JP2009202377A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッドにインクを供給するインクタンクの大気開放通路にフィルタ手段を設けるとインク消費に空気の流入が追いつかず、インク供給不足になって吐出安定性が損なわれる。
【解決手段】記録ヘッド５１と、インクタンク８１と、インクタンク８１から共通流路８２を介してインクが供給され、記録ヘッド５１の複数のヘッドユニット１０１に対応して流路を分岐する分岐部５２と、各ヘッドユニット１０１に対してインクを供給する個別流路５３と、フィルタ手段１１を介して大気に連通する通気口１２を有する空気タンク１０とを備え、インクタンク８１は大気に通じる開閉可能な大気開放通路８３を有し、この大気開放通路８３は空気タンク１０に接続されている。
【選択図】図６

Description

本発明は画像形成装置に関し、特に液滴を吐出する記録ヘッドを備える画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。この液体吐出記録方式の画像形成装置は、記録ヘッドからインク滴を、搬送される用紙（紙に限定するものではなく、ＯＨＰなどを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、被記録媒体あるいは記録媒体、記録紙、記録用紙などとも称される。）に対して吐出して、画像形成（記録、印字、印写、印刷も同義語で使用する。）を行なうものであり、記録ヘッドが主走査方向に移動しながら液滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置と、記録ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置がある。

なお、本願において、「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（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。また、「インク」とは、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用い、例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料なども含まれる。

このような画像形成装置としては、上述したように搬送される用紙の全幅に相当するノズル列を配置したライン型ヘッドを備えるライン型画像形成装置が知られている。ここで、ライン型の記録ヘッドとして、例えば、液滴を吐出するノズルを並べたノズル列を有する短尺の液体吐出ヘッド（これを「ヘッドユニット」という。）を複数個、ノズルの並び方向に沿って配置したものが用いられている。

従来、記録ヘッドに対するインク供給系については、例えば特許文献１ないし４に記載されているものがある。
特開２００６−０４４０１５号公報 特開２００６−２６４２３５号公報 特許第３３３２７７９号公報 特開２００７−０４５１１７号公報

上述した複数のヘッドユニットを配置したライン型記録ヘッドに対するインク供給系として、画像形成に伴って大量のインクが短時間で消費されることになる。そこで、例えば、記録ヘッドにインクを供給するインクタンクと、インクタンクにインクを補充供給するメインタンクとを備え、記録ヘッドにおける負圧は記録ヘッドのノズル面とインクタンクのインク液面の高さの差（水頭差）によって発生させるようにすることが考えられる。

この場合、インクタンクは大気に通じる大気開放通路によって圧力が常に大気圧になるよう設定し、インクタンクの液面高さを検知して、液面が一定の高さより低くなった場合には、メインタンクからインクタンクにインクを補給して、インクタンクの液面の高さを一定の範囲に制御する。

このようなインク供給系では、記録ヘッドでインクが消費されていく場合には、インクタンクの大気開放通路から空気を吸い込み、メインタンクからインクが供給される場合には、大気開放通路から空気が放出されることによって、インクタンク内の圧力は常に大気圧を保持することができ、その結果、記録ヘッドに適切な負圧が安定してかかることになる。

ところが、このように大気開放通路から常に空気が出入りすることになると、メインタンクのみの交換によって長期間使用される装置においては、大気中に含まれる粉塵が蓄積されることになり、この粉塵がインク中に混合されて記録ヘッドの吐出口（ノズル）を詰まらせて吐出不良を引き起こすおそれがある。通常、記録ヘッドに粉塵等が流入することを防止するためにフィルタが配置されるものの、フィルタに粉塵が堆積することになって、フィルタを通過する際の流体抵抗が増大して、記録ヘッドに供給するインク量が不足して安定した滴吐出を行えなくなる、つまり、吐出安定性が低下するおそれがある。

ここで、本発明者らは大気開放通路に粉塵を除去するためのフィルタを装着したが、フィルタによる空気抵抗のため、特にライン型画像形成装置のように大量のインクを消費する場合においては空気の供給量が追いつかず、記録ヘッドにインクを供給するインクタンク内の圧力が不安定になることが確認された。また、特に、顔料濃度の高いインクを用いた場合においては、空気の出入りとともにインク成分の蒸発も無視できず、蒸発によってインクの粘度が変化するおそれもある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、吐出安定性を損なうことなく、大気中の粉塵などがインクタンク内に混入することを防止することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、
液滴を吐出する複数のノズルを有するヘッドユニットを複数個並べて配置した記録ヘッドと、
前記記録ヘッドに供給する液体が貯留される液体タンクと、
前記液体タンクから共通流路を介して液体が供給され、前記複数のヘッドユニットに対応して流路を分岐する分岐部と、
この分岐部から前記複数のヘッドユニットに対して前記液体を供給する個別流路と、
フィルタ手段を介して大気に連通する通気口を有する空気タンクと、を備え、
前記液体タンクは大気に通じる開閉可能な大気開放通路を有し、この大気開放通路は前記空気タンクに接続されている
構成とした。

ここで、前記空気タンクの容量は前記液体タンク中の空気層の体積よりも大きい構成とできる。

また、前記記録ヘッド及び前記液体タンクを複数備え、複数の液体タンクの大気開放通路が共通の空気タンクに接続されている構成とできる。

また、前記液体タンクの液面と前記記録ヘッドとの水頭差で負圧を形成する構成とできる。

本発明に係る画像形成装置によれば、フィルタ手段を介して大気に連通する通気口を有する空気タンクを備え、液体タンクは大気に通じる開閉可能な大気開放通路を有し、この大気開放通路は空気タンクに接続されているので、液体タンク内に大気中の粉塵などが混入することが防止されるとともに、空気タンクを有することでフィルタ手段による空気抵抗の影響を受けることなく液体タンクに空気を供給できるので、吐出安定性が損なわれることもなくなる。

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。まず、本発明に係る画像形成装置の一例について図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は同画像形成装置の全体構成を説明する概略構成図、図２は同装置の平面説明図である。
この画像形成装置はライン型画像形成装置であり、装置本体１と、用紙Ｐを積載し給紙する給紙トレイ２と、印刷された用紙Ｐを排紙積載する排紙トレイ３と、用紙Ｐを給紙トレイ２から排紙トレイ３まで搬送する搬送ユニット４と、搬送ユニット４によって搬送される用紙Ｐに液滴を吐出し印字する記録ヘッド５１を含む画像形成ユニット５と、印刷終了後又は所要のタイミングで画像形成ユニット５の各記録ヘッドの維持回復を行う維持回復機構であるクリーニング装置６と、クリーニング装置６を開閉する搬送ガイド部７と、画像形成ユニット５の各記録ヘッド５１にインクを供給するインクタンクユニット８と、インクタンクユニット８にインクを供給するメインタンクユニット９とを備えている。

装置本体１は、図示しない前後側板及びステーなどで構成されており、給紙トレイ２上に積載されている用紙Ｐは、分離ローラ２１及び給紙ローラ２２によって１枚ずつ搬送ユニット４に給紙される。

搬送ユニット４は、搬送駆動ローラ４１ａと搬送従動ローラ４１ｂと、これらのローラ４１ａ、４１ｂ間に掛け回された無端状の搬送ベルト４３とを備えている。この搬送ベルト４３の表面には複数の図示しない穴が形成されており、搬送ベルト４３の下部には用紙Ｐを吸引する吸引ファン４４が配置されている。また、搬送駆動ローラ４１ａ、搬送従動ローラ４１ｂ上部には、それぞれ搬送ガイドローラ４２ａ、４２ｂが図示しないガイドに保持されて、自重にてベルト４３に当接している。

搬送ベルト４３は、搬送駆動ローラ４１ａが図示しないモータにより回転されることで周回移動し、用紙Ｐは搬送ベルト４３上に吸引ファン４４により吸い付けられ、搬送ベルト４３の周回移動によって搬送される。なお、搬送従動ローラ４１ｂ、搬送ガイドローラ４２ａ、４２ｂは搬送ベルト４３に従動して回転する。

搬送ユニット４の上部には用紙Ｐに印字する液滴を吐出する複数のヘッドユニットで構成される複数の記録ヘッド５１を含む画像形成ユニット５が矢示Ａ方向に移動可能に配置されている。また、この画像形成ユニット５は、維持回復動作時（クリーニング時）にはクリーニング装置６上方まで移動される。

画像形成ユニット５は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色インクを吐出する複数の記録ヘッド５１ｙ、５１ｍ、５１ｃ、５１ｋ（以下、色の区別をしないときは、ｙ、ｍ、ｃ、ｋのサブ符号を添えない符号を用いる。他の部材等についても同様である。）を備えている。各記録ヘッド５１は、図３に示すように、ヘッド支持部材１００に１０個のヘッドユニット１０１Ａ〜１０１Ｊを２列千鳥状に配置している。各ヘッドユニット１０１は、図４に示すように、液滴を吐出する複数のノズル１０２を並べて配置したノズル列１０３を２列千鳥状に配置したノズル面１０４を有している。なお、記録ヘッド５１の構成は、これらの例に限るものではない。なお、ここでは１色当たり３００ｄｐｉの記録ヘッド５１としているが、これに限るものではない。

この画像形成ユニット５は、各記録ヘッド５１の上方に、各記録ヘッド５１のヘッドユニット１０１に所要の色のインクを供給する分岐部であるディストリビュータ５２が配置され、ディストリビュータ５２とヘッドユニット１０１間は供給チューブ５３にて接続されている。ディストリビュータ５２の上流側にはインクタンクユニット８のインクタンク８１（図示の都合上１つのインクタンクのみ符号を付している。）が配置され、供給チューブ８２を介して記録ヘッド５１に供給され、インクタンク８１と記録ヘッド５１との水頭差により記録ヘッド５１に負圧が形成される。このインクタンクユニット８は画像形成ユニット５とともに矢示Ａ方向に移動可能に配置されている。

さらに、インクタンク８１の上流側にはメインタンクユニット９が配置され、メインタンク９１から供給チューブ９２を介してインクがインクタンク８１に供給される。

搬送ユニット４の下流側には用紙Ｐを排紙トレイ３に排紙する搬送ガイド部７が設けられている。搬送ガイド部７にて案内されて搬送される用紙Ｐは排紙トレイ３に排紙される。排紙トレイ３は、用紙Ｐの幅方向を規制する対のサイドフェンス３１と用紙Ｐの先端を規制するエンドフェンス３２を備えている。

維持回復機構（クリーニング装置）６は、画像形成ユニット５の各記録ヘッド５１に対応して、４列分のクリーニング手段６１が配置され、１つのクリーニング手段６１は記録ヘッド５１の１０個のヘッドユニット１０１に対応する１０個のキャップ部材６２及び図示しないがワイパ部材などで構成されている。なお、キャップ部材６２とは独立して上下動させることができる構成としている。さらに、クリーニング手段６１の下方には、キャップ部材６２でヘッドユニット１０１のノズル面１０４をキャッピングした状態でヘッドユニット１０１のノズル１０２からインクを吸引するための吸引ポンプ６３が配置されている。

また、この画像形成装置においては、印刷終了後、液滴を吐出するヘッドユニット１０１をクリーニング手段６１でキャッピングした状態でノズル１０２からインクを吸引する場合、あるいは、ヘッドユニット１０１のノズル面１０４に付着したインクをクリーニング手段６１で清掃する場合は、図５にも示すように、印刷停止後、搬送ユニット４全体が搬送従動ローラ４１ｂを支点に矢印Ｂ方向に回動し、画像形成ユニット５との間の空間を画像形成時よりも大きくすることで、画像形成ユニット５の移動スペースを確保するようにしている。このとき、クリーニング装置６上部に配置されている搬送ガイド部７も支点７１にて矢印Ｃ方向上方に回動され、クリーニング装置６の上方が開放される。

そして、搬送ユニット４と搬送ガイド部７がそれぞれ解放（解除）された後に、画像形成ユニット５が用紙通紙方向（矢示Ａ方向）に移動し、クリーニング装置６上方で停止され、クリーニング手段６１が上昇して各記録ヘッド５１のヘッドユニット１０１のクリーニング動作（維持回復動作）に移行する。

次に、この画像形成装置における記録ヘッドに対するインク供給系について図６をも参照して説明する。
ここでは、１つの記録ヘッド５１に対するインク供給系を示しているが、前述したように、この画像形成装置においては、４色分の記録ヘッド５１を備えているので、各色の４つのインク供給系を有している。

記録ヘッド５１に供給するインクを収容する液体タンクであるインクタンク８１は、記録ヘッド５１との間で所要の水頭差を持たせて配置している。この場合、インクタンク８１の液面高さと記録ヘッド５１の高さの差（水頭差）によって発生する記録ヘッド５１のノズル面１０４（ノズル１０２のノズル面１０４への開口）における負圧（水頭圧）は、インクタタンク８１内のインク２００の消費によって変化する。また、インクタンク８１には大気に連通する大気開放通路８３が設けられ、この大気開放通路８３を開閉する大気開放弁８４が設けられ、通常は大気開放状態にある。

そして、このインクタンク８１の大気開放通路８３は空気タンク１０に接続している。この空気タンク１０は、フィルタ手段１１を介して大気に連通する通気口１２を有している。また、この空気タンク１０の容量はインクタンク８１中の空気層の体積よりも大きくすることで、インクタンク８１内の圧力変動を抑制することができる。なお、フィルタ手段１１の目開きは、５〜２０μｍであることが好ましく、これにより、液体吐出口（ノズル）に目詰まりする大きさの粉塵の混入を確実に防止できるとともに、空気吸い込みの際の抵抗も極力小さくすることができる。

また、このインクタンク８１にインクを供給するメインタンク９１を設け、インクタンク８１内に設けた電極ピンセンサ８５によって液面を検知し、センサ８５の信号に応じてメインタンク９１からインクタンク８１へのインクの供給を制御して、インクタンク８１におけるインク量を一定の範囲に制御している。なお、メインタンク９１からインクタンク８１へのインクの供給は、メインタンク９１からインクタンク８１へのインク供給経路９２中に設けられた電磁弁などの弁手段９４を図示しない制御手段によってセンサ８４の信号に基づいて開閉制御することで行っている。

一方、１つの記録ヘッド５１の各ヘッドユニット１０１に対してインク供給経路（流路）を分岐する分岐手段としての分岐部５２が配置されている。なお、分岐部５２は、図１に示すように、各記録ヘッド５１ｙ、５１ｍ、５１ｃ、５１ｋに対してそれぞれ分岐部５２ｙ、５２ｍ、５２ｃ、５２ｋが配置される。

そして、この分岐部５２の一端部側にはインクタンク８１との間に共通流路（供給チューブ）８２が接続され、この共通流路８２を介してインクタンク８１からインクが供給される。また、この分岐部５２から記録ヘッド５１を構成している複数のヘッドユニット１０１Ａ〜１０１Ｊに対してインクを供給する経路となる個別流路（供給チューブ）５３が設けられ、各個別流路５３の途中にはフィルタユニット５５がそれぞれ介装されている。各フィルタユニット５５は、内部にヘッドユニット１０１のノズル１０２の開口断面積よりも小さな開口断面積を有するフィルタが配されている。

なお、共通流路８２となる供給チューブ（配管）は、個別流路（供給チューブ）５３を通る全てのインク流量を確保する必要があり、且つ、流体抵抗による圧力損失を最小限に抑えなければならないことから、開口断面積の大きな配管である必要がある。また、前述したようにメンテナンス動作時や印刷待機状態では記録ヘッド５１がクリーニング装置６側に移動し、印刷状態では復帰移動するので、記録ヘッド５１の移動を妨げないような可撓性のチューブである必要がある。

また、分岐部５２は、一端部側から他端部側に斜めに傾斜した天面部５２ａを有する断面形状に形成し、最も高い部分（共通流路８２を接続した一端部側）に空気抜き路５７を設け、この空気抜き路５７に開閉弁５６を介装している。これにより、記録ヘッド５１のノズル１０２から侵入した気泡やインクタンク８１から共通流路８２を介して送られるインク中に混入した気泡が、分岐部５２の最も高い部分に浮上して集まるので、必要に応じて、開閉弁５６を開いて空気抜き５７から強制的に空気を吸引排出することによって気泡を除去することができるようになる。

この場合、共通流路８２は分岐部５２の空気抜き路５７を設けた側の端部（天面部５２ａのうちの最も高い部分がある側の端部）に接続している。これにより、共通流路８２を介して送られるインクに混入した気泡を個別流路５３側に移動させることなく、早期に空気抜き路５７に移動させて排出することができる。

このように構成したインク供給系においては、記録ヘッド５１によってインク滴が吐出されてインクが消費されると、インクタンク８１から記録ヘッド５１に対して共通流路８２及び分岐部５２を経てインクが供給される。このとき、インクタンク８１の大気開放通路８３は大気開放状態にあって空気タンク１０に通じているので、液面が低下する分空気タンク１０から大気開放通路８３を通じて空気がインクタンク８１内に流入し、記録ヘッド５１のインク消費に伴って安定してインクを供給することができる。

そして、インクタンク８１の液面が電極ピンセンサ８５を構成する長い方の電極ピン以下に低下すると、メインタンク９１からインクがインクタンク８１に供給される。このとき、メインタンク９１からインクタンク８１にインクが補給されることで、インクタンク８１内の空気は大気開放通路８３を通じて空気タンク１０内に放出される。

その後、インクタンク８１内でインク液面が上昇して電極ピン８５を構成する短い電極ピンに触れると、メインタンク９１からのインク供給が停止する。

すなわち、インクタンク８１において、インクの液面は、電極ピンセンサ８５を構成する長短電極ピンの間に常にあることになる。ここでは、電極ピンセンサ８５を構成する長短電極ピンの長さを１０ｍｍ異ならせているので、記録ヘッド５１のノズル面における静水圧は所定の高さから１０ｍｍ水頭圧の幅に変化が抑制されることになる。

そして、メインタンク９１のインクが消費されて無くなれば、メインタンク９１を交換する。したがって、インクタンク８１より下流の部分は装置の寿命まで交換されることはない。

このように、インクタンク８１は空気の出入りがあり、大気中の粉塵なども同時に吸い込むことになる。そのため、インクタンク８１内と大気との間には粉塵などを除去するためのフィルタ手段を介装することが好ましく、インクタンク８１からの大気開放通路８３を一旦空気タンク１０に接続し、この空気タンク１０の通気口１２にフィルタ１１を介装し、空気タンク１０にはフィルタ１１によって粉塵などを除去した空気を導入している。。

これにより、インクタンク８１内に大気中の粉塵などが混入することが防止されるとともに、空気タンク１０を有することでフィルタ手段１１による空気抵抗の影響を受けることなくインクタンク８１に空気を供給できるので、吐出安定性が損なわれることもなくなる。

また、このようなインク供給系においては、インクとしては、水と顔料とポリマー成分と水溶性有機溶剤を必須成分としてなり、顔料をインク中に６重量％以上含有するインクであり、２５℃におけるインク粘度が５ｍＰａ・sec以上２０ｍＰａ・sec以下、表面張力が４０dyne／ｃｍ以下のものを用いることができる。

つまり、インクタンク８１に出入りする空気は、空気タンク１０に貯蔵されていたものが大半であるため、インクからの水分蒸発が抑制できることから、上記インクのように、固形分濃度が高く乾燥に敏感なインクを用いた場合においても、粘度の上昇を抑制できることから、長期にわたって安定したインク吐出特性が得られる。

次に、本発明の他の実施形態について図７を参照して説明する。なお、図７は同実施形態のインク供給系部分の要部模式的説明図である。
ここでは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のインクタンク８１ｋ、８１ｙ、８１ｍ、８１ｃの大気開放通路８３ｋ、８３ｙ、８３ｍ、８１ｃを１つの（共通の）空気タンク２０に接続することで、空気タンク２０を複数のインクタンク８１ｋ、８１ｙ、８１ｍ、８１ｃで共用している。これによって、インクタンク内の空気層の体積に対してより大きな容積を持つ空気タンクを省スペースで設置することができる。なお、インクタンク８１から各記録ヘッド５１へのインク供給経路及びメインタンク９１からインクタンク８１へのインク供給経路は前述した実施形態と同様であるので、その図示及び説明を省略する。

本発明に係る画像形成装置の一例の全体構成を説明する側面概略説明図である。 同じく要部平面説明図である。 記録ヘッドの一例を説明する平面説明図である。 ヘッドユニットの一例を示す平面説明図である。 同装置の印刷待機状態の説明に供する側面概略説明図である。 同装置のインク供給系の説明に供する模式的説明図である。 本発明の他の実施形態のインク供給系部分の要部模式的説明図である。

符号の説明

１…装置本体
４…搬送ユニット（搬送部）
５…画像形成ユニット
６…クリーニング装置（維持回復機構）
７…搬送ガイド部
８…インクタンクユニット
９…メインタンクユニット
１０…空気タンク
１１…フィルタ手段
１２…通気口
５１…ヘッドユニット
５２…分岐部（分岐手段）
５３…個別流路（供給チューブ）
８１…インクタンク
８２…共通流路
８３…大気開放通路
９１…メインタンク

Claims (4)

1. 液滴を吐出する複数のノズルを有するヘッドユニットを複数個並べて配置した記録ヘッドと、
   前記記録ヘッドに供給する液体が貯留される液体タンクと、
   前記液体タンクから共通流路を介して液体が供給され、前記複数のヘッドユニットに対応して流路を分岐する分岐部と、
   この分岐部から前記複数のヘッドユニットに対して前記液体を供給する個別流路と、
   フィルタ手段を介して大気に連通する通気口を有する空気タンクと、を備え、
   前記液体タンクは大気に通じる開閉可能な大気開放通路を有し、この大気開放通路は前記空気タンクに接続されている
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、前記空気タンクの容量は前記液体タンク中の空気層の体積よりも大きいことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１に記載の画像形成装置において、前記記録ヘッド及び前記液体タンクを複数備え、複数の液体タンクの大気開放通路が共通の空気タンクに接続されていることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、前記液体タンクの液面と前記記録ヘッドとの水頭差で負圧を形成することを特徴とする画像形成装置。

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