JPH03246056A - インクジェット記録装置 - 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、このような装置には次に述べるような問
題点がある。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という問
題が生じることになる。

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の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ズルタイプ
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具えた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を駆動し
、前記該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
する手段とを具えたことを特徴とする。

［作　用］ 本発明によれば、インクジェット記録ヘッドの吐出エネ
ルギ発生素子に所定の駆動信号を与え、それに応じて発
生する音波を判定することで吐出口内方の液路等にイン
クが存在するか否かを判断することができる。

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。

［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、キャリッジ上１０上に記録
へラド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と記録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、ドツトを記録していく。

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１０１の移動に追従すべ（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１０
１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〜ｌ０ＫＨ２
）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１
０１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は所定の周波は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７
０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１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Ｓｌ）。次に制御装置５０は１個の吐出口
を選択しくステップ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Ｓ５）。

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３０〜４０μ
ｓｅｃ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、液路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Ｓｌｌ
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Ｓｌｌ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ｇ己録装！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、例えば記録ヘッドを容易に交換可能な構成とし
た場合において、記録ヘッド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−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（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）内の気泡を形
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４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２
号明細書に言己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５
９−１２３６７０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（行いつるか
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、一体向に形成され
た１個の言己録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。

加えて、上側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
応して複数個数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、リーグ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］ 以上の説明したように、本発明にによれば、インクジェ
ット記録ヘッドの吐出不良の検査に際して、インクジェ
ット記録ヘッドの吐出エネルギ発生素子に所定の駆動信
号を与え、それに応じて発生する音波判定することで液
路にインクが存在するか否かを判断することができる。

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　・・・７夜室、 ４　・・ｑ復路、 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、 ｌＯ・・・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・・・インフジエラ ５０・・・制御回路、 ５７・・・液体再充填装置、 ７０・・・回路装置、 １０１・・・インフジエラ ト記録ヘッド。 ト記録装置本体ベース、 第２図 第４ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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具えたインクジ
   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を駆動し、前記該音波検出手
   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手段と を具えたことを特徴とするインクジェット記録装置。 ２）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知することを特徴
   とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。 ３）前記異常判定手段は、前記検出された所定の範囲の
   音波の周波数の強度から判断して、前記インクの有無を
   検知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。 ４）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。 ５）前記吐出エネルギ発生素子は、前記エネルギとして
   熱エネルギを発生する電気熱変換体の形態を有すること
   を特徴とする請求項１ないし４のいずれかの項に記載の
   インクジェット記録装置。 ６）前記異常検知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特徴とする請求項１ないし５の
   いずれかの項に記載のインクジェット記録装置。