JP2010269488A - 画像形成用媒体収容容器、インクカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

画像形成用媒体収容容器、インクカートリッジ及び画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】使用後の画像形成用媒体の残量を低減した画像形成用媒体収容容器、インクカートリッジ及びこれが装着される画像形成装置を提供する。
【解決手段】ノズルから液体を吐出する記録ヘッド1にインクを供給するインクカートリッジ40であって、インクを収容するインクパック44と、インクパック44に所定の圧力を加える第1の変形部49と、インクパック44と当接してこれを変形させることが可能に設置されたスクイーザ45と、記録ヘッド1におけるインクの吐出量に応じてスクイーザ45を移動させる第2の変形部50とを備える。
【選択図】図4

Description

本発明は、画像形成手段に画像形成用媒体を供給する画像形成用媒体収容容器に関し、特に、使用後の画像形成用媒体の残量を低減した画像形成用媒体収容容器、インクカートリッジ及びこれが装着される画像形成装置に関する。
オンデマンド型のインクジェット(IJ)記録技術としては、インクを充填した液室の壁の一部に振動板を設け、圧電アクチュエータ等によって振動板を変位させて液室内の体積を変化させて圧力を高めてインクを吐出する方式や、液室内に通電によって発熱する発熱体を設けて、発熱体の発熱によって生じる気泡によって液室内の圧力を高め、インクを吐出する方式が広く知られている。
近年では、IJプリンタは高速化が進むとともに多様化し、家庭用のみならずビジネス用途にも広く使用され、広幅の記録媒体への画像形成に対する需要も増えてきている。ビジネス用途では大量に印刷するため、IJプリンタをビジネス用途に適用する場合には、インクカートリッジのインク収容量を多くしてカートリッジ交換の頻度を低減する必要がある。そのために、印字ヘッドに直接インクカートリッジを装着する方式ではなく、本体にインクカートリッジを備え付け、チューブでキャリッジ上の印字ヘッドと接続してインクを供給する方式(チューブ供給方式)が多く用いられている。チューブ供給方式では、画像形成の際に印字ヘッドで消費されるインクは、インクカートリッジからチューブを通って印字ヘッドに供給されることになる。
チューブ供給方式の場合、柔軟性に富む細いチューブを使うと、インクがチューブ内を流れる際の流体抵抗が大きいため、印字ヘッドへのインクの供給が間に合わず吐出不良となる。特に、広幅の記録媒体に印字する大型のプリンタでは必然的にチューブが長くなって流体抵抗も大きくなる。
また、高速印字する場合や高粘度のインクを吐出する場合も流体抵抗が増大し、印字ヘッドへのインクの供給量の不足が問題となる。
この問題の解決するための技術として、特許文献1には、インクカートリッジのインクを加圧状態に保持すると共に、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も大きい時にインクを供給する技術が開示されている。これにより、インク供給量が不足する問題は解決される。
特許文献1に開示されるような加圧方式を、インクを可撓性材料からなるインクパックに収容してインクの保存性を確保する方式に適用した場合、インクパック内のインクが少なくなった場合にインクパックが綺麗に変形せず、その結果インクを最後まで吸い出せないという不具合が発生する。
このような不具合を回避する技術としては、特許文献2に開示される発明のように、インクパックのインク取り出し部にポンプを設けて、ポンプによってインクを吸い出す方法がある。
しかし、特許文献2に開示される発明のような方式では、インクカートリッジ内に複雑なポンプ機構を設けるとともに、そのポンプを駆動する手段を装置本体側に設ける必要があり、インクカートリッジ及び装置本体の双方が高コストになってしまう。
このような課題は電子写真技術を用いた画像形成装置におけるトナー補給においても同様に存在しており、特許文献3にはトナーが収容された容器を空気で加圧してトナーをトナー排出口に移動させてトナー残量を低減する技術が開示されている。
しかし、特許文献3に記載の発明においても、トナーが収容された容器をより確実に潰すためには改善の余地がある。
本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、使用後の画像形成用媒体の残量を低減した画像形成用媒体収容容器、インクカートリッジ及びこれが装着される画像形成装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、第1の態様として、画像形成用媒体を被記録媒体に付着させて画像形成を行う画像形成手段に画像形成用媒体を供給する画像形成媒体収容容器であって、画像形成用媒体を収容する可撓性容器と、可撓性容器に所定の圧力を加える容器加圧手段と、可撓性容器と当接してこれを変形させることが可能に設置された変形規制部材と、画像形成手段における画像形成用媒体の消費量に応じて変形規制部材を移動させる押圧手段とを備えることを特徴とする画像形成用媒体収容容器を提供するものである。
また、上記目的を達成するため、本発明は、第2の態様として、上記本発明の第1の態様に係る画像形成用媒体収容容器を用いたインクカートリッジであって、画像形成用媒体がインクであることを特徴とするインクカートリッジを提供するものである。
また、上記目的を達成するため、本発明は、第3の態様として、上記本発明の第2の態様に係るインクカートリッジが搭載され、該インクカートリッジから吐出されるインクを用いて画像形成手段によって画像を形成する画像形成装置であって、画像形成前に容器加圧手段を駆動して可撓性容器を加圧し、画像形成時には押圧手段を駆動して変形規制部材を移動させて可撓性容器を加圧し、画像形成後には、押圧手段の駆動を停止した後に容器加圧手段の駆動を停止することを特徴とする画像形成装置を提供するものである。
本発明によれば、使用後の画像形成用媒体の残量を低減した画像形成用媒体収容容器、インクカートリッジ及びこれが装着される画像形成装置を提供できる。
本発明を好適に実施した第1の実施形態に係るインクジェットプリンタの構成を示す図である。 記録ヘッドの構成を示す図である。 ヘッドタンクの構成を示す図である。 記録ヘッドにインクを供給する機構を示す図である。 インクカートリッジの内部の状態を示す図である。 インクを使用していないインクカートリッジの主要断面を示す図である。 インクパック内のインクが無くなった状態を示す図である。 第1の実施形態に係るインクカートリッジからのインク供給動作の流れを示す図である。 インクエンドを検出するセンサを備えたインクカートリッジの構成を示す図である。 インクエンドを検出するセンサを備えたインクカートリッジの構成を示す図である。 スクイーズローラを備えたインクカートリッジの構成を示す図である。 本発明を好適に実施した第2の実施形態に係るインクカートリッジの構成を示す図である。 第2の実施形態に係るインクカートリッジの構成を示す図である。 ビームホルダ及びガイド部材の構成を示す図である。 第2の実施形態に係るインクカートリッジからのインク供給動作の流れを示す図である。 インクを使用していないインクカートリッジの主要断面、及びインクを使い切ったインクカートリッジの主要断面を示す図である。 本発明を好適に実施した第3の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。 第3の実施形態に係るトナー補給装置の構成を示す図である。 第3の実施形態に係るトナー補給装置の動作の流れを示す図である。
〔第1の実施形態〕
図1に、本発明の好適な実施の形態に係るインクジェットプリンタの構成を示す。
このインクジェットプリンタは、左右の側板123L、123Rに横架したガイド部材であるガイドロッド122とガイドレール128とでキャリッジ120を主走査方向(ガイドロッド122の長手方向)に摺動自在に保持し、不図示の走査モータとタイミングベルトとによって主走査方向に移動走査する。
キャリッジ120には、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)などの各色のインク滴を吐出する記録ヘッド1が、複数のインク吐出口を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けた状態で装着されている。
記録ヘッド1は、図2に示すように発熱体基板2と液室形成部材3とで構成され、ヘッドベース部材9に形成された流路から供給されたインクを吐出する。記録ヘッド1は、発熱体4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6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5の開口中心軸とが直角をなしたサイドシューター方式の構成である。記録ヘッド1としては、圧電素子を用いて振動板を変形させたり、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でも適用可能である。
キャリッジ120の下方では、画像が形成される用紙8が主走査方向と垂直な方向(副走査方向)に搬送される。図1(b)に示すように、用紙8は搬送ローラ125と押さえコロ126とで挟持されて印字部へ搬送され、印写ガイド部129に送られる。主走査方向へのキャリッジ120の走査と記録ヘッド1からのインク吐出と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8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、副走査方向に用紙を所定量送り、上記同様の動作を行う。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う。
一方、記録ヘッド1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16が形成されたヘッドタンク11が一体的に接続される。ここで言う一体的とは、記録ヘッド1とヘッドタンク11とがチューブや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120に搭載されているという意味である。
図3に、ヘッドタンク11の構成を示す。図3(a)はヘッドタンク11の正面図、図3(b)はヘッドタンク11のAA断面図である。なお、どちらの図も構成の理解を容易とするために部品の記載を適宜省略したり、部分的に断面を示している。
ヘッドタンク11は、図3(b)に示すように、インク室16と加圧室12の2室から構成される。インク室16の内部には記録ヘッド1との接続部の近傍にフィルタ19が設けられ、濾過して異物などを除去したインクを記録ヘッド1に供給する。また、ヘッドタンク11の一壁面にはフィルム部材17が設けられ、ばね18によってヘッドタンク11の容積を拡大する方向に付勢されている。それにより、フィルム部材17は図3(b)に示すように、ヘッドタンク11の外側に凸状に膨らんだ状態となっている。フィルム部材17と近接して供給弁としての負圧連動弁15が設けられている。負圧連動弁15は、インク室16と加圧室12の連通・非連通を制御する弁であり、通常は図3(b)に示すように非連通状態を保っているが、図3(c)に示すようにインク室16の内部のインクが消費され、フィルム部材17がインク室16内側に変位することによって開く構造を有する。また、ヘッドタンク11の加圧室12は、図1における接続部材28が接続され、液体供給チューブ30と連通している。液体供給チューブ30の他端は、カートリッジホルダ31に連通されており、セットされたインクカートリッジ40のインクを加圧供給する構成となっている。
図4に、記録ヘッド1にインクを供給する機構の構成を示す。インクカートリッジ40は、図4に示すように、インクが収容されたインクパック44、第1の変形部49、第2の変形部50、スクイーザ45、スライダ46などを有する。第1の変形部49及び第2の変形部50はケース42内に設けられた空気管路51、52を介して外部から出入りする空気によって変形可能な構成であり、ゴムなどの可撓性材料からなる弾性部材や蛇腹形状などの変形しやすい構造体などからなる。第1の変形部49及び第2の変形部50への空気の流出入は、カートリッジホルダ31の空気流路33、34を介して接続されたポンプ35、36によって行われる。また、空気流路33、34には、流路内を大気開放する大気開放弁37、38と、内部の圧力を測定可能な圧力センサ39とが接続される。
次に、インクカートリッジ40の構成について図5に基づいてさらに説明する。図5(a)は主要断面図、図5(b)はカバー43を取り除いて示した平面図、図5(c)は図5(a)のCC断面図である。インクパック44の一端はスパウト41に固定され、スパウト41を介してケース42とカバー43とで構成される容器に固定、収容される。インクパック44のスパウト41と反対側にはスクイーザ45が設けられ、インクパック44内のインクをスパウト41側に絞り出すようにインクパック44の一部分を押圧している。
スクイーザ45は、ケース42にガイドされながら摺動するスライダ46に固定されており、第2のポンプ36によって第2の変形部50が変形することによりインクカートリッジ40の底部側(スパウト41と反対側)からスパウト41側にスライド移動する。スクイーザ45は、インクパック44を潰しながら移動するため、インクパック44内のインクはスクイーザ45を境にスパウト41側だけに集められ、底部側にはほとんどインクが無い状態としている。
インクを使用していないインクカートリッジ40の主要断面を図6に示す。この状態では、スクイーザ45がインクカートリッジ40の底部側にあり、インクパック44内のスパウト41側に大量のインクが収容されている。インクが消費されるにつれて、第2の変形部50が変形し、スライダ46及びスクイーザ45を押して、インクパック44の底部側にインクが残らないようにインクパック44を変形させながらインクをスパウト41側に押し出す。
インク消費が進み、インクパック44内のインクが無くなった状態を図7に示す。スクイーザ45でインクパック44を潰しながらインクをしごき出すため、スクイーザ45よりも底部側のインクパック44は平坦になり、インク残留量を最小化できる。スクイーザ45によるインクパック44のしごき方が不十分であると、インクパック44の底部側にインクが移動することを許容してしまい、インクエンド時のインク残量が増加してしまう。その場合には、第2の変形部50を一旦図6のように収縮させてスライダ46を底部側に戻して再度第2の変形部50を膨張させてインクパック44をしごき直すこともできる。ただし、その場合は、スクイーザ45でインクパック44を繰り返し摩擦することによってインクパック44へのダメージが増加する。
本実施形態では、スクイーザ45をゴムやエラストマーなどの弾性材料とすることで、スクイーザ45とインクパック44との密着性を確保している。また、図5(b)に示すように、スクイーザ45を保持するスライダ46の一部に梁部47を設け、ケース42の鋸状ガイド部48と嵌合させる構成としている。このような構成とすることで、スライダ46は第2の変形部50に押された場合には、梁部47が撓んで鋸状ガイド部48の山を乗り越えながらスパウト41側に移動する。第2の変形部50による押圧が無くなった場合には、インクパック44の内圧によってスクイーザ45及びスライダ46には底部側に押し戻される力が作用するが、梁部47が鋸状ガイド部48に嵌合するため、スクイーザ45及びスライダ46は梁部47が嵌合した位置で停止する。したがって、スクイーザ45は、インクパック44をスパウト41の方向に1回しごくだけとできるため、インクパック44を痛めることがなく、インクパック44を回収して再利用しやすくなる。
次に、インクカートリッジ40からのインク供給動作について図5及び図8に基づいて説明する。プリンタが停止状態又は印字信号待ち状態では、ポンプ35、36は停止しており、大気開放弁37、38は開いており、空気管路51、52及び第1の変形部49、第2の変形部50は大気に連通した状態となっている。プリンタが印字ジョブを受信すると(ステップS101/Yes)、まず第1の大気開放弁37と第2の大気開放弁38とが閉じて空気管路51、52及び第1の変形部49と第2の変形部50とは大気と隔離される(ステップS102、S103)。次に圧力センサ39の検知圧力をチェックする(最初は大気圧が検知される)(ステップS104)。
続いて、第1のポンプ35を駆動して第1の空気管路51を介して第1の変形部49に外部から空気を流入する(ステップS105)。これにより、第1の変形部49は図5(a)に点線で示す状態から実線で示す状態に膨張するとともに、内部の圧力が増加する。この圧力が所定の目標圧力に達したら(ステップS104/Yes)、第1のポンプ35を停止する(ステップS106)。この目標圧力は、プリンタの様々な仕様(吐出速度、インク粘度、インク供給チューブの長さや内径等)によって異なるが、インク供給チューブの長さが1〜2m、内径が2mm程度であれば40〜50kPaとする。このように第1の変形部49を膨張させてインクパック44を押圧することにより、インクパック44内のインクも加圧される。
この状態で印字動作を開始する(ステップS107)。ヘッドから吐出されるインクは、図3、図4に示すヘッドタンク11から供給されるが、ヘッドタンク11のインク室16内のインクが減ってくると、図3(c)のように負圧連動弁15が開き、インク室16と加圧室12とが連通した状態となる。図4に示すように加圧室12のインクは加圧されたインクパック44と連通しているため、速やかにインクがインクカートリッジ40からヘッドタンク11に補充される。インクが補充されることにより、ヘッドタンク11のインク室16の圧力が一定以上になると図3(b)のように負圧連動弁15が閉じて、インク室16は再び密閉状態となる。
このように図3(b)の状態と図3(c)の状態とを交互に繰り返してインク室16の圧力を一定に保ちながら印字が行われる。この時、インクカートリッジ40のインクは所定の圧力に加圧されているため、記録ヘッド1のインク消費速度が大きい場合や、ロングチューブの使用によって供給経路の流体抵抗が大きい場合でも、供給不足を起こすことなく安定したインク供給を行える。
印字によってインクパック44内のインクが減少すると、インクの圧力が低下する。図5に示す構成のインクカートリッジ40においては、インクパック44が収縮することによってインクパック44が第1の変形部49を押す力が低下するため、インク圧の低下を圧力センサ39で検知できる。圧力が所定の圧力よりも低下したことを検知した場合には(ステップS108/No)、第2のポンプ36を駆動し、空気流路34を介して第2の変形部50に空気を送り込む(ステップS109)。これにより、第2の変形部50が膨張し、スライダ46を移動させてスクイーザ45でインクパック44からインクをしごき出しながらインクパック44を加圧する。その結果、インクパック44内のインクの加圧量は元の圧力に復帰する。インクの圧力が復帰したことは、先と同様に圧力センサ39で検出できるため、その時点で第2のポンプ36の駆動を停止する(ステップS110)。
このように、インクパック44のインクの圧力を所定の範囲に保ちながら消費されたインクを第2の変形部50を膨張させて記録ヘッド1側に供給することで、印字を継続して行える(ステップS111)。印字ジョブが無くなり印字終了した場合は(ステップS112/No、S113)、第2の大気開放弁38に続いて第1の大気開放弁37を開き(ステップS114、S115)、第1の変形部49及び第2の変形部50の内部を両方とも大気に開放して加圧を解除する。これにより、インクパック44やヘッドタンク11の加圧室12内のインクの加圧状態が解除され、ヘッドタンク11の負圧連動弁15のシール性が不十分な場合のインクのスローリークを防止できる。また、例えば、インクカートリッジ40をカートリッジホルダ31から外した場合などに、その接続部からのインク漏れを確実に防止できる。
本実施形態のインクカートリッジ40は、印字によってインクが消費されるにつれてインクパック44が端(底部側)から潰されていき、インクが無くなった状態では図7に示す状態となる。この状態では、第2のポンプ36によって第2の変形部50に空気を送っても第2の変形部50が膨張しないため、インクパック44を介して第1の変形部49が押圧されなくなる。したがって、圧力センサ39によってモニタしている第1の変形部49内の圧力がインク消費によって低下した状態から適正範囲に復帰しなくなるため、インクパック44のインクが無くなったことを検知できる。
インクエンドを検知する別の方法としては、例えば図9、図10に示すように、インクカートリッジ40のケース42にスリット54を形成し、スライダ46に検知板55を設けるとともに、カートリッジ外部にフォトセンサなどのセンサ56を設けることで、図10のようにインクエンドを精度良く検出できる。
以上の説明においては、インクパック44をスライダ46に固定された弾性部材からなるスクイーザ45でしごく構成としたが、インクパック44を潰す方法はこれに限られない。
図11にスクイーズローラ53を用いた構成例を示す。スクイーズローラ53は、樹脂や金属からなるローラ53aの表面に弾性層53bを設けたもので、スクイーズローラ53をインクパック44に押し付けながら第2の変形部50で移動させることにより、インクパック44内のインクを効率よく絞り出すことができる。この構成では、スクイーズローラ53がインクパック44の表面を転がりながら移動するため、図5のようにスクイーザ45がインクパック44表面を擦りながら移動する構成よりもインクパック44のダメージを低減でき、インクパック44のリサイクル性がさらに向上する。
このように、インクパックを加圧してインクを供給するインクカートリッジにおいて、インクパックを一方向に潰す機構を設けるとともに、2種類の加圧源でインクパックの加圧を行うことで、印字時にはインクの高速供給を可能にし、非駆動時にはインクのリークを確実に防止し、かつインクエンド時のインク残量を最小化できる。また、インクパックに対する圧力を流体圧によって与えるため、簡易な構成でインクに加圧できる。
〔第2の実施形態〕
本発明を好適に実施した第2の実施形態について説明する。本実施形態に係るインクジェットプリンタの構成は、第1の実施形態とほぼ同様であるが、インクカートリッジの構成が相違する。
図12に、本実施形態に係るインクジェットプリンタに適用されるインクカートリッジの構成を示す。インクカートリッジ70は、インクが収容されたインクパック74、第1の変形部79、第2の変形部80、押圧板75などを有して構成される。第1の変形部79及び第2の変形部80は、ケース72内に設けられた空気管路81、82を介して外部から出入りする空気によって変形可能な構成であり、ゴムなどの可撓性材料からなる弾性部材や蛇腹形状等の変形しやすい構造体などとして構成される。第1の変形部79及び第2の変形部80への空気の流出入は、カートリッジホルダ31の空気流路64を介して接続された加圧ポンプ65と開閉弁68、69とによって行われる。また、空気流路64には、流路内を大気開放する大気開放弁67と内部の圧力を測定可能な圧力センサ66とが接続される。
インクカートリッジ70の構成について図13に基づいてさらに説明する。インクパック74の一端はスパウト71に固定され、スパウト71を介してケース72及びカバー73で構成される容器に固定、収容される。インクパック74の一表面に接触して押圧板75が配置され、押圧板75はケース72の底部側(スパウト71と反対側)に設けられた回動軸76を中心に回動自在とされている。
押圧板75にはインクパック74の反対側に押圧部材83を介して第2の変形部80が設けられ、第2の変形部80が膨張、伸張することにより、押圧板75がインクパック74を潰して加圧する。さらに、押圧板75にはビームホルダ77が設けられる。ビームホルダ77は、ケース72に備えられたガイド部材78に案内されながら移動する。
ビームホルダ77及びガイド部材78の構成例を図14に示す。ガイド部材78は、その長手方向断面が略鋸歯形状となっている。一方、ビームホルダ77には屈曲変形可能なビーム77aが設けられており、ビーム77aの先端部77bはガイド部材78の鋸歯部に接触する。そのため、ビームホルダ77は図14の矢印D方向にのみ移動可能であり、逆方向には移動できない構造となっている。したがって、押圧板75はインクパック74を潰す方向にのみ移動可能とされている。また、スパウト71の近傍には押圧板75と干渉しない位置でインクパック74を押圧可能な第1の変形部79が設けられる。第1の変形部79は、第2の変形部80と同様にプリンタ装置側に設けられた加圧ポンプ65によって駆動され、伸縮可能である。
次に、インクカートリッジ70からのインク供給動作について図13及び図15に基づいて説明する。プリンタが停止状態又は印字信号待ちの状態では、加圧ポンプ65は停止しており、大気開放弁67及び開閉弁68、69は開いており、空気管路81、82及び第1の変形部79、第2の変形部80は大気に連通した状態となっている。プリンタが印字ジョブを受信すると(ステップS201/Yes)、まず大気開放弁67及び開閉弁69が閉じて空気管路81、82及び第1の変形部79と第2の変形部80とは大気と隔離される(ステップS202、S203、S204)。
次に、圧力センサ66の検知圧力をチェックする(最初は大気圧が検知される)(ステップS205)。続いて、加圧ポンプ65を駆動して第1の空気管路81を介して第1の変形部79に外部から空気を流入する(ステップS206)。これにより、第1の変形部79は図13に点線で示す状態から実線で示す状態に膨張するとともに、内部の圧力が増加する。この圧力が所定の目標圧力に達したことを圧力センサ66で検知したら(ステップS205/Yes)、加圧ポンプ65を停止して第1の開閉弁68を閉じる(ステップS207、S208)。次に、第2の開閉弁69を開き(ステップS209)、再び圧力センサ66が所定の圧力を検知するまで加圧ポンプ65を駆動して第2の変形部80を加圧する(ステップS210、S211)。これらの動作により、インクパック74内のインクが適正な圧力に加圧される(ステップS210/Yes)。
この状態で印字動作を開始する(ステップS212)。ヘッドから吐出されるインクは、図12に示すヘッドタンク11から供給されるが、ヘッドタンク11のインク室16内のインクが減ってくると、図3(c)のように負圧連動弁15が開き、インク室16と加圧室12とが連通した状態となる。図12に示すように加圧室12のインクは加圧されたインクパック74と連通しているため、速やかにインクがインクカートリッジ70からヘッドタンク11に補充される。インクが補充されることによってヘッドタンク11のインク室16の圧力が一定以上となると、図3(b)のように負圧連動弁15が閉じて、インク室16は再び密閉状態となる。このように図3(b)、図3(c)の状態を交互に繰り返してインク室16の圧力を一定に保ちながら印字が行われる。この時、インクカートリッジ70のインクは所望の圧力に加圧されているので、記録ヘッド1のインク消費速度が大きい場合やロングチューブの使用などによって供給経路の流体抵抗が大きい場合でも、供給不足を起こすことなく安定したインク供給を行える。
印字によってインクパック74内のインクが減ると、インクの圧力が低下する。図13に示す構成のインクカートリッジ70においては、インクパック74が収縮することによって、インクパック74が第1の変形部79を押す力が減少するため、インク圧の低下は圧力センサ66で検知できる。圧力が所望の圧力よりも低下したことを検知した場合には(ステップS213/No)、加圧ポンプ65を駆動し、空気流路64を介して第2の変形部80に空気を送り込む(ステップS214)。これにより、第2の変形部80が膨張し、押圧板75を押すことによりインクパック74を加圧する。その結果、インクパック74内のインクの加圧量は元のレベルに復帰する(ステップS213/Yes)。インクの圧力が復帰したことは先と同様に圧力センサ66で検出できるため、その時点で加圧ポンプ65の駆動を停止する。
このように、インクパック74のインクの圧力を所定の範囲に保ちながらインクを第2の変形部80で膨張させて記録ヘッド1側に供給することで、印字を継続して行える(ステップS215)。
印字ジョブが無くなり印字終了した場合は(ステップS216/No、S217)、大気開放弁67を開き、まず第2の変形部80によるインクパック74の押圧を解除する(ステップS218)。続いて、第1の開放弁68を開いて第1の変形部79も大気に開放し加圧を解除する(ステップS219)。こうすることにより、インクパック74やヘッドタンク11の加圧室12内のインクの加圧状態が解消され、ヘッドタンク11の負圧連動弁15のシール性が不十分な場合のインクスローリークを防止できる。また、インクカートリッジ70をカートリッジホルダ31から外した場合などに、その接続部からのインク漏れを防止できる。
インクを使用していないインクカートリッジ70の主要断面を図16(a)に、インクを使い切ったインクカートリッジ70の主要断面を図16(b)に示す。本実施形態のインクカートリッジ70においては、印字によってインクが消費されるにつれてインクパック74が押圧板75によって潰されていき、インクが無くなった状態では図16(b)に示すように扁平となる。この状態では加圧ポンプ65により第2の変形部80へ空気を送っても、第2の変形部80が膨張しないため、インクパック74を介して第1の変形部79が押圧されなくなる。したがって、圧力センサ66によってモニタしている第1の変形部79内の圧力がインク消費によって低下した状態から適正範囲に復帰しなくなるため、インクパック74のインクが無くなったことを検知できる。
本実施形態に係るインクカートリッジ70は、押圧板75を利用してインクをスパウト71側に追い込みながらインクパック74を潰すため、インクカートリッジ70のインクエンド時にインクが無駄にインクパック内74に残ることを防止できる。また、第2の変形部80の圧力を解除した後に第1の変形部79の圧力を解除することで、インクパック74内の圧力を確実に開放し、インクカートリッジ70を外した際のインク漏れを防止できる。
このように、インクパックを加圧してインクを供給するインクカートリッジにおいて、インクパックを一方向に潰す機構を設けるとともに、2種類の加圧源でインクパックの加圧を行うことで、印字時にはインクの高速供給を可能にし、非駆動時にはインクのリークを確実に防止し、かつインクエンド時のインク残量を最小化できる。また、インクパックに対する圧力を流体圧によって与えるため、簡易な構成でインクに加圧できる。
〔第3の実施形態〕
本発明を好適に実施した第3の実施形態について説明する。
図17、図18に、本実施形態に係る画像形成装置の構成を示す。この画像形成装置は電子写真方式で画像を形成する装置(プリンタ)である。
画像形成装置は、本体999の上方にあるトナー容器収容部には、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した四つのトナー容器131Y、131M、131C、131Kが着脱自在(交換自在)に設置してある。トナー容器収容部の下方には中間転写ユニット130が配設されており、中間転写ユニット130の中間転写ベルト180に対向するように、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した作像部1000Y、1000M、1000C、1000Kが並設されている。
例えば、イエローに応じた作像部1000Yは、感光体ドラム1001Y、感光体ドラム1001Yの周囲に配設された帯電部、現像装置(現像部)、クリーニング部、除電部(不図示)などで構成されている。感光体ドラム1001Y上で作像プロセス(帯電、露光、現像、転写、クリーニング)を実施し、感光体ドラム1001Y上にイエロー画像を形成する。なお、他の三つの作像部1000M、1000C、1000Kは、使用するトナーの色が異なる以外はイエローに対応した作像部1000Yとほぼ同様の構成を有し、それぞれのトナー色に対応した画像を形成する。このため、以下の説明においては、特に必要のない場合は、色を示すY、M、C、Kの記号を省略して表記する。
感光体ドラム1001は、不図示の駆動モータによって図中の時計回り方向に回転駆動する。そして、帯電部の位置で感光体ドラム1001の表面が一様に帯電される(帯電工程)。その後、感光体ドラム1001の表面には、露光装置から射出したレーザ光による照射位置での露光走査によって、各色に対応した静電潜像が形成される(露光工程)。
その後、感光体ドラム1001の表面の静電潜像は、現像装置との対向位置で現像され、各色のトナー像が形成される(現像工程)。さらに、中間転写ベルト180及び第1転写バイアスローラ140との対向位置において、感光体ドラム1001上のトナー像は中間転写ベルト180上に転写される(一次転写工程)。
このとき、感光体ドラム1001上には、僅かながら未転写のトナーが残存するが、感光体ドラム1001に残存した未転写トナーは、クリーニング部との対向位置でクリーニングブレードによって機械的に回収される(クリーニング工程)。最後に、不図示の除電部との対向位置で感光体ドラム1001上の残留電位が除去され、感光体ドラム1001上で実行する一連の作像プロセスは終了する。
上記の作像プロセスは、各色の作像部1000Y、1000M、1000C、1000Kで同様に行い、各感光体ドラム1001上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト180上に重ねて転写し、中間転写ベルト上にカラー画像を形成する。
中間転写ユニット130は、中間転写ベルト180、四つの一次転写バイアスローラ140、二次転写バックアップローラ180a、クリーニングバックアップローラ、テンションローラ180c、中間転写クリーニング部190で構成されている。中間転写ベルト180は、二つのローラ180a、180cによって張架、支持するとともに、一方のローラの回転駆動によって図17に矢印で示す方向に移動させられる。
四つの一次転写バイアスローラ140Y、140M、140C、140Kは、それぞれ中間転写ベルト180を感光体ドラム1001との間に挟み込んで一次転写ニップを形成している。一次転写バイアスローラ140には、トナー極性とは逆の転写バイアスを印加する。中間転写ベルト180は、図中の矢印方向に走行して、各一次転写バイアスローラ140の一次転写ニップを順次通過し、感光体ドラム1001上の各色のトナー像が、中間転写ベルト180上に重ねて一次転写される。
その後、二次転写バックアップローラ180aが、二次転写ローラ141との間に中間転写ベルト180を挟み込んで二次転写ニップを形成している位置で、中間転写ベルト180上に形成したカラートナー像を、二次転写ニップの位置に搬送されてきた被転写材(転写紙など)P上に転写する。
このとき中間転写ベルト180には、被転写材Pに転写されなかった未転写トナーが残存するため、中間転写クリーニング部190の位置で中間転写ベルト180上の未転写トナーを回収し、中間転写ベルト180上で実行する一連の転写プロセスを終了する。
なお、二次転写ニップの位置へ搬送する被転写材Pは、装置本体の下方に配設したトレイ160から給紙ローラ160aやレジストローラ対151等を経由して搬送する。トレイ160には、転写紙等の被転写材Pを複数枚重ねて収納し、給紙ローラ160aを図17の反時計方向に回転駆動して最上位の被転写材Pをレジストローラ対151のローラ間に向けて給送する。
レジストローラ対151まで搬送された被転写材Pは、回転駆動を停止したレジストローラ対151のローラニップ位置で一旦停止し、中間転写ベルト180上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対151を回転駆動して被転写材Pを二次転写ニップに向けて搬送する。
二次転写ニップの位置でカラー画像を転写された被転写材Pは、定着部170へと搬送し、定着ローラや加圧ローラ等による熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー像を定着させる。その後、被転写材Pは、排紙ローラ対を経て、装置外へと排出され、スタックされる。以上により、画像形成装置における一連の画像形成プロセスが完了する。
図18に、トナー補給装置90を用いた作像ユニットの一例を示す。感光体ドラム1001は、一般的な電子写真プロセスと同様に、帯電装置203によって一様の電荷が与えられた後に、不図示の露光装置によって形成する画像に応じた露光を受けて静電潜像が形成される。現像器204は、静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成するためのユニットである。クリーニング装置250は、転写後の感光体ドラム1001上の残トナーを回収し、不図示の回収ボトルへと移送する。
本装置では、感光体ドラム1001上に形成されたトナー像は不図示の転写装置によって(又は中間転写ベルトを介して)、不図示の給紙装置によって給紙される転写紙上に転写され、不図示の定着装置によって転写紙上に定着固定されて画像が出力される。
トナー容器205は、正面断面が略正方形又は略長方形状で水平に長手に延びた形状となっている。現像器204には、画像の形成に伴って消費したトナーを補給するトナー補給装置90が連結されて設置されている。
現像器204は、いわゆる2成分現像器であり、その内部にはトナーとキャリアとを混合した現像剤208が貯蔵されている。現像剤208は、搬送スクリュー205a、206aによって撹拌される。現像ローラ207は、内部に固定された複数極の磁石を備え、外周に回転するスリーブを備えている。現像ローラ207により、撹拌された現像剤208を磁石によってスリーブに保持しながら潜像を現像してトナー像を形成する。ドクターブレード209は現像ローラ上の現像剤を一定の高さに規制する。
現像器204では、画像の形成に伴ってトナーを消費していく。現像器204はトナー濃度センサ234を備えており、現像剤208中のトナー濃度を常時検知している。そして現像剤208中のトナー濃度が所定の値を下回ったときに、トナー補給装置90に動作信号を送るように制御されている。
トナー補給装置90は、現像器204にトナーを補給する装置である。トナー容器100は、剛体部品であるスパウト101、ケース部材102及びカバー部材103の内部にフレキシブルな袋状のトナー収容部材105が収容された構成である。トナー収容部材105は、ポリエチレンやナイロン等の樹脂製又は紙製の50〜200μm程度の厚さを持ったフレキシブルなシートを単層又は複層構成にして作られている。トナー収容部材105には未使用のトナーTが収容されており、消費した時には、トナー容器100ごと新しい物と交換して用いられる。トナー収容部材105の一端は、スパウト101に固定され、スパウト101を介してケース部材102とカバー部材103とで構成されるトナー容器100に固定、収容される。トナー収容部材105の一表面に接触して押圧板115が配置され、押圧板115はケース部材102の底部側(スパウト101と反対側)に設けられた回動軸116を中心に回動自在な回動板118と中間軸114とを介してリンク機構をなす。図18(a)に示すように、初期状態(未使用の状態)では、押圧板115がトナー収容部材105のケース部材102の主要面と平行な姿勢としている。こうすることにより、トナー容器100の内部空間をフルに利用して大容量のトナー容器を実現でき、トナー容器の交換頻度を低減できる。
なお、押圧板115の端部117は、トナー収容部材105と当接する側とは反対方向に曲げて形成されている。このようにすることで、図18(b)に示すように、トナーエンドに近い状態の時に押圧板115の端部によってトナー収容部材105に傷が入ることを防止できる。また、端部117やこれと当接するトナー収容部材105の表面にフィルムなどの保護材料を設けるなどしても良い。
さらに、押圧板115にはトナー収容部材105の反対側に押圧部材113を介して第2の変形部110が設けられる。第2の変形部110がプリンタ装置側に設けられた加圧ポンプ96から空気を送られることで膨張、伸張することにより、押圧板115がトナー収容部材105を潰してトナーTを加圧搬送できる。
さらに、押圧板115にはビームホルダ107が設けられている。ビームホルダ107は、押圧板115に対してその主要面と平行方向にスライド可能な形態で押圧板115に配置され、ケース部材102に設けられたガイド部材108に案内されながら移動する。ビームホルダ107及びガイド部材108の嵌合部分は、図14と同様の構造であるため、説明は省略する。ビームホルダ107とガイド部材108とを備えているため、押圧板115はトナー収容部材105を潰す方向にのみ移動可能である。
また、スパウト101の近傍には、押圧板115と干渉しない位置でトナー収容部材105を押圧可能な第1の変形部109がその一部がトナー収容部材105に固定された状態で設けられる。第1の変形部109の一部分をトナー収容部材105に固定することにより、非加圧状態において第1の変形部109が必要以上に収縮することが無くなるため、第1の変形部109内に空気を送り込み始めてからトナー収容部材105に圧力が加わり始めるまでの時間を短縮できる。第1の変形部109も上記第2の変形部110と同様に、プリンタ装置側に設けられた加圧ポンプ95によって駆動され、伸縮可能に設けられる。
トナー補給装置のトナー排出動作について図19を用いて説明する。
現像器204のトナー濃度センサ234からトナー補給信号が発せられると(ステップS301/No)、まず第1の大気開放弁97及び第2の大気開放弁98が閉じて空気流路93、94及び第1の変形部109と第2の変形部110は大気と隔離される(ステップS302、S303)。次に、圧力センサ99の検知圧力をチェックする(最初は大気圧が検知される)(ステップS304/No)。続いて、第1のポンプ95を駆動して第1の空気流路111を介して第1の変形部109に外部から空気を流入する(ステップS305)。これにより、第1の変形部109は図18(a)に点線で示す状態から実線で示す状態に膨張するとともに、内部の圧力が増加する。この圧力が所定の目標圧力に達したら、第1のポンプ95を停止する(ステップS306)。
次に、粉体ポンプ240を作動させて吸引圧力を発生させると、スパウト101付近のトナーTが排出チューブ243内部を図の左方向に移動し、粉体ポンプ240を介して現像器204に供給される(ステップS307)。
粉体ポンプ240は、一軸偏心スクリューポンプであり、金属や樹脂などの合成材料からなる回転可能な雄ねじ状ロータ241とゴムや軟質樹脂などの弾性材料からなる固定された雌ねじ状の穴を持つステータ242とで構成される。ロータ241とステータ242とは、所定の食い込み量にて密閉された所定の空間に仕切られており、ロータが回転することによって空間が移動し、その補給経路に吸引圧力を発生させ、トナーTを移送する。
トナー収容部材105内のトナーが減ってくると、トナー収容部材105が収縮し、トナー収容部材105が第1の変形部109を押す力が減少するため、第1の変形部109の圧力も低下する。この圧力の変化は圧力センサ99で検知できる。圧力センサ99が検知する圧力が所望の圧力よりも低下した場合には(ステップS308/No)、第2のポンプ96を駆動し、第2の空気流路112を介して第2の変形部110に空気を送り込む(ステップS309)。これにより、第2の変形部110が膨張し、押圧板115を押すことによってトナー収容部材105を加圧する。その結果、トナー収容部材105の加圧量は元のレベルに復帰する(ステップS308/Yes)。圧力が復帰したことは先と同様に圧力センサ99で検出できるため、その時点で第2のポンプ96の駆動を停止する(ステップS310)。
このように、トナー収容部材105の加圧力を所定の範囲に保ちながら、トナー収容部材105を潰しながらトナーを現像器204に送出していく。トナー補給装置90によってトナーが現像器204へ十分に補充され、それをトナー濃度センサ234が検知した場合には(ステップS311/Yes)、まず粉体ポンプ240を停止し(ステップS312)、続いて第2の大気開放弁98を開いて第2の変形部110によるトナー収容部材105の押圧を解除する(ステップS313)。次に、第1の大気開放弁97を開いて第1の変形部109も大気に開放して加圧を解除する(ステップS314)。このようにすることで、トナー収容部材105の加圧状態が確実に解消され、トナー容器100を装置本体から外した場合などに、その接続部からのインク漏れを確実に防止できる。
なお、トナー容器100の本体側の装着部91との接続部にシャッタなどが設けられていて、トナー容器100内に残圧があってもトナーが外部に噴出しない場合には、図18(a)において圧力センサ99を空気流路94に接続する構成として、第1の変形部109から第1のポンプ95までの空気圧を制御しなくても良い。
トナーを使い切ったトナー容器100の主要断面を図18(b)に示す。トナー容器100においては、装置本体の現像器204へのトナー補給によってトナーが消費されるにつれてトナー収容部材105が押圧板115によって潰されていき、トナーが無くなった状態では図18(b)に示すように扁平となる。この状態では、加圧ポンプ96によって第2の変形部110へ空気を送っても第2の変形部110が膨張しないため、トナー収容部材105を介して第1の変形部109が押圧されなくなる。したがって、圧力センサ99によってモニタしている第1の変形部109内の圧力がトナー消費によって低下した状態から適正範囲に復帰しなくなるため、トナー収容部材105のトナーが無くなったことを検知できる。
なお、押圧板115や回転板118とカバー部材103の適所(例えばガイド部材108の近傍)に両者の距離を検知する検知手段を設ければ、トナー残量を精度良く検知できる。この場合、検知手段としてはばね電極対のような簡易な構成のものを適用可能である。ばね電極の設定によってはトナー収容部材105が完全に扁平となった状態(トナーエンド状態)とその少し前の状態(ニアエンド状態)とを検知できる。すなわち、押圧板115の進行方向側であるカバー部材103に高さを異にして複数のばね状の電極を設置することで、トナー収容容器105の潰れ具合を多段階に検出可能である。なお、検知手段がニアエンド状態を、圧力センサ99がトナーエンド状態を検出するように分担させることも可能である。ニアエンド状態を検出可能とすれば、予めユーザにトナー交換が必要なことを精度よく通知でき、装置の使い勝手が向上する。
また、トナー補給装置90は、押圧板115を利用してトナーをスパウト101側に追い込みながら確実にトナー収容部材105を潰すため、トナー容器100のトナーエンド時にトナーが無駄に残存しない。また、第2の変形部110の圧力を開放した後に第1の変形部109の圧力を開放してトナー収容部材105の容積を拡張気味にするので、トナー容器100内の正圧を確実に解除して、トナー容器100を外した際のトナー飛散を防止できる。
なお、上記実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることはない。
例えば、上記実施形態においては記録ヘッドにインクを供給するインクカートリッジを例としたが、インク以外の液体(DNA試料やレジスト、パターン材料など)を吐出する液体吐出装置に液体を供給する液体カートリッジとして実施することも可能である。
このように、本発明は様々な変形が可能である。
1 記録ヘッド
2 発熱体基板
3 液室形成部材
4 発熱体
5 ノズル
6 液室
8 用紙
9 ヘッドベース部材
11 ヘッドタンク
12 加圧室
15 負圧連動弁
16 インク室
17 フィルム部材
18 ばね
19 フィルタ
28 接続部材
30 液体供給チューブ
31 カートリッジホルダ
33、34、81、82、93、94 空気流路
35、95 第1のポンプ
36、96 第2のポンプ
37、38、67 大気開放弁
39、66 圧力センサ
40、70 インクカートリッジ
41、71、101 スパウト
42、72 ケース
43、73 カバー
44、74 インクパック
45 スクイーザ
46 スライダ
47 梁部
48 鋸状ガイド部
49、79 第1の変形部
50、80 第2の変形部
51 第1の空気管路
52 第2の空気管路
53 スクイーズローラ
54 スリット
55 検知板
56 センサ
64 空気流路
65、96 加圧ポンプ
68、69 開閉弁
75、115 押圧板
76、116 回動軸
77、107 ビームホルダ
77a ビーム
77b 先端部
78、108 ガイド部材
81、82、118 空気管路
83 押圧部材
90 トナー補給装置
91 装着部
97 第1の大気開放弁
98 第2の大気開放弁
99 圧力センサ
100、131 トナー容器
102 ケース部材
103 カバー部材
105 トナー収容部材
112 第2の空気流路
114 中間軸
117 端部
118 回転板
120 キャリッジ
122 ガイドロッド
123L、123R 側板
125 搬送ローラ
128 ガイドレール
129 印写ガイド部
130 中間転写ユニット
140 第1転写バイアスローラ
151 レジストローラ対
160 トレイ
160a 給紙ローラ
170 定着部
180 中間転写ベルト
180a 二次転写バックアップローラ
180c テンションローラ
190 中間転写クリーニング部
203 帯電装置
204 現像器
205 トナー容器
205a、206a 搬送スクリュー
207 現像ローラ
208 現像剤
209 ドクターブレード
234 トナー濃度センサ
240 粉体ポンプ
241 ロータ
242 ステータ
243 排出チューブ
250 クリーニング装置
999 画像形成装置本体
1000 作像部
1001 感光体ドラム
特許第3606282号公報 特開2006−1123号公報 特開2008−134591号公報

Claims (9)

  1. 画像形成用媒体を被記録媒体に付着させて画像形成を行う画像形成手段に前記画像形成用媒体を供給する画像形成媒体収容容器であって、
    前記画像形成用媒体を収容する可撓性容器と、
    前記可撓性容器に所定の圧力を加える容器加圧手段と、
    前記可撓性容器と当接してこれを変形させることが可能に設置された変形規制部材と、
    前記画像形成手段における前記画像形成用媒体の消費量に応じて前記変形規制部材を移動させる押圧手段とを備えることを特徴とする画像形成用媒体収容容器。
  2. 前記可撓性容器内の圧力を検知する検知手段をさらに有し、少なくとも前記押圧手段を前記検知手段の検知結果に基づいて制御することを特徴とする請求項1記載の画像形成用媒体収容容器。
  3. 前記検知手段は、前記容器加圧手段が前記可撓性容器に加えた圧力の変化を検出することによって前記可撓性容器内の圧力を検知することを特徴とする請求項2記載の画像形成用媒体収容容器。
  4. 前記変形規制部材は、前記可撓性容器に容積が減少する変形のみを生じさせることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の画像形成用媒体収容容器。
  5. 前記容器加圧手段及び前記押圧手段の少なくとも一方は、流体圧によって駆動されることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の画像形成用媒体収容容器。
  6. 前記変形規制部材の位置を検出する位置検出手段をさらに有し、該位置検出手段の検出結果に基づいて前記押圧手段を制御することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項記載の画像形成用媒体収容容器。
  7. 前記位置検出手段は、容積が最小となるまで前記可撓性容器が変形した状態における前記変形規制部材の位置を検出することを特徴とする請求項6記載の画像形成用媒体収容容器。
  8. 請求項1から7のいずれか1項記載の画像形成用媒体収容容器を用いたインクカートリッジであって、
    前記画像形成用媒体がインクであることを特徴とするインクカートリッジ。
  9. 請求項8記載のインクカートリッジが搭載され、該インクカートリッジから吐出されるインクを用いて前記画像形成手段によって画像を形成する画像形成装置であって、
    画像形成前に前記容器加圧手段を駆動して前記可撓性容器を加圧し、
    画像形成時には前記押圧手段を駆動して前記変形規制部材を移動させて前記可撓性容器を加圧し、
    画像形成後には、前記押圧手段の駆動を停止した後に前記容器加圧手段の駆動を停止することを特徴とする画像形成装置。
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