JPS5830823B2 - インクジエツト記録装置のインク供給機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、インクジェット記録装置のインク供給機構に
関し、特にインク供給パイプの途中で気泡を集積し、こ
れを検出除去する装置に関するものである。

従来、インクジェット記録装置には、・＼ラドに取付け
られた圧電素子に電気信号を与え、それにより発生する
圧力波のみでインク素子を噴射させる方式（例えば、イ
ンク・オン・デマンド方式）、あるいはインク供給系よ
り圧力を加えて、ノズルから連続的にインクを噴射させ
、ノズル先端に設けられた偏向電極に電圧を加えること
により任意の方向にインク粒子を飛ばす方式（加圧励振
力式）等がある。

これらの方式には、圧力ポンプ、偏向電極および高電圧
の要、不要の違いはあるが、いずれもタンク内にインク
を充填し、インク通路よりフィルタを通してヘッドのノ
ズルまでインクを供給する。

しかし、記録装置のインク供給系では、通常タンク内の
インクが空気と接触しているため、インクを補充する際
に外部から気泡が混入したり、あるいは外部の温度変化
によりインク自体に溶解している空気が遊離して気泡が
生じたり、あるいはインク内（こ含まれている有機物（
微生物）によって気泡が発生する。

そして、インク供給系に気泡が混入すると、導管やフィ
ルタを詰らせ、インクの流通を悪化させるため、インク
の供給が追いつかず、噴射時のダレ等、一時的な噴射不
能、あるいは噴射性能の低下を招いている。

特にインク・オン・デマンド方式では、供給インクをカ
ロ圧していないため、インク供給系の流通が悪いと、ヘ
ッドのノズルかう空気を引込む現象があり、またヘッド
のインク室に気泡が混入すると、圧電素子の振動がイン
クに伝達されず、噴射性能が低下して記録ができなくな
る。

したがって、従来より気泡を検出し除去する方法が種々
提案されている。

例えば、インク供給系に孔径５μｍの孔を多数形成した
ステンレスのフィルタを設け、気泡の表面張力を利用し
てフィルタでインク中の気泡をトラップする方法（特開
昭５２−１５００２８号公報参照）、あるいは、第１図
に示すようにインク室内の気泡およびインク未充填を、
電歪振動子のインピーダンス変化による振動電圧または
電流の計測により検出する方法（特開昭５１−１１７５
３暢公報参照）、あるいは外部空気とインクとを遮断し
たインク・タンク、つまり第２図に示すようなインク・
カートリッジ構造により気泡の混入を防止する方法（特
公昭５２−３８２１５号公報参照等がある。

インク噴射ヘッド１１は、第１図ａに示すように、内部
にインク室１２が設けられ、インク通路１３によりイン
ク供給源に結合されている。

電歪振動子１６が電気信号により共振すると、振動子１
６に接着された振動板１５が振動し、インク室１２の体
積を変化することにより、圧力を加えられたインクがノ
ズル１４から噴射される。

電歪振動子１６の駆動回路と気泡およびインク未充填検
出回路は、第１図すに示すように、パルス電圧を加える
ナンド・ゲート１７と駆動用トランジスタｉｓ、ｉｓと
ツェナ・ダイオード２３とフィルタを構成するコンデン
サ２５および抵抗２６と整流回路を構成するダイオード
２７およびコンデンサ２８と電圧比較器３０からなる。

インク室１２内に気泡が存在したり、インクが充填され
ていないときには、電歪振動子１６のインピーダンスが
変化して、電圧比較器３０の出力が高電位となるので、
これを表示器に接続すればよい。

第２図においては、端部に空気孔２を有する筒体のイン
ク・カートリッジ基体３と、この基体３の内部に収容さ
れたインク収容袋４と、弾性部材のキャップ５からなる
カートリッジを、受は基体８の中央に取付けられた針１
０に差込むと、補充用インク６は針１０、針支持板９、
インク通路７を通りノズルに供給される。

インク収容袋４は、インク６の減少にともない収縮する
ので、空気とインク６は遮断され、気泡の混入は少ない
。

以上のように、従来から種々の方法が提案されているが
、フィルタにより気泡をトラップする方法では、微小孔
に気泡が詰ってインク流通が悪くなり、また、フィルタ
から・＼ラドに至るまでのインク通路において生ずる小
気泡については除去することができず、フィルタを通過
してしまうほどの大きさであった小気泡が、・＼ラドに
至るまでのインク通路中またはヘッド内部で結合して大
きくなったり、急激な外部環境湯度変化によるインクの
膨張、収縮によって遊離し形成される場合がある。

また、振動子のインピーダンス変化によりインク室内の
気泡を検出する方法では、気泡を検出した時点ではすで
に噴射性能が低下していると考えられ、インクの再充填
を行って回復しなければならない。

されに、インク・カートリッジ構造のインク供給系では
、使い捨てでありコストも高い上に、インク通過中で発
生した気泡を除去することはできない。

特に、インク・オン・デマンド力式のヘッドでは、気泡
の混入はその構造、機構から致命的なものであり、充填
作業も他の方式のヘッドに比べてきわめて面倒である。

本発明の目的は、これらの欠点を改善して、インク通路
中において発生した小気泡を事前に検出し、これを有効
に除去することにより、インクジェット噴射不能、ある
いは噴射性能低下を誘起するヘッド内への気泡の混入を
防止することにある。

以下、図面により、本発明の詳細な説明する。

第３図は、本発明によるインクジェット記録装置のイン
ク供給機構の斜視図である。

本発明においては、インク・タンク３８より供給される
印字用インク３７を気泡検出・除去装置３４に導き、イ
ンク３７中に含まれる気泡を検出して、これを捕獲する
。

気泡検出除去装置３４をフィルタ３３の前に配置した理
由としては、濾紙を取付けたフィルタ３３に気泡捕獲を
兼用させると、濾紙に小気泡が詰ってしまい、インク供
給効率（流量効率）を低下させるとともに、それにより
フィルタの濾紙の交換、インク再充填の必要が生じるか
らである。

本発明では、気泡検出・除去装置３４で気泡を捕獲した
後のインクをフィルタ３３に送るので、フィルタ３３に
は塵埃除去機能のみを持たせればよい。

なお、３９はインク・タンク３８の呼吸孔、３６は気泡
を除去するための気泡抜きチューブ、３２は剛体金属製
のインク供給パイプ、３１は噴射ヘッド、４０は圧電素
子に加える電気信号リード線である。

次に第３図の気泡検出除去装置の詳細を、第４Ａ図によ
り説明する。

気泡検出・除去装置３４は、プラスチック外槽４４で外
側を覆われ、Ｏリング４６を挿入してビス４５で結合さ
れ２つに分割可能となっている。

プラスチック外槽４４の中には、気泡５２を捕獲するた
めの上下に移動可能な気泡トラップ４１および誘電体板
４８がプラスチック棒４７を介して設置されている。

気泡トラップ４１は、ドーム状のプラスチック材料から
構成され、誘電体板４８は例えばチタン酸バリウムＢａ
ＴｉＯ３で作られる。

気泡トラップ４１の下端には、複数の小孔４２が設けら
れ、これらを通ってインク３７が流れるようになってい
る。

気泡トラップ４１全体は、中に気泡５２を含まない場合
は、インク３７より若干重く、外槽４４内に沈下してい
るが、気泡５２が多く蓄積されるとその浮力により上昇
するようになっている。

外槽４４の垂直軸４９に近接して、２枚の電極板３５が
設置されており、リード線５０を介して図示されない検
知器に導かれている。

なお、５１は気泡トラップ４１に気泡５２が溜った場合
の誘電体板４８の最上昇位置である。

また、外槽４４の下端には、気泡抜きチューブ３６が設
置されており、気泡５２が溜ったときに、ゴム・キャッ
プ４３を外して、これを注射器で吸い出す。

気泡検出除去装置３４は、垂直に立てて配置されており
、インク・タンク３８よりインク・チューブを介して入
口５３に到来したインクは小孔４２を通って上昇し、外
槽垂直軸４９を通って出口５４に至り、フィルタ３３に
向って送出される。

入口５３に入ってきたインクに含まれる気泡５２は、軽
いために気泡トラップ４１の小孔４２を通ることができ
ず、上昇してトラップ４１のま部に溜められる。

もし、気泡５２がトラップ４１内に溜っていない場合、
もしくは気泡トラップ４１を浮かすに十分でない気泡量
の場合には、誘電体板４８が電極板３５の位置にないた
め、電極板間におけるキャパシタンスに変化が生じるこ
となく、検出器は何も表示しない。

一力、インク中の気泡５２が多く捕獲されると、気泡５
２の浮力がトラップ４１の重さに打勝ち、気泡トラップ
４１は垂直に浮上し始める。

浮上する際、最士部の誘電体板４８が傾かないように安
定して上昇する。

気泡トラップ４１に捕獲された気泡５２が、下端の小孔
４２から逸脱しない程度の最大量になったとき、誘電体
板４８が第４図の点線位置５１まで上昇するように、気
泡トラップ４１の重量を設定する。

気泡５２が溜り、点線位置５１に誘電体板４８が到達す
ると、電極板３５間のキャパシタンスが変化するので、
それを検知器により検出し、ヘッド３１の駆動をオフす
るか、あるいは警告ランプ、ブザー等により保守者に通
知する。

溜った気泡５２は、外槽４４の下部に設けられた気泡抜
きチューブ３６に注射器等の吸取り装置を接続すること
により、回収できるようになっている。

また、何らかの不具合があった場合には、外槽４４を分
割して内部を検査できるように、Ｏリング４６でシール
され、ビス４５で結合された構造となっている。

なお、キャパシタンス変化を検知する信号により、自動
的に気泡抜き動作を行わせることもできる。

気泡５２を抜くときには、少量のインク３７も同時に抜
き取られる。

第４Ｂ図は、第４Ａ図に自動抜取機構を付カロした気泡
検出除去装置の断面構造図である。

自動按摩りを行う場合には、第４Ｂ図に示すごとく、パ
イプ６６の一力端を開口して、気泡トラップ４１に突設
した鞘状のプラスチック管６７に挿入し、他力を延長し
て電磁バルブ６５を介して排出タンク６４に接続する。

インクタンク３８と排出クンクロ４の液面は、図に示す
ように、落差があり、インクタンク３８の力が高くなっ
ている。

気泡が一定量貯えられるとリード線５０に接続された検
知器で検出され、警報が発せられることにより、印写動
作が１時ストップする。

これらの一連の動作は、コントローラ（マイクロコンピ
ュータ）の制御により自動的に行われる。

コントローラの制御の下に、続いて電磁バルブ６５が開
かれ、一定時間、インクタンク３８から排出タンク６４
への流れを作り、流れの勢いで気泡を若干のインクとと
もに流し出してしまう。

このように「落差」という物理現象により気泡の排出を
行うので、真空吸引ポンプ等の特別な器具は不要である
。

気泡排出動作が終了すると 気泡トラップ４１が再ひ沈
降し、気泡が排出されたか否か検知器により再確認する
。

再確認の結果、気泡なしであれば印写を再開し、気泡あ
りであれば再び気泡排出のルーチンを繰り返す。

このとき、ヘッドのノズル１４は、インクタンク３８．
排出タンク６４より１男にあるため、インクダレの心配
はない。

第４Ｃ図および第４Ｄ図は、第４Ｂ図のシステム動作の
フローチャートである。

第４Ｃ図のステップ７０で、一定量以上の気泡が貯まり
、これ以上貯まるとヘッドの力に流出してしまうおそれ
がある気泡量が検出されると、ステップ７１で印写をス
トップさせ、ステップ７２で電磁バルブ６５を開き、ス
テップ７３で一定時間経過したか否かを判断し、経過す
るとステップ７４で電磁バルブ６５を閉じ、次のステッ
プ７５で気泡なしの状態に戻ったか否かを判断した後、
気泡なしが確認されるとステップ７６で印写を再開させ
る。

なお、第４Ｄ図に示すように、電磁バルブ６５の開放の
後、ステップ７８で気泡検出信号が気泡なしの状態に戻
ったか否かを確認し、気泡なしを確認してからステップ
７９で電磁バルブ６５を閉じて、ステップ８０で印写を
再スタートさせてもよい。

このように、４Ａ、４Ｂ、４図においては、気泡トラッ
プ４１内にインク中の気泡５２を集積し、これをキャパ
シタンス変化により検出して気泡５２を除去するもので
あるが、さらに気泡抜きの効果を助長するため、例えば
機械的な振動、超音波あるいは放射線を加え、刺激を与
えることによって気泡５２の発生を促進することもでき
る。

また、特にインク液中に溶けているガス等の発生を容易
にするため、伺らかの物質、突起状物体、あるいは溝を
有する物体等、気泡発生の核になるものを設けると、発
生した気泡５２がそこに集合し易くなる。

第５Ａ図は、本発明の他の実施例を示す気泡検出除去装
置の断面構成図である。

第５Ａ図においては、気泡トラップ４１が接着剤５７に
より外槽４４に固定され、かつトラップ４１の垂直軸内
部に電極板５６が取付けられる。

また、誘電体板が設けられておらず、さらに気泡抜きチ
ューブ３６がトラップ４１の上方に設けられている点等
が第４Ａ図の構造と異っている。

また、リード線５０は、インク３７中に設けられたプラ
スチック・チューブ５５内に通されて電極板５６に接続
される。

電極板５６には、耐腐食性金属が用いられる。

入口５３から気泡を含むインクが入ってくると、インク
３７は小孔４２を通って１昇し、出口５４からフィルタ
３３に送出されるが、気泡５２は軽いためトラップ４１
内をそのまま浮上し、トラップ垂直軸の電極板５６の間
に集積される。

トラップ４１の１力は、空洞円筒になっている。

気泡５２が集積して捕獲されると、それまで電極板５６
の間に充満していたインク液３７がなくなるため、抵抗
変化が生ずる。

すなわち、インク液３７の抵抗値から気泡（空気）５２
の抵抗値になり、抵抗が大きくなるので、リード線５０
を介して図示されない検知器がこの変化を検出し、保守
者に通報する。

なお、両電極板５６の間には、常に微少電流を流してお
く必要がある。

また、第５図においても、第４Ａ図と同様に、検知器か
らの信号によって、自動的に気泡抜き動作を行わせるこ
ともできる。

その他は、第４Ａ図の場合とはく同一である。

第５Ｂ図は、第５Ａ図に自動抜取機構を付加した気泡検
出除去装置の断面構造図である。

この場合にも、第４Ｂ図と同じように、インクタンク３
８との間に落差の存在する排出タンク６４を設け、これ
に抜取り用パイプ６６と電磁バルブ６５を接続する。

第５Ｂ図の場合も、第４Ｃ図あるいは第４Ｄ図の順序で
動作する。

気泡がある一定量を越えたときに、それを検出する手段
として、第４Ａ、４Ｂ図では電気容量を、また第５Ａ、
５Ｂ図では電気抵抗をそれぞれ用いたが、本発明ではこ
の他に磁界、光等によっても検出が可能である。

第６図、第７図は、本発明のさらに他の実施例を示す気
泡検出機構の断面図であって、第６図は第４Ａ、４Ｂ図
の電気容量のかわりに磁界を用いて検出する場合、第７
図ａは第５Ａ、５Ｂ図の電気抵抗のかわりに光を用いて
検出する場合、第７図すは第７図ａの発光素子を収容す
る容器をそれぞれ示す。

第６図では、第４Ａ、４Ｂ図の誘電体板４８のかわりに
永久磁石５８を、また電極板３５のかわりに電磁コイル
５９を取付ける。

永久磁石５８を先端に取付けたプラスチック棒４７の浮
上運動により、電磁誘導起電力が電磁コイル５９に発生
するので、これを検知する装置を別に設けておけばあら
かじめ定められた量の気泡を検出することができる。

第７図ａでは、第５Ａ、５Ｂ図の電極板５６のかわりに
発光素子６０、受光素子６１を淑付ける。

気泡５２が集積して捕獲されると、それまで発光素子６
０と受光素子６１の間に充満していた不透明のインク液
３７がなくなり、透明な気泡５２が充満するので、発光
素子６０からの光が受光素子６１に到達し、あらかじめ
定められた量の気泡を検出することができる。

なお、発光素子６０と受光素子６１は、第７図すに示す
ような保護用透明容器６２に収容されている。

容器６２の材料としては、プラスチックまたはガラス等
が用いられるが、特に発光面側を透明にする必要がある
。

容器６２の間隔は、１ｍｒｒｔ程度の小間隙にされると
ともに、気泡蓄積時のインクの切れをよくするため、容
器６２の前面には廃水性膜のコーティング処理、もしく
は廃水用の切り溝６３が設けられる。

以上説明したように、本発明によれば、事前に気泡発生
を検知してヘッドの駆動を停止し、手動で気泡を抜取る
か、ヘッドを駆動させたまま、自動的に気泡を除去する
ので、噴射ヘッド内への気泡の混入は防止され、インク
ジェット噴射不能あるいは噴射性能低下を予防できる。

したがって、インクの再充填作業等は殆んど不要となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来におけるヘッド内の気泡混入を検出する方
法の説明図、第２図は従来のインク・カートリッジ構造
の断面図、第３図は本発明によるインクジェット記録装
置のインク供給機構の斜視図、第４Ａ、４Ｂ、４Ｃ，４
Ｄ図は本発明の一実施例を示す手動および自動の気泡検
出除去装置の断面図と動作フローチャート、第５Ａ、５
Ｂ図は本発明の他の実施例を示す手動および自動の気泡
検出除去装置の断面図、第６図および第７図は本発明の
さらに他の実症例を示す気泡検出機構の断面図である。 ３１・・・・・・噴射ヘッド、３２・・・・・・インク
供給パイプ、３３・・・・・・フィルタ、３４・・・・
・・気泡検出除去装置、３５・・・・・・電極板、３６
・・・・・・気泡抜きチューブ、３７・・・・・・イン
ク、３８・・・・−・インク・タンク、３９・・・・−
・呼吸孔、４０・・・・・・リード線、４１・・・・・
・気泡トラップ、４２・・・・・・小孔、４３・・・・
・・ゴム・キャップ、４４・・・・・・外槽、４５・・
・・・・ビス、４６・・・・・・Ｏ−リング、４７・・
・・・・プラスチック棒、４８・・・・・・誘電体板、
４９・・・・・・外槽垂直軸、５０・・・・・・リード
線、５１・・・・・・最上昇位置、５２・・・・・・気
泡、５３・・・・・・入口、５４・−・・・・出口、５
５・・・・・・チューブ、５６・・・・・・電極板、５
７・・・・・・接着剤、５８・・・・・・永久磁石、５
９・・・・・・電極コイル、６０・・・・・・発光素子
、６１・・・・・・受光素子、６２・・・・・・保護用
透明容器、６３・・・・・・廃水用切り溝。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ インク貯蔵器と、該インク貯蔵器よりインク供給パ
   イプを介してインクが供給されるヘッドを備えたインク
   ジェット記録装置（こおいて、上記インク貯蔵器からヘ
   ッドに至るまでのインク供給パイプの途中に、インク中
   の気泡を集積し、あらかじめ定められた畳重上の気泡が
   捕獲されたことを検出すると、捕獲した気泡を抜き取り
   、インク中に気泡がなくなったことを確認した後、印字
   を再動作させる一連の動作を自動的に行う装置を設けた
   ことを特徴とするインクジェット記録装置のインク供給
   機構。