JPH0229344A - インクジェットプリンタ - 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〕 この発明は、インク吐出用のノズルに設けたピエゾを駆
動することによってノズル内のインクを吐出させるよう
にしたインクジェットプリンタ、詳しくはパージング後
及び使用期間中にノズル内にインクが充填されているか
を検出可能としたインクジェットプリンタに関するもの
である。

〔従来の技術〕

現在、インクジェットプリンタとしては、インク吐出用
ノズルの外周に設けた環状のピエゾに０〜６ＫＨ，程度
の駆動信号によって励振電圧をピエゾに印加して寸法歪
を発生させ、そのピエゾの押圧力により径方向に拡縮し
てノズル内のインクを吐出させて印字を行なうものが提
案されている。

このインクジェットプリンタでは、印字を行なう印字前
のスタート時、あるいは印字途中での吐出中断時にノズ
ル内のインクがなじみ易いようにノズルの開口部へ向け
てアルコール等の洗浄剤を吐出しくテンディング動作）
、−旦ノズル内のインクをインク槽へ還流させるととも
に５印字に支障をきたすインク槽からノズル系統内のバ
ブル（気泡）を排出する目的でインク槽にエアポンプ等
による空気を給送してインクを抑圧し、ピエゾを作動す
ると、インクがノズルからガターに噴出されるパージン
グが行われる。

さらにその後、パージング動作が完全に行なわれたか否
か、すなわち適正に印字を開始し得る状態にあるか否か
を調べるため、テスト印字を行なうようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、テスト印字ではインクが無駄になるばか
りでなく、テスト印字用紙が必要となるため不経済であ
り、しかもオペ１メータがその都度、テスト印字の結果
を目視にて良好な印字状態であるか確認しなければなら
ないという煩わしさがあった・ また、適正に印字が行なわれていなかった場合には、そ
の原因を全く特定できず、修理作業が極めて困難になる
という問題もあった。つまり、印字テストでは、印字を
適正に開始し得るかどうかの判断にはある程度有効であ
るが、印字が適正に行なオ〕れていなかった場合に、ノ
ズル内にインクが充填されているか否かを判別すること
はできないため、原因がインク供給系にあるのか、ある
いはノズル関係にあるのか等を判断できず、修理作業者
は印字不良の原因と成り得る要素を一つづつ確認してゆ
くという極めて非能率的な作業を行なわざるを得なかっ
た。

この発明は前記問題点に着目して成されたもので、テス
ト印字を行なわなくとも、ノズル内にインクが充填され
ているか否かを確実に検出することができ、操作性及び
経済性の向上を図り得ると共に、印字不良に対する故障
個所を能率的に探索することができるインクジェットプ
リンタの提供を目的とする、 〔課題を解決するための手段〕 本願発明に係るインクジェットプリンタは、インク吐出
用のノズルに設けたピエゾに、所定の印字駆動信号を供
給することによりノズル内のインクを吐出させるよう構
成すると共に、前記印字駆動信号の周波数帯域外の特定
の周波数を有するインク検出用駆動信号をピエゾに供給
する信号発生手段と、前記インク検出用駆動信号が供給
された際にピエゾの端子間電圧の波形値を検出する検出
手段と、前記検出手段からの出力に基づき、ノズル内に
インクが充填されているか否かを判別する判別手段とを
設けて成るものである。

〔作　用〕

本願発明に係るインクジェットプリンタにおいては、信
号発生手段を作動させると、インク検出用駆動信号によ
りピエゾが駆動され、その時のピエゾの端子間電圧の波
形値が検出される。

そして、判別手段が前記波形値と予めノズル内にインク
が充填された際に検出手段から出力されるべき波形値と
を比較し、両波形値が一致しているか否かを判別する。

従って、検出手段からの波形値はノズル内のインク量に
よって変化するため、前記判別手段の判別結果によって
ノズル内にインクが充填されているか否かが判別される
。一方、ノズル内にインクが充填されている場合は第５
図（ａ）に示すようなインピーダンス特性（１ｚ１対ｆ
曲線）となり。

ノズル内にインクが充填されていない場合は第５図（ｂ
）に示すようなインピーダンス特性となる。

第５図（ｂ）において実験結果によれば径方向の共振周
波数ｆ　ｒ１４２８７　ＫＨｚ、反共振周波数ｆａ、、
’ｑ　３３１　ＫＨｚ、長さ方向の共振周波数ｆｒ２〜
５１８ＫＨｚ、長さ方向反共振周波数ｆ　ａ、４６０１
ＫＨｚであり、第５図（ａ）においてはｆｒ初３８６Ｋ
Ｈｚ、ｆ　ａ４４４６ＫＨｚである。従って、インクジ
ェットの各寸法より計算で求めて見ると、 Ｄ、、＋Ｄ。

Ｎφ＝ｆ　・□　（Ｈｚ−ｍ） ここで、Ｎφ；周波数定数 ｆ；周波数 Ｄニアカム外径 Ｄ２；ピエゾ内径 ６．２　　＋　　Ｏ Ｎφ＝ｆｒ・　　　　　　　　＝１２０３Ｈｚ−ｒｎ＝
　　ｆｒ　＝　　３８８ＫＨｚとなり上記実測値ｆｒ４
３８６ＫＨｚと略一致する。

従、）て、ｆｒを求めることで、ノズル内にインクが充
填されているかどうか判断することが可能となる。

ｉ）ノズル内にインクが充填されていない場合の周波数
定数Ｎφは ｉｉ）ノズル内にインクが充填されている場合は内径→
Ｏ（２，１８→０）として 〔発明の実施例〕 以下、本願発明の一実施例を第１図ないし第５図に基づ
き説明する。

第り図は、この実施例の概略構成を示すブロック図であ
る。

図において、１は判別手段としてのＣＰＵ、２はこのＣ
ＰＵＩに印字データを始めとする種々のデータを人力す
るためのキーボード、３はＣＰＵ１から送出された印字
データを実際の印字に適合する形態のシリアルデータ信
号に変換して送出する印字データ変換装置、４はこの印
字データ変換装万から送出されたシリアルデータ信号を
一印字ヘッドに設けられた後述の複数のインクジェット
に対応したパラレルデータ信号に変換するシリアル／パ
ラレル変換装置、５は、このシリアル／パラレル変換装
置４からのパラレルデータ信号を印字ヘッドの動作に適
合したタイミングで送出するタイミング補正回路で、こ
こから送出されたパラレルデータ信号は、ＣＰＵＩより
の指啼−に基づいて作動するスイッチ（図示では上４？
４ｔ６　ａ　）　６を介してピエゾ駆動回路７へ出力さ
れる。なお、この実施例におけるパラレルデータ信号は
Ｏ〜６ＫＨ。

Ｚ程度の周波数帯域を有する。

９けインクジェットに設けられたピエゾで、前記ピエゾ
駆動回路７から後述の励振電圧がスリップリング（電気
的通電具）８を介して供給されている。１０はＣＰＵＩ
よりの指令に基づいて作動する前記スイッチ（図示の下
位ｆｆ１６ｂに切換える）６を介してピエゾ駆動回路７
に接続された発振器（信号発生手段）で、２００　ＫＨ
ｚ〜４００　ＫＨｚの範囲（または３８８ＫＨｚ付近）
で出力信号（インク検出用信号）の特定周波数を掃引し
得るようになっている。１１は前記ピエゾ９の端子間電
圧を検出する検出手段とＬ２ての電圧検出回路であり、
前記ピエゾ９の端子間電圧を後段のＡ　、／　Ｄ変換器
１３に入力し得るレベルまで減衰させる減衰器１１ａと
、この減衰器ＩＬａから出力される信号電圧の実効値ま
たは平均値若しくはピーク値（以下波形値という）を出
力する波形処理回路１１３にてデジタル信号に変換され
た後、ｃ　ｐ　Ｕ　−１に入力されている。

なお、１２ａ及び１２ｂはＲＡＭおよびＲＯＭでるある
。

第２図は前記ピエゾ駆動回路７と減衰器］１ａの具体的
回路を示す図である。

図示のように、ピエゾ駆動回路７は、前記発振器１０よ
り送出された信号により作動するスイッチングトランジ
スタＴＲ工と、このトランジスタＴＲ□のコレクタ側に
接続された可変抵抗Ｒ１、ダイオ−ドロ工、抵抗Ｒ２よ
り成る。

また、減衰器１１ａは、コンデンサＣ１抵抗Ｒ１，Ｒ４
及び半波整流用のダイオードＤ８とにより構成されてい
る。

第３図（ａ）、（ｂ）は印字ヘッドに設けられたインク
ジェット１４の構成を示す図であり、（ａ）図はノズル
内にインクが充填されていない状態、（ｂ）図はノズル
内にインクが充填されている状態である。

図において、１５は図外の印字ヘッドに固設される筒状
のカムで、その内部にはエポキン樹脂１６により円筒状
のピエゾ９が支持されており、さらにこのピエゾ９の内
面には可撓性を有するノズル１７が挿入されている。

また、ピエゾ９は絶縁部９Ａを介して分離されたプラス
電極部９ａ及びマイナス電極部９ｂを有し、画電極部９
ａ、９ｂにリード線１０ａ、１０ｂを介してピエゾ即動
回路７からの励振電圧を印加することにより、ピエゾ９
が径方向に拡縮動作し、ノズル７グが押圧・解放され、
ノズル１７外へインクエの吐出が行なわれる。

上記構成に基づき、次に作用を説明する。

印字動作開始前の状態ではノズル１７内には殆どインク
Ｉが存在しない。これは、印字前のスタート時あるいは
印字途中での吐出中断時に行なわれたインクテンディン
グによって、ノズル１７内のインクエ　がインク槽内に
還流されているためである。このため、印字動作を開始
するに際しては、まず、ノズル１７内にインク■を充填
すべく周知のパージング動作によってインク槽内のイン
クＩをノズル１７に送給する。パージング動作が終了す
ると１次にＣＰＵＩからの信号により発振器１０が作動
する。この時、スイッチ６はＣＰＵ１によって発振器１
０側（第１図において下位置６ｂ）に接続されており、
発振器］０から送出されたインク検出用信号Ｓ１はスイ
ッチ６を介してピエゾ駆動回路７に入力される。ピエゾ
駆動回路７は、入力されたインク検出用信号によりスイ
ッチングトランジスタＴＲよが作動し、その結果励振電
圧をスリップリング８を介してピエゾ９に印加する。ま
た、発振器１０はインク検出用信号を２００ＫＨｚから
４００ＫＨｚ（または３８８ＫＨ２付近）の特定周波数
で掃引するようになっており、ピエゾ９はその周波数に
応じた速度で拡縮する。このピエゾ９の拡縮動作によっ
てノズル１７も同様に拡縮するが、この場合、その動作
の周波数が前述のように高周波であるため、ノズル１７
の拡縮動作にインクエが追従せず、インクエはノズル１
７から吐出されない（実験によると２０ＫＨｚ以上では
吐出されない）。

また、励振電圧によってピエゾ９の両端子間には電圧が
発生する（第２図参照）。この電圧は減衰器１１ａによ
り後段のＡ／Ｄ変換器１．３に入力し得るよう減衰され
た後（第２図参照）、波形処理回路１１ｂによって取出
される。そして、波形値はＡ／Ｄ変換器１３によってデ
ジタル信号に変換された後、ＣＰＵＩに出力される。

ところで、第３図（ａ）、（ｂ）に示すように。

ノズル１７内にインクエが充填されていない場合と、充
填されている場合とでは、インクジェット１４の等価回
路は第４図（ａ）、（ｂ）に示すように異なる。

すなわち、第４図（ａ）はノズル１７内にインクＩが充
填されていない場合の等価回路であり、ＣＯはピエゾの
誘電率と電極寸法から決まる容量、Ｌ工、Ｃ工、Ｒ９及
びＬ２・Ｃ２・Ｒ６は並列に接続された各直列共振回路
のインダクタンス・キャパシタンス・抵抗である。第４
図（ｂ）はノズル１７内にインク■が充填されている場
合の等価回路であり、Ｌ、Ｃ，Ｒは直列共振回路のイン
ダクタンス・キャパシタンス・抵抗でＣＯとともに直並
列共振回路を形成する。

従って、２００　Ｋ　Ｈｚ　〜４００　Ｋ　Ｈｚまで周
波数を掃引した場合の両回路の周波数−インピーダンス
特性も第５図（ａ）、（ｂ）に示すように変化する。

すなわち、インク充填時には第５図（ａ）に示すように
、インクジェット１４の径方向共振周波数ｆ　ｒ　（３
８６ＫＨｚ付近）にてインピーダンスが極小となり、ま
た反共振周波数ｆａ（４４６ＫＨｚ付近）にて極大とな
る。これに対し、インク■が充填されていない場合には
、同図（ｂ）に示すようにインクジェット１４の径方向
の共振周波数ｆｒ、（２８７ＫＨｚ付近）で極小、同方
向の反共振周波数ｆ　ａｌ（３３１ＫＨｚ付近）で極大
となり、さらにインクジェットの長手方向の共振周波数
ｆ　ｒ、（５１８ＫＨｚ付近）で極小、同方向の反共振
周波数ｆ　ａ２（６０１ＫＨｚ付近）で極大となる。

この実施例では、ノズル１７内にインクＩが充填されて
いる場合の共振周波数における波形値を両データが一致
していればノズル１７がインク充填状態にあると判断し
、スイッチ６をタイミング補正回路５側に切り換え（第
１図における上位置６ａ）、印字可能状態とする。また
、逆に前記両波形値が不一致であれば、パージング動作
が適正に行なわれず、ノズル１７内にインクエが充填さ
れていないと判断し、その旨を図外の表示器により表示
すると共に、スイッチ６を現在の接続状態のまま保持す
る。

このことは、インク充填時のインクジェット１４の共振
周波数ｆｒにおけるインピーダンス値とＣＰ　Ｕ　］、
に入力されてくる現状におけるインピーダンス値とを比
較判断することと等測的である。

このように、この実施例では、オペレータがテスト印字
等によって印字状態を確認しなくとも、装置自体で自動
的にノズル内のインク有無を検出するため、操作性が著
しく向上すると共に、テスト印字によるインクや用紙の
無駄を省くことができる。

また、ノズル１７内にインクが充填され印字可能状態と
なった時点で、印字指令を入力すると、予め入力されて
いた印字データが、印字データ変換装置３に入力され、
さらにここから実際の印字に適合するシリアルデータが
シリアル／パラレル変換装置４へ送出される。そしてこ
の変換装置４では入力されたシリアルデータを印字ヘッ
ドに設けられた複数のインクジェット（ここでは３２個
のジェット）に対応するパラレルデータに変換する。

そしてこれらパラレルデータは、スイッチ６を介してピ
エゾ駆動回路７に入力される。ピエゾ駆動回路７からは
入力されたデータに応じて駆動信号がピエゾ９に供給さ
れ、ピエゾ９は駆動信号の周波数に応じた周波数で拡縮
され、ノズル１７と共に拡縮する。この時、ピエゾ９は
、Ｏ〜６ＫＨｚの低い周波数の駆動信号で駆動されるた
め、ノズル１７内のインクは、ノズル１７の拡縮動作に
追従して吐出され、印字が実行される。

なお、上記説明では、パージング動作終了後に、ノズル
１７内にインクが充填されているか否かの判別を行なう
場合を例にとり説明したが、この判別動作をヘッドテン
ディング動作後に行なえば、ヘッドテンディングが適正
に行なわれているか否かを検出することができる。さら
に、印字不良時等において、前記判別動作を行なえば、
その判別結果が故障箇所を特定する上で極めて有効な手
掛かりとなり、修理作業を能率的に行なうことができる
。なお、第１図のブロック図において、正常印字の時に
検出手段としての電圧検出回路１１が作動しても何等印
字動作に支障はない。

〔発明の効果〕

以上説明したとおりこの発明によれば、テスト印字を行
なわなくとも、ノズル内にインクが充填されているか否
かの正確な判別を自動的に行なえるため、テスト印字に
おける手間やインク及び用等における故障箇所を能率的
に探索することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のＲＩ１１８構成を示すブ
ロック図、第２図は第１図に示したピエゾ駆動回路及び
減衰器の具体的回路を示す回路図、第３図（ａ）、（ｂ
）はインクジェットの構成を示す縦断面図で、同図（ａ
）はノズル内にインクが充填されてない状態を、同図（
ｂ）はインクが充填されている状態をそれぞれ示す。第
４図（ａ）は第３図（ａ）に示した状態を示す等価回路
、第４図（ｂ）は第３図（ｂ）の状態における等価回路
。 第５図（ａ）はノズル内にインクが充填されている場合
のインクジェットの周波数−インピーダンス特性を示す
線図、第５図（ｂ）はノズル内にインクが充填されてい
ない場合のインクジェットの周波数−インピーダンス特
性を示す線図である。 １・・・ＣＰＵ（判別手段） ９・・・ピエゾ １０・・・発振器（信号発生手段） １．１・・・電圧検出回路（検出手段）ニ ｑ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 インク吐出用のノズルにピエゾを設け、前記ピエゾへ所
   定の印字駆動信号を供給することによりノズル内のイン
   クを吐出させるようにしたインクジェットプリンタにお
   いて、 前記印字駆動信号の周波数帯域外の特定の周波数を有す
   るインク検出用駆動信号をピエゾに供給する信号発生手
   段と、 前記インク検出用駆動信号が供給された際にピエゾの端
   子間電圧の波形値を検出する検出手段と、前記検出手段
   からの出力に基づき、ノズル内にインクが充填されてい
   るか否かを判別する判別手段とを備えたことを特徴とす
   るインクジェットプリンタ。