JPH0712671B2 - インクジェットプリンタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はインクジェットプリンタに係り、さらに詳しく
は複数のノズルからインクの液滴を記録信号に従って記
録紙に対して噴射することにより記録を行なうインクジ
ェットプリンタに関するものである。

従来技術 インクジェットプリンタは各種の記録方式を採用したプ
リンタの中でも、記録時における騒音がほとんど生じな
いノンインパクト記録方式であり、かつ高速記録が可能
で、しかも普通紙に対して特別の定着処理を施すことな
く記録を行なうことができる。

このような特徴を利用して、各種のプリンタや複写装置
あるいはワードプロセッサ等の印字装置として広く採用
されている。

この種のインクジェットプリンタは、ノズルから微小な
液滴を種々の原理を用いて噴射させ記録紙に対して記録
を行なうもので、一般的にはインクの液滴を形成するた
めのインクジェットノズルヘッドと、このヘッドに対し
てインクを供給する供給系とから構成されている。

このようなインクジェットプリンタは上述したような優
れた記録方式ではあるが、温度に依存するという問題が
ある。

すなわち、インクジェットプリンタに用いられるインク
はできるだけ蒸気圧の低いものにするため、分子量の大
きな溶媒を加えている。

この結果、10℃以下の温度になるとインク液の粘度が増
加するものが多い。

インクの粘度が増大ると細い噴射ノルズから噴射できな
くなり、吐出不良の原因となる。

そこで従来においては、ヘッドの近傍あるいはプリンタ
内部を加温することにより、低温時においてもインクの
粘度が増大しないようにした構造が提案されている。

しかし、ヘッドの近傍やプリンタ内部は極めて熱容量の
大きな場所であるため、これらを加温して一定の温度を
得るには長い時間と大きなエネルギーが必要となりコス
トアップにつながってしまう。

目的 本発明は以上のような従来の欠点を除去するためになさ
れたもので、構造が簡単で製造容易であり、しかもイン
ク室内のインクの量所定量か否かを検出できるととも
に、わずかなエネルギーで短時間でインクの加温を行う
ことができるようにしたインクジェットプリンタを提供
することを目的としている。

この目的を達成するため、本発明によれば、インク吐出
用発熱体と、該インク吐出用発熱体に対応するインク吐
出口と、該インク吐出口に連通するインク室と、を基板
上に配した記録ヘッドを用いるインクジェットプリンタ
において、前記インク室内のインクの温度が所定値以下
の場合にインクを吐出しない程度の温度に前記インク吐
出用発熱体を加熱する制御手段と、前記制御手段に前記
インクの温度に応じた温度情報を伝える温度検出手段
と、前記インク室内のインク量が所定量か否かを検出す
るインク量検出手段と、を有し、前記温度検出手段と前
記インク量検出手段とが同一の前記基板上に設けられて
いる構成を採用した。

実施例 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。

第１図以下は本発明の実施例を説明するもので、第１図
にはインク供給系の詳細が示されている。

このインク供給系は、記録ヘッド１とポンプ９、インク
カートリッジ18および各部の制御を行なう制御装置23と
から構成されている。

各部の詳細は次の如きである。

記録ヘッド１は第２図および第３図（Ａ），（Ｂ）に示
すように２つの部分である基板1eとカバー38とから構成
されている。

カバー38は一方の側が開放された偏平な筐体として形成
されており、この開放端に沿って複数条の溝として形成
された噴射ノズル1aが形成され、同じく溝として形成さ
れた通気ノズル1bが形成されている。

これら噴射ノズル1aおよび通気ノズル1bはカバー38の中
心部を占めるインク室1c中に連通している。

また、インク室1cの他方の側にはインク通路39が形成さ
れており、その上端は通路39bを介してインク室1cに連
通しており、下端は小孔39aを介して後述するポンプ側
へと接続される。

第３図（Ｂ）において符号40で示すものは通気ノズル1b
のインク室1cに対する開口部で、この開口部40を越えて
インク室1c内にインクが供給されると、通気ノズル1bか
らインクが排出される。

一方、基板1e側には前記噴射ノズル1aと１対１に対応し
た位置において複数個のインク吐出用発熱体としての発
熱素子1hが形成されており、さらに上下に一定距離離し
て液面レベル検出電極1fおよび温度検出素子（例えばサ
ーミスタ）1gが配置されており、これらはそれぞれリー
ド電極S0〜S8によって基板1eの後端側に引出されてい
る。

上述した発熱素子1h、レベル検出電極1f、温度検出素子
1gはそれぞれの目的に合った材料を基板1eに対し蒸着あ
るいはスパッタリングなど薄膜形成手段により極めて容
易に形成することができる。

以上のような構造を有する基板1eとカバー38とが噴射ノ
ズル1aと発熱素子1hとを重ね合わせた状態で一体化され
る。

すると、一方の側面の開放された状態にあるカバー38は
基板1eにより閉塞された状態になる。

なお、レベル検出電極1f、温度検出素子1g等は別個に作
ったものを基板1e上に接着その他の手段により設けても
良いのはもちろんである。

このような構造を有する記録ヘッド１の電極S0と、S1〜
S4との間に記録信号として所定のパルス電圧が印加され
ると、所定の発熱素子1hが発熱し、噴射ノズル1a中に導
かれたインクが瞬間的に膨張して、噴射ノズル1aの先端
から記録紙方向に向かって噴射される。

ところで、発熱素子1hはインクの噴出だけに用いられ
ず、次のような用途にも用いられる。

すなわち、インクジェットプリンタに使用されるインク
はできるだけ蒸気圧の低いものにするため、分子量の大
きな容媒が用いられている。このため10℃以下の温度に
なるとインクの粘度が増大するものが多い。

インクの粘度が増大するとインク不吐出の原因になるた
め、低温時においては記録ヘッドの近傍またはプリンタ
の内部を加熱することが従来から提案されている。

しかし記録ヘッドの近傍やプリンタの内部という熱容量
の大きな箇所を加温して所定の温度を得るためには極め
て長い時間と大きなエネルギーが必要になる。

そこで本発明においては発熱素子1hにインクが吐出され
ない程度の温度に加熱されるような電流を長し、噴射ノ
ズル1aおよびインク室1cの部分を小さなエネルギーで短
時間に加温させることができるように構成されている。

また、前記レベル検出電極1fは液面レベル検出回路20を
介して制御装置23に接続されており、温度検出素子1gは
液温検出回路21を介して制御装置23に接続されている。

一方、インク通路39は外気との間を遮断するＯリング４
を介してヘッド受台３に連結される。

ヘッド受台３はインク通路39に連結される液路3aとこれ
に連続する3bとを有しており、両者間はフィルタ3cによ
って画されている。

フィルタ3cはインク２内の微細なごみを除去するための
もので、20〜30μｍ程度の直径を有するガラスの細い中
空針を束ねてこれを輪切りにしたものから構成されてい
る。このフィルタ3cはごみを除去する役目の他に、噴射
ノズル1aからインクを噴射する際に、噴射ノズル1aの後
方の液路中の液圧抵抗を高める効果もある。

一方、記録ヘッド１と対応してキャップ７が設けられて
いる。このキャップ７は軸7bを中心として回動自在に取
り付けられており、噴射ノズル1aの部分を覆った状態
と、これから離れた状態とに変位することができる。

キャップ７は噴射ノズル1aおよび通気ノズル1bから漏れ
たり噴出されたりするインクを吸収する吸収体８と、そ
の背面に形成された吸収体からのインクを排出するため
の多数の小孔7aとを有する。

一方、ポンプ９は次のように構成されている。

ポンプ９の筐体内に形成された円形の空間内にはモータ
10によって回転されるロータ9aが回転自在に取り付けら
れており、このロータ9aには円周方向に等角度間隔離し
て複数個のローラ9cが軸9bを介して回転自在に軸承され
ている。

ポンプ９の円形の空間と内径とロータ9aの直径との間に
は差があるが、ローラ9cは円形の空間の内周面に接して
回転することができるように構成されている。

このポンプ９の円形の空間の上側に位置する円弧壁9dと
ロータ9aとの間にチューブ５が導かれており、下側の円
弧壁9eとロータ9aとの間にチューブ６が導かれている。

チューブ５の一端は前記ヘッド受台３側の液路3aに連通
しており、他端側には後述するインクカートリッジのゴ
ム栓に挿入される中空針16が取り付けられている。

また、チューブ６の一端はキャップ７側に接続されてお
り、他端はインクカートリッジ側に接続されている。

一方、ポンプ９の側方には透孔9fが形成されており、こ
の透孔9f中にはピン11が摺動自在に嵌合されている。

このピン11の内方端はポンプ９の円弧状の空間側に臨ま
されており、他端側はポンプ９の外側に突出し、マイク
ロスイッチ12のレバー12aに接している。

従って、ロータ9aが回転し、ローラ9cがこのピン11に接
すると、ピン11は円弧状の空間から離れる方向へ、すな
わちポンプ９の外側へ突出し、レバー12aを押し、マイ
クロスイッチ12をONとさせることができる。

従って、マイクロスイッチ12はローラ9cの回転位置を検
出することができ、この信号をカウントすることにより
ロータ9aの回転数をも検出することができる。

また、マイクロスイッチ12とモータ10とはモータ駆動回
路22を介して制御装置23に接続されている。

一方、符号18で示すものはインクカートリッジで、仕切
壁18cにより上下の空間18a,18bに分割されており、上側
の空間18a側にはインク袋13が収容されている。

このインク袋13はアルミ箔に高分子フィルム、例えば、
ナイロンやポリエチレンをラミネートして形成されたも
ので、一端は封じられており、他端にはパイプ14および
ゴム栓15が設けられている。このゴム栓15に前記チュー
ブ５の中空針16を刺し込み、パイプ14内に挿入すること
によりインク袋13内のインク２をチューブ５を介して記
録ヘッド側に導くことができる。

一方、インクカートリッジ18の下側の空間18b中にはイ
ンク吸収体17が収容されており、チューブ６を介して吸
引されてきたインクの廃液を吸収する。

ところで、このインクカートリッジ18は着脱自在に交換
できる構造とされており、このインクカートリッジ18が
装着される位置には、これを検出するためのリミットス
イッチ19が設けられており、そのレバー19aがインクカ
ートリッジ18の先端によって押されることによりインク
カートリッジ18が完全に装着された状態を検出すること
ができる。

マイクロスイッチ19は前記制御装置23に接続されてい
る。

制御装置23は上述したインク供給系の各部を監視すると
ともに制御するもので、キャップ動作制御回路、インク
の液レベルモニタ回路、液温制御回路、ポンプ動作制御
回路、ポンプ動作時間制御回路、印字待機時間検知回
路、電源ON検出回路、カートリッジ出入検出回路等の回
路から構成されており、後述するような制御動作を行な
うことができる。

一方、第４図は上述したようなインク供給系を備えたプ
リンタの機構部分の概略を説明するもので、図中第１図
〜第３図と同一部分には同一符号が付されている。

第４図において符号24で示すものはキャリッジで、この
キャリッジはガイドレール25,26に摺動自在に嵌合され
ている。キャリッジ24はキャリッジ駆動用のモータ28の
出力軸の先端に固定されたプーリ29と、従動プーリ30と
の間にエンドレスに張架されたワイヤ11の一部に接続さ
れており、ガイドレール25,26に沿って自由に移動する
ことができる。

このキャリッジ24上に、前述したインク供給系および記
録ヘッド等が搭載されている。

また符号32,33で示すものは前記モータ10の回転を伝達
するためのギヤで、符号34で示すものはキャップ７を動
作させるためのモータである。

一方、符号27で示すものはプラテンで、このプラテン27
に沿って前記紙35が導かれており、プラテン27を回転さ
せることにより記録紙35を副走査方向へ紙送りすること
ができる。

また、符号36で示す部分は記録範囲で、符号37で示すも
のはキャリッジ24のホームポジションの範囲である。

次に以上のように構成されたインクジェットプリンタの
動作について説明する。

まず、インク供給動作について説明する。

制御装置23はレベル検出回路20を介して１ページの記録
動作が終了するごとに記録ヘッド１内のインク室1c中の
インクの液レベルをモニタする。

レベル検出回路20を介して、インク室1c内のインクのレ
ベルが所定レベル以下であることが検出されると、制御
装置23はモータ駆動回路22を介してモータ10を回転さ
せ、ポンプ９を作動させる。

そして、インク室1c内のインクレベルがあからじめ設定
したレベルに達した場合にはポンプ９は所定の回転数だ
け回転した後停止する。

このようにポンプ９を所定の回転数だけ回す理由は電極
1fより上のインク室1c内の容積分と、ノズルから吐出さ
れるインクの分を余分に供給するためである。

一方、ポンプ９のローラ9cと摺動ピン11とが接触するこ
とによって生じるマイクロスイッチから発生するローラ
位置信号に基づいて、制御装置23はローラ9cが第１図に
示すように摺動ピン11を押し、チューブ５と接触してい
ない位置に必ず停止させる。

この状態ではチューブ５はローラ9cによって押しつぶさ
れてはおらず、チューブ５の液路は開放されている。

ところで、記録ヘッド１の記録動作中においては、イン
ク２の表面張力による毛細管現象と、噴射ノズル1aから
のインクの吐出によって生じるインク室1c内の負圧力に
よってインクがインク袋13からチューブ５を通ってイン
ク室1c内に供給される。

一方、レベル検出回路20によってインクレベルが設定し
た状態にあると判定された場合には上述した動作は行な
われない。

次にインク切れの検出および回復動作は次のようにして
行なわれる。

制御装置23は前述したインク供給動作を一定時間行なっ
てもインクがレベル検出電極1fにまで達せず、レベル検
出回路20によってインクの検出が行なわれない場合に
は、インク袋13内にインクがないと判断する。

そして、制御装置23は図示していない発光素子などを点
灯させたり、警報音を発生させたりする手段によりイン
ク切れを報知し、記録動作を停止させる。

この状態でインクカートリッジ18を装置から取り出す
と、マイクロスイッチ19はインクカートリッジ18が除去
されたことを検出し、その信号を発生する。

新しいインク袋が収容されたインクカートリッジ18が新
しく装置内に装着され所定の位置にまで挿入されると、
マイクロスイッチ19がこれを検出し、インクカートリッ
ジ18が装着された信号を発生する。

インクカートリッジが取り出されたことが検出されると
制御装置23は光や音によるインク切れの報知状態を解除
し、ポンプ９の動作を禁止する。

このポンプの動作を禁止する理由は、中空針16の先端に
インク袋がない状態でポンプ９を動作させると、チュー
ブ５内に空気が大量に吸い込まれ、液路内にある空気の
完全な追い出しが難しくなるからである。

従ってポンプ９の動作はインクカートリッジが装着され
た場合にのみ行なわれる。

一方、マイクロスイッチ19がインクカートリッジの装着
されたことを検出しと場合には、その検出信号により制
御装置23はポンプ９の動作禁止を解除し、インク供給動
作を行なう。

続いて、長時間記録が行なわれない後における最初の回
復動作について説明する。

装置の電源が切られて長時間使用されていない場合、お
よび電源は入っていても長時間記録動作を行なっていな
かった場合の最初の印字は、記録がされなかったり、記
録濃度が薄かったり、インクがスプラッシュして汚れが
記録紙に付着するなどの事故が発生する。

この原因は噴射ノズル1aの先端部からのインクの溶媒の
蒸発によって、噴射ノズルの先端のインクの粘度が高く
なっているためである。

このように長時間記録を行なっていなかった場合には、
制御装置23はまず所定時間記録動作が行なわれないこと
を検出し、レベル検出回路20を介してインクのレベルを
検出する。そしてインクのレベルが所定レベルに達して
いない場合には前述したインク供給動作を行なう。

一方、インクレベルが所定レベルにあると判定された場
合には、ポンプ９を所定回数回転させて防止する。これ
はインク供給動作において述べたのと同様にレベル検出
電極1fより上のインク室1c内の容積分と、さらにノズル
から吐出するインクの分を余分に供給するためである。

次にキャップ７の動作およびキャップ７による廃液の吸
引動作について説明する。

キャップ７は記録動作以外の位置、すなわち第２図に符
号37で示すホームポジションにある範囲内においてモー
タ34を駆動することにより、軸7bを中心として回転さ
れ、噴射ノズル1aの全面を覆う。この状態では噴射ノズ
ル1aからインクの溶媒と蒸発とノズル面へのごみ付着を
防止することができる。

一方、キャップ７が嵌着された場合において、インクの
吸収体８により噴射ノズル1aから漏洩するインクを吸収
し、さらにポンプ９を動作させることによりキャップ７
中のインクをチューブ６を介して強制的にインクカート
リッジ18の廃液収納用の空間18b内の吸収体17中に排出
される。

このときのポンプの動作時においては、ローラ9cの１つ
は、常にチューブ９を押圧した状態となっているため、
吸収体17から廃液インクがキャップ７側に向って逆流す
ることはない。

キャップ７の具体的な動作は次の通りである。

すなわち、前述したようにしてポンプ９の動作が開始さ
れると、キャップ７が噴射ノズル1aに嵌着され、回復動
作が終了するとポンプ９の動作が停止し、キャップ７が
ノズル1aから離れる。

一方、１ページ分の記録動作が完了した場合には、記録
ヘッド１はホームポジションに戻っているが、記録ヘッ
ドがホームポジションに戻ると、キャップ７が噴射ノズ
ル1aの先端に嵌着される。そして次のページの記録動作
が開始される直前にキャップ７が噴射ノズル1aから離
れ、通常の記録動作が行なわれる。

ところで、上述したような回復動作中におけるポンプ９
の動作時にはインクカートリッジ18が装着されていない
と、廃液が装置内に排出されてしまうため、ポンプ９の
動作はマイクロスイッチ19がオンとなり、インクカート
リッジ18が装着されている信号が出ている場合にのみ行
なわれる。

本実施例は以上説明したように記録ヘッド側のインク室
のインクレベルを常に監視し、所定レベル以下になった
場合にはインクの供給動作を必ず行なうとともに、キャ
リッジがホームポジションにある場合には必ずインクノ
ズルをキャップにより閉塞し、かつ一定時間以上記録動
作を行なわなかった場合には、インクの吸引回復動作を
行なうため、噴射ノズルの目づまりが生じることがな
い。

なお、上述した実施例においては、インクの供給と廃液
の吸引とを同一のポンプによって行なう構造を例示した
が、インク給送系と廃液吸引系とでそれぞれ別個独立の
ポンプを用いても良いことはもちろんである。

効果 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、イン
ク吐出用発熱体と、該インク吐出用発熱体に対応するイ
ンク吐出口と、該インク吐出口に連通するインク室と、
を基板上に配した記録ヘッドを用いるインクジェットプ
リンタにおいて、前記インク室内のインクの温度が所定
値以下の場合にインクを吐出しない程度の温度に前記イ
ンク吐出用発熱体を加熱する制御手段を有する構成を採
用したので、極めて僅かなエネルギーにより短時間にイ
ンクを加温でき、低温時のインクの粘度上昇によるイン
ク不吐出事故を防止できる。しかも、インク吐出用発熱
体をインクの粘度調整のためのヒーターに兼用すること
により、記録ヘッドの構造が簡単で製造も容易である。

更に本発明によれば、前記制御手段に前記インクの温度
に応じた温度情報を伝える温度検出手段と、前記インク
室内のインク量が所定量か否かを検出するインク量検出
手段とを有し、前記温度検出手段と前記インク量検出手
段とが同一の前記基板上に設けられている構成を採用し
たので、記録ヘッドの構造が更に簡単となって構造も更
に容易になり、安価に構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を説明するもので、
第１図はインク供給系を説明する概略構成図、第２図は
記録ヘッドの基板の側面図、第３図（Ａ）は記録ヘッド
のカバー正面図、第３図（Ｂ）は記録ヘッドのカバーの
側面図、第４図はインクジェットプリンタの要部を説明
する斜視図である。 １……記録ヘッド、1a……噴射ノズル 1c……インク室、1e……基板 1f……レベル検出電極 1g……温度検出素子、1h……発熱素子 ２……インク、5,6……チューブ ７……キャップ、8,17……吸収体 ９……ポンプ、9a……ロータ、9c……ローラ 10……モータ、11……摺動ピン 12,19……マイクロスイッチ 13……インク袋、18……インクカートリッジ 20……レベル検出回路、21……液温検出回路 22……モータ駆動回路、23……制御装置

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インク吐出用発熱体と、該インク吐出用発
   熱体に対応するインク吐出口と、該インク吐出口に連通
   するインク室と、を基板上に配した記録ヘッドを用いる
   インクジェットプリンタにおいて、 前記インク室内のインクの温度が所定値以下の場合にイ
   ンクを吐出しない程度の温度に前記インク吐出用発熱体
   を加熱する制御手段と、 前記制御手段に前記インクの温度に応じた温度情報を伝
   える温度検出手段と、 前記インク室内のインク量が所定量か否かを検出するイ
   ンク量検出手段と、 を有し、 前記温度検出手段と前記インク量検出手段とが同一の前
   記基板上に設けられていることを特徴とするインクジェ
   ットプリンタ。
2. 【請求項２】前記インク量検出手段は、前記インク室内
   に設けられてい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プリンタ。
3. 【請求項３】前記インク量検出手段は、前記インク吐出
   用発熱体の位置より高い位置に設けられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項に記載のインクジェット
   プリンタ。
4. 【請求項４】前記インク量検出手段は、所定の材料を薄
   膜形成手段により形成した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プリンタ。
5. 【請求項５】前記温度検出手段は、前記インク室内に設
   けられてい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プリンタ。
6. 【請求項６】前記温度検出手段は、サーミスタであるこ
   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
   ェットプリンタ。
7. 【請求項７】前記温度検出手段は、所定の材料を薄膜形
   成手段により形成した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プリンタ。