(57)【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、圧電素子を利用した振動に基づいて検出する液体消費検出方法であって、
前記液体の液面変化方向に沿った複数の検出位置に、それぞれが圧電素子を有する複数の液体センサを設け、
前記液面が所定の検出方向切り換えレベルより高いときには、高検出位置から低検出位置に向かって順に前記複数の液体センサを使用し、
前記液面が前記所定の検出方向切り換えレベルより低いときには、低検出位置から高検出位置に向かって順に前記複数の液体センサを使用して、
前記液体の消費による液面の変化を検出することを特徴とする液体消費検出方法。
【請求項２】
前記液面変化に応じて検出頻度を増大することを特徴とする請求項１に記載の液体消費検出方法。
【請求項３】
前記複数の液体センサのうち、ある液体センサが液面通過を検出したときに、液体検出に用いる液体センサを前記液面変化方向のものへと切り換えることを特徴とする請求項１または２に記載の液体消費検出方法。
【請求項４】
液体容器内の液体の消費状態を、圧電素子を利用した振動に基づいて検出する液体消費検出方法であって、
前記液体の液面変化方向に沿った複数の検出位置に、それぞれ圧電素子を有する複数の液体センサを設け、
液面が所定の検出方向切り換えレベルより高いときには、高検出位置から低検出位置に向かって順に前記複数の液体センサを使用し、
液面が前記所定の検出方向切り換えレベルより低いときには、低検出位置から高検出位置に向かって順に前記複数の液体センサを使用して、
毎回の液体検出にて複数の検出位置で液面通過を検出することにより液面位置を把握することを特徴とする液体消費検出方法。
【請求項５】
前記複数の検出位置に対応して設けられ、それぞれ圧電素子を有する複数の液体センサを用いて液面位置を求めることを特徴とする請求項４に記載の液体消費検出方法。
【請求項６】
既に液面が通過した検出位置にある液体センサを使わずに液面位置を求めることを特徴とする請求項５に記載の液体消費検出方法。
【請求項７】
検出に用いられる液体センサが減ったときに、検出頻度を増大することを特徴とする請求項６に記載の液体消費検出方法。
【請求項８】
液面位置を把握できたら、予定の全検出位置での検出を終了する前でも、そのときの液体検出を終了することを特徴とする請求項１に記載の液体消費検出方法。
【請求項９】
前記液体センサにより、音響インピーダンスの変化に基づいて液体消費状態が検出されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の液体消費検出方法。
【請求項１０】
前記液体センサは残留振動状態を示す信号を出力し、残留振動状態が液体消費状態に応じて変化することに基づいて液体消費状態が検出されることを特徴とする請求項９に記載の液体消費検出方法。
【請求項１１】
インクジェット記録装置に装着される液体容器であるインクカートリッジのインク消費を検出することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の液体消費検出方法。
【請求項１２】
インクジェット記録装置による印刷動作中は、液体検出に用いる液体センサの数を制限することを特徴とする請求項１１に記載の液体消費検出方法。
【請求項１３】
インクジェット記録装置による印刷動作中は、最も下の液体センサを使用し、印刷動作中でないときは複数の液体センサを使用することを特徴とする請求項１２に記載の液体消費検出方法。
【請求項１４】
インク容器のインク消費状態に基づいてインクジェット記録装置を制御する記録装置制御方法であって、
前記インクの液面低下方向に沿って設定された複数の検出位置に、それぞれが圧電素子を有する複数の液体センサを設け、
前記液面が所定の検出方向切り換えレベルより高いときには、高検出位置から低検出位置に向かって順に前記複数の液体センサを使用し、
前記液面が前記所定の検出方向切り換えレベルより低いときには、低検出位置から高検出位置に向かって順に前記複数の液体センサを使用して、
前記圧電素子を用いて振動に基づき液面通過を検出することにより液面位置を検出し、
検出した液面位置に応じて前記インクジェット記録装置を制御することを特徴とする記録装置制御方法。
【請求項１５】
前記複数の検出位置に対応して設けられ、それぞれ圧電素子を有する複数の液体センサを用いて液面位置を求めることを特徴とする請求項１４に記載の記録装置制御方法。
【請求項１６】
液面通過を検出した液体センサに応じた情報を提示することを特徴とする請求項１５に記載の記録装置制御方法。
【請求項１７】
液面通過を検出した液体センサに応じた情報を、前記インクジェット記録装置またはその外部で表示することを特徴とする請求項１５に記載の記録装置制御方法。
【請求項１８】
液面通過を検出した液体センサに応じて表示形態を異ならせることを特徴とする請求項１７に記載の記録装置制御方法。
【請求項１９】
最も低い位置に設けられた液体センサによる液面通過の検知に応答して、所定の低インク量対応処理を行うことを特徴とする請求項１５に記載の記録装置制御方法。
【請求項２０】
前記所定の低インク量対応処理は、印刷動作の停止または印刷メンテナンス動作の禁止の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１９に記載の記録装置制御方法。
【請求項２１】
前記所定の低インク量対応処理は、ある印刷処理を終了してから次の印刷処理に移るのを禁止する処理であることを特徴とする請求項１９に記載の記録装置御方法。
【請求項２２】
前記所定の低インク量対応処理を、最も低い位置に設けられた液体センサが液面通過を検知してから所定の余裕量の印刷が行われた後に実行することを特徴とする請求項１９〜２１のいずれかに記載の記録装置制御方法。
【請求項２３】
前記液体センサにより、音響インピーダンスの変化に基づいて液体消費状態が検出されることを特徴とする請求項１５〜２２のいずれかに記載の記録装置制御方法。
【請求項２４】
前記液体センサは残留振動状態を示す信号を出力し、残留振動状態が液体消費状態に応じて変化することに基づいて液体消費状態が検出されることを特徴とする請求項２３に記載の記録装置制御方法。
【請求項２５】
液体容器内の液体の消費状態を、圧電素子を利用した振動に基づいて検出する液体消費検出装置であって、
前記液面変化方向に沿った複数の検出位置に、それぞれ圧電素子を有する複数の液体センサを設け、
前記液面が所定の検出方向切り換えレベルより高いときには、高検出位置から低検出位置に向かって順に前記複数の液体センサを使用し、
前記液面が前記所定の検出方向切り換えレベルより低いときには、低検出位置から高検出位置に向かって順に前記複数の液体センサを使用して、
前記液面位置を検出することを特徴とする液体消費検出装置。
【請求項２６】
液体容器内の液体の消費状態を、圧電素子を利用して振動に基づき検出する液体消費検出装置であって、
前記液面変化方向に沿った複数の検出位置に、それぞれ圧電素子を有する複数の液体センサを設け、
前記液面が所定の検出方向切り換えレベルより高いときには、高検出位置から低検出位置に向かって順に前記複数の液体センサを使用し、
前記液面が前記所定の検出方向切り換えレベルより低いときには、低検出位置から高検出位置に向かって順に前記複数の液体センサを使用して、
毎回の液体検出にて複数の検出位置にて液面通過を検出することにより液面位置を把握することを特徴とする液体消費検出装置。
【請求項２７】
インク容器のインク消費状態に基づいてインクジェット記録装置を制御する記録装置制御システムであって、
前記液面変化方向に沿った複数の検出位置に、それぞれが圧電素子を有する複数の液体センサを設け、
液面が所定の検出方向切り換えレベルより高いときには、高検出位置から低検出位置に向かって順に前記複数の液体センサを使用し、
液面が前記所定の検出方向切り換えレベルより低いときには、低検出位置から高検出位置に向かって順に前記複数の液体センサを使用して、
前記圧電素子を利用した振動に基づき前記液面の通過を検出することにより液面位置を検出し、検出した液面に応じて前記インクジェット記録装置を制御することを特徴とする記録装置制御システム。
【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が備えられた液体容器に関し、さらに詳しくは、圧力発生手段により圧力発生室のインクを印刷データに対応させて加圧してノズル開口からインク滴を吐出させて印刷するインクジェット記録装置に適用されるインクカートリッジに備えられ、インクカートリッジ内のインクの消費状態を検出する圧電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明が適用される液体容器として、インクジェット式記録装置に装着されるインクカートリッジを例にとって説明する。一般にインクジェット記録装置には、圧力発生室を加圧する圧力発生手段と、加圧されたインクをノズル開口からインク滴として吐出するノズル開口とを備えたインクジェット式記録ヘッドが搭載されたキャリッジと、流路を介して記録ヘッドに供給されるインクを収容するインクタンクとを備えており、連続印刷が可能なように構成されている。インクタンクはインクが消費された時点で、ユーザが簡単に交換できるように、記録装置に対して着脱可能なカートリッジとして構成されているものが一般的である。
【０００３】
従来、インクカートリッジのインク消費の管理方法として、記録ヘッドによって吐出されるインク滴のカウント数と、印字ヘッドのメンテナンス工程で吸引されたインク量とをソフトウエアにより積算し、計算上でインク消費を管理する方法や、インクカートリッジに直接液面検出用の電極を２本取付けることによって、実際にインクが所定量消費された時点を検知することでインク消費を管理する方法などが知られていた。
【０００４】
しかしながら、ソフトウェアによりインク滴の吐出数や吸引されたインク量を積算してインク消費を計算上で管理する方法は、使用環境により、例えば使用室内の温度や湿度の高低、インクカートリッジの開封後の経過時間、ユーザサイドでの使用頻度の違いなどによって、インクカートリッジ内の圧力やインクの粘度が変化してしまい、計算上のインク消費量と実際の消費量との間に無視できない誤差が生じてしまうという問題があった。また同一カートリッジを一旦取外し、再度装着した場合には積算されたカウント値は一旦リセットされてしまうので、実際のインク残量がまったくわからなくなってしまうという問題もあった。
【０００５】
一方、電極によりインクが消費された時点を管理する方法は、インク消費のある一点の実量を検出できるため、インク残量を高い信頼性で管理できる。しかしながら、インクの液面を検出するためにインクは導電性でなくてはならず、よって使用されるインクの種類が限定されてしまう。また、電極とインクカートリッジとの間の液密構造が複雑化する問題がある。さらに、電極の材料として、通常は導電性が良く耐腐食性も高い貴金属を使用するので、インクカートリッジの製造コストがかさむという問題もあった。さらに、２本の電極をそれぞれインクカートリッジの別な場所に装着する必要があるため、製造工程が多くなり結果として製造コストがかさんでしまうという問題もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる、液体の消費状態を正確に検出でき、かつ複雑なシール構造を不要とした液体容器を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、インクの消費状態を正確に検出でき、かつ複雑なシール構造を不要としたインクカートリッジを提供することにある。
【０００７】
本発明は特に振動を利用して液体残量を検出する技術を提供し、特に、液体の消費を適切に補足できる技術を提供する。また検出動作を少なくする。これにより、例えば記録装置において、印刷動作処理が検出処理によって中断等の影響を受けるのを回避する。さらに、本発明は、検出されたインク消費状態に基づいて記録装置を適切に制御する方法を提供する。なお、本発明は、インクカートリッジのインク消費検出には限定されず、他の液体容器の液体検出にも適用可能である。
上記の目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明のある態様は、液体消費検出方法である。この方法は、液体容器内の液体の消費状態を、圧電素子を利用した振動に基づいて検出する液体消費検出方法であって、液体の液面変化方向に沿った複数の検出位置に、それぞれが圧電素子を有する複数の液体センサを設け、液面が所定の検出方向切り換えレベルより高いときには、高検出位置から低検出位置に向かって順に複数の液体センサを使用し、液面が所定の検出方向切り換えレベルより低いときには、低検出位置から高検出位置に向かって順に複数の液体センサを使用して、液体の消費による液面の変化を検出することを特徴とする。液面が高いときは、上から下へ液面を探す方が、より早く液面を見つけられる。逆に液面が低いときは、下から上に液面を探すと、より早く液面を見つけられる。したがって本発明によれば、少ない検出動作にて効率よく液面位置を把握できる。
【０００９】
好ましくは、本発明の方法は、液面変化に応じて検出頻度を増大する。液面変化方向に沿って検出位置を変えたときに検出頻度が増大される。
【００１０】
好ましくは、前記液面変化方向に沿った複数の検出位置に対応して、それぞれ圧電素子を有する複数の液体センサが設けられる。液体センサは２個以上である。ある液体センサが液面通過を検出した後に、液体検出に用いる液体センサが前記液面変化方向のものへと切り換えられる。
【００１１】
好ましくは液体消費に伴う音響インピーダンスの変化に基づいて消費状態が検出される。前記液体センサは、振動を発生した後の残留振動状態を示す信号を出力してもよい。残留振動状態が液体消費状態に応じて変化することに基づいて液体消費状態が検出される。
【００１２】
また前記液体センサは、前記液体容器の内部に向かって弾性波を発生するとともに、前記弾性波に対する反射波に応じた信号を発生してもよい。
【００１３】
適当な検出対象は、インクジェット記録装置に装着されるインクカートリッジのインク消費である。ただし、検出対象はこれに限定されない。
【００１４】
本発明によれば、検出位置を液面変化方向に切り替えていくので、少ない検出動作（センサの使用）で効率よく液体消費状態を補足できる。検出位置の変化に伴って検出頻度を増大するので、液体が多いときの検出頻度を少なくできる。これにより、全体の検出処理回数を少なくできる。
【００１５】
（２）本発明の別の態様の液体消費検出方法は、液体容器内の液体の消費状態を、圧電素子を利用した振動に基づいて検出する液体消費検出方法であって、液体の液面変化方向に沿った複数の検出位置に、それぞれ圧電素子を有する複数の液体センサを設け、液面が所定の検出方向切り換えレベルより高いときには、高検出位置から低検出位置に向かって順に複数の液体センサを使用し、液面が所定の検出方向切り換えレベルより低いときには、低検出位置から高検出位置に向かって順に複数の液体センサを使用して、毎回の液体検出にて複数の検出位置で液面通過を検出することにより液面位置を把握することを特徴とする液体消費検出方法である。この方法は、毎回の液体検出にて、液体消費による液面変化方向に沿って設定された複数の検出位置にて液面通過を検出する。例えば、複数の検出位置を走査しながら液体消費を検出する。本発明によれば、複数の検出位置での検出により液面位置を把握できる。
【００１６】
好ましくは、前記複数の検出位置に対応して設けられ、それぞれ圧電素子を有する複数の液体センサを用いて液面位置を求める。既に液面が通過した検出位置にある液体センサを使わずに液面位置を求めてもよい。例えば、所定回数以上にわたって液体を検出しなかった液体センサを使わずに検出処理を行う。これにより、検出処理の負荷を少なくできる。
【００１７】
好ましくは、検出に用いられる液体センサが減ったときに、検出頻度を増大する。液体センサの使用数の低下は、液体消費が進んだことを意味する。本発明によれば、液体が減ったときに検出頻度を増大して、液体消費情報を早く得られる。一方、液体消費が進む前は、検出頻度を低くして、検出処理回数を少なくできる。
【００１９】
液面位置を把握できたら、予定の全検出位置での検出を終了する前でも、そのときの液体検出を終了してもよい。さらに、検出動作を少なくできる。
【００２０】
好ましくは液体消費に伴う音響インピーダンスの変化に基づいて消費状態が検出される。前記液体センサは、振動を発生した後の残留振動状態を示す信号を出力してもよい。残留振動状態が液体消費状態に応じて変化することに基づいて液体消費状態が検出される。
【００２１】
また前記液体センサは、前記液体容器の内部に向かって弾性波を発生するとともに、前記弾性波に対する反射波に応じた信号を発生してもよい。
【００２２】
適当な検出対象は、インクジェット記録装置に装着されるインクカートリッジのインク消費である。ただし、検出対象はこれに限定されない。
【００２３】
本発明の方法は、好ましくは、インクジェット記録装置による印刷動作中、液体検出に用いる液体センサの数を制限する。印刷中の検出動作を少なくして、印刷処理を速やかに進められる。好ましくは、インクジェット記録装置による印刷動作中は、最も低い位置の液体センサを使用し、印刷動作中でないときは複数の液体センサを使用する。印刷中の検出動作を最低限にできる。検出に使う液体センサを間引いてもよい。
【００２４】
（３）本発明の別の態様は、インク容器のインク消費状態に基づいてインクジェット記録装置を制御する記録装置制御方法である。この方法は、インク容器のインク消費状態に基づいてインクジェット記録装置を制御する記録装置制御方法であって、インクの液面低下方向に沿って設定された複数の検出位置に、それぞれが圧電素子を有する複数の液体センサを設け、液面が所定の検出方向切り換えレベルより高いときには、高検出位置から低検出位置に向かって順に複数の液体センサを使用し、液面が所定の検出方向切り換えレベルより低いときには、低検出位置から高検出位置に向かって順に複数の液体センサを使用して、圧電素子を用いて振動に基づき液面通過を検出することにより液面位置を検出し、検出した液面位置に応じてインクジェット記録装置を制御することを特徴とする。好ましくは、複数の検出位置に対応して設けられ、それぞれ圧電素子を有する複数の液体センサを用いて液面位置が求められる。
【００２５】
制御処理としては、液面通過を検出した液体センサに対応する情報が提示されてもよい。情報は、インクジェット記録装置またはその外部で表示されてもよい。好ましくは、液体センサに応じて表示形態を異ならせる。インク量を示す情報の色が変えられてもよい。またインク量を示す図形が変えられもよい。また情報提示のために報知音が利用されてもよい。好ましくは、液体センサに応じて報知音を異ならせる。前記報知音として音声信号を発生してもよい。
【００２６】
また制御処理としては、最も低い位置に設けられた液体センサによる液面通過の検知に応答して、所定の低インク量対応処理を行ってもよい。低インク量対応処理は、例えば(i)印刷動作の停止または印刷メンテナンス動作の禁止の少なくとも一方であり、または(ii)ある印刷処理（例えば一連の文書の印刷）を終了してから次の印刷処理に移るのを禁止する処理である。また例えば、低インク量対応処理は、(iii)インク容器へのインクの自動補充、(iv)インク容器の自動交換、または、(v)印刷完了前の印刷データの保存である。
【００２７】
低インク量対応処理は、最も低い位置に設けられた液体センサが液面通過を検知してから所定の余裕量の印刷が行われた後に実行されてもよい。所定の余裕量は、印刷枚数で定義されてもよい。
【００２８】
好ましくはインク消費に伴う音響インピーダンスの変化に基づいてインク消費状態が検出される。前記液体センサは、振動を発生した後の残留振動状態を示す信号を出力してもよい。残留振動状態がインク消費状態に応じて変化することに基づいて液体消費状態が検出される。
【００２９】
また前記液体センサは、前記インク容器の内部に向かって弾性波を発生するとともに、前記弾性波に対する反射波に応じた信号を発生してもよい。
【００３０】
本発明は、上記の方法の態様には限定されない。例えば、本発明の別の態様は、液体容器内の液体の消費状態を、圧電素子を利用した振動に基づいて検出する液体消費検出装置であって、液面変化方向に沿った複数の検出位置に、それぞれ圧電素子を有する複数の液体センサを設け、液面が所定の検出方向切り換えレベルより高いときには、高検出位置から低検出位置に向かって順に複数の液体センサを使用し、液面が所定の検出方向切り換えレベルより低いときには、低検出位置から高検出位置に向かって順に複数の液体センサを使用して、液面位置を検出することを特徴とする液体消費検出装置である。
また、液体容器内の液体の消費状態を、圧電素子を利用して振動に基づき検出する液体消費検出装置であって、液面変化方向に沿った複数の検出位置に、それぞれ圧電素子を有する複数の液体センサを設け、液面が所定の検出方向切り換えレベルより高いときには、高検出位置から低検出位置に向かって順に複数の液体センサを使用し、液面が所定の検出方向切り換えレベルより低いときには、低検出位置から高検出位置に向かって順に複数の液体センサを使用して、毎回の液体検出にて複数の検出位置にて液面通過を検出することにより液面位置を把握することを特徴とする液体消費検出装置であり得る。
更に、インク容器のインク消費状態に基づいてインクジェット記録装置を制御する記録装置制御システムであって、液面変化方向に沿った複数の検出位置に、それぞれが圧電素子を有する複数の液体センサを設け、液面が所定の検出方向切り換えレベルより高いときには、高検出位置から低検出位置に向かって順に複数の液体センサを使用し、液面が所定の検出方向切り換えレベルより低いときには、低検出位置から高検出位置に向かって順に複数の液体センサを使用して、圧電素子を利用した振動に基づき液面の通過を検出することにより液面位置を検出し、検出した液面に応じてインクジェット記録装置を制御することを特徴とする記録装置制御システムでもあり得る。
【００３１】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
【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】
まず本実施の形態の原理を説明する。本実施の形態では、本発明がインクカートリッジのインク消費状態の検出に適用される。インクの消費状態は、圧電素子を用いて振動に基づき検出される。検出位置は、液体消費による液面変化方向（典型的には液面低下方向であり、そして、本実施の形態では、液面低下方向を主として想定する）に沿って複数箇所に設定される。各検出位置には、圧電素子を有する液体センサが設置される。検出位置を複数としたことにより、複数の段階でインク消費状態を検出できる。
【００３４】
本実施形態では特に、インク消費の進行に応じて、液面低下方向に沿って検出位置を切り換えていく。例えば、ひとつの液体センサが駅面通過を検出した後、その液体センサの使用は停止され、ひとつ下の液体センサが使用される。こうした検出位置の切り換えにより、液体センサの動作が省かれる。すなわち、全ての液体センサを常に使う場合と比較して、液体センサの動作が少なくなり、検出処理の負担も軽くなる。
【００３５】
また本実施形態では、検出位置が低くなるほど検出頻度を増大する。液面が低下したときには、検出頻度を増大することで、インク量の低下を早期に発見できる。一方、液面がまだ高いときには、インクの量に余裕があるので、インクの消費を早く検出する必要性は低い。そこで液面が高いときには検出頻度を低くする。インク検出の必要性に応じて検出頻度を変えることにより、全体としての検出処理回数を少なくできる。
【００３６】
このように、本実施の形態によれば、少ない検出動作で効率よくインクの消費を追跡できる。インク消費検出処理の負担が軽減され、これは印刷動作処理にとっても有利である。
【００３７】
以下、図面を参照して、本実施形態のインク消費検出技術をより詳細に説明する。まず、液体センサを用いたインク消費検出の基本的な技術が説明される。この一連の説明の中で、複数の液体センサを備えたインクカートリッジが示される。各種のインクカートリッジを説明した後で、本実施の形態に係る検出位置の切り換え制御が説明される。
【００３８】
本実施の形態において、液体センサは具体的には圧電装置で構成される。以下の説明では、「アクチュエータ」「弾性波発生手段」が液体センサに相当する。
【００３９】
「インク消費を検出するカートリッジ」
本発明の基本的概念は、振動現象を利用することで、液体容器内の液体の状態（液体容器内の液体の有無、液体の量、液体の水位、液体の種類、液体の組成を含む）を検出することである。具体的な振動現象を利用した液体容器内の液体の状態の検出としてはいくつかの方法が考えられる。例えば弾性波発生手段が液体容器の内部に対して弾性波を発生し、液面あるいは対向する壁によって反射する反射波を受波することで、液体容器内の媒体およびその状態の変化を検出する方法がある。また、これとは別に、振動する物体の振動特性から音響インピーダンスの変化を検知する方法もある。音響インピーダンスの変化を利用する方法としては、圧電素子を有する圧電装置またはアクチュエータの振動部を振動させ、その後に振動部に残留する残留振動によって生ずる逆起電力を測定することによって、共振周波数または逆起電力波形の振幅を検出することで音響インピーダンスの変化を検知する方法や、測定機、例えば伝送回路等のインピーダンスアナライザによって液体のインピーダンス特性またはアドミッタンス特性を測定し、電流値や電圧値の変化または、振動を液体に与えたときの電流値や電圧値の周波数による変化を測定する方法がある。弾性波発生手段および圧電装置またはアクチュエータの動作原理の詳細については後述する。
【００４０】
図１は、本発明が適用される単色、例えばブラックインク用のインクカートリッジの一実施形態の断面図である。図１のインクカートリッジは、上記に説明した方法のうちの、弾性波の反射波を受信して液体容器内の液面の位置や液体の有無を検出する方法に基づいている。弾性波を発生しまた受信する手段として弾性波発生手段３を用いる。インクを収容する容器１には、記録装置のインク供給針に接合するインク供給口２が設けられている。容器１の底面１ａの外側には、弾性波発生手段３が容器を介して内部のインクに弾性波を伝達できるように取付けられている。インクＫがほぼ消費されつくした段階、つまりインクニアエンドとなった時点で、弾性波の伝達がインクから気体へと変更するべく、弾性波発生手段３はインク供給口２よりも若干上方の位置に設けられている。なお、受信手段を別に設けて、弾性波発生手段３を単に発生手段として用いても良い。
【００４１】
インク供給口２にはパッキン４及び弁体６が設けられている。図３に示すように、パッキン４は記録ヘッド３１に連通するインク供給針３２と液密に係合する。弁体６は、バネ５によってパッキン４に対して常時弾接されている。インク供給針３２が挿入されると、弁体６はインク供給針３２に押されてインク流路を開放し、容器１内のインクがインク供給口２およびインク供給針３２を介して記録ヘッド３１へ供給される。容器１の上壁の上には、インクカートリッジ内のインクに関する情報を格納した半導体記憶手段７が装着されている。
【００４２】
図２は、複数種類のインクを収容するインクカートリッジの一実施例を示す裏側から見た斜視図である。容器８は、隔壁により３つのインク室９、１０及び１１に分割される。それぞれのインク室には、インク供給口１２、１３及び１４が形成されている。それぞれのインク室９、１０及び１１の底面８ａには、弾性波発生手段１５、１６および１７が、容器８を介して各インク室内に収容されているインクに弾性波を伝達できるように取付けられている。
【００４３】
図３は、図１及び２に示したインクカートリッジに適したインクジェット記録装置の要部の実施形態を示す断面図である。記録用紙の幅方向に往復動可能なキャリッジ３０は、サブタンクユニット３３を備えていて、記録ヘッド３１がサブタンクユニット３３の下面に設けられている。また、インク供給針３２はサブタンクユニット３３のインクカートリッジ搭載面側に設けられている。
【００４４】
図４は、サブタンクユニット３３の詳細を示す断面図である。サブタンクユニット３３は、インク供給針３２、インク室３４、膜弁３６、及びフィルタ３７を有する。インク室３４内には、インクカートリッジからインク供給針３２を介して供給されるインクが収容される。膜弁３６は、インク室３４とインク供給路３５との間の圧力差により開閉するよう設計されている。インク供給路３５は記録ヘッド３１に連通しており、インクが記録ヘッド３１まで供給される構造となっている。
【００４５】
図３に示すように、容器１のインク供給口２をサブタンクユニット３３のインク供給針３２に挿通すると、弁体６がバネ５に抗して後退し、インク流路が形成され、容器１内のインクがインク室３４に流れ込む。インク室３４にインクが充填された段階で、記録ヘッド３１のノズル開口に負圧を作用させて記録ヘッド３１にインクを充填した後、記録動作を実行する。
【００４６】
記録動作により記録ヘッド３１においてインクが消費されると、膜弁３６の下流側の圧力が低下するので、図４に示すように、膜弁３６が弁体３８から離れて開弁する。膜弁３６が開くことにより、インク室３４のインクはインク供給路３５を介して記録ヘッド３１に流れこむ。記録ヘッド３１へのインクの流入に伴なって、容器１のインクは、インク供給針３２を介してサブタンクユニット３３に流れ込む。
【００４７】
記録装置の動作期間中には、あらかじめ設定された検出のタイミング、例えば一定周期で弾性波発生手段３に駆動信号が供給される。弾性波発生手段３により発生された弾性波は、容器１の底面１ａを伝搬してインクに伝達され、インクを伝搬する。
【００４８】
弾性波発生手段３を容器１に貼着することにより、インクカートリッジ自体に残量検出機能を付与することができる。本発明によれば、容器１の成形時における液面検出用の電極の埋め込みが不要となるので、射出成形工程が簡素化され、電極埋めこみ領域からの液漏れがなくなり、インクカートリッジの信頼性が向上できる。
【００４９】
図５は、弾性波発生手段３、１５、１６、及び１７の製造方法を示す。固定基板２０は、焼成可能なセラミック等の材料により形成される。まず、図５（Ｉ）に示すように、固定基板２０の表面に一方の電極となる導電材料層２１を形成する。次に、図５（II）に示すように、導電材料層２１の表面に圧電材料のグリーンシート２２を重ねる。次に、図５（III）に示すように、プレス等により所定の形状にグリーンシート２２を振動子の形状に成形し、自然乾燥後させた後、焼成温度、例えば１２００°Ｃで焼成する。次に、図５（IV）に示すように、他方の電極となる導電材料層２３をグリーンシート２２の表面に形成して、たわみ振動可能に分極する。最後に、図５（Ｖ）に示すように、固定基板２０を各素子毎に切断する。固定基板２０を接着剤等により容器１の所定の面に固定することで、弾性波発生手段３が、容器１の所定の面に固定されて、残量検出機能付きインクカートッジが完成する。
【００５０】
図６は、図５に示した弾性波発生手段３の他の実施形態を示す。図５の実施例においては、導電材料層２１を接続電極として使用している。一方、図６の実施例においては、グリーンシート２２により構成された圧電材料層の表面よりも上方の位置に、半田等により接続端子２１ａ及び２３ａを形成する。接続端子２１ａ及び２３ａにより、弾性波発生手段３の回路基板への直接的な実装が可能となり、リード線の引き回しが不要となる。
【００５１】
ところで、弾性波は、気体、液体および固体を媒体として伝播することができる波の一種である。従って、媒体の変化により弾性波の波長、振幅、位相、振動数、伝播方向や伝播速度などが変化する。一方、弾性波の反射波も媒体の変化によってその波の状態や特性が異なる。従って、弾性波が伝播する媒体の変化によって変化する反射波を利用することで、その媒体の状態を知ることが可能となる。この方法によって液体容器内の液体の状態を検出する場合には、例えば弾性波送受信機を使用する。図１〜図３の形態を例にとって説明すると送受信機は、はじめに媒体、例えば、液体または液体容器に弾性波を与え、その弾性波は媒体中を伝播し液体の表面に達する。液体の表面では液体と気体との境界を有するため、反射波を送受信機へ返す。送受信機は反射波を受信し、その反射波の往来時間や送信機が発生した弾性波と液体の表面が反射した反射波との振幅の減衰率などから、送信機または受信機と液体の表面との距離を測定することができる。これを利用して液体容器内の液体の状態を検出できる。弾性波発生手段３は、単体として弾性波が伝播する媒体の変化による反射波を利用する方法における送受信機として使用してもよいし、別に専用の受信機を装着してもよい。
【００５２】
上記したように、弾性波発生手段３によって発生されインク液中を伝搬する弾性波は、インク液の密度や液面レベルによりインク液表面で生じる反射波の弾性波発生手段３への到来時間が変化する。したがって、インクの組成が一定である場合には、インク液表面で生じる反射波の到来時間がインクの量に左右される。したがって、弾性波発生手段３が弾性波を発生してからインク表面からの反射波が弾性波発生手段３に到達するまでの時間を検出することにより、インク量を検出することができる。また、弾性波は、インクに含まれている粒子を振動させるので、着色剤として顔料を使用した顔料系のインクの場合には、顔料等の沈殿を防止するのに寄与する。
【００５３】
弾性波発生手段３を容器１に設けることにより、印刷動作やメンテナンス動作によってインクカートリッジのインクがインクエンド近くまで減少して、弾性波発生手段３によって反射波が受信できなくなった場合には、インクニアエンドであると判定してインクカートリッジの交換を促すことができる。
【００５４】
図７は、本発明のインクカートリッジの他の実施例を示す。上下方向に間隔を設けて、複数の弾性波発生手段４1〜４４が、容器１の側壁上に設けられている。図７のインクカートリッジは、弾性波発生手段４1〜４4のそれぞれの位置にインクが存在するか否かにより、それぞれの弾性波発生手段４1〜４4の装着位置のレベルにおけるインクの有無が検出できる。例えば、インクの水位が、弾性波発生手段４４と４３との間のレベルであるとき、弾性波発生手段４４は、インクが無いと検出し、弾性波発生手段４１、４２及び４３は、インクが有ると検出するので、インクの水位が、弾性波発生手段４４と４３との間のレベルであることが分かる。したがって、複数の弾性波発生手段４１〜４４を設けることにより、インク残量を段階的に検出することができる。
【００５５】
図８及び図９は、それぞれ本発明のインクカートリッジの更に他の実施例を示す。図８に示した実施例においては、上下方向に斜めに形成された底面１ａに、弾性波発生手段６５が装着される。また、図９に示した実施例においては、垂直方向に長く延びる弾性波発生手段６６が、側壁１ｂの底面近傍に設けられている。
【００５６】
図８及び図９の実施例によれば、インクが消費され、弾性波発生手段６５及び６６の一部が液面から露出するようになると、弾性波発生手段６５及び６６が発生した弾性波の反射波の到来時間及び音響インピーダンスが、液面の変化Δｈ１、Δｈ２に対応して連続的に変化する。したがって、弾性波の反射波の到来時間又は音響インピーダンスの変化の度合いを検出することにより、インク残量のインクニアエンド状態からインクエンドまでの過程を正確に検出することができる。
【００５７】
なお、上述の実施例においては、液体容器にインクを直接収容する形式のインクカートリッジに例を採って説明した。インクカートリッジの他の実施形態として、容器１内に多孔質弾性体を装填し、多孔質弾性体に液体インクを含浸させる形式のインクカートリッジに、上述の弾性波発生手段を装着してもよい。また、上述の実施例においてはたわみ振動型の圧電振動子を使用することによりカートリッジの大型化を抑えているが、縦振動型の圧電振動子を使用することも可能である。更に、上述の実施例においては、同一の弾性波発生手段により弾性波を送波し受波する。他の実施形態として、送波用と受波用とで異なった弾性波発生手段を用いて、インク残量を検出してもよい。
【００５８】
図１０は、本発明のインクカートリッジの更に他の実施例を示す。上下方向に斜めに形成された底面１ａに、上下方向に間隔を設けて、複数の弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃが、容器１に設けられている。この実施例によれば、複数の弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ、及び６５ｃのそれぞれの位置にインクが存在するか否かにより、それぞれの弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ、及び６５ｃの装着位置のレベルにおける、それぞれの弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃへの弾性波の反射波の到来時間が異なる。したがって、各弾性波発生手段６５を走査して、弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃにおける弾性波の反射波の到来時間を検出することにより、それぞれの弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃの装着位置のレベルにおけるインクの有無を検出することができる。したがって、インク残量を段階的に検出することができる。例えば、インク液面が弾性波発生手段６５ｂと弾性波発生手段６５ｃとの間のレベルであるとき、弾性波発生手段６５ｃはインク無しを検出し、一方弾性波発生手段６５ｂ及び６５ａはインク有りと検出する。これらの結果を総合評価することで、インク液面が弾性波発生手段６５ｂと弾性波発生手段６５ｃとの間に位置していることが分かる。
【００５９】
図１１は、本発明のインクカートリッジの更に他の実施形態を示す。図１１のインクカートリッジは、液面からの反射波の強度を上げるために、板材６７をフロート６８に取付けてインク液面を覆っている。板材６７は、音響インピーダンスが高く、かつ耐インク性を備えた材料、例えばセラミックの板材によって形成される。
【００６０】
図１２は、図１１に示したインクカートリッジの他の実施形態を示す。図１２のインクカートリッジは、図１１のインクカートリッジと同様に、液面からの反射波の強度を上げるために、板材６７をフロート６８に取付けてインク液面を覆っている。図１２（Ａ）は、上下方向に斜めに形成された底面１ａに、弾性波発生手段６５が固定される。インク残量が少なくなり、弾性波発生手段６５が液面から露出すると、弾性波発生手段６５が発生した弾性波の反射波の弾性波発生手段６５への到来時間が変化するので、弾性波発生手段６５の装着位置のレベルにおけるインクの有無が検出できる。弾性波発生手段６５が、上下方向に斜めに形成された底面１ａに装着されているので、弾性波発生手段６５がインク無しと検出した後でも、インクが容器１内に多少残されていることから、インクニアエンド時点のインク残量を検出することができる。
【００６１】
図１２（Ｂ）は、上下方向に斜めに形成された底面１ａに、上下方向に間隔を設けて、複数の弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃが、容器１に設けられている。図１２（Ｂ）の実施例によれば、複数の弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ、及び６５ｃのそれぞれの位置にインクが存在するか否かにより、それぞれの弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃの装着位置のレベルにおける反射波の弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃへの到来時間が異なる。したがって、各弾性波発生手段６５を走査して、各弾性波発生手段における反射波の到来時間を検出することにより、それぞれの弾性波発生手段６５ａ、６５ｂ及び６５ｃの装着位置のレベルにおけるインクの有無を検出することができる。例えば、インク液面が、弾性波発生手段６５ｂと弾性波発生手段６５ｃとの間のレベルであるとき、弾性波発生手段６５ｃはインク無しを検出し、一方弾性波発生手段６５ｂ及び６５ａはインク有りと検出する。これらの結果を総合評価することで、インク液面が弾性波発生手段６５ｂと弾性波発生手段６５ｃとの間に位置していることが分かる。
【００６２】
図１３は、本発明のインクカートリッジの更に他の実施形態を示す。図１３（Ａ）に示したインクカートリッジは、容器１の内部に設けられた貫通孔１ｃに少なくとも一部が対向するようにインク吸収体７４が、配置されている。弾性波発生手段７０は、貫通孔１ｃに対向するように容器１の底面１ａに固定される。図１３（Ｂ）に示したインクカートリッジは、貫通孔１ｃに連通して形成された溝１ｈに対向させてインク吸収体７５が、配置されている。
【００６３】
図１３に示した実施形態によれば、容器１内のインクが消費されてインク吸収体７４及び７５がインクから露出すると、インク吸収体７４及び７５のインクが自重により流れ出して記録ヘッド３１にインクを供給する。インクが消費され尽くすと、インク吸収体７４及び７５は、貫通孔１ｃに残存しているインクを吸い上げるので、貫通孔１ｃの凹部からインクが完全に排出される。そのため、インクエンド時において弾性波発生手段７０が発生した弾性波の反射波の状態が変化するので、インクエンドを更に確実に検出することができる。
【００６４】
図１４は、貫通孔１ｃの更に他の実施形態の平面を示す。図１４（Ａ）から（Ｃ）にそれぞれ示したように、貫通孔１ｃの平面形状は、弾性波発生手段が取り付け可能な形状であれば、円形、矩形、及び三角形などの任意の形状でよい。
【００６５】
図１５は、本発明のインクジェット記録装置の他の実施形態の断面を示す。図１５（Ａ）は、インクジェット記録装置のみの断面を示す。図１５（Ｂ）は、インクジェット記録装置にインクカートリッジ２７２が装着されたときの断面を示す。インクジェット記録用紙の幅方向に往復動可能なキャリッジ２５０は、下面に記録ヘッド２５２を有する。キャリッジ２５０は、記録ヘッド２５２の上面にサブタンクユニット２５６を有する。サブタンクユニット２５６は、図６に示したサブタンクユニット３３と同様の構成を有する。サブタンクユニット２５６は、インクカートリッジ２７２の搭載面側にインク供給針２５４を有する。キャリッジ２５０は、インクカートリッジ２７２を搭載する領域に、インクカートリッジ２７２の底部に対向するように凸部２５８を有する。凸部２５８は、圧電振動子などの弾性波発生手段２６０を有する。
【００６６】
図１６は、図１５に示した記録装置に適したインクカートリッジの実施形態を示す。図１６（Ａ）は、単色、例えばブラックインク用のインクカートリッジの実施形態を示す。本実施形態のインクカートリッジ２７２は、インクを収容する容器２７４と、記録装置のインク供給針２５４に接合するインク供給口２７６とを有する。容器２７４は、底面２７４ａに、凸部２５８と係合する凹部２７８を有する。凹部２７８は、超音波伝達材、例えばゲル化材２８０を収容する。
【００６７】
インク供給口２７６は、パッキン２８２、弁体２８６、及びバネ２８４を有する。パッキン２８２は、インク供給針２５４と液密に係合する。弁体２８６は、バネ２８４によりパッキン２８２に常時弾接される。インク供給針２５４が、インク供給口２７６に挿入されると、弁体２８６がインク供給針２５４に押されてインク流路を開放する。容器２７４の上部には、インクカートリッジ２７２のインク等に関する情報を格納した半導体記憶手段２８８が装着されている。
【００６８】
図１６（Ｂ）は、複数種のインクを収容するインクカートリッジの実施形態を示す。容器２９０は、壁により複数の領域、すなわち、３つのインク室２９２、２９４、２９６に分割される。それぞれのインク室２９２、２９４、及び２９６は、インク供給口２９８、３００及び３０２を有する。容器２９０の底面２９０ａの各インク室２９２、２９４、２９６に対向する領域には、弾性波発生手段２６０が発生した弾性波を伝達するためのゲル化材３０４、３０６、３０８が、筒状の凹部３１０、３１２、３１４に収容されている。
【００６９】
図１５（Ｂ）に示すように、インクカートリッジ２７２のインク供給口２７６をサブタンクユニット２５６のインク供給針２５４に挿通すると、弁体２８６がバネ２８４に抗して後退してインク流路が形成されるので、インクカートリッジ２７２内のインクがインク室２６２に流れ込む。インク室２６２にインクが充填された段階で、記録ヘッド２５２のノズル開口に負圧を作用させて記録ヘッド２５２にインクを充填した後、記録動作を実行する。記録動作により記録ヘッド２５２でインクが消費されると、膜弁２６６の下流側の圧力が低下するので、膜弁２６６が弁体２７０から離れて開弁する。膜弁２６６の開弁によりインク室２６２のインクが記録ヘッド２５２に流れこむ。記録ヘッド２５２へのインクの流入に随伴してインクカートリッジ２７２のインクが、サブタンクユニット２５６に流れ込む。
【００７０】
記録装置の動作期間中には、あらかじめ設定された検出のタイミング、例えば一定周期で弾性波発生手段２６０に駆動信号が供給される。弾性波発生手段２６０により発生された弾性波は、凸部２５８から放射され、インクカートリッジ２７２の底面２７４ａのゲル化材２８０を伝搬してインクカートリッジ２７２内のインクに伝達される。図１５ではキャリッジ２５０に弾性波発生手段２６０を設けたが、弾性波発生手段２６０をサブタンクユニット２５６内に設けてもよい。
【００７１】
弾性波発生手段２６０が発生した弾性波はインク液中を伝搬するので、インク液の密度やインクの液面レベルによって、液面で反射された反射波が弾性波派生手段２６０へ到来する時間が変化する。したがって、インクの組成が一定である場合には液表面で生じる反射波の到来時間がインク量にだけ左右される。したがって、弾性波発生手段２６０の励起後のインク液表面からの反射波が弾性波発生手段２６０に到達するまでの時間を検出することにより、インクカートリッジ２７２内のインク量を検出することができる。また、弾性波発生手段２６０が発生する弾性波は、インクに含まれている粒子を振動させるので、顔料等の沈殿を防止する。
【００７２】
印刷動作やメンテナンス動作によりインクカートリッジ２７２内のインクがインクエンド近くまで減少して、弾性波発生手段２６０による弾性波発生後のインク液表面からの反射波が受信できなくなった場合には、インクニアエンドであると判定してインクカートリッジ２７２の交換を促すことができる。なお、インクカートリッジ２７２が規定通りにキャリッジ２５０に装着されていない場合には、弾性波発生手段２６０による弾性波の伝搬形態が極端に変化する。これを利用し、弾性波の極端な変化を検知した場合には警報を発して、ユーザにインクカートリッジ２７２の点検を促すこともできる。
【００７３】
弾性波発生手段２６０が発生した弾性波の反射波の弾性波発生手段２６０への到来時間は、容器２７４に収容されているインクの密度により影響を受ける。インクの種類により、インクの密度がそれぞれ異なる場合があるので、インクカートリッ２７２内に収容されているインクの種類に関するデータを半導体記憶手段２８８に格納し、それに応じた検出シーケンスを実行することによってインク残量をより正確に検出することができる。
【００７４】
図１７は、本発明のインクカートリッジ２７２の他の実施形態を示す。図１７に示したインクカートリッジ２７２は、底面２７４ａが上下方向に斜めに形成されている。図１７のインクカートリッジ２７２は、インク残量が少なくなり、弾性波発生手段２６０の弾性波の照射領域の一部がインク液面から露出すると、弾性波発生手段２６０が発生した弾性波の反射波の弾性波発生手段２６０への到来時間が、インク液面の変化Δｈ１に対応して連続的に変化する。Δｈ１は、ゲル化材２８０の両端における底面２７４ａの高さの差を示す。したがって、反射波の弾性波発生手段２６０への到来時間を検出することにより、インクニアエンド状態からインクエンドまでの過程を正確に検出することができる。
【００７５】
図１８は、本発明のインクカートリッジ２７２及びインクジェット記録装置の更に他の実施形態を示す。図１８のインクジェット記録装置は、インクカートリッジ２７２のインク供給口２７６側の側面２７４ｂに凸部２５８’を有する。凸部２５８’は、弾性波発生手段２６０’を含む。凸部２５８’に係合するようにゲル化材２８０’が、インクカートリッジ２７２の側面２７４ｂに設けられている。図１８のインクカートリッジ２７２によれば、インク残量が少なくなり、弾性波発生手段２６０’の弾性波の照射領域の一部が液面から露出すると、弾性波発生手段２６０’が発生した弾性波の反射波の弾性波発生手段２６０’への到来時間及び音響インピーダンスが、液面の変化Δｈ２に対応して連続的に変化する。Δｈ２は、ゲル化材２８０’の上端と下端との高さの差を表す。したがって、反射波の弾性波発生手段２６０’への到来時間又は音響インピーダンスの変化の度合いを検出することにより、インクニアエンド状態からインクエンドまでの過程を正確に検出することができる。
【００７６】
なお、上述の実施例においては、容器２７４にインクを直接収容する形式のインクカートリッジに例を採って説明した。他の実施形態として、容器２７４に多孔質弾性体を装填し、多孔質弾性体にインクを含浸させる形式のインクカートリッジに弾性波発生手段２６０を適用してもよい。更に、上述の実施例においては、液面での反射波に基づいてインク残量を検出する場合に、同一の弾性波発生手段２６０及び２６０’により弾性波を送波及び受波した。本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば他の実施形態として弾性波の送波及び受波にそれぞれ異なった弾性波発生手段２６０を用いてもよい。
【００７７】
図１９は、図１６に示したインクカートリッジ２７２の他の実施形態を示す。インクカートリッジ２７２は、板材３１６をフロート３１８に取付けて、インク液面を覆うことで、インク液面からの反射波の強度を上げる。板材３１６は、音響インピーダンスが高く、かつ耐インク性を備えた材料、たとえばセラミック等で形成されることが好ましい。
【００７８】
図２０および図２１は、圧電装置の一実施形態であるアクチュエータ１０６の詳細および等価回路を示す。ここでいうアクチュエータは、少なくとも音響インピーダンスの変化を検知して液体容器内の液体の消費状態を検出する方法に用いられる。特に、残留振動により共振周波数の検出することで、少なくとも音響インピーダンスの変化を検知して液体容器内の液体の消費状態を検出する方法に用いられる。図２０（Ａ）は、アクチュエータ１０６の拡大平面図である。図２０（Ｂ）は、アクチュエータ１０６のＢ−Ｂ断面を示す。図２０（Ｃ）は、アクチュエータ１０６のＣ-Ｃ断面を示す。さらに図２１（Ａ)および図２１（Ｂ)は、アクチュエータ１０６の等価回路を示す。また、図２１（Ｃ)および図２１（Ｄ)は、それぞれインクカートリッジ内にインクが満たされているときのアクチュエータ１０６を含む周辺およびその等価回路を示し、図２１（Ｅ)および図２１（Ｆ)は、それぞれインクカートリッジ内にインクが無いときのアクチュエータ１０６を含む周辺およびその等価回路を示す。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
図２０および図２１に示されるアクチュエータ１０６は、液体容器の所定の場所に、キャビティ１６２を液体容器内に収容される液体と接触するように装着される。液体容器に液体が十分に収容されている場合には、キャビティ１６２内およびその外側は液体によって満たされている。一方、液体容器の液体が消費され、アクチュエータの装着位置以下まで液面が降下すると、キャビティ１６２内には液体は存在しないか、あるいはキャビティ１６２内にのみ液体が残存されその外側には気体が存在する状態となる。アクチュエータ１０６は、この状態の変化に起因する、少なくとも音響インピーダンスの相違を検出する。それによって、アクチュエータ１０６は、液体容器に液体が十分に収容されている状態であるか、あるいはある一定以上の液体が消費された状態であるかを検知することができる。さらに、アクチュエータ１０６は、液体容器内の液体の種類も検出することが可能である。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
媒体のインピーダンス特性またはアドミッタンス特性を測定し周波数ｆｍを測定する方法と、アクチュエータの振動部における残留振動振動によって生ずる逆起電力を測定することによって共振周波数ｆｓを測定する方法と、によって特定される共振周波数に差がほとんど無いことが実験によって証明されている。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
アクチュエータの液体容器への取り付け位置や取り付け角度によっては、液体容器内の液体の液面がアクチュエータの装着位置よりも下方にあるにもかかわらず、アクチュエータの振動領域に液体が付着してしまう場合がある。振動領域における液体の有無だけでアクチュエータが液体の有無を検出している場合には、アクチュエータの振動領域に付着した液体が液体の有無の正確な検出を妨げる。たとえば、液面がアクチュエータの装着位置よりも下方にある状態のとき、キャリッジの往復移動などにより液体容器が揺動して液体が波うち、振動領域に液滴が付着してしまうと、アクチュエータは液体容器内に液体が充分にあるとの誤った判断をしてしまう。そこで、逆にそこに液体を残存した場合であっても液体の有無を正確に検出するように設計されたキャビティを積極的に設けることで、液体容器が揺動して液面が波立ったとしても、アクチュエータの誤動作を防止することができる。このように、キャビティを有するアクチュエータを用いることで、誤動作を防ぐことができる。
【００９８】
また、図２１（Ｅ)に示すように、液体容器内に液体が無く、アクチュエータ１０６のキャビティ１６２に液体容器内の液体が残っている場合を、液体の有無の閾値とする。すなわち、キャビティ１６２の周辺に液体が無く、この閾値よりキャビティ内の液体が少ない場合は、インク無しと判断し、キャビティ１６２の周辺に液体が有り、この閾値より液体が多い場合は、インク有りと判断する。例えば、アクチュエータ１０６を液体容器の側壁に装着した場合、液体容器内の液体がアクチュエータの装着位置よりも下にある場合をインク無しと判断し、液体容器内の液体がアクチュエータの装着位置より上にある場合をインク有りと判断する。このように閾値を設定することによって、キャビティ内のインクが乾燥してインクが無くなったときであってもインク無しと判断し、キャビティ内のインクが無くなったところにキャリッジの揺れなどで再度インクがキャビティに付着しても閾値を越えないので、インク無しと判断することができる。
【００９９】
ここで、図２０および図２１を参照しながら逆起電力の測定による媒体とアクチュエータ１０６の振動部との共振周波数から液体容器内の液体の状態を検出する動作および原理について説明する。アクチュエータ１０６において、上部電極端子１６８および下部電極端子１７０を介して、それぞれ上部電極１６４および下部電極１６６に電圧を印加する。圧電層１６０のうち、上部電極１６４および下部電極１６６に挟まれた部分には電界が生じる。その電界によって、圧電層１６０は変形する。圧電層１６０が変形することによって振動板１７６のうちの振動領域がたわみ振動する。圧電層１６０が変形した後しばらくは、たわみ振動がアクチュエータ１０６の振動部に残留する。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
図２０（Ｃ）は、本実施例において、キャビティにインクが残存していないときのアクチュエータ１０６の断面図である。図２１（Ａ)および図２１（Ｂ)は、キャビティにインクが残存していないときのアクチュエータ１０６の振動部およびキャビティ１６２の等価回路である。
【０１０３】
Ｍactは、振動部の厚さと振動部の密度との積を振動部の面積で除したものであり、さらに詳細には、図２１（Ａ)に示すように、
Ｍact＝Ｍpzt＋Ｍelectrode1＋Ｍelectrode2＋Ｍvib        （式２）
と表される。ここで、Ｍpztは、振動部における圧電層１６０の厚さと圧電層１６０の密度との積を圧電層１６０の面積で除したものである。Ｍelectrode1は、振動部における上部電極１６４の厚さと上部電極１６４の密度との積を上部電極１６４の面積で除したものである。Ｍelectrode2は、振動部における下部電極１６６の厚さと下部電極１６６の密度との積を下部電極１６６の面積で除したものである。Ｍvibは、振動部における振動板１７６の厚さと振動板１７６の密度との積を振動板１７６の振動領域の面積で除したものである。ただし、Ｍactを振動部全体としての厚さ、密度および面積から算出することができるように、本実施例では、圧電層１６０、上部電極１６４、下部電極１６６および振動板１７６の振動領域のそれぞれの面積は、上述のような大小関係を有するものの、相互の面積の差は微小であることが好ましい。また、本実施例において、圧電層１６０、上部電極１６４および下部電極１６６においては、それらの主要部である円形部分以外の部分は、主要部に対して無視できるほど微小であることが好ましい。従って、アクチュエータ１０６において、Ｍactは、上部電極１６４、下部電極１６６、圧電層１６０および振動板１７６のうちの振動領域のそれぞれのイナータンスの和である。また、コンプライアンスＣactは、上部電極１６４、下部電極１６６、圧電層１６０および振動板１７６のうちの振動領域によって形成される部分のコンプライアンスである。
【０１０４】
尚、図２１（Ａ)、図２１（Ｂ)、図２１（Ｄ)、図２１（Ｆ)は、アクチュエータ１０６の振動部およびキャビティ１６２の等価回路を示すが、これらの等価回路において、Ｃactはアクチュエータ１０６の振動部のコンプライアンスを示す。Ｃpzt、Ｃelectrode1、Ｃelectrode2およびＣvibはそれぞれ振動部における圧電層１６０、上部電極１６４、下部電極１６６および振動板１７６のコンプライアンスを示す。Ｃactは、以下の式３で表される。
【０１０５】
0003804401.tif 000002
式２および式３より、図２１（Ａ)は、図２１（Ｂ)のように表すこともできる。
【０１０６】
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。
【０１０７】
図２１（Ｃ)は、液体容器に液体が十分に収容され、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺に液体が満たされている場合のアクチュエータ１０６の断面図を示す。図２１（Ｃ)のＭ’maxは、液体容器に液体が十分に収容され、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺に液体が満たされている場合の付加イナータンスの最大値を表す。Ｍ’ maxは、
【０１０８】
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。）
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。）
【０１１１】
で表される。
【０１１２】
図２１（Ｄ)は、液体容器に液体が十分に収容され、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺に液体が満たされている図２１（Ｃ)の場合のアクチュエータ１０６の振動部およびキャビティ１６２の等価回路を示す。
【０１１３】
図２１（Ｅ)は、液体容器の液体が消費され、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺に液体が無いものの、アクチュエータ１０６のキャビティ１６２内には液体が残存している場合のアクチュエータ１０６の断面図を示す。式４は、例えば、液体容器に液体が満たされている場合に、インクの密度ρなどから決定される最大のイナータンスＭ’maxを表す式である。一方、液体容器内の液体が消費され、キャビティ１６２内に液体が残留しつつアクチュエータ１０６の振動領域の周辺にある液体が気体または真空になった場合には、
【０１１４】
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。
【０１１５】
ここで、図２１（Ｅ)のように、液体容器の液体が消費され、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺に液体が無いものの、アクチュエータ１０６のキャビティ１６２内には液体が残存している場合の付加イナータンスＭ’を便宜的にＭ’cavとし、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺に液体が満たされている場合の付加イナータンスＭ’maxと区別する。
【０１１６】
図２１（Ｆ)は、液体容器の液体が消費され、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺に液体が無いものの、アクチュエータ１０６のキャビティ１６２内には液体が残存している図２１（Ｅ)の場合のアクチュエータ１０６の振動部およびキャビティ１６２の等価回路を示す。
【０１１７】
ここで、媒体の状態に関係するパラメータは、式６において、媒体の密度ρおよび媒体の厚さｔである。液体容器内に液体が充分に収容されている場合は、アクチュエータ１０６の振動部に液体が接触し、液体容器内に液体が充分に収容されていない場合は、キャビティ内部に液体が残存するか、もしくはアクチュエータ１０６の振動部に気体または真空が接触する。アクチュエータ１０６の周辺の液体が消費され、図２１（Ｃ)のＭ’maxから図２１（Ｅ)のＭ’cavへ移行する過程における付加イナータンスをＭ’ varとすると、液体容器内の液体の収容状態によって、媒体の厚さｔが変化するため、付加イナータンスＭ’varが変化し、共振周波数ｆｓも変化することになる。従って、共振周波数ｆｓを特定することによって、液体容器内の液体の有無を検出することができる。ここで、図２１(Ｅ)に示すようにｔ＝ｄとした場合、式６を用いてＭ’cavを表すと、式６のｔにキャビティの深さｄを代入し、
【０１１８】
Ｍ’cav＝ρ*ｄ/Ｓ        （式７）
となる。
【０１１９】
また、媒体が互いに種類の異なる液体であっても、組成の違いによって密度ρが異なるため、付加イナータンスＭ´が変化し、共振周波数ｆｓも変化する。従って、共振周波数ｆｓを特定することで、液体の種類を検出できる。
尚、アクチュエータ１０６の振動部にインクまたは空気のいずれか一方のみが接触し、混在していない場合には、式４によって計算しても、Ｍ’の相違を検出できる。
【０１２０】
図２２（Ａ）は、インクタンク内のインクの量とインクおよび振動部の共振周波数ｆｓとの関係を示すグラフである。ここでは液体の１例としてインクについて説明する。縦軸は、共振周波数ｆｓを示し、横軸は、インク量を示す。インク組成が一定であるとき、インク残量の低下に伴い、共振周波数ｆｓは、上昇する。
【０１２１】
インク容器にインクが十分に収容され、アクチュエータ１０６の振動領域の周辺にインクが満たされている場合には、その最大付加イナータンスＭ’maxは式４に表わされる値となる。一方で、インクが消費され、キャビティ１６２内に液体が残留しつつアクチュエータ１０６の振動領域の周辺にインクが満たされていないときには、付加イナータンスＭ’varは、媒体の厚さｔに基づいて式６によって算出される。式６中のｔは振動にかかわる媒体の厚さであるから、アクチュエータ１０６のキャビティ１６２のｄ(図２０（Ｂ）参照)を小さく、即ち、基板１７８を十分に薄くすることによって、インクが徐々に消費されていく過程を検出することもできる（図２１（Ｃ)参照）。ここで、ｔinkは振動にかかわるインクの厚さとし、ｔink−maxはＭ’maxにおけるｔinkとする。例えば、インクカートリッジの底面にアクチュエータ１０６をインクの液面に対してほぼ水平に配備する。インクが消費され、インクの液面がアクチュエータ１０６からｔink-maxの高さ以下に達すると、式６によりＭ’varが徐々に変化し、式１により共振周波数ｆｓが徐々に変化する。従って、インクの液面がｔの範囲内にある限り、アクチュエータ１０６はインクの消費状態を徐々に検出することができる。
【０１２２】
また、アクチュエータ１０６の振動領域を大きくまたは長くし、かつ縦に配置することによってインクの消費による液面の位置にしたがって、式６中のＳが変化する。従って、アクチュエータ１０６はインクが徐々に消費されていく過程を検出することもできる。例えば、インクカートリッジの側壁にアクチュエータ１０６をインクの液面に対してほぼ垂直に配備する。インクが消費され、インクの液面がアクチュエータ１０６の振動領域に達すると、水位の低下に伴い付加イナータンスＭ’が減少するので、式１により共振周波数ｆｓが徐々に増加する。従って、インクの液面が、キャビティ１６２の径２ａ（図２１（Ｃ)参照）の範囲内にある限り、アクチュエータ１０６はインクの消費状態を徐々に検出することができる。
【０１２３】
図２２(Ａ)の曲線Ｘは、アクチュエータ１０６のキャビティ１６２を十分に浅くした場合や、アクチュエータ１０６の振動領域を十分に大きくまたは長くした場合のインクタンク内に収容されたインクの量とインクおよび振動部の共振周波数ｆｓとの関係を表わしている。インクタンク内のインクの量が減少するとともに、インクおよび振動部の共振周波数ｆｓが徐々に変化していく様子が理解できる。
【０１２４】
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、
【０１２５】
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。
【０１２６】
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、
【０１２７】
0003804401.tif 000003
となる。
【０１２８】
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。
【０１２９】
一方、基板１７８が厚く、即ち、キャビティ１６２の深さｄが深く、ｄが媒体の厚さｔink-maxに比較的近い場合や、液体容器の高さに比して振動領域が非常に小さいアクチュエータを用いる場合には、実際上はインクが徐々に減少する過程を検出するというよりはインクの液面がアクチュエータの装着位置より上位置か下位置かを検出することになる。換言すると、アクチュエータの振動領域におけるインクの有無を検出することになる。例えば、図２２(Ａ)の曲線Ｙは、小さい円形の振動領域の場合におけるインクタンク内のインクの量とインクおよび振動部の共振周波数ｆｓとの関係を示す。インクタンク内のインクの液面がアクチュエータの装着位置を通過する前後におけるインク量Ｑの間で、インクおよび振動部の共振周波数ｆｓが激しく変化している様子が示される。このことから、インクタンク内にインクが所定量残存しているか否かを検出することができる。
【０１３０】
図２２（Ｂ）は、図２２（Ａ）の曲線Ｙにおけるインクの密度とインクおよび振動部の共振周波数ｆｓとの関係を示す。液体の例としてインクを挙げている。図２２（Ｂ）に示すように、インク密度が高くなると、付加イナータンスが大きくなるので共振周波数ｆｓが低下する。すなわち、インクの種類によって共振周波数ｆｓが異なる。したがって共振周波数ｆｓを測定することによって、インクを再充填する際に、密度の異なったインクが混入されていないか確認することができる。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
従って、Ｍ’cavが式４におけるＭ’maxよりも大きい場合には、見かけ上吸収する媒体は全てキャビティ１６２内に残存する液体である。よって、液体容器内に液体が満たされている状態と同じである。この場合にはＭ’が変化しないので、共振周波数ｆｓも変化しない。従って、アクチュエータ１０６は、液体容器内の液体の状態を検出できないことになる。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
ここで、Ｍ’cavは、キャビティ１６２の容量とほぼ等しい容量の液体の質量である。従って、Ｍ’max＞Ｍ’cavの不等式から、アクチュエータ１０６が液体の状態を正確に検出できる条件は、キャビティ１６２の容量の条件として表すことができる。例えば、円形状のキャビティ１６２の開口１６１の半径をaとし、およびキャビティ１６２の深さをｄとすると、
【０１３８】
Ｍ’max＞ρ＊ｄ/πa2          （式１０）
である。式１０を展開すると
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
また、本実施例によれば、アクチュエータ１０６が振動を発生してその後の残留振動によりアクチュエータ１０６に発生する逆起電力を測定している。しかし、アクチュエータ１０６の振動部が駆動電圧による自らの振動によって液体に振動を与えることは必ずしも必要ではない。即ち、振動部が自ら発振しなくても、それと接触しているある範囲の液体と共に振動することで、圧電層１６０がたわみ変形する。この残留振動が圧電層１６０に逆起電力電圧を発生させ、上部電極１６４および下部電極１６６にその逆起電力電圧を伝達する。この現象を利用することで媒体の状態を検出してもよい。例えば、インクジェット記録装置において、印字時における印字ヘッドの走査によるキャリッジの往復運動による振動によって発生するアクチュエータの振動部の周囲の振動を利用してインクタンクまたはその内部のインクの状態を検出してもよい。
【０１４３】
図２３(Ａ) および図２３（Ｂ）は、アクチュエータ１０６を振動させた後の、アクチュエータ１０６の残留振動の波形と残留振動の測定方法とを示す。インクカートリッジ内のアクチュエータ１０６の装着位置レベルにおけるインク水位の上下は、アクチュエータ１０６が発振した後の残留振動の周波数変化や、振幅の変化によって検出することができる。図２３(Ａ) および図２３（Ｂ）において、縦軸はアクチュエータ１０６の残留振動によって発生した逆起電力の電圧を示し、横軸は時間を示す。アクチュエータ１０６の残留振動によって、図２３(Ａ) および図２３（Ｂ）に示すように電圧のアナログ信号の波形が発生する。次に、アナログ信号を、信号の周波数に対応するデジタル数値に変換する。
【０１４４】
図２３(Ａ)および図２３（Ｂ）に示した例においては、アナログ信号の４パルス目から８パルス目までの４個のパルスが生じる時間を計測することによって、インクの有無を検出する。
【０１４５】
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。
【０１４６】
図２３（Ａ）はアクチュエータ１０６の装着位置レベルよりも上位にインク液面があるときの波形である。一方、図２３（Ｂ）はアクチュエータ１０６の装着位置レベルにおいてインクが無いときの波形である。図２３（Ａ）と図２３（Ｂ）とを比較すると、図２３（Ａ）の方が図２３（Ｂ）よりも４カウントから８カウントまでの時間が長いことがわかる。換言すると、インクの有無によって４カウントから８カウントまでの時間が異なる。この時間の相違を利用して、インクの消費状態を検出することができる。アナログ波形の４カウント目から数えるのは、アクチュエータ１０６の振動が安定してから計測をはじめるためである。４カウント目からとしたのは単なる一例であって、任意のカウントから数えてもよい。ここでは、４カウント目から８カウント目までの信号を検出し、所定のクロックパルスによって４カウント目から８カウント目までの時間を測定する。それによって、共振周波数を求める。クロックパルスは、インクカートリッジに取り付けられる半導体記憶装置等を制御するためのクロックと等しいクロックのパルスであることが好ましい。尚、８カウント目までの時間を測定する必要は無く、任意のカウントまで数えてもよい。図２３においては、４カウント目から８カウント目までの時間を測定しているが周波数を検出する回路構成にしたがって、異なったカウント間隔内の時間を検出してもよい。
【０１４７】
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。
【０１４８】
また、他の実施例として所定期間内における逆起電力の電圧波形の波数を数えてもよい（図示せず）。この方法によっても共振周波数を求めることができる。より詳細には、アクチュエータ１０６が発振した後、所定期間だけデジタル信号をＨｉｇｈとし、所定の基準電圧を低電圧側から高電圧側へ横切る回数をカウントする。そのカウント数を計測することによってインクの有無を検出できるのである。
【０１４９】
さらに、図２３(Ａ)および図２３(Ｂ)を比較して分かるように、インクがインクカートリッジ内に満たされている場合とインクがインクカートリッジ内に無い場合とでは、逆起電力波形の振幅が異なる。従って、共振周波数を求めることなく、逆起電力波形の振幅を測定することによっても、インクカートリッジ内のインクの消費状態を検出してもよい。より詳細には、例えば、図２３(Ａ)の逆起電力波形の頂点と図２３(Ｂ) の逆起電力波形の頂点との間に基準電圧を設定する。アクチュエータ１０６が発振した後、所定時間にデジタル信号をＨｉｇｈとし、逆起電力波形が基準電圧を横切った場合には、インクが無いと判断する。逆起電力波形が基準電圧を横切らない場合には、インクが有ると判断する。
【０１５０】
図２４は、アクチュエータ１０６の製造方法を示す。複数のアクチュエータ１０６（図２４の例では４個）が一体に形成されている。図２４に示した複数のアクチュエータの一体成形物を、それぞれのアクチュエータ１０６において切断することにより、図２５に示すアクチュエータ１０６を製造する。図２４に示す一体成形された複数のアクチュエータ１０６のそれぞれの圧電素子が円形である場合、一体成形物をそれぞれのアクチュエータ１０６において切断することにより、図２０に示すアクチュエータ１０６を製造することができる。複数のアクチュエータ１０６を一体に形成することにより、複数のアクチュエータ１０６を同時に効率良く製造することができ、運搬時の取り扱いが容易となる。
【０１５１】
アクチュエータ１０６は、薄板又は振動板１７６、基板１７８、弾性波発生手段又は圧電素子１７４、端子形成部材又は上部電極端子１６８、及び端子形成部材又は下部電極端子１７０を有する。圧電素子１７４は、圧電振動板又は圧電層１６０、上電極又は上部電極１６４、及び下電極又は下部電極１６６を含む。基板１７８の上面に振動板１７６が、形成され、振動板１７６の上面に下部電極１６６が形成されている。下部電極１６６の上面には、圧電層１６０が形成され、圧電層１６０の上面に、上部電極１６４が、形成されている。したがって、圧電層１６０の主要部は、上部電極１６４の主要部及び下部電極１６６の主要部によって、上下から挟まれるように形成されている。
【０１５２】
振動板１７６上に複数（図２４の例では４個）の圧電素子１７４が形成されている。振動板１７６の表面に下部電極１６６が形成され、下部電極１６６の表面に圧電層１６０が形成され、圧電層１６０の上面に上部電極１６４が形成される。上部電極１６４及び下部電極１６６の端部に上部電極端子１６８及び下部電極端子１７０が形成される。４個のアクチュエータ１０６は、それぞれ別々に切断されて個別に使用される。
【０１５３】
図２５は、圧電素子が矩形のアクチュエータ１０６の一部分の断面を示す。
【０１５４】
図２６は、図２５に示したアクチュエータ１０６の全体の断面を示す。基板１７８の圧電素子１７４と対向する面には、貫通孔１７８ａが形成されている。貫通孔１７８ａは振動板１７６によって封止されている。振動板１７６はアルミナや酸化ジルコニア等の電気絶縁性を備え、かつ弾性変形可能な材料によって形成されている。貫通孔１７８ａと対向するように、圧電素子１７４が振動板１７６上に形成されている。下部電極１６６は貫通孔１７８ａの領域から一方向、図２６では左方に延びるように振動板１７６の表面に形成されている。上部電極１６４は貫通孔１７８ａの領域から下部電極とは反対の方向に、図２６では右方に延びるように圧電層１６０の表面に形成されている。上部電極端子１６８及び下部電極端子１７０は、それぞれ補助電極１７２及び下部電極１６６の上面に形成されている。下部電極端子１７０は下部電極１６６と電気的に接触し、上部電極端子１６８は補助電極１７２を介して上部電極１６４と電気的に接触して、圧電素子とアクチュエータ１０６の外部との間の信号の受け渡しをする。上部電極端子１６８及び下部電極端子１７０は、電極と圧電層とを合わせた圧電素子の高さ以上の高さを有する。
【０１５５】
図２７は、図２４に示したアクチュエータ１０６の製造方法を示す。まず、グリーンシート９４０にプレスあるいはレーザー加工等を用いて貫通孔９４０ａを穿孔する。グリーンシート９４０は焼成後に基板１７８となる。グリーンシート９４０はセラミック等の材料で形成される。次に、グリーンシート９４０の表面にグリーンシート９４１を積層する。グリーンシート９４１は、焼成後に振動板１７６となる。グリーンシート９４１は、酸化ジルコニア等の材料で形成される。次に、グリーンシート９４１の表面に導電層９４２、圧電層１６０、導電層９４４を圧膜印刷等の方法で順次形成する。導電層９４２は、後に下部電極１６６となり、導電層９４４は、後に上部電極１６４となる。次に、形成されたグリーンシート９４０、グリーンシート９４１、導電層９４２、圧電層１６０、及び導電層９４４を乾燥して焼成する。スペーサ部材９４７、９４８は、上部電極端子１６８と下部電極端子１７０の高さを底上げして圧電素子より高くする。スペーサ部材９４７、９４８は、グリーンシート９４０、９４１と同材料を印刷、あるいはグリーンシートを積層して形成する。このスペーサ部材９４７，９４８により貴金属である上部電極端子１６８及び下部電極端子１７０の材料が少なくて済む上に、上部電極端子１６８及び下部電極端子１７０の厚みを薄くできるので、上部電極端子１６８及び下部電極端子１７０を精度良く印刷でき、さらに安定した高さとすることができる。
【０１５６】
導電層９４２の形成時に導電層９４４との接続部９４４’及びスペーサ部材９４７及び９４８を同時に形成すると、上部電極端子１６８及び下部電極端子１７０を容易に形成したり、強固に固定することができる。最後に、導電層９４２及び導電層９４４の端部領域に、上部電極端子１６８及び下部電極端子１７０を形成する。上部電極端子１６８及び下部電極端子１７０を形成する際、上部電極端子１６８及び下部電極端子１７０が、圧電層１６０に電気的に接続されるように形成する。
【０１５７】
図２８は、本発明が適用されるインクカートリッジのさらに他の実施形態を示す。図２８（Ａ）は、本実施形態によるインクカートリッジの底部の断面図である。本実施形態のインクカートリッジは、インクを収容する容器１の底面１ａに貫通孔１ｃを有する。貫通孔１ｃの底部はアクチュエータ６５０によって塞がれ、インク溜部を形成する。
【０１５８】
図２８（Ｂ）は、図２８（Ａ）に示したアクチュエータ６５０及び貫通孔１ｃの詳細な断面を示す。図２８（Ｃ）は、図２８（Ｂ）に示したアクチュエータ６５０及び貫通孔１ｃの平面を示す。アクチュエータ６５０は振動板７２および振動板７２に固定された圧電素子７３とを有する。振動板７２及び基板７１を介して圧電素子７３が貫通孔１ｃに対向するように、アクチュエータ６５０は、容器１の底面に固定される。振動板７２は、弾性変形可能で耐インク性を備える。
【０１５９】
容器１のインク量に依存して、圧電素子７３及び振動板７２の残留振動によって発生する逆起電力の振幅及び周波数が変化する。アクチュエータ６５０に対向する位置に貫通孔１ｃが形成されていて、最小限の一定量のインクが貫通孔１ｃに確保される。したがって、貫通孔１ｃに確保されるインク量により決まるアクチュエータ６５０の振動の特性を予め測定しておくことにより、容器１のインクエンドを確実に検出することができる。
【０１６０】
図２９は貫通孔１ｃの他の実施形態を示す。図２９（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）のそれぞれにおいて、左側の図は、貫通孔１ｃにインクＫが無い状態を示し、右側の図は、貫通孔１ｃにインクＫが残った状態を示す。図２８の実施形態においては、貫通孔１ｃの側面は垂直な壁として形成されている。図２９（Ａ）においては、貫通孔１ｃは、側面１ｄが上下方向に斜めであり外側に拡大して開いている。図２９（Ｂ）においては、段差部１ｅ及び１ｆが、貫通孔１ｃの側面に形成されている。上方にある段差部１ｆが、下方にある段差部１ｅより広くなっている。図２９（Ｃ）においては、貫通孔１ｃは、インクＫを排出しやすい方向、すなわちインク供給口２の方向へ延びる溝１ｇを有する。
【０１６１】
図２９(Ａ)〜（Ｃ）に示した貫通孔１ｃの形状によれば、インク溜部のインクＫの量を少なくできる。従って、図２０および図２１で説明したＭ’ｃａｖをＭ’ｍａｘと比較して小さくすることができるので、インクエンド時におけるアクチュエータ６５０の振動特性を、容器１に印刷可能な量のインクＫが残存している場合と大きく異ならせることができるので、インクエンドをより確実に検出することができる。
【０１６２】
図３０はアクチュエータの他の実施形態を示す斜視図である。アクチュエータ６６０は、アクチュエータ６６０を構成する基板または取付プレート７８の貫通孔１ｃよりも外側にパッキン７６を有する。アクチュエータ６６０の外周にはカシメ孔７７が形成されている。アクチュエータ６６０は、カシメ孔７７を介してカシメにより容器１に固定される。
【０１６３】
図３１（Ａ）、（Ｂ）は、アクチュエータの更に他の実施形態を示す斜視図である。本実施形態においては、アクチュエータ６７０は、凹部形成基板８０および圧電素子８２を備える。凹部形成基板８０の一方の面には凹部８１がエッチング等の手法により形成され、他方の面には圧電素子８２が取り付けられる。凹部形成基板８０のうち、凹部８１の底部が振動領域として作用する。従って、アクチュエータ６７０の振動領域は凹部８１の周縁によって規定される。また、アクチュエータ６７０は、図２０の実施例によるアクチュエータ１０６のうち、基板１７８および振動板１７６が一体として形成された構造と類似する。従って、インクカートリッジを製造する際に製造工程を短縮することができ、コストを低減させる。アクチュエータ６７０は、容器１に設けられた貫通孔１ｃに埋め込み可能なサイズである。それによって、凹部８１がキャビティとしても作用することができる。尚、図２０の実施例によるアクチュエータ１０６を、図３１の実施例によるアクチュエータ６７０と同様に貫通孔１ｃに埋め込み可能なように形成してもよい。
【０１６４】
図３２は、アクチュエータ１０６を取り付けモジュール体１００として一体形成した構成を示す斜視図である。モジュール体１００はインクカートリッジの容器１の所定個所に装着される。モジュール体１００は、インク液中の少なくとも音響インピーダンスの変化を検出することにより、容器1内の液体の消費状態を検知するように構成されている。本実施形態のモジュール体１００は、容器１にアクチュエータ１０６を取り付けるための液体容器取付部１０１を有する。液体容器取付部１０１は、平面がほぼ矩形の基台１０２上に駆動信号により発振するアクチュエータ１０６を収容した円柱部１１６を載せた構造になっている。モジュール体１００が、インクカートリッジに装着されたときに、モジュール体１００のアクチュエータ１０６が外部から接触できないように構成されているので、アクチュエータ１０６を外部の接触から保護することができる。なお、円柱部１１６の先端側エッジは丸みが付けられていて、インクカートリッジに形成された孔へ装着する際に嵌めやすくなっている。
【０１６５】
図３３は、図３２に示したモジュール体１００の構成を示す分解図である。モジュール体１００は、樹脂からなる液体容器取付部１０１と、プレート１１０および凹部１１３を有する圧電装置装着部１０５とを含む。さらに、モジュール体１００は、リードワイヤ１０４ａ及び１０４ｂ、アクチュエータ１０６、およびフィルム１０８を有する。好ましくは、プレート１１０は、ステンレス又はステンレス合金等の錆びにくい材料から形成される。液体容器取付部１０１に含まれる円柱部１１６および基台１０２は、リードワイヤ１０４ａ及び１０４ｂを収容できるよう中心部に開口部１１４が形成され、アクチュエータ１０６、フィルム１０８、及びプレート１１０を収容できるように凹部１１３が形成される。アクチュエータ１０６はプレート１１０にフィルム１０８を介して接合され、プレート１１０およびアクチュエータ１０６は液体容器取付部１０１に固定される。従って、リードワイヤ１０４ａ及び１０４ｂ、アクチュエータ１０６、フィルム１０８およびプレート１１０は、液体容器取付部１０１に一体として取り付けられる。リードワイヤ１０４ａ及び１０４ｂは、それぞれアクチュエータ１０６の上部電極及び下部電極と結合して圧電層に駆動信号を伝達し、一方、アクチュエータ１０６が検出した共振周波数の信号を記録装置等へ伝達する。アクチュエータ１０６は、リードワイヤ１０４ａ及び１０４ｂから伝達された駆動信号に基づいて一時的に発振する。アクチュエータ１０６は発振後に残留振動し、その振動によって逆起電力を発生させる。このとき、逆起電力波形の振動周期を検出することによって、液体容器内の液体の消費状態に対応した共振周波数を検出することができる。フィルム１０８は、アクチュエータ１０６とプレート１１０とを接着してアクチュエータを液密にする。フィルム１０８は、ポリオレフィン等によって形成し、熱融着で接着することが好ましい。
【０１６６】
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。
【０１６７】
基台１０２の開口部１１４の面積は、アクチュエータ１０６の振動領域の面積よりも大きく形成されている。プレート１１０の中心でアクチュエータ１０６の振動部に直面する位置には、貫通孔１１２が形成されている。図２０および図２１に示したようにアクチュエータ１０６にはキャビティ１６２が形成され、貫通孔１１２とキャビティ１６２は、共にインク溜部を形成する。プレート１１０の厚さは、残留インクの影響を少なくするために貫通孔１１２の径に比べて小さいことが好ましい。例えば貫通孔１１２の深さはその径の３分の１以下の大きさであることが好ましい。貫通孔１１２は、モジュール体１００の中心軸に対して対称なほぼ真円の形状である。また貫通孔１１２の面積は、アクチュエータ１０６のキャビティ１６２の開口面積よりも大きい。貫通孔１１２の断面の周縁はテ-パ形状であっても良いしステップ形状でもよい。モジュール体１００は、貫通孔１１２が容器１の内側へ向くように容器１の側部、上部、又は底部に装着される。インクが消費されアクチュエータ１０６周辺のインクがなくなると、アクチュエータ１０６の共振周波数が大きく変化するので、インクの水位変化を検出することができる。
【０１６８】
図３４は、モジュール体の他の実施形態を示す斜視図である。本実施形態のモジュール体４００は、液体容器取付部４０１に圧電装置装着部４０５が形成されている。液体容器取付部４０１は、平面がほぼ角丸の正方形上の基台４０２上に円柱状の円柱部４０３が形成されている。更に、圧電装置装着部４０５は、円柱部４０３上に立てられた板状要素４０６および凹部４１３を含む。板状要素４０６の側面に設けられた凹部４１３には、アクチュエータ１０６が配置される。なお、板状要素４０６の先端は所定角度に面取りされていて、インクカートリッジに形成された孔へ装着する際に嵌めやすくなっている。
【０１６９】
図３５は、図３４に示したモジュール体４００の構成を示す分解斜視図である。図３２に示したモジュール体１００と同様に、モジュール体４００は、液体容器取付部４０１および圧電装置装着部４０５を含む。液体容器取付部４０１は基台４０２および円柱部４０３を有し、圧電装置装着部４０５は板状要素４０６および凹部４１３を有する。アクチュエータ１０６は、プレート４１０に接合されて凹部４１３に固定される。モジュール体４００は、リードワイヤ４０４ａ及び４０４ｂ、アクチュエータ１０６、及びフィルム４０８をさらに有する。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
図３６は、モジュール体の更に他の実施形態を示す。図３２に示したモジュール体１００と同様に、図３６のモジュール体５００は、基台５０２および円柱部５０３を有する液体容器取付部５０１を含む。また、モジュール体５００は、リードワイヤ５０４ａ及び５０４ｂ、アクチュエータ１０６、フィルム５０８、及びプレート５１０をさらに有する。液体容器取付部５０１に含まれる基台５０２は、リードワイヤ５０４ａ及び５０４ｂを収容できるよう中心部に開口部５１４が形成され、アクチュエータ１０６、フィルム５０８、及びプレート５１０を収容できるように凹部５１３が形成される。アクチュエータ１０６はプレート５１０を介して圧電装置装着部５０５に固定される。従って、リードワイヤ５０４ａ及び５０４ｂ、アクチュエータ１０６、フィルム５０８およびプレート５１０は、液体容器取付部５０１に一体として取り付けられる。本実施形態のモジュール体５００は、平面がほぼ角丸の正方形上の基台上に上面が上下方向に斜めな円柱部５０３が形成されている。円柱部５０３の上面の上下方向に斜めに設けられた凹部５１３上にアクチュエータ１０６が配置されている。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
図３７は、図３２に示したモジュール体１００を容器１に装着したときのインク容器の底部近傍の断面図である。モジュール体１００は、容器１の側壁を貫通するように装着されている。容器１の側壁とモジュール体１００との接合面には、Ｏリング３６５が設けられ、モジュール体１００と容器１との液密を保っている。Ｏリングでシールが出来るようにモジュール体１００は図３２で説明したような円柱部を備えることが好ましい。モジュール体１００の先端が容器１の内部に挿入されることで、プレート１１０の貫通孔１１２を介して容器１内のインクがアクチュエータ１０６と接触する。アクチュエータ１０６の振動部の周囲が液体か気体かによってアクチュエータ１０６の残留振動の共振周波数が異なるので、モジュール体１００を用いてインクの消費状態を検出することができる。また、モジュール体１００に限らず、図３４に示したモジュール体４００、図３６に示したモジュール体５００、又は図３８に示したモジュール体７００Ａ及び７００Ｂ、及びモールド構造体６００を容器１に装着してインクの有無を検出してもよい。
【０１７６】
図３８（Ａ）はモジュール体７００Ｂを容器１に装着したときのインク容器の断面図を示す。本実施例では取付構造体の１つとしてモジュール体７００Ｂを使用する。モジュール体７００Ｂは、液体容器取付部３６０が容器１の内部に突出するようにして容器１に装着されている。取付プレート３５０には貫通孔３７０が形成され、貫通孔３７０とアクチュエータ１０６の振動部が面している。更に、モジュール体７００Ｂの底壁には孔３８２が形成され、圧電装置装着部３６３が形成される。アクチュエータ１０６が孔３８２の一方を塞ぐようにして配備される。したがって、インクは、圧電装置装着部３６３の孔３８２及び取付プレート３５０の貫通孔３７０を介して振動板１７６と接触する。圧電装置装着部３６３の孔３８２及び取付プレート３５０の貫通孔３７０は、共にインク溜部を形成する。圧電装置装着部３６３とアクチュエータ１０６とは、取付プレート３５０及びフィルム部材によって固定されている。液体容器取付部３６０と容器１との接続部にはシーリング構造３７２が設けられている。シーリング構造３７２は合成樹脂等の可塑性の材料により形成されてもよいし、Ｏリングにより形成されてもよい。図３８（Ａ）のモジュール体７００Ｂと容器１とは別体であるが、図３８（Ｂ）ようにモジュール体７００Ｂの圧電装置装着部を容器１の一部で構成してもよい。
【０１７７】
図３８（Ａ）のモジュール体７００Ｂは、図３２から図３６に示したリードワイヤのモジュール体への埋め込みが不要となる。そのため成形工程が簡素化される。更に、モジュール体７００Ｂの交換が可能となりリサイクルが可能となる。
【０１７８】
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。
【０１７９】
また、図３８（Ａ）の実施例では、振動板１７６と取付プレート３５０の一部のみが、容器１内のインクと接触するように容器１に装着される。図３８（Ａ）の実施例では、図３２から図３６に示したリードワイヤ１０４ａ、１０４ｂ、４０４ａ、４０４ｂ、５０４ａ、及び５０４ｂの電極のモジュール体への埋め込みが不要となる。そのため成形工程が簡素化される。更に、アクチュエータ１０６の交換が可能となりリサイクルが可能となる。
【０１８０】
図３８（Ｂ）は、アクチュエータ１０６を容器１に装着したときの実施例としてインク容器の断面図を示す。図３８（Ｂ）の実施例によるインクカートリッジでは、保護部材３６１はアクチュエータ１０６とは別体として容器１に取り付けられている。従って、保護部材３６１とアクチュエータ１０６とはモジュールとして一体となっていないが、一方で、保護部材３６１はアクチュエータ１０６にユーザーの手が触れないように保護することができる。アクチュエータ１０６の前面に設けられる孔３８０は、容器１の側壁に配設されている。アクチュエータ１０６は、圧電層１６０、上部電極１６４、下部電極１６６、振動板１７６及び取付プレート３５０を含む。取付プレート３５０の上面に振動板１７６が形成され、振動板１７６の上面に下部電極１６６が形成されている。下部電極１６６の上面には圧電層１６０が形成され、圧電層１６０の上面に上部電極１６４が形成されている。したがって、圧電層１６０の主要部は、上部電極１６４の主要部及び下部電極１６６の主要部によって上下から挟まれるように形成されている。圧電層１６０、上部電極１６４、及び下部電極１６６のそれぞれの主要部である円形部分は、圧電素子を形成する。圧電素子は振動板１７６上に形成される。圧電素子及び振動板１７６の振動領域はアクチュエータが実際に振動する振動部である。取付プレート３５０には貫通孔３７０が設けられている。更に、容器１の側壁には孔３８０が形成されている。したがって、インクは、容器１の孔３８０及び取付プレート３５０の貫通孔３７０を介して振動板１７６と接触する。容器１の孔３８０及び取付プレート３５０の貫通孔３７０は、共にインク溜部を形成する。また、図３８（Ｂ）の実施例では、アクチュエータ１０６は保護部材３６１により保護されているのでアクチュエータ１０６を外部との接触から保護できる。
【０１８１】
尚、図３８（Ａ）および（Ｂ）の実施例における取付プレート３５０に代えて、図２０の基板１７８を使用してもよい。
【０１８２】
図３８（Ｃ）はアクチュエータ１０６を含むモールド構造体６００を備える実施形態を示す。本実施例では、取付構造体の１つとしてモールド構造体６００を使用する。モールド構造体６００はアクチュエータ１０６とモールド部３６４とを有する。アクチュエータ１０６とモールド部３６４とは一体に成形されている。モールド部３６４はシリコン樹脂等の可塑性の材料によって成形される。モールド部３６４は内部にリードワイヤ３６２を有する。モールド部３６４はアクチュエータ１０６から延びる２本の足を有するように形成されている。モールド部３６４はモールド部３６４と容器１とを液密に固定するために、モールド部３６４の２本の足の端が半球状に形成される。モールド部３６４はアクチュエータ１０６が容器１の内部に突出するよう容器１に装着され、アクチュエータ１０６の振動部は容器１内のインクと接触する。モールド部３６４によって、アクチュエータ１０６の上部電極１６４、圧電層１６０、及び下部電極１６６はインクから保護されている。
【０１８３】
図３８（Ｃ）のモールド構造体６００は、モールド部３６４と容器１との間にシーリング構造３７２が必要ないので、インクが容器１から漏れにくい。また、容器１の外部からモールド構造体６００が突出しない形態であるので、アクチュエータ１０６を外部との接触から保護することができる。インクカートリッジが揺れる際に、インクが容器１の上面あるいは側面に付き、容器１の上面あるいは側面から垂れてきたインクが、アクチュエータ１０６に接触することで、アクチュエータ１０６が、誤作動する可能性がある。モールド構造体６００は、モールド部３６４が、容器１の内部に突出しているので、容器１の上面や側面から垂れてきたインクにより、アクチュエータ１０６が誤作動しない。
【０１８４】
図３９は、図２０に示したアクチュエータ１０６を用いたインクカートリッジ及びインクジェット記録装置の実施形態を示す。複数のインクカートリッジ１８０は、それぞれのインクカートリッジ１８０に対応した複数のインク導入部１８２及びホルダー１８４を有するインクジェット記録装置に装着される。複数のインクカートリッジ１８０は、それぞれ異なった種類、例えば色のインクを収容する。複数のインクカートリッジ１８０のそれぞれの底面には、少なくとも音響インピーダンスを検出する手段であるアクチュエータ１０６が装着されている。アクチュエータ１０６をインクカートリッジ１８０に装着することによって、インクカートリッジ１８０内のインク残量を検出することができる。
【０１８５】
図４０は、インクジェット記録装置のヘッド部周辺の詳細を示す。インクジェット記録装置は、インク導入部１８２、ホルダー１８４、ヘッドプレート１８６、及びノズルプレート１８８を有する。インクを噴射するノズル１９０がノズルプレート１８８に複数形成されている。インク導入部１８２は空気供給口１８１とインク導入口１８３とを有する。空気供給口１８１はインクカートリッジ１８０に空気を供給する。インク導入口１８３はインクカートリッジ１８０からインクを導入する。インクカートリッジ１８０は空気導入口１８５とインク供給口１８７とを有する。空気導入口１８５はインク導入部１８２の空気供給口１８１から空気を導入する。インク供給口１８７はインク導入部１８２のインク導入口１８３にインクを供給する。インクカートリッジ１８０がインク導入部１８２から空気を導入することによって、インクカートリッジ１８０からインク導入部１８２へのインクの供給を促す。ホルダー１８４は、インクカートリッジ１８０からインク導入部１８２を介して供給されたインクをヘッドプレート１８６に連通する。
【０１８６】
図４１は、図４０に示したインクカートリッジ１８０の他の実施形態を示す。図４１（Ａ）のインクカートリッジ１８０Ａは、上下方向に斜めに形成された底面１９４ａにアクチュエータ１０６が装着されている。インクカートリッジ１８０のインク容器１９４の内部には、インク容器１９４の内部底面から所定の高さの、アクチュエータ１０６と直面する位置に防波壁１９２が設けられている。アクチュエータ１０６が、インク容器１９４の上下方向に対し斜めに装着されているので、インクの掃けが良好になる。
【０１８７】
アクチュエータ１０６と防波壁１９２との間には、インクで満たされた間隙が形成される。また、防波壁１９２とアクチュエータ１０６との間隔は、毛細管力によりインクが保持されない程度に空けられている。インク容器１９４が横揺れしたときに、横揺れによってインク容器１９４内部にインクの波が発生し、その衝撃によって、気体や気泡がアクチュエータ１０６によって検出されてアクチュエータ１０６が誤作動する可能性がある。防波壁１９２を設けることによって、アクチュエータ１０６付近のインクの波を防ぎ、アクチュエータ１０６の誤作動を防ぐことができる。
【０１８８】
図４１（Ｂ）のインクカートリッジ１８０Ｂのアクチュエータ１０６は、インク容器１９４の供給口の側壁上に装着されている。インク供給口１８７の近傍であれば、アクチュエータ１０６は、インク容器１９４の側壁又は底面に装着されてもよい。また、アクチュエータ１０６はインク容器１９４の幅方向の中心に装着されることが好ましい。インクは、インク供給口１８７を通過して外部に供給されるので、アクチュエータ１０６をインク供給口１８７の近傍に設けることにより、インクニアエンド時点までインクとアクチュエータ１０６とが確実に接触する。したがって、アクチュエータ１０６はインクニアエンドの時点を確実に検出することができる。
【０１８９】
更に、アクチュエータ１０６をインク供給口１８７の近傍に設けることで、インク容器をキャリッジ上のカートリッジホルダに装着する際に、インク容器上のアクチュエータ１０６とキャリッジ上の接点との位置決めが確実となる。その理由は、インク容器とキャリッジとの連結において最も重要なのは、インク供給口と供給針との確実な結合である。少しでもずれがあると供給針の先端を痛めてしまったりあるいはＯリングなどのシーリング構造にダメージを与えてしまいインクが漏れ出してしまうからである。このような問題点を防ぐために、通常インクジェットプリンタはインク容器をキャリッジにマウントする時に正確な位置合わせができるような特別な構造を有している。よって供給口近傍にアクチュエータを配置させることにより、アクチュエータの位置合わせも同時に確実なものとなるのである。さらに、アクチュエータ１０６をインク容器１９４の幅方向の中心に装着することで、より確実に位置合わせすることができる。インク容器が、ホルダへの装着時に幅方向中心線を中心として軸揺動した場合に、もっともその揺れが少ないからである。
【０１９０】
図４２はインクカートリッジ１８０の更に他の実施形態を示す。図４２（Ａ）はインクカートリッジ１８０Ｃの断面図、図４２（Ｂ）は図４２（Ａ）に示したインクカートリッジ１８０Ｃの側壁１９４ｂを拡大した断面図、及び図４２（Ｃ）はその正面からの透視図である。インクカートリッジ１８０Ｃは、半導体記憶手段７とアクチュエータ１０６とが同一の回路基板６１０上に形成されている。図４２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、半導体記憶手段７は回路基板６１０の上方に形成され、アクチュエータ１０６は同一の回路基板６１０において半導体記憶手段７の下方に形成されている。アクチュエータ１０６の周囲を囲むように異型Ｏリング６１４が、側壁１９４ｂに装着される。側壁１９４ｂには、回路基板６１０をインク容器１９４に接合するためのカシメ部６１６が複数形成されている。カシメ部６１６によって回路基板６１０をインク容器１９４に接合し、異型Ｏリング６１４を回路基板６１０に押しつけることで、アクチュエータ１０６の振動領域がインクと接触することをできるようにしつつ、インクカートリッジの外部と内部とを液密に保つ。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
図４３は、インクカートリッジ１８０の更に他の実施形態を示す。図４３（Ａ）に示すインクカートリッジ１８０Ｄは、インク容器１９４の側壁１９４ｂに複数のアクチュエータ１０６を装着する。図２４に示した、一体成形された複数のアクチュエータ１０６を、これら複数のアクチュエータ１０６として用いることが好ましい。複数のアクチュエータ１０６は、上下方向に間隔をおいて側壁１９４ｂに配置されている。複数のアクチュエータ１０６を上下方向に間隔をおいて側壁１９４ｂに配置することによって、インク残量を段階的に検出することができる。
【０１９４】
図４３（Ｂ）に示すインクカートリッジ１８０Ｅは、インク容器１９４の側壁１９４ｂに上下方向に長いアクチュエータ６０６を装着する。上下方向に長いアクチュエータ６０６によって、インク容器１９４内のインク残量の変化を連続的に検出することができる。アクチュエータ６０６の長さは、側壁１９４ｂに高さの半分以上の長さを有することが望ましく、図４３（Ｂ）においては、アクチュエータ６０６は側壁１９４ｂのほぼ上端からほぼ下端までの長さを有する。
【０１９５】
図４３（Ｃ）に示すインクカートリッジ１８０Ｆは、図４３（Ａ）に示したインクカートリッジ１８０Ｄと同様に、インク容器１９４の側壁１９４ｂに複数のアクチュエータ１０６を装着し、複数のアクチュエータ１０６の直面に所定の間隔をおいて上下方向に長い防波壁１９２を備える。図２４に示した、一体成形された複数のアクチュエータ１０６を、これら複数のアクチュエータ１０６として用いることが好ましい。アクチュエータ１０６と防波壁１９２との間には、インクで満たされた間隙が形成される。また、防波壁１９２とアクチュエータ１０６との間隔は、毛細管力によりインクが保持されない程度に空けられている。インク容器１９４が横揺れしたときに横揺れによってインク容器１９４内部にインクの波が発生し、その衝撃によって気体や気泡がアクチュエータ１０６によって検出されてしまい、アクチュエータ１０６が誤作動する可能性がある。本発明のように防波壁１９２を設けることによって、アクチュエータ１０６付近のインクの波立ちを防ぎ、アクチュエータ１０６の誤作動を防ぐことができる。また、防波壁１９２はインクが揺動することで発生した気泡がアクチュエータ１０６に侵入するのを防ぐ。
【０１９６】
図４４は、インクカートリッジ１８０の更に他の実施形態を示す。図４４（Ａ）のインクカートリッジ１８０Ｇは、インク容器１９４の上面１９４ｃから下方に延びる複数の隔壁２１２を有する。それぞれの隔壁２１２の下端とインク容器１９４の底面とは所定の間隔が空けられているので、インク容器１９４の底部は連通している。インクカートリッジ１８０Ｇは複数の隔壁２１２のそれぞれによって区画された複数の収容室２１３を有する。複数の収容室２１３の底部は互いに連通する。複数の収容室２１３のそれぞれにおいて、インク容器１９４の上面１９４ｃにはアクチュエータ１０６が装着されている。図２４に示した、一体成形されたアクチュエータ１０６を、これら複数のアクチュエータ１０６として用いることが好ましい。アクチュエータ１０６は、インク容器１９４の収容室２１３の上面１９４ｃのほぼ中央に配置される。収容室２１３の容量はインク供給口１８７側が最も大きく、インク供給口１８７からインク容器１９４の奥へ遠ざかるにつれて、収容室２１３の容量が徐々に小さくなっている。したがって、アクチュエータ１０６が配置される間隔はインク供給口１８７側が広く、インク供給口１８７からインク容器１９４の奥へと遠ざかるにつれ、狭くなっている。
【０１９７】
インクは、インク供給口１８７から排出され、空気が空気導入口１８５から入るので、インク供給口１８７側の収容室２１３からインクカートリッジ１８０Ｇの奥の方の収容室２１３へとインクが消費される。例えば、インク供給口１８７に最も近い収容室２１３のインクが消費されて、インク供給口１８７に最も近い収容室２１３のインクの水位が下がっている間、他の収容室２１３にはインクが満たされている。インク供給口１８７に最も近い収容室２１３のインクが消費され尽くすと、空気が、インク供給口１８７から数えて２番目の収容室２１３に侵入し、２番目の収容室２１３内のインクが消費され始めて、２番目の収容室２１３のインクの水位が下がり始める。この時点で、インク供給室１８７から数えて３番目以降の収容室２１３には、インクが満たされている。このように、インク供給口１８７に近い収容室２１３から遠い収容室２１３へと順番にインクが消費される。
【０１９８】
このように、アクチュエータ１０６がそれぞれの収容室２１３ごとにインク容器１９４の上面１９４ｃに間隔をおいて配置されているので、アクチュエータ１０６はインク量の減少を段階的に検出することができる。更に、収容室２１３の容量が、インク供給口１８７から収容室２１３の奥へと徐々に小さくなっているので、アクチュエータ１０６が、インク量の減少を検出する時間間隔が徐々に小さくなり、インクエンドに近づくほど頻度を高く検出することができる。
【０１９９】
図４４（Ｂ）のインクカートリッジ１８０Ｈは、インク容器１９４の上面１９４ｃから下方に延びる一つの隔壁２１２を有する。隔壁２１２の下端とインク容器１９４の底面とは所定の間隔が空けられているので、インク容器１９４の底部は連通している。インクカートリッジ１８０Ｈは隔壁２１２によって区画された２室の収容室２１３ａ及び２１３ｂを有する。収容室２１３ａ及び２１３ｂの底部は互いに連通する。インク供給口１８７側の収容室２１３ａの容量はインク供給口１８７から見て奥の方の収容室２１３ｂの容量より大きい。収容室２１３ｂの容量は、収容室２１３ａの容量の半分より小さいことが好ましい。
【０２００】
収容室２１３ｂの上面１９４ｃにアクチュエータ１０６が装着される。更に、収容室２１３ｂには、インクカートリッジ１８０Ｈの製造時に入る気泡を捕らえる溝であるバッファ２１４が形成される。図４４（Ｂ）において、バッファ２１４は、インク容器１９４の側壁１９４ｂから上方に延びる溝として形成される。バッファ２１４はインク収容室２１３ｂ内に侵入した気泡を捕らえるので、気泡によってアクチュエータ１０６がインクエンドと検出する誤作動を防止することができる。また、アクチュエータ１０６を収容室２１３ｂの上面１９４ｃに設けることにより、インクニアエンドが検出されてから完全にインクエンド状態になるまでのインク量に対して、ドットカウンタによって把握した収容室２１３ａでのインクの消費状態に対応した補正をかけることで、最後までインクを消費することができる。更に、収容室２１３ｂの容量を隔壁２１２の長さや間隔を変えたりすることなどによって調節することにより、インクニアエンド検出後の消費可能インク量を変えることができる。
【０２０１】
図４４（Ｃ）は、図４４（Ｂ）のインクカートリッジ１８０Ｉの収容室２１３ｂに多孔質部材２１６が充填されている。多孔質部材２１６は、収容室２１３ｂ内の上面から下面までの全空間を埋めるように設置される。多孔質部材２１６は、アクチュエータ１０６と接触する。インク容器が倒れたときや、キャリッジ上での往復運動中に空気がインク収容室２１３ｂ内に侵入してしまい、これがアクチュエータ１０６の誤作動を引き起こす可能性がある。しかし、多孔質部材２１６が備えられていれば、空気を捕らえてアクチュエータ１０６に空気が入るのを防ぐことができる。また、多孔質部材２１６はインクを保持するのでインク容器が揺れることにより、インクがアクチュエータ１０６にかかってアクチュエータ１０６がインク無しをインク有りと誤検出するのを防ぐことができる。多孔質部材２１６は最も容量が小さい収容室２１３に設置することが好ましい。また、アクチュエータ１０６を収容質２１３ｂの上面１９４ｃに設けることにより、インクニアエンドが検出されてから完全にインクエンド状態になるまでのインク量に補正をかけ、最後までインクを消費することができる。更に、収容室２１３ｂの容量を隔壁２１２の長さや間隔を変えたりすることなどによって調節することにより、インクニアエンド検出後の消費可能インク量を変えることができる。
【０２０２】
図４４（Ｄ）は、図４４（Ｃ）のインクカートリッジ１８０Ｉの多孔質部材２１６が孔径の異なる２種類の多孔質部材２１６Ａ及び２１６Ｂによって構成されているインクカートリッジ１８０Ｊを示す。多孔質部材２１６Ａは、多孔質部材２１６Ｂの上方に配置されている。上側の多孔質部材２１６Ａの孔径は、下側の多孔質部材２１６Ｂの孔径より大きい。もしくは、多孔質部材２１６Ａは、多孔質部材２１６Ｂよりも液体親和性が低い部材で形成される。孔径の小さい多孔質部材２１６Ｂの方が孔径の大きい多孔質部材２１６Ａより毛細管力は大きいので、収容室２１３ｂ内のインクが下側の多孔室部材２１６Ｂに集まり、保持される。したがって、一度空気がアクチュエータ１０６まで到達してインク無しを検出すると、インクが再度アクチュエータに到達してインク有りと検出することが無い。更に、アクチュエータ１０６から遠い側の多孔質部材２１６Ｂにインクが吸収されることで、アクチュエータ１０６近傍のインクの捌けが良くなり、インク有無を検出するときの音響インピーダンス変化の変化量が大きくなる。また、アクチュエータ１０６を収容質２１３ｂの上面１９４ｃに設けることにより、インクニアエンドが検出されてから完全にインクエンド状態になるまでのインク量に補正をかけ、最後までインクを消費することができる。更に、収容室２１３ｂの容量を隔壁２１２の長さや間隔を変えたりすることなどによって調節することにより、インクニアエンド検出後の消費可能インク量を変えることができる。
【０２０３】
図４５は、図４４（Ｃ）に示したインクカートリッジ１８０Ｉの他の実施形態であるインクカートリッジ１８０Ｋを示す断面図である。図４５に示すインクカートリッジ１８０の多孔質部材２１６は、多孔質部材２１６の下部の水平方向の断面積が、インク容器１９４の底面の方向にむけて徐々に小さくなるように圧縮され、孔径が小さくなるよう設計されている。図４５（Ａ）のインクカートリッジ１８０Ｋは、多孔質部材２１６の下の方の孔径が小さくなるように圧縮するために側壁にリブが設けられている。多孔質部材２１６下部の孔径は圧縮されることにより、小さくなっているので、インクは多孔質部材２１６下部へと集められ、保持される。アクチュエータ１０６から遠い側の多孔質部材２１６下部にインクが吸収されることで、アクチュエータ１０６近傍のインクの捌けが良くなり、インク有無を検出するときの音響インピーダンス変化の変化量が大きくなる。したがって、インクが揺れることによってインクカートリッジ１８０Ｋ上面に装着されたアクチュエータ１０６にインクがかかっていしまい、アクチュエータ１０６が、インク無しをインク有りと誤検出することを防止することができる。
【０２０４】
一方、図４５（Ｂ）及び図４５（Ｃ）のインクカートリッジ１８０Ｌは、多孔質部材２１６の下部の水平方向の断面積が、インク容器１９４の幅方向において、インク容器１９４の底面にむけて徐々に小さくなるよう圧縮するために、収容室の水平方向の断面積がインク容器１９４の底面の方向にむけて徐々に小さくなっている。多孔質部材２１６下部の孔径は圧縮されることにより、小さくなっているので、インクは多孔質部材２１６の下部へと集められ、保持される。アクチュエータ１０６から遠い側の多孔質部材２１６Ｂの下部にインクが吸収されることで、アクチュエータ１０６近傍のインクの捌けが良くなり、インク有無を検出するときの音響インピーダンス変化の変化量が大きくなる。したがって、インクが揺れることによって、インクカートリッジ１８０Ｌの上面に装着されたアクチュエータ１０６にインクがかかっていしまい、アクチュエータ１０６が、インク無しをインク有りと誤検出することを防止することができる。
【０２０５】
図４６は、アクチュエータ１０６を用いたインクカートリッジの更に他の実施形態を示す。図４６（Ａ）のインクカートリッジ２２０Ａは、インクカートリッジ２２０Ａの上面から下方へと延びるように設けられた第１の隔壁２２２を有する。第１の隔壁２２２の下端とインクカートリッジ２２０Ａの底面との間には所定の間隔が空けられているので、インクは、インクカートリッジ２２０Ａの底面を通じてインク供給口２３０へ流入できる。第１の隔壁２２２よりインク供給口２３０側には、インクカートリッジ２２０Ａの底面より上方に延びるように第２の隔壁２２４が、形成されている。第２の隔壁２２４の上端とインクカートリッジ２２０Ａ上面との間には所定の間隔が空けられているので、インクは、インクカートリッジ２２０Ａの上面を通じてインク供給口２３０へ流入できる。
【０２０６】
第１の隔壁２２２によって、インク供給口２３０から見て、第１の隔壁２２２の奥の方に第１の収容室２２５ａが形成される。一方、第２の隔壁２２４によって、インク供給口２３０から見て第２の隔壁２２４の手前側に第２の収容室２２５ｂが形成される。第１の収容室２２５ａの容量は、第２の収容室２２５ｂの容量より大きい。第１の隔壁２２２及び第２の隔壁２２４の間に、毛管現象を起こせるだけの間隔が空けられることにより、毛管路２２７が形成される。したがって、第１の収容室２２５ａのインクは、毛管路２２７の毛細管力により、毛管路２２７に集められる。そのため、気体や気泡が第２の収容室２２５ｂへ混入するのを防止することができる。また、第２の収容室２２５ｂ内のインクの水位は、安定的に徐々に下降できる。インク供給口２３０から見て、第１の収容室２２５ａは、第２の収容室２２５ｂより奥に形成されているので、第１の収容室２２５ａのインクが消費された後、第２の収容室２２５ｂのインクが消費される。
【０２０７】
インクカートリッジ２２０Ａのインク供給口２３０側の側壁、すなわち第２の収容室２２５ｂのインク供給口２３０側の側壁には、アクチュエータ１０６が装着されている。アクチュエータ１０６は、第２の収容室２２５ｂ内のインクの消費状態を検知する。アクチュエータ１０６を、第２の収容室２２５ｂの側壁に装着することによって、インクエンドにより近い時点でのインク残量を安定的に検出することができる。更に、アクチュエータ１０６を第２の収容室２２５ｂの側壁に装着する高さを変えることにより、どの時点でのインク残量をインクエンドにするかを、自由に設定することができる。毛管路２２７によって第１の収容室２２５ａから第２の収容室２２５ｂへインクが供給されることにより、アクチュエータ１０６は、インクカートリッジ２２０Ａの横揺れによるインクの横揺れの影響を受けないので、アクチュエータ１０６は、インク残量を確実に測定できる。更に、毛管路２２７が、インクを保持するので、インクが第２の収容室２２５ｂから第１の収容室２２５ａへ逆流するのを防ぐ。
【０２０８】
インクカートリッジ２２０Ａの上面には、逆止弁２２８が設けられている。逆止弁２２８によって、インクカートリッジ２２０Ａが横揺れしたときに、インクがインクカートリッジ２２０Ａ外部に漏れるのを防ぐことができる。更に、逆止弁２２８をインクカートリッジ２２０Ａの上面に設置することで、インクのインクカートリッジ２２０Ａからの蒸発を防ぐことができる。インクカートリッジ２２０Ａ内のインクが消費されて、インクカートリッジ２２０Ａ内の負圧が逆止弁２２８の圧力を越えると、逆止弁２２８が開いて、インクカートリッジ２２０Ａに空気を吸入し、その後閉じてインクカートリッジ２２０Ａ内の圧力を一定に保持する。
【０２０９】
図４６（Ｃ）及び（Ｄ）は、逆止弁２２８の詳細の断面を示す。図４６（Ｃ）の逆止弁２２８は、ゴムにより形成された羽根２３２ａを有する弁２３２を有する。インクカートリッジ２２０の外部との通気孔２３３が、羽根２３２ａに対向してインクカートリッジ２２０に設けられる。羽根２３２ａによって、通気孔２３３が、開閉される。逆止弁２２８は、インクカートリッジ２２０内のインクが減少し、インクカートリッジ２２０内の負圧が逆止弁２２８の圧力を越えると、羽根２３２ａが、インクカートリッジ２２０の内側に開き、外部の空気をインクカートリッジ２２０内に取り入れる。図４６（Ｄ）の逆止弁２２８は、ゴムにより形成された弁２３２とバネ２３５とを有する。逆止弁２２８は、インクカートリッジ２２０内の負圧が逆止弁２２８の圧力を越えると、弁２３２が、バネ２３５を押圧して開き、外部の空気をインクカートリッジ２２０内に吸入し、その後閉じてインクカートリッジ２２０内の負圧を一定に保持する。
【０２１０】
図４６（Ｂ）のインクカートリッジ２２０Ｂは、図４６（Ａ）のインクカートリッジ２２０Ａにおいて逆止弁２２８を設ける代わりに第１の収容室２２５ａに多孔質部材２４２を配置している。多孔質部材２４２は、インクカートリッジ２２０Ｂ内のインクを保持すると共に、インクカートリッジ２２０Ｂが横揺れしたときに、インクがインクカートリッジ２２０Ｂの外部へ漏れるのを防ぐ。
【０２１１】
以上、キャリッジに装着される、キャリッジと別体のインクカートリッジにおいて、インクカートリッジ又はキャリッジにアクチュエータ１０６を装着する場合について述べたが、キャリッジと一体化され、キャリッジと共に、インクジェット記録装置に装着されるインクタンクにアクチュエータ１０６を装着してもよい。更に、キャリッジと別体の、チューブ等を介して、キャリッジにインクを供給するオフキャリッジ方式のインクタンクにアクチュエータ１０６を装着してもよい。またさらに、記録ヘッドとインク容器とが一体となって交換可能に構成されたインクカートリッジに、本発明のアクチュエータを装着してもよい。
【０２１２】
「複数の液体センサを用いたインク検出技術」
以上、液体センサ（弾性波発生手段およびアクチュエータ）を利用してインク消費を検出する各種のインクカートリッジを説明した。これらの中には、例えば図１０に示されるように、複数の液体センサをインクカートリッジに設ける構成が示された。本実施の形態では、これら複数の液体センサを利用してインク消費をさらに適切に検出する。
【０２１３】
図４７は、本実施の形態にかかるインクジェット記録装置の制御システムを示している。インクカートリッジ８００の容器壁には、三つの液体センサ８０２、８０４、８０６が設置されている。各液体センサは圧電素子を有し、上述のアクチュエータまたは弾性波発生手段に相当する。三つの液体センサ８０２〜８０６は、インク消費による液面変化方向（典型的には液面低下方向であり、そして、本実施の形態では液面低下方向を主として想定する）に沿って異なる位置に設置されている。これらの液体センサは、記録装置制御部８１０の計測処理部８１２により制御される。記録装置制御部８１０は、さらに、提示処理部８１４、印刷動作制御部８１６、インク補充処理部８１８、カートリッジ交換処理部８２０および印刷データ記憶処理部８２２を有する。これらの構成については後述する。
【０２１４】
計測処理部８１２の制御のもとで、各液体センサ８０２〜８０６に駆動電圧が印加されると、液体センサが振動する。上述した一つの手法では、インク消費に伴う音響インピーダンスの変化が利用される。液体センサを駆動した後の残留振動が検出される。別の手法では、液体センサは、振動により弾性波を発生した後、弾性波に対する反射波に応じた信号を出力する。反射波が返ってくるまでの時間が検出されてもよい。圧電素子を利用するその他の手法が適用されてもよい。
【０２１５】
液面がセンサより高いか否かによって音響インピーダンスが大きく変化するので、液体センサの検出信号が異なる。計測処理部８１２は、検出信号に基づいて、インクの液面が各センサを通過したか否かを判定できる。検出処理は、予め定められたタイミングで定期的に行われる。
【０２１６】
ここで、液面がセンサより低い状態を「インク空状態」とし、液面がセンサより高い状態を「インク有り状態」とする。液面がセンサを通過すると、「インク有り状態」から「インク空状態」へ検出結果が変化する。本実施の形態では、液面通過の検知とは、この検出結果の変化を示す。
【０２１７】
本実施形態の特徴として、計測処理部８１２は、センサの検出位置を、インク消費の進行に応じて、インク液面の低下方向に沿って切り換える。カートリッジの装着直後、すなわちインクフル状態では、液体センサ８０２のみが使用される。インクが消費され、液面がセンサ８０２を通過すると、液体センサ８０２はインク空状態を検出する。これに応えて、計測処理部８１２は、インク検出位置を中段に切り換える。すなわち、液体センサ８０４のみを用いてインク消費が検出される。同様にして、液体センサ８０４がインク空状態を検出すると、検出位置が最下段（液体センサ８０６）へと切り換えられる。
【０２１８】
本実施の形態によれば、検出位置を順次下方に切り換えていくので、全ての液体センサが常に動作しなくてもよく、液体センサの動作が少なくなる。これにより、計測処理部８１２でのデータ処理量も減らすことができる。
【０２１９】
さらに、本実施の形態では、インク液面の変化に応じて検出頻度が増大される。検出位置を下側にシフトするときに、検出頻度を増大することが好ましい。すなわち、検出処理の間隔が短く変更される。これにより、以下に説明するように、全体としての検出回数を少なくできる。
【０２２０】
例えば、インクの液面が液体センサ８０２よりも高いときは、インクが十分に大量にあるので、液面のセンサ通過を早く発見する必要性は低い。そこで、液体センサ８０２がインク空状態を検出するまでは、検出頻度が比較的小さく設定される。一方、インクの液面が液体センサ８０４を通過した後は、次にインク液面の通過を検出するのは液体センサ８０６である。液体センサ８０６は一番下に位置し、インクニアエンド（インクの完全消費に近い状態）を検出する。液体センサ８０６は、液面の通過を早く検出することが好ましい。そこで、液体センサ８０６の検出頻度は、液体センサ８０２よりも大きく設定される。このような制御により、インク消費を早めに検出することが望まれるときの検出頻度を大きくするとともに、その他の状態での検出頻度を低くできる。必要な情報の入手を確保した上で、全体としての検出処理回数を少なくできる。
【０２２１】
本実施形態の利点は、液体センサがひとつの場合と比べると顕著である。仮に、インクニアエンドを検出する液体センサ８０６のみが設けられているとする。この場合、液体センサ８０６は液面の到来をいち早く検出するために、常に高い頻度で検出処理を繰り返さなければならない。これに対し、本実施形態によれば、インクの消費が進んでいないときは、液体センサ８０２または液体センサ８０４を用いて比較的低い頻度でインク消費を検出すればよい。したがって、液体センサの動作する回数を大幅に低減することができる。
【０２２２】
以上に説明したように、本実施の形態によれば、比較的少ない検出動作で効率よく正確にインクの消費状態を捕捉できる。計測処理部８１２による処理の負担が軽くなる。これは記録装置制御部８１０の他の構成にとっても有利である。例えば、大型の記録装置において長時間高速で印刷を続ける場合を考えると、印刷処理の途中で計測処理を行う回数を少なくできる。
【０２２３】
なお、本実施形態においては、検出位置を切り換えるたびに常に検出頻度を変える必要はない。例えば、図４７の液体センサ８０２および液体センサ８０４は同じ頻度でインク消費を検出してもよい。あるいは、液体センサ８０４と液体センサ８０６の検出頻度が同じでもよい。
【０２２４】
また、本実施の形態においては、液体センサの数が三つであった。しかしながら、液体センサの数は二つ以上であればいくつでもよい。また、液体センサの間隔は一定でなくてもよい。たとえば、液面が低くなるほど液体センサの間隔を狭くすることが好適である。こうした変形は、以下の他の実施形態においても同様に適用可能である。
【０２２５】
「インク消費状態に基づくインクジェット記録装置の制御」
図４７に戻り、記録装置制御部８１０は、さらに、提示処理部８１４、印刷動作制御部８１６、インク補充処理部８１８、カートリッジ交換処理部８２０および印刷データ記憶処理部８２２を有している。これらの構成は、計測処理部８１２により検出されたインク消費状態に基づいてインクジェット記録装置を制御する。本実施の形態では、複数の検出位置でインピーダンス変化を検出することにより、液面位置が段階的に検出される。センサがひとつの場合には得られない複数の液面位置がもとめられる。この液面位置情報を利用するので、記録装置の制御も好適に行える。なお、記録装置制御部８１０は、インクジェット記録装置の内部に設けられてもよく、あるいは外部に設けられてもよい。制御部８１０の一部または全部の機能が、記録装置に接続されたコンピュータ等の外部装置に与えられてもよい。
【０２２６】
提示処理部８１４は、液面通過を検知した液体センサに対応する情報を提示する。情報の提示には、ディスプレイ８３０およびスピーカ８３２が用いられる。ディスプレイ８３０は、例えば記録装置の表示パネルである。また、ディスプレイ８３０は、記録装置に接続されたコンピュータの画面でもよい。好ましくは、液面通過を検出した液体センサに応じて表示形態が変更される。
【０２２７】
図４８は、表示形態を異ならせる処理の例を示している。最も高い位置にある液体センサ８０２が液面通過を検出した時は、青色の長い棒図形が表示される。液体センサ８０２の検出前から、同様の図形が表示されていてもよい。次に、中段の液体センサ８０４が液面通過を検出したときは、中くらいの長さの棒図形であって黄色い棒図形が表示される。さらに、一番下の液体センサ８０６が液面通過を検知したときは、赤色の短い棒図形が表示される。また、表示は直接ＬＥＤ等を用いる形態でもよい。こうした表示形態の変更、詳細には色および図形の変更により、インクの消費状態をわかりやすくユーザに伝えることができる。
【０２２８】
また、提示処理部８１４は、スピーカ８３２を用いて情報を提示する。液体センサが液面通過を検出すると、報知音がスピーカ８３２から出力される。スピーカ８３２は、記録装置のスピーカでもよく、記録装置に接続されたコンピュータ等の外部装置のスピーカでもよい。好ましくは、ここでも液体センサに応じて報知音を異ならせる。また報知音として音声信号を用いることも好適である。音声合成処理によりインク消費状態を示す合成音声が生成される。このときは、メッセージの中身がインク量に応じて、すなわち液面通過を検知した液体センサに応じて変更される。
【０２２９】
記録装置制御部８１０の他の構成（８１６、８１８・・・）は、インクカートリッジの最も低い位置に取り付けられた液体センサ（図４７、８０６）が液面通過を検知したのに応答して、所定の低インク量対応処理を行う。低インク量対応処理は、インクが残り少なくなったことを考慮して、不適切な印刷等の記録装置の動作を禁止または抑制する処理である。
【０２３０】
印刷動作制御部８１６は、印刷装置８３４を制御して、低インク対応処理として、印刷動作を停止する。これにより、インクが無くなった後の印刷動作が回避される。
【０２３１】
印刷動作制御部８１６は、低インク対応処理として、印刷メンテナンス動作（クリーニング動作）を禁止してもよい。本実施の形態では、印刷メンテナンスの対象に印刷ヘッドが含まれる。この印刷ヘッドのメンテナンスの際に、比較的多くのインクがヘッドから吸引される。この形態によれば、残り少ないインクがメンテナンスのためにヘッドから吸引されるのを回避でき、これにより、メンテナンスのためにインクが不足するという事態も回避できる。
【０２３２】
また、印刷動作制御部８１６は、低インク量対応処理の他の例として、ある印刷処理を終了してから次の印刷処理に移るのを禁止してもよい。これにより、ひとつの印刷処理、たとえば一連の文章の印刷途中で印刷が停止するのを回避できる。
【０２３３】
インク補充処理部８１８は、低インク量対応処理として、インク補充装置８３６を制御してインクカートリッジにインクを自動的に補充する。これにより、印刷を継続することができる。
【０２３４】
カートリッジ交換処理部８２０は、低インク量対応処理として、カートリッジ交換装置８３８を制御してインクカートリッジを自動的に交換する。この対応処理によっても印刷動作を継続することができる。
【０２３５】
印刷データ記憶処理部８２２は、低インク量対応処理として、印刷完了前の印刷データを印刷データ記憶部８４０に格納する。これにより、印刷前の印刷データが失われるのを回避できる。
【０２３６】
これらの構成８１４〜８２２の全てが記録装置制御部８１０に設けられていなくてもよい。少なくともひとつの低インク量対応処理が行われればよい。例えば、インク補充処理部８１８またはカートリッジ交換処理部８２０が設けられていれば、印刷動作制御部８１６は印刷動作の停止処理を行わなくてもよい。また、上記に例示した以外の低インク量対応処理を行う構成であって、インク不足による不適切な動作を回避する構成が設けられてもよい。
【０２３７】
また、上記の低インク量対応処理は、最も低い位置の液体センサが液面通過を検知してから「所定の余裕量」の印刷が行われた後に実行することが好適である。「所定の余裕量」は、液体センサの液面検知後に全インクを消費する印刷量より少ない適当な値に設定される。
【０２３８】
図４７を参照すると、液体センサ８０６が検出するのはインクニアエンド状態である。液体センサ８０６の検出後も、少量のインクが残っている。この形態によれば、インクをさらに消費してから、すなわちできるだけインクを使い切ってから低インク量対応処理を実行することができる。
【０２３９】
上記の「所定の余裕量」は、印刷枚数で定義されてもよい。たとえば、一番下の液体センサが液面通過を検出してから低インク量対応処理の実行までの印刷枚数が予め設定される。この形態によれば、あるページの印刷途中で低インク量対応処理を実行することが回避される。あるページの印刷途中で印刷を停止したり、印刷途中でカートリッジ交換処理を開始することが回避される。したがって、低インク量対応処理を適切なタイミングで行うことができる。
【０２４０】
「センサの走査による液面把握」
図４９は、本発明のもうひとつの実施の形態に係る記録装置制御システムを示している。インクカートリッジ９００は、縦長形状を有し、例えばいわゆるオフキャリッジ用の固定型インクカートリッジである。インクカートリッジ９００は、インク消費による液面低下方向に沿って七つの液体センサ９０２〜９１４を有している。液体センサ９０２〜９１４は、記録装置制御部８１０の計測処理部８１２により制御される。各液体センサの動作は、図４７の実施形態と実質的に同様である。計測処理部８１２は、各液体センサに駆動電圧を与えるとともに、各センサが出力する逆起電圧を得る。
【０２４１】
計測処理部８１２は、所定の計測間隔をおいて定期的にインクの液面位置を検出する。毎回の検出処理のたびに、液体センサ９０２〜９１４が使用される。例えば、最も上の液体センサ９０２から最も下の液体センサ９１４へ向けて順番に液体センサが動作する（液体センサのスキャン動作）。仮に液面が液体センサ９１０と液体センサ９１２の間にあったとする。この場合、液体センサ９０２〜９１０は、インク空状態を検出する。一方、液体センサ９１２および液体センサ９１４は、インク有り状態を検出する。したがって、液面位置を正確にもとめることができる。なお液体センサのスキャン方向は逆向きでもよい。
【０２４２】
計測処理部８１２は、すでに液面が通過した検出位置にある液体センサを使わないでもよい。例えば図４９の例では、液体センサ９０２〜９１０はすでに液面が通過した位置にあるので、検出処理に使われないでもよい。ここで、所定の回数にわたってインク空状態を検出した液体センサが、検出処理の対象から除外されてもよい。これにより、液面より上にあることが確実な液体センサを検出処理の対象から外すことができる。
【０２４３】
計測処理部８１２は、好ましくは、検出処理に使わない液体センサが増えたときに、検出頻度を増大する。検出処理に使わない液体センサが増えたということは、液面が低下したことを意味する。液面が低下してインクが少なくなったとき、検出頻度の増大により、インク消費を早めに検出できる。センサ数が減っているので、計測処理部の負担の増大も少ない。したがって、この形態によれば、検出処理の負担の増大を抑えつつ、インクが少なくなったときにインク消費をより早く検出できる。
【０２４４】
好適な一形態においては、インクの消費が進む途中で、液体センサのスキャン方向が切り換えられる。図５０は、スキャン方向の切り換え処理を示している。所定の検出方向切り換えレベル９２０（スキャン方向切り換えレベル）が予め設定されている。この例では、切り換えレベル９２０は液体センサ９０８の高さと一致している。液体センサ９０８はインクカートリッジのほぼ中央にある。液面が切り換えレベル９２０より上にあるときは、スキャン方向は下向きである。したがって、最初に液体センサ９０２が動作し、次に液体センサ９０４が動作し、順次下側のセンサが動作する。一方、インク消費が進み、液面が切り換えレベル９２０を下回ると、すなわち液体センサ９０８がインク空状態を検出すると、液体センサのスキャン方向が上向きへと切り換えられる。まず、液体センサ９１４が動作して次に液体センサ９１２が動作し、順次上側のセンサが動作する。
【０２４５】
ここで、液面が高いときは、上から下へ液面を探す方が、より早く液面を見つけられる。逆に液面が低いときは、下から上に液面を探すと、より早く液面を見つけられる。したがって本実施の形態によれば効率よく液面位置を把握できる。
【０２４６】
またこの形態では、液面位置を把握できたら、予定の全ての検出位置での検出を終了する前でも、液体検出を終了してしまってよい。たとえば図５０の左側では、液体センサ９０６がインク有り状態を検出したら、液面位置が分かったので、検出処理を終了してもよい。
【０２４７】
上記の説明から明らかなように、本実施の形態によれば、液面の位置を効率よく早く見つけることができ、さらには無駄な液体センサの動作を減らせる。
【０２４８】
なお、切り換えレベル９２０は、カートリッジの中央でなくてもよい。また、切り換えレベル９２０は、中央のセンサと同じ位置でなくてもよい。
【０２４９】
「印刷動作中のセンサ使用制限」
好ましくは、インクジェット記録装置が印刷動作中か否かによって、計測制御処理が変更される。印刷動作中は、検出に用いる液体センサの数が制限される。これは、検出結果に基づく記録装置制御が可能な範囲で制限された情報を入手すべく、通常よりも少ない数の液体センサを使用する処理である。
【０２５０】
好ましくは、印刷動作中は最も下の液体センサ（図４９、９１４）のみが使用される。この最も下の液体センサを用いて、インクが残り少なくなったか否かのみが判断される。印刷動作中でなければ、上述した処理にしたがって他の液体センサも使用される。
【０２５１】
この形態の利点を説明する。印刷動作中は、インク消費検出処理の負担をできるだけ軽くすることが望ましい。例えば、図４９の記録装置制御部８１０は、検出処理と印刷動作を制御する。検出処理は、印刷動作にも影響を与える可能性がある。検出処理が簡単な方が、印刷処理が速やかに進むと考えられる。本実施の形態によれば、有用な情報が得られる範囲で液体センサの動作を制限するので、印刷動作中の検出処理の負担を軽くできる。
【０２５２】
センサ動作の制限の形態については各種の変形が可能である。例えば、液体センサが適当に間引かれる。奇数番目あるいは偶数番目の液体センサのみが使われてもよい。また、一番上、真中および一番下の液体センサのみが使われてもよい。また、次に液面通過を検出すると予想される液体センサのみが使われてもよい。図４９の例では、印刷動作中は液体センサ９１２のみが使用される。
【０２５３】
「フェール対策」
さらに、本実施の形態では、プリンタフェール対策として以下の処理を行う。図５１は、本実施形態のフェール対策を示している。図中において白い丸印は、液体センサがインク空状態を検出したことを示す。黒い丸印は、液体センサがインク有り状態を検出したことを示す。図示のように、上側の三つの液体センサ９０２〜９０６は、インク空状態を検出している。４番目の液体センサ９０８はインク有り状態を検出する。しかしながら、５番目の液体センサ９１０はインク空状態を検出している。さらに下側の二つの液体センサ９１２、９１４はインク有り状態を検出している。
【０２５４】
このとき、液体センサ９０８または液体センサ９１０にフェールが発生したと考えられる。しかしながら、どちらの液体センサにフェールが発生したかは判別できない。そこで、本実施形態では、液面が液体センサ９１０と液体センサ９１２の間にあると判断する。これは、複数の液体センサにフェールの可能性があるときに、より上側の液体センサがフェールしたと判断することを意味している。このような判断により、液面が低く推定されるので、誤判断による弊害を最小限に抑えることができる。
【０２５５】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０２５６】
例えば本実施形態では本発明がインクカートリッジに適用された。これに対して、本発明は、インクカートリッジに限定されず、他のインクタンクまたはインク容器に適用されてもよく、またインク以外の液体を収容する容器に適用されてもよい。
【０２５７】
また上記の実施の形態では、液体センサが振動を発生するとともに、インク消費状態を示す検出信号を発生した。一つの手法では、振動の発生後、残留振動状態を示す信号が出力された。別の手法では、振動による弾性波の発生後、反射波に応じた信号が出力された。これに対して、液体センサは自分で振動を発生しないでもよい。すなわち、振動発生と検出信号出力の両方を行わないもよい。別のアクチュエータによって振動が発生される。あるいは、キャリッジの移動などに伴ってインクカートリッジに振動が発生したときに、インク消費状態を示す検出信号を液体センサが生成してもよい。積極的に振動を発生することなく、プリンタ動作によって自然に発生する振動を用いてインク消費が検出される。
【０２５８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかになるように、本発明によれば、液体容器内の液体消費状態が、圧電素子を利用して振動に基づき検出される。検出位置を切り換えることによって適切に液体消費状態を捕捉できる。さらに、液体消費状態に基づいてインクジェット記録装置を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】単色、例えばブラックインク用のインクカートリッジの一実施例を示す図である。
【図２】複数種類のインクを収容するインクカートリッジの一実施例を示す図である。
【図３】図１及び２に示したインクカートリッジに適したインクジェット記録装置の一実施例を示す図である。
【図４】サブタンクユニット３３の詳細な断面を示す図である。
【図５】弾性波発生手段３、１５、１６、及び１７の製造方法を示す図である。
【図６】図５に示した弾性波発生手段３の他の実施形態を示す図である。
【図７】本発明のインクカートリッジの他の実施例を示す図である。
【図８】本発明のインクカートリッジの更に他の実施例を示す図である。
【図９】本発明のインクカートリッジの更に他の実施例を示す図である。
【図１０】本発明のインクカートリッジの更に他の実施例を示す図である。
【図１１】本発明のインクカートリッジの更に他の実施形態を示す図である。
【図１２】図１１に示したインクカートリッジの他の実施形態を示す図である。
【図１３】本発明のインクカートリッジの更に他の実施形態を示す図である。
【図１４】貫通孔１ｃの更に他の実施形態の平面を示す図である。
【図１５】本発明のインクジェット記録装置の実施形態の断面を示す図である。
【図１６】図１５に示した記録装置に適したインクカートリッジの実施形態を示す図である。
【図１７】本発明のインクカートリッジ２７２の他の実施形態を示す図である。
【図１８】本発明のインクカートリッジ２７２及びインクジェット記録装置の更に他の実施形態を示す図である。
【図１９】図１６に示したインクカートリッジ２７２の他の実施形態を示す図である。
【図２０】アクチュエータ１０６の詳細を示す図である。
【図２１】アクチュエータ１０６の周辺およびその等価回路を示す図である。
【図２２】インクの密度とアクチュエータ１０６によって検出されるインクの共振周波数との関係を示す図である。
【図２３】アクチュエータ１０６の逆起電力波形を示す図である。
【図２４】アクチュエータ１０６の他の実施形態を示す図である。
【図２５】図２４に示したアクチュエータ１０６の一部分の断面を示す図である。
【図２６】図２６に示したアクチュエータ１０６の全体の断面を示す図である。
【図２７】図２４に示したアクチュエータ１０６の製造方法を示す図である。
【図２８】本発明のインクカートリッジの更に他の実施形態を示す図である。
【図２９】貫通孔１ｃの他の実施形態を示す図である。
【図３０】アクチュエータ６６０の他の実施形態を示す図である。
【図３１】アクチュエータ６７０の更に他の実施形態を示す図である。
【図３２】モジュール体１００を示す斜視図である。
【図３３】図３２に示したモジュール体１００の構成を示す分解図である。
【図３４】モジュール体１００の他の実施形態を示す図である。
【図３５】図３４に示したモジュール体１００の構成を示す分解図である。
【図３６】モジュール体１００の更に他の実施形態を示す図である。
【図３７】図３２に示したモジュール体１００をインク容器１に装着した断面の例を示す図である。
【図３８】モジュール体１００の更に他の実施形態を示す図である。
【図３９】図２０および図２１に示したアクチュエータ１０６を用いたインクカートリッジ及びインクジェット記録装置の実施形態を示す図である。
【図４０】インクジェット記録装置の詳細を示す図である。
【図４１】図４０に示したインクカートリッジ１８０の他の実施形態を示す図である。
【図４２】インクカートリッジ１８０の更に他の実施形態を示す図である。
【図４３】インクカートリッジ１８０の更に他の実施形態を示す図である。
【図４４】インクカートリッジ１８０の更に他の実施形態を示す図である。
【図４５】図４４（Ｃ）に示したインクカートリッジ１８０の他の実施形態を示す図である。
【図４６】モジュール体１００を用いたインクカートリッジの更に他の実施形態を示す図である。
【図４７】本実施の形態にかかるインクジェット記録装置の制御システムを示す図である。
【図４８】インク消費状態を表示するときに表示形態を異ならせる処理の例を示す図である。
【図４９】本実施の形態に係るもう１つのインクジェット記録装置の制御システムを示す図である。
【図５０】図４８のシステムにおいて、インク消費過程で液面位置の検出方向を切り換える処理を示す図である。
【図５１】図４８のシステムにおけるセンサフェール対策処理を示す図である。
【符号の説明】
８００  インクカートリッジ
８０２〜８０６  液体センサ
８１０  記録装置制御部
８１２  計測処理部
８１４  提示処理部
８１６  印刷動作制御部
８１８  インク補充処理部
８２０  カートリッジ交換処理部
８２２  印刷データ記憶処理部
９００  インクカートリッジ
９０２〜９１４  液体センサ
【図１】
0003804401.tif 000004
【図２】
0003804401.tif 000005
【図３】
0003804401.tif 000006
【図４】
0003804401.tif 000007
【図５】
0003804401.tif 000008
【図６】
0003804401.tif 000009
【図７】
0003804401.tif 000010
【図８】
0003804401.tif 000011
【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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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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