 시간을 검출함으로써 공진 주파수를 구해도 좋다. 또, 잉크의 품질이 불안정하여 펄스의 진폭의 변동이 큰 경우에는 잔류 진동을 정확하게 검출하기 위해서 제4 카운트부터 제12 카운트까지의 시간을 검출해도 좋다.
또, 다른 실시예로서 소정 기간내에서의 역기전력의 전압 파형의 파수를 세어도 좋다(도시하지 않음). 이 방법에 의해도 공진 주파수를 구할 수 있다. 보다 상세하게는 액추에이터(106)가 발진한 후, 소정 기간만 디지탈 신호를 High로 하고, 소정의 기준 전압을 저전압측으로부터 고전압측으로 횡단하는 회수를 카운트한다. 그 카우트 수를 계측함으로써 잉크의 유무를 검출할 수 있는 것이다.
또한 도23a 및 도23b을 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 잉크가 잉크 카트리지내에 채워져 있는 경우와 잉크가 잉크 카트리지내에 없는 경우에는 역기전력 파형의 진폭이 다르다. 따라서, 공진 주파수를 구하지 일없이 역기전력 파형의 진폭을 측정함으로써도, 잉크 카트리지내의 잉크의 소비 상태을 검출해도 좋다. 보다 상세하게는 예를 들면, 도23a의 역기전력 파형의 정점과 도23b의 역기전력 파형의 정점 사이에 기준 전압을 설정한다. 액추에이터(106)가 발진한 후, 소정 시간에 디지탈 신호를 High로 하고, 역기전력 파형이 기준 전압을 횡단한 경우에는 잉크가 없음이라고 판단한다. 역기전력 파형이 기준 전압을 횡단하지 않는 경우에는 잉크가 있음이라고 판단한다.
도24는 액추에이터(106)의 제조 방법을 나타낸다. 복수의 액추에이터(106)(도24의 예에서는 4개)가 일체로 형성되어 있다. 도24에 나타낸 복수의 액추에이터의 일체 성형물을, 각각의 액추에이터(106)에서 절단함으로써, 도25에 나타내는 액추에이터(106)를 제조한다. 도24에 나타내는 일체 성형된 복수의 액추에이터(106)의 각각의 압전 소자가 원형인 경우, 일체 성형물을 각가의 액추에이터(106)에서 절단함으로써, 도20에 나타내는 액추에이터(106)를 제조할 수 있다. 복수의 액추에이터(106)를 일체로 형성함으로써, 복수의 액추에이터(106)을 동시에 효율좋게 제조할 수 있고, 운반시의 취급이 용이하게 된다.
액추에이터(106)는 박판 또는 진동판(176), 기판(178), 탄성파 발생 수단 또는 압전 소자(174), 단자 형성부재 또는 상부 전극 단자(168), 및 단자 형성부재 또는 하부 전극 단자(170)를 갖는다. 압전 소자(174)는 압전 진동판 또는 압전층(160), 상전극 또는 상부 전극(164), 및 하전극 또는 하부 전극(166)을 포함한다. 기판(178)의 상면에 진동판(176)이 형성되고, 진동판(176)의 상면에 하부 전극(166)이 형성되어 있다. 하부 전극(166)의 상면에는 압전층(160)이 형성되고, 압전층(160)의 상면에, 상부 전극(164)이 형성되어 있다. 따라서, 압전층(160)의 주요부는 상부 전극(164)의 주요부 및 하부 전극(166)의 주요부에 의해서, 상하로부터 사이에 끼워지도록 형성되어 있다.
진동판(176)상에 복수(도24의 예에서는 4개)의 압전 소자(174)가 형성되어 있다. 진동판(176)의 표면에 하부 전극(166)이 형성되고, 하부 전극(166)의 표면에 압전층(160)이 형성되고, 압전층(160)의 상면에 상부 전극(164)이 형성된다. 상부 전극(164) 및 하부 전극(166)의 단부에 상부 전극 단자(168) 및 하부 전극 단자(170)가 형성된다. 4개의 액추에이터(106)는 각각 별도로 절단되어 개별적으로 사용된다.
도25는 압전 소자가 구형의 액추에이터(106)의 일부분의 단면을 나타낸다.
도26은 도25에 나타낸 액추에이터(106)의 전체의 단면을 나타낸다. 기판(178)의 압전 소자(174)와 대향하는 면에는 관통공(178a)이 형성되어 있다. 관통공(178a)은 진동판(176)에 의해 봉지되어 있다. 진동판(176)은 알루미나나 산화지르코니아 등의 전기 절연성을 구비하며, 또한 탄성 변형가능한 재료에 의해 형성되어 있다. 관통공(178a)과 대향하도록, 압전 소자(174)가 진동판(176) 위에 형성되어 있다. 하부 전극(166)은 관통공(178a)의 영역으로부터 일방향, 도26에서는 좌측으로 뻗도록 진동판(176)의 표면에 형성되어 있다. 상부 전극(164)은 관통공(178a)의 영역으로부터 하부 전극과 반대의 방향으로, 도26에서는 우측으로 뻗도록 압전층(160)의 표면에 형성되어 있다. 상부 전극 단자(168) 및 하부 전극 단자(170)는 각각 보조 전극(172) 및 하부 전극(166)의 상면에 형성되어 있다. 하부 전극 단자(170)는 하부 전극(166)과 전기적으로 접촉하고, 상부 전극 단자(168)는 보조 전극(172)을 통하여 상부 전극(164)과 전기적으로 접촉하여, 압전 소자와 액추에이터(106)의 외부 사이의 신호를 접수하여 인도한다. 상부 전극 단자(168) 및 하부 전극 단자(170)는 전극과 압전층을 맞춘 압전 소자의 높이 이상의 높이를 갖는다.
도27은 도24에 나타낸 액추에이터(106)의 제조 방법을 나타낸다. 먼저, 그린 시트(940)에 프레스 혹은 레이져 가공 등을 사용하여 관통공(940a)을 천공한다. 그린 시트(940)는 소성후에 기판(178)이 된다. 그린 시트(940)는 세라믹 등의 재료로 형성된다. 다음에, 그린시트(940)의 표면에 그린 시트(941)를 적층한다. 그린 시트(941)는 소성후에 진동판(176)이 된다. 그린 시트(941)는 산화지르코니아 등의 재료로 형성된다. 다음에, 그린 시트(941)의 표면에 도전층(942), 압전층(160), 도전층(944)을 압막 인쇄 등의 방법으로 차례차례 형성한다. 도전층(942)은 후에 하부 전극(166)이 되고, 도전층(944)은 후에 상부 전극(164)이 된다. 다음에, 형성된 그린 시트(940), 그린 시트(941), 도전층(942), 압전층(160), 및 도전층(944)을 건조하여 소성한다. 스페이서 부재(947,948)는 상부 전극 단자(168)와 하부 전극 단자(170)의 높이를 바닥을 높여서 압전 소자보다 높게 한다. 스페이서 부재(947,948)는 그린 시트(940,941)와 동일한 재료를 인쇄, 혹은 그린 시트를 적층하여 형성한다. 이 스페이서 부재(947,948)에 의해 귀 금속인 상부 전극 단자(168) 및 하부 전극 단자(170)의 재료가 적어서 되고 게다가, 상부 전극 단자(168) 및 하부 전극 단자(170)의 두께를 얇게 할 수 있으므로, 상부 전극 단자(168) 및 하부 전극 단자(170)를 정밀도 좋게 인쇄할 수 있으므로, 더욱 안정된 높이로 할 수 있다.
도전층(942)의 형성시에 도전층(944)과의 접속부(944') 및 스페이서 부재(947) 및 스페이서 부재(948)를 동시에 형성하면, 상부 전극 단자(168) 및 하부 전극 단자(170)를 용이하게 형성하거나, 강고하게 고정할 수 있다. 마지막으로, 도전층(942) 및 도전층(944)의 단부 영역에, 상부 전극 단자(168) 및 하부 전극 단자(170)를 형성한다. 상부 전극 단자(168) 및 하부 전극 단자(170)를 형성할 때, 상부 전극 단자(168) 및 하부 전극 단자(170)가 압전층(160)에 전기적으로 접속되도록 형성한다.
도28은 본 발명이 적용되는 잉크 카트리지의 또 다른 실시예를 나타낸다. 도28a는 본 실시예에 의한 잉크 카트리지의 저부의 단면도이다. 본 실시예의 잉크 카트리지는 잉크를 수용하는 용기(1)의 저면(1a)에 관통공(1c)을 갖는다. 관통공(1c)의 저부는 액추에이터(650)에 의해 막힐 수 있어, 잉크 저장부를 형성한다.
도28b는 도28a에 나타낸 액추에이터(650) 및 관통공(1c)의 상세한 단면을 나타낸다. 도28c는 도28b에 나타낸 액추에이터(650) 및 관통공(1c)의 평면을 나타낸다. 액추에이터(650)는 진동판(72) 및 진동판(72)에 고정된 압전 소자(73)를 갖는다. 진동판(72) 및 기판(71)을 통하여 압전 소자(73)가 관통공(1c)에 대향하는 바와 같이, 액추에이터(650)는 용기(1)의 저면에 고정된다. 진동판(72)은 탄성 변형가능하여 내잉크성을 갖는다.
용기(1)의 잉크량에 의존하여, 압전 소자(73) 및 진동판(72)의 잔류 진동에 의해 발생하는 역기전력의 진폭 및 주파수가 변화된다. 액추에이터(650)에 대향하는 위치에 관통공(1c)이 형성되어 있어, 최소한의 일정량의 잉크가 관통공(1c)에 확보된다. 따라서 관통공(1c)에 확보되는 잉크량에 의해 결정되는 액추에이터(650)의 진동의 특성을 미리 측정해 둠으로써, 용기(1)의 잉크 엔드를 확실하게 검출할 수 있다.
도29는 관통공(1c)의 다른 실시예를 나타낸다. 도29a,b,c의 각각에서, 좌측의 도는 관통공(1c)에 잉크(K)가 없는 상태를 나타내고, 우측의 도는 관통공(1c)에 잉크(K)가 남은 상태를 나타낸다. 도28의 실시예에서는 관통공(1c)의 측면은 수직인 벽으로서 형성되어 있다. 도29a에서는 관통공(1c)는 측면(1c)이 상하 방향으로 경사져 있고 외측으로 확대되어 열려 있다. 도29b에서는 단차부(1e) 및 (1f)가 관통공(1c)의 측면에 형성되어 있다. 윗쪽에 있는 단차부(1f)가 하부에 있는 단차부(1e)보다 넓게 되어 있다. 도29c에서는 관통공(1c)는 잉크(K)를 배출하기 쉬운 방향, 즉 잉크 공급구(2)의 방향으로 뻗은 홈(1g)을 갖는다.
도29a~c에 나타낸 관통공(1c)의 형상에 의하면, 잉크 저장부의 잉크(K)의 양을 적게 할 수 있다. 따라서, 도20 및 도21에서 설명한 M'cav을 M'max와 비교하여 작게 할 수 있으므로, 잉크 엔드시에서의 액추에이터(650)의 진동 특성을, 용기(1)에 인쇄가능한 양의 잉크(K)가 잔존되어 있는 경우와 크게 다르게 할 수 있으므로, 잉크 엔드를보다 확실하게 검출할 수 있다.
도30은 액추에이터의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다. 액추에이터(660)는 액추에이터(660)를 구성하는 기판 또는 부착 플레이트(72)의 관통공(1c)보다도 외측에 패킹(76)을 갖는다. 액추에이터(660)의 외주에는 카시메(caulking)공(77)이 형성되어 있다. 액추에이터(660)는 카시메공(77)을 통하여 카시메에 의해 용기(1)에 고정된다. 도31a,b는 액추에이터의 또하나의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다. 본 실시예에서는 액추에이터(670)는 오목부 형성 기판(80) 및 압전 소자(82)를 구비한다. 오목부 형성 기판(80)의 한쪽 면에는 오목부(81)가 에칭 등의 방법에 의해 형성되고, 다른 쪽의 면에는 압전 소자(82)가 부착된다. 오목부 형성 기판(80)중, 오목부(81)의 저부가 진동 영역으로 작용한다. 따라서, 액추에이터(670)의 진동 영역은 오목부(81)의 주변에 의해 규정된다. 또, 액추에이터(670)는 도20의 실시예에 의한 액추에이터(106) 중, 기판(178) 및 진동판(176)이 일체로서 형성된 구조와 유사한다. 따라서, 잉크 카트리지를 제조할 때에 제조 공정을 단축할 수 있어, 비용을 저감시킨다. 액추에이터(670)는 용기(1)에 설치된 관통공(1c)에 매립 가능한 사이즈이다. 그것에 의해서, 오목부(81)가 캐비티로서도 작용할 수 있다. 또한 도20에 나타낸 액추에이터(106)를 도31에 나타낸 액추에이터(670)와 같이 관통공(1c)에 매립하도록 형성할 수 있다.
도32는 액추에이터(106)를 부착하여 모듈체(100)로서 일체 형성한 구성을 나타내는 사시도이다. 모듈체(100)는 잉크 카트리지의 용기(1)의 소정 개소에 장착된다. 모듈체(100)는 잉크액 중 적어도 음향 임피던스의 변화를 검출함으로써, 용기(1) 내의 액체의 소비 상태를 검지하도록 구성되어 있다. 본 실시예의 모듈체(100)는 용기(1)에 액추에이터(106)를 부착하기 위한 액체 용기 부착부(101)를 갖는다. 액체 용기 부착부(101)는 평면이 거의 구형의 기대(基台, base plate)(102)상에 구동 신호에 의해 발진하는 액추에이터(106)를 수용한 원통부(116)를 적재한 구조로 되어 있다. 모듈체(100)가 잉크 카트리지에 장착되었을 때에, 모듈체(100)의 액추에이터(106)가 외부에서 접촉할 수 없도록 구성되어 있으므로, 액추에이터(106)를 외부의 접촉으로부터 보호할 수 있다. 또한, 원통부(116)의 선단측 모서리는 구부러져 있어, 잉크 카트리지에 형성된 구멍에 장착할 때에 끼우기 쉽도록 되어 있다.
도33은 도32에 나타낸 모듈체(100)의 구성을 나타내는 분해도이다. 모듈체(100)는 수지로부터 되는 액체 용기 부착부(101)와, 플레이트(110) 및 오목부(113)를 갖는 압전 장치 장착부(105)를 포함한다. 또한 모듈체(100)는 리드 와이어(104a) 및(104b), 액추에이터(106) 및 필름(108)을 갖는다. 바람직하게는 플레이트(110)는 스텐레스 또는 스텐레스 합금 등의 녹이 잘 안쓰는 재료로 형성된다. 액체 용기 부착부(101)에 포함되는 원통부(116) 및 기대(102)는 리드 와이어(104a,104b)를 수용할 수 있도록 중심부에 개구부(114)가 형성되고, 액추에이터(106), 필름(108) 및 플레이트(110)를 수용할 수 있도록 오목부(113)가 형성된다. 액추에이터(106)는 플레이트(110)에 필름(108)을 통하여 접합되고, 플레이트(110) 및 액추에이터(106)는 액체 용기 부착부(101)에 고정된다. 따라서, 리드 와이어(104a,104b), 액추에이터(106), 필름(108) 및 플레이트(110)는 액체 용기 부착부(101)에 일체로 부착된다. 리드 와이어(104a,104b)는 각각 액추에이터(106)의 상부 전극 및 하부 전극과 결합하여 압전층에 구동 신호를 전달하고, 한편, 액추에이터(106)가 검출한 공진 주파수의 신호를 기록 장치 등에 전달한다. 액추에이터(106)는 리드 와이어(104a,104b)로부터 전달된 구동 신호에 의거하여 일시적으로 발진한다. 액추에이터(106)는 발진후에 잔류 진동하고, 그 진동에 의해 역기전력을 발생시킨다. 이 때, 역기전력 파형의 진동 주기를 검출함으로써, 액체 용기내의 액체의 소비 상태에 대응한 공진 주파수를 검출할 수 있다. 필름(108)은 액추에이터(106)와 플레이트(110)를 접착하여 액추에이터를 밀착하게 한다. 필름(108)은 폴리올레핀 등에 의해 형성되고, 열융착에서 접착하는 것이 바람직하다.
플레이트(110)는 원형상이고, 기대(102)의 개구부(114)는 원통형으로 형성되어 있다. 액추에이터(106) 및 필름(108)은 구형상으로 형성되어 있다. 리드 와이어(104), 액추에이터(106), 필름(108) 및 플레이트(110)는 기대(102)에 대하여 착탈 가능해도 좋다. 기대(102), 리드 와이어(104), 액추에이터(106), 필름(108) 및 플레이트(110)는 모듈체(100)의 중심축에 대하여 대칭으로 배치되어 있다. 또한 기대(102), 액추에이터(106), 필름(108) 및 플레이트(110)의 중심은 모듈체(100)의 거의 중심축 상에 배치되어 있다.
기대(102)의 개구부(114)의 면적은 액추에이터(106)의 진동 영역의 면적보다도 크게 형성되어 있다. 플레이트(110)의 중심에서 액추에이터(106)의 진동부에 직면하는 위치에는 관통공(112)이 형성되어 있다. 도20 및 도21에 나타낸 바와 같이 액추에이터(106)에는 캐비티(162)가 형성되고, 관통공(l12)과 캐비티(162)는 모두 잉크 저장부를 형성한다. 플레이트(110)의 두께는 잔류 잉크의 영향을 적게 하기 위해서 관통공(l12) 직경에 비해 작은 것이 바람직하다. 예를 들면 관통공(112)의 깊이는 그 직경의 3분의 1 이하의 크기인 것이 바람직하다. 관통공(112)은 모듈체(100)의 중심축에 대하여 대칭 정도의 원 형상이다. 또 관통공(l12)의 면적은 액추에이터(106)의 캐비티(162)의 개구 면적보다도 크다. 관통공(112)의 단면의 주변은 테이퍼 형상이어도 좋고 스텝 형상이어도 좋다. 모듈체(100)는 관통공(l12)이 용기(1)의 내측을 향하도록 용기(1)의 측부, 상부, 또는 저부에 장착된다. 잉크가 소비되어 액추에이터(106) 주변의 잉크가 없어지면, 액추에이터(106)의 공진 주파수가 크게 변화하므로, 잉크의 수위 변화를 검출할 수 있다.
도34는 모듈체의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다. 본 실시예의 모듈체(400)는 액체 용기 부착부(40l)에 압전 장치 장착부(405)가 형성되어 있다. 액체 용기 부착부(401)는 평면이 거의 둥글게 각진 정사각형 형상의 기대(402)상에 원통상의 원통부(403)가 형성되어 있다. 또한 압전 장치 장착부(405)는 원통부(403)상에 세워진 보오드 형상 요소(406) 및 오목부(413)를 포함한다. 보오드 형상 요소(406)의 측면에 설치된 오목부(413)에는 액추에이터(106)가 배치된다. 또한, 보오드 형상 요소(406)의 선단은 소정 각도로 면따기 되어 있어, 잉크 카트리지에 형성된 공에 장착할 때에 끼우기 쉽게 되어 있다.
도35은 도34에 나타낸 모듈체(400)의 구성을 나타내는 분해 사시도이다. 도(32)에 나타낸 모듈체(100)와 같이 모듈체(400)는 액체 용기 부착부(401) 및 압전 장치 장착부(405)를 포함한다. 액체 용기 부착부(401)는 기대(402) 및 원통부(403)를 갖고, 압전 장치 장착부(405)는 보오드 형상 요소(406) 및 오목부(413)를 갖는다. 액추에이터(106)는 플레이트(410)에 접합되어 오목부(413)에 고정된다. 모듈체(400)는 리드 와이어(404a,404b), 액추에이터(106) 및 필름(408)을 더 갖는다.
본 실시예에 의하면, 플레이트(410)는 구형상이고, 보오드 형상 요소(406)에 설치된 개구부(414)는 구형상(rectangular shape)으로 형성되어 있다. 리드 와이어(404a, 404b), 액추에이터(106), 필름(408) 및 플레이트(410)는 기대(402)에 대하여 착탈 가능하게 구성해도 좋다. 액추에이터(106), 필름(408) 및 플레이트(410)는 개구부(414)의 중심을 통하여, 개구부(414)의 평면에 대하여 연직 방향으로 뻗은 중심축에 대하여 대칭으로 배치되어 있다. 또한 액추에이터(406), 필름(408) 및 플레이트(410)의 중심은 개구부(414)의 거의 중심축상에 배치되어 있다.
플레이트(410)의 중심에 설치된 관통공(412)의 면적은 액추에이터(106)의 캐비티(162)의 개구 면적보다도 크게 형성되어 있다. 액추에이터(106)의 캐비티(162)와 관통공(412)은 모두 잉크 저장부를 형성한다. 플레이트(410)의 두께는 관통공(412) 직경에 비해 작고, 예를 들면 관통공(412) 직경의 3분의 1 이하의 크기로 설정하는 것이 바람직하다. 관통공(412)은 모듈체(400)의 중심축에 대하여 대칭인 원형상이다. 관통공(412)의 단면의 주변은 테이퍼 형상이어도 좋고 스텝 형상에서도 좋다. 모듈체(400)는 관통공(412)이 용기(1)의 내부에 배치되도록 용기(1)의 저부에 장착할 수 있다. 액추에이터(106)가 수직 방향으로 뻗도록 용기(1)내에 배치되므로, 기대(402)의 높이를 변경하여 액추에이터(106)가 용기(1)내에 배치되는 높이를 변경시킴으로써 잉크 엔드의 시점의 설정을 용이하게 변경할 수 있다.
도36은 모듈체의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다. 도32에 나타낸 모듈체(100)와 같이, 도36의 모듈체(500)는 기대(502) 및 원통부(503)를 갖는 액체 용기 부착부(501)를 포함한다. 또, 모듈체(500)는 리드 와이어(504a,504b), 액추에이터(106), 필름(508) 및 플레이트(510)를 더 갖는다. 액체 용기 부착부(501)에 포함되는 기대(502)는 리드 와이어(504a,504b)을 수용할 수 있도록 중심부에 개구부(514)가 형성되고, 액추에이터(106), 필름(508) 및 플레이트(510)를 수용할 수 있도록 오목부(513)가 형성된다. 액추에이터(106)는 플레이트(510)를 통하여 압전 장치 장착부(505)에 고정된다. 따라서, 리드 와이어(504a,504b), 액추에이터(106), 필름(508) 및 플레이트(510)는 액체 용기 부착부(501)에 일체로 부착된다. 본 실시예의 모듈체(500)는 평면이 거의 둥글게 각진 정사각형 형상의 기대상에 상면이 상하 방향으로 경사진 원통부(503)가 형성되어 있다. 원통부(503)의 표면의 상하 방향으로 경사지게 설치된 오목부(513)상에 액추에이터(106)가 배치되어 있다.
모듈체(500)의 선단은 경사져 있고, 그 경사면에 액추에이터(106)가 장착되어 있다. 그 때문에, 모듈체(500)가 용기(1)의 저부 또는 측부에 장착되면, 액추에이터(106)가 용기(1)의 상하 방향으로 대하여 경사진다. 모듈체(500)의 선단의 경사 각도는 검출 성능을 감안하여 거의 30°로부터 60°사이로 하는 것이 바람직하다.
모듈체(500)는 액추에이터(106)가 용기(1)내에 배치되도록 용기(1)의 저부 또는 측부에 장착된다. 모듈체(500)가 용기(1)의 측부에 장착되는 경우에는 액추에이터(106)가 경사지면서, 용기(1)의 상측, 하쪽, 또는 횡측을 향하도록 용기(1)에 부착된다. 한편, 모듈체(500)가 용기(1)의 저부에 장착되는 경우에는 액추에이터(106)가 경사지면서, 용기(1)의 잉크 공급구측을 향하도록 용기(1)에 부착되는 것이 바람직하다.
도37은 도32에 나타낸 모듈체(100)를 용기(1)에 장착했을 때의 잉크 용기의 저부 근방의 단면도이다. 모듈체(100)는 용기(1)의 측벽을 관통하도록 장착되어 있다. 용기(1)의 측벽과 모듈체(100)와의 접합면에는 O링(365)이 설치되어, 모듈체(100)와 용기(1)의 밀착을 유지시키고 있다. O링으로 실링할 수 있도록 모듈체(100)는 도(32)에서 설명한 것 같은 원통부를 갖는 것이 바람직하다. 모듈체(100)의 선단이 용기(1)의 내부에 삽입됨으로써, 플레이트(110)의 관통공(l12)을 통하여 용기(1)내의 잉크가 액추에이터(106)와 접촉한다. 액추에이터(106)의 진동부의 주위가 액체인가 기체인지에 따라 액추에이터(106)의 잔류 진동의 공진 주파수가 다르므로, 모듈체(100)를 사용하여 잉크의 소비 상태를 검출할 수 있다. 또, 모듈체(100)에 한정하지 않고, 도34에 나타낸 모듈체(400), 도36에 나타낸 모듈체(500), 또는 도38에 나타낸 모듈체(700A,700B) 및 몰드 구조체(600)를 용기(1)에 장착하여 잉크의 유무를 검출해도 좋다.
도38a는 모듈체(700B)를 용기(1)에 장착했을 때의 잉크 용기의 단면도를 나타낸다. 본 실시예에서는 부착 구조체의 1개로서 모듈체(700B)을 사용한다. 액추에이터(106)는 압전층(160), 상부 전극(164), 하부 전극(166), 진동판(176) 및 부착 플레이트(350)을 포함한다. 부착 플레이트(350)의 상면에 진동판(176)이 형성되고, 진동판(176)의 상면에 하부 전극(166)이 형성되어 있다. 하부 전극(166)의 상면에는 압전층(160)이 형성되고, 압전층(160)의 상면에 상부 전극(164)가 형성되어 있다. 따라서, 압전층(160)의 주요부는 상부 전극(164)의 주요부 및 하부 전극(166)의 주요부에 의해서 상하로부터 끼워져서 형성되어 있다. 압전층(160), 상부 전극(164) 및 하부 전극(166)의 각각의 주요부인 원형 부분은 압전 소자를 형성한다. 압전 소자는 진동판(176) 상에 형성된다. 압전 소자 및 진동판(176)의 진동 영역은 액추에이터(106)가 실제로 진동하는 진동부이다.
모듈체(700B)는 액체 용기 부착부(360)가 관통공(370)의 내부로 돌출하도록 상기 용기(1)상에 설치되며, 부착 플레이트(350)에는 관통공(370)이 형성되며, 관통공(370)과 액추에이터(106)의 진동부가 접한다. 또한 모듈체(700B)의 저벽에는 공(382)이 형성되고, 압전 장치 장착부(363)가 형성된다. 액추에이터(106)가 공(382)의 한쪽을 막도록 배치된다. 따라서, 잉크는 압전 장치 장착부(363)의 공(382) 및 부착 플레이트(350)의 관통공(370)을 통하여 진동판(176)과 접촉한다. 압전 장치 장착부(363)의 공(382) 및 부착 플레이트(350)의 관통공(370)은 모두 잉크 저장부를 형성한다. 압전 장치 장착부(363)와 액추에이터(106)는 부착 플레이트(350) 및 필름 부재에 의해 고정되어 있다. 액체 용기 부착부(360)와 용기(1)의 접속부에는 실링 구조(372)가 설치되어 있다. 실링 구조(372)는 합성 수지 등의 가역성의 재료 또는 O링에 의해 형성되어도 좋다. 도38a의 모듈체(700B)와 용기(1)는 별개이지만, 도38b와 같이 모듈체(700B)의 압전 장치 장착부를 용기(1)의 일부로 구성해도 좋다.
잉크 카트리지가 요동할 때 잉크가 용기(1)의 상면 혹은 측면에 부착하여, 용기(1)의 상면 혹은 측면으로부터 떨어진 잉크가 액추에이터(106)와 접촉함으로써 액추에이터(106)가 오동작할 가능성이 있다. 그러나, 모듈체(700B)의 액체 용기 부착부(360)는 용기(1)의 내부로 돌출하고 있으므로, 용기(1)의 상면이나 측면으로부터 떨어진 잉크에 의해 액추에이터(106)가 오동작 하지 않는다.
도38b는 액추에이터(106)를 용기(1)에 장착했을 때의 잉크 용기의 단면도를 나타낸다. 도38b의 실시예에 의한 잉크 카트리지에서는 보호부재(361)는 액추에이터(106)와는 별개로 용기(1)에 부착되어 있다. 따라서, 보호부재(361)와 액추에이터(106)는 모듈로서 일체가 되어 있지 않으며, 그 결과, 보호부재(361)는 액추에이터(106)를 사용자와 접촉하지 않게 보호할 수 있다. 액추에이터(106)의 앞면에 설치된 공(380)은 용기(1)의 측벽에 설치되어 있다. 부착 플레이트(350)에는 관통공(370)이 설치되어 있다. 또한, 용기(1)의 측벽에는 공(380)이 형성되어 있다. 따라서 잉크는 용기(1)의 공(380) 및 부착 플레이트(350)의 관통공(370)을 통하여 진동판(176)과 접촉한다. 용기(1)의 공(380) 및 부착 플레이트(350)의 관통공(370)은 모두 잉크 저장부를 형성한다. 또, 액추에이터(106)는 보호부재(361)에 의해 보호되어 있으므로 액추에이터(106)를 외부와의 접촉으로부터 보호할 수 있다. 또한 도38a 및 도 35b의 실시예에서의 부착 플레이트(350)를 대신하여, 도20의 기판(178)을 사용하여도 좋다.
도38c는 액추에이터(106)를 포함하는 몰드 구조체(600)를 갖는 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는 부착 구조체의 1개로서 몰드 구조체(600)를 사용한다. 몰드 구조체(600)는 액추에이터(106)와 몰드부(364)를 갖는다. 액추에이터(106)와 몰드부(364)는 일체로 성형되어 있다. 몰드부(364)는 실리콘수지 등의 가역성의 재료에 의해 성형된다. 몰드부(364)는 내부에 리드 와이어(362)를 갖는다. 몰드부(364)는 액추에이터(106)로부터 뻗은 2개의 다리를 가지도록 형성되어 있다. 몰드부(364)는 몰드부(364)와 용기(1)를 밀착되게 고정하기 위해서, 몰드부(364)의 2개의 다리의 끈이 반구상(半球狀)으로 형성된다. 몰드부(364)는 액추에이터(106)가 용기(1)의 내부에 돌출하도록 용기(1)에 장착되고, 액추에이터(106)의 진동부는 용기(1)내의 잉크와 접촉한다. 몰드부(364)에 의해서, 액추에이터(106)의 상부 전극(164), 압전층(160) 및 하부 전극(166)은 잉크로부터 보호되어 있다.
도38c의 몰드 구조체(600)는 몰드부(364)와 용기(1) 사이에 실링 구조(372)가 필요없으므로, 용기(1)로부터 잉크 노출을 감소할 수 있다. 또, 용기(1)의 외부에서 몰드 구조체(600)가 돌출되지 않는 형태이므로, 액추에이터(106)를 외부의 접촉으로부터 보호할 수 있다. 잉크 카트리지가 요동될 때에, 잉크가 용기(1)의 상면 혹은 측면에 부착된 잉크, 용기(1)의 상면 혹은 측면으로부터 떨어진 잉크가 액추에이터(106)와 접촉함으로써, 액추에이터(106)가 오동작될 가능성이 있다. 몰드 구조체(600)는 몰드부(364)가 용기(1)의 내부에 돌출하고 있으므로, 용기(1)의 상면이나 측면으로부터 떨어진 잉크에 의해서, 액추에이터(106)가 오동작하지 않는다.
도39는 도20에 나타낸 액추에이터(106)를 사용한 잉크 카트리지 및 잉크젯 기록 장치의 실시예를 나타낸다. 복수의 잉크 카트리지(180)는 각각의 잉크 카트리지(180)에 대응한 복수의 잉크 도입부(182) 및 호울더(184)를 갖는 잉크젯 기록 장치에 장착된다. 복수의 잉크 카트리지(180)는 각각 다른 종류, 예를 들면 다른 색의 잉크를 수용한다. 복수의 잉크 카트리지(180)의 각각의 저면에는 적어도 음향 임피던스를 검출하는 수단인 액추에이터(106)가 장착되어 있다. 액추에이터(106)를 잉크 카트리지(180)에 장착함으로써, 잉크 카트리지(180)내의 잉크 잔량을 검출할 수 있다.
도40은 잉크젯 기록 장치의 헤드부 주변의 상세를 나타낸다. 잉크젯 기록 장치는 잉크 도입부(182), 호울더(184), 헤드 플레이트(186) 및 노즐 플레이트(188)를 갖는다. 잉크를 분사하는 노즐(190)이 노즐 플레이트(188)상에 복수 형성되어 있다. 잉크 도입부(182)는 공기 공급구(181)와 잉크 도입구(183)를 갖는다. 공기 공급구(181)는 잉크 카트리지(180)에 공기를 공급한다. 잉크 도입구(183)는 잉크 카트리지(180)로부터 잉크를 도입한다. 잉크 카트리지(180)는 공기 도입구(185)와 잉크 공급구(187)를 갖는다. 공기 도입구(185)는 잉크 도입부(182)의 공기 공급구(181)로부터 공기를 도입한다. 잉크 공급구(187)는 잉크 도입부(182)의 잉크 도입구(183)로 잉크를 공급한다. 잉크 도입부(182)로부터 잉크 카트리지(180)로 공기를 도입함으로써, 잉크 카트리지(180)는 잉크 카트리지(180)로부터 잉크 도입부(182)로의 잉크의 공급을 재촉한다. 호울더(184)는 잉크 카트리지(180)로부터 잉크 도입부(182)를 통하여 공급된 잉크를 헤드 플레이트(186)에 연결한다.
도41은 도40에 나타낸 잉크 카트리지(180)의 다른 실시예를 나타낸다. 도41a의 잉크 카트리지(180A)는 상하 방향으로 경사지게 형성된 저면(194a)에 액추에이터(106)가 장착되어 있다. 잉크 카트리지(180)의 잉크 용기(194)의 내부에는 잉크 용기(194)의 내부 저면으로부터 소정의 높이이면서, 액추에이터(106)와 직면하는 위치에 방파벽(wave preventing wall)(192)이 설치되어 있다. 액추에이터(106)가 잉크 용기(194)의 상하 방향에 대하여 경사지게 장착되어 있으므로, 잉크의 드레인이 양호해진다.
액추에이터(106)와 방파벽(192) 사이에는 잉크로 채워진 간격이 형성된다. 또, 방파벽(192)과 액추에이터(106)의 간격은 모세관력에 의해 잉크가 유지되지 않을 정도로 비워져 있다. 잉크 용기(194)가 요동한 때에, 요동에 의해 잉크 용기(194)내부에 잉크의 파가 발생하고, 그 충격에 의해서, 기체나 기포가 액추에이터(106)에 의해 검출되어 액추에이터(106)가 오동작할 가능성이 있다. 방파벽(192)을 설치함으로써, 액추에이터(106) 부근의 잉크파를 방지하여, 액추에이터(106)의 오동작을 방지할 수 있다.
도41b의 잉크 카트리지(180B)의 액추에이터(106)는 잉크 용기(194)의 공급구의 측벽상에 장착되어 있다. 잉크 공급구(187)의 근방이면, 액추에이터(106)는 잉크 용기(194)의 측벽 또는 저면에 장착되어도 좋다. 또, 액추에이터(106)는 잉크 용기(194)의 폭방향의 중심에 장착되는 것이 바람직하다. 잉크는 잉크 공급구(187)를 통하여 외부로 공급되므로, 액추에이터(106)를 잉크 공급구(187)의 근방에 설치함으로써, 잉크 니어 엔드 시점까지 잉크와 액추에이터(106)를 확실하게 접촉한다. 따라서, 액추에이터(106)는 잉크 니어 엔드의 시점을 확실하게 검출할 수 있다.
또한 액추에이터(106)를 잉크 공급구(187)의 근방에 설치함으로써, 잉크 용기를 캐리지상의 카트리지 호울더에 장착할 때에, 잉크 용기상에서 액추에이터(106)가 캐리지상의 접점과의 위치 결정이 확실하게 된다. 그 이유는 잉크 용기와 캐리지의 연결에서 가장 중요한 것은 잉크 공급구와 공급침의 확실한 결합이기 때문이다. 적어도 어긋남이 있으면 공급침의 선단을 상하게 하거나 혹은 O링 등의 실링 구조에 데미지를 주어서 잉크가 누출해 버리기 때문이다. 이러한 문제점을 막기 위해서, 통상 잉크젯 프린터는 잉크 용기를 캐리지에 마운트할 때에 정확한 위치 결합을 할 수 있는 특별한 구조를 갖고 있다. 따라서 공급구 근방에 액추에이터를 배치시킴으로써, 액추에이터의 위치 결합도 동시에 확실하게 된다. 또한 액추에이터(106)를 잉크 용기(194)의 폭방향의 중심에 장착함으로써, 보다 확실하게 위치 결합할 수 있다. 잉크 용기를 호울더상에 장착할 때에, 폭방향 중심선을 중심으로 해서 축요동하는 경우에, 가장 그 요동이 적기 때문이다.
도42는 잉크 카트리지(180)의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다. 도42a는 잉크 카트리지(180C)의 단면도, 도42b는 도42a에 나타낸 잉크 카트리지(180C)의 측벽(194b)을 확대한 단면도 및 도42c는 그 정면으로부터의 투시도이다. 잉크 카트리지(180C)는 반도체 기억 수단(7)과 액추에이터(106)가 동일의 회로 기판(610)상에 형성되어 있다. 도42b,c에 나타내는 바와 같이, 반도체 기억 수단(7)은 회로 기판(610)의 윗쪽에 형성되고, 액추에이터(106)는 동일의 회로 기판(610)에서 반도체 기억 수단(7)의 아래쪽에 형성되어 있다. 액추에이터(106)의 주위를 둘러싸도록 다른 형태 O링(614)이 측벽(194b)에 장착된다. 측벽(194b)에는 회로 기판(610)을 잉크 용기(194)에 접합하기 위한 카시메부(616)가 복수 형성되어 있다. 카시메부(616)에 의해 회로 기판(610)을 잉크 용기(194)에 접합하고, 다른 형태 O링(614)을 회로 기판(610)에 누름으로써, 액추에이터(106)의 진동 영역이 잉크와 접촉하게 하면서, 잉크 카트리지의 외부와 내부를 밀착되게 유지한다.
반도체 기억 수단(7) 및 반도체 기억 수단(7) 부근에는 단자(612)가 형성되어 있다. 단자(612)는 반도체 기억 수단(7)과 잉크젯 기억 장치 등의 외부 사이의 신호를 접수하여 인도한다. 반도체 기억 수단(7)은 예를 들어 EEPROM 등의 개서 가능한 반도체 메모리에 의해 구성되어도 좋다. 반도체 기억 수단(7)과 액추에이터(106)가 동일의 회로 기판(610)상에 형성되므로, 액추에이터(106) 및 반도체 기억 수단(7)을 잉크 카트리지(180C)에 부착할 때에 1회의 부착 공정으로 마칠 수 있다. 또, 잉크 카트리지(180C)의 제조시 및 리사이클시의 작업 공정이 간소화된다. 또한 부품의 수가 삭감되므로, 잉크 카트리지(180C)의 제조 비용을 줄일 수 있다.
액추에이터(106)는 잉크 용기(194) 내의 잉크의 소비 상태를 검지한다. 반도체 기억 수단(7)은 액추에이터(106)가 검출한 잉크 잔량 등 잉크의 정보를 저장한다. 즉, 반도체 기억 수단(7)은 검출할 때에 사용되는 잉크 및 잉크 카트리지의 특성 등의 특성 파라미터에 관한 정보를 저장한다. 반도체 기억 수단(7)은 미리 잉크 용기(194) 내의 잉크가 풀(full)인 경우, 즉 잉크가 잉크 용기(194)내에 채워졌을 때, 또는 엔드의 경우, 즉 잉크 용기(194) 내의 잉크가 소비되었을 때의 공진 주파수를 특성 파라미터의 하나로서 저장한다. 잉크 용기(194) 내의 잉크가 풀 또는 엔드 상태의 공진 주파수는 잉크 용기가 처음에 잉크젯 기록 장치에 장착되었을 때에 저장되어도 좋다. 또, 잉크 용기(194) 내의 잉크가 풀 또는 엔드 상태의 공진 주파수는 잉크 용기(194)의 제조중에 저장되어도 좋다. 반도체 기억 수단(7)에 미리 잉크 용기(194) 내의 잉크가 풀 또는 엔드시의 공진 주파수를 저장하고, 잉크젯 기록 장치측에서 공진 주파수의 데이터를 읽어냄으로써 잉크 잔량을 검출할 때의 편차를 보정할 수 있으므로, 잉크 잔량이 기준치까지 감소한 것을 정확하게 검출할 수 있다.
도43은 잉크 카트리지(180)의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다. 도43a에 나타내는 잉크 카트리지(180D)는 잉크 용기(194)의 측벽(194b)에 복수의 액추에이터(106)를 장착한다. 도24에 나타낸, 일체 성형된 복수의 액추에이터(106)를, 이들 복수의 액추에이터(106)로서 사용하는 것이 바람직하다. 복수의 액추에이터(106)는 상하 방향으로 간격을 두고 측벽(194b)에 배치되어 있다. 복수의 액추에이터(106)를 상하 방향으로 간격을 두고 측벽(194b)에 배치함으로써, 잉크 잔량을 단계적으로 검출할 수 있다.
도43b에 나타내는 잉크 카트리지(180E)는 잉크 용기(194)의 측벽(194b)에 상하 방향으로 긴 액추에이터(606)를 장착한다. 상하 방향으로 긴 액추에이터(606)에 의해서, 잉크 용기(194) 내의 잉크 잔량의 변화를 연속적으로 검출할 수 있다. 액추에이터(606)의 길이는 측벽(194b) 높이의 반 이상의 길이를 갖는 것이 바람직하고, 도43b에서는 액추에이터(606)는 측벽(194b)의 거의 상단으로부터 하단까지의 길이를 갖는다.
도43c에 나타내는 잉크 카트리지(180F)는 도43a에 나타낸 잉크 카트리지(180D)와 같이, 잉크 용기(194)의 측벽(194b)에 복수의 액추에이터(106)를 장착한다. 이 잉크 카트리지(180F)는 측벽(194b)과 소정 간격을 두고 상하 방향으로 뻗고, 복수의 액추에이터(106)와 직접적으로 직면하는 방파벽(192)을 더 구비한다. 도24에 나타낸, 일체 성형된 복수의 액추에이터(106)를, 이들 복수의 액추에이터(106)로서 사용하는 것이 바람직하다. 액추에이터(106)와 방파벽(192) 사이에는 잉크가 채워지는 간격이 형성된다. 또, 방파벽(192)과 액추에이터(106)의 간격은 모세관력에 의해 잉크가 유지되지 않는 간격을 갖는다. 잉크 용기(194)가 요동되었을 때에 요동에 의해 잉크 용기(194) 내부에 잉크파가 발생되고, 그 충격에 의해 기체나 기포가 액추에이터(106)에 의해 검출되어서, 액추에이터(106)가 오동작될 가능성이 있다. 본 발명과 같이 방파벽(192)을 설치함으로써, 액추에이터(106) 부근의 잉크의 출렁임을 막아, 액추에이터(106)의 오동작을 막을 수 있다. 또, 방파벽(192)은 잉크가 요동함으로써 발생한 기포가 액추에이터(106)에 침입하는 것을 방지한다.
도45는 잉크 카트리지(180)의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다. 도45a의 잉크 카트리지(180G)는 잉크 용기(194)의 상면(194c)으로부터 하부로 뻗은 복수의 격벽(partition wall)(212)을 갖는다. 각각의 격벽(212)의 하단과 잉크 용기(194)의 저면은 소정의 간격을 갖으므로, 잉크 용기(194)의 저부는 서로 연결되어 있다. 잉크 카트리지(180G)는 복수의 격벽(212)의 각각에 의해서 구획된 복수의 수용실(213)을 갖는다. 복수의 수용실(213)의 저부는 서로 연결된다. 복수의 수용실(213)의 각각에서, 잉크 용기(194)의 상면(194c)에는 액추에이터(106)가 장착되어 있다. 도24에 나타낸 일체 성형된 액추에이터(106)를, 이들 복수의 액추에이터(106)로서 사용하는 것이 바람직하다. 액추에이터(106)는 잉크 용기(194)의 수용실(213)의 상면(194c)의 중앙에 배치된다. 수용실(213)의 용량은 잉크 공급구(187)측이 가장 크고, 잉크 공급구(187), 잉크 공급구(187)로부터 잉크 용기(194)의 안쪽으로 멀어짐에 따라서, 수용실(213)의 용량이 서서히 작아지게 되어 있다.
따라서, 각각의 액추에이터(106) 간격은 잉크 공급구(187)측에서 넓어지고, 잉크 공급구(187)로부터 잉크 용기(194)의 안쪽으로 멀어짐에 따라 좁아지게 되어 있다. 잉크는 잉크 공급구(187)로부터 배출되고, 공기가 공기 도입구(185)로부터 들어오므로, 잉크 공급구(187)측의 수용실(213)로부터 잉크 카트리지(180G)의 안쪽의 수용실(213)로 잉크가 소비된다. 예를 들면, 잉크 공급구(187)에 가장 가까운 수용실(213)의 잉크가 소비되어, 잉크 공급구(187)에 가장 가까운 수용실(213)의 잉크의 수위가 내려가는 동안, 다른 수용실(213)에는 잉크가 채워진다. 잉크 공급구(187)에 가장 가까운 수용실(213)의 잉크가 모두 소비되면, 공기가 잉크 공급구(187)로부터 세서 2번째의 수용실(213)로 침입하고, 2번째의 수용실(213)내의 잉크가 소비되기 시작해서, 2번째의 수용실(213)의 잉크의 수위가 내려가기 시작한다. 이 시점에서, 잉크 공급실(187)로부터 세어 3번째 이후의 수용실(213)에는 잉크가 채워진다. 이와 같이, 잉크 공급구(187)에 가까운 수용실(213)로부터 먼 수용실(213)로 차례로 잉크가 소비된다.
이와 같이, 액추에이터(106)가 각각의 수용실(213)마다 잉크 용기(194)의 상면(194c)상에 간격을 두고 배치되어 있으므로, 액추에이터(106)는 잉크량의 감소를 단계적으로 검출할 수 있다. 또한 수용실(213)의 용량이 잉크 공급구(187)로부터 수용실(213)의 안쪽으로 서서히 작아지므로, 액추에이터(106)가 잉크량의 감소를 검출하는 시간 간격이 서서히 작아져서, 엔드에 가까워질수록 잉크 검출의 빈도를 높힐 수 있다.
도44b의 잉크 카트리지(180H)는 잉크 용기(194)의 상면(194c)으로부터 하부로 뻗은 1개의 격벽(212)을 갖는다. 격벽(212)의 하단과 잉크 용기(194)의 저면은 소정의 간격이 비워져 있으므로, 잉크 용기(194)의 저부는 연결되어 있다. 잉크 카트리지(180H)는 격벽(212)에 의해 구획된 2실의 수용실(213a,213b)을 갖는다. 수용실(213a,213b)의 저부는 서로 연결된다. 잉크 공급구(187)측의 수용실(213a)의 용량은 잉크 공급구(187)로부터 보아 안쪽의 수용실(213b)의 용량보다 크다. 수용실(213b)의 용량은 수용실(213a)의 용량의 반보다 작은 것이 바람직하다.
수용실(213b)의 상면(194c)에 액추에이터(106)가 장착된다. 또한 수용실(213b)에는 잉크 카트리지(180H)의 제조시에 침입하는 기포를 포획하는 홈인 버퍼(214)가 형성된다. 도44b에서, 버퍼(214)는 잉크 용기(194)의 측벽(194b)으로부터 위쪽으로 뻗은 홈으로 형성된다. 버퍼(214)는 잉크 수용실(213b)내에 침입한 기포를 포획하므로, 기포에 의해 액추에이터(106)가 잉크 엔드라고 검출하는 오동작을 방지할 수 있다. 또, 액추에이터(106)를 수용실(213b)의 상면(194c)에 설치함으로써, 잉크 니어 엔드가 검출된 후 완전히 잉크 엔드 상태가 될 때까지의 잉크량에 대해서, 도트 카운터에 의해 파악한 수용실(213a)에서의 잉크의 소비 상태에 대응하여 보정을 하여 잉크를 완전히 소비할 수 있다. 또한 수용실(213b)의 용량을 격벽(212)의 길이나 간격을 변경함 등에 의해 조절함으로써, 잉크 니어 엔드 검출후의 소비 가능 잉크량을 변경할 수 있다.
도44c는 도44b의 잉크 카트리지(180I)의 수용실(213b)에 다공질 부재(216)가 충전되어 있다. 다공질 부재(216)는 수용실(213b)내의 면으로부터 하면까지의 전체 간격을 매우도록 설치된다. 다공질 부재(216)는 액추에이터(106)와 접촉한다. 잉크 용기가 넘어졌을 때나, 캐리지상에서의 왕복 운동 중에 공기가 잉크 수용실(213b)내에 침입하고, 이것이 액추에이터(106)의 오동작을 일으킬 가능성이 있다. 그러나, 다공질 부재(216)가 구비되어 있으면, 공기를 포획하여 액추에이터(106)에 공기가 들어 가는 것을 방지할 수 있다. 또, 다공질 부재(216)는 잉크를 유지함으로써 잉크 용기가 요동함으로써, 잉크가 액추에이터(106)에 걸려서 액추에이터(106)가 잉크 없음을 잉크 있음으로 오검출하는 것을 방지할 수 있다. 다공질 부재(216)는 가장 용량이 작은 수용실(213)에 설치하는 것이 바람직하다. 또, 액추에이터(106)를 수용질(213b)의 상면(194c)에 설치함으로써, 잉크 니어 엔드가 검출되고 나서 완전히 잉크 엔드 상태가 될 때까지의 잉크량에 보정을 하여, 잉크를 완전히 소비할 수 있다. 또한 수용실(213b)의 용량을 격벽(212)의 길이나 간격을 변경함 등에 의해 조절함으로써, 잉크 니어 엔드 검출후의 소비 가능 잉크량을 변경할 수 있다.
도44d는 공 직경(hole diameter)이 서로 다른 2종류의 다공질 부재(216A,216B)에 의해 구성되어 있는 잉크 카트리지(180J)를 나타낸다. 다공질 부재(216A)는 다공질 부재(216B)의 윗쪽에 배치되어 있다. 상측의 다공질 부재(216A)의 공 직경은 아래 쪽의 다공질 부재(216B)의 공 직경보다 크다. 혹은 다공질 부재(216A)는 다공질 부재(216B)보다도 액체 친화성이 낮은 부재로 형성된다. 공 직경이 작은 다공질 부재(216B)의 쪽이 공 직경의 큰 다공질 부재(216A)보다 모세관력은 크므로, 수용실(213b)내의 잉크가 아래 쪽의 다공실 부재(216B)에 모여 유지된다. 따라서, 한번 공기가 액추에이터(106)까지 도달하여 잉크 없음을 검출하면, 잉크가 재차 액추에이터에 도달하여 잉크 있음으로 검출하는 일이 없다. 또한, 액추에이터(106)로부터 먼 측의 다공질 부재(216B)에 잉크가 흡수됨으로써, 액추에이터(106) 근방의 잉크가 엉기지 않게 되어, 잉크 유무를 검출할 때의 음향 임피던스 변화의 변화량이 커진다. 또, 액추에이터(106)를 수용질(213b)의 상면(194c)에 설치함으로써, 잉크 니어 엔드가 검출된 후 완전히 잉크 엔드 상태가 될 때까지의 잉크량에 보정을 가하여, 완전히 잉크를 소비할 수 있다. 또한 수용실(213b)의 용량을 격벽(212)의 길이나 간격을 변경함 등에 의해 조절함으로써, 잉크 니어 엔드 검출후의 소비 가능 잉크량을 변경할 수 있다.
도45는 도44c에 나타낸 잉크 카트리지(180I)의 다른 실시예인 잉크 카트리지(180K)를 나타내는 단면도이다. 도45에 나타내는 잉크 카트리지(180K)의 다공질 부재(216)는 다공질 부재(216)의 하부의 수평 방향의 단면적이 잉크 용기(194)의 저면의 방향을 향하여 서서히 작아지도록 압축되어, 공 직경이 작아지게 설계되어 있다. 도45a의 잉크 카트리지(180K)는 다공질 부재(216)의 하부의 공 직경이 작아지도록 압축하기 위해서 측벽에 리브가 설치되어 있다. 다공질 부재(216) 하부의 공 직경은 압축됨으로써 작아지게 되므로, 잉크는 다공질 부재(216) 하부에 모여서 유지된다. 액추에이터(106)로부터 먼 측의 다공질 부재(216) 하부에 잉크가 흡수됨으로써, 액추에이터(106) 근방의 잉크가 엉기지 않게 되어, 잉크 유무를 검출할 때의 음향 임피던스 변화의 변화량이 커진다. 따라서, 잉크가 요동함으로써 잉크 카트리지(180K) 상면에 장착된 액추에이터(106)상에 잉크의 부착에 의하여, 액추에이터(106)가 잉크 없음을 잉크 있음으로 오검출하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도45b 및 도45c의 잉크 카트리지(180L)는 다공질 부재(216)의 하부의 수평 방향의 단면적이 잉크 용기(194)의 폭방향으로, 잉크 용기(194)의 저면을 향하여 서서히 작아지도록 압축하기 때문에, 수용실의 수평 방향의 단면적이 잉크 용기(194)의 저면의 방향으로 서서히 작아지고 있다. 다공질 부재(216) 하부의 공 직경은 압축되어 작아지므로, 잉크는 다공질 부재(216)의 하부에 모여서 유지된다. 액추에이터(106)로부터 먼 측의 다공질 부재(216B)의 하부가 잉크가 흡수함으로써, 액추에이터(106) 근방의 잉크의 배출이 향상되어, 잉크 유무를 검출할 때의 음향 임피던스 변화량이 커진다. 따라서, 잉크가 요동함으로써, 잉크 카트리지(180L)의 상면에 장착된 액추에이터(106)상에 잉크의 부착에 의하여, 액추에이터(106)가 잉크 없음을 잉크 있음으로 오검출하는 것을 방지할 수 있다.
도46은 액추에이터(106)를 사용한 잉크 카트리지의 또하나의 다른 실시예를 나타낸다. 도46a의 잉크 카트리지(220A)는 잉크 카트리지(220A)의 상면으로부터 아래쪽으로 뻗도록 설치된 제1 격벽(222)을 갖는다. 제1 격벽(222)의 하단과 잉크 카트리지(220A)의 저면 사이에는 소정의 간격이 있으므로, 잉크는 잉크 카트리지(220A)의 저면을 통해 잉크 공급구(230)로 유입할 수 있다. 제1 격벽(222)으로부터 잉크 공급구(230)측에는 잉크 카트리지(220A)의 저면으로부터 윗쪽으로 뻗도록 제2 격벽(224)이 형성되어 있다. 제2 격벽(224)의 상단과 잉크 카트리지(220A) 상면 사이에는 소정의 간격이 있으므로, 잉크는 잉크 카트리지(220A)의 상면을 통해 잉크 공급구(230)로 유입할 수 있다.
제1 격벽(222)에 의해서, 잉크 공급구(230)로부터 보아, 제1 격벽(222)의 안쪽에 제1 수용실(225a)이 형성된다. 한편, 제2 격벽(224)에 의해서, 잉크 공급구(230)로부터 보아, 제2 격벽(224)의 바로 앞에 제2 수용실(225b)이 형성된다. 제1 수용실(225a)의 용량은 제2 수용실(225b)의 용량보다 크다. 제1 격벽(222) 및 제2 격벽(224) 사이에, 모세관 현상을 일으킬 수 있을 만큼의 간격이 비워짐으로써, 모세관로(227)가 형성된다. 따라서, 제1 수용실(225a)의 잉크는 모세관로(227)의 모세관력에 의해서 모세관로(227)에 모아진다. 이 때문에, 기체나 기포가 제2 수용실(225b)로 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 또, 제2 수용실(225b)내의 잉크의 수위는 안정적으로 서서히 하강할 수 있다. 잉크 공급구(230)로부터 보아, 제1 수용실(225a)은 제2 수용실(225b)보다 안쪽에 형성되어 있으므로, 제1 수용실(225a)의 잉크가 소비된 후, 제2 수용실(225b)의 잉크가 소비된다.
잉크 카트리지(220A)의 잉크 공급구(230)측의 측벽, 즉 제2 수용실(225b)의 잉크 공급구(230)측의 측벽에는 액추에이터(106)가 장착되어 있다. 액추에이터(106)는 제2 수용실(225b)내의 잉크의 소비 상태를 검지한다. 액추에이터(106)를 제2 수용실(225b)의 측벽에 장착함으로써, 잉크 엔드에 의해 가까운 시점에서의 잉크 잔량을 안정적으로 검출할 수 있다. 또한 제2 수용실(225b)의 측벽에 액추에이터(106)의 장착 높이를 변경함으로써, 어느 시점에서의 잉크 잔량을 잉크 엔드로 하는가를 자유롭게 설정할 수 있다. 모세관로(227)에 의해 제1 수용실(225a)로부터 제2수용실(225b)으로 잉크가 공급됨으로써, 액추에이터(106)는 잉크 카트리지(220A)의 요동에 의한 잉크의 요동의 영향을 받지 않으므로, 액추에이터(106)는 잉크 잔량을 확실하게 측정할 수 있다. 또한 모세관로(227)가 잉크를 유지하므로, 잉크가 제2 수용실(225b)로부터 제1 수용실(225a)로 역류하는 것을 방지한다.
잉크 카트리지(220A)의 상면에는 체크 밸브(228)가 설치되어 있다. 체크 밸브(228)에 의해서, 잉크 카트리지(220A)의 요동에 의하여, 잉크가 잉크 카트리지(220A) 외부로 누출하는 것을 방지할 수 있다. 또한 체크 밸브(228)를 잉크 카트리지(220A)의 상면에 설치함으로써, 잉크 카트리지(220A)로부터의 증발을 방지할 수 있다. 잉크 카트리지(220A)내의 잉크가 소비되어, 잉크 카트리지(220A)안의 부압이 체크 밸브(228)의 압력을 초과하면, 체크 밸브(228)는 열리고 그리고 잉크 카트리지(220A)에 공기를 도입한다. 그 후 체크 밸브(228)은 닫혀서 잉크 카트리지(220A)내의 압력을 일정하게 유지한다.
도46c 및 d는 체크 밸브(228)의 상세의 단면을 나타낸다. 도46c의 체크 밸브(228)는 고무에 의해 형성된 플랜지(232a)를 갖는 밸브(232)를 갖는다. 잉크 카트리지(220)의 내부와 외부 사이에 공기를 연결하는 통기공(233)이 플랜지(232a)에 대향하여 잉크 카트리지(220)에 설치된다. 플랜지(232a)에 의해서 통기공(233)이 개폐된다. 잉크 카트리지(220)내의 잉크가 감소되어 잉크 카트리지(220)내의 부압이 체크 밸브(228)의 압력을 초과하면, 체크 밸브(228)는 잉크 카트리지(220) 내쪽으로 플랜지(232a)를 열어서, 외부의 공기를 잉크 카트리지(220)내로 받아들인다. 도46d의 체크 밸브(228)는 고무에 의해 형성된 밸브(232)와 스프링(235)을 갖는다. 체크 밸브(228)는 잉크 카트리지(220)내의 부압이 체크 밸브(228)의 압력을 초과하면, 밸브(232)가 스프링(235)을 압압하여 열어 외부의 공기를 잉크 카트리지(220)내로 도입하고, 그 후 닫아서 잉크 카트리지(220)내의 부압을 일정하게 유지한다.
도46b의 잉크 카트리지(220b)는 도46a의 잉크 카트리지(220A)에서 체크 밸브(228)를 설치하는 대신에 제1 수용실(225a)에 다공질 부재(242)를 배치하고 있다. 다공질 부재(242)는 잉크 카트리지(220B)의 잉크를 유지하는 동시에, 잉크 카트리지(220B)가 요동할 때에, 잉크가 잉크 카트리지(220B)의 외부로 누출하는 것을 방지한다.
이상, 캐리지에 장착되며 또한 캐리지와는 별개인 잉크 카트리지, 또는 캐리지에 액추에이터(106)를 장착하는 경우에 대하여 서술했지만, 캐리지와 일체화하여, 캐리지와 함께, 잉크젯 기록 장치에 장착되는 잉크 탱크에 액추에이터(106)를 장착하여도 좋다. 또한 캐리지와 별개인 튜브 등을 통하여, 캐리지에 잉크를 공급하는 오프 캐리지 방식의 잉크 탱크에 액추에이터(106)를 장착하여도 좋다. 또한 기록 헤드와 잉크 용기가 일체로 형성되어 교환 가능하게 구성된 잉크 카트리지에, 본 발명의 액추에이터를 장착하여도 좋다.
액체 센서와 기억 수단(소비 정보 메모리)
이상, 본 실시예에 관한 잉크 소비 검출 기능을 갖는 각종의 잉크 카트리지에 대해서 설명했다. 이들 잉크 카트리지는 액체 센서(액추에이터 등)와 기억 수단(반도체 기억 수단)을 구비한다. 본 실시예의 특징으로서, 이들 구성의 조합에 의해 얻어지는 기능과 이점을 이하에 설명한다.
도47을 참조하면, 잉크 카트리지(800)는 예를 들면 도1의 카트리지에 상당한다. 잉크 카트리지(800)는 액체 센서(802) 및 소비 정보 메모리(804)를 갖는다. 액체 센서(802)는 상술한 탄성파 발생 수단 또는 액추에이터로 구성되며, 잉크 소비 상태에 따른 신호를 출력한다. 소비 정보 메모리(804)는 본 발명의 액체 용기용의 기억 수단의 하나의 형태이다. 소비 정보 메모리(804)는 EEPROM 등의 개서 가능한 메모리이고, 상술한 반도체 기억 수단(도1, 참조 번호7)에 상당한다.
기록 장치 제어부(810)는 잉크젯 기록 장치를 제어하는 컴퓨터로 구성된다. 기록 장치 제어부(810)는 소비 검출 처리부(812)를 갖는다. 소비 검출 처리부(812), 액체 센서(802) 및 소비 정보 메모리(804)에 의해 잉크 소비 검출 장치가 구성된다. 소비 검출 처리부(812)는 액체 센서(802)를 제어하여 소비 상태를 검출하고, 소비 관련 정보를 소비 정보 메모리(804)에 기입하고, 또한 소비 관련 정보를 소비 정보 메모리(804)로부터 읽어 낸다.
기록 장치 제어부(810)는 소비 정보 제시부(814) 및 인쇄 동작 제어부(81)를 더 갖는다. 소비 정보 제시부(814)는 소비 검출 처리부(812)가 검출한 소비 상태 정보를, 디스플레이(818) 및 스피커(820)를 사용하여 사용자에게 제시한다. 디스플레이(818)에는 잉크 잔량을 나타내는 도형 등이 표시되고, 스피커(820)로부터는 잉크 잔량을 나타내는 알림음 또는 합성 음성이 출력된다. 합성 음성에 의해서, 적합한 조작이 안내되어도 좋다.
인쇄 동작 제어부(816)는 소비 검출 처리부(812)가 검출한 소비 상태 정보에 의거하여 인쇄 동작부(822)를 제어한다. 인쇄 동작부(822)는 프린트 헤드, 헤드 이동 장치, 용지 전송 장치 등이다. 예를 들면, 소비 검출 처리부(812)는 잉크 잔량이 없다고 판단될 때, 인쇄 동작부(822)에 인쇄 동작을 정지시킨다.
기록 장치 제어부(810)는 검출한 소비 상태에 의거하여, 또 다른 구성을 제어해도 좋다. 예를 들면, 잉크 보충 장치, 잉크 카트리지 교환 장치 등이 설치되고, 이들이 제어되어도 좋다.
다음에, 소비 정보 메모리(804)에 대해서 상세하게 설명한다. 소비 정보 메모리(804)는 액체 센서(802)를 사용한 소비 상태의 검출에 관련한 소비 관련 정보를 기억한다. 소비 관련 정보는 검출한 소비 상태 정보를 포함한다. 소비 상태 정보는 소비 정보 메모리(804)의 소비 상태 정보 기억부(806)에 기억된다.
또한, 액체 센서(802)에 의한 액면 통과의 검지는 예를 들면 전술한 잔류 진동 상태의 변화에 의거하여 실현된다. 잔류 진동 상태는 음향 임피던스에 대응한다. 또 액면 통과는 전술한 탄성파의 반사파를 이용하여 검출되어도 좋다.
또, 소비 관련 정보는 검출 특성 정보를 포함한다. 검출 특성 정보는 액체 센서를 사용하여 소비 상황을 취득하는 경우에 사용되는 정보이다. 본 실시예에서는 검출 특성 정보는 액체의 소비 상태에 따라 검출되는 특성이다. 검출 특성 정보는 예를 들면 음향 임피던스의 크기를 나타내는 공진 주파수의 정보이다. 본 실시예에서는 검출 특성 정보로서, 소비전 검출 특성 정보 및 소비후 검출 특성 정보가 기억된다. 소비전 검출 특성 정보는 잉크의 소비를 개시하기 전의 검출 특성, 즉, 잉크 풀 상태에서의 검출 특성을 나타낸다. 소비후 검출 특성 정보는 잉크가 소정의 검출 목표까지 소비되었을 때에 검출될 예정의 검출 특성, 구체적으로는 잉크 액면이 액체 센서(802) 아래에 있을 때의 검출 특성을 나타낸다.
소비 검출 처리부(812)는 검출 특성 정보를 읽어 내고, 그 검출 특성 정보에 의거하여, 액체 센서(802)를 사용하여 잉크 소비 상태를 검출한다. 소비전 검출 특성에 대응하는 검출 신호를 얻을 때는, 잉크의 소비가 아직 진행되지 않아, 잉크의 잔량은 많다. 적어도, 잉크 액면이 액체 센서(802)보다 위에 있는 것은 확실히 알 수 있다. 한편, 소비후 검출 특성에 대응하는 검출 신호를 얻을 때는 잉크의 소비가 진행되어, 잔량이 적다. 잉크 액면은 액체 센서(802) 아래에 있다.
검출 특성 정보를 소비 정보 메모리(804)에 기억하는 것의 이점 1개를 설명한다. 검출 특성은 잉크 카트리지의 형상, 액체 센서의 사양 및 잉크의 사양 등의 각종의 요인에 의해 결정된다. 개량 등의 설계 변경이 행해졌을 때에는 검출 특성도 변화할 수 있다. 소비 검출 처리부(812)가 항상 같은 검출 특성 정보를 사용하면, 이러한 검출 특성의 변화로의 대처가 용이하지 않다. 한편, 본 실시예에서는 검출 특성 정보가 소비 정보 메모리(804)에 기억되어 사용된다. 따라서, 검출 특성의 변화에 용이하게 대처할 수 있다. 물론, 새로운 사양의 잉크 카트리지가 제공될 때도, 그 카트리지의 검출 특성 정보를 기록 장치가 용이하게 이용할 수 있다.
더욱 바람직하게는 개개의 잉크 카트리지마다의 검출 특성 정보가 측정되어, 소비 정보 메모리(804)에 저장된다. 잉크 카트리지의 사양이 같아도, 제조 편차에 의해 검출 특성이 다르다. 예를 들면, 용기의 형상이나 두께로 따라 검출 특성이 다르다. 본 실시예에서는 각 잉크 카트리지가 소비 정보 메모리(804)를 가지므로, 그 소비 정보 메모리(804)에 고유의 검출 특성 정보를 저장할 수 있다. 제조 편차의 검출으로의 영향을 줄일 수 있어 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이와 같이 본 실시예는 개개의 잉크 카트리지의 검출 특성 사이의 차이를 분명히 하는데 유리하다.
또, 검출 특성 정보는 미리 프린터(잉크젯 기록 장치)의 프린터 드라이버가 갖는 검출 정보를 보정하기 위한 "보정 정보" 의 형태를 취해도 좋다. 프린터 드라이버는 검출용 기준의 특성 정보를 갖는다. 카트리지내의 메모리의 검출 특성 정보는 카트리지의 종류에 맞추어, 혹은 카트리지의 개개의 차이에 맞추어 기준 특성 정보를 보정하기 위한 정보이다. 검출 특성 정보는 구체적인 보정치라도 좋다. 혹은 보정 정보로서의 검출 특성 정보는 보정하기 위한 식별 기호라도 좋다. 이 식별 기호에 대응하는 보정이 프린터측에서 행해진다.
소비 정보 메모리(804)는 본 발명의 액체 용기의 기억 수단으로서, 잉크에 관한 정보를 더 기억한다. 소비 정보 메모리(804)는 잉크 종류 정보를 기억한다. 또한 이 기억 수단은 제조 연월일, 클리닝 시퀀스 정보, 화상 처리 정보 등을 기억한다. 이들 정보는 잉크젯 기록 장치의 제어에도 적합하게 이용 가능하다.
도48은 소비 정보 메모리(804)를 이용하는 소비 검출 처리부(812)의 처리를 나타내고 있다. 먼저, 잉크 카트리지가 장착되었는가의 여부가 판정된다(S10). 신품 또는 도중까지 사용된 잉크 카트리지가 장착된 것이 검출된다. 이 처리는 잉크젯 기록 장치에 구비된 스윗치 등(도시하지 않고 )을 이용한다. 카트리지가 장착되면, 소비 정보 메모리(804)로부터 검출 특성 정보를 읽어내고(S12), 또한 소비 상태 정보를 읽어낸다(S14). 기록 장치 제어부(810)의 소비 정보 제시부(814) 및 인쇄 동작 제어부(816)는 읽어 낸 소비 상태 정보를 이용한다.
소비 검출 처리부(812)는 읽어 낸 검출 특성 정보에 의거하여, 액체 센서(802)를 사용하여 잉크 소비 상태를 검출한다(S16). 검출한 소비 상태는 소비 정보 메모리(804)에 저장된다(S18). 이 소비 상태도 기록 장치 제어부(810)에 이용된다. 잉크 카트리지가 제거되었는 여부를 판단하고(S20), 제거되어 있지 않으면 S16으로 복귀한다.
다음에, 검출 특성 정보를 소비 정보 메모리(804)에 저장하는 적합한 타이밍을 설명한다. 여기서는 개개의 잉크 카트리지의 검출 특성의 실측값을 저장하는 것을 상정한다.
도49을 참조하면, 신품의 잉크 카트리지는 표준적인 검출 특성을 저장한 소비 정보 메모리(804)를 설치하고 있다. 이 잉크 카트리지가 잉크젯 기록 장치에 장착된 후에, 검출 특성이 측정된다. 검출 특성은 장착으로부터 인쇄 개시전 사이에 측정된다. 측정을 확실하게 행하기 위하여 장착 직후에 검출 특성을 측정하는 것이 바람직하다.
검출 특성은 통상의 잉크 소비의 검출과 같은 방법으로 측정된다. 액체 센서(802)를 사용하여 소비 상태가 검출되며, 그 검출 결과(측정치)가 신품시의 검출 특성으로서 기록된다. 초기 설정의 표준적인 검출 특성이 측정치로 변경된다. 인쇄가 개시되면, 수정후의 검출 특성을 이용하여 소비 상태가 검출된다. 검출 특성과, 새롭게 얻어지는 검출 결과의 차이로부터, 잉크 소비의 진행 상황이 파악된다.
본 실시예에 의하면, 이러한 초기의 검출 특성의 조정에 의해서, 잉크 카트리지의 개개의 차이에 의거한 편차를 적절히 흡수할 수 있고, 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.
검출 특성을 소비 정보 메모리(804)에 저장하는 또 하나의 적합한 타이밍을 설명한다. 검출 특성 정보의 측정치는 잉크 카트리지의 제조 과정에서 저장되어도 좋다. 이 경우도, 잉크 카트리지의 개개의 차이에 의거한 편차를 적절히 흡수할 수 있어, 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또 이 형태에서는 잉크 주입전의 검출 특성의 측정 및 기록이 가능하다. 따라서, 소비전 검출 특성 정보와 소비후 검출 특성 정보의 양쪽의 측정치를 소비 정보 메모리(804)에 저장할 수 있다.
다음에, 잉크 카트리지(800)상에서의 액체 센서(802) 및 소비 정보 메모리(804)의 배치에 대해서 설명한다.
액체 센서(802)와 소비 정보 메모리(804)는 잉크 카트리지(800)상의 다른 장소에 배치하여도 좋다(도1, 도7 등). 양 구성은 잉크 카트리지(800)상의 동일 벽면상에서 다른 장소에 배치하여도 좋다(도42A,42B,42C). 양 구성은 잉크 카트리지(800)가 다른 벽면에 각각 배치하여도 좋다(도1 등). 액체 센서(802)가 설치되는 벽면이 소비 정보 메모리(804)가 설치되는 벽면과 직교하여도 좋다(도7,도9).
도50을 참조하면, 바람직하게는 액체 센서(802) 및 소비 정보 메모리(804)가 용기폭 방향의 중앙에 구비된다. 도50에서, 공급구(830)은 카트리지 하면에 설치되어 있다. 액체 센서(802) 및 소비 정보 메모리(804)는 종벽에 설치되어 있다. 이들은 모두 용기폭 방향의 중앙에 있다. 또한 액체 센서(802) 및 소비 정보 메모리(804)는 공급구(830)의 근방에 설치되어 있다. 이러한 배치의 이점을 이하에 설명한다.
도51a 및 도51b는 공급구의 위치 결정의 구성예를 나타내고 있다. 카트리지 하면의 공급구(도시하지 않음)의 주위에, 사각형의 위치 결정 돌기(832)가 설치되어 있다. 위치 결정 돌기(832)는 기록 장치측의 위치 결정 오목부(834)에 끼워진다. 위치 결정 오목부(834)는 위치 결정 돌기(832)와 대응하는 형상을 갖는다.
상기의 구성에서는 공급구(830)에 잉크 카트리지가 잉크젯 기록 장치에 위치 결정된다. 공급구(830), 액체 센서(802) 및 소비 정보 메모리(804)가 모두 용기의 폭방향의 중앙에 설치되어 있다. 따라서, 공급구(830)를 중심으로 수평 방향으로 다소 회전한 상태로 카트리지가 장착되었다고 해도, 이러한 회전에 의한 액체 센서(802) 및 소비 정보 메모리(804)의 위치 어긋남양이 적게 되고, 이에 따라 위치 결정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한 상기의 예에 나타나는 바와 같이, 일반적으로 공급구에는 높은 위치 결정 정밀도가 요구되고, 이 요구를 만족하는 위치 결정용 구성이 설치되어 있다. 공급구의 근방에 센서 및 메모리를 설치함으로써, 공급구의 위치 결정용 구성이 센서 및 메모리의 위치 결정용 구성으로도 기능한다. 하나의 위치 결정용 구성이 공급구뿐만 아니라, 센서 및 메모리로 작용한다. 간단한 구성으로 센서 및 메모리의 위치 결정을 할 수 있다. 그리고 검출 정밀도의 향상도 도모할 수 있다.
또 바람직한 1개의 실시예로는 액체 센서(802)와 소비 정보 메모리(804)는 동일한 소비 검출 기판상에 설치된다. 도42는 이러한 구성의 예를 나타낸다. 도42에서는 반도체 메모리(7)와 액추에이터(106)가 동일 기판(610)에 설치되어 있다. 이 구성에 의하면, 센서 및 메모리의 부착이 용이하다. 도52에서는 소비 검출 기판(836)은 또한 공급구(830)의 근방에 있고, 용기폭 방향의 중앙에 배치되어 있다. 이에 따라서, 상술한 바와 같이 위치 어긋남을 작게 할 수 있다.
또, 바람직하게는 액체 센서(액추에이터)와 부착 구조체가 일체화된 부착 모듈체가 소비 검출 기판에 장착된다. 부착 모듈체는 도32 등에 나타나고 있다. 부착 모듈체의 채용에 의해서, 전술한 바와 같이 액체 센서를 외부에서 보호할 수 있다. 또 부착이 용이해지고, 작업을 간략화할 수 있어, 비용의 저감을 도모할 수 있다.
도42a,42b,42c를 참조하면, 본 실시예에서는 소비 검출 기판을 액체 용기에 대하여 위치 결정하는 위치 결정 구조가 설치되어 있다. 도42b에서는 참조 번호가 생략되어 있지만, 도42b의 측면도에 나타나는 바와 같이, 잉크 카트리지로부터 외측을 향해서, 기판 부착용의 복수의 돌기가 돌출되어 있다. 이 돌기는 위치 결정 기능을 갖는다. 돌기의 수는 5개이다. 도42c의 정면도에 나타나는 바와 같이, 윗쪽에 1개, 중앙에 2개, 하부에 2개의 돌기가 설치된다. 이들 돌기가 기판(610)의 위치 결정공(positioning hole)(또한 부착공)에 끼워져 있다. 이에 따라 기판이 정확하게 위치 결정되므로, 부착 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.
기판의 위치 결정 구조는 상기에 한정되지 않는다. 절삭홈과 돌기가 결합해도 좋다. 용기측의 오목부에 기판이 끼워져도 좋다. 장착시에, 오목부의 내벽에 의해 기판의 외주가 구속되고, 이에 의해 위치 결정이 실현된다. 오목부의 전체 주위, 기판의 전체 주위가 같은 형상을 갖지 않아도 좋다. 오목부에 적어도 2개의 리브가 설치되고, 이들 리브에 기판이 끼워져도 좋다.
다음에, 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 도53은 본 실시예의 잉크 소비 검출 장치가 구비된 잉크젯 기록 장치의 기능 블럭도이다. 도47의 구성과 달리, 잉크 카트리지(900)는 액체 센서(902)만을 구비한다. 소비 정보 메모리(910)는 기록 장치 제어부(904)에 배치되어 있다.
기록 장치 제어부(904)는 도47의 구성과 같이 소비 검출 처리부(906), 소비 정보 제시부(912) 및 인쇄 동작 제어부(914)를 갖는다. 소비 정보 제시부(912)는 디스플레이(916) 및 스피커(918)를 사용하여, 검출한 소비 상태를 사용자에게 제시한다. 인쇄 동작 제어부(914)는 검출한 소비 상태에 의거하여 인쇄 동작부(920)를 제어한다.
기록 장치 제어부(904)는 카트리지 식별부(908)를 더 갖는다. 소비 검출 처리부(906), 카트리지 식별부(908), 소비 정보 메모리(910) 및 액체 센서(902)에 의해서, 잉크 소비 검출 장치가 구성된다.
카트리지 식별부(908)는 잉크젯 기록 장치에 장착되어 있는 잉크 카트리지를 식별한다.
식별된 잉크 카트리지에 대응하는 소비 관련 정보가 소비 정보 메모리(910)로부터 읽혀진다. 전술한 바와 같이 소비 관련 정보는 소비 상태 정보와 검출 특성 정보를 포함한다. 검출 결과인 소비 상태 정보는 소비 정보 제시부(912) 및 인쇄 동작 제어부(914)에서 사용된다. 검출 특성 정보는 소비 검출 처리부(906)에서 검출 처리를 위해 사용된다.
상기의 검출 장치의 동작예를 설명한다. 잉크 카트리지(900)가 장착되었을 때, 카트리지 식별부(908)가 잉크 카트리지(900)를 식별하고, 식별 정보를 소비 정보 메모리(910)에 기록한다. 예를 들면, 잉크 카트리지(900)에 붙여진 식별 번호가 판독된다. 식별 정보는 액체 센서(902)로부터 입수되어도 좋다. 또 장착시, 도49를 사용하여 설명한 바와 같이, 검출 특성이 측정되어, 소비 정보 메모리(910)에 저장된다. 이 검출 특성을 사용하여 소비 상태가 측정되어, 소비 정보 메모리(910)에 기록된다.
잉크 카트리지(900)를 제거하고, 재차 장착되었다고 하자. 이 때, 재장착된 카트리지의 정보가 소비 정보 메모리(910)에 남아 있다. 그 정보를 읽어 내어, 이후의 처리에 사용된다.
이와 같이 본 실시예에 의하면, 소비 정보 메모리가 기록 장치측에 배치되어 있는 경우라도, 상술한 실시예와 같은 이점이 얻어진다.
본 실시예를 응용한 더욱 다른 각종의 변형도 가능하다. 예를 들면, 소비 정보 메모리는 잉크 카트리지와 기록 장치 제어부로 나누어져도 좋다. 한쪽이 소비 상태를 기록하고, 다른 쪽이 검출 특성 정보를 기록해도 좋다. 또 한쪽이 표준적인 검출 특성 정보를 기록하고, 다른 쪽이 검출 특성의 측정치를 기록해도 좋다.
다른 실시예에서는 소비 정보 메모리를 잉크 카트리지에 설치하고, 액체 센서를 기록 장치측에 설치하여도 좋다. 이러한 구성의 예는 도15a, 도15b에 나타나 있다. 또한 액체 센서 및 소비 정보 메모리 모두를 기록 장치에 설치한 구성도 채용가능하다.
실시예에 관한 다른 변형예를 설명한다.
본 실시예에서는 소비 관련 정보로서, 검출 결과인 소비 상태와, 검출에 사용하는 검출 특성 정보가 소비 정보 메모리에 기록되었다. 이것에 대해서, 한쪽 정보만이 기록되어도 좋다.
도47 및 도52에서는 1개의 액체 센서가 잉크 카트리지에 설치되었다. 이것에 대해서, 복수의 액체 센서가 설치되어도 좋다. 이들 복수의 액체 센서를 사용함으로써 상세한 소비 상태가 기록된다. 또, 각 액체 센서를 위해서 검출 특성 정보를 기록하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 액체 센서는 압전 소자로 구성되었다. 전술한 바와 같이 압전 소자를 사용하여, 음향 임피던스의 변화를 검출하여도 좋다. 탄성파의 반사파를 이용하여 소비 상태를 검출하여도 좋다. 탄성파의 발생으로부터 반사파의 도래까지의 시간이 구해진다. 압전 소자의 기능을 이용하는 원리로 소비 상태를 검출해도 좋다.
본 실시예에서는 액체 센서가 진동을 발생하는 동시에, 잉크 소비 상태를 나타내는 검출 신호를 발생하였다. 이에 대해서, 액체 센서는 스스로 진동을 발생하지 않아도 좋다. 즉, 진동 발생과 검출 신호 출력의 양쪽을 행하지 않아도 좋다. 다른 액추에이터에 의해 진동이 발생된다. 혹은 캐리지의 이동 등에 수반하여 잉크 카트리지에 진동이 발생했을 때에, 잉크 소비 상태를 나타내는 검출 신호를 액체 센서가 발생하여도 좋다. 그 다음에, 적극적으로 진동을 발생하는 일없이 프린터 동작에 의해 자연스럽게 발생하는 진동을 이용하여 잉크 소비가 검출된다.
도47 및 도52의 기록 장치 제어부의 기능은 기록 장치의 컴퓨터에 의해 실현되지 않아도 좋다. 일부 또는 전부의 기능이 외부의 컴퓨터에 설치되어도 좋다. 디스플레이 및 스피커도 외부의 컴퓨터에 설치되어도 좋다.
본 실시예에서는 액체 용기가 잉크 카트리지이고, 액체 이용 장치가 잉크젯 기록 장치였다. 그러나, 액체 용기는 잉크 카트리지 이외의 잉크 용기, 잉크 탱크라도 좋다. 예를 들면, 헤드측의 서브 탱크라도 좋다. 또, 잉크 카트리지는 소위 오프 캐리지 타입의 카트리지라도 좋다. 또한 잉크 이외의 액체를 수용하는 용기에 본 발명이 적용되어도 좋다.
이상, 본 발명을 실시예를 사용하여 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시예에 기재의 범위에 한정되지 않는다. 상기 실시예에, 다양한 변경 또는 개량을 할 수 있다. 그와 같은 변경 또는 개량을 행한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함할 수 있음이 특허 청구의 범위의 기재로부터 분명하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 액체 용기에 기억 수단을 구비한 구성에 의해서, 검출 결과를 적합하게 이용할 수 있고, 또, 검출 능력을 향상시킬 수 있다.

Claims (50)

  1. 액체를 수용하는 하우징;
    상기 하우징에 형성된 액체 공급 개구;
    압전 소자를 구비한 액체 레벨 검출 장치; 및
    상기 하우징의 벽상에 설치된 기억 장치를 포함하는 액체 용기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기억 장치는 액체 소비 상태에 관한 정보를 기억하는 액체 용기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 액체 소비 상태에 관한 정보는 상기 검출 장치에 의하여 발생되는 액체 용기.
  4. 제2항에 있어서.
    상기 정보는 액체 소비 상태를 상기 검출 장치에 의하여 검출하기 위하여 사용된 검출 특성 정보로 된 액체 용기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 기억 장치는 용기에 포함된 액체가 소비되기 전에 검출 특성을 가리키는 정보를 기억하는 액체 용기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 기억 장치는 액체가 소정의 목표 레벨까지 소비될 때 검출될 것으로 예측되는 검출 특성을 가리키는 정보를 기억하는 액체 용기.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 검출 특성 정보는 공진 주파수 특성으로 된 액체 용기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하우징 위에 설치된 기판을 더 포함하며, 상기 검출 장치와 상기 기억 장치는 상기 기판상에 배치되는 액체 용기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 액체 레벨 검출 장치는 음향 임피던스의 변화에 의거하여 액체 소비 상태를 검출하는 액체 용기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 검출 장치는 잔류 진동의 변화에 의거하여 액체 소비 상태를 검출하는 액체 용기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 검출 장치는 공진 주파수의 변화에 의거하여 액체 소비 상태를 검출하는 액체 용기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기억 장치는 반도체 메모리로 된 액체 용기.
  13. 잉크를 수용하는 하우징;
    상기 하우징에 형성된 잉크 공급 개구;
    압전 소자를 구비한 잉크 레벨 공급 장치; 및
    상기 하우징의 벽상에 설치된 기억 장치를 포함하는 잉크젯 프린터용 잉크 카트리지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기억 장치는 잉크 소비 상태에 관한 정보를 기억하는 잉크 카트리지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 잉크 소비 상태에 관한 정보는 상기 검출 장치에 의하여 발생되는 잉크 카트리지.
  16. 제14항에 있어서.
    상기 정보는 잉크 소비 상태를 상기 검출 장치에 의하여 검출하기 위하여 사용된 검출 특성 정보로 된 잉크 카트리지.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 기억 장치는 상기 하우징에 포함된 액체가 소비되기 전에 검출 특성을 가리키는 정보를 기억하는 잉크 카트리지.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 기억 장치는 잉크가 소정의 목표 레벨까지 소비될 때 검출될 것으로 예측되는 검출 특성을 가리키는 정보를 기억하는 잉크 카트리지.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 검출 특성 정보는 공진 주파수 특성으로 된 잉크 카트리지.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 하우징 위에 설치된 기판을 더 포함하며, 상기 검출 장치와 상기 기억 장치는 상기 기판상에 배치되는 잉크 카트리지.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 잉크 레벨 검출 장치는 음향 임피던스의 변화에 의거하여 잉크 소비 상태를 검출하는 잉크 카트리지.
  22. 제13항에 있어서,
    상기 검출 장치는 잔류 진동의 변화에 의거하여 잉크 소비 상태를 검출하는 잉크 카트리지.
  23. 제13항에 있어서,
    상기 검출 장치는 공진 주파수의 변화에 의거하여 잉크 소비 상태를 검출하는 잉크 카트리지.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 기억 장치는 반도체 메모리로 된 잉크 카트리지.
  25. 노즐을 통하여 잉크 방울을 토출하는 프린트 헤드를 구비한 프린트 동작부;
    상기 프린트 헤드와 연결되어 잉크클 수용하기 위한 잉크 카트지지로서, 잉크를 수용하기 위한 하우징; 상기 하우징에 형성된 잉크 공급 개구; 압전 소자를 구비한 잉크 레벨 검출 장치; 및 상기 하우징의 벽상에 설치된 기억 장치로 된 잉크 카트리지; 및
    상기 잉크 카트리지의 상기 잉크 레벨 검출 장치 및 상기 기억 장치와 연결된 제어부를 포함하는 잉크 젯 프린터.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 잉크 카트리지의 상기 잉크 레벨 검출 장치는 음향 임피던스의 변화에 의거하여 잉크 소비 상태를 검출하는 잉크젯 프린터.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 검출 장치는 잔류 진동의 변화에 의거하여 잉크 소비 상태를 검출하는 잉크젯 프린터.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 검출 장치는 공진 주파수의 변화에 의거하여 잉크 소비 상태를 검출하는 잉크젯 프린터.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 기억 장치는 잉크 소비 상태에 관한 정보를 기억하는 잉크젯 프린터.
  30. 제25항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 검출 장치와 연결되어, 출력 신호를 수신하는 신호 처리부; 및
    상기 상기 프린트 동작부와 연결되며, 상기 신호 처리부에 의하여 처리된 신호에 따라 프린터 동작부를 제어하는 헤드 제어부를 포함하는 잉크젯 프린터.
  31. 기판;
    상기 기판의 제1 부위에 설치되며, 압전 소자를 구비한 센서; 및
    상기 기판의 제2 부위에 설치된 메모리를 포함하는 액체 검출 장치.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 센서는 잔류 진동의 변화에 의거하여 액체 검출 상태를 검출하는 액체 검출 장치.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 센서는 공진 주파수의 변화에 의거하여 액체 소비 상태를 검출하는 액체 검출 장치.
  34. 액체를 수용하는 하우징; 상기 하우징에 형성된 액체 공급 개구; 및 상기 하우징 위에 설치되며 압전 소자를 구비한 액체 레벨 검출 장치; 및 상기 하우징의 벽상에 설치된 기억 장치를 포함하는 액체 용기; 및
    상기 액체 레벨 검출 장치 및 상기 기억 장치와 연결된 제어부를 갖는 액체 검출 시스템.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 액체 용기의 액체 레벨 검출 장치는 음향 임피던스의 변화에 의거하여 액체 소비 상태를 검출하는 액체 검출 시스템.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 검출 장치는 잔류 진동의 변화에 의거하여 액체 소비 상태를 검출하는 액체 검출 시스템.
  37. 제34항에 있어서,
    상기 검출 장치는 공진 주파수의 변화에 의거하여 잉크 소비 상태를 검출하는 액체 검출 시스템.
  38. 제34항에 있어서,
    상기 기억 장치는 액체 소비 상태에 관한 정보를 기억하는 액체 검출 시스템.
  39. 제34항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 검출 장치와 연결되어, 출력 신호를 수신하는 신호 처리부; 및
    상기 신호 처리부와 연결되며, 상기 제어부의 출력 신호에 따라 소정의 외부 시스템의 동작을 활성화하는 동작부를 포함하는 액체 검출 시스템.
  40. 제39항에 있어서,
    정보 제시부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 신호 처리부의 출력 신호를 수신하며 상기 정보 제시부를 활성화하는 정보 제어부를 더 포함하는 액체 검출 시스템.
  41. 액체 용기내의 액체의 소비 상태를 검출하는 방법에 있어서,
    검출 특성에 관한 정보를 읽어내는 공정;
    액체 소비 상태에 관한 정보를 읽어내는 공정;
    상기 액체 용기내의 액체의 새로운 액체 소비 상태를 검출하는 공정; 및
    상기 액체 용기상에 설치된 메모리에 새로 검출된 액체 소비 상태를 기억하는 공정을 포함하는 액체 소비 상태 검출 방법.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 액체 용기상에 설치된 메모리에 상기 검출 특성을 기억하는 공정을 더 포함하는 액체 소비 상태 검출 방법.
  43. 제41항에 있어서,
    상기 액체 용기가 소정의 위치에 설치되었는가 여부를 판정하는 공정을 더 포함하는 액체 소비 상태 검출 방법.
  44. 제41항에 있어서,
    상기 액체 용기가 소정의 위치로부터 떨어졌는가 여부를 판정하는 공정을 더 포함하는 액체 소비 상태 검출 방법.
  45. 제41항에 있어서,
    상기 액체 용기상에 설치된 메모리에 액체 타입에 관한 정보를 기억하는 공정을 더 포함하는 액체 소비 상태 검출 방법.
  46. 제41항에 있어서,
    상기 검출 공정의 검출 결과에 따라 외부 시스템을 활성화하는 공정을 더 포함하는 액체 소비 상태 검출 방법.
  47. 제41항에 있어서,
    상기 검출 공정은 음향 임피던스의 변화를 검출하는 공정을 포함하는 액체 소비 상태 검출 방법.
  48. 제41항에 있어서,
    상기 검출 공정은 잔류 진동의 변화를 검출하는 공정을 포함하는 액체 소비 상태 검출 방법.
  49. 제41항에 있어서,
    상기 검출 공정은 공진 주파수의 변화를 검출하는 공정을 포함하는 액체 소비 상태 검출 방법.
  50. 제41항에 있어서,
    상기 검출 공정으로부터의 신호를 처리하는 공정과, 상기 처리 공정의 결과에 의거하여 외부 시스템을 활성화하는 공정을 더 포함하는 액체 소비 상태 검출 방법.
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