专利名称：液体检测装置、液体容器和制造液体检测装置的方法
技术领域：
本发明具体涉及适合于检测诸如喷墨记录设备之类的液体喷射设备中液体(墨水)残余量的液体检测装置、包括该装置的液体容器以及制造该液体检测装置的方法。
背景技术：
传统液体喷射设备的典型示例包括喷墨记录设备，其包括用于记录图像的喷墨记录头。其他液体喷射设备的示例包括包括用于制造液晶显示器的色彩过滤器的颜料喷射头的设备；包括用于形成有机电致发光显示器或表面发射显示器(FED)的电极的电极材料(导电胶)喷射头的设备；包括用于制造生物芯片的生物有机材料喷射头的设备；以及包括作为精确移液管的采样喷射头的设备。
根据液体喷射设备典型示例的喷墨记录设备具有以下结构，即包括用于对压力产生腔施压的压力产生装置和将受压墨水作为墨滴喷射的喷嘴口在内的喷墨记录头被安装在托架上，并且墨水容器中的墨水通过通道被连续供应到记录头，从而可以连续进行打印。墨水容器被构造成可拆卸的盒，例如在墨水消耗完时用户可以容易地更换该盒。
传统上，通过墨盒管理墨水消耗的方法包括两种方法，一种方法在软件中累计记录头喷射的墨滴数或为维护而抽吸的墨水量以通过计算来管理墨水消耗，另一种方法将用于检测液面的电极附装到墨盒上以由此管理实际消耗了预定量墨水时的时间点。
但是，在软件中累计喷射的墨滴数或墨水量以通过计算管理墨水消耗的方法具有以下缺点。某些头中喷射的墨滴重量会有变化。墨滴重量的变化不会影响图像质量，而考虑由于该变化造成的墨水消耗量的误差被累积的情况，墨盒被填充具有余量的墨水。所以，有与根据个体不同的余量相对应的墨水残留下来的问题。
另一方面，由电极管理墨水被消耗的时间的方法可以检测墨水的实际量。因此，可以以高可靠性管理墨水的残余量。但是，墨水的液面检测依赖于墨水的导电性。于是，存在以下问题，即可检测的墨水种类是有限的，且电极的密封结构复杂。此外，通常使用具有高导电性和高耐腐蚀性的贵金属作为电极材料。结果，墨盒的制造成本升高。此外，需要附装两个电极。因此增加了制造工艺。结果制造成本升高。
因此，被开发来解决该问题的设备在JP-A-2001-146024中作为压电装置(称为传感器单元或液体检测装置)被公开。此传感器单元通过利用以下事实来监测墨盒中的墨水残余量，即在与其中层叠压电元件的振动板相对的腔中存在墨水与否的情况下，该振动板在强迫振动之后的残余振动(自由振动)所产生的残余振动信号的共振频率发生变化。
在使用JP-A-2001-146024中描述的传感器单元的情况下，必须使墨水自由进入与振动板相对的腔。但是，必须防止墨水进入作为电子元件的压电元件所在的那一侧。于是，不同的构件应该被严格密封。
作为用于密封传感器单元和容器主体的密封结构，已知其中传感器单元直接接合到容器主体开口周边的结构，或其中传感器单元直接接合到模块开口周边并随后在O型环位于其间的情况下将该模块安装在容器主体上的结构。但是，因为传感器单元接合到开口的周边，所以尺寸上的偏差使得难以确保密封能力。此外，当传感器单元直接接合到容器开口周边或模块开口周边时，其可能容易受到墨水波动或墨水中气泡的影响，由此导致错误检测。
另外，用于密封传感器单元中不同构件的密封装置包括用于提供破坏余量以由此通过表面压力密封间隙的装置，例如O型环。在诸如O型环之类的密封装置中，密封性能取决于多个部件的尺寸精度。于是就有难以稳定大规模生产的问题。而且，另外需要用于破坏O型环的部件。结果，还有增大了传感器单元(液体检测装置)尺寸的问题。
而且，作为另一种密封装置，可以提出用粘结剂密封部件之间的间隙。在使用粘结剂的情况下，有操作麻烦且难以实现大规模生产中工艺稳定的问题。特别是在为了提高振荡特性而组合多个由不同材料形成的部件来制造传感器单元(液体检测装置)的情况下，难以选择粘结剂，并且还需要尽可能大地限制使用粘结剂的位置。
发明内容
考虑到上述情况设计了本发明。本发明的第一目的是提供一种具有液体检测功能的容器，其中可以简单可靠地进行在将传感器单元安装到容器主体上时的密封工作而不受部件尺寸精度的影响，且其具有几乎不受墨水波动或墨水中气泡影响的结构。
本发明的第二目的是提供一种液体检测装置、包括该液体检测装置的液体容器以及制造该液体检测装置的方法，所述液体检测装置可以在不受尺寸精度的很大影响的情况下可靠地密封由不同材料形成的部件，可以具有高的组装加工性和稳定大规模生产中的工艺，并进一步可以具有高的空间效率和减小尺寸。为了实现这些目的至少之一，本发明的实施例具有以下构造(1)一种液体检测装置，包括单元基座，所述单元基座在上表面上设有凹入部分并由树脂形成；传感器基座，所述传感器基座容纳在所述单元基座的上表面上的凹入部分中并由金属形成；和安装在所述传感器基座的上表面上的传感器芯片，其中所述传感器芯片具有用于接纳作为检测对象的液体的传感器腔并具有这样的结构，即所述传感器腔的下表面被开口来自由接收液体且上表面被振动板封闭，并且压电单元布置在所述振动板的上表面上，所述传感器基座和所述单元基座具有与传感器腔连通的液体存储空间，所述传感器芯片与所述传感器基座通过设置在所述传感器基座的上表面上的粘结层而彼此固定和密封，并通过粘结膜将所述传感器基座和所述单元基座彼此固定和密封，所述粘结膜的内周部分通过粘结层而结合到所述传感器基座的所述上表面，且其外周部分结合到绕所述单元基座的所述凹入部分设置的上表面壁。
根据该实施例，仅仅通过从上将安装有传感器芯片的传感器基座接合到单元基座中并将粘结膜粘贴在两个布置好的部件的上表面上(即粘贴在此状态下的传感器基座与单元基座两者的上表面上)，就可以同时固定和密封由不同材料形成的两个部件(金属传感器基座和树脂单元基座)。所以，组装的可用性非常好。而且，粘结膜被简单地粘贴到两个部件。因此，可以在不受每个部件尺寸精度的很大影响下密封部件。例如，当通过用大规模生产机器加热和加压来焊接粘结膜的情况下，可以仅通过管理大规模生产机器的温度和压力就提高密封性能和实现大规模生产时的稳定性。另外，可以容易地附装影响密封特性的粘结膜，并且空间效率很高。因此，可以减小传感器单元的尺寸。
(2)根据(1)所述的液体检测装置，其中所述传感器基座和所述单元基座分别具有用于传感器腔的入口侧流动通道和出口侧流动通道来作为所述液体存储空间，并具有这样的结构，即通过所述入口侧流动通道将液体供应到所述传感器腔，且通过所述出口侧流动通道从所述传感器腔排出液体。
而且，根据该实施例，采用了这样的结构，其中传感器腔的入口侧流动通道和以及出口侧流动通道和分别形成在传感器基座和单元基座中，并且液体通过入口侧流动通道流入传感器腔并通过出口侧流动通道排出。因此，液体持续地流到传感器腔。结果，可以防止由于液体或气泡留在传感器腔中而导致的错误检测。
(3)根据(1)或(2)所述的液体检测装置，其中所述传感器基座的所述上表面从所述单元基座的所述凹入部分突出，并且所述粘结膜在比绕所述单元基座的所述凹入部分设置的所述上表面壁的结合位置更高的位置中结合到所述传感器基座的所述上表面。
另外，根据该实施例，对单元基座的膜结合面的高度被设成低于对传感器基座的膜结合面的高度。因此，可以由粘结膜利用台阶来压迫传感器基座，并增大传感器基座对单元基座的固定力。而且，可以在没有松动的情况下进行附装。
(4)一种液体容器，包括容器主体，其具有将内部存储的液体输送到外面的输送通道；和位于所述输送通道的端部附近并附装到所述容器主体的液体检测装置，其中上述液体检测装置被设置为该液体检测装置，并且所述液体检测装置中的所述入口侧流动通道、所述传感器腔和所述出口侧流动通道连续地设置在所述输送通道中以按此顺序从上游侧开始布置。
而且，根据该实施例，液体检测装置布置在容器主体的输送通道端部附近，并且液体检测装置中的入口侧流动通道、传感器腔以及出口侧流动通道连续地设置在所述输送通道中以按此顺序从上游侧开始布置。因此，可以精确地检测容器主体中液体的残余量。
(5)一种制造液体检测装置的方法，所述液体检测装置包括单元基座，所述单元基座在上表面上设有凹入部分并由树脂形成；传感器基座，所述传感器基座容纳在所述单元基座的上表面上的凹入部分中并由金属形成；和安装在所述传感器基座的上表面上的传感器芯片，其中所述传感器芯片具有用于接纳作为检测对象的液体的传感器腔并具有这样的结构，即所述传感器腔的下表面被开口来自由接收液体且上表面被振动板封闭，并且压电单元布置在所述振动板的上表面上，所述传感器基座和所述单元基座具有与传感器腔连通的液体存储空间，所述传感器芯片与所述传感器基座通过设置在所述传感器基座的上表面上的粘结层而彼此固定和密封，并通过粘结膜将所述传感器基座和所述单元基座彼此固定和密封，所述粘结膜的内周部分通过粘结层而结合到所述传感器基座的所述上表面，且其外周部分结合到绕所述单元基座的所述凹入部分设置的上表面壁，所述方法包括以下步骤在所述传感器基座的上表面上形成粘结层；将所述传感器芯片安装在所述粘结层上，由此通过所述粘结层将所述传感器芯片与所述传感器基座一体固定并密封，并将与所述传感器芯片一体设置的所述传感器基座容纳在单元基座的上表面上的所述凹入部分中；以及在此状态下从上方放置粘结膜，以将所述粘结膜的内周部分通过粘结层结合到所述传感器基座的所述上表面并将外周部分结合到绕所述单元基座的所述凹入部分设置的上表面壁，由此将所述传感器基座和所述单元基座通过所述粘结膜一体固定和密封。
另外，根据该实施例，仅仅通过从上将安装有传感器芯片的传感器基座接合到单元基座中并将粘结膜粘贴在两个布置好的部件的上表面上(即粘贴在此状态下的传感器基座与单元基座两者的上表面上)，就可以同时固定和密封由不同材料形成的两个部件(金属传感器基座和树脂单元基座)。所以，组装的可操作性非常好。
(6)一种液体容器，包括容器主体，其具有储液室、将液体从所述储液室输送到外面的输送通道、以及传感器容纳部分；传感器单元，其安装在所述传感器容纳部分中用于检测液体；布置在所述容器主体中的缓冲室，其通过传感器接纳壁与所述传感器容纳部分相邻，并布置在所述输送通道中以与所述输送通道的上游侧和下游侧连通；环形密封构件，其具有弹性并密封所述传感器单元和所述传感器接纳壁之间的空间；和施压弹簧，对着所述传感器接纳壁对所述传感器单元施压，以压紧所述密封构件并产生密封所述密封构件、所述传感器单元和所述传感器接纳壁所需的压力。
根据该实施例，具有弹性的环形密封构件被置于传感器单元与传感器接纳壁之间，并在用施压弹簧将传感器单元压靠在传感器接纳壁上而压紧密封构件的同时，密封传感器单元和传感器接纳壁之间的空间。所以，当预先单独组装传感器单元并随后将传感器单元装配在容器主体中时，可以比使用粘结剂的情况更简单地进行组装。此外，因为部件之间的尺寸偏差可以由密封构件的弹性吸收，所以可以通过简单的组装令人满意地进行密封。另外，因为由密封构件密封的液体存储空间被固定在传感器腔的前方(开口侧处)，所以其几乎不受墨水波动或墨水中气泡的影响。
(7)根据(6)所述的液体容器，其中所述传感器单元包括用于检测液体的传感器芯片、支撑所述传感器芯片的传感器基座、以及支撑所述传感器基座的单元基座，并且其中所述施压弹簧通过所述传感器基座或所述传感器芯片对所述单元基座施加压力。
根据该实施例，施压弹簧的压力通过传感器基座或传感器芯片被施加到单元基座。所以，例如当施压弹簧的压力被施加到传感器芯片时，传感器芯片和传感器基座之间以及传感器基座和单元基座之间的密封表面的表面压力可以一起提高，由此提高了其间的密封特性。例如，当施压弹簧的压力被施加到传感器基座时，传感器基座和单元基座之间的密封表面的表面压力可以一起提高，由此提高了其间的密封特性。在后一情况下，因为不需要对传感器芯片施加不必要的重量，所以检测特性几乎不受影响。
(8)根据(7)所述的液体容器，其中所述传感器芯片具有用于接纳作为检测对象的液体的传感器腔，在所述传感器芯片中，所述传感器腔的下表面被开口来接纳液体且其上表面被振动板封闭，并且压电元件布置在所述振动板的上表面上；所述传感器基座是用于向其安装并固定所述传感器芯片的金属基座体，且所述单元基座是用于向其安装并固定所述传感器基座的树脂基座体，并且当所述传感器单元被安装在所述传感器容纳部分上时所述单元基座的下表面通过所述密封构件而与所述传感器接纳壁相对；并且与所述传感器腔连通的液体存储空间形成在所述传感器基座和所述单元基座中，并且与所述液体存储空间和所述缓冲室连通的流动通道形成在所述传感器接纳壁中所述环形密封构件内侧处。
(9)根据(6)到(8)中任一项所述的液体容器，其中所述施压弹簧在压缩状态下置于所述传感器单元与所述传感器容纳部分的同所述传感器单元相对的壁之间。
根据该实施例，因为施压弹簧在压缩状态下容纳在传感器容纳部分中，所以可以仅仅通过将施压弹簧与传感器单元一起插入传感器容纳部分中来完成组装工作。
(10)根据(6)到(9)中任一项所述的液体容器，其中压盖被布置在所述传感器芯片上方，并且通过所述压盖对所述传感器基座或传感器芯片施加所述施压弹簧的压力。
根据该实施例，因为压盖布置在传感器芯片上方，所以可以保护检测传感器芯片。此外，因为施压弹簧的重量通过压盖施加到传感器芯片或传感器基座，所以可以提高施压弹簧与传感器芯片或传感器基座的组合的自由度。
(11)根据(6)到(10)中任一项所述的液体容器，其中在所述单元基座的上表面上形成凹入部分，并且所述传感器基座容纳在所述凹入部分中，利用布置在所述传感器基座的上表面上的粘结层将所述传感器芯片与所述传感器基座彼此固定和密封，并且利用粘结膜将所述传感器基座与所述单元基座彼此固定和密封，所述粘结膜的内周部分通过其间的粘结层被结合到所述传感器基座的所述上表面，且外周部分结合到绕所述单元基座所述凹入部分的所述上表面壁。
根据本发明，仅仅通过从上将安装有传感器芯片的传感器基座插入单元基座中并将粘结膜结合到两个布置好的部件的上表面上(即结合到传感器基座与单元基座两者的上表面上)，就可以同时固定和密封由不同材料形成的两个部件(金属传感器基座和树脂单元基座)。所以，组装的可操作性非常好。因为粘结膜被结合到两个部件，所以可以在不受部件尺寸精度的影响下进行部件之间的密封。例如，当通过用大规模生产机器加热、加压并随后熔合粘结膜时，可以仅通过管理大规模生产机器的温度和压力就提高密封能力，由此在大规模生产时实现稳定性。因为对密封能力具有很大影响的粘结膜可以容易地应用且空间效率优异，所以可以实现传感器单元尺寸的减小。
(12)根据(11)所述的液体容器，其中所述传感器基座的所述上表面从所述单元基座的所述凹入部分向上突出，并且所述粘结膜在比绕所述单元基座的所述凹入部分设置的所述上表面壁的结合位置更高的位置处结合到所述传感器基座的所述上表面。
根据该实施例，因为膜结合面在单元基座上的高度被设成低于膜结合面在传感器基座上的高度，所以可以由粘结膜利用台阶差来压迫传感器基座，由此增强传感器基座对单元基座的固定力。这使得可以在没有松动的情况下组装这些部件。
(13)根据(6)到(10)中任一项所述的液体容器，其中所述传感器基座和所述单元基座相对于传感器腔分别具有入口侧流动通道和出口侧流动通道来作为所述液体存储空间；并且所述容器主体具有上游缓冲室和下游缓冲室来作为所述缓冲室，所述上游缓冲室与所述输送通道的上游侧和所述入口侧流动通道连通，且所述下游缓冲室与所述输送通道的下游侧和所述出口侧流动通道连通，并且其中从所述输送通道的上游侧流入的液体通过所述上游缓冲室和所述入口侧流动通道被供应到所述传感器腔，并从所述传感器腔通过所述出口侧流动通道和所述下游缓冲室被排出到所述输送通道的下游侧。
根据该实施例，因为从输送通道的上游侧流入容器主体的液体通过上游缓冲室和单元基座和传感器基座的入口侧流动通道被供应到传感器腔，并从传感器腔通过单元基座和传感器基座的出口侧流动通道和下游缓冲室被排出到输送通道的下游侧，所以液体总是在传感器腔中流动。所以，可以防止由于液体或气泡留在传感器腔中而导致的错误检测。
(14)一种液体容器，包括容器主体，其具有储液室和将液体从所述储液室输送到外面的输送通道；布置在所述容器主体中所述输送通道的端部附近的传感器容纳部分；传感器单元，其布置在所述传感器容纳部分中用于检测液体；布置在所述容器主体中的缓冲室，其通过传感器接纳壁与所述传感器容纳部分相邻，并连续地布置在所述输送通道中以与所述输送通道的上游侧和下游侧连通；环形密封构件，其具有弹性并密封所述传感器单元和所述传感器接纳壁之间的空间；和施压弹簧，对着所述传感器接纳壁对所述传感器单元施压，以压紧所述密封构件并产生密封所述密封构件、所述传感器单元和所述传感器接纳壁所需的压力，其中所述传感器单元包括传感器芯片，所述传感器芯片具有用于接纳作为检测对象的液体的传感器腔，在所述传感器芯片中，所述传感器腔的下表面被开口以接纳液体且其上表面被振动板封闭，并且压电元件布置在所述振动板的上表面上；用于向其安装并固定所述传感器芯片的金属传感器基座；用于向其安装并固定所述传感器基座的树脂单元基座，在所述单元基座中，当所述传感器单元被安装在所述传感器容纳部分上时，所述单元基座的下表面与所述传感器接纳壁相对，并且密封构件置于其间，其中与所述传感器腔连通的液体存储空间形成在所述传感器基座和所述单元基座中，并且与所述液体存储空间和所述缓冲室连通的流动通道设置在所述传感器接纳壁中所述环形密封构件内侧处，并且其中所述施压弹簧用来通过绕过所述传感器单元的所述传感器基座和所述传感器芯片的力传递通道仅仅对所述单元基座施加压力。
根据该实施例，具有弹性的环形密封构件被置于传感器单元与传感器接纳壁之间，并在用施压弹簧将传感器单元压靠在传感器接纳壁上而压紧密封构件的同时，密封传感器单元和传感器接纳壁之间的空间。所以，当预先单独组装传感器单元并随后将传感器单元装配在容器主体中时，可以比使用粘结剂的情况更简单地进行组装。此外，因为部件之间的尺寸偏差可以由密封构件的弹性吸收，所以可以通过简单的组装令人满意地进行密封。另外，因为由密封构件密封的液体存储空间被固定在传感器腔的前方(开口侧处)，所以其几乎不受墨水波动或墨水中气泡的影响。另外，因为施压弹簧的压力被直接施加到与传感器接纳壁相对的单元基座，所以可以防止压力作用在传感器基座或传感器芯片上，由此提高检测精度。
(15)根据(14)所述的液体容器，其中所述施压弹簧在压缩状态下置于所述传感器单元与所述传感器容纳部分的同所述传感器单元相对的壁之间。
根据该实施例，因为施压弹簧在压缩状态下容纳在传感器容纳部分中，所以可以仅仅通过将施压弹簧与传感器单元一起插入传感器容纳部分中来完成组装工作。
(16)根据(14)或(15)所述的液体容器，其中压盖被布置在所述单元基座上方以在不接触所述传感器芯片和所述传感器基座的情况下覆盖所述传感器芯片，并且所述施压弹簧的压力通过所述压盖施加到所述单元基座。
根据该实施例，因为压盖布置在单元基座上方，所以可以保护传感器芯片和传感器基座。此外，因为施压弹簧的重量通过压盖施加到单元基座，所以可以提高施压弹簧与单元基座的组合的自由度。
(17)根据(14)所述的液体容器，其中用于覆盖传感器芯片和传感器基座的盖构件被安装在所述单元基座上方，而不直接接触所述单元基座，所述压盖利用螺钉固定到所述容器主体，并且所述施压弹簧在压缩状态下置于所述压盖与所述单元基座之间。
根据该实施例，因为压盖布置在单元基座上方，所以可以保护传感器芯片和传感器基座。此外，因为盖构件用螺钉固定到容器主体且施压弹簧在压缩状态下置于盖构件与单元基座之间，所以可紧凑地组装施压弹簧。
(18)根据(17)所述的液体容器，其中所述施压弹簧由片簧构成，且该片簧与端子板一体形成，所述端子板电连接到所述传感器芯片的电极。
根据该实施例，因为所述施压弹簧由片簧构成且该片簧与端子板一体形成，所述端子板电连接到所述传感器芯片的电极，所以可以进行紧凑的组装工作并减少部件数量，由此减少组装的步骤数。
(19)根据(14)到(18)中任一项所述的液体容器，其中在所述单元基座的上表面上形成凹入部分，并且所述传感器基座容纳在所述凹入部分中；利用布置在所述传感器基座的上表面上的粘结层将所述传感器芯片与所述传感器基座彼此固定和密封；并且利用粘结膜将所述传感器基座与所述单元基座彼此固定和密封，所述粘结膜的内周部分通过其间的粘结层被结合到所述传感器基座的所述上表面，且外周部分结合到绕所述单元基座所述凹入部分的所述上表面壁。
根据该实施例，仅仅通过从上将安装有传感器芯片的传感器基座插入单元基座中并将粘结膜结合到两个布置好的部件的上表面上(即结合到传感器基座与单元基座两者的上表面上)，就可以同时固定和密封由不同材料形成的两个部件(金属传感器基座和树脂单元基座)。所以，组装的可操作性非常好。因为粘结膜被结合到两个部件，所以可以在不受部件尺寸精度的影响下进行部件之间的密封。例如，当通过用大规模生产机器加热、加压并随后熔合粘结膜时，可以仅通过管理大规模生产机器的温度和压力就提高密封能力，由此在大规模生产时实现稳定性。因为对密封能力具有很大影响的粘结膜可以容易地应用且空间效率优异，所以可以实现传感器单元尺寸的减小。
(20)根据(19)所述的液体容器，其中所述传感器基座的所述上表面从所述单元基座的所述凹入部分向上突出，并且所述粘结膜在比绕所述单元基座的所述凹入部分设置的所述上表面壁的结合位置更高的位置处结合到所述传感器基座的所述上表面。
根据该实施例，因为膜结合面在单元基座上的高度被设成低于膜结合面在传感器基座上的高度，所以可以由粘结膜利用台阶差来压迫传感器基座，由此增强传感器基座对单元基座的固定力。这使得可以在没有松动的情况下组装这些部件。
(21)根据(14)到(20)中任一项所述的液体容器，其中所述传感器基座和所述单元基座分别具有用于传感器腔的入口侧流动通道和出口侧流动通道来作为所述液体存储空间；并且所述容器主体具有上游缓冲室和下游缓冲室来作为所述缓冲室，所述上游缓冲室与所述输送通道的上游侧和所述入口侧流动通道连通，且所述下游缓冲室与所述输送通道的下游侧和所述出口侧流动通道连通，并且其中从所述输送通道的上游侧流入的液体通过所述上游缓冲室和所述入口侧流动通道被供应到所述传感器腔，并从所述传感器腔通过所述出口侧流动通道和所述下游缓冲室被排出到所述输送通道的下游侧。
根据该实施例，因为从输送通道的上游侧流入容器主体的液体通过上游缓冲室以及单元基座和传感器基座的入口侧流动通道被供应到传感器腔，并从传感器腔通过单元基座和传感器基座的出口侧流动通道和下游缓冲室被排出到输送通道的下游侧，所以液体总是在传感器腔中流动。所以，可以防止由于液体或气泡留在传感器腔中而导致的错误检测。
图1是示出使用根据本发明实施例的墨盒(液体容器)的喷墨记录设备(液体喷射设备)的示意性构造的立体图；图2是示出根据本发明实施例的墨盒的示意性结构的分解立体图；图3是示出从前侧所见的传感器单元装配到墨盒处的一部分的剖视图；图4是示出根据本发明第一实施例的墨盒的重要零件的放大视图；图5是示出根据本发明第二实施例的墨盒的重要零件的放大视图；图6是示出传感器单元装配到根据本发明第三实施例的墨盒处的一部分的正视图；图7是沿图6的箭头VII-VII所取的剖视图；图8是沿图7的箭头VIII-VIII所取的剖视图；图9是示出图8重要零件的放大视图；
图10是示出根据本发明第四实施例的墨盒的重要零件的剖视图；图11是示出包括可安装在根据本发明第五实施例的墨盒中的传感器单元(液体检测装置)的部件的详细结构的立体图；图12是示出图11中传感器单元的分解立体图；图13是示出在另一角度下所见的图11中传感器单元的分解立体图；图14是示出根据本发明第五实施例的墨盒的传感器单元所附装到的一部分的纵向剖视图；图15是示出图14中传感器单元主要零件的放大剖视图；和图16是沿图15的线XVI-XVI所取的剖视图。
具体实施例方式
下面，将参考附图描述根据本发明实施例的液体检测装置和包括该液体检测装置的墨盒(液体容器)。
图1示出了使用根据实施例的墨盒的喷墨记录设备(液体喷射设备)的示意性构造。在图1中，标号1表示托架。托架1构造成由引导构件4引导，并且由托架电机2通过同步带3驱动而在滚筒5的轴向上往返运动。
喷墨记录头12被安装在托架1与记录纸张6相对的一侧上，并且用于向记录头12供应墨水的墨盒100被可拆卸地安装在记录头12的上部。
盖构件13被布置在作为记录设备非打印区域的出发位置(图中的右侧)。盖构件13具有这样的结构，当安装在托架1上的记录头12被移动到出发位置时，该结构使其被记录头12的喷嘴形成表面压迫并与该喷嘴形成表面一起形成密封封闭空间。向由盖构件13形成的密封封闭空间施加负压来进行清洁的泵单元10被布置在盖构件13的下方。
另外，包括如橡胶之类弹性板的擦拭装置11被布置在盖构件13的打印区域侧附近，以例如在水平方向上相对于记录头12的运动轨迹自由前进或后退，并且其具有的结构使其在托架1向着盖构件13侧往返运动时，在必要时自由清洁记录头12的喷嘴形成表面。
图2是示出墨盒100的示意性构造的立体图。墨盒100包括作为根据本实施例液体检测装置的传感器单元200。
墨盒100具有盒壳体(容器主体)101和封盖102，盒壳体101由树脂制成并包括墨水存储部分，而封盖102由树脂制成并被附装来覆盖盒壳体101的下端表面。封盖102用于保护粘附到盒壳体101下端表面上的各种密封膜。送墨部分103从盒壳体101的下端表面突出，并且用于保护送墨端口(未示出)的封盖膜104粘附到送墨部分103的下端表面。
此外，用于容纳传感器单元200的传感器容纳凹入部分110设置在盒壳体101的具有小宽度的侧面中，并且传感器单元200和弹簧300被容纳在传感器容纳凹入部分110中。弹簧300将传感器单元200压靠在位于传感器容纳凹入部分110内底部中的传感器接纳壁120上以使密封环270变形，由此保持了传感器单元200和盒壳体101之间的密封特性。
传感器容纳凹入部分110在盒壳体101中的具有小宽度的侧面上开口，并且传感器单元200和弹簧300从侧面上的开口插入。在传感器单元200和弹簧300容纳在其中的状态下，传感器容纳凹入部分110的侧面上的开口从外侧用具有板500的密封封盖400封闭。
图3是示出从前侧所见的传感器单元200和弹簧300插入传感器容纳凹入部分110中处的一部分的剖视图，图4是示出根据本发明第一实施例的墨盒的重要零件的放大视图。在图3中，未示出包括弹簧300的某些零件。下面将描述本发明的第一实施例。
用于接纳传感器单元200下端的传感器接纳壁120设置在盒壳体101的传感器容纳凹入部分110的内底部上。传感器单元200布置在传感器接纳壁120的平坦上表面上，并且位于传感器单元200下端处的密封环(环形密封构件)270利用弹簧300的弹性力而被压在传感器接纳壁120上。
由分隔壁127水平分隔的一对上游传感器缓冲室122和下游传感器缓冲室123设置在传感器接纳壁120下方。传感器接纳壁120设有一对对应于传感器缓冲室122和123的连通孔(流动通道)132和133。未示出的用于输送所蓄积墨水的输送通道设置在盒壳体101内，且传感器单元200设置在该输送通道的端部附近(送墨端口附近)。
在此情况下，上游传感器缓冲室122通过开口124(未特别示出)与输送通道上游侧连通，并且下游传感器缓冲室123通过连通孔125(未特别示出)与靠近送墨端口的输送通道下游侧连通。传感器缓冲室122和123的下表面被开口，但不用刚性壁密封，而是用树脂制成的密封膜105覆盖该开口。
传感器单元200包括其上具有凹入部分211的板形树脂单元基座210、单元基座210的上表面上的凹入部分211中接纳的板形金属传感器基座220、安装并固定在传感器基座220的上表面上的传感器芯片230、用于将传感器基座220固定到单元基座210的粘结膜240、布置在单元基座210上的一对端子板250、用于压紧端子板250的板形压构件260A、布置在单元基座210的下表面上的橡胶密封环270、以及布置在传感器基座220的上表面上以覆盖传感器芯片230来将弹簧300的重量施加到单元基座210上的压盖280。
详细描述各个元件，如图4所示，单元基座210包括凹入部分211和安装壁215，传感器基座220在其上表面中心处插入凹入部分211中，该单元基座210作为用于支撑传感器基座220的基座主体，安装壁215的高度比凹入部分211周围的上表面壁214的外侧处的上表面壁214的高度高出一个台阶。凹入部分211的下表面设有包括圆形开口的入口侧流动通道212和出口侧流动通道213。单元基座210的下表面设有突出部分217，密封环270被装配在突出部分217的外周处，并且入口侧流动通道212和出口侧流动通道213位于突出部分217上。密封环270由橡胶环密封圈形成并具有环形突出部分271，该突出部分271在其下表面上具有半圆形部分。
传感器基座220由诸如不锈钢之类的金属板制成，其刚度大于树脂的刚度以提高传感器的声学特性。传感器基座220包括由两个开口构成的入口侧流动通道222和出口侧流动通道223(液体存储空间)，以对应于单元基座210的入口侧流动通道212和出口侧流动通道213。
粘结层242例如通过附装双面粘结膜或涂敷粘结剂而形成在传感器基座220的上表面上。传感器芯片230安装并固定在粘结层242上。就是说，传感器基座220用作支撑传感器芯片230的基座主体。
传感器芯片230具有用于接纳作为检测目标的墨水(液体)的传感器腔232并具有这样的结构，其中传感器腔232的下表面被开口以接纳墨水，上表面用振动板233封闭，而压电元件234布置在振动板233的上表面上。
具体而言，传感器芯片230包括在其中心处具有圆形开口形传感器腔232的陶瓷芯片体231、形成在芯片体231的上表面上以构成传感器腔底壁的振动板233、层叠在振动板233上的压电元件234、以及层叠在芯片体231上的端子235和236。
压电元件234包括分别连接到端子235和236的上电极层234a和下电极层234b、以及形成在上电极层234a和下电极层234b之间的压电层234c。压电元件用来基于例如由于传感器腔232中墨水存在与否导致的特性差异而检测墨水用尽。压电元件234可以由锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)或者不含铅的无铅压电膜制成。
通过将芯片体231的下表面置于传感器基座220的上部中心上，而利用粘结层242将传感器芯片230一体固定到传感器基座220。同时，用粘结层242密封传感器基座220和传感器芯片230之间的间隙。传感器基座220和单元基座210的入口侧流动通道222和212以及出口侧流动通道223和213(液体存储空间)与传感器芯片230的传感器腔232连通。所以，墨水通过入口侧流动通道212和222进入传感器腔232，并通过出口侧流动通道223和213从传感器腔232排出。
这样，安装有传感器芯片230的金属传感器基座220接纳在单元基座210的上表面上的凹入部分211中。然后，传感器基座220和单元基座210通过从其上侧用树脂粘结膜240覆盖它们而彼此一体固定。
就是说，粘结膜240在其中心处具有开口241，并由此通过在传感器基座220容纳在单元基座210上表面上的凹入部分211中的状态下用粘结膜覆盖它们而将传感器芯片230暴露到中心开口241。通过将粘结膜240的内周部分通过粘结层242接合到传感器基座220的上表面并将外周部分接合到绕着单元基座210凹入部分211的上表面壁214，即通过将粘结膜240接合到两个部件(传感器基座220和单元基座210)的上表面，而将传感器基座220和单元基座210彼此固定和密封。
在此情况下，传感器基座220的上表面从单元基座210的凹入部分211向上突出，并且粘结膜240在比上表面壁214绕着单元基座210凹入部分211的接合位置更高的位置处接合到传感器基座220的上表面。这样，通过将传感器基座220上的膜接合表面的高度设成高于单元基座210上的膜接合表面的高度，可以通过台阶差用粘结膜240将传感器基座220压紧，由此加强传感器基座220对单元基座210的固定力。这使得这些部件在不松动的情况下被组装。
各个端子板250具有从基带的中间侧边缘突起的弹性片252，并布置在单元基座210的安装壁215的上表面上。通过将压构件260A置于其上，端子板250被置于单元基座210和压构件260A之间，并且在此状态下，弹性构件252与传感器芯片230的上表面上的端子235和236电接触。压构件260A具有平框架形状，其被布置在单元基座210的安装壁215的上表面上，且端子板250位于其间。
如图4所示，压盖280布置在传感器芯片230上方而不接触传感器芯片230和端子板250的弹性构件252。压盖280用于保护传感器芯片230并将弹簧300的重量(在图3和4中用箭头A1表示)绕开传感器芯片230传递到传感器基座220的上表面。压盖的底部布置在粘结膜240所结合到的那部分上，并且弹簧300的重量A1可以从粘结膜240的上侧施加到传感器基座220。当弹簧300的重量A1被施加到传感器基座220时，重量A1被传递到单元基座210下方并用作压紧密封环270的力。
在此情况下，密封环270被设计具有尽可能小的直径以免不必要地增大密封空间，并位于传感器基座220或传感器芯片230的正下方。因此，通过将弹簧300的重量A1施加到具有小面积的传感器基座220，弹簧300的压力有效地作用在传感器基座正下方的密封环270上。
传感器单元200具有上述结构并与压缩弹簧300一起被容纳在盒壳体101的传感器容纳凹入部分110(传感器容纳部分)中。在此容纳状态下，通过用弹簧300对压盖280施压，通过传感器基座220传递到单元基座210的重量A1压紧布置在单元基座210的下表面上的密封环270，并使密封环与传感器容纳凹入部分110中的传感器接纳壁120紧密接触。所以，确保了传感器单元200和盒壳体101之间的密封特性。
在通过上述组装而确保密封特性的情况下，盒壳体101中的上游缓冲室122通过传感器接纳壁120的连通孔132而与传感器单元200中的入口侧流动通道212和222连通，并且盒壳体101中的下游缓冲室123通过传感器接纳壁120的连通孔133而与传感器单元200中的出口侧流动通道213和223连通。入口侧流动通道212和222、传感器腔232、以及出口侧流动通道213和223依次从上游侧连续地布置在盒壳体101的输送通道中。
在此，与传感器腔232连通的上游流动通道包括具有大流动通道截面的上游缓冲室122、连通孔132、以及以及传感器单元200中具有小流动通道截面的入口侧流动通道212和222(上游窄流动通道)。与传感器腔232连通的下游流动通道包括具有大流动通道截面的下游缓冲室123、连通孔133、以及传感器单元200中具有小流动通道截面的出口侧流动通道213和223(下游窄流动通道)。
根据上述实施例，因为在通过将具有弹性的密封环270置于传感器单元200与传感器接纳壁120之间并用弹簧300将传感器单元200压靠在传感器接纳壁120上而压紧密封环270的同时密封传感器单元200和传感器接纳壁120之间的空间，所以可以采用预先单独组装传感器单元200并随后将传感器单元200装配在盒壳体101中的组装顺序。所以，可以比采用粘结剂的情况更简单地进行组装。
因为传感器单元200与传感器接纳壁120之间的尺寸偏差可以由密封环270的弹性吸收，所以可以通过简单的组装进行可靠的密封。因为由密封环270密封的液体存储空间(入口侧流动通道212和222以及出口侧流动通道213和223)被固定在传感器腔232的前方(开口侧处)，所以其几乎不受墨水波动或墨水中气泡的影响。
因为弹簧300的压力通过传感器基座220被施加到单元基座210，所以传感器基座220和单元基座210之间的密封表面的表面压力可以一起提高，由此提高了其间的密封特性。就是说，因为弹簧300的重量被施加到传感器基座220的上表面上的粘结膜240，所以粘结膜240可以被更牢固地结合，由此提高密封能力。在此情况下，因为未对传感器芯片230施加不必要的重量，所以不会由此影响检测特性。
因为弹簧300的重量A1通过压盖280传递到传感器基座220，所以可以保护重要元件传感器芯片230并自由确定弹簧300和传感器基座220的组合，由此允许容易的设计。
因为只要弹簧300在其被压缩的状态下可以被接纳在传感器容纳凹入部分110中就足够了，所以弹簧300可以与传感器单元200一起容易地插入。
此外，仅仅通过从上将安装有传感器芯片230的传感器基座220插入单元基座210中并将粘结膜240粘结在两个布置好的部件的上表面上(即粘结在传感器基座220与单元基座210两者的上表面上)，就可以同时对由不同材料制成的两个部件(金属传感器基座220和树脂单元基座210)之间进行固定和密封。所以，组装的可操作性非常好。因为粘结膜240被结合到两个部件，所以可以在不受部件尺寸精度的影响下在部件之间进行密封。例如，当使用大规模生产机器加热、加压并随后熔合粘结膜240时，可以仅通过管理大规模机器的温度和压力就提高密封能力，由此实现大规模生产时的稳定性。因为对密封能力具有很大影响的粘结膜240可以容易地应用且空间效率优异，所以可以实现传感器单元200尺寸的减小。
因为传感器腔232的入口侧流动通道212和222以及出口侧流动通道213和223分别形成在传感器基座220和单元基座210中，并且墨水通过入口侧流动通道212和222流入传感器腔232并通过出口侧流动通道213和223排出，所以墨水总是通过传感器腔232，由此防止了由于液体或气泡留在传感器腔232中而导致的错误检测。
因为粘结膜240的结合面相对于单元基座210的高度被设成低于结合面相对于传感器基座220的高度，所以可以由粘结膜240利用台阶差来压迫传感器基座220，由此增强传感器基座220对单元基座210的固定力。其可以设置成没有台阶差。
因为传感器单元200布置在盒壳体101的输送通道的端部附近，并且传感器单元200的入口侧流动通道212和222、传感器腔232以及出口侧流动通道223和213依次从上游侧连续地布置在输送通道中，所以可以精确地检测墨盒100中液体的残余量。
图5示出了根据本发明第二实施例的墨盒的重要零件的构造。在图5中，类似于图1至4所示实施例中的元件用相同标号表示并将省略其说明。
在第一实施例中，弹簧300的重量A1通过压盖280施加到传感器基座220，而在第二实施例中，弹簧300的重量A2通过压盖282施加到传感器芯片230的芯片体231。结果，弹簧300的重量A2可以通过压盖282、传感器芯片230的芯片体231以及传感器基座220传递到单元基座210，并可以用作压紧密封环270的力(即用于确保密封能力的力)。
在此情况下，压盖282在不会不必要地影响振动板233或压电元件234的位置处被压在芯片体231上。此时，压盖不应妨碍端子板250的弹性构件252与传感器芯片230的端子235和236之间的接触。因此，通过使压盖282的底部在除了弹性构件252与端子235和236之间的接触部分之外的位置处与芯片体231接触，或通过从接触端子235和236的弹性构件252的上侧将压盖282的底部压在芯片体231上，弹性构件252可以利用作用在压盖282上的弹簧300的力而与端子235和236紧密接触。
这样，即使在将弹簧300的重量A2施加到传感器芯片230的芯片体231时，也可以获得与上述实施例相似的优点。
接着，将参考附图描述根据第三实施例的墨盒(液体容器)。
图6是示出传感器单元200和弹簧300被插入传感器容纳凹入部分110中处的一部分的正视图，图7是沿图6的箭头VII-VII所取的剖视图，图8是沿图7的箭头VIII-VIII所取的剖视图，且图9是示出图8重要零件的放大视图。在这些图中，类似于上述第一实施例的元件用相同标号表示并将省略其说明。
在本发明的第一和第二实施例中，弹簧300的重量分别通过压盖280或282施加到传感器基座220或芯片体231。但是，在第三实施例中，弹簧300的重量通过压构件260B施加到单元基座210。
具体而言，传感器单元200包括其上表面具有凹入部分211的板形树脂单元基座210、单元基座210的上表面上的凹入部分211中容纳的板形金属传感器基座220、安装并固定在传感器基座220的上表面上的传感器芯片230、用于将传感器基座220固定到单元基座210的粘结膜240、布置在单元基座210上的一对端子板250、用于压紧端子板250并保护传感器芯片230的板形压构件260B、以及布置在单元基座210的下表面上的橡胶密封环270。
详细描述各个元件，如图9所示，单元基座210包括凹入部分211和安装壁215，传感器基座220在其上表面中心处插入凹入部分211中，安装壁215的高度比凹入部分211周围的上表面壁214的外侧处的上表面壁214的高度高出一个台阶。凹入部分211的底壁设有包括圆形开口的入口侧流动通道212和出口侧流动通道213(液体存储空间)。单元基座210的下表面设有突出部分217，密封环270被装配在突出部分217的外周处，并且入口侧流动通道212和出口侧流动通道213位于突出部分217上。密封环270由橡胶环密封圈形成并具有环形突出部分271，该突出部分271在其下表面上具有半圆形部分。
各个端子板250具有从基带的中间侧边缘突起的弹性片252和形成在该带端部处的弯片254，这些都布置在单元基座210的安装壁215的上表面上。通过将压构件260B置于其上，端子板250被置于单元基座210和压构件260B之间，并且在此状态下，弹性构件252与传感器芯片230的上表面上的端子235和236电接触。
压构件260B具有平板形状，其被布置在单元基座210的安装壁215的上表面上，且端子板250的基部251位于其间，该压构件260B包括布置在其下表面上的凹入部分265，以避免与端子板250的弹性构件252或传感器芯片230的干涉。压构件260B在从上侧压端子板250的同时被布置在单元基座210的上表面上，由此保护在单元基座210上表面上的凹入部分211中容纳的传感器基座220和传感器芯片230。
传感器单元200具有上述结构并在弹簧被压缩的状态下与弹簧300一起被容纳在盒壳体101的传感器容纳凹入部分110中。在容纳状态下，通过用弹簧300对压构件260B向下施压，布置在传感器单元200的下表面上的密封环270被压到传感器容纳凹入部分110中的传感器接纳壁120上，由此确保了传感器单元200和盒壳体101之间的密封特性。在此情况下，因为弹簧300的压力通过压构件260B传递到单元基座210，所以压力完全不施加到传感器基座220和传感器芯片230。就是说，弹簧300通过绕开传感器基座220和传感器芯片230的力传递路径仅仅对单元基座210给予压力。
根据上述第三实施例，可以获得与第一实施例相似的优点。此外，因为弹簧300的压力通过压构件260B但直接施加到与传感器接纳壁120相对的单元基座210，所以该压力不会对传感器基座220或传感器芯片230产生影响，由此提高了检测灵敏度。
另外，因为只要弹簧300被压缩和容纳在传感器容纳凹入部分110中就足够了，所以弹簧可以与传感器单元200一起容易地插入。
因为压构件260B布置在单元基座210上，所以可以保护对于振动特性是重要元件的传感器芯片230和传感器基座220。因为弹簧300的重量通过压构件260B施加到单元基座210，所以可以自由确定弹簧300和单元基座210的组合，由此允许容易的设计。
图10示出了根据本发明第四实施例的墨盒的重要零件。在图10中，类似于图1至9所示实施例中的元件用相同标号表示并将省略其说明。
在第四实施例中，覆盖传感器芯片230和传感器基座220的压构件260C布置在单元基座210上方以不与单元基座210接触，并且压构件260C用螺钉701固定到盒壳体101。用于对单元基座210施压以压紧密封环270的片簧(压簧)259在其被压缩的状态下置于压构件260C与单元基座210之间。
在此情况下，片簧259在各个端子板250中一体形成，并可以在常规组装过程中仅仅对单元基座210施加预定的压力。端子板250设有与传感器芯片230的端子235和236(参见图10)弹性接触的弹性构件252，但片簧259布置在其弹簧力完全不会作用在弹性构件252上的位置处。
如图所示，各个片簧259的一端可以在形成压构件260C时插入，并且端子板250可以一体形成在压构件260C中。在此情况下，不必特别地支撑端子板250。
片簧259可以与端子板250分开制造和设置，并且只要空间允许可以设置除片簧259之外的其他压簧。
这样，因为用螺钉701将压构件260C固定到盒壳体101并且片簧(压簧)259在其被压缩的状态下置于压构件260C与单元基座210之间，所以可以对压簧进行紧凑的组装。另外，因为片簧259与电连接到传感器芯片230端子235和236的端子板250一体形成，所以可以进行紧凑的组装并减少部件数，由此减少了组装步骤数。
接着，下面将描述根据第五实施例的墨盒。图11是示出可容纳在墨盒中的传感器单元1200、弹簧1300、密封封盖1400和板1500每个的结构的分解立体图。另外，图12是示出传感器单元1200的分解立体图，图13是示出在另一角度下所见的传感器单元1200的分解立体图，且图14是示出墨盒1100的传感器单元容纳部分纵向剖视图。另外，图15是示出传感器单元1200主要零件的剖视图，且图16是沿图15的线XVI-XVI所取的剖视图。
如图14所示，用于接纳传感器单元1200下端的传感器接纳壁1120设置在盒壳体1101的传感器容纳凹入部分1110的内底部中。传感器接纳壁1120的上表面上安装了传感器单元1200，并且位于传感器单元1200下端上的密封环1270利用弹簧1300的弹性力而与传感器接纳壁1120受压接触。
由置于其间的分隔壁1127彼此分隔的一对上游和下游侧的传感器缓冲室1122和1123设置在传感器接纳壁1120下侧，并且传感器接纳壁1120设有一对对应于传感器缓冲室1122和1123的连通孔1132和1133。未示出的用于向外输送所存储墨水的输送通道设置在盒壳体1101中。传感器单元1200位于输送通道的端部附近(送墨端口附近)。在此情况下，上游侧的传感器缓冲室1122通过连通孔1124与输送通道上游侧连通，并且下游侧的传感器缓冲室1123通过连通孔1125与靠近送墨端口的输送通道下游侧连通。而且，传感器缓冲室1122和1123的下表面不用刚性壁密封但被开口，并且用树脂形成的密封膜1105覆盖开口。
如图12和13所示，传感器单元1200包括上表面上具有凹入部分1211的板形树脂单元基座1210、位于单元基座1210的上表面上的凹入部分1211中容纳的板形金属传感器基座1220、安装并固定在传感器基座1220的上表面上例如由陶瓷形成的传感器芯片1230、用于将传感器基座1220固定到单元基座1210的粘结膜1240、布置在单元基座1210的上侧上的一对端子板1250、用于压紧端子板1250并保护传感器芯片1230的板形压盖1260、以及布置在单元基座1210的下表面上的橡胶密封环1270。
详细描述各个部件。如图13所示，单元基座1210由诸如聚乙烯之类的材料形成，并包括凹入部分1211和附装壁1215，凹入部分1211用于装配设置在上表面中心上的传感器基座1220，附装壁1215被设成比上表面壁214在凹入部分1211周围的上表面壁1214的外侧上高出一个台阶。一对附装壁1215在凹入部分1211位于其间的情况下彼此相对，且四个支撑销1216位于附装壁1215上并在单元基座1210的上表面的四个角上直立。而且，在凹入部分1211的底壁上设有由圆形通孔构成的入口侧流动通道1212和出口侧流动通道1213(液体存储空间)。另外，如图12所示，在单元基座1210的下表面上设有用于装配密封环1270的椭圆形突出部分1217，并且入口侧流动通道1212和出口侧流动通道1213位于突出部分1217上。密封环1270由橡胶环密封圈构成并具有设置了环形突出部分1271的下表面，突出部分1271具有半圆形截面。
传感器基座1220由诸如不锈钢之类的金属板制成，其刚度大于树脂的刚度以提高传感器的声学特性。传感器基座1220具有四个倒角的矩形板形状，并包括由两个通孔形成的入口侧流动通道1222和出口侧流动通道1223(液体存储空间)，这两个通孔对应于单元基座1210中的入口侧流动通道1212和出口侧流动通道1213。
粘结层1242例如通过粘贴双面粘结膜或涂敷粘结剂而形成在传感器基座1220的上表面上，并且传感器芯片1230安装并固定在粘结层1242上。优选的是粘结层1242应该对传感器基座1220和传感器芯片1230具有高粘结性。例如，优选使用石蜡式膜。
传感器芯片1230具有用于接纳作为检测目标的墨水(液体)的传感器腔1232并具有这样的结构，其中传感器腔1232的下表面被开口以自由接纳墨水，上表面用振动板1233封闭，而压电元件1234设置在振动板1233的上表面上。
更具体而言，如图14和15所示，传感器芯片1230包括在其中心上具有由圆形开口形成传感器腔1232的陶瓷芯片体1231、层叠在芯片体1231的上表面上并构成传感器腔1232下表面壁的振动板1233、层叠在振动板1233上的压电单元1234、以及层叠在芯片体1231上的端子1235和1236。
压电单元1234包括连接到端子1235和1236的上电极层和下电极层、以及层叠在上电极层和下电极层之间的压电层(未具体示出)，并完成基于例如传感器腔1232中墨水存在与否导致的电特性差异而确定墨水用尽的功能。对于压电层的材料，可以使用锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)或者不含铅的无铅压电膜。
在传感器芯片1230中，芯片体1231的下表面被安装在传感器基座1220的上表面中心部分上并由此通过粘结层1242与传感器基座1220一体固定，并且同时用粘结层1242密封传感器基座1220和传感器芯片1230。传感器基座1220和单元基座1210中的入口侧流动通道1222和1212以及出口侧流动通道1223和1213(液体存储空间)与传感器芯片1230的传感器腔1232连通。通过该结构，墨水通过入口侧流动通道1212和1222进入传感器腔1232，并通过出口侧流动通道1223和1213从传感器腔1232排出。
这样，安装有传感器芯片1230的金属传感器基座1220被容纳在单元基座1210的上表面上的凹入部分1211中。从其上方放置树脂形成的粘结膜1240，从而彼此一体结合传感器基座1220和单元基座1210。
更具体而言，粘结膜1240在中心处具有开口1241，并在传感器基座1220容纳在单元基座1210上表面上的凹入部分1211中的状态下从上方放置，从而从中心处的开口1241露出传感器芯片1230。而且，粘结膜1240的内周部分通过粘结层1242结合到传感器基座1220的上表面且其外周部分结合到绕着单元基座1210凹入部分1211设置的上表面壁1214，即跨过两个部件(传感器基座1220和单元基座1210)的上表面粘贴粘结膜1240，从而将传感器基座1220和单元基座1210彼此固定且同时密封。
优选的是粘结膜1240应该由对传感器基座1220上的粘结层1242和单元基座1210两者都具有高粘结性的材料形成。粘结膜1240的优选示例包括其中层叠酯和石蜡且将石蜡设成结合面的膜。
在此情况下，传感器基座1220的上表面从单元基座1210的凹入部分1211向上突出。结果，粘结膜1240在比绕着单元基座1210的凹入部分1211设置的上表面壁1214的结合位置更高的位置处结合到传感器基座1220的上表面。这样，对传感器基座1220的膜结合表面的高度被设成高于对单元基座1210的膜结合表面的高度。结果，可以通过台阶用粘结膜1240将传感器基座1220压紧，从而增大传感器基座1220对单元基座1210的固定力。而且，可以在不松动的情况下进行附装。
而且，每个端子板1250具有带形板部分1251、从板部分1251的侧边缘处突出的弹性片1252、形成在板部分1251两侧上的附装孔1253、以及在板部分1251的两端处形成的弯片1254，并且在将支撑销1216分别插入附装孔1253而进行定位的状态下，将每个端子板1250布置在单元基座1210的附装壁1215的上表面上。从上方安装压盖1260使得端子板1250被置于单元基座1210和压盖1260之间，并且在此状态下弹性片1252与传感器芯片1230的上表面上设置的端子1235和1236导电接触。
压盖1260包括安装在单元基座1210的附装壁1215的上表面上的板部分1261，端子板1250的板部分1251位于其间；四个附装孔1262，其设置在板部分1261的四个角上并装配到单元基座1210的支撑销1216中；设置在板部分1261中心的上表面上的直立壁1263；设置在直立壁1263上的弹簧接纳座1264；以及凹入部分1265，其设置在板部分1261的下表面上并形成为端子板1250的弹性片1252的松弛部分，并且压盖1260在从上压紧端子板1250的同时安装在单元基座1210的上表面上，由此保护容纳在单元基座1210的上表面上形成的凹入部分1211中的传感器基座1220和传感器芯片1230。
为了通过以上部件组装传感器单元1200，首先在传感器基座1220的整个上表面上形成粘结层1242，并将传感器芯片1230安装在粘结层1242上。结果，通过粘结层1242将传感器芯片1230和传感器基座1220彼此一体固定和密封。
接着，一体设有传感器芯片1230的传感器基座1220被容纳在单元基座1210的上表面上形成的凹入部分1211中，并在此状态下从上放置粘结膜1240。结果，将粘结膜1240的内周部分通过粘结层1242结合到传感器基座1220的上表面，并将其外周部分结合到绕着单元基座1210凹入部分1211设置的上表面壁1214。结果，通过粘结膜1240将传感器基座1220和单元基座1210彼此一体固定并密封。
接着，在将单元基座1210的支撑销1216装配到附装孔1253中的同时将端子板1250设置在单元基座1210上，并且从上布置压盖1260。而且，在可选的阶段中，绕着单元基座1210的下表面上形成的突出部分1217装配密封环1270。于是，可以组装传感器单元1200。
传感器单元1200如上所述构成并与弹簧1300一起被容纳在盒壳体1101的传感器容纳凹入部分1110中。当如图14所示在容纳状态下弹簧1300将压盖1260向下压时，设置在传感器单元1200的下表面上的密封环1270在压紧的同时与传感器容纳凹入部分1110中的传感器接纳壁1120受压接触。结果，保持了传感器单元1200和盒壳体1101之间的密封特性。
通过进行组装，在保持密封特性的情况下，使盒壳体1101上游侧的缓冲室1122通过传感器接纳壁1120的连通孔1132而与传感器单元1200中的入口侧流动通道1212和1222连通，并且使盒壳体1101下游侧的缓冲室1123通过传感器接纳壁1120的连通孔1133而与传感器单元1200中的出口侧流动通道1213和1223连通。入口侧流动通道1212和1222、传感器腔1232以及出口侧流动通道1213和1223连续地布置在盒壳体1101中的输送通道上，以使其按此顺序从上游侧开始布置。
连接到传感器腔1232的上游侧通道由具有大通道截面的上游侧缓冲室1122、连通孔1132、以及传感器单元1200中具有小通道截面的入口侧流动通道1212和1222(上游侧上的窄且小的通道)构成。而且，连接到传感器腔1232的下游侧流动通道由具有大通道截面的下游侧缓冲室1123、连通端口1133、以及传感器单元1200中具有小通道截面的出口侧流动通道1213和1223(下游侧上的窄且小的通道)形成。
而且，如图11所示，用于封闭传感器容纳凹入部分1110的侧表面开口的密封封盖1400具有这样的结构即用于装配板1500的凹入部分1402设置在板形主体1401的外表面上；用于将每个端子板1250的弯片1254露出的开口1403以及用于定位板1500的销1406和1407设置在凹入部分1402的底壁上；与传感器容纳凹入部分1110中的预定部分啮合的啮合爪1405从主体1401的内表面突出；而且在传感器单元1200和弹簧1300容纳在传感器容纳凹入部分1110中的状态下，密封封盖1400被附装到盒壳体1101。在此状态下，将板1500附装到密封封盖1400的凹入部分1402。结果，板1500的预定触点1501与端子板1250保持导电接触。板1500设有切口1506和孔1507以与用于定位的销1406和1407啮合。
根据上述实施例，仅仅通过从上将安装有传感器芯片1230的传感器基座1220接合到单元基座1210中并将粘结膜1240粘贴在两个布置好的部件的上表面上(即粘贴在此状态下的传感器基座1220与单元基座1210两者的上表面上)，就可以同时固定和密封由不同材料形成的两个部件(金属传感器基座1220和树脂单元基座1210)。所以，组装的可操作性非常好。而且，粘结膜1240被简单地粘贴到两个部件。因此，可以在不受每个部件尺寸精度的很大影响下密封部件。例如，当通过用大规模生产机器加热和加压来焊接粘结膜1240的情况下，可以仅通过管理大规模生产机器的温度和压力就提高密封性能。因此，可以实现大规模生产时的稳定性。另外，可以容易地附装影响密封特性的粘结膜1240，并且空间效率很高。因此，可以减小传感器单元1200的尺寸。
而且，采用了这样的结构，其中传感器腔1232的入口侧流动通道1212和1222以及出口侧流动通道1213和1223分别形成在传感器基座1220和单元基座1210中，并且墨水通过入口侧流动通道1212和1222流入传感器腔1232并通过出口侧流动通道1213和1223排出。因此，墨水持续地流到传感器腔1232。结果，可以防止由于液体或气泡留在传感器腔1232中而导致的错误检测。
另外，粘结膜1240对单元基座1210的结合面的高度被设成低于对传感器基座1220的结合面的高度。因此，可以由粘结膜1240利用台阶来压迫传感器基座1220，并增大传感器基座1220对单元基座1210的固定力。而且，可以在没有松动的情况下进行附装。
此外，传感器单元1200布置在盒壳体1101的输送通道端部附近，并且传感器单元1200的入口侧流动通道1212和1222、传感器腔1232以及出口侧流动通道1223和1213连续设置于输送通道中，以便于从上游侧依次排列。因此，可以精确地检测墨盒1100中液体的残余量。
接着将用根据本发明第一实施例的传感器单元200作为示例来描述检测墨水的原理。
当墨盒100中的墨水被消耗时，所存储的墨水从送墨部分103通过传感器单元200的传感器腔232被输送到喷墨打印机的打印头12。
此时，当墨盒100中残留足够墨水时，传感器腔232充满墨水。另一方面，当墨盒100中残留的墨水量减少时，传感器腔232未充满墨水。
因此，传感器单元200检测在此状态下由于变化导致的声阻差。所以，可以检测出是残留了足够墨水，还是消耗了一部分墨水并且残留的墨水量减少了。
具体地，当对压电元件234施加电压时，利用压电元件234的变形使振动板233变形。当在使压电元件234强迫变形之后停止施加电压，则挠性振动在振动板233中持续一段时间。残余振动是振动板233和传感器腔232中的介质的自由振动。因此，通过允许施加到压电元件234的电压具有脉冲波形或者矩形波形，可以容易地获得施加电压之后振动板233和介质之间的共振。
残余振动是振动板233的振动，并且伴随着压电元件234的变形。因此，压电元件234通过残余振动产生反电动势。此反电动势通过端子板250从外部检测。
因为使用检测到的反电动势可以指明共振频率，所以基于共振频率可以检测墨盒100中墨水的存在。
权利要求
1.一种液体检测装置，包括单元基座，所述单元基座在其上表面上设有凹入部分并且所述单元基座包含第一材料；传感器基座，所述传感器基座容纳在所述凹入部分中并包含不同于所述第一材料的第二材料；传感器芯片，所述传感器芯片安装在所述传感器基座的上表面上并具有用于接纳作为检测对象的液体的传感器腔，在所述传感器芯片中，所述传感器腔的下表面形成为被开口来允许液体流入其中，且其上表面被振动板封闭并设有安装在所述振动板的上表面上的压电元件；粘结层，其形成在所述传感器基座的上表面上并将所述传感器芯片与所述传感器基座彼此固定和密封；和粘结膜，其将所述传感器基座和所述单元基座彼此固定和密封，并且其内周部分粘结到所述传感器基座的所述上表面且其外周部分粘结到所述单元基座的所述上表面。
2.根据权利要求1所述的液体检测装置，还包括液体存储空间，所述液体存储空间在所述单元基座和所述传感器基座中形成并与所述传感器腔连通。
3.根据权利要求1所述的液体检测装置，其中所述粘结膜的所述内周部分通过所述粘结层粘结到所述传感器基座的所述上表面。
4.根据权利要求1所述的液体检测装置，其中所述第一材料是树脂。
5.根据权利要求1所述的液体检测装置，其中所述第二材料是金属。
6.根据权利要求2所述的液体检测装置，其中所述传感器基座和所述单元基座具有第一通道和第二通道来作为所述液体存储空间，通过所述第一通道将液体供应到所述传感器腔，且通过所述第二通道从所述传感器腔排出液体。
7.根据权利要求1所述的液体检测装置，其中所述传感器基座的所述上表面定位成高于所述单元基座的所述上表面。
8.一种液体容器，包括容器主体，其具有将其中存储的液体输送到外面的输送通道；和根据权利要求6所述的液体检测装置，其在所述输送通道的端部附近附装到所述容器主体，其中所述第一通道、所述传感器腔和所述第二通道连接到所述输送通道以按此顺序从上游侧连续地布置。
9.一种制造液体检测装置的方法，所述液体检测装置包括单元基座，所述单元基座在其上表面上设有凹入部分并且所述单元基座包含第一材料；传感器基座，所述传感器基座容纳在所述凹入部分中并包含不同于所述第一材料的第二材料；传感器芯片，所述传感器芯片安装在所述传感器基座的上表面上并具有用于接纳作为检测对象的液体的传感器腔，在所述传感器芯片中，所述传感器腔的下表面形成为被开口来允许液体流入其中且其上表面被振动板封闭，并且压电元件安装在所述振动板的上表面上；所述方法包括在所述传感器基座的上表面上形成粘结层；将所述传感器芯片安装在所述粘结层上，以通过所述粘结层将所述传感器芯片与所述传感器基座一体固定并密封所述传感器芯片与所述传感器基座；将与所述传感器芯片一体形成的所述传感器基座容纳在所述凹入部分中；以及在此状态下从上方放置粘结膜，以将所述粘结膜的内周部分粘结到所述传感器基座的所述上表面并将所述粘结膜的外周部分粘结到所述单元基座的所述上表面，由此将所述传感器基座和所述单元基座一体固定和密封。
10.一种液体容器，包括容器主体，其具有储液室、将液体从所述储液室输送到外面的输送通道、以及布置在所述输送通道中的传感器容纳部分；传感器单元，其安装在所述传感器容纳部分中用于检测液体；缓冲室，其通过所述容器主体中的传感器接纳壁与所述传感器容纳部分相邻布置，并连续地布置在所述输送通道中以与所述输送通道的上游及其下游连通；环形密封构件，其具有弹性并密封所述传感器单元和所述传感器接纳壁；和施压弹簧，对着所述传感器接纳壁对所述传感器单元施压，以压紧所述密封构件并产生密封所述密封构件、所述传感器单元和所述传感器接纳壁所需的压力。
11.根据权利要求10所述的液体容器，其中所述传感器单元包括用于检测液体的传感器芯片、支撑所述传感器芯片的传感器基座、以及支撑所述传感器基座的单元基座，并且所述施压弹簧通过所述传感器基座或所述传感器芯片而对着所述传感器接纳壁对所述传感器单元施压。
12.根据权利要求11所述的液体容器，其中所述传感器芯片具有用于接纳作为检测对象的液体的传感器腔，在所述传感器芯片中，所述传感器腔的下表面被开口来接纳液体且其上表面被振动板封闭，并且压电元件布置在所述振动板的上表面上，所述传感器基座是金属基座体，其安装并固定所述传感器芯片，所述单元基座是树脂基座体，其安装并固定所述传感器基座，并且当所述传感器单元被安装在所述传感器容纳部分中时所述单元基座的下表面通过所述密封构件而与所述传感器接纳壁相对，并且在所述传感器基座和所述单元基座中形成与所述传感器腔连通的液体存储空间，并且与所述液体存储空间和所述缓冲室连通的流动通道设置在所述传感器接纳壁中且在所述环形密封构件内侧的位置处。
13.根据权利要求10所述的液体容器，其中所述施压弹簧在压缩状态下置于所述传感器单元与所述传感器容纳部分的同所述传感器单元相对的壁之间。
14.根据权利要求10所述的液体容器，还包括布置在所述传感器芯片上方的压盖，其中所述施压弹簧通过所述压盖对所述传感器基座或传感器芯片施压。
15.根据权利要求10所述的液体容器，其中在所述单元基座的上表面上形成凹入部分，并且所述传感器基座容纳在所述凹入部分中，利用布置在所述传感器基座的上表面上的粘结层将所述传感器芯片与所述传感器基座彼此固定和密封，并且利用粘结膜将所述传感器基座与所述单元基座彼此固定和密封，所述粘结膜的内周部分被粘结到所述传感器基座的所述上表面，且外周部分粘结到所述单元基座的界定所述凹入部分的所述上表面。
16.根据权利要求15所述的液体容器，其中所述传感器基座的所述上表面定位成高于所述单元基座的所述上表面。
17.根据权利要求10所述的液体容器，其中所述传感器基座和所述单元基座具有入口侧流动通道和出口侧流动通道来作为所述液体存储空间，所述容器主体具有上游缓冲室和下游缓冲室来作为所述缓冲室，所述上游缓冲室与所述输送通道的上游和所述入口侧流动通道连通，且所述下游缓冲室与所述输送通道的下游和所述出口侧流动通道连通，并且从所述输送通道的上游流入的液体通过所述上游缓冲室和所述入口侧流动通道被供应到所述传感器腔，并从所述传感器腔通过所述出口侧流动通道和所述下游缓冲室被排出到所述输送通道的下游。
18.根据权利要求10所述的液体容器，其中所述传感器单元包括传感器芯片，所述传感器芯片具有用于接纳作为检测对象的液体的传感器腔，在所述传感器芯片中，所述传感器腔的下表面形成为被开口来允许液体流入其中且所述传感器腔的上表面被振动板封闭并设有安装在所述振动板的上表面上的压电元件；传感器基座，所述传感器基座安装和固定所述传感器芯片并包含第一材料；单元基座，所述单元基座安装和固定所述传感器基座并包含不同于所述第一材料的第二材料，并且在所述单元基座中，当所述传感器单元被安装在所述传感器容纳部分中时所述单元基座的下表面通过所述密封构件而与所述传感器接纳壁相对，并且其中所述施压弹簧在避免对所述传感器基座和所述传感器芯片施压的同时对所述单元基座施压。
19.根据权利要求18所述的液体容器，还包括液体存储空间，所述液体存储空间在所述单元基座和所述传感器基座中形成并与所述传感器腔连通；和流动通道，所述流动通道与所述液体存储空间和在所述传感器接纳壁中位于所述环形密封构件内侧处的所述缓冲室连通。
20.根据权利要求18所述的液体容器，其中所述第一材料是金属。
21.根据权利要求18所述的液体容器，其中所述第二材料是树脂。
22.根据权利要求18所述的液体容器，其中所述施压弹簧在压缩状态下置于所述传感器单元与所述传感器容纳部分的同所述传感器单元相对的壁之间。
23.根据权利要求18所述的液体容器，还包括安装在所述单元基座上方的压盖，以在不接触所述传感器芯片和所述传感器基座的情况下覆盖所述传感器芯片，其中所述施压弹簧通过所述压盖对所述单元基座施压。
24.根据权利要求18所述的液体容器，还包括安装在所述单元基座上方的压盖，以在不接触所述单元基座的情况下覆盖所述传感器芯片和所述传感器基座；和螺钉，所述压盖利用所述螺钉固定到所述容器主体，并且其中所述施压弹簧在压缩状态下置于所述压盖与所述单元基座之间。
25.根据权利要求24所述的液体容器，其中所述施压弹簧是与端子板一体形成的片簧，所述端子板电连接到所述传感器芯片的电极。
26.根据权利要求18所述的液体容器，其中在所述单元基座的上表面上形成凹入部分，并且所述传感器基座容纳在所述凹入部分中，利用布置在所述传感器基座的上表面上的粘结层将所述传感器芯片与所述传感器基座彼此固定和密封，并且利用粘结膜将所述传感器基座与所述单元基座彼此固定和密封，所述粘结膜的内周部分被粘结到所述传感器基座的所述上表面，且所述粘结膜的外周部分粘结到所述单元基座的所述上表面。
27.根据权利要求26所述的液体容器，其中所述传感器基座的所述上表面定位成高于所述单元基座的所述上表面。
28.根据权利要求18所述的液体容器，其中所述传感器基座和所述单元基座具有入口侧流动通道和出口侧流动通道来作为所述液体存储空间，所述容器主体具有上游缓冲室和下游缓冲室来作为所述缓冲室，所述上游缓冲室与所述输送通道的上游和所述入口侧流动通道连通，且所述下游缓冲室与所述输送通道的下游和所述出口侧流动通道连通，并且从所述输送通道的上游流入的液体通过所述上游缓冲室和所述入口侧流动通道被供应到所述传感器腔，并从所述传感器腔通过所述出口侧流动通道和所述下游缓冲室被排出到所述输送通道的下游。
29.一种液体容器，包括容器主体，其具有储液室、将液体从所述储液室输送到外面的输送通道、以及传感器容纳部分；传感器单元，其安装在所述传感器容纳部分中用于检测所述输送通道的一部分中的液体，所述传感器单元具有与所述输送通道流体连通的传感器腔；可变形密封构件，用于在保持与所述传感器腔和所述输送通道流体连通的同时密封所述传感器单元和所述传感器容纳部分的传感器接纳壁；和施压弹簧，用于对着所述传感器接纳壁对所述传感器单元施压，以对所述可变形密封构件产生密封所述传感器单元和所述传感器接纳壁所需的压力。
全文摘要
本发明公开了一种液体检测装置、液体容器和制造液体检测装置的方法。该液体检测装置包括单元基座，在其上表面上设有凹入部分并包含第一材料；传感器基座，容纳在凹入部分中并包含不同于第一材料的第二材料；传感器芯片，安装在传感器基座的上表面上并具有接纳作为检测对象的液体的传感器腔，其中传感器腔的下表面形成为被开口来允许液体流入其中，且其上表面被振动板封闭并设有安装在振动板的上表面上的压电元件；粘结层，形成在传感器基座的上表面上并将传感器芯片与传感器基座彼此固定和密封；和粘结膜，其将传感器基座和单元基座彼此固定和密封，并且其内周部分粘结到传感器基座的上表面且其外周部分粘结到单元基座的上表面。
文档编号G01F23/22GK1840348SQ20061006695
公开日2006年10月4日 申请日期2006年3月30日 优先权日2005年3月31日
发明者矢岛实, 市桥晃, 张俊华, 鳄部晃久 申请人:精工爱普生株式会社