JP2012035432A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】循環型ヘッドを用いる場合に気泡排出のための排出系の構成が複雑になり、あるいは、ノズルから排出できない気泡排出のためのメンテナンス作業が煩雑になる。
【解決手段】ヘッド１と、ヘッド１のノズルから気泡を排出させるキャップ手段２１及び吸引手段２３を含む維持回復手段と、ヘッド１の排出口１５に一端部が接続され、他端部が閉じられた気泡停留経路５とを備え、気泡停留経路５には気泡を停留させる気泡停留部６が設けられている。
【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、循環型ヘッドにあっては、流路内及び共通液室の気泡を排出口に排出するには少ない負荷で排出可能であり、高効率で気泡を排出することが可能である。しかし、その反面、排出口に接続する流路が必要になるため、ヘッドに接続する流路（経路）を構成するチューブ数が多くなって経路が複雑になり、大きな設置スペースも必要になるという問題がある。

そこで、循環型ヘッド構成において、初期の液体充填時には排出口に接続された排出経路及び廃液タンクを備え、供給路及び共通液室内の気泡を排出口から液体とともに排出経路を介して廃液タンクに排出し、初期の液体充填が完了した後、排出口に接続された排出経路を取り外し、通常使用時には排出経路を用いないようにする（非循環型ヘッドと同様な構成で使用する）ことで、排出系を複雑にしない構成が考えられる。

しかしながら、このようにした場合、通常使用時に混入する気泡が排出口側に徐々に溜まっていき、最終的に気泡がノズル近傍まで達すると吐出不良が発生することになる。

そこで、この気泡を除去するために、定期的に、排出口に排出経路を接続し、気泡を排出経路から排出させるメンテナンス作業を行なう必要がある。しかし、定期的に排出経路を接続して気泡排出を行なうメンテナンス作業を行なうのでは、メンテナンス作業回数が増えることになるという課題が生じる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、循環型ヘッドからの排出系の構成を複雑にすることなく、しかも、ノズルから排出できない気泡排出のためのメンテナンス作業回数を低減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、
液滴を吐出する複数のノズル、各ノズルが連通する個別流路と、各個別流路に液体を供給する共通流路と、前記共通流路に液体を供給する供給口と、前記共通流路から液体を排出する排出口と、を有するヘッドと、
前記ヘッドのノズルから気泡を排出させる維持回復手段と、
前記ヘッドの排出口に一端部が接続された気泡停留経路と、を備え、
前記気泡停留経路には気泡を停留させる気泡停留部が設けられている
構成とした。

ここで、前記気泡停留経路は前記一端部側よりも他端部側の流体抵抗が大きく形成され、前記流体抵抗が変化する部分で前記気泡停留部を形成している構成とできる。

また、前記気泡停留経路は、前記ヘッドの排出口よりも上方に立ち上がった後下方に向けて屈曲する部分を有し、前記屈曲する部分で前記気泡停留部を形成している構成とできる。

また、前記気泡停留経路の他端部が閉じられている構成とできる。

また、維持回復手段は、
前記ヘッドのノズルが形成されたノズル面をキャッピングするキャップ部材と、
前記キャップ部材に接続されて前記キャップ部材内に負圧を発生する負圧発生手段と、
前記負圧発生手段を駆動した後の経過時間を計測する手段と、を備え、
前記負圧発生手段は、第１の負圧と、前記第１の負圧よりも大きい第２の負圧を発生させることが可能であり、
前記経過時間が予め定めた閾値以下のときには前記第１の負圧を発生させ、前記経過時間が予め定めた閾値以下のときには前記第２の負圧を発生させるように前記負圧発生手段を駆動制御する
構成とできる。

本発明に係る画像形成装置によれば、ヘッドのノズルから気泡を排出させる維持回復手段と、ヘッドの排出口に一端部が接続された気泡停留経路とを備え、気泡停留経路には気泡を停留させる気泡停留部が設けられている構成としたので、通常使用時には循環型ヘッドを非循環型ヘッドと同様に使用しつつ、ヘッドのノズルから排出できない気泡を気泡停留部に停留させることができ、ヘッドからの排出系の構成を複雑にすることなく、ノズルから排出できない気泡排出のためのメンテナンス作業回数を低減することができる。

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。 比較例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２実施形態の説明に供する要部説明図である。 本発明の第３実施形態に供する要部説明図である。 本発明の第４実施形態の説明に供するフロー図である。 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、液体タンク２からヘッド１の供給口に至る第１の流路４と、ヘッド１の排出口に一端部が接続された気泡停留経路である第２の流路５とを備えている。

ここで、第２の流路５の他端部（ヘッド１と反対側の端部）５１は閉塞手段５２にて閉じられている。そして、第２の流路５の途中には、気泡を停留させる気泡停留部６が設けられている。

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１３と、共通流路１３にインクを供給する供給口（供給路、インク供給ポート）１４と、共通流路１３からインクを排出する排出口（排出路、インク排出ポート）１５などを備えている。

なお、第１の流路４には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、これらによってヘッド１のノズルから気泡を排出させる維持回復手段を構成している。

次に、この実施形態の作用効果を明確にするため比較例について図３を参照して説明する。
この比較例は、ヘッド１の排出口１５を、排出経路３４７を介して廃液タンク３４９に接続し、排出経路３４７の途中に開閉弁３４８を設けたものである。

そして、ヘッド１内に混入した気泡を排出する場合、開閉弁３４８を閉状態にして、キャップ手段２１でヘッド１のノズル面をキャッピングし、吸引手段２３を駆動してキャップ手段２１内に負圧を発生させて、ノズル１１から気泡とともにインク３００を排出させる（吸引排出）。あるいは、開閉弁３４８を開状態にして、図示しない液体供給手段によってヘッド１にインク３００を加圧供給し、ヘッド１から排出経路３４７を介して気泡とともにインク３００を廃液タンク３４９に排出させる。

ここで、これらの気泡排出動作のうち、前者のノズルから吸引排出するノズル吸引方式では、ノズル１１からの吸引動作を行ったとき、共通流路１３内の気泡は、一部は吸引力によりノズル１１から排出されると同時に、その他一部は共通流路１３内に生じた流れによって排出口１５側に移動して、第２の流路３４７方向に移動する。このように、第２の流路３４７に気泡が流れてしまうと、ノズル１１からさらに離れてしまうため、ノズル１１から排出することが困難になってしまう。特にノズル１１に近い気泡はノズル１１から排出され、ノズル１１から離れるに従ってノズル１１から排出されにくくなり、第二の流路３４７に流れる傾向にある。また、この吸引排出時の圧力を低くすると、共通流路１３内の気泡はノズル１１からほとんど排出されずに、第二の流路３４７方向に移動する傾向がある。

一方、後者の廃液タンクに気泡を排出させる方式では、常に廃液タンクに接続された排出経路が必要となるため、ヘッドの数が増えるに従って排出経路（排出系）が複雑になり、装置の小型化、低コスト化に対して不利となる。

そこで、本実施形態では、ヘッド１の排出口１５に他端部５１が閉塞された（閉じられた）第２の流路５を接続し、この第２の流路５の途中に気泡停留部６を設けている。

これにより、ノズル吸引で気泡排出を行なう場合、共通流路１３の流れによって第２の流路５方向に移動した一部の気泡（ノズル１１から排出されない気泡）が排出口１５から第２の流路５に流入して気泡停留部６に集められて停留する。

つまり、初期充填以外ではヘッド１の排出口１５に他端部５１が閉塞され、途中に気泡停留部６を設けた第２の流路５を接続することで、ヘッド１は循環型ヘッドであるが、非循環型ヘッドと同様な構成で使用して、維持回復手段によるノズル吸引によって気泡排出動作を行う。そして、ノズル吸引で排出できない気泡は第２の流路の気泡停留部に集めて停留させることができるので、ノズルから排出できない気泡を排出させるメンテナンス作業の回数を低減できる。この場合、前述した比較例のように、気泡排出を行なうために廃液タンクへの接続などを行なわないことから、ヘッドからの排出系の構成も簡単になる。

このように、ヘッドのノズルから気泡を排出させる維持回復手段と、ヘッドの排出口に一端部が接続された気泡停留経路とを備え、気泡停留経路には気泡を停留させる気泡停留部が設けられている構成とすることで、通常使用時には循環型ヘッドを非循環型ヘッドと同様に使用しつつ、ヘッドのノズルから排出できない気泡を気泡停留部に停留させることができ、ヘッドからの排出系の構成を複雑にすることなく、ノズルから排出できない気泡排出のためのメンテナンス作業回数を低減することができる。

次に、本発明の第２実施形態について図４を参照して説明する。なお、図４は同実施形態の説明に供する要部説明図である。
ここでは、第２の流路５は、ヘッド１の排出口１５に接続された一端部側の流路部分５Ａよりも他端部側の流路部分５Ｂの流体抵抗を大きくし、流路部分５Ａと流路部分５Ｂとの境の部分（流体抵抗が変化する部分）で気泡停留部６を形成している。ここでは、排出口１５に接続された流路部分５Ａの流路断面径をＤ１、流路部分５Ｂの流路断面径をＤ２とした場合、Ｄ１＜Ｄ２としている。

これにより、流路断面径が小さく切り替わる箇所に気泡が集まりやすくなり、気泡３６０を一箇所に集約することができる。

次に、本発明の第３実施形態について図５を参照して説明する。なお、図５は同実施形態の説明に供する要部説明図である。
ここでは、第２の流路５は、ヘッド１の排出口１５よりも上方に立ち上がる流路部分５Ｃと、流路部分５Ｃから斜め下方に向けて立ち下がる流路部分５Ｄとからなり、流路部分５Ｃと流路部分５Ｄとの間の屈曲する部分を有し、この屈曲する部分で気泡停留部６を形成している。

これにより、上方に向かった流路部分５Ｃ内の気泡は、浮力によって気泡停留部６まで浮上し、一方、気泡停留部６からは流路部分５Ｄ内に進入しようとする気泡も同様に浮力により気泡停留部６に戻ろうとするため、この気泡停留部６に気泡が集まり易くなり、気泡を一箇所に集めることができる。

次に、本発明の第４実施形態について図６を参照して説明する。なお、図６は同実施形態の説明に供するフロー図である。
ここでは、吸引手段２３として、キャップ手段２１に発生させる負圧を第１の負圧Ｐ１と、第１の負圧Ｐ１より大きい第２の負圧Ｐ２との２段階に設定可能な手段を使用している。

そして、吸引手段２３による吸引動作を行ったときからの経過時間を計測し、図６に示すように、経過時間が予め定めた閾値未満であるときには第１の負圧Ｐ１を発生させて吸引動作を行い、経過時間が閾値以上であるときには第２の負圧Ｐ２を発生させて吸引動作を行うように吸引手段２３を駆動制御する。

ここで、第１の負圧Ｐ１を発生させたときには、ノズル１１内の気泡が排出され、共通流路１３内の気泡は気泡停留部６に移動する。第２の負圧Ｐ２を発生させたときには、気泡停留部６に停留している気泡がノズル１１から排出される。

このように吸引圧（発生させる負圧）を前回からの経過時間により使い分けることにより、より少ない液体排出量で効果的に気泡を排出することができる。

具体的には、第１の負圧Ｐ１を−１０ｋＰａ〜−２０ｋＰａ以下、第２の負圧Ｐ２は−３０ｋＰａ以上としている。また、気泡停留部６のノズル面からの距離を５ｍｍとしている。この条件の場合、第１の負圧Ｐ１で吸引を行ったときには、ノズル１１内の気泡の排出と共通流路１３内の気泡の気泡停留部６への移動が可能であり、第２の負圧Ｐ２で吸引を行ったときには、気泡停留部６に集約された気泡をノズル１１から吸引排出するできることが確認された。

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７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１０２からフレキシブルなインク供給径路（第１の流路）１４０によってなされる。また、記録ヘッド１０１には気泡停留経路５が接続され、気泡停留経路５には気泡停留部６が設けられている。

また、記録領域外に設けられたキャップ部材１１１は、記録ヘッド１０１のノズル面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、上記実施形態ではシリアル型画像形成装置で説明しているが、ライン型画像形成装置にも同様に適用することができる。

１ ヘッド
２ 液体タンク
４ 第１の流路
５ 第２の流路（気泡停留経路）
６ 気泡停留部
１３ 共通流路
１５ 排出口

Claims (5)

1. 液滴を吐出する複数のノズル、各ノズルが連通する個別流路と、各個別流路に液体を供給する共通流路と、前記共通流路に液体を供給する供給口と、前記共通流路から液体を排出する排出口と、を有するヘッドと、
   前記ヘッドのノズルから気泡を排出させる維持回復手段と、
   前記ヘッドの排出口に一端部が接続された気泡停留経路と、を備え、
   前記気泡停留経路には気泡を停留させる気泡停留部が設けられている
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記気泡停留経路は前記一端部側よりも他端部側の流体抵抗が大きく形成され、前記流体抵抗が変化する部分で前記気泡停留部を形成していることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記気泡停留経路は、前記ヘッドの排出口よりも上方に立ち上がった後下方に向けて屈曲する部分を有し、前記屈曲する部分で前記気泡停留部を形成し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。
4. 前記気泡停留経路の他端部が閉じられてい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。
5. 前記維持回復手段は、
   前記ヘッドのノズルが形成されたノズル面をキャッピングするキャップ部材と、
   前記キャップ部材に接続されて前記キャップ部材内に負圧を発生する負圧発生手段と、
   前記負圧発生手段を駆動した後の経過時間を計測する手段と、を備え、
   前記負圧発生手段は、第１の負圧と、前記第１の負圧よりも大きい第２の負圧を発生させることが可能であり、
   前記経過時間が予め定めた閾値以下のときには前記第１の負圧を発生させ、前記経過時間が予め定めた閾値以下のときには前記第２の負圧を発生させるように前記負圧発生手段を駆動制御する
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。

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