JP2013173255A - 液体吐出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクを消費しても安定的に吐出可能な範囲内に吐出ヘッドの負圧を保つことができるとともに、廃インクタンクを装置内に設けずに廃インクを廃棄することのできる液体吐出装置を提供する。
【解決手段】カートリッジ２０１に収納されたインクを水頭差供給方式により記録ヘッド７に供給し、該ヘッド７からインク滴を吐出させる液体吐出装置において、インクカートリッジ２０１は装置本体に着脱可能に設けられる。このカートリッジ２０１は、インクを収納する貯留室２０５と、廃インクを収納する廃液室２２０とを有している。吸引ポンプ３００で記録ヘッド７部から廃インクを吸引して廃液室２２０に送ることで、廃液室２２０が加圧されて貯留室２０５が上方に移動する。これにより、貯留室内の液面と記録ヘッド７のインク吐出面との水頭差が所定の範囲内に収まる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出装置および液体吐出装置を備える画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、コピー機、複写機複合機等の画像形成装置として、インクを滴状にして吐出し、所定の画像を得るインクジェット記録方式のものが知られている。このような液体吐出記録方式の画像形成装置では、微細な吐出口からインク滴を吐出させるため、乾燥によるインクの増粘や固着あるいはインク中に生じる気泡などに起因して吐出口に目詰まりが発生し、吐出不良になることがある。そこで、このような吐出不良を防止するために、インク吐出機能を正常な状態に維持・回復するための維持回復装置が設けられている。この維持回復装置は、以下のような手段から構成される。
・記録ヘッドのノズル近傍や液滴吐出面でのインクの増粘固着，乾燥を防止するために、液滴吐出面を高い密閉性を保って覆うキャップ
・液滴吐出面に付着したインクを払拭し除去するためのワイパーブレード
・ノズルの乾燥を防ぐために画像形成に寄与しない液滴を吐出する空吐出を行うための空吐出受け
・維持回復動作により使用したインクを吸引する吸引ポンプ
・吸引ポンプで吸引されたインク、すなわち廃インクを貯留する廃インクタンク

このような維持回復装置により、ノズル近傍に付着した異物、増粘・固着した液滴を取り除かれ、液滴吐出面を保湿し、正常に所望の吐出特性を得ることができる。このような維持回復装置において、ワイパーブレードによるワイピングによって集められた廃インクや、液滴吐出面をキャップした状態において、吸引ポンプを駆動してキャップから吸引された廃インクは、専用の廃インクタンクに集められる。そして、廃インクタンク内に蓄えられた廃インクを所定の量回収すると、廃インクタンクを交換する方法がある。それとは別に、廃インクを無くすために、維持回復装置による維持回復動作で使用した廃インクを、フィルタで濾過し、インクタンクに戻して再利用する技術が既に知られている。

また、記録ヘッドにインクを供給する方式として、記録ヘッドとインクを貯留するインクカートリッジを流路（例えば供給チューブ）で連通し、インクカートリッジ内のインクを液滴吐出面よりも重力方向に下げ、インクの吐出に応じて、圧力差によりインクカートリッジ内のインクが記録ヘッドへ供給される、いわゆる水頭差による供給方式が既に知られている。

上述した維持回復動作によって生じた廃インクをフィルタで濾過し、再びインクタンクに戻すことで、インクを再利用する技術の場合、インクを有効活用できる反面、回復動作で生じた廃インクとインクタンクに貯留されたインクが同じ色である必要がある。インクジェットプリンタでは、記録ヘッドから複数の色のインクを吐出することで、装置の小型化、高画質化を実現している。複数の色のインクを吐出する記録ヘッドで回復動作を実行すると、複数のインクの色が混ざり合って廃インクとなる。そのため、廃インクとインクタンクの色が異なってしまい、これを防ごうとして1つの記録ヘッドで1つのインクを吐出する構成とすれば、カラー印刷を行うためには、多数の記録ヘッドが必要になるという問題がある。記録ヘッドを多数用意すると、コストの増加ばかりか装置の大型化にもつながる。更に、廃インクをフィルタで濾過する構成では、廃インクに気泡が含まれていた場合、フィルタが気泡をトラップしてしまい、排出効率を著しく低下させてしまうという問題がある。

また、水頭差による供給方式では、記録ヘッドの液滴吐出面から重力方向に下げられた位置にインクカートリッジを設けることで、記録ヘッドに負圧を形成することができるが、この方式の場合、インクの消費に伴って、インクカートリッジ内のインクの液面が低下すると、記録ヘッドに形成される負圧が、初期負圧値よりも大きくなってしまう。つまり、インクジェットプリンタの使用に伴って、記録ヘッド内の負圧値が変動する。記録ヘッドで形成される負圧値が大きくなると、インク滴の吐出性に影響が生じ、画像に影響してしまうという問題がある。

特開２００７−２０３６４９号公報（特許文献１）には、水頭差供給方式において印字ヘッドの位置にかかわらず一定の負圧を印字ヘッドに作用できるインクジェット方式画像形成装置を提供することを目的として、以下のような構成が開示されている。それはすなわち、インクタンクと記録ヘッドの間に一時的にインクを貯留するサブタンクを設け、サブタンク内の液面は、記録ヘッドの液滴吐出面よりも低い位置に設定される。さらに、インクタンクとサブタンクの間には、インクタンクからインクをサブタンクに供給する機能と、サブタンクからインクタンクへインクを排出する機能を持つ吸排ポンプが備わっている。さらに、サブタンク内のインクの液面を検出する計面感知センサが取り付けられている。この吸排ポンプを作動させることにより、サブタンク内の液面が低下した場合、インクタンクからインクが供給され、サブタンクの液面が高まるとサブタンクからインクを排出させる。このような動作により、サブタンク内のインク液面を上下に動かすことで水頭差を一定範囲内に保ち、印字ヘッド内の負圧を一定範囲内に保つことができる、というものである。

しかしながら、上記特許文献１に記載された負圧保持方法の場合、印字中に吸排ポンプを駆動するため、圧力変動がヘッドに伝わり、インクの吐出に影響する。この圧力変動を防ぐために板状部材をサブタンク内に設けているが、コンプライアンスを設けずに圧力をすべて緩和することは難しい。したがって、水頭差供給方式における記録ヘッド内の負圧値が変動するという、上述の問題は解決できていない。

本発明は、従来の液体吐出装置における上述の問題を解決し、インクを消費しても安定的に吐出可能な範囲内に吐出ヘッドの負圧を保つことができるとともに、廃インクタンクを装置内に設けずに廃インクを廃棄することのできる液体吐出装置およびこれを備える画像形成装置を提供することを課題とする。

前記の課題を解決するため、本発明は、液体収納部材に収納された液体を水頭差供給方式により吐出ヘッドに供給し、該吐出ヘッドから液滴を吐出させる液体吐出装置において、前記液体収納部材が当該液体吐出装置に着脱可能に設けられるとともに、前記液体収納部材は、当該収納部材内で移動可能に設けられ前記吐出ヘッドに供給される液体を収納する貯留室と、該貯留室に隣接して設けられ廃液を収納する廃液室とを有し、前記吐出ヘッド部から流体を吸引して前記廃液室に送る吸引手段を具備し、該吸引手段が吸引した流体を前記廃液室に送ることで、前記貯留室が移動して、該貯留室内の液面と前記吐出ヘッドの液滴吐出面との水頭差が所定の範囲内に収まることを特徴とする。

本発明の液体吐出装置によれば、液体（例えばインク）の使用によって低下した貯留室内のインク液面を上昇させて水頭差を縮めることができ、吐出ヘッドの負圧を、吐出ヘッドが安定的に吐出可能な負圧範囲に収めることができる。更に、液体収納部材（例えばインクカートリッジ）の交換を利用して、廃液も処分することができるため、廃液タンクを装置内に別途設ける必要がない。

また、本発明の液体吐出装置を用いる画像形成装置においては、記録ヘッド（吐出ヘッド）の負圧を、ヘッドが安定的に吐出可能な負圧範囲に収めることができるため、インク滴の吐出性に影響が生じることがなく、安定したインク吐出により安定した画像形成を行なうことができる。また、廃インクタンクを装置内に設ける必要がないために、装置の小型化を図ることができる。

本発明の作用を説明するためのインク供給系の図である。 本発明に係る液滴吐出装置を備えるインクジェットプリンタの３面図である。 そのインクジェットプリンタのインク供給系を示す図である。 インクカートリッジ内での貯留室の動作を説明する図である。 水頭差Ｈが一定になる様子を説明する図である。 使用後のインクカートリッジを示す図である。 インクカートリッジの第２実施例を示す図である。 インク吐出面を上向きにした構成におけるインク供給系を示す図である。 インク供給系の別形態を示す図である。 記録ヘッドに設けた貯留部から廃インクを吸引する構成を示す図である。 インク供給系のさらに別の形態を示す図である。 インクカートリッジの第３実施例を示す図である。

本発明は、インク等の液滴を打ち出す液体吐出装置において、液体収納部材（例えばインクカートリッジ）を吐出ヘッドよりも下部に設置した水頭差方式でインクを供給するものであって、液体収納部材内に液体を貯留する貯留室と廃液を貯留する廃液室とを隣接して設け、空気や廃インクなどの流体が吸引手段（例えば吸引ポンプ）によって廃液室に送られる。その際、吸引手段にて加圧された流体の作用により廃液室は加圧され、その加圧力を利用して貯留室を重力方向上向きに移動させることを特徴としている。これにより、例えばインクの使用によって低下した貯留室内のインク液面を上昇させ、水頭差を縮めることができ、記録ヘッド（吐出ヘッド）が安定的に吐出可能な負圧範囲に収めることができる。更に、インクカートリッジの交換を利用して、廃インクも処分することができるため、廃インクタンクを装置内に別途設ける必要がない。

図１は、本発明の作用を説明するためのインク供給系の図である。
この図１において、記録ヘッド７には、隣接する位置にサブタンク１８０が取り付けられ、サブタンク１８０とインクカートリッジ２０１（液体収納部材）には供給チューブ２３０が接続されている。また、記録ヘッド７もしくはキャップと、インクカートリッジ２０１の間には、吸引ポンプ３００を介して廃インクを流すための廃インクチューブ２４０が接続されている。そして、インクカートリッジ２０１は、記録ヘッド７の液滴吐出面から重力方向に下げられた位置に設置され（図では水頭差Ｈ）、インクの吐出に応じて圧力差によりインクをカートリッジからヘッドに供給する（水頭差供給方式）。なお、本例では、記録ヘッド７のインク吐出方向は重力方向上向きである。

インクカートリッジ２０１は、インクを貯留する貯留室２０５と、廃インクを貯留する廃液室２２０とを備えており、貯留室２０５には大気開放口２１１を通じて大気開放されている。そして上述の供給チューブ２３０は貯留室２０５と連通し、廃インクチューブ２４０は廃液室２２０と連通する。廃液室２２０と貯留室２０５は隣接しており、廃液室２２０には廃インクチューブ２４０と連通している連通口を開閉する開閉弁２０７が備わっている。この開閉弁２０７は、ばねなどの付勢力により常閉しているが、インクカートリッジ２０１をインクジェットプリンタ本体（のインクカートリッジセット部）に取り付けると、廃インクチューブ２４０によって開弁する。また、貯留室２０５と廃液室２２０は、両方とも外装部で覆われており、貯留室２０５は重力方向に移動しやすいようにガイド２１０が設けられている。また、貯留室２０５と外装部の間はインクを通さないようにシール部材２０２によってシールされている。

以上のような構成において、インクジェットプリンタが吐出を続けると、貯留室２０５内のインクが使用され、やがて液面が低下する。液面が低下すれば、水頭差Ｈが広がり、記録ヘッドで形成される負圧値が次第に大きくなる。そこで、インクジェットプリンタが備える維持回復装置による維持回復動作によって吸引した廃インクを、吸引ポンプ３００を利用して貯留室下部に位置している廃液室２２０に送り込む。このとき、吸引ポンプによって加圧された廃インクにより、廃液室２２０の圧力が上昇し、上部に位置する貯留室２０５に力が加わる。その結果、貯留室２０５はガイド２１０に沿って上昇し、インクの使用によって広がった水頭差Ｈを縮め、記録ヘッド７が安定的に吐出可能な負圧範囲に収めることができる。インクを使い切ったとき、廃液室２２０は廃インクで満たされており、この状態でインクジェットプリンタからインクカートリッジ２０１を取り外すと、常閉の開閉弁２０７が閉弁し、廃液室内の廃インクが漏れることは無い。つまり、インクカートリッジ２０１の交換を利用して、廃インクも処分することができる。その結果、廃インクタンクを設ける必要がない。なお、水頭差Ｈを適正範囲に保つためには、貯留室２０５に液面検知センサがあった方が望ましい。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいてより詳しく説明する。
図２は、本発明に係る液滴吐出装置を備える画像形成装置の一例であるインクジェット記録装置（以下、インクジェットプリンタ、又は単にプリンタと記すこともある）の３面図であり、図２（ａ）はインクジェットプリンタの正面図、図２（ｂ）は右側側面図、図２（ｃ）は平面図である。

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（ガイドロッド長手方向）に摺動自在に保持している。このキャリッジ１２０は、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１２２の長手方向（主走査方向）に移動走査する。また、キャリッジ１２０上には、複数の色（例えば、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックなど）のインク滴を吐出する記録ヘッド７が主走査方向と交叉する方向に配列され、インク滴吐出方向を下方に向けて装着されている。本例の記録ヘッド７は、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る。記録ヘッドには、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たりし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適用することができる。記録ヘッド７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１８０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７とサブタンク１８０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に搭載されるという意味である。サブタンク１８０には供給チューブ２３０が接続され、供給チューブ２３０の他端はインクカートリッジ２０１の底面（貯留室）と接続されている。インクカートリッジ２０１と記録ヘッド７までは、供給チューブ２３０により連通している。また図２（ｂ）に示すように、維持回復ユニット３１の内部には，吸引ポンプ３００が取り付けられている。この吸引ポンプ３００は廃インクチューブ２４０と連通しており、廃インクチューブ２４０の一端は、記録ヘッド７の液滴吐出面を密閉するキャップ１６０と連通しており、他端はインクカートリッジ２０１の底面（廃液室）と接続されている。このような構成にて、キャリッジ１２０が主走査方向に往復する際に、記録ヘッド７からインクを吐出することで、用紙Ｐに所望の画像を形成する。

図３は、上記インクジェットプリンタのインク供給系を示す図である。なお、図１で説明したインク供給系と同一もしくは同等の部分には同じ符号を付している。
図３において、記録ヘッド７は、重力方向下向きである矢印ａ方向にインクを吐出する。記録ヘッド７のインク吐出面１０５はキャップ１６０により密閉され、記録ヘッド７のノズル内にあるインクを保湿し、乾燥を防いでいる。また、キャップ１６０は、キャップホルダ３１０によって保持されており、その間には、キャップ１６０のインク吐出面１０５に対する密着性を高めるために、付勢ばね３０２が備えられている。更に、キャップホルダ３１０はガイド３１２に嵌め込まれており、カム３１１が回転するとキャップホルダ３１０がガイド３１２にガイドされてスライドする。その結果、キャップ１６０がインク吐出面１０５に移動し、キャッピングする。記録ヘッド７には、隣接する位置にサブタンク１８０が取り付けられ、サブタンク１８０とインクカートリッジ２０１の間は、供給チューブ２３０で連通されている。サブタンク１８０はキャリッジ１２０（図２）の中に保持されている。供給チューブ２３０はインクカートリッジ２０１内において、インクを貯留している貯留室２０５と連通する。貯留室２０５は大気開放口２１１を通じて大気と連通している。貯留室２０５の液面は、記録ヘッド７のインク吐出面１０５よりも、重力方向の下に位置するように設けられており、図３では距離Ｈだけ下げられている。このため、距離Ｈ（水頭差Ｈ）に応じた負圧がインク吐出面１０５に生じ、インクを安定的に吐出することができる。記録ヘッド７からの吐出量が増えると、大気圧が貯留室２０５の液面に作用することで、貯留室２０５内のインクが矢印ｃ方向に流れ、サブタンク１８０に供給される。また、インクカートリッジ２０１の天面（カートリッジ外装部２７０の天面）には電極ピン６００が取り付けられている。この電極ピン６００により、貯留室２０５内部にあるインクの液面を検知している。

廃インクの処理について説明する。キャリッジ１２０が用紙の外側に位置するホームポジションに移動した際、キャップ１６０がインク吐出面１０５を覆って密閉空間を形成する。そして、吸引ポンプ３００を駆動して、インク吐出面１０５から廃インクを吸引する。吸引された廃インクは、廃インクチューブ２４０を通じて矢印ｂ方向に流れ、インクカートリッジ２０１の廃液室２２０に送られる。

ここで、インクカートリッジ２０１の構成について詳細に説明する。インクカートリッジ２０１には、これまで説明したように、インクを貯留する貯留室２０５と、廃インクを貯留する廃液室２２０から構成されている。廃液室２２０と貯留室２０５は隣接しており、廃液室２２０には廃インクチューブ２４０と連通している廃液口４００を開閉する開閉弁２０７が備わっている。この開閉弁２０７は、ばねの付勢力により常閉しているが、インクカートリッジ２０１をインクジェットプリンタに取り付けると、廃インクチューブ２４０の端部によって押し上げられて開弁する。また、貯留室２０５と廃液室２２０は、両方とも外装部２７０で覆われており、貯留室２０５は鉛直方向に移動しやすいように、外装部２７０との間にガイド２１０が設けられている。貯留室２０５と外装部２７０の間はインクを通さないようにシール部材２０２によりシールされている。

図３に示す供給系において、インクジェットプリンタが吐出を続けると、貯留室２０５内のインクが使用され、やがて液面が低下する。液面が低下すれば、記録ヘッド７とインク吐出面１０５との距離Ｈが広がり、記録ヘッド７で形成される負圧値が大きくなる。これを防ぐために、維持回復動作によって吸引した廃インク、およびキャップ１６０から吸引した空気を、吸引ポンプ３００を利用して廃液室２２０に送り込み、吸引ポンプ３００の加圧力により、貯留室２０５を上昇させる。その結果、距離Ｈを記録ヘッド７からインクが安定して吐出可能な負圧範囲内に収めることができる。貯留室２０５に初期に貯留されていたインクは、画像形成に使用され、その一部が維持回復動作でキャップ１６０から、廃インクとなり吸引される。したがって、貯留室にあったインクの消費量は、廃インクの発生量よりも大きく、廃インクのみでは、距離Ｈが広がってしまう。そこで、キャップ１６０がインク吐出面１０５から離間しているときに、空気を廃液室に送り込むことで、距離Ｈを制御する。なお、吸引ポンプ３００は、インクを廃棄室２２０に移動させ、貯留室２０５を上昇させるのに必要な加圧力があれば、どのようなポンプでも使用可能であるが、廃インクチューブ２４０を閉塞するチュービングポンプであることが望ましい。もし廃インクチューブ２４０を閉塞しないポンプを使用するのであれば、廃液室２２０から流体が逆流しないように、廃インクチューブ２４０に逆止弁を取り付けることが望ましい。貯留室２０５の液面は電極ピン６００で検知し、必要な高さになるまで、吸引ポンプ３００を駆動させる制御をすれば、より高精度に水頭圧、すなわち距離Ｈを制御することができる。また、一般的にインクジェットプリンタには、複数色のインクカートリッジ２０１が取り付けられている（図２では、４色のインクカートリッジ２０１を、塗りつぶしのパターンの違いであらわしている）。どのインクカートリッジ２０１の廃液室２２０に廃インクや空気を送ればよいかも、電極ピン６００の情報から判断することができる。なお、複数色あるインクカートリッジ２０１に廃インクや空気を送る方法として、各色ごとに専用の吸引ポンプ３００を用意し、各カートリッジの電極ピン６００の情報に基づいて、所定の吸引ポンプを駆動させる方法でも良い。この場合、吸引ポンプ３００とインクカートリッジ２０１を連通する廃インクチューブ２４０を、インクカートリッジ２０１の数だけ取り付ける必要がある。あるいは、吸引ポンプ３００を１つだけ用意し、ポンプの下流にある複数のインクカートリッジ２０１それぞれと廃インクチューブ２４０が連通するように、廃インクチューブ２４０を分岐させ、分岐した廃インクチューブ２４０それぞれに開閉弁が備わっている構成でも良い。この場合、各カートリッジの電極ピン６００の情報に基づいて、対応するインクカートリッジ２０１と吸引ポンプ３００とを連通するように、該当する開閉弁のみを開弁させ、この状態で吸引ポンプ３００を駆動させれば良い。

次に、インクカートリッジ２０１内で貯留室２０５が上昇する動作について図４を参照して説明する。
図４（ａ）は、未使用のインクカートリッジ２０１を本体に取り付けた状態を示している。この図から順に説明する。インクカートリッジ２０１には、インクを貯留する貯留室２０５と廃インクを貯留する廃液室２２０が形成され、それらを外装部２７０で覆っている。貯留室２０５は大気開放口２１１を通じて大気と連通している。加えて、貯留室２０５と外装部２７０の間には、ガイド２１０が設けられており、このガイド２１０により、重力方向上向きに移動可能な構成となっている。また、ガイド２１０の上部にはシール部材２０２が取り付けられており、このシール部材２０２により、廃液室２２０と貯留室２０５の間の流路を遮断している。貯留室２０５の下部には、供給チューブ２３０が挿入されている。供給チューブ２３０と貯留室２０５の間には、シール部材２９８が備わっており、貯留室内のインクが廃液室２２０にリークすることを防止する。更に、貯留室２０５の上部からは電気ピン６００が挿入されている。電極ピン６００は、貯留室２０５内の液面を検知する手段である。

一方廃液室２２０には廃インクチューブ２４０が挿入されている。廃インクチューブ２４０が挿入される前は、開閉弁２０７が付勢ばね２４６によって力を受け、廃液口４００を塞いでいるが、インクカートリッジ２０１が取り付けられると、廃インクチューブ２４０の先端部によって開閉弁２０７が押されて、開弁する。廃インクチューブ２４０が、廃液室２２０に挿入すると、連通口２３２を通じて、廃インクチューブ２４０と廃液室２２０が連通する。廃液室２２０内を、貯留室２０５と連通する供給チューブ２３０が通過している。この供給チューブ２３０と外装部２７０の間から、廃インクがリークすることを防ぐために、図のようにシール部材２９９が備わっている。同様に、廃インクチューブ２４０と外装部２７０の間から、廃インクがリークすることを防ぐために、シール部材２９４が取り付けられている。なお、上述の大気連通口２１１はインクの水分蒸発を遅らせるために、流体抵抗を高めた構成であることが望ましく、例えば、流路径を小さくし、流路長さを伸ばした構成であることが望ましい。また、シール部材２０２，２９４，２９８，２９９は例えばＯリングのように弾性変形可能な材質であることが望ましい。

図４（ｂ）は、図４（ａ）で示したインクカートリッジ２０１を用いて印字動作が行われ、貯留室２０５にあったインクが使用された状態を示している。貯留室２０５のインクが使用されると、貯留室２０５内のインク液面が初期値（満タン位置）から低下する。液面が低下した状態で、印字動作を続けると、記録ヘッド７にある負圧が大きくなっていく。この状態で、プリンタ内で維持回復動作が行われると、そこで生じた廃インクは、図３で説明したように、吸引ポンプ３００によって吸引され、廃インクチューブ２４０を通じて廃液室２２０に運ばれる。廃液室２２０に運ばれた廃インクは、連通口２３２を通じて矢印α方向に流れようとする。このとき、廃液室２２０は密閉空間が形成されているため、このままでは廃インクが廃液室２２０に流れないが、吸引ポンプ３００の駆動力によって加圧された廃インクが貯留室２０５を矢印方向に移動させる（上昇させる）ことで、廃インクが廃液室２２０に流れる。貯留室２０５はガイド２１０に沿って上昇する。なお、このとき廃インクだけでなく、空気も廃液室２２０に流して、貯留室２０５を上昇させる。

図４（ｃ）は、貯留室２０５内のインクが更に使用された状態を示している。インクが使用され続けても、図４（ｂ）で説明したように、吸引ポンプ３００によって吸引された廃インクおよび空気で、貯留室２０５の下部を加圧することで、貯留室２０５を上昇させている。その結果、記録ヘッド７の液滴吐出面１０５（図３）と貯留室２０５の距離（水頭差Ｈ）を一定の範囲内に収めている。なお、供給チューブ２３０の端部は、貯留室２０５の液面に近い場所に位置していることが望ましく、貯留室２０５が上昇し続けても、インクが供給できるようにインクの液面よりも下に位置するように設計されている必要がある。また、貯留室２０５の重力方向下部に廃液室２２０が位置したほうが、本発明を有効に活用できる。また、インクカートリッジ２０１を本体に取り付ける際に、供給チューブ２３０が貯留室２０５に挿入されるには、供給チューブ２３０の先端をシール部材２９８に通す必要がある。インクカートリッジ２０１内部は不可視であるため、インクカートリッジ２０１を本体に取り付ける際に、位置決め可能な構成、もしくは供給チューブ２３０をカートリッジ外装部２７０までの長さにし、本体にカートリッジ２０１を装着する際に、既にカートリッジ内部の貯留室２０５と連通している別のチューブと結合するような構成にすることが望ましい。

次に、水頭差Ｈが一定になる様子を図５を参照して説明する。
図５において、図５（ａ）に示すインクカートリッジ２０１は未使用のカートリッジであり、貯留室２０５内にインクが充填されている。図５（ｂ）で示すカートリッジは、印字動作によりインクを消費したカートリッジを示している。未使用のカートリッジでは、その液面と記録ヘッド７の液滴吐出面１０５までの距離Ｈ（水頭差）が、安定的に液滴を吐出可能な距離に設定されている。インクが消費され、貯留室２０５内にあるインクの液面が低下してきても、上述のように、廃液室２２０に廃インクおよび空気を加圧して運ぶことにより、貯留室２０５が上昇する。その結果、インクの使用によって広がった水頭差Ｈを縮め、記録ヘッド７が安定的に吐出可能な負圧範囲に収めることができる。

図６は、使用後のインクカートリッジについて説明するための図である。
カートリッジ内のインクを使い切ったとき、廃液室２２０は廃インクと空気で満たされている。この状態で本体からインクカートリッジ２０１を取り外すと、開閉弁２０７が付勢ばね２４６のばね力を受け、廃液口４００を塞ぐ。そのため、廃液室内の廃インクが漏れることは無く、インクカートリッジ２０１の交換時に周囲を汚すことを防止できる。更に、インクカートリッジ２０１の交換を利用して、廃インクも処分することができる。その結果、廃インクタンクを装置内に設ける必要がない。なお、開閉弁２０７は弾性体であることが望ましい。

図７は、インクカートリッジの別の実施例（第２実施例）について説明するための図である。第１実施例のインクカートリッジ２０１と同一もしくは同等の部分には同じ符号を付している。

図７に示すインクカートリッジ２０１Ｂでは、廃液室２２０はベローズ２５５で覆われており、貯留室２０５がある方向のみに伸縮可能になっている。ベローズ２５５の先端には、押し板２５０が取り付けられている。この押し板２５０はベローズ２５５よりも剛性が高いため、ベローズ２５５の延伸力を効率よく貯留室２０５に伝えることができる。図７（ａ）は、インクカートリッジ２０１が未使用で、本体にカートリッジ２０１を取り付けた状態を示している。このとき、ベローズ２５５は縮んだ状態である。また、ベローズ２５５の内部には、第１実施例と同様に開閉弁２０７が付勢ばね２４６により、廃液口４００を塞ぐ方向に力を受けている。付勢ばね２４６は、弁ホルダー２６０に取り付けられている。弁ホルダー２６０の側面には、穴２５６が設けられている。そして、貯留室２０５には供給チューブ２３０が挿入されており、供給チューブ２３０と貯留室２０５の間には、シール部材２９８が取り付けられている。同様に外装部２７０と供給チューブ２３０の間にも、シール部材２９９が取り付けられている。また、廃インクチューブ２４０と外装部２７０の間にはシール部材２９４が取り付けられている。この状態において、維持回復動作を実行し、吸引ポンプ３００（図３）が駆動すると、廃インクが廃液室２２０に送られる。更に、キャップ１６０をインク吐出面１０５（図３）から離間させて、吸引ポンプ３００を駆動させると、空気が廃液室２２０に送られる。このときポンプの加圧力が連通口２３２と穴２５６の流路を通じてベローズ２５５を延伸させる方向に作用する。そして、ベローズ２５５が延伸する。

図７（ｂ）は、図７（ａ）からインクが消費され、貯留室２０５内の液面が低下した状態を示している。ベローズ２５５が吸引ポンプ３００の加圧力により延伸し、先端の押し板２５０が貯留室２０５を押し上げている。そのため、インクを消費してもインク液面の位置が一定の範囲に収まり、記録ヘッド７の負圧を安定的に吐出できる負圧範囲に収めることができる。ところで、第１実施例のインクカートリッジ２０１では、シール部材２０２は、貯留室２０５を上昇させる際に擦動抵抗となる。そのため、貯留室２０５を上昇させるために廃液室２２０内の加圧力を高める必要がある。廃液室２２０の加圧力を高めると、例えば、チューブのジョイント箇所など、予期しない場所からのリークの可能性が高まる。それに対して、本第２実施例では、廃液室２２０がベローズ２５５に覆われているため、廃インクが廃液室２２０から漏れ出すことが無く、インクカートリッジの外装部２７０と貯留室２０５の間に、図４〜６に示すようなシール部材２０２を必要としない。つまり、擦動抵抗をゼロにでき、貯留室２０５を上昇させるために必要となる廃液室２２０内の加圧力を小さくすることができ、不必要に廃液室２２０内を加圧し続けることがない。そのため、吸引ポンプ３００を無駄に駆動させることなく、省エネルギー化を図ることができる。更には貯留室２０５を上昇させる時間を短縮でき、ユーザーを待たせてしまうことを抑えることができる。そのため、本発明の効果を更に高めることができる。

図８は、記録ヘッド７のインク吐出面１０５を重力方向に対して、略上向き（矢印ａ方向）に設置した構成におけるインク供給系を示す図である。なお、図３で説明したインク供給系と同一もしくは同等の部分には同じ符号を付している。

図８において、インクは矢印ａ方向に吐出される。供給チューブ２３０はインクカートリッジ２０１内において、インクを貯留している貯留室２０５と連通する。廃インクチューブ２４０はキャップ１６０と廃液室２２０とを連通しており、その間に吸引ポンプ３００が取り付けられている。貯留室２０５の液面は、記録ヘッド７のインク吐出面１０５よりも、重力方向にＨだけ下げられており、Ｈの分だけの負圧がインク吐出面１０５に作用する。図８のようにインク吐出面１０５を上向きに設置しても、本発明では距離Ｈを制御することで、インク吐出面１０５の圧力を安定して吐出可能な範囲内に収めることができる。そのため、本発明は略上向き方向にインクを吐出するインクジェットプリンタに対しても効果的である。

図示はしないが、インク吐出面１０５を略水平方向に設置した構成の場合も、本発明を用いることでインク吐出面１０５の負圧を安定範囲に制御することができる。インク吐出面１０５を略水平方向に向けると、ノズルの上端と下端でインクによる圧力差が生じる。そのため全ノズルからインクを安定的に吐出させるには、インク吐出面１０５の圧力をより細かく管理する必要がある。本発明は、インク吐出面１０５の圧力を細かく制御できるため、水平方向へインクを吐出するように記録ヘッドを設置したインクジェットプリンタに対しても効果を有する。なお、インク吐出面１０５の角度はどのような角度であっても本発明を適用することができる。

図９は、インク供給系の別形態を示す図である。なお、図８で説明したインク供給系と同一もしくは同等の部分には同じ符号を付している。
この図に示すインク供給系では、記録ヘッド７の側面（液滴吐出面の近傍）に貯留部１００を設けるとともに、インク排出系に開閉弁を設けた構成である。記録ヘッド７のインク吐出面１０５は略上向きに取り付けられている。貯留部１００は、廃インクを一時的に溜める穴（凹部）を有しており、更に貯留部１００の側面に設けられた吸引口に第２の廃インクチューブ６１０（第２の廃液流路）が嵌合するようになっている。第２の廃インクチューブ６１０は、一端が貯留部１００に嵌合し、他端が第１の廃インクチューブ２４０に接続される。また、第１の廃インクチューブ２４０と第２の廃インクチューブ６１０には、それぞれ開閉弁６２０，６３０が設けられている。上記貯留部１００は、ワイパーブレード１５０（図１０）によりインク吐出面１０５をワイピングした際に生じる廃インクを一時的に溜める機能を持つ。そして、貯留部１００に溜められた廃インクは、第２の廃インクチューブ６１０が貯留部１００の側面に嵌合し、吸引することで取り除かれる。その詳細を図１０を用いて説明する。

キャリッジ１２０（図２）は、維持回復動作を行うために印字範囲から退避する。その後、図１０（ａ）に示すように、ワイピング動作によって、ワイパーブレード１５０が矢印ｅ方向に液滴吐出面１０５をワイピングすると、インク吐出面１０５上に残留した廃インク７００が、図１０（ｂ）に示すように貯留部１００に移される。インク吐出面１０５が上向きに向いている場合、ワイピングにより集められた廃インク７００は、重力を利用して貯留部１００の穴へ落とすだけであるため、廃インク７００を効率良く貯留部１００へ集めることができる。貯留部１００の側面には、吸引口４１０が開けられ、貯留穴（凹部）と連通している。更に貯留部１００の側面には、吸引ユニット４０１の嵌合部４２０が、吸引口４１０に確実に嵌合するように、ガイド部材１１１が備わっている。嵌合部４２０は、第２の廃インクチューブ６１０と連通するように中空部材となっている。本例の貯留部１００の穴（凹部）の形状は、ヘッド側が斜面で吸引ユニット４０１側が略垂直面のテーパ形状になっており、貯留部１００に集められた廃インク７００が、吸引口４１０の前で溜まるようにしている。そのため、廃インク７００を効率よく吸引することができる。

図１０（ａ）の吸引ユニット４０１が矢印ｄ方向に移動し、吸引口４１０に嵌合した状態を図１０（ｂ）に示す。この状態で、第２の廃インクチューブ６１０の先に接続されている吸引ポンプ３００を駆動すると、廃インク７００が、吸引ユニット４０１を通じて矢印ｂ方向に吸引される。その後、吸引ユニット４０１が吸引口４１０から離間する。以上の動作により、貯留部１００内の廃インク７００が取り除かれる。なお、吸引ユニット４０１は、キャリッジ１２０が印字領域から外れた位置に設けられていることが望ましい。また、貯留部１００は、記録ヘッド７のフレームに備わっていても良いし、キャリッジ１２０に備わっていても良い。

図９の説明に戻る。本形態では、廃インクチューブ２４０及び６１０に開閉弁６２０，６３０が取り付けられている。これらの廃インクチューブ２４０，６１０が共に連通された状態で、吸引ポンプ３００を駆動させると、貯留部１００が大気と連通しているため、第２の廃インクチューブ６１０から空気が流入し、キャップ１６０から廃インクを吸引するだけの負圧を作ることができない。そこで、開閉弁６２０，６３０を適時開閉することで、キャップ１６０からの廃インク吸引と、貯留部１００からの廃インク吸引を切り替えている。キャップ吸引動作では、開閉弁６３０を閉弁し、開閉弁６２０を開弁させる。そして、吸引ポンプ３００を駆動し、キャップ１６０を通じて廃インクを吸引する。吸引された廃インクは、第１の廃インクチューブ２４０を通じてインクカートリッジ２０１に運ばれる。貯留部１００からの廃インク吸引動作では、キャップ吸引動作と逆に、開閉弁６２０を閉弁し、開閉弁６３０を開弁させ、吸引ポンプ３００を駆動させる。このような、開閉弁の動作により、維持回復動作におけるキャップ吸引を実行することができ、廃インクを確実にインクカートリッジ２０１に送液することができる。なお、開閉弁は、流路を遮断できる弁であれば良い。また、記録ヘッド７のインク吐出面１０５は略水平方向でも良く、ヘッドの液滴吐出面の近傍に貯留部１００を配置すればよい。

図１１は、リザーブタンクを設けたインク供給系のさらに別の形態を示す図である。なお、図８で説明したインク供給系と同一もしくは同等の部分には同じ符号を付している。

図１１に示すインク供給系では、インク排出経路の吸引ポンプ３００とインクカートリッジ２０１の間に、リザーブタンク５００が取り付けられている。さらに、リザーブタンク５００と廃液室２２０の間に開閉弁６００が取り付けられている。前述の各形態と同じように、インク吐出面１０５の負圧を一定範囲に収めるために、廃液室２２０に廃インクと空気を送り込み、貯留室２０５の高さを制御している。

しかしながら、貯留室２０２が所望の距離Ｈ（水頭差）であるのに、その状態で維持回復動作を実施することがある。このとき、吸引ポンプ３００を駆動すると、貯留室２０２が上昇し、所望の高さから外れてしまう可能性がある。所望の高さから外れれば、安定的に吐出できなくなる。また、廃インクと空気を廃液室２２０に送り込む途中で、所望の距離Ｈに達した場合、廃インクチューブ２４０内に廃インクが残っている状態で、吸引ポンプ３００が停止し、チューブ内に廃インクが滞留する可能性がある。チューブは、微量の空気を透過してしまうため、チューブ内に廃インクが滞留した状態でマシンを放置すると増粘ないし固化する恐れがあり、その場合維持回復動作ができなくなる。

それらの発生を防ぐために、吸引ポンプ３００と廃液室２２０の間に、リザーブタンク５００を取り付けている。リザーブタンク５００は、少なくとも一部に大気とリザーブタンク５００のケース内とを連通する大気開閉弁５０５が取り付けられている。吸引ポンプ３００を駆動して、廃インクを廃液室２２０に運ぶ際、大気開放弁５０５は閉弁しており、リザーブタンク５００内は密閉されている。そして、開閉弁６００が開弁されている。そのため、吸引ポンプ３００の加圧力は直接廃インクに伝わり、貯留室２０５を押し上げることができる。貯留室２０２が所望の距離Ｈであるときに、維持回復動作を行う際は、大気開放弁５０５を開弁し、開閉弁６００を閉弁させる。この状態で吸引ポンプ３００を駆動すると、大気開放弁５０５が開弁しているため、開放系となり、維持回復動作で吸引された廃インクと空気は、リザーブタンク５００に運ばれる。運ばれた廃インクと空気のうち、空気５０７は浮力があるため、底面から矢印に示すように天井面に移動する。その結果、リザーブタンク５００内で気液分離され、空気５０７のみが大気開放される。このように大気開放弁５０５と開閉弁６００の開閉動作を制御することで、廃液室２２０に流体を送ることなく、維持回復動作を行うことができる。廃インクチューブ内に廃インクが残ってしまったときも、同様の制御を実施することで、廃インクをリザーブタンク５００に移動させ、廃インクチューブ２４０内の空気を大気開放弁５０５から抜くことができる。

また、リザーブタンク５００の底面に廃インクが溜まった状態で、大気開放弁５０５を閉弁し、開閉弁６００を開弁し、吸引ポンプ３００を駆動させると、廃インクが空気よりも優先的に廃液室２２０に送られる。廃液室２２０内に空気（気泡）が多く溜まると、周囲の温度変化によって気泡が膨張・収縮するため、その体積変化により、貯留室２０５の高さが変化してしまう可能性がある。リザーブタンクを用いた本形態のインク供給系により、液体である廃インクを優先的に廃液室２２０に送ることができ、空気（気泡）を廃液室２２０に送る量を少なくすることができる。そのため、周囲の温度変化によって、気泡が膨張・収縮しても、その割合を最小限にできる。なお、廃液室２２０に廃インクを送る必要があるか、送らずにリザーブタンク５００に廃インクを貯留するかはインクカートリッジ２０１に取り付けられている電極ピン６００によって液面を検知することで判断可能である。また、リザーブタンク５００内にどれくらの空気が溜まっているかを検知するための検知手段をリザーブタンク５００に取り付けても良い。また、吸引ポンプ側の廃インクチューブ２４０と、廃液室２２０側の廃インクチューブ２４５は、リザーブタンク５００の底面から連通させ、廃インクを優先的に廃液室２２０に送るような構成にしておくことが望ましい。

図１２は、インクカートリッジのさらに別の実施例（第３実施例）について説明するための図である。第１実施例のインクカートリッジ２０１と同一もしくは同等の部分には同じ符号を付している。本例のインクカートリッジ２０１Ｃは、廃液室２２０の容積を、前述した第１及び第２実施例のインクカートリッジ２０１，２０１Ｂに比べて小さく設けたものである。その他の基本的構成は第１及び第２実施例のインクカートリッジと同様である。

上述したように、貯留室２０５に初期に貯留されていたインクは画像形成に使用され、その一部が廃インクとなり吸引ポンプ３００により吸引される。そのため、使用前のカートリッジ２０１の貯留室２０５にあったインクの消費量は、廃インクの生成量よりも大きい。つまり、廃インクだけを廃液室２２０に送ろうとすると、距離Ｈ（水頭差）が広がり、記録ヘッド７の負圧を安定範囲に保つことができなくなるので、空気を混入させる必要がある。しかし、空気は周囲の温度の影響で、体積が変動するため、なるべく空気が廃液室２２０に混入する量を低減することが望ましい。そこで、図１２に示すインクカートリッジ２０１Ｃのように、廃液室２２０の容積を小さくすれば、廃インクと少量の空気だけで、貯留室２０２を上昇させることができる。

以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。「液体」とは、記録液、インクに限るものではなく、吐出されるときに流体となるものであれば特に限定されるものではない。また、「液体吐出装置」とは液体吐出ヘッドから液体を吐出する装置を意味し、画像形成・画像記録を行うものに限定されない。また、吐出ヘッドの構成は任意である。吐出方式も任意の方式を採用可能である。また、液体吐出方向は適宜な方向に設定可能である。液体収納部材（例えばインクカートリッジ）の構成も本発明の範囲内で適宜変更可能である。

本発明の液体吐出装置を備える画像形成装置においては、インクの色数は４色に限らず、任意の色数で構成できるものである。また、シリアル型に限らず、ラインインクジェット型の記録装置にも本発明を適用可能である。

７ 記録ヘッド（吐出ヘッド）
１０５ インク吐出面
１８０ サブタンク
２０１ インクカートリッジ（液体収納部材）
２０２ シール部材
２０５ 貯留室
２０７ 開閉弁
２１０ ガイド
２１１ 大気開放口
２２０ 廃液室
２３０ 供給チューブ
２４０ 廃インクチューブ
２５５ ベローズ（伸縮部材）
２７０ 外装部
３００ 吸引ポンプ（吸引手段）
４００ 廃液口（流体の流入口）
６００ 電極ピン（液面検出手段）
Ｈ 水頭差

特開２００７−２０３６４９号公報

Claims (13)

1. 液体収納部材に収納された液体を水頭差供給方式により吐出ヘッドに供給し、該吐出ヘッドから液滴を吐出させる液体吐出装置において、
   前記液体収納部材が当該液体吐出装置に着脱可能に設けられるとともに、
   前記液体収納部材は、当該収納部材内で移動可能に設けられ前記吐出ヘッドに供給される液体を収納する貯留室と、該貯留室に隣接して設けられ廃液を収納する廃液室とを有し、
   前記吐出ヘッド部から流体を吸引して前記廃液室に送る吸引手段を具備し、
   該吸引手段が吸引した流体を前記廃液室に送ることで、前記貯留室が移動して、該貯留室内の液面と前記吐出ヘッドの液滴吐出面との水頭差が所定の範囲内に収まることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記廃液室内部が変形可能な伸縮部材により覆われており、前記吸引手段が吸引した流体を前記伸縮部材内部に送ることで、前記伸縮部材が進展して前記貯留室を移動させることを特徴とする、請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記吐出ヘッドの液滴吐出面が略上方ないし略水平方向に向けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
4. 前記廃液室への前記流体の流入口を閉塞可能な開閉弁を有し、該開閉弁が常閉方向に付勢されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
5. 前記液体収納部材を当該液体吐出装置から取り外したときに、前記開閉弁が閉弁することを特徴とする、請求項４に記載の液体吐出装置。
6. 前記吸引手段から前記廃液室に至る流路に、大気開放弁が取り付けられたリザーブタンクが配設されており、該リザーブタンクと前記廃液室との間に開閉弁が備えられることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
7. 前記貯留室内の液面位置を検出する液面検出手段を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
8. 前記廃液室の容積が前記貯留室の容積よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
9. 廃液を貯留する凹部を有する貯留部が前記吐出ヘッドの液滴吐出面の近傍に設けられ、前記貯留部の前記凹部と前記吸引手段とを連通する第２の廃液流路が備えられ、
   前記吐出ヘッドと前記吸引手段とを連通する第１の廃液流路および前記第２の廃液流路のそれぞれに開閉弁が備えられ、該各開閉弁は、一方が開弁状態のとき他方が閉弁されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
10. 前記貯留室と前記液体収納部材の外装との間をシールするシール部材を有することを特徴とする、請求項１に記載の液体吐出装置。
11. 前記貯留室の移動をガイドするガイド部材を有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
12. 前記吸引手段がチュービングポンプであることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
13. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の液体吐出装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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