JP3131930B2 - キャリッジ型インクジェットプリントヘッド及びそのモニター方法 - Google Patents

キャリッジ型インクジェットプリントヘッド及びそのモニター方法

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    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】〔発明の背景〕本発明は可動キャリッジ式
熱インクジェットプリンタに関し、より詳しくは熱イン
クジェットプリントヘッドおよびインク量を感知して所
定のインク量レベルに補給可能とする手段を有し、前記
プリントヘッドとともに走行する補給可能容器に関す
る。
【０００２】熱インクジェットプリント装置は、チャネ
ルの終端ノズルまたはオリフィス近くでインクチャネル
の満たされた毛細管中に配置された抵抗体によって選択
的に発生された熱エネルギを用いて瞬間的にインクを蒸
気化し、オン・デマンドでバブルを形成する。各瞬間バ
ブルはインク小滴を排出し、これを記録媒体に向けて推
進させる。このプリント装置はキャリッジ式プリンタま
たはページ幅式プリンタのいずれかに属する。キャリッ
ジ式プリンタは、概してインクチャネルおよびノズルを
含む比較的小さいプリントヘドを有している。このプリ
ントヘッドは、普通気密的に固定インク供給容器に固定
され、プリントヘッドとキャリッジッの組み合わせアセ
ンブリが往復動してペーパー等の静止保持された記録媒
体上に一区画の情報を一度にプリントする。その区画が
プリントされた後、次にプリントされる区画がこれに連
続するようにペーパーがプリントされた区画の高さに等
しい距離を進行する。この操作は全ぺージがプリントさ
れるまで繰り返される。これに対して、ページ幅式プリ
ンタは、ペーパーの幅に等しいかまたはこれより大きい
長さの静止プリントヘッドを有している。ペーパーはプ
リント操作中一定速度でプリントヘッドの長さ方向に対
して直交する方向にページ幅のプリントヘッドを連続し
て通過移動される。可動キャリッジ式インクジェットプ
リンタはプリントヘッドを有するインク容器を備えてい
るか、または、可動プリントヘッドを静止インク容器間
にインク供給ラインを備えている必要がある。加うる
に、小滴推進ノズルからインクの滲出を阻止するために
熱インクジェットプリント装置はプリントヘッドにおい
て少し負圧を必要とする。
【０００３】概して、可動キャリッジ式熱インクジェッ
トプリンタは比較的大きい静止インク容器と可動プリン
トヘッドに固定された小さい可動容器への可撓性供給ラ
イン機構が使用されている。これはプリントヘッドの動
きを提供するキャリッジがスキャンの終端において周期
的な加速を受けるからである。従って、インク容器の取
り付けられた大きいキャリッジは強固な機構を備えた大
きい駆動モータを必要とする。これは早いキャリッジ加
速とプリントヘッド位置の正確な制御を達成するためで
ある。使い捨てインク容器に取り付けられた小さいキャ
リッジでは、しばしば取換えを必要とする欠点がある。
この種の使い捨てインク容器は概してインクジェットプ
リントヘッドに束ねて固定されているので、これら両者
は、容器が空になったときに捨てられる。
【０００４】米国特許第４，９２９，９６９号に泡の充
満したインク容器を用いたインクジェットプリンタ用イ
ンク供給構造が開示されている。泡の構造は細いフィラ
メントの網状組織から成り、インクの垂れをなくし、プ
リントヘッドのインクに僅かに負圧を加える。泡の充満
された小さい補給可能インク容器がこれとともに移動さ
れるようにキャリッジ取り付けプリントヘッドに固定さ
れていることは公知であるが、この種の機構および先行
技術のプリンタは、プリントヘッドの補給可能容器に補
給容器中のインク量をモニタすることによってインクの
充分な供給を維持させ、所定のレベルに容器を充填させ
ることを保証するとともに、補給可能容器をあふれさせ
ないことを保証するのに信頼性があり、費用の点で有効
な方法を有していない。
【０００５】〔発明の概要〕本発明の目的は泡の充満さ
れた小さい補給可能インク容器がこれとともに移動され
るようにキャリッジ取り付けプリントヘッドに固定し、
この容器内のインク量を感知することである。所定のイ
ンク減少レベルにおいて、補給可能な容器が移動され、
大きい静止インク供給容器と結合され、これによって充
填されるインク供給手段がいっぱいになり過ないことを
保証している。
【０００６】本発明の他の目的は補給可能な小さいイン
ク容器のインク供給モニタ手段を提供する。このインク
容器はサーミスタおよびその回路から成り、サーミスタ
の温度上昇によってインク量を測定する。
【０００７】本発明において、インク供給モニタ手段を
有するキャリッジ式インクジェットプリンタは補給可能
な容器および、インレットを備えたマニホルドと複数の
ノズルを有する少なくとも一つのプリントヘッドから成
る。プリントヘッドはオン・デマンドでインク小滴をノ
ズルから記録媒体に排出、推進させ、記録媒体上に情報
を記録する。補給可能容器は所定の圧力でそのインレッ
トを介してプリントヘッドマニホルドにインクを供給す
る。この容器はプリントヘッドと組み合わされてプリン
トヘッドアセンブリを形成する。プリントヘッドアセン
ブリは、これが移動されるように移動可能キャリッジに
取り換え可能に取り付けられている。これによって、ア
センブリは記録媒体を含むプリンタのプリント域を横切
る経路を移動する。固定インク供給容器はプリント域の
片側に、かつ、キャリッジ経路の一端近傍に配置されて
いる。固定インク供給容器から周期的に補給可能容器に
インクを補給する手段が、補給可能容器が固定インク供
給容器に近付いたときに用意される。固定インク供給容
器のインク量を感知するサーミスタが使用されこれが一
定時間間隔で周期的に付勢され、温度上昇が測定され、
この温度上昇と予め設定された値とが比較されて補給可
能容器のインク減少状態が決定される。回路手段が前記
手段を動作させて予め設定された値との温度上昇比較に
よって決定されたインクの減少状態に応答して補給可能
容器が補給される。この動作がうまくいかず補給可能容
器の補給が繰り返し実行されて空き固定インク供給容器
の表示がなされると、インク不足信号が発生される。イ
ンク補充中の連続温度上昇が、補給可能容器の充填を表
示し充填し過ぎを阻止する。
【０００８】これ以上の特徴および他の目的は以下の詳
細説明を図面とともに読んでいくことにより明白になろ
う。図面では、同様な部分は同一の参照番号を付してい
る。
【０００９】図１は本発明のインク供給モニタ手段を有
するキャリッジ式インクジェットプリンタの部分斜視図
である。
【００１０】図２は図１の補給可能容器および固定イン
ク供給容器の拡大断面図である。
【００１１】図３はインク供給モニタ手段の回路図であ
る。
【００１２】図４は補給可能容器のインク減少状態が設
定されてからの時間に対するサーミスタ電圧上昇をプロ
ットした図である。
【００１３】〔好適な実施態様の説明〕図１にキャリッ
ジ式熱インクジェットプリンタ１０の部分斜視図を示
す。このプリンタはプリントヘッド１２とペーパー等の
記録媒体１４を横切って左右に固定インク供給容器１８
とを往復動させる移動可能キャリッジ２０有している。
リントヘッド１２は米国特許第４，７７４，５３０号に
開示されたタイプのもので、毛管充填インクチャネルの
リニアアレイと、このチャネルの一端に連通されたイン
レットを備え、かつ、その対向端に複数のノズルを有す
るマニホルドとを含んでいる。従って、チャネルはマニ
ホルドとノズルとの間を連通させ、かつ、各チャネル中
にノズルから上流の所定距離に加熱エレメントを含んで
いる。プリントヘッドはオン・デマンドでインク小滴を
ノズルから記録媒体１４に排出、推進させ、プリンタコ
ントローラ１６による電気パルスの加熱エレメントへの
印加に応答して情報を媒体上に記録する。プリントヘッ
ドの詳細は、上述の米国特許第４，７７４，５３０号を
参照するものとする。プリントヘッドは後ほど詳述する
ように、補給可能容器１８に流体密に固定されており、
インク３１をマニホルドインレットを介してプリントヘ
ッドに供給する開口部２７（図２参照）を有している。
この容器は補給可能で、かつ、ケーブル２１およびプー
リシステム２３によってガイドレール２２に沿って記録
媒体を横切って矢印１９で示した左右に往復動するキャ
リッジ２０に取り付けられている。ケーブル・プーリシ
ステムはプリンタコントローラ１６の制御下で可逆モー
タ２４によって駆動される。プリントヘッドノズルはキ
ャリッジ往復動方向（矢印）１９と直交し、かつ、矢印
１７で示す記録媒体１４の移動方向と平行に配置されて
いる。従って、プリントヘッドはこれが一方向に移動し
て静止記録媒体上に一区画の情報をプリントし、記録媒
体が静止状態に保持される。キャリッジおよびプリント
ヘッドが逆方向に移動される前に、モータ（図示せず）
およびタイミングベルト２５を介して駆動されたとき
に、記録媒体が対ローラ２６によって矢印方向１７に移
動させられる。対ローラ２６のニップによってプリント
された区画に等しい距離だけ記録媒体が矢印方向１７に
移動させられ、プリントヘッドが逆方向に移動されて、
情報の別区画がプリントされる。インク小滴１３が、プ
リンタコントローラによって受信されたデジタル入力デ
ータ信号に応答してプリントヘッドのノズルから記録媒
体に排出、推進される。次にデータ信号が電流パルスを
有するプリントヘッドの各加熱エレメント（図示せず）
をアドレスする。当該技術において周知のように、付勢
された加熱エレメントがこれと接触してインクを蒸発さ
せ一時的蒸気バブルを発生し、インク小滴を推進させ
る。固定インク供給容器２８がプリンターのフレーム部
材に取り付けられており、かつ、これに固定されたカイ
ドレールと一直線をなしている。これで、補給可能容器
１８がさらにインクを必要としていることをインク供給
モニタ回路３３が決定したときに、キャリッジが記憶媒
体から成るプリント域を越え、固定インク供給容器の下
方に移動する。リミットスイッチ３０またはこれと同等
のものがプリンタコントローラに信号を送り、補給可能
容器が固定インク供給容器下方の適当な位置に位置付け
して、プリンタコントローラがキャリッジを停止し弁３
２を開し、インク３１（図２参照）を補給可能容器への
流出を可能とする。
【００１４】図２を参照して、補給可能容器１８が泡１
５または同様の物質を含んでいる。この泡はプリントヘ
ッドと、補給可能容器の中央付近の位置で泡または他の
物質中のサーミスタ３４とに必要な負圧を提供する。サ
ーミスタはその抵抗値が温度とともに変化する感温性抵
抗体である。本発明において、サーミスタは加熱エレメ
ントおよび温度センサーの両者として使用される。サー
ミスタに印加される電力はその温度をしてその周囲にあ
る泡または他の物質の温度以上に上昇せしめる。周囲物
質の熱特性はその物質中のインク容量によって作用さ
れ、インクによって飽和されている場合は、（周囲物質
の）熱伝導率および熱容量は、インクがほとんどないか
あるいは全くないときよりも大きい。サーミスタの温度
は外部電力が印加されたときに、増大し始める。温度の
上昇度合は印加された電力、サーミスタ自身の、および
その周囲物質の熱導電率および時間に左右される。周囲
物質の熱特性を除くこれら全ての要素を制御することに
よって、サーミスタの温度上昇がこれら特性の測定に使
用することができ、さらに、これら特性がインク容量と
周囲物質中のインク容量とともに変化する。
【００１５】一定時間サーミスタに、ある一定電力を外
部から印加し、このエネルギ入力によるサーミスタの温
度変化を測定することが望まれる。サーミスタの抵抗値
がその温度に依存するので、サーミスタの抵抗値が温度
の表示に用いられる。測定を周囲温度のばらつきに対し
て敏感にするために外部電力の印加されている間サーミ
スタの温度変化（抵抗値の変化を介しての）を測定する
ことが望ましい。
【００１６】抵抗器（またはサーミスタ）の抵抗値を決
定するために、装置に電流を流し、その両端の電圧降下
を測定する必要がある。抵抗値は抵抗器両端の電圧をそ
こに流れる電流値で割ることによって決定される。実際
には、電圧を測定する方が電流を測定するよりも簡単で
あり、（既知）の定電流でサーミスタを動作させ、抵抗
器両端の測定電圧降下から計算できる。
【００１７】図３はサーミスタの両端の電圧降下を測定
する電圧測定手段で感知サーミスタ３４を駆動する簡単
な定電流源を示す回路図３６である。図３において、ト
ランジスタ４２はツェナーダイオード４４による電力供
給源の電圧値よりも低い電圧５．１ボルトにバイアスさ
れたベースを有している。抵抗器４６はツェナーダイオ
ード４４に必要とされるバイアス電流をアースに流さし
める。ＰＮＰトランジスタ４２はそのベース電圧とエミ
ッタ電圧をバランスさせることによってそのコレクタか
ら流れる電流を調節する。従って、１５ボルトの電力源
から１００オームの抵抗器４０、さらにトランジスタ４
２に流れる電流が、ツェナーダイオードの電圧をバラン
スさせる電圧降下となる。トランジスタ４２のエミッタ
に流れる電流のほとんどがコレクタおよびサーミスタ３
４を介してアースへと流れる。
【００１８】図３に示したように、回路の各数値につい
て説明すると、サーミスタ３４に流れる電流は約５０ｍ
Ａであり、この電流値は、その室温における抵抗値が１
００オームの前記サーミスタの抵抗値が大きく変化した
場合にも比較的一定である。図１のインク供給モニタ回
路３３は好ましい実施例に使用される図３の定電流発生
回路３６を備えている。
【００１９】図４は、時間に対する図３と同様の回路の
出力との関係を示す。すなわち、回路中のサーミスタ３
４がインクで飽和された図２の泡１５に埋められている
場合、インクで湿らされている（ただし、飽和されてい
ない）場合、およびインクがまったくない場合である。
電力がまず上述の回路に印加されたとき、サーミスタが
室温にあり、その抵抗値が約１００オームで、これに流
れる電流が５０ｍＡのとき、サーミスタ両端の電圧降下
は約５．０ボルトである。時間経過に伴ない、回路への
電力が維持されていると、サーミスタ３４の温度および
その抵抗値が増加する。サーミスタの抵抗値の増加が装
置両端における電圧降下を大きくさせることになる。図
４に示すカーブの縦座標値は、回路へ最初に印加された
電力による最初の電圧の読み（５．０ボルト）から各時
刻に得られた読みを引くことによって得られたのもであ
る。
【００２０】図４の一番上のカーブは、サーミスタ３４
の周囲の泡が完全になくなりインクが空になった場合の
時間に対するサーミスタの電圧上昇を示す。一番下のカ
ーブは、泡がインクで飽和したときの応答を示し、真中
のカーブは泡が湿った（インクで約１／２だけ飽和され
た）ときの応答を示す。図４から、当業者においては、
サーミスタが１０秒の時間周期で付勢され、かつ、サー
ミスタ電圧の変化が約０．７５ボルトより大きければ、
より多くのインクを補給可能容器に加えなければならな
いことが認識されている。一方、電力が２０秒間印加さ
れると、サーミスタ電圧の変化が（加熱周期の最初から
最後までに）１．２−１．３ボルトを越えた場合にイン
クが加えられる。
【００２１】図３を再度参照して、電圧測定手段４８が
サーミスタ３４の両端の電圧を感知し、この電圧を表す
信号を図１のプリンタコントローラ１６に送る。プリン
タコントローラがこの電圧と、ピックアップテーブルに
記録された値とを比較し、補給可能容器中のインク量を
決定する。好ましい実施例においては、容器はそれが約
半分空になったときに補給される。
【００２２】補給可能容器が図１および図２に示したよ
うに、インクを補給しなければならないことが決定され
たときに、すなわち、キャリッジがリミットスイッチ３
０と接触し、補給可能容器が固定インク供給容器のアウ
トレットと一致したことが表示され、弁３２が作動さ
れ、かつ、インクの補給可能容器への流入が許容される
まで、コントローラがキャリッジをプリント域の片側
に、図で右側に移動させる。インクの補給中、サーミス
タには一定電流パルスが印加され、サーミスタの両端電
圧が２０秒後定電圧の１／２になると、補給可能容器が
充満され、弁３２が閉止されて容器がプリンタのプリン
ト域に戻され、補給可能容器のいっぱいになり過ぎにな
る恐れが回避される。図２において、補給可能容器１８
および固定インク供給容器２８を断面で示し、実線では
プリント域の一端にある補給可能容器とプリントヘッド
を示し、破線では補給可能容器１８が固定インク供給容
器２８からインクを補給できるように位置付けされてい
る状態を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のインク供給モニタ手段を有するキャ
リッジ式インクジェットプリンタの部分斜視図である。
【図２】 図１の補給可能容器および固定インク供給容
器の拡大断面図である。
【図３】 インク供給モニタ手段の回路図である。
【図４】 補給可能容器のインク減少状態が設定されて
からの時間に対するサーミスタ電圧上昇をプロットした
図である。
【符号の説明】
１０ インクジェットプリンタ、１２ プリントヘッ
ド、１４ 記録媒体、１５ 泡、１６ プリンタコントローラ、１８ 固定インク供
給容器、２０ キャリッジ、２１ ケーブル、２２ ガ
イドレール、２３ プーリシステム、２４ 可逆モー
タ、２５ タイミングベルト、２６ 対ローラ、２７
開口部、２８ 固定インク供給容器、３０ リミットス
イッチ、３１ インク、３２ 弁、３３ インク供給モニタ回路、３４ サーミスタ、３６ 回路
図、４０ 抵抗器、４２ トランジスタ、４４ ツェナーダイオード、４６ 抵抗
器、４８ 電圧測定手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−307756（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−190748（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−270942（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B41J 2/175 B41J 2/125 G01F 23/22

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 制御信号を発生するプリントコントロー
    ラ及びインク供給モニタ手段を有するキャリッジ式イン
    クジェットプリンタであって、 インレットを備えたマニホルド及び前記マニホルドと連
    絡された複数のノズルとを有しており、オン・デマンド
    でインク小滴をノズルから記録媒体に排出、推進させ、
    前記媒体上に情報を記録するプリントヘッドと、 所定の圧力で前記インレットにインクを供給するととも
    に、前記プリントヘッドと組み合わされてプリントヘッ
    ドアセンブリを形成するインク補給可能容器と、 前記プリントヘッドアセンブリを移動させるために取り
    換え可能に取り付けられており、これによって、前記記
    録媒体を含むプリンタのプリント領域を横切って所定の
    距離の経路を移動する移動可能キャリッジと、 コントローラからのコントロール信号により、前記移動
    可能キャリッジを移動させる手段と、 前記プリント領域の片側であって、キャリッジ経路の一
    端の近傍に配置された固定インク供給容器と、 容器のインク量を感知するために容器内に設けられたサ
    ーミスタ手段と、 サーミスタによる温度上昇を引き起こすために、限られ
    た一定の間隔で一定の電流でサーミスタ手段を付勢する
    一定の電流源を有するインクモニター回路と、 サーミスタによる温度上昇を測定し、測定した温度上昇
    を容器のインク減少状態を決定するためにあらかじめ設
    定された値とを比較し、コントローラにインク減少信号
    を送信するインク供給モニター手段を有し、 あらかじめ設定されたインク減少状態において、前記コ
    ントローラがインク補給のためにプリント領域からイン
    ク供給容器が隣接する補給領域にキャリッジを移動させ
    るためのコントロール信号を移動手段に送信し、容器は
    固定インク供給容器からインクの供給を受けている間、
    前記インクモニター回路はサーミスタ手段を付勢し、サ
    ーミスタにより温度上昇を測定し、予め設定された値と
    温度上昇とを比較し、コントローラにインク量を表示す
    る信号を送ることにより、過補給防止のために容器にイ
    ンクが満たされた段階で直ちに補給を停止させることを
    特徴とするキャリッジ型インクジェットプリントヘッ
    ド。
  2. 【請求項２】 プリントヘッドに固定され、キャリッジ
    式インクジェットプリンタを移動させるために取り付け
    られた補給可能容器のインク量のモニタ方法であって、 （ａ）サーミスタを容器中に配置し、 （ｂ）一定時間の間、前記サーミスタを定電流パルスで
    周期的に付勢し、 （ｃ）前記サーミスタの抵抗値が温度とともに変化する
    際に、その付勢している間、前記サーミスタ両端の電圧
    を測定し、 （ｄ）前記測定電圧をルックアップテーブルの所定値で
    比較し、前記補給可能容器のインク量を決定し、 （ｅ）前記補給可能容器が固定インク供給容器の近傍に
    位置されたときに開かれるように適用された弁を備えた
    固定インク供給容器近傍位置に前記補給可能容器を移動
    させ、 （ｆ）前記補給可能容器が前記固定インク供給容器の近
    傍にあり、かつ、そこからインクが補給されている間、
    前記（ｂ）から（ｄ）間でのステップを繰り返して前記
    補給可能容器の充填し過ぎを阻止するステップを有する
    ことを特徴とするキャリッジ型インクジェットプリント
    ヘッドのインク量のモニター方法。
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