JPH02198864A - インクタンク一体型記録ヘッドおよび該ヘッドを用いるインクジェット記録装置 - 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、インクタンク一体型インクジェット記録ヘッ
ドおよびこれを用いるインクジェット記録装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 従来、インクジェット記録装置では、所定量のインクを
収容するカートリッジタイプのインクタンクを記録ヘッ
ドとは別体に具備し、その残量が無しもしくは僅少とな
ったときにこれを交換してインク補給を行うようにした
ものが一般的であった。しかしインク吐出を行う記録ヘ
ッド本体が低廉である場合（インク吐出のためのエネル
ギ発生素子に電気熱変換体を用いたものにあっては、半
導体と同様の製造工程により吐出口を高密度配置した形
態のものを量産可能であることから、その製造コストを
低くできる）、インクタンクと記録ヘッド本体とを一体
化し、これをカートリッジとして装置本体に着脱可能と
したものも種々提案されている。

後者の形態では、インクタンクと記録ヘッド本体とを一
体化することにより、インク容量に見合った所定の記録
量毎に確実かつ自動的に記録ヘッドを更新できるので、
常に良好な記録品位を維持することが可能となる。また
、万が一記録品位が低下するようなトラブルが記録ヘッ
ド本体に生じ、これが回復不能である場合でも、装置に
とフての心臓部とも言うべき記録ヘッドを安易に交換で
きるので、記録装置としての動作が不能である期間（ダ
ウンタイム）を著しく短縮することが可能である。さら
に、記録ヘッド本体とインクタンクとが別体である場合
に生じ得る問題点、すなわちインク補給の際に生じつる
異物の混入や、インクタンクと記録ヘッド本体とのイン
ク供給路中への気泡等の混入といった問題点も生じにく
いものである。

かかるカートリッジに用いられるインクタンクには、特
に記録媒体に対し所定方向に記録ヘッドを走査しつつ記
録を行う所謂シリアルプリンタ形態のインクジェット記
録装置に搭載可能なカートリッジに用いられるインクタ
ンクにあっては、吸収体を配設してこれにインクを含浸
させる工夫が採られている。これは、水頭差によって吐
出口に生じる圧力の安定化の他に、走査時あるいは走査
反転時または運搬時その他の衝撃の作用に伴うインクの
揺れによって生じる気体の溶存やインク漏洩を防止する
上で有効である。

［発明が解決しようとする課Ｎ］ しかしながら、インクタンク一体型の記録ヘッドにおい
ては、インクに加えてインクジェット記録ヘッドの本体
部分のコストもランニングコストに含まれてくるので、
インクのみのカートリッジに比べてランニングコストが
割高になるという不都合が生ずる。

ランニングコストを低減するためには、インク容量を大
きくすることが考えられるが、カートリッジの大型化を
招く。インクタンク一体型の記録ヘッドのカートリッジ
は、シリアルプリンタでは通常インクジェット記録装置
の本体内を左右に移動させられるので、カートリッジの
大型化にともない、その移動空間も大容積化することに
なり、記録装置本体の大型化が避けられないことになる
。また、この場合、大型で重いカートリッジを高精度を
もって繰り返し移動させるのは難しく、従って、記録品
位の低下を招くことも考えられる。

そこで、この場合ヘッド本体部分とインクタンク部分と
を分割して別々の移動手段に搭載し、これらをチューブ
等で連絡して同時に走査するようにした方式も提案され
ているが、インクタンクの交換方式を採るものでありイ
ンク補給の際に生ずる異物混入の危険も回避できるとい
うヘッドのカートリッジ化の特長を生かすことができな
いことになる。

特に、インクを含浸させた吸収体を内蔵するインクタン
クを一体化した記録ヘッドにあっては、吸収体自体の容
積がインクタンク内容積の数十％を占め、初期インク量
のうち最終的に吸収体から取り出せないインク量も１０
％以上あるので、内容積に対する正味のインクの使用可
能量が低く、上記問題点は顕著となる。

また、インク吸収体に含浸させたことは、単にインクを
貯留して自由表面をもたせる場合に比べて水頭差による
吐出口部分の圧力をかなり安定化できるが、当該圧力の
変動は吐出口からのインクの漏れや吐出方向、あるいは
吐出口形成面の濡れによる「よれ」等、さらには吐出量
の変動等をもたらすものであるので、厳しく安定化する
べきである。しかし吸収体を設ける場合はその毛管力に
よってインクが吸収体方向に引かれるので、インクタン
クの内部に吸収体を充填した従来の構成では、インク残
量の多寡によってその力が著しく変動し、従って吐出口
部分の圧力の安定化には限界があった。

本発明の目的は、タンク内容積に対するインク収容量を
大としてランニングコストの低減ないしは走査空間の小
容量化を図るとともに、吐出口部分の圧力変動を抑制し
て良好な画像を安定して得ることができるようにするこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ そのために、本発明では、インクを吐出して記録を行う
吐出部と、吐出部に供給するためのインクを収容したイ
ンクタンクを一体に具えたインクタンク一体型記録ヘッ
ドにおいて、インクタンクは、吸収体を有し吸収体に含
浸したインクを吐出部に供給する供給部と、吸収体に含
浸させるべきインクを貯留した収容部とに分割され、所
定の操作に応じて収容部から供給部へのインク補給を行
うインク補給手段を具えたことを特徴とする。

また、本発明の他の形態に係るインクジェット記録装置
では、そのインクタンク一体型記録ヘッドを着脱可能に
支持する手段と、所定の操作を行う操作手段とを具えた
ことを特徴とする。

［作　用］ 本発明によれば、インクタンク内で供給部と収容部とを
分割したことにより使用可能なインクの正味の収容量を
増大できるとともに、供給部に配置される吸収体に適宜
に補給を行うようにしたことにより吐出口の圧力を適切
な範囲に維持できるようになる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の第１の実施例に係るインクタンク一体
型記録ヘッドカートリッジを含むインクジェット記録装
置の断面図である。ここで、１はインクジェット記録ヘ
ッド本体部分である記録ヘッドチップであり、記録媒体
２０に対向して移動しつつ記録信号に応じてインクを吐
出する。所定量のインクを収納するインクタンク２は、
上部に連通部分を有し補給手段として機能する仕切板３
によって、吸収体４とインク量検知用電極５とを有する
供給部６および記録へラドチップ１に分割された形態で
一体化されており、所定量のインク消費に応じてヘッド
を交換するように構成されている。インクタンク２の供
給部６は、ヘッドチップ１と気泡を容易には通さない孔
径を有する多孔質体のフィルタ７を介して結合されてい
るとともに、その上部を気孔を有する吸収体４で満たさ
れており、その吸収体４がインクを保持している。

インクタンク２の上部には、疎水性連泡体９を介して微
細な大気連通孔８が設けられており、ヘッドチップ部か
らのインク消費に応じて吸収体に保持されたインクがヘ
ッドチップ部で気泡を生じることなく供給部６から記録
へラドチップ１へのインク供給がなされる。

ところで、記録へラドチップ１の液路列ｌＯおよびイン
クタンク２の供給部４には、それぞれ、インクを吐出す
るためのエネルギを記録信号に応じて発生する電気熱変
換体などの吐出エネルギ発生素子および吸収体４内に挿
通されるビン形状のインク残量検知用電極５が形成され
ており、これらに電気的接続を行うための電極が電極列
１１の形でまとめられている。なお、１５は吸収体４側
よりインクを受容して各液路にこれを供給する液室であ
る。

カートリッジの取り扱いは主としてインクタンク２側を
持つようにしており、本体への装着・取外しは、第１図
においてＡ矢印およびＢ矢印の方向に行われる。装着の
際には、タンク２を保持するカートリッジレバー１２を
付勢方向（Ｃ方向）とは逆方向（Ｄ方向）に押し込んで
おき、キャリッジに対してほぼ上方から落とし込み、そ
れぞれ互いに傾斜面を有するカートリッジの係合部１４
とキャリッジの受部１３とを係合させて、電極列１１と
本体制御部と接続されているフレキシブルケーブル１５
とが圧接されるようになっている。そして、カートリッ
ジの挿入の後カートリッジレバー１２をゆっくりとＣ方
向に操作してカートリッジを下方へ付勢し、キャリッジ
１３上に固定支持させる。また、カートリッジの取り出
しは、カートリッジレバー１２を開放して上方へ引き出
せば足り、着脱とも容易な構成となっている。

本実施例に係る記録装置による記録に際しては、給送ロ
ーラ対１６および排出ローラ対１９によってガイド１８
上をＦ方向に搬送される記録媒体２０に対し、キャリッ
ジ軸２２に沿って走査されるキャリッジ２３のコロ２１
を介して紙押えレール１７により記録媒体２０をガイド
１８上に押圧しつつキャリッジ走査がなされる。

第２図は、本実施例に係る装置の平面図を示すものであ
る。キャリッジ２３は、記録信号に同期するように回転
する走査ドラム２７に巻き付けられた駆動ワイヤ２６に
固着され、これがプーリ２Ｂと２９との間を往復動する
ことによって矢印Ｃ方向に走査される。符号３１で示す
ものはキャリッジ２３を第１図中Ｅ方向に回動させるた
めのモータであり、キャリッジ軸２２を中心としてキャ
リッジ２３の側面に設けたギヤ（キャリッジギヤ）２５
と噛合可能なギヤ（キャリッジ回転ギヤ）３０を設けで
ある。

小さいながら導電性を有するインクの消費によフて吸収
体４内のインク量が減少すると、第３図に示すように吸
収体４の部分の電気抵抗値が上昇するので、インク残量
検知用電極５間の検出値が変化して吸収体４内のインク
量が所定の量未満となったことが検知できる。その際、
キャリッジ２３をキャリッジギヤ２５とキャリッジ回転
ギヤ３ｏとが噛合する位置に移動させ、吸収体４へのイ
ンク補給動作を行う。

第４図を用いて当該動作を説明する。キャリッジ回転用
モータ３１が回転すると、キャリッジ２３は、キャリッ
ジ軸２２を中心にＥ方向回転して第４図に示すような姿
勢をとる。この位置では、インク収納部たるインクタン
ク２内のインクが仕切板３の上部から供給部６に供給さ
れ、吸収体４は再び十分なインクを保持するようになる
。その後にはモータ３１を逆転してキャリッジ２３ない
しカートリッジを元の位置に復帰させればよい。

なお、このようなインク補給の際に吸収体の保持力を超
える量のインクが供給部内に流入することも考えられる
。このような場合には、第５図に示すように吸引キャッ
プ３２、吸引孔３３および吸引ポンプ３４からなる吸引
手段を用い、吸引キャップ３２の場合によりて、ノズル
列ｌθ側から適量吸引してやることによって吐出口部分
を適正な水頭に保つことができる。

ところで、本実施例で用いた吸収体４には、インク量が
容積の約７０％を超えると吐出口部分の水頭圧が適正な
負の範囲（−２０〜−４０ｉｍａｑｕ）を超えてしまい
、吐出口からの漏洩や吐出口形成面の濡れが生じ易くな
り、一方逆に２０％以下のインク量では吐出が不安定に
なるものがあった。しかしここで、従来の構成と本例の
構成とをインク容量に関して比較すると、本例の構成で
は、従来のものよりも多くのインクを同一の体積で有効
使用可能である。すなわち、従来の構成では吸収体が内
部の全域に充填されていたためにそれだけで内容積の３
０％を無駄にしてしまうのに加えて、初めに入れたイン
クの内吸収体から引き出せない量も１０％以上あった。

これに対して本例ではカートリッジの一部に設けたので
、吸収体のカートリッジ内容積に対する割合が減り、従
ってインクの有効使用量が増やせることになワた。

なお、本例においてキャリッジ２３ないしカートリッジ
を回動させるための所定の操作を行う手段としては、上
述のようにモータ３１を用いたもののみならず、種々の
構成を採ることができる。例えば、所定の位置にキャリ
ッジ２３と係合してＥ方向に回動させ、つつこれを案内
する部材を設け、残量検知用電極によフて所定量未満が
検知されたとぎに、その部材に沿ってキャリッジ２３を
移動させるようにしてもよい、また、操作者がカートリ
ッジをキャリッジ２３より取外し、これを振る等してイ
ンク補給がなされるようにしてもよい。

また、カートリッジの変位を伴わずに、カートリッジ自
体にインクタンク部とインク供給部とのインク連通路を
開放／閉塞可能とする手段を設け、当該開放時にインク
補給がなされるようにすることもできる。

第６図はそのような形態に係る記録ヘッドカートリッジ
の一実施例を示す０図では吐出方向を鉛直方向下向きと
した上記実施例とは異なり、吐出方向を水平方向とした
ものを示している。ただし、第１図示の構成と同様の各
部には対応箇所に同一符号を付しである。

ここで、１１７はインクタンク２と吸収体４との仕切部
３に設けた連通部を開放／閉塞する補給手段としての弁
体であり、磁性体ないしは永久磁石で構成される。１８
は弁体１１７を閉塞方向（図中左方向）に押圧するばね
である。　１９は吸収体４を大気に連通させるための連
通部である。また、１２７はカートリッジまたはキャリ
ッジ上に設けられ、本体側に設けたプランジャ（不図示
）と結合して矢印で示す方向に摺動可能な弁体駆動部材
であり、永久磁石ないしは電磁石によって構成される。

本例では、残量検出用電極５間によって吸収体４内のイ
ンク残量が所定量未満となったことが検出された場合に
プランジャを駆動して弁体駆動部材１２７を図中右方向
に移動させると、磁力により弁体１１７もばね１８の付
勢力に抗して同方向に移動する。するとインクタンク２
と吸収体４との連通路が開放され、吸収体４へのインク
補給がなされる。その後弁体駆動部材１２７を図中左方
向に移動させると、弁体１１７も閉塞位置に移動するが
、ばね１８の付勢力により当該移動が速やかに行わわる
とともに、閉塞状態が確実なものとなる。

なお、このように磁力によってインク補給のための連通
路を開放／閉塞する構成であれば弁体１１７および弁体
駆動部材１２７の構成はいかなるものであってもよく、
必ずしも上記したような摺動を伴わないものであフても
よい、また、そのように磁力によるものでなくても、操
作者が記録ヘッドを取外し、弁体と一体に設けられて外
部に突出するレバー等を操作することによりインク補給
がなされるようにすることもできる。

いずれにしても、本例によれば、第１図示の実施例のよ
うにキャリッジの回動等によってインク補給を行うので
はなく、例えば弁体駆動部材１２７と記録ヘッドとを１
対１に対応させる等によりその記録ヘッド自体でインク
補給が可能となるので、キャリッジ上に複数の記録ヘッ
ドが設けられるような場合でも各別のインク補給動作が
可能となる。また、インク補給は下側からなされるので
、吸収体４のヘッド部への供給口のある下部に気泡が混
入しにくくなる。さらに、上記構成ではインク補給動作
が速やかに、かつ記録ヘッドの変位を伴うことなく行わ
れるので、記録動作中でもその補給が可能となるのみな
らず、これを残量検出レベルによって短いインターバル
で行うことにより吐出口部分の水頭の均一保持も可能と
なる。

次に、以上の各実施例におけるインク残量（吸収体のイ
ンク保持量）と吐出口に加わる圧力（水頭圧）との関係
について考察する。

第７図はその関係を示すもので、曲線ａは吸収体４によ
る吸収力が小さい場合、曲線すは同じく大きい場合を示
している。また、「吸収体の最大保持量」とは吸収体４
からインクがあふれる程に補給された直後の状態である
。

ここで、吐出口付近の圧力は所定範囲の負圧に保たれる
のが望ましい、これが正であれば吐出口からのインクの
漏れや、当該漏れまたは吐出動作後のインク引込み動作
不良による吐出口形成面の濡れが生じ、また所定値を超
える負圧となれば吐出動作が円滑に行われなくなったり
、吐出後の吐出口付近へのインクの再充填（リフィル）
が行われにくくなるからであり、いずれにしても吐出特
性や吐出量等に悪影響を及ぼして画像品位を乱すことに
なる。

第８図は吐出口の水頭圧とインク吐出量との関係を示す
、記録ドツト径を均一にして良好な品位の画像を得るた
めにはインク吐出量が安定していることが強く望ましく
、インク吐出量には水頭圧が関与しているので、インク
吐出量がほぼ一定である範囲を越えて急激に減少してい
く水頭圧を呈する前に、吸収体４の残量検知用電極５の
出力に基いて補給動作が行われるのが望ましい。

再び第７図を参照するに、吐出口部分の圧力は液路の毛
管力および吸収体４の吸収力等によって定まる。特に吐
出方向を鉛直方向下向きとした第１図のような構成では
吸収体部と吐出口面との位置関係からかかる圧力による
影響も勘案して、吸収力が大きく速やかに吐出口部分が
負圧となる曲＃ｉ！ｂを呈するような吸収体を選定する
のが望ましい、一方向縁ａに示す吸収体では吸収体部の
インク収納量が少なくなりカートリッジ全体に対するイ
ンク比率が小さくなり不利である。これに対して水平方
向に吐出を行う第６図のような構成では吸収体部と吐出
口面との位置関係からインク残量が大きくても負圧が得
られやすくなるので曲線ａを呈するような吸収力の小さ
なものであってもよい。

なお、曲線すでは水頭圧の変動量が大となるが、第８図
に示したようにインク吐出量が急激に落ち込む前に残量
無しが検知されるようにすればよい、また、インクの吐
出エネルギーが大きなヘッドチップ等で、吐出口の若干
のぬれに対しても吐出特性が劣化しにくいものについて
は吐出口付近のインクメニスカスが破壊されず漏れが生
じないのであれば、そのときの水頭圧は正であってもよ
い。

なお、本発明は、インクタンクの内部が吸収体を有しイ
ンクをヘッドチップに供給する供給部と、インクを貯留
した収納部とに分割され、インク収納部より供給部側に
適切にインク補給が可能な構成であれば、上述した２実
施例にのみ限られる゛ことなく種々の構成を採ることが
できるのは勿論である。

例えば、第１図のような構成に対して、第６図のような
インク補給手段を適用することも可能であり、その逆も
可能である。また、供給部側と収納部側とを完全に隔て
るとともに一部に手動で破壊可能な部分を形成した隔壁
を設け、供給部側が残量無しとなったときに当該部分を
破壊して連通状態を得、これにより１回だけインク補給
が行われるようにすることもでき、またそのような収納
部ないし隔壁を複数設けて、複数回のインク補給が行わ
れるようにすることもできる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、インクタンクの
内部を、吸収体を有してインクをヘッドチップに供給す
る供給部と、インクを貯留した収柄部とに分割し、後者
より前者に適切にインク補給を行うことが可能な構造と
したことにより、使用可能なインクの正味量を大とでき
、走査空間の大型化の防止ないしはランニングコストを
低減できるとともに、吐出口部分の圧力変動を抑制して
良好な画像を安定して得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るインクタンク一体型記
録ヘッドを含むインクジェット記録装置の側断面図、 第２図はその記録装置の平面図、 第３図はインク残量と抵抗値との関係を示す線図、 第４図は本例の動作を説明するための説明図、第５図は
本例に適用可能な吸引部の構成例を示す模式図、 第６図は本発明の他の実施例に係るインクタンク一体型
記録ヘッドの側断面図、 第７図はインク残量と吐出口部分の圧力との関係を説明
するための線図、 第８図は吐出口部分の圧力とインク吐田量との関係を説
明するための線図である。 １・・・ヘッドチップ、 ２・・・インクタンク部、 ３・・・仕切板、 ４・・・吸収体、 ５・・・残量検知用電極、 ６・・・供給部、 ８・・・大気連通孔、 １０・・・液路列、 １２・・・カートリッジレバー １Ｂ、１９−・・ローラ対、 ２０・・・記録媒体、 ２３・・・キャリッジ、 ３１−・・キャリッジ回転ギヤ、 ３４・・・吸引ポンプ、 １１７・・・弁体、 １２７・・・弁体駆動部材。 第３図 第５図 第６図 水預沃 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）インクを吐出して記録を行う吐出部と、該吐出部に
   供給するためのインクを収容したインクタンクを一体に
   具えたインクタンク一体型記録ヘッドにおいて、 前記インクタンクは、吸収体を有し該吸収体に含浸した
   インクを前記吐出部に供給する供給部と、前記吸収体に
   含浸させるべきインクを貯留した収容部とに分割され、
   所定の操作に応じて前記収容部から前記供給部へのイン
   ク補給を行うインク補給手段を具えたことを特徴とする
   インクタンク一体型記録ヘッド。 ２）前記吸収体に含浸したインクの残量を検知する手段
   を設けたことを特徴とする請求項１記載のインクタンク
   一体型記録ヘッド。 ３）前記供給部と前記吐出部との間に気泡除去用のフィ
   ルタを設けたことを特徴とする請求項１記載のインクタ
   ンク一体型記録ヘッド。 ４）前記吐出部は吐出エネルギ発生手段として電気熱変
   換体を有することを特徴とする請求項１記載のインクタ
   ンク一体型記録ヘッド。 ５）前記電気熱変換体は通電に応じて吐出のための熱エ
   ネルギを発生することを特徴とする請求項４記載のイン
   クタンク一体型記録ヘッド。 ６）請求項１記載のインクタンク一体型記録ヘッドを着
   脱可能に支持する手段と、前記所定の操作を行う操作手
   段とを具えたことを特徴とするインクジェット記録装置
   。 ７）請求項２記載の手段の出力により前記インク残量が
   所定量未満となったときに前記操作手段を駆動するよう
   にしたことを特徴とする請求項６記載のインクジェット
   記録装置。