JPS59115857A - インクジエツト記録装置 - 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】 本発明はインクジェット記録装置に関し、特に記Ｇヘッ
ドに一定液圧のインクを供給するインクタンク内のイン
ク液圧又はインク残量の検出に関するものである。

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θ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。

インクシエンド記録装置の記録ヘッドＣてついては、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号公ヤに示されるような
、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。これは記録のための
電気信号に応答して′磁気パルスが記録ヘッドに印加さ
れる都度、圧力室の容積変化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。

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、
別の特徴としては・ひとつの記録ヘッド上に、容易に多
数のチャネルを実装できるため、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。

更に上記方式を実用化したオンデマンド型インクジェッ
ト記曇装置として、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。

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
具体的構成のインクジェット記録装置である。

図において、複数のノズル１と、該ノズル、に連通する
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。

記録用インクはインクタンク６からフィルタ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１に連通ずる複数の圧力室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″に気的に接続されたＥＥ電変換素子７が接
着されている。圧電変換素子７は、前記発生器８から電
気信導′屯性薄膜によって圧力室の外壁面に接着されて
いる。

この方法においては、゛α電子パルス発生器がらの電気
信号により圧′継変換累子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Ｉ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
の変形およびインクタンク６からのインク供給によって
補充さオ］、る。尚、前記可撓膜９は、記録ヘッドの前
記共同インク室３の開口部を覆って接着されてフレキシ
ブルな上輪を形成し、該室３内のインクを密封している
。また前記共同インク室３の容積は、圧力室２の容積変
化量に対し充分大きく作られている。

このような共同インク室３と可撓膜９とは、インクが満
たさｉ″Ｌで、インク噴射時に圧力室２の変形によるイ
ンクの戻り圧力馨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
を経由して別のナヤ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ビ劣化させる、いわゆるチ
ャネルインターラクションを生ずるが、これら共同イン
ク室３および可撓室９はこうした圧力波のまわり込みを
防止することができろ。

上記のような静水圧によるインク供給方式においては、
記録ヘッド内のインクの液圧は常に一定に維持されねば
ならないが、下記の原因により液ＥＥ、低下を発生する
ことがある。

即ち、記録時にドツト密度の変化に伴なって生じるイン
ク消費量の急激な変化や、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姉であっ
た。ひどい時には、インクの補紛が消費に追いつかす、
液圧が代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。

また前記静水圧によるインク供給方式の記録ヘッドに才
６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、紀８ｗ：、。

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若干吸収されるが、記録
ヘッドを記録装置（プリンタ）がら取り外して単体とし
て保存する場合には・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閉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溢れ
出したり、気泡を吸い込んだりする。

更に記録ヘッド内のインクの液圧をほぼ一定に維持させ
る従来の静水圧形式のインク供給方式は、インクタンク
の高さを記録ヘッドの位置に対して一定の高さとなすよ
うにしたもので、インク消費量の変化やインク残量の変
化等に応じて絶えず所定液圧に維持するのは困難である
。

よって何れの方式のインク供給系におしＸでも、前述の
ようなインクの体積変化に基づく欠陥を生じろことが多
い０このため、インクの液圧を高精度に絶えず検知する
手段およびその検出結果に対応して液圧修正する手段や
、獅告又は停止動作を行なわせる手段が多要となる。

本発明は、従来技術における記録ヘッド内の液圧変動に
よって生ずる記録不良を解決するためになされたもので
・記０ヘッド内のインクの液圧を一定に保持し、安定化
し、かつ記Ｇ不良発生を予め替告又は動作停止せしめる
ことにより、記録装置の信頼性向上を目的になされたも
のである。

本発明はこの目的を達成するため、記録ヘッド外のイン
ク供給系ヲなすインクタンク又はインクカートリッジの
一部にインクの液圧によって敬感に変形する可撓膜を形
成Ｌ１該可撓膜の変位量を検知することにより為前記記
録ヘッド内のインクの液圧検知又は液圧異常あるいはイ
ンク残量不足検知等を行なう手段を提供するものである
。また、ることを特徴とするものであり、液圧変動の小
範囲を鋭敏に検知すること、あるいは広範囲の液圧変動
の検知、何れの場合にも有効であり、目的に応じて適宜
選択して用いろことができる。

以下、図示の実肺例により本発明を具体的に説明する。

第４図は、本発明の液圧検出手段の一実施例を示したイ
ンクジェット記θ装置の概略断面図である。記録ヘッド
１０は、インク滴を噴射する少なくとも１個のノズル１
１と・該ノズル１１に連通するノズルと同数の圧力室１
２と、該圧力室１２内にインクカートリッジ圀からのイ
ンクを分配供給する共通の共同インク室１３とビ備えて
いる。記録用インクはインクカートリッジ筐体２１内の
インク収容袋２２内に充填されていて、インク室ｎ１イ
ンクコネクタｕ１フイルタ２５を通って、インク供給管
がより記０ヘッドの入口コネクタ１４に入り、更に前記
共同インク室１３へ供給される。共同インク室１３は記
録画像のたて方向の画素に対応する複数のノズル１１に
連通する複数の圧力室１２に分岐されている。

また各圧力室１２の外壁の一部には、電子パルス発生器
１８に電気的に接続された（Ｅ電変換素子１７が接着さ
れている。圧電変換素子１７は、前記発生器１８から′
■気信＠を受けると圧力室１２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、圧力室１２の外壁面に接着されている。

このように構成された記録ヘッドにおいては、前記発生
器１８からの電気信号により圧電変換素子１７は圧力室
１２の内方に急激に撓み、この゛ため生ずる圧力室１２
の容積の急激な減少は記録ヘッド内のインクをノズル１
１からインク滴として放出φ飛翔させ、対向する記録紙
Ｐ上に到達させてドツト記録を達成ｆろ。

一方、記録ヘッドの前記共同インク室１３の上部は開口
部をなしていて、可撓膜１９がこの開口部を器っテ接着
されてフレキシブルな上壁な形成して、該室１３内のイ
ンクを密封している。

前記共同インク室１３および可撓膜１９は、記録時に圧
力室１２が変形され、これによる圧力波の伝播を吸収で
きろ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１３ヒ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クシ
ョンを生ずる。こ−で共同インク室１３の容積を圧力室
１２の容積に比して充分大きくとると共に、共同インク
室１３を構成する壁面の一部を可撓膜で構成″ｆること
により、こうした圧力波のまわり込みを防止するようＶ
Ｃ，なす。

本発明においては、記録ヘッド内のインクの液圧を検出
する手段をインクカートリッジの一部に設けんことを特
徴とする。この液圧検出手段の位置は、インクカートリ
ッジ囲の外部でインクコネクタ冴と接続する付近でもよ
いし、またばインクカートリッジ加の筐体２１の内部で
もよい。第４図は液圧検出手段′乞インクカートリッジ
の外部に設けた実施例である。図において、ｎはインク
室乙の開口部表面に液密に接着された可撓膜）２８は該
可撓膜がの上方に設置され該可撓膜がと軽接触又は非接
触状態でｌＪＴ続膜訂の変形による変位量を測定する変
位量検出器である。

第５図は本発明に係るインクジェット記録装置の一実施
例〉示す概略図である。こわは本発明に係る液圧検ｔｌ
（、手段Ｙ　Ｏｔ＋ｔえたインクカートリッジ加と、記
録ヘッド１０内、コネクター冴・フィルり５インク供給
管２６等を含むインク供給系とから成り更にインク流通
系統と、記録ヘッドおよび記録紙の駆動機構とから溝成
さｎた記録装田である。図において、Ｐは記録紙、３１
は該記Ｑ紙を給送する円筒状のプラテンである。プラテ
ン３１はモータ（図示せず）等によって駆動されて間欠
回転して記録紙Ｐを搬送する。記録ヘッド１０は、ギヤ
リッジ３２上に搭載されガイドバー３３に案内されてモ
ータ；３４の駆動力によってワイヤ又はベルト等の動力
伝達手段を介してプラテン３１の軸方向と平行して、記
録紙Ｐの表面と記録ヘッド１０のノズル１１とが一定間
ａ＝保ちながら左右に直線往復運動する。記録へノド］
０はこの左右直線移動中にノズル１１から記録紙ＰＫ向
けてインク滴を噴射し、記録紙Ｐ上にドツトマトリクス
状の文字又は画像を形成￥る。

第６図ないし第９図は、本発明による液圧検出手段の可
撓膜２７の各種形状を示′１″断面図である。

図において、沼はインクカートリッジ筐体２１の一部を
形成し、インク収容袋内からのインクを満たし記録ヘッ
ドＩＯＫ送るインク室である。ｎは該インク室２３の上
方の開口部を密封するよ５　ｔｒｃ液密に接着さｎ１イ
ンク室お内部のインクの液圧に応答して変位できるよう
に形成された可撓膜である。

詔は該可撓膜２７の上方に設置され、該可撓膜訂と軽接
触又は非接触で可撓膜ごの変位量を測定する変位量検出
器である。この変位量検出器としては、フォトインクラ
ブタ暑用いた光学的検知器、磁気的検知器、静電窓Ｌ１
の変化を利用した検知器＠ｌ挙げることができる。

前記可撓膜υの形状としては、第６図ないし第９図に示
すように柚々の断面図が考えろしる。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。

そして上記各断面形状を有する可撓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０ヘッドの構
成に応じて形成される。

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、塩化ビニリデン、ポリエチレン、ナイロン、ポリプ
ロピレンなどの簿膜単体や積層体が用いられる。またこ
２ｔ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。更に可撓膜がをカートリッ
ジ筐体２１に接着後加熱硬化させたときの熱変形を考慮
して、前記可！！膜を予め加熱処理を行なうことも有効
である。

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、黄銅などの各薄板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。

以上述べてきた可撓膜ｎ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１０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２７の高さが変化する。この可撓膜
ｎの高さ変化は、可撓膜２７の上方に固設された変位量
検出器側と可撓膜ｎとの空隙距離を計測することにより
検出され、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加圧手段等を駆動する回路へ制
御の信号を出力する。この駆動回路よりの信号を受けて
加圧手段が動作し、インクカートリッジ内、のインクを
加圧して、インクが記録ヘッド内へ注入され、インク圧
が復元される。印字動作中に急激なインク消費などによ
って、記録ヘッド内のインクの量が減少し、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が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。また温湿度変化等によって記録ヘッド内のインク
の液圧が上昇した場合にも上述と同様に液ＩＥを検知し
て降圧動作によって液圧を所定値に復元・維持する。

上記の液圧調整が不可能に至ったら・又は液圧調整を有
しない装置においては、可撓膜２７の高さが一定値以下
になったことを検知すると、駆動回路を介して、警報を
発し、更に液圧が低下すると印字動作を停止させる。こ
れら警報・停止動作は二段階でもよいし、同時でもよい
。

第１１図（支）（Ｂ）　（Ｃ）は、上述の記録ヘッド内
のインクの液圧低下と可撓膜２７の変形過程を示すもの
で、各図の”ｌ　ｐ　Ｈ２、Ｈ３は、それぞれインク室
２３の上面の基準位置から可撓膜ｎの被検出位置までの
距離を示し、ＰＩ　ＨＰ２　ｒ　Ｐｓはそのときの各液
圧である。

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。

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υの高さ変化（Ｉ（、〜Ｈ３
〜）との特性曲線を示したものである。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
かたさくスティンフネス）のために通常可逆同一曲線を
描かずヒステリシスを示す。

この曲線上の任意の一点Ａで接線を引くと、その接線の
働き（正接、タンジェント）はｄＨ／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における可撓膜の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
エエの変化の割合である。このｄＨ／ｄＰの値が大きい
程、正７７（ｎな圧力検知が得られ、圧力制御がし易く
なる。逆にこのｄＨ／ｄＰ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。

ｄＨ／　ｄＰ値を大きくするためには、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８図の
ような球面状が良い。

実際にインク噴射による記Ｏ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Ｃたとえば−５〜
−１０ｃｍＨ２Ｏ）　　ｉｃ　したＰ１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ｄ
Ｈ／　ｄＰを大きくするためには、ある程度ヒステリシ
スを持たせた方がよい。

本発明者達は、先にこのｄＨ／ｄＰ値が５μｍ／ｃｍＨ
２０から２Ｄ７Ｂｚ／（Ｊ　Ｈ２０の範囲で試作拳実験
を繰返して実現可能としに０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０．１μｍ／αＨ
２０から１１０００ｉ／ＣＩＩＬＨ２Ｑまでの範囲まで
実現可能の見通しが得られた。このｄＨ／ｄＰの値は、
可撓膜におけるその変位量を検知する部分におけろ値で
あり、かつ、第１２図に図示の特性曲線上の変位量検知
に利用する部分における値である。

可撓膜の設計に当っては、第１２図の特性曲線が良好な
再現性をもつようにする必要がある。更（（、前記ルー
プ状をなす特性曲線のビステリシスはなるべく小さい方
が良い。十分長い同量、印字又はならし動作ン続け１こ
状態の可セ゛ａ膜の特性曲線は、液圧Ｐ１に対する可撓
膜の高さＨｏは・第１２図におｔする上ループと下ルー
プとの（ミドぼ中間位置で安定するよりになる。

第６図ないし第９図に示した可ｙ８膜の（すｉ面影状、
即ち台形、球形、フルゲート形、ｊ′？ｊＪ辺波形など
の寸法６曲率などや、可撓膜の材料のがたさくステイン
フネス）を適当に選択することにより、記録に用いるｅ
、圧Ｐ工付近において所定のｄＨ／ｄＰ値ケ得ることが
できる。

変位量検出器２８と１−では、非接触検出器が望ましい
が、その他に測定圧が極めて少ない各種接触形検出器を
用いてもよい。また前記可撓膜ｎの上面に軽量の被測定
接片を貼付又は塗布して、該接片の変位位置を測定する
ことも可能である。

本発明に用いる変位量検出器四は、記録ヘッド外に装備
されていることを特徴とするものであるから、その大き
さ・形状・重量等に関すＺ設計上の制約が少なく、所要
精度・価格・市販性等からみて適宜なものを選択使用で
きる。

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、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
が低下するので、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、野報を発し
、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Ｑヘッドにおける、
記録ヘッド側の液圧変化特性を示す。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
て消費していった場合の、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、残量がある程度以下になると、液□圧は急激
に低下しはじめる。

ここで液圧がＰ。まで下っ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、
Ｐｏｔで警報を発し、ＰＯ２で印字動作停止としてもよ
い。

また残量検知への応用の場合は、液圧Ｐ。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
分に門に急激変化して変曲でる。

このような特性曲線とすることによって、液圧検出手段
は精度の低い安価なものｔ用いてもよくなる。

第１４図は本発明による液圧検出手段を有″ｆ′石イン
ク流通径路を示す他の実施例の断面図である。

インクカートリッジ４０を構成するカートリッジ筐体４
１は、内部にインク収容袋４２を有している。そしてイ
ンク収容袋４２内のインクはインクコネクタイ４．フィ
ルタ４５．インク供給管４６を通って記録ヘッド１０内
に連通している。前記インク収容袋４２はインク残量減
少と共に容積を縮少していくが、その上方に設けらｎｋ
変位量検出器４８は、インク収容袋４２と共に沈下する
が、インク収容袋４２内の液圧が一定値以下になると可
撓膜４２の変位置を検出して第】０図のブロック図に示
したような動作を行なう。

第１５図は本発明による液圧検出手段を有するインク貯
蔵部の更に他の実施例を示′ｆ断面図である。

図において、インクタンク力を構成する筐体５１は、そ
の一端に加圧手段（液圧調整手段）であるピストン５２
と、このピストン５２を駆動する駆動源５３（モータ、
ソレノイド等）を有する。一方、筺体５１の上方には、
可撓膜５７および該可撓膜５７の高さな接触又は非接触
で検知する変位量検出器５８が設けられている。記録ヘ
ッド内の液圧即ち筐体内の液圧が変動して所定値以下に
なったとき＼この液圧変動を可撓膜５７の変位量として
検出し、制御回路、駆動回路によって前記加圧手段の駆
動源５３を駆１＋し、ピスト７５２ヲ移動させろことに
より、インクタンク内の液圧が常に一定になるように、
もしくは随時任意の値になるよう動作する。

以上述べたように、本発明によろ可撓膜による液圧検出
手段を有するインクカートリッジによって、記録ヘッド
内のインクの液圧検出制御とインク残は検知とを高精度
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。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はオンデマンド型インクシェツト記
録装置の模式的概略図でそれぞれ断面図および平面図を
示し、第３図は上記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１斜視図、第４図および第５図は本
発明によるインクシエンド記＠装置の概略断面図、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出制御過程を示
すブロック図、第１１図は本発明に係る可撓膜と液圧と
の変化過程を示す図、第１２図はインク室内の液圧と可
撓膜変位との特性曲線、第１３図は静水圧式インク供給
系の液圧特性曲線、第１４図および第１５図は本発明の
他の実施例を示す断面図である。 １，１１・・・ノズル、２．１２・・・圧力室、３．１
３・・・共同インク室、 加、　４０　、５０・・・インクカートリッジ、２１　
、４１　、５１・・・カートリッジ筐体、２２．４２・
・・インク収容袋、　ｎ・・・インク室、２４．４４．
５４・−・インクコネクタ、都、　４７　、５７・・・
可撓膜、　邸、　４８　、５８・・・変位量検出器代理
人　　桑　原　義　榮 牟７”３１力

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　インク噴射ノズルを有する記録ヘッド内にイ
   ンクを供給するインクタンクのインク収容部の一部な可
   撓膜で形成し、該可撓膜の変形による変位量を検知する
   ことにより、前記インクタンク内のインクの液圧又はイ
   ンク残量を検出することを特徴とするインクジェット記
   録装置。
2. （２）　　前記インクタンク内の液圧変化による前記可
   撓膜の変形の変位量が、インク液圧のＩＣＴＬＨ２０の
   変化に対し、０．１μｍ以上１ｍ以下の割合であるよう
   になしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   のインクジェット記録装置。