DE60130062T2

DE60130062T2 - Montageanordnung, Modul und Flüssigkeitsbehälter

Info

Publication number: DE60130062T2
Application number: DE60130062T
Authority: DE
Inventors: Kenji Suwa-shi Tsukada; Munehide Suwa-shi Kanaya
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2021-05-19
Also published as: KR20040031731A; EP1621350A3; KR20010106262A; SG95705A1; TW501984B; US7225670B2; ATE370838T1; MY131891A; EP1621350A2; CN1191171C; CN1327916A; HK1042674A1; HK1042674B; DE60130062D1; EP1155864B1; US7878609B2; US20020012015A1; KR100520257B1; CN1508015A; EP1155864A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Modul mit einer Anbringstruktur zum Anbringen einer piezoelektrischen Einrichtung zum Erfassen eines Flüssigkeitsverbrauchszustands in einem Flüssigkeitsbehälter durch Erfassen von Veränderungen der akustischen Impedanz und insbesondere durch Erfassen von Veränderungen einer Resonanzfrequenz, und auf einen Flüssigkeitsbehälter mit dem Modul und einem Behälterkörper.
Beschreibung des Standes der Technik
Eine Tintenpatrone, die in einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung zu montieren ist, wird als ein Beispiel eines Flüssigkeitsbehälter des Standes der Technik erläutert. Im allgemeinen besitzt die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung eine Druckerzeugungseinrichtung zum Druckbeaufschlagen einer Druckerzeugungskammer, einen Schlitten, der einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit Düsenöffnungen zum Ausstoßen von druckbeaufschlagter Tinte als Tintentropfen trägt, und einen Tintentank zum Enthalten von Tinte, die zum dem Aufzeichnungskopf über einen Strömungspfad zuzuführen ist, wobei der Tank derart aufgebaut ist, um ein kontinuierliches Drucken zu ermöglichen. Der Tintentank ist im allgemeinen als eine Patrone aufgebaut, die an der Aufzeichnungsvorrichtung in einem entnehmbaren Zustand derart angebracht wird, um einfach durch einen Benutzer ausgetauscht zu werden, wenn die Tinte aufgebraucht ist.
Herkömmlicherweise wird als ein Tintenverbrauchssteuerverfahren einer Tintenpatrone ein Verfahren zum Aufsummieren der Anzahl der durch den Aufzeichnungskopf ausgestoßenen Tintentropfen und der bei dem Wartungsschritt des Druckkopfes durch die Software angesaugten Tintenmenge und Steuern des Tintenverbrauchs anhand der Berechnung und ein Verfahren zum Anbringen zweier Elektroden zur direkten Flüssigkeitsniveauerfassung an der Tintenpatrone, Erfassen des Zeitpunkts, zu welchem die Tinte tatsächlich um eine vorbestimmte Menge verbraucht ist, wodurch der Tintenverbrauch gesteuert wird, bekannt.
Allerdings bringt das Verfahren zum Aufsummieren der Ausstoßmenge der Tintentropfen und der angesaugten Tintenmenge durch die Software und zum Steuern des Tintenverbrauchs anhand der Berechnung ein Problem mit sich, dass der Druck innerhalb der Tintenpatrone und die Tintenviskosität mit der Benutzungsumgebung variieren, beispielsweise der Größenordnung der Temperatur und der Feuchtigkeit in dem Raum der Benutzung, der verstrichenen Zeit seit dem Öffnen der Tintenpatrone und Unterschieden der Benutzungshäufigkeit seitens des Benutzers, und ein nicht vernächlässigbarer Fehler wird zwischen dem Tintenverbrauch anhand der Berechnung und dem tatsächlichen Verbrauch verursacht. Ferner gibt es ein weiteres Problem dahingehend, dass wenn dieselbe Tintenpatrone einmal entnommen und erneut eingesetzt wird, die aufsummierte Zählung einmal zurückgesetzt wird, so dass die tatsächliche Restmenge der Tinte nicht zu sehen ist.
Andererseits kann das Verfahren zum Steuern des Zeitpunkts des Tintenverbrauchs durch die Elektroden die tatsächliche Menge des Tintenverbrauchs an einem bestimmten Punkt erfassen, so dass es die Resttintenmenge mit hoher Zuverlässigkeit steuern kann. Allerdings sollte die Tinte derart leitfähig sein, um das Tintenniveau zu erfassen, und dementsprechend ist verwendbare Tintenart beschränkt. Ferner entsteht ein Problem, dass die flüssigkeitsdichte Struktur zwischen den Elektroden und der Tintenpatrone kompliziert ist. Ferner wird als Material der Elektroden ein Edelmetall, das leitfähig und hochgradig korrisions-resistent ist, üblicherweise verwendet, so dass ein Problem dahingehend entsteht, dass die Herstellungskosten einer Tintenpatrone erhöht werden. Ferner müssen die zwei Elektroden jeweils an unterschiedlichen Stellen der Tintenpatrone eingesetzt werden, so dass ebenso ein Problem entsteht, dass viele Herstellungsschritte erforderlich sind und eine Erhöhung der Herstellungskosten entsteht.
Ferner sollten, wie oben erwähnt, bei dem Verfahren zum Steuern des Zeitpunkts des Tintenverbrauchs durch die Elektroden die Löcher zum Einsetzen der Elektroden in die Tintenpatrone in derselben gebildet sein. Daher entsteht ebenso ein Problem, dass wenn die Patrone aus Kunststoff hergestellt ist, das Spritzgießverfahren kompliziert wird.
Darüber hinaus besitzen die Elektroden eine besondere Abdichtstruktur, um die Flüssigkeitsdichtheit aufrecht zu erhalten, so dass es schwierig ist, diese von der Tintenpatrone zu trennen. Als Ergebnis hieraus entsteht ebenso ein Problem, dass es schwierig ist, die Elektroden oder die Tintenpatrone auszutauschen oder zu recyceln.
Um die oben genannten Probleme zu lösen, wurden eine piezoelektrische Einrichtung, die an einem Flüssigkeitsbehälter zu montieren ist, und ein Modul, das die Festmenge der Flüssigkeit korrekt erfassen kann und keine komplizierte Abdichtstruktur erfordert, vorgeschlagen.
WO 98/09139A offenbart ein Modul nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Bei der in GB-A-2304898 beschriebenen Technologie ist ein Sensor an einer äußeren Oberfläche einer Tankwand derart angebracht, dass ein akustischer Impuls durch die Tankwand gesandt wird, um die Eigenschaften einer Reflektion, die durch die Tankwand-Luft-Schnittstelle gegenüber der Tankwand-Flüssigkeits-Schnittstelle verursacht wird, zu erfassen. Diese Technologie verwendet nicht ein durch eine Restschwingung eines piezoelektrischen Elements erzeugtes Signal.
Die in US-A-6,689,288 beschriebene Technologie erfasst ein Signal einer Restschwingung eines piezoelektrischen Gebers (PZT).
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Modul mit einer Anbringstruktur zum Anbringen einer piezoelektrischen Vorrichtung, die eine Funktion zum Erfassen des Verbrauchszustands einer Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter besitzt, an dem Flüssigkeitsbehälter und zum Erleichtern des Anbringens und Abnehmens der piezoelektrischen Vorrichtung an bzw. von dem Flüssigkeitsbehälter.
Diese Aufgabe wird durch ein Modul nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte optionale Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A, 1B und 1C sind Zeichnungen, die Details des Aktors 106 zeigen.
2 ist eine Zeichnung, die den Aufbau des Aktors 106 und einer äquivalenten Schaltung zeigt.
3A und 3B sind Zeichnungen, welche die Beziehung zwischen der Tintendichte und der Resonanzfrequenz, die durch den Aktor 106 erfasst wird, zeigt.
4A und 4B sind Zeichnungen, welche die Wellenform der elektromotorischen Gegenkraft des Aktors 106 zeigen.
5 ist eine Perspektivansicht, die das Modul 100 zeigt.
6 ist eine Explosionsansicht, die den Aufbau des Moduls 100 zeigt, das in 5 gezeigt ist.
7 ist eine Perspektivansicht, die eine weitere Ausführungsform des Moduls zeigt.
8 ist eine Explosionsansicht, die den Aufbau des in 7 gezeigten Moduls zeigt.
9A bis 9C zeigen eine weitere Ausführungsform des Moduls.
10 ist eine Zeichnung, die ein Beispiel des Querschnitts zeigt, wenn das in 5 gezeigte Modul 100 an dem Tintenbehälter 1 angebracht wird.
11A, 11B und 11C sind weitere Ausführungsformen des Moduls.
12 ist eine Zeichnung, die ein Beispiel des Querschnitts der Öffnung der Anbringstruktur zeigt, welche in 11A bis 11C gezeigt ist.
13A, 13B und 13C sind Zeichnungen, die weitere Ausführungsformen des Durchgangslochs 2c zeigen.
14A, 14B und 14C sind Zeichnungen, welche die Ebenen von weiteren Ausführungsformen des Durchgangslochs 2c zeigen.
15 ist eine Zeichnung, die eine Tintenpatrone mit einer Anbringstruktur und eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung zeigt.
16 ist eine Zeichnung, die eine Tintenpatrone zeigt, welche eine Mehrzahl von Tintenarten enthält.
17A, 17B und 17C sind Zeichnungen, die weitere Beispiele der Tintenpatrone 180 zeigen.
18 ist eine Zeichnung, die eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung zeigt, welche für die in 17A bis 17C gezeigten Tintenpatronen geeignet ist.
19 ist eine Querschnittsansicht der Tintenpatrone 180d, an welcher das in 9A bis 9C gezeigte Modul 500 angebracht ist.
20 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Tintenpatrone 180e, an welcher das in 9A bis 9C gezeigte Modul 500 angebracht ist.
21 ist eine Draufsicht, die ein Plattenelement zum Herstellen einer Anbringstruktur zeigt.
22 ist eine Perspektivansicht, die den Zustand zeigt, in welchem das in 21 gezeigte Plattenelement gebogen ist.
23A, 23B und 23C sind vergrößerte Ansichten, die das in 22 gezeigte Paar gebogener länglicher Elemente zeigen.
24 ist eine Perspektivansicht, die den Zustand zeigt, dass ein ausgeformter (gegossener) Teil integral mit dem Paar gebogener, länglicher Elemente, die in 22 gezeigt sind, gebildet ist, und zwar durch Einsatzgießen, und zeigt den Zustand, bevor eine männliche Matrize und eine weibliche Matrize ineinander gepasst sind.
25 ist eine Querschnittsansicht, die den Zustand zeigt, dass ein gegossener Teil integral mit dem Paar gebogener, länglicher Elemente, die in 22 gezeigt sind, gebildet ist, und zwar durch Einsetzgießen, und zeigt den Zustand, nach dem eine männliche Matrize und eine weibliche Matrize ineinander eingesetzt sind.
26 ist eine Querschnittsansicht, die den Zustand zeigt, dass ein gegossener Teil integral mit dem Paar gebogener, länglicher Elemente, die in 22 gezeigt sind, gebildet ist, und zwar durch Einsetzgießen, und zeigt den Zustand, nach dem eine männliche Matrize und eine weibliche Matrize ineinander eingesetzt sind.
27A, 27B und 27C sind Zeichnungen, die den Aufbau einer weiblichen Matrize zeigen, die zum Verarbeiten des in 24 gezeigten gegossenen Teils verwendet wird.
28A, 28B und 28C sind Zeichnungen, die den Aufbau einer männlichen Matrize zeigen, die zum Verarbeiten des in 24 gezeigten gegossenen Teils verwendet wird.
29 ist eine Perspektivansicht, die ein integrales, gegossenes Produkt zeigt, bei welchem die Zweigteile an den in 21 gezeigten Schnittteilen abgeschnitten sind.
30A, 30B, 30C und 30D sind Zeichnungen, die ein integrales gegossenes Produkt zeigen, bei welchem die Zweigteile an den in 21 gezeigten Schnittteilen abgeschnitten sind.
31 ist eine Perspektivansicht, welche die Situation zeigt, dass ein Aktor an einer Anbringstruktur angebracht ist.
32 ist eine Perspektivansicht, die ein Modul zeigt, das durch Anbringen eines Aktors an einer Anbringstruktur und Gießen derselben mit Harz gebildet ist.
33A, 33B, 33C und 33D sind Zeichnungen, welche den Aufbau eines Aktors zeigen.
34A, 34B und 34C sind Zeichnungen, welche den Aufbau einer Anbringstruktur zeigen.
35 ist eine explosionsartige Perspektivansicht eines Moduls.
36A und 36B sind Zeichnungen, die ein Beispiel eines Einrastverbinders des in 35 gezeigten Moduls zeigt.
37A und 37B sind Zeichnungen, die ein weiteres Beispiel eines Einrastverbinders des in 35 gezeigten Moduls zeigen.
38A und 38B sind Zeichnungen, die noch ein weiteres Beispiel eines Einrastverbinders des in 35 gezeigten Moduls zeigen.
39A und 39B sind Zeichnungen, die ein weiteres Beispiel eines Einrastverbinders des in 35 gezeigten Moduls zeigen.
40A und 40B sind Zeichnungen, die noch ein weiteres Beispiel eines Einrastverbinders des in 35 gezeigten Moduls zeigen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert. Allerdings ist die in den Ansprüchen angegebene, vorliegende Erfindung nicht auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und die in den Ausführungsformen erläuterten Kombinationen der Merkmale sind nicht immer als Lösungsmittels der Erfindungen erforderlich.
In den Ausführungsformen wird die vorliegende Erfindung auf eine Art von Anbringstruktur zum Anbringen einer piezoelektrischen Einrichtung zum Erfassen des Verbrauchszustands von Tinte in einer Tintenpatrone an der Tintenpatrone angewendet.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend konkret durch Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert.
In den Zeichnungen wird die zuerst die grundlegende Art einer piezoelektrischen Einrichtung zum Erfassen des Verbrauchszustands von Tinte erläutert (1A bis 4B). Dann sind in 5 und den nachfolgenden Zeichnungen eine Antriebstruktur zum Anbringen der piezoelektrischen Einrichtung an einer Tintenpatrone in Explosionsansicht, Variationen der Anbringstruktur und Anwendungsbeispiele an der Tintenpatrone erläutert.
In den Ausführungsformen ist ein „Aktor" als ein Beispiel der piezoelektrischen Einrichtung angegeben. Allerdings ist der Aufbau der piezoelektrischen Einrichtung nicht auf einen Aktor beschränkt und kann eine „elastische Wellenerzeugungseinrichtung" oder ein „piezoelektrisches Element" sein. Die Bauteile der piezeoelektrischen Einrichtung sind auf die Ausführungsformen beschränkt. Als eine Konfiguration zum Verwirklichen der Anbringstruktur werden die Begriffe „Modul" und „Modulstruktur" verwendet.
1A bis 2 zeigen Details und eine äquivalente Schaltung eines Aktors 106, der eine Ausführungsform der piezoelektrischen Einrichtung ist. Der zuvor genannte Aktor wird für ein Verfahren zum Erfassen von zumindest Veränderungen der akustischen Impedanz und zum Erfassen des Verbrauchszustands einer Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter verwendet. Insbesondere wird der Aktor für ein Verfahren zum Erfassen der Resonanzfrequenz durch die Restschwingung verwendet, wodurch zumindest Veränderungen der akustischen Impedanz erfasst werden, und zum Erfassen des Verbrauchszustands einer Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter. 1A ist eine vergrößerte Draufsicht des Aktors 106. 1B ist eine Querschnittsansicht entlang B-B des Aktors 106. 10 ist eine Querschnittsansicht entlang C-C des Aktors 106. Ferner zeigen 2 (A) und (B) äquivalente Schaltungen des Aktors 106. 2 (C) und (D) zeigen jeweils die Peripherie einschließlich des Aktors 106 und dessen äquivalenter Schaltung, wenn eine Tintenpatrone voll mit Tinte ist, und 2 (E) und (F) zeigen jeweils die Peripherie einschließlich des Aktors 106 und dessen äquivalenter Schaltung, wenn die Tintenpatrone keine Tinte enthält.
Der Aktor 106 besitzt ein Substrat 178 mit einer kreisförmigen Öffnung 161 annähernd in dessen Mitte, eine Vibrationsplatte 176, die auf einer Seite (die nachfolgend als Oberfläche bezeichnet wird) des Substrats 178 derart angeordnet ist, um die Öffnung 161 abzudecken, eine piezoelektrische Schicht 160, die unter der Oberflächenseite der Vibrationsplatte 176 angeordnet ist, eine obere Elektrode 164 und eine untere Elektrode 166, welche die piezoelektrische Schicht 169 auf beiden Seiten halten, einen oberen Elektrodenanschluss 168, der elektrisch mit der oberen Elektrode 164 verbunden ist, einen unteren Elektrodenanschluss 170, der elektrisch mit der unteren Elektrode 166 verbunden ist, und eine Hilfselektrode 172, die zwischen der oberen Elektrode 164 und dem oberen Elektrodenanschluss 168 angeordnet ist und die beiden elektrisch verbindet. Die piezoelektrische Schicht 160, die obere Elektrode 164 und die untere Elektrode 166 besitzen jeweils einen kreisförmigen Teil als wesentlichen Abschnitt. Die jeweiligen kreisförmigen Teile der piezoelektrischen Schicht 160, der oberen Elektrode 164 und der unteren Elektrode 166 bilden ein piezoelektrisches Element.
Die Vibrationsplatte 176 ist an der Oberfläche des Substrats 178 derart gebildet, um die Öffnung 161 abzudecken. Ein Hohlraum 162 ist durch den Teil der Vibrationsplatte 176 gebildet, welcher der Öffnung 161 und der Öffnung 161 in dem Substrat 178 zugewandt ist. Die Oberfläche (nachfolgend als Rückseite bezeichnet) des Substrats 178 auf der gegenüberliegenden Seite des piezoelektrischen Elements ist der Seite des Flüssigkeitsbehälters zugewandt, und der Hohlraum 162 ist derart aufgebaut, um in Kontakt mit einer Flüssigkeit zu kommen. Die Vibrationsplatte 176 ist an dem Substrat 178 flüssigkeitsdicht derart angebracht, um eine Flüssigkeitsleckage auf der Oberflächenseite des Substrats 178 zu verhindern, selbst falls eine Flüssigkeit in den Hohlraum 162 eindringt.
Die untere Elektrode 166 ist an der Oberfläche der Vibrationsplatte 176 positioniert, das heißt an der Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite des Flüssigkeitsbehälters, und ist derart angebracht, dass die Mitte des kreisförmigen Teils, der ein Hauptteil der unteren Elektrode 166 ist, und die Mitte der Öffnung 161 annähernd zusammentreffen. Die Fläche des kreisförmigen Teils der unteren Elektrode 166 ist derart eingestellt, um kleiner zu sein als die Fläche der Öffnung 161. Andererseits ist auf der Oberflächenseite der unteren Elektrode 166 die piezoelektrische Schicht 160 derart gebildet, dass die Mitte des kreisförmigen Teils hiervon und die Mitte der Öffnung 161 annähernd aufeinander treffen. Die Fläche des kreisförmigen Teils der piezoelektrischen Schicht 160 ist derart eingestellt, dass sie kleiner ist als die Fläche der Öffnung 161 und größer ist als die Fläche des kreisförmigen Teils der unteren Elektrode 166.
Andererseits ist auf der Oberflächenseite der piezoelektrischen Schicht 166 die obere Elektrode 164 derart gebildet, dass die Mitte des kreisförmigen Teils, die ein Hauptteil hiervon ist, und die Mitte der Öffnung 161 annähernd zusammentreffen. Die Fläche des kreisförmigen Teils der oberen Elektrode 164 ist derart eingestellt, um kleiner zu sein als die Flächen der Öffnung 161 und des kreisförmigen Teils der piezoelektrischen Schicht 160 und größer ist als die Fläche des kreisförmigen Teils der unteren Elektrode 166.
Daher ist der Hauptteil der piezoelektrischen Schicht 160 derart aufgebaut, um jeweils von der Oberflächenseite und der Rückseite durch den Hauptteil der oberen Elektrode 164 und den Hauptteil der unteren Elektrode 166 gehalten zu sein, so dass die piezoelektrische Schicht 160 effektiv verformt und betrieben werden kann. Die kreisförmigen Teile der piezoelektrischen Schicht 160, der oberen Elektrode 164 und der unteren Elektrode 166, die jeweilige Hauptteile sind, bilden ein piezoelektrisches Element des Aktors 106. Wie oben erwähnt ist das piezoelektrische Element in Kontakt mit der Vibrationsplatte 176. Von dem kreisförmigen Teil der oberen Elektrode 164, dem kreisförmigen Teil der piezoelektrischen Schicht 160, dem kreisförmigen Teil der unteren Elektrode 166 und der Öffnung 161 ist die Fläche der Öffnung 161 am größten. Durch Einsatz einer solchen Struktur ist die Vibrationsfläche der Vibrationsplatte 176, die tatsächlich vibriert, durch die Öffnung 161 definiert. Der kreisförmige Teil der oberen Elektrode 164, der kreisförmige Teil der piezoelektrischen Schicht 160 und der kreisförmige Teil der unteren Elektrode 166 besitzen eine kleinere Fläche als die Öffnung 161, so dass die Vibrationsplatte 176 leichter vibriert. Ferner ist von dem kreisförmigen Teil der unteren Elektrode 166 und dem kreisförmigen Teil der oberen Elektrode 164, die elektrisch mit der piezoelektrischen Schicht 160 verbunden sind, der kreisförmige Teil der unteren Elektrode 166 kleiner. Daher definiert der kreisförmige Teil der unteren Elektrode 166 den Teil der piezoelektrischen Schicht 160, die eine piezoelektrische Wirkung erzeugt.
Der obere Elektrodenanschluss 168 ist auf der Oberflächenseite der Vibrationsplatte 176 derart gebildet, um elektrisch mit der oberen Elektrode 164 über die Hilfselektrode 172 verbunden zu sein. Andererseits ist der untere Elektrodenanschluss 170 auf der Oberflächenseite der Vibrationsplatte 176 derart gebildet, um elektrisch mit der unteren Elektrode 166 verbunden zu sein. Die obere Elektrode 164 ist auf der Oberflächenseite der piezoelektrischen Schicht 160 gebildet, so dass in der Mitte der Verbindung zu dem oberen Elektrodenanschluss 168 die obere Elektrode 164 eine Niveaudifferenz gleich der Summe der Dicke der piezoelektrischen Schicht 160 und der Dicke der unteren Elektrode 166 haben muss. Es ist schwierig, dass nur die obere Elektrode 164 diese Niveaudifferenz bildet, und selbst falls man diese ausführen kann, wird der Verbindungszustand zwischen der oberen Elektrode 164 und dem oberen Elektrodenanschluss 168 schwach, und es besteht die Gefahr eines Schneidens. Dementsprechend wird die Hilfselektrode 172 als Hilfselement verwendet, und die obere Elektrode 164 und der obere Elektrodenanschluss 168 werden verbunden. Hierdurch werden auch die piezoelektrische Schicht 166 und auch die obere Elektrode 164 derart strukturiert, um durch die Hilfselektrode 172 gestützt zu werden, und die gewünschte mechanische Festigkeit kann erhalten werden, und ferner können die obere Elektrode 164 und der obere Elektrodenanschluss 168 sicher verbunden werden.
Das piezoelektrische Element und die Vibrationsfläche der Vibrationsplatte 176, die dem piezoelektrischen Element zugewandt ist, sind die Vibrationsteile des Aktors, die tatsächlich vibrieren. Ferner ist es bevorzugt, dass die in dem Aktor 106 enthaltenen Elemente kalziniert und miteinander integral gebildet sind. Wenn der Aktor 106 integral gebildet ist, kann er leicht gehandhabt werden. Wenn ferner die Festigkeit des Substrats 178 erhöht wird, wird die Vibrationscharakteristik verbessert. Das heißt, wenn die Festigkeit des Substrats 178 erhöht wird, vibriert nur der Vibrationsteil des Aktors 106, und andere Teile des Aktors 106 als der Vibrationsteil vibrieren nicht. Ferner kann ein Verhindern, dass andere Teile des Aktors 106 als der Vibrationsteil vibrieren, durch Erhöhen der Festigkeit des Substrats 178 und umgekehrt durch Machen des piezoelektrischen Elements des Aktors 106 dünner und kleiner und durch Machen der Vibrationsplatte 176 dünner verwirklicht werden.
Als ein Material der piezoelektrischen Schicht 160 ist es bevorzugt, Bleizirkontitanat (PZT), Bleilanthanzirkonattitanat (PLZT) oder einen bleifreien piezoelektrischen Film, der kein Blei verwendet, einzusetzen, und als Material des Substrats 178 ist es bevorzugt, Zirkonoxid oder Aluminiumoxid zu verwenden. Es ist bevorzugt, dasselbe Material für die Vibrationsplatte 176 wie das Material des Substrats 178 zu verwenden. Für die obere Elektrode 164, die untere Elektrode 166, den oberen Elektrodenanschluss 168 und den unteren Elektrodenanschluss 170 kann ein leitfähiges Material, beispielsweise ein Metall wie Gold, Silber, Kupfer, Platin, Aluminium oder Nickel verwendet werden.
Der wie oben aufgebaute Aktor 106 kann auf einen Behälter angewendet werden, der eine Flüssigkeit enthält. Beispielsweise kann der an einer Tintenpatrone oder einem Tintentank angebracht werden, die bzw. der für eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung zu verwenden ist, oder auf einen Behälter zum Enthalten einer Reinigungsflüssigkeit zum Reinigen eines Aufzeichnungskopfes.
Der in 1A bis 2 gezeigte Aktor 106 ist an einer vorbestimmten Stelle des Flüssigkeitsbehälters derart angebracht, dass der Hohlraum 162 in Kontakt mit einer in den Flüssigkeitsbehälter enthaltenen Flüssigkeit kommt. Wenn eine Flüssigkeit ausreichend in dem Flüssigkeitsbehälter enthalten ist, sind der Hohlraum 162 und die Außenseite hiervon voll mit Flüssigkeit. Wenn andererseits die Flüssigkeit des Flüssigkeitsbehälters aufgebraucht ist und das Flüssigkeitsniveau sich unterhalb die Aktoranbringstelle absenkt, wird ein Zustand erzeugt, dass keine Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 vorhanden ist oder eine Flüssigkeit nur in dem Hohlraum 162 verbleibt und Luft außerhalb desselben verbleibt. Der Aktor 106 erfasst zumindest eine Differenz der akustischen Impedanz, die durch diese Veränderung des Zustands verursacht wird. Hierdurch kann der Aktor 106 erfassen, ob eine Flüssigkeit ausreichend in dem Flüssigkeitsbehälter enthalten ist oder ein fester Betrag der Flüssigkeit oder mehr verbraucht ist. Ferner kann der Aktor 106 auch die Art der in dem Flüssigkeitsbehälter enthaltenen Flüssigkeit erfassen.
Als nächstes wird ein Prinzip der Flüssigkeitsniveauerfassung durch den Aktor erläutert.
Um Veränderungen der akustischen Impedanz eines Mediums zu erfassen, wird die Impedanzcharakteristik oder Admittanzcharakteristik des Mediums gemessen. Während der Messung der Impedanzcharakteristik oder Admittanzcharakteristik kann beispielsweise die Übertragungsschaltung verwendet werden. Die Übertragungsschaltung legt eine feste Spannung an das Medium an, verändert die Frequenz und misst den durch das Medium fließenden Strom. Oder die Übertragungsschaltung führt einen festen Strom zu dem Medium zu, verändert die Frequenz und misst die an das Medium angelegte Spannung. Änderungen des Stroms oder der Spannung, die durch die Übertragungsschaltung gemessen werden, zeigen Veränderungen der akustischen Impedanz an. Veränderungen der Frequenz fm, bei welcher der Strom oder die Spannung maximal oder minimal wird, zeigen ebenso Veränderungen der akustischen Impedanz an.
Getrennt von dem zuvor genannten Verfahren kann der Aktor Veränderungen der akustischen Impedanz einer Flüssigkeit unter Nutzung nur von Veränderungen der Resonanzfrequenz erfassen. Als Verfahren zum Nutzen der Veränderungen der akustischen Impedanz einer Flüssigkeit kann beim Verwenden eines Verfahrens zum Erfassen der Resonanzfrequenz durch Vibrieren des Vibrationsteils des Aktors und anschließendes Messen einer elektromotorischen Gegenkraft, die durch die in dem Vibrationsteil verbleibende Restvibration verursacht wird, beispielsweise das piezoelektrische Element verwendet werden. Das piezoelektrische Element ist ein Element zum Erzeugen einer elektromotorischen Gegenkraft durch die Restvibration, die in dem Vibrationsteil des Aktors verbleibt, und die Größenordnung der elektromotorischen Gegenkraft variiert mit der Amplitude des Vibrationsteils des Aktors. Daher wird, wenn die Amplitude des Vibrationsteils des Aktors ansteigt, die Erfassung leichter. Ferner variiert der Veränderungszyklus der Größenordnung der elektromotorischen Gegenkraft mit der Frequenz der in dem Vibrationsteil des Aktors verbleibenden Restvibration. Daher entspricht die Frequenz des Vibrationsteils des Aktors der Frequenz der elektromotorischen Gegenkraft. Dabei wird die Resonanzfrequenz als eine Frequenz in ein Resonanzzustand zwischen dem Vibrationsteil des Aktors und einem Medium in Kontakt mit dem Vibrationsteil bezeichnet.
Um die Resonanzfrequenz fs zu erhalten, wird die Wellenform, die durch Messung der elektromotorischen Gegenkraft erhalten wird, wenn der Vibrationsteil und das Medium in einem Resonanzzustand sind, einer Fourier-Transformation unterworfen. Die Vibration des Aktors wird durch verschiedene Verformungen wie eine Ablenkung und Ausdehnung anstelle einer Verformung nur in einer Richtung begleitet und besitzt verschiedene Frequenzen einschließlich der Resonanzfrequenz fs. Dabei wird die Wellenform der elektromotorischen Gegenkraft, wenn das piezoelektrische Element und das Medium in einem Resonanzzustand sind, der Fourier-Transformation unterworfen, und die dominanteste Frequenzkomponente wird identifiziert, wodurch die Resonanzfrequenz fs beurteilt wird.
Die Frequenz fm ist eine Frequenz, bei welcher die Admittanzcharakteristik eines Mediums maximal ist oder die Impedanzcharakteristik hiervon minimal ist. Wenn die Resonanfrequenz fs verwendet wird, kann die Frequenz fm einen leichten Fehler der Resonanzfrequenz fs infolge eines dielektrischen Verlustes eines Mediums oder eines mechanischen Verlustes hiervon verursachen. Allerdings ist eine große Menge an Zeit erforderlich, um die Resonanzfrequenz fs aus der Frequenz fm, die zu messen ist, abzuleiten, so dass sich die Frequenz fm im allgemeinen anstelle der Resonanzfrequenz verwendet wird. Wenn dann die Ausgabe des Aktors 106 in die Übertragungsschaltung eingegeben wird, kann er Aktor 106 zumindest die akustische Impedanz erfassen.
Ein Versuch belegt, dass es einen geringen Unterschied in der Resonanzfrequenz gibt, die durch das Verfahren zum Messen der Impedanzcharakteristik eines Mediums oder der Admittanzcharakteristik hiervon und einem Messen der Frequenz fm, und das Verfahren zum Messen der Resonanzfrequenz fs durch Messen der elektromagnetischen Gegenkraft, die durch die Restvibration in dem Vibrationsteil des Aktors verursacht wird, identifiziert wird.
Der Vibrationsbereich des Aktors 106 ist der Teil der Vibrationsplatte 176, der den Hohlraum 162 bildet, welcher durch die Öffnung 161 definiert ist. Wenn eine Flüssigkeit ausreichend in dem Flüssigkeitsbehälter enthalten ist, ist der Hohlraum 162 voll mit Flüssigkeit, und der Vibrationsbereich ist in Kontakt mit der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter. Wenn andererseits keine Flüssigkeit ausreichend in dem Flüssigkeitsbehälter enthalten ist, ist der Vibrationsbereich in Kontakt mit einer in dem Hohlraum in dem Flüssigkeitsbehälter verbleibenden Flüssigkeit oder in Kontakt mit Gas oder einem Vakuum anstelle der Flüssigkeit.
Der Aktor 106 der vorliegenden Erfindung ist mit dem Hohlraum 162 versehen, so dass eine Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter in dem Vibrationsbereich des Aktors 106 bleibt. Der Grund hierfür wird nachfolgend angegeben.
In Abhängigkeit von der Anbringposition oder dem Anbringwinkel des Aktors an dem Flüssigkeitsbehälter kann eine Flüssigkeit an dem Vibrationsbereich des Aktors anhaften, obgleich das Flüssigkeitsniveau in dem Flüssigkeitsbehälter niedriger ist als die Anbringposition des Aktors. Wenn der Aktor die Existenz der Flüssigkeit nur durch die Existenz der Flüssigkeit in dem Vibrationsbereich erfasst, stört eine an dem Vibrationsbereich des Aktors anhaftende flüssigkeit eine genaue Erfassung der Existenz der Flüssigkeit. Wenn beispielsweise das Flüssigkeitsniveau niedriger ist als die Anbringposition des Aktors fehl beurteilt, falls der Flüssigkeitsbehälter infolge der Hubbewegung des Schlittens wackelt und die Flüssigkeit Wellen schlägt und eine Flüssigkeit an dem Vibrationsbereich anhaftet, der Aktor, dass eine Flüssigkeit ausreichend in dem Flüssigkeitsbehälter enthalten ist. Wenn daher ein Hohlraum, der derart ausgelegt ist, um genau die Existenz einer Flüssigkeit zu erfassen, selbst falls eine Flüssigkeit dort verbleibt, umgekehrt positiv eingebaut ist, kann verhindert werden, dass der Aktor fehl funktioniert, selbst falls der Flüssigkeitsbehälter wackelt und sich das Flüssigkeitsniveau wellenförmig verändert. Wenn ein Aktor mit einem solchen Hohlraum verwendet wird, können Fehlfunktionen verhindert werden.
Ferner wird, wie in 2 (E) gezeigt, ein Fall, dass es keine Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter gibt und eine Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter in dem Hohlraum 162 des Aktors 106 verbleibt, als ein Schwellwert der Existenz einer Flüssigkeit eingestellt. Das heißt, wenn es keine Flüssigkeit um den Hohlraum 162 gibt und die Flüssigkeit in dem Hohlraum geringer ist als der Schwellwert, beurteilt der Aktor, dass es keine Tinte gibt, und wenn es eine Flüssigkeit um den Hohlraum 162 herum gibt und die Flüssigkeit in dem Hohlraum größer ist als der Schwellwert, beurteilt der Aktor, dass es Tinte gibt. Wenn beispielsweise der Aktor 106 an der Seitenwand des Flüssigkeitsbehälters angebracht ist, beurteilt, falls die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter niedriger positioniert ist als die Anbringposition des Aktors, der Aktor, dass es keine Tinte gibt, und falls die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter höher positioniert ist als die Anbringposition des Aktors, beurteilt der Aktor, dass es Tinte gibt. Wenn der Schwellwert auf diese Weise eingestellt wird, beurteilt, selbst wenn Tinte in dem Hohlraum getrocknet oder aufgebraucht ist, der Aktor, dass es keine Tinte gibt, und selbst falls Tinte an dem Hohlraum erneut infolge einer Hin- und Herbewegung des Schlittens anhaftet, obgleich die Tinte in dem Hohlraum aufgebraucht ist, überschreitet der Betrag nicht den Schwellwert, so dass der Aktor beurteilen kann, dass es keine Tinte gibt.
Als nächstes werden der Betrieb und das Prinzip zum Erfassen des Flüssigkeitszustands in dem Flüssigkeitsbehälter anhand der Resonanz begrenzt, zwischen einem Medium und dem Vibrationsteil des Aktors 106 durch eine Messung der Elektromotiven Gegenkraft unter Bezugnahme auf 1A bis 2 erläutert. In dem Aktor 106 wird eine Spannung an die obere Elektrode 164 bzw. die untere Elektrode 166 über den oberen Elektrodenanschluss 168 und den unteren Elektrodenanschluss 170 angelegt. Ein elektrisches Feld wird in dem Teil der piezoelektrischen Schicht 160 erzeugt, die durch die obere Elektrode 164 und die untere Elektrode 166 gehalten wird. Die piezoelektrische Schicht 160 wird durch dieses elektrische Feld verformt. Wenn die piezoelektrische Schicht 160 verformt wird, wird der Vibrationsbereich der Vibrationsplatte 176 gebogen und vibriert. Für eine kurze Dauer, nachdem die piezoelektrische Schicht 160 verformt wurde, verbleibt die Biegevibration in dem Vibrationsteil des Aktors 106.
Die Restvibration ist eine freie Vibration des Vibrationsteils des Aktors 106 und des Mediums. Wenn daher die an die piezoelektrische Schicht 160 anzulegende Spannung auf eine Impulswellenform oder eine Quadratwellenform eingestellt ist, kann der Resonanzzustand leicht zwischen dem Vibrationsteil und dem Medium nach der Spannungsanlegung erhalten werden. Die Restvibration (Restschwingung) vibriert (schwingt) den Vibrationsteil des Aktors 106, so dass dieser auch die piezoelektrische Schicht 160 verformt. Daher erzeugt die piezoelektrische Schicht 160 eine elektromotive Gegenkraft. Die elektromotive Gegenkraft wird über die obere Elektrode 164, die untere Elektrode 166, den oberen Elektrodenanschluss 168 und den unteren Elektrodenanschluss 170 erfasst. Die Resonanzfrequenz kann durch die erfasste elektromotive Gegenkraft identifiziert werden, so dass der Flüssigkeitszustand in dem Flüssigkeitsbehälter erfasst werden kann.
Im allgemeinen wird die Resonanzfrequenz fs durch folgende Formel ausgedrückt: fs = 1/(2* *(M*Cact)1/2) Formel 1
In diesem Falle bezeichnet M die Summe der Inertanz Macht des Vibrationsteils und der zusätzlichen Inertanz M', und Cact bezeichnet die Nachgiebigkeit des Vibrationsteils.
1C ist eine Querschnittsansicht des Aktors 106 dieser Ausführungsform, wenn keine Tinte in dem Hohlraum verbleibt. 2 (A) und (B) zeigen äquivalente Schaltungen des Vibrationsteils des Aktors 106 und des Hohlraums 162, wenn keine Tinte in dem Hohlraum verbleibt.
Mact ist ein Wert, der durch Teilen des Produkts der Dicke und der Dichte des Vibrationsteils durch die Fläche des Vibrationsteils erhalten ist, und ist genauer gesagt durch folgende Formel ausgedrückt, wie in 2 (A) gezeigt. Mact = Mpzt + Melectrode1 + Melectrode2 + Mvinb Formel 2
In diesem Falle ist Mpzt ein Wert, der durch Teilen des Produkts der Dicke und der Dichte der piezoelektrischen Schicht 160 in dem Vibrationsteil durch die Fläche der piezoelektrischen Schicht 160 erhalten ist. Melectrode1 ist ein Wert, der durch Teilen des Produkts der Dicke und der Dichte der oberen Elektrode 164 in dem Vibrationsteils durch die Fläche der oberen Elektrode 164 erhalten ist. Melectrode2 ist ein Wert, der durch Teilen des Produkts der Dicke und der Dichte der unteren Elektrode 166 in dem Vibrationsteil durch die Fläche der unteren Elektrode 166 erhalten ist. Mvib ist ein Wert, der durch Teilen des Produkts der Dicke und der Dichte der Vibrationsplatte 176 in dem Vibrationsteil durch die Fläche der Vibrationsfläche der Vibrationsplatte 176 erhalten ist. Da allerdings Mact aus der Dicke, Dichte und der Fläche des gesamten Vibrationsteils berechnet werden kann, ist es in dieser Ausführungsform bevorzugt, dass obgleich die Flächen der piezoelektrischen Schicht 160, der oberen Elektrode 164, der unteren Elektrode 166 und die Vibrationsfläche der Vibrationsplatte 176 die zuvor genannten Größenbeziehungen besitzen, die gegenseitigen Unterschiede zwischen den Flächen gering sind. Bei dieser Ausführungsform ist es für die piezoelektrische Schicht 160, die obere Elektrode 164 und die untere Elektrode 166 bevorzugt, dass andere Teile als die kreisförmigen Teile, welche die Hauptteile hiervon sind, so klein sind, um für die Hauptteile vernachlässigbar zu sein.
Daher ist bei dem Aktor 106 Mact die Summe der Inertanz jeweils der oberen Elektrode 164, der unteren Elektrode 166, der piezoelektrischen Schicht 160 und des Vibrationsbereichs der Vibrationsplatte 176. Die Nachgiebigkeit Cact ist die Nachgiebigkeit des durch die obere Elektrode 164, die untere Elektrode 166, die piezoelektrische Schicht 160 und den Vibrationsbereich der Vibrationsplatte 176 gebildeten Teils.
2 (A), (B), (D) und (F) zeigen äquivalente Schaltungen des Vibrationsteils des Aktors 106 und des Hohlraums 162, und in den äquivalenten Schaltungen bezeichnet Cact die Nachgiebigkeit des Vibrationsteils des Aktors 106. Cpzt, Celectrode1, Celektrode2 und Cvib bezeichnen die Nachgiebigkeit des Vibrationsteils der piezoelektrischen Schicht 160, der oberen Elektrode 164, der unteren Elektrode 166 und der Vibrationsplatte 176. Cact wird durch die nachfolgende angegebene Formel 3 ausgedrückt. 1/Cact = (1/Cpzt + (1/Celectrode1) + (1/Celectrode2) + (1/CVib) Formel 3
Durch die Formeln 2 und 3 kann 2 (A) als (B) angegeben werden.
Die Nachgiebigkeit Cact bezeichnet ein Volumen zum Empfangen eines Mediums durch eine Verformung, wenn ein Druck auf eine Einheitsfläche des Vibrationsteils aufgebracht wird. Die Nachgiebigkeit Cact kann dahingehend betrachtet werden, dass sie die Verformbarkeit angibt.
2 (C) zeigte eine Querschnittsansicht des Aktors 106, wenn eine Flüssigkeit ausreichend in dem Flüssigkeitsbehälter enthalten ist und die Umgebung des Vibrationsteils des Aktors 106 voll mit Flüssigkeit ist. M' max gemäß 2 (C) zeigt ein Maximalwert der zusätzlichen Inertanz, wenn eine Flüssigkeit ausreichend in dem Flüssigkeitsbehälter enthalten ist und die Umgebung des Vibrationsteils des Aktors 106 voll mit Flüssigkeit ist. M' max wird wie folgt angegeben: M' max = (*ρ/(2*k3))*(2*(2*k*a)3/(3*))/(a2)2 Formel 4wobei a einen Radius des Vibrationsteils, ρ die Dichte des Mediums und k eine Wellenzahl angibt. Formel 4 wird angewendet, wenn der Vibrationsbereich des Aktors 106 ein Kreis mit einem Durchmesser a ist. Die zusätzliche Inertanz M' ist ein Wert, der angibt, dass die Masse des Vibrationsteils ersichtlich durch die Wirkung eines Mediums erhöht ist, das in der Umgebung des Vibrationsteils vorhanden ist. Formel 4 zeigt, dass M' max stark mit dem Radius a des Vibrationsteils und der Dichte ρ variiert.
Die Wellenzahl k wird wie folgt ausgedrückt: k = 2* *fact/c Formel 5wobei fact eine Resonanzfrequenz des Vibrationsteils angibt, wenn dieser nicht den Kontakt mit einer Flüssigkeit ist, und c gibt eine durch das Medium propagierende Schallgeschwindigkeit an.
2 (D) zeigt eine äquivalente Schaltung des Vibrationsteils des Aktors 106 und des Hohlraums 162 gemäß 2 (C), wenn eine Flüssigkeit ausreichend in dem Flüssigkeitsbehälter enthalten ist und die Umgebung des Vibrationsteils des Aktors 106 voll mit Flüssigkeit ist.
2 (E) zeigt eine Querschnittsansicht des Aktors 106, wenn die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter aufgebraucht ist und es keine um den Vibrationsteil des Aktors 106 herum verbleibende Flüssigkeit gibt, obgleich eine Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 des Aktors 106 verbleibt. Formel 4 ist eine Formel, welche maximale Inertanz M' max angibt, die anhand der Tintendichte ρ festgelegt wird, beispielsweise wenn der Flüssigkeitsbehälter voll mit Flüssigkeit ist. Wenn andererseits die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter aufgebraucht ist, und eine Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 verbleibt und die Flüssigkeit um den Vibrationsbereich des Aktors 106 zu Luft oder Vakuum ausgetauscht wird, kann dies wie folgt angegeben werden: M* = ρ*t/S Formel 6wobei t eine Dicke eines Mediums, das sich auf die Vibration bezieht, angibt, und S gibt eine Fläche des Vibrationsbereichs des Aktors 106 an. Wenn der Vibrationsbereich ein Kreis mit einem Radius a ist, erhält man S = *a². Daher folgt die zusätzliche Inertanz M' Formel 4, wenn eine Flüssigkeit ausreichend in dem Flüssigkeitsbehälter enthalten ist und die Umgebung des Vibrationsteils des Aktors 106 voll mit Flüssigkeit ist. Wenn andererseits die Flüssigkeit aufgebraucht ist, und eine Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 verbleibt und die Flüssigkeit um den Vibrationsbereich des Aktors 106 zu Luft oder einem Vakuum ausgetauscht ist, folgt die zusätzliche Inertanz M' Formel 6.
Dabei wird die zusätzliche Inertanz M', wie in 2 (E), wenn die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter aufgebraucht ist und keine Flüssigkeit um den Vibrationsteil des Aktors 106 herum verbleibt, obgleich eine Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 des Aktors 106 verbleibt, der Einfachheit halber mit M' cav bezeichnen, um diese von der zusätzlichen Inertanz M' max zu unterscheiden, wenn die Umgebung des Vibrationsteils des Aktors 106 voll mit Flüssigkeit ist.
2 (F) zeigt eine äquivalente Schaltung des Vibrationsteils des Aktors 106 und des Hohlraums 162 gemäß 2 (E), wenn die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter aufgebraucht ist, und keine Flüssigkeit um den Vibrationsteil des Aktors 106 herum verbleibt, obgleich eine Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 des Aktors 106 verbleibt.
In diesem Falle sind die Parameter, welche den Zustand des Mediums betreffen, die Dichte des Mediums ρ und die Dicke des Mediums t in Formel 6. Wenn eine Flüssigkeit ausreichend in dem Flüssigkeitsbehälter enthalten ist, ist die Flüssigkeit in Kontakt mit dem Vibrationsteil des Aktors 106, und wenn eine Flüssigkeit nicht ausreichend in dem Flüssigkeitsbehälter enthalten ist, verbleibt eine Flüssigkeit in dem Hohlraum oder Gas oder ein Vakuum ist in Kontakt mit dem Vibrationsteil des Aktors 106. Wenn die Flüssigkeit um den Aktor 106 herum aufgebraucht ist und die zusätzliche Inertanz des Verfahrens zum Bewegen von M' max gemäß 2 (C) zu M' cav gemäß 2 (E) als M' var angenommen wird, wird die Dicke des Mediums t in Abhängigkeit von dem Zustand des Enthaltens von Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter verändert, so dass die zusätzliche Inertanz M' var verändert wird und die Resonanzfrequenz fs ebenso verändert wird. Daher kann durch Identifizieren der Resonanzfrequenz fs das Vorhandensein der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter erfasst werden. Wenn in diesem Falle t = d eingestellt ist, wie in 2 (E) gezeigt, und M' cav unter Einsatz von Formel 6 ausgedrückt wird, wird durch Substituieren der Tiefe d des Hohlraums durch t gemäß Formel 6 folgendes erhalten: M' cav = ρ*d/S Formel 7
Ein Medium, das eine Flüssigkeit anderer Art ist, unterscheidet sich in der Dichte ρ in der Abhängigkeit von der Differenz in der Zusammensetzung, so dass die zusätzliche Inertanz M' verändert wird und die Resonanzfrequenz fs ebenso verändert wird. Daher kann durch Identifizieren der Resonanzfrequenz fs die Art der Flüssigkeit erfasst werden.
3A zeigt Diagramme, welche die Beziehung zwischen der Tintenmenge, der Tinte und der Resonanzfrequenz fs eines Vibrationsteils in einem Tintentank angeben. Dabei wird Tinte als ein Beispiel einer Flüssigkeit erläutert. Die Ordinatenachse bezeichnet die Resonanzfrequenz fs, und die Abszissenachse bezeichnet eine Tintenmenge. Wenn die Tintenzusammensetzung fest ist, nimmt bei abnehmender Resttintenmenge die Resonanzfrequenz fs zu.
Wenn Tinte ausreichend in dem Tintenbehälter enthalten ist und die Umgebung des Vibrationsbereichs der Aktors 106 voll mit Tinte ist, ist die maximale zusätzliche Inertanz M' max der durch Formel 4 ausgedrückte Wert. Wenn andererseits die Tinte aufgebraucht ist und eine Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 verbleibt und die Umgebung des Vibrationsbereichs des Aktors 106 nicht voll mit Tinte ist, wird die zusätzliche Inertanz M' var anhand von Formel 6 auf der Basis der Dicke des Mediums t berechnet. „t" in Formel ist die Dicke des Mediums in Bezug auf die Vibration, so dass wenn die Dicke d (1B) des Hohlraums 162 des Aktors 178 vermindert wird, das heißt wenn das Substrat 178 ausreichend dünn gemacht wird, der Vorgang, dass Tinte gerade aufgebraucht wird, erfasst werden kann (2 (C)). Dabei wird angenommen, dass t Tinte eine Tintendicke in Bezug auf die Vibration ist, und t Tinte-max wird als t Tinte in M' max angenommen. Beispielsweise ist der Aktor 106 an dem Boden der Tintenpatrone annähernd horizontal zu dem Tintenniveau angeordnet. Wenn die Tinte aufgebraucht wird und das Tintenniveau die Höhe t Tinte-max oder weniger von dem Aktor 106 erreicht, wird M' var langsam entsprechend Formel 6 verändert, und die Resonanzfrequenz fs wird langsam entsprechend Formel 1 verändert. Daher kann, solange das Tintenniveau innerhalb des Bereichs t ist, der Aktor 106 langsam den Tintenverbrauchszustand erfassen.
Wenn der Vibrationsbereich des Aktors 106 größer oder länger gemacht wird oder in Längsrichtung angeordnet wird, wird S in Formel 6 entsprechend der Position des Tintenniveaus infolge des Tintenverbrauchs verändert. Daher kann der Aktor 106 auch den Vorgang eines langsamen Tintenverbrauchs erfassen. Beispielsweise ist der Aktor 106 an der Seitenwand der Tintenpatrone annähernd senkrecht zum Tintenniveau angeordnet. Wenn die Tinte verbraucht wird und das Tintenniveau den Vibrationsbereich des Aktors 106 erreicht, nimmt die zusätzliche Inertanz M' mit abnehmenden Tintenniveau ab, so dass die Resonanzfrequenz fs langsam entsprechend Formel 1 abnimmt. Solange daher das Tintenniveau innerhalb des Bereichs des Durchmessers 2a (2 (C)) des Hohlraums 162 ist, kann der Aktor 106 langsam den Tintenverbrauchszustand erfassen.
Die in 3A gezeigte Kurve X zeigt die Beziehung zwischen der Tintenmenge, der Tinte und der Resonanzfrequenz fs des Vibrationsteils in den Tintentank, wenn der Hohlraum 162 des Aktors 106 ausreichend seicht ausgeführt ist oder der Vibrationsbereich des Aktors 106 ausreichend groß oder lang gemacht ist. Die Situation, dass die Tintenmenge in dem Tintentank langsam abnimmt und die Tinte und die Resonanzfrequenz fs des Vibrationsteils sich langsam verrändern, ist ersichtlich.
Genauer gesagt ist ein Fall, in welchem der Vorgang eines langsamen Tintenverbrauchs erfasst werden kann, ein Fall, in welchem eine Flüssigkeit und ein Gas von unterschiedlicher Dichte um den Vibrationsbereich des Aktors 106 herum gemeinsam vorhanden sind und hinsichtlich der Vibration in Beziehung stehen. Wenn Tinte langsam verbrauch wird, während das sich auf die Vibration beziehende Medium um den Vibrationsbereich des Aktors 106 vorhanden ist, nimmt die Flüssigkeit ab, während das Gas zunimmt. Wenn beispielsweise der Aktor 106 horizontal angeordnet ist, während das Tintenniveau und t Tinte kleiner ist als t Tinte-max, umfasst das sich auf die Vibration des Aktors 106 beziehende Medium sowohl Tinte als auch Gas. Daher erhält man unter der Annahme, dass das die Fläche des Vibrationsbereichs des Aktors 106 S ist, wenn der Zustand von weniger als M' max in Formel 4 durch die zusätzlichen Massen von Tinte und Gas ausgedrückt wird, folgende Gleichung. M' = M' air + M' ink = ρair*t air/S + ρink*t ink/S Formel 8wobei M' Luft die Ineratanz von Luft angibt, und M' Tinte die Inertanz von Tinte angibt. ρLuft bezeichnet die Luftdichte, und ρTinte bezeichnet die Tintendichte. T Luft bezeichnet die Dicke der Luft, die sich auf die Vibration bezieht, und t Tinte bezeichnet die Dicke der Tinte, die sich auf die Vibration bezieht. Von den Medien, die sich auf die Vibration um den Vibrationsbereich des Aktors 106 herum beziehen, während die Flüssigkeit abnimmt und das Gas zunimmt, wenn der Aktor 106 annähernd horizontal zu dem Tintenniveau angeordnet ist, nimmt t Luft zu und t Tinte nimmt ab. Hierdurch nimmt M' var langsam ab, und die Resonanzfrequenz nimmt langsam zu. Daher kann die in dem Tintentank verbleibende Tintenmenge oder der Tintenverbrauchsbetrag erfasst werden. Der Grund, dass Formel 7 eine Formel nur der Flüssigkeitsdichte ist, ist das ein Fall, in welchem die Luftdichte so gering ist, um vernachlässigbar für die Flüssigkeitsdichte zu sein, angenommen wird.
Wenn der Aktor 106 annähernd senkrecht zu dem Tintenniveau angeordnet ist, wird von dem Vibrationsbereich des Aktors 106 eine äquivalente Schaltung (die in der Zeichnung nicht gezeigt ist) parallel zu der Region, in welcher das sich auf die Vibration des Aktors 106 beziehende Medium nur Tinte ist, und der Region, in welcher das sich auf die Vibration des Aktors 106 beziehende Medium Gas ist, betrachtet. Nimmt man an, dass die Fläche der Region, in welcher das sich auf die Vibration des Aktors 106 beziehende Medium nur Tinte ist, S Tinte ist, und dass die Fläche der Region, in welcher das sich auf die Vibration des Aktors 106 beziehende Medium nur Gas ist, S Luft ist, wird folgende Formel erhalten. 1/M' = 1/M' air + 1/M' ink = S air/(ρair + t air) + S ink (ρink*t ink) Formel 9
Formel 9 wird angewendet, wenn keine Tinte in dem Hohlraum des Aktors 106 gehalten wird. Wenn Tinte in den Hohlraum des Aktors 106 gehalten wird, werden die Formeln 7, 8 und 9 zur Berechnung verwendet.
Die Vibration des Aktors wird von der Tiefe von t Tinte-max zu der Tiefe der verbleibenden Tinte verändert. Wenn daher der Aktor an dem Boden derart angeordnet ist, dass die Tintenresttiefe etwas kleiner ist als t Tinte-max, kann der Vorgang, bei welchem Tinte langsam abnimmt, nicht erfasst werden. Anhand von Vibrationsveränderungen des Aktors bei leichten Veränderungen der Tintenmenge von t Tinte-max zu der Resttiefe wird erfasst, dass die Tintenmenge verändert wird. Wenn der Aktor an der Seite angeordnet ist und der Durchmesser der Öffnung (des Hohlraums gering ist), ist die Vibrationsveränderung des durch die Öffnung verlaufenden Aktors sehr gering, so dass es schwierig ist, die Tintenmenge während des laufenden Vorgangs zu erfassen. Beispielsweise die in 3A gezeigte Kurve Y zeigt die Beziehung zwischen der Tintenmenge, der Tinte und der Resonanzfrequenz fs des Vibrationsteils in dem Tintentank in einem kleinen, kreisförmigen Vibrationsbereich. Die Situation, dass die Tinte und die Resonanzfrequenz fs des Vibrationsteils sich stark zwischen den Tintenmengen Q bevor und nachdem das Tintenniveau in dem Tintentank die Einsetzposition des Aktors überschreiten kann, ist angegeben. Anhand dessen kann erfasst werden, ob eine vorbestimmte Tintenmenge in dem Tintentank verbleibt.
3B zeigt die Beziehung zwischen der Tintendichte, der Tinte und der Resonanzfrequenz fs des Vibrationsteils in der in 3A gezeigten Kurve Y. Wie in 3B gezeigt, nimmt bei zunehmender Tintendichte die zusätzliche Inertanz zu, so dass die Resonanzfrequenz fs abnimmt. Das heißt, die Resonanzfrequenz fs variiert mit der Tintenart. Wenn daher die Resonanzfrequenz fs gemessen wird, kann beim Wiederbefüllen von Tinte festgestellt werden, ob Tinte mit unterschiedliche Dichte eingemischt ist. Das heißt, ein Tintentank zum Enthalten einer anderen Tintenart kann ausgeschlossen werden.
Als nächstes wird der Zustand zum genauen Erfassen des Flüssigkeitszustands, wenn die Abmessungen und Form des Hohlraums derart eingestellt sind, dass eine Flüssigkeit in den Hohlraum 162 des Aktors 106 verbleibt, selbst wenn der Flüssigkeitsbehälter keine Flüssigkeit enthält, ausführlich beschrieben. Falls der Aktor 106 den Flüssigkeitszustand erfassen kann, wenn der Hohlraum 162 voll mit Flüssigkeit ist, kann er den Flüssigkeitszustand selbst dann erfassen, wenn der Hohlraum 162 nicht voll mit Flüssigkeit ist.
Die Resonanzfrequenz fs ist eine Funktion der Inertanz M. Die Inertanz M ist die Summe der Inertanz Macht des Vibrationsteils und der zusätzlichen Inertanz M'. Die Inertanz M' bezieht sich auf den Flüssigkeitszustand. Die Inertanz M' ist eine Größe, die zeigt, dass die Masse des Vibrationsteils ersichtlich durch die Wirkung eines in der Umgebung des Vibrationsteils vorhandenen Mediums ansteigt. Das heißt, sie bedeutet eine Zunahme der Masse des Vibrationsteils durch ersichtliches Absorbieren des Mediums der Vibration des Vibrationsteils.
Wenn daher M' cav größer ist als M' max gemäß Formel 4, ist das ersichtlich absorbierende Medium vollständig eine in dem Hohlraum 162 verbleibende Flüssigkeit. Daher ist es derselbe Zustand wie derjenige, wenn der Flüssigkeitsbehälter voll mit Flüssigkeit ist. In diesem Falle verändert sich M' nicht, so dass die Resonanzfrequenz fs sich ebenfalls nicht ändert. Das heißt, dass sich auf die Vibration beziehende Medium wird nicht kleiner als M' max, so dass selbst, falls Tinte verbraucht wird, Veränderungen nicht erfasst werden können. Daher kann der Aktor 106 nicht den Flüssigkeitszustand in dem Flüssigkeitsbehälter erfassen.
Wenn andererseits M' cav kleiner ist als M' max gemäß Formel 4, ist das ersichtliche Absorbieren dem Medium eine in dem Hohlraum 162 verbleibende Flüssigkeit, ein Gas oder ein Vakuum in dem Flüssigkeitsbehälter. In diesem Falle verändert sich M' anders als in dem Zustand, in welchem der Flüssigkeitsbehälter voll mit Flüssigkeit ist, so dass die Resonanzfrequenz fs sich verändert. Daher kann der Aktor 106 den Flüssigkeitszustand in dem Flüssigkeitsbehälter erfassen.
Das heißt, wenn der Flüssigkeitsbehälter keine Flüssigkeit enthält und eine Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 des Aktors 106 verbleibt, ist der Zustand, in welchem der Aktor 106 präzise den Flüssigkeitszustand erfassen kann, dass M' cav kleiner ist als M' max. Der Zustand M' max > M' cav, in welchem der Aktor 106 präzise den Flüssigkeitszustand erfassen kann, ist unabhängig von der Form des Hohlraums 162.
M' cav bezeichnet die Masseninertanz einer Flüssigkeit mit annähernd demselben Volumen wie dasjenige des Hohlraumes 162. Daher kann anhand der Ungleichung M' max > M' cav der Zustand, in welchem der Aktor 106 präzise den Flüssigkeitszustand erfassen kann, als einen Zustand des Volumens des Hohlraums 162 ausgedrückt werden. Beispielsweise unter der Annahme, dass der Radius der Öffnung 161 des kreisförmigen Hohlraums 162a ist und dass die Tiefe des Hohlraumes 162d ist, erhält man folgende Formel: M' max > ρ*d/a2 Formel 10
Wenn Formel 10 aufgelöst wird, wird folgende Bedingung erhalten: a/d > 3*/8 Formel 11
Die Formeln 10 und 11 werden nur erhalten, wenn die Form des Hohlraumes 162 kreisförmig ist. Wenn die Formel von M' max verwendet wird, wenn der Hohlraum 162 nicht kreisförmig ist, und a² in Formel 10 durch die Fläche hiervon substituiert wird, kann die Beziehung der Breite und der Länge des Hohlraumes zu der Tiefe hiervon abgeleitet werden.
Wenn daher der Hohlraum 162 des Aktors 106 den Durchmesser a der Öffnung 161 und die Tiefe d der Öffnung 162 besitzt, welche Formel 11 erfüllen, kann, selbst falls der Flüssigkeitsbehälter keine Flüssigkeit enthält und eine Flüssigkeit in dem Hohlraum 162 verbleibt, der Aktor 106 den Flüssigkeitszustand frei von Fehlfunktionen erfassen.
Die zusätzliche Inertanz M' beeinträchtigt die akustische Impedanzcharakteristik, so dass man sagen kann, dass das Verfahren zum Messen der elektromotiven Gegenkraft, welche in dem Aktor 106 durch die Restvibration erzeugt wird, zumindest Veränderungen der akustischen Impedanz erfasst.
Bei dieser Ausführungsform erzeugt der Aktor 106 eine Vibration, und dann wird die elektromotive Gegenkraft gemessen, die in dem Aktor 106 durch die Restvibration erzeugt wird. Allerdings ist es nicht immer erforderlich, dass der Vibrationsteil des Aktors 106 eine Vibration auf eine Flüssigkeit durch seine eigene Vibration durch ein Antriebssignal gibt. Das heißt, selbst falls der Vibrationsteil selbst nicht vibriert, vibriert er zusammen mit einer Flüssigkeit in Kontakt mit diesem innerhalb eines bestimmten Bereichs, wodurch die piezoelektrische Schicht 160 gebogen und verformt wird. Diese Restvibration erzeugt eine elektromagnetische Gegenkraft in der piezoelektrischen Schicht 160 und überträgt die elektromotive Gegenkraft auf die obere Elektrode 164 und die untere Elektrode 166. Der Flüssigkeitszustand kann unter Nutzung dieses Phänomens erfasst werden. Beispielsweise in einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung kann unter Nutzung der Vibration der Umgebung des Vibrationsteils des Aktors, welche durch die Vibration der Hub-Bewegung des Schlittens ein Verfahren eines Druckkopfes während des Druckens erzeugt wird, der Zustand des Tintentanks oder der Tintenzustand darin erfasst werden.
4A und 4B zeigen ein Messverfahren für die Wellenform der Restvibration des Aktors 106 und der Restvibration nach dem Vibrieren des Aktors 106. Die vertikale Position des Tintenniveaus für das Einsetzpositionsniveau des Aktors 106 in der Tintenpatrone kann durch Veränderungen der Frequenz der Restvibration, nachdem der Aktor 106 vibriert, oder Veränderungen der Amplitude erfasst werden. In 4A und 4B zeigt die Ordinatenachse die Spannung der durch die Restvibration des Aktors 106 erzeugten elektromotiven Gegenkraft, und die Abszissenachse zeigt die Zeit. Durch die Restvibration des Aktors 106 wird, wie in 4A und 4B gezeigt, die Wellenform eines Analogsignals der Spannung erzeugt. Als nächstes wird das Analogsignal in einen Digitalwert gewandelt, welcher der Signalfrequenz entspricht.
In den in 4A und 4B gezeigten Beispielen kann durch Messen der zum Erzeugen von vier Impulsen aus den vier Impulsen des Analogsignals bis zum achten Impuls erforderlichen Zeit die Existenz von Tinte erfasst werden.
Genauer gesagt wird nach der Vibration des Aktors 106 die Anzahl des Überschreitens einer vorbestimmten Referenzspannung von der Niederspannungsseite zu der Hochspannungsseite gezählt. Ein Digitalsignal wird zwischen der vierten Zählung und der achten Zählung hoch gemacht, und die Zeit von der vierten Zählung bis zur achten Zählung wird durch einen vorbestimmten Uhrimpuls gemessen.
4A zeigt die Wellenform, wenn das Tintenniveau oberhalb des Einsetzpositionsniveaus des Aktors 106 positioniert ist. Andererseits zeigt 4B die Wellenform, wenn es keine Tinte an dem Einsetzpositionsniveau des Aktors 106 gibt. Der Vergleich von 4A mit 4B zeigt, dass die Zeit von der vierten Zählung bis zur achten Zählung in 4A länger ist als diejenige in 4B. In anderen Worten, die Zeit von der vierten Zählung bis zur achten Zählung variiert mit der Existenz von Tinte. Durch Nutzung der Zeitdifferenz kann der Verbrauchszustand der Tinte erfasst werden. Beginnend mit der Zählung von der vierten Zählung der analogen Wellenform bedeutet, dass mit der Messung nach einer Stabilisierung der Vibration des Aktors 106 begonnen wird. Beginnend von der vierten Zählung ist nur ein Beispiel und die Zeit kann von jeglicher Zählung ausgehend gezählt werden. In diesem Falle wird ein Signal von der vierten Zählung bis zur achten Zählung erfasst, und die Zeit von der vierten Zählung bis zur achten Zählung wird durch einen vorbestimmten Uhrimpuls gemessen. Hierdurch wird die Resonanzfrequenz erhalten. Es ist bevorzugt, dass der Uhrimpuls ein Uhrimpuls ist, welcher gleich der Uhr zum Steuern einer an der Tintenpatrone angebrachten Halbleiterspeichereinrichtung ist. Es gibt keine Notwendigkeit, die Zeit bis zur achten Zählung zu messen, und es kann die Zeit bis zu irgendeiner Zählung gemessen werden. In 4A und 4B wird die Zeit von der vierten Zählung bis zur achten Zählung gemessen. Allerdings kann entsprechend dem Schaltungsaufbau zum Erfassen der Frequenz die Zeit innerhalb eines unterschiedlichen Zeitbereichs erfasst werden.
Wenn beispielsweise die Qualität der Tinte stabilisiert ist und die Spitze der Amplitude etwas variiert, wird zum Erhöhen der Erfassungsgeschwindigkeit die Zeit von der vierten Zählung bis zur sechsten Zählung erfasst, wodurch die Resonanzfrequenz erhalten werden kann. Oder wenn die Qualität der Tinte instabil ist und die Impulsamplitude stark variiert, kann zum präzisen Erfassen der Restvibration die Zeit von der vierten Zählung bis zur zwölften Zählung erfasst werden.
Ferner kann in einer weiteren Ausführungsform die Wellenanzahl der Spannungswellenform der elektromotiven Gegenkraft innerhalb einer vorbestimmten Periode gezählt werden (in der Zeichnung nicht gezeigt). Auch durch dieses Verfahren kann die Resonanzfrequenz bestimmt werden.
Genauer gesagt wird, nach der Vibration des Aktors 106, ein Digitalsignal für eine vorbestimmte Periode hoch gemacht, und die Anzahl des Überschreitens einer vorbestimmten Referenzspannung von der Niederspannungsseite zu der Hochspannungsseite wird gezählt. Durch Messen der Anzahl kann die Exitenz der Tinte bestimmt werden.
Ferner zeigt der Vergleich von 4A mit 4B, dass die Amplitude der Wellenform der elektromotiven Gegenkraft sich zwischen einem Fall, in welchem die Tintenpatrone voll mit Tinte ist, und einem Fall, in welchem die Tintenpatrone keine Tinte enthält, unterscheidet. Daher kann durch Messen der Amplitude der Wellenform der elektromotiven Gegenkraft ohne Erhalten der Resonanzfrequenz der Verbrauchszustand der Tinte in der Tintenpatrone erfasst werden. Genauer gesagt wird beispielsweise eine Referenzspannung zwischen der Spitze der Wellenform der elektromotiven Gegenkraft gemäß 4A und der Spitze der Wellenform der elektromotiven Gegenkraft gemäß 4B eingestellt. Wenn der Aktor 106 vibriert und dann ein Digitalsignal zu einer vorbestimmten Zeit hoch gemacht wird und die Wellenform der elektromotiven Gegenkraft die Referenzspannung überschreitet, beurteilt der Aktor 106, dass es keine Tinte gibt. Wenn die Wellenform der elektromotiven Gegenkraft nicht die Referenzspannung überschreitet, beurteilt der Aktor 106, dass Tinte vorhanden ist.
Das obige ist eine Erläuterung des „Aktors", der ein Beispiel einer piezoelektrischen Einrichtung ist, und der Erfassungstechnik für den Tintenverbrauchszustand, welche diesen nutzt. Als nächstes wird eine Ausführungsform der Einsetzstruktur der vorliegenden Erfindung erläutert.
5 ist eine Perspektivansicht, die den Aufbau zeigt, bei welchem der Aktor 106 integral als ein Modul 100 gebildet ist. Das Modul 100 ist an einer vorbestimmten Stelle des Behälters (Behälterkörpers) 1 der in 10 gezeigten Tintenpatrone eingesetzt. Das Modul 100 ist derart aufgebaut, um zumindest Veränderungen der akustischen Impedanz in einer Tintenlösung zu erfassen, wodurch der Verbrauchszustand der Flüssigkeit in dem Behälter 1 erfasst wird. Das Modul 100 dieser Ausführungsform besitzt einen Einsetzabschnitt 101 zum Einsetzen des Aktors 106 an dem Behälter 1. Der Einsetzabschnitt 101 ist derart aufgebaut, um eine Säule 116, welche den durch ein Antriebssignal vibrierten Aktor 106 enthält, an einem Substrat 102 einzusetzen, das eine annähernd rechteckige Oberfläche besitzt. Wenn das Modul 100 an der Tintenpatrone eingesetzt ist, ist der Aktor 106 des Moduls 100 derart vorgesehen, um nicht von außen berührbar zu sein, so dass der Aktor 106 vor einer externen Berührung geschützt werden kann. Der Rand der Säule 116 auf der Oberseite ist abgerundet, so dass er leicht während des Einsetzens in das in der Tintenpatrone gebildete Durchgangsloch eingesetzt werden kann.
Wenn der äußere Umfang der Einsetzstruktur derart gebildet ist, um eine Abdichtstruktur wie ein elastisches Element zu besitzen, kann er angemessen flüssigkeitsdicht zu dem Behälter gehalten werden. In dieser Zeichnung besitzt die Einsetzstruktur das Substrat 102 und die Säule 116. Allerdings ist die Form der Einsetzstruktur nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann sie einen zylindrische Struktur sein, deren Seite der Säule 116 erstreckt ist.
6 ist eine Explosionsansicht, welche den Aufbau des in 5 gezeigten Moduls zeigt. Das Modul 100 umfasst in Einsetzabschnitt 101, der aus Harz hergestellt ist, eine Platte 110 und einen Aufnahmeabschnitt 105 mit einer Konkavität 113. Ferner besitzt das Modul 100 Leiterdrähte 104a und 104b, den Aktor 106 und einen Film 108. Es ist bevorzugt, dass die Platte 110 aus einem nicht rostendem Material wie rostfreiem Stahl oder einer rostfreien Stahllegierung hergestellt ist. In der Säule 116 und dem Substrat 102, die in dem Einsetzabschnitt 101 enthatlen sind, ist eine Öffnung 114 in der Mitte hiervon derart gebildet, um die Leiterdrähte 104a und 104b aufzunehmen, und die Konkavität 113 ist derart gebildet, um den Aktor 106, den Film 108 und die Platte 110 aufzunehmen. Der Aktor 106 ist mit der Platte 110 über den Film 108 verbunden, und die Platte 110 und der Aktor 106 sind an dem Einsetzabschnitt 101 befestigt. Daher sind die Leiterdrähte 104a und 104b, der Aktor 106, der Film 108 und die Platte 110 integral an dem Einsetzabschnitt 101 angebracht.
Die Leiterdrähte 104a und 104b sind mit der oberen Elektrode bzw. der unteren Elektrode des Aktors 106 verbunden, übertragen ein Antriebssignal zu der piezoelektrischen Schicht und übertragen eine Signal der Resonanzfrequenz, die durch den Aktor 106 erfasst ist, zu der Aufzeichnungsvorrichtung. Der Aktor 106 vibriert temporär auf der Basis eines Antriebssignals, das von den Leiterdrähten 104a und 104b übertragen wird. Nach der Vibration führt der Aktor 106 eine Restvibration aus und erzeugt eine elektromotive Gegenkraft durch die Vibration. Dabei kann durch Erfassen des Vibrationszyklus der Wellenform der elektromotiven Gegenkraft die Resonanzfrequenz entsprechend dem Verbrauchszustand der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter erfasst werden. Der Film 108 verbindet den Aktor 106 mit der Platte 110 derart, um den Aktor flüssigkeitsdicht zu machen. Es ist bevorzugt, den Film 108 durch Polyolefin zu bilden und durch thermisches Schweißen anzuhaften.
Bevorzugt sind die Leiterdrähte 104a und 104b durch leitfähige Elemente mit relativ hoher Steifigkeit gebildet, so dass der Aktor (piezoelektrische Einrichtung) 106 durch die Leiterdrähte 104a, 104b gestützt wird.
Die Platte 110 ist kreisförmig, und die Öffnung 114 des Substrats 102 ist zylindrisch ausgebildet. Der Aktor 106 und der Film 108 sind rechteckig ausgeformt. Die Leiterdrähte 104, der Aktor 106, der Film 108 und die Platte 110 können an dem Substrat 102 in einem entnehmbaren Zustand angebracht sein. Das Substrat 103, die Leiterdrähte 104a, der Aktor 106, der Film 108 und die Platte 110 sind symmetrisch um die Mittelachse des Moduls 100 angeordnet. Ferner sind die Mitten des Substrats 102, des Aktors 106, des Films 108 und der Platte 110 annähernd auf der Mittelachse des Moduls 100 angeordnet.
Die Fläche der Öffnung 114 des Substrats 102 ist größer ausgeformt als die Fläche des Vibrationsbereichs des Aktors 106. In der Position, welche die Mitte der Platte 110 ist, ist im Vibrationsteil des Aktors 106 zugewandt ein Durchgangsloch 112 gebildet. Wie in 1A bis 2 gezeigt, ist der Hohlraum 162 in dem Aktor 106 gebildet, und das Durchgangsloch 112 und der Hohlraum 162 bilden jeweils ein Tintenreservoir. Es ist bevorzugt, dass die Dicke der Platte 100 geringer ist als der Durchmesser des Durchgangslochs 112, um die Wirkung von Resttinte zu vermindern. Beispielsweise ist es bevorzugt, dass die Tiefe des Durchgangslochs kleiner oder gleich 1/3 dessen Durchmesser ist. Das Durchgangsloch 112 besitzt eine annähernd kreisartige Form symmetrisch zu der Mittelachse des Moduls 100. Die Fläche des Durchgangslochs 112 ist größer als die Fläche der Öffnung des Hohlraums 162. Der Umfang des Querschnitts des Durchgangslochs 112 kann sich verjüngen oder abgestuft sein. Das Modul 100 ist an der Seite, der Oberseite oder dem Boden des Behälters 1 eingesetzt, so dass das Durchgangsloch 112 nach innerhalb des Behälters 1 gerichtet ist. Wenn Tinte verbraucht wird und Tinte um den Aktor 106 zu Ende geht, wird die Resonanzfrequenz des Aktors 106 stark verändert, so dass Veränderungen des Tintenniveaus erfasst werden können.
7 ist eine Perspektivansicht, die eine weitere Ausführungsform des Moduls zeigt. In dem Modul 400 dieser Ausführungsform, ist ein Aufnahmeabschnitt 405 an einem Einsetzabschnitt 401 gebildet. In dem Einsetzabschnitt 401 ist eine zylindrische Säule 403 an einem Substrat 402 mit einer annähernd quadratischen Oberfläche mit abgerundeten Ecken gebildet. Ferner umfasst der Aufnahmeabschnitt 405 ein Plattenelement 406, das an der Säule 403 errichtet ist, und eine Konkavität 413. In der auf der Seite des Plattenelements 406 gebildeten Konkavität 413 ist der Aktor 106 angeordnet. Das Ende des Plattenelements 406 ist unter einem vorbestimmten Winkel derart abgeschrägt, um beim Einsetzen leicht in das in der Tintenpatrone gebildete Durchgangsloch zu passen.
8 ist eine explosionsartige Perspektivansicht, welche den Aufbau des in 7 gezeigten Moduls 400 zeigt. In derselben Weise wie das Modul 100 gemäß 5 umfasst das Modul 400 den Einsetzabschnitt 401 und den Aufnahmeabschnitt 405. Der Einsetzabschnitt 401 besitzt das Substrat 402 und die Säule 403, und der Aufnahmeabschnitt 405 besitzt das Plattenelement 406 und die Konkavität 413. Der Aktor 106 ist mit einer Platte 410 verbunden und ist an der Konkavität 413 befestigt. Das Modul 400 besitzt zusätzlich Leiterdrähte 404a und 404b, den Aktor 106 und einen Film 408.
Bevorzugt sind die Leiterdrähte 404a, 404b durch leitfähige Elemente mit relativ hoher Steifigkeit gebildet, so dass der Aktor (piezoelektrische Einrichtung) 106 durch die Leiterdrähte 404a, 404 gestützt werden.
Bei dieser Ausführungsform ist die Platte 410 rechteckig, und die in dem Plattenelement 406 gebildete Öffnung 411 ist rechteckig. Die Leiterdrähte 404a und 404b, der Aktor 106, der Film 408 und die Platte 410 können an dem Substrat 402 in einem entnehmbaren Zustand angebracht sein. Der Aktor 106, der Film 406 und die Platte 410 passieren die Mitte der Öffnung 414 und sind symmetrisch um die Mittelachse angeordnet, die sich senkrecht zu der Oberfläche der Öffnung 414 erstreckt. Ferner sind die Mitten des Aktors 406 und des Films 408 und der Platte 410 annähernd auf der Mittelachse der Öffnung 414 angeordnet.
Die Fläche eines der in der Mitte der Platte 410 gebildeten Durchgangslochs 412 ist größer als die Fläche der Öffnung des Hohlraums 162 des Aktors 106. Der Hohlraum 162 des Aktors 106 und das Durchgangsloch 412 bilden jeweils ein Tintenreservoir. Es ist bevorzugt, dass die Dicke der Platte 410 kleiner ist als der Durchmesser des Durchgangslochs 412 und beispielsweise auf 1/3 oder weniger des Durchmessers des Durchgangslochs 412 eingestellt ist. Das Durchgangsloch 412 ist annähernd ein Kreis symmetrisch zu der Mittelachse des Moduls 400. Der Umfang des Querschnitts des Durchgangslochs 412 kann sich verjüngend oder abgestuft sein. Das Modul 400 kann an dem Boden des Behälters 1 eingesetzt sein, so dass das Durchgangsloch 412 in dem Behälter 1 angeordnet ist. Der Aktor 106 ist in dem Behälter 1 derart angeordnet, um sich in der senkrechten Richtung zu erstrecken, so dass durch Veränder der Höhe des Substrats 402 und durch Verändern der Höhe des Aktors 106, wenn dieser in dem Behälter 1 angeordnet ist, die Einstellung des Zeitpunkts des Tintenendes verändert werden kann.
9A bis 9C zeigen noch eine weitere Ausführungsform des Moduls. Auf dieselbe wie bei dem in 5 gezeigten Modul 100 umfasst in 9A bis 9C gezeigtes Modul 500 einen Einsetzabschnitt 501 mit einem Substrat 502 und einer Säule 503. Das Modul 500 umfasst zusätzlich Leiterdrähte 504a und 504b, den Aktor 106, ein Film 508 und eine Platte 510. Bei dem in den Einsetzabschnitt 501 enthaltenen Substrat 502 ist eine Öffnung 514 in der Mitte derart gebildet, um die Leiterdrähte 504a und 504b aufzunehmen, und eine Konkavität 513 ist derart gebildet, um den Aktor 106, den Film 508 und die Platte 510 aufzunehmen. Der Aktor 106 ist an einem Aufnahmeabschnitt 505 über die Platte 510 befestigt. Daher sind die Leiterdrähte 504a und 504b, der Aktor 106, der Film 508 und die Platte 510 integral an dem Einsetzabschnitt 501 angebracht. Bei dem Modul 500 dieser Ausführungsform ist die Säule 503 mit einer vertikal geneigten Oberfläche an dem Substrat gebildet, das eine annähernd quadratische Oberfläche mit abgerundeten Ecken besitzt. Der Aktor 106 ist an der Konkavität 513 angeordnet, die auf der Oberseite der Säule 503 angeordnet ist, und zwar geneigt in der vertikalen Richtung.
Bevorzugt sind die Leiterdrähte 504a, 504b durch leitfähige Elemente mit relativ hoher Steifigkeit gebildet, so dass der Aktor (piezoelektrische Einrichtung) 106 durch die Leiterdrähte 504a, 504b gestützt ist.
Das Ende des Moduls 500 ist geneigt, und der Aktor 106 ist an der geneigten Oberfläche hiervon eingesetzt. Wenn daher das Modul 500 an dem Boden oder der Seite des Behälters 1 eingesetzt wird, ist der Aktor 106 gegenüber der vertikalen Richtung des Behälters 1 geneigt. Es ist wünschenswert, den Neigungswinkel des Endes des Moduls 500 innerhalb eines Bereichs zwischen 30° und 60° im Hinblick auf die Erfassungskapazität einzustellen.
Das Modul 500 ist an dem Boden oder der Seite des Behälters 1 derart eingesetzt, dass der Aktor 106 in dem Behälter 1 angeordnet ist. Wenn das Modul 500 an der Seite des Behälters 1 eingesetzt ist, ist der Aktor 106 an dem Behälter 1 derart angebracht, dass er zu der Oberseite, Bodenseite oder Seite des Behälters 1 in einem geneigten Zustand gerichtet ist. Wenn andererseits das Modul 500 an dem Boden des Behälters 1 eingesetzt ist, ist es bevorzugt, dass der Aktor 106 an dem Behälter 1 derart angebracht ist, dass er zu der Seite der Tintenförderöffnung des Behälters 1 in einem geneigten Zustand gerichtet ist.
Da der Aktor 106 an der geneigten Oberfläche des geneigten zylindrischen Endes eingesetzt ist, kann der Durchmesser der Säule kleiner ausgeführt werden als derjenige des in 5 gezeigten Moduls 100. Das heißt, das Modul kann dünn ausgeführt werden, so dass es ebenso geeignet ist, in einen Tintenbehälter mit einer schmalen Einsetzstelle des Moduls eingesetzt zu werden. Ferner kann der Durchmesser des Lochs des Moduleinsetzteils des Behälters kleiner ausgeführt werden. Daher kann eine Tintenleckage vermindert werden.
10 ist eine Querschnittsansicht der Umgebung des Bodens des Tintenbehälters, wenn das in 5 gezeigte Modul 100 an einem Durchgangsloch 1a des Behälters 1 eingesetzt ist. Das Modul 100 ist derart eingesetzt, um durch die Seitenwand des Behälters 1 zu passieren. An der Verbindungsstelle zwischen der Seitenwand des Behälters 1 und dem Modul 100 ist ein O-Ring 365 derart vorgesehen, um das Modul 100 und den Behälter 1 flüssigkeitsdicht zu halten. Es ist bevorzugt, dass das Modul 100 eine Säule, wie in 5 erläutert, derart besitzt, um dieses durch den O-Ring 365 abzudichten. Wenn das Ende des Moduls 100 in dem Behälter 1 eingefügt ist, kommt Tinte in dem Behälter 1 in Kontakt mit Aktor 106 über das Durchgangsloch 112 zur Platte 110. Die Resonanzfrequenz der Restvibration des Aktors 106 variiert damit, ob das Medium um den Vibrationsteil des Aktors 106 eine Flüssigkeit oder ein Gas ist, so dass der Verbrauchszustand der Tinte unter Einsatz des Moduls 100 erfasst werden kann. Zusätzlich zu dem Modul 100 können das in 7 gezeigte Modul 400, das in 9A bis 9C gezeigte Modul 500 oder Module 700A und 700B und eine gegossene Struktur 600, die als nächstes in 11A bis 11C gezeigt werden wird, in dem Behälter 1 eingesetzt werden, und die Existenz der Tinte kann erfasst werden.
Durch Ändern des oben genannten Moduls 100 kann dieses von dem Behälter 1 entnommen werden. Daher kann der Aktor 106 geeignet an dem Behälter 1 angebracht oder von diesem entnommen werden. Hierdurch kann der Aktor 106 leichter recycelt werden.
11A zeigt eine Querschnittsansicht des Tintenbehälters, wenn das Modul 700B in dem Behälter 1 eingesetzt ist. In dieser Ausführungsform wird das Modul 700B als eine der Einsetzstrukturen verwendet. Das Modul 700B wird an dem Behälter 1 derart eingesetzt, dass ein Einsetzabschnitt 360 in den Behälter 1 hervorsteht. Ein Durchgangsloch 370 ist in einer Einsetzplatte 350 gebildet, und das Durchgangsloch 370 und der Vibrationsteil des Aktors 106 liegen einander gegenüber. Ferner ist ein Loch 382 in der Bodenwand des Moduls 700B gebildet, und ein Aufnahmeabschnitt 363 ist gebildet. Der Aktor 106 ist derart angeordnet, um ein Ende des Lochs 382 zu blockieren. Daher ist Tinte in Kontakt mit der Vibrationsplatte 176 über das Loch 382 des Aufnahmeabschnitts 363 und das Durchgangsloch 370 der Einsetzplatte 350. Das Loch 382 des Aufnahmeabschnitts 363 und das Durchgangsloch 370 der Einsetzplatte 350 bilden jeweils ein Tintenreservoir. Der Aufnahmeabschnitt 363 und der Aktor 106 sind durch die Einsetzplatte 350 und ein Fehlelement fixiert. An der Verbindungsstelle des Einsetzabschnitts 360 und des Behälters 1 ist eine Abdichtstruktur 372 eingebaut. Die Abdichtstruktur 372 kann durch ein Kunststoffmaterial wie Kunstharz gebildet sein oder kann durch einen O-Ring gebildet sein. Ferner kann ein Gussteil zum Abdichten der Verbindung des Aufnahmeabschnitts 363 und des Aktors 106 vorgesehen sein. Das Modul 700B und der Behälter 1 gemäß 11A sind unabhängig voneinander gebildet. Allerdings kann, wie in 11B gezeigt, der Aufnahmeabschnitt des Moduls 700B durch einen Teil des Behälters 1 gebildet sein.
Das Modul 700B gemäß 11A erfordert nicht ein Einbetten der Leiterdrähte, die in 5 bis 9C gezeigt sind, in das Modul. Als Ergebnis hieraus wird der Gießschritt vereinfacht. Ferner kann das Modul 700B ausgetauscht und recycelt werden.
Falls Tinte an der Oberseite oder der Seite des Behälters 1 anhaftet, wenn die Tintenpatrone vibriert und von der Oberseite oder der Seite des Behälters 1 tropfende Tinte in Kontakt mit dem Aktor 106 kommt, kann der Aktor 106 fehl funktionieren. Da allerdings bei dem Modul 700B der Einsetzabschnitt 360 in den Behälter 1 hervorsteht, wird der Aktor 106 nicht infolge eines Tintentropfens von der Oberseite oder der Seite des Behälters 1 fehl funktionieren.
Bei der in 11A gezeigten Ausführungsform sind die Vibrierplatte 176 und ein Teil der Einsetzplatte 350 in dem Behälter 1 derart eingesetzt, dass sie allein in Kontakt mit Tinte in dem Behälter 1 kommen. Durch den Isolierteil, der durch die Vibrierplatte 176 und die Einsetzplatte 350 auf diese Weise zusammen gesetzt ist, kann das piezoelektrische Element von der Flüssigkeit in dem Behälter 1 isoliert werden. Da der Aktor 106 durch die Einsetzplatte 350 befestigt ist, kann nur der Vibrationsteil der Vibrationsplatte 176 angemessen vibriert werden.
Bei der in 11a gezeigten Ausführungsform ist ein Einbetten der Elektroden der Leiterdrähte 104a, 104b, 404a, 404b, 504a und 504b gemäß 5 bis 9C in das Modul nicht erforderlich. Als Ergebnis hieraus kann der Gießschritt vereinfacht werden. Ferner kann das Modul 700B ausgetauscht und recycelt werden.
11B zeigt eine Querschnittsansicht des Tintenbehälters gemäß einer Ausführungsform, wenn der Aktor 106 in dem Behälter 1 eingesetzt ist. Bei der Tintenpatrone der in 11B gezeigten Ausführungsform ist ein Schutzelement 361 an dem Behälter 1 separat an dem Aktor 106 angebracht. Daher sind auch Schutzelement 361 und der Aktor 106 nicht als ein Modul integriert. Das Schutzelement 361 kann den Aktor 106 vor einer Berührung durch die Hand eines Benutzers schützen. Ein auf der Vorderseite des Aktors 106 gebildetes Loch 380 ist in der Seitenwand des Behälters 1 angeordnet. Der Aktor 106 umfasst die piezoelektrische Schicht 160, die obere Elektrode 164, die untere Elektrode 166, die Vibrierplatte 176 und die Einsetzplatte 350. Die Vibrierplatte 176 ist auf der Oberseite der Einsetzplatte 350 gebildet, und die untere Elektrode 166 ist auf der Oberseite der Vibrierplatte 176 gebildet. Die piezoelektrische Schicht 160 ist auf der Oberseite der unteren Elektrode 166 gebildet, und die obere Elektrode 164 ist auf der Oberseite der piezoelektrischen Schicht 160 gebildet. Daher ist der Hauptteil der piezoelektrischen Schicht derart gebildet, um durch den Hauptteil der oberen Elektrode 164 und den Hauptteil der unteren Elektrode 166 gehalten zu werden. Die kreisförmigen Teile, welche die jeweiligen Hauptteile der piezoelektrischen Schicht 160 der oberen Elektrode 164 und der unteren Elektrode 166 sind, bilden ein piezoelektrisches Element. Das piezoelektrische Element ist an der Vibrationsplatte 176 gebildet. Das piezoelektrische Element und der Vibrationsteil der Vibrationsplatte 176 sind der Vibrationsteil, an welchem der Aktor tatsächlich vibriert. Das Durchgangsloch 370 ist in der Einsetzplatte 350 gebildet. Ferner ist das Durchgangsloch 380 in der Seitenwand des Behälters 1 gebildet. Daher ist Tinte in Kontakt mit der Vibrationsplatte 176 über das Loch 380 des Behälters 1 und das Durchgangsloch 370 der Einsetzplatte 350. Das Loch 380 des Behälters 1 und das Durchgangsloch 370 der Einsetzplatte 350 bilden jeweils ein Tintenreservoir. Bei der in 11B gezeigten Ausführungsform ist der Aktor 106 durch das Schutzelement 361 geschützt, so dass der Aktor 106 vor einem Kontakt mit der Außenseite geschützt ist.
Der Aktor 106 und die Einsetzplatte 350, die in den Beispielen in 11A und 11B gezeigt sind, können durch den Aktor 106 mit dem Substrat 178 ersetzt werden, der in 1A bis 1B gezeigt ist.
11C zeigt eine Ausführungsform mit der gegossenen Struktur 600 einschließen des Aktors 106. Diese Ausführungsform verwendet die gegossene Struktur 600 als eine Einsetzstruktur. Die gegossene Struktur 600 besitzt den Aktor 106 und ein Gussteil 364. Der Aktor 106 und der Gussteil 364 sind integral gebildet. Der Gussteil 364 ist mit einem Kunststoffmaterial wie einem Silikonharz gebildet. Der Gussteil 364 besitzt im Inneren einen Leiterdraht 362. Der Gussteil 364 ist derart gebildet, um zwei Schenkel 364a, 364b zu besitzen, die sich von dem Aktor 106 erstrecken. Um den Gussteil 364 und den Behälter 1 flüssigkeitsdicht zu fixieren, sind die Enden der zwei Schenkel des Gussteils 364 halbkugelförmig gebildet. Der Gussteil 364 ist an dem Behälter 1 derart eingesetzt, dass der Aktor 106 in dem Behälter 1 hervorsteht und der Vibrationsteil des Aktors 106 in Kontakt mit Tinte in dem Behälter 1 kommt. Die obere Elektrode 164, die piezoelektrische Schicht 160 und die untere Elektrode 166 des Aktors 106 sind durch den Gussteil 364 gegenüber Tinte geschützt.
Die in 11C gezeigte, gegossene Struktur 600 erfordert die Dichtstruktur 372 zwischen dem Gussteil 364 und dem Behälter 1, so dass Tinte kaum von dem Behälter 1 leckt. Ferner steht die gegossene Struktur 600 nicht nach außen von dem Behälter 1 hervor, der Aktor 106 ist vor einem Kontakt mit der Außenseite geschützt. Wenn die Tintenpatrone vibriert, haftet Tinte an der Oberseite oder der Seite des Behälters 1 an, und von der Oberseite oder der Seite des Behälters 1 tropfende Tinte berührt den Aktor 106, wodurch der Aktor 106 fehl funktionieren kann. Bei der gegossenen Struktur 600 steht der Gussteil 364 in dem Behälter 1 hervor, so dass der Aktor 106 nicht durch von der Oberseite oder der Seite des Behälters 1 tropfende Tinte fehl funktionieren wird.
12 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Öffnung der Einsetzstruktur dieser Ausführungsform. Genauer gesagt ist es ein Beispiel einer vergrößerten Ansicht der Öffnung der in 11A und 11B gezeigten Einsetzstruktur. Ein Durchgangsloch 2c ist in dem Aufnahmeabschnitt 363 gebildet. Ein Aktor 650 besitzt eine Vibrationsplatte 72 und ein an der vibrationsplatte 72 befestigtes piezoelektrisches Element 73. Der Aktor 650 ist an dem Aufnahmeabschnitt 363 derart befestigt, dass das piezoelektrische Element 73 dem Durchgangsloch 2c über die Vibrationsplatte 72 und ein Substrat 71 gegenüberliegt. Die Vibrationsplatte 72 kann elastisch verformt werden und ist tintenresistent. Der Durchmesser der Platte 71 ist nicht auf diese Zeichnung beschränkt. Die Einsetzstruktur kann durch einen Teil der Wand des Behälters 1 gebildet sein, wie in 11B gezeigt, so dass das Durchgangsloch in der Wand des Behälters 1 gebildet sein kann.
Die Amplitude und Frequenz der durch die Restvibration des piezoelektrischen Elements 73 und der Vibrationsplatte 72 erzeugten, elektromotiven Gegenkraft werden in Abhängigkeit von der Tintenmenge in dem Behälter 1 verändert. Das Durchgangsloch 2c ist in der dem Aktor 650 gegenüberliegenden Position gebildet, und ein minimaler Festbetrag an Tinte ist in dem Durchgangsloch 2c reserviert. Wenn daher die Vibrationscharakteristik des Aktors 650, die durch die in dem Durchgangsloch 2c reservierte Tintenmenge definiert ist, vorab gemessen wird, kann das Tintenende des Behälters 1 sicher erfasst werden.
13A bis 13C zeigen weitere Ausführungsformen des Durchgangslochs 2c. In 13A, 13B und 13C zeigt jede Zeichnung auf der linken Seite einen Zustand, in welchem es keine Tinte K in dem Durchgangsloch 2c gibt, und jede Zeichnung auf der rechten Seite zeigt einen Zustand, in welchem Tinte K in dem Durchgangsloch 2c verbleibt. In der in 12 gezeigten Ausführungsform sind beide Seiten des Durchgangslochs 2c als senkrechte Wände gebildet. In 13A sind die Seiten 2d des Durchgangslochs 2c in der vertikalen Richtung schräg und vergrößert und nach außen geöffnet. In 13B sind unterschiedliche Niveauteile 2e und 2f auf der Seite des Durchgangslochs 2c gebildet. Der unterschiedliche Niveauteil 2f, der oberhalb positioniert ist, ist breiter als der unterschiedliche Niveauteil 2e, der unterhalb positioniert ist. In 13C besitzt das Durchgangsloch 2c einen Schlitz 2g, der sich in der Richtung eines leichten Ausstoßens von Tinten K erstreckt, das heißt in der Richtung einer Tintenzufuhröffnung 2, die in 18 gezeigt ist.
In Abhängigkeit von der jeweiligen Form des Durchgangslochs 2c, die in 13A bis 13C gezeigt ist, kann die Menge an Tinte K in dem Tintenreservoir vermindert werden. Daher kann M' cav, das in 1A und 2 erläutert wurde, kleiner gemacht werden als M' max, so dass die Vibrationscharakteristik des Aktors 650 zur Zeit des Tintenendes unterschiedlich von derjenigen gemacht werden kann, wenn Tinte K in einer druckbaren Menge in dem Behälter 1 verbleibt. Daher kann das Tintenende sicherer erfasst werden. Die Einsetzstruktur kann durch einen Teil der Wand des Behälters 1 gebildet sein, wie in 11B gezeigt, so dass das Durchgangsloch in der Wand des Behälters 1 gebildet sein kann.
14A bis 14B zeigen Draufsichten noch weiterer Ausführungsformen des Durchgangslochs 2c. Wie in 14A bis 14C gezeigt, kann die ebene Form des Durchgangslochs 2c irgendeine Form sein, solange sie keine negativen Wirkungen auf die Vibrationscharakteristik des Aktors besitzt. Sie kann eine optionale Form sein wie ein Kreis, ein Rechteck oder ein Dreieck. Das Durchgangsloch 2c ist in dem Aufnahmeabschnitt 363 gebildet. Allerdings kann die Einsetzstruktur durch einen Teil der Wand des Behälters 1 gebildet sein, wie in 11B gezeigt, so dass das Durchgangsloch in der Wand des Behälters 1 gebildet sein kann.
15 zeigt eine Ausführungsform einer Tintenpatrone, an welcher die Einsetzstruktur 107 mit einem Aktor angebracht ist, und eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung. Eine Mehrzahl von Tintenpatronen ist in die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung eingesetzt, die eine Mehrzahl von Tinteneinlässen 182 und Kopfplatten 184 entsprechend den jeweiligen Tintenpatronen 180 besitzt. Die mehreren Tintenpatronen 180 enthalten unterschiedliche Arten, beispielsweise unterschiedliche Farben von Tinte. An den jeweiligen Böden der mehreren Tintenpatronen 180 sind die Einsetzstrukturen 107, die Aktoren besitzen, welche Mittel zum Erfassen zumindest einer akustischen Impedanz sind, eingebaut. Wenn die jeweilige Einsetzstruktur 107 mit einem Aktor an der jeweiligen Tintenpatrone 180 angebracht ist, kann die Restmenge der Tinte in der Tintenpatrone 180 erfasst werden.
16 ist eine Perspektivansicht, die eine Ausführungsform einer Tintenpatrone zeigt, welche eine Mehrzahl von Tintenarten enthält, betrachtet von der Rückseite. Ein Behälter 8 ist in drei Tintenkammern 9, 10 und 11 durch Aufteilungen aufgeteilt. Tintenzufuhröffnungen 12, 13 und 14 sind in den jeweiligen Tintenkammern gebildet. An den Böden 8a der jeweiligen Tintenkammern 9, 10 und 11 sind Einsetzstrukturen 15, 16 und 17 mit Aktoren derart angebracht, um den Verbrauchszustand der in der jeweiligen Tintenkammer enthaltenen Tinte zu erfassen. Die Aufteilung des Behälters 8 in Tintenkammern durch die Aufteilungen ist nicht auf drei beschränkt. Die Art der in der jeweiligen Tintenkammer enthaltenen Tinte kann voneinander unterschiedlich sein oder kann dieselbe sein.
17A bis 17C zeigen eine weitere Ausführungsform der Tintenpatrone 180. 17A ist eine Querschnittsansicht einer Tintenpatrone 180C, und 17B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Seitenwand 194b der in 17A gezeigten Tintenpatrone 180C und 17C ist eine Perspektivansicht von der Vorderseite hiervon. Eine Einsetzstruktur 700 ist an der Tintenpatrone 180C angebracht. Die Einsetzstruktur 700 besitzt eine Platine 610. Ein Halbleiterspeichereinrichtung 7 und der Aktor 106 sind an der Platine 610 gebildet. Wie in 17B und 17C gezeigt, ist die Halbleiterspeichereinrichtung 7 oberhalb der Platine 610 gebildet, und der Aktor 106 ist unter der Halbleiterspeichereinrichtung 7 auf der Platine 610 gebildet. Ein nicht standardisierter O-Ring 614 ist an der Seitenwand 194b derart angebracht, um den Umfang des Aktors 106 zu umschließen. An der Seitenwand 194b ist eine Mehrzahl von Stemmteilen 616 zum Verbinden der Platine 610 mit einem Tintenbehälter 194 gebildet. Wenn die Platine 610 mit dem Tintenbehälter 194 durch die Stemmteile 616 verbunden ist und der nicht standardisierter O-Ring 614 gegen die Platine 610 gepresst ist, kann der Vibrationsteil des Aktors 106 in Kontakt mit der Tinte kommen, und die Außenseite und die Innenseite der Tintenpatrone werden flüssigkeitsdicht gehalten.
Wenn eine vorbestimmte Konkavität in der Seitenwand 194b gebildet ist und die Stemmteile 616 eingesetzt werden, kann die Anbringstruktur 700 mit der Platine 610 an einer vorbestimmten Position angebracht werden, und die Verbindung der Anschlüsse 612, die später beschrieben werden, und ein Anbringen des Aktors können jeweils in geeigneten Positionen ausgeführt werden.
In der Halbleiterspeichereinrichtung 7 und in der Nähe der Halbleiterspeichereinrichtung 7 sind die Anschlüsse 612 gebildet. Die Anschlüsse 612 übertragen ein Signal zwischen der Halbleiterspeichereinrichtung 7 und der Außenseite wie der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung. Die Halbleiterspeichereinrichtung 7 kann durch einen wiederbeschreibbaren Halbleiterspeicher wie einen EEPROM gebildet sein. Da die Halbleiterspeichereinrichtung 7 und der Aktor 106 auf derselben Platine 610 gebildet sind, ist beim Anbringen des Aktors 106 und der Halbleiterspeichereinrichtung 7 nur ein einzelner Anbringschritt erforderlich. Ferner kann der Verfahrensschritt bei der Herstellung und dem Recyceln der Tintenpatrone 180C vereinfacht werden. Weiterhin wird die Anzahl der Teile vermindert, so dass die Herstellungskosten der Tintenpatrone 180C vermindert werden können.
Der Aktor 106 erfasst den Verbrauchszustand der Tinte in dem Tintenbehälter 194. Die Halbleiterspeichereinrichtung 7 speichert Tinteninformation wie die Restmenge an Tinte, die durch den Aktor 106 erfasst ist. Das heißt, die Halbleiterspeichereinrichtung 7 speichert Information hinsichtlich der charakteristischen Parameter wie den Charakteristika der Tinte und der Tintenpatrone. Die Halbleiterspeichereinrichtung 7 speichert die Resonanzfrequenz, wenn der Tintenbehälter 194 voll mit Tinte ist, das heißt der Tintenbehälter 194 mit Tinte gefüllt ist, oder die Tinte verbraucht ist, das heißt die Tinte in dem Tintenbehälter 194 aufgebraucht ist, als einen charakteristischen Parameter. Die Resonanzfrequenz, bei welcher der Tintenbehälter 194 voll mit Tinte ist oder die Tinte verbraucht ist, kann gespeichert werden, wenn der Tintenbehälter zuerst in der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung angebracht wird. Ferner kann die Resonanzfrequenz, bei welcher der Tintenbehälter 194 voll mit Tinte ist oder die Tinte verbraucht ist, während der Herstellung des Tintenbehälters 194 gespeichert werden. Die Resonanzfrequenz, bei welcher der Tintenbehälter 194 voll mit Tinte ist oder die Tinte verbraucht ist, wird in der Halbleiterspeichereinrichtung 7 vorab gespeichert, und die Daten der Resonanzfrequenz werden seitens der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung eingelesen, wodurch Variationen beim Erfassen der Resttintenmenge korrigiert werden können, so dass präzise erfasst werden kann, dass die Resttintenmenge auf den Referenzwert vermindert ist.
18 ist eine Querschnittsansicht des wesentlichen Abschnitts der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung mit einer Tintenpatrone, welche eine Anbringstruktur besitzt. Ein Schlitten 30, der sich in der Richtung der Breite des Aufzeichnungspapiers vor und zurück bewegt, besitzt eine Nebentankeinheit 33. Ein Aufzeichnungskopf 31 ist an dem Boden der Nebentankeinheit 33 eingebaut. Eine Tintenzufuhrnadel 32 ist seitens der Tintenpatronenanbringfläche der Nebentankeinheit 33 eingebaut.
In dem Behälter 1 zum Enthalten von Tinte ist eine Tintenzufuhröffnung 2 eingebaut, die mit der Tintenzufuhrnadel der Aufzeichnungsvorrichtung zu verbinden ist. Eine Anbringstruktur 3 ist an dem Boden des Behälters 1 angebracht.
Die Tintenzufuhröffnung 2 ist mit einer Dichtung 4 und einem Ventilkörper 6 versehen. Die Dichtung 4 wird flüssigkeitsdicht mit der Tintenzufuhrnadel 32 verbunden, welche mit dem Aufzeichnungskopf 31 verbunden ist. Der Ventilkörper 6 ist stets elastisch mit der Dichtung 4 durch eine Feder 5 verbunden. Wenn die Tintenzufuhrnadel 32 eingefügt wird, wird der Ventilkörper 6 durch die Tintenzufuhrnadel 32 derart gedrückt, um den Tintenströmungspfad zu öffnen, und Tinte in dem Behälter 1 wird zu dem Aufzeichnungskopf 31 über die Tintenzufuhröffnung 2 und die Tintenzufuhrnadel 32 zugeführt.
Der sich zurück und vor in der Richtung der Breite eines Aufzeichnungspapiers bewegende Schlitten 30 besitzt die Nebentankeinheit 33, und der Aufzeichnungskopf 31 ist an dem Boden der Nebentankeinheit 33 eingebaut. Die Tintenzufuhrnadel 32 ist seitens der Tintenpatronenanbringoberfläche der Nebentankeinheit 33 eingebaut. Eine Anbringstruktur mit einer piezoelektrischen Einrichtung kann an dem Nebentank 33 angebracht sein, um einen Tintenmangel zu beurteilen. Da die Nebentankseite den Verbrauchszustand der Tinte erfasst, nachdem die Tinte der Tintenpatrone verbraucht ist, kann die Tintenpatrone zu einem Zeitpunkt nahe zu dem Tintenmangel ausgetauscht werden. Ferner kann, um die Erfassung des Verbrauchszustands der Tinte sicherer zu machen, eine Anbringstruktur mit einer piezoelektrischen Einrichtung an jeder der Tintenpatrone und des Nebentanks angebracht sein.
Nicht nur die Anbringstruktur ist an der an dem Schlitten 30 eingebauten Tintenpatrone wie oben erwähnt angebracht, sondern auch ein anderer Tintentank als die Tintenpatrone kann an einem vorbestimmten Druckerbefestigungsteils eingebaut werden, der ein anderer ist als der Schlitten 30.
19 ist eine Querschnittansicht der Tintenpatrone 180d, die über eine weitere Ausführungsform der Tintenpatrone 180 zeigt. In der oben genannten 10 ist das in 5 gezeigte Modul 100 an der Seitenwand des Behälters 1 angebracht. In 19 ist das in 9A bis 9C gezeigte Modul 500 an der Seitenwand 194b des Tintenbehälters 194 der Tintenpatrone 180d angebracht.
Das Ende des Moduls 500 ist geneigt, und der Aktor 106 ist geneigt an dem Aufnahmeabschnitt 505 angebracht. Als Ergebnis hieraus ist, wenn das Modul 500 an der Seitenwand 194b angebracht ist, der Aktor 106 gegenüber der vertikalen Richtung des Tintenbehälters 194 geneigt. Der Aktor 106 ist ebenso zu der Tintenoberfläche in dem Tintenbehälter 194 geneigt.
Selbst falls die Tintenoberfläche das Modul 500 passiert oder der Tintenbehälter vibriert und Tinte an der Umgebung des Aufnahmeabschnitts 505 anhaftet, fließt daher Tinte in der Umgebung des Aufnahmeabschnitts 505 und tropft. Durch Verwendung eines solchen geneigten Aufnahmeabschnitts 505 wird Tinte in der Umgebung des Aktors 106 gut abgeführt. Daher wird verhindert, dass für die Messung des Aktors 106 unnötige Tinte in dem Aufnahmeabschnitt 505 bleibt, und eine Fehlerfassung der Messung des Aktors 106 kann vermindert werden.
In 19 ist das Modul 500 an dem Tintenbehälter 194 derart angebracht, dass der Aufnahmeabschnitt 505 des Moduls 500 zu dem Boden des Tintenbehälters 194 gerichtet ist. Allerdings ist die Anbringrichtung des Moduls 500 nicht auf die Zeichnung beschränkt, und das Modul 500 kann an dem Tintenbehälter 194 derart angebracht werden, dass Aufnahmeabschnitt 505 zu der Oberseite des Tintenbehälters 194 gerichtet ist. Die Anbringposition des Moduls 500 an der Seitenwand 194b und die Anzahl hiervon sind nicht auf die Zeichnung beschränkt, und die Länge des Hervorstehens des Moduls 500 in den Tintenbehälter 194 ist ebenfalls nicht auf die Zeichnung beschränkt.
20 ist eine Querschnittsansicht der Tintenpatrone 180e, die bei der Ausführungsform zeigt, welche sich von der in 19 gezeigten unterscheidet. In 20 ist, im Unterschied zu 19, das Modul 500 an dem Boden des Tintenbehälters 194 in der Umgebung der Tintenzufuhröffnung 187 angebracht. In diesem Falle ist, auf dieselbe Weise wie in 19, der Aufnahmeabschnitt 505 des Moduls 500 geneigt, so dass Tinte gut abgeführt wird. Daher kann eine Fehlerfassung des Aktors 106, die eine Erfassung von Tinte ist, obgleich es tatsächlich keine Tinte gibt, vermindert werden.
In diesem Falle ist es bevorzugt, dass das Modul 500 in der Umgebung der Tintenzufuhröffnung angebracht ist. Der Grund ist, dass selbst falls die Tintenpatrone 180d and der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung in einem geneigten Zustand angebracht ist, angemessen erfasst werden kann, ob Tinte in der Umgebung der Tintenzufuhröffnung 187 verbleibt oder nicht. Die Anbringposition des Moduls 500 an dem Boden des Tintenbehälters 194 und die Richtung und die Anzahl hiervon sind auf die Zeichnung beschränkt, und die Länge des Hervorstehens des Moduls 500 in dem Tintenbehälter 194 ist ebenfalls nicht auf die Zeichnung beschränkt.
In dieser Ausführungsform wird hauptsächlich die Anbringstruktur mit dem Aktor zum Erfassen des Verbrauchszustands der Tinte erläutert. Allerdings können eine Anbringstruktur mit einer piezoelektrischen Einrichtung zum Erzeugen einer elastischen Welle und einer Anbringstruktur mit einer piezoelektrischen Einrichtung zum Empfangen einer reflektierten Welle an dem Flüssigkeitsbehälter angebracht sein. Daher ist die Anzahl der an dem Flüssigkeitsbehälter anzubringenden Anbringstruktur nicht auf eine beschränkt. Ferner ist die Anbringposition der Anbringstruktur an dem Flüssigkeitsbehälter auch nicht auf den Boden des Flüssigkeitsbehälters beschränkt.
Als nächstes werden eine Anbringstruktur und ein Modul mit der Anbringstruktur und eine piezoelektrische Einrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform unter Bezugnahme auf 21 bis 33D (die nicht Teil der Erfindung sind) erläutert.
21 zeigt ein Plattenelement zum Herstellen der Anbringstruktur dieser Ausführungsform, und ein Plattenelement 800 ist durch Pressen eines dünnen Metallblechs mit einer Dicke von 0,1 bis 0,2 mm in eine vorbestimmte Form gebildet. Es ist bevorzugt, dass das zu verwendende, dünne Metallblech eine Eigenschaft eines niedrigen elektrischen Widerstands besitzt und zum Löten und Pressen geeignet ist, obgleich das dünne Metallblech beschichtet wird, um den elektrischen Widerstand zu vermindern, und verlötet sein kann. Bezugszeichen 801 gemäß 21 zeigt ein längliches Element zum Bilden eines leitfähigen Elements, das einen Teil der Anbringstruktur bildet, und ein Paar länglicher Elemente 801 ist für jede Anbringstruktur gebildet. Jedes längliche Element 801 besitzt ein distales Ende 802, einen mittleren Teil 803, ein proximales Ende 804 und einen Vorsprung 805, und die distalen Enden 802 des Paars länglicher Elemente 801 sind durch einen Querstab (ein Verbindungselement) 806 verbunden. In der Mitte des Querstabes 816 ist ein Positionierloch 810 gebildet. Das Positionierloch 810 ist in der Position entsprechend dem Vibrationsteil (Sensorteil) der piezoelektrischen Einrichtung gebildet. Jedes längliche Element 801 ist mit einem Stützteil 808 über einen Zweigteil 807 verbunden. In dem Stützteil 808 sind Führungslöcher 809 gebildet, die zum Transportieren des Plattenelements 800 durch eine Herstellungsmaschine verwendet werden.
Wie in 22 gezeigt, sind die länglichen Elemente 801 entlang der in 21 gezeigten Biegeteile gebogen. Hierdurch ist das Paar der distalen Enden 802 des Paars länglicher Elemente 801 in derselben Ebene angeordnet. Andererseits ist das Paar der proximalen Enden 804 in einer anderen, selben Ebene angeordnet, die sich von der Ebene unterscheidet, in welcher das Paar distaler Enden 802 angeordnet sind. Die Vorsprünge 805 sind durch Biegen aufgerichtet, und die aufgerichteten Vorsprünge 805 dienen zum Anhängen an Harz.
23A bis 23C sind Zeichnungen, die das vergrößerte Paar der länglichen Elemente 801 zeigen, und wie in 23C gezeigt, ist dieselbe Ebene, in welcher das Paar distaler Enden 802 angeordnet ist, parallel zu einer weiteren, selben Ebene, in welcher das Paar proximaler Enden 814 angeordnet ist. Wie in 23B gezeigt, sind das längliche Element 801 an dem Teil (einschließlich des distalen Endes 802), der in derselben Ebene positioniert ist, und das längliche Element 801 an dem Teil (einschließlich des proximalen Endes 804), der in der anderen selben Ebene positioniert ist, nicht überlappend zueinander in der senkrechten Richtung zu derselben Ebene und der weiteren selben Ebene vorgesehen. Daher stören beim Biegen der länglichen Elemente 801 gemäß 21 durch Biegematrizen die Biegematrizen einander nicht, und der Biegevorgang kann leicht ausgeführt werden.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 24 bis 28C ein Verfahren erläutert, bei welchem ein gegossenes Teil integral in den länglichen Elementen 801 gemäß 22 durch Insertgießen gebildet wird.
Wie in 24 gezeigt, werden zum Bilden eines gegossenen Teils 811 durch Insertgießen eine weibliche Matrize 812 und eine männliche Matrize 813, die in dieser eingesetzt ist, verwendet. Die weibliche Matrize 812 ist in 27A bis 27C im Detail gezeigt, und die männliche Matrize 813 ist in 28A bis 28C im Detail gezeigt. Eine Positioniersäule 814 ist an der männlichen Matrize 813 gebildet, und ein Positionier-R-Teil 815 mit einer Kontur entsprechend der Struktur der Positioniersäule 814 ist an dem Paar länglicher Elemente 801 gebildet. Die Kontur des Positionier-R-Teils 815 und die Struktur der Positioniersäule 814 bilden konzentrische Kreise. Ferner ist an dem Ende der männlichen Matrize 813 eine Positionierkonvexität 816 gebildet, und die Positionierkonvexität 816 kann in das Positionierloch 810 des Verbindungselements 806 eingefügt werden.
Wenn dann in dem in 25 gezeigten Zustand die Positioniersäule 814 in den Positionier-R-Teil 815 eingesetzt wird und die Positionierkonvexität 816 in das Positionierloch 810 eingefügt wird, wird das Paar länglicher Elemente 801 an der männlichen Matrize 813 positioniert. Wenn ferner, wie in 26 gezeigt, die Positionierkonvexität 816 der männlichen Matrize 813 in die Positionierkonkavität 817 der weiblichen Matrize 812 eingefügt wird, wird die männliche Matrize 813 an der weiblichen Matrize 812 positioniert. Hierdurch wird das Paar länglicher Elemente 801 präzise innerhalb der weiblichen Matrize 812 und der männlichen Matrize 813 positioniert.
Ferner ist, wie in 25 gezeigt, eine Kontaktoberfläche 818 um eine Positionierkonkavität 817 der weiblichen Matrize 812 gebildet, und eine Kontaktoberfläche 819 ist ebenso um eine Positionierkonvexität 816 der männlichen Matrize 813 gebildet. Wie in 26 gezeigt, ist zumindest ein Teil des distalen Endes 802 jedes länglichen Elements 801 von beiden Seiten durch die Kontaktoberfläche 818 auf einer Seite und die Kontaktoberfläche 819 auf der anderen Seite gehalten. Kein Harz wird zu dem distalen Ende 802 an dem durch die Kontaktoberfläche 818 oder 819 gehaltenen Teil zugeführt, so dass das distale Ende 802 an dem Teil nicht in Harz eingebettet wird und freigelegt ist und der elektrische Kontakt sichergestellt wird. Daher ist ein zusätzlicher Schritt zum Entfernen von Harz derart, um den elektrischen Kontakt an dem distalen Ende 802 sicherzustellen, nicht erforderlich, und der Herstellungsvorgang wird vereinfacht.
Wenn der gegossene Teil 811 integral an dem Paar länglicher Elemente 801 gebildet ist, werden die Zweigteile 807 an den in 21 gezeigten Schnittteilen geschnitten, und es wird, wie in 29 bis 30D gezeigt, ein integriertes gegossenes Produkt 820 des Paars länglicher Elemente 801 und des gegossenen Teils 811 hergestellt.
Wie in 29 bis 30D gezeigt, besitzt der gegossene Teil 811 eine quadratische Basisplatte 821 und eine von der Basis 821 hervorstehende Säule 822, und eine Konkavität 823 zum Empfangen der piezoelektrischen Einrichtung ist an der Endfläche der Säule 823 gebildet, und das Paar distaler Enden 802 und das Verbindungselement 806 zum Verbinden derselben sind an dem Boden der Konkavität 823 angeordnet. Wie in 29 gezeigt, sind auf einer Seite der Basis 821 Sitze 824 in Kontakt mit der Seitenwand des Flüssigkeitsbehälters in den vier Ecken gebildet. Wie in 30B gezeigt, sind auf der anderen Seite der Basis 821 zwei Vorsprünge 825 zum Positionieren des gegossenen Teils 811 an der Platine gebildet.
Als nächstes wird in den in 29 bis 30D gezeigten, integrierten gegossenen Produkt 820 das Verbindungselement 806, welches die distalen Enden 802 des Paars länglicher Elemente 801 verbindet, geschnitten, gebogen oder herausgeschnitten, wodurch die distalen Enden 802 elektrisch getrennt werden. Wenn die distalen Enden 802 derart elektrisch getrennt werden, wie durch Bezugszeichen 830 in 31 gezeigt, wird die Anbringstruktur dieser Ausführungsform hergestellt und die Anbringstruktur 830 besitzt ein Paar leitfähiger Elemente 831, die durch das Paar länglicher Elemente 801 gebildet sind, die voneinander getrennt sind. Jedes des Paars leitfähiger Elemente 831 besitzt einen elektrischen Kontakt 832, der durch den freigelegten Teil des distalen Endes 802 des länglichen Elements 801 gebildet ist. Ein Antriebssignal wird an einen Aktor 833 über ein Paar leitfähiger Elemente 831 angelegt, die eine dreidimensionale Schaltung bilden.
In die Konkavität 823 des gegossenen Teils 811 der Anbringstruktur 830 wird der Aktor 833 eingesetzt, der die piezoelektrische Einrichtung bildet, und das Paar elektrischer Kontakte 832 der Anbringstruktur 830 und das Paar der Elektroden des Aktors 833 werden elektrisch verbunden. Bei dieser Verbindung kann ein leitfähiges Haftmittel verwendet werden. Wenn die Elektroden des Aktors 833 und die elektrischen Kontakte 832 der Anbringstruktur 830 miteinander verbunden werden, wie in 32 gezeigt, wird die Umgebung des Aktors 833 durch Harz 834 gegossen und dicht derart abgedichtet, um zu verhindern, dass sich eine Flüssigkeit auf die Rückseite des Aktors 833 bewegt. Hierdurch wird ein Modul 840 mit der Anbringstruktur 830 und dem Aktor 833 hergestellt.
Die länglichen Elemente 801 besitzen eine relativ hohe Steifigkeit. Daher kann der Aktor (die piezoelektrische Einrichtung) durch die distalen Enden 802 der länglichen Elemente 801 gestützt werden.
Wie in 33A bis 33D gezeigt, besitzt der Aktor 833 ein piezoelektrisches Element 845, das einen Sensorteil (Vibrationsteil) zum Erfassen einer Flüssigkeit bildet, und das piezoelektrische Element 845 besitzt eine obere Elektrode 841, eine untere Elektrode 842 und eine piezoelektrische Schicht 843, die durch die Elektroden 841 und 842 gehalten ist. Das piezoelektrische Element 845 ist auf einer Seite einer Vibrationsplatte 846 angeordnet, und ein Hohlraum bildendes Element 847 ist auf der anderen Seite der Vibrationsplatte 846 angeordnet. In der Mitte des Hohlraums bildenden Elements 847 ist ein kreisförmiger Hohlraum (Öffnung) 848 gebildet, und das piezoelektrische Element 845 ist in der Position entsprechend dem Hohlraum 848 angeordnet. Die obere Elektrode 841 ist mit einem oberen Elektrodenanschluss 849 verbunden, und die untere Elektrode 842 ist mit einem unteren Elektrodenanschluss 850 verbunden.
Das Modul 840 ist an derselben Platine (in der Zeichnung nicht gezeigt) wie das Speichermodul (in der Zeichnung nicht gezeigt) angebracht. Wenn in diesem Falle die in 30A bis 30D gezeigten Vorsprünge 825 in die in der Platine gebildeten Löcher eingefügt werden, sind das Modul 840 und die Platine positioniert, und in diesem Zustand werden die elektrischen Verbindungen des Moduls 840 und der Platine durch Löten oder auf andere Weise verbunden.
Das Modul 840, das an der Platine abgebracht ist, wird durch das in der Seitenwand des Flüssigkeitsbehälters gebildeter Durchgangsloch eingeführt und an dem Flüssigkeitsbehälter derart befestigt, dass der Teil des Aktors 833 in den Flüssigkeitsbehälter hervorsteht. Die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter ist in Kontakt mit der Vibrationsplatte 846 über den Hohlraum 848.
Wie oben erwähnt ist gemäß dieser Ausführungsform der gegossene Teil 811 integral durch Harzgießen mit dem Paar leitfähiger Elemente 831 gebildet, welche die dreidimensionale Schaltung zum Anlegen eines Antriebssignals an den Aktor 833 darstellen, so dass die Anbringstruktur 830 zum Anbringen des Aktors 833 an dem Flüssigkeitsbehälter in einer vorbestimmten Position mit hoher Abmessungsgenauigkeit hergestellt werden kann, wodurch der Verbrauchszustand der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter mit hoher Genauigkeit durch das Modul 840 mit dem Aktor 833 und der Anbringstruktur 830 erfasst werden kann.
Als nächstes wird die Anbringstruktur einer weiteren Ausführungsform unter Bezugnahme auf 34A bis 34C (die nicht Teil der Erfindung sind) erläutert.
Wie in 34A bis 34C gezeigt, besitzt eine Anbringstruktur 860 gemäß dieser Ausführungsform eine Basis 862, an der ein Steuerelement und ein Speicher oder ein Einheit 861 (nachfolgend als „Steuerelement etc. 861" bezeichnet), die durch eine Steuereinheit und einen Speicher zusammengesetzt ist, welche zum Steuern eines Aktors (in der Zeichnung nicht gezeigt) integriert sind, der eine piezoelektrische Vorrichtung bildet, montiert sind, und einen Vorsprung 863, der von der Basis 862 hervorsteht und an welchem ein Aktor montiert ist. Das Steuerelement, etc. 861 ist beispielsweise eine integrierte Schaltung (integrated circuit IC) für einen Speicher.
Der Vorsprung 863 besitzt eine Säule 867, die von der Basis 862 hervorsteht, und ein kreisförmiges und plattenförmiges Abdichtteil 868 zum Abdichten der Endöffnung der Säule 867. An der Oberfläche des Abdichtteils 868 ist eine Konkavität 866 zum Empfangen des Aktors gebildet, der die piezoelektrische Einrichtung darstellt.
An der Anbringstruktur 860 ist eine Mehrzahl elektrischer Drähte, die elektrisch mit mindestens einem des Aktors und des Steuerelements, etc. 861 verbunden sind, dreidimensional durch zweifarbige Gussharzbeschichtung gebildet. Genauer gesagt ist ein Paar der Durchgangslöcher 869, die durch den Abdichtteil 868 passieren, an dem Boden der Konkavität 866 gebildet, und das Paar elektrischer Drähte 864 reichen zu der Rückseite des Abdichtteils 868 von dem Boden der Konkavität 866 über die innere Oberfläche des Durchgangslochs 869 und sind ferner kontinuierlich bis zur Rückseite der Basis 862 gebildet. Darüber hinaus ist die Mehrzahl der elektrischen Drähte, die elektrisch mit dem Steuerelement, etc. 861 verbunden sind, kontinuierlich von der Oberfläche der Basis 862 zu der Rückseite hiervon über eine Mehrzahl von Durchgangslöchern gebildet, die an der Basis 862 gebildet sind.
Die elektrischen Drähte 864 und 865 auf der Rückseite, die in 34B gezeigt sind, dienen als Kontakte, mit denen die in einem Druckerschlitten eingebauten Verbinder vom Kontakttyp in Kontakt kommen. Das heißt, wenn eine Tintenpatrone an dem Druckerschlitten angebracht wird, werden die elektrischen Drähte 864 und 865 auf der Rückseite, die in 34B gezeigt sind, gegen die Verbinder vom Kontakttyp gepresst.
Bei der in 34A bis 34C gezeigten Anbringstruktur sind die elektrischen Drähte 864 und die elektrischen Drähte 865 nicht verbunden, und dieses Beispiel ist eines, wenn ein Speicher als Steuerelement, etc. 861 zu verwenden ist. Wenn ein Steuerelement als Steuerelement, etc. 861 zu verwenden ist, können die elektrischen Drähte 864 und die elektrischen Drähte 865 derart verlegt sein, um verbunden zu sein.
Das zweifarbige Gießharzbeschichtungsverfahren kann als Zweischussverfahren oder nicht katalytisches Verfahren bezeichnet werden, und ein Bemustern wird zweimal durch Spritzgießen ausgeführt. Ein typisches Beispiel eines zweifarbigen Gießharzbeschichtungsverfahrens kann etwa wie folgt erläutert werden. Zuerst wird das erste Gießen (primäre Gießen) mit Harz ausgeführt, das zum Beschichten geeignet ist, und als nächstes wird das Ganze chemisch geätzt, und ein Katalysator, der ein Kern des Beschichtens ist, wird zugegeben. Dann wird der Teil, an welchem keine Beschichtung abzulagern ist, Abdeck gegossen (sekundäres Gießen), und zwar durch sekundäres Harz, und dann beschichtet. Das heißt, das zweifarbige Gießharzbeschichtungsverfahren ist ein Verfahren zum Ablagern einer Beschichtung eines leitfähigen metallischen Materials, beispielsweise Gold, nur an dem Teil, der bei der bearbeiteten Oberfläche des primären Gießens freigelegt ist.
Wie oben erwähnt sind bei der Anbringstruktur dieser Ausführungsform die elektrisch mit dem Aktor und dem Steuerelement verbundenen, elektrischen Drähte dreidimensional durch zweifarbiges Gießharzbeschichten gebildet, und beim Bilden der Basis 862 und des Vorsprungs 863 der Anbringstruktur 860 können die elektrischen Drähte 864 und 865 gleichzeitig gebidlet werden, so dass das Herstellungsverfahren stark vereinfacht werden kann, und eine große Anzahl von Anbringstrukturen 860 kann leicht gleichzeitig gebildet werden. Ferner ist die Positionsgenauigkeit beim Bilden der elektrischen Drähte 864 und 865 in der Anbringstruktur 860 hoch, so dass die Anbringpositionsgenauigkeit des Aktors an der Anbringstruktur 860 hoch ist, und die Flüssigkeitserfassungsgenauigkeit wird verbessert, und darüber hinaus ist die Anbringpositionsgenauigkeit des Steuerelements, etc. 861 an der Anbringstruktur 860 ebenso hoch, und die Verbindungszuverlässigkeit zwischen dem Steuerelement, etc. 861, das an der Anbringstruktur 860 angebracht ist, und dem externen elektrischen Kontakt wird ebenso verbessert.
Als nächstes wird das Modul gemäß einer weiteren Ausführungsform (nicht Teil der vorliegenden Erfindung) unter Bezugnahme auf 35 bis 40B erläutert.
35 ist eine explosionsartige Perspektivansicht, die das Modul dieser Ausführungsform zeigt, und das Modul besitzt einen Aktor 833, der in 33A bis 33D gezeigt ist, und der Aktor 833 ist thermisch an eine Platte 881 angeschweißt, die aus rostfreiem Stahl besteht, und zwar mittels eines Polyolefinfilms 880. Der Polyolefinfilm 880 ist derart geformt, um nicht die Sensoreinheit des Aktors 833 abzudecken, und eine Öffnung ist in der Mitte der Platte 881 gebildet, wodurch diese derart aufgebaut ist, dass die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter in Kontakt mit der Sensoreinheit des Aktors 833 über die Öffnung in der Mitte der Platte 881 kommt. Die Platte 881 wird an dem oberen Ende eines zylindrischen Gehäuses 882 angehaftet, das aus Harzflüssigkeit dicht hergestellt ist, so dass der Aktor 833 in dem Gehäuse 882 aufgenommen ist.
Um ein Paar von Elektroden 884, das an einer Platine 883 gebildet ist, an der ein Steuerelement (in der Zeichnung nicht gezeigt) wie ein Halbleiterspeicher zum Steuern des Aktors 833 angebracht ist, und ein Paar von Elektroden (in der Zeichnung nicht gezeigt) des Aktors 833 elektrisch zu verbinden, ist ein Verbinder vom Presstyp 885 in dem Gehäuse 882 derart aufgenommen, dass der Verbinder 885 vom Presstyp zwischen der Platine 883 und dem Aktor 833 gehalten ist, und das Gehäuse 882 und die Platine 883 sind durch Anhaftung befestigt. Hierdurch werden der Aktor 833 und die Platine 883 elektrisch über den Verbinder 885 vom Presstyp verbunden.
36A und 36B zeigen ein Beispiel des Verbinders 885 vom Presstyp, und der Verbinder 885 vom Presstyp ist derart, dass eine Mehrzahl von Messingdrähten 886, die mit Gold beschichtet sind, durch Silikonschwammgummielemente 887 gehalten sind, die vergleichsweise weich sind, und die Umgebung hiervon ist durch ein Silikonfestgummielement 888 bedeckt, das ausreichend fest ist, um nicht beim Pressen verbeult zu werden. Ein Hohlraum 889 ist in dem Silikonfestgummielement 888 an dem Teil entsprechend dem Sensorteil (Vibrationsteil) des Aktors 833 derart gebildet, um eine Behinderung der Vibration des Sensorteils des Aktors 833 zu verhindern. Der Hohlraum 889 kann durch Bohren durch eine Presse gebildet sein und kann beim Gießen des Silikonfestgummielements 888 gebildet sein. In dem in 36A und 36B gezeigten Beispiel sind die mehreren Messingdrähte 886, die sich in der Kompressionsrichtung erstrecken, in zwei Reihen auf beiden Seiten des Hohlraums 889 angeordnet, und die Anordnungsrichtungen der Reihen der Mehrzahl von Messingdrähten 886 sind parallel zueinander.
37A und 37B zeigen ein weiteres Beispiel des Verbinders 885 vom Presstyp, und ein Unterschied zu dem in 36A und 36B gezeigten Aufbau ist, dass die Mehrzahl an Messingdrähten 886 in einer Querreihe angeordnet ist.
Selbst wenn die Relativposition des Aktors 833 und des Verbinders 885 vom Presstyp beim Zusammenbauen des in 35 gezeigten Moduls unter Verwendung des Verbinders 885 vom Presstyp gemäß 36A und 36B oder gemäß 37A und 37B in der Anordnungsrichtung der Messingdrähte 886 versetzt wird, wird der Kontakt zwischen den Elektroden des Aktors 833 und den Messingdrähten 886 sichergestellt. Daher können, wenn die Messingdrähte 886 in der Richtung angeordnet sind, in welcher der Versatz beim Zusammenbau groß ist, die Elektroden des Aktors 833 und die Elektroden 884 der Platine 883 sicher elektrisch verbunden werden.
38A und 38B zeigen noch ein weiteres Beispiel des Verbinders 885 vom Presstyp, und bei diesem Beispiel wird ein Paar von leitfähigen Silikongummielementen 890, die Karbon enthalten, anstelle der Messingdrähte verwendet, und die leitfähigen Silikongummielemente 890 werden durch ein isolierendes Silikongummielement 891 integriert. Zwischen den leitfähigen Silikongummielementen 890 ist der Hohlraum 889 auf dieselbe Weise wie bei dem Verbinder 885 vom Presstyp gebidlet, der in 36A und 36B oder in 37A und 37B gezeigt ist.
39A und 39B zeigen ein weiteres Beispiel des Verbinders 885 vom Presstyp, und in diesem Beispiel sind die linke und die rechte Hälfte des Verbinders 885 vom Presstyp gemäß 36A unter Einsatz des isolierenden Silikongummis 891 gemäß 38A verbunden, anstelle des Verbindens durch kontinuierliches Bilden des Silikonfestgummielements 888 selbst.
40A und 40B zeigen noch ein weiteres Beispiel des Verbinders 885 vom Presstyp, und in diesem Beispiel sind die linke und die rechte Hälfte des Verbinders 885 vom Presstyp gemäß 37A unter Einsatz des isolierenden Silikongummis 891 gemäß 38A verbunden, anstelle des Verbindens durch kontinuierliches Bilden des Silikonfestgummielements 888 selbst.
Bei dem Verbinder 885 vom Presstyp mit dem in 38A bis 40B gezeigten Aufbau, ist der Bohrvorgang zum Bilden des Hohlraums 889 nicht erforderlich.
Wie oben erwähnt können bei dem Modul dieser Ausführungsform der Aktor 833 und die Platine 883 elektrisch über den Verbinder 885 vom Presstyp verbunden werden, so dass kein Lötvorgang zum Verbinden erforderlich ist, und das Herstellungsverfahren wird einfacher gemacht.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind oben erläutert. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den in den zuvor genannten Ausführungsformen beschriebenen Bereich beschränkt. Beispielsweise ist der Flüssigkeitsbehälter der vorliegenden Erfindung nicht auf die Tintenpatrone beschränkt und kann auf andere Arten von Flüssigkeitsbehältern angewendet werden. Verschiedene Veränderungen oder Verbesserungen können auf die zuvor genannten Ausführungsformen angewendet werden. Es ist anhand der Beschreibung in den Ansprüchen ersichtlich, dass jegliche Konfiguration, auf welche solche verschiedenen Veränderungen und Verbesserungen angewendet werden, in dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
Wie deutlich durch die zuvor genannte Erläuterung beschrieben kann gemäß der vorliegenden Erfindung die piezoelektrische Einrichtung angemessen an dem Flüssigkeitsbehälter angebracht oder an diesem entnommen werden.

Claims

Modul (100, 400, 500, 700B) mit: – einer piezoelektrischen Einrichtung (106) zum Erfassen eines Verbrauchszustands einer Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter (1), welche piezoelektrische Einrichtung (106) ein piezoelektrisches Element hat, das eine piezoelektrische Schicht (160) beinhaltet, welche mittels zweier Elektroden (164, 166) gehalten wird, und – einer Anbringstruktur (107) zum Anbringen der piezoelektrischen Einrichtung (106) an dem Flüssigkeitsbehälter (1), welche Anbringstruktur (107) einen Aufnahmebereich (105, 363, 405, 505) beinhaltet, an welchem die piezoelektrische Einrichtung (106) anzubringen ist, und einen Befestigungsbereich (101, 360, 401, 501), der dazu ausgestattet ist, an dem Flüssigkeitsbehälter (1) angebracht zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Einrichtung außerdem eine Vibrationsplatte (176) hat, auf deren einer Seite das piezoelektrische Element angeordnet ist, sowie ein einen Hohlraum bildendes Element (178) mit einem Hohlraum (162), welches Element auf der anderen Seite der Vibrationsplatte (176) angeordnet ist, die Vibrationsplatte (176) einen Vibrationsbereich hat, der über den Hohlraum (162) in Kontakt mit der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter (1) gelangt, wobei der Hohlraum (162) einen Flächenbereich des Vibrationsbereichs definiert, und der Verbrauchszustand auf der Grundlage eines Signals einer elektromotorischen Gegenkraft erfasst wird, das von der piezoelektrischen Einrichtung (106) ausgegeben wird, wobei das Signal für einen Restschwingungszustand des Vibrationsbereichs steht.
Modul nach Patentanspruch 1, bei welchem das den Hohlraum bildende Element (178) ein Substrat ist, auf welchem das piezoelektrische Element und die Vibrationsplatte (176) integral ausgebildet sind.
Modul nach Patentanspruch 1, bei welchem das den Hohlraum bildende Element eine Anbringplatte (350) ist, die an der piezoelektrischen Einrichtung (106) angebracht ist.
Modul nach Patentanspruch 2, weiter mit einer Anbringplatte (110, 410) mit einer Öffnung (112, 412), wobei der Hohlraum (162) des Substrats (178) und die Öffnung (112, 412) der Anbringplatte (110, 410) so angeordnet sind, dass sie miteinander verbunden sind.
Modul nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, bei welchem die piezoelektrische Einrichtung (106) auf einer Seite des Aufnahmebereichs (405) angebracht ist, welche so ausgebildet ist, dass sie von dem Befestigungsbereich (401) hervorsteht.
Modul nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, weiter mit einem isolierenden Bereich (176, 350) zum Isolieren des piezoelektrischen Elements von der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter (1).
Modul nach Patentanspruch 6, weiter mit einem Ausformungsbereich zum Ausformen eines Anbringteils zwischen dem Aufnahmebereich und der piezoelektrischen Einrichtung (106).
Modul nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, weiter mit einer Platine (610).
Modul nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, bei welchem die Anbringstruktur zwei leitende Elemente (104a, 104b) hat, die mit den beiden Elektroden (164, 166) des piezoelektrischen Elements verbunden sind, und die piezoelektrische Einrichtung (106) durch die beiden leitenden Elemente (104a, 104b) gelagert ist.
Modul nach Patentanspruch 1, bei welchem der Aufnahmebereich (363) eine Öffnung (382) hat und der Vibrationsbereich der piezoelektrischen Einrichtung (106) über diese Öffnung (382) in Kontakt mit der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter (1) gelangt.
Modul nach Patentanspruch 1, weiter mit einer Anbringplatte (110, 410) mit einer Öffnung (112, 412), wobei die piezoelektrische Einrichtung (106) über diese Anbringplatte (110, 410) an dem Aufnahmebereich (105) anzubringen ist.
Modul nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei welchem der Aufnahmebereich (105, 363, 405, 505) auf einer Oberseite des Befestigungsbereichs (101, 360, 401, 501) ausgebildet ist.
Modul nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei welchem der Befestigungsbereich (101, 401, 501) eine Säule (116, 403, 503) hat, die dazu ausgestaltet ist, in eine in dem Flüssigkeitsbehälter (1) ausgebildete Durchgangsöffnung (1a) eingepasst zu werden.
Modul nach Patentanspruch 13, bei welchem der Befestigungsbereich (101, 401, 501) ein Substrat (102, 402, 502) hat, das integral mit der Säule (116, 403, 503) ausgebildet ist.
Modul nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei welchem ein Passteil zwischen dem Befestigungsbereich (101, 360, 401, 501) und dem Flüssigkeitsbehälter (1) eine Abdichtstruktur (365, 372) hat.
Modul nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei welchem der Aufnahmebereich (505) so ausgebildet ist, dass er mit Bezug auf eine Flüssigkeitsoberfläche in dem Flüssigkeitsbehälter (1) geneigt ist.
Flüssigkeitsbehälter mit einem Behälterkörper (1) und einem Modul (100, 400, 500, 700B) nach einem der Patentansprüche 1 bis 16.
Flüssigkeitsbehälter nach Patentanspruch 17, bei welchem der Aufnahmebereich (105, 363, 405, 505) so angeordnet ist, dass er in den Behälterkörper (1) hinein hervorsteht.
Flüssigkeitsbehälter nach Patentanspruch 17 oder 18, bei welchem ein Anbringteil zwischen dem Befestigungsbereich und dem Behälterkörper ausgeformt ist.
Flüssigkeitsbehälter nach einem der Patentansprüche 17 bis 19, bei welchem das Modul an dem Behälterkörper (1) in einem abnehmbaren Zustand angebracht ist.