JPH106526A - インクジェット式記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズルプレートの濡れに起因する飛行曲がり
を招くこと無く、ノズル開口の目詰まり防止のためにメ
ニスカスを微小振動させること。 【解決手段】 環境の温度を検出する温度検出手段３６
と、温度検出手段３６からの信号に基づいて圧電振動子
２１による圧力発生室の膨張、収縮の容積を調整してノ
ズル開口の目詰まり防止のためのメニスカスの微小振動
を行わせる圧力変化を調整する制御手段３０とを備え、
ノズル開口の目詰まりを防止するメニスカスの微小振動
の振幅を外気温に応じて変更して、高温時におけるノズ
ルプレートの濡れやインク溶媒の蒸発を防止し、また低
温時における高粘度に負けることなくメニスカスを微小
振動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オンデマンド型イ
ンクジェット記録ヘッドを用いた記録装置、より詳細に
は記録ヘッドのノズル開口の目詰まり防止技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】オンデマンド型インクジェット記録ヘッ
ドは、複数のノズル開口と、各ノズル開口に連通する圧
力発生室とを備え、印刷信号に対応して圧力発生室を加
圧してインク滴を発生させるように構成されている。こ
のような記録ヘッドは、印刷動作を行っているノズル開
口では新しいインクが順次供給されるため、目詰まりを
ほとんど生じないものの、例えば上下端等のノズル開口
のようにインク滴吐出の機会が極めて低いものや、また
印字信号が停止してキャッピング装置から開放された状
態で停止している場合には目詰まりが生じやすい。

【０００３】このため、印刷動作を一定時間継続した場
合には、記録ヘッドを非印刷領域のキャッピング手段ま
で待避させ、ここで圧力発生室の加圧手段、例えば圧電
振動子に駆動信号を印加してキャップに向かってすべて
のノズル開口から印字に関わりなくインク滴を吐出させ
るフラッシング動作を行わせることが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような対
策を講じると印刷動作が中断されて印刷速度の低下や、
またインクの消費を招くという問題がある。このような
問題を解消するため、印刷動作中に一定時間毎にインク
滴を発生しないノズル開口に連通する圧力発生室の加圧
手段に、インク滴を吐出させない程度の微小な駆動信号
を印加して、ノズル開口近傍のメニスカスを微小振動さ
せて目詰まりを防止する技術が数多く提案されている
（特開昭55-123476号公報、特開昭57-61576号公報、米
国特許第4350989号明細書）。

【０００５】このようなメニスカスを微小振動させる手
法を併用すれば、フラッシング動作の回数を減らして印
刷速度の低下やインクの消費を防止できるものの、微小
なドットの印刷が容易な膜化しやすいインクにあって
は、印刷期間中にインク滴を吐出していないノズル開口
では、そのメニスカスの微小振動により却ってインク溶
媒の揮散が促進されて、目詰まりの時期を早めるという
問題がある。さらに、このような膜化し易いインクは、
その粘度が温度に大きく左右されるため、環境温度が上
昇してインクの粘度が低下した場合には微小振動による
メニスカスの移動量が大きくなり過ぎてノズルプレート
を濡らことになり、印刷のためのインク滴吐出の際にイ
ンク滴の飛行経路に曲がりを生じるなどの問題がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであっ
て、その目的とするところは、環境温度の変化に関わり
なく、インク滴の飛行曲がりを招くこと無く、ノズル開
口が目詰まりに至るまでの期間を最大限に延長すること
ができるインクジェット式記録装置を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために、圧力発生手段を備えた圧力発生室と、該圧力
発生室に連通してインク滴を吐出するノズル開口とを備
えたインクジェット記録ヘッドと、環境の温度を検出す
る温度検出手段と、該温度検出手段からの信号に基づい
て前記圧力発生手段に印加する信号を調整して前記ノズ
ル開口の目詰まり防止のためのメニスカスの微小振動を
行わせる圧力を調整する手段とを備えるようにした。

【０００７】

【作用】ノズル開口の目詰まりを防止するためのメニス
カスの微小振動の振幅を外気温に応じて変更して、高温
時におけるノズルプレートに濡れを生じさせることな
く、また微小振動によるインク溶媒の蒸発を無用に促進
することなく、さらに低温時における高粘度に負けるこ
となくメニスカスを最適な振幅で微小振動させる。

【０００８】

【発明の実施の形態】そこで以下に本発明の詳細を図示
した実施例に基づいて説明する。図１は、本発明のプリ
ンタの印刷機構周辺の構造を示すものであって、図中符
号１は、キャリッジで、タイミングベルト２を介してパ
ルスモータ３に接続されていて、ガイド部材４に案内さ
れて記録用紙５の紙幅方向に往復動するように構成され
ている。

【０００９】キャリッジ１には記録用紙５と対向する
面、この実施例では下面に後述するインクジェット式記
録ヘッド６が取り付けられている。インクジェット式記
録ヘッド６は、キャリッジ１の上部に載置されているイ
ンクカートリッジ７からインクの補給を受けてキャリッ
ジ１の移動に合わせて記録用紙５にインク滴を吐出して
記録用紙に画像や文字を印刷する。

【００１０】８は、キャッピング装置で、非印刷領域に
設けられていて、休止中に記録ヘッド６のノズル開口を
封止する一方、印刷動作中に行なわれるフラッシング動
作による記録ヘッド６からのインク滴を受けるものであ
る。なお、図中符号９は、クリーニング手段を示す。

【００１１】図２は、記録ヘッド６の一実施例を示すも
ので、図において、符号１１は、振動板で、圧電振動子
１２の先端に当接して弾性変形する薄板からなり、圧力
発生室１３、共通のインク室１４、１、インク供給口１
５、１５、を区画する流路形成板１６を挟んでノズルプ
レート１７と液密に一体に固定されて流路ユニット１８
を構成している。

【００１２】１９は基台で、上部に流路ユニット１８を
支持する開口部を有する収容室２０に、圧電振動子１２
の先端を振動板１１に当接させるように、流路ユニット
１８と圧電振動子１２とを固定するものである。

【００１３】このように構成された記録ヘッドは、圧電
振動子１２が充電を受けて収縮すると、圧力発生室１３
が膨張し、共通のインク室１４、１４のインクがインク
供給口１５、１５を経由して圧力発生室１３に流れ込
む。

【００１４】所定時間の経過後に圧電振動子１２の電荷
が放電されて元の状態に復帰すると、圧力発生室１３が
収縮してここのインクを圧縮してノズル開口２１からイ
ンク滴として吐出させて記録用紙にドットを形成する。

【００１５】一方、圧電振動子１２にインク滴を吐出さ
せない程度に圧電振動子１２を微小量収縮させると、圧
力発生室１３は少し膨張するから、ノズル開口２１近傍
のメニスカスが圧力発生室１３側に引き込まれる。つい
で圧電振動子１２を元の状態に復帰させると、圧力発生
室１３が微小収縮してメニスカスがノズル開口２１側に
若干押し戻される。

【００１６】このように圧電振動子１２を微小量伸縮さ
せると、ノズル開口２１近傍のメニスカスがインク滴を
吐出することなく微小な振幅で振動して、ノズル開口近
傍のインクが粘度の低い圧力発生室１３のインクと置換
されるから、ノズル開口の目詰まりまでの時間が大幅に
延長される。

【００１７】図３は、上述の記録ヘッド６を駆動する制
御装置の一実施例を示すもので、図中符号３０は、制御
手段で、ホストからの印刷指令信号や印刷データを受け
て後述する駆動信号発生回路３１、ヘッド駆動回路３
２、及びキャリッジ駆動回路３３を制御して印刷動作を
実行させるとともに、後述する印刷タイマ３４の計時デ
ータにより前述したメニスカスを微小振動させる時期を
決定し、後述する記憶手段３７のデータに基づいて現在
の状況に合った駆動周波数、圧力変化、及び継続時間で
メニスカスに微小振動を実行させるようにヘッド駆動回
路から圧電振動子に駆動信号を出力させるものである。

【００１８】３４は、印刷タイマーで、印刷動作が開始
された時点スタートし、また微小振動が開始した時点で
リセットするものである。３５は、インクカートリッジ
装着時間検出手段で、カートリッジ収容部にインクカー
トリッジ７の着脱を検出する手段からの信号を受け、カ
ートリッジ７が新しく装着された時点てスタートし、取
り外された時点でリセットするように構成されている。
３６は、外気温や記録ヘッドの温度を検出する温度検出
手段である。

【００１９】３７は、前述の記憶手段で、図４に示した
ようにインクカートリッジの装着期間に比例して、微小
振動時のメニスカスの振幅を大きくするための比率、例
えば圧力発生室１３の膨張量、収縮量を大きくするため
の比率を示すデータ、また図５に示したように温度が高
いほど微小振動を発生させるための圧力発生室１３の圧
力変化を小さくするデータ、さらに図６に示したように
温度が高いほど微小振動の駆動周波数を低くするデータ
を格納して構成されている。

【００２０】微小振動を行わせるための圧力変化は、微
小振動のために圧力発生手段、例えば圧電振動子に印加
する駆動信号の電圧により調整できるから、図５に示し
たように印字時の駆動電圧に対する比率を気温に応じて
例えば低温領域（１０乃至１５°Ｃ）では印刷時の駆動
電圧の０．３倍、また、常温領域（１５乃至２５°Ｃ）
では気温とともに直線的に０．２５倍まで低下するよう
に、さらに第１高温領域（２５乃至３０°Ｃ）では０．
２５倍、さらに第２高温領域（３０乃至４０°Ｃ）では
気温とともに直線的に０．２倍まで低下するように例え
ば可変減衰器等の減衰率を調整して制御することができ
る。

【００２１】一方、メニスカスの微小振動の周波数は、
図６に示したように低温領域（１０乃至１５°Ｃ）では
印刷時の最高駆動周波数の整数分の１の整数倍、この実
施例では最高駆動周波数の１／１６の１６倍の７．２Ｋ
Ｈｚで、また常温領域（１５乃至３０°Ｃ）では１２倍
の５．４ＫＨｚで、さらに第１高温領域（３０乃至３５
°Ｃ）では８倍の３．６ＫＨｚで、第２高温領域で（３
５乃至４０°Ｃ）では最高駆動周波数の１／１６の４倍
の駆動周波数を選択することにより簡単に制御すること
ができる。このように印刷時の駆動周波数の整数分の１
の整数倍の周波数を用いることにより、微小振動のため
にだけ特別な発振回路が不要となって、構造の簡素化を
図ることができる。

【００２２】もとより、構造の複雑化をいとわないので
あれば、気温に対する微小振動の振幅、周波数の値をき
め細かく変化させることができる回路を設けることによ
り、より効果的に目詰まりを防止できることは明らかで
ある。

【００２３】この実施例において、ホストから印刷指令
が入力すると、制御手段３０は、温度検出手段３６から
の信号により記録ヘッド６の温度を検出して、微小振動
に適した振動形態を選択する。

【００２４】すなわち、気温が室温よりも高い場合に
は、インクの粘度が低下してメニスカスが振動し易いの
で、微小振動を行わせる圧力変化を小さく、つまり圧電
振動子１２に印加する駆動電圧の電圧を低く設定すると
ともに、微小振動の周波数を常温時よりも低く、例えば
第１高温領域（３０乃至３５°Ｃ）では８倍の３．６Ｋ
Ｈｚで、第２高温領域で（３５乃至４０°Ｃ）では最高
駆動周波数の１／１６の４倍の駆動周波数を選択して、
メニスカスの高速移動に起因して生じるインク溶媒の蒸
発や、ノズル開口からの気体の吸込みを避けながら微小
振動を継続する。

【００２５】また、高温時にはインクの粘度が低く、拡
散速度が速いから、１工程分の全振動回数を少なめに抑
えることにより、微小振動により誘起されるノズル開口
からのインク溶媒の揮散を抑制しつつ、速やかにノズル
開口近傍のインクの粘度を低下させることができる。

【００２６】そして、メニスカスの微小振動は、開始時
に圧力発生室１３を微小膨張させ、次いで元の状態に復
帰させるという形態で行なわれる。これにより、メニス
カスはノズル開口２１から圧力発生室側に若干引き込ま
れた位置を振動中心にして振動することになるから、温
度の上昇により粘度が低下しているインクであっても、
メニスカスはノズルプレート１７を濡らすに至るまでノ
ズル開口２１へ移動することがなく、ノズル開口近傍の
インクを圧力発生室１３のインクに拡散させるに足る振
幅でメニスカスが微小振動する。

【００２７】このような工程を所定時間継続することに
より、ノズル開口２１近傍の増粘したインクは、圧力発
生室１３のインクと徐々に置換されてその粘度を低下さ
せ、印刷可能な粘度に回復される。

【００２８】一方、気温が室温より低い場合には、イン
クの粘度が上昇していてメニスカスが振動し難いから、
微小振動のための圧力発生室１３の圧力変化を大きく
し、つまり圧電振動子１２に印加する駆動電圧の電圧を
高く設定し、かつ駆動周波数も高め、例えば印刷時の最
高駆動周波数の１／１６の１６倍に設定される。

【００２９】これにより、外気温度が常温よりも低下し
ていてインクの粘度が上昇している場合にでも、ノズル
開口２１のメニスカスが常温時よりも強い圧力を受けて
インクの増粘に関わりなく目詰まり防止に適した振幅で
微小振動し、ノズル開口２１近傍の増粘したインクは、
圧力発生室１３内のインクに拡散されてその粘度が低下
する。言うまでもなく気温が低いためインク溶媒の蒸発
が低く、また粘度が高いため、微小振動の周波数を高く
してもノズル開口２１への気泡の引き込みは生じない。

【００３０】一方、カートリッジ７が装着されてからの
経過時間が長い場合には、カートリッジ７を構成してい
る容器からのインク溶媒の蒸発量が多くなっていてカー
トリッジ７のインクそのものも増粘している。したがっ
てインクカートリッジ装着時間検出手段３５からのデー
タにより微小振動のための圧力変化の度合を増大させ、
また必要に応じてはメニスカスの振動周波数をも若干高
めるのが望ましい。これにより、インクカートリッジ７
内のインク溶媒の蒸発や、外気温の変化に起因するイン
ク粘度の変化に関わりなく、目詰まり防止に適した振幅
と駆動周波数によりメニスカスを微小振動させることが
できる。

【００３１】このようにして目詰まりの不安が無くなっ
て印刷が可能となった段階で、印刷信号が出力され、各
圧電振動子１２にインク滴吐出のための駆動信号が出力
される。印刷開始に伴って印刷タイマ３４が作動し、印
刷時間が微小振動のタイミングに達した段階で信号が出
力する。制御手段３０は、記録ヘッド６が印刷行の端部
近傍に到達してキャリッジ１が減速工程に移った時点を
見計らって、前述のように環境温度が高い場合には微小
振動のための圧力変化を小さく、かつ微小振動の周波数
を常温時よりも低くなるように、また環境温度が低い場
合には微小振動のための圧力変化を大きく、かつ微小振
動の周波数を常温時よりも高くなるように、さらにイン
クカートリッジが装着されてからの時間の経過に対応し
て微小振動を行わせるための圧力を変えるように信号を
出力する。

【００３２】これにより、印刷動作が不可能な時間帯に
外気温やインクカートリッジが装着されてからの時間に
対応した駆動周波数、及び圧力により微小振動が実行さ
れる。

【００３３】そしてこの微小振動の状態を継続しつつ、
キャリッジ１が所定位置に停止し、ついで反転して次の
印刷行を印刷領域に向けて加速される。そしてキャリッ
ジ１が印刷可能な定速走行に移る直前に継続されていた
メニスカスの微小振動が停止される。

【００３４】このように、印刷期間中の目詰まり防止の
ための微小振動の実行時期を、リターン操作のためにキ
ャリッジ１が減速工程に入るまで引き伸ばすことによ
り、印刷動作の中断を必要とすることなく可及的早期に
微小振動を実行させることができて、記録速度の低下を
招くこと無くノズル開口の目詰まりを防止できるばかり
でなく、キャリッジ１のリターン操作のために生じる記
録ヘッド６の空走時のノズル開口２１のインクの増粘を
防止することができる。

【００３５】所定量の印刷が終了すると、制御手段３０
は記録ヘッド１をホームポジションに移動させて待機さ
せる。この待機中においても、定期的にメニスカスを微
小振動させてノズル開口２１のインクの増粘を防止す
る。

【００３６】待機中での微小振動の継続期間中に印刷指
令が入力すると、制御手段３０は微小振動を中断するこ
となく、キャリッジ１を印刷領域に向けて加速を開始さ
せ、定速走行に入る直前に微小振動を中止させて印刷工
程に移る。

【００３７】一方、待機状態においてメニスカスの微小
振動が行われていない期間に印刷指令が入力すると、制
御手段３０は、印刷動作に備えてキャリッジ１を印刷領
域に向けて加速を開始させ、同時に記録ヘッド１に微小
振動のための信号を供給してメニスカスに微小振動を実
行させる。

【００３８】キャリッジ１の加速工程が終了して印刷が
可能な定速走行に移る直前に微小振動を停止して、印刷
体制を整える。この状態で印刷信号が入力すると、記録
ヘッド６は印刷データに合わせてインク滴を吐出する。

【００３９】これにより、印刷直前にはノズル開口２１
のインクの粘度が印刷に適した粘度にまで低下してい
て、最適な状態で印刷が可能となる。

【００４０】上述の実施例においては、微小振動の振幅
を圧電振動子に印加する駆動信号の大きさにより制御す
るようにしているが、図７に示したように圧電振動子２
１に印加する駆動信号の電圧変化率α、βを調整するこ
とにより微小膨張時の圧力発生室１３の膨張速度や、収
縮速度を調整して、微小膨張時の圧力を調整することが
できる。

【００４１】また、図８に示したように微小収縮時の電
圧変化率βを微小膨張時の電圧変化率αよりも小さく設
定しておくことで、メニスカスを急速に圧力発生室１３
に引き込んで、ノズル開口２１近傍のインクの圧力発生
室１３への拡散を促進でき、また押し戻す時にはメニス
カスの運動エネルギを小さくしてノズル開口２１からの
盛り上がりや突出を招くこと無くメニスカスを微小振動
させることが可能となる。

【００４２】なお、上述の実施例においては縦振動モー
ドの圧電振動子を使用した記録ヘッドの例を採って説明
したが、たわみ振動モードの圧電振動子を使用した記録
ヘッド、さらには圧力発生室に発熱素子を内蔵させたバ
ブルジェット式記録ヘッドに適用しても適用しても同様
の作用効果を奏することは明らかであり、また記録ヘッ
ドの共通のインク室に微小振動を与える専用の圧力発生
手段を接続した記録ヘッドに適用することもできる。

【００４３】また、上述の実施例においてはインクカー
トリッジをキャリッジに搭載する形式の記録装置に例を
採って説明したが、インクカートリッジを函体に設置
し、チューブにより記録ヘッドにインクを送液する形式
の記録装置に適用しても同様の作用を奏することは明ら
かである。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
圧力発生手段を備えた圧力発生室と、圧力発生室に連通
してインク滴を吐出するノズル開口とを備えたインクジ
ェット記録ヘッドと、環境の温度を検出する温度検出手
段と、温度検出手段からの信号に基づいて圧力発生手段
に印加する信号を調整してノズル開口の目詰まり防止の
ためのメニスカスの微小振動を行わせる圧力を調整する
手段とを備えたので、ノズル開口の目詰まりを防止する
メニスカスの振幅を外気温に応じて変更して、高温時に
おけるノズルプレートの濡れやインク溶媒の蒸発を誘発
することなく、また低温時における高粘度に負けること
なくメニスカスを微小振動させて、ノズル開口の目詰ま
りまでの時間を延長することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるインクジェット記録装置の
一実施例を示す図である。

【図２】インクジェット記録ヘッドの一実施例を示す断
面図である。

【図３】本発明の一実施例を示す装置のブロック図であ
る。

【図４】インクカートリッジの装着期間に対する微小振
動を発生させるための圧力発生室の圧力変化の相対比を
示す線図である。

【図５】環境温度と微小振動のために圧力発生手段に印
加する駆動電圧との関係を示す線図である。

【図６】環境温度と微小振動の駆動周波数との関係を示
す線図である。

【図７】図（イ）、（ロ）は、それぞれ微小振動の振幅
を調整するための信号を示す波形図である。

【図８】微小振動を発生させるための信号の一実施例を
示す波形図である。

【符号の説明】

６ インクジェット式記録ヘッド ８ キャッピング装置 ９ クリーニング装置 １２ 圧電振動子 １３ 圧力発生室 ２１ ノズル開口

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年８月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力発生室と、該圧力発生室に連通して
   インク滴を吐出するノズル開口と、前記圧力発生室の圧
   力を変化させる圧力発生手段とを備えたインクジェット
   記録ヘッドと、 環境の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段
   からの信号に基づいて前記圧力発生手段に印加する信号
   を調整して前記ノズル開口の目詰まり防止のためのメニ
   スカスの微小振動を行わせる圧力変化を調整する手段と
   を備えてなるインクジェット式記録装置。
2. 【請求項２】 前記圧力発生室が弾性変形可能な弾性変
   形可能領域を備え、また前記圧力発生手段が該弾性変形
   可能領域に設けられた圧電振動子により構成され、さら
   に前記メニスカスの微小振動を発生させる信号が、前記
   圧力発生室を膨張させる信号と、前記膨張時よりも緩や
   かな変化速度で前記圧力発生室を収縮させる信号とで構
   成されている請求項１に記載のインクジェット式記録装
   置。
3. 【請求項３】 前記微小振動を発生させる信号は、印刷
   時の駆動信号の電圧を調整して生成される請求項１に記
   載のインクジェット式記録装置。
4. 【請求項４】 インクカートリッジ装着時間検出手段を
   備えてインクカートリッジの装着時間に応じて前記微小
   振動を発生させる信号が調整される請求項１に記載のイ
   ンクジェット式記録装置。
5. 【請求項５】 前記微小振動を発生させる信号は、微小
   振動のための圧力変化が、低温領域では常温領域よりも
   大きくなるように、また高温領域では常温領域よりも小
   さくなるように調整されている請求項１に記載のインク
   ジェット式記録装置。
6. 【請求項６】 前記微小振動の振動数は、低温領域では
   常温領域よりも高く、また高温領域では常温領域よりも
   低くなるように設定されている請求項１に記載のインク
   ジェット式記録装置。
7. 【請求項７】 前記微小振動の周波数は、印刷時の駆動
   信号の最大駆動周波数の整数分の１の整数倍となるよう
   に前記温度検出手段からの信号により選択される請求項
   １に記載のインクジェット式記録装置。
8. 【請求項８】 １工程における前記微小振動の回数が、
   高温領域では常温領域よりも少なくなるように設定され
   ている請求項１に記載のインクジェット式記録装置。
9. 【請求項９】 前記メニスカスの微小振動が、前記キャ
   リッジの加減速工程で行なわれる請求項１に記載のイン
   クジェット式記録装置。