JPH06218942A - インク量検知機能付プリンタヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクジェットプリンタ用のプリンタヘッド
のインク量を、たとえプリンタヘッドを傾斜させて使用
しても正確に検知できるようにする。 【構成】 インクタンク２４からノズルヘッド２２への
インクの供給経路にインク溜り４０を設け、このインク
溜り４０の開口部に可撓性板４２を張付け、さらにその
外表面に歪ゲージ４４を貼付けた。これにより、インク
が減少すると可撓性板４２が撓み、歪ゲージ４４が変形
させられるようにし、この歪ゲージ４４から得られる信
号の変化を検出することによってインク量を検知できる
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はインク量検知機能付プ
リンタヘッドに関し、さらに詳しくは、インクジェット
プリンタ用のプリンタヘッドにおけるインク残量を検知
するためのものである。

【０００２】

【従来の技術】プリンタはコンピュータシステムの重要
な出力装置の１つであり、今日では多種多様のプリンタ
が用途に応じて使用されている。中でも、インクジェッ
トプリンタは、低騒音、高解像度であるとともに、普通
紙に直接印刷できることから、特に注目されている。

【０００３】図７は、インクジェットプリンタ用の従来
のプリンタヘッドの一例を示す断面図である。同図に示
すように、このプリンタヘッド１は、インクの小滴を噴
射するノズルヘッド２と、インクを貯留するためのイン
クタンク３と、これらノズルヘッド２およびインクタン
ク３を印刷方向に搬送するためのキャリッジ４とから構
成されている。

【０００４】このプリンタヘッド１によると、カム５お
よびロッド６の動作によってエア導入弁７およびインク
導入弁８が開かれた後、ノズルヘッド２の背面に貼着さ
れた圧電素子９に所定の電圧が印加される。すると、圧
電素子９が振動し、ノズルヘッド２内に形成された圧力
室１０が膨縮させられる。これにより、圧力室１０の一
部に穿孔された小径のオリフィス１１を通ってインクが
押出され、その前面に表面張力によって付着しているイ
ンクとともに、インクの小滴となってノズルヘッド２の
前方に勢いよく噴出される。このインクの小滴が印刷用
紙に選択的に付着されることによって、文字や図形など
が印刷される。

【０００５】ところで、このインクタンク３には、金属
性の検出ピン１４ａ，１４ｂが２本設けられていて、こ
れら検出ピン１４ａ，１４ｂに所定の電圧を印加するこ
とによって、その中にあるインク１２の量を検知できる
ようになっている。すなわち、インクタンク３内にある
インク１２が減少すると、その液面のレベルが低下し、
やがては短い方の検出ピン１４ｂの先端がインク１２の
液面から離れることになる。すると、検出ピン１４ａ，
１４ｂ間の電気抵抗が無限大になり、これらに印加され
ている電圧が上昇することになるので、これを検出する
ことによってインクがほとんどなくなったことを察知す
ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、たとえ
ばプリンタヘッド１を傾斜させて使用したりすると、イ
ンク１２の液面レベルが変化してしまい、インク１２の
残量を正確に検知することができなかった。すなわち、
まだ十分にインクがあるにもかかわらず、インク検出ピ
ン１４ａ，１４ｂの先端がインク１２の液面から離れて
「インク無し」の表示がされたり、反対に、インクがほ
とんどないにもかかわらず、検出ピン１４ａ，１４ｂの
先端がインク１２の液面から離れず、そのまま印刷が続
行されることがあった。

【０００７】一方、このような構造のプリンタヘッド１
ではインクが漏れることもあるため、インクタンク内に
多孔質の吸収材を収容し、これにインクを含浸させたも
のもある。ところが、この場合は、検出ピンによってイ
ンクの残量を検出するようにしても極めて不安定な結果
となるため、この方式ではインクの残量を検知すること
はほとんど不可能であった。

【０００８】この発明は上述した問題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、インクタン
ク内にあるインク量を常に正確に検知することのできる
インク量検知機能付プリンタヘッドを得ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に従った請求項
１に記載のプリンタヘッドは、インクを噴射するノズル
ヘッドと、このノズルヘッドと連通され、そのノズルヘ
ッドに供給されるインクを貯留するためのインクタンク
と、上記ノズルヘッドとインクタンクとが連通されてい
るインクの供給経路に配設されたインク溜りと、このイ
ンク溜りの一部に、その外表面を露出させた状態で設け
られた可撓性板と、この可撓性板の表面に取付けられた
歪ゲージとを含むものである。

【００１０】一方、この発明に従った請求項２に記載の
プリンタヘッドは、インクを噴射するノズルヘッドと、
このノズルヘッドと連通され、そのノズルヘッドに供給
されるインクを貯留するためのインクタンクと、少なく
ともこのインクタンクを軸支し、上記ノズルヘッドおよ
びインクタンクを搬送するためのキャリッジと、上記イ
ンクタンクとキャリッジとに架設された弾性板と、この
弾性板の表面に取付けられた歪ゲージとを含むものであ
る。

【００１１】また、この発明に従った請求項３に記載の
プリンタヘッドは、請求項２に記載のプリンタヘッドに
おける上記キャリッジが、上記インクタンクの回動を所
定位置で抑止するためのストッパ部を含むものである。

【００１２】

【作用】請求項１に記載のプリンタヘッドによれば、ノ
ズルヘッドによってインクが噴射されると、これに応じ
てインクタンクからインクが供給され、インクタンクに
貯留されているインクは徐々に減少する。これにより、
インクの供給経路に配設されているインク溜り内にある
インクの圧力が低下し、外気圧より低くなると、インク
溜りの一部に設けられている可撓性板が内側に撓み、可
撓性板の表面に取付けられている歪ゲージが変形させら
れる。したがって、この歪みゲージから得られる信号の
変化を検出すれば、インクタンク内のインク量を検知す
ることができる。

【００１３】また、請求項２に記載のプリンタヘッドに
よれば、インクタンクはキャリッジに軸支されていて、
インクタンクとキャリッジとに架設されている弾性板
は、インクタンクとインクタンク内にあるインクとの重
量によって変形させられている。この状態で、前述同様
に、ノズルヘッドによってインクが噴射され、インクタ
ンクに貯留されているインクが減少すると、そのインク
タンクは軽くなり、上記弾性板の弾性力によってインク
タンクを軸支している軸周りに回動させられる。これに
より、変形させられていた弾性板は元の形状になるよう
に変形し、その表面に取付けられた歪ゲージが変形させ
られる。したがって、この歪ゲージから得られる信号の
変化を検出すれば、インクタンク内のインク量を検出す
ることができる。

【００１４】さらに、請求項３に記載のプリンタヘッド
によれば、キャリッジにストッパ部が設けられていて、
過大な外力が加わったとしても、インクタンクの回動は
所定位置で抑止されているので、弾性板が必要以上に変
形させられて、その表面に取付けられている歪ゲージが
破壊されることはない。

【００１５】

【実施例】次に、この発明に従ったプリンタヘッドの実
施例について、図面を参照しながら詳しく説明する。

【００１６】図２は、この発明に従ったプリンタヘッド
の一実施例を示す断面図である。同図に示すように、こ
のプリンタヘッド２０は、インクを噴射するノズルヘッ
ド２２に、インクを貯留するためのインクタンク２４が
接合されて構成されている。

【００１７】ノズルヘッド２２の内部には円錐形のノズ
ル２６が形成され、その先端には極めて小径のオリフィ
ス２８が形成されている。さらに、ノズル２６に連通す
るようにインクパス３０が形成され、インクパス３０の
途中には、インク内に含まれる塵埃を除去するととも
に、インクの逆流を防止するためのフィルタ３２が配設
されている。

【００１８】また、ノズルヘッド２６の下方側面を貫く
ように圧電素子３４が配設されている。この圧電素子３
４のノズル２６側の端部はシール材３６によって軽く支
持され、図２中矢印で示す方向に振動し得るようになっ
ている。また、圧電素子３４の他方の端部は固定材３８
によって動かないように固定されている。ここで、圧電
素子３４としては、チタン酸バリウム，チタン酸ジルコ
ン酸鉛などのセラミックスの他、水晶やＡＤＰなどの結
晶などが用いられる。

【００１９】一方、図１（ａ）に拡大して示すように、
インクタンク２４の側方部には少量のインクを貯留する
ことのできるインク溜り４０が形成され、そのノズルヘ
ッド２２側の開口部には可撓性板４２が張られている。
この可撓性板４２の外表面は外気に露出させられてい
て、その外表面には歪ゲージ４４が貼付けられている。
この歪みゲージ４４としては、抵抗線や金属箔を樹脂フ
ィルムで挟んだものの他、圧電素子などが用いられる。

【００２０】また、インクタンク２４内には多孔質の吸
収材４６が収容され、この吸収材４６にインクが含浸さ
れている。また、インクタンク２４の排出口４７付近に
は、インク内に含まれる塵埃や気泡を除去するととも
に、インクの逆流を防止するためのフィルタ４８が配設
されている。さらに、インクタンク２４の上部には、イ
ンクがノズルヘッド２２の方へ円滑に供給され得るよう
に空気穴５０が形成されている。

【００２１】このようなプリンタヘッド２０によれば、
まず圧電素子３４に所定のパルス電圧が印加されると、
圧電素子３４のノズル２６側の端部が振動し、その振動
による圧力によってインクが小滴となってオリフィス２
８から勢いよく噴出される。インクが噴出されると、そ
の噴出された分だけインクパス３０を通してインクタン
ク２４からインクが補充され、これにより吸収材４６に
含浸されているインクの量が減少する。同様にしてイン
クが噴出され続けると、吸収材４６に含浸されているイ
ンクの量は徐々に減少し、インク溜り４０内にあるイン
クの圧力が低下する。このインクの圧力が外気圧より低
くなると、図１（ｂ）に示すように、可撓性板４２が内
側に撓み、その外表面に貼付けられている歪ゲージ４４
が引き伸ばされる。

【００２２】したがって、抵抗線からなる歪ゲージを用
いた場合であれば、その抵抗値が大きくなるので、その
歪みゲージにかかる電圧の変化を検出すれば、インクタ
ンク２４内にあるインクの量を検知することができる。

【００２３】このようにプリンタヘッド２０では、イン
クの供給経路に設けたインク溜り４０内の圧力変化に基
づいてインク量を検出するようにしているので、プリン
タヘッド２０を傾斜させて使用しても、インクタンク２
４内にあるインク量を常に正確に検知することができ
る。しかも、インクを吸収材４６に含浸させてインクタ
ンク２４内に貯留しているので、インクが漏れることも
ない。

【００２４】次に、このようなプリンタヘッド２０を用
いたプリンタ装置の一例を図３に示す。図３（ａ）はプ
リンタ装置の平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）中
Ｂ−Ｂ線で切断した断面図である。同図（ａ），（ｂ）
に示すように、プリンタ装置５２には、プラテンローラ
５３およびペーパーガイド５４が配設されていて、紙送
りモータ５５によって印刷用紙を所定の位置に給紙でき
るようになっている。また、このプラテンローラ５３に
平行して２本のスライドシャフト５６が架け渡され、さ
らにこれらスライドシャフト５６に、ノズルヘッド２２
およびインクタンク２４を搬送するためのキャリッジ５
７が載架されている。このキャリッジ５７はキャリッジ
送りモータ５８およびキャリッジ駆動ベルト５９によっ
てスライドシャフト５６に沿って移動させ得るようにな
っている。

【００２５】また、このプリンタ装置５２には、プリン
タヘッド２０，紙送りモータ５５，キャリッジ送りモー
タ５８などを制御するための回路が形成された制御基板
６０が配設されている。そして、このプリンタヘッド２
０は制御基板６０と可撓性のフラットケーブル６１によ
って電気的に接続されている。なお図３において、プリ
ンタヘッド２０はホームポジションにあり、この位置で
クリーニング装置６２によりノズルヘッド２２の目詰ま
りなどを除去し得るようになっている。

【００２６】一方、図４は、このようなプリンタ装置５
２を制御するための回路の一例を示すブロック図であ
る。同図に示すように、中央処理装置（ＣＰＵ）などか
らなる制御部６４に、電源部６５の他、印刷用紙の有無
を判別する紙検出部６０，プリンタヘッド２０を制御し
て所定の文字などを印刷させる印字動作部６７，紙送り
モータ５５およびキャリッジ送りモータ５８を制御して
プリンタヘッド２０および印刷用紙を所定の位置に搬送
するキャリッジ・紙送り動作部６８，目詰まり防止装置
６２を動作させる目詰まり防止装置動作部６９および現
在の印字位置を検出する印字位置検出部７０が接続さ
れ、さらに、この実施例特有のものとして、歪ゲージ４
４からの信号を検出してインクの残量を検出するインク
検出部７１，インク検出部７１などを動作させるための
スイッチを備えた操作部７２およびインクの有無を表示
する表示部７３が接続されている。

【００２７】次に、このような制御回路を備えたプリン
タ装置５２の動作について、図５のフローチャートを参
照しながら説明する。まず印字動作中は、インク検出部
７１によって一定時間おきに所定のパルス電圧が歪ゲー
ジ４４に印加されている。そして、この歪みゲージ４４
にかかる電圧がインク検出部７１によって検出され、さ
らに制御部６４によって予め設定された電圧と比較され
る。ここで、インクタンク２４内のインクが十分にあっ
て歪ゲージ４４がほとんど変形させられていないときは
インクタンク２４内にインクがあると判定され、そのま
ま印字が続行される。一方、インクタンク２４内にイン
クがなくなって歪ゲージ４４が変形させられたときはイ
ンクタンク２４内にインクがないと判定され、印字が停
止される。これと同時にキャリッジ５７が停止させら
れ、表示部７３により「インク無し」の表示がされ、さ
らにキャリッジ５７がホームポジションに戻される。

【００２８】次いで、オペレータがインクタンク２４に
インクを注入し、操作部７２のスイッチを操作すると、
前述同様に、歪ゲージ４４に所定のパルス電圧が印加さ
れる。そして、インク検出部７１によって歪ゲージ４４
にかかる電圧が検出され、インクタンク２４内のインク
の量がまだ十分でないときは表示部７３により「インク
無し」の表示がされ、これに従ってオペレータは再びイ
ンクタンク２４にインクを注入することになる。一方、
インクタンク２４にインクが十分に注入されたときは、
表示部７３により「インク有り」の表示がされる。これ
に従って印字動作部６７のスタートスイッチを操作する
と、キャリッジ５７が先程印字が停止させられた位置ま
で戻され、再び印字が開始されてそのまま印字が続行さ
れることになる。

【００２９】以上、この発明に従ったプリンタヘッドの
一実施例を詳述したが、この発明は上述した実施例に限
定されることなく、その他の態様でも実施し得るもので
ある。

【００３０】たとえば、図６は、この発明に従ったプリ
ンタヘッドの他の実施例を示す断面図である。同図に示
すように、このプリンタヘッド７４は、インクを噴射す
るノズルヘッド７５に、インクを貯留するためのインク
タンク７６が接合され、さらにこのインクタンク７６が
その底面の端部でキャリッジ７７により軸支されて構成
されている。

【００３１】ノズルヘッド７５の内部には円錐形のノズ
ル２６が形成され、その先端には極めて小径のオリフィ
ス２８が形成されている。さらに、ノズル２６に連通す
るようにインクパス３０が形成されている。

【００３２】また、このノズル２６の下方側面を貫くよ
うに圧電素子３４が配設されていて、この圧電素子３４
のノズル２６側の端部はシール材３６によって軽く支持
され、図６中矢印で示す方向に振動し得るようになって
いる。また、圧電素子３４の他方の端部は動かないよう
に固定されている。

【００３３】一方、インクタンク７６の底面キャリッジ
７７により軸支されていない側には、板ばねなどの弾性
板７８が固定され、さらにこの弾性板７８の他方の端部
がキャリッジ７７に調整ねじ７９によって締結されて固
定されている。さらに、弾性板７８の表面に歪ゲージ４
４が貼付けられている。また、このキャリッジ７７に
は、インクタンク７６の底部の側方に突出した突出部８
０を取り囲むように、コの字型に形成されたストッパ部
８１が形成されている。

【００３４】このようなプリンタヘッド７４によれば、
まず圧電素子３４に所定のパルス電圧が印加されると、
圧電素子３４のノズル２６側の端部が振動し、その振動
による圧力によってインクが小滴となってオリフィス２
８から勢いよく噴出される。インクが噴出されると、イ
ンクパス３０を通してインクがインクタンク７６より補
充され、吸収材４６に含浸されているインクの量が減少
する。同様にしてインクが噴射され続けると、吸収材４
６に含浸されているインクの量は徐々に減少し、インク
タンク７６全体の重量が減少する。インクタンク７６全
体の重量が減少すると、弾性板７８の弾性力によってイ
ンクタンク７６はこれを軸支している軸周りに回動させ
られる。これにより、湾曲していた弾性板７８は元の平
坦な形状に近づき、弾性板７８によって押し縮められて
いた歪ゲージ４４は引き伸ばされる。したがって、前述
したプリンタヘッド２０の場合と同様に、この歪みゲー
ジ４４から得られる信号の変化を検出すれば、インクタ
ンク７６内のインクの量を検知することができる。

【００３５】このプリンタヘッド７４の場合、プリンタ
ヘッド７４を傾斜させて使用すると、水平状態で使用す
るときと弾性板７８の変形させられる程度が異なり、そ
の結果、歪ゲージ４４から検出される信号も異なること
になる。この場合は、プリンタヘッド７４の傾斜角度に
応じて、インクの有無を判別するための基準電圧を設定
すればよい。したがって、このようなプリンタヘッド７
４であっても、プリンタヘッド７４を傾斜させて使用し
ても、インクタンク７６内にあるインク量を常に正確に
検知することができる。しかも、このプリンタヘッド７
４では、インクが吸収材４６に含浸させてインクタンク
７６内に貯留されているので、インクが漏れることもな
い。

【００３６】また、このプリンタヘッド７４の場合、キ
ャリッジ７７にストッパ部８１が設けられていて、過大
な外力が加わったとしても、インクタンク７６の回動は
所定位置で抑止されるので、弾性板７８が必要以上に変
形させられて、その表面に取付けられている歪ゲージ４
４が破壊されることはない。

【００３７】さらに、この弾性板７８はキャリッジ７７
に調整ねじ７９によって締結されて固定されているの
で、この調整ねじ７９を適宜回転させて、インクタンク
７６の突出部８０がストッパ部８１に接触する寸前にな
るように調整することができる。

【００３８】さらに、前述した２つの実施例は図示され
た形態に限定されるものではない。たとえば図２に示し
たプリンタヘッド２０では、インク溜り４０をインクタ
ンク２４と一体的に設けているが、ノズルヘッドと一体
的に設けてもよく、あるいはまったく別体のものとして
もよい。さらに、前述したプリンタヘッド２０では、可
撓性板４２をインク溜り４０の開口部に設けているが、
可撓性板をインクタンクと一体的に形成したものでもよ
い。この場合は、可撓性板となるインク溜りの一部分は
その部分の壁板を薄く形成すればよい。このように、イ
ンク溜りはある程度の量のインクが収容できる空間であ
れば、その位置や形状は特に限定されるものではない。

【００３９】また、図６に示したプリンタヘッド７４で
は、ノズルヘッド７５およびインクタンク７６がともに
回動するようになっているが、インクタンクだけをキャ
リッジに軸支し、ノズルヘッドはキャリッジに固定し
て、インクタンクとノズルヘッドとを可撓性のチューブ
などで連結するようにしてもよい。すなわち、キャリッ
ジは少なくともインクタンクを軸支していればよい。ま
た、インクタンクを軸支する位置はインクタンク底面の
中央部分でもよいなど、その位置は特に限定されるもの
ではない。

【００４０】また、前述したプリンタヘッド７４では、
弾性板７８をインクタンク７６の下方に設けているが、
インクタンクの側方に設けてもよく、その架設する位置
は特に限定されるものではない。

【００４１】また、キャリッジ７７のストッパ部８１は
あえて設けなくてもよく、この場合でもインクタンク内
にあるインクの量を検知できるという一応の効果は奏す
る。

【００４２】さらに、歪ゲージを取付ける位置は可撓性
板（弾性板）のいずれの表面でもよく、さらに歪ゲージ
の種類も何ら限定されるものではない。また、ノズルヘ
ッドは前述したいわゆるオンデマンド型でなくてもよ
く、ノズルからインクを連続的に噴射する、いわゆるコ
ンティニュアスジェット型でもよい。さらに、ノズルヘ
ッドとインクタンクとを一体的に形成してもよい。

【００４３】その他、歪ゲージにかかる電圧の変化をオ
ペアンプによって基準電圧と比較することによってイン
ク量を検知するようにしてもよいなど、この発明は当業
者の知識に基づき種々なる修正、改良を加えた態様で実
施し得るものである。

【００４４】

【発明の効果】この発明に従った請求項１に記載のプリ
ンタヘッドによれば、インクの減少による圧力の低下を
歪ゲージによって検出しているので、たとえプリンタヘ
ッドを傾斜させて使用しても、インクタンク内にあるイ
ンク量を常に正確に検知することができる。

【００４５】また、この発明に従った請求項２に記載の
プリンタヘッドによれば、インクの減少による重量の低
下を歪ゲージによって検出しているので、前述同様に、
インクタンク内にあるインク量を常に正確に検知するこ
とができる。

【００４６】さらに、この発明に従った請求項３に記載
のプリンタヘッドによれば、キャリッジにストッパ部が
設けられているので、弾性板の表面に取付けられている
歪ゲージが破壊されることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に従ったプリンタヘッドの一実施例を
示す要部断面図であり、（ａ）はインクが十分にあると
きのもので、（ｂ）はインクがほとんどなくなったとき
のものである。

【図２】図１に示したプリンタヘッドの全体構成を示す
断面図である。

【図３】図１および図２に示したプリンタヘッドを用い
たプリンタ装置の一例を示す図であり、（ａ）はプリン
タヘッドの平面図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線で切断
した断面図である。

【図４】図３に示したプリンタ装置の制御回路を示すブ
ロック図である。

【図５】図３に示したプリンタ装置の動作を説明するた
めのフローチャートである。

【図６】この発明に従ったプリンタヘッドの他の実施例
を示す断面図である。

【図７】従来のプリンタヘッドの一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

２０，７４ プリンタヘッド ２２，７５ ノズルヘッド ２４，７６ インクタンク ４０ インク溜り ４２ 可撓性板 ４４ 歪ゲージ ５７，７７ キャリッジ ７８ 弾性板 ８１ ストッパ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲吉▼村 久 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを噴射するノズルヘッドと、 前記ノズルヘッドと連通され、そのノズルヘッドに供給
   されるインクを貯留するためのインクタンクと、 前記ノズルヘッドとインクタンクとが連通されているイ
   ンクの供給経路に配設されたインク溜りと、 前記インク溜りの一部に、その外表面を露出させた状態
   で設けられた可撓性板と、 前記可撓性板の表面に取付けられた歪ゲージとを含む、
   インク量検知機能付プリンタヘッド。
2. 【請求項２】 インクを噴射するノズルヘッドと、 前記ノズルヘッドと連通され、そのノズルヘッドに供給
   されるインクを貯留するためのインクタンクと、 少なくとも前記インクタンクを軸支し、前記ノズルヘッ
   ドおよびインクタンクを搬送するためのキャリッジと、 前記インクタンクとキャリッジとに架設された弾性板
   と、 前記弾性板の表面に取付けられた歪ゲージとを含む、イ
   ンク量検知機能付プリンタヘッド。
3. 【請求項３】 前記キャリッジが、前記インクタンクの
   回動を所定位置で抑止するためのストッパ部を含む、請
   求項２に記載のインク量検知機能付プリンタヘッド。