JP2670129B2 - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液体噴射記録ヘッドに関し、詳しくは、記
録液収容部と記録ヘッド部とが一体に構成され、記録液
収容部内のインク残量の検知が可能で、かつ、記録液収
容部の交換が可能な液体噴射記録ヘッドに関するもので
ある。

［従来の技術］ 従来の液体噴射記録ヘッドとしては、 （１）恒久型で記録液（以下でインクという）にエネル
ギーを供給して吐出口から吐出させる機能を具えた記録
ヘッド部とインクを収容したインクタンクとが供給チュ
ーブで継がれているもの （２）恒久型で、記録ヘッド部と交換可能なインクカー
トリッジとが供給パイプで継がれていて、共にキャリッ
ジに搭載されているもの （３）使い捨て型で、記録ヘッド部とインクタンクとが
一体となったカートリッジ型のものが知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述したような従来の液体噴射記録ヘ
ッドのうち、（１）の形態のものは、記録ヘッド全体が
恒久的なものであるために、長期にわたって信頼性の維
持されるものでなくてはならず費用がかかる。また、記
録ヘッド部を搭載したキャリッジの移動に伴い、供給チ
ューブもまた変位するので、ひきずるようなことなくそ
の変位を許容するだけの空間をキャリッジ走査に関連し
て保持する必要があり、さらにその上、供給チューブか
らの気泡の混入によるインク吐出不良の問題もある。

また、（２）の形態のものもまた、記録ヘッド部につ
いては恒久型であるために長期信頼性維持のためにメン
テナンス上のサービスが必要であり、さらにインクカー
トリッジ交換時に気泡混入の虞があり、同様にインク吐
出不良の原因となる。

さらにまた、（３）の形態のものは、走査空間を狭く
保つためにタンク容量を小さくするとランニングコスト
がかかり、タンク容量を大きくしようとすると走査空間
を広く保つ必要が生じて装置のコンパクト化に逆行する
上、キャリッジの移動精度保持上にも問題が生じる。

本発明の目的は、上述したような問題点の解決を図
り、インク残量の検出が可能で、インクが無くなる都
度、容易に記録液収容部（以下でインクタンクという）
を交換することができて、ランニングコスト低減に貢献
すると共にヘッドの交換も容易にしたので信頼性が高
く、しかも装置のコンパクト化を図ることができる液体
噴射記録ヘッドを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によるインクジェット記録ヘッドは、インクを
収納したインクタンクに対して着脱自在に直結されるイ
ンクジェット記録ヘッドであって、前記インクタンクに
連通し得るインク供給部と、このインク供給部を介して
前記インクタンクから供給されるインクを吐出するため
の吐出手段を有するインク吐出部と、前記インク供給部
と前記インク吐出部との間に相互に隔てて配置され、イ
ンクの残量を検出するための３つのインク残量検出用電
極とを具え、第一および第二の前記インク残量検出用電
極の配列方向と、第二および第三の前記インク残量検出
用電極の配列方向とが交差していることを特徴とするも
のである。

この場合、前記第一および第二のインク残量検出用電
極が上下に配列する第一の姿勢、ならびに前記第二およ
び第三のインク残量検出用電極が上下に配列する第二の
姿勢でインクを吐出可能であって、前記第一の姿勢でイ
ンクを吐出する場合には前記第一および第二のインク残
量検出用電極を用いてインクの残量を検出し、前記第二
の姿勢でインクを吐出する場合には前記第二および第三
のインク残量検出用電極を用いてインクの残量を検出す
ることが有効である。

また、前記インク供給部と前記インク吐出部との間に
介装されたインク吸収体をさらに具え、このインク吸収
体に前記３つのインク残量検出用電極が埋設された状態
となっていることが好ましく、この場合、前記インク残
量検出用電極を用いて前記インクタンクの交換を検知す
ることも可能である。

さらに、前記３つのインク残量検出用電極のリードフ
レームと、前記インク吐出部の駆動用リードフレームと
を同一領域に形成するようにしてもよい。

［作用］ 本発明によると、インクタンク内のインクの消費など
に伴い、使用済みのインクタンクをインクジェット記録
ヘッドから取り出し、新たなインクタンクをインクジェ
ット記録ヘッドに対して装着する。また、インクタンク
とインクジェット記録ヘッドとは、チューブなどを介さ
ずに直結状態となっており、その分だけインクタンクの
インク収納容量が小さくなり、キャリッジ走査空間がコ
ンパクト化される。

さらに、インクジェット記録ヘッドのインク供給部と
インク吐出部との間に第一および第二のインク残量検出
用電極の配列方向と、第二および第三のインク残量検出
用電極の配列方向とが交差するように、３つのインク残
量検出用電極を相隔てて配置しており、インクジェット
記録ヘッドの姿勢（例えば下向きあるいは横向き）の変
化に対して影響をまったく受けることなく、インク残量
の検出が行われる。そして、インクタンク内のインクを
インクジェット記録ヘッド側に供給することができなく
なるまで、インクタンクが使用される。

ここで、第一および第二のインク残量検出用電極が上
下に配列する第一の姿勢でインクを吐出する場合、第一
および第二のインク残量検出用電極を用いてインクの残
量が検出される。また、第二および第三のインク残量検
出用電極が上下に配列する第二の姿勢でインクを吐出す
る場合、第二および第三のインク残量検出用電極を用い
てインクの残量が検出される。

インクジェット記録ヘッドのインク供給部とインク吐
出部との間にインク吸収体を組み込んだものでは、イン
クタンクの着脱に伴って発生する気泡がインク吸収体に
捕捉され、インクがインク吐出部から円滑に吐出され
る。この場合、インクタンクの交換回数が増すに連れて
インク吸収体内に気泡が取り込まれ、インク残量検出用
電極によって検出される抵抗値が変化するので、この抵
抗値の変化に基づいてインクタンクの交換回数を推定す
る。

［実施例］ 以下に、図面に基いて本発明の実施例を詳細、かつ具
体的に説明する。

第1A図および第1B図は本発明の第１実施例を示す。第
1A図において、１はカートリッジ型の液体噴射記録ヘッ
ドであり、記録ヘッド１は互いに着脱自在な記録ヘッド
部２とインクタンク３とで構成され、記録ヘッド１全体
を後述するようにして不図示のキャリッジに搭載するこ
とができる。なお、インクタンク３は内にインク４を収
納し、その供給口５は使用前の状態では密閉されてい
て、記録ヘッド部２に装着されると開放され、インク４
の無くなったことが後述するようにして検知されたとき
に記録ヘッド部２から取外される。

また、記録ヘッド部２は、インクを吐出口６から吐出
させるための不図示のエネルギー発生素子を液路に具え
たインク吐出部７と、インク吐出部７に送給されるイン
クが一時貯留される液室８と、インク吸収体９が装填さ
れ、後述するようにして、インク残量検知ピン10X〜10Z
によりインク残量が検知されるインク残量検知室11と、
残量検知室11からインクを液室８に送るインク通路12
と、フィルタ13、本発明のインク供給部としてのインク
供給口14、封止用０リング15、記録ヘッド部２とインク
タンク３とを係着するための係止ピン16を有する。

第1B図において、17は配線部材（以下でリードフレー
ムという）であり、リードフレーム17は一端がインク吐
出部７とそれぞれ例えばワイヤボンディング等により電
気的に接続され、他端が記録装置側に接続されるもの
で、18X,18Yおよび18Zはこのリードフレーム17に組み込
まれると共に、その一端がインク残量検知室11に設けた
インク残量検知ピン10X,10Yおよび10Zとその接続部分が
インク吸収体９中に露出されていて、これらの電極間に
電源19から抵抗Ｒを介して検知電流が供給される。Ｓは
縦横方向に配列された電極間を切替えるスイッチであ
る。

このように構成した記録ヘッド部２の係止ピン16をイ
ンクタンク３の係止孔3Aに差込んで双方を一体にする
と、インクタンク３内のインク４がインク残量を検知室
11,インク通路12および液室８を介してインク吐出部７
に導かれるが、インクタンク３における水頭が小さいた
めに、吐出部７におけるメニスカスの方が打勝ち、吐出
口６から流れ出るようなことはない。

第２図は第1Aに示すカートリッジ形態の記録ヘッド１
をキャリッジ20に搭載した記録装置の状態を示す。記録
ヘッド１は固定レバー21によりキャリッジ20上に固定さ
れており、キャリッジ20は案内軸22に沿ってステッピン
グモータ23により駆動される。24は駆動のためのワイ
ヤ、25は記録ヘッド部２に電気信号および残量検知電流
を供給するためのフラットフレキシブルケーブルであ
る。

かくして、キャリッジ20の移動中にインクタンク３か
らインク吸収体９に導かれたインク４がインク吐出部７
のインク吐出口６から吐出されて記録が行われ、またヘ
ッドの回復動作時には不図示の回復位置で回復のための
吐出が行われ、インク４がインクタンク３から消費され
ていく。そしてインク４がタンク３から無くなるにつれ
て、記録ヘッド部２のインク残量検知室11内のインク吸
収体９に含浸されていたインク量も減少していき、それ
と共に気泡が混入してきて、検知ピン10X,10Y間の電気
抵抗が次第に大きくなる。

なおこのとき、僅かながらでも導電性のインク皮膜が
インク吸収体９中に残留していると検知電流間に電流が
流れるので、インク抵抗とインク残量との関係を測定す
る回路を構成することによって、電極間抵抗（またはイ
ンク抵抗）Reとインク残量ｌとの間には第３図に示すよ
うな関係が得られ、インク残量の多少を検知することが
可能であり、このことはさらに第２の実施例のところで
述べることとする。

第３図において、曲線Ｉは第1B図に示した検知電極18
X−18Y間の抵抗R_lとインク残量ｌの関係、曲線IIは検知
電極18X−18Z間の抵抗R_lとインク残上ｌの関係を示す
が、本図からも明らかなように、インク吐出方向が横向
きの場合は上下方向に配列された電極18X−18Y間での抵
抗を求めるようにすることが望ましい。また電極間、従
って、残検ピン間の距離は長ければ本図において曲線が
αの方向に、また短ければβの方向に移行する。

また、第1A図および第1B図に示したように複数の残検
ピンを配列させることによって、インク吐出方向が横向
きであっても縦向きであってもヘッド１を共通に使用で
きる。なお残検ピンとしては少なくとも表面がSUS,金め
っき、白金等の耐蝕性のある導電性材料を使用すること
が望ましい。また、残検ピン間の距離ｌはインク残量検
知室11やタンク３の構造、そしてインク組成によっても
異なるが、実験によると５〜30mm程度が好適であり、こ
のときの抵抗値としては数十〜数百ｋΩであった。

ところで、このようなインク残量検知手段を具えた記
録ヘッドおよび記録装置においては、インクが無くなっ
た場合、好ましくはインク切れとなる前の時点（第３図
参照）でインク無しを報知する残検表示灯を点灯させる
ようになし、それに対応して記録ヘッド１をキャリッジ
20から取外して、インクタンク３を簡単に交換すること
ができるもので、交換後は同様にして記録を実施するこ
とが可能となり、ランニングコストの低減に貢献すると
ころが大である。なお、交換後は所定の回復動作を行う
ことが望ましいのはいうまでもなく、また、必要に応じ
て記録ヘッド部２を交換することも可能である。

ヘッドの交換時期を知らせるものとしては、例えば残
検の点燈回数をメモリとしておき、加算機構によって所
定の値に達したら交換を促すタイプ（表示）をもちいて
も良く、他の公知の方法でもよい。

次にインク残量を検出する回路の構成を第４図に示
す。インク残検は記録装置側で行われるものであるが、
その回路の構成は例えば第４図の（Ａ）および（Ｂ）に
示すような公知のものでよく、ここで、31は比較器、32
は基準電源である。、なお、抵抗値測定時の通電により
インク４が電気分解し、気泡を発生させたりすることが
ないように、例えば数msec等の短時間で１回の測定を行
い、測定毎に（Ａ）から（Ｂ），（Ｂ）から（Ａ）とい
うように極性を反転させるようにする。

このように構成した記録ヘッド１においては、その記
録ヘッド部２にインク吸収体９を設けたことによって、
インクタンク３を長期取外した状態としても吐出部７に
おけるインクのメニスカスが後退した状態に保たれるた
めに、吐出面がインクが固着したりすることも無く、ま
た、ごみ等の異物が吐出部７に侵入するのをフィルタ13
と共に防止する効果が得られ目詰りが妨げる。

また、記録の途中で残検が報知されても、インク吸収
体９に残存するインク４によって被記録材１枚分のべた
黒記録ができるように設定することも可動である。さら
にまた、上述したように気泡やごみがインク通路２に侵
入するのを防止することができる。

第５図は本発明の第２の実施例を示す。本例は縦向き
おインク吐出により記録を行う記録ヘッドへの適用例で
あって、記録ヘッド部２にインクタンク３の例からイン
ク４による水頭圧が加わらないように、インクタンク３
内にインク吸収部材41を装填したものである。42はイン
クタンク４に設けた大気連通孔である。

このように構成した記録ヘッド100による着脱動作を
第6A図および第6B図によって説明する。第6A図は記録ヘ
ッド部２においてインク残量が少なくなった状態を示
し、そのインク残量検知室11においては多数の気泡43が
発生している。このような状態となった場合は、この記
録ヘッド部２に装着されていたインクタンク３の側は完
全に空であり、後述するように好ましくはこのようにな
る前にインクタンク３を交換する必要がある。また、第
6B図は記録ヘッド部２とインクタンク３とを互いに装着
し合った状態を示し、取外し時にはインクタンク３の係
止部3Aに差込まれた記録ヘッド部２の係止ピン16をばね
44を介して押え具45により押圧することにより記録ヘッ
ド部２をインクタンク３から引き外すことができる。

次に、第７図に従って、インク４がインク残量検知室
11において減少していくときの残量ｌと電極間抵抗Reと
の関係を交換回数およびその時期と関連して説明する。
いま、最初に新しいインクタンク３を記録ヘッド部２に
装着してインクが消耗していったとすると、そのときの
Re−ｌの関係はａで示すように変化する。そして、この
ときに先に述べたようにインク残量検知室11のインク吸
収体９に大気の気泡43が発生するような状態となってし
まうと、インクタンク３は完全に空となり、インク切れ
l₀の状態とって、抵抗ReがR0となる。しかしてこのよう
になった場合は、たとえ新しくインクタンク３を交換し
てもインク吸収体９中の気泡43が妨げとなって、インク
４が満たされてきても曲線ｆのような状態となり、あと
の残量検知にとっては好ましくない。

そこで、インク残量検出領域l₁を図示のような位置に
設定し、ある程度インク残量に余裕のある時点で残検を
報知するようにすることが望ましく、それには抵抗Reが
R1となったところで、第１回目のインクタンク交換を行
うようにする。かくして、２回目,3回目，…の交換を抵
抗R2,R3,…を読取って実施するようにすれば、特性曲線
が矢印に従ってａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅと推移するようにな
り、残存気泡の増加と共に対応する抵抗値Reも高くなっ
てくるが、例えば検出抵抗ReがRNとなったところで記録
ヘッド１を交換するようにすればよい。

なお、このような特性曲線ａ〜ｅはインクの組成等に
よっても異なるが、例えば検出値Reが上述のようにRNと
なったところでヘッド交換をうながす表示灯を点灯させ
るとか、残検表示灯の点灯回数を記憶させておき、その
回数が所定の回数となったときに同様にして交換を指示
すればよい。

このように構成した記録ヘッド100についてインクタ
ンク３を複数回交換したが吐出部７に気泡が混入して吐
出不良を発生することの全くないことが確認できた。ま
た、交換に際して記録ヘッド第２およびインクタンク３
の双方からいずれもインク漏れがないので、キャリッジ
上でインクタンク３の交換が可能となった。

第８図は本発明の第３の実施例を示し、本例は４色、
シアン，マゼンタ，イエロー，ブラック（CMYK）の記録
装置用ヘッドに適用した例を示す。従って、記録ヘッド
部200はそれぞれが第1A図および第1B図に示すような形
態のものが４個組合わされており、一方インクタンク30
0の方もそれぞれに対応したタンクを有するものが一体
に組合わされている。そして本例では残検ピン10Xと10Y
との２本が一番消費量の多いＫの位置にのみ設置してあ
り、このタンクでの残量によって全体のインクタンク30
0を交換することになる。なお、記録ヘッドとしての交
換の時期は第１の実施例で述べたと同様にして設定する
ことができる。

なお、第３の実施例ではインクタンク300が４色のタ
ンクを一体型のものとしたが、これに限らず、タンクだ
けは色別タンクを記録ヘッド部200に着脱自在となして
個々に交換可能なようにすることもでき、この場合はタ
ンクの交換回数なども色別タンクごとに計数して表示す
るようにすればよい。さらにまた、複数の色別記録ヘッ
ド部が搭載される場合、これらに対応したインクタンク
との間に互いの供給口の位置を互いにずらせるとかピン
の位置をずらせるなどして誤挿入を防止するようにすれ
ば好適である。なお、いずれの実施例においてもインク
タンクをキャリッジ上で交換可能とすることができるの
は勿論である。

［発明の効果］ 本発明のインクジェット記録ヘッドによると、インク
タンクとインクジェット記録ヘッドとをチューブなどを
介さずに着脱自在に直結したことにより、ランニングコ
ストの低減が可能で、インクタンクの交換も容易であ
り、その分だけインクタンクのインク収納容量を小さく
してキャリッジ走査空間をコンパクト化することができ
る。

また、インクジェット記録ヘッドのインク供給部とイ
ンク吐出部との間に第一および第二のインク残量検出用
電極の配列方向と、第二および第三のインク残量検出用
電極の配列方向とが交差するように、３つのインク残量
検出用電極を総隔てて配置したので、インクジェット記
録ヘッドの姿勢（下向きあるいは横向き）の変化に対し
て何ら影響を受けることなく、インク残量の検出を行う
ことができ、一種類のインクジェット記録ヘッドを異な
る姿勢をとる多種の記録装置や、あるいは異なる姿勢を
とる一種類の記録装置に使用することができる。しか
も、インクタンク内のインクをインクジェット記録ヘッ
ド側に供給することができなくなるまでインクタンクを
使い切ることができ、インクの残量を正確に把握してイ
ンクタンクおよびインクジェット記録ヘッドの交換時期
を適切に設定することが可能である。

さらに、インクジェット記録ヘッドのインク供給部と
インク吐出部との間にインク吸収体を介装し、このイン
ク吸収体内に３つのインクジェットインク残量検出用電
極を埋設状態にした場合には、インクタンクの着脱に伴
って発生する気泡インク吸収体に捕捉され、インク吐出
部からインクを円滑に吐出させることができる。この場
合、インクタンクの交換回数が増すに連れてインク吸収
体内に気泡が取り込まれ、インク残量検出用電極によっ
て検出される抵抗値が変化するので、この抵抗値の変化
に基づいてインクタンクの交換回数を推定することも可
能である。

【図面の簡単な説明】

第1A図は本発明液体噴射記録ヘッドの構成の一例を示す
断面図、 第1B図は本発明にかかる記録ヘッド部の斜視図、 第２図は本発明を適用した記録装置の斜視図、 第３図は本発明にかかるインク残量検知手段の抵抗−残
量特性曲線図、 第４図は本発明にかかるインク残量検知手段の回路の説
明図、 第５図は本発明の第２実施例の構成を示す段面図、 第6A図および第6B図は本発明によるヘッドの着脱動作の
説明図、 第７図は本発明にかかる記録ヘッド部インク吸収体内の
検知抵抗とインク残量の関係を交換回数に関連して示す
特性曲線図、 第８図は本発明の第３実施例の構成を示す斜視図であ
る。 1,100……記録ヘッド、 2,200……記録ヘッド部、 3,300……インクタンク、 ４……インク、 ６……吐出口、 ７……インク吐出部、 ９……インク吸収体、 10X,10Y,10Z……インク残量検知ピン、 11……インク残量検知室、 13……フィルタ、 14……インク供給口、 16……係止ピン、 17……リードフレーム、 18X,18Y,18Z……電極、 41……インク吸収体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小板橋 規文 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 池田 雅実 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−190421（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−22653（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−118260（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−22952（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−2369（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−41147（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−171944（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクを収納したインクタンクに対して着
   脱自在に直結されるインクジェット記録ヘッドであっ
   て、 前記インクタンクに連通し得るインク供給部と、 このインク供給部を介して前記インクタンクから供給さ
   れるインクを吐出するための吐出手段を有するインク吐
   出部と、 前記インク供給部と前記インク吐出部との間に相互に隔
   てて配置され、インクの残量を検出するための３つのイ
   ンク残量検出用電極と を具え、第一および第二の前記インク残量検出用電極の
   配列方向と、第二および第三の前記インク残量検出用電
   極の配列方向とが交差していることを特徴とするインク
   ジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】前記第一および第二のインク残量検出用電
   極が上下に配列する第一の姿勢、ならびに前記第二およ
   び第三のインク残量検出用電極が上下に配列する第二の
   姿勢でインクを吐出可能であって、前記第一の姿勢でイ
   ンクを吐出する場合には前記第一および第二のインク残
   量検出用電極を用いてインクの残量を検出し、前記第二
   の姿勢でインクを吐出する場合には前記第二および第三
   のインク残量検出用電極を用いてインクの残量を検出す
   ることを特徴とする請求項１に記載したインクジェット
   記録ヘッド。
3. 【請求項３】前記インク供給部と前記インク吐出部との
   間に介装されたインク吸収体をさらに具え、このインク
   吸収体に前記３つのインク残量検出用電極が埋設された
   状態となっていることを特徴とする請求項１または請求
   項２に記載したインクジェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】前記インク残量検出用電極は、前記インク
   タンクの交換回数を検知可能であることを特徴とする請
   求項３に記載したインクジェット記録ヘッド。
5. 【請求項５】前記３つのインク残量検出用電極のリード
   フレームと、前記インク吐出部の駆動用リードフレーム
   とが、同一領域に形成されていることを特徴とする請求
   項１から請求項４の何れかに記載したインクジェット記
   録ヘッド。