JPS60224553A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインクジェット記録装置に関し、ノズルや圧力
室内九発生または浸入したｆ！！ｃ泡や固型物などのよ
うなインク液滴の正常な噴射や飛翔を妨げる要因を高効
率で排除し速やかに正常噴射に回復せしめるよう圧した
ものである。

〔従来技術〕

インクジェット記録装置の記録ヘッドについては従来、
いくつかの方式が提案され実用化されている。例えば第
１図はドロップオンデマンド方式と呼ばれる方式の一例
である。今、ノズル２及び圧力室３が導管７によって、
インク貯蔵器８から導かれたインクによって満されてい
る状態を考える。ここでパルス発生器９より電気パルス
を圧電変換素子４に印加すれば、記録ヘッド１の可撓壁
５は圧電変換素子４と共に圧電効果によって圧力室３側
に撓み、圧力室３の容積が急激に減少する。

この容積の急激な減少により圧力室３に液圧が発生し、
との液圧によって、圧力室３内のインクがノズル２を通
じて、インク液滴Ａとなって外部へ噴射され、記録媒体
Ｐ上に付着してインクドツトを形成する。圧力室３内の
インクの減少分はインク貯蔵器８ＫｊＦ？蔵されたイン
クＢが導管７を通じて圧力室３内に流入し）これを補５
０ ところで、インク液滴Ａの正常な噴射、飛翔を妨げる要
因は様々存在するが、それらのうち、通常の使用時にし
ばしば発生するものとして、ノズル２や圧力室３内に存
在する気泡や固型物がある。

即ち、ノズル２や圧力室３内に気泡が存在すると、圧力
室３で発生した圧力の全部または一部がその気泡に吸収
されるため、インク液滴を噴射できなくなるとか、また
噴射はするが飛翔速度が変動して、真１に翔ばなかった
り、インク液滴Ａがいくつもの小滴に分離して飛び散る
などの異常が発生する。

また、ノズル２内に凝固物や塵挨等の固型物が存在する
と、インクの正常な噴射が妨げられ一極端な場合には、
ノズル２が目詰りして、インク液滴Ａは全く噴射できな
（なる。固形物が圧力室３内に存在する場合には、すぐ
には異常とならないが、何れノズル２の目詰りの原因と
なって上記に述べたような問題が発生する。

更に、記録ヘッドｌのノズル２の外面は記録紙ＰＫ近接
しているために、ノズル面に紙粉などのダストが付着し
たりして、噴射方向不良や噴射不安定等の噴射不良を惹
起する。

こうした異常噴射や噴射不良の原因となる気泡　５− や固形物は次のような理由で発生すると考えられる。即
ち、記録装置（図示せず）の記録動作中や、待機中に記
録ヘッド°１に異常な衝撃が加わり、ノズル２から気泡
を吸い込んでしまう場合）記録動作中にパルス発生器９
から圧電変換素子４に印加される電気信号にノイズが重
量することによって、ノズル２内のインクのメニスカス
の正常な振動が乱されノズル２から気泡が吸い込まれて
しまう場合、インク中に溶存していた空気が析出する場
合、また、記録装置の非動作中に周囲温度が変化し、イ
ンクが熱膨張または収縮してノズル２から気泡が吸い込
まれる場合など、多くの理由がある。また、固形物はプ
リントヘッド１を長時間使用せずに放置した場合や、環
境湿直が異常に低い場合にノズル２内のインクが乾燥固
化して発生したり、空気中に浮遊する塵挨や記録紙Ｐか
ら発生した紙粉がノズル２内に進入することによっても
発生する。また、固形異物が元々インク中に含まれてい
たり、経時変化によってインク中に発生することもある
。

　６− このようなプリントヘッド１のノズル２からのインクの
正常な噴射・飛翔を妨げる気泡や固形物を排除するため
に、従来はインクに所定圧以上の洗浄液圧をかげ（洗浄
液圧をかげる手段は図示せず）圧力室３及びノズル２内
に強制的なインク流れを形成するという方法が採られて
きた（例えば特開昭５３−１５００３０号公報）。

しかしながら、このように壜に洗浄液圧をかけて強制的
なインク流れを形成するだけでは、気泡や固形物を排除
する効果が十分でなかった。即ち、気泡や固形物がノズ
ル２や圧力室３内の壁に付着している場合や、この壁の
近傍に存在する場合には、これらの場所でのインク流通
が十分でなく、排除できないことが多かった。特に記録
ヘッドｌが第１図に示されているように水平に保持され
ず、ノズル２側が下になるように傾いて保持される場合
には、気泡がその浮力によってノズル２とは逆の方向に
移動する傾向があり、このような場合には殆んど排除す
ることが不可能であった。

このように気泡や固形物がノズル２や圧力室３から排除
されない場合、従来はインク流れを形成するという動作
を何度も繰り返す必要があったので、高価なインクが無
駄に棄てられてしまうという問題があった。記録装置上
で、記録ヘッド１が正常に回復しない場合には、記録ヘ
ッドが故障品と見做され、記録装置から記録ヘッド１を
取り外した徒、別途にインクを洗浄再充填する必要があ
り、甚しい場合に！！高価な記録ヘッド１が不良品とし
て廃棄されることもあった。

記録へラド１の他の回復手段としては、特開昭５８−１
８２７３号公報に示された方法がある。これは記録ヘッ
ド上の振動子に低周波数の振動をさせてノズル内の気泡
を除去するものである。

振動子に通常の印字時と同様の電気パルスをバージ励振
時に印加すると、インクに与える振動のエネルギーが大
きすぎるため、反ってインク流路内圧キャビテーシ目ン
を起こしたり、又はノズルのメニスカスが引込みすぎた
りして、結果としてインク流路内に気泡が生じ不都合に
結果をもたらす。

これを回避するための上記従来例は、振動子に印加する
電気信号の電源を２種類用意しておき、バージ励振のと
きは、印字時よりも低い電圧を供給するようＫしたもの
である。

第２図は従来の振動子駆動装置であり、例えば１２０Ｖ
の高電圧電源Ｈと、例えば３０ｖの低電源電圧りの２つ
の電源を備えている。Ｒはこの電源Ｈ１ＬＫ切替え接続
するリレー（継電器）であり、ドライブ回路ＤＫ導通す
る。該リレーＲの切替えと、ドライブ回路凡の動作とは
コンピュータＣＰＵにより制御され、圧電変換素子４を
励振させる。

そしてインク噴射記録時は高電圧側に、バージ励振時に
は低電圧側に切替える。この切替によって第３図（３）
、（Ｂ）に示すように、電圧の低い、即ち励振エネルギ
ーの少ないドライブパルス（パルス幅Ｗ）を得て、これ
でバージのための励振を行なう。

しかし、この方法では、電源を２種類用意しなければな
らず、コスト高や記録装置の大形化を招き好ましくない
。

　９− 〔発明の目的〕 本発明はこのような問題点に鑑み、記録ヘッドのインク
流路内に入った気泡や固形物を極めて簡単かつ効果的に
ノズル外に排出させて印字品質の向上を計るようにした
もので、このとき特別にバージ励振用の低電圧電源を設
けることなく、笑質的に励振電圧を下げるようすること
により、安価で小形のインクジェット記録装置を提供す
ることを目的とするものである。

〔発明の構成〕

本発明のインクジェット記録装置は、インクジェット記
録装置の非記録時に１該記録装置の記録ヘッドのノズル
、圧力室から成るインク流路に振動子の付勢力により機
械的振動を与えて、該インク流路内の気泡や固形物を除
去せしめるインクジェット記録装［ｉＣおいて、非記録
時には前記振動子に印加する電気信号のパルス幅を記録
時のパルス幅より短かくすることにより、該電気４７８
号の電圧のピーク値を低くしたことを特徴とするもので
ある。

一１〇− 〔実施例〕 以下、図示実施例に基づいて本発明を詳述する。

第４図は本発明に係るインクジェット記録装置の概略を
説明する図である。なお、第１図と同一構造部品につい
ては同一符号を付しである。

図において、記録ヘッド１は複数のノズル２、複数の圧
力室３、共同インク室６及び圧電変換素子４等から成り
、インク供給管７、インク貯蔵器８に流体接続している
。また前記圧電変換素子４は外部の電気パルス発生器９
に電気的に接続されている。

また１０は記録紙Ｐを給送する円筒状のプラテンである
。該プラテン１０はモータ等（不図示）によって駆動さ
れて回転し、記録紙Ｐをプラテン１ｏに密着するように
して搬送する。

複数のノズル２を有する記録ヘッド１は、キャリクジ１
１に接続されたワイヤ又はベルト等の伝導部材１２及び
これを駆動するモータ１３によって、プラテン１０の軸
と平行方向に、記ｔｉｔＰＫ近接して左右に８動する。

記録ヘッド１はこの左右移動中にノズル２から記録紙Ｐ
に向けてインク滴を噴射し、記録紙Ｐ上にドツトマトリ
クス上の文字又は画像を形成する。

記録ヘッドｌのインク流路内に気泡や凝固物ができると
、良好な印字記録ができなくなるので、インク滴の噴射
不良を検知したとき、又は一定時間毎、或いは印字動作
を始動する前に、記録ヘッド１内に前記インク貯蔵器８
内のインクを加圧用エアポンプ２４により圧送してイン
ク流路中の気泡や異物を強制的に排除（パージ）する。

このため、記録ヘッド１を搭載する中ヤリクジ１１を、
プラテン１０の軸方向に回転自在に設けられたキャップ
ローラ１５の方向に移動する。このキャップローラ１５
の外周面に記録ヘッド１のノズル面２人が近接して相対
する（パージ位置）。第４図を工この状態の概略である
。キャップローラ１５ヲ工同軸に固定したウオームホイ
ール１６と、これにがみ合うウオーム１７及び駆動用モ
ータ１８により動力伝達されて矢印方向九回転可能とな
っている。キャップローラ１５の下方であって該ローラ
１５の外周面に接近してパージ用細管１９が設けられて
いたチューブ２０に接続し、更忙密閉状の廃液タンク２
１に接続している。該廃液タンク２１は更Ｋｒｌ！Ｌ引
用のチューブηを介して排気用のエアポンプ２３に接続
している。

前述のパージ動作によって、記録ヘッド１内の気泡や異
物が加圧インクと共に排出されると、これらは前記キャ
ップローラ１５の外周面とこれに近接して対峙する記録
ヘッド１のノズル面２人との間に溜ってインクの液柱（
インクコラム）を形成する。このインクコラムは、エア
ポンプＺ（Ｋよる吸引空気流によりてｍ管１９から吸引
されて、チューブ加を通って廃液タンク２１内に貯溜さ
れる。

このようなパージ動作を所定時間、例えば約５秒行なう
と、記録へラド１内の気泡や異物は除去されて目詰りが
なくなる。次に加圧インク流の供給をやめ、所定時間、
例えば約１０秒経過した後にエアポンプによる吸引を開
始すると、インクコラムは消滅し定常のインク液圧に復
帰し、再び正常のインク滴噴射が可能になる。次いで噴
射ミス検１３− 釦装置１４の位置に記録ヘッド１を移行して対峙せしめ
、各ノズルから順次インク滴を噴射せしめて噴射ζスの
有無を検知する。

なお為インク噴射異常を回復せしめるパージ手エアポン
プる、加圧用エアポンプあけ何れもマイクロコンピュー
タあの指令によって動作される。

第５図は本発明による圧電変換素子４の駆動制御回路を
示す。これはマイクロコンピュータ（以下ＣＰＵと略記
する）２６を用いて圧電変換素子４の駆動用電気パルス
の幅を可変設定できるよ５［するものである。先ず電気
パルスを印字時とパージ時とをそれぞれ別個に設定する
。例えば印字時には１１０ｘａｅｃのパルス幅を発生す
るが、パージ励振時には３μ織のパルス幅の電気パルス
を発生するようにする。パルス幅の設定は予め例えハＲ
ＯＭ（リードオンリーメモリ）ＩＣ書き込んでおいて、
その稜に読み込んでパルス幅の指令を発生する。

上記所定のパルス幅がＣＰＵ　２６より指令され、パル
１４− ス発生器９に入力される。ＴＲ，は信号をＯＮ＋ＯＦＦ
するトランジスタである。ｎは高電圧電源であり、例え
ば１２０　Ｖに設定されている。Ｒｆは固定抵抗器、Ｒ
はライズタイム調整用の半固定抵抗器である。

今、ＴＲ１のベースＫ　Ｌｏｗの信号が入力されると、
ＴＲ，は非導通となり、電源ｎの電圧はＴＲ＠　ｒ　Ｔ
Ｒｍと半固定抵抗Ｒを経て、圧電変換素子（静電容量は
Ｃ）Ｉｃ時定数丁＝＋　Ｒ−Ｃで電圧を印加し充電して
いく。次に、ＴＪのベースにＲｌｇｈｔ　の信号が入力
されると、ＴＲ，は導通し圧電変換素子４に充電された
電気エネルギーは半固足抵抗Ｒ→ダイオードＤ→抵抗Ｒ
７を通じて時定数τＥｅｌ（Ｒ＋Ｒ／）・Ｃにより放電
される。

、ｍｔＬ＆Ｃｊす、ＣＰＵからの指令に基づいたパルス
発生器からのパルス幅が十分長くとることによって、第
６図（ＡＩＫ示すような電源電圧１２０ｖのピーク値を
もつ通常の印字を行なう駆動パルスを得ることができる
。またパージを行なう際はＣＰＵからの指令に基づいた
パルス発生器からの幅を短かくとるとパルス電圧が十分
に立ち上がらないうちに減衰してしまい第６図（Ｂ）に
示すようなピーク値３０Ｖの信号を得ることができる。

或いは、パルス発生器からのパルス幅を小さく周波数を
高くし、高周波でパルス幅の短かいピーク値の小さいパ
ージ用パルスを同様にＣＰＵからの指令で作成すること
ができる。（第６図（Ｃ）参照） なおＷ、は印字時の電圧パルスｌ１ｌｉ　、Ｗｌ　、Ｗ
ｌ　’はパージ時の電圧パルス幅である。以上のよう［
１つの電源電圧を用いて、ＣＰＵからの２種類若しくは
２また、複数のノズルを有する記録ヘッドにおいては、
各ノズル毎のインク流路（チャネル）のそれぞれがドラ
イブ特性が若干異なるため第５図の半固定抵抗Ｒ（又は
差し替え抵抗）を各チャネル毎に異ならしめている。こ
のような複数のチャネルの記録ヘッドでは、ＣＰＵ２６
から指令されるパルスが、各チャネルで同じパルス幅、
例えばパージ時に３μ城のパルス幅のパルスを与えたの
では、各チャネル間でパルスのピーク電圧（例え！”！
’３０Ｖ）に差が大きくなる。このような複数チャネル
の場合には、第５図のパルス発生器９から右側の駆動回
路を各チャネル毎に別系統で設け５ｃＰＵ２６からチャ
ネル毎に異なったパルス幅のパルスを指令して与えても
よい。これにより、各チャネルとも、はぼ所足のピーク
電圧値、例えば３０Ｖとなるように揃えることが可能と
なる。

なお、パージ励振時のピーク電圧値は、実験の結果、イ
ンク流路内にキャビテーシ冒ンなどの不都合を起こさな
いためには、インクに与える振動エネルギーをある程度
低くする必要があり、通常の印字時のピーク電圧値の５
０チ以下に下げるのがよいことが判明した。更に好まし
くは、バージ励振時のピーク電圧値を通常の印字時の電
圧値（例えば１２０ｖ）の３０チ前後（例えば３０ｖ）
とすると、最も良い効率となる結果が得られた。

また、このよう圧して得たパージ励振用のパルス群の繰
り返し周波数は一定にしておくよりは、記録ヘッドの共
振周波数付近で掃引（スイープ）１７− させると、効果は格段に向上する。この共振周波数は記
録ヘッド毎に固体差があり、また同一の記録ヘッドでも
チャネル毎に差があることもあるので、これら共振周波
数分散を含むある程度広い周波数範囲で掃引することが
好ましい。

第７図は可変高周波励振によるパージの一実施例を示す
タイミングチャートである。図において、Ａ点は記録ヘ
ッドのパージ開始時点であり、パージ位置く移動された
記録ヘッドには、インク供給系よりの加圧インク流が流
入開始される。その５秒後（Ｂ点）には、ＣＰＵ２６か
ら高周波パルスが指令され、圧電変換素子４にパルス電
圧が約加秒印加される。ここで高周波パルスは可変であ
って、最初は６．５ＫＨｚ　で駆動を開始され、次第に
高周波数が増加され、（９）秒後の０点では１２　ＫＴ
ｉｇＫ達する上昇掃引（スイープ）である。このＢ−Ｃ
間では周波数を１７７分割し、各周波数は１ｓＢｆｉｓ
ｅｃの開駆動される。

次にＣ−Ｄ間では１２　ＫＩ（ｚから６．５ＫＨｇ　に
下降する掃引をＩ秒間性なう。この間の周波数分割は前
１８− 記Ｂ−Ｃ間の場合と同じでよい。

Ｄ点で高周波励振によるパージが終了した５秒後Ｋ、加
圧インク流給送によるパージ動作を終了する（Ｅ点）。

その後、所定時間例えば１６秒経過後に（Ｆ点）、記録
ヘッドを噴射ミス検知装置１４に移行して対峙せしめ、
各ノズルから順次インク滴を噴射せしめて噴射ミスの有
無を検知する。この検知により正常噴射に復帰したこと
が確認できたら、通常の印字を開始する。若しこの検知
により依然異常噴射を検知したら、再度上記高周波励振
パージシーケンスを繰返す。

第８図は、本発明の他の実施例を示すものである。この
場合には機械的振動を発生させる手段として、通常の記
録動作時にインク液滴を噴射させるために使用する圧電
変換素子４とは別個に圧電変換素子列を用いたものであ
る。該圧電変換素子列は記録ヘッドｌのインク流路近傍
、例えば圧力室３付近や圧力室３とノズル２を連通する
頚部インク流路、或いは共同インク室６付近に固定され
、第５図及び第７図において説明した千ＭＶＣよってパ
ージ動作を行い、同様の効果が得られる。

または、上記圧電変換素子列を記録へ、ド１に固定せず
、記録ヘッド１がパージ位置に移行すると、記録ヘッド
１と圧電変換素子列とは接触して、この圧電変換素子列
の前記励振により、同様の効果を記録ヘッド１にもたら
す。この圧電変換素子列と記録ヘッド１との接触方法は
、固定された圧電変換素子２８に記録ヘッドエが移動し
てきて接触が完了するという方法を採ってもよい。、逆
に固定された記録ヘッド１に圧電変換素子列が移動して
来て接触が完了するという方法を採ってもよい。

また、上記圧電変換素子４またはあとしては、圧電変換
素子の他に１磁歪振動子、ホーン尋が考えられる。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明したように、本発明のインクジェット
記録装置によれば、記録ヘッドの圧力室やノズルから成
るインク流路内に発生、または浸入した気泡や固形物を
高い効果で排除することができ、印字品質低下を著しく
改善することができ、特に電源部を小形・簡易化して、
動作の安定化を高め、かつ低価格化に有効なものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のインクジェット記録装置のインク供給系
路の模式図、第２図は従来の振動子駆動回路図、第３図
囚、（Ｂ）は従来の電圧波形図、第４図は本発明に係る
インクジェット記録装置の構成図、第５図は本発明によ
る圧電変換素子の駆動制御回路、第６図ＣＡ）　ｌ　（
Ｂｌ　ｔ　（ｃ）は、電圧波形図、第７図はタイミング
チャート、第８図は本発明による他の冥施例を示す図で
ある。 １・・・・・・記録ヘッド　２・・・・・・ノズル４・
・・・・・圧電変換素子　９・・・・・・パルス発生器
２６　・−・−ＣＰＵ　（マイクロコンピュータ）ｎ・
・・・・・高圧電源 代理人　弁理士　野　１）義　親 ４−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）インクジェット記録装置の非記録時に、該記録装
   置の記録ヘッドのノズル、圧力室から成るインク流路に
   振動子の付勢力により機械的振動を与えて、該インク流
   路内の気泡や固形物等を除去せしめるインクジェット記
   録装置において、非記録時には前記振動子に印加する電
   気信号のパルス幅を記録時のパルス幅より短かくするこ
   とにより、該電気信号の電圧のピーク値を低くしたこと
   を特徴とするインクジェット記録装置。 （２）前記振動子に印加する電気信号のパルス幅を短か
   くすることにより、該電気信号の電圧のピーク値を短か
   くする前の電圧ピーク値の５０−以下に低くしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のインクジェット
   記録装置。 （３）前記振動子に印加する電気信号の繰返し周波数を
   可替と成し、一定の範囲を掃引するようにしたことを特
   徴とする特許請求の範８Ｍ１項又は第２項に記載のイン
   クジェット記録装置。 （４）前記電気信号のパルス幅は、複数のインク流路毎
   にそれぞれ異なった値を設定することが可能と成すこと
   により、各インク流路における振動子駆動用電気信号の
   ピーク電圧値、もしくは各インク流路のインクに与える
   振動エネルギーの値が、各インク流路同志でほぼ一定と
   なるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載のインクジェット記録装置。 （５）前記振動子がインク流路の近傍に設けられた圧電
   変換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。 （６）前記振動子がインク流路近傍に設けられた磁歪形
   振動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。 （力　前記圧電変換素子が記碌時にインク流路内のイン
   クを加圧してノズルから噴射せしめるための駆動用振動
   子を兼用したことを特徴とする特許請求の範囲第１項又
   は第５項に記載のインクジェット記録装置。 （８）前記振動子による機械的な振動動作を含む時間内
   、もしくは該機械的振動動作の終了後にインク流れを前
   記インク流路内に形成す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。