JP2525565B2

JP2525565B2 - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2525565B2
Application number: JP59080592A
Authority: JP
Inventors: 良夫竹内; 康彦田中; 治峯田
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1984-04-20
Filing date: 1984-04-20
Publication date: 1996-08-21
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: JPS60224553A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はインクジェット記録装置に関し、ノズルや圧
力室内に発生または浸入した気泡や固型物などのような
インク液滴の正常な噴射や飛翔を妨げる要因を高効率で
排除し速やかに正常噴射に回復せしめるようにしたもの
である。

〔従来技術〕

インクジェット記録装置の記録ヘッドについては従
来、いくつかの方式が提案され実用化されている。例え
ば第１図はドロップオンデマンド方式と呼ばれる方式の
一例である。今、ノズル２及び圧力室３が導管７によっ
て、インク貯蔵器８から導かれたインクによって満され
ている状態を考える。ここでパルス発生器９により電気
パルスを圧電変換素子４に印加すれば、記録ヘッド１の
可撓壁５は圧電変換素子４と共に圧電効果によって圧力
室３側に撓み、圧力室３の容積が急激に減少する。この
容積の急激な減少により圧力室３に液圧が発生し、この
液圧によって、圧力室３内のインクがノズル２を通じ
て、インク液滴Ａとなって外部へ噴射され、記録媒体Ｐ
上に付着してインクドットを形成する。圧力室３内のイ
ンクの減少分はインク貯蔵器８に貯蔵されたインクＢが
導管７を通じて圧力室３内に流入し、これを補う。

ところで、インク液滴Ａの正常な噴射、飛翔を妨げる
要因は様々存在するが、それらのうち、通常の使用時に
しばしば発生するものとして、ノズル２や圧力室３内に
存在する気泡や固型物がある。即ち、ノズル２や圧力室
３内に気泡が存在すると、圧力室３で発生した圧力の全
部または一部がその気泡に吸収されるため、インク液滴
を噴射できなくなるとか、また噴射はするが飛翔速度が
変動して、真直に翔ばなかったり、インク液滴Ａがいく
つもの小滴に分離して飛び散るなどの異常が発生する。

また、ノズル２内に凝固物や塵挨等の固型物が存在す
ると、インクの正常な噴射が妨げられ、極端な場合に
は、ノズル２が目詰りして、インク液滴Ａは全く噴射で
きなくなる。固形物が圧力室３内に存在する場合には、
すぐには異常とならないが、何れノズル２の目詰りの原
因となって上記に述べたような問題が発生する。

更に、記録ヘッド１のノズル２の外面は記録紙Ｐに近
接しているために、ノズル面に紙粉などのダストが付着
したりして、噴射方向不良や噴射不安定等の噴射不良を
惹起する。

こうした異常噴射や噴射不良の原因となる気泡や固形
物は次のような理由で発生すると考えられる。即ち、記
録装置（図示せず）の記録動作中や、待機中に記録ヘッ
ド１に異常な衝撃が加わり、ノズル２から気泡を吸い込
んでしまう場合、記録動作中にパルス発生器９から圧電
変換素子４に印加される電気信号にノイズが重畳するこ
とによって、ノズル２内のインクのメニスカスの正常な
振動が乱されノズル２から気泡が吸い込まれてしまう場
合、インク中に溶存していた空気が析出する場合、ま
た、記録装置の非動作中に周囲温度が変化し、インクが
熱膨張または収縮してノズル２から気泡が吸い込まれる
場合など、多くの理由がある。また、固形物はプリント
ヘッド１を長時間使用せずに放置した場合や、環境湿度
が異常に低い場合にノズル２内のインクが乾燥固化して
発生したり、空気中に浮遊する塵挨や記録紙Ｐから発生
した紙粉がノズル２内に進入することによっても発生す
る。また、固形異物が元々インク中に含まれていたり、
経時変化によってインク中に発生することもある。

このようなプリントヘッド１のノズル２からのインク
の正常な噴射・飛翔を妨げる気泡や固形物を排除するた
めに、従来はインクに所定圧以上の洗浄液圧をかけ（洗
浄液圧をかける手段は図示せず）圧力室３及びノズル２
内に強制的なインク流れを形成するという方法が採られ
てきた（例えば特開昭53−150030号公報）。

しかしながら、このように単に洗浄液圧をかけて強制
的なインク流れを形成するだけでは、気泡や固形物を排
除する効果が十分でなかった。即ち、気泡や固形物がノ
ズル２や圧力室３内の壁に付着している場合や、この壁
の近傍に存在する場合には、これらの場所でのインク流
通が十分でなく、排除できないことが多かった。特に記
録ヘッド１が第１図に示されているように水平に保持さ
れず、ノズル２側が下になるように傾いて保持される場
合には、気泡がその浮力によってノズル２とは逆の方向
に移動する傾向があり、このような場合には殆んど排除
することが不可能であった。

このように気泡や固形物がノズル２や圧力室３から排
除されない場合、従来はインク流れを形成するという動
作を何度も繰り返す必要があったので、高価なインクが
無駄に棄てられてしまうという問題があった。記録装置
上で、記録ヘッド１が正常に回復しない場合には、記録
ヘッドが故障品と見做され、記録装置から記録ヘッド１
を取り外した後、別途にインクを洗浄再充填する必要が
あり、甚しい場合には高価な記録ヘッド１が不良品とし
て廃棄されることもあった。

記録ヘッド１の他の回復手段としては、特開昭58−18
273号公報に示された方法がある。これは記録ヘッド上
の振動子に低周波数の振動をさせてノズル内の気泡を除
去するものである。

振動子に通常の印字時と同様の電気パルスをパージ励
振時に印加すると、インクに与える振動のエネルギーが
大きすぎるため、反ってインク流路内にキャビテーショ
ンを起こしたり、又はノズルのメニスカスが引込みすぎ
たりして、結果としてインク流路内に気泡が取り込ま
れ、インク液中の気泡のため前述のような記録時に正確
なインクの噴射が行われない欠陥を生じた。

これを回避するための上記従来例は、振動子に印加す
る電気信号の電源を２種類用意しておき、パージ励振の
ときは、印字時よりも低い電圧を供給するようにしたも
のである。

第２図は従来の振動子駆動装置であり、例えば120Vの
高電圧電源Ｈと、例えば30Vの低電源電圧Ｌの２つの電
源を備えている。Ｒはこの電源H,Lに切替え接続するリ
レー（継電器）であり、ドライブ回路Ｄに導通する。該
リレーＲの切替えと、ドライブ回路Ｄの動作とはコンピ
ュータCPUにより制御され、圧電変換素子４に励振させ
る。

そしてインク噴射記録時は高電圧側に、パージ励振時
には低電圧側に切替える。この切替によって第３図
（Ａ），（Ｂ）に示すように、電圧の低い、即ち励振エ
ネルギーの少ないドライブパルス（パルス幅Ｗ）を得
て、これでパージのための励振を行なう。

しかし、この方法では、電源を２種類用意しなければ
ならず、コスト高や記録装置の大形化を招き好ましくな
い。

〔発明の目的〕

本発明はこのような問題点に鑑み、記録ヘッドのイン
ク流路内に入った気泡や固形物を極めて簡単かつ効果的
にノズル外に排出させて印字品質の向上を計るようにし
たもので、このとき特別にパージ励振用の低電圧電源を
設けることなく、実質的に励振電圧を下げるようするこ
とにより、安価で小形のインクジェット記録装置を提供
することを目的とするものである。

〔発明の構成〕

本発明のインクジェット記録装置は、共同インク室、
複数の圧力室、インク流路おびインク噴射ノズルを有す
る記録ヘッドを備え、記録時に、圧力室の圧電変換素子
の動作により複数のインク噴射ノズルからインクを噴射
するインクジェット記録装置において、記録時の電源駆
動回路とパージ時の電源駆動回路とを共通にし、前記圧
電変換素子への記録信号が中断している非記録時のパー
ジ動作時に、前記インク流路に圧電変換素子により機械
的振動を与え、この非記録時における前記圧電変換素子
に印加する電気信号のパルス幅を、記録時のパルス幅よ
り短く、かつパルス電圧が十分に立ち上がらない長さと
することにより該電気信号の電圧のピーク値を低くした
ことを特徴とするものである。

〔実施例〕

以下、図示実施例に基づいて本発明を詳述する。

第４図は本発明に係るインクジェット記録装置の概略
を説明する図である。なお、第１図と同一構造部品につ
いては同一符号を付してある。

図において、記録ヘッド１は複数のノズル２、複数の
圧力室３、共同インク室６及び圧電変換素子４等から成
り、インク供給管７、インク貯蔵器８に流体接続してい
る。また前記圧電変換素子４は外部の電気パルス発生器
９に電気的に接続されている。

また10は記録紙Ｐを給送する円筒状のプラテンであ
る。該プラテン10はモータ等（不図示）によって駆動さ
れて回転し、記録紙Ｐをプラテン10に密着するようにし
て搬送する。

複数のノズル２を有する記録ヘッド１は、キャリッジ
11に接続されたワイヤ又はベルト等の伝導部材12及びこ
れを駆動するモータ13によって、プラテン10の軸と平行
方向に、記録紙Ｐに近接して左右に移動する。記録ヘッ
ド１はこの左右移動中にノズル２から記録紙Ｐに向けて
インク滴を噴射し、記録紙Ｐ上にドットマトリクス上の
文字又は画像を形成する。

記録ヘッド１のインク流路内に気泡や凝固物ができる
と、良好な印字記録ができなくなるので、インク滴の噴
射不良を検知したとき、又は一定時間毎、或いは印字動
作を始動する前に、記録ヘッド１内に前記インク貯蔵器
８内のインクを加圧用エアポンプ24により圧送してイン
ク流路中の気泡や異物を強制的に排除（パージ）する。

このため、記録ヘッド１を搭載するキャリッジ11を、
プラテン10の軸方向に回転自在に設けられたキャップロ
ーラ15の方向に移動する。このキャップローラ15の外周
面に記録ヘッド１のノズル面2Aが近接して相対する（パ
ージ位置）。

このパージ動作についての概略を第４図に示すが、イ
ンク滴の噴射不良検知後、印字動作開始前で、一定時間
毎に行われる動作である。キャップローラ15は同軸に固
定したウォームホイール16と、これにかみ合うウォーム
17及び駆動用モータ18により動力伝達されて矢印方向に
回転可能となっている。キャップローラ15の下方であっ
て該ローラ15の外周面に接近してパージ用細管19が設け
られていたチューブ20に接続し、更に密閉状の廃液タン
ク21に接続している。該廃液タンク21は更に吸引用のチ
ューブ22を介して排気用のエアポンプ23に接続してい
る。

前述のパージ動作によって、記録ヘッド１内の気泡や
異物が加圧インクと共に排出されると、これらは前記キ
ャップローラ15の外周面とこれに近接して対峙する記録
ヘッド１のノズル面2Aとの間に溜ってインクの液柱（イ
ンクコラム）を形成する。このインクコラムは、エアポ
ンプ23による吸引空気流によって細管19から吸引され
て、チューブ20を通って廃液タンク21内に貯溜される。

このようなパージ動作を所定時間、例えば約５秒行な
うと、記録ヘッド１内の気泡や異物は除去されて目詰り
がなくなる。次に加圧インク流の供給をやめ、所定時
間、例えば約10秒経過した後にエアポンプによる吸引を
開始すると、インクコラムは消滅し定常のインク液圧に
復帰し、再び正常のインク滴噴射が可能になる。次いで
噴射ミス検知装置14の位置に記録ヘッド１を移行して対
峙せしめ、各ノズルから順次インク滴を噴射せしめて噴
射ミスの有無を検知する。

なお、インク噴射異常を回復せしめるパージ手段を動
作せしめる各部材、即ち圧電変換素子４、パルス発生器
９、駆動回路25、モータ13、モータ18、排気用エアポン
プ23、加圧用エアポンプ24は何れもマイクロコンピュー
タ26の指令によって動作される。

第５図は本発明による圧電変換素子４の駆動制御回路
を示す。これはマイクロコンピュータ（以下CPUと略記
する）26を用いて圧電変換素子４の駆動用電気パルスの
幅を可変設定できるようにするものである。先ず電気パ
ルスを印字時とパージ時とをそれぞれ別個に設定する。
例えば印字時には110μsecのパルス幅を発生するが、パ
ージ励振時には３μsecのパルス幅の電気パルスを発生
するようにする。パルス幅の設定は予め例えばROM（リ
ードオンリーメモリ）に書き込んでおいて、その後に読
み込んでパルス幅の指令を発生する。上記所定のパルス
幅がCPU26より指令され、パルス発生器９に入力され
る。TR₁は信号をON,OFFするトランジスタである。27は
高電圧電源であり、例えば120Vに設定されている。Ｒ
は固定抵抗器、Ｒはライズタイム調整用の半固定抵抗器
である。

今、TR₁のベースにLowの信号が入力されると、TR₁は
非導通となり、電源27の電圧はTR₂,TR₃と半固定抵抗Ｒ
を経て、圧電変換素子（静電容量はＣ）に時定数τ＝Ｒ
・Ｃで電圧を印加し充電していく。次に、TR₁のベース
にHightの信号が入力されると、TR₁は導通し圧電変換素
子４に充電された電気エネルギーは半固定抵抗Ｒ→ダイ
オードＤ→抵抗Ｒを通じて時定数τ＝（Ｒ＋Ｒ）・
Ｃにより放電される。

これにより、CPUからの指令に基づいたパルス発生器
からのパルス幅が十分長くとることによって、第６図
（Ａ）に示すような電源電圧120Vのピーク値をもつ通常
の印字を行なう駆動パルスを得ることができる。またパ
ージを行なう際はCPUからの指令に基づいたパルス発生
器からの幅を短かくとるとパルス電圧が十分に立ち上が
らないうちに減衰してしまい第６図（Ｂ）に示すような
ピーク値30Vの信号を得ることができる。或いは、パル
ス発生器からのパルス幅を小さく周波数を高くし、高周
波でパルス幅の短かいピーク値の小さいパージ用パルス
を同様にCPUからの指令で作成することができる。（第
６図（Ｃ）参照）なおW₁は印字時の電圧パルス幅、W₂,W₂′はパージ時
の電圧パルス幅である。以上のように１つの電源電圧を
用いて、CPUからの２種類若しくは２種類以上のパルス
幅のパルス信号の指令により、容易に２種類若しくは２
種類以上の電圧パルスが得られる。

また、複数のノズルを有する記録ヘッドにおいては、
各ノズル毎のインク流路（チャネル）のそれぞれがドラ
イブ特性が若干異なるため第５図の半固定抵抗Ｒ（又は
差し替え抵抗）の各チャネル毎に異ならしめている。こ
のような複数のチャネルの記録ヘッドでは、CPU26から
指令されるパルスが、各チャネルで同じパルス幅、例え
ばパージ時に３μsecのパルス幅のパルスを与えたので
は、各チャネル間でパルスのピーク電圧（例えば30V）
に差が大きくなる。このような複数チャネルの場合に
は、第５図のパルス発生器９から右側の駆動回路を各チ
ャネル毎に別系統で設け、CPU26からチャネル毎に異な
ったパルス幅のパルスを指令して与えてもよい。これに
より、各チャネルとも、ほぼ所定のピーク電圧値、例え
ば30Vとなるように揃えることが可能となる。

なお、パージ励振時のピーク電圧値は、実験の結果、
インク流路内にキャビテーションなどの不都合を起こさ
ないためには、インクに与える振動エネルギーをある程
度低くする必要があり、通常の印字時のピーク電圧値の
50％以下に下げるのがよいことが判明した。更に好まし
くは、パージ励振時のピーク電圧値を通常の印字時の電
圧値（例えば120V）の30％前後（例えば30V）とする
と、最も良い効率となる結果が得られた。

また、このようにして得たパージ励振用のパルス群の
繰り返し周波数は一定にしておくよりは、記録ヘッドの
共振周波数付近で掃引（スイープ）させると、効果は格
段に向上する。この共振周波数は記録ヘッド毎に固体差
があり、また同一の記録ヘッドでもチャネル毎に差があ
ることもあるので、これら共振周波数分散を含むある程
度広い周波数範囲で掃引することが好ましい。

第７図は可変高周波励振によるパージの一実施例を示
すタイミングチャートである。図において、Ａ点は記録
ヘッドのパージ開始時点であり、パージ位置に移動され
た記録ヘッドには、インク供給系よりの加圧インク流が
流入開始される。その５秒後（Ｂ点）には、CPU26から
高周波パルスが指令され、圧電変換素子４にパルス電圧
が約30秒印加される。ここで高周波パルスは可変であっ
て、最初は6.5KHzで駆動を開始され、次第に高周波数が
増加され、30秒後のＣ点では12KHzに達する上昇掃引
（スイープ）である。このＢ−Ｃ間では周波数を177分
割し、各周波数は168m secの間駆動される。

次にＣ−Ｄ間では12KHzから6.5KHzに下降する掃引を3
0秒間行なう。この間の周波数分割は前記Ｂ−Ｃ間の場
合と同じでよい。

Ｄ点で高周波励振によるパージが終了した５秒後に、
加圧インク流給送によるパージ動作を終了する（Ｅ
点）。

その後、所定時間例えば16秒経過後に（Ｆ点）、記録
ヘッドを噴射ミス検知装置14に移行して対峙せしめ、各
ノズルから順次インク滴を噴射せしめて噴射ミスの有無
を検知する。この検知により正常噴射に復帰したことが
確認できたら、通常の印字を開始する。若しこの検知に
より依然異常噴射を検知したら、再度上記高周波励振パ
ージシーケンスを繰返す。

第８図は、本発明の他の実施例を示すものである。こ
の場合には機械的振動を発生させる手段として、通常の
記録動作時にインク液滴を噴射させるために使用する圧
電変換素子４とは別個に圧電変換素子28を用いたもので
ある。該圧電変換素子28は記録ヘッド１のインク流路近
傍、例えば圧力室３付近や圧力室３とノズル２を連通す
る頚部インク流路、或いは共同インク室６付近に固定さ
れ、第５図及び第７図において説明した手順によってパ
ージ動作を行い、同様の効果が得られる。

または、上記圧電変換素子28を記録ヘッド１に固定せ
ず、記録ヘッド１がパージ位置に移行すると、記録ヘッ
ド１と圧電変換素子28とは接触して、この圧電変換素子
28の前記励振により、同様の効果を記録ヘッド１にもた
らす。この圧電変換素子28と記録ヘッド１との接触方法
は、固定された圧電変換素子28に記録ヘッド１が移動し
てきて接触が完了するという方法を採ってもよい。、逆
に固定された記録ヘッド１に圧電変換素子28が移動して
来て接触が完了するという方法を採ってもよい。

また、上記圧電変換素子４または28としては、圧電変
換素子の他に、磁歪振動子、ホーン等が考えられる。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明したように、本発明のインクジェッ
ト記録装置によれば、記録ヘッドの圧力室やノズルから
成るインク流路内に発生、または浸入した気泡や固形物
を高い効果で排除することができ、印字品質低下を著し
く改善することができ、特に電源部を小形・簡易化し
て、動作の安定化を高め、かつ低価格化に有効なもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のインクジェット記録装置のインク供給系
路の模式図、第２図は従来の振動子駆動回路図、第３図
（Ａ），（Ｂ）は従来の電圧波形図、第４図は本発明に
係るインクジェット記録装置の構成図、第５図は本発明
による圧電変換素子の駆動制御回路、第６図（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）は、電圧波形図、第７図はタイミングチ
ャート、第８図は本発明による他の実施例を示す図であ
る。１……記録ヘッド、２……ノズル４……圧電変換素子、９……パルス発生器 26……CPU（マイクロコンピュータ） 27……高圧電源

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】共同インク室、複数の圧力室、インク流路
およびインク噴射ノズルを有する記録ヘッドを備え、記
録時に、圧力室の圧電変換素子の動作により複数のイン
ク噴射ノズルからインクを噴射するインクジェット記録
装置において、記録時の電源駆動回路とパージ時の電源駆動回路とを共
通にし、前記圧電変換素子への記録信号が中断している
非記録時のパージ動作時に、前記インク流路に圧電変換
素子により機械的振動を与え、この非記録時における前
記圧電変換素子に印加する電気信号のパルス幅を、記録
時のパルス幅より短く、かつパルス電圧が十分に立ち上
がらない長さとすることにより該電気信号の電圧のピー
ク値を低くしたことを特徴とするインクジェット記録装
置。
【請求項２】前記圧電変換素子に印加する電気信号のパ
ルス幅を短くすることにより、該電気信号の電圧のピー
ク値を、前記パルス幅を短くする前の50％以下に低くし
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のイン
クジェット記録装置。
【請求項３】前記圧電変換素子に印加する電気信号の繰
り返し周波数を可変と成し、一定の範囲を掃引するよう
にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
項に記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】前記電気信号のパルス幅は、複数のインク
流路毎にそれぞれ異なった値を設定することが可能と成
すことにより、各インク流路における振動子駆動用電気
信号のピーク電圧値が、各インク流路においてほぼ一定
となるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項又は第２項に記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】前記圧電変換素子がインク流路の近傍に設
けられた磁歪形振動子であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載のインクジェット記録装置。
【請求項６】前記圧電変換素子が記録時にインク流路内
のインクを加圧してノズルから噴射せしめるための駆動
用振動子を兼用したことを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載のインクジェット記録装置。
【請求項７】前記圧電変換素子による機械的振動動作を
含む時間内、もしくは該機械的振動動作の終了後にイン
クの流れを前記インク流路内に形成することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載のインクジェット記録装
置。