JPS58209575A - インク供給制御装置 - 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】 本発５ＪＡはドロップオンデマンド型インクジェットに
関し、特にインク供給制御に関する。

従来、この種のインクジェット印字ヘッドは、第１図１
ｍｌ　、　（ｂｌ　（一部破断して示している）に示す
第ｌおよび第２の従来例の如きノズル孔１０１とインタ
ーフｌｏｓとの間に圧力発生′Ｍ１０４を有する袂数個
の噴射チャンネル系統から成る基板１００にガラスセラ
ミックないしスデンレス尋の材質から成る薄平板状の１
Ｊ撓性上部プレー）　１０２を接合し、ジルコ／チタン
酸鉛、チタン岐バリウム等から成る電気機緘変換索子１
０３を上部プレー）　１０２上の圧力室１０４に対応し
た位置に接着した構成から成っている。なお、同図ｆＩ
Ｊｒは上部プレート１０２および電気機様変換素子１０
３の図示を省略している。

また、Ｐ５Ｊ様榊成のものの変形としてｔま、同一出願
人より昭和５７年４月あ日付出願の１マルチノズル印字
ヘッド」吟がある。

さて、記録信号に従って各電気＋１＆械変換素子１０３
に電気４ｆ１号を印加すると上部プレート１０２の圧力
発生室１０４に対応した部分が瞬時に曲げ変形される。

その結果、圧力発生室１０４の容積が瞬間的１ｃ減少し
、インクの圧力波を発生する。この圧力波によりノズル
孔１０１からインク滴を１個噴射するというのが噴射原
理である。従って、第１図に示す如き垂直方向に７個の
ノズル孔を配列した印字ヘッドを水平方向に移動しなが
ら位置タイミング毎に記録信号に従って各ノズル孔によ
りインク滴を噴射することで、例えば７（垂直）×５（
水平）ドットマ１リックス構成から成る文字パターンを
記録媒体上にＨｉ２録印字することができる。

ところで、非記録時に１第１図ｆａｔ　、　（ｂ＋の如
き構ＩＪｌｌ：場れｌｃ印字ヘッドにおいてインク溜り
１０５のインク制圧とノズル孔１０１のインク表面張力
との釣り合いによってインクがノズル孔１０１から流れ
出ないように・インクの平衡状態を保っている。例えｔ
ｉ第１図の（ａｌに示す印字ヘッドでは水頭圧差Ｈはせ
いぜい数ＣＩＩＩＨ，Ｏ程度であった１、ところが、こ
のノズル数を増していくと、この水頭圧差Ｈはどうして
も大きくならざるＴ得々＜、このため水頭圧差１１が＾
くなる。しかし、この水頭圧差Ｈが数値１１２０以上に
なると、ノズル孔１０１のインク表面張力とインク溜シ
１０５のインク制圧との平衡状態がくずれ、ノズル孔１
０１よシインクが流れ出るという問題があった。

また、第１図（ｂ＋に示す印字ヘッドでは、水頭圧差１
４　、＆ｉ−／イナスに働くのでノズル孔１０１からイ
ンタが流れ出るという現象は生じないが、ノズル数を増
していく上で幾何形状上問題があシ、あま如ノズル数を
増やすことができないという問題がわった〇 一方、前記インク溜り１０５の・ｒンクｌｌ＋ｌＩ圧と
メ１］記ノズル孔１０１のインク表面張力とＶＣよって
インクの平衡状態を保つ方法でｔま、（ｕ＋らかの外乱
（例えば大きな温度変化等）によって、・インク溜り１
０５内のインクの静圧が変動を起ζすと、バランス状か このため、従来の印字ヘッドではインク溜り内に被雑な
構造から々る圧力検出手段を内蔵し、記録時の噴射動作
によつ”Ｃ噴出したインク流墓分による圧力変化を感知
し、自動開閉弁を０Ｎ−ＯＦＦ動作させて・インクの供
給を行っているのが決秋でこの微少な圧力変化の検出に
加えて、かなりの検出精度が要求され、これがために複
雑な電気ちり御回路が必要となっていた。また、インク
供給に関しては第２図に示すように印字−・ラド２００
の外部に設けられているインク貯蔵容器２０１からフィ
ル　　　。

り２０２．インク供給管２０３を介して印字ヘッド２０
０内へインクが供給される構成となっている。もし・イ
ンク貯１蔵容器２０１内のインクが消耗されて無くなる
と、印字ヘッド２００内のインクの圧力が負圧となり、
インク滴を噴射することが不可能となシ場合によっては
、印字ヘッド内に空気が浪人し、印字ヘッドの機能に大
き々支障をもたらす。そのため従来の夾施例ではインク
タンク２０１の底部に電極２０４ａと２０４ｂｔｌ−設
け、各電極２０４ａと２０仙との間の電気抵抗の変化を
横出回路２０５で検出してインク貯蔵容ｖＳ２０１のイ
ンクの残量を検出する方法がとられている。この方法で
はインク貯蔵容器２０１がカー　トリッジ式の場合電極
をカートリッジに埋め込°まなければならず、カートリ
ッジが高価となシ、”またインク貯蔵容器２０１が同定
式の場合、電極の汚れによる構出機能の不良の恐れもあ
り、信頼性が悪くなるという問題があった。

本発明の目的は、これらの欠点を除去し、非常に簡略な
手段により、インク溜り内の静圧を制御することによっ
て、ノズル孔のインクのに面張力との平衡状態を保つこ
とができ、ノズルの多数配列が−」能となり、かつ同時
に同様な手段によシインク貯蔵答器内のインクの残普を
検出することができる極めて実用的な、インク供給制御
装置を提供することである。

本発明によれば、一つの共通なインク頗シに連通し、圧
力室とノズル孔との連結された少なくとも一つの噴射チ
ャンネル系統からなるインク供給制御装置用印字ヘッド
において、外部に設置された・ｒンク貯蔵容器から前記
印字ヘッドインク供給口を介して前記共通インク溜り上
方部に配置された空気抜きを兼ねたインク取シ出し口と
前記・ｆンク取り出し口に連通し、外部に設置されｆｃ
液柱岨と前記液柱計の予め設定された位置に配置された
前記液柱百１内部のインク液面を感知することによって
−ｒンク溜シ内の−ｒンク圧を検出する液面感知部１と
液面検出回路部と、前記インク供給口に連通し外部から
与えられるインクを前記液面検出回路部出力信ぢに従っ
て供給制御する開閉弁と、Ｍｕ配インク貯ｋｌ谷器内の
インクが消耗されてなくなノた時のインク供給系全体の
圧力低下に伴う前記液柱計内部の・インクの液面の変動
を感知する液面感知部２と、前記液面感知部２の出力信
号によシ准聞を検出し、印字ヘッドの駆動制御を行う液
面検出回路部とで構成されたことを特徴とするインク供
給制御装置が得られる。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

納３図は本発明のインク供給制御装置と印字ヘッドの構
成図で、第４図は本発明の構成を示すブロック図である
。

第３図において、１０１〜１０５は第１図に示す印字ヘ
ッドであるが、圧力発生室１０４とインク溜り１０５と
の間に薄層インク供給部３００を設ける。この薄層・ｆ
ンク供給部３００はエツチング技術々どによって００４
〜ｚＯ關程度の深さの薄層で形成されている。この薄層
部のため、毛細管現象によって各噴射チャンネル系統に
インクを均一に供給することができる。また、３０１は
インク供給口、３０２は空気抜き兼インク取出口である
０この空気抜き兼インク取出口（以下・インク取出口と
称する）３ｏ２は・ｒンク貯蔵容器３０４内のインクに
圧力をがｏｌ・ｒンク供給管３０５を介して印字ヘッド
内のインク溜り１０５および圧カ亦ｌｏ４にインクを充
填する際インクＭシ１０５内にＩＡ−）ている空気を追
い出すものである。３０３　ｌ−を液柱Ｈ１であシ、一
端は前記インク取出口３０２に接続され、もう一方の端
はフィルタ３０６を介して大気中に開放される。フィル
タは６υ記インク貯蔵容器３０４のインク取出口３０７
にも同様に設問されておシ、前記フィルタ３０６と併せ
て圧力室ＩＱ４＆よびインク溜り１０５内のインク中に
微細なノズル孔１０１０目結まシの原因となる微粒子の
混入を防ぐためのものである。

一 さて、第３図中に示す液柱計３０３には前記イン取出口
３０２よシ取シ出した・ｒンク液柱が有シ、その液柱の
液面３０８　ｔｉ前記印字ヘッドの圧力発生室１０４お
よびインク溜Ｊ）１０５内にあるインクの水頭を示して
いる。すなわち、ノズル孔１０１と前記沿面３０８との
高さの差がインク溜シ１０５内の・インクの水胸圧差Ｈ
′となる。また第１図に示した水咳圧差１１　ＦｉＭ　
１図でｉｉ明した如〈従来のインクジェット印字ヘッド
ではインク画れの点で大きな問題と、なっティたが、第
３図の本発明てはサイフオン現象によって解決される。

従って、非記録時におい”〔−インク溜シ１０５のイン
ク静圧とノズル孔１０１のインク表面張力との釣シ合い
によってインクがノズ４・孔３０１から流れ出ないよう
にインクの平衡状態を保ち得る許容水頭圧差をｈとすれ
ば紡記水蛸圧差Ｈを許容水頭圧差±ｈｑ）範囲内に設定
するように１′ンク溜、ｊ５１０５内のインクの静圧を
制御すれば良い。第３図に示す実施例において前記液柱
計３０３のノズル孔１０１の高さを宍わす基準＠　０−
Ｑ’よυＡｉｌ配りだけの高さまたはｈ以内の位置に上
位液面感知部３０９（以下上位レベルセンサと称す）を
設け、また前記基準線０−０′よルｂだけ低い、またｔ
ｉｈ以内の位置に下位液面感知部３１ｏ（以下、−ト位
レベルセンサと称す）を設ける。両しベル七ンナ３０９
と３１０は例えばある一定間隔で対向して配置した導電
性を有する＋！を極で構成されたものや高１１ｉ幀性を
得るためには発光ダイオードと７ォトトランジスタで構
成されたもの等が有効である。

３１１は開閉弁で、例えば電気信号によって開閉する電
磁弁等であル、インク貯ｗｔ答器３０４がらインク供給
管３０５を介して前記・ｒンク溜シ１０５−＼の−ｆイ
ンク供給を行ったり、停止し７たりする役目を持つ。な
お、開閉弁３１１を開いてインクの供給を行う際、イン
ク貯蔵容器３０４を前記印字ヘッドの上方に設置すれば
・インク貯蔵容器３０４内の・「ンクの液面３１２の前
記基準＋ｉｂ！０−０よシ高さＬと液柱１ｉ３０３内の
インクの液面の高さＨとの差すなわちＬ−Ｈ’分の水頭
圧差が生ずるのでその圧力を利用してインクをインク溜
り　１０５内へ供給する。ｉた前配水頭圧差Ｌ−Ｈを利
用しなくともポンプなどの手段によりてインクを供給し
ても良い。゛まｆＣ液柱計３０３で下位レベルセンサ３
１０と印字ヘッド１００のインク城出口３０２との間の
位置に限界液面感知部３Ｉ３（以下限界レベルセンナと
称す）を設ける。

これらの動作原理については次の第４−図を参照しなが
ら説明する。

第４図は本発明のインク供給制御装置の゛構成を示すブ
ロック図である。４０１ｍと４０１ｂは液面検出回路部
、４０２は開閉弁駆動回路部、４０３はコンピユー）ま
たは通信（ｇｌ細からの信号＠　４０４を介して与えら
れる記録信号に従って、駆動信号線４０５を介して印字
へラド１００　（第３図）の電気機械変換素子１０３（
第３図）に電気信号を印加するための印字ヘッド駆動制
御回路部でおる。その他の番号のものＦｉ第１図、第３
図にボされたものと同一であるが、本図ではこれを簡略
化しである。

さて、インクの液面３０８が上位レベルセンサ３０９の
位置に達していないときは開閉弁３１１を開けておくが
、−インクが前記・ｒンク溜シ１０５に供給されるに従
ってインク溜り１０５内のインクの静圧が増加し、イン
クの液面３０８が上昇して上位レベルセンν３０９のｌ
１ｅａＩＫ達する。すると、上位レベルセンサ３０９に
接続されている液面検出回路部４０１ｍから開閉弁駆動
回路部４０２に弁閉８個号が伝達される。開閉弁駆動回
路部４０２は弁閉鎖信号に従って開閉弁３１１を閉鎖さ
せてインクの供給を停止すムイの結果、インク溜り１０
５内のインクの静圧の増加は停止する。もし、Ｍ１図に
示す印字ヘッドの電気機４ｄ変換索子１０３を駆動させ
てインクを噴射し続けると、第４図のインク溜り１０５
内のインクの静圧が低下するので、液柱計３０３内のイ
ンクの液面３０８は下降し、下位レベルセンｔ　３１０
の位置に達する。すると下位レベルセンサ３１０にも接
続さｉｔでいる前記液面検出回路部４０１ｍがら前述と
り溜り１０５へ前記・「ンク貯蔵容器３０４よりインク
の供給を再開し、インクＩｄシ１０５内のインクの静圧
を増加し、複元する。

以上の動作を繰り返すことによってインク溜り１０５内
のインクの静圧は前記Ｗ＋容水験圧差土りの範囲内に保
つことができる。もし、インク貯蔵容器３０４内のイン
クが消耗されて無くなると、インク溜ｆｉ　１０５　、
インク供給管３０５を含めたーインク供給系全体のイン
クの圧力が低下するので、液柱Ｈ１３０３内の・インク
の液面３０８は開閉弁３１１を開放しで限界レベルセン
サ３１３に達する。すると、印字ヘッド１００の正常な
機能を今後行うことが不可能となるので、眼界レベルセ
ンサ３１３に接続されている液面感知部４０１ｂから前
記駆動制御回路部４０３に停止信号を発信し、印字ヘッ
ド１００の駆動を強制的に停止する。またその動作ばが
シでなく、インクが無くなったことを外部に知らせるイ
ンクアラームブザーとランプを付加しても良い。

租し、液柱計３０３の断面積をノズル１０１の断面積と
、インク供給管３０５の断面積をよシ充分大きくとるこ
とによってノズル１０１並びにインク供給管３０５内に
空気が混入しないように配慮しなければならない。

また、第５図に示すように風船のような可撓性の膜５０
１内にインク５０２を注入したインクカート１リツジ５
００を使用すれば前記の空気混入に対する配Ｍ１．＃−
１よシ確実なものとなる。この場合は液柱計３０３の断
面積と、インク供給管３０５の断面積との差は必ずしも
必要とするものでないことは言うまでもない。

なお、前記実施例においては、第１の液面感知手段とし
て上位液面検知部３０９および下位液面検知部３１０に
よ多構成しているが、この第１の液面検知手段としては
これに限ることはなく、前記上位または下位液面検知部
の配置位［またはその範囲内のいずれかの位１に一個液
面検知部を配置し−「ンク面が感知部に達していれば開
閉弁を開き、達していなけれが閉じるように制御すれば
同様な効果が得られることは言うまでもない。

以上説明した通υ、本発明のインク供給制御装置は簡単
人構成によりインク滴り内の・インクの静圧を制御、監
視することによりノズル孔のインクの表置張力との平衡
状態を保ち、かつ多数ノズルの配列が可能となシまたイ
ンク貯蔵容器内の・Ｃンクの残飯を検出することができ
るので、極めて実用的なインクジェット方式印字装置が
実現でき、非常に有益性の高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ＪＬＩ　ｆｂｌは従来の印字ヘッドの夾り例を
示す概略図、第２図は従来のインク供給システムの東り
例を示す概略図、第３図は本発明の原理図、第４図は本
発明の構成を示すブロック図、第５図はインクカートリ
ッジの一例を示す断面図である。 図において、１００は印字ヘッド、１０１はノズル孔、
１０２は可撓性上部プレート、ｌＯ３は電気根株変換素
子、１０４は圧力発生室、１０５はインク溜シ３００は
薄膜インク供給部、３０３は液柱計、３０４はインク貯
蔵容器、３０９　Ｆｉ上位液面感知部、３１０ｉｔ下位
液面感知部、３１１は開閉弁、３１３は限界液面感知部
、４０１ｍ　、　４０１ｂは液面検出回路部、４０２は
開閉弁駆動回路部、４０３は印字ヘッド駆動制御回路部
、５００はインクカートリッジである。 、〜、〕 才　Ｉ　図 １θ０ ヤ２ｍ ０２ ２０′３ Ｊθ０ ”ａ＝　ＩＪｔ￥１ ３／／　　　　３θｊ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ノズル孔と圧力発生室とを有してなる複数個の噴射チャ
   ンネル系統が１つの共通インク溜シに連通して構成され
   たマルチノズル印字ヘッドのインク供給制御装置におい
   て、前記複数の噴射チャンネル系統と前記共通インク溜
   シとの間に前記複数の噴射チャンネル系統に共通に配置
   され毛細管作用によシインクを前記各圧力発生室へ供給
   する薄層インク供給部および前記インク溜シ上方部に空
   気抜きを兼ねたインク取出口および前記インク溜り下方
   部にインク供給口を少なくとも有するマルチノズル印字
   ヘッドと、前記インク取出−口に直通し外部に配置され
   た液柱計と前記液柱計内部のインク液面の感知をする第
   １の液面感知手段と、前記ｗｃｌの液面感知手段の出力
   信号によシ液面を検出する第１の液面検出回路部と、前
   記インク供給口に連通し外部のインク貯蔵容器から与え
   られる−（ンクを前記第１の液面検出回路部出力信号に
   従って供給ｍｉ制御する開閉弁と、前記インク貯蔵容器
   内のインクが消耗されてなくなった時のインク供給系全
   体の圧力変動を前記液柱側内部のインク液面によって感
   知する前記インク取出口と前記第１の？Ｉｋ面感知手段
   との間のいずれかの位置に配置された第２の液面感知手
   段と、前記第２の液面感知手段の出力信号によシ液面を
   検出し印字ヘッド駆動１制御回路部に制御イと号を出力
   する第２の液面検出回路部とで構成されたことを特徴と
   するインク供給制御装置。