JPS60253552A - 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
室内に発生または浸入した気泡や固形物などのようなイ
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にしたもので
ある。

〔従来技術〕

インクジェット記録装置の記録へ、ラドについては従来
、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および圧力室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たさ
れている状態を考える。ここでパルス発生Ｐ９より電気
パルスを圧電変換素子４に印加すれば、記録へラド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、この
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ラ、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８に貯蔵されたインクＢ
が導管７を通じて圧力室３内に流入し、これを補う。

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
する気泡や固形物がある。

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、真直に飛ばなかった
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内に凝固物や塵埃等の固形物が存在する
と、インクの正常な噴射が妨げられ、極端な場合には、
ノズル２が目詰りしてインク液滴Ａは全く噴射できなく
なる。固形物か圧力室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、記録へラド１のノズル２の外面は記録紙Ｐに近接
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
エ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畳すること
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尭空気が析出する場合、また記
録装置の非動作中に周Ｂ温度が変化し、インクが熱＃脹
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、環境湿度が異常
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埃や記録紙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。

このような記録ヘッドｌ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け（洗浄液圧
をかける方法５は図示せず）圧力室３およびノズル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５２−１５００３０号公報）０ しかしながら、このように単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速
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１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ね、る場
合には、気泡がその浮力によってノズル２とＧま逆の方
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Ｉ、ｚう問題があった。記録
装置上で、記録へッド１力（正常に回復しない場合には
、記録ヘッドｌが故障品と見做され、記録装置から記録
ヘッドｌを取り外した後、別途にインクを洗浄再充填す
る必要があり、甚しい場合には高価な記録ヘッド１が不
良品として廃棄されることもあったＯ 記録ヘッドの他の回復手心としては、特開昭５８−１０
１０６６号公報に開示されたように、記録へラドのノズ
ルを含むインク流路の一部又は全部を加熱する加熱手段
を設け、インクシーツ［記録装置の非記録動作時に、上
記各部の温度を記録動作時の温度より上昇させるように
して、前記加圧インク液と併用してパージさせるものが
ある。しかしながらこの方法では、インクを高温にする
ために、印字可能な温度に戻すまでにかなりの時間を待
たねばならないという不都合がある。

記録へラド１の更に他の回復手段としては、特開昭５８
−１８２７３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。しかしこの方法では低周
波振動によるノズル内のインク排出に対してインクの供
給が追いつかずノズルから逆に気泡を吸引する恐れがあ
る。また低周波振動を長時間行うようにすると回復時間
を要する。

更に圧力室の上方にノズルを設けた場合には効果がある
が、ノズルが下方に傾いている場合には気泡排出が不完
全となる欠点がある。

このように気泡や固形物を排出して正常状態に回復する
従来の手段では何れも未だ確実に印字不良を解消し、か
つ回復効率のよい方法・手段が得られていない。

一方、インクジェット記録装置の記録ヘッドにインクを
供給する方式には、インク貯蔵器８内のインクに圧力を
加えて供給する加圧式と、大気圧を利用し記録へ、ドと
インク貯蔵器８の液面高さを一定に保持してノズ／ｌ／
２の毛管力でインクを供給するように配置した静水圧式
とがある。何れの方式においてもインク貯蔵器内のイン
ク残量の変化を検知するには、機械式手段（特開昭５７
−２０１６６４号公報）、電気式手段（特開昭５８−７
５１９号公報）等が知られている。これらの検知手段は
検知方法の具体的差異はあるが、インク残量゛による物
性値（インクのインピーダンス、重１等）の変化や、残
量変化によるインク収容袋の形状変化によりインク残量
を検知することにより、残量不足による内圧低下からく
る印字不能状態を未然に防止することを目的としたもの
である。

しかしながら、従来のインク残量検知手段においては、
コストと検知性能の２つの問題点がある。

先ず、コストの面においては、インク貯蔵器又はインク
供給系路に機械式又は電気式検知手段を設けるため、部
品コストおよび組立・調整時間を要し、特に多色インク
によるカラープリントの場合には、各色のインクに対応
してその色数だけインク残量検知手段を必要となり、記
録装置の製造コストが高価となる。また、多色インクを
用いる場合には、各色インクの物性値の相違により、各
色インクに対して個別に調整が必要となり、調整工数増
はフスＦ高を招く。

検知性能の面においては・インクジ、？）記録装置を設
置するときの傾斜度の制限や、温度・湿度・衝撃により
引き起こされる誤動作等の問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は以上述べたような従来の欠点に鑑み。

低コストで検知性能に優れたインク残量検知を行い得る
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。即ち、従来のインク残量検知装置は印字不能
になる前に残量検知を行し１、警報又は印字停止するも
のであるが、本発明は噴射異常を検知することによりイ
ンク残量不足を判定して警報又は印字停止を行わしめる
ものである。

これにより従来必要とされていた不安定・不確実なイン
ク残量検知装置を一切除去することを可能とし、安価で
コンパクトな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、少なくとも１個の
インク噴射ノズルを有する記録ヘッドと、該記録へ、ド
にインクを補給するインク貯蔵器と、前記記録ヘッドの
噴射状態を検知する噴射状態検知手段とを有し、該噴射
状態検知手段によって噴射異常が検知されると、噴射異
常回復動作を所定回数実行せしめ、更に噴射状態を検知
することにより、前記インク貯蔵器内のインク残量を検
知することを特徴とするインクジェット記録装置を提供
するものである０ 〔実施例〕 インクジェット記録装置（以下単に記録装置と称す）に
おける印字異常の発生は、記録ヘッドに大きな衝撃が加
わったり、記録ヘッドのノズル面が汚れたりする場合に
発生する他に、記録ヘッドにインクを供給するインク貯
蔵器（インクカートリ、ジ、インクタンク等）内のイン
ク量が消費されて減少することにより、記録ヘッドのイ
ンク供給不足となって印字異常更には印字不能を発生す
る場合がある。技術的進歩改良に伴なって前二者に起因
する印字異常は殆んど克服され、印字異常の主な原因と
しては、インク供給不足による場合が殆んどである。

本発明は上記インク残量不足による印字異常を検知して
、その発性信号により、前記記録装置の操作者にインク
貯蔵器の交換補充を指示せしめるようにしたものである
。

上記内容を実現するためには、記録装置にいくつかの機
能が必要である。それは印字異常を検知する機能と、印
字異常を検知した後に正常印字を回復させるための機能
とであり、これら両機能を組み合わせることにより、自
動的にインク残量不足検知を行うことが可能となる。

以下、図示実施例に基づいて本発明を詳述する。

第２図は上記の２機能を有するインクジェット記録装置
の一例を示す説明図であり、第３図はそのシステム構成
を示す図である。なお、第１図と同一構造部品について
は同一符号を付した。

これらの図において、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および圧電変換素子４
等から成り、インク供給菅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１０に密着するように
して搬送する。

複数のノズル２を有する記録へ、ド１はキャリッジ１１
に接続されたワイヤ又はベルト等の伝導部材１２および
これを駆動するモータ１３によって、プラテン１０６軸
と平行方向に、記録紙Ｐに接近して左右に移動する。記
録へ、ドＪ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
ス状の文字又は画像を形成する。

記録へラド１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、あるいは印字動
作を始動する前に、記録ヘッドＩ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冴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を搭載するキャリッジ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７’ｔｙ−ラ
１５の外周面に記録ヘッドＩのノズル面２人が近接して
相対する（パージ位Ｎ）。第４図はこの状態の概略図で
ある。キャップローラ１５は同軸に固定したウオームホ
イール１６と、これにかみ合うウオーム１７および駆動
用モータ１８により動力伝達されて矢印方向に回転可能
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
ブ加に接続し、更に密閉状の廃液タンク２】に接続して
いる。該廃液タンク２】は更に吸引用のチューブｎを介
して排気用のエアポンプ器に接続されている。

前述のパージ動作によって、記録へラドＩ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
へ、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）Ｃを形成する。このインクコラムＣは、
エアポンプ器による吸引空気流によって細管１９から吸
引されて、チューブ２０ヲ通って廃液タンク２１内に貯
溜される。

プラテン１０の左端とキャップローラ１５との中間には
、噴射不良検知装置１４が設けられている。噴射不良検
知装置１４は記録へラド１のノズル面２人に近接して対
峙し、各ノズル２から順次インク滴を噴射せしめて噴射
不良の有無を検知するものである。

上記噴射不良検知装置１４の一例として、電荷量計測型
がある。この型式は、記録ヘッドのノズル近傍に配置さ
れた荷電電極と、前記ノズルのインク噴射口に対向して
配置された受信電極と、該受信電極への荷電インク粒子
の飛翔到達を検知する検出回路とを具備した噴射不良検
知装置であり、これにより、噴射不良を確実に検知でき
、しがも人による監視を不要にしたものである。

次に、本発明による噴射状態検知手段と噴射異常回復手
段とを備えたインクジェット記録装置のインク残量検知
過程を以下に述べる。なお、噴射状態検知手段は例えば
上記噴射不良検知装置１４がら成り、噴射異常回復手段
は例えばインク液圧加圧装置・排出インク回収装置等よ
り構成されている。

（１）　先ず記録装置の電源をＯＮにすると、キャップ
ローラ１５の位置（キャップ位置）で記録へラド１が後
退して、ノズル面２　Ａ　カキャッフローラ１５の外周
面から僅が離間する（アンキャップ嶌（２）加圧ポンプ
冴がＣＰＵによるメインコントロール装置により動作さ
れ、インク貯蔵器８がら加圧インクが記録ヘッド１の流
路内に供給されて、ノズル２から流出し、ノズル面２　
Ａ　トｆｌＪ　記キャップ四−ラ１５との間にインクコ
ラムＣが形成され（第４図参照）、引続きエアポンプ乙
によって細智；１９から流出インクが吸引される（パー
ジ動作、約５秒間）。

（３）加圧インクの供給を停止せしめ、定常液圧に戻す
（約１０秒間）。なお、加圧インク供給停止後には流出
インクの吸引は停止している。

（４）　＋ヤップローラ１５が回転して、キャップロー
ラ１５の外周面は不図示のクリーニング装置によりクリ
ーニングされる。

（５）　記録ヘッド１を前記噴射不良検知装置１４の位
置（スピット位置）に移動せしめて、各ノズル２からイ
ンク滴を１個ないし複数個ずつ順次噴射セシメ（スピッ
ト）、検知装［１１４で各ノズル２から正常噴射がなさ
れたが否かを検出し表示する（スピット検出）。

（６）　このスピット位置で全ノズル２から一斉にイン
ク滴を所定時間噴射してノズル面２人の除電を行う。そ
の後、印字信号が入力されるまで記録へラドＩはここで
待機する。

（７）印字信号が入力されると、記録へラド１はプラテ
ン１０の左マージン位置へ移行し、引続き印字を開始す
る。

（８）所定時間、例えば匍秒毎に記録へ、ド１は前記ス
ピット位置へ移行し、噴射不良検知装置１４（スピット
センサ）により上記（５）項の噴射動作が正常噴射か否
かを検出し、正常噴射が確認されると、再び印字を続行
する（間欠噴射）。

（９）印字終了信号が入力されると、記録ヘッド１は前
記左マージン位置へ移行し、更にスピット位置へ移行し
、次の信号入力まで所定時間毎に間欠噴射して待機する
。

帥　電源をＯＦＦすると、記録へラド１はキャップ位置
へ移行し、前記（２）項のパージ動作を行った後、キャ
ップローラ１５の外周面にノズル面２人を圧着してキャ
ップ状態にする。

上記のシーケンスの過程で、（５）１３ｍのスピット時
、もしくは（８）項の間欠噴射時に検知装置（スピット
センサ）１４により異常噴射が検出されれば、自動的に
（２）項のパージ動作にはいる。その後、（５）ＪＪに
再び至り、異常が検出されなければ（６）項以降に進む
。しかし再び異常が検出されると、更に（２）項のパー
ジ動作に自動的にはいる。

ここで、スピット位置で検知装置１４により噴射異常を
検出した後、（２）〜（４）項のパージ動作と（５）項
のスピット検出とを予め設定しておいた所定回数まで紛
返しても、依然噴射異常が回復しない場合には、電源が
ＯＦＦされていなくてもＱ（１１項のキヤ、プ状態に至
るシーケンスに設定しておく。即ち、記録ヘッド１をキ
ャップ位置へ移行せしめ、記録へッドエをキャップロー
ラ１５の外周面に向って前進せしめて、ノズル面２人を
キャップローラ］５の外周面に圧着せしめてキャップ状
態にする。そしてＬＥＤなどの表示、もしくはブザー等
の警報により操作者にインク残量不足を知らせる。この
エラー表示・警報をもとに、操作者はインク貯＃器を目
視判断するなり、記録装置本体から取り外して振ってみ
るなりして、このエラー発生がインク残量不足によるも
のであることを確認する。インク残量不足が確認された
ら、新たなインクが充填されたインク貯蔵器８と交換装
脱するか、インク貯蔵器にインクを再充填するがして、
インク補充を行い、再び印字動作を開始せしめる。ここ
で、印字異常の回復機能は上記パージ動作に限らず、イ
ンク滴噴射用の圧電変換素子４を同時に振動させながら
加圧インクを流すパージ方法でもよい。

または、定常インク流のまま圧電変換素子４を励振させ
てもよい。あるいは、パージ時には記録へ、）’１の／
ズ／ｍ面２Ａを鉛直上向きにしてパージを行うようにし
てもよい。

次に、噴射異常回復機能の種々の具体例について記す。

第５図は記録ヘッド１のノズル２近傍に圧電変換素子（
資）を設けた例を示す図である。該圧電変換素子側はイ
ンク滴噴射用圧電変換素子４とは別個に設けられ、ノズ
ル２の外壁の近傍に各ノズル２の流路共通のものとして
敷設されている。圧電変換素子側は励振駆動回路３１に
より励振される。記録へ、ド１のノズル２より空気を吸
い込んだり、記録ヘッドｌのインク流路内にキャビテー
ションにより発生した気泡がノズル２付近に詰ったりし
てインク滴噴射異常を発生したときには、前記圧電変換
素子（資）を励振させることにより、これら気泡は容易
にノズル２がら外部へインクと共に流出される。なおこ
のとき記録ヘッドＩ内のインクに圧力を高め、同時に上
記励振を行えば、より効果的である。

他の実施例として、前記のパージ動作とスピット検出と
を所定回数繰り返えした後、なお噴射異常が正常状態に
回復しないならば、パージ方法を前回とは自動的に変更
するようにすると、操作者の手を煩わすことが低減され
、前記エラー表示・警報が単なる噴射異常でなく、イン
ク貯蔵器内のインク残量不足によるものであることの確
実性が高まる。この場合のパージ方法としては、例えば
最初のパージ動作は加圧インクを５秒間流し、所定回数
繰返しスビッ、ト検出を行って、なお正常状態に回復し
ないならば、自動的に次のステップに移行する。即ちこ
こでのパージで、は、ノズル２近傍の前記圧電変換素子
側の励振を伴なって、加圧インク流をω秒間流すように
なし、このパージとスピット検出とを所定回数繰返した
後、なお正常状態に回復しない場合には、エラー表示・
瞥告して印字動作等を停止せしめる。

またこのパージ方法において、第１パージから第２パー
ジへの移行は、自動変換でなく手動変換としてもよい。

即ち、第１パージ後、噴射異常が回復しない場合、記録
装置の操作者がインク貯蔵器内のインクの有無を点検し
た後に、異常噴射がインク残量不足でないことを確認し
たなら、操作者の判断によりスイッチを投入して第２パ
ージを実行するようにしてもよい。

第６図はパージ手段の他の実施例を示す図である。図に
おいて、３２は弾性体から成るキャップ部材であり、内
方に空洞を有しその開口部は記録へ、ド１のノズル部外
周に嵌合し密封する。該キャップ部材３２の底部、付近
は小穴が開口していて、チューブ３３に接続している。

該チューブあの他端は廃液タンク調に接続している。該
廃液タンク調内の上方空間は吸引用のチューブあを介し
て排気用のエアポンプあに接続している。

パージを行うときには、先ず記録へラドｌ又はキャップ
部材３２が相対移動して、記録ヘッド１の先端部のノズ
ル外周付近がキャップ部材３２の開口部に嵌合・密着す
る。次に記録ヘッド内のインク流路に加圧インクを流し
込むと共に、エアポンプあによる排気空圧によって、ノ
ズル２から流出したインクはキャップ部材３２の空洞か
らチューブ３３を通って廃液タンク列内に貯留される。

かくして記録ヘッド内の気泡や異物はインクと共に強制
排出され正常噴射に回復される。この場合にも圧電変換
素子４又は刀と併用すれば、より効率的である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明のインクシエンド記録装置は
、噴射異常を合理的に効率よく回復させるものであり、
かつインク貯蔵器内のインク残量不足を確実に検知して
表示・警報することが可能である。特に従来必要とされ
てきた複雑なインク残量検知装置を設けることなしに、
容易にインク残量不足が検知されるから安定し確実に動
作し安価でコンパクトなインクジェット記録装置が達成
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図番２−ンークジェ、ト記録装置−の概略構成を示
す模式図、第２図は本発明に係るインクジェット記録装
置のインク給排経路を説明する図、第３図はそのシステ
ム構成を示す図、第４図はパージ状態を示す拡大概略図
、第５図はパージ手段の他の実施例を示す図、第６図は
パージ手段の更に他の実施例を示す図である。 １・・・・・・記録へラド　２・・・・・・ノズル２人
・・・ノズル面　４，３０・・・圧電変換素子８・・・
・・・インク貯蔵器 １４・・・・・・噴射不良検知装置（スピットセンサ）
１５・・・・・・キャップローラ ２１．３４・・・廃液タンク　′ ３２・・・・・・・・・キャップ部材 代理人　弁理士　野　１）酵　親

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１個のインク噴射ノズルを有する記録
   ヘッドと、該記録ヘッドにインクを補給するインク貯蔵
   器と、前記記録ヘッドの噴射状態を検知する噴射状態検
   知手段とを有し、該噴射状態検知手段によって噴射異常
   が検知されると、噴射異常回復動作を所定回数実行せし
   め、更に噴射状態を検知することにより、前記インク貯
   蔵器内のインク残量Ｐ検知することを特徴とするインク
   ジェット記録装置。
2. （２）前記噴射異常回復動作が、前記記録ヘッド内のイ
   ンクを強制排出させるパージ動作であることを特徴とす
   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. （３）前記噴射異常回復動作が、前記パージ動作とイン
   ク滴噴射用の電気機械変換素子の駆動による噴射動作と
   を併用して行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   又は第２項に記載のインクジェット記録装置。