JPH07137276A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクタンク内のインク保持量を検知する。 【構成】 インクを吐出する記録ヘッドと、該記録ヘッ
ドに供給するインクをある一定量保持するインクタンク
２とを有するインクジェット記録装置において、圧電振
動子１がインクタンク２に取り付けられている。このイ
ンクジェット記録装置は、圧電振動子１の電気信号を検
知することにより、インクタンク２内のインク量を検出
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録方
式に用いる記録液小滴を発生するための記録ヘッド（以
下ヘッドともいう）を有するインクジェット記録装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録方式（液体噴射記録
方式）に適用されるインクジェット記録装置の基本構成
は、インク液滴を吐出させるために、微細なインク吐出
口、インク液流路および該液流路の一部に設けられるイ
ンク吐出エネルギー発生素子とを備えたヘッド基板本
体、この基板を保持するための部材、ヘッド基板に電気
エネルギーを供給するための部材の３構成要素からなる
ヘッド、および、このヘッドにインクを供給するための
インク供給部材、ヘッドにインクを供給するために一時
的にインクを保持しておくための、ヘッド側に設けられ
たインクタンクとからなる。ヘッドへインクを供給する
経路は、インクタンク、インク供給部材、ヘッド本体の
順である。インクジェット記録装置において、ヘッド本
体に供給されるインクの量を制御することはヘッドの長
期安定性を確保する上で重要である。また、ヘッドを使
用する立場から見て、インクの残量が常にモニターされ
ていることは信頼性という面で重要である。

【０００３】従来、インクの保持量のモニター方式とし
ては、インクタンク内に電極を設けて、その電極に一定
の電圧をかけるものがある。インクに導電性を持たせる
ことにより、インクタンク内にインクが存在するときは
一定の電流が流れる。タンク内のインクがなくなると電
流が流れなくなる。このことを利用してインクの有無を
検知することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の方式では、インクの有無は検知できるが、インクの
量そのものを知ることはできない。インクジェット記録
装置において、ヘッド本体に供給されるインク量を制御
すること、さらに、インクタンク内にあるインクの有無
だけでなく保持量そのものを検知し制御することは、イ
ンクジェット記録装置の長期安定性さらには信頼性を確
保するために重要である。

【０００５】本発明は、インクタンク内のインク保持量
そのものを検知することができ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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録装置は、インクを吐出する記録ヘッドと、該記録ヘ
ッドに供給するインクをある一定量保持するインクタン
クとを有するインクジェット記録装置において、１個ま
たは複数個の圧電振動子が前記インクタンクに取り付け
られ、前記圧電振動子の電気信号またはその変化量を検
知することにより、インクタンク内のインク量を検出す
るインク保持量検知手段を有することを特徴とする。

【０００７】本発明では、前記電気信号が交流成分の周
波数または交流成分の振幅であることが可能である。

【０００８】

【作用】インクタンクに取り付けられた圧電振動子の電
気信号またはその変化量を検知することにより、インク
タンクの固有振動数をモニターすることができる。一般
にインクの量が少ないほど、インクタンクの固有振動数
は高くなる。この固有振動数とインク量との相関をとる
ことにより、インクタンク内のインク量の随時モニター
が可能となる。

【０００９】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１０】図１は本発明のインクジェット記録装置の
第１実施例によるインクタンク内のインク量を検知する
方法の原理図であり、（Ａ）はタンク内のインク量の多
い場合を示す図、（Ｂ）タンク内のインク量の少ない場
合を示す図である。

【００１１】圧電振動子１は、あるイオン結晶に電界を
かけると歪を生ずる、いわゆる２次圧電効果を利用した
ものである。電界による圧電結晶の電気分極Ｐと応力Ｘ
の関係は圧電率ｄで表される。圧電率は各物質に固有の
値である。その関係はＰ＝ΣｄＸで表される。この式よ
り、加える電界の大きさによって応力の大きさが変化す
る。すなわち、振動数が変化することに相当する。一
方、図１（Ａ），（Ｂ）に示したようにインクタンク２
にインク３が一定量ある場合、それぞれの系は一定の固
有振動数を持っている。ここで、電圧を可変して圧電振
動子の振動数をインクタンク２の固有振動数に近づける
と共鳴する。この共鳴現象をＱメーター等により検知す
ることによりインク３の量を検知することが可能とな
る。各振動系の固有振動数は、インクタンク２の中にあ
るインク３の量により変化する。一般にインク３の量が
少ないほど、固有振動数は高くなる。Ｑメーターによる
共鳴の検知と、共鳴した時の周波数（振動数）をモニタ
ーし、インク量との相関をとることにより、インクタン
ク２内のインク量の随時モニターが可能となる。

【００１２】本発明によるインク量の検知装置は、必ず
しも圧電振動子による振動数が系の固有振動数と完全に
一致する（すなわち共鳴する）ことがなくても成立す
る。共鳴していなくとも、各振動系はある振動数で振動
している。図２に示したように、圧電振動子１の電源回
路とは別に共振回路を受信用振動子４に接続し、共振点
を見つけることにより実現される。この場合、圧電振動
子１には一定の電圧を加えておき、共振回路の例えば可
変コンデンサーにより共振点を見っけていけばよい。こ
こで、可変コンデンサーの目盛とインクの量とは、線形
関係を持つ。もちろん、可変コイルを用いてもさしつか
えない。

【００１３】また、圧電振動子の取り付けが可能であれ
ば、インクタンクの材質、形等に、制限は全くない。さ
らに、インクに関しても、例えば固体インクのように温
度が下がると固体化する材料であっても問題はない。

【００１４】図５は本発明により得られた記録ヘッドを
インクジェットヘッドカートリッジ（ＩＪＣ）として装
着したインクジェット記録装置（ＩＪＲＡ）の一例を示
す外観斜視図である。

【００１５】図５において、２０はプラテン２４上に送
紙されてきた記録紙の記録面に対向してインク吐出を行
うノズル群を具えたインクジェットヘッドカートリッジ
（ＩＪＣ）である。１６はＩＪＣ２０を保持するキャリ
ッジＨＣであり、駆動モータ１７の駆動力を伝達する駆
動ベルト１８の一部と連結し、互いに平行に配設された
２本のガイドシャフト１９Ａおよび１９Ｂと摺動可能と
することにより、ＩＪＣ２０の記録紙の全幅にわたる往
復移動が可能となる。

【００１６】２６はヘッド回復装置であり、ＩＪＣ２０
の移動経路の一端、例えばホームポジションと対向する
位置に配設される。伝動機構２３を介したモータ２２の
駆動力によって、ヘッド回復装置２６を動作せしめ、Ｉ
ＪＣ２０のキャッピングを行う。このヘッド回復装置２
６のキャップ部２６ＡによるＩＪＣ２０へのキャッピン
グに関連させて、ヘッド回復装置２６内に設けた適宜の
吸引手段によるインク吸引もしくはＩＪＣ２０へのイン
ク供給経路に設けた適宜の加圧手段によるインク圧送を
行い、インクを吐出口より強制的に排出させることによ
りノズル内の増粘インクを除去する等の吐出回復処理を
行う。また、記録終了時等にキャッピングを施すことに
よりＩＪＣが保護される。

【００１７】３０はヘッド回復装置２６の側面に配設さ
れ、シリコンゴムで形成されるワイピング部材としての
ブレードである。ブレード３０はブレード保持部材３０
Ａにカンチレバー形態で保持され、ヘッド回復装置２６
と同様、モータ２２および伝動機構２３によって動作
し、ＩＪＣ２０の吐出面との係合が可能となる。これに
より、ＩＪＣ２０の記録動作における適切なタイミング
で、あるいはヘッド回復装置２６を用いた吐出回復処理
後に、ブレード３０をＩＪＣ２０の移動経路中に突出さ
せ、ＩＪＣ２０の移動動作に伴ってＩＪＣ２０の吐出面
における結露、濡れあるいは塵埃等をふきとるものであ
る。

【００１８】次いで、実験例を示しつつ本発明をさらに
詳細に説明する。

【００１９】［実験例１］実験例１として図１および図
３を参照して説明する。本実験例は、検知量として図１
の圧電振動子１から出る電圧の振幅の変化を利用したも
のである。本実験例で用いたインクタンク２は、Ａｌ製
の箱型インクタンクである。インクタンク２には蓋が設
けられているが図では省略した。圧電振動子１として
は、セイコーエプソン社製ＭＡ−４０６なる表面実装対
応水晶振動子を用いた。この振動子は、周波数適応範囲
が広く、インクタンク２の適用できる大きさの範囲が広
い。図では圧電振動子１の取り付け位置をインクタンク
２の底面として示してあるが、もちろん他の位置でもか
まわない。本実験例ではＭＡ−４０６を用いたが、イン
クタンク２の大きさによって他の選択も必要である。原
理説明ではＱメーターを用いる場合を述べたが、本実験
例では、予めインクタンク２の固有周波数に近いまたは
ちょうどの振動数にて圧電振動子１を発振させておき、
そのときの圧電振動子１に加えた電圧（振幅）を初期値
として、インク３が減ることによりインクタンク２の固
有振動数がｆ０からｆ１へと変化してＱ点がずれ、電圧
振幅が減少することを用いた（図３参照）。

【００２０】［実験例２］実験例２としては、検知量と
してＱメーターによりＱ点を検知しその時の周波数を同
時に記録する。そして、インク量が変化した時、図４に
示すようにインクタンク２（図１参照）の固有振動数が
変わる、すなわち、Ｑ点が変わることを利用したもので
ある。それぞれの点における周波数をインクの量と相関
させることによりインク量の随時モニターが可能とな
る。実際の装置構成としては実験例１と同一であるが検
知量が異なる。

【００２１】［実験例３］実験例３として図２を参照し
て説明する。本実験例では、圧電振動子を２個用いて一
方を発振用振動子５、もう１つを受信用振動子４として
用いた場合である。本実験例では発信用振動子１として
東洋通信機（株）製ＴＣＯ−９７６シリーズを用いた。
この振動子は周波数は４波に固定されているが、本実験
例のようにして用いるには問題はない。受信用振動子４
としては実験例１と同じくＭＡ−４０６を用いた。図２
に示すように受信用振動子４には共振回路を接続し、可
変コンデンサー等により共振点を探すことによりインク
タンク２内のインク量と相関をとることで、インク量の
随時モニターが可能となる。

【００２２】本発明は、特にインクジェット記録方式の
中でも熱エネルギーを利用して飛翔的液滴を形成し、記
録を行うインクジェット方式の記録ヘッド、記録装置に
おいて優れた効果をもたらすものである。

【００２３】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式はいわゆるオンデマンド
型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能である
が、特に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）
が保持されているシートや液路に対応して配置されてい
る電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越
える急速な温度上昇を与える少なくとも一つの駆動信号
を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギー
を発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさ
せて、結果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体
（インク）内の気泡を形成できるので有効である。この
気泡の成長、収縮により吐出用開口を介して液体（イン
ク）を吐出させて、少なくとも一つの滴を形成する。こ
の駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成
長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体（イン
ク）の吐出が達成でき、より好ましい。

【００２４】このパルス形状の駆動信号としては、米国
特許第４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２号
明細書に記載されているようなものが適している。な
お、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許
第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用
すると、さらに優れた記録を行うことができる。

【００２５】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体
の組み合わせ構成（直線状液流路または直角液流路）の
他に、熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を
開示する米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許
第４４５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含ま
れるものである。

【００２６】加えて、複数の電気熱変換体に対して、共
通するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開
示する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギー
の圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開
示する特開昭５９−１３８４６１号公報に基づいた構成
としても本発明は有効である。

【００２７】さらに、記録装置が記録できる最大記録媒
体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているよう
な複数記録ヘッドの組み合わせによってその長さを満た
す構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッドとして
の構成のいずれでもよいが、本発明は、上述した効果を
一層有効に発揮することができる。

【００２８】加えて、装置本体に装着されることで、装
置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給
が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あ
るいは記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けら
れたカートリッジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも
本発明は有効である。

【００２９】また、本発明の記録装置の構成として設け
られる、記録ヘッドに対しての回復手段、予備的な補助
手段等を付加することは本発明の効果を一層安定できる
ので好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、
記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング
手段、加圧あるいは吸引手段、電気熱変換体あるいはこ
れとは別の加熱素子あるいはこれらの組み合わせによる
予備加熱手段、記録とは別の吐出を行う予備吐出モード
を行うことも安定した記録を行うために有効である。

【００３０】さらに、記録装置の記録モードとしては黒
色等の主流色のみを記録モードだけではなく、記録ヘッ
ドを一体的に構成するか複数個を組み合わせによってで
もよいが、異なる色の複色カラー、または混色によるフ
ルカラーの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は極
めて有効である。

【００３１】以上説明した本発明実施例においては、イ
ンクを液体として説明しているが、室温やそれ以下で固
化するインクであって、室温で軟化するもの、もしくは
液体であるもの、あるいは上述のインクジェット方式で
はインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲内で温度調
整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあるように温
度制御するものが一般的であるから、使用記録信号付与
時にインクが液状をなすものであればよい。

【００３２】加えて、積極的に熱エネルギーによる昇温
をインクの固形状態から液体状態への状態変化のエネル
ギーとして使用せしめることで防止するか、またはイン
クの蒸発防止を目的として放置状態で固化するインクを
用いるかして、いずれにしても熱エネルギーの記録信号
に応じた付与によってインクが液化し、液状インクとし
て吐出するものや、記録媒体に到達する時点では既に固
化し始めるもの等のような、熱エネルギーによって初め
て液化する性質のインクの使用も本発明には適用可能で
ある。このような場合インクは、特開昭５４−５６８４
７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報に記載
されるような、多孔質シート凹部または貫通孔に液状ま
たは固形物として保持された状態で、電気熱変換体に対
して対向するような形態としてもよい。本発明において
は、上述した各インクに対して最も有効なものは、上述
した膜沸騰方式を実行するものである。

【００３３】さらに加えて、本発明に係る記録装置の形
態としては、ワードプロセッサやコンピュータ等の情報
処理機器の画像出力端末として一体または別体に設けら
れるものの他、リーダ等と組み合わせた複写装置、さら
には送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を採る
ものであっても良い。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、インクタ
ンクに取り付けられた圧電振動子の電気信号またはその
変化量を検知することにより、インクタンク内のインク
量の随時モニターが可能となる。したがって、インクジ
ェット記録装置の長期安定性さらには信頼性を確保する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録装置の第１実施例
によるインクタンク内のインク量を検知する方法の原理
図であり、（Ａ）はタンク内のインク量の多い場合を示
す図、（Ｂ）タンク内のインク量の少ない場合を示す図
である。

【図２】本発明のインクジェット記録装置の第２実施例
によるインクタンク内のインク量を検知する方法の原理
図である。

【図３】実験例１で検出するインクタンク２の固有振動
数を示すグラフである。

【図４】実験例２で検出するインク量とインクタンクの
固有振動数との関係を示すグラフである。

【図５】インクジェット記録装置の一例を示す外観斜視
図である。

【符号の説明】

１ 発振用振動子 ２ インクタンク ３ インク ４ 受信用振動子 １６ キャリッジ １７ 駆動モータ １８ 駆動ベルト １９Ａ，１９Ｂ ガイドシャフト ２０ インクジェットヘッドカートリッジ（ＩＪＣ） ２２ クリーニング用モータ ２３ 伝動機構 ２４ プラテン ２６ ヘッド回復装置 ２６Ａ キャップ部 ３０ ブレード ３０Ａ ブレード保持部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲田 源次 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 城田 勝浩 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出する記録ヘッドと、該記録
   ヘッドに供給するインクをある一定量保持するインクタ
   ンクとを有するインクジェット記録装置において、 １個または複数個の圧電振動子が前記インクタンクに取
   り付けられ、前記圧電振動子の電気信号またはその変化
   量を検知することにより、インクタンク内のインク量を
   検出するインク保持量検知手段を有することを特徴とす
   るインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】 前記電気信号が、交流成分の周波数であ
   ることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録
   装置。
3. 【請求項３】 前記電気信号が、交流成分の振幅である
   ことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装
   置。
4. 【請求項４】 前記記録ヘッドは、被記録媒体の記録領
   域の全幅にわたって吐出口が形成されているフルライン
   タイプであることを特徴とする請求項１、２または３記
   載のインクジェット記録装置。
5. 【請求項５】 前記記録ヘッドは、インク吐出用の熱エ
   ネルギーを発生するための電機熱変換体を備えているこ
   とを特徴とする請求項１、２、３または４記載のインク
   ジェット記録装置。
6. 【請求項６】 前記記録ヘッドは、前記電機熱変換体に
   よって印加される熱エネルギーにより、インクに生ずる
   膜沸騰を利用して吐出口よりインクを吐出させることを
   特徴とする請求項５記載のインクジェット記録装置。