JPS59104946A - Ink jet recording apparatus - Google Patents

Ink jet recording apparatus

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JPS59104946A
JPS59104946A JP21603182A JP21603182A JPS59104946A JP S59104946 A JPS59104946 A JP S59104946A JP 21603182 A JP21603182 A JP 21603182A JP 21603182 A JP21603182 A JP 21603182A JP S59104946 A JPS59104946 A JP S59104946A
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JP
Japan
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ink
pressure
recording head
liquid pressure
flexible membrane
Prior art date
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Application number
JP21603182A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Kimura
凱昭 木村
Yasuhiko Tanaka
康彦 田中
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Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS59104946A publication Critical patent/JPS59104946A/en
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    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/17Ink jet characterised by ink handling
    • B41J2/175Ink supply systems ; Circuit parts therefor
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Abstract

PURPOSE:To provide the titled apparatus capable of performing the control for detecting the liquid pressure of the ink in a recording head and the detection of an ink residual amount with high accuracy in good reliability, constituted by forming a part of the wall of an ink supply chamber by a specific flexible membrane. CONSTITUTION:The displacement amount of a flexible membrane 19 for bringing the opening part of the common ink chamber 3 in a recording head to a hermetically sealed state with respect to the change in the liquid pressure of ink is set to 0.1mum/cmH2O-1m/cm H2O. The flexible membrane 19 is provided so as to hold a height +H from the liquid level of an ink tank and a non-contact position detecting means 20 for detecting the displacement amount of the height H is fixedly provided to the predetermined position on a head substrate 18. When the ink residual amount in the ink tank becomes small, the liquid pressure of the ink in the recording head is lowered and, when the ink liquid pressure reaches a definite value or less by monitoring ink pressure, an alarm is issued or printing operation is stopped.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、インクジェット記録装置に関し、特に記録ヘ
ッド内のインクの液圧変化の検出に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an inkjet recording apparatus, and particularly to detection of changes in ink fluid pressure within a recording head.

インクジェット記録装置は、一般に極めて低騒音で高速
記録が可能なほか、安価な普通紙が使え、現像・定着等
の複雑な処理を必要としない利点をもっている。更に小
径ドツトやドツト間隙縮少により高解像力画像記録を可
能とし、漢字・図形などの記録にも有効である。
Inkjet recording devices generally have the advantage of being able to perform high-speed recording with extremely low noise, being able to use inexpensive plain paper, and not requiring complex processing such as development and fixing. Furthermore, the small-diameter dots and reduced dot spacing enable high-resolution image recording, and are also effective for recording kanji characters, figures, etc.

インクジェット記録装置における噴射方式については、
従来いくつかの方式が開発・実用化されている。例えば
特公昭53−12138号公報に示されるような、オン
デマンド方式と呼ばれるインクジェット記録方式が近年
開発され、注目されている。
Regarding the ejection method in inkjet recording devices,
Several methods have been developed and put into practical use. For example, an inkjet recording method called an on-demand method, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 53-12138, has been developed in recent years and is attracting attention.

によってノズルからインク小滴を噴射する方式のインク
ジェット記録装置である。
This is an inkjet recording device that ejects ink droplets from a nozzle.

このオンデマンド方式の特徴は、画像信号に対応して、
必要な時だけインクを噴出するので、不要インクを回収
するシステムが不要となり、このため、インクの消費量
が少なく、高信頼性を得ることが出来、また記録装置自
体も小型軽量で低価格にすることが可能である。また、
別の0徴としては、ひとつの記録ヘッド上に、容易に多
数のチャンネル企実装できるため、高解像力や高速印字
性能を得ることが出来、またカラー化も容易である。
The feature of this on-demand method is that in response to the image signal,
Since ink is ejected only when needed, there is no need for a system to collect unnecessary ink, resulting in low ink consumption and high reliability.The recording device itself is also smaller, lighter, and less expensive. It is possible to do so. Also,
Another advantage is that a large number of channels can be easily mounted on one recording head, so high resolution and high-speed printing performance can be obtained, and color printing is also easy.

更に上記方式を実用化したオンデマンド型インクジエツ
ト記録装作として、特公昭54−35936号公報があ
る。これは、一つの記録ヘッド内に複数のノズルを実装
するという方式をとっている。第1図および第2図はこ
の方式を説明する模式的概略図で、それぞれ断面図およ
び平面図を示す。
Furthermore, Japanese Patent Publication No. 35936/1983 is an on-demand type inkjet recording device in which the above method is put into practical use. This method uses a method in which a plurality of nozzles are mounted within one recording head. FIGS. 1 and 2 are schematic diagrams illustrating this method, showing a cross-sectional view and a plan view, respectively.

図において、複数のノズルlと、該ノズルIK連通する
複数の圧力室2と、該圧力室2内にインクタンク6から
のインクを分配供給する共通の共同インク室3とを備え
、かつ上記部分1.2.3が同一面内に配置された構造
をなすものである。
In the figure, a plurality of nozzles I, a plurality of pressure chambers 2 communicating with the nozzles IK, and a common common ink chamber 3 for distributing and supplying ink from an ink tank 6 into the pressure chambers 2, and the above-mentioned portions are shown. 1.2.3 are arranged in the same plane.

記録用インクはインクタンク6から弁手段5を経てイン
ク供給管4を通って記録ヘッドの共同インク室3へ供給
される。共同インク室3は、画像のたて方向の画素に対
応する複数のノズルIK連通する複数の圧力室2に分岐
される。また各圧力室2の壁の一部には、電子パルス発
生器8に電気的に接続された圧電変換素子7が接着され
ている。
Recording ink is supplied from the ink tank 6 through the valve means 5 and the ink supply pipe 4 to the common ink chamber 3 of the recording head. The common ink chamber 3 is branched into a plurality of pressure chambers 2 that communicate with a plurality of nozzles IK corresponding to pixels in the vertical direction of the image. Furthermore, a piezoelectric transducer 7 electrically connected to an electronic pulse generator 8 is adhered to a part of the wall of each pressure chamber 2 .

圧電変換素子7は、前記発生器8から眠気信号を受ける
と圧力室2の内側へ撓むことのできる適当な可撓板で、
例えばピエゾ電気クリスタルから成り、導電性薄膜によ
って圧力室の外壁面に接着されている。
The piezoelectric transducer 7 is a suitable flexible plate that can be bent toward the inside of the pressure chamber 2 when receiving a drowsiness signal from the generator 8.
It consists of a piezoelectric crystal, for example, and is glued to the outer wall of the pressure chamber by means of a conductive thin film.

この方法においては、電子パルス発生器8からの眠気信
号により圧電変換素子7は圧力室2の内方に急激に撓み
、このため生ずる圧力室2の容積の急激な減少は内部の
インクをノズル1からインク小滴として放出、飛翔させ
、対向する記録紙上に到達させてドツト記録を達成する
。インク滴噴射による圧力室2内のインクの減少分は、
共同インク室3内に貯蔵されたインクが圧力室3内に流
入してこれを補う。また、共同インク室3内のインクの
減少は、共同インク室3の壁の一部をなす可撓膜9およ
び該可撓1j!i9の外部に設けられだ液圧検出手段に
よって圧力減少として検出されている。液圧検出手段は
、前記可撓口9の変位量検出部分に、先端部が接着され
た長い片持梁状のビーム10と、該ビーム100基部に
設けられたストレインOゲージ11とから成る。上記液
圧検出手段によって共同インク室3内の液圧が所定下限
値以下になったことを検出されると、電気信号が発せら
れて、弁手段5が開状態となりインクタンク6内のイン
クが導管4を通って、共同インク室3内に導入される。
In this method, the piezoelectric transducer 7 is suddenly deflected inward into the pressure chamber 2 due to the drowsiness signal from the electronic pulse generator 8, and the resulting rapid decrease in the volume of the pressure chamber 2 causes the ink inside to be transferred to the nozzle 1. Dot recording is achieved by ejecting ink droplets from the ink, causing them to fly, and reaching the opposing recording paper. The decrease in ink in the pressure chamber 2 due to ink droplet ejection is:
Ink stored in the common ink chamber 3 flows into the pressure chamber 3 to supplement it. Further, the decrease in ink in the common ink chamber 3 is caused by the flexible membrane 9 forming a part of the wall of the common ink chamber 3 and the flexible membrane 1j! This is detected as a pressure decrease by a hydraulic pressure detection means provided outside the i9. The hydraulic pressure detection means consists of a long cantilever-shaped beam 10 whose tip end is glued to the displacement detection portion of the flexible opening 9, and a strain O gauge 11 provided at the base of the beam 100. When the liquid pressure detection means detects that the liquid pressure in the common ink chamber 3 has fallen below a predetermined lower limit value, an electric signal is generated, the valve means 5 is opened, and the ink in the ink tank 6 is discharged. It is introduced into the common ink chamber 3 through the conduit 4 .

また上記液圧検出手段によって検出される共同インク室
3内の液圧が所定上限値以上になると、弁手段は開状態
になり、インクタンク6から共同インク宰3へのインク
の流入は停止される。このようにして共同インク室3内
のインクの液圧は常時上記」二下限値内に保たれ、この
液圧状態において、ノズル1からインク滴が安定して噴
射を継続することが可能となるのである。
Further, when the liquid pressure in the common ink chamber 3 detected by the liquid pressure detection means exceeds a predetermined upper limit value, the valve means is opened and the ink flow from the ink tank 6 to the common ink chamber 3 is stopped. Ru. In this way, the hydraulic pressure of the ink in the common ink chamber 3 is always maintained within the above-mentioned lower limit value, and in this hydraulic pressure state, it is possible to continue stably ejecting ink droplets from the nozzle 1. It is.

尚、前記可撓口9は、記録ヘッドの共同インク室3の開
口部を掩ってtO着されて上壁を形成し、該室3内のイ
ンクをta封している。
The flexible opening 9 is fitted over the opening of the common ink chamber 3 of the recording head to form an upper wall and seal the ink inside the chamber 3.

このように措成された共同インク室3は、インクが満た
され、インク噴射時に圧力室2の変形によるインクの戻
り圧力を吸収して、他の圧力室との相互作用(チャネル
・インターラクション)を生じないように作用する。
The common ink chamber 3 configured in this way is filled with ink and absorbs the return pressure of the ink due to the deformation of the pressure chamber 2 during ink ejection, and interacts with other pressure chambers (channel interaction). It acts to prevent this from occurring.

第3図は上記記録方法により7個のノズル系列より成る
具体的措成のインクジェット記録装置である。
FIG. 3 shows an inkjet recording apparatus specifically constructed using the above-mentioned recording method and consisting of seven nozzle arrays.

上述したインクジェット記録装置においては、可撓液9
の液圧変化に対する変化量を微小に設定しているために
、その変化量検出による液圧検知はストレンゲージ等の
感度の高い、裏返すと安定性に乏しい感知素子によらざ
るを得なかった。このためにこの検知システムを長期間
使用した場合に経時変化がある等の問題があった。
In the above-described inkjet recording device, the flexible liquid 9
Since the amount of change in response to changes in fluid pressure is set to be minute, fluid pressure detection by detecting the amount of change has had no choice but to use a highly sensitive sensing element such as a strain gauge, which is also unstable. For this reason, when this detection system is used for a long period of time, there are problems such as changes over time.

記録ヘッド内のインクの液圧を安定化させる従来の方法
の一例としては、インクタンクの高すを記録ヘッドの位
置に対して一定の高さを保つようになす、いわゆる静水
圧形式のインク供給方法があるが、インク消費量の変化
やインク残量の変化等忙応じて絶えず所定圧力に維持す
るのは困難であった。また、インクタンク内のインクを
加圧して給送する前述のインク供給方式においても共同
インク室3内の液圧を絶えず一定に維持することは困難
であった。
One example of a conventional method for stabilizing the liquid pressure of ink in the printhead is the so-called hydrostatic ink supply method, in which the height of the ink tank is maintained at a constant height relative to the position of the printhead. Although there is a method, it is difficult to constantly maintain a predetermined pressure in response to changes in ink consumption, changes in ink remaining amount, etc. Further, even in the above-mentioned ink supply method in which the ink in the ink tank is pressurized and fed, it is difficult to constantly maintain the liquid pressure in the common ink chamber 3 at a constant level.

そのため、記録時にドツト密度の変化に伴なって生じる
インク消費量の変化や、インクタンク内のインクの残量
の変化などの原因により、記録ヘッド内のインクの液圧
は変動幅が大きく、これによってノズルから噴射される
インク滴の飛翔特性を安定化させることが困難であった
。ひどい時には、インクの補給が消費に追いつかず、液
圧が低下してノズルから気泡を吸い込んで、噴射記録不
能に陥ることもあった。
Therefore, the ink pressure in the print head fluctuates widely due to factors such as changes in ink consumption due to changes in dot density during printing and changes in the amount of ink remaining in the ink tank. Therefore, it has been difficult to stabilize the flight characteristics of ink droplets ejected from the nozzle. In severe cases, the supply of ink could not keep up with the consumption, and the liquid pressure dropped, causing air bubbles to be sucked in from the nozzles, resulting in the inability to eject and record.

また静水圧によるインク供給方式の記録ヘッドにおいて
は、インクタンクと記録ヘッドをインク供給系によって
接続した状態では、記録ヘッド内のインクの体積変化は
、記録ヘッドとインクタンクとの間のインクの往来によ
って吸収されるが、記録ヘッドを記録装置(プリンタ)
から取り外して単体とし゛C保存する場合には、記録ヘ
ッドのインク入口通路は気泡の入らないように密封状態
となっているから、前述の温度変化や蒸発により保存中
にノズルからインクが漏れ出したり、気泡を吸い込んだ
りずろ。
In addition, in a print head that uses an ink supply method using hydrostatic pressure, when the ink tank and the print head are connected by an ink supply system, changes in the volume of ink within the print head are caused by the flow of ink between the print head and the ink tank. The recording head is absorbed by the recording device (printer)
When removing the ink from the ink and storing it as a single unit, the ink inlet passage of the recording head is sealed to prevent air bubbles from entering, so ink may leak from the nozzles during storage due to temperature changes or evaporation. , inhale the bubbles.

インクタンクと記録ヘッド内のインク噴射流路とを接続
してインクを補給するインク供給系の途中に液圧調整用
の弁手段をもつ従来のインクジェット記録装置において
は、記録ヘッド内のインクの温度変化や蒸発によって生
ずるインクの体積変化を吸収する手段が、弁手段とノズ
ルとの間には存在しなかった。このため開口部をなすノ
ズルからインクが漏れ出したり、あるいはノズルがら気
泡を吸い込んだりして記録不良を生じることがある。
In a conventional inkjet recording device, which has a valve means for adjusting fluid pressure in the middle of an ink supply system that connects an ink tank and an ink jet channel in the recording head to replenish ink, the temperature of the ink in the recording head is There was no means between the valve means and the nozzle to accommodate changes in ink volume caused by evaporation or evaporation. For this reason, ink may leak from the nozzle forming the opening, or air bubbles may be sucked into the nozzle, resulting in poor recording.

即ち、何れの方式のインフジエラ)・記録装置において
も、前述のインクの体積変化に基ずく欠陥を生じること
が多い。よって共同インク室の開口部を掩う可撓膜の変
形容積けこうしたインクの体積変化qを充分吸収できる
ようにt1′7成されねばならない。
That is, in any type of infusier recording apparatus, defects often occur due to the above-mentioned change in ink volume. Therefore, the deformable volume t1'7 of the flexible membrane that covers the opening of the common ink chamber must be made such that it can sufficiently absorb the volume change q of the ink.

本発明は、記録ヘッド内のインクの液圧を正確に検出参
制御することにより、従来技術における液圧不安定の欠
点を解決することを目的とするものである。
An object of the present invention is to accurately detect and control the liquid pressure of ink within a recording head, thereby solving the drawback of unstable liquid pressure in the prior art.

本発明によって、記録ヘッド内の液圧を検知するための
手段や、液圧の異常ウインク残量の不足を検知するため
の手段を提供するためのものである。
The present invention provides a means for detecting the liquid pressure within the recording head, a means for detecting an abnormality in the liquid pressure and a lack of remaining wink.

以下、図示の実施例により、本発明を説明する。The present invention will be explained below with reference to illustrated embodiments.

第4図および第5図は本発明の一実施例を示した断面図
および平面図である。図において、記録ヘッド内の共同
インク室3の開口部を密封状態となす可撓膜19は、イ
ンクタンク6から供給されるときには、ヘッド基鈑18
の表面から+Hの高さを護持している。この可撓膜19
の上方には可撓膜19の高さHの変位針を検出する非接
触位置検出手段加が、ヘッド基板18上の所定位置に固
設されている。
FIGS. 4 and 5 are a sectional view and a plan view showing an embodiment of the present invention. In the figure, the flexible film 19 that seals the opening of the common ink chamber 3 in the recording head is attached to the head base plate 18 when the ink is supplied from the ink tank 6.
It maintains a height of +H from the surface. This flexible membrane 19
Above the head substrate 18, a non-contact position detection means for detecting the displacement needle of the height H of the flexible membrane 19 is fixed at a predetermined position on the head substrate 18.

前記可撓膜19は、記録ヘッド内のインクの温度変化や
ノズル部等における蒸発によって生ずるインクの体積変
化を吸収できるように、柔軟な材料を用い薄膜状に形成
された部材で構成されている。
The flexible film 19 is made of a thin film-like member made of a flexible material so as to be able to absorb changes in the volume of the ink caused by changes in the temperature of the ink in the recording head and evaporation in the nozzle portion. .

この可撓膜19は、前記圧力室2から伝播する圧力変化
を吸収できるよう構成されている。即ち、マルチノズル
形式の記録ヘッドにおいては、ひとつのチャネルの圧力
室から発生した圧力波が、共同インク室を経、由して別
のチャネルの圧力室に波及し、別のチャネルのインク滴
の噴射飛翔特性を劣化させるいわゆるチャネルインター
ラフシランを生ずる。ここで共同インク室を構成する壁
面の一部を可撓膜で構成することにより、こうした圧力
波のまわり込みを防止することができる。
The flexible membrane 19 is configured to absorb pressure changes propagating from the pressure chamber 2. That is, in a multi-nozzle recording head, a pressure wave generated from the pressure chamber of one channel spreads to the pressure chamber of another channel via the common ink chamber, and the ink droplets of the other channel are affected. This produces so-called channel inter-rough silane which deteriorates the jet flight characteristics. By constructing a part of the wall surface constituting the common ink chamber with a flexible film, it is possible to prevent such pressure waves from going around.

本発明に係るインク圧力検知用の可撓膜を、上記の圧力
波のまわり込み防止用の可撓膜と兼用させ、かつ記録ヘ
ッド上の空間を利用することにより、上記問題点を解決
し、併せてコンパクトに構成して、コストダウンも可能
にした。
The above problem is solved by making the flexible film for detecting ink pressure according to the present invention also serve as the flexible film for preventing pressure waves from wrapping around, and by utilizing the space above the recording head, At the same time, it has a compact structure, making it possible to reduce costs.

前記可撓膜19の形状としては、第6図ないし第9図に
示すように種々の断面図が考えられる。ここで、第6図
は水枕形、第7図はドーム形、第8図はコルゲート形(
波形)、第9図は周辺部に小波形を有する形をなす各可
撓膜の断面図である。
As for the shape of the flexible membrane 19, various cross-sectional views can be considered as shown in FIGS. 6 to 9. Here, Figure 6 shows a water pillow shape, Figure 7 shows a dome shape, and Figure 8 shows a corrugated shape (
FIG. 9 is a cross-sectional view of each flexible membrane having a small waveform at the periphery.

そして上記各断面形状を有する可掃壁の平面図としては
、長方形、円形、楕円形、その他の形状が記録ヘッドの
構成に応じて形成される。
The plan view of the movable wall having each of the above-mentioned cross-sectional shapes may be rectangular, circular, oval, or other shapes depending on the configuration of the recording head.

上記各形状を有する可撓膜19は記録ヘッド内のインク
の液圧に敏感に応答して変位できるよう形成され、ヘッ
ド基体18の表面に液密に接着されている。
The flexible film 19 having each of the above shapes is formed so as to be able to be displaced in response to the liquid pressure of the ink within the recording head, and is adhered to the surface of the head base 18 in a fluid-tight manner.

可撓膜に使用される材料としては、プラスチック材料で
は、堝化ビニリデン、ポリエチレン、ナイロン、ポリプ
ロピレン、などの薄膜単体や積層体が用いられる。また
これらにアルミニウムなどの金属薄膜積層又は蒸着など
を施したものも用いられる。更に可撓膜19をヘッド基
体18に接着後加熱硬化させたときの熱変形を考慮し”
C1前記可撓膜19を予め加熱処理を行なうことも有効
である。
As for the material used for the flexible film, a single thin film or a laminate of plastic materials such as vinylidene chloride, polyethylene, nylon, and polypropylene are used. Moreover, those obtained by laminating or vapor-depositing metal thin films such as aluminum are also used. Furthermore, consideration was given to thermal deformation when the flexible film 19 was bonded to the head base 18 and then heated and cured.
C1 It is also effective to heat the flexible film 19 in advance.

可撓膜に使用される金属材料としては、アルミニウム、
ステンレス、黄銅などの各N&を用いることもできるが
インクと接して組成変化したり、インクに悪影響を及ぼ
すものは不可である。
Metal materials used for flexible membranes include aluminum,
N& materials such as stainless steel and brass can also be used, but materials that change the composition upon contact with the ink or have a negative effect on the ink are not allowed.

以上述べてきた可撓膜を利用し、第10図のブロック図
で示されるような構成で、記録ヘッド内のインクの液圧
の制御を行なう。即ち、記録ヘッド内の液圧の変化に対
応して可撓膜の高さが変化する。この可撓膜の高さ変化
は、記録ヘッド上部に固設された非接触位置検出手段冗
と可撓膜19との空隙距離を計測・検出されて、その出
力信号を制御回路へ入力する。制御回路はその信号を処
理して弁手段を駆動する回路へ制御の信号を出力する。
The flexible film described above is used to control the liquid pressure of ink within the recording head with a configuration as shown in the block diagram of FIG. That is, the height of the flexible film changes in response to changes in the liquid pressure within the recording head. This change in the height of the flexible film is detected by measuring the gap distance between the flexible film 19 and a non-contact position detection means fixedly installed above the recording head, and its output signal is input to the control circuit. The control circuit processes the signal and outputs a control signal to a circuit that drives the valve means.

この弁手段駆動回路よりの信号な受けて弁手段が作動し
、インクタンクから送られてくるインクが記録ヘッド内
へ注入される。印字動作などに伴って、記録ヘッド内の
インクの清が減少し、液圧が低下すると上記システムに
よって可撓膜の低下位置が検出され、インクがインクタ
ンクから適量注入されて、記録ヘッド内のインクの量も
しくは圧力カー常に一定の上下限界値内に保たれ、安定
したインク滴噴射飛翔特性が確保される。
The valve means is operated in response to a signal from the valve means drive circuit, and ink sent from the ink tank is injected into the recording head. When the amount of ink in the recording head decreases due to printing operations, etc., and the liquid pressure decreases, the above system detects the position where the flexible membrane is lowered, and injects an appropriate amount of ink from the ink tank to fill the inside of the recording head. The amount or pressure of ink is always kept within certain upper and lower limits, ensuring stable ink droplet ejection flight characteristics.

第11図fAl 、 (B) 、 (C1は上述の記録
ヘッド内のインクの液圧低下と可撓膜19の変形過程を
示すもので、各図のH,、t+、、 H,は、それぞれ
ヘッド基体18上面の基準位置から可姐I9の所定検出
位置までの距離を示す。このような可撓膜19の高さ位
置は、記録ヘッド上部に固設された非接触位置検出手段
固を用いて、可撓膜19との空隙を計測することにより
て検出される。
Figure 11 fAl, (B), (C1 shows the above-mentioned decrease in the ink liquid pressure in the recording head and the deformation process of the flexible film 19, and H,, t+,, H, in each figure are respectively It shows the distance from the reference position on the top surface of the head base 18 to the predetermined detection position of the flexible film 19.The height position of the flexible film 19 can be determined using a non-contact position detection means fixed on the top of the recording head. It is detected by measuring the gap with the flexible membrane 19.

液圧Pに伴なう可撓膜19の変形の様子は第11図に示
す経過となる。即ち、例えば十分高い液圧P3から徐々
に液圧を下げてゆくと、まず中央部が凹みはじめ、更に
液圧を下げてゆくと(P、付近)、凹みがその周囲へ波
及してゆき、十分に液圧が低くなると(pl) 、可撓
膜全体が凹んでしまう。
The deformation of the flexible membrane 19 due to the hydraulic pressure P is as shown in FIG. That is, for example, if the hydraulic pressure is gradually lowered from a sufficiently high hydraulic pressure P3, the central part will first begin to dent, and as the hydraulic pressure is further lowered (near P), the dent will spread to the surrounding area, When the hydraulic pressure becomes sufficiently low (pl), the entire flexible membrane becomes depressed.

第12図は、上述の記録ヘッド内のインクの液圧変化(
P、〜P、〜)と、可撓膜19の高さ変化(H1〜H8
〜)との特性曲線を示したものでt)る。この特性曲線
は、可撓膜の材料、板厚、処理方法によって異なる特有
のかたさくステ(ラフネス)のために図示のようなヒス
テリシス曲線をなす。この曲線上の任意の一点Aで接線
を引くと、その接線の傾キ(正接、タンジェント)はd
H/dPで与えられる。可撓膜の設計に当っては、イン
クジェット記録に使用する液圧P1における可撓膜η)
圧力感度が重要である。この圧力感度とは、液圧Pの変
化に対する可撓膜の高さHの変化の割合である。このa
 Japの値が大きい程、正確な圧力検知が得られ、圧
力制御がし易くなる。逆にこのdrt/ap値が小さい
と、広い範囲の圧力検知が可能になるが、圧力測定や圧
力制御の精度は低下する。
FIG. 12 shows the change in the liquid pressure of the ink in the recording head (
P, ~P, ~) and the height change of the flexible membrane 19 (H1 to H8
~) shows the characteristic curve of t). This characteristic curve forms a hysteresis curve as shown in the figure due to the unique stiffness (roughness) that varies depending on the material, plate thickness, and processing method of the flexible membrane. If you draw a tangent line at any point A on this curve, the slope (tangent) of that line is d
It is given in H/dP. When designing the flexible film, the flexible film η) at the hydraulic pressure P1 used for inkjet recording.
Pressure sensitivity is important. This pressure sensitivity is the ratio of the change in the height H of the flexible membrane to the change in the hydraulic pressure P. This a
The larger the value of Jap, the more accurate pressure detection can be obtained and the easier it is to control pressure. Conversely, if the drt/ap value is small, pressure detection over a wide range becomes possible, but the accuracy of pressure measurement and pressure control decreases.

dH/d P値を犬きくするためには、第8図のように
同心円状又は渦巻状のコルゲート(波形)を多数設けた
形状にすると良い。また、第12図の曲線のようにヒス
テリシスをある程度大きく持たせるためには、第7図の
ような球面状が良い。
In order to increase the dH/dP value, it is preferable to use a shape with a large number of concentric or spiral corrugations (waveforms) as shown in FIG. Further, in order to have a certain degree of hysteresis as shown in the curve shown in FIG. 12, a spherical shape as shown in FIG. 7 is preferable.

実際にインク噴射による記録を行なう場合に用いる記録
ヘッド内のインクの液圧Pは若干負圧(例えば−5〜−
10crn HtO)にしたPl付近が良好な液滴噴射
飛翔特性が得られるが、その液圧P1の付近でdTvd
Pを太きくするためKは、ある程度ヒステリシスを持た
せた方がよい。
When actually recording by ink jetting, the liquid pressure P of the ink inside the recording head used is a slightly negative pressure (for example, -5 to -
Good droplet jet flight characteristics can be obtained near Pl set to 10 crn HtO), but near that liquid pressure P1, dTvd
In order to make P thicker, it is better to give K a certain degree of hysteresis.

本発明者達は、先にこのdtMd P値が5μ乳/の馬
0から20 重扉/ cx )rho  の範囲で試作
・実験を繰返して実現可能とした。更に記録ヘッドの構
造と可撓膜の形状・大きさ―材質を変更して0.1μa
 /cm 鶏。
The present inventors previously made it possible to realize this by repeating trial production and experiments in the range of dtMd P value from 0 to 20 dtMd/cx rho. Furthermore, by changing the structure of the recording head and the shape/size/material of the flexible film,
/cm Chicken.

から1000 mN / cr/LIItOまでの範囲
まで実現可能の見通しが得られた。なお、上述のd I
a p値は液圧の変化により変形する可撓膜の検出器2
0力”−ta出している部分において測定された値であ
る。まt−5特性曲線に関して言えば特性曲線上変位量
泪IJ定に使用している部分(多くの場合最も傾斜の急
な部分が測定圧使用されろ)における値である。
It was possible to achieve a range from 1000 mN/cr/LIItO to 1000 mN/cr/LIItO. In addition, the above d I
The ap value is detected by a flexible membrane detector 2 that deforms due to changes in fluid pressure.
This is the value measured at the part where 0 force "-ta is exerted. Also, regarding the t-5 characteristic curve, it is the part used to determine the displacement on the characteristic curve (in most cases, the part with the steepest slope) is the value at which the measured pressure is used.

可撓膜の設計に当っては、第12図の特性曲線カー良好
な再現性をもつようにする必要7ンーある。更に、前記
ループ状をなす特性曲線のヒステ1ノシスはなるべく小
さい方が良い。十分長℃・時間、印字またはならし動作
を続けた状態の可撓膜の特性曲線は、液圧P1に対する
可撓膜の高さH,け、第12図における上ループと下ル
ープとのほぼ中間位置で安定するようになる。
When designing a flexible membrane, it is necessary to ensure that the characteristic curve shown in FIG. 12 has good reproducibility. Furthermore, it is preferable that the hysteresis of the loop-shaped characteristic curve be as small as possible. The characteristic curve of the flexible film after printing or running-in operation is continued for a sufficient length of time at °C is the height H of the flexible film relative to the liquid pressure P1, which is approximately equal to the upper loop and lower loop in Fig. 12. It becomes stable at an intermediate position.

第6図ないし第9図に示した可撓膜の断面形状、即ち台
形、球形、コルゲート形、周辺波形などの寸法・曲率な
どや、可撓膜の材料のかたさくスティックネス)を適当
に選択することにより、記録に用いる液圧P、付近にお
いて所定のdll/dP値を得ることができる。
Appropriately select the cross-sectional shape of the flexible membrane shown in Figures 6 to 9, i.e. the dimensions and curvature of the trapezoid, spherical, corrugated, peripheral waveform, etc., as well as the hardness and stickiness of the flexible membrane material. By doing so, a predetermined dll/dP value can be obtained near the hydraulic pressure P used for recording.

本発明による可撓膜の変位特性による液圧検知能力を応
用して、静水圧式インク供給系のインクタンクの残量検
知に使うことも可能である。即ち。
It is also possible to apply the liquid pressure detection ability based on the displacement characteristics of the flexible membrane according to the present invention and use it to detect the remaining amount in an ink tank of a hydrostatic ink supply system. That is.

インクタンク内のインク残量が少なくなると、記録ヘッ
ド内のインクの液圧が低下するσンで、記録ヘッド内の
インク圧をモニターするようにし、液圧が一定値以下に
なったら、警報を発し、また印字動作を停止するように
する。例えば第13図は静水圧式のインクタンクと記録
ヘッドにおける、記録ヘッド側の液圧変化特性を示す。
When the amount of ink remaining in the ink tank becomes low, the ink pressure in the print head decreases.The system monitors the ink pressure in the print head and issues an alarm when the liquid pressure falls below a certain value. and then stop the printing operation. For example, FIG. 13 shows the fluid pressure change characteristics on the print head side in a hydrostatic ink tank and print head.

これはインクタンクが満タンの状態から、一定の消費率
でインクを印字して消費していた場合の、記録ヘッド内
のインクの液圧の変化を表わす。はじめは、はぼ常に一
定の液圧を保っているが、残量力1ある種度以下になる
と、液圧は急激に低下しはじめる。ここで液圧がP。ま
で下またときに警報を発し、または印字動作を停止する
ようにする。ここで二段階に分け、Po、で警報を発し
、potで印字動作停止としてもよい。
This represents the change in the liquid pressure of ink within the recording head when ink is consumed by printing at a constant consumption rate from a full ink tank. At first, the hydraulic pressure is kept almost constant, but when the residual force drops below a certain level, the hydraulic pressure begins to drop rapidly. Here, the hydraulic pressure is P. When the printer reaches a certain level, an alarm will be issued or the printing operation will be stopped. Here, the process may be divided into two stages, with an alarm being issued at Po and a printing operation being stopped at Pot.

また残量検知への応用の場合は、液圧P0付近で可撓膜
の高さが急激に変化するように構成してもよい。例えば
液圧P。付近に達すると、特性曲線が十分に凸から、十
分に凹に急激変化して変曲する。
Further, in the case of application to remaining amount detection, the height of the flexible membrane may be configured to change rapidly near the hydraulic pressure P0. For example, hydraulic pressure P. When reaching the vicinity, the characteristic curve abruptly changes from sufficiently convex to sufficiently concave.

このようなη゛¥性曲線曲線ることによって、液圧検知
手段は精度の低い安価なものを用いてもよくなる。
By forming such a η-characteristic curve, it is possible to use an inexpensive hydraulic pressure detection means with low accuracy.

第14図は本発明において使用するインク液圧検知手段
を示す断面図である。インク室の一部に可撓@31を設
けた構成であるが、との可撓膜31の高さを直接光検出
器で検出する方式である・インク室の壁の一部は可撓膜
31になっている。
FIG. 14 is a sectional view showing the ink liquid pressure detection means used in the present invention. The structure is such that a part of the ink chamber is provided with a flexible film 31, and the height of the flexible film 31 is directly detected by a photodetector. A part of the wall of the ink chamber is provided with a flexible film. It's now 31.

一方、前記可撓膜31の上面でほぼ中央部にはビンあが
接着されてい゛C1規制板%で該ピン35が傾かないよ
うになっていて、更に該ビン35の先端部には遮光板3
7を挾んで両側に発光素子間および受光素子39から成
る光検出器、例えばホトインタラプタが設置されている
。このような構成にすることによって、インク室内のイ
ンク液圧が変化するとピン35、測光板37が上下し、
この上下運動をホトインタラプタが検知する。
On the other hand, a bottle is glued to the upper surface of the flexible film 31 at approximately the center to prevent the pin 35 from tilting due to the C1 regulating plate, and a light shielding plate is attached to the tip of the bottle 35. 3
A photodetector, such as a photointerrupter, consisting of a light-emitting element and a light-receiving element 39 is installed on both sides of the light-emitting element 7. With this configuration, when the ink liquid pressure in the ink chamber changes, the pin 35 and the photometric plate 37 move up and down.
A photointerrupter detects this vertical movement.

本発明において使用されるインク液圧検知手段は上述し
た光電的検知手段の他、例えば、上記遮光板を磁石とし
、ホトインタラプタを感磁素子とした磁気的検知手段、
可撓膜に電極を設け、電極の上下による静「容量の変化
、を利用した電気的検知手段等種々の検知手段を挙げる
ことができる。
In addition to the above-mentioned photoelectric detection means, the ink liquid pressure detection means used in the present invention includes, for example, a magnetic detection means in which the light-shielding plate is a magnet and a photointerrupter is a magnetic sensing element;
Various detection means can be used, such as electrical detection means that uses electrodes provided on the flexible membrane and changes in static capacitance due to the upper and lower positions of the electrodes.

以上述べたように、本発明による特性を有する可撓膜と
、非接触位置検出手段とによって、記録ヘッド内のイン
クの液圧検知制御とインク残量検知とを高精度かつ高信
頼性をもって実現することを可能にするものである。
As described above, by using the flexible film having the characteristics according to the present invention and the non-contact position detection means, the liquid pressure detection control of the ink in the recording head and the detection of the remaining amount of ink are realized with high precision and high reliability. It is possible to do so.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図および第2図は、オンデマンド形インクジェット
配録装置の模式的概略図で、それぞれ断面図および平面
図、第3図は上記方式のインクジェット記録装置の記録
ヘッドの具体的構成を示す朗視図、第4図および第5色
は本発明の一実施例を示した断面図および平面図、第6
図ないし第9図は本発明に係る可撓膜の各種形状を示す
断面図、第10図は本発明に係る液圧検知制御:A程を
示すブロック図、第11図は本発明に係る可撓膜と液圧
との変化過程を示す断面図、第12図は記録−\ラド内
の液圧と可撓膜変位との特性曲線、第13図は静水圧式
・fンク供給系の液圧特性曲線、第141’flは本発
明に係る液圧検知手段の断面図である。 1・・・・・・ノズル    3・・・・・・共同イン
ク室5・・・・・・弁子8    6−= ・・・イン
クタンク9.19・・・可撓膜    18・・・・・
・ヘッド基体2(〕・・・・・・非接触位置検出手段代
理人 桑 原 義 美 察111ハ (C) 区 6μ図
1 and 2 are schematic diagrams of an on-demand inkjet recording device, with a sectional view and a plan view, respectively, and FIG. The perspective view, FIG.
9 to 9 are cross-sectional views showing various shapes of the flexible membrane according to the present invention, FIG. 10 is a block diagram showing the hydraulic pressure detection control according to the present invention: Step A, and FIG. 11 is a cross-sectional view showing various shapes of the flexible membrane according to the present invention. A cross-sectional view showing the change process of the flexural membrane and hydraulic pressure, Fig. 12 is a characteristic curve of the hydraulic pressure in the record-\RAD and flexible membrane displacement, and Fig. 13 is the hydraulic pressure of the hydrostatic pressure type fink supply system. Characteristic curve No. 141'fl is a sectional view of the hydraulic pressure sensing means according to the present invention. 1...Nozzle 3...Common ink chamber 5...Valve 8 6-=...Ink tank 9.19...Flexible membrane 18...・
・Head base 2 ()...Representative of non-contact position detection means Yoshi Kuwahara Misaki 111c (C) Ward 6μ diagram

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] インク噴射ノズルにインクな供給するインク供給室を形
成する壁の一部を可撓膜で形成したインクジェット記録
ヘッドにおいて、前記可撓膜のインク液圧変化に対する
変位量が0.1μm/α10〜1 m、 / mTT、
0  であるように前記可撓膜を形成したことを特徴と
するインクジェット記録ヘッド。
In an ink jet recording head in which a part of the wall forming an ink supply chamber for supplying ink to an ink jet nozzle is formed of a flexible film, the amount of displacement of the flexible film with respect to a change in ink liquid pressure is 0.1 μm/α10-1 m, / mTT,
0. An inkjet recording head characterized in that the flexible film is formed such that the flexible film is 0.
JP21603182A 1982-12-08 1982-12-08 Ink jet recording apparatus Pending JPS59104946A (en)

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