JPH02102062A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインク滴を飛翔させ記録紙等の媒体上にインク
像を形成するプリンタ等インクジェット記録装置に用い
るインクジェットヘッドに関しねさらに詳細にはヘッド
内のインク量の検知装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のインクジェットヘッドに用いられるインク量検知
装置としてはインク収納容器を構成する面の一部の機械
的振動特性の変化を検知する方式、インクに浮くフロー
トの位置を検出する方式、発光素子の光をインクを通し
て受光素子で検出する光学的方式等が用いられていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記方式のうち振動特性の変化を検出する方式では高周
波加振を行うため回路が複雑になり、フロートを用いる
方式では十分な浮力を得るために大きなフロートを必要
とする等の問題がある。−力先学的方式では周辺回路構
成が簡単で小型化可能であるというメリットを有する。

しかしながらインクは光吸収性が低いため（特にカラー
インクにおいて）十分な光吸収を生じさせるためには十
分な量のインクを発光素子と受光素子の間に介在させる
必要があった。

さらに従来構造ではホットメルトインクを用いる場合イ
ンクの相変化に伴う体積変化で発生する応力によって破
壊されるという問題点を有していた。

本発明の目的はこれらの問題点を解決して少量のインク
を用いて収納インク量検知が可能なインク量検知手段を
備えたインクジェットヘッドを提供することである。

さらに別の目的はホットメルトインクに適用できるイン
ク量検知手段を有するインクジェットヘッドを提供する
ことである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のインクジェットヘッドは少なくとも一面の反射
面を有する光案内部材、発光手段、受光手段を有し、 上記反射面にインクが接触しない状態で全反射を生じ、
上記反射面がインクに接触している状態では全反射を生
じない角度で、 上記発光手段から射出する光の少なくとも一部が上記反
射面に入射するごとく構成したインク量検知手段を備え
たことを特徴とする。

〔作用〕 本発明の上記構成では反射面に接するインクの有無によ
り生ずる全反射臨界角の変化を利用して生ずる反射光量
変化によってヘッド内のインク量検知を行う。

〔実施例〕

次に実施例に基づいて本発明を説明する。第１図を用い
て本発明のインクジェットヘッドに用いられるインク量
検知原理を説明する。同図において光案内部材３の一面
を反射面４とし反射面に向けて発光素子２の照明光を照
射しこの光の反射光を受光素子５で検出する構成になっ
ている。反射面４と空隙９を介して光吸収部材６が対向
し上記空隙にはインクが浸入する。

上記構成においてインクが水と同一の屈折率を有し、光
案内部材が屈折率１．５８の樹脂の場合について動作を
説明する。樹脂、空気、水の屈折率はそれぞれ１．５８
，１．０，１．３３である。

従って全反射は屈折率の高い部材から低い部材へ光が射
出する場合に起こり、それぞれの場合の全反射の生ずる
入射角（臨界角）は 水、樹脂間　　５５．４度 空気、樹脂間　　３９．２度 である。まず照明光を入射角（図中８で示す）４７度近
傍から反射面４に導入する。インクが存在しない部分に
ついては光は出射角（図中７で示す）４７度近傍方向に
設けた受光素子に達する。次にインクが充満すると上記
入射角では全反射臨界角より小さいため照明光は全反射
せずインクに浸入する。（光経路１０で示す）従ってイ
ンクに入射後の光は光吸収材で吸光するか光路を変化さ
せて受光素子外へ散逸させることで受光素子に光量変化
を生じさせることができる。

次実施例に基づいて本発明を説明する。第２図は本発明
の一実施例を示すプリンタの斜視図である。同図におい
て記録媒体である記録紙１０はプラテン１１に巻回され
送りローラ軸１２によって押圧される。ガイド軸１３．
１４に案内されプラテン軸に平行な方向に移動可能なキ
ャリッジ１５にインクジェットヘッド１６（以下ヘッド
と記す）が搭載されて構成される。

常温固体のインクを溶融させて用いヒータ（図示せず）
によってヘッドは高温に保持される。ヘッドは独立にイ
ンク滴を吐出制御可能な複数のノズルを有しプラテン軸
方向に走査され選択的にインク滴を吐出し記録紙１０上
にインク像を形成する。

記録紙１０はプラテン１１の回転により走査方向と直行
する副走査方向に搬送され記録紙上への印字が行われる
。装置内にはヘッド走査開始位置の側にインク供給装置
１８が設けられ固体インク・（図示せず）を収納するイ
ンク容器１９が装着される。

第３図は本発明の一実施例を示すヘッドの断面図である
。容器状の筐体２０はアルミ、ステンレス等の熱良導体
からなり、プラテン１１に巻回された記録紙１０に一側
面の開口３５を対向させるごとく設置されている。開口
３５の背面にはノズル開口２２がプラテン軸方向に列設
されたノズルプレート２２、スペーサ２３、圧力発生部
材である振動子２４、電気配線２５、ゴム弾性を有する
弾性部材２６が筐体２０により挟みこまれて組み立てら
れている。振動子２４は可どう性を持ち圧電素子とニッ
ケルやステンレス等の部材との積層で構成される。この
一端を一定圧力で固定された固定端とし、他端を自由端
とする片持ち梁構造をとる。振動子２４の自由端はノズ
ルプレート２１に形成されたノズル開口２２と相対して
設置されており、特にノズルプレート２１と振動子２４
による微小な間隙はスペーサ２３により高精度に管理さ
れる。

インク保持手段は筐体２０とノズルプレート２１と板状
部材２９．３０．３１を２ｍｍ以下の適値の間隙りを介
して対向させるごとく配置して構成される。間隙りは一
部に圧力発生部材である振動子２４を包含している。板
状部材２９．３０．３１により形成される間隙りは図示
しない間隙規制部材によって概ね平行に管理される。筐
体２０下部と接触する板状部材２９．３０．３１下部分
には隣接する間隙りにインク３２を導くための切り欠き
を形成する。この間隙りは後述するようにインク３２の
レベルＬが常にノズル７の軸線より下方に位置するよう
に構成されたこの装置にあって、たとえヘッドがいかな
る時にいかなる態勢に置かれたとしても液化したインク
３２が漏洩することのないようにヘッド形状とインクの
物性値と表面張力によって決定されるある値以下である
必要がある。さらに詳細にはある間隙を介して対向しな
おかつ重力方向に対して平行に設置された大気中の２枚
の板部材において、液体は重力方向のある範囲の間隙に
ついて前記２枚の板材に間に安定的に保持される。これ
は液体に作用する自重と液体と板部分材料との接触面に
発生する表面張力がつり合うためである。間隙りはヘッ
ドがいかなる態勢に置かれたとしても上記原理が適用可
能なようにインク保持手段のあらゆる姿勢において取り
うる最大高さにおいてインク３２の自重と他部材との接
触面に発生する表面張力がつり合う間隙以下に設定する
必要がある。また間隙りはインク保持手段内のインクを
ノズル開口２１まで引き上げることができると同時にキ
ャリッジ１５の移動に伴う加減速力に対してインク面の
変動を抑えることができる程度に十分に小さい間隙でな
ければならず、また他方において溶融液化したインクか
ら発生する気泡を逃すことができるほか連続的なインク
吐出によってもインク切れが生じることなくまた高い周
波数のインク吐出に対しても供給不足が発生することが
なく十分応答しえる程度の大きさの空隙を有するもので
なければならない。インク保持手段内部にはインク量検
知手段３４が設けられておりレベルＬが設定値以下に達
したことを検知すると容器状の筐体２０の上部に設けら
れ適宜に開閉可能なフタ２８を開いて図示しない固体イ
ンクの収納槽からインク塊が固体インク受は部３３に供
給されるように構成されている。供給される固体インク
体積は全部溶融液化してもレベルＬがノズル開口軸線を
越えることがないような体積を持ち固体インク受は分３
３に供給されたときに直接板状部材２９．３０．３１に
接触するごとく構成されている。

熱源であるヒータ２７は圧力発生手段の背面の筐体２ｏ
上に設置される。板状部材２９．３０．３１と図示しな
い間隙規制部材は熱的に筐体と連結しておりヒータ２７
より発生した熱エネルギーは速やかに伝導しインク３２
の加熱および温度維持に用いられる。

次に動作について説明する。動作開始時はヒータ２７を
駆動しヘッドを加熱する。ヘッドはヒータ近傍から加熱
され圧力発生部材近傍に存在する少量のインクから順次
溶融液化する。印字動作開始に必要な溶融インク量が確
保される所定時間後にヘッドは印字動作にはいる。特に
本実施例のヘッド構造ではインク単位体積当りに接触し
ている板状部材および筐体の面積が広いため印字動作に
はいるまでの所要時間が短い。

次にインク吐出動作について説明する。振動子２４に選
択的電気信号を印加すると圧電効果により圧電素子層が
収縮し一方剛性の高い箔部材は寸法変化が規制されその
結果振動子はノズルプレート２１側に変形変位し振動子
とノズルプレートの間の微小な間隙に圧力が発生する。

この圧力によりインク滴吐出が行われる。次にヘッド内
部のインク量検知装置３４によりヘッド内部に残留する
液体状インク量が所定値以下であることを検知するとイ
ンク補給要求信号が出力される。

インク補給動作について第４図を用いて説明する。イン
ク供給装置１８に装着されるインク容器１９（第４図に
は図示せず）にはヘッド内の固体インク受は部３３の内
部形状に合致した形態のペレット状のインク環３９を収
納する。ヘッドからインク補給要求信号が出力されると
ヘッドはフタ２８を開いてインク供給位置まで移動しイ
ンク供給装置１８のインク出口とヘッドの固体インク受
は部３３とを対向させる。インク供給装置のインク供給
レバー４０を動作させ所定量のインク環３９をヘッドに
投入する。即ちペレット状のインク環３９を収納するイ
ンク容器１９の下部分はインク環を１粒ずつ落下させる
インク供給レバーを有する。インク環３９は重力により
インク供給装置１８の下方向に移動しインク供給レバー
により落下を阻止されて保持される。インク供給レバー
４０を矢印４１の方向に一定距離だけ変位させることに
よりイン供給レバーに設けられた切り欠きによって最下
層のインク環のみヘッドに投入される。

インク容器内の他のインク環は重力によってインク供給
装置内を下に移動しインク供給レバーに落下を阻止され
る。

再び第３図に戻りヘッド内のインク供給動作について説
明する。固体インク受は部３３に供給されたインク環３
９は板状部材２９．３０．３１に直接接触する。板状部
材はヒータ２７により供給された熱が筐体２０を経て伝
導供給されておりため速やかにインク塊融解が始まる。

液化したインク３２は間隙りの毛細管力により吸い込ま
れ保持されてインクレベルＬが上昇する。この時間隙り
において発生する毛細管力よりもノズル開口２２におい
て発生する毛細管力の方が強力なためインク吐出動作に
伴い次第にインクを消費しその結果としてインクレベル
Ｌが低下する。ここで常温のインク環をインク溶融温度
程度に保たれたヘッドに供給するためヘッドの急激な温
度低下が予想され特に圧力発生手段近傍のインクが温度
低下すると粘度が上昇し良好なインク吐出の妨げとなる
。

しかし本発明のヘッドについてはヘッド内部が板状部材
からなる仕切られた構造であるために板状部材が熱干渉
材の役割を果たすこと、供給されたインクが板状部材の
上部に線接触し直接溶融液化したインク３２の中につか
らないことにより圧力発生手段近傍の急激な温度低下を
招かない。

また供給されるインク環の体積は全量溶融してもインク
保持手段内から溢れでない程度の十分少ない量に設定す
る。そうでないとヘッドが倒置等の姿勢で置かれたとき
インク漏洩が生ずる。

上記のヘッド構成において用いられるインク量検知手段
３４は第１図を用いて説明したように反射面臨界角変化
を利用するもので発光素子として赤外発光のＬＥＤ、受
口光素子としてフォトトランジスタを用いて構成されて
いる。全反射臨界角が接触するインクの有無によって変
化しインクが反射面に達していない状態では受光素子に
照明光が検出される。インク液面が上昇し反射面がイン
クに濡れた状態では照明光が反射面を透過し板状部材３
１表面に達する。この結果表面で反射散乱され受光素子
と外れた光路を辿るため受光素子で検出されない。なお
上記反射面を粗面とし積極的に乱反射させることもでき
る。また反射面を黒色化し表面で有効に光吸収させるよ
うに構成することもできる。

これらの構成のインク量検知手段を用いることによって
板状部材の間に保持される微小量のインクでインク面の
検知が行える。即ち板状部材の形成する間隙にインクを
保持する本構造のヘッドにおいてはインク量検知手段を
設けるために空隙の異なる部分を設けるとインク保持能
力が場所によって異なるため前述した毛細管力の作用が
不均一になり特定の部分にインクが停留したりインクが
充たされない部分が生じる等の問題を生じるが上記イン
ク量検知手段ではこれらの問題を回避することができる
。

第５図に検出回路を示す。インク量に応じてフォトトラ
ンジスタ５３に到達するＬＥＤ５１の光り５２が変化し
出力端子５４に電圧として表われる。

複雑な信号処理回路等を必要とせず電圧信号を得ること
ができる。

インク量検知手段の構成は上記以外に発光素子の光を光
ファイバで光案内部材の反射面に導入するごとく構成す
ること、反射面からの光を光ファイバで受光素子に導く
ごとく構成すること、また受光側ファイバの端部を操作
者が直接観察してインク量を視認するごとく構成するこ
とも可能である。

また上記構成のインク量検知手段を上述の板状部材にイ
ンクを保持する構造のヘッドだけでなくインクリザーバ
を有するヘッドの壁に設けてインクジェットヘッドを構
成することもできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の上記構成によれば反射面に生
ずる臨界角変化によってヘッド内部に収納されるインク
量を検出する方式であるため少ない量のインクを用いて
Ｓ／Ｎ比の大きい信号が得られるという効果を有する。

また小型の検知手段が実現できヘッドが小型化できると
いう効果を有する。さらに構成が簡単で可動部分がない
ため信頼性が高いと共に内部に生ずる応力に強くホット
メルトインクを用いたヘッドにも適用できるという効果
を有する。またカラーインクでも有効に検知できるとい
う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のインクジェットヘッドに用いられるイ
ンク量検知手段の動作原理を　説明する説明図。 第２図は本発明の一実施例を示すインクジェットプリン
タの斜視点図。 第３図は本発明の一実施例を示すインクジェットヘッド
の断面図。 第４図は本発明の一実施例を示すインク供給装置の斜視
点図。 第５図は本発明の一実施例を示す検出回路を示す図。 受光素子　１ 発光素子　２ 光案内部材　３ 反射面　４ 反射面　４ インクジェットヘッド　１６ インク供給装置　１８ ノズルプレート　２１ ノズル開口　２２ 振動子　２４ ヒータ　２７ 板状部材　２９．３０．３１ インク　３２ インクレベル検知手段　３４ インク塊　３９ ＬＥＤ　　５１ フォトトランジスタ　５２ 以上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　銘木喜三部　他１名 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくとも一面の反射面を有する光案内部材、発光手段
   、受光手段を有し、 上記反射面にインクが接触しない状態で全反射を生じ、
   上記反射面がインクに接触している状態では全反射を生
   じない角度で、 上記発光手段から射出する光の少なくとも一部が上記反
   射面に入射するごとく構成したインク量検知手段を備え
   たことを特徴とするインクジェットヘッド。