JPH0781079A

JPH0781079A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH0781079A
Application number: JP23347193A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Yamanaka; 昭弘山中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-09-20
Filing date: 1993-09-20
Publication date: 1995-03-28

Abstract

(57)【要約】【目的】インク容器内を所定の負圧に維持し、インク
容器の構成を簡略化してインクの使用効率を上昇させ
る。【構成】記録ヘッド１とインク容器３とは供給手段３
により接続されている。インク容器３がインクジェット
記録装置に装置されると、弁手段９が閉状態になりイン
ク容器３が密閉される。記録に伴ってインクが消費され
るとインク容器３内の負圧が上昇する。予め設定された
負圧に達する記録ヘッド数を計数した時、弁手段を開
く。

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装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インクジェット記録装置におい
て、インクジェット記録ヘッドの性能維持や記録ヘッド
の吐出口からのインク漏れの防止のために、吐出口より
もインク容器のインクの液面を低い位置に配置すること
により、インクジェット記録ヘッドに印加されるインク
供給圧力を所定量の負圧に維持していた。しかしなが
ら、この従来の方法では、インクジェット記録ヘッドに
対するインクタンクの配置位置の制約があり、シリアル
スキャン型のインクジェット記録装置においてキャリジ
上にインクタンクを配置することは空間的に困難であっ
た。

【０００３】上記の制約を解決する手段として、インク
タンク自体に負圧を発生する手段を設けることが提案さ
れており、これには次に記載する（１），（２），
（３）等が知られている。

【０００４】（１）容器の開口部を、図８に示すような
可撓性部材２００で覆い、この容器内の負圧に応答して
可撓性部材２００を弾性変形させる（特公平３−２４９
００号公報参照）。

【０００５】（２）図９に示すように、インク容器本体
２０１内に、吐出口２０３から吐出されるインクの量に
応じて吐出口２０３に向けて移動する可動壁２０４を配
設し、この可動壁２０４とインク容器本体２０１の内面
との間の接触界面における摩擦力によって、インク容器
本体２０１内のインクの負圧力を制御する。この可動壁
２０４には、図９（ａ）に示す周囲にＯリング２０２を
設けた可動壁２０４や、図９（ｂ）に示すダイヤフラム
状の弾性材料製の可動壁３０４を用いる（特開昭６０−
２０４３５５号公報参照）。

【０００６】（３）図１０に示すように、スポンジ等の
多孔質体４００にインクを保持させ、多孔質体の毛管力
を利用して負圧を発生させる。

【０００７】しかしながら、これらの従来の方法には次
のような問題点があった。すなわち、（１）について
は、インクを収容するインク容器の開口部が弾性的に変
形してつぶれてゆく構成であるため、ある程度インクが
消費されていくと可撓性部材の変形が大きくなり、歪が
大きくなる。その結果、それ以上の変形がしにくくな
り、可撓性部材で発生される負圧が急激に大きくなり、
記録ヘッドへのインクの供給がなされなくなってしま
う。また、可撓性部材は側面部分から変形していくた
め、可撓性部材が取りつけられている容器の開口部で
は、可撓性部材は変形できない構成となっている。その
ためインクの供給ができなくなる。

【０００８】実験によれば、（１）の構成におけるイン
クの使用効率は最大でも５０％程度でしかなく、インク
の使用効率が低い。加えて、（１）の形態でインク吐出
部と切り離せる構成とした場合、可撓性部材が復元し、
可撓性部材内に空気を吸い込んでしまう危険性がある。
このように空気が吸い込まれた場合には再度のインク吐
出が正常に行われず、インク切れを起こす危険性もあ
る。

【０００９】ところで、インクの使用効率を改善するも
のとして実開昭６０−９３２４６号公報では、可撓性部
材の肉厚に差をつけ、肉厚の薄い側から積極的につぶれ
るような構成としたものがある。

【００１０】しかし、本従来例においてもインクの使用
効率は満足できるまでには向上しない。

【００１１】また、従来例（２）について、可動壁とイ
ンク容器本体との間の気密性の保持および可動壁の倒れ
防止のために、Ｏリングやダイヤフラムの剛性を大きく
設定したり、Ｏリングやダイヤフラムの厚みを厚くして
インク容器との接触面積を大きくしなければならない。
その結果、可動壁とインク容器本体の内面との接触界面
における摩擦力が大きくなり、可動壁の始動圧、すなわ
ち、可動壁の静止状態から移動を開始するのに必要な差
圧が大きくなってしまうなど、高精度のインク負圧の調
整を行うための必要条件の設定が難しい。

【００１２】そして、従来例（３）について、毛管力に
より負圧を発生させるため高密度の多孔質体を使用する
必要があるため、インク容器の体積に対して充填できる
インクの量が少なくなる。また、インク供給圧力の制御
がうまくいかなくなり、インク容器にインクを残したま
ま使えなくなる。従って、実際に使用できるインクの量
は、インク容器に対して使用効率が低くなる。また使用
後はインク容器と共に多孔質体も廃棄するため、環境に
悪影響を与えてしまうか、回収・再生にかなりのコスト
がかかってしまうという問題点がある。

【００１３】そこで、本発明の目的は、上述の従来の問
題点を解消し、インク容器内を所定の負圧に維持し、ま
たインク容器の構造を簡略化してインクの使用効率を上
昇させ、廉価で環境を害することのないインクジェット
記録装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明のインクジェット記録装置は、記録ヘ
ッドを用い、該記録ヘッドにより被記録媒体にインク滴
を吐出して記録を行うインクジェット記録装置におい
て、インクを貯蔵するインク容器と、該インク容器より
前記記録ヘッドへインクを供給するインク供給手段と、
前記記録ヘッドより吐出される記録ドット数を計数する
計数手段と、該計数手段の出力結果に基づいて前記イン
ク容器内の圧力を調整する圧力調整手段とを具備したこ
とを特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明によれば、密閉されたインク容器では、
記録によるインクの消費に伴いインク容器内の負圧量が
上昇する。この負圧量の上昇を、記録ドット計数手段に
より予測し、ある負圧量に達した時に圧力調整手段を駆
動することによりタンク内の圧力を所定の値まで上昇さ
せる。これによりインクタンク内の負圧を一定範囲に保
つことができるので、正常記録が可能となる。またイン
クジェット記録装置本体に圧力調整手段を設けたので、
交換部品であるインク容器の構造が簡略化され、インク
の使用効率の上昇やコストダウンが達成される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１７】（実施例１）図１は、インク容器３と記録
ヘッド１がキャリッジ５０上に搭載された様子を示す模
式的断面図である。

【００１８】インク滴を吐出するためのエネルギー変換
体を有する記録ヘッド１とインク容器３は供給手段２に
より接続されている。インク容器３はインク容器本体４
内部に袋や薄肉のゴムにより形成される可撓性部材５が
具えられている。インクはこの可撓性部材５内部に貯蔵
され、ゴム栓等の接合部材７により液密的に供給手段２
に接続される。また、インク容器本体４に設けられた開
孔６にはキャリッジに具えられた封止部材８が気密的に
接続され、一端が大気に開放された弁手段９に接続され
る。さらに、弁手段９にはコントローラー１０が接続さ
れその開閉を制御している。

【００１９】図２のタイムチャートにより図１に示した
インクジェット記録装置の動作を説明する。（ａ）は記
録ヘッドに印加される供給圧力（負圧）の記録時間によ
る変化を表す特性図である。（ｂ）は記録時間によるコ
ントローラー内のカウンターの記録ドット数を表す特性
図である。（ｃ）は記録時間による弁手段９の開閉の様
子を示す説明図である。記録時間Ｔ₀ の時を新規のイン
ク容器３の交換時とする。この時、記録ヘッドに印加さ
れる圧力は、インク容器自体には負圧発生手段を具えて
いないので初期的には水頭差分の圧力となる。本実施例
は、水頭圧がほぼゼロの場合について説明する。インク
容器３が装着されると、弁手段９が閉状態となり密閉さ
れる。記録はこの状態（記録時間０の状態）から開始さ
れ、記録によるインク消費分の空気膨張により負圧量が
増加する。この時、インクの消費によるインク容器３内
部の圧力変化は、以下の式となる。

【００２０】

【数１】Ｐ₂ ＝（Ｖ₁ ／（Ｖ₁ ＋ΔＶ））・Ｐ₁ （１）Ｐ₁ ：印字前の圧力Ｐ₂ ：印字後の圧力Ｖ₁ ：印字前のタンク内空気量 ΔＶ：印字によるインクの消費量

【００２１】

【数２】 ΔＶ＝Ｖ_d ×Ｎ（２）Ｖ_d ：１ドットあたりのインク滴の体積Ｎ：記録ドット数コントローラー１０には上記関係式が入力されている。
ここでＶ_d および未使用のインク容器のＶ₁ ，Ｐ₁ は、
既知の値として予めコントローラーに設定されている。
インク容器の交換時には、不図示のインク容器検知手段
からの信号によりコントローラー１０内のＶ₁ ，Ｐ₁ の
値が設定されるとともに、コントローラー１０内の記録
ドットカウンターの値がリセットされる。そして記録が
開始されると、印字データーに伴い記録ドットカウンタ
ーの値が加算される。コントローラー１０は、Ｐ₂ の値
が予め設定された負圧量Ｐ_max に達する記録ドット数を
カウントした時、弁手段９を開閉し、記録ドットカウン
ターをリセットする（時間Ｔ₁ ）。これによりインク容
器３内部は大気に開放される。以上のような制御により
記録ヘッドに印加される負圧量を“水頭圧（大気圧）〜
Ｐ_max ”の一定範囲に維持することができる。

【００２２】また、本実施例の構成では、インクを貯蔵
する可撓性部材５は負圧を発生する必要がないので柔ら
かい材料を選択することができるためインクの使用効率
が良好となる。材料としては、インクタンク側からポリ
エチレン／塩化ビニリデン／ナイロンの３層構造やポリ
プロピレン／ポリエチレンテレフタレートの２層構造等
が適している。

【００２３】さらに構造が簡単なのでコスト、環境面に
対しても有利である。

【００２４】（実施例２）図３は第２の実施例の模式的
断面図、記録ヘッドに印加される圧力範囲を水頭圧に関
係なく一定範囲に保つ構成である。

【００２５】本実施例においては、弁手段９の大気開放
側に流体抵抗体１１が設けられ、弁手段９が開の時に流
入する空気の流入速度を調整している。

【００２６】図４は、図３の動作を説明するタイムチャ
ートである。インク容器３の交換時には、不図示のポン
プ手段によりインク容器３内の空気を吸引することによ
り記録ヘッドにかかる負圧量をＰ_min に設定する。そし
て記録が開始されると、記録データに伴い記録ドットカ
ウンターの値が加算される。コントローラー１０は、Ｐ
₂ の値が予め設定された負圧量Ｐ_max に達する記録ドッ
ト数を計数した時、弁手段９を開き、記録ドットカウン
ターをリセットする（時間Ｔ₁ ）。さらに、コントロー
ラー１０は、空気の流入量が記録によるインクの消費量
ΔＶになるよう、予め入力されている流体抵抗体１１の
特性に従い弁手段９の開時間を制御する。これにより、
再びＰ_min に達した時に弁手段９を閉にする（時間Ｔ
₂ ）。以上のような制御により記録ヘッドにかかる負圧
量をＰ_min 〜Ｐ_max の一定範囲に維持することができ
る。

【００２７】流体抵抗体１１としては、微細孔が形成さ
れているフィルム，紙，セラミック，繊維等のフィルタ
ーが適している。

【００２８】本実施例では、初期負圧量をＰ_min にする
為にポンプ手段を用いたが、記録に寄与しない予備吐出
を行ってもよい。

【００２９】（実施例３）図５は第３の実施例の模式的
断面図であり、図３の流体抵抗体１１の代わりに第２の
弁手段１３が設けられている。また、コントローラー１
０には弁手段９と１３を結ぶ連結手段１２の体積が入力
されている。

【００３０】図６のタイムチャートを用いて、その動作
を説明する。図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は図２
（ａ），（ｂ），（ｃ）と同じ構成を表す。図６におい
て、図（ｄ）は第２の弁手段１３の開閉を表している。
第２の実施例と同様に、コントローラー１０がＰ₂ の負
圧量がＰ_max に達する記録ドット数を計数した時、弁手
段９を開閉し、記録ドットカウンターをリセットする
（時間Ｔ₁ ）。これにより、連結手段１２内の圧力とイ
ンク容器４内の圧力が平衡し、負圧量が減少する。弁手
段９を閉じた後、第２の弁手段１３を開閉し、連結手段
１２内を大気圧にする。そして再び第１の弁手段９を開
閉させタンク内の負圧量を減少させる。コントローラー
１０は、連結手段１２内の体積とタンク内の空気量との
関係から負圧量がＰ_min に達するまでの弁手段の開閉回
数を計算し、所定の回数に達した時に弁手段の開閉をや
める（時間Ｔ₂ ）。以上のような制御により記録ヘッド
にかかる負圧量を“Ｐ_min 〜Ｐ_max ”の一定範囲に維持
することができる。

【００３１】以上の実施例において、環境温度とインク
容器内の圧力は反比例の関係にあるので、環境温度の変
化が大きい場合にはコントローラーの制御に温度補正を
行えばより厳密に負圧量を制御できる。

【００３２】図７は本発明の一実施例にかかるインクジ
ェット記録装置の要部を示す概略斜視図である。

【００３３】図７において、記録ヘッド７０１は、その
記録紙７０７と対向する面に、記録紙７０７の搬送方向
に８個のインク吐出口（不図示）を具える。また、記録
ヘッド７０１には、この８個の吐出口それぞれに連通し
てインク路（不図示）が設けられ、それぞれのインク路
に対応して、記録ヘッド７０１を構成する基板にインク
吐出のための熱エネルギーを発生する電気熱変換体が形
成されている。電気熱変換体は、駆動データに応じてこ
れに印加される電気パルスによって熱を発生し、これに
より、インクに膜沸騰を生じこの膜沸騰による気泡の生
成に伴なって上記吐出口からインクが吐出される。各イ
ンク路には、これらに共通に連通する共通液室が設けら
れており、これに貯留されるインクは、各インク路での
吐出動作に応じてそのインク路に供給される。

【００３４】キャリッジ７０２は、記録ヘッド７０１を
搭載し、また、記録紙７０７の記録面と平行に延在する
１対のガイドレール７０３と摺動可能に係合する。これ
により、記録ヘッド７０１は、ガイドレール７０３に沿
って移動することができ、この移動に伴なって所定のタ
イミングで上記記録面に向けてインクを吐出することに
より記録を行う。上記移動の後、記録紙７０７を、図中
矢印方向に所定量搬送し、再び上記移動を行い記録を行
う。このような動作を繰り返すことにより、記録紙７０
７に、順次記録を行っていく。

【００３５】上述した記録紙７０７の搬送は、その記録
面の上下にそれぞれ配設された各々１対の搬送ローラ７
０４および７０５が回転することによって行われる。ま
た、記録紙７０７の記録面の裏側には、記録面の平面性
を保つためのプラテンが配設されている。

【００３６】なお、上述したキャリッジ７０２の移動
は、これに取付けられる不図示の例えばベルトがモータ
によって駆動されることによって可能となり、また、搬
送ローラ７０４および７０５の回転も同様にモータの回
転がこれらに伝達されることによって可能となる。

【００３７】（その他）なお、本発明は、特にインクジ
ェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために
利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段
（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エ
ネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録
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。かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化が
達成できるからである。

【００３８】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。この方式は所謂オンデマンド型，
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１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１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。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。

【００３９】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
の組合せ構成（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４４
５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるも
のである。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号公報に基いた構成として
も本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの
形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録
を確実に効率よく行うことができるようになるからであ
る。

【００４０】さらに、記録装置が記録できる記録媒体の
最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのよう
な記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによっ
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。

【００４１】加えて、上例のようなシリアルタイプのも
のでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装
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。

【００４２】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、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、加圧或
は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或
はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。

【００４３】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して１個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては
黒色等の主流色のみの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の組み合わせによるか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モード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。

【００４４】さらに加えて、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、室温で軟化もし
くは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェ
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を用いてもよ
い。加えて、熱エネルギによる昇温を、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として使用せし
めることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発
を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化す
るインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの
記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状イ
ンクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点では
すでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与
によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も
本発明は適用可能である。このような場合のインクは、
特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７
１２６０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又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。

【００４５】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、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等であってもよい。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
記録ドット数を計数する計数手段とこの計数手段の出力
に依りインク容器内の圧力を調整する手段とをインクジ
ェット記録装置本体に設けたので、インク容器内を所定
の負圧範囲内に維持することが可能なインクジェット記
録装置を提供することができる。

【００４７】また、インク容器の構造を簡単にし、イン
クの使用効率を上げ、コスト・環境面に対して有利なも
のとすることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施例を示す模式的斜視図
である。

【図２】本発明の第１の実施例の動作を表すタイムチャ
ートである。

【図３】本発明に係る第２の実施例を示す模式的斜視図
である。

【図４】本発明の第２の実施例の動作を表すタイムチャ
ートである。

【図５】本発明に係る第３の実施例を示す模式的斜視図
である。

【図６】本発明の第３の実施例の動作を表すタイムチャ
ートである。

【図７】本発明の一実施例のインクジェット記録装置の
要部を示す概略斜視図である。

【図８】従来のインク容器を示す断面図である。

【図９】従来の他のインク容器を示す断面図である。

【図１０】従来の更に他のインク容器を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１記録ヘッド２供給手段３インク容器４インク容器本体５可撓性部材６開孔７接合部材８封止部材９，１３弁手段１０コントローラー１１流体抵抗体１２連結手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録ヘッドを用い、該記録ヘッドにより
被記録媒体にインク滴を吐出して記録を行うインクジェ
ット記録装置において、インクを貯蔵するインク容器と、該インク容器より前記記録ヘッドへインクを供給するイ
ンク供給手段と、前記記録ヘッドより吐出される記録ドット数を計数する
計数手段と、該計数手段の出力結果に基づいて前記インク容器内の圧
力を調整する圧力調整手段とを具備したことを特徴とす
るインクジェット記録装置。
【請求項２】前記圧力調整手段が、弁手段であること
を特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装
置。
【請求項３】前記圧力調整手段が、弁手段と流体抵抗
体であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェ
ット記録装置。
【請求項４】前記インクジェット記録装置は熱エネル
ギーを利用して、記録液に気泡を生成させ、該気泡の生
成に基づいて記録液滴を吐出することを特徴とする請求
項１，２または３に記載のインクジェット記録装置。