JP2012024934A

JP2012024934A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2012024934A
Application number: JP2010162640A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Akaishi; 信之赤石
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2012-02-09

Abstract

【課題】流路内の気泡を排出するときの液体消費量が増大する。
【解決手段】ヘッド１と、ヘッド１に供給する液体を収容する液体タンク２と、ヘッド１から排出される液体を収容する廃液タンク３と、液体タンク２からヘッド１に至る第１の流路４と、ヘッド１から廃液タンク３に至る第２の流路５と、第１の流路４内に、第１の流路４の内径以上の径の気泡３６２を混入する気泡混入手段７と、液体タンク２からヘッド１に液体を送液する送液手段６とを備え、気泡混入手段７で第１の流路４内に第１の流路４の内径以上の径の気泡３６２を混入させた状態で、送液手段６によって液体を送液して混入された気泡３６２を排出させる。
【選択図】図１

Description

本発明は画像形成装置に関し、特に液滴を吐出する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、液体吐出方式の「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。また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を３次元的に造形して形成された像も含まれる。

このような画像形成装置（以下、単に「インクジェット記録装置」ともいう。）においては、記録ヘッドは、インクをノズルから用紙に吐出させて記録を行なう関係上、ノズルからの溶媒の蒸発に起因するインク粘度の上昇や、インクの固化、塵埃の付着、さらには気泡の混入などにより吐出不良の状態となり、記録不良を起こすという問題を抱えていることから、記録ヘッドの性能を維持回復する維持回復動作を行うようにしている。

一方、ヘッド構成として、液滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する個別流路（個別液室、加圧液室ともいう。）と、複数の個別流路にインクを供給する共通流路（共通液室ともいう。）と、共通流路にインクを供給する供給口とを備え、ヘッドからのインクの排出をノズルのみから行なう非循環型ヘッドと、共通流路に供給口とは別にインクを排出する排出口を備える循環型ヘッドとが知られている。

そして、非循環型ヘッドの場合、ヘッド内等に侵入した気泡を排出するときには、キャップ部材でノズル面を密閉してキャップに接続された負圧発生手段によってキャップ内を負圧にすることによって、ノズルからインクを吸引排出する方式やヘッドにインクを加圧供給してノズルからインクを加圧排出する方式が知られている。

また、循環型ヘッドの場合、ヘッド内等に侵入した気泡を排出するときには、共通液室内の気泡はインクを排出口側に送ることで気泡を排出口側から排出させ、ノズル内の気泡は非循環型ヘッドの場合と同様に吸引排出を行なうことが知られている。

特開２００３−６３０３４号公報特開２００９−２９２０２１号公報特開２００５−２２５１８４号公報特開平３−１６１３４５号公報

ところで、循環型ヘッドを使用するとき、液体タンクから循環型ヘッドの共通流路の排出口に至る流路中に上下方向（重力方向）に配置される流路部分がある場合、例えばヘッドの共通流路の供給口に上方向から液体タンクとの間の供給路を接続した場合には、当該上下方向の流路部分では流路中に侵入した気泡に浮力が作用するため、気泡を下方向に向けて移動させるには流路内の流速を速くする必要がある。また、侵入した気泡が流路断面径に対して小さい径であると、流路内に生じさせる流速が気泡には作用しにくいために、さらに流速を高める必要がある。

このように、気泡排出のために送液する液体の流速を高める（速くする）ことは、気泡排出動作時に排出される液体排出量が増大するという課題が発生する。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、少ない液体消費量でも流路内に侵入した気泡を排出できるようにすることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置は、
液滴を吐出するヘッドと、
前記ヘッドに供給する液体を収容する液体タンクと、
前記ヘッドから排出される液体を収容する廃液タンクと、
前記液体タンクから前記ヘッドに至る第１の流路と、
前記ヘッドから前記廃液タンクに至る第２の流路と、
前記第１の流路内に、前記第１の流路の内径以上の径の気泡を混入する気泡混入手段と、
前記液体タンクから前記ヘッドに前記液体を送液する送液手段と、を備え、
前記気泡混入手段で前記第１の流路内に前記第１の流路の内径以上の径の気泡を混入させた状態で、前記送液手段によって前記液体を送液して前記混入された気泡を排出させる
ことを特徴とする画像形成装置。

本発明に係る画像形成装置は、
液滴を吐出するヘッドと、
前記ヘッドに供給する液体を収容する液体タンクと、
前記液体タンクから前記ヘッドに至る第１の流路と、
前記第１の流路内に、前記第１の流路の内径以上の径の気泡を混入する気泡混入手段と、
前記液体タンクから前記ヘッドに前記液体を送液する送液手段と、を備え、
前記気泡混入手段で前記第１の流路内に前記第１の流路の内径以上の径の気泡を混入させた状態で、前記送液手段によって前記液体を送液して前記混入された気泡を排出させる
構成とした。

ここで、前記第１の流路には、前記液体タンクと前記気泡混入手段による混入部位との間に、前記液体をろ過するフィルタ手段が設けられている構成とできる。

この場合、前記気泡混入手段は、前記第１の流路内に混入している気泡を所定量まで停留させる気泡停留手段を有し、前記停留された気泡が停留可能な量を超えたときに前記第１の流路内に前記気泡停留部から前記第１の流路の内径以上の径の気泡が混入される構成とできる。

また、前記気泡停留部は、前記第１の流路から分岐された分岐部であり、前記分岐部の端部は閉じた閉空間を有している構成とできる。

また、前記気泡混入手段は、前記第１の流路内に混入している気泡を停留させる気泡停留手段を有し、前記気泡停留手段の少なくとも一部は可撓性を有し、前記気泡停留手段の可撓性を有する部分を押圧することで前記第１の流路内に前記気泡停留部から前記第１の流路の内径以上の径の気泡が混入される構成とできる。

本発明に係る画像形成装置によれば、気泡混入手段で第１の流路内に第１の流路の内径以上の径の気泡を混入させた状態で、送液手段によって液体を送液して混入された気泡を排出させる構成としたので、流速を速くすることなく、少ない液体消費量でも流路内に侵入した気泡を排出できる。

本発明の第１実施形態に係る画像形成装置における液体供給排出系の模式的説明図である。同実施形態におけるヘッドの一例を示す説明図である。同実施形態における気泡排出動作の説明に供するフロー図である。同じく具体的説明に供する説明図である。本発明の第２実施形態に係る画像形成装置における液体供給排出系の模式的説明図である。本発明の第３実施形態に係る画像形成装置における液体供給排出系の模式的説明図である。本発明の第４実施形態に係る画像形成装置における液体供給排出系の模式的説明図である。本発明の第５実施形態に係る態画像形成装置における液体供給排出系を気泡排出動作とともに説明する模式的説明図である。図８に続く気泡排出動作の説明に供する模式的説明図である。本発明の第６実施形態に係る画像形成装置における液体供給排出系を気泡排出動作とともに説明する模式的説明図である。図１０に続く気泡排出動作の説明に供する模式的説明図である。本発明に係る画像形成装置の全体構成の一例を説明する説明図である。

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画像形成装置における液体供給排出系の模式的説明図、図２は同実施形態におけるヘッドの一例を示す説明図である。
この画像形成装置は、液滴を吐出する循環型の液体吐出ヘッド（以下「ヘッド」という。）１と、ヘッド１に供給する液体であるインク３００を収容する液体タンク２と、ヘッド１から排出されるインクを収容する廃液タンク３と、液体タンク２からヘッド１の供給路に至る第１の流路４と、ヘッド１の排出路から廃液タンク４に至る第２の流路５と、液体タンク２からヘッド１に向けてインクを送液する送液手段としての送液ポンプ６を備えている。

ヘッド１は、例えば図２に示すように、液滴を吐出する複数のノズル１１と、各ノズル１１が連通する個別流路としての液室１２と、各液室１２にインクを供給する共通流路としての共通液室１３と、共通液室１３にインクを供給する供給路（供給口、インク供給ポート）１４と、共通液室１３からインクを排出する排出路（排出口、インク排出ポート）１５などを備えている。

ここで、ヘッド１の共通液室１３の供給路１４に接続される第１の流路４は、ヘッド１に対して上方から接続され、第１の流路４には上下方向に配置される上下方向部分（これを「流路部分」という。）４ａが生じている。

そして、第１の流路４内に、第１の流路４の内径以上の径の気泡を混入する気泡混入手段７を備えている。また、第１の流路４には、気泡混入手段７と液体タンク２との間にインクをろ過するフィルタ手段８が設けられている。

また、ヘッド１のノズル面をキャッピングするキャップ手段２１と、キャップ手段２１に排出経路２２を介して接続された負圧発生手段としての吸引ポンプ２３を備えている。

次に、この実施形態における気泡排出動作について図３のフロー図を参照して説明する。
まず、気泡混入手段７によって第１の流路４内に、第１の流路４の内径以上の径の気泡を混入する気泡混入動作を開始し、気泡混入動作完了後、送液ポンプ６を駆動して液体タンク２から送液することで、第１の流路４の内径以上の径の気泡を第１の流路４、ヘッド１の共通液室１３、第２の流路５を通じて廃液タンク３に排出させる送液動作を行い、送液動作完了後処理を終了する。

この気泡排出動作について図４の説明図を参照して説明する。
例えば、ヘッド１の共通液室１３内及び第１の流路４内に複数の気泡３６０、３６１が侵入しているとき、第１の流路４の流路部分４ａに存在する気泡３６１には浮力が作用している。そのため、気泡３６１を排出するためには送液するインクの流速を高める必要があり、また、気泡３６０、３６１が共通液室１３や第１の流路４の径に比べて小さいときには、流路内に生じさせるインクの流速が気泡には作用しにくいために、さらに流速を高める必要があり、その結果気泡排出に必要なインク消費量が増大する。

そこで、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、気泡混入手段７によって第１の流路４内に、第１の流路４の内径以上の径の気泡（混入気泡）３６２を混入する。この状態で、液体タンク２からの送液を行うことで、図４（ｂ）に示すように、混入気泡３６２を廃液タンク３まで送って排出させると、第１の流路４や共通液室１３内に含まれていた気泡３６１、３６０は、混入気泡３６２の移動に伴って押し出され、或いは混入気泡３６２と合体して、第２の流路５を経て廃液タンク３に排出される。

すなわち、侵入している気泡よりも大きな径の気泡を敢えて混入して、混入させた気泡で侵入している気泡を押し出すことができるので、送液するインクの流速を高めることなく、侵入している気泡を排出することができ、気泡排出動作に必要なインク消費量を少なくすることができる。

また、気泡混入手段７と液体タンク２との間にフィルタ手段８を設けることで、混入した気泡３６２がフィルタ手段８を通過しないため、気泡３６２が微小化せずに、第１の流路４内の流速を効果的に気泡３６２に作用させることができる。

ここで、具体例について説明すると、第１の流路４の内径がφ３ｍｍ、共通液室１３の内径が２ｍｍ（断面四画形状）の流路の場合、第１の流路４内に混入する流路内径以上の気泡３６２の径は、φ３ｍｍ以上の球体形状であることが好ましく、より好ましくは、第１の流路４の内径径に対して、１．１〜１．２倍の径とする。混入する気泡の径が第１の流路の内径の１．２倍を超えると、混入させた気泡を排出するための液体の流速が大きくなり、１．１倍未満では確実に侵入している気泡を押し出せないおそれがある。

また、送液手段による混入気泡３６２を排出させるときの送液速度（移動速度）は、下方に向いた流路部分４ａがある場合には気泡に作用する浮力に対して排出可能な送液速度以上が必要となる。実験では、０．５ｍｍ／ｓｅｃ以上の送液速度が必要であったが、この送液速度が遅いと、気泡排出動作が完了するまでの時間が長くなり、またこの送液速度が速いと、気泡排出動作で排出消費される液体量が増大することになる。したがって、この点を考慮した送液速度を設定することが好ましい。

次に、本発明の第２実施形態について図５を参照して説明する。なお、図５は同実施形態に係る画像形成装置における液体供給排出系の模式的説明図である。
ここでは、液体タンク２側から廃液タンク３側にインクを送液する液体送液手段として、第２の経路５内に液体を吸引する吸引手段２５を設けている。このような構成でも前記第１実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

次に、本発明の第３実施形態について図６を参照して説明する。なお、図６は同実施形態に係る画像形成装置における液体供給排出系の模式的説明図である。
ここでは、液体タンク２側から廃液タンク３側にインクを送液する液体送液手段として、液体タンク２内のインクを第３の経路２７を介して加圧する加圧手段（加圧ポンプ）２６を設け、第１の流路４には開閉弁２８を設けている。

この送液手段による送液を行うときには、開閉弁２８を閉状態にし、液体タンク２を密閉した状態で、加圧手段２６により液体タンク２を加圧し、液体タンク２内が閾値の圧力まで到達後、開閉弁２８を開状態にすることで、液体タンク２から液体が第１の流路４に送液される。このような構成でも前記第１実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

次に、本発明の第４実施形態について図７を参照して説明する。なお、図７は同実施形態に係る画像形成装置における液体供給排出系の模式的説明図である。
ここでは、第２の流路５内に開閉弁２９を設け、キャップ部材２１でヘッド１のノズル面をキャッピングして吸引手段２３を駆動してキャップ部材２１内を負圧にすることによって、ヘッド１のノズル１１から液体を吸引排出させることにより、液体タンク２から第１の流路４に送液させて気泡混入手段７で混入させた気泡を排出させる。つまり、キャップ部材２１及び吸引手段（吸引ポンプ）２３で送液手段を構成している。このような構成でも前記第１実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

なお、このようにヘッドのノズルから吸引排出を行う構成は、ヘッド１を非循環型ヘッドで構成した場合にも同様に適用することができる。

次に、本発明の第５実施形態について図８及び図９を参照して説明する。なお、図８及び図９は同実施形に係る態画像形成装置における液体供給排出系を気泡排出動作とともに説明する模式的説明図である。
ここでは、気泡混入手段７は、第１の流路４から分岐され、端部が閉じられた分岐部からなる気泡停留部３７で構成されている。この気泡停留部３７は第１の流路よりも上方向（重力方向と反対方向）に分岐している。

ここで、図８（ａ）に示すように、気泡停留部３７は第１の流路４に連通しているのでインク（液体）で満たされているが、図８（ｂ）に示すように、第１の流路４内に侵入して流れてくる微小な気泡３７０が気泡停留部３７に到達すると、浮力によって気泡停留部３７に停留し、徐々に気泡３７１ｂとして溜まって行くことになる。

そして、図９（ａ）に示すように、気泡停留部３７内で保持可能な所定量を超える所定の気泡３７１ｃになると、気泡停留部３７の気泡３７１ｃから分離されて第１の流路４の内径以上の気泡３７２が第１の流路４内に混入する。そして、図９（ｂ）に示すように、混入気泡３７２ｄは第１の流路４などの流路を流れるインクの流速により、共通液室１３を経て、第２の流路５から廃液タンク３に排出される。

このとき、流路内を移動する気泡３７２ｄは、第１の流路４内の微小な気泡３６１及び、共通液室３３２内の微小な気泡３６０を押し出しながら、あるいはこれらと結合して一体になりながら、第２の流路５に移動して行く。この場合、流路を塞ぐようにして混入した気泡３７２ｄは、流路内に生じる液体の流速が効果的に作用するため、流速が作用しにくい微小な気泡３６０、３６１を効果的に排出することができる。

次に、本発明の第６実施形態について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０及び図１１は同実施形に係る態画像形成装置における液体供給排出系を気泡排出動作とともに説明する模式的説明図である。
ここでは、気泡混入手段７は、第１の流路４から分岐され、端部が閉じられた分岐部からなり、一部が可撓性部材で形成されて内容積を変化できる気泡停留部３８で構成され、気泡停留部３８を外部から押圧して内容積を減少させる押圧変形させる押圧手段３９を備えている。

ここで、図１０（ａ）に示すように、気泡停留部３８は第１の流路４に連通しているのでインク（液体）で満たされているが、図１０（ｂ）に示すように、第１の流路４内に侵入して流れてくる微小な気泡３７０が気泡停留部３８に到達すると、浮力によって気泡停留部３８に停留し、徐々に気泡３７１ｂとして溜まって行くことになる。

そして、図１１（ａ）に示すように、押圧手段３９で気泡停留部３８を変形させて内容積を減じることにより、気泡停留部３８の気泡３７１ｃから分離されて第１の流路４の内径以上の気泡３７２が第１の流路４内に混入する。そして、図１１（ｂ）に示すように、混入気泡３７２ｄは第１の流路４などの流路を流れるインクの流速により、共通液室１３を経て、第２の流路５から廃液タンク３に排出される。

この実施形態において、第１の流路４への気泡の混入のタイミングは、押圧手段３９を駆動することにより、任意のタイミングで実施することができる。

次に、上記各実施形態で説明した液体供給排出系を備える画像形成装置の一例について図１２を参照して説明する。
この画像形成装置は、上記液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド１０１を、キャリッジ１０３に搭載して、左右の側板１００Ａ、１００Ｂ間に横架した主ガイドロッド１０４と図示しない副ガイド部材とで摺動自在に支持している。この記録ヘッド１０１は、タイミングベルト１０５を介して主走査モータ１０６によって主走査方向に移動走査される。一方、被記録媒体１０７は記録ヘッド１０１のノズル面１０８と対向し、記録ヘッド１０１の移動方向と直交する方向に搬送ローラ１０９によって搬送され、記録ヘッド１０１から画像に応じて吐出されるインク滴が付着されて画像が形成される。

記録ヘッド１０１へのインクの供給は、液体タンク２や廃液タンク３等が納められたタンクユニット１０２からインク供給ポンプ５２を経由してフレキシブルなインク供給径路（第１の流路）５１によってなされる。また、記録ヘッド１０１にはノズルから吐出又は排出されなかったインクをインク戻し径路（第２の流路）５３を通じてタンクユニット１０２に戻される。

また、記録領域外に設けられたキャップ部材１１１は、複数のノズル１１を有するノズル面１０８キャッピングする弾性体、好ましくはシリコンゴム等からなる。非記録時には、記録ヘッド１０１がキャップ部材１１１の上方まで移動し、キャップ部材１１１が図示していないキャップ移動機構によって移動してノズル面１０８をキャッピングする。このキャップ部材１１１内には、インク吸引の際の吸引容易化、キャップ内雰囲気湿潤化等のため、インク吸収シート１１２が設けられている。

このキャップ部材１１１には、底面に２本のチューブ１１３、１１４が連結され、チューブ１１３は大気開放弁１１５を介して大気に連通される。チューブ１１４は吸引ポンプ１１６に接続され、キャップ部材１１１でノズル面１０８をキャッピングし、大気開放弁１１５を閉じた状態で、吸引ポンプ１１６を駆動してキャップ部材１１１内に負圧を発生させることで、記録ヘッド１０１のノズルからインクを吸引し、大気開放弁１１５を開放することでキャップ部材１１１内の空間１１７に溜まったインクを廃液タンク１１８に排出する。また、キャップ部材１１１は、大気開放弁１１５を閉じた状態でノズル面１０８に接触させ保持することで、記録ヘッド１０１のノズルの乾燥を防止する。

さらに、図示していないワイパ移動機構によってワイパーブレード（ワイパ部材）１１９を記録ヘッド１０１のノズル面１０８に接触する高さまで移動させ、記録ヘッド１０１を主走査方向に移動させてワイパーブレード１１９によりノズル面１０８に付着したインクや塵埃を払拭し、ノズル１１内のメニスカスの生成やノズル面１０８のクリーニングを行うことができる。

なお、上記実施形態においては、本発明をシリアル型画像形成装置に適用した例で説明しているが、ライン型画像形成装置にも同様に適用できる。

１ヘッド
２液体タンク
３廃液タンク
４第１の流路
５第２の流路
７気泡混入手段
８フィルタ手段
１３共通流路
３７、３８気泡停留部
３９押圧手段

Claims

液滴を吐出するヘッドと、
前記ヘッドに供給する液体を収容する液体タンクと、
前記ヘッドから排出される液体を収容する廃液タンクと、
前記液体タンクから前記ヘッドに至る第１の流路と、
前記ヘッドから前記廃液タンクに至る第２の流路と、
前記第１の流路内に、前記第１の流路の内径以上の径の気泡を混入する気泡混入手段と、
前記液体タンクから前記ヘッドに前記液体を送液する送液手段と、を備え、
前記気泡混入手段で前記第１の流路内に前記第１の流路の内径以上の径の気泡を混入させた状態で、前記送液手段によって前記液体を送液して前記混入された気泡を排出させる
ことを特徴とする画像形成装置。
液滴を吐出するヘッドと、
前記ヘッドに供給する液体を収容する液体タンクと、
前記液体タンクから前記ヘッドに至る第１の流路と、
前記第１の流路内に、前記第１の流路の内径以上の径の気泡を混入する気泡混入手段と、
前記液体タンクから前記ヘッドに前記液体を送液する送液手段と、を備え、
前記気泡混入手段で前記第１の流路内に前記第１の流路の内径以上の径の気泡を混入させた状態で、前記送液手段によって前記液体を送液して前記混入された気泡を排出させる
ことを特徴とする画像形成装置。
前記第１の流路には、前記液体タンクと前記気泡混入手段による混入部位との間に、前記液体をろ過するフィルタ手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
前記気泡混入手段は、前記第１の流路内に混入している気泡を所定量まで停留させる気泡停留手段を有し、前記停留された気泡が停留可能な量を超えたときに前記第１の流路内に前記気泡停留部から前記第１の流路の内径以上の径の気泡が混入されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
前記気泡停留部は、前記第１の流路から分岐された分岐部であり、前記分岐部の端部は閉じた閉空間を有していることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
前記気泡混入手段は、前記第１の流路内に混入している気泡を停留させる気泡停留手段を有し、前記気泡停留手段の少なくとも一部は可撓性を有し、前記気泡停留手段の可撓性を有する部分を押圧することで前記第１の流路内に前記気泡停留部から前記第１の流路の内径以上の径の気泡が混入されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。