(57)【要約】【課題】液体容器内の液体の消費状態を検知する圧電装置を、適切に液体容器に装着するための取付構造体を提供する。【解決手段】液体容器１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１０６を液体容器１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１０６の電極に接触するリードワイヤ３６２と、リードワイヤ３６２と液体容器１との接合部をモールドするモールド部３６４とを有する。【選択図】　図１１
2004058668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体容器内の液体の消費状態を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、
前記圧電装置の電極に接触するリードワイヤと、前記リードワイヤと前記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取付構造体。
【請求項２】
前記圧電装置を、前記液体容器の内部に突出させる脚部を有することを特徴とする請求項１に記載の取付構造体。
【請求項３】
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取付構造体。
【請求項４】
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ことを特徴とする請求項３記載の取付構造体。
【請求項５】
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ことを特徴とする請求項４記載の取付構造体。
【請求項６】
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ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の取付構造体。
【請求項７】
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ことを特徴とする請求項６記載の取付構造体。
【請求項８】
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７記載の取付構造体。
【請求項９】
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ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の取付構造体。
【請求項１０】
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ことを特徴とする請求項３乃至９のいずれか一項に記載の取付構造体。
【請求項１１】
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ことを特徴とする請求項３乃至１０のいずれか一項に記載の取付構造体。
【請求項１２】
請求項３乃至１１のいずれか一項に記載の取付構造体と、前記取付構造体に装着さ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モジュール体。
【請求項１３】
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ことを特徴とする請求項１２記載のモジュール体。
【請求項１４】
前記一対の導電部材によって前記圧電装置が支持されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のモジュール体。
【請求項１５】
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の少なくとも一部を配した基部と、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取付構造体。
【請求項１６】
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ことを特徴とする請求項１５記載の取付構造体。
【請求項１７】
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ことを特徴とする請求項１６記載の取付構造体。
【請求項１８】
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モジュール体。
【請求項１９】
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、を備えたことを特徴とする請求項１８記載のモジュール体。
【請求項２０】
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、を備えたことを特徴とする請求項１８記載のモジュール体。
【請求項２１】
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請求項１８乃至２０のいずれか一項に記載のモジュール体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響インピーダンスの変化を検出することで、その中でも特に共振周波数の変化を検出することで、液体を収容する液体容器内の液体の消費状態を検知するための圧電装置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。
１／Ｃａｃｔ＝（１／Ｃｐｚｔ）＋（１／Ｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅ１）＋（１／Ｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅ２）＋（１／Ｃｖｉｂ）　　　（式３）
【００６４】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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