JPH02112948A - インクジェットヘッド - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はインク滴を飛翔させ記録紙等の媒体上にインク
像を形成するプリンタ等インクジェット方式の記録装置
およびその記録方法に関し、さらに詳しくは相変化イン
クいわゆるホットメルトインクを用いたインクジェット
ヘッドの構成に関する。

［従来の技術］ インクジェットヘッドに用いられる相変化インクは室温
では固体であり加熱されて溶融し微小インク滴となって
吐出可能な粘稠液体となる特性を有する。相変化インク
を用いたインクジェットヘットノインクレベル検出装置
としては、インク貯蔵用インク溜めに検出素子を突出さ
せて検出する方法および装置（特公昭６１−１３５７５
１号広報）、インク中間貯蔵器内およびヘッド内のイン
ク貯蔵器に検出素子を突出させて検出する方法および装
置（特公昭６１−９８５４８号広報）、インク貯蔵器内
に設けられたフロートとバルブの上下によりインク粒子
を供給する方法（ＵＳＰ４６８２１８７）が知られてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術のインクジェットヘッドは、インクジェッ
トヘッドの内部に固体インクを導入してこれを加熱液化
し、液化したインクをリザーバから細い管状流路および
皿状流路を経て供給する方法であり、インク溶融場所と
インクを飛翔させるノズル部分、および固体インクとイ
ンク溶融部材の接触面積が固体インクの体積に比較して
相対的に小さいため加熱を要する部分全体の容積が大き
くなり加熱熱量が大きい、従って必要な電力が大きい、
加熱に時間がかかる、電源オン直後インクレベル検出可
能に成るまでに長時間を要するという問題点を有する。

また、キャリッジの移動に伴う加減速の影響やプリンタ
の姿勢の影響を受は貯蔵器内のインクレベルが変化する
、または泡立ちが発生するため高精度なインクレベル検
出を行えない検出エラーが発生するという問題点も有す
る。

本発明の目的はこれらの問題点を解決して、電源オン直
後インクレベル検出可能に成るまでの時間が短時間で済
み、キャリッジの移動に伴う加減速の影響やプリンタの
姿勢の影響を受けず、常に高精度なインクレベル検出を
行えるインクレベル検出装置を提供することにある。ま
た本発明の他の目的は、相変化インクより発生する、ま
たは外部から取り込まれる気泡の影響を受けず、信頼性
ノ高イインクレベル検出装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明のインクジェットヘッドは、記録媒体に対向する
よう配設されかつ少なくとも１つ以上の熱源を備えた熱
良導材よりなる筺体と、常温では固相状態にあるインク
と、前記筺体内に配設され前記熱源から発生した熱エネ
ルギーを伝導し前記インクを加熱溶融するとともに毛細
管作用により前記インクを保持する狭隙を有したインク
保持手段と、前記インク保持手段の一部を形成し前記記
録媒体に対向するように配設された少なくとも１つ以上
のノズル開口を有するノズル形成部材と、前記インク保
持手段内に配設され前記ノズル開口近傍の前記インクに
インク滴としての飛翔が可能な圧力を発生させる圧力発
生手段とを有し、前記インク保持手段にインクレベル検
出手段を具備したことを特徴とする また、インクレベル検出手段近傍の狭隙に対して、該狭
隙の周辺がより広い狭隙を有するごとき構成されてもよ
い。

［作用］ 本発明の上記構成では、インクジェットヘッド内部に熱
良導性の狭隙形成部材が存在し、狭隙内部のインクを表
面張力の作用で保持するために倒置等の態勢の変化に対
して液洩れが発生することなく、電源投入時にも、速や
かに固体インクを溶融液化させる。

また、インクレベル検出手段近傍の狭隙がその周辺の狭
隙に対して狭くなるように設計されているため、発生す
る毛細管力が強く、インクレベル検圧手段近傍には気泡
が残留しにくい。

［実施例コ 次に実施例に基づいて本発明を説明する。第１図は本発
明の一実施例を示すプリンタの斜視図である。同図にお
いて記録媒体である記録紙１ｏはプラテン１１に捲き回
され送りローラ軸１２によって押圧される。ガイド軸１
３．１４に案内されプラテン軸に平行な方向に移動可能
なキャリ、ジ１５上にインクジェットヘッド（以下ヘッ
ドと記す）１６が搭載されて構成される。

ヘッドは内部でインクを液化し液体状態に保持するため
熱源であるヒータ（図示せず）によって高温に保持され
る。ヘッド１６は独立にインク滴を吐出制御可能な所要
の複数のノズルを宵しプラテン軸方向に走査され上記ノ
ズルから選択的にインり滴を吐出し記録紙１０上にイン
ク像を形成する。

記録紙１０はプラテン１１の回転により走査方向と直行
する副走査方向に搬送され記録紙面上への印字が行われ
る。装置内にはヘッド走査開始位置の側にインク供給装
置１８が設けられ固体インク（図示せず）を収納するイ
ンク容器１９が装着される。

第２図は本発明の一実施例を示すヘッドの断面図である
。容器状の筺体２０はアルミニウム、ＳＵＳ等の熱良導
材からなり、プラテン１１に捲き回された記録媒体であ
る記録紙１０に一側面の開口部３５を対向させるごとく
設置されている。開口部３５の背面には、所要の数のノ
ズル開口２２がプラテン軸方向に列設されたノズル形成
部材であるノズルプレート２１とスペーサ２３と圧力発
生手段である振動子２４と電気配線２５とゴム弾性を有
する弾性部材２６が筺体２０により挟持されている。振
動子２４は、バイメタルの如き可撓性を持つために圧電
素子とＮｉやＳＵＳ等の箔部材との積層で構成されてお
り、一端を筺体２０の剛性と弾性部材２６の持つゴム弾
性によりノズルプレート２１とスペーサ２３と共に一定
圧力で挟持固定された固定端とし、他端を自由端とする
片持ち梁構造をとる。振動子２４の自由端はノズルプレ
ート２１に形成されたノズル開口２２と相対して設置さ
れており、特にノズルプレート２１と振動子２４による
微小な間隙はスペーサ２３により高精度に管理されてい
る。

インク保持手段は筺体２０とノズルプレート２１と板状
部材２９．３０．３１を２ｍｍ以下の所要の狭隙りを介
して対向させる如（配置したことによって構成されてお
り、狭隙りの一部に圧力発生手段である振動子２４を包
含している。また、板状部材２９．３０．３１により形
成される狭隙りは、図示しない間隙規制部材によって略
平行に管理されていると同時に、筺体２０下部と接触す
る板状部材２９．３０．３１下部には隣接する狭隙りに
インク３２を導くための切欠きを形成する。

ここで、特に筺体２０によって形成された圧力発生手段
につながる狭隙りは圧力発生手段に接近するに従い狭く
なるごとく構成されている。この狭隙りは、後述するよ
うにインク３２のレベルＬが常にノズル開口２２の軸線
より下方に位置するように構成されたこの装置にあって
、たとえヘッドが如何なる時に如何なる体勢に置かれた
としても液化したインク３２が漏洩することのない様に
、ヘッド形状とインクの物性値と表面張力によって決定
されるある設定値以下である必要がある。さらに詳細に
は、ある狭隙を介して対向し、なおかつ重力方向に対し
て平行に設置された大気中の２枚の板部材において、液
体は重力方向のある範囲について前記２枚の板部材の間
に安定的に保持される。これは、液体に作用する自重と
、液体と板部材との接触面に発生する表面張力が釣り合
うためである。この原理をヘッドに適用したのが本発明
であり、狭隙りは、ヘッドが如何なる体勢に置かれたと
しても上記原理を適用可能なように、ヘッド形状すなわ
ちインク保持手段の中に存在し得る最大距離において、
インク３２の自重と、他部材との接触面に発生する表面
張力が釣り合う間隙以下に設定する必要がある。また、
狭隙りは、インク保持手段内のインクをノズル開口２２
より上方まで引き上げることができると同時に、キャリ
ッジ１５の移動に際してはインク面の変動を抑えること
ができる程度に十分に小さな狭隙でなければならず、ま
た他方において、溶融液化したインクから発生する気泡
を逃がすことができるほか、連続的なインクの吐出によ
ってもインク切れが生じることなく、また、高い周波数
のインク３２吐出に対しても供給不足が発生することの
ない十分応答し得る程度の狭隙を有するものでなければ
ならない。

また、インク保持手段内部には、インクレベル検出装置
３４が設けられており、レベルＬがある設定値以下に達
してこのインクレベル検出装置３４により検出されると
、容器状の筺体２０の上部に添設された適宜に開閉可能
なフタ２８を開いて、図示しない固体インクの収納槽か
ら、インク塊が固体インク受は部３３に供給されるよう
に構成されている。ここで、供給される固体インク体積
は、仮に全部溶融液化してもレベルＬがノズル開口２２
軸線を超えることのない程度の体積を持ち、固体インク
受は部３３に供給された時に直接板状部材２９．３０．
３１の上部に接触するごとく構成されている。

ここで、インクレベル検出手段は第２図のごとく、イン
ク保持手段内の狭隙りに突出している必要はなく、板状
部材２９．３ｏ、３１内部、筺体２０内部およびインク
保持手段外縁に接するごとく設置することも可能である
。この場合は、狭隙りが一部分のみ急激に狭くなる構造
を回避でき、インクレベル検出手段部分のみにインク３
２が残留することがないのみならず、インク保持手段内
にて発生した気泡の流れがスムーズになり内部に残留し
に（くなるという効果も有する。

また、第２図に示した実施例には、インクレベル検出手
段が一箇所のみ記載されているが、インクレベル検出手
段を複数個設けることにより、より高精度な段階的なイ
ンクレベル検出を行うことが可能となる。

本発明に適用可能な具体的なインクレベル検出手段とし
ては、インク３２の温度差を検出する温度検出素子、お
よびインク３２の圧力差を検出する圧力検出素子、イン
クと大気の電気伝導性の差を利用して検出する手段等、
複数の手段が上げられる。

ところで、熱源であるヒータ２７は圧力発生手段の背面
の筺体２０上に設置されている。第２図では、ヒータ２
７を一箇所のみ記載したが、本発明はヒータ２７の個数
および設置場所を限定するものではなく、熱効率を考慮
して複数個を適宜な場所に設定することが可能である。

また、板状部材２９．３０．３１と図示しない間隙規制
部材は熱的に筺体２０と連結しており、ヒータ２７より
発生した熱エネルギーは速やかに熱伝導しインク３２の
加熱および温度維持に使用される。

次に動作について説明する。動作開始時はヒータ２７を
駆動しへ、ドを加熱する。ヘッドはヒータ近傍から加熱
され圧力発生部近傍に存在する少量のインク３２から順
次溶融液化する。印字動作開始に必要な溶融インク量が
確保される所定時間後にヘッドは印字動作にはいる。イ
ンク滴吐出動作について説明する。振動子２４に選択的
電気信号を印加すると圧電効果により圧電素子が収縮し
、一方向性の高い箔部材は寸法変化が規制され、その結
果振動子２４はノズルプレート２１側に変形変位し、振
動子２４とノズルプレート２１の微小な間隙に圧力が発
生する。この圧力によりインク滴吐出が行われる。

次にヘッド内部のインクレベル検出袋ｒＬ　３４　ニよ
りヘッド内に残留する液体状のインク量が所定量以下で
あることを検知するとインク補給要求が出力されインク
供給手段によって塊状の固体インクが供給される。固体
インク受は部３３に供給されたインク塊は板状部材２９
．３０．３１に直接接触する。板状部材２９．３０．３
１はヒータ２７により形成された熱エネルギーが筺体２
０を経て伝導供給されているため、速やかにインク塊の
溶融を開始するとともに液化したインク３２は狭隙りの
毛細管力により素早く吸い込まれ保持される。

第３図も本発明の他の一実施例を示すインクジェットヘ
ッドの断面図であり、インクレベル検出装置近傍に気泡
が残留しにくいことを説明するために、板状部材２９’
　、３０’　、３１’　と筺体２０′のみを抜き出して
示した図である。また、第３図は第２図においてＡ矢視
方向から見た図である。この実施例では、インクレベル
検出装置３４′が設置された板状部材２９′が凸状の断
面形状を持ち、また前記断面形状がインク保持手段外縁
まで連続するごとく構成されている。板状部材２９′が
前記構成を持つために、板状部材２９′３０′により挟
まれた狭隙Ｄ′は凹状の形状となり、狭隙Ｄ′内に発生
もしくは残留している気泡の移動に方向性を持たせる作
用をする。すなわち、凹状形状をした狭隙Ｄ′の間隔の
大小によりインク３２′に作用する毛細管力が異なるた
めであり、前記間隔の狭い方が広い方に対して作用する
毛細管力が強く、従って、狭隙Ｄ′内部に存在する気泡
に対して毛細管力の弱い方向に移動する力が作用するた
めである。前記毛細管力の作用により、気泡はインク保
持手段外部に導かれる。また、好ましくは、インク保持
手段内部より外部に向かうに従い狭隙Ｄ′が次第に広く
なるごとき構成であれば、上記原理により積極的な気泡
の誘導が可能となる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明の上記構成によれば、ヘッドに
収納するインク量が少ないこと、およびこのためにヘッ
ド、キャリッジが小型化できることによって内部のイン
クの溶融に要する熱量が小さく印字動作のための休止時
間を短くすることが可能で、電源オン直後インクレベル
検出可能に成るまでの時間が短時間で済むという効果を
有する。

また、インク保持手段内部が微小な狭隙の集合により構
成されているため、キャリッジの移動に伴う加減速の影
響やプリンタの姿勢の影響を受けず、常に高精度なイン
クレベル検出を行えるインクレベル検出装置が得られる
という効果を有する。また、溶融液化したインクは狭い
空隙に表面張力による毛細管力を利用して保持されるた
めに、如何なる時に如何なる態勢に置かれたとしても液
体インクが漏洩することなく、かつ正確なインクレベル
検出が可能であるという効果も有する。

また、相変化インクより発生する、または外部から取り
込まれる気泡の影響を受けず、信頼性の高いインクレベ
ル検出装置が得られるという効果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例を示すインクジェットプ
リンタの斜視図。 第２図は本発明の一実施例を示すインクジェットヘッド
の断面図。 第３図も本発明の一実施例を示すインクジェットヘッド
の断面図。 １６　　　インクジェットヘッド １８　　　インク供給装置 ２０　　　筺体 ２９、 ノズルプレート ノズル開口 振動子 ヒータ ３０．３１　　板状部材 インク インクレベル検出装置 以上 出願人　　セイフーエブソン株式会社 代理人　弁理士　鈴木喜三部　他１名 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）記録媒体に対向するよう配設されかつ少なくとも
   １つ以上の熱源を備えた熱良導材よりなる筺体と、 常温では固相状態にあるインクと、 前記筺体内に配設され前記熱源から発生した熱エネルギ
   ーを伝導し前記インクを加熱溶融するとともに毛細管作
   用により前記インクを保持する狭隙を有したインク保持
   手段と、 前記インク保持手段の一部を形成し前記記録媒体に対向
   するように配設された少なくとも１つ以上のノズル開口
   を有するノズル形成部材と、 前記インク保持手段内に配設され前記ノズル開口近傍の
   前記インクにインク滴としての飛翔が可能な圧力を発生
   させる圧力発生手段とを有し、前記インク保持手段にイ
   ンクレベル検出手段を具備したことを特徴とするインク
   ジェットヘッド。
2. （２）インクレベル検出手段近傍の狭隙に対して、該狭
   隙の周辺がより広い狭隙を有するごとき構成されたこと
   を特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。