JP2010012657A

JP2010012657A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2010012657A
Application number: JP2008173353A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Kato; 知己加藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2028-07-02
Also published as: JP5073596B2

Abstract

【課題】大流量のインク供給が要求される場合のリフィル不足を生じ、サブタンク内の負圧を適正範囲に維持できず、気泡排出性が十分でない。
【解決手段】記録ヘッド１０に供給するインクを貯留するサブタンク３０と、サブタンク３０に液体を供給するメインタンク４０と、メインタンク４０からサブタンク３０に液体を給送する加圧ポンプ７８と、を備え、サブタンク３０にはこのインク室１０１内の負圧が所定の値以上のときに開き、インク室１０１内へのインクの供給を可能とする負圧開放弁１０５が設けられ、負圧開放弁１０５をサブタンク３０内の負圧と無関係に開かせる供給弁駆動部材１１２を有し、供給弁駆動手段１１２は加圧ポンプ７８による加圧動作で駆動制御される。
【選択図】図８

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インクを着弾させて画像形成を行う装置（単なる液体吐出装置を含む）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、ＤＮＡ試料、パターニング材料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る。また、「用紙」とは、材質を紙に限定するものではなく、上述したＯＨＰシート、布なども含み、インク滴が付着されるものの意味であり、被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含むものの総称として用いる。

記録ヘッドとして用いる液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）としては、圧電アクチュエータ等により振動板を変位させ液室内の体積を変化させて圧力を高め液滴を吐出させる圧電型ヘッドや、液室内に通電によって発熱する発熱体を設けて、発熱体の発熱により生じる気泡によって液室内の圧力を高め、液滴を吐出させるサーマル型ヘッドが知られている。

このような液体吐出方式の画像形成装置においては、特に画像形成スループットの向上、すなわち画像形成速度の高速化が望まれており、本体据え置きの大容量のインクカートリッジ（メインタンク）からチューブを介してヘッド上部のサブタンク（ヘッドタンクともいう。）にインクを供給する方式が行なわれている。このようなチューブを用いてインクを供給する方式とすることで、キャリッジ部を軽量小型化でき、構造系、駆動系も含めて装置を大幅に小型化できる。

しかしながら、印刷スループットの更なる向上のため、ヘッドのノズル数増加、ヘッド駆動の高周波数化に伴うインク送液流量の増加や、短時間乾燥のためのインク高粘度化が進むと、チューブ流体抵抗の圧力損失によりインク供給が不足する問題が生じる。特に、大判の印刷媒体に記録を行う装置では、チューブ長が長くなるためより圧力損失が大きくなり問題は深刻である。

このような問題に対しては、特許文献１に記載されているように、ヘッドのインク供給上流側に差圧弁を設けて、サブタンク内の負圧が所定の圧力より大きい時にインクを供給するようにすることが有効である。これにより、前述のリフィル不足の問題は解決される。また、特許文献１にはさらにヘッド部の気泡排出性を向上するために、差圧弁を強制的に開くことができるメカ機構を有し、チョーククリーニングを行なう技術が開示されている。
特許第４０３２９５３号公報

その他、本願発明に関係する文献としては特許文献２、３もある。
特開２００８−０２３７８９号公報特開２００８−０２３７９０号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術では、差圧弁を開くために専用の駆動源を必要とするため、インク供給システムが複雑になるという課題がある。また、インク供給系路に混入した空気をチョーククリーニングでしか排出できないので、気泡排出性が十分でないという課題もある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、大流量のインク供給が要求される場合でもリフィル不足を生じることなくサブタンク内の負圧を適正範囲に維持できる共に気泡排出性を簡単な構成で実現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、
液滴を吐出する記録ヘッドと、
前記記録ヘッドに供給するインクを貯留するサブタンクと、
前記サブタンクに液体を供給するメインタンクと、
前記メインタンクから前記サブタンクに前記液体を給送する液体給送手段と、を備え、
前記サブタンクにはこのサブタンク内の負圧が所定の値以上のときに開き、前記サブタンク内への液体の供給を可能とする供給弁が設けられ、
前記供給弁を前記サブタンク内の負圧と無関係に開かせる供給弁駆動手段を有し、
前記供給弁駆動手段は前記液体給送手段で駆動制御される
構成とした。

ここで、前記供給弁駆動手段は前記液体給送手段の給送圧力が所定の値よりも大きいとき駆動されて前記供給弁を開かせる構成とできる。

また、前記液体給送手段は、空気圧によって前記メインタンク内の液体を加圧して前記液体を給送する構成とできる。

また、前記サブタンクには大気と開閉自在な大気弁を有する構成とできる。

また、前記サブタンクは、少なくとも一部に第１の可撓性部材と、前記第１の可撓性部材をサブタンクの容積を拡大する方向に付勢する第１のばね部材とを有し、
前記供給弁駆動手段は、前記第１の可撓性部材に対して接離して、前記第１の可撓性部材を押圧することで前記供給弁を開かせる
構成とできる。

この場合、前記供給弁駆動手段は少なくとも一部に弾性部材からなる壁面を有する密閉空間を有し、前記密閉空間が前記液体給送手段に連通している構成とできる。

あるいは、前記供給弁駆動手段は少なくとも一部に第２の可撓性部材からなる壁面を有する密閉空間と、前記第２の可撓性部材を前記密閉空間の容積を縮小する方向に付勢する第２のばね部材を有し、前記密閉空間が前記液体給送手段に連通している構成とできる。

前記大気弁を有する構成において、
前記サブタンクは、少なくとも一部に第１の可撓性部材と、前記第１の可撓性部材をサブタンクの容積を拡大する方向に付勢する第１のばね部材とを有し、
前記大気弁は、前記第１の可撓性部材に押圧されることで開く
構成とできる。

同じく、前記大気弁を開閉する大気弁駆動手段を有し、前記大気弁駆動手段は前記液体給送手段によって駆動制御される構成とできる。

この場合、前記大気弁駆動手段は少なくとも一部に弾性部材からなる壁面を有する密閉空間を有し、前記密閉空間が前記液体給送手段に連通している構成とできる。

あるいは、前記大気弁駆動部材は少なくとも一部に第３の可撓性部材と、前記第３の可撓性部材を前記密閉空間の容積を縮小する方向に付勢する第３のばね部材とを有する構成とできる。

本発明に係る画像形成装置によれば、サブタンクにはこのサブタンク内の負圧が所定の値以上のときに開き、サブタンク内への液体の供給を可能とする供給弁が設けられ、供給弁をサブタンク内の負圧と無関係に開かせる供給弁駆動手段を有し、供給弁駆動手段は液体給送手段で駆動制御される構成としたので、記録ヘッドへの大流量供給が可能で適正な負圧を安定して維持すると共に、簡単な構成でヘッドの気泡排出性を確保して、信頼性の高い画像形成装置を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の一例について図１ないし図３を参照して説明する。なお、図１は同記録装置の概略正面説明図、図２は同じく概略平面説明図、図３は同じく概略側面説明図である。
このインクジェット記録装置は、本体フレーム１に立設された左右の側板１Ｌ、１Ｒに横架したガイド部材であるガイドロッド２と、本体フレーム１に横架される後フレーム１Ｂに取付けられたガイドレール３とで、キャリッジ４を主走査方向（ガイドロッド長手方向）に摺動自在に保持し、キャリッジ４を図示しない主走査モータとタイミングベルトによってガイドロッド２の長手方向（主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ４には、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）（以下、色を区別するときには符号にＹ，Ｃ，Ｍ，Ｋのサブ符号を付している。）の各色のインク滴を吐出する記録ヘッド１０を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。

ここで、記録ヘッド１０は、図４に示すように発熱体基板１２と液室形成部材１３から構成され、ヘッドベース部材１９に形成された流路から共通流路１７及び液室（個別流路）１６に順次供給されるインクを液滴として吐出する。この記録ヘッド１０は、発熱体１４の駆動によるインクの膜沸騰により吐出圧を得るサーマル方式のものであり、液室１６内の吐出エネルギー作用部（発熱体部）へのインクの流れ方向とノズル１５の開口中心軸とを直角となしたサイドシュータ方式の構成のものである。

なお、記録ヘッドとしては、圧電素子を用いて振動板を変形させ、また、静電力で振動板を変形させて吐出圧を得るものなど様々な方式があり、いずれの方式のものも本発明に係る画像形成装置に適用することができるが、サーマルヘッド方式はノズル密度を高密度化しやすいという利点がある一方で、原理上ヘッド内に気泡を発生しやすく、気泡排出の問題が他の方式に比べて大きいことから、本発明を適用することで大きな効果が得られる。

また、サーマル方式のヘッドの中には、他にも吐出方向が異なるエッジシュータ方式があるが、このエッジシュータ方式においては気泡が消滅する際の衝撃により発熱体１４を徐々に破壊する、いわゆるキャビテーション現象の問題がある。これに対し、上述したサイドシュータ方式においては気泡が成長し、その気泡がノズル１５に達すれば気泡が大気に通じることになり温度低下による気泡の収縮が起こらない。そのため、記録ヘッドの寿命が長いという長所を有する。また、発熱体１４からのエネルギーをより効率良くインク滴の形成とその飛行の運動エネルギーへと変換でき、またインクの供給によるメニスカスの復帰も速いという構造上の利点を有する。したがって、本インクジェット記録装置においてはサイドシュータ方式の記録ヘッドを採用している。

一方、キャリッジ４の下方には、記録ヘッド１０によって画像が形成される用紙２０が主走査方向と垂直方向（副走査方向）に搬送される。図３に示すように、用紙２０は、搬送ローラ２１と押えコロ２２で挟持されて、記録ヘッド１０による画像形成領域（印字部）に搬送され、印写ガイド部材２３上に送られ、排紙ローラ対２４で排紙方向に送られる。

このとき、主走査方向へのキャリッジ４の走査と記録ヘッド１０からのインク吐出を画像データに基づいて適切なタイミングで同調させ、用紙２０に１バンド分の画像を形成する。１バンド分の画像形成が完了した後、副走査方向に用紙２０を所定量送り、前述と同様の記録動作を行う。これらの動作を繰り返し行い、１ページ分の画像形成を行なう。

一方で記録ヘッド１０の上部には吐出するインクを一時的に貯留するためのインク室が形成されたサブタンク（ヘッドタンク）３０が一体的に接続される。ここでいう「一体的」とは、記録ヘッド１０とサブタンク３０がチューブ、管等で接続されることも含んでおり、どちらも一緒にキャリッジ４に搭載されているという意味である。

このサブタンク３０には、装置本体側の主走査方向の一端部側に設けられたカートリッジホルダ４１に着脱自在に装着される各色のインクを収容したインクカートリッジ（メインタンク）４０からインク供給チューブ４２を介して、各色のインクが供給される。

また、装置本体の主走査方向の他端部側には記録ヘッド１０の維持回復を行う維持回復機構５１が配置されている。この維持回復機構５１は、記録ヘッド１０のノズル面をキャッピングするキャップ部材５２と、キャップ部材５２内を吸引する吸引ポンプ５３と、吸引ポンプ５３で吸引されたインクの廃液を排出する排出経路５４などを含み、排出経路５４から排出される廃液は本体フレーム１側に配置された廃液タンク５５に排出される。

次に、サブタンク３０の構成について図５ないし図７を参照して説明する。なお、図５はヘッドタンクの正面説明図、図６は図５のＡ−Ａ線に沿うヘッドタンクの断面説明図、図６はその作用説明に供する断面説明図である。ここで、各図は理解を容易にするために適宜部品の記載を省略したり、部分的な断面としたりしている。また、断面を示すハッチングは省略している（以下同じ）。

サブタンク３０は、図６に示すように、インク室１０１と加圧室１０２の２つの室を有している。インク室１０１の内部には記録ヘッド１０との接続部の近傍にフィルタ１０９が設けられ、インクをろ過して異物などを除去したインクを記録ヘッド１０に供給する構成となっている。また、サブタンク３０の一壁面には第１の可撓性部材であるフィルム部材１０７が設けられ、ばね１０８によってサブタンク３０の容積を拡大する方向に付勢されている。これにより、フィルム部材１０７は、図６に示すように、サブタンク３０の外側に向けて凸状に膨らんだ形態となっている。

このフィルム部材１０７と近接して供給弁としての負圧連動弁１０５が設けられる。この負圧連動弁１０５は、インク室１０１と加圧室１０２の連通、非連通を制御する弁で、通常は、図６に示すように、ばね１０６の復元付勢力によって非連通状態を保っているが、図７に示すように、インク室１０１の内部のインクが消費され、フィルム部材１０７がインク室１０１内側に変位（変形）することにより、フィルム部材１０７で押されて開く構造を有している。つまり、負圧連動弁１０５は、サブタンク３０の内部の負圧が所定の値より大きい場合に開き、図７に示すように、加圧室１０２からインク室１０１へのインクの流入を受容する（サブタンク内への液体の供給を可能とする）本発明における供給弁である。

また、サブタンク３０の上部には、ヘッドタンク内の空気量を検知する電極ピン１０３ａ、１０３ｂで構成される空気量検知センサ１０３が設けられている。この空気量検知センサ１０３の２つの電極ピン１０３ａ、１０３ｂは、その先端が異なる高さ位置になるように設けられて、複数の液面状態を検知することができるようになっている。

また、サブタンク３０の加圧室１０２にはインク供給ポート１１０が設けられる。このインク供給ポート１１０には図２における接続部材３１が接続され、インク供給チューブ４２と連通している。

次に、本発明の第１実施形態におけるインク供給システムについて図８ないし図１１をも参照して説明する。なお、図８は同インク供給システムの説明に供する説明図、図９は同じく同システムの異なる状態を説明する説明図、図１０は同システムのカートリッジホルダ部分の説明図、図１１は同システムの接続部材部分の説明図である。また、各図はインク供給方式の説明図のため、理解しやすいように、部材の形状、配置などはデフォルメして図示している。

インクが貯留されているインクカートリッジ（メインタンク）４０は、インクが収容されたインク袋４０ａとインク袋４０ａを密閉状態で収容するケース部材４０ｂとからなり、インク袋４０ａとケース部材４０ｂの間の密閉空間４０ｃには空気層が形成されている（以下、密閉空間４０の空気層を「空気層４０ｃ」と表記して説明する。）。このインクカートリッジ４０はカートリッジホルダ４１に装着される。

このカートリッジホルダ４１のインクカートリッジ取り付け面側には、図１０に示すように、インクポート４５とエアーポート４４が設けられており、インクカートリッジ４０が装着された状態では、図８及び図９に示すように、インクカートリッジ４０のインク袋４０ａと液体供給チューブ（インク供給チューブ）４２が連通し、空気層４０ｃがエアー供給チューブ７０に連通している。

エアー供給チューブ７０には接続部材６０を介して加圧ポンプ７８が接続されており、インクカートリッジ４０内の空気層４０ｃに空気を出し入れすることでインク袋４０ａを加圧自在としている。ここで、インク袋４０ａはインク供給チューブ４２、接続部材３１を介してサブタンク３０の加圧室１０２に連通しているので、加圧ポンプ７８を駆動することで、加圧室１０２のインクの圧力を制御することができる。

このように、加圧ポンプ７８を駆動することによってインクカートリッジ４０からサブタンク３０側にインクを供給することができる。ここでは、加圧ポンプ７８がメインタンク（インクカートリッジ）４０からサブタンク３０へインクを給送する液体供給手段を構成している。

一方、サブタンク３０側には供給弁１０５をサブタンク３０内の負圧と無関係に開かせる供給弁駆動手段としての供給弁駆動部材１１２を、サブタンク３０のフィルム部材１０７側に対向配置している。

この供給弁駆動部材１１２は、ケーシング１１４と弾性部材である弾性膜１１５によってインクを収容可能な圧力室１１６が形成され、圧力室１１６が膨張、収縮することで弾性膜１１５がサブタンク３０のフィルム部材１０７に対して膨出、退出して、弾性膜１１５がフィルム部材１０７に接離し、弾性膜１１５が膨出してサブタンク３０のフィルム部材１０７を押圧することで、供給弁１０５をサブタンク３０内の負圧と無関係に開かせることができる。

この供給弁駆動部材１１２を液体送液手段によって駆動制御するため、サブタンク３０側の接続部材３１には、サブタンク３０の加圧室１０２に連通するインク供給ポート３５と供給弁駆動部材１１２に連通する弁連通ポート３６が設けられている。インク供給ポート３５と弁連通ポート３６は、接続部材３１によってインク供給チューブ４２に連通する構造となっている。

そして、供給弁駆動部材１１２のケーシング１１４の上部に作動流体供給ポート１１７が設けられ、この作動流体供給ポート１１７は連通路１２０を介して接続部材３１の弁連通ポート３６に連通している。

したがって、液体送液手段としての加圧ポンプ７８が駆動されてインクカートリッジ４０からサブタンク３０の加圧室１０２にインクが加圧供給されることにより、給送圧力が所定の値より大きい場合には、図９に示すように、供給弁駆動部材１１２の圧力室１１６が膨張して弾性膜１１５が膨出し、サブタンク３０のフィルム部材１０７に当接して押圧するので、負圧連動弁１０５をサブタンク３０のインク室１０１内の負圧と無関係に強制的に開かせることができる。

これに対し、加圧ポンプ７８でインクを加圧していない場合や加圧力が小さい場合（給送圧力が所定の値以下の場合）は、図８に示すように、供給弁駆動部材１１２の圧力室１１６の容積は収縮し、弾性膜１１５はフィルム部材１０７から退避しているので、負圧連動弁１０５が閉じた状態となる。

また、インク供給チューブ４２の途中には流路を開閉自在なチョーク弁９１が設けられている。これにより、必要に応じてインクカートリッジ４０からサブタンク３０へのインクの供給を止めることができる。

次に、記録ヘッド１０へのインク初期充填について、図１２ないし図１４を参照して説明する。
図１２はインク初期充填前の状態を示している。サブタンク３０のインク室１０１は大気圧であるので、ばね１０８の作用でファイル部材１０７は外方に推されており、負圧連動弁１０５はばね１０６により閉じた状態であり、加圧室１０６とインク室１０１の間は閉じられている。

この状態で、まず、チョーク弁９１を閉じた状態とし、図１３に示すように、キャップ５２で記録ヘッド１０のノズル面を密閉して吸引ポンプ５３を駆動する。すると、インク室１０内に大きな負圧（例えば−１００ｋＰａ）が形成されるので、負圧連動弁１０５が開く。それにより、サブタンク３０の加圧室１０２から空気が排出される。また、供給弁駆動部材１１２は圧力室１１６から空気が排出されるので、弾性膜１１５が図１３に示すように収縮変形する。

次に、加圧ポンプ７８を駆動し、インクカートリッジの４０のインク袋４０ａを加圧する（例えば４０ｋＰａ）。そして、チョーク弁９１を開放する。これにより、サブタンク３０の加圧室１０２、インク室１０１、記録ヘッド１０にインクが充填され、また、供給弁駆動部材１１２の圧力室１１６にインクが充填され、弾性膜１１５はサブタンク３０のフィルム部材１０７側に膨出して、フィルム部材１０７を押圧するので、供給弁１０５は供給弁駆動部材１１２によって強制的に開かれた状態（強制開放状態）が維持される。

この場合、排気されている各部位（圧力室１１６、加圧室１０２、インク室１０１、記録ヘッド１０）の容量、吸引圧などによっては一度でインクが充填されない場合もある。そのときには、再びチョーク弁９１を閉じて吸引ポンプ５３を駆動して圧力を高めてからチョーク弁９１を開く上述の一連の動作を複数回繰り返すことにより、所望の初期充填状態を形成することができる。

本実施形態ではインク室１０１の上部に空気量検知センサ１０３が設けられているので、充填状態の良否を簡単に検出することができる。ここで、「充填状態が良好」とは、必ずしもインク供給経路内の全ての空気がインクに置換されている状態を意味しているのではない。記録ヘッド１０へのインク供給の妨げとならないレベルまで空気を排出できれば十分である。

その後、図１４に示す状態から吸引ポンプ５３と加圧ポンプ７８を停止させる。加圧ポンプ７８を停止させることにより、膨張していた供給弁駆動部材１１２が収縮し、図１２に示すような自然状態に戻る。それにより、サブタンク３０の負圧連動弁１０５を強制開放していた供給弁駆動部材１１２の弾性膜１０７が離間して、負圧連動弁１０５の強制開放状態が解除される。

このとき、インク室１０１内部に大きな負圧が残っているうちは、負圧連動弁１０５は開いているので、インクカートリッジ４０からインクが供給され続け、ばね１０８の作用により徐々にインク室１０１が膨張する。そして、インク室１０１内の負圧が一定の値よりも小さくなると、自然に負圧連動弁１０５が閉じる。この時のインク室１０１の負圧を例えば約−５００Ｐａとするように、ばね１０８や負圧連動弁１０５のばね１０６が設定される。

また、印字に際しては、加圧ポンプ７８を駆動してサブタンク３０の加圧室１０２の圧力を高い状態に保持する（例えば１５ｋＰａ程度）。この時の圧力は、前述した初期充填時の圧力よりは小さい圧力とし、負圧連動弁１０５が強制的に開かないような圧力値（例えば１５ｋＰａ程度）とする。

これにより、印字によりインクが消費されインク室１０１が一定の負圧以上になった時に、フィルム部材１０７で負圧連動弁１０５が押されて自動的に開き、加圧されたインクが高速に加圧室１０２からインク室１０１に補充される。インク補充によりインク室１０１の負圧が小さくなると、フィルム部材１０７が負圧連動弁１０５から離れてばね１０６の復元力で自動的に負圧連動弁１０５が閉じるので、インクが過補充されてインク室１０１内の負圧が適正範囲から外れることがない。

このように、このインク供給システムでは、インクカートリッジ４０を加圧ポンプ７８によって加圧しているので、例えば、広幅の媒体に印字する記録装置のようにインク供給チューブ４２が長くなり、チューブの流体抵抗が大きくなっても、記録ヘッド１０へのインクのリフィル不足が起こることがない。

また、負圧連動弁１０５を設けているので、ポンプ７８によってインクが過供給されることもなく、インク室１０１内から消費された分だけインクが自動的に補充されることになる。また、記録ヘッド１０の共通流路１７には適正な負圧を維持するサブタンク３０（圧力調整タンク）が接続されているので、適正な負圧のもとに安定したインク吐出を行うことができる。

また、インクカートリッジ４０からのインクの給送圧を少なくとも２段階以上に制御可能とし、印字時の給送圧よりも大きな給送圧でインクを加圧した時に、負圧連動弁１０５を強制的に開く機構を備えているので、記録ヘッド１０が吐出異常を生じた時などには加圧による回復を行うことができる。

つまり、インクジェット記録装置では印字中に何らかの原因でノズルから気泡が混入するなどしてノズルからインクが正常吐出しなくなることが時折生じる。これまでの小型のインクジェット記録装置では、その異常状態からの回復のために、記録ヘッド側からインク吸引して、ノズルからインクと一緒に気泡を排出するいわゆる吸引回復が一般的であった。しかし、高速印字化によりヘッドが大型化した際には、ノズルを完全に密閉できるキャッピングすることが困難になる。そのような場合でも、上記インク供給システムでは、加圧アシストにより高速にリフィルを実現すると共に、負圧連動弁の作用で、オンデマンドでインク補充を行いながら適正な負圧を維持して、なお且つ加圧回復を行うことが可能となる。したがって、例えば、広幅の媒体に印字する記録装置のようにインク供給チューブ４２が長くなり、チューブの流体抵抗が大きくなっても、記録ヘッド１０へのインクのリフィル不足が起こさないようにすることができるので、広幅の高速のインクジェット記録装置には特に好適である。

このように、サブタンクにはこのサブタンク内の負圧が所定の値以上のときに開き、サブタンク内への液体の供給を可能とする供給弁が設けられ、供給弁をサブタンク内の負圧と無関係に開かせる供給弁駆動手段を有し、供給弁駆動手段は液体給送手段で駆動制御される構成としているので、記録ヘッドへの大流量供給が可能で適正な負圧を安定して維持すると共に、簡単な構成でヘッドの気泡排出性を確保して、信頼性の高い画像形成装置を得ることができる。

また、上記実施形態のように、供給弁駆動手段１１２は液体給送手段（加圧ポンプ７８）の給送圧力が所定の値よりも大きいとき駆動されて供給弁１０５を開かせることで、簡易なシステムで加圧回復を行うことができて、吐出信頼性が向上する。

また、液体給送手段として加圧ポンプ７８を使用して空気圧でインク袋を加圧してインクを送液する構成とすることで、インクの供給圧制御を高速に行うことができる。また、空気圧を直接供給弁の開閉駆動源に用いれば、応答性の良い制御を行うことができる。

また、サブタンク３０は、少なくとも一部に第１の可撓性部材（フィルム部材１０７）と、第１の可撓性部材をサブタンクの容積を拡大する方向に付勢する第１のばね部材（ばね１０８）とを有し、供給弁駆動手段１１２は、第１の可撓性部材に対して接離して、可撓性部材を押圧することで供給弁（負圧開放弁１０５）を開かせる構成とすることで、安定した負圧を形成できると共に、加圧による供給弁の開閉を容易に行うことができる。

この場合、供給弁駆動手段１１２は少なくとも一部に弾性部材（弾性膜１１５）からなる壁面を有する密閉空間（圧力室１１６）を有し、密閉空間が液体給送手段（加圧ポンプ７８）に連通している構成とすることで、密閉空間へのインクの出し入れにより容易に供給弁を開閉することができる。

次に、本発明の第２実施形態におけるインク供給システムについて図１５及び図１６をも参照して説明する。なお、図１５は同供給システムの説明に供する説明図、図１６は同じくその作用説明に供する説明図である。
このインク供給システムは、前述した第１実施形態構成とインク送液圧の制御方式が異なっている。つまり、前記第１実施形態のシステムではインクカートリッジ４０のインク袋４０ａを空気圧で加圧する方式としていたが、この実施形態のシステムでは、インク袋４０ａとチョーク弁９１をつなぐインク供給チューブ４２の中間に加圧ポンプ（送液ポンプ）１７８を設け、加圧ポンプ１７８を駆動することでサブタンク３０にインクを送液して、インク供給チューブ４２のインクを加圧する構成としている。

供給弁駆動部材１１２には圧力センサ１１３が設けられており、この圧力センサ１１３の検出結果に基づいて、通常印字時は圧力室１１６の圧力を１５ｋＰａ程度とし、弾性膜１１５によって負圧連動弁１０５が開かない状態で加圧室１０２を加圧するように加圧ポンプ７８を制御する。

記録ヘッド１０の初期充填時や加圧回復時には加圧ポンプ１７８で供給弁駆動部材１１２に送液し、圧力室１１６内の圧力が４０ｋＰａとなるようにする。これにより、図１６に示すように、圧力室１１６が膨張し、弾性膜１１５が膨出してフィルム部材１０７を介して負圧連動弁１０５を押すことで、負圧連動弁１０５を強制的に開くことができる。なお、本実施形態での加圧ポンプ１７８としては、チュービングポンプなど双方向に送液できる方式のものが好適である。

本実施形態によっても先の第１実施形態と同様に、チョーク弁を用いた初期充填や、自動的な負圧制御、加圧によるリフィルアシスト、加圧回復などの機能を達成することができる。

次に、本発明の第３実施形態におけるインク供給システムについて図１７をも参照して説明する。なお、図１７は同供給システムの説明に供する説明図である。
この実施形態におけるインク供給システムのサブタンク３０は、負圧を発生するための主要構成であるフィルム部材１０７、ばね１０８、負圧連動弁１０５、加圧室１０２は前記第１実施形態で説明したものと同じであるので説明を省略する。

ここで、サブタンク３０は、その上部に排気部１３０が設けられ、インク室１０１と排気部１３０との間の連通路を開閉する大気開放弁１３１が備えられ、この大気開放弁１３１はばね１３２で閉じる方向に付勢されている。排気部１３０には、必要に応じて高発泡樹脂や多孔質樹脂フィルム、発泡金属、金属メッシュ、多孔質セラミクスのような多孔質体を設けても良い。大気開放弁１３１は常閉の弁で、通常は、インク室１０１は密閉状態が保たれている。サブタンク３０に大気と開閉自在な大気弁（大気開放弁１３１）を有することで、液体供給経路内の空気を容易に排出することができる。

そして、サブタンク３０の外側にはフィルム部材１０７と対向する位置に、負圧連動弁１０５を強制的に開かせる供給弁駆動部材１１２と、大気開放弁１３１を強制的に開かせることが可能な大気弁駆動部材１１９が備えられている。

この供給弁駆動部材１１２は、前記第１実施形態の供給弁駆動部材１１２と同様な構成であり、ケーシング１１４ａと弾性部材である弾性膜１１５ａによってインクを収容可能な圧力室１１６ａが形成され、圧力室１１６ａが膨張、収縮することで弾性膜１１５ａがサブタンク３０のフィルム部材１０７に対して膨出、退出して、弾性膜１１５ａがフィルム部材１０７に接離し、弾性膜１１５ａが膨出してサブタンク３０のフィルム部材１０７を押圧することで、供給弁１０５をサブタンク３０内の負圧と無関係に開かせることができる。

大気弁駆動部材１１９も、前記第１実施形態の供給弁駆動部材１１２と同様な構成であり、ケーシング１１４ｂと弾性部材である弾性膜１１５ｂよってインクを収容可能な圧力室１１６ｂが形成され、圧力室１１６ｂが膨張、収縮することで弾性膜１１５ｂがサブタンク３０のフィルム部材１０７に対して膨出、退出して、弾性膜１１５ｂがフィルム部材１０７に接離し、弾性膜１１５ｂが膨出してサブタンク３０のフィルム部材１０７を押圧することで、大気開放弁１３１を開かせることができる。

そして、供給弁駆動部材１１２及び大気弁駆動部材１１９の圧力室１１６ａ、１１６ｂは、空気チューブ１２１とカートリッジホルダ４１を介してインクカートリッジ４０の空気層４０ｃに連通している。

このインクカートリッジ４０の空気層４０ｃはエアー供給チューブ７０を介して加圧ポンプ７８が接続されており、加圧ポンプ７８の駆動によって圧力室１１６ａ、１１６ｂを膨張、収縮させることが可能な構成としている。

この実施形態では、弾性膜１１５ａと弾性膜１１５ｂはどちらも伸縮性に富むシリコーンゴムで構成しているが、大気弁駆動部材１１９を構成する弾性膜１１５ｂの厚さを、供給弁駆動部材１１２を構成する弾性膜１１５ａの厚さよりも厚くしている。

次に、この実施形態における記録ヘッド１０へのインク初期充填について、図１８ないし図２３をも参照して説明する。
まず、インク初期充填前の状態では、図１８に示すように、サブタンク３０のインク室１０１は大気圧であるので、負圧連動弁１０５はばね１０６の作用で閉じた状態である。

ここで、加圧ポンプ７８を駆動し、インクカートリッジの４０のインク袋４０ａを加圧する（例えば５０ｋＰａ）と、大気弁駆動部材１１９と供給弁駆動部材１１２に空気が送られ、どちらの部材１１９、１１２も図１９に示すように圧力室１１６ｂ、１１６ｂが膨張して弾性膜１１５ｂ、１１５ａが膨出する。

その結果、大気弁駆動部材１１９が大気開放弁１３１を開き、供給弁駆動部材１１２が負圧連動弁１０５を開くので、加圧されたインク袋４０ａ内のインクがインク室１０１内の空気をサブタンク３０上部の排気部１３０から排気しながら、サブタンク３０内に送られる。インク室１０１の底部にはフィルタ１０９があり、フィルタ１０９の微細メッシュのメニスカス保持力でフィルタ１０９をインクが通過しないので、インク室１０１内のインク水位が上昇する。

そして、図２０に示すようにインク室１０１上部の空気量検知センサ１０３がインク液面を検知した時点で、加圧ポンプ７８の加圧力を減少させる。加圧力を適切に設定する（例えば４０ｋＰａ）ことで、図２１に示すように、比較的厚い弾性膜１１５ｂを有し自己収縮力が大きい大気弁駆動部材１１９のみ、大気開放弁１３１から離間させて閉弁状態とし、比較的薄い弾性膜１１５ａを有し自己収縮力が小さい供給弁駆動部材１１２は負圧連動弁１０５を開いた状態を維持させることができる。

この状態にすることで、インク室１０１内は加圧ポンプ７８で加圧されるので、フィルタ１０９のメニスカスを破ってインクが記録ヘッド１０に充填される。記録ヘッド１０にインク充填された後に、加圧ポンプ７８を停止させる。すると、圧力室１１６ａ、１１６ｂの圧力が低下するので、弾性膜１１５ａと弾性膜１１５ｂは各々の復元力によって自然な状態に戻り、供給弁駆動部材１１２による負圧連動弁１０５の押圧は解除される。

その結果、図２２に示すように、負圧連動弁１０５が閉じてインク室１０１へのインクの流入は停止する。それと同時に、ばね１０８がインク室１０１の容積を拡大する方向にフィルム部材１０７を押すので、インク室１０１内に負圧が形成され、印字動作ができる状態となる。

本実施形態においては、前述のインク供給システムと同様に負圧連動弁１０５と加圧ポンプ７８を備えているので、印字中に加圧ポンプ７８を駆動しサブタンク３０の加圧室１０２を適圧（例えば１５ｋＰａ）に保持することによって、黒ベタ画像を高速に印字するなど大流量のインク供給が必要な場合であってもリフィル不足を生じることなく安定に画像形成することができる。

また、印字時の加圧により、大気弁駆動部材１１９と供給弁駆動部材１１２の圧力室１１６ｂ、１１６ａは膨張するが、図２３に示すように、大気弁駆動部材１１９、供給弁駆動部材１１２とサブタンク３０の間隔を適切に設定することで、印字時の圧力では弁１０５、１３１を閉じた状態で保持する。

本実施形態では、インクカートリッジ４０内のインクを加圧する加圧ポンプ７８を制御し、少なくともインクの圧力を３段階に加圧するようにしている。最も低い圧力（例えば１５ｋＰａ）は、印字のリフィルアシスト圧であり、この圧力では大気弁駆動部材１１９、供給弁駆動部材１１２は強制的には開放しない。次に大きい圧力（例えば４０ｋＰａ）では、図２１に示すように、供給弁駆動部材１１２によって負圧連動弁１０５のみ強制的に開放し、記録ヘッド１０の加圧回復を達成する。一番大きい圧力（例えば５０ｋＰａ）では、大気弁駆動部材１１９によって大気開放弁１３１も強制的に開放するので、インク室１０１内の空気を排気部１３０から容易に排出することができる。

なお、本実施形態では、記録ヘッド１０の加圧回復を可能としているが、前述の第２実施形態と同様に吸引回復を併用しても良い。また、本実施形態では、空気圧を直接用いて大気弁駆動部材１１９、供給弁駆動部材１１２を制御するので、液体を用いる場合に比べてより応答性の良いシステムとすることができる。

また、本実施形態のようにサブタンク３０は、少なくとも一部に第１の可撓性部材（フィルム部材１０７）と、第１の可撓性部材をサブタンクの容積を拡大する方向に付勢する第１のばね部材（ばね１０８）とを有し、大気弁駆動手段１１９は、第１の可撓性部材に対して接離して、第１の可撓性部材を押圧することで大気弁（大気開放弁１３１）を開かせる構成とすることで、一時的にインク室１０１内を大気に連通させ安定した負圧にリセットすることができるとともに、加圧による大気弁の開閉により液体供給経路内の空気を容易に排出することができる。

また、大気弁（大気開放弁１３１）を開閉する大気弁駆動手段１１９を有し、大気弁駆動手段１１９は液体給送手段（加圧ポンプ７８）によって駆動制御されることで、記録ヘッドへの送液圧のみで大気弁を開閉できるので、簡易なシステムで液体供給経路内の空気を容易に排出することができる。

また、大気弁駆動手段１１９は少なくとも一部に弾性部材（弾性膜１１５ｂ）からなる壁面を有する密閉空間（圧力室１１６ｂ）を有し、密閉空間が液体給送手段に連通している構成とすることで、密閉空間へのインクの出し入れにより容易に大気弁を開閉することができる。

次に、本発明の第４実施形態におけるインク供給システムについて図２４及び図２５を参照して説明する。なお、図２４は同供給システムの説明に供する説明図、図２５は同じくその作用説明に供する説明図である。
本実施形態のシステムは、前記第３実施形態のシステムと大気弁駆動部材１１９、供給弁駆動部材１１２の構成のみ異なる。第３実施形態のシステムにおいては、厚みの異なる弾性膜１１５ａと弾性膜１１５ｂを用いて膨張、収縮可能な圧力室１１６ａ、１１６ｂを形成し、同じ圧力での変形量に差を持たせ、低圧条件（給送圧力が所定の値以下）では負圧連動弁１０５のみ強制開放可能なシステムとしている。

これに対し、本実施形態の供給弁駆動部材１１２では、サブタンク３０に対面する側を第２の可撓性部材であるフィルム部材１５５で形成し、このフィルム部材１５５を圧力室１１６ａの容積を小さくする方向に付勢する第２のばね部材である引っ張りばね１１８ａを設けている。同様に、大気弁駆動部材１１９では、サブタンク３０に対面する側を第３の可撓性部材であるフィルム部材１５５で形成し、このフィルム部材１５５を圧力室１１６ｂの容積を小さくする方向に付勢する第３のばね部材である引っ張りばね１１８ｂを設けている。

そして、大気弁駆動部材１１９の引張りばね１１８ａのばね定数を供給弁駆動部材１１２の引っ張りばね１１８ｂのばね定数よりも大きくしている。

したがって、供給弁駆動部材１１２の圧力室１１６ａ及び大気弁駆動部材１１９の圧力室１１６ｂに対して圧力を適正に印加することにより、図２５に示すように、大気弁駆動部材１１９よりも供給弁駆動部材１１２が大きく変形して、大気開放弁１３１は閉じたまま、負圧連動弁１０５を強制開放することができる。本システムでは、引っ張りばねを用いているので大気弁駆動部材１１９、供給弁駆動部材１１２の作動圧をより自在に設定することができる。

このように、供給弁駆動手段１１２は少なくとも一部に第２の可撓性部材（フィルム部材１５５）からなる壁面を有する密閉空間（圧力室１１６ａ）と、第２の可撓性部材を密閉空間の容積を縮小する方向に付勢する第２のばね部材（ばね１１８ａ）を有し、密閉空間が液体給送手段（加圧ポンプ７８）に連通している構成とすることで、所望の作動圧を容易に得ることができる。

また、大気弁駆動部材１１９は少なくとも一部に第３の可撓性部材（フィルム部材１５５）と、第３の可撓性部材を密閉空間（圧力室１１６ｂ）の容積を縮小する方向に付勢する第３のばね部材（ばね１１８ｂ）とを有する構成とすることで、所望の作動圧を容易に得ることができる。

次に、本発明の第５実施形態におけるインク供給システムについて図２６及び図２７を参照して説明する。なお、図２６は同供給システムの説明に供する説明図、図２７は同じくその作用説明に供する説明図である。
本実施形態のシステムは、前記第３実施形態のシステムと大気弁駆動部材１１９、供給弁駆動部材１１２の構成及び、配置が異なっている。前記第３実施形態のシステムにおいては、厚みの異なる弾性膜１１５ａと弾性膜１１５ｂを用いて膨張、収縮特性を異ならせ、低圧条件では負圧連動弁１０５のみ強制開放可能なシステムとしている。

これに対し、本実施形態のシステムにおいては、弾性膜１１５は同じものとしており、圧力室１１６ａ、１１６ｂの変形特性は同一であるが、大気弁駆動部材１１９、供給弁駆動部材１１２とサブタンク３０の間隔を異ならせている。具体的には大気弁駆動部材１１９を供給弁駆動部材１１２よりもサブタンク３０から離して配置している。

これにより、加圧ポンプ７８を駆動した場合の膨張量は大気弁駆動部材１１９と供給弁駆動部材１１２で差はないが、図２７に示すように負圧連動弁１０５のみ強制開放することができる。本システムでは、大気弁駆動部材１１９、供給弁駆動部材１１２を共通部品とすることができるので、低コストのシステムとすることができる。

以上説明したように、本発明によるインク供給システムにおいては、負圧連動弁と加圧ポンプを利用してインクの大流量供給を実現しつつ、同一のポンプを流用する簡易な構成で負圧連動弁を強制開放して記録ヘッドの加圧回復を可能にすることができる。また、ヘッドタンクに大気開放弁を更に設ければ、前述の同一のポンプを更に流用してヘッドタンク内の空気を容易に排出することができる。

なお、上記各実施形態として、負圧連動弁や大気開放弁がサブタンクに備えられるもので説明したが、これらの弁はサブタンクに限定されるものではなく、インク供給経路の途中のいずれの場所にも設けることができる。また、本発明はインクを吐出する画像形成装置に限定されるものではなく、様々な液体を吐出する液滴吐出装置に適用することができる。

本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の一例を示す概略正面説明図である。同じく概略平面説明図である。同じく概略側面説明図である。同装置の記録ヘッドの説明に供する要部拡大説明図である。同装置のサブタンクの一例を示す正面説明図である。図５のＡ−Ａ線に沿うヘッドタンクの断面説明図である。同じくその作用説明に供する断面説明図である。本発明の第１実施形態におけるインク供給システムの説明に供する説明図である。同じく同システムの異なる状態を説明する説明図である。同システムのカートリッジホルダ部分の説明図である。同システムの接続部材部分の説明図である。同じくその初期充填時の作用説明に供する説明図である。同じくその初期充填時の作用説明に供する説明図である。同じくその初期充填時の作用説明に供する説明図である。本発明の第２実施形態におけるインク供給システムの説明に供する説明図である。同じくその作用説明に供する説明図である。本発明の第３実施形態におけるインク供給システムの説明に供する説明図である。同じくその初期充填時の作用説明に供する説明図である。同じくその初期充填時の作用説明に供する説明図である。同じくその初期充填時の作用説明に供する説明図である。同じくその初期充填時の作用説明に供する説明図である。同じくその初期充填時の作用説明に供する説明図である。同じくその初期充填時の作用説明に供する説明図である。本発明の第４実施形態におけるインク供給システムの説明に供する説明図である。同じくその作用説明に供する説明図である。本発明の第５実施形態におけるインク供給システムの説明に供する説明図である。同じくその作用説明に供する説明図である。

符号の説明

４…キャリッジ
１０…記録ヘッド
３０…サブタンク
４０…インクカートリッジ（メインタンク）
４２…インク供給チューブ
７８…加圧ポンプ
１０１…インク室
１０２…加圧室
１０５…負圧開放弁（供給弁）
１０７…フィルム部材（第１の可撓性部材）
１０８…ばね（第１のばね部材）
１１２…供給弁駆動部材（手段）
１１５、１１５ａ、１１５ｂ…弾性膜（弾性部材）
１１６、１１６ａ、１１６ｂ…圧力室
１５５…フィルム部材（第２、第３の可撓性部材）

Claims

液滴を吐出する記録ヘッドと、
前記記録ヘッドに供給するインクを貯留するサブタンクと、
前記サブタンクに液体を供給するメインタンクと、
前記メインタンクから前記サブタンクに前記液体を給送する液体給送手段と、を備え、
前記サブタンクにはこのサブタンク内の負圧が所定の値以上のときに開き、前記サブタンク内への液体の供給を可能とする供給弁が設けられ、
前記供給弁を前記サブタンク内の負圧と無関係に開かせる供給弁駆動手段を有し、
前記供給弁駆動手段は前記液体給送手段で駆動制御される
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項１に記載の画像形成装置において、前記供給弁駆動手段は前記液体給送手段の給送圧力が所定の値よりも大きいとき駆動されて前記供給弁を開かせることを特徴とする画像形成装置。
請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記液体給送手段は、空気圧によって前記メインタンク内の液体を加圧して前記液体を給送することを特徴とする画像形成装置。
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、前記サブタンクには大気と開閉自在な大気弁を有することを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置において、
前記サブタンクは、少なくとも一部に第１の可撓性部材と、前記第１の可撓性部材をサブタンクの容積を拡大する方向に付勢する第１のばね部材とを有し、
前記供給弁駆動手段は、前記第１の可撓性部材に対して接離して、前記第１の可撓性部材を押圧することで前記供給弁を開かせる
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項５に記載の画像形成装置において、前記供給弁駆動手段は少なくとも一部に弾性部材からなる壁面を有する密閉空間を有し、前記密閉空間が前記液体給送手段に連通していることを特徴とする画像形成装置。
請求項５に記載の画像形成装置において、前記供給弁駆動手段は少なくとも一部に第２の可撓性部材からなる壁面を有する密閉空間と、前記第２の可撓性部材を前記密閉空間の容積を縮小する方向に付勢する第２のばね部材を有し、前記密閉空間が前記液体給送手段に連通していることを特徴とする画像形成装置。
請求項４に記載の画像形成装置において、
前記サブタンクは、少なくとも一部に第１の可撓性部材と、前記第１の可撓性部材をサブタンクの容積を拡大する方向に付勢する第１のばね部材とを有し、
前記大気弁は、前記第１の可撓性部材に押圧されることで開く
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項４又は８に記載の画像形成装置において、前記大気弁を開閉する大気弁駆動手段を有し、前記大気弁駆動手段は前記液体給送手段によって駆動制御されることを特徴とする画像形成装置。
請求項９に記載の画像形成装置において、前記大気弁駆動手段は少なくとも一部に弾性部材からなる壁面を有する密閉空間を有し、前記密閉空間が前記液体給送手段に連通していることを特徴とする画像形成装置。
請求項９に記載の画像形成装置において、前記大気弁駆動部材は少なくとも一部に第３の可撓性部材と、前記第３の可撓性部材を前記密閉空間の容積を縮小する方向に付勢する第３のばね部材とを有することを特徴とする画像形成装置。