专利名称：液体检测装置及配有该装置的液体容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液体检测装置及配有该装置的液体容器，特别涉及适于对液体喷射装置中的液体余量进行检测的液体检测装置及配有该装置的液体容器。
背景技术：
以往的液体喷射装置的代表例有配备了图像记录用的喷墨式记录头的喷墨式记录装置。其他的液体喷射装置例如可以例举出配有在液晶显示器等的滤色器制造中所使用的有色材料喷头的装置；配有在有机EL显示器、面发光显示器(FED)等的电极形成中所使用的电极材料(导电糊)喷头的装置；配有在生物芯片制造中所使用的活体有机物喷头的装置；配有作为精密球管的试样喷头的装置等。
在作为液体喷射装置的代表例的喷墨式记录装置中，将喷墨式记录头装载到托架上，其中所述喷墨式记录头具有对压力产生室进行加压的压力产生单元和将被加压的墨水作为墨滴喷出的喷嘴开口。
在喷墨式记录装置中，将墨水容器内的墨水经由流路持续供应到记录头，从而使得印刷能够得以继续。墨水容器例如被构成为可装卸的盒体，在墨水被消耗的时刻可以由用户简单地进行更换。
以往，墨盒的墨水消耗的管理方法有通过软件对记录头上的墨滴的喷出数和由于维护而被吸出的墨水量进行累计，从而通过计算来管理墨水消耗的方法；以及通过在墨盒上安装用于检测液面的电极，从而对墨水实际消耗了预定量的时刻进行管理的方法等。
但是，在通过软件对墨滴的喷出数或墨水量进行累计从而通过计算来管理墨水消耗的方法中，存在如下问题。在喷头当中，喷出墨滴上具有重量偏差。虽然该墨滴的重量偏差不会给图像质量带来影响，但是，考虑到该偏差所引起的墨水消耗量的误差被累计的情况，在墨盒中填充了具有盈余的量的墨水。因此，会产生根据个体的不同而剩下盈余的量的墨水的问题。
另一方面，通过电极对墨水被消耗的时刻进行管理的方法由于可以检测出墨水的实际量，所以能够以高可靠性来管理墨水余量。但是，由于墨水液面的检测有赖于墨水的导电性，所以存在限制了可检测的墨水的种类、电极的密封构造复杂化的缺点。此外，由于电极的材料通常使用的是导电性良好且耐腐蚀性高的贵金属，因而提高了墨盒的制造成本。另外，由于需要安装两个电极，所以制造工序增多，其结果是增加了制造成本。
为解决上述问题而开发出来的装置在日本专利文献特开2001-146024号公报中作为压电装置而被公开。该压电装置可以正确地检测出液体余量，且不需要复杂的密封构造，并且可以安装到液体容器上使用。
即，根据日本专利文献特开2001-146024号公报所述的压电装置，当与压电装置的振动部相对的空间内有墨水时和没有墨水(或者很少)时，由于通过驱动脉冲强制振动后的压电装置的振动部的残留振动(自由振动)而产生的残留振动信号的共振频率发生变化，利用该状况可以监视墨盒内的墨水余量。
图24A、图24B及图24C示出了构成上述以往的压电装置的致动器。该致动器106具有基板178，在大致中央具有圆形开161；振动板176，被配置在基板178的一个面(以下称为“表面”)上，以便覆盖开口161；压电层160，被配置在振动板176的表面一侧；上部电极164及下部电极166，从两个方向夹着压电层160；上部电极端子168，与上部电极164电气结合；下部电极端子170，与下部电极166电气结合；以及辅助电极172，被配置于上部电极164及上部电极端子168之间并与二者电气结合。
压电层160、上部电极164及下部电极166具有作为各自主体部分的圆形部分。并且，压电层160、上部电极164及下部电极166各自的圆形部分形成压电元件。
振动板176形成在基板178的表面上，并覆盖开口161。腔162由振动板176中面向开口161的部分和基板(腔形成部件)178的开口161形成。基板178中与压电元件相反一侧的面(以下称为“背面”)面向墨水容器内侧。由此，腔162被构成为与液体(墨水)相接触。另外，将振动板176液封式地安装到基板178上，使得即使液体进入到腔162内也不会有液体漏到基板178的表面一侧。
下部电极166位于振动板176的表面上。作为下部电极166主体部分的圆形部分的中心与开口161的中心被安装成一致。此外，在下部电极166的表面一侧配置并形成压电层160，并使其圆形部分的中心与开口161的中心一致。
然后，在所述以往技术中的致动器(压电装置)106中，下部电极166的圆形部分的尺寸(面积)被设定为比开口161的尺寸(面积)小，从而下部电极166的圆形部分被配置在其整体与开口161相对应的区域的范围内。此外，压电层160的圆形部分的面积被设定为比开口161的面积小，且比下部电极166的圆形部分的面积大。
在压电层160的表面一侧配置并形成上部电极164，并使作为其主体部分的圆形部分的中心与开口161的中心一致。上部电极164的圆形部分的面积被设定为比开口161及压电层160的圆形部分的面积小，且比下部电极166的圆形部分的面积大。
因此，压电层160的主体部分是被上部电极164的主体部分和下部电极166的主体部分分别从表面一侧和背面一侧夹在中间的构造。压电层160、上部电极164及下部电极166各自的主体部分、即圆形部分形成了致动器106中的压电元件。该压电元件与振动板176相连。
由于是这种构造，所以振动板176中实际振动的振动区域由开口161来确定。此外，在与压电层160电连接的下部电极166的圆形部分及上部电极164的圆形部分中，由于下部电极166的圆形部分较小，所以下部电极166的圆形部分确定了压电层160中产生压电效应的部分。
如上所述，在以往技术中的致动器106(压电装置)中，在上部电极164的圆形主体部分、压电层160的圆形主体部分、下部电极166的圆形主体部分以及圆形开口161中，面积最大的是开口161，其次大的是压电层160的主体部分，再其次是上部电极164的主体部分，最小的是下部电极166的主体部分。
另外，在上述以往技术中的致动器106中，向压电元件施加驱动脉冲而使振动部分强制振动后所产生的振动部分的残留振动(自由振动)是由相同压电元件作为反电动势检测出来的。然后，在墨水容器内的液面通过致动器106的设置位置(严格来说是腔162的位置)前后，振动部分的残留振动状态会发生变化，利用该现象可以检测出墨水容器内的墨水余量。
然而，在上述以往的液体检测装置(压电装置)中，存在下述问题。
第一，通过液体检测装置的振动部分的残留振动而在压电元件中产生的反电动势的输出很小，因而使得反电动势的检测很困难。这被认为是，由于向压电元件施加驱动脉冲以使其强制振动时的振动部分的变形形状(变形模式)与强制变形后的自动振动时的振动部分的变形形状(变形模式)差别很大而引起的。
第二，在强制变形后的振动部分的自由振动当中，除了作为检测对象的必要的振动频率以外，还激发了不必要的高次的振动模式。特别是，如果由于制造偏差而使振动部分内的下部电极的位置产生了偏差，则不必要的振动增大，根据情况的不同会有无法检测、或者无法进行正确检测的情况。
此外，由图24A、图24B及图24C可知，在以往的液体检测装置(压电装置)中，硬而脆弱的压电膜160的一部分向上部电极端子168一侧延伸，并横切腔162的边缘。因此，在与腔162的边缘相对应的位置上，在压电膜160上会产生裂纹。
发明内容
本发明正是考虑到上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够容易且可靠地检测振动部分的残留振动状态的液体检测装置以及配有该装置的液体容器。
此外，本发明的目的还在于提供一种能够防止压电层中产生裂纹的液体检测装置以及配有该装置的液体容器。
为了解决上述问题，本发明的液体检测装置包括基部，其具有彼此相对的第一面及第二面，用于接纳作为检测对象的介质的凹部被形成为在所述第一面一侧开口，且所述凹部的底面被形成为可振动；第一电极，其形成于所述基部的所述第二面一侧，并具有主体部分，其中所述主体部分是以比所述凹部的底面大的尺寸而形成的，从而覆盖几乎整个与所述凹部的底面对应的区域，并且，所述主体部分包括从与所述凹部的底面的边缘对应的位置向内侧凹入而形成的切口部；压电层，其具有以比所述凹部的底面小的尺寸而形成的主体部分，并且全体都被收在与所述凹部的底面对应的区域的范围内，其中，所述压电层的所述主体部分除了与所述第一电极的所述切口部对应的部分之外，其大致全体都层叠在所述第一电极上；辅助电极，其形成于所述基部的所述第二面一侧，并从与所述凹部的底面对应的区域的外部延伸到与所述凹部的底面对应的区域的内部，并且其一部分位于所述第一电极的所述切口部的内部，并从所述第二面一侧支撑一部分所述压电层；和第二电极，其具有主体部分和延伸部分，其中所述主体部分层叠在所述压电层上，所述延伸部分从所述主体部分延伸出来，并在与所述凹部的底面对应的区域的内部与所述辅助电极连接。
此外，优选的是，所述压电层具有突出部分，所述突出部分在与所述凹部的底面对应的区域的范围内从所述压电层的所述主体部分突出，并且所述突出部分由所述辅助电极支撑。
此外，优选的是，所述第二电极的所述主体部分是以比所述压电层的所述主体部分小的尺寸而形成的。
此外，优选的是，所述压电层的所述主体部分及所述第二电极的所述主体部分呈具有至少一个共用的对称轴的大致对称的形状。
此外，优选的是，所述压电层的所述主体部分及所述第二电极的所述主体部分都是圆形的，且被相互同心地配置。
为了解决上述问题，本发明的液体检测装置包括包括基部，其具有彼此相对的第一面及第二面，用于接纳作为检测对象的介质的凹部被形成为在所述第一面一侧开口，且所述凹部的底面被形成为可振动；第一电极，其以比所述凹部的底面大的尺寸形成在所述基部的所述第二面一侧，从而覆盖整个与所述凹部的底面对应的区域；压电层，其具有主体部分，所述主体部分是以比所述凹部的底面小的尺寸而形成的，并在与所述凹部的底面对应的区域的内部层叠在所述第一电极上；和第二电极，其具有层叠在所述压电层的所述主体部分上的主体部分。
此外，优选的是，所述压电层还具有延伸部分，所述延伸部分从所述压电层的所述主体部分延伸出来，并越过与所述凹部的边缘对应的位置而延伸到与所述凹部的底面对应的区域的外部。
此外，优选的是，所述第二电极的所述主体部分是以比所述压电层的所述主体部分小的尺寸而形成的。
此外，优选的是，所述第二电极还具有延伸部分，所述延伸部分从所述第二电极的所述主体部分延伸出来，延伸经过所述压电层的所述延伸部分上部，并延伸到与所述凹部的底面对应的区域的外部。
此外，优选的是，所述压电层的所述主体部分及所述第二电极的所述主体部分呈具有至少一个共用的对称轴的大致对称的形状。
此外，优选的是，所述凹部、所述压电层的所述主体部分以及所述第二电极的所述主体部分都是圆形的，且被相互同心地配置。
此外，优选的是，还具有介于所述第二电极的所述延伸部分与所述压电层之间的绝缘层。
为了解决上述问题，本发明的液体检测装置包括基部，其具有彼此相对的第一面及第二面，用于接纳作为检测对象的介质的凹部被形成为在所述第一面一侧开口，且所述凹部的底面被形成为可振动；第一电极，其以比所述凹部的底面大的尺寸形成在所述基部的所述第二面一侧，从而覆盖整个与所述凹部的底面对应的区域；压电层，其具有主体部分，所述主体部分是以比所述凹部的底面大的尺寸而形成的，并覆盖整个与所述凹部的底面对应的区域而层叠在所述第一电极上；和第二电极，其具有主体部分，所述主体部分是以比所述凹部的底面小的尺寸而形成的，并在与所述凹部的底面对应的区域的内部层叠在所述压电层的所述主体部分上。
此外，优选的是，所述压电层的所述主体部分是以比所述第一电极的所述主体部分小的尺寸而形成的。
此外，优选的是，所述压电层还具有从所述压电层的所述主体部分延伸出来的延伸部分；所述第二电极还具有延伸部分，所述延伸部分从所述第二电极的所述主体部分延伸出来，并延伸经过所述压电层的所述主体部分及所述延伸部分上部。
此外，优选的是，所述压电层的所述主体部分及所述第二电极的所述主体部分呈具有至少一个共用的对称轴的大致对称的形状。
此外，优选的是，所述凹部及所述第二电极的所述主体部分都是圆形的，且被相互同心地配置。
此外，优选的是，还具有介于所述第二电极的所述延伸部分与所述压电层之间的绝缘层。
为了解决上述问题，本发明的液体检测装置包括基部，其具有彼此相对的第一面及第二面，用于接纳作为检测对象的介质的凹部被形成为在所述第一面一侧开口，且所述凹部的底面被形成为可振动；第一电极，其具有主体部分，所述主体部分以比所述凹部的底面小的尺寸形成在所述基部的所述第二面一侧，并被配置在与所述凹部的底面对应的区域的内部；压电层，其具有主体部分，该主体部分是以比所述第一电极的所述主体部分小的尺寸而形成的，并层叠在所述第一电极的所述主体部分上；和第二电极，其具有主体部分，所述主体部分是以比所述压电层的所述主体部分小的尺寸而形成的，并层叠在所述压电层的所述主体部分上。
此外，优选的是，所述第一电极还具有延伸部分，所述延伸部分从所述第一电极的所述主体部分延伸出来，并延伸到与所述凹部的底面对应的区域的外部；所述压电层还具有延伸部分，所述延伸部分从所述压电层的所述主体部分延伸出来，并延伸到与所述凹部的底面对应的区域的外部；所述第二电极还具有延伸部分，所述延伸部分从所述第二电极的所述主体部分延伸出来，并延伸经过所述压电层的所述主体部分及所述延伸部分上部。
此外，优选的是，所述凹部及所述第一电极的所述主体部分都是圆形的，且被相互同心地配置；所述第一电极的所述主体部分的直径的大小为所述凹部的直径的75％以上。
为了解决上述问题，本发明的液体检测装置包括基部，其具有彼此相对的第一面及第二面，用于接纳作为检测对象的介质的凹部被形成为在所述第一面一侧开口，且所述凹部的底面被形成为可振动；第一电极，其以比所述凹部的底面大的尺寸形成在所述基部的所述第二面一侧，从而覆盖整个与所述凹部的底面对应的区域；压电层，其具有主体部分，所述主体部分是以比所述凹部的底面大的尺寸而形成的，并覆盖整个与所述凹部的底面对应的区域而层叠在所述第一电极上；和第二电极，其具有环形的主体部分，所述主体部分是以外圈直径比所述凹部的底面小的尺寸而形成的，并在与所述凹部的底面对应的区域的内部层叠在所述压电层的所述主体部分上。
此外，优选的是，所述压电层的所述主体部分是以比所述第一电极的所述主体部分小的尺寸而形成的。
此外，优选的是，所述压电层还具有从所述压电层的所述主体部分延伸出来的延伸部分；所述第二电极还具有延伸部分，所述延伸部分从所述第二电极的所述主体部分延伸出来，并延伸经过所述压电层的所述主体部分及所述延伸部分上部。
此外，优选的是，所述压电层的所述主体部分及所述第二电极的所述主体部分呈具有至少一个共用的对称轴的大致对称的形状。
此外，优选的是，所述凹部为圆形；所述第二电极的所述主体部分为圆环形；所述凹部与所述第二电极的所述主体部分被相互同心地配置。
为了解决上述问题，本发明的液体检测装置包括基部，其具有彼此相对的第一面及第二面，用于接纳作为检测对象的介质的凹部被形成为在所述第一面一侧开口，且所述凹部的底面被形成为可振动；第一电极，其形成于所述基部的所述第二面一侧，并具有主体部分与延伸部分，其中所述主体部分是以比所述凹部的底面小的尺寸而形成的，并被配置于与所述凹部的底面对应的区域的内部，所述延伸部分从所述主体部分延伸出来，并延伸到与所述凹部的底面对应的区域的外部；压电层，其是以比所述凹部的底面小的尺寸而形成的，并层叠在所述第一电极上，其全体都被配置在与所述凹部的底面对应的区域的内部；辅助电极，其形成于所述基部的所述第二面一侧，并从与所述凹部的底面对应的区域的外部延伸到与所述凹部的底面对应的区域的内部，并且其一部分从所述第二面一侧支撑一部分所述压电层；和第二电极，其具有主体部分和延伸部分，其中所述主体部分层叠在所述压电层上，所述延伸部分从所述主体部分延伸出来并在与所述凹部的底面对应的区域的内部与所述辅助电极连接。
此外，优选的是，所述第一电极的所述主体部分的尺寸比所述压电层的尺寸小；所述第二电极的所述主体部分的尺寸比所述第一电极的所述主体部分的尺寸大。
此外，优选的是，所述第二电极的所述主体部分的尺寸比所述压电层的尺寸小。
此外，优选的是，所述第一电极的所述延伸部分及所述第二电极的所述延伸部分在通过所述凹部的中心的第一直线上向彼此相反的方向延伸；所述第一电极还具有一对延伸部分，所述一对延伸部分在通过所述凹部的中心并与所述第一直线垂直的第二直线上从所述第一电极的所述主体部分向彼此相反的方向延伸。
此外，优选的是，所述一对延伸部分与所述第一电极的所述主体部分分离。
此外，优选的是，所述第一电极的所述主体部分、所述压电层的所述主体部分以及所述第二电极的所述主体部分都是圆形的，且被相互同心地配置。
为了解决上述问题，本发明的液体容器的特征在于，包括用于储存液体的容器主体和所述任一液体检测装置，其中，所述液体检测装置的所述凹部露出到所述容器主体的液体储存空间内。
此外，优选的是，所述容器主体中储存有液体喷射装置用的液体。
此外，优选的是，所述液体喷射装置为喷墨式记录装置；所述容器主体中储存有墨水。
根据由上述结构形成的本发明中的液体检测装置以及配有该装置的液体容器，可以容易且可靠地检测出液体检测装置的振动部分的残留振动状态的变化。
此外，根据本发明中的液体检测装置及配有该装置的液体容器，能够可靠地防止压电层中的裂纹的产生。
图1是表示喷墨式记录装置的简要结构的立体图，该喷墨式记录装置使用了具有本发明一实施方式的液体检测装置的墨盒；图2是表示本发明一实施方式的液体检测装置的平面图；图3A及图3B是放大示出了图2所示液体检测装置的一部分的纵截面图，图3A示出了沿图2的A-A线的截面，图3B示出了沿图2的B-B线的截面；图4是图2、图3A及图3B所示的液体检测装置的周边及其等价电路的示意图；图5A示出了由图2、图3A及图3B所示的液体检测装置检测出的振动部分的共振频率与墨盒内的墨水余量之间的关系；图5B示出了图2、图3A及图3B所示的液体检测装置检测出的墨水的共振频率与墨水密度之间的关系；图6A及图6B是图2、图3A及图3B所示的液体检测装置中的反电动势波形的示意图；图7是表示装入了图2、图3A及图3B所示的液体检测装置的模块体的透视图；图8是表示图7所示的模块体的结构的分解图；图9是将图7所示的模块体安装到墨盒的容器主体上的截面的例子的示意图；图10是表示本发明一实施方式的液体检测装置的平面图；图11A及图11B是放大示出图10所示的液体检测装置的一部分的纵截面图，图11A示出了沿图10的A-A线的截面，图11B示出了沿图10的B-B线的截面；图12是图10、图11A及图11B所示的液体检测装置的一个变形例的截面图；
图13是表示本发明一实施方式的液体检测装置的平面图；图14A及图14B是放大示出图13所示的液体检测装置的一部分的纵截面图，图14A示出了沿图13的A-A线的截面，图14B示出了沿图13的B-B线的截面；图15是图13、图14A及图14B所示的液体检测装置的一个变形例的截面图；图16是表示本发明一实施方式的液体检测装置的平面图；图17A及图17B是放大示出图16所示的液体检测装置的一部分的纵截面图，图17A示出了沿图16的A-A线的截面，图17B示出了沿图16的B-B线的截面；图18是表示本发明一实施方式的液体检测装置的平面图；图19A及图19B是放大示出图18所示的液体检测装置的一部分的纵截面图，图19A示出了沿图18的A-A线的截面，图19B示出了沿图18的B-B线的截面；图20是表示本发明一实施方式的液体检测装置的平面图；图21A及图21B是放大示出图20所示的液体检测装置的一部分的纵截面图，图21A示出了沿图20的A-A线的截面，图21B示出了图20的B-B线的截面；图22是表示作为图20、图21A及图21B所示的实施方式的一个变形例的液体检测装置的平面图；图23A及图23B是放大示出图22所示的液体检测装置的一部分的纵截面图，图23A示出了沿图22的A-A线的截面，图23B示出了沿图22中的B-B线的截面；图24A、图24B及图24C是以往的液体检测装置的示意图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明一实施方式的液体检测装置及配有该液体检测装置的墨盒(液体容器)进行说明。
图1示出了使用本实施方式的墨盒的喷墨式记录装置(液体喷射装置)的简要结构，图1中标号1为托架，该托架1通过由托架马达2驱动的同步带3而被导向部件4所导向，从而在滚筒5的轴向上往复移动。
在托架1的与记录用纸6相对的一侧装载有喷墨式记录头12，并且在其上部可装卸地安装有墨盒7，该墨盒7用于向记录头12供应墨水。
在该记录装置的非印刷区域、即起始位置(图中的右侧)配置有罩部件31，当装载于托架1上的记录头移动到起始位置时，该罩部件31遮盖在记录头的喷嘴形成面上，从而在其与喷嘴形成面之间形成密封空间。另外，在罩部件31的下方配置有泵单元10，用于向通过罩部件31而形成的密封空间施加负压以实施清洁等。
另外，在罩部件31中印刷区域一侧的附近，配置了带有橡胶等弹性板的擦拭装置11，并且该擦拭装置11可以相对于记录头的移动轨迹例如在水平方向上进退，从而当托架1在罩部件31一侧往复移动时，可以根据需要擦拭记录头的喷嘴形成面。
图2、图3A及图3B是本实施方式的液体检测装置60的示意图，该液体检测装置60具有在基板41上层叠振动板42而构成的基部40，该基部40具有彼此相对的第一面40a及第二面40b。在基部40中形成有圆形的腔(凹部)43，用于接纳作为检测对象的介质，并且该腔43在第一面40a一侧开口，腔43的底面部43a被形成为可通过振动板42振动。换言之，整个振动板42中实际振动的部分通过腔43而规定了其轮廓。在基部40的第二面40b一侧的两端形成有下部电极端子44及上部电极端子45。
在基部40的第二面40b上形成有下部电极(第一电极)46，该下部电极46具有近似圆形的主体部分46a和延伸部分46b，其中所述延伸部分46b从所述主体部分46a向下部电极端子44的方向延伸并与下部电极端子44连接。下部电极46的近似圆形的主体部分46a的中心与腔43的中心一致。
下部电极46的近似圆形的主体部分46a的直径被形成得比圆形的腔43大，并覆盖几乎所有与腔43对应的区域。此外，该下部电极46的近似圆形的主体部分46a包括从腔43的边缘43a所对应的位置向内侧凹入而形成的切口部46c。
在下部电极46之上层叠压电层47，该压电层47具有直径比腔43小的圆形的主体部分47a，和在与腔43相对应的区域的范围内从主体部分47a突出的突出部分47b。从图2可知，整个压电层47都被收纳在与腔43相对应的区域的范围内。换言之，压电层47完全没有横切并延伸经过与腔43的边缘43a相对应的位置的部分。
压电层47的主体部分47a的中心与腔43的中心一致，并且压电层47的主体部分47a除了与下部电极46的切口部46c相对应的部分之外，其大致全体都被层叠在下部电极46上。
在基部40的第二面40b一侧形成有辅助电极48。该辅助电极48从腔43所对应的区域的外侧越过腔43的边缘43a所对应的位置而延伸至腔43所对应的区域的内部。辅助电极48的一部分位于第一电极46的切口部46c的内部，并从基板40的第二面40b一侧对压电层47的延伸部分47b及其附近进行支撑。该辅助电极48最好具有与下部电极46相同的材质和相同的厚度。这样，通过辅助电极48从基板40的第二面40b一侧对压电层47的延伸部分47b及其附近进行支撑，在压电层47上不会产生阶梯差，从而可以防止机械强度的降低。
在压电层47上层叠了上部电极(第二电极)49的圆形的主体部分49a，该上部电极49被形成为直径小于压电层47的主体部分47a。此外，上部电极49具有从主体部分49a延伸出来并与辅助电极48连接的延伸部分49b。由图3B可知，上部电极49的延伸部分49b与辅助电极48的连接开始的位置P位于腔43所对应的区域的范围内。
由图2可知，上部电极49通过辅助电极48而与上部电极端子45电连接。这样经由辅助电极48将上部电极49连接到上部电极端子45上，可以通过上部电极49与辅助电极48双方来吸收从压电层47及下部电极46的总厚度而产生的阶梯差。因此，可以防止在上部电极49上产生大的阶梯差从而导致机械强度降低的情况。
上部电极49的主体部分49a形成为圆形，并且其中心与腔43的中心一致。上部电极49的主体部分49a被形成为直径比压电层47的主体部分47a和腔43的直径都小。
如此，压电层47的主体部分47a成为被上部电极49的主体部分49a和下部电极46的主体部分46a夹在中间的结构。由此，可以有效地变形驱动压电层47。
另外，在与压电层47电连接的下部电极46的主体部分46a以及上部电极49的主体部分49a中，上部电极49的主体部分49a的直径较小。因此，上部电极49的主体部分49a确定了在压电层47中产生压电效应的部分的范围。
另外，包含于液体检测装置60中的部件最好通过烧结而互相形成为一体。通过这样一体地形成液体检测装置60，能够使液体检测装置60的运用变得容易。
压电层47的材料最好使用锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)或是不使用铅的无铅压电膜。基板41的材料最好使用氧化锆或者氧化铝。此外，振动板42最好使用与基板41相同的材料。上部电极49、下部电极46、上部电极端子45以及下部电极端子44可以使用具有导电性的材料，例如使用金、银、铜、铂、铝、镍等金属。
关于压电层47的主体部分47a、上部电极49的主体部分49a以及下部电极46的主体部分46a，它们的中心与腔43的中心一致。此外，确定振动板42的可振动部分的圆形的腔43的中心位于整个液体检测装置60的中心上。
由腔43规定的振动板42的可振动部分、下部电极46的主体部分46a中与腔43对应的部分、压电层47的主体部分47a及突出部分47b、以及上部电极49的主体部分49a及延伸部分49b的与腔43对应的部分构成了液体检测装置60的振动部分61。另外，该液体检测装置60的振动部分61的中心与液体检测装置60的中心一致。
另外，压电层47的主体部分47a、上部电极49的主体部分49a、下部电极46的主体部分46a、以及振动板42的可振动部分(即与腔43的底面部分43a对应的部分)具有圆形的形状，并且，整个压电层47、即压电层47的主体部分47a及延伸部分47b被配置在与腔43对应的区域的内部，因而液体检测装置60的振动部分61是相对于液体检测装置60的中心大体对称的形状。
如此，在本实施方式中，由于用下部电极46的主体部分46a来覆盖几乎整个与腔43对应的区域，所以与以往相比，减小了强制振动时的变形模式与自由振动时的变形模式之间的差别。此外，由于液体检测装置60的振动部分61是相对于液体检测装置60的中心对称的形状，所以从该中心来看，所述振动部分61的刚性大体上呈各向同性。
因此，抑制了由于构造的不对称性而产生的不必要的振动的发生，并防止了由于强制振动时与自由振动时之间的变形模式的差异而导致的反电动势的输出降低。由此，液体检测装置60的振动部分61中的残留振动的共振频率的检测精度得以提高，并且振动部分61的残留振动的检测也变得容易。
此外，由于用直径比腔43大的下部电极46的主体部分46a来覆盖几乎整个空腔43对应的区域，所以可以防止由于制造时下部电极46的位置偏差而导致的不必要的振动的产生，可以防止检测精度的降低。
此外，将硬而脆弱的整个压电层47配置在与腔43对应的区域的内部，从而在与腔43的边缘43a对应的位置上不存在压电层47。因此，没有在以往的液体检测装置中在与腔的边缘对应的位置上产生的压电膜的裂纹的问题。
此外，由于振动部分61与液体接触的范围只限于腔43所存在的范围，所以可以精确地进行液体的检测，由此，可以高精度地检测出墨盒7内的墨水水平。
图4示出了在本实施方式中所使用的液体检测装置60及其等价电路。该液体检测装置60通过检测残留振动的共振频率来检测声阻抗的变化，从而检测出墨盒内的液体的消耗状态。
图4的(A)及图4的(B)示出了液体检测装置60的等价电路。此外，图4的(C)及图4的(D)分别示出了当在墨盒7内充满墨水时包含液体检测装置60的周边及其等价电路，图4的(E)及图4的(F)分别示出了当墨盒7内无墨水时包含液体检测装置60的周边及其等价电路。
图2至图4所示的液体检测装置60被安装在墨盒7的容器主体的预定的地方，并使得腔43与容器主体内所储存的液体(墨水)接触。即，液体检测装置60的振动部分61的至少一部分露出到容器主体的储存空间内。当在容器主体中充分储存了液体时，腔43内及其外侧被液体填满。
另一方面，当墨盒7的容器主体内部的液体(墨水)被消耗，并且液面下降到液体检测装置60的安装位置(严格来说是腔43的位置)的下方时，就成了腔43内不存在液体的状态，或是仅在腔43内残留液体而在其外侧存在气体的状态。
液体检测装置60对该状态的变化所引起的声阻抗的差异进行检测。由此，液体检测装置60可以检测出是容器主体内充分储存着液体的状态，还是消耗了某一定量以上的液体的状态。
接着，对本实施方式的液体检测装置60中的液面检测的原理进行说明。
液体检测装置60可以利用共振频率的变化来检测液体的声阻抗的变化。共振频率可以通过测量反电动势来检测，其中所述反电动势是由液体检测装置60的振动部分61振动过后残留在振动部分61上的残留振动所产生的。即，若在向液体检测装置60的压电层47施加驱动脉冲从而使振动部分61强制振动之后，使振动部分61自由振动，则由于液体检测装置60的振动部分61中的残留振动(自由振动)，压电层47产生反电动势。该反电动势的大小根据液体检测装置60的振动部分61的振幅而变化。因此，液体检测装置60的振动部分61的残留振动(自由振动)的振幅越大，反电动势的输出的检测就越容易。
此外，反电动势的大小发生变化的周期根据液体检测装置60的振动部分61中的残留振动的频率而改变。即，液体检测装置60的振动部分61的频率与反电动势的频率相对应。这里，共振频率是指液体检测装置60的振动部分61和与该振动部分61相连接的介质在共振状态下的频率。
当在墨盒7的容器主体内充分储存了液体(墨水)时，在液体检测装置60的腔43内充满了液体，振动部分61通过腔43的底面部分43a与容器主体内的液体相接触。另一方面，当容器主体内液体不充分时，液体检测装置60的振动部分61与腔43内残留的液体相接触，或者不与液体接触而与气体或者真空相接触。
这里，参照图2至图4，从由反电动势的测量而得到的介质与液体检测装置60的振动部分61的共振频率来说明检测墨盒7的容器主体内的液体状态的动作及原理。
在液体检测装置60中，通过上部电极端子45及下部电极端子44，分别向上部电极49及下部电极46施加电压。于是，在压电层47中被上部电极49及下部电极46夹在中间的部分上产生电场。通过该电场，压电层47发生变形。由于压电层47发生变形，使得振动板42中的振动区域(与腔43的底面部分43a对应的区域)发生挠曲振动。在强制使压电层47变形后，一段时间内，挠曲振动会残留在液体检测装置60的振动部分61中。
该残留振动是液体检测装置60的振动部分61与介质的自由振动。因此，通过使施加在压电层47上的电压为脉冲波形或者矩形波，可以容易地获得施加电压后的振动部分61与介质的共振状态。残留振动是液体检测装置60的振动部分61的振动，并伴有压电层47的变形。因此，压电层47随着残留振动而产生反电动势。该反电动势可经由上部电极49、下部电极46、上部电极端子45及下部电极端子44而检测出。由于可以通过该检测出的反电动势来确定共振频率，所以可以基于该共振频率来检测墨盒7的容器主体内有无液体(墨水)。
一般地，共振频率fs可用下式来表示fs＝1/(2*π*(M*Cact)1/2) (公式1)。
这里，M是振动部分61的惯量(inertance)Mact与附加惯量M’之和。Cact是振动部分61的柔度。
图4的(A)及图4的(B)是腔43中不残留墨水时的液体检测装置60的振动部分61及腔43的等价电路。
Mact是振动部分61的厚度与振动部分61的密度之积除以振动部分61的面积而得到的，详细地说，其如图4的(A)所示，可用下式表示Mact＝Mpzt+Melectrode1+Melectrode2+Mvib (公式2)。
这里，Mpzt是振动部分61中的压电层47的厚度与压电层47的密度之积除以压电层47的面积而得到的。Melectrode1是振动部分61中的上部电极49的厚度与上部电极49的密度之积除以上部电极49的面积而得到的。Melectrode2是振动部分61中的下部电极46的厚度与下部电极46的密度之积除以下部电极46的面积而得到的。Mvib是振动部分61中的振动板42的厚度与振动板42的密度之积除以振动板42的振动区域的面积而得到的。
其中，为了能够从振动部分61的整体的厚度、密度及面积算出Mact，最好是，压电层47、上部电极49、下部电极46以及振动板42的振动区域各自的面积具有上述那样的大小关系，但彼此的面积之差很微小。
此外，在本实施方式中，关于压电层47、上部电极49及下部电极46，作为它们主要部分的圆形的主体部分47a、49a、46a以外的部分最好小到相对于主体部分来说可以忽视的程度。因此，在液体检测装置60中，Mact是上部电极49、下部电极46、压电层47及振动板42中的振动区域各自的惯量之和。此外，柔度Cact是由上部电极49、下部电极46、压电层47及振动板42中的振动区域而形成的部分的柔度。
此外，图4的(A)、(B)、(D)、(F)示出了液体检测装置60的振动部分61及腔43的等价电路，在这些等价电路中，Cact表示液体检测装置60的振动部分61的柔度。Cpzt、Celectrode1、Celectrode2及Cvib分别表示振动部分61中的压电层47、上部电极49、下部电极46及振动板42的柔度。Cact可用以下的公式3表示1/Cact＝(1/Cpzt)+(1/Celectrode1)+(1/Celectrode2)+(1/Cvib) (公式3)。
通过公式(2)及公式(3)，图4的(A)也可以如图4的(B)那样表示。
柔度Cact表示在单位面积上施加压力时可以承受的介质的体积。即，柔度Cact表示变形的容易程度。
图4的(C)示出了在墨盒7的容器主体中充分储存了液体，且液体注满至液体检测装置60的振动部分61的周边时的液体检测装置60的截面图。图4的(C)的M’max表示在墨盒7的容器主体中充分储存了液体，且液体注满至液体检测装置60的振动部分61的周边时的附加惯量(附加质量(对振动区域的振动产生影响的质量)除以面积的平方而得到)的最大值。M’max可用下式来表示M’max＝(π*ρ/(2*k3))*(2*(2*k*a)3/(3*π))/(π*a2)2(公式4)，(a为振动部分的半径、ρ为介质的密度、k为波数)。
此外，公式4在液体检测装置60的振动部分61是半径为a的圆形时成立。附加惯量M’是表示通过位于振动部分61附近的介质来使振动部分61的质量在表观上增加的量。由公式4可知，M’max根据振动部分61的半径a和介质的密度ρ而大幅变化。
波数k可用下式表示k＝2*π*fact/c(公式5)，(fact为振动部分61的共振频率。C为在介质中传播的声音的速度)。
图4的(D)示出了在图4的(C)的情况下的液体检测装置60的振动部分61及腔43的等价电路，其中所述图4的(C)的情况是指在墨盒7的容器主体中充分储存了液体，且液体注满至液体检测装置60的振动部分61的周边。
图4的(E)示出了下述情况下液体检测装置60的截面图，所述情况是指，虽然墨盒7的容器主体的液体被消耗，液体检测装置60的振动部分61的周边没有液体，但液体检测装置60的腔43内残留有液体。
公式4是表示在墨盒7的容器主体中注满了液体时，由墨水的密度ρ等确定的最大惯量M’max的公式。另一方面，当容器主体内的液体被消耗，并且在腔43内残留有液体的同时处于液体检测装置60的振动部分61周边的液体被替换成了气体或者真空时，附加惯量M’一般被表示为(更具体地请参照后述公式8)M’＝ρ*t/S(公式6)。
这里，t为参与振动的介质的厚度。S为液体检测装置60的振动部分61的面积。当振动部分61是半径为a的圆形时，S＝π*a2。
因此，当容器主体中充分储存了液体，且液体注满至液体检测装置60的振动部分61的周边时，附加惯量M’按照公式4计算。而当液体被消耗，并且在腔43内残留液体的同时处于液体检测装置60的振动部分61的周边的液体被替换成了气体或者真空时，其按照公式6计算。
这里，如图4的(E)那样，当虽然墨盒7的容器主体的液体被消耗，从而液体检测装置60的振动部分61的周边没有液体，但在液体检测装置60的腔43内还残留有液体时，为了方便，将此情况下的附加惯量M’取为M’cav，从而与液体检测装置60的振动部分61的周围注满了液体时的附加惯量M’max进行区别。
图4的(F)表示在图4的(E)的情况下的液体检测装置60的振动部分61及腔43的等价电路，其中所述图4的(E)的情况是指虽然墨盒7的容器主体的液体被消耗，从而液体检测装置60的振动部分61的周边没有液体，但在液体检测装置60的腔43内还残留有液体。
这里，与介质的状态有关系的参数在公式6中为介质的密度ρ及介质的厚度t。当在容器主体内充分储存了液体时，液体与液体检测装置60的振动部分61接触。另一方面，当在容器主体内没有充分储存液体时，在腔43内部残留有液体，或者液体检测装置60的振动部分61与气体或者真空接触。在液体检测装置60的周边的液体被消耗，从而从图4的(C)的M’max转向图4的(E)的M’cav的过程中的附加惯量M’var随着介质的密度ρ及介质的厚度t的变化而变化，其中所述介质的密度ρ及介质的厚度t根据容器主体内的液体的储存状态而变化。由此，共振频率fs也变化。因此，通过确定共振频率fs可以检测出容器主体内的液体的量。
这里，如图4的(E)所示，当t＝d时，若利用公式6来表示M’cav，则将腔的深度d代入公式6的t中，于是有M’cav＝ρ*d/S (公式7)。
此外，如果介质是种类互不相同的液体，则根据组成的不同密度ρ也不同，因而附加惯量M’及共振频率fs也不同。因此，通过确定共振频率fs可以检测出液体的种类。
图5A是表示墨盒7的容器主体内的墨水的量与墨水及振动部分的共振频率fs之间关系的曲线。纵轴表示共振频率fs，横轴表示墨水量。
当墨盒7的容器主体内充分储存了墨水，且液体检测装置60的振动部分61的周边注满了墨水时，该最大附加惯量M’max为公式4所表示的值。另一方面，当墨水被消耗，并且在腔43内有墨水残留的同时墨水没有注满至液体检测装置60的振动部分61的周边时，附加惯量M’var可以基于介质的厚度t由公式6计算出来。由于公式6中的t是参与振动的介质的厚度，所以通过减小残留墨水的液体检测装置60的腔43的深度d，也就是使基板41的厚度足够薄，也可以对墨水逐渐消耗的过程进行检测(参照图4的(C))。这里设t ink为参与振动的墨水的厚度，设t ink-max为M’max中的t ink。
例如，液体检测装置60相对于墨水的液面大致水平地配置在墨盒的底面上。此时，若墨水被消耗，墨水的液面从液体检测装置60变为t ink-max的高度以下时，M’var根据公式6而逐渐变化，并且共振频率fs根据公式1而逐渐变化。因此，墨水的液面t只要处于t的范围内，液面检测装置60就能够逐渐检测出墨水的消耗状态。
或者，液体检测装置60与墨水的液面大体垂直地配置在墨盒的侧壁上。此时，当墨水被消耗，墨水的液面到达液体检测装置60的振动部分61时，附加惯量M’随着液位的降低而减少。由此，共振频率fs根据公式1而逐渐增加。因此，只要墨水的液面处于腔43的直径2a(参照图4的(C))的范围内，液体检测装置60就能逐渐检测出墨水的消耗状态。
图5A的曲线X表示的是，当配置于底面上的液体检测装置60的腔43足够浅时，或者配置于侧壁上的液体检测装置60的振动部分61足够大或长时，容器主体内所储存的墨水的量与墨水及振动部分61的共振频率fs之间的关系。从而可以理解在容器主体内的墨水量减少的同时，墨水及振动部分61的共振频率fs慢慢变化的状态。
更详细地说，所谓可以对墨水逐渐被消耗的过程进行检测的时候，是指在液体检测装置60的振动部分61的周边，密度互不相同的液体与气体同时存在且参与振动的时候。随着墨水逐渐被消耗，对于在液体检测装置60的振动部分61的周边参与振动的介质，液体减少而气体增加。
例如，在将液体检测装置60相对于液面水平配置时，在t ink小于tink-max时，液体检测装置60的参与振动的介质包括墨水与气体二者。因此，若利用液体检测装置60的振动部分61的面积S，以墨水与气体的附加质量来表示公式4的M’max以下的状态，则M’＝M’air+M’ink＝ρair*t air/S+ρink*t ink/S(公式8)。这里，M’air为空气的惯量，M’ink为墨水的惯量。ρair为空气的密度，ρink为墨水的密度。t air为参与振动的空气的厚度，t ink为参与振动的墨水的厚度。
在液体检测装置60的振动部分61的周边上的参与振动的介质中，随着液体减少而气体增加，当液体检测装置60相对于墨水的液面被大致水平地配置时，t air增加，并且t ink减少。由此，M’var逐渐减少，而共振频率逐渐增加。从而，可以检测出残留于容器主体内的墨水的量或者墨水的消耗量。此外，在公式7中之所以只有液体的密度，是由于假设与液体的密度相比，空气的密度小到了可以忽视的程度。
当液体检测装置60相对于墨水的液面被垂直配置时，可以认为是液体检测装置60的振动部分61中，液体检测装置60的参与振动的介质是仅有墨水的区域、和液体检测装置60的参与振动的介质是仅有气体的区域并列的等价电路(图中未示出)。若设液体检测装置60的参与振动的介质是仅有墨水的区域的面积为S ink，设液体检测装置60的参与振动的介质是仅有气体的区域的面积为S air，则1/M’＝1/M’air+1/M’ink＝S air/(ρair*t air)+S ink/(ρink*t ink)(公式9)。
此外，公式9适用于在液体检测装置60的腔43中不保存墨水的情况。关于在液体检测装置60的腔43中保存墨水的情况下的附加惯量，可以通过公式9的M’和公式7的M’cav之和来进行计算。
由于液体检测装置60的振动部分61的振动从t ink-max的深度变化到墨水残留的深度d，所以当以墨水残留的深度比t ink-max稍小的程度来将液体检测装置60配置于底面时，则无法检测墨水逐渐减少的过程。此时，根据从t ink-max到残留的深度d为止的轻微的墨水量变化中的液体检测装置的振动变化，检测到墨水量发生变化。此外，在被配置于侧面，并且腔43的直径很小的情况下，由于通过腔43之间的液体检测装置60的振动变化很轻微，所以难以检测出通过过程的墨水量，检测的是墨水液面比腔43高还是低。
例如，图5A的曲线Y示出了振动部分61形成小圆形的振动区域时的容器主体内的墨水量与墨水及振动部分61的共振频率fs之间的关系。示出了在容器主体内的墨水的液面通过液体检测装置60的安装位置的前后时的墨水量之差Q之间，墨水及振动部分61的共振频率fs急剧变化的状态。由此，由于能够二值化地检测出在容器主体内是否残余了预定量的墨水，所以能够进行高精度的检测。
这样利用液体检测装置60来检测有无液体的方法由于可以通过振动部分61与墨水直接接触来检测有无墨水，所以与通过软件来计算墨水的消耗量的方法相比，检测精度高。另外，利用电极通过导电性来检测有无墨水的方法可能受到容器主体上电极的安装位置以及墨水种类的影响，但利用液体检测装置60来检测有无液体的方法则很难受到容器主体上液体检测装置60的安装位置以及墨水种类的影响。
另外，由于可以利用单一的液体检测装置60来实施振动与液体检测二者，所以与利用不同的传感器来实施振动与液体检测的方法相比，可以减少安装在容器主体上的传感器的数目。因此，可以廉价地制造具有液量检测功能的墨盒7。另外，最好将压电层47的振动频率设为非可听区域，从而使液体检测装置60工作当中所产生的声音安静。
图5B示出了墨水的密度与墨水以及振动部分61的共振频率fs之间关系的一个例子。这里，“墨水满”与“墨水空”(或者“墨水无”)意味着相对的两个状态，而并不意味所谓的墨水充满状态与墨水耗尽状态。如图5B所示，当墨水密度很高时，由于附加惯量很大，所以共振频率fs降低。即，共振频率根据墨水种类的不同而不同。因此，通过测量共振频率fs，在再次填充墨水时，可以确认是否混入了密度不同的墨水。即，可以识别储存了种类互不相同的墨水的墨盒7。
接着，设定腔43的尺寸及形状，使得即使墨盒7的容器主体内的液体为空的状态时液体检测装置60的腔43内也残留液体，对此时可以正确地检测出液体状态的条件进行详细叙述。液体检测装置60如果在腔43内充满了液体时可以检测出液体的状态，则在腔43内没有充满液体时也可以检测出液体的状态。
共振频率fs是惯量M的函数。惯量M为振动部分61的惯量Mact与附加惯量M’之和。这里，附加惯量M’与液体的状态有关系。附加惯量M’是表示通过处于振动部分61附近的介质来使振动部分61的质量表观上增加的量。也就是，通过振动部分61的振动而在表观上吸收介质(与振动相关的惯量增加)所引起的振动部分61的质量的增加量。
因此，当M’cav比公式4中的M’max大时，表观上吸收的介质全都是残留于腔43内的液体。从而，与容器主体内充满介质的状态相同。此时，由于参与振动的介质小于M’max，所以即使墨水被消耗了也无法检测出其变化。
另一方面，当M’cav小于公式4中的M’max时，表观上吸收的介质是腔43内残留的液体以及容器主体内的气体或真空。由于此时与在容器主体内充满了液体的状态不同，M’是变化的，所以共振频率fs也变化。因此，液体检测装置60可以检测出容器主体内的液体的状态。
即，在墨盒7的容器主体内的液体为空的状态下，当液体检测装置60的腔43内残留有液体时，液体检测装置60可正确地检测出液体状态的条件是M’cav比M’max小。此外，液体检测装置60可正确地检测出液体状态的条件是M’max＞M’cav，与腔43的形状无关。
这里，M’cav是与腔43的容量大致相等的容量的液体的质量惯量。因此，根据M’max＞M’cav的不等式，液体检测装置60可正确地检测出液体状态的条件可以表示为腔43的容量的条件。例如，若设圆形的腔43的半径为a，设腔43的深度为d，则有M’max＞ρ*d/πa2(公式10)。
展开公式10后，可求出如下条件a/d＞3*π/8 (公式11)。
因此，如果是具有开口161的半径a及腔43的深度d满足公式11的腔43的液体检测装置60，则容器主体内的液体为空的状态，并且即使当腔43内残留有液体时，也可以毫无误动作地检测出液体的状态。
此外，公式10、公式11仅在腔43的形状为圆形时成立。当腔43的形状不是圆形时，如果利用对应的M’max的公式，将公式10中的πa2替换成其面积来计算，则可导出腔43的宽度及长度等尺寸与深度的关系。
另外，由于附加惯量M’也对声阻抗特性产生影响，所以也可以说，检测由于残留振动而在液体检测装置60中产生的反电动势的方法至少可检测出声阻抗的变化。
图6A及图6B示出了向液体检测装置60提供驱动信号从而使振动部分61强制驱动之后的、液体检测装置60的残留振动(自由振动)的波形与残留振动的测量方法。液面在墨盒7内的液体检测装置60的安装位置水平中是上还是下，可以通过液体检测装置60的压电元件振动后的残留振动的频率变化、或振幅的变化而检测出来。图6A及图6B中，纵轴表示由于液体检测装置60的残留振动而产生的反电动势的电压，横轴表示时间。通过液体检测装置60的残留振动，会如图6A及图6B所示那样产生电压的模拟信号的波形。接着，将模拟信号转换成与信号的频率相对应的数字数值(二值化)。在图6A及图6B所示的例子中，测量产生从模拟信号的第四个脉冲到第八个脉冲之间的四个脉冲的时间。
更具体地说，在液体检测装置60振动之后，对预先设定的预定的基准电压从低电压侧向高电压侧横穿的次数进行计数。然后，生成使计数值4至计数值8之间为高电平的数字信号，并通过预定的时钟脉冲测量从计数值4至计数值8的时间。
图6A是液面处于液体检测装置60的安装位置水平的上位时的波形。相反，图6B是液面处于液体检测装置60的安装位置水平的下位时的波形。对图6A与图6B进行比较，发现对于从计数值4至计数值8为止的时间，图6A比图6B要长。换言之，根据液体检测装置60的安装位置水平上有无墨水，从计数值4到计数值8所需要的时间也不同。利用该所需时间的差异，可以检测出墨水的消耗状态。
之所以从模拟波形的第四个计数值开始计数，是为了在液体检测装置60的残留振动(自由振动)稳定之后再开始测量。从第四个计数值开始计数仅仅是一个例子，也可以从任意计数值开始计数。这里，检测从第四个计数值到第八个计数值的信号，并通过预定的时钟脉冲来测量从第四个计数值到第八个计数值的时间。基于该时间可以求出共振频率。时钟脉冲不必一定要测量到第八个脉冲的时间，也可以是计数到任意的计数值。在图6A及图6B中，虽然是测量第四个计数值到第八个计数值的时间，但根据检测频率的电路结构，也可以对不同计数值间隔内的时间进行检测。
例如，当墨水的品质稳定从而峰值的振幅的变动很小时，为了提高检测的速度，也可以通过检测第四个计数值至第六个计数值的时间来求出共振频率。此外，当墨水的品质不稳定从而脉冲的振幅的变动很大时，为了正确检测残留振动，也可以检测第四个计数值至第十二个计数值的时间。
图7是表示将液体检测装置60作为安装模块体100而一体地形成的结构的透视图。模块体100被安装在墨盒7的容器主体的预定之处。模块体100被构成为通过对容器主体内的介质的至少声阻抗的变化进行检测，可以检测出容器主体内的液体的消耗状态。
本实施方式的模块体100具有用于将液体检测装置60安装在容器主体上的容器安装部101。容器安装部101具有平面大致为矩形的基台102、和基台102上的圆柱部116，所述圆柱部116用于容纳通过驱动信号而振动的液体检测装置60。此外，模块体100被构成为当其被安装到墨盒7上时，无法从外部接触模块体100的液体检测装置60。由此，可以保护液体检测装置60免于外部的接触。另外，圆柱部116的顶端侧边沿带有圆弧，从而在将其向形成于墨盒7上的孔安装时容易嵌入。
图8是图7所示的模块体100的分解图。模块体100包括由树脂形成的容器安装部101、和具有盘片110及凹部113的装置安装部105(参照图7)。另外，模块体100具有引线104a及104b、液体检测装置60以及膜108。盘片110最好由不锈钢或者不锈钢合金等难以生锈的材料形成。
容器安装部101中所包括的圆柱部116及基台102在中心部分形成开口部114，以便能够容纳引线104a及104b，并且在开口部114的周围形成凹部113，以便能够容纳液体检测装置60、膜108以及盘片110。
液体检测装置60通过膜108而与盘片110接合，盘片110及液体检测装置60被固定于凹部113(容器安装部101)中。因此，引线104a及104b、液体检测装置60、膜108及盘片110作为一体安装在容器安装部101中。
引线104a及104b分别与液体检测装置60的上部电极端子45及下部电极端子44结合，从而向压电层47传递驱动信号(驱动脉冲)，并将液体检测装置60所检测出的共振频率的信号传递给记录装置等。
液体检测装置60根据从引线104a及104b传递来的驱动信号，临时地进行振动。此外，液体检测装置60在振动后进行残留振动，并通过该振动产生反电动势。此时，通过检测反电动势波形的振动周期，可以检测出与容器主体内的液体消耗状态相对应的共振频率。
膜108将液体检测装置60与盘片110粘合，从而使液体检测装置60液体密封起来。膜108最好由聚烯烃等形成，并以热焊接进行粘合。通过膜108将液体检测装置60与盘片110面状粘合并固定，从而消除了粘合位置的偏差，使得振动部分之外的部分不振动。因此，即使将液体检测装置60与盘片110粘合，液体检测装置60的振动特性也不会变化。
另外，盘片110为圆形，基台102的开口部114形成为圆筒形。液体检测装置60及膜108被形成为矩形。也可以使引线104a及104b、液体检测装置60、膜108及盘片110相对于基台102可装卸。基台102、引线104a及104b、液体检测装置60、膜108及盘片110相对于模块体100的中心轴对称配置。此外，基台102、液体检测装置60、膜108及盘片110的中心被配置在模块体100的大致中心轴上。
此外，基台102的开口部114的面积被形成为比液体检测装置60的振动区域的面积大。在盘片110的中心与液体检测装置60的振动部分正对的位置上形成有贯通孔112。如图2至图4所示，在液体检测装置60中形成有腔43，并且贯通孔112与腔43共同形成贮墨部。为了减小残留墨水的影响，盘片110的厚度最好比贯通孔112的直径小。例如，贯通孔112的深度最好是其直径的三分之一以下的大小。贯通孔112是相对于模块体100的中心轴对称的近似圆形。此外，贯通孔112的面积比液体检测装置60的腔43的开口面积大。贯通孔112的截面的边缘可以是锥形，也可以是阶梯形。
模块体100被安装在容器主体的侧部、上部或底部，并使贯通孔112朝向容器主体的内侧。当墨水被消耗，液体检测装置60周边没有墨水时，液体检测装置60的共振频率变化很大，据此可以检测出墨水的液位变化。
图9是将图7所示的模块体100安装到墨盒7的容器主体7a上时的、容器主体7a的底部附近的截面图。模块体100被安装在形成于容器主体7a的侧壁上的贯通孔中。在容器主体7a的侧壁与模块体100的接合面上设有O形环90，保持模块体100与容器主体7a之间的液密性。为了如此用O形环90来进行密封，模块体100最好配有图7所述的圆柱部。
模块体100的顶端露出到容器主体7a的墨水储存空间7b中，从而通过盘片110的贯通孔112，容器主体7a内的墨水与液体检测装置60接触。根据液体检测装置60的振动部分的周围是液体还是气体，液体检测装置60的残留振动的共振频率不同，因而可以利用模块体100来检测墨水的消耗状态。
接着，参照附图对本发明其他实施方式的液体检测装置及配有该液体检测装置的墨盒(液体容器)进行说明。
图10、图11A及图11B是本实施方式的液体检测装置260的示意图，该液体检测装置260具有在基板241上层叠振动板242而构成的基部240，该基部240具有彼此相对的第一面240a及第二面240b。在基部240中形成有圆形的腔(凹部)243，用于接纳作为检测对象的介质，并且该腔243在第一面240a一侧开口，腔243的底面部243a被形成为可通过振动板242振动。换言之，整个振动板242中实际振动的部分通过腔243而规定了其轮廓。在基部240的第二面240b一侧的两端形成有下部电极端子244及上部电极端子245。
在基部240的第二面240b上形成有下部电极(第一电极)246，该下部电极246具有圆形的主体部分246a和延伸部分246b，该延伸部分246b从主体部分246a向下部电极端子244的方向延伸并与下部电极端子244连接。下部电极246的圆形主体部分246a的中心与腔243的中心一致。
下部电极246的圆形主体部分246a被形成为直径比圆形腔243大，并覆盖所有与腔243对应的区域。
在下部电极246之上层叠压电层247，该压电层247具有直径比腔243小的圆形主体部分247a，以及延伸部分247b，所述延伸部分247b从该主体部分247a延伸出来并越过与腔243的边缘相对应的位置，一直延伸到与腔243的底面相对应的区域的外部。
在压电层247上层叠有上部电极(第二电极)249的圆形的主体部分249a，该上部电极249的主体部分249a被形成为直径比压电层247的主体部分247a小。此外，上部电极249具有延伸部分249b，该延伸部分249b从主体部分249a延伸出来，延伸经过压电层247的延伸部分247b上方，一直延伸到与腔243的底面相对应的区域的外部。该延伸部分249b延伸越过压电层247的延伸部分247b，并与上部电极端子245连接。
如此，压电层247的主体部分247a成为被上部电极249的主体部分249a和下部电极246的主体部分246a夹在中间的结构。由此，可以有效地变形驱动压电层247。
如上所述，上部电极249的主体部分249a被形成为直径比压电层247的主体部分247a小。另一方面，下部电极246的主体部分246a盖着压电层247的主体部分247a的整个面。因此，上部电极249的主体部分249a确定了整个压电层247中产生压电效应的部分的范围。
另外，包含于液体检测装置260中的部件最好通过烧结而互相形成为一体。通过这样一体地形成液体检测装置260，能够使液体检测装置260的运用变得容易。
压电层247的材料最好使用锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)或是不使用铅的无铅压电膜。基板241的材料最好使用氧化锆或者氧化铝。此外，振动板242最好使用与基板241相同的材料。上部电极249、下部电极246、上部电极端子245以及下部电极端子244可以使用具有导电性的材料，例如使用金、银、铜、铂、铝、镍等金属。
关于压电层247的主体部分247a、上部电极249的主体部分249a以及下部电极246的主体部分246a，它们的中心与腔243的中心一致。此外，确定振动板242的可振动部分的圆形的腔243的中心位于整个液体检测装置260的中心上。
由腔243规定的振动板242的可振动部分、下部电极246的主体部分246a中与腔243对应的部分、压电层247的主体部分247a及延伸部分247b的与腔243对应的部分、以及上部电极249的主体部分249a及延伸部分249b的与腔243对应的部分构成了液体检测装置260的振动部分261。另外，该液体检测装置260的振动部分261的中心与液体检测装置260的中心一致。
另外，压电层247的主体部分247a、上部电极249的主体部分249a、下部电极246的主体部分246a、以及振动板242的可振动部分(即与腔243的底面部分243a对应的部分)具有圆形的形状，因而液体检测装置260的振动部分261是相对于液体检测装置260的中心大体对称的形状。
如此，在本实施方式中，由于用下部电极246的主体部分246a来覆盖整个与腔243对应的区域，所以与以往相比，减小了强制振动时的变形模式与自由振动时的变形模式之间的差别。此外，由于液体检测装置260的振动部分261是相对于液体检测装置260的中心大体对称的形状，所以从该中心来看，所述振动部分261的刚性大体上呈各向同性。
因此，抑制了由于构造的不对称性而产生的不必要的振动的发生，并防止了由于强制振动时与自由振动时二者之间的变形模式的差异而导致的反电动势的输出降低。由此，液体检测装置260的振动部分261中的残留振动的共振频率的检测精度得以提高，并且振动部分261的残留振动的检测也变得容易。
此外，由于用直径比腔243大的下部电极246的主体部分246a来覆盖整个与腔243对应的区域，所以可以防止由于制造时下部电极246的位置偏差而导致的不必要的振动的产生，从而可以防止检测精度的降低。
此外，由于液体检测装置260的振动部分261与液体接触的范围只限于腔243所存在的范围，所以可以精确地进行液体的检测，由此，可以高精度地检测出墨盒7内的墨水水平。
作为本实施方式的一个变形例，也可以如图12所示那样，将绝缘层250夹在上部电极249的延伸部分249b与压电层247之间。由于该绝缘层250的存在，使得整个压电层247中产生压电效应的部分的范围为圆形，从而其对称性提高，由此可以进一步抑制不必要的振动的产生。
接着，参照附图对本发明其他实施方式的液体检测装置及配有该液体检测装置的墨盒(液体容器)进行说明。
图13、图14A及图14B是本实施方式的液体检测装置360的示意图，该液体检测装置360具有在基板341上层叠振动板342而构成的基部340，该基部340具有彼此相对的第一面340a及第二面340b。在基部340中形成有圆形的腔(凹部)343，用于接纳作为检测对象的介质，并且该腔343在第一面340a一侧开口，腔343的底面部343a被形成为可通过振动板342振动。换言之，整个振动板342中实际振动的部分通过腔343而规定了其轮廓。在基部340的第二面340b一侧的两端形成有下部电极端子344及上部电极端子345。
在基部340的第二面340b上形成有下部电极(第一电极)346，该下部电极346具有圆形的主体部分346a和延伸部分346b，该延伸部分346b从该主体部分346a向下部电极端子344的方向延伸并与下部电极端子344连接。下部电极346的圆形主体部分346a的中心与腔343的中心一致。
下部电极346的圆形主体部分346a被形成为直径比圆形腔343大，并覆盖所有与腔343对应的区域。
在下部电极346之上层叠压电层347，该压电层347具有圆形的主体部分347a以及延伸部分347b，其中所述主体部分347a被形成为直径比腔343大，从而覆盖整个与腔343对应的区域；所述延伸部分347b从所述主体部分347a延伸出来。
在压电层347上层叠有上部电极(第二电极)349的圆形的主体部分349a，该上部电极349的主体部分349a被形成为直径比腔343小，从而被配置在与腔343对应的区域的内部。此外，上部电极349具有延伸部分349b，该延伸部分349b从主体部分349a延伸出来，延伸经过压电层347的主体部分347a及延伸部分347b上方。该延伸部分349b延伸越过压电层347的延伸部分347b，并与上部电极端子345连接。
如此，压电层347的主体部分347a成为被上部电极349的主体部分349a和下部电极346的主体部分346a夹在中间的结构。由此，可以有效地变形驱动压电层347。
如上所述，上部电极349的主体部分349a被形成为直径比压电层347的主体部分347a小。另一方面，下部电极346的主体部分346a盖着压电层347的主体部分347a的整个面。因此，上部电极349的主体部分349a确定了整个压电层347中产生压电效应的部分的范围。
另外，包含于液体检测装置360中的部件最好通过烧结而互相形成为一体。通过这样一体地形成液体检测装置360，能够使液体检测装置360的运用变得容易。
压电层347的材料最好使用锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)或是不使用铅的无铅压电膜。基板341的材料最好使用氧化锆或者氧化铝。此外，振动板342最好使用与基板341相同的材料。上部电极349、下部电极346、上部电极端子345及下部电极端子344可以使用具有导电性的材料，例如使用金、银、铜、铂、铝、镍等金属。
关于压电层347的主体部分347a、上部电极349的主体部分349a以及下部电极346的主体部分346a，它们的中心与腔343的中心一致。此外，确定振动板342的可振动部分的圆形的腔343的中心位于整个液体检测装置360的中心上。
由腔343规定的振动板342的可振动部分、下部电极346的主体部分346a中与腔343对应的部分、压电层347的主体部分347a与腔343对应的部分、以及上部电极349的主体部分349a及延伸部分349b的与腔343对应的部分构成了液体检测装置360的振动部分361。另外，该液体检测装置360的振动部分361的中心与液体检测装置360的中心一致。
另外，压电层347的主体部分347a、上部电极349的主体部分349a、下部电极346的主体部分346a以及振动板342的可振动部分(即与腔343的底面部分343a对应的部分)具有圆形的形状，因而液体检测装置360的振动部分361是相对于液体检测装置360的中心大体对称的形状。
如此，在本实施方式中，由于用下部电极346的主体部分346a及压电层347的主体部分347a来覆盖整个与腔343对应的区域，所以与以往相比，减小了强制振动时的变形模式与自由振动时的变形模式之间的差别。此外，由于液体检测装置360的振动部分361是相对于液体检测装置360的中心大体对称的形状，所以从该中心来看，所述振动部分361的刚性大体上呈各向同性。
因此，抑制了由于构造的不对称性而产生的不必要的振动的发生，并防止了由于强制振动时与自由振动时二者之间的变形模式的差异而导致的反电动势的输出降低。由此，液体检测装置360的振动部分361中的残留振动的共振频率的检测精度得以提高，并且振动部分361的残留振动的检测也变得容易。
此外，由于用直径比腔343大的下部电极346的主体部分346a来覆盖整个与腔343对应的区域，所以可以防止由于制造时下部电极346的位置偏差而导致的不必要的振动的产生，从而可以防止检测精度的降低。
此外，由于液体检测装置360的振动部分361与液体接触的范围只限于腔343所存在的范围，所以可以精确地进行液体的检测，由此，可以高精度地检测出墨盒7内的墨水水平。
作为本实施方式的一个变形例，也可以如图15所示那样，将绝缘层350夹在上部电极349的延伸部分349b与压电层347之间。由于该绝缘层350的存在，使得整个压电层347中产生压电效应的部分的范围为圆形，从而其对称性提高，由此可以进一步抑制不必要的振动的产生。
接着，参照附图对本发明其他实施方式的液体检测装置及配有该液体检测装置的墨盒(液体容器)进行说明。
图16、图17A及图17B是本实施方式的液体检测装置460的示意图，该液体检测装置460具有在基板441上层叠振动板442而构成的基部440，该基部440具有彼此相对的第一面440a及第二面440b。在基部440中形成有圆形的腔(凹部)443，用于接纳作为检测对象的介质，并且该腔443在第一面440a一侧开口，腔443的底面部443a被形成为可通过振动板442振动。换言之，整个振动板442中实际振动的部分通过腔443规定了其轮廓。在基部440的第二面440b一侧的两端形成有下部电极端子444及上部电极端子445。
在基部440的第二面440b上形成有下部电极(第一电极)446，该下部电极446具有圆形的主体部分446a和延伸部分446b，该延伸部分446b从该主体部分446a向下部电极端子444的方向延伸并与下部电极端子444连接。下部电极446的圆形主体部分446a的中心与腔443的中心一致。
下部电极446的圆形主体部分446a被形成为直径比圆形腔443小，从而被配置在与腔443对应的区域的内部。下部电极446的主体部分446a的直径最好为腔443的直径的75％以上的大小。
在下部电极446的主体部分446a之上层叠压电层447的圆形的主体部分447a，并且该压电层447的主体部分447a被形成为直径比下部电极446的主体部分446a小。从压电层447的主体部分447a延伸出延伸部分447b，该压电层447的延伸部分447b一直延伸到与腔443对应的区域的外部。
在压电层447的主体部分447a上层叠有上部电极(第二电极)449的圆形的主体部分449a，该上部电极449的主体部分449a被形成为直径比压电层447的主体部分447a小。此外，上部电极449具有延伸部分449b，该延伸部分449b从主体部分449a延伸出来，并延伸经过压电层447的主体部分447a及延伸部分447b上方。该延伸部分449b延伸越过压电层447的延伸部分447b，并与上部电极端子445连接。
如此，压电层447的主体部分447a成为被上部电极449的主体部分449a和下部电极446的主体部分446a夹在中间的结构。由此，可以有效地变形驱动压电层447。
如上所述，上部电极449的主体部分449a被形成为直径比压电层447的主体部分447a小。另一方面，下部电极446的主体部分446a盖着压电层447的主体部分447a的整个面。因此，上部电极449的主体部分449a确定了整个压电层447中产生压电效应的部分的范围。
另外，包含于液体检测装置460中的部件最好通过烧结而互相形成为一体。通过这样一体地形成液体检测装置460，能够使液体检测装置460的运用变得容易。
压电层447的材料最好使用锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)或是不使用铅的无铅压电膜。基板441的材料最好使用氧化锆或者氧化铝。此外，振动板442最好使用与基板441相同的材料。上部电极449、下部电极446、上部电极端子445及下部电极端子444可以使用具有导电性的材料，例如使用金、银、铜、铂、铝、镍等金属。
关于压电层447的主体部分447a、上部电极449的主体部分449a以及下部电极446的主体部分446a，它们的中心与腔443的中心一致。此外，确定振动板442的可振动部分的圆形的腔443的中心位于整个液体检测装置460的中心上。
由腔443规定的振动板442的可振动部分、下部电极446的主体部分446a及延伸部分446b中与腔443对应的部分、压电层447的主体部分447a及延伸部分447b的与腔443对应的部分、以及上部电极449的主体部分449a及延伸部分449b的与腔443对应的部分构成了液体检测装置460的振动部分461。另外，该液体检测装置460的振动部分461的中心与液体检测装置460的中心一致。
另外，压电层447的主体部分447a、上部电极449的主体部分449a、下部电极446的主体部分446a以及振动板442的可振动部分(即与腔443的底面部分443a对应的部分)具有圆形的形状，因而液体检测装置460的振动部分461是相对于液体检测装置460的中心大体对称的形状。
如此，在本实施方式中，由于将下部电极446的主体部分446a的直径形成得比压电层447的主体部分447a的大，并用下部电极446的主体部分446a在一个很大的范围上覆盖与腔443对应的区域，所以减小了没有被下部电极446的主体部分446a所覆盖的厚度薄的部分的面积。因此，可以抑制在强制变形后的振动部分的自由振动当中，激发除作为检测对象的必要振动频率以外的不必要的高次振动模式。此外，在自由振动时只有厚度薄的部分变形很大而压电层447的变形量很小，从而防止了反电动势的输出变小的现象，从而与以往相比，减小了强制振动时的变形模式与自由振动时的变形模式之间的差别。
如此，根据本实施方式，抑制了由于构造的不对称性而产生的不必要振动的发生，并防止了由于强制振动时与自由振动时二者之间的变形模式的差异而导致的反电动势的输出降低。由此，液体检测装置460的振动部分461中的残留振动的共振频率的检测精度得以提高，并且振动部分461的残留振动的检测也变得容易。
此外，由于将下部电极446的主体部分446a上所层叠的压电层447的主体部分447a的直径形成得比下部电极446的主体部分446a小，并将压电层447的主体部分447a上所层叠的上部电极449的主体部分449a的直径形成得比压电层447的主体部分447a小，所以在制造过程中后形成的部分(例如下部电极447的主体部分447a)的直径要比先形成的部分(例如下部电极446的主体部分446a)的直径小。因此，由于直到最后都可以一边确认先形成的部分的位置一边形成下一部分，所以可以高精度地进行层叠时的定位。
此外，由于将下部电极446的主体部分446a的直径形成得比压电层447的主体部分447a的小，所以可以使下部电极446的主体部分446a的边缘与腔443的底面部分443a的边缘相邻接，由此，可以减小没有被下部电极446的主体部分446a所覆盖的厚度薄的部分的面积。
此外，由于液体检测装置460的振动部分461与液体接触的范围只限于腔443所存在的范围，所以可以精确地进行液体的检测，由此，可以高精度地检测出墨盒7内的墨水水平。
接着，参照附图对本发明其他实施方式的液体检测装置及配有该液体检测装置的墨盒(液体容器)进行说明。
图18、图19A及图19B是本实施方式的液体检测装置560的示意图，该液体检测装置560具有在基板541上层叠振动板542而构成的基部540，该基部540具有彼此相对的第一面540a及第二面540b。在基部540中形成有圆形的腔(凹部)543，用于接纳作为检测对象的介质，该腔543在第一面540a一侧开口，腔543的底面部543a被形成为可通过振动板542振动。换言之，整个振动板542中实际振动的部分通过腔543规定了其轮廓。在基部540的第二面540b一侧的两端形成有下部电极端子544及上部电极端子545。
在基部540的第二面540b上形成有下部电极(第一电极)546，该下部电极546具有圆形的主体部分546a和延伸部分546b，该延伸部分546b从该主体部分546a向下部电极端子544的方向延伸并与下部电极端子544连接。下部电极546的圆形主体部分546a的中心与腔543的中心一致。
下部电极546的圆形主体部分546a的直径被形成得比圆形腔543的大，从而覆盖着整个与腔543对应区域。
下部电极546之上层叠着压电层547，该压电层547具有圆形的主体部分547a以及延伸部分547b，其中所述主体部分547a的直径形成得比腔543的直径大，从而覆盖整个与腔543对应区域，所述延伸部分547b从所述主体部分547a延伸出来。
在压电层547上层叠有上部电极(第二电极)549的圆环形的主体部分549a，该上部电极549的主体部分549a被形成为外圈直径比腔543的直径小，从而被配置于与腔543对应区域的内部。此外，上部电极549具有延伸部分549b，该延伸部分549b从主体部分549a延伸出来，并延伸经过压电层547的主体部分547a和延伸部分547b上方。该延伸部分549b延伸越过压电层547的延伸部分547b，并与上部电极端子545连接。
如此，压电层547的主体部分547a成为被上部电极549的主体部分549a和下部电极546的主体部分546a夹在中间的结构。由此，可以有效地变形驱动压电层547。
如上所述，上部电极549的主体部分549a的直径被形成得比压电层547的主体部分547a的小。另一方面，下部电极546的主体部分546a盖着压电层547的主体部分547a的整个面。因此，上部电极549的主体部分549a确定了整个压电层547中产生压电效应的部分的范围。
另外，包含于液体检测装置560中的部件最好通过烧结而互相形成为一体。通过这样一体地形成液体检测装置560，能够使液体检测装置560的运用变得容易。
压电层547的材料最好使用锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)或是不使用铅的无铅压电膜。基板541的材料最好使用氧化锆或者氧化铝。此外，振动板542最好使用与基板541相同的材料。上部电极549、下部电极546、上部电极端子545及下部电极端子544可以使用具有导电性的材料，例如使用金、银、铜、铂、铝、镍等金属。
关于压电层547的主体部分547a、上部电极549的主体部分549a以及下部电极546的主体部分546a，它们的中心与腔543的中心一致。此外，确定振动板542的可振动部分的圆形的腔543的中心位于整个液体检测装置560的中心上。
由腔543规定的振动板542的可振动部分、下部电极546的主体部分546a中与腔543对应的部分、压电层547的主体部分547a的与腔543对应的部分、以及上部电极549的主体部分549a及延伸部分549b的与腔543对应的部分构成了液体检测装置560的振动部分561。另外，该液体检测装置560的振动部分561的中心与液体检测装置560的中心一致。
另外，压电层547的主体部分547a、上部电极549的主体部分549a、下部电极546的主体部分546a以及振动板542的可振动部分(即与腔543的底面部分543a对应的部分)具有圆形的形状，因而液体检测装置560的振动部分561是相对于液体检测装置560的中心大体对称的形状。
另外，液体检测装置560的振动部561由于是通过上部电极549及下部电极546给压电层547施加电压，所以向与腔543相反的方向突出变形。
如此，在本实施方式中，由于用下部电极546的主体部分546a以及压电层547的主体部分547a来覆盖整个与腔543对应的区域，所以与以往相比，减小了强制振动时的变形模式与自由振动时的变形模式之间的差别。此外，由于液体检测装置560的振动部分561是相对于液体检测装置560的中心大体对称的形状，所以从该中心来看，所述振动部分561的刚性大体上呈各向同性。
此外，由于用直径比腔543大的下部电极546的主体部分546a来覆盖整个与腔543对应的区域，所以可以防止由于制造时下部电极546的位置偏差而导致的不必要振动的产生，从而可以防止检测精度的降低。
另外，由于将上部电极549的主体部分549a形成为圆环形，所以如图18所示，可以将上部电极549的主体部分549a的外边缘配置在靠近腔543的边缘的位置上，由此，上部电极549的延伸部分549b中的、位于腔543所对应的区域内部的部分变小了，从而提高了构成振动部分561的部分的上部电极549的对称性。
因此，抑制了由于构造的不对称性而产生的不必要的振动的发生，并防止了由于强制振动时与自由振动时二者之间的变形模式的差异而导致的反电动势的输出降低。由此，液体检测装置560的振动部分561中的残留振动的共振频率的检测精度得以提高，并且振动部分561的残留振动的检测也变得容易。
此外，由于液体检测装置560的振动部分561与液体接触的范围只限于腔543所存在的范围，所以可以精确地进行液体的检测，由此，可以高精度地检测出墨盒7内的墨水水平。
接着，参照附图对本发明其他实施方式的液体检测装置及配有该液体检测装置的墨盒(液体容器)进行说明。
图20、图21A及图21B是本实施方式的液体检测装置660的示意图，该液体检测装置660具有在基板641上层叠振动板642而构成的基部640，该基部640具有彼此相对的第一面640a及第二面640b。在基部640中形成有圆形的腔(凹部)643，用于接纳作为检测对象的介质，该腔643在第一面640a一侧开口，腔643的底面部643a被形成为可通过振动板642振动。换言之，整个振动板642中实际振动的部分通过腔643规定了其轮廓。在基部640的第二面640b一侧的两端形成有下部电极端子644及上部电极端子645。
在基部640的第二面640b上形成有下部电极(第一电极)646，该下部电极646具有圆形的主体部分646a和延伸部分646b，该延伸部分646b从该主体部分646a向下部电极端子644的方向延伸并与下部电极端子644连接。下部电极646的圆形主体部分646a的中心与腔643的中心一致。
下部电极646的圆形主体部分646a的直径被形成得比圆形腔643的直径小，并被配置在与腔643对应的区域的内部。
下部电极646之上层叠有直径比下部电极646的主体部分646a的直径大的、圆形的压电层647，从图20可知，整个压电层647被配置在与腔643对应的区域的内部。换言之，压电层647根本不存在横切与腔643的边缘643a对应的位置并延伸的部分。
在基部640的第二面640b一侧形成有一端与上部电极端子645相连的辅助电极648。该辅助电极648从腔643所对应的区域的外侧越过与腔643的边缘643a对应的位置，并延伸至与腔643对应的区域的内部。在与腔643对应的区域的内部，辅助电极648的一部分从基板640的第二面640b一侧对压电层647的一部分进行支撑。该辅助电极648最好具有与下部电极646相同的材质和相同的厚度。如此，通过辅助电极648从基板640的第二面640b一侧对压电层647的一部分进行支撑，在压电层647上不会产生阶梯差，从而可以防止机械强度的降低。
在压电层647上层叠了上部电极(第二电极)649的圆形的主体部分649a，该上部电极649被形成为直径比压电层647的直径小而比下部电极646的主体部分646a的直径大。此外，上部电极649具有从主体部分649a延伸出来并与辅助电极648连接的延伸部分649b。由图21B可知，上部电极649的延伸部分649b与辅助电极648的连接开始的位置P位于与腔643对应的区域的范围内。
由图20可知，上部电极649通过辅助电极648而与上部电极端子645电连接。这样经由辅助电极648将上部电极649连接到上部电极端子645上，可以通过上部电极649与辅助电极648双方来吸收从压电层647及下部电极646的总厚度而产生的阶梯差。因此，可以防止在上部电极649上产生大的阶梯差从而导致机械强度降低。
由图20可知，上部电极649的主体部分649a形成为圆形，并且其中心与腔643的中心一致。上部电极649的主体部分649a被形成为直径比压电层647和腔643的直径都小。
如此，压电层647成为被上部电极649的主体部分649a和下部电极646的主体部分646a夹在中间的结构。由此，可以有效地变形驱动压电层647。
另外，在与压电层647电连接的下部电极646的主体部分646a及上部电极649的主体部分649a中，下部电极646的主体部分646a的直径被形成得较小。因此，下部电极646的主体部分646a确定了压电层647中产生压电效应的部分的范围。
另外，包含于液体检测装置660中的部件最好通过烧结而互相形成为一体。通过这样一体地形成液体检测装置660，能够使液体检测装置660的运用变得容易。
压电层647的材料最好使用锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)或是不使用铅的无铅压电膜。基板641的材料最好使用氧化锆或者氧化铝。此外，振动板642最好使用与基板641相同的材料。上部电极649、下部电极646、上部电极端子645及下部电极端子644可以使用具有导电性的材料，例如使用金、银、铜、铂、铝、镍等金属。
由腔643规定的振动板642的可振动部分、下部电极646的主体部分646a及延伸部分646b中与腔643对应的部分、压电层647、以及上部电极649的主体部分649a及延伸部分649b的与腔643对应的部分构成了液体检测装置660的振动部分661。另外，该液体检测装置660的振动部分661的中心与液体检测装置660的中心一致。
另外，压电层647、上部电极649的主体部分649a、下部电极646的主体部分646a、以及振动板642的可振动部分(即与腔643的底面部分643a对应的部分)具有圆形的形状，并且，由于整个压电层647都被配置于与腔643对应的区域的内部，所以液体检测装置660的振动部分661是相对于液体检测装置660的中心大体对称的形状。
如此，在本实施方式中，由于液体检测装置660的振动部分661是相对于液体检测装置660的中心对称的形状，所以该振动部分661的刚性从其中心来看呈各向同性。尤其是，由于对振动部分661的刚性影响大的压电层647被形成为圆形，所以振动部分661的刚性的各向同性大幅提高。因此，可以抑制由于构造的不对称性而产生的不必要振动的发生，从而提高液体检测装置660的振动部分661的残留振动的共振频率的检测精度。
此外，将硬而脆弱的整个压电层647配置在与腔643对应的区域的内部，从而在与腔643的边缘643a对应的位置上不存在压电层647。因此，没有以往的液体检测装置中在与腔的边缘对应的位置上产生的压电膜的裂纹的问题。
此外，由于振动部分661与液体接触的范围只限于腔643所存在的范围，所以可以精确地进行液体的检测，由此，可以高精度地检测出墨盒7内的墨水水平。
此外，作为上述实施方式的变形例，如图22、图23A及图23B所示，除了在通过腔643的中心的第一直线上向彼此相反的方向延伸的下部电极646的延伸部分646b及上部电极649的延伸部分649b之外，还可以在通过腔643的中心且与所述第一直线垂直的第二直线上，设置从下部电极646的主体部分646a向彼此相反的方向延伸的一对延伸部分646c。
此外，一对延伸部分646c也可以不从下部电极646的主体部分646a连续地形成，而是从下部电极646的主体部分646a分离而形成。
如此，将实际上不作为电极起作用的一对延伸部分646c沿着通过腔643的中心的直线而配置，并使其与下部电极646的延伸部分646b及上部电极649的延伸部分649b的延伸方向垂直，从而与图20、图21A及图21B所示的实施方式相比，振动部分661的对称性提高了。即，在图20、图21A及图21B所示的实施方式中振动部分661的形状为二次对称，而在图22、图23A及图23B所示的变形例中，振动部分661的形状为四次对称。如此，通过提高振动部分661的形状的对称性，可以进一步降低不必要振动的产生。
以上是对本发明的优选实施方式进行了某种程度的详细叙述，但显然可以进行很多改变及变形。因此，应当理解的是，只要不脱离本发明的范围及精神，以在这里特别叙述的方式以外的方式也可以实施本发明。
权利要求
1.一种液体检测装置，其特征在于，包括基部，其具有彼此相对的第一面及第二面，并设有用于接纳作为检测对象的介质的凹部，所述凹部被形成为在所述第一面一侧开口，且所述凹部的底面被形成为可振动；第一电极，其形成于所述基部的所述第二面一侧，并具有主体部分，其中所述主体部分是以比所述凹部的底面大的尺寸而形成的，从而覆盖几乎整个与所述凹部的底面对应的区域，并且，所述主体部分包括从与所述凹部的底面的边缘对应的位置向内侧凹入而形成的切口部；压电层，其具有以比所述凹部的底面小的尺寸而形成的主体部分，并且全体都被收在与所述凹部的底面对应的区域的范围内，其中，所述压电层的所述主体部分除了与所述第一电极的所述切口部对应的部分之外，其大致全体都层叠在所述第一电极上；辅助电极，其形成于所述基部的所述第二面一侧，并从与所述凹部的底面对应的区域的外部延伸到与所述凹部的底面对应的区域的内部，并且其一部分位于所述第一电极的所述切口部的内部，并从所述第二面一侧支撑一部分所述压电层；和第二电极，其具有主体部分和延伸部分，其中所述主体部分层叠在所述压电层上，所述延伸部分从所述主体部分延伸出来，并在与所述凹部的底面对应的区域的内部与所述辅助电极连接。
2.如权利要求1所述的液体检测装置，其中，所述压电层具有突出部分，所述突出部分在与所述凹部的底面对应的区域的范围内从所述压电层的所述主体部分突出，并且所述突出部分由所述辅助电极支撑。
3.如权利要求1或2所述的液体检测装置，其中，所述第二电极的所述主体部分是以比所述压电层的所述主体部分小的尺寸而形成的。
4.如权利要求1至3中任一项所述的液体检测装置，其中，所述压电层的所述主体部分及所述第二电极的所述主体部分呈具有至少一个共用的对称轴的大致对称的形状。
5.如权利要求4所述的液体检测装置，其中，所述压电层的所述主体部分及所述第二电极的所述主体部分都是圆形的，且被相互同心地配置。
6.一种液体检测装置，其特征在于，包括基部，其具有彼此相对的第一面及第二面，并设有用于接纳作为检测对象的介质的凹部，所述凹部被形成为在所述第一面一侧开口，且所述凹部的底面被形成为可振动；第一电极，其以比所述凹部的底面大的尺寸形成在所述基部的所述第二面一侧，从而覆盖整个与所述凹部的底面对应的区域；压电层，其具有主体部分，所述主体部分是以比所述凹部的底面小的尺寸而形成的，并在与所述凹部的底面对应的区域的内部层叠在所述第一电极上；和第二电极，其具有层叠在所述压电层的所述主体部分上的主体部分。
7.如权利要求6所述的液体检测装置，其中，所述压电层还具有延伸部分，所述延伸部分从所述压电层的所述主体部分延伸出来，并越过与所述凹部的边缘对应的位置而延伸到与所述凹部的底面对应的区域的外部。
8.如权利要求6或7所述的液体检测装置，其中，所述第二电极的所述主体部分是以比所述压电层的所述主体部分小的尺寸而形成的。
9.如权利要求7或8所述的液体检测装置，其中，所述第二电极还具有延伸部分，所述延伸部分从所述第二电极的所述主体部分延伸出来，延伸经过所述压电层的所述延伸部分上部，并延伸到与所述凹部的底面对应的区域的外部。
10.如权利要求6至9中任一项所述的液体检测装置，其中，所述压电层的所述主体部分及所述第二电极的所述主体部分呈具有至少一个共用的对称轴的大致对称的形状。
11.如权利要求10所述的液体检测装置，其中，所述凹部、所述压电层的所述主体部分以及所述第二电极的所述主体部分都是圆形的，且被相互同心地配置。
12.如权利要求9至11中任一项所述的液体检测装置，其中，还具有介于所述第二电极的所述延伸部分与所述压电层之间的绝缘层。
13.一种液体检测装置，其特征在于，包括基部，其具有彼此相对的第一面及第二面，并设有用于接纳作为检测对象的介质的凹部，所述凹部被形成为在所述第一面一侧开口，且所述凹部的底面被形成为可振动；第一电极，其以比所述凹部的底面大的尺寸形成在所述基部的所述第二面一侧，从而覆盖整个与所述凹部的底面对应的区域；压电层，其具有主体部分，所述主体部分是以比所述凹部的底面大的尺寸而形成的，并覆盖整个与所述凹部的底面对应的区域而层叠在所述第一电极上；和第二电极，其具有主体部分，所述主体部分是以比所述凹部的底面小的尺寸而形成的，并在与所述凹部的底面对应的区域的内部层叠在所述压电层的所述主体部分上。
14.如权利要求13所述的液体检测装置，其中，所述压电层的所述主体部分是以比所述第一电极的所述主体部分小的尺寸而形成的。
15.如权利要求13或14所述的液体检测装置，其中，所述压电层还具有从所述压电层的所述主体部分延伸出的延伸部分；所述第二电极还具有延伸部分，所述延伸部分从所述第二电极的所述主体部分延伸出来，并延伸经过所述压电层的所述主体部分及所述延伸部分上部。
16.如权利要求13至15中任一项所述的液体检测装置，其中，所述压电层的所述主体部分及所述第二电极的所述主体部分呈具有至少一个共用的对称轴的大致对称的形状。
17.如权利要求16所述的液体检测装置，其中，所述凹部及所述第二电极的所述主体部分都是圆形的，且被相互同心地配置。
18.如权利要求15至17中任一项所述的液体检测装置，其中，还具有介于所述第二电极的所述延伸部分与所述压电层之间的绝缘层。
19.一种液体检测装置，其特征在于，包括基部，其具有彼此相对的第一面及第二面，并设有用于接纳作为检测对象的介质的凹部，所述凹部被形成为在所述第一面一侧开口，且所述凹部的底面被形成为可振动；第一电极，其具有主体部分，所述主体部分以比所述凹部的底面小的尺寸形成在所述基部的所述第二面一侧，并被配置在与所述凹部的底面对应的区域的内部；压电层，其具有主体部分，所述主体部分是以比所述第一电极的所述主体部分小的尺寸而形成的，并层叠在所述第一电极的所述主体部分上；和第二电极，其具有主体部分，所述主体部分是以比所述压电层的所述主体部分小的尺寸而形成的，并层叠在所述压电层的所述主体部分上。
20.如权利要求19所述的液体检测装置，其中，所述第一电极还具有延伸部分，所述延伸部分从所述第一电极的所述主体部分延伸出来，并延伸到与所述凹部的底面对应的区域的外部；所述压电层还具有延伸部分，所述延伸部分从所述压电层的所述主体部分延伸出来，并延伸到与所述凹部的底面对应的区域的外部；所述第二电极还具有延伸部分，所述延伸部分从所述第二电极的所述主体部分延伸出来，并延伸经过所述压电层的所述主体部分及所述延伸部分上部。
21.如权利要求19或20所述的液体检测装置，其中，所述凹部及所述第一电极的所述主体部分都是圆形的，且被相互同心地配置；所述第一电极的所述主体部分的直径的大小为所述凹部的直径的75％以上。
22.一种液体检测装置，其特征在于，包括基部，其具有彼此相对的第一面及第二面，并设有用于接纳作为检测对象的介质的凹部，所述凹部被形成为在所述第一面一侧开口，且所述凹部的底面被形成为可振动；第一电极，其以比所述凹部的底面大的尺寸形成在所述基部的所述第二面一侧，从而覆盖整个与所述凹部的底面对应的区域；压电层，其具有主体部分，所述主体部分是以比所述凹部的底面大的尺寸而形成的，并覆盖整个与所述凹部的底面对应的区域而层叠在所述第一电极上；和第二电极，其具有环形的主体部分，所述主体部分是以外圈直径比所述凹部的底面小的尺寸而形成的，并在与所述凹部的底面对应的区域的内部层叠在所述压电层的所述主体部分上。
23.如权利要求22所述的液体检测装置，其中，所述压电层的所述主体部分是以比所述第一电极的所述主体部分小的尺寸而形成的。
24.如权利要求22或23所述的液体检测装置，其中，所述压电层还具有从所述压电层的所述主体部分延伸出的延伸部分；所述第二电极还具有延伸部分，所述延伸部分从所述第二电极的所述主体部分延伸出来，并延伸经过所述压电层的所述主体部分及所述延伸部分上部。
25.如权利要求22至24中任一项所述的液体检测装置，其中，所述压电层的所述主体部分及所述第二电极的所述主体部分呈具有至少一个共用的对称轴的大致对称的形状。
26.如权利要求25所述的液体检测装置，其中，所述凹部为圆形；所述第二电极的所述主体部分为圆环形；所述凹部与所述第二电极的所述主体部分被相互同心地配置。
27.一种液体检测装置，其特征在于，包括基部，其具有彼此相对的第一面及第二面，并设有用于接纳作为检测对象的介质的凹部，所述凹部被形成为在所述第一面一侧开口，且所述凹部的底面被形成为可振动；第一电极，其形成于所述基部的所述第二面一侧，并具有主体部分与延伸部分，其中所述主体部分是以比所述凹部的底面小的尺寸而形成的，并被配置于与所述凹部的底面对应的区域的内部，所述延伸部分从所述主体部分延伸出来，并延伸到与所述凹部的底面对应的区域的外部；压电层，其是以比所述凹部的底面小的尺寸而形成的，并层叠在所述第一电极上，其全体都被配置在与所述凹部的底面对应的区域的内部；辅助电极，其形成于所述基部的所述第二面一侧，并从与所述凹部的底面对应的区域的外部延伸到与所述凹部的底面对应的区域的内部，并且其一部分从所述第二面一侧支撑一部分所述压电层；和第二电极，其具有主体部分和延伸部分，其中所述主体部分层叠在所述压电层上，所述延伸部分从所述主体部分延伸出来并在与所述凹部的底面对应的区域的内部与所述辅助电极连接。
28.如权利要求27所述的液体检测装置，其中，所述第一电极的所述主体部分的尺寸比所述压电层的尺寸小；所述第二电极的所述主体部分的尺寸比所述第一电极的所述主体部分的尺寸大。
29.如权利要求27或28所述的液体检测装置，其中，所述第二电极的所述主体部分的尺寸比所述压电层的尺寸小。
30.如权利要求27至29中任一项所述液体检测装置，其中，所述第一电极的所述延伸部分及所述第二电极的所述延伸部分在通过所述凹部的中心的第一直线上向彼此相反的方向延伸；所述第一电极还具有一对延伸部分，所述一对延伸部分在通过所述凹部的中心并与所述第一直线垂直的第二直线上从所述第一电极的所述主体部分向彼此相反的方向延伸。
31.如权利要求30所述的液体检测装置，其中，所述一对延伸部分与所述第一电极的所述主体部分分离。
32.如权利要求27至31中任一项所述液体检测装置，其中，所述第一电极的所述主体部分、所述压电层的所述主体部分以及所述第二电极的所述主体部分都是圆形的，且被相互同心地配置。
33.一种液体容器，其特征在于，包括用于储存液体的容器主体；和权利要求1至32中任一项所述的液体检测装置，其中，所述液体检测装置的所述凹部露出到所述容器主体的液体储存空间内。
34.如权利要求33所述的液体容器，其中，所述容器主体中储存有液体喷射装置用的液体。
35.如权利要求34所述的液体容器，其中，所述液体喷射装置为喷墨式记录装置；所述容器主体中储存有墨水。
全文摘要
第一电极(46)具有覆盖几乎整个凹部(43)的区域的主体部分(46a)，该主体部分(46a)包括切口部(46c)。压电层(47)具有直径比凹部(43)小的主体部分(47a)，其全体都被收在凹部区域的范围内，主体部分(47a)除了与切口部(46c)对应的部分之外，其大致全体都层叠在第一电极(46)上。辅助电极(48)从凹部区域的外部延伸到内部，其一部分位于第一电极(46)的切口部(46c)的内部并支撑压电层(47)的一部分。第二电极(49)具有层叠在压电层(47)上的主体部分(49a)和从那延伸出来并在凹部区域的内部与辅助电极(48)相连的延伸部分(49b)。由此，能够容易并可靠地检测出液体检测装置的振动部分的残留振动状态，并可防止在压电层中产生裂纹。
文档编号B41J2/175GK1748128SQ20048000389
公开日2006年3月15日 申请日期2004年2月10日 优先权日2003年2月10日
发明者高桥智明, 片仓孝浩, 品田聪 申请人:精工爱普生株式会社