JPH04250064A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】ノズルとインクタンクを一体化し
たカートリッジ型のインクジェット記録装置に係り、特
にインクタンク内のインク残量検知を行うインクジェッ
ト記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カートリッジ型のインクジェット記録装
置のインクタンク内の残量検知は、従来、インクタンク
内のインク吸収体のインク吸収量によるインクの電気的
特性の変化を測定して行っていた。この際、従来より温
度による電気的特性の変化を補正することが提案されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、温度の領域に
よっては残量検知レベルが不安定になる場合があり、残
検精度向上のために、温度による残量検出レベル補正方
法のの実用的な提案が望まれていた。また、温度センサ
ーを残量検知のためにだけインクタンク内に配すること
は、特にディスポーザブルタイプのインクカートリッジ
を使用した場合、コストアップ、装置の大型化、及び信
頼性悪化を招くため、改善が望まれていた。

【０００４】そこで、本発明は上述の問題点を解決する
ためになされたもので、温度に拘らず残量検知を精度良
く行うことのできるインクジェット記録装置を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録装置は、第一の温度センサーの出力に応じて、前記
インク残量検知手段の検知レベルを低温になるにしたが
って上げていくレベル設定手段を有することを特徴とす
る。

【０００６】

【作用】上記構成によれば、温度センサーのデータが不
安定で、補正が困難な温度領域は補正法を変更するため
、温度に拘らず残量検知を精度良く行うことができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明のインクジェット記録装置に係
る実施例について、図面を参照して詳細に説明する。

【０００８】（第１実施例）図１は、本発明の第１実施
例にかかるヘッドカートリッジを含むインクジェット記
録装置の断面である。１はインクジェット記録ヘッド本
体部分である記録ヘッドチップであり、記録媒体２０に
対向して移動しつつ記録信号に応じてインクを吐出する
。この記録ヘッドチップ１は、吐出エネルギー発生素子
としての吐出ヒーター及びその配線部等を配設した基板
を有するプリント板３や、吐出ヒーターに対応した吐出
口ないし液路の列１０を有する吐出部等で構成されてい
る。インクタンク部２は、所定量のインクを含浸した多
孔質材でなる吸収体４を有しており、その吸収体４に一
対のインク残量検知用電極５が挿通されている。そして
、このインクタンク部２と記録ヘッドチップとが一体に
結合されてヘッドカートリッジが構成されている。７は
その両者間に配置され、気泡を容易に通さない孔径を有
する多孔質体のフィルタである。

【０００９】記録ヘッドチップ１の液路列１０に設けら
れ、インクを吐出するためのエネルギーを記録信号に応
じて発生する吐出ヒーター、及び吸収体４内に挿通され
るピン形状のインク残量検知用電極５に対しては、これ
らに電気的接続を行うための電極が電極列１１の形でま
とめられている。そしてこの電極列１１が記録装置本体
のコネクタ１２と結合されている。

【００１０】本実施例にかかる記録装置による記録に際
しては、給送ローラ対１６及び排出ローラ対１９によっ
てガイド１８上をＦ方向に搬送される記録媒体２０に対
し、キャリッジ軸に沿って走査されるキャリッジ２３の
コロ２１を介して紙抑えレール１７により記録媒体２０
をガイド１８上に押圧しつつキャリッジ走査がなされる
。

【００１１】本実施例では、基本的には電極５間の抵抗
値を基にインクタンク部２内のインク残量検知を行うが
、インク残量と電極間抵抗との関係は、図２に示すよう
に、電流値によって特性が変化するため、単なる抵抗分
割法などによる回路構成では正確な残量検出を行えない
恐れがある。そこで、本例では図３に示す定電流回路を
採用して残量検出用端子間電圧を制御部２００でＡＤ変
換することによって、残量検知を行う。また、温度セン
サー５００の出力を制御部２００に取り込むことによっ
て温度補正を行う。

【００１２】図４は各色インクの温度による特性の変化
の測定値を示す。これによれば、 １．各色のインク毎に電気的特性が異なる。 ２．全てのインクが２７度℃以下では温度が下がるにつ
れて端子間電圧が上昇する。 ３．２７度℃以上では端子間電圧特性があまり変化しな
い。以上３点が結論づけられる。

【００１３】図５は、シアンインクのタンク内重量と残
量検知端子間電圧、温度の関係を示す。ここでは、温度
に無関係にインク残量無し警告を６．０Ｖで出すとする
。これによると１５度℃でインク残量が少ないことを警
告した時のインクカートリッジ重量は７６グラムである
。また、２５度℃でインク残量が少ないことを警告した
時のインクカートリッジ重量は７２グラムである。両者
の差４グラムのインク量はＡ４サイズで標準文字の記録
２００枚に相当し、自然画像の記録４０〜６０枚に相当
するものである。

【００１４】このように温度補正を行わないで残量検知
をすることは、残量無し警告時のインク量が異なること
になり、特に交換可能なカートリッジ方式のインクヘッ
ドにとって、まだ使用できるにもかかわらず交換される
可能性をもたせ、不具合である。

【００１５】図６はこれらの不具合を解決すべく求めた
、本実施例による残量無し警告を発生すべき端子電圧閾
値データである。残検端子間電圧の温度特性は図４に示
すように、２７度℃以下においては温度が低いほど電圧
が高くなるという性質があるが、２７度℃以上において
はほとんど電圧値が変化しない。そこで図６に示すよう
に２７度℃以下の温度では閾値を一次直線近似によって
もとめ、２７度℃以上の温度では一定値とした。

【００１６】図７は、図３に示した制御部２００による
インク残量検知にかかる処理手順の一例を示すフローチ
ャートであり、本図を用いて図３の構成の装置の動作を
説明する。

【００１７】制御部２００はインク残量検知タイミング
（ステップＳ１）でＩＯポートを「１」とし（ステップ
Ｓ２）、トランジスタＴｒ３をオンする。それによりト
ランジスタＴｒ１がオンとなり、トランジスタＴｒ２が
定電流動作をする。この定電流は、そのままヘッドカー
トリッジのインクタンク内の電極５間を流れる。これが
安定するまで所定時間（たとえば１秒）待機したあと（
ステップＳ３）、この電圧を直接、または必要に応じて
電圧変換回路４００を介して制御部２００のＡＤコンバ
ータに受容した電圧をＡＤ変換する（ステップＳ４）。 ＡＤ変換が終了すると（ステップＳ５）、制御部２００
はＩＯポートをオフしてトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３を
オフさせる（ステップＳ６）。

【００１８】次に、温度センサー５００の電圧をＡＤ変
換する（ステップＳ７〜Ｓ８）。なお、温度センサー５
００の取付位置は、インクタンク内が最も好ましいが、
本体内のインクカートリッジ近傍でもよい。温度センサ
ーのＡＤ変換値から、図６を用いて残量無し警告発生電
圧閾値を求める（ステップＳ９）。残検端子間電圧のＡ
Ｄ値とステップＳ７でもとめた閾値とから、残量無し警
告の発生を判断する（ステップＳ１０〜Ｓ１１）。

【００１９】上記実施例によれば、インク残量検知をイ
ンクの電気的特性から行う場合、温度特性を考慮したこ
とによって検知精度を向上させることができる。また、
電気的特性が一定の領域では、補正を行わないことによ
って、誤差を拡大してしまうことを防止する。

【００２０】（第２実施例）インクジェット記録装置は
、ノズル近傍を所定温度に制御しておかなければ、記録
がむらになるという欠点がある。それを解決するために
、ノズル近傍にヒーター（サブヒーター）と温度センサ
ーを配し、これによってノズル近傍の温度を所定以上に
保持するという対策が取られている。第２実施例はこの
ような構成のインクカートリッジを使用したものにおい
て、サブヒーター制御用の温度センサーを時分割使用す
ることにより、インクの温度センサーとしても利用する
ように構成したものである。

【００２１】図８に本実施例によるインクカートリッジ
の構成例を示す。同図において、３１はノズル近傍を加
熱するためのサブヒーター、３２はサブヒーターを制御
するための温度センサーである。本実施例では、図１０
に示す制御回路を採用し、残量検出用端子間電圧を制御
部２００でＡＤ変換することによって、残量検知を行う
。

【００２２】図９は、図１０に示した制御部２００によ
るインク残量検知にかかる処理手順の一例を示すフロー
チャートであり、図９を用いて図１０の構成の装置の動
作を説明する。

【００２３】制御部２００はインク残量検知タイミング
でないとき（ステップＳ２１）、温度センサーの出力電
圧のＡＤ変換をスタートする（ステップＳ３７）。ＡＤ
変換が終了したあと（ステップＳ３８）、温度センサの
出力とサブヒーター制御閾値を比較して（ステップＳ３
９）サブヒータの制御を行う（ステップＳ４０、Ｓ４１
）。このようにノズル近傍の温度が所定以上に保持され
る。

【００２４】インク残量検知タイミングのとき（ステッ
プＳ２１）、サブヒーターをオフし（ステップＳ２２）
、温度センサ出力電圧のＡＤ変換を行う（ステップＳ２
３〜Ｓ２４）。ここで、サブヒーターをオフした直後の
温度を検知する。そして５秒経過後（ステップＳ２５）
、再び温度センサ電圧をＡＤ変換する（ステップＳ２６
〜Ｓ２７）。次に、インク残検端子電圧をＡＤ変換する
。これはステップＳ２８〜Ｓ３２に示し、第１実施例の
ステップＳ２〜Ｓ６と同様のシーケンスである。

【００２５】インクタンク温度とノズル近傍の温度の差
が大きいほど下降幅が大きくなること知られている。こ
のことから、ステップＳ２３〜Ｓ２４で求めた温度と、
ステップＳ２６〜Ｓ２７で求めた温度の差を求めて、そ
の下降幅からインクタンク内の残量電圧検知端子部分の
温度を推定する（ステップＳ３３）。

【００２６】求められたインクの温度から第１実施例と
同様に、残検閾値を決定する（ステップＳ３４）。ステ
ップＳ２８〜Ｓ３２で求められた値とステップＳ３４で
求められた値からインク無し警告を行うか否かの判断を
する（ステップＳ３５〜Ｓ３６）。

【００２７】本実施例によれば、インクの温度センサー
をサブヒーター制御用の温度センサーと兼用しているの
で、小型化、コストダウン、信頼性向上を図ることがで
きる。

【００２８】（第３実施例）インクタンク内に吸収体を
有する構成のものは、温度変化によりインクの流動性が
変化し、インクタンク内のインクの分布のしかたに影響
を与えやすい。　　これは、以下に述べる理由による。 温度が高いときには流動性が良くなるため、低デューテ
ィー印字した場合と、吸引、高デューティー印字を行っ
た場合のインク分布密度はともに一定である。しかし温
度が低いときは流動性が悪くなるため、低デューティー
印字した場合は一定のインク分布密度を保つが、吸引、
高デューティー印字を行った場合はノズル近傍のインク
密度が一時的あるいは永久に低下する。

【００２９】以上のように、残量検知用の端子部分のイ
ンク密度はインクの温度とインクの消費速度によって変
化することになる。上記インク密度の変化は、当然電気
抵抗の変化となってあらわれる。

【００３０】そこで、本実施例は上記第２実施例に印字
速度の履歴を加味することによって、さらに高精度なイ
ンク残検を行うものである。なお、構成は第２実施例と
同様なので、説明は省略する。

【００３１】所定の温度以下の時に、１．吸引が行われ
た場合、２．所定のデューティー（例えば７０％以上）
の印字が所定ドット（例えば連続１０００ドット）行わ
れた場合、インク分布密度が一様でなくなっていると考
える。インクの分布密度が、一旦、一様でなくなったら
消去不可能な気泡がタンク内部に発生している可能性が
あるため、再び一様になる保証はないことが実験により
確認されている。ゆえに、上記条件を一度満たしたイン
クカートリッジは残量検知電圧の閾値を補正することを
停止し、これによって検知誤差が拡大することを防止す
るものである。インクカートリッジが取り外し可能で、
他の装置に装着される可能性のある場合、上記インク分
布が一様でなくなる条件を一度満たしたカートリッジに
、その情報を記憶する手段を備えてもよい。

【００３２】本実施例によれば、インクの流動性の影響
を考えて、吐出履歴と温度から、インク残検レベルを補
正することを中止することにより、より誤差の少ない残
検動作が可能となる。

【００３３】またその情報をカートリッジ側に記憶させ
ることによって、カートリッジを他の装置に装着した場
合のインク残量検知の精度も向上させることができる。 （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、インク吐出を行わせるために利用されるエ
ネルギとして熱エネルギを発生する手段（例えば電気熱
変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エネルギによりイ
ンクの状態変化を生起させる方式の記録ヘッド、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、高精細化が達成できるから
である。

【００３４】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４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行なうものが好ましい。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一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ーを発生
せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰させて、結果的
にこの駆動信号に一対一対応し液体（インク）内の気泡
を形成出来るので有効である。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、
少なくとも一つの滴を形成する。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なわれる
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４３４５
２６２号明細書に記載されているようなものが適してい
る。尚、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、更に優れた記録を行なうことができる。

【００３５】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
の組み合わせ構成（直線状液流路又は直角液流路）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４
４５９６００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年第１２３６７０号公報や熱エネルギ
ーの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応せる構成を開
示する特開昭５９年第１３８４６１号公報に基づいた構
成としても本発明は有効である。

【００３６】更に、記録装置が記録できる最大記録媒体
の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘ
ッドとしては、上述した明細書に開示されているような
複数記録ヘッドの組み合わせによって、その長さを満た
す構成や一体的に形成された一個の記録ヘッドとしての
構成のいずれでも良いが、本発明は、上述した効果を一
層有効に発揮することができる。

【００３７】加えて、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。

【００３８】又、本発明の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。

【００３９】更に、記録装置の記録モードとしては黒色
等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッド
を一体的に構成するか複数個の組み合わせによってでも
よいが、異なる色の複色カラー又は、混色によるフルカ
ラーの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は極めて
有効である。

【００４０】以上説明した本発明実施例においては、液
体インクを用いて説明しているが、本発明では室温で固
体状であるインクであっても、室温で軟化状態となるイ
ンクであっても用いることができる。上述のインクジエ
ツト装置ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲
内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあ
るように温度制御するものが一般的であるから、使用記
録信号付与時にインクが液状をなすものであれば良い。 加えて、積極的に熱エネルギーによる昇温をインクの固
形状態から液体状態への態変化のエネルギーとして使用
せしめることで防止するか又は、インクの蒸発防止を目
的として放置状態で固化するインクを用いるかして、い
ずれにしても熱エネルギーの記録信号に応じた付与によ
ってインクが液化してインク液状として吐出するものや
記録媒体に到達する時点ではすでに固化し始めるもの等
のような、熱エネルギーによって初めて液化する性質の
インク使用も本発明には適用可能である。このような場
合インクは、特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特
開昭６０−７１２６０号公報に記載されるような、多孔
質シート凹部又は貫通孔に液状又は固形物として保持さ
れた状態で、電気熱変換体に対して対向するような形態
としても良い。本発明においては、上述した各インクに
対して最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行す
るものである。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、インク残量検知を電圧
によって行う場合、温度によるインクの電気的特性の変
化を考慮すること、温度によるインクの分布の変化を考
慮することによって、より正確な残量検知を行うことが
可能となる。

【００４２】また、温度の情報を得るために、ノズル保
温制御用の温度センサーとインク温度測定用のセンサー
とを共用することにより、コストダウン、小型化、高信
頼性化が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】インクカートリッジを示す構成図である。

【図２】電極間抵抗と電流値の関係を示す図である。

【図３】本発明の第１実施例の制御回路を示す回路図で
ある。

【図４】インク温度と電極間電圧の関係を示す図である
。

【図５】インク温度とカートリッジ重量と電極間電圧の
関係を示す図である。

【図６】インク温度と残量検知閾値の関係を示す図であ
る。

【図７】第１実施例の動作を示すフローチャートである
。

【図８】本発明の第２実施例のインクカートリッジを示
す構成図である。

【図９】第２実施例の動作を示すフローチャートである
。

【図１０】第２実施例の制御回路を示す回路図である。

【符号の説明】

１　　記録ヘッドチップ ２　インクタンク ３　プリント板 ４　吸収体 ５　電極対 １０　液路列 １１　電極列 ２３　キャリッジ ２００　制御部 ３００　不揮発性メモリ ４００　電圧変換回路 ５００　温度センサー

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　吐出口から記録媒体にインクを吐出し
   て記録を行う記録ヘッドと、この記録ヘッドに供給され
   るインクを収容するインクタンクと、このインクタンク
   内に設けられた一対の電極と、この一対の電極間に定電
   流を供給したときの電極間電圧によりインク残量を検知
   する手段と、第一の温度センサーと、この第一の温度セ
   ンサーの出力に応じて、前記インク残量検知手段の検知
   レベルを低温になるにしたがって上げていくレベル設定
   手段とを有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】　　前記レベル設定手段は、検知レベルを
   温度によって変える温度領域と、変えない温度領域とを
   有することを特徴とする請求項１記載のインクジェット
   記録装置。
3. 【請求項３】　　前記吐出口近傍を第一の温度以上に保
   持するための第一のヒーターを有し、検知レベルを変え
   ない温度領域が前記第一の温度以上であることを特徴と
   する請求項１記載のインクジェット記録装置。
4. 【請求項４】　　前記第一の温度センサーを前記インク
   タンク内に備えたことを特徴とする請求項１記載のイン
   クジェット記録装置。
5. 【請求項５】　　前記第一の温度センサーを本体装置内
   に備えたことを特徴とする請求項１記載のインクジェッ
   ト記録装置。
6. 【請求項６】　　前記第一の温度センサーとして、前記
   第一のヒーターを制御するために吐出ノズル近傍に備え
   た第二のセンサーを兼用することを特徴とする請求項１
   記載のインクジェット記録装置。
7. 【請求項７】　　前記インクタンク内の残量検知動作時
   は、前記第一のヒーターに通電しないときに前記インク
   タンク内の温度を推定して前記残量検知動作を行うこと
   を特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
8. 【請求項８】　　前記記録ヘッドは熱エネルギーによっ
   てインク吐出を行うことを特徴とする請求項１記載のイ
   ンクジェット記録装置。
9. 【請求項９】　　前記記録ヘッドは前記インクタンクと
   一体に構成され、装置本体に対して着脱可能なカートリ
   ッジの形態を有することを特徴とする請求項１記載のイ
   ンクジェット記録装置。
10. 【請求項１０】　　複数の色のインクカートリッジが着
    脱可能で、各色毎に異なる検知レベルを設定可能なこと
    を特徴とする請求項１０記載のインクジェット記録装置
    。
11. 【請求項１１】　　前記インクタンク内にインク吸収体
    を有することを特徴とする請求項１記載のインクジェッ
    ト記録装置。