JP2013099925A - インク供給装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクを循環させながら記録ヘッドからインクを吐出させることができるインク供給装置を提供する。
【解決手段】インク供給装置は、第１のタンクと、第２のタンクと、大気に開放された第３のタンクとを有している。第１のタンクに第１の圧力調整機構が設けられている。第２のタンクに第２の圧力調整機構が設けられている。ポンプから吐出されたインクは、第１の流入口を経て第１のタンクに供給され、さらに第１のタンク内のインクが第１の流出口から記録ヘッドに供給される。記録ヘッドから出たインクは、第２の流入口を経て第２のタンクに戻され、さらに第２の流出口を経てポンプに吸入される。第１のタンク内の圧力が第１の所定値を越えると、第１のタンク内のインクが第１の圧力調整機構を介して第３のタンクに供給される。第２のタンク内の圧力が第２の所定値以下になると、第３のタンク内のインクが第２の圧力調整機構を介して第２のタンクに引き込まれる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、例えばインクジェットプリンタ等の画像形成装置に適用されるインク供給装置及び画像形成装置に関する。

インクジェットプリンタ等の画像形成装置は、インクを吐出する記録ヘッドと、該記録ヘッドにインクを供給するインク供給装置とを備えている。記録ヘッドをワイピングする際、記録ヘッドをインクで濡らすために、インクを記録ヘッドのオリフィス面に張り出させることが行なわれている。このため従来のインク供給装置の一例では、記録ヘッドの入口側とインク貯留部とを接続する第１流路と、前記記録ヘッドの出口側とインク貯留部とを接続する第２流路とによって循環流路を構成し、この循環流路の第１流路と第２流路とをバイパス流路によって接続するとともに、このバイパス流路にリリーフ弁を設けている。ワイピングの際に第１流路から記録ヘッドに向かうインクの一部がバイパス流路を通じて第２流路に流れ、前記リリーフ弁の開度を制御することにより、インク貯留部から記録ヘッドへ流れるインクの圧力が制御される。

特開２００７−３３１２８１号公報

インクによって画像を形成する際に、記録ヘッドとインクの供給源との間でインクを循環させることが望まれている。前記従来のインク供給装置では、ワイピングする際（インクを張り出すとき）に記録ヘッド内のインク圧力を正圧に保つようにしているため、画像形成時にインクを循環させながらインクをノズルから吐出できるものではなかった。

実施形態において、インク供給装置は、ポンプと、第１のタンクと、第２のタンクと、第３のタンクと、第１の中継管路と、第２の中継管路と、第１の圧力調整機構と、第２の圧力調整機構とを有している。前記ポンプは、吸入口と吐出口とを有している。前記第１のタンクは、第１の流入口および第１の流出口を有し、前記第１の流入口が吐出管路を介して前記ポンプの吐出口に接続され、前記第１の流出口が供給管路を介して記録ヘッドのインク供給口に接続されている。前記第２のタンクは、第２の流入口および第２の流出口を有し、前記第２の流入口が戻り管路を介して前記記録ヘッドのインク回収口に接続され、前記第２の流出口が吸入管路を介して前記ポンプの吸入口に接続されている。前記第３のタンクは、大気に開放されたインク貯留部を有し、インクカートリッジからインクが供給される。前記第１の中継管路は、前記第３のタンク内の大気と前記第１のタンクとをつないでいる。前記第２の中継管路は、前記第３のタンクのインク貯留部と前記第２のタンクとをつないでいる。前記第１の圧力調整機構は、前記第１の中継管路に設けられ、前記第１のタンク内の圧力が第１の所定値以上になると開弁することにより前記第１のタンク内のインクを前記第３のタンク内の大気中に排出する。前記第２の圧力調整機構は、前記第２の中継管路に設けられ、前記第２のタンク内の圧力が第２の所定値以下になると開弁することにより前記第３のタンク内のインクを前記第２のタンクに引き込む。

実施形態において、画像形成装置は、前記インク供給装置と、該インク供給装置からインクの供給を受けて印刷媒体にインクを吐出する記録ヘッドと、印刷媒体を収容する媒体収容部と、該媒体収容部に収容された印刷媒体を記録ヘッドへ搬送する供給機構とを備えている。

１つの実施形態に係るインク供給装置の構成を模式的に示す図。 図１に示されたインク供給装置がインク循環モードにあるときの図。 図１に示されたインク供給装置がインク張り出しモードにあるときの図。 インク供給装置のコントローラの構成を示すブロック図。 インク供給装置のインク供給プロセスを示すフローチャート。 １つの実施形態に係る画像形成装置の構成を示す図。

以下に、１つの実施形態に係るインク供給装置について、図１から図５を参照して説明する。図１は、例えばインクジェットプリンタ等の画像形成装置の記録ヘッド（インクジェットヘッド）１０にインクを供給するためのインク供給装置２０の構成を模式的に示している。このインク供給装置２０は、インクカートリッジ２１から供給されるインクを記録ヘッド１０に供給するとともに、インクを循環させる機能を有している。

インクカートリッジ２１は交換可能であり、密閉された内部空間にインク２２が収容されている。インクカートリッジ２１には、インク供給ポート２１ａと大気開放ポート２１ｂとが設けられている。図１中の矢印Ｙは、インク供給装置２０の上下方向（高さ方向）を示している。

インク供給装置２０は、インクカートリッジ２１との接続をなすための接続部２５を備えている。接続部２５は、インク供給ポート２１ａに接続されるインク供給接続口２５ａと、大気開放ポート２１ｂに接続される大気開放接続口２５ｂとを有している。インク供給接続口２５ａにはインク供給管３１が接続され、大気開放接続口２５ｂには連通管３２が接続されている。インク供給管３１と連通管３２は、それぞれ、接続部２５から下方に延びている。

記録ヘッド１０は、インクを吐出するノズル４０が形成されたオリフィスプレート４１と、ノズル４０に連通する圧力室４２と、圧力室４２内のインクをノズル４０から吐出させるアクチュエータ４３と、圧力室４２に連通するインク供給口４５およびインク回収口４６とを備えている。アクチュエータ４３としては、ＰＺＴ等の圧電素子を用いて圧力室４２を直接または間接的に変形させるものが知られている。記録ヘッド１０の他の形態として、静電気によってダイヤフラムを駆動するもの、あるいはヒータによりインクを加熱して気泡を生成し圧力を発生させるもの、インクを静電気で直接的に移動させるものなど、そのいずれを用いてもよい。

さらにこのインク供給装置２０は、インクカートリッジ２１の下方に配置された第１のタンク５１と、第２のタンク５２と、第３のタンク５３と、廃インクタンク５４と、循環ポンプ５５と、開閉弁５６と、液面センサ５７と、コントローラ５８などを含んでいる。

本実施形態の場合、インクカートリッジ２１は、第１のタンク５１よりも高い位置に配置されている。第２のタンク５２は、第１のタンク５１よりも低い位置に配置されている。第３のタンク５３は、第１のタンク５１と第２のタンク５２との中間の高さに配置されている。廃インクタンク５４は、第３のタンク５３の下方に配置されている。廃インクタンク５４の上部には、接続口５４ａと、大気開放口５４ｂとが設けられている。記録ヘッド１０と、循環ポンプ５５と、コントローラ５８の高さは問わない。

循環ポンプ５５は電動モータ（図示せず）によって駆動され、後述するようにコントローラ５８によって発停が制御される。この循環ポンプ５５は、インクを吐出する吐出口５５ａと、インクを吸引する吸入口５５ｂとを有している。

第１のタンク５１は、記録ヘッド１０に対してインクを供給する上流側に配置されている。第１のタンク５１の内部はインク２２を収容可能な密閉空間をなしている。第１のタンク５１に、第１の流入口５１ａと、第１の流出口５１ｂと、フィルタ６０と、第１の圧力調整機構の一例である第１のリリーフ弁６１と、第１の圧力追従部材の一例である第１の弾性部材６２などが設けられている。

第１のタンク５１の流入口５１ａは、吐出管路７０を介して、循環ポンプ５５の吐出口５５ａに接続されている。循環ポンプ５５の吐出口５５ａから吐出管路７０を経て第１のタンク５１に向かうインクは、第１の流入口５１ａとフィルタ６０を通過して第１のタンク５１内に流入する。フィルタ６０の一例は、枠に取付けられたメッシュ部材からなる。

第１のタンク５１の流出口５１ｂは、第１のタンク５１の底部とほぼ同じ高さに設けられている。この流出口５１ｂは、供給管路７１を介して、記録ヘッド１０のインク供給口４５に接続されている。第１のタンク５１の流出口５１ｂが第１のタンク５１の底部に設けられている理由は、第１のタンク５１内の空気が供給管路７１を経て記録ヘッド１０に送られることを防ぐためである。

第１のリリーフ弁６１は、第１のタンク５１の最上部付近に設けられている。この第１のリリーフ弁６１は、第１の中継管路７３を介して、第３のタンク５３内の大気部７４に連通している。大気部７４の下には、インク２２を溜めるインク貯留部７５が存在している。第１のリリーフ弁６１を第１のタンク５１の最上部に設ける理由は、第１のタンク５１内の空気を完全に放出できるようにするためである。

第１のリリーフ弁６１の一例は、弁体６１ａとばね６１ｂとからなる一方向弁であり、第１のタンク５１内の圧力が第１の所定値以上となったときに、弁体６１ａがばね６１ｂの弾力に抗して開弁することにより、第１のタンク５１内のインク（気泡が混入していることもある）を第１の中継管路７３を経て第３のタンク５３に供給するようになっている。すなわち第１のリリーフ弁６１は、第１のタンク５１内の圧力を第１の所定値（正圧）に保つための第１の圧力調整手段として機能する。なお、弁体６１ａとばね６１ｂとからなるリリーフ弁６１の代りに、圧力センサと電磁弁とを組合わせることにより、第１のタンク５１内の圧力が第１の所定値に達したときに電磁弁を開くように構成してもよい。

さらに第１のタンク５１には、第１の圧力追従部材の一例である第１の弾性部材６２が設けられている。第１の弾性部材６２の一例は、ゴム状弾性を有する材料からなるダイヤフラムであるが、他の形態、例えば空気等のガスを封入したバルーンが採用されてもよい。第１の弾性部材６２が第１のタンク５１内のインク２２に接しているため、第１のタンク５１内のインク２２の圧力が上昇したときに、第１の弾性部材６２が第１のタンク５１の外側に膨らむように弾性変形する。第１のタンク５１自体は実質的に剛体であるため変形しにくいが、第１の弾性部材６２が第１のタンク５１内の圧力に応じて弾性変形する。すなわち第１の弾性部材６２は、第１のタンク５１の内部を正圧に保つための蓄圧手段としても機能する。

第２のタンク５２は、記録ヘッド１０に対してインクを排出する下流側に配置されている。第２のタンク５２の内部は、第１のタンク５１と同様にインク２２を収容可能な密閉空間をなしている。第２のタンク５２の底部には、このタンク５２の底部とほぼ同じ高さに第２の流入口５２ａが設けられている。第２の流入口５２ａは、戻り管路８１を介して、記録ヘッド１０のインク回収口４６に接続されている。

戻り管路８１の途中に開閉弁５６が設けられている。開閉弁５６の一例は、常時（通電オフ時）は開弁し、コントローラ５８から指令が出たとき（通電時）に閉弁するノーマルオープンタイプ（常開弁）である。この開閉弁５６は、後述するようにコントローラ５８によって開閉が制御される。

第２のタンク５２の上部に第２の流出口５２ｂが設けられている。第２の流出口５２ｂは、吸入管路８５を介して、循環ポンプ５５の吸入口５５ｂに接続されている。第２のタンク５２の流出口５２ｂは、タンク５２の最上部付近に設けられている。流出口５２ｂを第２のタンク５２の最上部に設ける理由は、第２のタンク５２内の空気を完全に吸い出して第２のタンク５２内をインク２２で満たすためである。

第２のタンク５２に、第２の圧力調整機構の一例である第２のリリーフ弁９０が設けられている。第２のリリーフ弁９０は第２のタンク５２の最上部付近に設けられている。第２のリリーフ弁９０の流入側は、第３のタンク５３の底部とほぼ同じ高さに設けられた流出側接続口５３ａと第２の中継管路９５を介して、第３のタンク５３と連通している。

第２のリリーフ弁９０の一例は、弁体９０ａとばね９０ｂとからなる一方向弁であり、第２のタンク５２の内部の圧力が第２の所定値以下となったときに、弁体９０ａがばね９０ｂの弾力に抗して開弁することにより、第３のタンク５３内のインク２２を第２のタンク５２内に引き込むようになっている。すなわち第２のリリーフ弁９０は、第２のタンク５２内の圧力を前記第１の所定値よりも低い第２の所定値に保つための第２の圧力調整手段として機能する。なお、弁体９０ａとばね９０ｂとからなるリリーフ弁９０の代りに、圧力センサと電磁弁とを組合わせることにより、第２のタンク５２内の圧力が第２の所定値以下となったときに電磁弁を開くように構成してもよい。

さらに第２のタンク５２には、第２の圧力追従部材の一例である第２の弾性部材９２が設けられている。第２の弾性部材９２の一例は、ゴム状弾性を有する材料からなるダイヤフラムであるが、他の形態であってもよい。第２の弾性部材９２は第２のタンク５２内のインク２２に接しており、第２のタンク５２内の圧力が低下したときに、タンク５２の内側に凹むように弾性変形する。第２のタンク５２は実質的に剛体であるため変形しにくいが、第２の弾性部材９２はタンク５２内の圧力に応じて弾性変形する。すなわち第２の弾性部材９２は、第２のタンク５２内の圧力を第１のタンク５１内の圧力よりも低く保つための陰圧維持手段として機能する。

第３のタンク５３は、タンク５３の底部付近に設けられた流出側接続口５３ａと、前記インク供給管３１が接続される接続口５３ｂと、前記連通管３２が接続される接続口５３ｃと、第１の中継管路７３が接続される接続口５３ｄと、第３のタンク５３内のインク２２の液面の上限位置よりも高い位置に開口する大気連通口５３ｅとを有している。またこの第３のタンク５３には、インク２２の液面が所定値以下となったこと（第３のタンク５３が実質的に空になったこと）を検出するための液面センサ５７が配置されている。

第３のタンク５３の流出側接続口５３ａは、第２のリリーフ弁９０と同等の高さの位置に設けられている。この流出側接続口５３ａは、第２のリリーフ弁９０と同等の高さの第２の中継管路９５を介して、第２のリリーフ弁９０の流入側に接続されている。こうすることにより、第３のタンク５３のインク２２の液面と第２のリリーフ弁９０との水頭差による影響を極力少なくすることができる。

インク供給管３１に接続された接続口５３ｂは、第３のタンク５３の上方から第３のタンク５３内に挿入されている。この接続口５３ｂの下端は、第３のタンク５３内のインク２２の液面の下方において開口している。連通管３２に接続された接続口５３ｃも、第３のタンク５３の上方から第３のタンク５３内に挿入されている。この接続口５３ｃの下端は、第３のタンク５３内のインク２２の液面設定高さにおいて開口している。

第１の中継管路７３に接続された接続口５３ｄは、第３のタンク５３の上方から第３のタンク５３内に挿入されている。この接続口５３ｄの下端は、第３のタンク５３内のインク２２の液面の上方に距離Ｈ１（図１に示す）だけ離れた位置に開口している。このため第１のリリーフ弁６１から第１の中継管路７３を経て接続口５３ｄに到達したインクは、第３のタンク５３内の大気部７４を経て、第３のタンク５３内に滴下することになる。

第３のタンク５３の上部付近に設けられた大気連通口５３ｅは、第３のタンク５３内のインク２２の液面の上限位置よりも高い位置に開口している。この大気連通口５３ｅは、通気管路９６を介して、廃インクタンク５４の接続口５４ａに連通している。よって、第３のタンク５３内のインク２２の液面が大気連通口５３ｅよりも高い位置まで上昇すると、第３のタンク５３内のインク２２が通気管路９６を通って廃インクタンク５４に排出されることになる。

廃インクタンク５４の大気開放口５４ｂは大気と常時連通しているため、第３のタンク５３内の大気部７４は、大気連通口５３ｅと、通気管路９６と、廃インクタンク５４と、大気開放口５４ｂとを介して、常に大気に開放されている。インクが水性の場合には、廃インクタンク５４内で気化したインク蒸気が、通気管路９６と、大気連通口５３ｅとを介して第３のタンク５３の大気部７４に入るため、第３のタンク５３内は保湿され、飽和水蒸気量に保つことができる。

以下に、本実施形態のインク供給装置２０の作用について説明する。
インクカートリッジ２１内のインク２２は、接続部２５のインク供給接続口２５ａと、インク供給管３１と、接続口５３ｂとを経て、第３のタンク５３に供給される。第３のタンク５３内のインク２２の液面が上昇して接続口５３ｃの下端に達すると、それ以降は第３のタンク５３内のインク２２の液面は上昇せず、その代りにインク２２が接続口５３ｃから連通管３２内に流入し、連通管３２内を上昇する。連通管３２内のインクは、インクカートリッジ２１内の液面と同じ高さＨ２（図１に示す）まで上昇する。

一方、第３のタンク５３内のインク２２の液面が下がると、接続口５３ｃが大気開放されるため、インクカートリッジ２１内のインク２２がインク供給管３１を経て第３のタンク５３へ流れ出す。あるいは連通管３２内に溜まっていたインクが第３のタンク５３に向かって落ちることにより、第３のタンク５３内のインク２２の液面が接続口５３ｃの下端（開口）を塞ぐ高さまで上昇する。このため第３のタンク５３内のインク２２の液面は、常に接続口５３ｃの下端（開口）の高さに維持される。この高さが設定液面位置である。

第３のタンク５３内の設定液面位置は、第２のリリーフ弁９０を高さ基準とした場合、あまり高くし過ぎると、第３のタンク５３のインク２２の液面と第２のリリーフ弁９０までのインクの水頭差による圧力が第２のリリーフ弁９０の開放圧力に影響を与える。このため設定液面位置は、第３のタンク５３内の空気が第２のリリーフ弁９０に向かわない程度の高さ、すなわち接続口５３ｃの下端の位置を流出側接続口５３ａよりも高く設定すればよい
インクカートリッジ２１が空になると、第３のタンク５３内のインク２２の液面は前記設定液面位置を維持することができなくなり、液面高さが減少し、ついには液面センサ５７がオンとなる。液面センサ５７がオンになると、コントローラ５８は、ユーザもしくは上位のコントローラにインクカートリッジ２１が空になったことを知らせる信号を出力する。

図２は、インク供給装置２０がインクを循環させながら記録ヘッド１０にインクを供給している状態（インク循環モード）を示している。画像形成時には、記録ヘッド１０のノズル４０からインク２２´が吐出されることによってインクが消費される。インクを循環させながら記録ヘッド１０にインクを供給する場合、記録ヘッド１０のノズル４０近傍のインク圧力Ｐｎに適正値が存在する。Ｐｎは、例えば０からー３０００Ｐａの範囲である。

ここで、第１のタンク５１の流出口５１ｂ近傍の「単位体積当りのエネルギー」をＰ１（Ｐａ）、この流出口５１ｂから記録ヘッド１０のノズル４０に至る供給管路７１の流路抵抗をＲ１（Ｐａ・ｓｅｃ／ｍ^３）、第２のタンク５２の流入口５２ａ近傍の「単位体積当りのエネルギー」をＰ２（Ｐａ）、この流入口５２ａから記録ヘッド１０のノズル４０に至る戻り管路８１の流路抵抗をＲ２（Ｐａ・ｓｅｃ／ｍ^３）としたとき、ノズル４０近傍の圧力Ｐｎを適正圧力に維持するためには、下記の式（１）を満たすように第１のリリーフ弁６１によって第１の「単位体積当りのエネルギー」Ｐ１を管理するとともに、第２のリリーフ弁９０によって第２の「単位体積当りのエネルギー」Ｐ２を管理することで実現することができる。
Ｐ２＝｛（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１｝×Ｐｎ−（Ｒ２／Ｒ１）×Ｐ１……（１）
この「単位体積当りのエネルギー」Ｐ１、Ｐ２はベルヌーイの式の「単位体積当りのエネルギー」のことであり、静圧、動圧およびポテンシャル圧の合計である。動圧が無視できるとき、第１のタンク５１の流出口５１ｂ近傍の静圧をＰｓ１（Ｐａ）、第２のタンク５２の流入口５２ａ近傍の静圧をＰｓ２（Ｐａ）、オリフィスプレート４１から第１のタンク５１の流出口５１ｂまでの距離をＨ３（ｍ）、オリフィスプレート４１から第２のタンク５２の流入口５２ａまでの距離をＨ４（ｍ）、インク２２の密度をρ（ｋｇ／ｍ^３）、重力加速度をｇ（ｍ／ｓ^２）とすると、「単位体積当りのエネルギー」Ｐ１（Ｐａ）、Ｐ２（Ｐａ）は下記の式（２）、（３）で表される。

Ｐ１＝Ｐｓ１―ρ・ｇ・Ｈ３……（２）
Ｐ２＝Ｐｓ２―ρ・ｇ・Ｈ４……（３）
本実施形態では、以下に説明するように、上記式（２）、（３）の静圧Ｐｓ１、Ｐｓ２の管理を、第１のリリーフ弁６１と、第２のリリーフ弁９０と、第１の弾性部材６２と、第２の弾性部材９２とによって実現する。ポテンシャル圧の項はＨ３、Ｈ４の値によって一意に決まるため、「単位体積当りのエネルギー」Ｐ１、Ｐ２も管理されることとなる。

インクの循環開始の指令がユーザもしくは上位コントローラからコントローラ５８に入力されると、コントローラ５８は循環ポンプ５５を駆動する。循環ポンプ５５が駆動されると、第２のタンク５２内のインク２２が循環ポンプ５５の吸入口５５ｂによって吸引され、このインクが循環ポンプ５５の吐出口５５ａから第１のタンク５１に向けて吐出される。

このとき、第１のタンク５１に供給されたインクの圧力により、第１の弾性部材６２が弾性変形を起こし、第１のタンク５１内の圧力が上昇する。第１のタンク５１の内部が第１の所定値以上になると、第１のリリーフ弁６１が開弁することにより、第１のタンク５１内のインク２２が第１のリリーフ弁６１を通って第３のタンク５３に供給される。ここで第１のタンク５１の第１の所定圧力とは、第１のタンク５１の流出口５１ｂ近傍の圧力が前記圧力Ｐｓ１になるような値である。

第１のリリーフ弁６１が開弁すると、第１のタンク５１の内部は一瞬であるが大気開放されることになる。しかしこのとき第１の弾性部材６２が元に戻ろうとする弾性力を発揮し、第１のタンク５１内を前記第１の所定値に維持する。このため、第１の弾性部材６２が弾性復元力を発揮している間に第１のリリーフ弁６１を閉じるように設定することで、第１のタンク５１の圧力を前記第１の所定値に維持することができる。第１のリリーフ弁６１が開弁すると、第１のタンク５１内のインク２２は、第１のリリーフ弁６１と第１の中継管路７３を通って、第３のタンク５３に流入する。

一方、第２のタンク５２内のインク２２が循環ポンプ５５によって吸い出されるため、第２のタンク５２内の圧力が低下する。このため第２の弾性部材９２が第２のタンク５２の内側に弾性変形することにより、第２のタンク５２内が減圧される。第２のタンク５２内の圧力が第２の所定値以下になると、第２のリリーフ弁９０が開弁することにより、第３のタンク５３内のインク２２を第２の中継管路９５を介して第２のタンク５２内に引き込む。すなわちインク貯留部７５内のインク２２が第２の中継管路９５と第２のリリーフ弁９０を通って、第２のタンク５２に流入する。ここで第２のタンク５２の第２の所定圧力とは、第２のタンク５２の流入口５２ａ近傍の圧力が前記圧力Ｐｓ２になるような値である。

第２のリリーフ弁９０が開弁すると、第２のタンク５２の内部は一瞬であるが大気開放されることになる。しかしこのとき第２の弾性部材９２が元に戻ろうとする弾性力を発揮し、第２のタンク５２内を前記第２の所定値に維持する。このため第２の弾性部材９２が弾性復元力を発揮している間に第２のリリーフ弁９０を閉じるように設定することで、第２のタンク５２の圧力を前記第２の所定値に維持することができる。

ここで、仮に、第１のリリーフ弁６１と第２のリリーフ弁９０とが直接管路で接続されているとしたら、第１のタンク５１内のインクと空気とが、第１のリリーフ弁６１を経て直接第２のリリーフ弁９０に向かってしまうため、第２のタンク５２に空気が戻ってしまうことになる。しかも第１のリリーフ弁６１を開弁させた圧力が第２のリリーフ弁９０に作用する。その一方で、第２のリリーフ弁９０を開弁させる圧力が第１のリリーフ弁６１に作用する。このため第１のリリーフ弁６１と第２のリリーフ弁９０の相互作用により、各リリーフ弁６１、９０がそれぞれ所定圧力で開弁しない可能性がある。

しかるに本実施形態では、第１のリリーフ弁６１の流出側が第１の中継管路７３を介して第３のタンク５３内の大気部７４に連通し、かつ、第２のリリーフ弁９０の流入側が第２の中継管路９５を介して第３のタンク５３のインク貯留部７５に連通している。しかも第３のタンク５３内のインク２２の液面高さが接続口５３ｂの下端開口の位置に応じて一定に保たれている。このため、第１のタンク５１から第１のリリーフ弁６１と第１の中継管路７３を通って第３のタンク５３に流入するインクは、接続口５３ｄの下端開口から大気部７４に落ち、さらに大気部７４を通過して第３のタンク５３内のインク貯留部７５に滴下することになる。

このように構成したことで、第１のタンク５１内に空気が混入していても、第１のタンク５１内のインクと空気を第１のリリーフ弁６１から第１の中継管路７３を経て第３のタンク５３に供給する際に、第３のタンク５３内でインクと空気とが分離される。よって、第３のタンク５３内のインク２２のみが、第２の中継管路９５と、開弁した第２のリリーフ弁９０とを経て、第２のタンク５２内に戻ることになる。つまり第２のタンク５２内に空気が戻ってしまうことを回避できるものである。

インクカートリッジ２１が空になると、第３のタンク５３内のインク２２の液面が減少する。第３のタンク５３内のインク２２の液面が流出側接続口５３ａの位置まで下がってしまうと、第３のタンク５３内の空気が第２のリリーフ弁９０を介して第２のタンク５２に供給されてしまう。しかし液面センサ５７が流出側接続口５３ａよりも高い位置に設けられているため、第３のタンク５３内の空気が第２のリリーフ弁９０に向かう前に液面センサ５７が作動することにより、インクカートリッジ２１が空になったことを、ユーザあるいは上位コントローラに報知することができる。

図２中の矢印Ａ、Ｂは、前記インク供給装置２０においてインクが循環する方向を示している。図２に示すようにインクが供給管路７１と戻り管路８１を循環する。そして画像形成時には、記録ヘッド１０のノズル４０からインク２２´が吐出される。ここで、ノズル４０近傍の圧力Ｐｎが前記(１)式を満たす値に設定されていることにより、ノズル４０の近傍に気泡が生じたとしても、この気泡は記録ヘッド１０のインク回収口４６と戻り管路８１を経て、第２のタンク５２に排出される。第２のタンク５２に入った気泡は、第２のタンク５２の上方に溜まり、一定量を越えると、第２のタンク５２の流出口５２ｂからインクと共に吸入管路８５を経由して循環ポンプ５５の吸入口５５ｂによって吸い出される。吸入口５５ｂによって吸い出された空気（気泡）は、循環ポンプ５５の吐出口５５ａから吐出管路７０を経由して、第１のタンク５１の流入口５１ａに向かってインクと共に吐出される。

第１のタンク５１の流入口５１ａに供給されたインクと気泡は、フィルタ６０を通過して第１のタンク５１内に入り、第１のタンク５１の上部に溜まる。第１のタンク５１の上部に溜まった空気が一定量を越えると、この空気は第１のリリーフ弁６１と第１の中継管路７３を経て、第３のタンク５３に排出される。

本実施形態のインク供給装置２０は、第１の圧力調整機構としての第１のリリーフ弁６１と、第２の圧力調整機構としての第２のリリーフ弁９０とによって、第１のタンク５１の流出口５１ｂ近傍の圧力Ｐｓ１と、第２のタンク５２の流入口５２ａ近傍の圧力Ｐｓ２とを適正に保つことができる。よって、ノズル４０近傍の圧力Ｐｎも適正値に保つことができる。すなわちこのインク供給装置２０は、インクを適正な圧力で循環させることにより、画像形成中などに循環経路内に混入する可能性のある気泡を除去し、循環経路にインクを充填させることができるものである。インクを循環させながら記録ヘッド１０に供給するため、記録ヘッド１０のノズル４０近傍に発生した異物は、記録ヘッド１０のインク回収口４６、戻り管路８１、流入口５２ａを経由して第２のタンク５２に戻る。

インクに混入した異物の比重がインクの比重よりも大きい場合、異物は第２のタンク５２の底部に沈殿するため、インクに混入したまま循環経路を移動し続けることが回避される。異物がインクの比重よりも軽い場合には、異物は第２のタンク５２の上部に向かい、第２のタンク５２の上部に設けられた流出口５２ｂより、インクと共に吸入管路８５を経由して循環ポンプ５５の吸入口５５ｂにより吸い出される。この異物は、循環ポンプ５５の吐出口５５ａから吐出管路７０を経由して、第１のタンク５１にインクと共に吐出されるため、フィルタ６０によって回収される。

図３は、インク供給装置２０において、記録ヘッド１０のオリフィスプレート４１をワイピングするためにインクを張り出す際のインクの循環経路（インク張り出しモード）を示している。インク供給装置２０は、インク循環を行なっているときに、インクを張り出す指令がユーザもしくは上位コントローラから出されると、コントローラ５８は開閉弁５６を閉じる。そして所定時間Ｔ１が経過するとコントローラ５８は開閉弁５６を開ける。こうすることにより、開閉弁５６を閉じている間は、第１のタンク５１からのインクの圧力が記録ヘッド１０に伝わるので、ノズル４０近傍に正圧がかかり、オリフィスプレート４１の表面にインク２２´を張り出すことができる。所定時間Ｔ１は開閉弁５６を閉じる時間で調整できる。

図４は、本実施形態のインク供給装置２０のコントローラ５８の構成を示すブロック図である。コントローラ５８は、プロセッサとして機能するＣＰＵ（Central Processing Unit）１００を備えている。このＣＰＵ１００に、バスライン１０１を介して、ＲＯＭ（Reed Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３、通信インタフェース部１０４、循環ポンプドライバ１０５、開閉弁ドライバ１０６、センサ入出力ポート１０７などが接続されている。

ＲＯＭ１０２には、ＣＰＵ１００を制御するためのプログラムや各種の固定的データが格納されている。ＲＡＭ１０３には、例えばインクの吐出およびインクの循環に必要な各種データを格納するための種々のメモリエリアが形成されている。通信インタフェース部１０４は、通信回線を介して外部機器との間で行うデータ通信を制御する。循環ポンプドライバ１０５は循環ポンプ５５を駆動する。開閉弁ドライバ１０６は開閉弁５６を駆動する。センサ入出力ポート１０７には各種センサ（例えば液面センサ５７）が接続されている。

図５のフローチャートは、本実施形態のインク供給装置２０のコントローラ５８によるインク供給プロセスの一例を示している。
図５中のA001において、インク供給装置２０の電源がオンされる。A002では、インクの循環を開始するか否かが判断される。循環を開始する場合はA003に移行し、循環ポンプ５５が駆動される。A004において、液面センサ５７がオフか否かが判定され、液面センサ５７がオン（インクが空の場合）は、A011に移り、インクカートリッジ２１が空であることを報知するとともに、A010に移行して循環ポンプ５５を止め、循環終了となる。A004において、液面センサ５７がオフ（所定量のインクが存在する場合）は、A005に移行し、ワイピングのためにインクの張り出しを行なうか否かが判定される。

インクの張り出しを行なう場合には、A006において開閉弁５６を閉じることにより、オリフィスプレート４１にインクを張り出す。A007において所定時間Ｔ１待機し、A008において開閉弁５６を開け続ける。A009では、インクの循環を終了するか否かが判断される。循環を終了しない場合には、A004に戻り、インクの循環を継続する。A009においてインクの循環を終了する場合には、A010において循環ポンプ５５を停止し終了となる。

本実施形態のインク供給装置２０は、インクジェットプリンタ以外の画像形成装置や、画像形成装置以外の用途に適用することも可能である。

次に、１つの実施形態の画像形成装置について、図６を参照して説明する。図６は、画像形成装置の一例であるインクジェットプリンタ１１０を示している。インクジェットプリンタ（これ以降、プリンタと称する）１１０は、筐体１１１と、筐体１１１に収容されたドラム１１２と、媒体収容部の一例であるシート収容部１１３とを有している。シート収容部１１３は、印刷媒体の一例である複数のシートＳを収容する。

またこのプリンタ１１０は、シートＳを供給する供給機構１１４と、押し当てローラ１１５と、帯電ローラ１１６と、複数の記録ヘッド１０と、複数のインク供給装置２０と、除電チャージャ１１８と、剥離部材１１９と、ドラム１１２を清掃するクリーナ１２０と、排出機構１２１と、反転機構１２２と、シートＳの先端等を固定するためのチャック機構などを備えている。図６に示すプリンタは、カラーであるため記録ヘッド１０は４種類ありそのため符号を１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄとして区別している。インク供給装置２０も同様に４種類を２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄとして区別している。なお、プリンタはカラーである必要はなく、単色であってもよい。

除電チャージャ１１８と剥離部材１１９とは、シートＳをドラム１１２から剥がすための剥離機構を構成している。帯電ローラ１１６や剥離部材１１９およびクリーナ１２０は、画像形成後のシートＳが通過する際、シートＳの画像面に接しないように、シートＳから離間させるための移動機構を備えている。

ドラム１１２は、モータ１３０を備えた回転機構１３１によって、回転軸１３２を中心に矢印Ｒ_０で示す方向に所定の周速度で回転する。ドラム１１２の軸線Ｘ１は、回転軸１３２の中心を通っている。ドラム１１２の回転方向の位置は、エンコーダ等の回転角センサ１３３によって検出される。

図６に示されるように供給機構１１４は、ピックアップローラ１５０と、給紙ローラ１５１と、分離ローラ１５２と、シート搬送路１５３と、アライニングローラ対１５４と、ガイド１５６等を含んでいる。

給紙ローラ１５１と分離ローラ１５２によって１枚ずつ取り出されたシートＳは、シート搬送路１５３に送られる。シート搬送路１５３に送られたシートＳの先端は、アライニングローラ対１５４によって整えられる。アライニングローラ対１５４とドラム１１２との間に、シートＳをドラム１１２に向けて案内するガイド１５６が設けられている。すなわちドラム１１２は、アライニングローラ対１５４よりシートの搬送方向下流側に配置されている。

また、プリンタ１１０内には、プリンタ１１０全体を制御するＣＰＵ１００がある。ＣＰＵ１００はインク供給装置２０も含む装置全体の制御を司るとしたが、インク供給装置２０とインク供給装置２０以外を異なるＣＰＵ（プロセッサ）で実行してもよい。

次に、プリンタ１１０の作動について説明する。プリンタ１１０によりカラー印刷が開始された場合、まず、シート収容部１１３に収容されたシートＳが、供給機構１１４によって、ドラム１１２と帯電ローラ１１６との間に搬送される。静電気力により、ドラム１１２の周面にシートＳが吸着される。シートＳは、ドラム１２と共にドラム１２の回転方向Ｒ_０に移動する。すなわちシートＳは、供給機構１１４及びドラム１１２の回転により、シート収容部１１３から記録ヘッド１０へ搬送される。

ドラム１１２の所定の回転タイミングで、インクが記録ヘッド１０からシートＳに向けて吐出される。こうしてドラム１１２が回転する間に、シートＳに画像が形成される。すなわち、このプリンタ１１０は、ラインヘッド形のマルチパス方式によりカラー印刷をなす。

記録ヘッド部１０での印刷が終了すると、画像が形成されたシートＳは、除電チャージャ１１８と剥離部材１１９によってドラム１１２から剥がされ、排出機構１２１によってプリンタ１１０外部に排出される。なお、両面印刷の場合は、シートＳは、反転機構１２２によってシートＳが反転され再びドラム１１２に吸着される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したがこれらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０……記録ヘッド、２０…インク供給装置、２１…インクカートリッジ、２２…インク、４５…インク供給口、４６…インク回収口、５１…第１のタンク、５１ａ…第１の流入口、５１ｂ…第１の流出口、５２…第２のタンク、５２ａ…第２の流入口、５２ｂ…第２の流出口、５３…第３のタンク、５４…廃インクタンク、５５…ポンプ、５６…開閉弁、５８…コントローラ、６１…第１のリリーフ弁（第１の圧力調整機構）、６２…第１の弾性部材（第１の圧力追従部材）、７０…吐出管路、７１…供給管路、７３…第１の中継管路、７４…大気部、７５…インク貯留部、９０…第２のリリーフ弁（第２の圧力調整機構）、９２…第２の弾性部材（第２の圧力追従部材）、９５…第２の中継管路、１１０…プリンタ（画像形成装置）、１１２…ドラム、１１３…シート収容部（媒体収容部）、１１４…供給機構、１２１…排出機構、１５３…シート搬送路、２２０…ＣＰＵ。

Claims (12)

1. 吸入口および吐出口を有するポンプと、
   第１の流入口および第１の流出口を有し、前記第１の流入口が吐出管路を介して前記ポンプの吐出口に接続され、前記第１の流出口が供給管路を介して記録ヘッドのインク供給口に接続された第１のタンクと、
   第２の流入口および第２の流出口を有し、前記第２の流入口が戻り管路を介して前記記録ヘッドのインク回収口に接続され、前記第２の流出口が吸入管路を介して前記ポンプの吸入口に接続された第２のタンクと、
   大気に開放されたインク貯留部を有し、インクカートリッジからインクが供給される第３のタンクと、
   前記第３のタンク内の大気と前記第１のタンクとをつなぐ第１の中継管路と、
   前記第１の中継管路に設けられ、前記第１のタンク内の圧力が第１の所定値以上になると開弁することにより前記第１のタンク内のインクを前記第３のタンク内の大気中に排出する第１の圧力調整機構と、
   前記第３のタンクのインク貯留部と前記第２のタンクとをつなぐ第２の中継管路と、
   前記第２の中継管路に設けられ、前記第２のタンク内の圧力が第２の所定値以下になると開弁することにより前記第３のタンク内のインクを前記第２のタンクに引き込む第２の圧力調整機構と、
   を具備したことを特徴とするインク供給装置。
2. 前記第１の圧力調整機構は、前記第１のタンク内の圧力が前記第１の所定値以上になると開弁する第１のリリーフ弁であることを特徴とする請求項１に記載のインク供給装置。
3. 前記第２の圧力調整機構は、前記第２のタンク内の圧力が前記第２の所定値以下になると開弁する第２のリリーフ弁であることを特徴とする請求項１に記載のインク供給装置。
4. 前記第１のタンクに、第１のタンク内の圧力に応じて変形する第１の圧力追従部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインク供給装置。
5. 前記第１の圧力追従部材が前記第１のタンク内の圧力に応じて弾性変形する第１の弾性部材からなることを特徴とする請求項４に記載のインク供給装置。
6. 前記第２のタンクに、第２のタンク内の圧力に応じて変形する第２の圧力追従部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインク供給装置。
7. 前記第２の圧力追従部材が前記第２のタンク内の圧力に応じて弾性変形する第２の弾性部材からなることを特徴とする請求項６に記載のインク供給装置。
8. 前記戻り管路に設けられた開閉弁を有したことを特徴とする請求項１に記載のインク供給装置。
9. 前記開閉弁を制御するコントローラを有し、該コントローラは、前記記録ヘッドのノズルからインクを張り出すモードのとき前記開閉弁を閉じることを特徴とする請求項８に記載のインク供給装置。
10. 前記第１のタンクから前記第１の中継管路を経て前記第３のタンク内にインクを排出する接続口の下端が、前記第３のタンク内のインクの液面の上方の大気中に開口していることを特徴とする請求項１に記載のインク供給装置。
11. 前記第１のタンクの下部に設けられた前記第１の流出口近傍の「単位体積当りのエネルギー」をＰ１、前記第１の流出口から前記記録ヘッドに至る供給管路の流路抵抗をＲ１（Ｐａ・ｓｅｃ／ｍ^３）、前記第２のタンクの下部に設けられた前記第２の流入口近傍の「単位体積当りのエネルギー」をＰ２、前記記録ヘッドから前記第２の流入口に至る管路の流路抵抗をＲ２（Ｐａ・ｓｅｃ／ｍ^３）、前記ノズル近傍の圧力をＰｎとしたとき、
    Ｐ２＝｛（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１｝×Ｐｎ−（Ｒ２／Ｒ１）×Ｐ１
    なる式において、Ｐｎがゼロを含む負の値となるよう前記第１の圧力調整機構と前記第２の圧力調整機構によりＰ１、Ｐ２が設定されたことを特徴とする請求項１に記載のインク供給装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一に記載のインク供給装置と、
    前記インク供給装置からインクの供給を受けて印刷媒体にインクを吐出する記録ヘッドと、
    前記印刷媒体を収納する媒体収容部と、
    前記媒体収容部から供給された前記印刷媒体を前記記録ヘッドへ搬送する供給機構と、を具備したことを特徴とする画像形成装置。

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