JPH05155035A - インクジェットヘッドの回復方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インク内に拡散して消滅できる気泡はインク
内に拡散させ、真に回復動作が必要な場合のみに回復動
作を行なうようにして、高速印字を可能とさせ、無駄な
インクならびにエネルギの消費を防止すること。 【構成】 インクジェットヘッドのインク流路内に発生
した気泡を除去するインクジェットヘッドの回復方法に
おいて、前記気泡がインク内に所定時間以内に拡散する
大きさの場合には、気泡検出後少なくともその気泡のイ
ンク内への拡散時間だけ印字動作を中断して、前記気泡
をインク内へ拡散させて消滅させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ノズルからインクを用
紙に向けて噴射して印字を行うインクジェットプリンタ
に使用され、インクジェットヘッド内の目詰まりならび
に気泡を除去するインクジェットヘッドの回復方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】前述したインクジェットプリンタは、イ
ンクジェットヘッドユニット内に、先端部をノズルに形
成された複数のインク流路を配設し、このインク流路の
少なくとも一部の外周壁を可撓性材料により形成すると
ともに、この外周壁に電歪振動子を設けてなり、所定の
印字タイミングにより電歪振動子に通電することにより
インク流路の断面積を減少させて、インク流路内のイン
クをノズルから噴射して用紙に着弾せしめ、印字を行な
うようになっている。

【０００３】ところで、前述したインクジェットプリン
タにおいては、その原理上、インクジェットヘッドのノ
ズルにごみが付着したり、あるいは、インクジェットヘ
ッドのインク流路内に気泡が発生したりすると、インク
の不吐出というトラブルが発生する。

【０００４】そこで、気泡検出装置によりインク流路内
の気泡発生を検知するようにし、気泡発生を検知した場
合には、インクジェットヘッドの回復装置により気泡を
除去するようにしている。

【０００５】このようなインク流路内の気泡の検出手段
としては、様々な手段、例えば実公昭５９−５５７０号
公報、特開昭６０−２６２６５５号公報、特開昭６３−
１４１７５０号公報等が提案されている。

【０００６】また、図４および図５に示すようなインク
ジェットヘッドの回復装置が提案されている。

【０００７】このインクジェットヘッドの回復装置を説
明すると、図４に示すように、円筒形をなすプラテン１
の前方には、プラテン１の軸方向と平行な方向に延在す
る一対のキャリッジ軸２，２が配設されており、これら
のキャリッジ軸２に沿って往復動しうるキャリッジ３が
配設されている。このキャリッジ３には、フルカラーの
印字を行いうるインクジェットヘッド４が搭載されてい
る。

【０００８】このインクジェットヘッド４には、前記プ
ラテン１に対向するようにフルカラー用の４色のインク
にそれぞれ対応する４個のノズル集合体５（図４参照）
が配設されており、各ノズル集合体５は、前記プラテン
１に対向するように縦方向に整列配置された複数のノズ
ル６（図５参照）により構成されている。そして、これ
らのノズル集合体５は、前記キャリッジ３に支持されて
いるヘッド取り付け台７に固定されている。

【０００９】前記各ノズル集合体５の背部の前記キャリ
ッジ３上には、このノズル集合体５を構成する各ノズル
６と連通するバッファタンクとしての補助タンク８を内
蔵したインレット９が配置されており、各インレット９
には、前記キャリッジ３に着脱自在に搭載される対応す
る色のインクカートリッジ１０が連通されるようになっ
ている。

【００１０】前記プラテン１の一端の側方には、不使用
時に前記各ノズル６を被覆してノズル６内のインクの乾
燥を防止したり、ノズル６内に形成された気泡や、ノズ
ル６内に詰まった異物を除去するために使用されるキャ
ップ装置１１が配設されている。このキャップ装置１１
は、前記キャリッジ３側に開口１２が形成されているケ
ーシング１３を有しており、このケーシング１３の開口
１２内には、前記インクジェットヘッド４に接離する方
向に可動とされているキャップ本体１４が配設されてい
る。このキャップ本体１４は、前記インクジェットヘッ
ド４の各ノズル集合体５に対応して、各ノズル集合体５
を被覆しうるように縦長に形成された複数の開口部１５
を有しており、各開口部１５の内側には、ゴム製のライ
ナ１６が張設されている。このライナ１６は、開口部１
５の周縁の内側から外部に突出して前記各ノズル集合体
５の外周に気密に圧接しうるようになっている。

【００１１】また、前記ノズル集合体５は、図５に示す
ように、それぞれ縦方向に整列配置されている複数のイ
ンク流路１７からなり、各インク流路１７には先端のノ
ズル６からインクを噴射するための電歪振動子であるピ
エゾ素子１８が配設されている。

【００１２】一方、キャップ装置１１のキャップ本体１
４の上部の前面には、ほぼ半球上の１個の突起１９が突
設されており、この突起１９の頂部に連通している加圧
用空気通路２０がキャップ本体１４の背部にまで到達す
るように形成され、この加圧用空気通路２０には、図示
しないポンプのような加圧手段が接続されている。ま
た、前記キャップ本体１４の各開口部１５内は連通路２
２を通して図示しない大気開放弁に連通されている。さ
らに、前記キャップ本体１４の各開口部１５には、それ
ぞれ廃液管２３が接続されている。各廃液管２３は、図
示しないポンプのような吸引手段に接続されており、こ
の吸引手段により各開口部１５から吸引されたインク
は、廃液タンクに貯留されるようになっている。

【００１３】他方、ヘッド取り付け台７のキャップ装置
１１との対向面の上部には、キャップ装置１１がインク
ジェットヘッド４を被覆したとき、前記突起１９がノズ
ルタッチすることにより前記加圧用空気通路２０と連通
される１個の加圧用空気通路２５が形成されており、こ
の加圧用空気通路２５は、インクカートリッジ１０の数
に対応する４本の分岐通路２６に分岐しており、各分岐
通路２６の端部には、各インクカートリッジ１０の上部
内と連通する空気パイプ２７が接続されている。

【００１４】前述した従来のものによれば、印字時に
は、キャップ装置１１のキャップ本体１４を退避させた
状態において、インクジェットヘッド４を搭載したキャ
リッジ３をプラテン１に沿って走行させつつ、所定の印
字信号に基づいてインクジェットヘッド４の印字に供さ
れるノズル６のピエゾ素子１８を動作させて、インクカ
ートリッジ１０からインレット９を介してインク流路１
７に供給される所望のインクをノズル６からプラテン１
上の用紙に向けて噴射することにより、所望の印字を行
う。

【００１５】この時、気泡検出装置は気泡の発生を監視
しており、気泡の発生を検出すると、印字を中断させ、
回復装置により下記のようにしてインク流路１７内より
気泡を除去させる。

【００１６】すなわち、印字動作を中断させた後に、前
記キャリッジ３は所定の基準位置に戻され、この基準位
置において前記インクジェットヘッド４に前記キャップ
装置１１を被着し、前記キャップ装置１１に配設したキ
ャップ本体１４の各開口部１５がインクジェットヘッド
４の対応するノズル集合体５を被覆したら、加圧手段２
１および吸引手段２４を駆動して各ノズル集合体５のノ
ズル６からキャップ本体１４の開口部１５内にインクや
インクジェットヘッド４内の気泡等を流出させるととも
に各開口部１５内に流出したインクを各廃液管２３から
吸引することにより回復動作を行う。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の回復方法においては、インク流路１７内に気泡が発
生すると、その気泡が微小なものであってインク内に拡
散して消滅される大きさの気泡である場合においても、
一律に印字動作を中断させて、前記回復方法を行なうも
のであるために、以下のような不都合があった。

【００１８】すなわち、印字を中断し、回復動作を行な
い、その後に印字動作を再開するまでに要する回復操作
時間は比較的長時間であるために、微小な気泡が発生し
た場合にも回復動作を行なうと、印字完了までの時間が
大きく延長されることとなり、高速印字ができなくなっ
てしまう。また、不必要な回復動作を行なうことによ
り、無駄なインク消費ならびに電力消費等の不要なエネ
ルギ消費がなされてしまうという不都合があった。

【００１９】本発明はこれらの点に鑑みてなされたもの
であり、インク内に拡散して消滅できる気泡はインク内
に拡散させ、真に回復動作が必要な場合のみに回復動作
を行なうようにして、高速印字を可能とさせ、無駄なイ
ンクならびにエネルギの消費を防止することのできるイ
ンクジェットヘッドの回復方法を提供することを目的と
する。

【００２０】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
め本発明のインクジェットヘッドの回復方法は、インク
ジェットヘッドのインク流路内に発生した気泡を除去す
るインクジェットヘッドの回復方法において、前記気泡
がインク内に所定時間以内に拡散する大きさの場合に
は、気泡検出後少なくともその気泡のインク内への拡散
時間だけ印字動作を中断して、前記気泡をインク内へ拡
散させて消滅させることを特徴とする。

【００２１】

【作用】本発明によれば、インク流路内に発生した気泡
が微小で短時間でインク内に拡散するものである場合に
は、少なくともその気泡の拡散時間だけ印字動作を中断
することにより、気泡がインク内に拡散して消滅させら
れる。その後、印字動作が再開されるので、気泡の回復
動作を短時間に行なうことができ、従来のような回復装
置を用いた長時間を要する回復動作が不要となり、高速
印字が可能となる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図３により
説明する。

【００２３】図１は本発明に用いる気泡検出回路と駆動
回路とを示し、図２は図１の回路の各部の波形を示す。

【００２４】図１に示すように、電歪振動子１８は駆動
回路３１をもって駆動され、気泡検出回路３２をもって
気泡の発生を検出されるように形成されている。

【００２５】一方の駆動回路３１においては、電歪振動
子１８の両端の電圧を減少させるためのトランジスタ３
３と、電歪振動子１８の両端の電圧を上昇させるための
トランジスタ３４とが駆動電圧Ｖ0 と接地との間に直列
に接続されている。すなわち、両トランジスタ３３、３
４は双方のコレクタを直列接続された２個の抵抗３５、
３６を介して接続され、一方のトランジスタ３４のエミ
ッタが駆動電圧Ｖ0 に接続され、他方のトランジスタ３
３のエミッタが接地されている。電歪振動子１８の駆動
点１８ａは両抵抗３５、３６の間に接続され、他方の接
地点１８ｂが接地されている。前記トランジスタ３３の
ベースには、入力端子３７より入力される低電位駆動タ
イミング信号がバイアス抵抗３８、３９を経て入力され
るように形成されている。また、前記トランジスタ３４
のベースには、入力端子４０より入力される高電位駆動
タイミング信号がトランジスタ４１を経て入力されるよ
うに形成されている。すなわち、トランジスタ４１のベ
ースには、バイアス抵抗４２、４３を経て高電位駆動タ
イミング信号が入力されるようになっており、エミッタ
は接地され、コレクタは抵抗４４をもってトランジスタ
３４のベースと接続されている。また、トランジスタ３
４のエミッタとベースとの間には抵抗４５が接続されて
いる。

【００２６】他方の気泡検出回路３２においては、電歪
振動子１８の駆動点１８ａに一端を接続された抵抗４６
の他端と駆動電圧Ｖ0 との間にダイオード４７が接続さ
れている。このダイオード４７のカソードよりコンデン
サ４８と抵抗４９とが直列接続されて接地されている。
コンデンサ４８と抵抗４９との接続点は電圧比較器５０
の＋入力端子に接続されている。この電圧比較器５０の
−入力端子には比較電圧用のバッテリ５１が接続されて
いる。

【００２７】次に、本実施例の作用を説明する。

【００２８】インクジェットヘッドよりインクを吐出さ
せる場合には、高電位駆動タイミング信号および低電気
駆動タイミング信号を、図２の（ａ）、（ｂ）に示すよ
うなタイミングで各入力端子４０、３７へ入力させる。
これにより、駆動回路３１により電歪振動子１８の駆動
点１８ａおよび接地点１８ｂ間に印加される電圧が変化
させられる。

【００２９】このように電歪振動子１８の両端の電圧を
変えると、電歪振動子１８は機械的な歪みを生じる。こ
の機械的歪みにより電歪振動子１８の内部には、駆動電
圧Ｖ0 を打ち消すような電荷分布が存在し、駆動電圧Ｖ
0 と平衡状態を保とうとする。また、この電歪振動子１
８の機械的歪みに伴って振動板（図示せず）も機械的に
歪み、これにより、インク流路１７の容積が変化し、こ
の結果インク流路１７内のインクがノズル６の表面より
外側にせりだす。一旦移動を開始したインクは、その駆
動に従いながら慣性力により移動を続けようとする。し
かし、インクの体積弾性により元にもどろとする応力が
作用し、ノズル６の表面よりせりだした後逆方向に戻ろ
うとする。この過程でインクの表面張力が作用して、イ
ンクが滴として一部分離する。この分離したインク滴
は、慣性力により記録紙に向けて飛翔し、印字に供され
る。

【００３０】一方、ノズル６内に残ったインクは、体積
弾性により元に戻ろうとする。この力は振動板を経て電
歪振動子１８に与えられ、駆動回路３１から得た機械歪
みとは逆の方向への応力が与えられる。即ち、電歪振動
子１８の内部では電荷分布が元の駆動時とは逆の電荷分
布変化を導く。この電歪振動子１８の内部の電荷の変化
は駆動点１８ａに駆動電圧Ｖ0 によって与えられた電圧
以上の電圧を発生させる。また、インク流路１７内での
電歪振動子１８との作用、反作用は、インクジェットヘ
ッドの機械構造、インク体積弾性等の振動系によって周
期的に繰り返される。この時の電歪振動子１８の駆動点
１８ａの電圧は図２の（ｃ）のようになる。

【００３１】ところが、インク流路１７内に気泡が混入
すると、駆動回路３１によって生じさせられた電歪振動
子１８の機械歪みによるインク流路１７内の容積の変化
は、気泡の気圧変化に吸収され、インクの移動を減少さ
せるかまたは発生させなくなる。この時は適切なインク
滴も得ることができない。また、インクの移動がないた
め、電歪振動子１８には駆動回路３１により発生されら
れる歪み以上の歪みは生じないため、その駆動点１８ａ
には駆動回路３１から得た電圧以上の電圧は発生しな
い。

【００３２】本実施例においては、気泡検出回路３２に
より、電歪振動子１８の駆動点１８ａにおける電圧を監
視することにより、インク流路１７内の気泡の有無を検
出するものである。

【００３３】即、気泡がない場合には、適正なインクの
移動が起こり、それに伴って、駆動電圧Ｖ0 以上の電圧
がインクジェットヘッドの構造、インクの物性に従った
時刻に電歪振動子１８の駆動点１８ａにあらわれ、気泡
が発生した場合には、駆動電圧Ｖ0 以上の電圧は前記駆
動点１８ａにはあらわれないことに基づいて、気泡の有
無を検出することにある。

【００３４】気泡検出回路３２による気泡検出は、次の
ようにして行なわれる。

【００３５】電歪振動子１８が駆動回路３１により低電
圧に電気駆動を受けると、ダイオード４７は順方向にバ
イアスされ順方向電流が流れる。このダイオード４７の
両端の電圧がダイオード４７の閾値を超えると順方向電
流は急激に増加し、この結果、電歪振動子１８の受ける
駆動電圧の殆どは抵抗４６に分圧され、またこの抵抗値
を充分大きな値とすると駆動回路３１への影響を与えな
い。一方、機械歪みによって生じる電圧は駆動電圧Ｖ0
より高い電圧に達するため、ダイオード４７は逆方向に
バイアスされる。この時、ダイオード４７の逆方向電流
は順方向電流に比べ３桁以上少ないため、電歪振動子５
の電圧は殆どダイオード４７に分圧される。従って、図
２の（ｄ）に示すように、ダイオード４７のカソード端
子から、殆ど電歪振動子１８の機械歪みに起因するカソ
ード端子電圧がそのまま取出される。このカソード端子
電圧の電圧振幅は、コンデンサ４８により交流結合され
て図２の（ｅ）に示される交流電圧として取出され、抵
抗４９によるバイアス点に印加され、電圧比較器５０の
＋入力端子へ入力される。この入力電圧は電圧比較器５
０により、バッテリ５１の電圧値からなる気泡の有無を
区別する基準電圧、例えば１Ｖと比較される。

【００３６】従って、インク流路１７内に気泡がない場
合には、図２の（ｅ）の交流電圧は、前記基準電圧値を
越えて変化するので、電圧比較器５０の出力端子５２に
は、気泡のない時に機械歪みによって生じた電圧である
ことを判別して、図２の（ｆ）に示されるパルスが出力
されて、気泡がないことが検出される。

【００３７】一方、インク流路１７内に気泡が発生した
場合には、インクジェットヘッドを駆動したにもかかわ
らず、前記電圧比較器５０への入力電圧は０ボルトであ
るために、出力端子５２にパルスが発生されず、インク
流路１７内に気泡があると判断される。

【００３８】この気泡の発生の検出後は、図３に示すよ
うにしてインクジェットヘッド４の回復が行なわれる。

【００３９】先ず、ステップＳＴ11において、気泡の発
生が検出された場合には、ステップＳＴ12に進行して、
ただちに印字動作が停止される。次に、ステップＳＴ13
に進行して、インクジェットヘッド４がキャップ装置１
１と対向する基準位置まで戻り、その後ステップＳＴ14
に進行して、所定の待機時間停止して、前記気泡がイン
ク内に拡散して消滅するのを待つ。気泡のインク内への
拡散時間は、インクや周囲の温度が高い程短くなるの
で、前記待機時間はインクや周囲の温度に応じて変化さ
せる。この待機中は、適宜の表示ランプ等を点灯させ
て、使用者に待機中であることを表示するようにすると
よい。

【００４０】前記待機時間が経過した後、ステップＳＴ
15およびＳＴ16に進行して、インクジェットヘッド４に
キャップ装置１１のキャップ本体１４を被着させた状態
で、ピエゾ素子１８を１回駆動して、気泡検出回路３２
により前記と同様にして気泡を検出することにより、気
泡が消滅したか否かを検出する。

【００４１】この検出の結果、気泡が消滅している場合
には、ステップＳＴ17に進行して、インクジェットヘッ
ド４を印字が中断した所へ戻し、続いてステップＳＴ18
に進行して、印字を再開する。

【００４２】一方、気泡が未だに消滅していない場合に
は、ステップＳＴ18に進行して、前記待機回数が所定
数、例えば２回に達しているかを判断し、達していない
場合には、ステップＳＴ14に戻り、ステップＳＴ16まで
の回復を再度行なう。ステップＳＴ19において、待機回
数が所定数に達している場合には、ステップＳＴ20に進
行して、図４および図５の回復装置を動作させて、加圧
用空気通路２０へ加圧空気を送給してインク流路１７内
の気泡をキャップ本体１４の開口部１５内に噴出させ
て、インクジェットヘッド４を積極的に回復させ、その
後にステップＳＴ１７に進行して、印字動作を再開させ
る。

【００４３】このように本実施例によれば、インク流路
１７内に発生した気泡が微小で短時間でインク内に拡散
するものである場合には、少なくともその気泡の拡散時
間だけ印字動作を中断することにより、気泡がインク内
に拡散して消滅させられる。その後、印字動作が再開さ
れるので、気泡の回復動作を短時間に行なうことがで
き、従来のような回復装置を用いた長時間を要する回復
動作が不要となり、高速印字が可能となる。

【００４４】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、必要に応じて変更することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明のインクジェ
ットヘッドの回復方法によれば、インク内に拡散して消
滅できる気泡はインク内に拡散させ、真に回復動作が必
要な場合のみに回復動作を行なうようにして、高速印字
を可能とさせ、無駄なインクならびにエネルギの消費を
防止することができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における過剰電圧を検出する気泡検出回
路図

【図２】図１の各部の電圧波形状を示す線図

【図３】本発明のインクジェットヘッドの回復方法の実
施例を示すフローチャート

【図４】本発明のインクジェットヘッドの回復装置を適
用したインクジェットプリンタの実施例を示す要部の断
面図

【図５】インク貯留部の設置状態を示す要部の斜視図

【符号の説明】

４ インクジェットヘッド ６ ノズル １１ キャップ装置 １４ キャップ本体

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【手続補正書】

【提出日】平成４年９月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ４１Ｊ 2/125 9012−2Ｃ Ｂ４１Ｊ 3/04 １０４ Ｋ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクジェットヘッドのインク流路内に
   発生した気泡を除去するインクジェットヘッドの回復方
   法において、前記気泡がインク内に所定時間以内に拡散
   する大きさの場合には、気泡検出後少なくともその気泡
   のインク内への拡散時間だけ印字動作を中断して、前記
   気泡をインク内へ拡散させて消滅させることを特徴とす
   るインクジェットヘッドの回復方法。