JPH0780304B2 - インクジェットプリンタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明はインクジェットプリンタに係り、さらに詳しく
は複数のノズルからインクの液滴を印字信号に従って記
録紙に対して噴射することにより記録を行なうインクジ
ェットプリンタに関するものである。

［従来技術］ インクジェットプリンタは各種の記録方式を採用したプ
リンタの中でも、記録時における騒音がほとんど生じな
いノンインパクト記録方式であり、かつ高速記録が可能
で、しかも普通紙に対して特別の定着処理を施すことな
く記録を行なうことができる。

このような特徴を利用して、各種のプリンタや複写装置
あるいはワードプロセッサ等の印字装置として広く採用
されている。

この種のインクジェットプリンタは、ノズルから微小な
液滴を種々の原理を用いて噴射させ記録紙に対して記録
を行なうもので、一般的にはインクの液滴を形成するた
めのインクジェットノズルヘッドと、このヘッドに対し
てインクを供給する供給系とから構成されている。

このようなインクジェットプリンタは上述したような優
れた記録方式ではあるが、いくつかの問題がある。

その１つは記録ヘッド側のインク室へインクを供給する
ポンプの構造にある。

すなわち、記録動作中においては噴射ノズルの毛細管現
象と噴射ノズルからのインクの吐出により生じる負圧を
利用してインクカートリッジ側から常時インクが吸引さ
れるようにしておかなければならない。

このためにはインクカートリッジから噴射ノズルまでの
液路が記録動作中においては開放状態になっていなけれ
ばならない。

開放状態にしておかないと噴射ノズル内のインクはイン
ク室側へ吸引され、インク不吐出が生じてしまう。

［目的］ 本発明は以上のような事情に鑑み成されたもので、少な
くともインクを供給する液路を記録動作中には必ず開放
状態にしておき、常時インク室内にインクが供給され得
る状態を確保しインクの供給不良によるインク不吐出が
生じないように構成するとともにインクを回収する液路
の閉鎖状態を維持して回収されたインクの逆流を抑制す
ることができるポンプ機構を備えたインクジェットプリ
ンタを提供することを目的とする。

［発明の概要］ 本発明は上記の目的を達成するためになされたもので、
インクを収納したインクタンクと、該インクタンクに収
納されたインクを吐出して記録を行う記録ヘッドと、前
記記録ヘッドのインク吐出面に当接して該吐出面を覆う
キャップと、該キャップ内に前記記録ヘッドから排出さ
れたインクを回収する廃インクタンクと、前記インクタ
ンクと前記記録ヘッドとを連結しインクの供給通路とな
る第１インク路と、前記キャップと前記廃インクタンク
とを連結しインクの排出経路となる第２インク路と、前
記第１インク路と前記第２インク路との中途に設けられ
両インク路のインクの強制移動を生じせしめ得るチュー
ブポンプとを備えたインクジェットプリンタにおいて、
前記チューブポンプは、少なくとも記録時には停止さ
れ、前記第１インク路を連通状態、前記第２インク路を
閉鎖状態となすように前記第１、第２インク路をローラ
部材と円弧壁とによって挟持していることを特徴とす
る。

また、チューブポンプは、インク補給時には回動され、
前記第１インク路に対して加圧状態と非加圧状態とを順
次繰り返し、前記第２インク路に対しては常時加圧状態
が維持されるように前記第１、第２インク路をローラ部
材と円弧壁とによって挟持していることを特徴とする。

上記構成によれば、インクタンクから記録ヘッドに連結
されるインク供給経路（第１インク路）が記録動作中は
常時開放状態に維持されるため記録ヘッド側で発生する
負圧が確実に作用して良好なインク供給状態が確保され
る。また、排出インクの回収経路（第２インク路）は閉
鎖状態に維持されるため回収インクが逆流するような虞
を排除できる。

なお、インク補給時においても排出インクの回収経路
（第２インク路）は閉鎖状態に維持されるため回収イン
クが逆流することなく記録ヘッドのキャッピングの信頼
性が向上する。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。

第１図以下は本発明の１実施例を説明するもので、第１
図にはインク供給系の詳細が示されている。

このインク供給系は、記録ヘッド１とポンプ９、インク
カートリッジ18および各部の制御を行なう制御装置23と
から構成されている。

各部の詳細は次の如きである。

記録ヘッド１は第２図および第３図（Ａ），（Ｂ）に示
すように２つの部分である基板1eとカバー38とから構成
されている。

カバー38は一方の側が開放された偏平な筺体として形成
されており、この開放端に沿って複数条の溝として形成
された噴射ノズル1aが形成され、同じく溝として形成さ
れた通気ノズル1bが形成されている。

これら噴射ノズル1aおよび通気ノズル1bはカバー38の中
心部を占めるインク室1c中に連通している。

また、インク室1cの他方の側にはインク通路39が形成さ
れており、その上端は通路39bを介してインク室1cに連
通しており、下端は小孔39aを介して後述するポンプ側
へと接続される。

第３図（Ｂ）において符号40で示すものは通気ノズル1b
のインク室1cに対する開口部で、この開口部40を越えて
インク室1c内にインクが供給されると、通気ノズル1bか
らインクが排出される。

一方、基板1e側には前記噴射ノズル1aと１対１に対応し
た位置において複数個の発熱素子1hが形成されており、
さらに上下に一定距離離して液面レベル検出電極1fおよ
び温度検出素子（例えばサーミスタ）1gが配置されてお
り、これらはそれぞれリード電極S0〜S8によって基板1e
の後端側に引出されている。

上述した発熱素子1h、レベル検出電極1f、温度検出素子
1gはそれぞれの目的に合った材料を基板1eに対し蒸着あ
るいはスパッタリングなどの薄膜形成手段により極めて
容易に形成することができる。

以上のような構造を有する基板1eとカバー38とが噴射ノ
ズル1aと発熱素子1hとを重ね合わせた状態で一体化され
る。

すると、一方の側面が開放された状態にあるカバー38は
基板1eにより閉塞された状態になる。

なお、レベル検出電極1f、温度検出素子1g等は別個に作
ったものを基板1e上に接着その他の手段により設けても
良いのはもちろんである。

このような構造を有する記録ヘッド１の電極S0と、S1〜
S4との間に印字信号として所定のパルス電圧が印加され
ると、所定の発熱素子1hが発熱し、噴射ノズル1a中に導
かれたインクが瞬間的に膨張して、噴射ノズル1aの先端
から記録紙方向に向かって噴出される。

ところで、発熱素子1hはインクの噴出だけに用いられ
ず、次のような用途にも用いられる。

すなわち、インクジェトプリンタに使用されるインクは
できるだけ蒸気圧の低いものにするため、分子量の大き
な溶媒が用いられている。このため10℃以下の温度にな
るとインクの粘度が増大するものが多い。

インクの粘度が増大するとインク不吐出の原因になるた
め、低温時においては記録ヘッドの近傍またはプリンタ
の内部を加温ことが従来から提案されている。

しかし記録ヘッドの近傍やプリンタの内部という熱容量
の大きな箇所を加温して所定の温度を得るためには極め
て長い時間と大きなエネルギが必要になる。

そこで本発明においては発熱素子1hにインクが吐出され
ない程度の温度に加熱されるような電流を流し、噴射ノ
ズル1aおよびインク室1cの部分を小さなエネルギで短時
間に加温させることができるように構成されている。

また、前記レベル検出電極1fは液面レベル検出回路20を
介して制御装置23に接続されており、温度検出素子1gは
液温検出回路21を介して制御装置23に接続されている。

一方、インク通路39は外気との間を遮断するＯリング４
を介してヘッド受台３に連結される。

ヘッド受台３はインク通路39に連結される液路3aとこれ
に連続する3bとを有しており、両者間はフィルタ3cによ
って画されている。

フィルタ3cはインク２内の微細なごみを除去するための
もので、20〜30μｍ程度の直径を有するガラスの細い中
空針を束ねてこれを輪切にしたものから構成されてい
る。このフィルタ3cはごみを除去する役目の他に、噴射
ノズル1aからインクを噴射する際に、噴射ノズル1aの後
方の液路中の液圧抵抗を高める効果もある。

一方、記録ヘッド１と対応してキャップ７が設けられて
いる。このキャップ７は軸7bを中心として回動自在に取
り付けられており、噴射ノズル1aの部分を覆った状態
と、これから離れた状態とに変位することができる。

キャップ７は噴射ノズル1aおよび通気ノズル1bから漏れ
たり噴出されたりするインクを吸収する吸収体８と、そ
の背面に形成された吸収体からのインクを排出するため
の多数の小孔7aとを有する。

一方、ポンプ９は次のように構成されている。

ポンプ９の筺体内の形成された円形の空間内にはモータ
10によって回転されるロータ9aが回転自在に取り付けら
れており、このロータ9aには円周方向に等角度間隔離し
て複数個のローラ9cが軸9bを介して回転自在に軸承され
ている。

ポンプ９の円形の空間の内径とロータ9aの直径との間に
は差があるが、ローラ9cは円形の空間の内周面に接して
回転することができるように構成されている。

このポンプ９の円形の空間の上側に位置する円弧壁9dと
ロータ9aとの間にチューブ５が導かれており、下側の円
弧壁9eとロータ9aとの間にチューブ６が導かれている。

チューブ５の一端は前記ヘッド受台３側の液路3aに連通
しており、他端側には後述するインクカートリッジのゴ
ム栓に挿入される中空針16が取り付けられている。

また、チューブ６の一端はキャップ７側に接続されてお
り、他端はインクカートリッジ側に接続されている。

一方、ポンプ９の側方には透孔9fが形成されており、こ
の透孔9f中にはピン11が摺動自在に嵌合されている。

このピン11の内方端はポンプ９の円弧状の空間側に臨ま
されており、他端側はポンプ９の外側に突出し、マイク
ロスイッチ12のレバー12aに接している。

従って、ロータ9aが回転し、ローラ9cがこのピン11に接
すると、ピン11は円弧状の空間から離れる方向へ、すな
わちポンプ９の外側へ突出し、レバー12aを押し、マイ
クロスイッチ12をONとさせることができる。

従って、マイクロスイッチ12はローラ9cの回転位置を検
出することができ、この信号をカウントすることにより
ロータ9aの回転数をも検出することができる。

また、マイクロスイッチ12とモータ10とはモータ駆動回
路22を介して制御装置23に接続されている。

一方、符号18で示すものはインクカートリッジで、仕切
壁18cにより上下の空間18a,18bに分割されており、上側
の空間18a側にはインク袋13が収容されている。

このインク袋13はアルミ箔に高分子フィルム、例えば、
ナイロンやポリエチレンをラミネートして形成されたも
ので、一端は封じられており、他端にはパイプ14および
ゴム栓15が設けられている。このゴム栓15に前記チュー
ブ５の中空針16を刺し込み、パイプ14内に挿入すること
によりインク袋13内のインク２をチューブ５を介して記
録ヘッド側に導くことができる。

一方、インクカートリッジ18の下側の空間18b中にはイ
ンク吸収体17が収容されており、チューブ６を介して吸
引されてきたインクの廃液を吸収する。

ところで、このインクカートリッジ18は着脱自在に交換
できる構造とされており、このインクカートリッジ18が
装着される位置には、これを検出するためのリミットス
イッチ19が設けられており、そのレバー19aがインクカ
ートリッジ18の先端によって押されることによりインク
カートリッジ18が完全に装着された状態を検出すること
ができる。

マイクロスイッチ19は前記制御装置23に接続されてい
る。

制御装置23は上述したインク供給系の各部を監視すると
ともに制御するもので、キャップ動作制御回路、インク
の液レベルモニタ回路、液温制御回路、ポンプ動作制御
回路、ポンプ動作時間制御回路、印字待機時間検知回
路、電源ON検出回路、カートリッジ出入検出回路等の回
路から構成されており、後述するような制御動作を行な
うことができる。

一方、第４図は上述したようなインク供給系を備えたプ
リンタの機構部分の概略を説明するもので、図中第１図
〜第３図と同一部分には同一符号が付されている。

第４図において符号24で示すものはキャリッジで、この
キャリッジはガイドレール25,26に摺動自在に嵌合され
ている。キャリッジ24はキャリッジ駆動用のモータ28の
出力軸の先端に固定されたプーリ29と、従動プーリ30と
の間にエンドレスに張架されたワイヤ11の一部に接続さ
れており、ガイドレール25,26に沿って自由に移動する
ことができる。

このキャリッジ24上に、前述したインク供給系および記
録ヘッド等が搭載されている。

また符号32,33で示すものは前記モータ10の回転を伝達
するためのギヤで、符号34で示すものはキャップ７を動
作させるためのモータである。

一方、符号27で示すものはプラテンで、このプラテン27
に沿って記録紙35が導かれており、プラテン27を回転さ
せることにより記録紙35を印字桁方向へ紙送りすること
ができる。

また、符号36で示す部分は印字範囲で、符号37で示すも
のはキャリッジ24のホームポジションの範囲である。

次に以上のように構成されたインクジェットプリンタの
動作について説明する。

まず、インク供給動作について説明する。

制御装置23はレベル検出回路20を介して１ページの印字
動作が終了するごとに記録ヘッド１内のインク室1c中の
インクの液レベルをモニタする。

レベル検出回路20を介して、インク室1c内のインクのレ
ベルが所定レベル以下であることが検出されると、制御
装置23はモータ駆動回路22を介してモータ10を回転さ
せ、ポンプ９を作動させる。

そして、インク室1c内のインクレベルがあらかじめ設定
したレベルに達した場合にはポンプ９は所定の回転数だ
け回転した後停止する。

このようにポンプ９を所定の回転数だけ回す理由は電極
1fより上のインク室1c内の容積分と、ノズルから吐出さ
れるインクの分を余分に供給するためである。

一方、ポンプ９のローラ9cと摺動ピン11とが接続するこ
とによって生じるマイクロスイッチから発生するローラ
位置信号に基づいて、制御装置23はローラ9cが第１図に
示すように摺動ピン１を押し、チューブ５と接触してい
ない位置に必ず停止させる。

この状態ではチューブ５はローラ9cによって押しつぶさ
れてはおらず、チューブ５の液路は開放されている。

ところで、記録ヘッド１の印字動作中においては、イン
ク２の表面張力による毛細管現象と、噴射ノズル1aから
のインクの吐出によって生じるインク室1c内の負圧力に
よってインクがインク袋13からチューブ５を通ってイン
ク室1c内に供給される。

一方、レベル検出回路20によってインクレベルが設定し
た状態にあると判定された場合には上述した動作は行な
われない。

次にインク切れの検出および回復動作は次のようにして
行なわれる。

制御装置23は前述したインク供給動作を一定時間行なっ
てもインクがレベル検出電極1fにまで達せず、レベル検
出回路20によってインクの検出が行なわれない場合に
は、インク袋13内にインクがないと判断する。

そして、制御装置23は図示していない発光素子などを点
灯させたり、警報音を発生させたりする手段によりイン
ク切れを報知し、記録動作を停止させる。

この状態でインクカートリッジ18を装置から取り出す
と、マイクロスイッチ19はインクカートリッジ18が除去
されたことを検出し、その信号を発生する。

新しいインク袋が収容されたインクカートリッジ18が新
しく装置内に装着された所定の位置にまで挿入される
と、マイクロスイッチ19がこれを検出し、インクカート
リッジ18が装着された信号を発生する。

インクカートリッジが取り出されたことが検出さえると
制御装置23は光や音によるインク切れの報知状態を解除
し、ポンプ９の動作を禁止する。

このポンプ９の動作を禁止する理由は、中空針16の先端
にインク袋がない状態でポンプ９を動作させると、チュ
ーブ５内に空気が大量に吸い込まれ、液路内にある空気
の完全な追い出しが難しくなるからである。

従ってポンプ９の動作はインクカートリッジが装着され
た場合にのみ行なわれる。

一方、マイクロスイッチ19がインクカートリッジの装着
されたことを検出した場合には、その検出信号により制
御装置23はポンプ９の動作禁止を解除し、インク供給動
作を行なう。

続いて、長時間印字が行なわれない後における最初の回
復動作について説明する。

装置の電源が切られて長時間使用されていない場合、お
よび電源は入っていても長時間印字動作を行なっていな
かった場合の最初の印字は、印字がされなかったり、印
字濃度が薄かったり、インクがスプラッシュして汚れが
記録紙に付着するなどの事故が発生する。

この原因は噴射ノズル1aの先端部からのインクの溶媒の
蒸発によって、噴射ノズルの先端のインクの粘度が高く
なっているためである。

このように長時間印字を行なっていなかった場合には、
制御装置23はまず所定時間印字動作が行なわれないこと
を検出し、レベル検出回路20を介してインクのレベルを
検出する。そしてインクのレベルが所定レベルに達して
いない場合には前述したインク供給動作を行なう。

一方、インクレベルが所定レベルにあると判定された場
合には、ポンプ９を所定回数回転させて停止する。これ
はインク供給動作において述べたのと同様にレベル検出
電極1fより上のインク室1c内の容積分と、さらにノズル
から吐出するインクの分を余分に供給するためである。

次にキャップ７の動作およびキャップ７による廃液の吸
引動作について説明する。

キャップ７は印字動作以外の位置、すなわち第２図に符
号37で示すホームポジションにある範囲内においてモー
タ34を駆動することにより、軸7bを中心として回転さ
れ、噴射ノズル1aの全面を覆う。この状態では噴射ノズ
ル1aからインクの溶媒の蒸発とノズル面へのごみの付着
を防止することができる。

一方、キャップ７が嵌着された場合において、インクの
吸収体８により噴射ノズル1aから漏洩するインクを吸収
し、さらにポンプ９を動作させることによりキャップ７
中のインクをチューブ６を介して強制的にインクカート
リッジ18の廃液収納用の空間18b内の吸収体17中に排出
させる。

第１図から明らかなように、チューブ６がロータ9aに沿
う長さが、ポンプ９のロータ9a上のローラ9cの配置ピッ
チ（第１図の場合ローラ9cが３個であるからロータ9aの
軸周りに120゜）とほぼ等しいか、あるいはこれよりわ
ずかに大きく構成されているので、上記ポンプの動作時
のロータ9aの回転中は、ローラ9cの１つが常にチューブ
６を押圧することになり、吸収体17から廃液インクがキ
ャップ７側に向って逆流することがない。

キャップ７の具体的な動作は次の通りである。

すなわち、前述したようにしてポンプ９の動作が開始さ
れると、キャップ７が噴射ノズル1aに嵌着され、回復動
作が終了するとポンプ９の動作が停止し、キャップ７が
ノズル1aから離れる。

一方、１ページ分の記録動作が完了した場合には、記録
ヘッド１はホームポジションに戻っているが、記録ヘッ
ドがホームポジションに戻ると、キャップ７が噴射ノズ
ル1aの先端に嵌着される。そして次のページの印字動作
が開始される直前にキャップ７が噴射ノズル1aから離
れ、通常の印字動作が行なわれる。

ところで、上述したような回復動作中におけるポンプ９
の動作時にはインクカートリッジ18が装着されていない
と、廃液が装置内に排出されてしまうため、ポンプ９の
動作はマイクロスイッチ19がオンとなり、インクカート
リッジ18が装着されている信号が出ている場合にのみ行
なわれる。

本実施例は以上説明したように記録ヘッド側のインク室
のインクレベルを常に監視し、所定レベル以下になった
場合にはインクの供給動作を必ず行なうとともに、キャ
リッジがホームポジションにある場合には必ずインクノ
ズルをキャップにより閉塞し、かつ一定時間以上印字動
作を行なわなかった場合には、インクの吸引回復動作を
行なうため、噴射ノズルの目づまりが生じることがな
い。

［効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、イン
クタンクから記録ヘッドに連結されるインク供給経路
（第１インク路）が記録動作中は常時開放状態に維持さ
れるため記録ヘッド側で発生する負圧が確実に作用して
良好なインク供給状態が確保されるとともに、排出イン
クの回収経路（第２インク路）は閉鎖状態に維持される
ため回収インクが逆流するような虞れを排除でき、イン
ク供給状態の信頼性が確保されたインクジェットプリン
タが提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を説明するもので、
第１図はインク供給系を説明する概略構成図、第２図は
記録ヘッドの基板の側面図、第３図（Ａ）は記録ヘッド
のカバーの正面図、第３図（Ｂ）は記録ヘッドのカバー
の側面図、第４図はインクジェットプリンタの要部を説
明する斜視図である。 １……記録ヘッド、1a……噴射ノズル 1c……インク室、1e……基板 1f……レベル検出電極 1g……温度検出素子、1h……発熱素子 ２……インク、5,6……チューブ ７……キャップ、8,17……吸収体 ９……ポンプ、9a……ロータ、9c……ローラ 10……モータ、11……摺動ピン 12,19……マイクロスイッチ 13……インク袋、18……インクカートリッジ 20……レベル検出回路、21……液温検出回路 22……モータ駆動回路、23……制御装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクを収納したインクタンクと、該イン
   クタンクに収納されたインクを吐出して記録を行う記録
   ヘッドと、前記記録ヘッドのインク吐出面に当接して該
   吐出面を覆うキャップと、該キャップ内に前記記録ヘッ
   ドから排出されたインクを回収する廃インクタンクと、
   前記インクタンクと前記記録ヘッドとを連結しインクの
   供給通路となる第１インク路と、前記キャップと前記廃
   インクタンクとを連結しインクの排出経路となる第２イ
   ンク路と、前記第１インク路と前記第２インク路との中
   途に設けられ両インク路のインクの強制移動を生じせし
   め得るチューブポンプとを備えたインクジェットプリン
   タにおいて、 前記チューブポンプは、少なくとも記録時には停止さ
   れ、前記第１インク路を連通状態、前記第２インク路を
   閉鎖状態となすように前記第１、第２インク路をローラ
   部材と円弧壁とによって挟持していることを特徴とする
   インクジェットプリンタ。
2. 【請求項２】前記チューブポンプは、インク補給時には
   回動され、前記第１インク路に対して加圧状態と非加圧
   状態とを順次繰り返し、前記第２インク路に対しては常
   時加圧状態が維持されるように前記第１、第２インク路
   をローラ部材と円弧壁とによって挟持していることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のインクジェットプ
   リンタ。