JP2008265097A - 圧力調整装置及び、圧力調整装置を搭載する画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のインクジェット方式の画像形成装置は、記録ヘッド内の負圧を利用したインク供給方式では、インク量の消費変化により記録ヘッド内で負圧が変動し、循環ポンプによるインク循環経路では、循環ポンプによる脈動が記録ヘッド内で負圧を不安定にする。
【解決手段】インクタンクと空間的に接続し、摺動により内部空間の容積が可変する固定部と摺動部からなる可変容器を備え、摺動部に設けられた保持部３と外部に設けられた保管部４とが重力を用いた移送機構により流体からなる重錘を往来させて、内部空間の容積を可変することにより、インクタンクに発生する圧力の変動を抑止する圧力調整装置を搭載する画像形成装置である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、記録ヘッドから記録媒体にインクを吐出して画像を形成する画像形成装置に関する。

一般に、インクを吐出して画像を形成するインクジェット方式の画像形成装置が普及している。この画像形成装置は、ノズルのインク吐出動作を安定させるために、ノズルに適切なメニスカスを形成している。このメニスカスを形成するためには、ノズルヘの圧力が適正な負圧（印字適正圧）で維持されなければならない。この負圧を発生させる手法として、例えば、特許文献１には、記録ヘッドのインク供給機構内に圧力調整空間を設けて、この圧力調整空間をファンやポンプにより減圧して負圧を発生させる技術が提案されている。また記録ヘッドにインクを供給する方法として、記録ヘッド内の負圧によってインク供給機構からインクを引き込む方法や、例えば、特許文献２による循環するインク供給機構を用いる方法が知られている。
特開２００６−３２６８５５号公報 特開２００４−２３０６５２号公報

上述した画像形成装置において、記録ヘッドヘの圧力が適正に保たれなければ、インクの吐出が不安定となり 濃度のムラなど形成された画像の品位が低下する。例えば、単位時間あたりにノズルから吐出されるインク量が一時的に増加した時、インクの供給量を上回ればインクタンク内のインク体積が減少する。この時に、特許文献１に開示されているファンやポンプによって、インクタンク内を一定負圧に保つ方法では、圧力調整空間の体積が増加することになり、その空間内の圧力も変化する。この変化により、ノズルへの適正な負圧を安定して加えることは困難である。一方、記録ヘッドヘのインク供給においても、印字適正圧の維持には困難がある。

上述したような記録ヘッド内の負圧を利用してインク供給機構から記録ヘッドにインクを引き込む方法では、急峻なインク量の消費変化があった時には、記録ヘッドヘのインク供給が対応できず、記録ヘッド内で負圧が大きく変動する。このように、ノズルを印字適正圧に維持させることは難しい。

一方、循環ポンプをインク循環経路に用いた場合、インク流に脈動が発生する。特許文献２では、循環ポンプと記録ヘッドの間にアキュムレータを用いることで、この脈動が直接、記録ヘッドに伝搬されることを防止している。その反面、循環ポンプの上流にあるインクタンク内へ脈動は伝搬され、圧力に変動が発生する。特許文献２では、インクタンク内の負圧によって、記録ヘッドからインクタンクヘとインクを循環させている構成であるため、インクタンク内の圧力の脈動は記録ヘッドヘフィードバックされる。従って、ノズルに適正圧を安定して供給することが難しい。

本発明は、上記問題に着目したものであり、圧力調整空間を一定圧力に保ち且つ、ノズルを適正な負圧に保ち、高品質な画像を形成するために用いられる圧力調整装置及び、圧力調整装置を搭載する画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態は、画像を形成する画像形成装置に搭載され、インクを吐出する記録ヘッドにインクを供給するためのインクタンクの内部と連通され、摺動により内部空間の容積が可変する摺動部と固定部からなる可変容器と、前記摺動部に固着された保持部と、前記保持部と内部同士で連通し、互いに流体からなる重錘を収容する保管部と、前記保持部と前記保管部との間に設けられ、前記重錘を往来させる移送機構と、を備え、前記重錘に掛かる重力を用いて、前記摺動部を牽引し前記内部空間の容積を可変することにより、前記インクタンク内で維持される負圧を前記記録ヘッドに伝搬する圧力調整装置を提供する。

さらに、実施形態は、搬送される記録媒体にインクを吐出して画像を形成する記録ヘッドと、前記記録ヘッドにインクを供給するインク供給機構と、前記インク供給機構は、インクタンクと、前記インク供給機構に圧力を印加する圧力調整装置を有し、前記圧力調整装置は、前記インクタンクの内部と連通され、内部空間の容積を可変により内部圧力を変化させる可変容器と、前記可変容器内に流体からなる重錘を供給／排出する移送機構と、
を具備し、前記可変容器に収容された前記重錘の自重により、前記可変容器を変形して前記内部空間の容積を変化させ、前記前記インクタンクに前記内部圧力の変化を伝搬する画像形成装置を提供する。

また、記録ヘッドにインク供給するインクタンクの内部と連通され、固体容器部と摺動容器による内部空間を有する可変容器を用いる圧力調整方法であって、前記摺動部に流体からなる重錘を収納し、前記重錘の自重により前記摺動部を移動させて、前記可変容器の内部空間の容積を可変して、その容積変化に応じた圧力の変化を前記インクタンクに伝搬し、前記記録ヘッドに供給する前記インクに掛かる圧力を可変する圧力調整方法を提供する。

本発明によれば、圧力調整空間を一定圧力に保ち且つ、ノズルを適正な負圧に保ち、高品質な画像を形成するために用いられる圧力調整装置及び、圧力調整装置を搭載する画像形成装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１には、本発明における第１の実施の形態に係る圧力調整装置を搭載する画像形成装置の概念的な構成例を示す。ここでは、要旨となる圧力調整装置について示し、本実施の形態にも本来設けられている記録媒体の供給系及び排出系を含む搬送機構及び画像処理部等の構成は省略している。なお、以下の説明では、記録媒体の幅方向が記録ヘッド（主走査方向）の配列方向であり、この幅方向と直交する方向を搬送方向（副走査方向）とする。

本実施の形態は、多数のノズルがそれぞれに複数色のインクを吐出して記録媒体上にカラー画像を形成するインクジェット方式の画像形成装置である。図１においては、一色のインク供給系統における圧力調整装置を例として示している。

画像形成装置８は、搬送機構におけるプラテン１１と、プラテン１１上を搬送される記録媒体１２にインクを吐出する記録ヘッド１０と、記録ヘッド１０へインクを供給するインク供給機構６２と、圧力調整装置９と、種々の判断を含み装置全体を制御する制御部３１を備えている。

記録ヘッド１０は、背面側にインク流入口１０ｂとインク流出口１０ｃとが設けられ、インク供給機構６２からインクが随時供給される。記録ヘッド１０は、正面のノズル面には、複数のノズル１０ａが配置され、図示しない圧電素子により構成されたアクチュエータの駆動によって、供給されたインクがノズル１０ａから吐出される。本実施の形態における記録ヘッド１０は、６個の短尺な記録ヘッドが記録媒体の幅方向で、互いの端（ノズル列）に重なりを持たせて千鳥状で交互の２列に配列される。これらの記録ヘッド１０は、前後列でインクの吐出タイミングを図ることで１本のラインを記録する。尚、記録ヘッド１０は、短尺な記録ヘッドの組み合わせではなく、１本のラインヘッドでもよい。記録媒体１２の搬送方向は、記録媒体の幅方向と直交した方向である。

インク供給機構６２は、記録ヘッド１０のノズル１０ａよりも上方に設けられた上部タンク１４と、上部タンク１４と記録ヘッド１０を接続するチューブ２２ｂと、記録ヘッド１０よりも下方に設けられた下部タンク１３と、記録ヘッド１０と下部タンク１３を接続するチューブ２２ｃと、下部タンク１３と上部タンク１４を接続するチューブ２２ｄと、上部タンク１４にチューブ２２ａを介して取り付けられたインク補充タンク２０と、圧力調整装置９とで構成される。インク供給機構６２に記録ヘッド１０を含めてインクの循環系が構成される。

さらに、チューブ２２ｃの上流端（記録ヘッド１０側）には、圧力センサ６３が設けられ、インク流出口１０ｃ付近のインク圧力を測定する。同様に、チューブ２２ｂの下流端（記録ヘッド１０側）には圧力センサ６６が設けられており、インク流入口１０ｂ付近のインク圧力を測定する。これらの記録ヘッド１０に印加されている圧力を知ることができる。

下部タンク１３には圧力連通管１８を介して圧力調整装置９が取り付けられている。また下部タンク１３には、弁とフィルタを有した大気連通管１３ａと、タンク内の液面を適正な高さに保つ為の液面調整部１３ｂと、が設けられている。画像形成時には大気連通管１３ａの弁は閉じられているが、これを開くことで下部タンク１３内を大気開放することもできる。大気連通管１３ａのフィルタは、外部からインク供給機構６２内に異物が混入することを防止する。

チューブ２２ｄによる経路上には、下部タンク１３から上部タンク１４にインクを移送する循環ポンプ１５と、インク温度を調整する温度調整部１６と、インク内の異物を除去するフィルタ１７と、が設けられている。チューブ２２ａによる経路上には、弁１９が設けられる。弁１９は、インク補充タンク２０から上部タンク１４にインクを補充する時以外は閉じている。上部タンク１４の上部には、弁とフィルタのついた大気連通管１４ａが設けられており、画像形成時には、その弁は開放され、上部タンク１４内は大気圧に保たれている。

また上部タンク１４には、常に液面を予め定めた適正な高さに保つための液面調整部１４ｂが設けられている。大気連通管１４ａのフィルタは、外部からインク供給機構６２内への異物の混入を防止する。

以下に、このように構成された画像形成装置８における記録媒体１２に画像を記録する手順について説明する。図示しない制御部内の画像処理部により生成された画像データに基づく記録ヘッド駆動信号（吐出信号）が記録ヘッド１０に入力される。記録媒体１２は、搬送機構のプラテン１１に吸着された状態で搬送される。記録ヘッド１０は、ノズル１０ａより２ｍｍ程離れて搬送される記録媒体１２にインクを吐出する。エンコーダ等により得られた搬送速度に同期した同期信号でタイミングをとって、入力した吐出信号で記録ヘッド１０がインクを吐出し、記録媒体１２に画像が形成される。通常の４色のインクを用いたカラー画像の形成であれば、記録ヘッド１０は、色ごとに少なくとも４列（但し、上述した千鳥２列で１列としている）が搬送方向に沿って配置される。

次に、記録ヘッド１０ヘのインク供給について説明する。
インクは、インク補充タンク２０から上部タンク１４に充填される。このインクは、チューブ２２ｂを経て、インク流入口１０ｂから記録ヘッド１０に供給される。ノズル１０ａで吐出されなかった余剰分のインクは、記録ヘッド１０には留まらず、インク流出口１０ｃより出てチューブ２２ｃを通り下部タンク１３に流れる。下部タンク１３内のインクは、循環ポンプ１５によってチューブ２２ｄから吸い上げられ、チューブ２２ｄの途中に設けられた温度調整部１６及びフィルタ１７を通って、上部タンク１４へと戻る。インクは、温度調整部１６によりインクの温度が予め定められた画像形成に適した温度に調整され、さらに、フィルタ１７を透過されてインク内の不純物が濾過される。下部タンク内の液面の高さは、液面調整部１３ｂによって常に適正な高さに維持されている。液面調整部１３ｂは、例えば、液面センサから構成され、下部タンク１３内の液面が一定になるように下部タンク１３から循環ポンプ１５が吸い上げるインク流量を制御部３１により制御する。このように下部タンク１３内の液面の変動は、液面調整部１３ｂの作用により略一定の高さに維持される。

この構成により、記録ヘッド１０からインクが吐出されると、上部タンク１４内のインクが減少し、液面が低下する。液面調整部１４ｂが上部タンク１４内の液面低下を検知すると、弁制御駆動部６４が弁１９を開く。これによりインク補充タンク２０からチューブ２２ａを通って上部タンク１４にインクが供給される。インク補充タンク２０の上部には、不純物の混入を防ぐ為のフィルタを有した大気連通管２１が設けられており、インク補充タンク２０の内部は大気開放されている。これにより弁１９が開放されると、インクは補充タンク２０からチューブ２２ａを通って上部タンク１４内に流れ込む。

上述した様に、画像形成における高い品位を維持するには、ノズル１０ａ内に適正なメニスカスを形成する必要がある。そのために記録ヘッド１０内のインクの圧力を印字適正圧に保たねばならない。そこで、本実施の形態の特徴となる圧力調整装置９によって、下部タンク１３内の圧力を調整することで、印字適正圧の保持を実現する。

以下に、第１の実施の形態に係る圧力調整装置の詳細な構造と作用、効果について説明する。図２には、圧力調整装置９の断面構成を示す。
圧力調整装置９は、容器固定部１ａと容器摺動部１ｂからなる可変容器１と、容器摺動部１ｂに連結された保持部３と、保管部４と、保持部３の内部及び保管部４の内部に収容される重錘２と、重錘２の移送機構５とにより構成される。重錘２は、保持部３の内部に収容される重錘２ａと、保管部４の内部に収容される重錘２ｂとに分けられて収容されている。

重錘２は、移送機構５により保持部３と保管部４の間を移動される。保持部３内に収容される重錘２ａの量（重さ）を調整することで、可変容器１の内部空間の圧力が調整される。重錘２は、流体であり、液体及び粉体等が考えられ、本実施の形態では水を用いている。移送機構５は、管５ａと、ポンプ５ｂと、弁５ｃとで構成される。ポンプ５ｂと弁５ｃは、管５ａの中間に設けられている。

管５ａは、一端が保持部３の底面に接続され、他端は少なくとも先端部分が常に保管部４の重錘２ｂ内に留まっている。即ち、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、重錘２ｂの液面高さが変動した場合、又は容器摺動部１ｂが上下動した場合であっても、管５ａの他端の先端部分は、常に重錘２ｂの液面より下で、且つ保管部４内の底に接触しない様に設定されている。

容器固定部１ａ及び容器摺動部１ｂは、金属製の円筒形容器（例えば、シリンジ形状）であり、容器摺動部１ｂは容器固定部１ａに対し摩擦なくなめらかに密着して摺動し、可変容器１の内部空間の容積を変化する。 摺動面は、可変容器１の内部空間を密閉する密着性と、摺動に際して過大な摩擦を生じない滑らかさを持っていることが望ましい。これを実現するために、容器摺動部１ｂと容器固定部１ａの間の摺動部分にグリス等の潤滑剤を用いてもよい。容器固定部１ａは、圧力連通管１８に接続されており、可変容器１の内部空間は、下部タンク１３と連通している。

移送機構５は、保持部３と保管部４の間で、重錘２を移送させて保持部３内の重錘２ａの量を調整する。
可動部６５は、容器摺動部１ｂと、保持部３と、保持部３内の重錘２ａと、移送機構５とで構成される。この可動部６５の重量が一定の場合には、可動部６５に作用する重力により容器摺動部１ｂには、常に下方向（重力方向）に一定の力が働く。これにより可変容器１の内部は、一定の負圧に維持される。なお、重錘２ｂ中の管５ａに対して浮力が作用するが、この浮力を可動部６５に作用する重力に対して小さくする方が好ましい。可変容器１の内部空間は圧力連通管１８によって下部タンク１３の内部空間と連通している。このように連通した空間であり、記録ヘッド１０への印加圧力に寄与する密閉された内部空間を圧力調整空間と呼ぶ。尚、下部タンク１３の大気連通管１３ａにより大気開放された場合には、容器摺動部１ｂが抜け落ちるため、ストッパ５ｄを設けて、抜け落ちずに管５ａの先端部分が保管部４に当たる前に停止させる。ストッパ５ｄは、例えば、容器摺動部１ｂの底部に当接するバー部材でもよい。

上述したようにインク供給機構６２内のインク脈動や吐出インク量の変化等により下部タンク１３内の液面が変動した時には、容器摺動部１ｂが摺動し圧力調整空間内の気体に一定の負圧を加えたままで圧力調整空間の体積を一定に保つ。ノズル１０ａに印加される圧力は主に、ノズル１０ａと上部タンク１４間の水頭差による加圧と、ノズル１０ａと下部タンク１３間の水頭差による減圧と、下部タンク１３内の気体圧力すなわち圧力調整空間内の圧力によって決定されている。

上部タンク１４、下部タンク１３とノズル１０ａの位置関係は、設計時に固定されている。また、上部タンク１４内の液面高さは、圧力調整部１４ｂによって一定に保たれている。下部タンク１３内の液面高さが変化した際には、液面調整部１３ｂの効果によって液面高さが一定の位置に復帰するまでの間においても、圧力調整装置９が圧力調整空間内の圧力を一定に保つ。これらの結果、ノズル１０ａに印加される負圧は、印字適正圧に保たれる。

次に、圧力調整装置９の供給圧力の調整について説明する。
画像形成時の周囲環境温度が低く、インク温度が低下していた場合、インク粘度は高くなっている。インク粘度が高ければインクの表面張力も強いため、ノズル１０ａに印加する負圧が弱くともインクがノズル１０ａより漏れ出すことは無い。またインク粘度が高いとインクがノズル１０aを通過する際の流路抵抗やメニスカスの表面張力が増加する為、インクを適正な速度でノズル１０ａから吐出するためにも、ノズル１０ａへの負圧を弱めたほうがよい。

一方、画像形成時の周囲環境温度が高くインク温度が上昇している場合、インク粘度は低下している。インク粘度が低ければインクの表面張力も弱いため、ノズル１０ａに印加する負圧を強めなければ、ノズル１０ａよりインクが漏れ出してしまう虞がある。またインク粘度の低下によってインクがノズル１０aを通過する際の流路抵抗やメニスカスの表面張力が低下する為、インクを適正な速度でノズル１０ａから吐出する為にも、ノズル１０ａへの負圧を強めたほうがよい。

次に、圧力調整装置９の供給圧力を調整する方法について説明する。
供給圧力を弱める場合には、弁５ｃを開放し、保持部３内の重錘２ａを保管部４へ移動し、保持部３内の重錘２ａの量を減少させて、適当となった時点で弁５ｃを閉鎖する（図３（ｂ）参照）。この結果、保持部３内の重錘２ａの総重量が減少するため、容器摺動部１ｂを下方に引く力も弱まる。これにより圧力調整空間内の負圧が弱まる。重錘２ａの量が適当であることは、圧力センサ６３及び圧力センサ６６の圧力検出値から算出した記録ヘッドヘ印加する負圧から制御部３１が判断する。

一方、供給圧力を強める場合には、弁５ｃを開放した後、ポンプ５ｂを動作し、保管部４内の重錘２ｂを収納部３内へ吸い上げる。収納部３内の重錘２ａの量が適当となったところで弁５ｃを閉鎖した後、ポンプ５ｂを停止する（図３（ｃ）参照）。これにより保持部３内の重錘２aの総重量が増加し、容器摺動部１ｂを下方に引く力が強まるため、圧力調整空間内の負圧が強まる。ここでも重錘２ａの量が適当であることは、圧力センサ６３及び圧力センサ６６の圧力検出値を用いて判断する。

本実施の形態によれば、容器摺動部１ｂは、重力を利用して下方に引くことにより圧力調整空間に一定の圧力（負圧）を供給する。下部タンク１３内のインクの液面の高さの変化による下部タンク１３内の空間の容積変化を容器摺動部（シリンジ）１ｂが摺動することで圧力調整空間の容積を一定に保ち圧力調整空間内の圧力を一定に保つ。また、保持部３内の重錘２の量を変化させることで圧力調整空間圧力を所望の圧力に変更させる。

こうして圧力調整空間内の圧力を一定に保つことで、常に記録ヘッド１０に印字適正圧を印加することができる。また、インク粘度の変化等により、画像形成条件が変わった際には、圧力調整空間の圧力を調整し、インク粘度に応じた印字適正圧を記録ヘッドに印加することができる。これらの効果によって、本実施の形態は、形成された画像の品位を高く保つことができる。

尚、本実施の形態では、直管である管５ａの他端が常に保管部４内の重錘２ｂ中に留まっているように設定したが、例えば柔軟なチューブを管５ａに用いて、下端が保管部４の適当な位置例えば、保管部４内の底部に在るように固定しても良い。
また、チューブ２２ｃに圧力センサ６３を設け、チューブ２２ｂに圧力センサ６６を設けてインク圧力を測定したが、可変容器１の内部空間等に圧力センサを設けて圧力調整空間の圧力を測定し保持部３内の重錘２ａの量を調整しても良い。重錘２は、流体であれば用いることができ、本実施の形態では、入手が容易で安価な水を用いる例であったが、他にも、水よりも比重の大きな液体を用いた場合には、圧力調整装置９の小型化と供給圧力の強化を両立できる。このような液体として、例えば水銀などが考えられる。重錘２として液体を用いた場合には、重錘２の量は略無段階に調整することができる。

しかし、必要な調整圧力の精度に応じて例えば、重錘として液体の他にも多数の微少なガラスビーズ、鉄球等からなる粉体を用いることもできる。この粉体を用いた場合、粉体の移送機構としてポンプ５ｂの代わりに、ファン等を使用する方法が考えられる。必要な精度以下の個々の重量であれば良いが、１個の粉体の重量は例えば重錘の総重量の５％以下とすることもでき、好適には１％以下とすることができる。

このような個体重量であれば、略無段階に圧力（負圧）を調整することができる。

また可変容器１はシリンジ等の摺動部を有する構造であっても、摺動時の摩擦を低減する為に突起部で摺動する等して摺動面積を小さくした容器とすることもできる。例えば、容器摺動部１ｂの外面に小さな半球を複数形成し、その半球の頂点を容器固定部１ａの内面に摺動させる。この場合には、摺動部で可変容器１の内部空間を密閉することはできないので、互いに摺動する少なくとも２体の部材を変形する可変部材を介して連結することで内部空間を密閉する。変形する可変部材とは、例えばビニールなどである。

また可変容器１の内部は圧力調整空間の一部であり、インク供給機構６２に連通しているため、可変容器１内には、インクガスが混入してくる。保管部４を可変容器１の外側に配置した場合、重錘２として用いる物質とインクガスの材料共存性を考慮する必要が無く、重錘２として、より適切な物質を使用できるという効果がある。

以上のように、インクの脈動やインク吐出量の変動に対応した画像の品位の維持について説明したが、本実施の形態の圧力調整装置は、以下のような場面でも画像の品位の維持を容易にすることができる。例えば、メンテナンスや修理における部品交換の場合、ヘッド仕様が変更されて流路径やノズル径が変わった場合、インクの粘性が異なるインクへの仕様変更の場合には、印字適正圧が変化する。この場合、圧力供給装置９でノズル１０ａへの負圧を調整することで画像形成装置の再設計や部品の交換無しにヘッド仕様やインク仕様の変更に対応できる。

図４には、第２の実施の形態に係る圧力調整装置の構成例を示し説明する。
本実施の形態は、容器摺動部が保持部を兼用することで重錘が保持部に換わって可変容器の容器摺動部内に収容され、容器固定部に保管部が固定された構成である。本実施の形態の構成要素において、上述した第１の実施の形態と同等の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

この圧力調整装置９は、容器摺動部１ｂ内に重錘２ａが収容され、可変容器１の外部上方に固着される保管部４を密閉容器とし、その上部に設けた連通管６によって保管部４内部と圧力調整空間を連通した構成である。連通管６は、保管部４の内部空間と圧力調整空間と連通する。容器摺動部１ｂの内部に重錘２aを収容することで圧力調整装置９がコンパクト化される。

この構成において、連通管６を設けたことにより、可変容器１内と保管部４内に気圧差がなくなり、ポンプ５ｂには重錘２ａと重錘２ｂの液面間の水頭差しか負荷が掛からなくなる。また、重錘２の移送に要する負荷が小さいため、ポンプ５ｂが小型で小出力のタイプを用いることができる。一般に、ポンプは、出力が小さいと、出力の調整分解能も細かくなるので重錘２の量の制御精度を向上させることができる。

また、連通管６を設けて保管部４の内部空間と圧力調整空間と連通したことにより、容器摺動部１ｂの内部に重錘２aを収納し、容器摺動部１ｂと保管部４の間で重錘２を移送させても圧力調整空間の容積が一定であるため、重錘２の移送による圧力調整空間の圧力変動への影響が無い。

図５には、第３の実施の形態に係る圧力調整装置の構成例を示し説明する。
本実施の形態は、図４に示した構成において、容器固定部１ａと容器摺動部１ｂからなる可変容器１に替わってベローズを用いた構成の圧力調整装置である。

このベローズが持つバネ性に関しては、ベローズである可変容器１の容積が最大である時と最小である時の復元力の差が、圧力調整装置９の供給圧力の調整精度よりも小さいことが好ましい。本実施の形態の圧力調整装置９は、上述した第２の実施の形態における圧力調整装置９と比べて、可変容器１が複数の蛇腹を有しており１体の部材で構成されたベローズである点が異なっている。

下部タンク１３内のインクの液面高さが変化した際には、ベローズである可変容器１が伸縮することで圧力調整空間の体積を一定に維持する。ベローズである可変容器１の内部には重錘２ａが収容されている。本実施の形態の圧力調整装置９は、シリンジ状の可変容器１を用いる場合に、比べて製造が容易であり、可変容器１が一体の部材で構成されているため密閉性が良い。

また、摺動部が無いので摺動抵抗が無く、慮り等も無く確実な動作ができる。なお可変容器全体にベローズを形成したが、一部のみにベローズが形成されていても良い。また、圧力の可変範囲にもよるが、横隔膜と同じ動きを行う伸縮する膜がフレーム部材に張られた構造でもよい。重錘２の重力を膜に作用させて圧力調整空間に圧力を発生させる。

図６には、第４の実施の形態に係る圧力調整装置の構成例を示し説明する。

上述した実施の形態では、重錘２に液体を適用し、管５ａとポンプ５ｂと弁５ｃによる構成であったが、本実施形態では、重錘２に粉体、例えば、微小な磁性体を用いた構成である。主として、重錘２を搬送する移送機構５が前述した各実施の形態とは異なっている。尚、本実施の形態において、上述した第１の実施の形態の構成要素と同じ構成要素には同じ参照符号を付して、その説明を省略する。

移送機構５は、磁力を用いて重錘２を吸着する保持具５ｇと、保持具５ｇを固着する保持具アーム５ｅと、保持具アーム５ｅを摺動させて延出させる摺動駆動部５ｆとで構成される。重錘２は例えば鉄粉であり、保持具５ｇは例えばソレノイドコイル（電磁石）を内蔵し、磁力を調整することにより任意量の重錘２を吸着及び脱着（又は開放）する装置である。

保持具アーム５ｅは、保持具５ｇを固着した状態で、摺動駆動部５ｆにより延出される。摺動駆動部５ｆは、保持具アーム５ｅの延出させる駆動部と、その延出方向をガイドするガイド機構例えば、レールとで構成される。駆動部としては、リニアモータ、ワイヤとプーリが挿嵌されたモータとの組み合わせ、モータが連結されたボールねじとナットとの組み合わせ等、種々の駆動部を用いることができる。保持部３には、保持具５ｇが内部に挿入できるように窓が設けられている。

保持具５ｇと保持具アーム５ｅは、容器摺動部１ｂの摺動を妨げないように退避し、保管部４内の重錘２ｂを吸着又は脱着できる退避位置Ｃと、延出されて保持部３内の重錘２ａの量を増減する重錘量調整位置Ｄの間を往復移動する。昇降具７ｂは、昇降軸７ａを上下に移動することにより、容器摺動部１ｂを上昇させる又は上方位置に維持する。また、昇降具７ｂは、最も下降した最低位置Ｂでは、下部タンク１３が大気開放された際に、容器摺動部１ｂが抜け落ちることを防止する。尚、図６に示した保持具５gと保持具アーム５ｅと昇降具７ｄが最も上昇した最高位置Ａは、本実施の形態の圧力調整装置９が可変容器１内に一定の圧力を供給する時の位置である。

次に、本実施の形態の圧力調整装置が圧力調整空間に印加する負圧を高める方法について説明する。
まず、大気連通管１３ａを用いて圧力調整空間を大気開放する。その後、昇降具７ｂを上昇させて、容器摺動部１ｂを摺動範囲の図６に示す最高位置Ａまで移動させる。容器摺動部１ｂが最高位置Ａに留まるとき、保持具５ｇ及び保持具アーム５ｅは、退避位置Ｃから重錘量調整位置Ｄに保持具５ｇを延出させることができる。尚、その都度、圧力調整空間を大気解放させる必要は無いが、大気開放により容器摺動部１ｂの移動の際の圧力による抗力が減少し、即ち昇降具７ｂの移動負荷が低減するため、容易に移動させることができる。

次に、退避位置Ｃにおいて、保持具５ｇのソレノイドに通電を行い、磁力を生じさせて、保管部４内で任意の量の重錘２ｂを吸着する。この吸着状態のままで、保持具アーム５ｅを駆動して保持具５ｇを重錘量調整位置Ｄまで延出させる。この延出により、保持具５ｇは保持部３内に挿入される。

次に、ソレノイドへの通電を停止して、保持具５ｇに生じていた磁力を消すことにより、吸着していた重錘２が保持部３内に落ちる。これにより保持部３内の重錘２ａが増量される。なお多量の重錘２を移送する場合には、操作を複数回行うか、あるいはソレノイドである保持具５ｇへ流す電流量を増加して磁力を強め、一度に多量の重錘２を保持するようにしてもよい。

保持具５ｇによる重錘２の移送量から保持部３内の重錘２ａの量が所定量に達したら大気連通管１３ａの弁を閉じて圧力調整空間を密閉する。保持具アーム５ｅ及び保持具５ｇを退避位置Ｃに戻す。この後、圧力調整空間が密閉された状態で昇降具７ｂが図６に示す最高位置Ａから最低位置Ｂまで下降させる。容器摺動部１ｂは、フリー状態となり、可変容器１内の圧力が可動部６５に作用する重力と釣り合うまで下降して停止する。一方、本実施の形態の圧力調整装置９が供給する圧力を弱める際には、上述と同様の操作を行い、保持部３内の重錘２ａを保管部４へと移送すればよい。

本実施の形態によれば、重錘２として水に比べて、比重の大きな粉体を利用できるため、調整可能な圧力の範囲が広がる。また磁力を用いて重錘２が保持できる為、装置の構造が単純となり重錘２の移送が容易となる。

次に、第５の実施の形態に係る画像形成装置の構成例を示し説明する。
図７は、本実施の形態に係る圧力調整装置を搭載する画像形成装置の概念的な構成例を示す。図８には、本実施形態に用いる圧力調整装置の構成例を示す図である。尚、本実施の形態の構成要素において、上述した第１の実施の形態と同等の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

本実施の形態による画像形成装置は、図１に示した画像形成装置と同等の構成を有し、さらに、圧力連通管６１を介して上部タンク１４に正圧を加圧する圧力調整装置６０が設けられた構成である。図８に示す圧力調整装置６０の構成について説明する。

この圧力調整装置６０は、容器固定部１ａと容器摺動部１ｂからなる可変容器１と、容器摺動部１ｂ上側に固着され、流体からなる重錘を収容する保持部３と、保持部３の上方に設けられた重錘を収容する保管部４と、保持部３と保管部４との間で重錘２の移送を行う移送機構５とにより構成される。移送機構５は、保管部４の底部に連結する管５ａと、管５ａ上に設けられたポンプ５ｂ及び弁５ｃとで構成される。管５ａは、直管であり、一端は保管部４の底部から内部に貫通して連通し、ポンプ５ｂ及び弁５ｃを経て他端は、保持部３に充填されている重錘２内に差し込まれた状態となる。述した第１の実施の形態と同様に、管５ａの他端は、常に重錘２内に差し込まれた状態であることが好ましく、少なくとも、ポンプ５ｃで保持部３から保管部４へ戻す際には重錘２内に差し込まれている必要がある。

保持部３は、容器摺動部１ｂの上面に固着されている。容器摺動部１ｂは、重錘２が収容された保持部３と自重による重さにより、容器固定部１ａを下方向に押し付けるように摺動し、可変容器１内の空間体積を変化させる。容器摺動部１ｂと保持部３と保持部３内に収容された重錘２ａにかかる重力は、一定の力で容器摺動部１ｂを下方に押す。移送機構５は、保持部３と保管部４の間で、重錘２の移送量を調整する。

さらに、構成要素の作用や効果、供給圧力の調整方法は、上述の実施の形態と同様であるため、その説明を省略する。本実施の形態によれば、ノズル１０ａと上部タンク１４の間の水頭差による上部タンク１４の位置に対する制限が無くなるため、上部タンク１４の位置の自由度が向上する。

可変容器１として、例えば円筒状で互いに摺動するシリンジ状の容器やベローズを用いたが、内部空間の容積が可変できれば他の構成でもよい。例えば、重錘２等の重量に耐えられる強度を有するビニール等の樹脂材料からなる容器を用いることもできる。

保持部４や移送機構５は、保持部３内の重錘２ａの量を調整した後に画像形成装置８から取り外してもよい。例えば、金属製の円筒シリンジからなる可変容器１と、蓋を閉めて密閉できる容器である保持部３と、水からなる重錘２と、で構成させた実施の形態１に記載の圧力調整装置９を用いて、以下のような変形例が考えられる。

画像形成装置８であるインクジェットプリンタの製造過程において、圧力調整装置９の供給圧力が適正な値となるように保管部４から保持部３に水である重錘２を注ぐ。保管部４は、例えば水の入ったタンクである。圧力調整装置９の供給圧力が適当な値となったところで、タンクである保管部４を取り除き、保持部３を密閉する。

この変形例には、第１の実施の形態で説明した記録ヘッドやインクの仕様変更による印字適正圧力の変更に際して、単純な作業で対応できるという効果がある。また移送手段５や保管部４を画像形成装置に組み込まないため、装置をコンパクトに保ち、製造原価の上昇を抑えることができる。

また上述した各実施の形態において、循環するインク供給系を有する画像形成装置に限定されず、例えば、図９に示すような非循環のインク供給系を持つ画像形成装置であってもよい。この変形例においては、記録ヘッド１０へインクを供給する上部タンク３０のみを有し下部タンク１３は有していない。上部タンク３０は大気開放されておらず圧力調整装置９により上部タンク３０内の圧力が一定の負圧に調整される。

また、複数の固定記録ヘッドを有するライン記録方式に限定されず、単一の記録ヘッドを持ち、記録媒体の幅方向に記録ヘッドを移動しながら印字することによって画像を形成するシリアル記録方式であってもよい。
上述した複数の実施の形態を適宜組み合わせても良い。発明によれば、圧力調整空間を適正な圧力に保てるので、ノズルに印字適正圧を安定して印加でき、安定した画質での印字が可能となる。

第１の実施の形態に係る圧力調整装置を搭載する画像形成装置の概念的な構成例を示す図である。 第１の実施の形態に係る圧力調整装置の断面構成を示す図である。 第１の実施の形態の圧力調整装置の状態を示す図である。 第２の実施の形態に係る圧力調整装置の構成例を示す図である。 第３の実施の形態に係る圧力調整装置の構成例を示す図である。 第４の実施の形態に係る圧力調整装置の構成例を示す図である。 第５の実施の形態に係る画像形成装置の構成例を示す図である。 第５の本実施形態に係る圧力調整装置の構成例を示す図である。 本発明における圧力調整装置が組み込まれた画像形成装置の変形例を示す図である。

符号の説明

１…可変容器、１ａ…容器固定部、１ｂ…容器摺動部、２ａ，２ｂ…重錘、３…保持部、４…保管部、５…移送機構、５ｂ…ポンプ、５ａ…管、５ｃ…弁、５ｄ…ストッパ、５ｅ…保持具アーム、５ｆ…保持具駆動レール、５ｇ…保持具、６…連通管、７ａ…昇降機、８…画像形成装置、９…圧力調整装置、１０…記録ヘッド、１０ａ…ノズル、１０ｂ…インク流入口、１０ｃ…インク流出口、１１…プラテン、１２…記録媒体、１３…下部タンク、１３ａ…大気連通管、１３ｂ…液面調整部、１４…上部タンク、１５…循環ポンプ１５、１６…温度調整部、１７…フィルタ、１８…圧力連通管、１９…弁、２０…インク補充タンク、２１…大気連通管、２２ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ…チューブ、３１…制御部、６２…インク供給機構、６３，６６…圧力センサ、６４…弁制御駆動部、６５…可動部。

Claims (14)

1. 画像を形成する画像形成装置に搭載され、インクを吐出する記録ヘッドにインクを供給するためのインクタンクの内部と連通され、摺動により内部空間の容積が可変する摺動部と固定部からなる可変容器と、
   前記摺動部に固着された保持部と、
   前記保持部と内部同士で連通し、互いに流体からなる重錘を収容する保管部と、
   前記保持部と前記保管部との間に設けられ、前記重錘を往来させる移送機構と、
   を具備し、
   前記重錘に掛かる重力を用いて、前記摺動部を牽引し前記内部空間の容積を可変することにより、前記インクタンク内で維持される負圧を前記記録ヘッドに伝搬することを特徴とする圧力調整装置。
2. 画像を形成する画像形成装置に搭載され、インクを吐出する記録ヘッドにインクを供給するためのインクタンクの内部と連通され、摺動により内部空間の容積が可変する固定部と摺動部からなる可変容器と、
   前記可変容器と内部同士で連通し、互いに流体からなる重錘を収容する保管部と、
   前記摺動部と前記保管部との間に設けられ、前記重錘を往来させる移送機構と、
   を具備し、
   前記摺動部に収容される前記重錘に掛かる重力を用いて、該摺動部を牽引し前記内部空間の容積を可変することにより、前記インクタンク内で維持される負圧を前記記録ヘッドに伝搬することを特徴とする圧力調整装置。
3. 画像を形成する画像形成装置に搭載され、インクを吐出する記録ヘッドにインクを供給するためのインクタンクの内部と連通され、伸縮により内部空間の容積が可変する可変容器と、
   前記可変容器と内部同士で連通し、互いに流体からなる重錘を収容する保管部と、
   前記可変容器と前記保管部との間に設けられ、前記重錘を往来させる移送機構と、
   を具備し、
   前記可変容器に収容される前記重錘に掛かる重力を用いて、該可変容器の底部を牽引し前記内部空間の容積を可変することにより、前記インクタンク内で維持される負圧を前記記録ヘッドに伝搬することを特徴とする圧力調整装置。
4. 前記重錘は液体からなり、
   前記移送機構は、前記液体を給排するポンプと弁により構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧力調整装置。
5. 画像を形成する画像形成装置に搭載され、インクを吐出する記録ヘッドにインクを供給するためのインクタンクの内部と連通され、摺動により内部空間の容積が可変する固定部と摺動部からなる可変容器と、
   前記摺動部に固着された保持部と、
   流体からなる重錘を収容する保管部と、
   前記保持部と前記保管部との間に設けられ、所定位置で前記重錘を往来させる移送機構と、
   前記重錘を移送して往来し、前記保持部に収容される前記重錘に掛かる重力を用いて、該摺動部を牽引し前記内部空間の容積を可変することにより、前記インクタンク内で維持される負圧を前記記録ヘッドに伝搬することを特徴とする圧力調整装置。
6. 前記重錘は、微小な磁性体からなり、
   前記移送機構は、前記磁性体を吸脱着する電磁石を内蔵する保持具と、
   前記摺動部と前記保管部との間で吸着した前記重錘を往来させる保持具アームと、
   で構成されることを特徴とする請求項５に記載の圧力調整装置。
7. 画像を形成する画像形成装置に搭載され、インクを吐出する記録ヘッドにインクを供給するためのインクタンクの内部と連通され、摺動により内部空間の容積が可変する固定部と摺動部からなる可変容器と、
   前記摺動部に固着された保持部と、
   前記保持部と内部同士で連通し、互いに流体からなる重錘を収容する保管部と、
   前記保持部と前記保管部との間に設けられ、前記重錘を往来させる移送機構と、
   を具備し、
   前記重錘に掛かる重力を用いて、前記摺動部を前記固定部に押進し前記内部空間の容積を押縮可変することにより、前記インクタンク内に正圧を印加し、前記記録ヘッドにインクを供給することを特徴とする圧力調整装置。
8. 搬送される記録媒体にインクを吐出して画像を形成する記録ヘッドと、
   前記記録ヘッドにインクを供給するインク供給機構と、
   前記インク供給機構は、インクタンクと、前記インク供給機構に圧力を印加する圧力調整装置を有し、
   前記圧力調整装置は、前記インクタンクの内部と連通され、内部空間の容積を可変により内部圧力を変化させる可変容器と、
   前記可変容器内に流体からなる重錘を供給／排出する移送機構と、
   を具備し、
   前記可変容器に収容された前記重錘の自重により、前記可変容器を変形して前記内部空間の容積を変化させ、前記前記インクタンクに前記内部圧力の変化を伝搬することを特徴とする画像形成装置。
9. 前記流体からなる重錘は、液体、粉体又は磁性体のいずれかであることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 前記可変容器は、前記重錘を内部に保持する保持部を有し、
    前記保持部の内部空間と前記可変容器の前記内部空間は連通管によって連通していること、を特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
11. 前記可変容器は、少なくとも互いに密着し、摺動する一組の容器からなることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
12. 前記可変容器は、前記内部空間の圧力によって変形する可変部分を有することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
13. 前記可変部分は、ベローズ又は膜であることを特徴とする請求項１３に記載の画像形成装置。
14. 記録ヘッドにインク供給するインクタンクの内部と連通され、固体容器部と摺動容器による内部空間を有する可変容器を用いる圧力調整方法であって、
    前記摺動部に流体からなる重錘を収納し、前記重錘の自重により前記摺動部を移動させて、前記可変容器の内部空間の容積を可変して、その容積変化に応じた圧力の変化を前記インクタンクに伝搬し、前記記録ヘッドに供給する前記インクに掛かる圧力を可変することを特徴とする圧力調整方法。

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