JP2008119969A - 画像形成装置及び液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水頭差によって液体吐出ヘッドに付与する場合に、簡単な構成でヘッドに付与する負圧を規定値内に収めることが難しい。
【解決手段】記録ヘッド１に対して供給する液体を収容したカートリッジ３を備え、カートリッジ３内の液面１１と記録ヘッド１内の液体との水頭差で負圧を付与し、カートリッジ３は、ばね部材２１によって上昇方向に付勢され、記録ヘッド１内の液体に付与することのできる負圧の上限値から下限値の間でカートリッジ３の液体の液面１１が維持されるように液体残量に応じて高さ位置が変化するカートリッジホルダ４に装填され、カートリッジホルダ４にはカートリッジ３が取り外されて最も高い位置に上昇するときに供給チューブ６を潰して液体供給路を遮断する供給路遮断部２３を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は画像形成装置及び液体吐出装置に関し、特に液体容器を備える画像形成装置及び液体吐出ヘッドに関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば、記録液（液体）の液滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを含む液体吐出装置を用いて、媒体（以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。）を搬送しながら、液体としての記録液（以下、インクともいう。）を用紙に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる。）を行なうものがある。

なお、画像形成装置は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与することをも意味する。また、液体とは記録液、インクに限るものではなく、画像形成を行うことができる液体であれば特に限定されるものではない。また、液体吐出装置とは、液体吐出ヘッドから液体を吐出する装置を意味する。

このような液体吐出装置を備えて画像を形成する画像形成装置において、記録ヘッドのノズルに良好なメニスカスを形成し、液垂れを防止するために、記録ヘッド内の液体に対して負圧を付与する必要がある。

液体容器による負圧付与ないし負圧形成に関しては、例えば、特許文献１に記載されているように記録ヘッドに備えられる液体容器に負圧発生機構（手段）を備えるもの、特許文献２、３に記載されているように記録ヘッドと液体容器との水頭差によって負圧を付与するもの、特許文献４に記載されているように装置本体に据え置かれるメインタンクに負圧付与機構を備えるものなどが知られている。
特開２００３−２３７１０８号公報 特開２００５−２１２１７０号公報 特許第３７２４５８４号公報 特開２００３−３２６７３２号公報

その他、特許文献５、６に記載されているようなものもある。
特開平０７−０１７０４６号公報 特公平０４−０２９５４８号公報

さらに、特許文献７に記載されているように記録ヘッドをインク供給手段より水頭差が大きくなる方向に動かすことにより記録ヘッド内圧を負圧にして回復に要する時間を短縮させるようにしたものもある。
特開２０００−３１８１８１号公報

上述したようにヘッドに搭載される、あるいは、装置本体に据え置かれる液体容器に負圧発生機構（手段）を備えることは、液体容器の構成が複雑になるという課題がある。これに対して、記録ヘッドと液体容器の水頭差によって記録ヘッド内に負圧を付与する構成は、構成が簡単であり、低コスト化を図れる上で好ましい。

しかしながら、記録ヘッドに付与する負圧は規定値内に収めなければならず、負圧が大きすぎるとノズルメニスカスが引き込まれ過ぎて安定して滴吐出を行うことができなくなり、あるいは、負圧が小さすぎるとノズルからの液垂れが生じやすくなったり、安定して滴吐出を行うことができなくなったりするという課題を生じる。この場合、上述した特許文献６に記載のように記録ヘッドを高さ方向に移動させて水頭差を変化させる構成は、記録ヘッドと用紙とのギャップ精度を維持する上で好ましくない。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、水頭差で液体吐出ヘッドに対して負圧を付与するときに安定した負圧を付与できる液体吐出装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出装置は、液体吐出ヘッド内の液体に付与することのできる負圧の上限値から下限値の間で液体容器内の液体の液面が維持されるように液体残量に応じて液体容器の高さ位置を変化させる手段と、液体容器が取り外されているときに液体容器から液体吐出ヘッドに対する液体供給路を遮断する手段を備えている構成とした。

ここで、液体容器の高さ位置を変化させる手段は、液体容器を上昇方向に付勢する付勢力を発生する弾性部材を含む構成とできる。また、液体容器の高さ位置を変化させる手段は、液体容器を上昇方向に付勢する磁力による反発力を発生する手段を含む構成とできる。また、液体容器の高さ位置を変化させる手段は、液体容器を上昇方向に付勢する気流を発生する手段を含む構成とできる。

また、液体容器の高さ位置を変化させる手段は、液体容器の液体残量を検出する手段と、この液体残量の検出結果に応じて液体容器を上下動させる手段を含む構成とできる。

また、液体容器の高さ位置を変化させる手段は、液体容器に備えられた記憶手段に記憶されている液体使用量及び液体残量の少なくともいずれかの情報に基づいて液体容器を上下動させる手段を含む構成とできる。

また、液体容器の高さ位置を変化させる手段は、液体容器を着脱自在に装着する液体容器装着部の高さ位置を変化させる構成とできる。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出装置を備えているものである。

本発明に係る液体吐出装置、本発明に係る画像形成装置によれば、液体吐出ヘッド内の液体に付与することのできる負圧の上限値から下限値の間で液体容器内の液体の液面が維持されるように液体残量に応じて液体容器の高さ位置を変化させる手段と、液体容器が取り外されているときに液体容器から液体吐出ヘッドに対する液体供給路を遮断する手段を備えているので、液体の使用量に応じて液体容器の液面位置（高さ）を調整して適切な負圧を発生させることができ、液体容器内の液面変動量がヘッドへかけることのできる負圧の上限値から下限値の範囲を超えていてもヘッドにかかる負圧が規定値以上にオーバーすることがなく、液体容器内の液体を使用することができ、また、液体容器を取り外しているときには供給経路への異物、気泡の混入が防止される。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態について図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は同実施形態に係る液体吐出装置のカートリッジ装着部分を示す要部模式的説明図、図２は同じくカートリッジ装着部分の異なる状態を示す要部模式的説明図である。

この液体吐出装置は、液滴を吐出するノズルを有する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッド１を搭載したキャリッジ２を備えている。このキャリッジ２は図示しない主ガイド部材と従ガイド部材に摺動自在に装着して図で紙面垂直方向に移動可能としている。なお、キャリッジ２には記録液ヘッド１への記録液の供給路にバッファ用の記録液タンクを備えることもできる。

この記録ヘッド１に対して液体としての記録液（インク）を供給する液体容器であるカートリッジ３は液体容器装填部であるカートリッジホルダ４に着脱自在に装着可能とされている。このカートリッジホルダ４の底部近傍にはカートリッジ３の供給部１３に刺通する供給針５が設けられ、この供給針５とキャリッジ２の記録ヘッド１との間に配設した供給チューブ６を介してカートリッジ３から記録ヘッド１に対して記録液が供給される。

このカートリッジホルダ４は、カートリッジ３を収納したときに、カートリッジ３内の記録液１０の液面１１と記録ヘッド１との間の水頭差によって記録ヘッド１内の記録液に負圧が付与される位置に配置される。

そして、このカートリッジホルダ４は、装置本体部２０に対して高さ方向に変位可能に配置され、カートリッジホルダ４の底部と装置本体部２０との間に介装した弾性体であるばね部材２１、２１によって高さ方向で上昇方向に付勢されている。なお、カートリッジホルダ４の高さ方向の変位を案内するガイド部材２２を装置本体部２０に対して上下動可能に設けている。

これにより、カートリッジホルダ４は、カートリッジ３内の記録液残量が少なくなると、ばね部材２１の付勢力によってカートリッジ３を伴って上昇し、カートリッジ３内の記録液残量が多くなると、カートリッジ３の重さによってばね部材２１の付勢力に抗して下降することになる。なお、カートリッジホルダ４を高さ方向で付勢する弾性体としてばね部材を用いているが、ゴムなどでもよく、また、ばね部材としては板バネ、コイルバネなどを用いることができる。

このとき、カートリッジホルダ４が記録ヘッド１内の記録液に付与することができる負圧の上限値から下限値の間、即ち、図１で水頭差の上限値から下限値の間でカートリッジ３内の記録液１０の液面１１が維持されるように、カートリッジ３内の記録液残量に応じて高さ方向に変位するようにばね部材２１の付勢力を設定している。

つまり、ここでは液体吐出ヘッド内の液体に付与することのできる負圧の上限値から下限値の間で液体容器内の液体の液面が維持されるように液体残量に応じて液体容器の高さ位置を変化させる手段は、液体容器を収容する液体容器装填部の高さ位置を変化させる手段であって、液体容器装填部を上昇方向に付勢する付勢力を発生する弾性部材を備える構成としている。

また、カートリッジホルダ４には、カートリッジ３が取り外されてカートリッジホルダ４が上昇したときに装置本体の一部（固定部）２０Ａとの間で供給チューブ６を押し潰してカートリッジ３から記録ヘッド１に対する供給路を遮断する（封止する）手段である供給路遮蔽部２３を一体に設けている。

なお、カートリッジ３の上部には大気開放穴１４が形成されるとともに、この大気開放穴１４を開閉する開閉レバー１５が揺動可能に設けられ、一方、カートリッジホルダ４の上部内面には、カートリッジ３が装填されたときに開閉レバー１５の後端部に当接することで、開閉レバー１５を、大気開放穴１４を開放する位置に揺動させる当接部２５が設けられている。

このように構成したので、図１及び図２（ａ）に示すように、記録液１０が満タン状態で収容されたカートリッジ３をカートリッジホルダ４に装填したときには、カートリッジ３の記録液１０による荷重（重量）がカートリッジホルダ４にかかるので、カートリッジホルダ４はばね部材２２の付勢力に抗して下降した高さ位置になる。このとき、カートリッジ３内の記録液１０の液面１１は水頭差の上限値よりも低い位置にあり、記録ヘッド１とカートリッジ３内の記録液１０の液面１１との水頭差によって記録ヘッド１内の記録液に負圧が付与される。

その後、記録ヘッド１から液滴が吐出されることでカートリッジ３内の記録液１０が消費されるに従ってカートリッジ３の記録液１０による荷重が少なくなるので、カートリッジホルダ４はばね部材２２による付勢力によって上昇する。そして、カートリッジ３内の記録液１０がなくなる（エンド又はニアーエンド）と、カートリッジホルダ４は、図２（ｂ）に示すように上昇した位置になる。このとき、カートリッジホルダ４の高さはカートリッジ３内の記録液１０の液面１１が水頭差の下限値よりも高くなる位置にあるので、記録ヘッド１とカートリッジ３内の記録液１０の液面１１との水頭差によって記録ヘッド１内の記録液には負圧が付与されている。

そこで、カートリッジ３が交換のためにカートリッジホルダ４から取り外されると、図２（ｃ）に示すように、カートリッジホルダ４はカートリッジ３による荷重もなくなるので更に上昇する。このとき、カートリッジホルダ４の供給路遮蔽部２３が供給チューブ６を押し潰して封止するので、供給チューブ６が遮断され、異物や気泡が供給チューブ６内に混入されることが防止される。

このように、体吐出ヘッド内の液体に付与することのできる負圧の上限値から下限値の間で液体容器内の液体の液面が維持されるように液体残量に応じて液体容器の高さ位置を変化させる手段と、液体容器が取り外されているときに液体容器から液体吐出ヘッドに対する液体供給路を遮断する手段を備えているので、液体の使用量に応じて液体容器の液面位置（高さ）を調整して適切な負圧を発生させることができ、液体容器内の液面変動量がヘッドへかけることのできる負圧の上限値から下限値の範囲を超えていてもヘッドにかかる負圧が規定値以上にオーバーすることがなく、液体容器内の液体を使用することができ、また、液体容器を取り外しているときには供給経路への異物、気泡の混入が防止される。

この場合、カートリッジを上昇方向に付勢する付勢力を弾性部材によって発生することで、低コストで、電源のオン／オフにかかわらず、常に正しい位置にカートリッジ（液体容器）の高さを調整することができ、また、カートリッジ取り外し時には供給経路を封止することができる。

なお、ここでは、カートリッジホルダ自体を高さ方向に変位させているが、カートリッジホルダに対するカートリッジの高さを変位させるようにすることもできる。ただし、カートリッジ自体を高さ方向に変位させる場合にはカートリッジホルダの供給針も高さ方向に変位できるようにするか、他の手段を用いて供給チューブとの連結が維持されるようにする必要がある。また、ここでは、カートリッジホルダの底部側に弾性体を配置した例で説明しているが、カートリッジホルダを弾性体で吊り下げる構成とすることもできる。

本発明の第２実施形態について図３を参照して説明する。なお、図３は同実施形態に係る液体吐出装置のカートリッジ装着部分の異なる状態を示す要部模式的説明図である。
ここでは、カートリッジホルダ４の底部に所定の極性のマグネット３１、３１を取り付け、このマグネット３１、３１に対向して装置本体部２０には電磁石３２、３２を配置している。電磁石３２は通電されたときにマグネット３１との対向側がマグネット３１の極性と反対の極性になる。

そして、電源３３からスイッチ手段３４を介して電磁石３２，３２へ一方への給電路を構成するとともに、他方への給電路には、カートリッジホルダ４に設けた接点３５ａ、３５ｂと、カートリッジ３の背面に設けた接点部材３６とで構成される接点回路３７を介装し、カートリッジ３をカートリッジホルダ４に装填したときに接点回路３７が閉じて電磁石３２への給電路閉回路が形成されるようにしている。

これにより、電磁石３２に通電された状態ではカートリッジホルダ４のマグネット３１との間で反発力が生じているので、カートリッジホルダ４はカートリッジ３内の記録液残量が少なくなると、磁力による反発力によってカートリッジ３を伴って上昇し、カートリッジ３内の記録液残量が多くなると、カートリッジ３の重さによって磁力による反発力に抗して下降することになる。

このとき、カートリッジホルダ４が記録ヘッド１内の記録液に付与することができる負圧の上限値から下限値の間、即ち、水頭差の上限値から下限値の間でカートリッジ３内の記録液１０の液面１１が維持されるように、カートリッジ３内の記録液残量に応じて高さ方向に変位するようにマグネット３１と電磁石３２で発生させる反発力を設定している。

つまり、ここでは液体吐出ヘッド内の液体に付与することのできる負圧の上限値から下限値の間で液体容器内の液体の液面が維持されるように液体残量に応じて液体容器の高さ位置を変化させる手段は、液体容器を収容する液体容器装填部の高さ位置を変化させる手段であって、液体容器装填部を上昇方向に付勢する磁力による反発力を発生する手段を備える構成としている。

また、カートリッジホルダ４には供給チューブ６の上側にカートリッジ３が取り外されたときに供給チューブ６を挟むための固定部となるフランジ部３８を一体的に形成し、他方、装置本体部２０にはフランジ部３８に対向する位置でフランジ部３８と共同して供給チューブ６を押し潰してカートリッジ３から記録ヘッド１に対する供給路を遮断する（封止する）手段である供給路遮蔽部３９を上方向に向けて突出させて配置している。

このように構成したので、図３（ａ）に示すように、スイッチ部材３４がオン状態で、記録液１０が満タン状態で収容されたカートリッジ３をカートリッジホルダ４に装填したときには、カートリッジ３の背面の接点部材３６がカートリッジホルダ４の接点３５ａ、３５ｂに接触して接点回路３７が閉じられ、電磁石３２に通電されてマグネット３１との間で反発力が発生し、カートリッジホルダ４が持ち上げられる。

そして、このとき、カートリッジ３の記録液１０による荷重（重量）がカートリッジホルダ４にかかるので、カートリッジホルダ４は磁力による反発力に抗して下降した高さ位置になる。このとき、カートリッジ３内の記録液１０の液面１１は水頭差の上限値よりも低い位置にあり、記録ヘッド１とカートリッジ３内の記録液１０の液面１１との水頭差によって記録ヘッド１内の記録液に負圧が付与される。

その後、記録ヘッド１から液滴が吐出されることでカートリッジ３内の記録液１０が消費されるに従ってカートリッジ３の記録液１０による荷重が少なくなるので、カートリッジホルダ４は磁力による反発力によって上昇する。そして、カートリッジ３内の記録液１０がなくなる（エンド又はニアーエンド）と、カートリッジホルダ４は、図３（ｂ）に示すように上昇した位置になる。このとき、カートリッジホルダ４の高さはカートリッジ３内の記録液１０の液面１１が水頭差の下限値よりも高くなる位置にあるので、記録ヘッド１とカートリッジ３内の記録液１０の液面１１との水頭差によって記録ヘッド１内の記録液には負圧が付与されている。

また、スイッチ手段３４がオフ状態になると、電磁石３２への通電が遮断されてマグネット３１との間の反発力が消失するので、図３（ｃ）に示すように、カートリッジホルダ４が最下降位置まで下降する。このとき、カートリッジホルダ４のフランジ部３８と装置本体部２０の供給路遮蔽部３９との間で供給チューブ６を押し潰して封止するので、供給チューブ６が遮断され、異物や気泡が供給チューブ６内に混入されることが防止される。したがってまた、カートリッジ３を交換するときにはスイッチ手段３４をオフ状態にすることで、異物や気泡が供給チューブ６内に混入されることが防止される。

このようにカートリッジを上昇方向に付勢する力として磁力、特に電磁石による反発力を用いることで、低コストでカートリッジの高さ位置を調整することができ、特に電磁石による場合には、給電回路の一部をカートリッジに持たせることにより、カートリッジが取り外されたときに供給経路を封止することができる。また、省エネモードや電源オフ時にも、電源が供給されないため、カートリッジの位置は調整されないが、供給経路を封止することができ、異物や気泡の混入によるキャリッジ側への影響を防止できる。

本発明の第３実施形態について図４を参照して説明する。なお、図４は同実施形態に係る液体吐出装置のカートリッジ装着部分の異なる状態を示す要部模式的説明図である。
ここでは、カートリッジホルダ４の底部に対向して装置本体部２０に複数の気流噴出口４１を設け、複数の気流噴出口４１には共通流路４２を介して気流発生手段４３から気流を送り込むことで気流噴出口４１から気流が噴出される。

そして、第２実施形態と同様に、電源３３からスイッチ手段３４を介して電磁石３２，３２へ一方への給電路を構成するとともに、他方への給電路には、カートリッジホルダ４に設けた接点３５ａ、３５ｂと、カートリッジ３の背面に設けた接点部材３６とで構成される接点回路３７を介装し、カートリッジ３をカートリッジホルダ４に装填したときに接点回路３７が閉じて気流発生手段４３への給電路閉回路が形成されるようにしている。

これにより、気流発生手段４３が駆動された状態ではカートリッジホルダ４に対して気流噴出口４１から上昇気流が噴出されてカートリッジホルダ４は持ち上げられているので、カートリッジホルダ４はカートリッジ３内の記録液残量が少なくなると、気流によってカートリッジ３を伴って上昇し、カートリッジ３内の記録液残量が多くなると、カートリッジ３の重さによって気流に抗して下降することになる。

このとき、カートリッジホルダ４が記録ヘッド１内の記録液に付与することができる負圧の上限値から下限値の間、即ち、水頭差の上限値から下限値の間でカートリッジ３内の記録液１０の液面１１が維持されるように、カートリッジ３内の記録液残量に応じて高さ方向に変位するように気流噴出口４から噴出される気流の強さを設定している。

つまり、ここでは液体吐出ヘッド内の液体に付与することのできる負圧の上限値から下限値の間で液体容器内の液体の液面が維持されるように液体残量に応じて液体容器の高さ位置を変化させる手段は、液体容器を収容する液体容器装填部の高さ位置を変化させる手段であって、液体容器装填部を上昇方向に付勢する磁力による気流を発生する手段を備える構成としている。

なお、気流発生手段４３としては、印字の際に発生するインクミストを回収したり、制御基板やモータなどの電気による発熱を抑えるために機体内（装置内）で気流を発生させる装置にあっては、それらの気流を利用することもできる。

また、カートリッジホルダ４には供給チューブ６の上側にカートリッジ３が取り外されたときに供給チューブ６を挟むための固定部となるフランジ部３８を一体的に形成し、他方、装置本体部２０にはフランジ部３８に対向する位置でフランジ部３８と共同して供給チューブ６を押し潰してカートリッジ３から記録ヘッド１に対する供給路を遮断する（封止する）手段である供給路遮蔽部３９を上方向に向けて突出させて配置している。

このように構成したので、図４（ａ）に示すように、スイッチ部材３４がオン状態で、記録液１０が満タン状態で収容されたカートリッジ３をカートリッジホルダ４に装填したときには、カートリッジ３の背面の接点部材３６がカートリッジホルダ４の接点３５ａ、３５ｂに接触して接点回路３７が閉じられ、気流発生手段４３に通電されて気流噴出口４１から気流４４が噴出されてカートリッジホルダ４が持ち上げられる。

そして、このとき、カートリッジ３の記録液１０による荷重（重量）がカートリッジホルダ４にかかるので、カートリッジホルダ４は気流４４による上昇圧力に抗して下降した高さ位置になる。このとき、カートリッジ３内の記録液１０の液面１１は水頭差の上限値よりも低い位置にあり、記録ヘッド１とカートリッジ３内の記録液１０の液面１１との水頭差によって記録ヘッド１内の記録液に負圧が付与される。

その後、記録ヘッド１から液滴が吐出されることでカートリッジ３内の記録液１０が消費されるに従ってカートリッジ３の記録液１０による荷重が少なくなるので、カートリッジホルダ４は気流４４による上昇圧力によって上昇する。そして、カートリッジ３内の記録液１０がなくなる（エンド又はニアーエンド）と、カートリッジホルダ４は、図３（ｂ）に示すように上昇した位置になる。このとき、カートリッジホルダ４の高さはカートリッジ３内の記録液１０の液面１１が水頭差の下限値よりも高くなる位置にあるので、記録ヘッド１とカートリッジ３内の記録液１０の液面１１との水頭差によって記録ヘッド１内の記録液には負圧が付与されている。

また、スイッチ手段３４がオフ状態になると、気流発生手段４３への通電が遮断されて気流４４が消失するので、図４（ｃ）に示すように、カートリッジホルダ４が最下降位置まで下降する。このとき、カートリッジホルダ４のフランジ部３８と装置本体部２０の供給路遮蔽部３９との間で供給チューブ６を押し潰して封止するので、供給チューブ６が遮断され、異物や気泡が供給チューブ６内に混入されることが防止される。したがってまた、カートリッジ３を交換するときにはスイッチ手段３４をオフ状態にすることで、異物や気泡が供給チューブ６内に混入されることが防止される。

このようにカートリッジを上昇方向に付勢する力として気流を用いることで、低コストでカートリッジの高さ位置を調整することができ、特に給電回路の一部をカートリッジに持たせることにより、カートリッジが取り外されたときに供給経路を封止することができる。また、省エネモードや電源オフ時にも、電源が供給されないため、カートリッジの位置は調整されないが、供給経路を封止することができ、異物や気泡の混入によるキャリッジ側への影響を防止できる。

次に、本発明の第４実施形態について図５ないし図８を参照して説明する。なお、図５は同実施形態に係る液体吐出装置のカートリッジ装着部分を示す要部模式的説明図、図６は同じくカートリッジホルダの上下動を制御する部分のブロック説明図、図７は同じくカートリッジ装着部分の異なる状態を示す要部模式的説明図、図８は同じく供給路遮断機構部の動作状態を説明に拡大模式的説明図である。

ここでは、カートリッジ３の高さ位置を変化させるために、カートリッジホルダ４の底部に、カートリッジホルダ４を上下動させて高さ位置を変化させる手段である卵形状のカム５１を配置している。

また、カートリッジ３内の記録液残量を検出する手段として、カートリッジホルダ４には供給チューブ６と兼用する検知電極５２と、所定の高さの位置に配置した検知電極５３ａ、５３ｂ、５３ｃを設けている。一方、カートリッジ３には、装填時にカートリッジホルダ４の各検知電極５３ａ、５３ｂ、５３ｃに接触する接点電極５４ａ、５４ｂ、５４ｃを設けている。これらの接点電極５４ａ〜５４ｃはいずれも内部の記録液の高さに応じて記録液に接触可能に設けられる。

そして、図６に示すように、これらの検知電極５２、５３ａ〜５３ｃの通電状態に応じてカム５１を回転させる駆動モータ５６を駆動制御するホルダ上下動駆動手段５５を設けている。

これにより、カートリッジ３内の記録液１０の液面１１が接点電極５４ａ以上のときには検知電極５２と検知電極５３ａとが記録液１０を介して通電することになるので、記録液１０の液面１１が接点電極５４ａ以上の高さ位置以上の位置にあることが検知される。同様にして、検知電極５２と検知電極５３ｂ、５３ｃとの通電状態からカートリッジ３内の記録液１０の液面１１が接点電極５４ａの高さ位置より低く検知電極５４ｂの高さ位置以上の位置にあること、接点電極５４ｂの高さ位置より低い高さ位置にあることを検知できる。これにより、カートリッジ３内の記録液残量に応じてカム５１を回転駆動してカートリッジホルダ４の高さ位置を変化させてカートリッジ３の高さ位置を変化させることができる。

このとき、カートリッジホルダ４が記録ヘッド１内の記録液に付与することができる負圧の上限値から下限値の間、即ち、水頭差の上限値から下限値の間でカートリッジ３内の記録液１０の液面１１が維持されるようにカム５１による高さ位置の変化範囲を設定している。

つまり、ここでは液体吐出ヘッド内の液体に付与することのできる負圧の上限値から下限値の間で液体容器内の液体の液面が維持されるように液体残量に応じて液体容器の高さ位置を変化させる手段は、液体容器を収容する液体容器装填部の高さ位置を変化させる手段であって、液体容器の液体残量を検出する手段と、この液体残量の検出結果に応じて液体容器装填部を上下動させる手段を備えている。

また、供給路を遮断する供給路遮断機構６０は、図８にも示すように、カートリッジホルダ４の底部に、フランジ部３８との間で供給チューブ６を押し潰してカートリッジ３から記録ヘッド１に対する供給路を遮断する（封止する）手段である供給路遮蔽部６１を形成した略Ｌ字状のリンク部材６２を支軸６３によって揺動可能に軸支して配設している。

このリンク部材６２の供給路遮断部６１と反対側の端部には、カートリッジホルダ４の底部との間に圧縮ばね６４を介装し、また、カートリッジホルダ４の底部に支軸６５で揺動可能に軸支したリンク部材６６の一端部を連結軸６９にて回動可能に連結している。このリンク部材６６の他端部をカートリッジ３に当接させる係合部６７とし、この係合部６７はカートリッジホルダ４の底部に形成した貫通穴６８を介してカートリッジホルダ４内部に臨ませ、カートリッジホルダ４内にカートリッジ３が装填されたときに圧縮ばね６４の付勢力に抗して係合部６７が押し下げられ、リンク部材６６が揺動する構成としている。

このように構成したので、図５及び図７（ａ）に示すように、記録液１０が満タン状態で収容されたカートリッジ３をカートリッジホルダ４に装填したときには、検知電極５２と検知電極５３ａとが導通状態になるので、ホルダ上下動駆動手段５５は卵型カム５１の細い側先端部が下を向く位置に回動させる。これにより、カートリッジホルダ４は最も低い位置になり、カートリッジ３は最も低い位置でホールドされる。このとき、カートリッジ３内の記録液１０の液面１１は水頭差の上限値よりも低い位置にあり、記録ヘッド１とカートリッジ３内の記録液１０の液面１１との水頭差によって記録ヘッド１内の記録液に負圧が付与される。

その後、記録ヘッド１から液滴が吐出されることでカートリッジ３内の記録液１０が消費されるに従ってカートリッジ３の記録液１０の液面１１が低下し、図７（ｂ）に示すように、検知電極５２と検知電極５３ａとが非導通状態になると、ホルダ上下動駆動手段５５は卵型カム５１を横向きの位置に回動させる。さらに、記録ヘッド１から液滴が吐出されることでカートリッジ３内の記録液１０が消費されるに従ってカートリッジ３の記録液１０の液面１１が低下し、図７（ｃ）に示すように、検知電極５２と検知電極５３ａ、５３ｂとが非導通状態になると、ホルダ上下動駆動手段５５は卵型カム５１を先端が上向きになる位置に回動させる。

この間、カートリッジホルダ４の高さはカートリッジ３内の記録液１０の液面１１が水頭差の下限値よりも高くなる位置に保持され、記録ヘッド１とカートリッジ３内の記録液１０の液面１１との水頭差によって記録ヘッド１内の記録液には負圧が付与されている。

さらに、記録ヘッド１から液滴が吐出されることでカートリッジ３内の記録液１０が消費されてカートリッジ３の記録液１０の液面１１が低下し、検知電極５２と検知電極５３ａ、５３ｂ、５３ｃとがいずれも非導通状態になると、カートリッジエンドとなる。

そこで、カートリッジ３が交換のためにカートリッジホルダ４から取り外されると、図８（ｂ）に示すように、リンク部材６６の係合部６７がカートリッジホルダ４内に入り込むことができるので、圧縮ばね６４の付勢力（復元力）によりリンク部材６２の他端部が押し下げられて供給路遮蔽部６１が上昇し、フランジ部３８との間で供給チューブ６を押し潰して封止するので、供給チューブ６が遮断され、異物や気泡が供給チューブ６内に混入されることが防止される。

このようにカートリッジの高さ位置を調整する機構としてカムを用いることで、カートリッジの高さ位置を調整することができる。そして、カートリッジの液面を検知して段階的にカートリッジの高さを変えることで記録液の液面位置を調整することができることにより、カートリッジ内の液面変動量がヘッドへかけることのできる負圧の上限値から下限値の範囲を超えていてもヘッドにかかる負圧を規定値以上にオーバーすることをなくカートリッジ内の記録液を使用することが可能になる。また、カートリッジを取り外したときには記録液の供給路を確実に遮断することができる。

ここで、供給路を遮断する供給路遮断機構６０の他の例について図９を参照して説明する。
この例では、カートリッジホルダ４のフランジ部３８を底部側に設け、リンク部材６２の供給路遮蔽部６１を供給チューブ６の上側まで延ばして配置するとともに、リンク部材６２の他端部を係合部６７としてカートリッジホルダ４の貫通穴６８に臨ませ、また、リンク部材６２を揺動付勢する圧縮ばね６４は支軸６３より供給路遮蔽部６１の部位とカートリッジホルダ６４の底部との間に介装している。

これにより、図９（ａ）に示すようにカートリッジ３がカートリッジホルダ４に装填されているときには、リンク部材６２の係合部６７がカートリッジ３に当接して押し下げられているので、反対側の供給路遮蔽部６１が上昇した位置にあり、供給チューブ６には当接しない状態に保持されている。

そして、図９（ｂ）に示すようにカートリッジ３がカートリッジホルダ４から取り外されると、リンク部材６２の供給路遮蔽部６１側が圧縮ばね６４の付勢力で押し下げられるので、供給路遮蔽部６１がフランジ部３８との間で供給チューブ６を押し潰して封止する。このように構成すればリンク部材が１つで済み、図８の構成よりは構成が簡単になる。

次に、本発明の第５実施形態について図１０を参照して説明する。なお、図９は同実施形態に係る液体吐出装置のカートリッジ装着部分を示す要部模式的説明図である。
ここでは、カートリッジ３の高さ位置を変化させるために、カートリッジホルダ４の底部側に、駆動モータ７１によって回転されるウオームギヤ７２を配置し、このウオームギヤ７２にギヤ７３，７３をウオームギヤ７２に噛み合わせ、更にギヤ７３、７３をカートリッジホルダ４の底部に固定したギヤ７４、７４に噛み合わせて、駆動モータ７１によってウオームギヤ７２を回転することにより、ギヤ７３が回転し、これによりギヤ７４が回転して上下方向に移動し、このギヤ７４の上下方向の移動に伴ってカートリッジホルダ４が上下動するようにしている。

そして、カートリッジ３には記録液の使用量あるいは残量に関する情報などが記憶される記憶手段であるＩＣチップ８１が取付けられ、カートリッジホルダ４側にはＩＣチップ８１との接点８１が設けられている。さらに、駆動モータ７１を回転駆動するホルダ上下動駆動手段７５を備えている。このホルダ上下動駆動手段７５は、ＩＣチップ８１に記憶されている情報を読み出して駆動モータ７１を回転駆動する。

つまり、ここでは液体吐出ヘッド内の液体に付与することのできる負圧の上限値から下限値の間で液体容器内の液体の液面が維持されるように液体残量に応じて液体容器の高さ位置を変化させる手段は、液体容器を収容する液体容器装填部の高さ位置を変化させる手段であって、液体容器に備えられた記憶手段に記憶されている液体使用量及び液体残量の少なくともいずれかの情報に基づいて液体容器装填部を上下動させる手段で構成している。

このように構成したので、ホルダ上下動駆動手段７５によってカートリッジホルダ４に装填されたカートリッジ３のＩＣチップ８１に記憶されている記録液使用量又は記録液残量情報を読み出し、記録液の残量に応じて駆動モータ７１を回転駆動してウオーム７２を回転させ、カートリッジホルダ４を上下動させる。このとき、カートリッジホルダ４の高さはカートリッジ３内の記録液１０の液面１１が水頭差の上限値と下限値の範囲内になる位置に保持され、記録ヘッド１とカートリッジ３内の記録液１０の液面１１との水頭差によって記録ヘッド１内の記録液には負圧が付与される。

この場合、カートリッジホルダ４の上下動は連続的に行ってもよいし、あるいは、段階的に行ってもよい。

このように、カートリッジの高さ位置を調整する機構としてギヤ機構を用いることによって、カートリッジの高さ位置を調整することができる。そして、カートリッジの液面を検知して段階的にカートリッジの高さを変えることで記録液の液面位置を調整することができることにより、カートリッジ内の液面変動量がヘッドへかけることのできる負圧の上限値から下限値の範囲を超えていてもヘッドにかかる負圧を規定値以上にオーバーすることをなくカートリッジ内の記録液を使用することが可能になる。また、カートリッジを取り外したときには記録液の供給路を確実に遮断することができる。

次に、本発明に係る液体吐出装置を含む画像形成装置の一例について図１１及び図１２を参照して説明する。なお、図１１は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図１２は同機構部の要部平面説明図である。
この画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板２０１Ａ、２０１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド２３１、２３２でキャリッジ２３３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ２３３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出するための本発明に係る液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド２３４ａ、２３４ｂ（区別しないときは「記録ヘッド２３４」という。）を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。

記録ヘッド２３４は、それぞれ２つのノズル列を有し、記録ヘッド２３４ａの一方のノズル列はブラック（Ｋ）の液滴を、他方のノズル列はシアン（Ｃ）の液滴を、記録ヘッド２３４ｂの一方のノズル列はマゼンタ（Ｍ）の液滴を、他方のノズル列はイエロー（Ｙ）の液滴を、それぞれ吐出する。

また、キャリッジ２３３には、記録ヘッド２３４のノズル列に対応して各色のインクを供給するための供給路中に圧力変動を抑えるバッファタンク２３５ａ、２３５ｂ（区別しないときは「バッファタンク２３５」という。）を搭載している。このバッファタンク２３５には各色の供給チューブ２３６を介して、各色の液体容器であるインクカートリッジ２１０ｙ、２１０ｍ、２１０ｃ、２１０ｋから各色のインクが補充供給される。

ここで、インクカートリッジ２１０ｙ、２１０ｍ、２１０ｃ、２１０ｋは、それぞれ、前述した液体吐出装置の実施形態で説明したカートリッジホルダ２１１ｙ、２１１ｍ、２１１ｍ、２１１ｋに着脱自在に装着され、記録ヘッド２３４との水頭差によって記録ヘッド２３４内に負圧を付与している。そして、各カートリッジホルダ２１１ｙ、２１１ｍ、２１１ｍ、２１１ｋは、前述した液体吐出装置の実施形態で説明したいずれかの構成によって、インクカートリッジ２１０ｙ、２１０ｍ、２１０ｃ、２１０ｋ内の記録液（インク）の残量に応じて、インクの液面が水頭差の上限値と下限値との範囲内で維持されるように高さ位置が変化するようにしている。

一方、給紙トレイ２０２の用紙積載部（圧板）２４１上に積載した用紙２４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２４１から用紙２４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２４３及び給紙コロ２４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４４を備え、この分離パッド２４４は給紙コロ２４３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙２４２を記録ヘッド２３４の下方側に送り込むために、用紙２４２を案内するガイド部材２４５と、カウンタローラ２４６と、搬送ガイド部材２４７と、先端加圧コロ２４９を有する押さえ部材２４８とを備えるとともに、給送された用紙２４２を静電吸着して記録ヘッド２３４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト２５１を備えている。

この搬送ベルト２５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ２５２とテンションローラ２５３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。また、この搬送ベルト２５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ２５６を備えている。この帯電ローラ２５６は、搬送ベルト２５１の表層に接触し、搬送ベルト２５１の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト２５１は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ２５２が回転駆動されることによってのベルト搬送方向に周回移動する。

さらに、記録ヘッド２３４で記録された用紙２４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２５１から用紙２４２を分離するための分離爪２６１と、排紙ローラ２６２及び排紙コロ２６３とを備え、排紙ローラ２６２の下方に排紙トレイ２０３を備えている。

また、装置本体１の背面部には両面ユニット２７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット２７１は搬送ベルト２５１の逆方向回転で戻される用紙２４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２４６と搬送ベルト２５１との間に給紙する。また、この両面ユニット２７１の上面は手差しトレイ２７２としている。

さらに、キャリッジ２３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド２３４のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構２８１を配置している。この維持回復機構２８１には、記録ヘッド２３４の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）２８２ａ、２８２ｂ（区別しないときは「キャップ２８２」という。）と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード２８３と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け２８４などを備えている。

また、キャリッジ２３３の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける液体回収容器であるインク回収ユニット（空吐出受け）２８８を配置し、このインク回収ユニット２８８には記録ヘッド２３４のノズル列方向に沿った開口部２８９などを備えている。

このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ２０２から用紙２４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２４２はガイド２４５で案内され、搬送ベルト２５１とカウンタローラ２４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド２３７で案内されて先端加圧コロ２４９で搬送ベルト２５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、帯電ローラ２５６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト２５１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト２５１上に用紙２４２が給送されると、用紙２４２が搬送ベルト２５１に吸着され、搬送ベルト２５１の周回移動によって用紙２４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ２３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２３４を駆動することにより、停止している用紙２４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙２４２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙２４２を排紙トレイ２０３に排紙する。

なお、上記実施形態では本発明に係る液体吐出装置をプリンタ構成の画像形成装置に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ／ファックス／コピア複合機などの画像形成装置にも適用することができる。また、記録液以外の液体を用いる液体吐出ヘッド、液体吐出装置、画像形成装置にも適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る液体吐出装置のカートリッジ装着部分を示す要部模式的説明図である。 同じくカートリッジ装着部分の異なる状態を示す要部模式的説明図である。 本発明の第２実施形態に係る液体吐出装置のカートリッジ装着部分の異なる状態を示す要部模式的説明図である。 本発明の第３実施形態に係る液体吐出装置のカートリッジ装着部分の異なる状態を示す要部模式的説明図である。 本発明の第４実施形態に係る液体吐出装置のカートリッジ装着部分を示す要部模式的説明図である。 同じくカートリッジホルダを上下動させる制御を行う部分の説明に供するブロック図である。 同じくカートリッジ装着部分の異なる状態を示す要部模式的説明図である。 同じく供給路遮断機構の動作状態の説明に供する要部模式的説明図である。 供給路遮断機構の他の例における動作状態の説明に供する要部模式的説明図である。 本発明の第５実施形態に係る液体吐出装置のカートリッジ装着部分を示す要部模式的説明図である。 本発明に係る液体吐出装置を含む画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 同じく要部平面説明図である。

符号の説明

１…記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
２…キャリッジ
３…カートリッジ（液体容器）
４…カートリッジホルダ（液体容器装填部）
６…供給チューブ
２１…ばね部材（弾性部材）
２３…供給路遮断部
３１…マグネット
３２…電磁石
４１…気流噴出口
５１…カム
６０…供給路遮断機構
７２…ウオーム
２３３…キャリッジ
２３４ａ、２３４ｂ…記録ヘッド
２１０ｙ、２１０ｍ、２１０ｃ、２１０ｋ…インクカートリッジ
２１１ｙ、２１１ｍ、２１１ｍ、２１１ｋ…カートリッジホルダ

Claims (8)

1. 液体を記録媒体に吐出する液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドに対して供給する液体を収容した液体容器とを備え、この液体容器の液面と前記液体吐出ヘッド内の液体との水頭差で液体吐出ヘッド内に液体に負圧を付与する液体吐出装置において、
   前記液体吐出ヘッド内の液体に付与することのできる負圧の上限値から下限値の間で前記液体容器内の液体の液面が維持されるように液体残量に応じて前記液体容器の高さ位置を変化させる手段と、
   前記液体容器が取り外されているときに前記液体容器から前記液体吐出ヘッドに対する液体供給路を遮断する手段を備えている
   ことを特徴とする液体吐出装置。
2. 請求項１に記載の液体吐出装置において、前記液体容器の高さ位置を変化させる手段は、前記液体容器を上昇方向に付勢する付勢力を発生する弾性部材を含むことを特徴とする液体吐出装置。
3. 請求項１に記載の液体吐出装置において、前記液体容器の高さ位置を変化させる手段は、前記液体容器を上昇方向に付勢する磁力による反発力を発生する手段を含むことを特徴とする液体吐出装置。
4. 請求項１に記載の液体吐出装置において、前記液体容器の高さ位置を変化させる手段は、前記液体容器を上昇方向に付勢する気流を発生する手段を含むことを特徴とする液体吐出装置。
5. 請求項１に記載の液体吐出装置において、前記液体容器の高さ位置を変化させる手段は、前記液体容器の液体残量を検出する手段と、この液体残量の検出結果に応じて前記液体容器を上下動させる手段を含むことを特徴とする液体吐出装置。
6. 請求項１に記載の液体吐出装置において、前記液体容器の高さ位置を変化させる手段は、前記液体容器に備えられた記憶手段に記憶されている液体使用量及び液体残量の少なくともいずれかの情報に基づいて前記液体容器を上下動させる手段を含むことを特徴とする液体吐出装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の液体吐出装置において、前記液体容器の高さ位置を変化させる手段は、前記液体容器を着脱自在に装着する液体容器装着部の高さ位置を変化させることを特徴とする液体吐出装置。
8. 被記録媒体に液体吐出装置を用いて画像を形成する画像形成装置において、請求項１ないし7のいずれかに記載の液体吐出装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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