JPS59115859A - 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ＵＫおける記録ヘッド内
又はインク貯蔵タンク内あるいはインク供給系内のイン
クの液圧検知又はインク残菌検知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隔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・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。これは記録のため
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、このたぬ、インクの消費量
が少なく、高信頼性を得ることが出来、また配録装置自
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
数のチャンネルを実装できろため、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ヘット・である。

第１図ないし第３図において、複数のノズル１と、該ノ
ズル１に連通ずる複数の圧力室２と、該圧力室内内にイ
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
に配置された構造をなすものである。

記録用インクはインクタンク７からフィルタ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へ供給されろ。共同インク室３ば、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９に
電気的に接続された圧電変換素子８が接着されている。

圧電変換素子８ば、前記発生器９から電気信号を受ける
と圧力室２の内側へ撓むことのできる適当な可撓板で、
例えばビニシナヌ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。

この方法１・て常いては、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は圧力室２の内方て急激に
撓又、このたぬ生ずる圧力室２の容積の急激な減少は内
部のインクをノズル１から・１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
１０および該可撓＠１０の外部に設けられた液圧検出手
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
う嵜された長い片持梁状のビーム１１と、該ビーム１１
の基部に設けられたストレイン・ゲー′）１２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ろと、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ｖ４を通って、共同インク室３
内に導入される０また、上記液圧検出手段によって検出
されろ。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へのインクの流入Ｕ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。

尚、前記可撓膜１０ば、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上壁を形成し、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
化計に対し充分大きく作らり、ている。

このような共同インク室３と可撓膜１ｏとは、インクシ
）−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
のチャイ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ろ、いわゆる
チャネルインターラクションを生ず石が、これら共同イ
ンク室３および可提膜１０はこうした圧力波のまゎ・り
込みを防止することができる。

上記のような構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
ａの変化などの原因だより、記録ヘッド内のインクの液
圧は変動中が大きく、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。ひどし・時には、インクの補給が消費に追いつかず
、液圧力玉低下してノズルから気泡を吸い込んで、噴射
記録不能に陥るとともあった。

また、静水圧によるインク供給方式の記録へノドにおい
ては、インクタンクと記録ヘッドと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
によって若干吸収されるが、記録ヘッドを記録装闘（プ
リンタ）力１ら取り外して保存−ｒる足台には、記録ヘ
ッドけ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応じて一定の高さとなすよ
うにしたもので、インク消費り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
。

よって加圧手段を有するインクタンクから加圧インクを
送出し、インク供給系の途中に設けた弁手段てより液圧
ｋ　ｔｌ！ｌ　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桁においても、又はインク
タンクから静水圧でインクを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
うな液圧変化に基ずく諸欠陥を生じることが多い。この
たぬ記録ヘッ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面圧を絶えず検知し、と
の検知信号によって液圧制御や液圧異常傍告や更には印
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図に示す如き記録へラド上に
ビーム１１とストレーンゲー′）１２とから成ろ液圧検
出手段では測定精度と応答性が不十分であった。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。

本発明は記録へノド又はインク供給系あるいはインクタ
ンク貯蔵タンクの壁の一部企可撓膜で形成Ｌ７、インク
液圧またはインク残量による前記可撓膜の変形又は変位
量を検知する検知手段の改良に関するもので、前記可撓
膜の変形又は変位量を検知する手段として磁性材料と感
磁性素子（ホール素子等）を用いたこと全特徴とするも
のである。

本発明の上記検知手段により、従来技術における記録ヘ
ッ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。また本発明によって記録ヘッド内
の液圧を正確に検知し、かつ、記録ヘッド、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、本発明の実施例により具体的に詳述−ｆろ。

第４図は、本発明の液圧検出手段を内蔵した記録ヘッド
とインク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２１に
連通するノズルと同数の圧力室２２と、該圧力室２２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路とを備えている。記録用インクは
インクカートリッジご内て充填されていて、フィルタ２
６、弁子段部を介してインク供給管２４によって記録ヘ
ッド内の前記共同インク室２３へ供給されろ。共同イン
ク室るからは、記録画像のたて方向の画素に対応する複
数のノズル２】に連通する複数の圧力室２２゛に分岐・
供給されている。

また、各圧力室２２の一部には重子パルス発生器２つに
電気的に接続された正正変換素子２８が接着゛されてい
る。圧電変換素子四は、前記発生器２９がら電気信号を
受けると圧力室四の内側へ撓むことのできる可撓板で、
例えばピエゾＲ’Ａ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
器四からの電気信号により圧電変換素子部は圧力室ｎの
内方に急激に撓み、このため生ずル圧力室ｎの容積の急
激な減少は記録ヘッド内のインクをノズル２１からイン
ク滴として射出・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
をなしていて可撓膜３０がこの開口部を覆って接着され
て、フレキシブルな土壁を形成して、前記共同インク室
ｎ内のインクを密封している。

また前記可撓膜（９）の上面にはレギーラ、−クレーム
３１が接着されている。該レギーレターフレーム３１は
２カ所の開口を有す。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、この開口部に前記可撓膜間の一
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す込み（チャネルインターラクシ
ョン）防止用ト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ュレタ一部３０Ｂを形成している。

とのように可撓膜間の一部は液圧検出部３０Ａおよび圧
力波緩衝と液圧調整用のレギュレタ一部（９）Ｂをなし
て、それぞれ記録ヘッド内のインクの液圧に敏感に応答
して変位できるよう形成されている。

可撓膜３０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、ナトロン、ポリ
プロピレンなどのｍＷ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ｇ音を積層又は蒸着
停を力布したものも用いられる。更に可撓膜間をヘッド
基体およびｌ／ギュレターフレーム３１に接着後加熱硬
化させたとぎの熱変形を前庭して、前記可辣膜関を予め
加熱処理することも有効である。

次に、前記上たレギーレタ−７レーム３１の上部には回
転支軸３２が設けられ、アーム３３が回転自在になって
いる。アーム３３の一部ば、前記可撓膜間の液圧検出部
３０　Ａの表面と接着状態をなす接続部３３　Ａを有す
る。アーム３３の先端部には磁石などの磁性材料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Ｍ量による影響を
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３３が十分Ｉｌ！ｌｉ：量であったり
、アーム３３の形状によってはこのバランサ３！５は用
いなくて済む。またこのノ（ランサ３５等の効果はアー
ムおを平衡状態に保持すること１でよって、記録時に記
録ヘッドが反転用字（キャリッジリターン）等により、
加速度カニ加わりアーム、３３が振動することを防止で
きる。

前記磁性材料３４の近傍には、ホール素子などの感磁性
素子４０が記録ヘッド等に固設されていて、３４と４０
は所定間隔を保って相対向するように配設されている。

ここで、アーム３３の先端に取付けられた磁性材料３４
は、回転支軸３２を中心に自由に回転可能となつＣいろ
。また、可撓膜３０の液圧検出部３０Ａ゛の高さ変化に
対する液圧検出感度を高くてるため、使用する液圧に対
応する高さにおいて、磁性材料３４の磁場の軸と感磁性
材料４０の最大感度軸とはほぼ一致していることが望ま
しい。

第６図は本発明に係る感磁性素子４０の一例であるホー
ル素子の効果を説明する概略図である。

ホール素子４０を流れる電流Ｉｃの方向に垂直に磁界Ｂ
を加えると、電流１ｃおよび磁界の両者に垂直方向に力
が働き、ホール電圧ＶＨと呼ばれる超電力を発生する。

この現象をホール効果といい、ホール電圧ＶＨは次の式
で示される。

ＲＨ ｖＨ＝　−−ＩｃＩＩＢ ここでＲＨは物質によって定まる比例常数で、ｔはホー
ル素子の厚さ、ｒｅは制御爾、流、Ｂは磁束密度である
。

との式で示されるように、ＲＨ−ｔ・Ｉｃを一定値シて
すれば、ホール電圧ＶＨは磁束密度Ｂに比例する。

第７図はこのＶＨ−Ｂの特性図であり、直線性が良く、
高精度の検出が可能である。

ホール素子４０と磁石４０と奈対向して配置し、これら
の何れか一方を移動させると、ホール素子４゜を通る磁
束密度Ｂが変化し、上式に示されるホール車圧ｙｎが変
化する。本発明はとのホール素子の効果を液圧検出に応
用したものである。

第８図は前記ホール素子の外観図であり、■■は入力電
圧Ｖｃ側に、■■は出力となるホール電圧ＶＨ側にそれ
ぞれ接続する。

このような特性を有するホール素子４ｏを用いた駆動回
路図の一例を第９図に示す。ホール素子４゜の出力信号
は駆動回路でインピーダンス変換すれ、被測定インク室
内の設定液圧に対応する値で二値化された後、増幅され
て記録ヘッドの弁手段部の圧電変換素子に印加される。

ここで可撓膜間の液圧検出部３０　Ａの高さが低く、液
圧が設定値以下であると前記弁手段部の開閉弁が開くよ
うに動作し、また前記検出部３０　Ａの高さが高くなっ
て設定値以上になると前記開閉弁が閉じるように動作す
る。

このようにホール素子４０によろ液圧検出によって、設
定されだ液圧の上下限値を超えろと弁手段６をＯＮ、　
ＯＦｔ　ｉ動し、開閉弁を開閉することによって、イン
クタンクｎがらのインク供給を調整し、共同インク室囚
内の液圧は常に設定液圧値の上下限内に維持されている
。

尚、上述の実施例では磁石等の磁性材料３４は可動ノア
ーム３３の先端に固定されたが、前記ホール素子４０は
小型軽量であるがら、これを可動のアームおに固定し、
磁石詞を固定側にしてもよい。これら礎石４ｏとホール
素子Ｕどの相対移動手段は図示の配置以外にも種に考え
られろ。また前記磁性材料４０は永久磁石の他に磁性薄
膜や磁性コムあるいけその曲の金属磁性体等全用いても
よい。

第１０図は本発明による磁束変化検知手段をインクカー
トリッジの残量検知に用いた実施例である。

図において、記録用インクを密封状態に内蔵するインク
収容袋の一部は可撓膜５ｏをなしていて、その外側は静
水圧又は加圧状態になっている。

インク収容袋内のインクは、記録ヘッド（不図示）ノイ
ンク消費に能って、着脱可能なインクコネクタ５１を介
してインク供給管５２を通って記録ヘッド内に補給供給
されろ。よって、インク収容袋の一部をなす可撓膜５０
は初期のインク充満状態ではｔ高い位置にあるが、イン
クの導出に伴って次第に下降し、遂に所ＩＨ１液圧でイ
ンク供給するととが不能な最終位置に到達する。本発明
のインク残量検知手段は、この時の液面即ち可撓膜の所
定最終位置を検出する手段である。

即ち、可撓膜５０の上面でほぼ中央部には、小型永久磁
石５３をエポキシ接着剤、シリコンゴム、貼着テープ等
で接着して設ける。一方力−）　ＩＪッジ筐体聞の底面
にはホール素子５５を固設し、前記磁石５３と対向する
ように配置する。このように構成することによって、イ
ンク収容袋内のインク残量が減少して前記所定最終位置
に到達″′ｒると、礎石５３とホール素子５５との距離
が最小距離となり、こノドきのホール素子５５の出力敞
圧ＶＨを検出して、警告や印字動作停止信号等の外部動
作を駆動する。

これによって安価で確実な残骨検知機構が構成可能とな
った。

第１１図は本発明によるインク残量検出手段の他の実施
例を示す記録ヘッドの断面図である。これは前記第５図
におけるホール素子４ｏの代りに磁気抵抗素子６０を、
可動のアームおの法腺位買に配設したものである。この
磁気抵抗素子６０とアーム３３の先端部に固定した磁石
あとの相対移動によって可撓膜３ｏの液圧検出部３０Ａ
の位置を検出する。尚、上記磁気抵抗素子（イ）は磁気
抵抗素子洗よる電流値変化を出力して位置を検出するも
ので一般にＭＲ素子と呼ばれるもので、例えば５ＤＩＶ
ｉＥ（ソニー社製品）等が市販品としである。

以上述べたように、本発明によるホール素子等の磁束密
度検出方式やＭＲ素子等の磁気抵抗検出方式を用いた非
接触位置検出手段を用いて、記録ヘッドやインクカート
リッジ又はインク供給系の何れかに設けた・インクと接
して変形する可ｔｔ［の変位に基づいてインク液圧やイ
ンク残量を検知する手段は、本実施例以外にも種々考え
られるが、これらの特徴とするところは、測定圧が殆ん
どなく高感度で検知精度が高く１．シがも温度特性にも
優れ高安定性を有し、実用上の信頼性・価格性にも適し
ている。

【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を示し、それぞれ断面図および平
面図を示Ｌ、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す胴視図、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側断面図、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図は本発明に係るホール素子の効果を説明する図
、第７図および第８図は本発明に係るホール素子の特性
図および外観図、第９図は本発明に係るホール素子の駆
動回路図、第１０図は本発明てよるインク残量検出手段
の実施例の断面図、第１１図は本発明による記録ヘッド
の液圧検出手段の他の実施例を示す断面図である。 ３．２３・・・・・・共同インク室 ７．２７・・・・・・インクタンク　　５・・・・・・
弁手段３０　、５０・・・・・・可撓膜 ３１・・・・・・レキュレーターフレーム３０Ａ・・・
・・・可撓膜の液圧検出部３３・・・・・・アーム　　
　　　あ、５３・・・・・・磁石４０　、５５・・・・
・・ホール素子 ６０・・・・・・磁気抵抗素子 代理人　桑　原　義　美

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けインク貯蔵
   タンクの壁の一部を可撓膜で形成し、インク液圧または
   インク残量による前記可撓膜の変形又は変位量を検知す
   る検知手段を有するインクジェット記録装置において、
   前記可撓膜に又は前記可撓膜の変形若しくは変位に連動
   して動く部材に磁石等の磁性材料を設け、該磁性材料の
   変位による磁束変化を検知する検知部材を前記検知手段
   として用いたことを特徴とするインクジェット記録装置
   。
2. （２）前記検知部材がホール素子等の感磁性素子である
   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。