JPS59115858A - 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知おける記録ヘッド内
又はインク貯蔵タンクの液圧検知又は１′ンク残量検知
に関するものである。

インクシエンド記録装置は、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Ｏ定着等
の複雑な処理を必要としない利点をもっている。見知小
径ドツトやドツト間隔縮少により高解像力画像記録欠可
能とし、漢字・図形などの記録にも有効である。

インクジェット記録装置の記録ヘッドについては、従来
いくつかの方式が開発６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。これば記録のための
電気信号に応答して電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
滴乞噴射する方式のインクジェット記録装置である。

このオンデマント°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
班が少なく、高信頼性ビ得ることが出来、＝ｆた記録装
置自体も小型軽量で低価格にすることか可能である。ま
た、別の特徴としては、ひとつの記録ヘッド上に、容易
に多数のチャンネルを実装でさるため、高解像力や高速
印字性能欠得ることが出来、またカラー化も容易である
。

更に上記方式ン実用化したオンデマンド型インクジェッ
ト記録装置として、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
の方式ン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図は上記記録方式により７個の〃ズル系列より収る
具体的構成のインクジェット記録ヘッドである。

第１図ないし３図において、複数のノズル１と、該ノズ
ルＩＶＣ連通ずる複数の圧力室２と、該圧力室２内にイ
ンクタンク７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
に配置された構造ビなすものである。

記録“用インクはインクタンク７がらフィルタ６、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９に
電気的に接続された圧電変換素子８が接着ぎれている。

圧電変換素子８は、前記発生器９から電気信号な受ける
と圧力室２の内側へ撓むことのでさる適当な可撓板で、
例えばピエゾ電気クリスタルから収り、導電性薄膜によ
って圧力室の外壁面に接着されている。

この方法においては、電子パルス発生器９からの電気信
号により圧電変換素子８ば圧力室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ｌ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ぎせてドツト記録を達成ぎせ
る。インク滴噴射しζよろ圧力室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
ｔＣ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
１０および該可撓膜１０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、前記可撓膜１０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ｌエト、該ビーム１１の
基部に設げられたストレイン・ゲージ１２とから収る。

上記液圧検出手段ニ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内の
インクがインク供給管４を通って、共同インク室３内に
導入されろ。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
手段は閉状態になり、インクタンク７から共同インク室
３へのタ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上下限値内例保
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。

尚、前記可撓膜１０は、記録ヘッドの前記共同インク室
３の開口部を掩って接着されて上壁７形成し、該室３内
のインクな密封している。

また前記共同インク室３の容積は、圧力室２の容積変化
量に約し充分大さく作られている。

このような共同インク室３と可撓膜１ｏとは、イガクが
満だされて、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へノドにおいては、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、別のチャイ
、ルのインク滴の噴射飛翔特性を劣化ぎせろ、いわゆる
チヤ不：ルインターラクション’ｆｘｌｒするが、これ
ら共同インク室３および可撓膜１０はこうした圧力波の
より、つ込乞防止することかでざる。

上記のような■４成をなす記録ヘッドにおいては、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圧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
血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ざｎ
るインク滴の飛翔特性乞安定化させることか困難であっ
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７吸い込んで、噴射記録
不能に陥ることもあった。

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とビインク供給系によ
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
によって若干吸収されるが、「己録ヘッドン記録装置（
）゛リンク）から取り外して単体として保存する場合に
は、記録ヘッドはインク入口通路は気泡の入らないよう
に密閉状態になしているから、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つ、気泡ケ
吸い込んだりする。

更にＥｌｌヘッド内のインクの液圧をほぼ一定に維持ぎ
せる従来の静水圧形式のインク供給方式は、インクタン
クの高ざな記録へノドの位置に応シテ一定の高さとなす
ようにしたもので、インク消費量の変化やインク残量の
変化等応じて絶えず所定液圧に維持するのは困難である
。（まして、温湿度変化や蒸発等の変化に対応してイン
クタンクの高ぎ調整のみで行なうことば殆んど不可能で
ある。）このため液圧変化によって前述の如きインク噴
射特性や気泡吸い込みやインク溢出等の問題を生ずる。

よって、加圧手段を有するインクタンクから加圧インク
ン送出し、インク供給系の途中に設げ１こ弁手段てより
液圧馨調整して記録ヘッド内にインクを供給する形式の
インクジェット記録装置においても、又はインクタンク
から静水圧でインク乞直接記録ヘッド内に供給する形式
のインクジェット記録装置においても、前述のようなイ
ンク液圧変化に基ずく諸欠陥を生じろことが多い。この
ため記録へノド又はインク供給系あるいはインクタンク
の何れかに内蔵されるインクの液圧を絶えず検知し、こ
の検知信号によって液圧制御や液圧異常警告や更には印
字停止等の処置を速やかに行なわねばならない。

しかるに第１図ないし第３図に示す如き記録ヘッド上に
ビーム１１とストレーンゲージ１２とから成る液圧検出
手段では測定精度と応答性が不充分であった。本発明は
上記の従来の欠点を解決するためになされたものである
。

本願の発明者たちは先に、上記のインク液圧又はインク
残量を検知する手段として、記録ヘッド又ハインク供給
系あるいはインク貯蔵タンクの何れかのうぢ、これを形
成する壁の一部乞可撓膜となし、この可撓膜の変形又は
変位を検知する方法ン提案しに０ 本発明は更に上記の可撓膜の変位を検知する手段として
、７オトインタラブタン用いる具体的検知装置を構成し
たことを特徴とするもので、従来技術におげろ記録へノ
ド内の液圧不安定による記録不良という欠点を解決する
有力な手段である。

本発明によって記録へノド内の液圧正確に検知し、かつ
記録ヘッド、４ｔインク供給系、インクタンクの液圧異
常やインク残量の不足等を検知する手段を提供するもの
である。

以下、本発明の実施列により具体的に詳述する。

第４図は、本発明の液圧検出手段を内蔵したヘッドとイ
（ン・り供給系を示す側断面図であり、第５図はこれら
のＡ　−Ａ、’断面図である。記録ヘッドは、インク滴
を噴射する少なくとも１個のノズル２１と、該ノズル２
１に連通するノズルと同数の圧力室２２と、該圧力室２
２内にインクカートリッジ２７からのインクを分配供給
する共通の共同インク室おとン備えている。記録用イン
クはインクカートリッジ２７゛内に充填されていて、フ
ィルタ２６．弁手段２５ヲ介してインク供給管２４によ
って記録へノド内の前記共同インク室おへ供給される。

共同インクｚ　２３　からは、記録画像のたて方向の画
業に対応する複数のノズル２１て連通する複数の圧力室
ｎに分岐膠供給されている。

また、各圧力室ｎの外壁の一邪には電子パルス発生器２
９に電気的に接続された圧電変換素子２８が接着されて
いる。圧電変換素子２８は、前記発生器２９から電気信
号ビ受けると圧力室２２の内側へ撓むことのでさる適当
な可撓板で、例えばピエゾ電気クリスタルから成る。

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２９からの電気信号により圧電変換素子２８は圧力室
２２の内方に急激に撓み、このため生ずる圧力室２２の
容積の急激な減少は記録ヘッド内のインクンノズル２１
からインク滴として射出・飛翔させ、対向する１ｉｌｌ
！録紙Ｐ上に到達させてドツト記録を達成する。

一方、記録ヘッドの前記共同インク室乙の上部は開口部
ンなしていて可撓＠３０がこの開口部を覆って接着され
て、フレキシブルな上壁を形成して、前記共同インク室
乙内のインクを密封している。

また前記可撓膜３０の上面にはレギュレータフレーム３
１が接Ｎぎれている。該レギュレータフレーム３１ば２
カ所の開（］を有す。１つの開口は共同インク室ｎ内の
液圧検知用開口であり、この開口部罠前記可撓瞑３０の
一部が露出して柔軟・可撓性の液圧検出部３０Ａを形成
している。他の１つの開口は、記録時に共同インク室ｎ
内に生ずる圧力波のまわり込み（チャネルインターラク
ション）防止用と記録ヘッド内の液圧調整用として設け
られ、前記可撓膜３０の一部がこの開口より露出して大
気と接して柔軟なレギーレータ部３０Ｂを形崩している
。

このように、可撓膜３０の一部は液圧検出部３０Ａおよ
び圧力波綬衝と液圧調整用のレギーレータ邪３０ＢＹな
して、それぞれ記録ヘッド内のインクの液圧に敏感に応
答して変位できろよう形成されている。

可視膜３０に使用される材３：１としては、プラス千ツ
ク材別では塩化ヒニリデン、ポリエチレン、ナイロン、
ポリプロビレ／、などのｉｆｉ　膜単体や積層体が用い
ら才ｔろ。ま１ここれらにアルミニウムなどの金属薄膜
不こ積層又は蒸着等を施し１こものも用いら几る。更ｅ
こ可撓膜３０乞ヘノード基体およびレヤーレータフレー
ム３１ＶＣ接ん一後加熱硬化ぎセにとさグ）熱変形乞考
慮して、前記可撓膜３０を予め加熱処理することも有効
である。

次に、前記レギュレータフレーム３１の上部ては回転支
軸３２が設げらｎ、アーム３３が回転自在になっている
。アーム３３の一部は、前記可撓膜３０の液圧検出＠　
３０Ａの表面と接着状態をなす接続部３３Ａを有す。ア
ーム３３の最先端には遮光板３４が固定されている。ア
ーム３３の他端にはバランサ３５が取り付けられていて
、アーム３３等の型皿による影響を除き平衡状態となし
、液圧検出精度の向上に役立っている。よってアーム３
３が十分軽量であつ１こり、アーム３３の形状によって
はこのバランサ３５は用いなくて済む。マタこのバラン
サ３５等の動床はアーム３３を平衡状態に保持すること
によって、記録時に記録ヘッドが反転印字（キャリッジ
リターン）等により、加速度が加わりアーム３３が振！
１ｍすること乞防止できる。

前記遮光板３４の近傍には、発光素子と受光素子と７組
み合わせた光検出器４０、例えば透過型ツＣ結合素子で
あるホトインタラプタが記録ヘッド等に固設ぎれていて
、前記遮光板３４が前記光検出器４゜のｙＣ路ン遮るよ
うに配設されている。

ここで光検出器４０は遮光板３４に対し、記録へノド内
の液圧が設定値以下になって、可撓膜３ｏの液圧検出部
３０Ａのふくらみが下降したとぎに検出光路を形成する
ようになし、液圧が設定値以上になって可撓膜の液圧検
出Ｒ３０Ａがふくらんで上昇したときに前記光路が遮断
されるようになしよ。

第６図は本発明て係る光検出器４ｏの断面図である。図
において、検出器本体４１の内部には、発光菓子４２と
受光素子４３とが対向するように組み込ソれていて、検
出光路ヶ形成している。このｙＬ路の間に液圧て応答し
て揺動するアーム３３の先頭ｇ］質′こ設げられた遮光
板３４が上下すると、光路が遮断あるいは透過して電ｂ
ＩＬをＯＮ　、　ＯＦＦする。

このように記録へノド上に設げｆこ可動の遮光、板３４
ど光検出器４０と乞関連して設置することにｒす、前記
可視ａλ３０の液圧検出部３０Ａの高低（でよって、発
光素子４２又は５２からの光は受光素子４３又１１５３
１’こ入射したりあるいは遮断されたりして、その出方
信号（光電流）が駆動制御回路へ送られる。駆動制御回
路では前記信号を二値化し、増幅して弁手段２５の圧電
変換素子に印加する。ここで可撓膜３０の液圧検出部３
０Ａの表面即ち共同インク室るの液面が低く、液圧が設
定値以下であるなら一前記弁手段５が開くように動作す
る。ま１こ可撓膜３０の液圧検出ｇｌｓ３０Ａの表面が
高くふくれ上った状態となり、液圧が設定値以上である
なら、弁手段部は閉じろように動作する。

第７図は本発明に係る光検出器５０の断面図である。こ
れに、発光素子５２と受光素子５３から収る検出光路上
にビンホールを有するピンホール板５４欠設けたことを
特徴とするものである。これによって、検出器を構成す
る部品の経年劣化による影響ビ防止したり、部品性能の
ばらつさによる個体差をなくすことができ、また照造時
の調整個所ン減らすことができる。

第８図は、光検出器４０又は５０の具体的−例であろホ
トインタラプタの外観図であり、アノードＡ。

カソードＣＡを有する発ツＣダイオード（ＬＥＤ　）と
、コレクタＣ，エミッタＥを有する受光部をなすホトト
ランジスタとがひとつの本体内に組み込まれたものであ
る。

第９図は、このホトインタラプタの内部結線図７示す。

図において、発ツＣダイオードＬＥＤは外光による影響
を受けない赤外光又は赤色光が望ましい。またＴＲｉｄ
ホトトランジスタ又はホトダイオードである。

第１０図は、赤外発光ダイオードＬＥＤとダーリントン
型窩感度ホ））ランジスタを組み合せた透過型光結合素
子のホトインタラプタである。これはホトトランジスタ
ＴＲＩとトランジスタＴＲ２と７図のようにつないだも
ので、全体の電流増幅率は２個の各々の電流増幅率の積
となり、電流伝達比が犬さいことビ特徴としている。

第１１図はホトイノタラブタ−の特性乞説明する図であ
る。第１１図（Ａ）はホトイノタラブタ−４０と遮光板
３４との相互位置を示し、Ｌはホトインタラプタ−４０
の光路中心と遮光板３４先端との遮光距離を示す。第１
１図（Ｂ）はこの遮光距離りと相対光電流との関係を示
す図表であり、遮光距離ば±０．５　ｎｒ；ｈで完全に
透過または遮光されること乞示す。

第１２図は本発明による液圧検知の他の実施例であり、
インクカートリッジ内のインク残伍検知の％Ｊ　’Ｉｆ
　示す。これはインクカートリッジの−ｇＫ可撓膜６１
を設け１こ構成となし、この可撓膜６１の高さを光検出
器で検出する方式である。

インクカートリッジはインクコネクタ６２に対し着脱可
能になっていて、装着接続することにより、インクカー
トリッジの少なくとも一部が前記可撓膜６１となってい
るインク収容袋内のインクはインクコネクタ６２ヲ介し
てインク供給管６３７通って記録へノド（不図示）内に
補充供給ぎわろ。

一方、インクカートリッジを装着する受台６４１Ｃは、
インクカートリッジを挾んで両側に発光素子６５と受光
素子６６が対向して設置ぎれている。６７゜６８は前記
発光素子６５と受光素子６６とを結ぶ光路間に設けら、
れたビンポール板あるいは集光レンズである。ここで、
発光素子６５にはＬＥＤ　＋小型電球などを用いること
がでさ、受光素子６６にはホトトランジスタ、太陽電池
、セレン光電池＋Ｃｄｓ等のホトコンダクタなどを用い
ることができる。

このように構成することＫよって、インクカートリッジ
内のインク桟用が十分なときには、前記可撓膜がふくら
んで高位置にあって、前記発光素子６５０元が遮られて
、受光素子６６に到達せず、何ら出力信号が発せられな
いが、インクが消費ぎれて１′ンク残皿が一定値以下に
達すると、前記可撓膜６１が低下して発ツ６素子６５の
元が受ツ（、素子６６に入射して、ここで出力信号が発
せられ、インクＮｉｍ不足に（’ｉ’う処置、即ちυ報
又は印字停止の動作が駆動び才する。

第１３図は本発明の更Ｖこ他の実施例によるインク残量
検知手段を示す断面図である。この場合も１′ンクカー
トリノジの−ｕＩＳに可撓膜７１ケ設す°た構成である
が、この可撓＠７１の高ぎン直接光検出器°で検出−ｆ
ろ方式である。

インクカートリッジをも冑収するインク収容袋はその少
くとも一部が可撓膜７１になっ又いて、インクを密封状
態とη：し、この収容袋内のインクはインクコネクタ７
２、インク供給管７３を通って記録ヘッド（不図示）内
に補充供給されている。

一方、前記可撓膜７１の上面でほぼ中央部にはビン７５
が接着されていて、規制板７６で該ビン７５が傾かない
ようになっていて、更に該ビン７５の先端部には遮光板
７７が形成されている。この遮光板７７を挾んで両側に
発光素子７８および受光素子７９から成る光検出器、例
えばホトインタラプタが設ｆｔ’Ｊしている。このよう
な構成にすることによって、前述と同様に、インク収容
袋内のインクの量が、可撓膜７１と直結する遮光板の上
下動となって、前記光検出器によって検出される。

以上述べたように、本発明（てよる光検出器例えばホト
インタラブタン用いて、インクを内包する記録ヘッド、
又はインクカートリッジあるいはインク供給系の何れか
に設げたインクと接して変形する可撓膜の変位に基すい
て、インク液圧やインク残量を検知する手段は、本実施
列以外にも種々考えられるが、これらの特徴とするとこ
ろは、測定圧が殆んどないため、検知精度が高く、信頼
性に擾れ゛たものである。

【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ジェット記
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
ッドの具体的構成ン示す斜視図、第４図は本発明による
インクジェット記録装置の模式的断面図、第５図は本発
明による記録ヘッドの液圧検出手段を示す断面図、第６
図および第７図は本発明に係る光検知器の構造図、餓８
図は本発明（て係るホトインタラプタの外観図、第９図
および第１０図は上記ホトインタラプタの内部結線図、
第１１図に本発明に係るホトインタラプタの特性を表わ
す図、第１２図および第１３図は本発明によるインクカ
ートリッジのインク残量検知手段を示す実施例の断面図
である。 ■、２１・・・ノズル、　　　２，２２・・・圧力室、
３．２３・・・共同インク室、７．２７山インクタンク
、 １０．３０．６１．７１・・・可撓膜、　　３３・・・
アーム、３４．７７・・・遮光板、　　　　４０．５０
・・・光検知器、４２．５２．６５．７８・・・発光素
子、４３．５３　＋６６　＋７９・・・受光素子代理人
　　桑　原　餞　美 ＬＥＤ　　　Ｔ１１５ １ Ｔ尺２

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　記録ヘッド又はインク供給系あるいはインク
   貯蔵タンクのインクに接する壁の一部ヲ可撓膜で形成し
   、前記可撓膜の変形又は変位を検知することにより、イ
   ンク液圧又はインク残■ン検知する検知手段ヲ有するイ
   ンクジェット記録装置において、前記検知手段として発
   光素子と受ツＣ素子と７組み合わせたツＣ検出器ン用い
   たことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. （２）　　前記光検出器が透過型光結合素子であるホト
   インタラプタである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。