JP2690799B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

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するものであ
る。

［従来の技術］ インクジェット記録法は、記録時における騒音の発生
が無視得る程度にきわめて小さいこと、いわゆる普通紙
に記録が行なえることなど数々の利点を有しており、近
年種々のものが実用化されてきている。

その中で例えば特開昭54-51837号に記載されているイ
ンクジェット記録法は、熱エネルギを液体に作用させて
液滴吐出のための原動力を得るという点において、他の
インクジェット記録法とは異なる特徴を有している。す
なわち、この記録法は、熱エネルギの作用を受けた液体
（インク）が状態変化に伴う急激な体積変化を起こし、
この作用力により記録ヘッド部先端の吐出口により液体
が吐出されて液滴が飛翔し、その液滴が被記録材に付着
して記録が行なわれるものである。

このような記録法に適用される装置の記録ヘッドとし
ては、例えば、液体を吐出するために設けられた吐出口
とこの吐出口に連通し、液滴を吐出するための熱エネル
ギが液体に作用する部分である熱作用部を構成の一部と
する液流路とを有する液吐出部を有するものがある。そ
して、熱作用部に対して配置され、熱エネルギを発生す
る手段としての電気熱変換体は、発熱抵抗層とその発熱
抵抗層に接続される少なくとも一対の対置する電極とに
より構成されており、発熱抵抗層はこれら電極の間に発
熱する領域（熱発生部）を有している。

しかしながら、一般に、このようなインクジェット記
録装置の記録ヘッドでは吐出口部分での表面張力によっ
て液体を保持し、吐出が行われた後に液体はその表面張
力によって再充填される。また、液体の安定した吐出を
行うためにはインクジェット記録ヘッド内の液体の圧力
を適当に保持する必要があるため、供給チューブなどに
よって連結された液体貯留容器は、インクジェット記録
ヘッドの位置する水平面よりも下方に位置づけられてい
る。

このようなインクジェット記録装置においては記録ヘ
ッドに外部から物理的な衝撃が加わると、記録ヘッド内
の液体が供給チューブより液体貯留容器に落ちてしまい
吐出不能になることや、吐出口から気泡が入ったり液体
中の溶存気体が泡となって発生したりして液体の安定な
吐出が行われなくなる等のおそれがある。

かかる不具合を回避するために、従来のインクジェッ
ト記録装置としては、所定周期で液体を強制排出させる
動作、例えば吸引ポンプ等で液体を吸い出す動作を行う
手段を設けることで、常に液路内に液体を満たすように
したものがあるが、目的を確実に達成するために十分余
裕を持った動作回数が設定されるため、無駄に排出され
る液体も多く、このため液体の使用量が多くなる。

そこで、例えば特開昭61-98542号に記載されているイ
ンクジェット記録法では、記録ヘッド内の温度上昇を検
出する手段を有することで記録ヘッド内の液体の有無を
判断し、これに応じて吸引動作を行うようにしている。
すなわち、液体の吐出口からの吸引動作は少なくとも記
録ヘッド内の液体の有無を確認後行なえば良いことにな
るので、前述の問題点を補うことが可能となる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、かかる提案においては、複数個の吐出
口を単一のヘッドに配置してなる所謂マルチノイズタイ
プの記録ヘッドに対して各吐出口ないし液路毎に液体が
存在するか否かを判断するのは構造的に極めて困難であ
り、従って少数個の吐出口に液体が確実に充填されてい
ない場合にこれを検知できず、吸引等によって良好な吐
出状態を回復するための処理のタイミングを逸してしま
うおそれがある。

本発明は、かかる問題点を解決し、インクジェット記
録ヘッド内の液体が無くなった場合、さらには、１つの
吐出口内方の液体が無くなったり、気泡が混入した場合
にもそれを検知する手段を設けることにより、信頼性の
高いインクジェット記録装置を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明は、インクを吐
出するための吐出口と、当該吐出のために利用されるエ
ネルギを発生する吐出エネルギ発生素子とを有するイン
クジェット記録ヘッドを用いて記録を行うインクジェッ
ト記録装置において、前記インクジェット記録ヘッド近
傍に設けられた音波検出手段と、前記吐出エネルギ発生
素子の駆動に応じて、前記音波検出手段で検出された音
波に基づいて、前記吐出口内方の前記インクの有無を検
出して異常を判定する異常判定手段とを具え、前記異常
判定手段は、前記検出された音波の周波数と、前記吐出
エネルギ発生素子に与える駆動信号の周波数とを比較し
て前記インクの有無を検出することを特徴とする。

［作用］ 以上の構成によれば、インクジェット記録ヘッドの近
傍に設けられた音波検出手段によって検出される音波に
基づいてヘッド内のインクの有無を検出する場合に、当
該検出された音波の周波数と、このインク有無の検出の
ための吐出エネルギー発生素子を駆動する信号の周波数
とを比較してインクの有無を検出するので、その周波数
の違いに応じてインクの有無を判別することができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１図は本発明を適用可能なインクジェット記録装置
の構成例を示す。

第１図において、上下に所定間隔をおいて設置された
シート送りローラ61,62を通して矢印Ａ方向にシート送
りされるシート（用紙やプラスチック薄板などの記録媒
体）63の前方に、ガイド軸64に沿って移動するキャリッ
ジ110が設けられ、キャリッジ110上に記録ヘッド101が
装着されている。

この記録ヘッド101は、その前面にインク滴を噴射す
る複数個のインク吐出口（オリフィス）が第２図につい
て後述するように形成されており、シート63に対し例え
ば0.8mm程度の間隔をおいてＰ方向に走査するようキャ
リッジ110に装着されている。そしてキャリッジ110はキ
ャリッジ駆動モータ68によりベルトやワイヤ等の伝動機
構69を介して矢印Ｐ方向に往復駆動される。

キャリッジ110と駆動装置の制御装置との間には電力
供給および信号伝送用のフレキシブルケーブル67が接続
されている。

記録に際しては、キャリッジ110の印字桁方向（Ｐ方
向）の移動に同期して、記録ヘッド101の各インク吐出
口に対応して配置された吐出エネルギ発生素子（電気熱
変換体など）を記録データに基づいて駆動することによ
り、各インク吐出口からシート63へ向かう飛翔インク滴
を形成し、ドットを記録していく。

また、記録ヘッド101は適宜の時点で記録範囲外のホ
ームポジションHPに停止させられる。このホームポジシ
ョンHPには、インク吐出口が形成された面を密閉するキ
ャッピング機能並びに必要に応じてインク吐出口からイ
ンクをポンプ吸引する吐出回復機能を備えた回復装置70
が設けられている。

なお、105は記録ヘッドユニット101に対するインク供
給源としてのインクタンク、106はインクタンク105と記
録ヘッドユニット101とのインク連通を行うためのチュ
ーブであり、キャリッジ110ないし記録ヘッドユニット1
01の移動に追従すべく可撓性を有するものとする。

第２図は本例に係る回復装置70および記録ヘッド101
の詳細な構成例を示す。

ここで、２は記録ヘッド101にインクを導入するため
の液供給部であり、その端2aがチューブ106を介してイ
ンクタンク105に接続され、その他端が記録ヘッド101の
共通液室３に接続されている。４は共通液室３に連通し
た液路であり、複数個（図では簡略のために３個）が配
列されている。５は記録シートとの対向面に形成されて
液路４の端部をなす吐出口である。6Aはこれら共通液室
３および液路４の構成用の凹部を形成した天板、6Bは天
板6Aに接合する基板であり、液路４に対応する部位には
電気熱変換体形態の吐出エネルギ発生素子７が形成され
ている。

８は吐出エネルギ発生素子７に駆動信号を供給するた
めの配線であり、フレキシブルケーブル67を介して制御
装置に接続される。９は基板6Bその他を保持するための
第２基板である。10はインクの飛翔方向に対して垂直に
設けられたプレートであり、基板6B,天板6Aとの接合部
分はインクが混入してこないように封止材により封止さ
れている。

吐出エネルギ発生素子に比較的近い第２の基板９上の
部位にはマイクロフォン形態の音波検出装置11が接着ま
たはねじ等で取付けられており、その信号線11aは、フ
レキシブルケーブル67を介してインクジェット記録装置
本体中の低周波増幅回路に接続される。

ここで音波検出装置11の持つ固有の周波数特性は、少
なくとも吐出エネルギ発生素子７に供給される電気信号
の周波数よりも十分高い周波数（例えば０〜10KHZ）を
検知する能力を有するようにするのが強く望ましい。

12は記録ヘッド101の吐出口形成面に冠着可能なキャ
ップ、13はキャップ12と不図示の吸引ポンプとを結ぶ吸
引チューブである。すなわち、吐出口からの気泡の侵入
や溶存気体の発生等によって吐出不能や吐出不良が生じ
た場合には、記録ヘッド101をホームポジションHPに位
置づけてキャップ12を接合させ、吸引ポンプを作動させ
て吐出口５からインクを吸引することにより、吐出不良
要因を除去するとともにインクを再充填する処理（吐出
回復処理）が行われる。

第３図は本例に係るインクジェット記録装置制御系の
主要部の構成例を示す。

ここで、50は記録すべき情報に基づいて記録ヘッド10
1を制御する他、第４図につき後述する処理を行う制御
装置であり、例えばCPU,その処理手順に対応したプログ
ラム等を格納したROM,データ展開領域や作業用領域を有
するRAM等を有したマイクロコンピュータの形態とする
ことができる。また、記録シートの搬送やキャリッジの
移動を制御するために用いられていてもよい。51は制御
装置50から供給される駆動情報に基づいて吐出エネルギ
発生素子７を駆動する駆動回路である。

52は音波検出装置11の出力を増幅する低周波増幅装
置、53は所定の周波数成分を抽出するためのフィルタ、
54はA/D変換器、55は遅延回路、56は制御装置50の出力
信号の位相と遅延回路55の出力信号の位相とを比較する
比較器である。57は液体再充填装置であり、第１図およ
び第２図について説明した回復装置70およびキャップ12
の移動機構等を含むものである。

第４図は記録開始前，所定量のインクジェット記録終
了時、記録中断時，待機時等適宜のタイミングで起動で
きる本例の動作手順の一例を示す。

本手順が起動されると、まず、記録ヘッド101はホー
ムポジションHPまで移動し、吐出口５およびその近傍は
キャップ12とプレート10により外気と完全に遮断される
（ステップS1）。次に制御装置50は１個の吐出口を選択
し（ステップS3），吐出エネルギ発生素子駆動回路51に
対し所定の周波数の連続した信号を送る。その結果吐出
エネルギ発生素子駆動回路51は、その周波数にて該当吐
出口内方液体に対してエネルギを与える（ステップS
5）。

ここでもしその液路内がインクで良好に充填されてい
るならば、熱エネルギを与えられたインクは状態変化を
起こし、急激に体積変化（膨張）を起こすことになる。
さらに熱エネルギの供給を止めると、例えば30〜40μse
c遅れて前述とは逆の体積変化（圧縮）が起こる。

この２回の体積変化の結果、流路４は制御装置50の発
生した周波数に対応する音波を外部に発生する。この音
波は音波検出装置11により速かに検出され、当該検出さ
れた信号は低周波増幅装置52により増幅され、次いで周
波数フィルタ53にて判定に必要な周波数成分が抽出され
る。次にこの信号はA/D変換器にてデジタル信号に変換
された後、遅延回路55にて適切に位相が調整される。更
にこの信号は比較器56にて制御装置50が発生する信号と
比較される。

制御装置50は、その比較の結果あるしきい値をもって
両信号の周波数および位相が等しいか否か、すなわち音
響検出の結果が良好か否かを判定する（ステップS7）。
ここで、等しければ検出した音響は当該液路内のインク
が体積変化した結果得られたものであるから、液路内に
インクが存在すると判断でき、この場合には前述の一連
の動作を他の吐出口すべてについて順次行う（ステップ
S9）。

一方、音響検出の結果が良好でなければステップS11
に進み、回復装置70を起動して吸引を行わせ、液路内に
インクを充填させる動作を行う。なお、この後に確認の
ために検査を再度行うようにしてもよい。

以上のように本実施例によれば、各吐出口ないし液路
毎にインクが充填されているか否かを判断し、これに応
じてインク再充填の動作の起動を行うようにしたので、
タイミングのみでそのような動作を実行する場合に比し
てインク消費量を低減できるとともに、少数の吐出口で
吐出不良が生じた場合にも確実にこれを検知して吐出回
復を行うことができる。

なお、第４図の処理において、ステップS11の処理は
全吐出口についての検査終了後に行い、その後吐出不良
が生じていた吐出口について再度検査を行うようにして
もよい。

第５図は本発明に係る制御系の他の実施例を示す。

本例では、前述の実施例と同様に音波検出装置11によ
り検出した音波は低周波増幅装置52にて増幅され、次に
フィルタ53によって必要な周波数成分が抽出される。そ
して本例ではこの出力を２値化装置58により２値化し、
制御装置50はこの信号の強弱からあるしきい値を持って
判断して前述の音波が液路内の液体の体積変動か否か判
定する。他は上述の例と同様の構成および処理を採用で
きる。

なお、本実施例では、液路が発生する音波の強度は、
インクジェット記録装置の他の部分が発生する同一の周
波数の音波の強度よりも十分大であるのが強く望まし
い。

本実施例においても前述の実施例とほぼ同様の効果を
得ることができるが、さらに比較的簡単な手段で各液路
内のインクの有無を判断できる。

第６図は本発明のさらに他の実施例を示す。

本実施例では、音波検出装置11はブラケット14により
記録装置の本体ベース15の適当な位置に取付けられてい
る点が第２図示の例と異っている。他は上記実施例と同
様である。

本実施例の特長は、上記実施例と同様な効果を得るこ
とに加え、例えば記録ヘッド１を容易に交換可能な構成
とした場合において、その記録ヘッド１に音波検出装置
を一体構成しておかなくても良いことがある。

なお、本発明は以上の実施例に限られることなく、種
々の構成を採ることができるのは勿論である。例えば、
液体（インク）を再充填させて吐出回復を行う装置とし
ては、全吐出口から一括してインクを吸引するのではな
く、所定範囲の吐出口より吸引を行うものとすることも
できる。この場合において複数の記録ヘッドを具備する
場合には、それらが空間的に独立したものであればよ
い。これによれば一層インク消費量を低減できる。ま
た、そのような吸引のみならず、インク供給系を加圧す
ることにより行うものであってもよい。

（その他） なお、本発明は、特にインクジェット記録方式の中で
もバブルジェット方式の記録ヘッド、記録装置において
優れた効果をもたらすものである。かかる方式によれば
記録の高密度化，高精細化が達成されるからである。

その代表的な構成や原理については、例えば、米国特
許第4723129号明細書，同第4740796号明細書に開示され
ている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この
方式は所謂オンデマンド型，コンティニュアス型のいず
れにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合
には、液体（インク）が保持されているシートや液路に
対応して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対
応していて核沸騰を越える急速な温度上昇を与える少な
くとも１つの駆動信号を印加することによって、電気熱
変換体に熱エネルギを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用
面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に一対
一で対応した液体（インク）内に気泡を形成できるので
有効である。この気泡の成長，収縮により吐出用開口を
介して液体（インク）を吐出させて、少なくとも１つの
滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即
時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に
優れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好まし
い。このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第44
63359号明細書，同第4345262号明細書に記載されている
ようなものが適している。なお、上記熱作用面の温度上
昇率に関する発明の米国特許第4313124号明細書に記載
されている条件を採用すると、さらに優れた記録を行う
ことができる。

記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示さ
れているような吐出口，液路，電気熱変換体の組合せ構
成（直線状液流路または直角液流路）の他に熱作用部が
屈曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許
第4558333号明細書，米国特許第4459600号明細書を用い
た構成も本発明に含まれるものである。加えて、複数の
電気熱変換体に対して、共通するスリットを電気熱変換
体の吐出部とする構成を開示する特開昭59-123670号公
報や熱エネルギの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応
させる構成を開示する特開昭59-138461号公報に基いた
構成としても本発明の効果は有効である。すなわち、記
録ヘッドの形態がどのようなものであっても、記録を確
実に効率よく行いうるからである。

さらに、記録装置が記録できる記録媒体の最大幅に対
応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドに対
しても本発明は有効に適用できる。そのような記録ヘッ
ドとしては、複数記録ヘッドの組合せによってその長さ
を満たす構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッド
としての構成のいずれでもよい。加えて、上例のような
シリアルタイプのものでも装置本体に装着されること
で、装置本体との電気的な接続や装置本体からのインク
の供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッ
ド、あるいは記録ヘッド自体に一体的に設けられたカー
トリッジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は
有効である。

また、本発明に記録装置の構成として設けられる、記
録ヘッドに対しての回復手段、予備的な補助手段等を付
加することは本発明の効果を一層安定できるので、好ま
しいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッ
ドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加
圧或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素
子或はこれらの組み合わせによる予備加熱手段、記録と
は別の吐出を行なう予備吐出モードを行なうことも安定
した記録を行なうために有効である。

また、搭載される記録ヘッドの種類ないし個数につい
ても、例えば単色のインクに対応して１個のみが設けら
れたものの他、記録色や濃度を異にする複数のインクに
対応して複数個設けられるものであってもよい。

さらに加えて、本発明インクジェット記録装置の形態
としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端
末として用いられるものの他、リーダ等と組合せた複写
装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の
形態を採るものであってもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、インクジェッ
ト記録ヘッドの近傍に設けられた音波検出手段によって
検出される音波に基づいてヘッド内のインクの有無を検
出する場合に、当該検出された音波の周波数と、このイ
ンク有無の検出のための吐出エネルギー発生素子を駆動
する信号の周波数とを比較してインクの有無を検出する
ので、その周波数の違いに応じてインクの有無を判別す
ることができる。

この結果、確実でかつ正確な吐出口内の異常制定を行
うこが可能となる。

かかる動作は複数の吐出口が設けられていた場合にも
選択的に行うことができるため、極めて少数の吐出口に
吐出不良が生じていた場合にも確実にこれを検出でき、
従って回復動作も確実に行うことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用可能なインクジェット記録装置の
構成例を示す模式的斜視図、 第２図は本発明の一実施例に係る記録ヘッドおよび回復
装置の詳細な構成例を示す斜視図、 第３図は本例による制御系の主要部の構成例を示すブロ
ック図、 第４図はその動作手順の一例を示すフローチャート、 第５図は本発明の他の実施例に係る制御系の主要部の構
成例を示すブロック図、 第６図は本発明のさらに他の実施例に係る記録ヘッドお
よび回復装置の斜視図である。 ２……液供給路、３……液室、４……液路、５……吐出
口、6A……天板、6B……基板、７……吐出エネルギ発生
素子、８……配線、９……第２の基板、10……プレー
ト、11……音波検出装置、12……キャップ、13……吸引
チューブ、14……ブラケット、15……インクジェット記
録装置本体ベース、50……制御回路、57……液体再充填
装置、70……回路装置、101……インクジェット記録ヘ
ッド。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクを吐出するための吐出口と、当該吐
   出のために利用されるエネルギを発生する吐出エネルギ
   発生素子とを有するインクジェット記録ヘッドを用いて
   記録を行うインクジェット記録装置において、 前記インクジェット記録ヘッド近傍に設けられた音波検
   出手段と、 前記吐出エネルギ発生素子の駆動に応じて、前記音波検
   出手段で検出された音波に基づいて、前記吐出口内方の
   前記インクの有無を検出して異常を判定する異常判定手
   段と を具え、前記異常判定手段は、前記検出された音波の周
   波数と、前記吐出エネルギ発生素子に与える駆動信号の
   周波数とを比較して前記インクの有無を検出することを
   特徴とするインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】前記インクジェット記録ヘッドは複数個の
   吐出口を有し、前記異常判定手段は各吐出口毎に前記判
   定を実行することを特徴とする請求項１に記載のインク
   ジェット記録装置。
3. 【請求項３】前記吐出エネルギ発生素子は、前記エネル
   ギとして熱エネルギーを発生する熱エネルギー発生体の
   形態を有することを特徴とする請求項１または２に記載
   のインクジェット記録装置。
4. 【請求項４】前記異常判定手段によって液体が無いこと
   が検知されたときに、前記吐出口内方に液体を再充填す
   る手段を具えたことを特徴とする請求項１ないし３のい
   ずれかの項に記載のインクジェット記録装置。