JP2014050989A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】滴吐出方向を水平方向とする記録ヘッドに対して液体を供給する液体カートリッジに確実に気泡を戻すことができない。
【解決手段】キャリッジ２３には、液体カートリッジ２０２が装着され、液体カートリッジ２０２の液体収容部２１０と記録ヘッド２４とを通じる流路２６０を有する流路ユニット２０２が搭載され、液体カートリッジ２０２は、第１の供給口部２５０と第２の供給口部２５１とを有し、第１の供給口部２５０は第２の供給口部２５１よりも下方に設けられ、流路ユニット２０２は、第１の供給口部２５０と連結される第１の流路口部２５２と、第２の供給口部２５１と連結される第２の流路口部２５３とを有し、第１の供給口部２５０と第１の流路口部２５２とを連結して形成される第１の流路２３６の流体抵抗は、第２の供給口部２５１と第２の流路口部２５３とを連結して形成される第２の流路２３７の流体抵抗よりも小さい。
【選択図】図３

Description

本発明は画像形成装置に関し、液滴を吐出する記録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としてインクジェット記録装置などが知られている。

このような画像形成装置として、記録ヘッドを搭載しキャリッジに、記録ヘッドの供給する液体を収容した液体カートリッジ（例えばインクカートリッジ）を交換可能に搭載するオンキャリッジ方式で液体を供給するものが知られている。

例えば、従来、フィルタ部材よりも上流側のインクカートリッジ側に、インク流路を閉塞又は流路抵抗を増大させることができる流路制御手段を配置し、特に中空針内のフィルタ部材上にとどまる気泡に対しても、負圧を効果的に与え、またこれを瞬間的に解除させることにより、気泡がフィルタ部材を通過することができるようにしたものが知られている（特許文献１）。

特許第４５５２７０３号公報

ところで、上述したように、キャリッジに液体カートリッジを交換可能に搭載する方式にあっては、液体カートリッジの容積を大容量化することが難しく、インク切れを起こしやすくなり、カートリッジの交換頻度が高くなる。そのため、カートリッジ交換の手間（時間的、経済的）が増加する

そこで、液体カートリッジの液体の有効利用率を高めることが求められる。この場合、記録ヘッドのメンテナンス動作（維持回復動作）では印刷に無関係に液体が消費されるため、メンテナンス動作における無駄な液体消費を低減することが有効である。

このメンテナンス動作の一例として気泡の排気動作がある。液体カートリッジを抜き差ししたときや、液体カートリッジからの供給口のシールが不良となったときに、記録ヘッドと液体カートリッジとの間に気泡が生じることがある。

この気泡を除去する方法として、ノズル面をキャップ部材でキャップして吸引ポンプで液体と共に気泡を吸引排出する方向がある。しかしながら、この方式では、気泡と共に大量の液体が無駄に消費される。

特に、液滴を水平方向に向けて吐出する記録ヘッドを備える場合、液体カートリッジと記録ヘッドの間に気泡が生じると、滴吐出方向と気泡に働く浮力の方向が異なり、気泡が重力方向上向きに上昇し、記録ヘッドの供給口から離れた位置まで上昇してしまうために、上述した吸引排出方式で気泡を排出ためには大量の液体消費が必要になるという課題がある。

また、気泡を液体カートリッジに戻して液体カートリッジ交換のときに気泡を取り除く方法もある。しかしながら、この場合も、滴吐出方向が水平方向である場合には、気泡が浮力で上昇するため気泡を液体カートリッジに戻せないという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、滴吐出方向を水平方向とする記録ヘッドに対して液体を供給する液体カートリッジに確実に気泡を戻せ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、本発明に係る画像形成装置は、
液滴を吐出するノズルを有するノズル面を水平方向に向けて配置した記録ヘッドと、
前記記録ヘッドを搭載したキャリッジと、
前記記録ヘッドに供給する液体を収容する液体収容部を有する交換可能な液体カートリッジと、を備え、
前記キャリッジには、前記液体カートリッジが装着され、前記液体カートリッジの液体収容部と前記記録ヘッドとを通じる流路を有する流路部材が搭載され、
前記液体カートリッジは、第１の供給口部と第２の供給口部とを有し、
前記第１の供給口部は前記第２の供給口部よりも下方に設けられ、
前記流路部材は、前記液体カートリッジの前記第１の供給口部と連結される第１の流路口部と、前記液体カートリッジの前記第２の供給口部と連結される第２の流路口部とを有し、
前記液体カートリッジの第１の供給口部と前記流路部材の第１の流路口部とを連結して形成される第１の流路の流体抵抗は、前記液体カートリッジの第２の供給口部と前記流路部材の第２の流路口部とを連結して形成される第２の流路の流体抵抗よりも小さい
構成とした。

本発明に係る画像形成装置によれば、滴吐出方向を水平方向とする記録ヘッドに対して液体を供給する液体カートリッジに確実に気泡を戻すことができる。

本発明に係る画像形成装置の機構部の側面説明図である。 図１を矢示Ａ方向から見た説明図である。 本発明の第１実施形態の説明に供するキャリッジ部分の側面説明図である。 液体カートリッジの内部構成の説明に供する図３の矢印Ｃ方向から見た説明図である。 液体カートリッジ内部と流路ユニット内の圧力状態の説明に供する側面説明図である。 同実施形態における流路ユニット内の気泡を液体カートリッジに戻す作用の説明に供するキャリッジ部分の側面説明図である。 同じく第２の流路部分の拡大説明図である。 第１の流路の説明に供する液体カートリッジと流路ユニットの連結前の説明図である。 同じく連結移行時の説明図である。 第２の流路の説明に供する液体カートリッジと流路ユニットの連結前の説明図である。 同じく連結移行時の説明図である。 本発明の第２実施形態におけるキャリッジ部分の側面説明図である。 本発明の第３実施形態における液体カートリッジの模式的側面説明図である。

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、本発明に係る画像形成装置について図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は同画像形成装置の機構部の側面説明図、図２は図１を矢示Ａ方向から見た説明図である。

この画像形成装置は、シリアル型画像形成装置であり、装置本体の内部に画像形成部２、搬送機構部５等を有し、装置本体の下方側に被記録媒体である用紙１０を積載可能な給紙トレイ（給紙カセットを含み、給紙部の意味で使用する。）４を備えている。

そして、この給紙トレイ４から給紙される用紙１０を取り込み、搬送機構部５によって用紙１０を垂直方向（鉛直方向に沿う方向）に間歇的に搬送しながら、画像形成部２によって水平方向に液滴を吐出させて所要の画像を記録した後、排紙搬送部６を通じて画像が形成された用紙１０を更に上方向に搬送して、装置本体の上方側に設けられた排紙トレイ７に用紙１０を排紙する。

また、両面印刷を行うときには、一面（表面）印刷終了後、排紙搬送部６から反転部８内に用紙１０を取り込み、搬送機構部５によって用紙１０を逆方向（下方向）に搬送しながら反転させて他面（裏面）を印刷可能面として再度搬送機構部５に送り込み、他面（裏面）印刷終了後排紙トレイ７に用紙１０を排紙する。

ここで、画像形成部２は、左右の側板１０１Ｌ、１０１Ｒ間に横架した主ガイド部材２１及び従ガイド部材２２で、記録ヘッド２４を搭載したキャリッジ２３を移動可能に保持している。

キャリッジ２３は、キャリッジ移動機構の主走査モータ１１３によって駆動プーリ１１６と従動プーリ１１７間に架け渡したタイミングベルト１１４を介して主走査方向に移動走査される。

キャリッジ２３には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出するための液体吐出ヘッドからなる４この記録ヘッド２４ａ〜２４ｄ（区別しないときは「記録ヘッド２４」という。）を搭載している。

記録ヘッド２４は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、滴吐出方向を水平方向に向けて装着している。つまり、液滴を吐出するノズルが形成されたノズル面が垂直方向に配置され、水平方向に向けて液滴を吐出する記録ヘッド２４を備える水平打ち方式を採用している。

記録ヘッド２４は、それぞれ複数の液滴を吐出するノズルが列設された２つのノズル列を有し、例えば、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｙ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の液滴を、それぞれ吐出する。

なお、液体吐出ヘッドとしては、圧電素子などの圧電アクチュエータ、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰を利用するサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータなどの液体を吐出させる圧力を発生させる圧力発生手段（アクチュエータ手段）を備えたものなどを使用できる。

また、キャリッジ２３には、記録ヘッド２４に供給する当該色の液体を貯留した液体カートリッジ２０１が交換可能に装着される。また、キャリッジ２３には、液体カートリッジ２０１と記録ヘッド２４との間の流路を構成し、液体カートリッジ２０１を装着する流路部材（流路ユニット）２０２が設けられている。

給紙トレイ４の用紙１０は、給紙コロ（半月コロ）４３と分離パッド４４によって１枚ずつ分離されて装置本体内に給紙され、搬送ガイド部材４５に沿って、搬送機構部５の搬送ベルト５１と押えコロ４８との間に送り込まれ、搬送ベルト５１に吸着されて搬送される。

搬送機構部５は、駆動ローラである搬送ローラ５２と従動ローラ５３との間に掛け渡した無端状の搬送ベルト５１と、この搬送ベルト５１を帯電させるための帯電ローラ５４と、画像形成部２に対向する部分で搬送ベルト５１の平面性を維持するプラテン部材５５となどを有している。

搬送ベルト５１は、副走査駆動機構の副走査モータ１５１によってタイミングベルト１５２及びタイミングプーリ１５３を介して搬送ローラ５２が回転駆動されることによって、用紙搬送方向（副走査方向）に周回移動する。

排紙搬送部６は、排紙ガイド部材６１と、排紙搬送ローラ６２及び拍車６３と、排紙ローラ６４及び拍車６５とが配置され、画像が形成された用紙１０を排紙ローラ６４及び拍車６５間から排紙トレイ７上にフェイスダウンで排紙する。

また、反転部８は、排紙トレイ７に一部を排出した用紙１０をスイッチバック方式で反転して搬送ベルト５１と押えコロ４８との間に送り込むため、排紙経路と反転経路を切り替える切替爪８１と、反転ガイド部材８２と、反転ローラ８３及び反転コロである拍車８４と、従動ローラ５３に対向する搬送補助ローラ８５と、搬送ベルト５１の逆搬送部分（用紙送り方向と逆方向に移動する部分）と、搬送ベルト５１の逆搬送部分から分離された用紙１０を、帯電ローラ５４を迂回させて、搬送ベルト５１と押えコロ４８との間に案内する迂回ガイド部材８６などを備えている。

また、キャリッジ２３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド２４のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構（メンテナンスユニット）９を配置している。

この維持回復機構９には、記録ヘッド２４の各ノズル面１２４（図１参照）をキャピングするための吸引キャップ９１及び保湿キャップ９２と、ノズル面１２４をワイピング（払拭）するワイパ部材（ワイパブレード）９４などが保持されている。吸引キャップ９１には図示しない吸引手段である吸引ポンプが接続されている。

このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ４から用紙１０が１枚ずつ分離給紙され、帯電された搬送ベルト５１に用紙１０が静電吸着され、搬送ベルト５１の周回移動によって用紙１０が垂直方向に搬送される。そこで、キャリッジ２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２４を駆動することにより、停止している用紙１０にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙１０を所定量搬送後、次の行の記録を行い、記録が終了した用紙１０を排紙トレイ７に排紙する。

そして、記録ヘッド２４のノズルの維持回復を行うときには、キャリッジ２３をホーム位置である維持回復機構９に対向する位置に移動して、吸引キャップ９１によるキャッピングを行ってノズルからの吸引排出を行うノズル吸引、画像形成に寄与しない液滴を吐出する空吐出などの維持回復動作を行うことにより、安定した液滴吐出による画像形成を行うことができる。

また、両面印刷を行う場合には、第１面印刷は上述したとおりの動作を行い、用紙１０の後端が反転部分岐（切替爪８１）を通過すると、排紙ローラ６４が反転駆動されて用紙１０がスイッチバックされ、反転ガイド部材８２側に案内され、反転ローラ８３と拍車８４の間で搬送され、搬送ベルト５１の逆搬送部分と搬送補助ローラ８５との間へと用紙１０が送り込まれる。

これにより、用紙１０は搬送ベルト５１に吸着され、搬送ベルト５１の周回移動によって搬送され、搬送ローラ５２側で搬送ベルト５１から分離されて、迂回ガイド部材８６で案内され（迂回パスを経由し）、再度搬送ベルト５１の正搬送部分（用紙搬送方向に移動する部分）とコロ４８との間に送り込まれて搬送ベルト５１に吸着され、再度記録ヘッド２４による画像形成領域に吸着搬送されることで第２面印刷が行われた後、排紙トレイ７に排紙される。

次に、本発明の第１実施形態について図３を参照して説明する。図３は同実施形態の説明に供するキャリッジ部分の側面説明図であり、（ａ）は液体カートリッジ装着前の状態、（Ｂ）は液体カートリッジ装着後の状態の説明図である。

液体カートリッジ２０１は、ケース部材２１１の内部に液体を収容する（貯留する）液体収容部２１０が設けられ、ケース部材２１１には液体収容部２１０に通じる第１の供給口部２５０及び第２の供給口部２５１を有している。

ここで、第１の供給口部２５０は、液体カートリッジ２０１のケース部材２１１の底部に設けられて、液体収容部２１０の内底面に通じている。これにより、液体収容部２１０内の液体をより多く供給することができる。

第２の供給口部２５１は、第１の供給口部２５０よりも高い位置（上方）に設けられている。これにより、流路ユニット２０２内の気泡を第２の供給口部２５１に到達させることができる。ここでは、液体カートリッジ２０１を装着した状態で、流路ユニット２０２の流路２６０の最も高い位置に通じる部分に設けられている。

流路ユニット２０２は、側面形状（記録ヘッド２４のノズル面から見た方向を正面とする。）でＬ字形状のハウジング部材２２１を有し、ハウジング部材２２１の内部に記録ヘッド２４に通じる流路２６０が形成されている。

そして、ハウジング部材２２１には、液体カートリッジ２０１を装着したときに、第１の供給口部２５０と対応する位置に、第１の供給口部２５０が連結される第１の流路口部２５２が設けられ、第２の供給口部２５１と対応する位置に、第２の供給口部２５１が連結される第２の流路口部２５３が設けられている。

また、液体カートリッジ２０１の側面にはガイド用凸部２５６が設けられ、流路ユニット２０２にはガイド用凸部２５６が嵌り合う溝部２５５が設けられている。

そして、液体カートリッジ２０１を流路ユニット２０２に装着するために、図３（ａ）の矢印方向に液体カートリッジ２０１を下ろすとき、ガイド用凸部２５６が溝部２５５に嵌り込み、液体カートリッジ２０１の下降（移動）が案内される。

これにより、液体カートリッジ２０１を流路ユニット２０２に装着するとき、第１の供給口部２５０が第１の流路口部２５２に、第２の供給口部２５１が第２の流路口部２５３に確実に連結される。

液体カートリッジ２０１の第１の供給口部２５０と流路ユニット２０２の第１の流路口部２５２が連結されることで、第１の供給口部２５０の後述する供給口２５０ａ（図８参照）と第１の流路口部２５２の流路２５２ａ（図８参照）がつながって、第１の流路２３６が形成される。

また、液体カートリッジ２０１の第２の供給口部２５１と流路ユニット２０２の第２の流路口部２５３が連結されることで、第２の供給口部２５１の後述する供給口２５１ａ（図９参照）と第２の流路口部２５３の流路２５３ａ（図９参照）がつながって、第２の流路２３７が形成される。

ここで、下側の第１の流路２３６の流体抵抗は、上側の第２の流路２３７の流体抵抗よりも小さくしている。

また、流路ユニット２０２の流路６０の上部壁面には、第２の流路口部２５３に向かって傾斜する傾斜部２５７が形成されている。また、流路ユニット２０２の流路６０は記録ヘッド２４の内部流路に通じているが、両者の間には液体中に混入した異物をろ過するためのフィルタ部材２５４を設けている。

次に、液体カートリッジ２０１の内部構成について図４を参照して説明する。図４は同液体カートリッジの図３の矢印Ｃ方向から見た説明図である。

液体カートリッジ２０１の液体収容部２１０の少なくとも１つの側壁面は、圧力によって変形する変形可能部材であるフィルム部材２５８で形成されている。また、液体収容部２１０内には、フィルム部材２５８を内側から外側（図４の矢印方向）に向けて加圧するばね２１３が設けられている。このばね２１３の復元力により液体収容部２１０内に負圧が形成される。

なお、液体カートリッジ２０１の液体収容部２１０内に形成される負圧は、記録ヘッド２４が安定的に吐出可能な値になるように設定される。また、液体収容部２１０内は密閉空間となるため、記録ヘッド２４から液滴を吐出するにつれて、内部の負圧値が次第に大きくなっていくことから、負圧が一定かつ所望の値になるように、フィルム部材２５８の変形可能な容積とばね２１３の復元力（ばね定数）を設計することが好ましい。

次に、液体カートリッジ２０１内部と流路ユニット２０２内の圧力状態について図５を参照して説明する。図５は同説明に供する側面説明図である。

まず、記録ヘッド２４から液滴を吐出していないときには、図５（ａ）に示すように、液体カートリッジ２０１と流路ユニット２０２が通じており、かつ、液体の動きが生じず、静止しているため、液体カートリッジ２０１内（液体収容部２１０内部）の圧力Ｐ１と流路ユニット２０２内（流路２６０内部）の圧力Ｐ２の負圧値は等しくなっている。

ただし、等しいと言えるのは、重力方向に対して、同じ高さの圧力である。液体の自重が作用するため、重力方向に低い位置、即ち底面側の圧力は、重力方向でより高い位置に比べて、圧力が高まることになる。

一方、記録ヘッド２４から液滴を吐出しているときには、図５（ｂ）に示すように、液体カートリッジ２０１の液体収容部２１０内部に収容された液体が流路ユニット２０２の流路２６０内部に供給される。

このとき、液体は、図５（ｂ）に矢印で示すように、主に下側の第１の流路２３６を通過することで圧力損失が生じる。そのため、液体カートリッジ２０１内と流路ユニット２０２内にある液体の圧力関係は、圧力Ｐ１＜圧力Ｐ２という関係にある。

ここで、圧力Ｐ２は、ばね２１３の作用により負圧であるので、圧力Ｐ１は圧力Ｐ２よりも負圧が大きい状態、つまり、大気圧よりもより低い圧力となる。

そして、記録ヘッド２４が液滴を吐出するとき、液体は流路ユニット２０２の流路２６０からフィルタ部材２５４を通過し、更に記録ヘッド２４の内部にある流路を通過する。その過程で圧力損失が生じるため、記録ヘッド２４内部の圧力発生手段によって液滴を吐出させる圧力が加えられる個別流路の圧力は、流路ユニット２０２内の圧力Ｐ１よりも更に低下することになる。

この場合、記録ヘッド２４内部の個別流路に供給される液体の圧力が適正範囲を外れると、液滴の着弾位置ずれや乱れが発生し、吐出性能を低下させることになる。そのため、記録ヘッド２４に供給する液体の圧力は、所望の範囲に収める必要がある。

したがって、液体カートリッジ２０１のばね２１３によって形成される液体収容部２１０内の負圧値は、滴吐出によって下側の第１の流路２３６、フィルタ部材２５４、記録ヘッド２４内で生じる圧力損失を考慮し、圧力が低下しても個別流路に供給される液体の圧力が、所望の範囲に収まるように設定する。

また、液体カートリッジ２０１のばね２１３は、重力方向下部に位置するほど圧力が高くなるため、液体カートリッジ２０１及び流路ユニット２０２の上面から底面までの圧力差を考慮し、その圧力差があっても、記録ヘッド２４が液滴を吐出可能な範囲に収まるようにすることが好ましい。

次に、本実施形態における流路ユニット２０２内の気泡を液体カートリッジ２０１に戻す作用について図６及び図７を参照して説明する。図６は同説明に供するキャリッジ部分の側面説明図、図７は同じく第２の流路部分の拡大説明図である。

まず、液体カートリッジ２０１を流路ユニット２０２から抜いたとき、あるいは、液体カートリッジ２０１を流路ユニット２０２に取り付けたときに、例えば、図６（ａ）に示すように、液体カートリッジ２０１の第１の供給口部２５０、第２の供給口部２５１と接続（連結）される流路ユニット２０２の下側の第１の流路２３６と上側の第２の流路２３７付近に、それぞれ気泡２５９Ｂ、２５９Ａが生じることがある。

なお、流路ユニット２０２内への気泡の混入は、液体カートリッジ２０１の着脱時以外にも、供給口部２５０、２５１と流路口部２５２、２５３のシール性不良などでも生じることがある。

この状態から、図６（ｂ）に示すように、記録ヘッド２４を駆動させて液滴を吐出すると、前述したように、液体カートリッジ２０１の液体収容部２１０から流路ユニット２０２の流路２６０内に液体が供給される。

このときの液体の供給ルートは、下側の第１の流路２３６と上側の第２の流路２３７の二通りがあるが、上述したように、下側の第１の流路２３６の流体抵抗は、上側の第２の流路２３７の流体抵抗よりも小さくしているので、液体カートリッジ２０１の液体は下側の第１の流路２３６から優先的に流路ユニット２０２の流路２６０内へと供給される。

このとき、液体の流れにより、下側の第１の流路２３６近傍に滞留した気泡２５９Ｂが記録ヘッド２４方向に移動する。気泡２５９Ｂがエッジ部２６０ａよりも記録ヘッド２４側に流れると、気泡２５９Ｂは、矢印Ｅで示すように、浮力により上昇し、上側の第２の流路２３７に到達する。

また、気泡２５９Ｂは、上側の第２の流路２３７の位置から外れても、傾斜部２５７があるため、傾斜部２５７に沿って確実に上側の第２の流路２３７に到達する。

また、記録ヘッド２４と流路ユニット２０２の間にはフィルタ部材２５４が備わっている。気泡２５９Ｂがフィルタ部材２５４を通過するには、大きな圧力差が必要である。記録ヘッド２４にある全てのノズルから液滴を吐出しても、気泡２５９Ｂがフィルタ部材２５４を通過するために必要な圧力差を作ることは難しく、液体のみが矢印Ｄで示すようにフィルタ部材２５４を通過する。そのため、気泡２５９Ｂは、記録ヘッド２４に流れず、上側の第２の流路２３７に到達する。

なお、仮に気泡２５９Ｂが記録ヘッド２４に入ると、気泡２５９Ｂは滴吐出動作時にノズルに入り込み、圧力発生手段で生じた吐出エネルギーを吸収してしまい、ノズルから液滴が吐出されず、画像品質に影響を及ぼすことになる。そのため、フィルタ部材２５４は液体の濾過の目的以外に、気泡の混入を防ぐ意味でも重要である。

そして、上述したように、流路ユニット２０２内で上側の第２の流路２３７近傍に到達した気泡２５９Ｂは、図７に示すように、浮力により上側の第２の流路２３７を通過し、液体カートリッジ２０１内に移動する。気泡２５９Ｂが上側の第２の流路２３７の鉛直方向から外れても、傾斜部２５７に沿って浮力により上昇し、上側の第２の流路２３７を通過することができる。

また、液体カートリッジ２０１の着脱時に上側の第２の流路２３７近傍に生じた気泡２５９Ａも上側の第２の流路２３７を通じて液体カートリッジ２０１内に戻される。

このようにして、流路ユニット２０２内で生じた、あるいは、流路ユニット２０２内に混入した気泡２５９（２５９Ａ、２５９Ｂ）は、図６（ｃ）に示すように、全て液体カートリッジ２０１内に戻されて貯留される。

以上のように、本実施形態では、流路ユニット２０２内に生じた気泡あるいは流路ユニット２０２内に混入した気泡を、流路ユニット２０２から交換可能な液体カートリッジ２０１に戻すことができる。

そして、気泡２５９が戻された液体カートリッジ２０１は内部の液体が無くなってくると、別の液体カートリッジ２０１に交換される。

これにより、気泡を定期的に液体カートリッジ２０１と共に画像形成装置から取り除くことができる。

そのため、液体カートリッジ２０１から流路ユニット２０２までの空間で、気泡が一定量以上の体積に成長することを防ぐことができる。

したがってまた、画像形成装置が高温環境下に置かれても、気泡の圧力上昇はわずかであり、記録ヘッド２４が安定的に吐出可能な負圧範囲を維持することができる。つまり、画像品質を保つことができる。

しかも、画像形成装置から気泡を排出するために、余計なメンテナンス動作を行って無駄に液体を消費することもない。そのため、液体カートリッジ２０１内にある液体の有効利用率を高め、液体カートリッジ２０１の交換頻度を下げることができる。

次に、液体カートリッジ２０１の第１の供給口部２５０と流路ユニット２０２の第１の流路口部２５２とで構成する第１の流路２３６について図８及び図９を参照して説明する。図８（ａ）は連結前の要部拡大断面説明図、（ｂ）は平面説明図、図９は連結移行時の説明図である。

まず、上述したように、下側の第１の流路２３６近傍に滞留した気泡２５９Ｂは、記録ヘッド２４からの滴吐出により、流路ユニット２０２に生じた流れによって移動する。気泡２５９Ｂを移動させるには、上側の第２の流路２３７と下側の第１の流路２３６のうち、下側の第１の流路２３６から流路２６０内に液体を流入させて流れを作る必要がある。そのためには、下側の第１の流路２３６の流体抵抗は、上側の第２の流路２３７の流体抵抗よりも小さくする必要がある。

同時に、下側の第１の流路２３６近傍に生じる気泡２５９Ｂのサイズは、上側の第２の流路２３７の流路径よりも小さくする必要がある。なぜなら、下側の第１の流路２３６近傍にある気泡２５９Ｂが浮力によって上昇し、上側の第２の流路２３７に到達したときに、気泡サイズが上側の第２の流路２３７の流路径よりも大きいと、そこで気泡２５９Ｂの上昇が停止してしまうからである。気泡２５９Ｂが上昇しなくなると、液体カートリッジ２０１内に移動できなくなるおそれがある。

そのためには、下側の第１の流路２３６の流路径を上側の第２の流路２３７の流路径よりも小さくしなければならない。

以上より、流体抵抗は上側の第２の流路２３７よりも下側の第１の流路２３６のほうが小さく、かつ流路径は上側の第２の流路２３７よりも下側の第１の流路２３６の方を小さくしなければならない。

ところが、流路径は、流体抵抗に対して反比例の関係にある。したがって、第１の流路２３６の流体抵抗を小さくしつつ、流路径を小さくするという、相反する要求を満足する構成とする必要がある。

そこで、図８を参照して、液体カートリッジ２０１の供給口２５０ａを形成した第１の供給口部２５０を、流路ユニット２０２の流路２５２ａを形成した第１の流路口部２５２内に嵌め込むことで、第１の供給口部２５０と第１の流路口部２５２が連結（接続）される。

ここで、第１の流路口部２５２の内周面には第１の供給口部２５０外周面との間をシールするシール部材２６１が設けられている。

また、第１の流路口部２５２には、流路２５２ａに通じる複数の小径の流路２６２が設けられている。

このように構成したので、図８（ａ）に示す状態から、図９（ａ）に示すように、液体カートリッジ２０１の第１の供給口部２５０を、流路ユニット２０２の第１の流路口部２５２内に嵌め込み、第１の供給口部２５０が第１の流路口部２５２を塞いでいくと、両者の間に気泡２５９Ｂ（即ち空気）が残る。

この状態から、更に液体カートリッジ２０１を矢印方向に押し込んでいくと、図９（ｂ）に示すように、第１の供給口部２５０が第１の流路口部２５２に完全に嵌め込まれる。

このとき、気泡２５９Ｂの一部は、第１の供給口部２５０を通じて液体カートリッジ２０１の液体収容部２１０内に戻る。

しかし、気泡２５９Ｂのサイズは、第１の供給口部２５０の供給口２５０ａの開口径よりも大きいため、残りの気泡は小径の流路２６２が複数設けられた第１の流路口部２５２を通過して、流路ユニット２０２の流路２６０内に入る。

このとき、気泡２５９Ｂは小径の流路２６２を通過するため、そのサイズは流路２６２の径に合わせて小さくなり、更に複数の気泡２５９Ｂに変化する。

このようにして、第１の供給口部２５０と第１の流路口部２５２の間に生じた気泡を、サイズの小さい気泡にすることができる。そして、この場合、小径の流路２６２を複数設けているため、第１の流路２３６の流体抵抗を小さくすることができる。

次に、液体カートリッジ２０１の第２の供給口部２５３と流路ユニット２０２の第３の流路口部２５３とで構成する第２の流路２３７について図１０及び図１１を参照して説明する。図１０（ａ）は連結前の要部拡大断面説明図、（ｂ）は平面説明図、図１１は連結移行時の説明図である。

図１０を参照して、液体カートリッジ２０１の供給口２５１ａを形成する第２の供給口部２５１を流路ユニット２０２の第２の流路２５３ａを形成する流路口部２５３内に嵌め込むことで、第２の供給口部２５１と第２の流路口部２５３が連結（接続）される。

ここで、第２の流路口部２５３の内周面には第２の供給口部２５１外周面との間をシールするシール部材２６１が設けられている。

また、第２の流路口部２５３には、流路を狭める絞り部２６３が設けられている。この絞り２６３の開口径（流れの方向と直交する方向の径）は、第２の供給口部２５１の開口径よりも小さい径としている。また、絞り部２６３の開口径は、前述した第１の流路２３６に設けた小径の流路２６２の開口径よりも大きくしている。

このように構成したので、図１０（ａ）に示す状態から、図１１（ａ）に示すように、液体カートリッジ２０１の第２の供給口部２５１を、流路ユニット２０２の第２の流路口部２５３内に嵌め込み、第２の供給口部２５１が第２の流路口部２５３を塞いでいくと、両者の間に気泡２５９Ａ（即ち空気）が残る。

この状態から、更に液体カートリッジ２０１を矢印方向に押し込んでいくと、図１１（ｂ）に示すように、第２の供給口部２５１が第２の流路口部２５３に完全に嵌め込まれる。

このとき、気泡２５９Ａは、第２の供給口部２５１を通じて液体カートリッジ２０１の液体収容部２１０内に戻るものと、流路ユニット２０２に入りこむものに分離する。流路ユニット２０２に移動した気泡２５９Ａは、絞り部２６３によって、第２の供給口部２５１よりも小さくなる。そのため、流路ユニット２０２内に進入した場合でも、浮力によって、液体カートリッジ２０１に戻ることができる。

また、前述した第１の流路２３６に設けた小径の流路２６２を通過した気泡２５９Ｂのサイズ（径）は、絞り部２６３の開口径よりも小さい。したがって、第１の流路２３６から生じた気泡２５９Ｂが上側の第２の流路２３７に到達すると、絞り部２６３と第２の供給口部２５１を通過して、液体カートリッジ２０１の液体収容部２１０内に戻ることができる。これにより、気泡２５９Ｂが上側の第２の流路２３７で留まることはない。

また、絞り部２６３によって上側の第２の流路２３７の流路は、一箇所で局所的に狭まっている。前述した第１の流路２３６の小径の流路２６２単体の流体抵抗は、絞り２６３よりも大きいが、第１の流路口部２５２に複数設けられているので、複数の流路２６２全体での流体抵抗は、絞り部２６３の流体抵抗よりも小さくなる。

つまり、第２の流路２３７の絞り部２６３の流体抵抗値は、第１の流路口部２５２に設けた複数の小径の流路２６２の合成抵抗値よりも大きくなっている。

したがって、記録ヘッド２４から液滴を吐出すると、液体カートリッジ２０１の液体収容部２１０の液体は、流体抵抗の小さい下側の第１の流路２３６を通じで流路ユニット２０２の流路２６０に流れ込み、気泡２５９Ｂを移動させることができる。

以上のように、第１の流路２３６近傍に生じた気泡２５９Ｂのサイズを第２の流路２３７を通過可能なサイズまで小さくし、また、第２の流路２３７よりも第１の流路２３６の方が流体抵抗を小さくなるように構成することで、第１の流路２３６に生じた、あるいは、混入する気泡２５９Ｂを、確実に液体カートリッジ２０１に戻すことができる。

これにより、前述したように、液体カートリッジ２０１内の液体の有効利用率を高め、液体カートリッジ２０１の交換頻度を下げることができる。

なお、流体抵抗は、流路径の４乗に反比例し、流路長に比例する。また、同一断面内に、複数の流路がある場合、合成抵抗として１つの流体抵抗と見なすことができ、同一断面内に流路が増えるほど流体抵抗は低下する。

したがって、流路２６２と絞り部２６３の径、流路２６２の数、流路長は、第２の流路２３７と第１の流路２３６の流体抵抗に鑑みて決定する。

次に、本発明の第２実施形態について図１２を参照して説明する。図１２は同実施形態におけるキャリッジ部分の側面説明図である。

本実施形態では、第１の流路２３６の流路径と第２の流路２３７の流路径を、第２の流路２３７＜第１の流路２３６とし、かつ、流体抵抗を第２の流路２３７＞第１の流路２３６となるようにしている。

つまり、第２の供給口部２５１と第２の流路口部２５３を合わせた第２の流路２３７の流路長Ｌ２を、第１の流路２３６の流路長Ｌ１よりも長くしている。

また、第２の流路２３７の流路径よりも第１の流路２３６の流路径の方を大きくしている。

上述したように、流体抵抗は流路長さに比例するため、第１の流路２３６の流路長よりも、第２の流路２３７の流路長を長くすることで、第２の流路２３７の流体抵抗は第１の流路２３６の流体抵抗よりも大きくなる。

また、第１の流路２３６の流路径は第２の流路２３７の流路径よりも小さい。

これにより、第１の流路２３６に生じた気泡は、滴吐出により生じた流れに乗り、確実に液体カートリッジ２０１に戻される。そして、前記第１実施形態と同様に、液体カートリッジ２０１内に移動・貯留した気泡は、カートリッジ交換時に別の液体カートリッジに取り替えられるときに、装置から取り除かれる。

なお、流体抵抗は、流路径の４乗に反比例し、流路長に比例することから、流路長よりも流路径の寄与が大きくなる。そのため、第１の流路２３６の流路径を第２の流路２３７の流路径に比べて極端に小さくすることは難しく、第２の流路２３７の流路長と第１の流路２３６の流路長と流路径のバランスを考えて設定する。

次に、本発明の第３実施形態について図１３を参照して説明する。図１３は同実施形態における液体カートリッジの模式的側面説明図である。

まず、前述した各実施形態では、液体カートリッジ２０１は、液体収容部２１０を密閉空間内として負圧を形成する構成としている。このように、密閉区間内で負圧を形成する構成であれば、収容液体が大気と触れることがなく、外部からの異物混入を抑えることができる。しかも、液体の水分が蒸発し、液体粘度が大幅に変化することも防ぐことができる。

しかしながら、その反面、液体収容部２１０内部の液体を消費することでフィルム部材２５８が凹み、一定量以上の液体を使用すると、負圧を形成するばね２１３が縮み込み、負圧を維持できなくなってしまう。その結果、内部の液体を最後まで使い切れずに、未使用の液体が残ったまま液体カートリッジ２０１が交換されることになる。

そこで、本実施形態では、液体カートリッジ２０１の内部（液体収容部）を、液体を貯留する液室２７１と負圧を形成する負圧室２７０とに分離している。負圧室２７０は側面形状でＬ字形状として、少なくとも一部は液室２７１の下方に配置している。

そして、負圧室２７０には、前述した第１の供給口部２５０と第２の供給口部２５１を設けている。

液室２７１は、大気開放口２７２を有し、大気に開放されている。この場合、大気開放口２７２は、例えば流路径が細い蛇腹経路とし、流路長を延ばすような構成にすることで、液室２７１内部からの水分蒸発を抑制するようにすることが好ましい。

また、負圧室２７０の液室２７１の下方に位置する部分に、液室２７１と負圧室２７０とを通じる供給口２７３を設けている。そして、負圧室２７０内には、供給口２７３を開閉するため差圧弁２７７を設けている。差圧弁２７７は供給口２７３を開閉する弁体２７４と、弁体２７４を供給口２７３に押し付けるばね２７５とを有している。

この差圧弁２７７は、ばね２７５で弁体２７４が供給口２７３側に押し付けられているため、図１３（ａ）に示すように、常時、閉弁状態となっている。つまり、通常、液室２７１から負圧室２７０には液体は供給されない状態にある。

そして、記録ヘッド２４から液滴が緒出されると、図１３（ｂ）に示すように、第１の供給口部２５０から矢印方向に流路ユニットに液体が供給されると、負圧室２７０内の負圧が大きくなる。この状態で印字が続くと、大気圧である液室２７１と負圧室２７０との間での圧力差が大きくなる。

そして、液室２７１と負圧室２７０との間の圧力差が一定以上になると、ばね２７５が縮み、弁体２７４が供給口２７３から離間して、差圧弁２７７が開くので、液室２７１から負圧室２７０に液体が供給される。負圧室２７０に液体が供給されることで、負圧室２７０の負圧が低下して、ばね２７５が復元して弁体２７４が供給口２７３を閉じる。

このように、差圧弁２７７が適時開弁、閉弁して負圧室２７０内の負圧が所定の範囲内に保たれる。

ここで、液室２７１が負圧室２７０よりも上方に配置された部分に供給口２７３を設けているので、液室２７１内に貯留されている液体は、供給口２７３が開かれることで、自然にすべて負圧室２７０内に供給することができる。

なお、液体カートリッジ２０１を装置本体に初めて装着するときは、記録ヘッド２４のノズル面をキャップ９１によってキャッピングし、キャップ９１に接続した吸引ポンプにより、ノズルから液体を吸引することで、強制的に負圧室２７０に負圧を形成する。その結果、差圧弁２７７が開いて、液室２７１から負圧室２７０に液体が供給される。

以上のように、本実施形態によれば、流路ユニット２０２や液体カートリッジ２０１で、気泡が一定量以上貯留される前に液体を無駄に使用することなく気泡を取り除くことができ、更に液室２７１内の液体を残さずに使用することができ、液体カートリッジ２０１内にある液体の有効利用率を高め、液体カートリッジ２０１の交換頻度を少なくすることができる。

なお、本願において、「用紙」とは材質を紙に限定するものではなく、ＯＨＰ、布、ガラス、基板などを含み、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、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含む。また、画像形成、記録、印字、印写、印刷はいずれも同義語とする。

また、「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、特に限定しない限り、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、樹脂なども含まれる。

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、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。

また、上記実施形態では、用紙を鉛直方向に沿う方向（垂直方向）に搬送し、液滴を水平方向に吐出する例で説明しているが、用紙を鉛直方向に沿う方向（垂直方向）に対して傾斜した方向に搬送し、液滴を水平方向に対して傾斜した方向に吐出する構成であっても、本発明を同様に適用することもできる。

２ 画像形成部
４ 給紙部
５ 搬送機構
６ 排紙搬送部
７ 排紙トレイ
８ 反転部
９ 維持回復機構
１０ 用紙（被記録媒体）
２３ キャリッジ
２４ 記録ヘッド
５１ 搬送ベルト
９１ 吸引キャップ
２０１ 液体カートリッジ
２０２ 流路ユニット（流路部材）
２１０ 液体収容部
２５０ 第１の供給口部
２５１ 第２の供給口部
２５２ 第１の流路口部
２５３ 第２の流路口部
２６０ 流路

Claims (7)

1. 液滴を吐出するノズルを有するノズル面を水平方向に向けて配置した記録ヘッドと、
   前記記録ヘッドを搭載したキャリッジと、
   前記記録ヘッドに供給する液体を収容する液体収容部を有する交換可能な液体カートリッジと、を備え、
   前記キャリッジには、前記液体カートリッジが装着され、前記液体カートリッジの液体収容部と前記記録ヘッドとを通じる流路を有する流路部材が搭載され、
   前記液体カートリッジは、第１の供給口部と第２の供給口部とを有し、
   前記第１の供給口部は前記第２の供給口部よりも下方に設けられ、
   前記流路部材は、前記液体カートリッジの前記第１の供給口部と連結される第１の流路口部と、前記液体カートリッジの前記第２の供給口部と連結される第２の流路口部とを有し、
   前記液体カートリッジの第１の供給口部と前記流路部材の第１の流路口部とを連結して形成される第１の流路の流体抵抗は、前記液体カートリッジの第２の供給口部と前記流路部材の第２の流路口部とを連結して形成される第２の流路の流体抵抗よりも小さい
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記液体カートリッジの前記第１の供給口部は、前記液体カートリッジの前記液体収容部の内底面に通じて設けられ、
   前記液体カートリッジの前記第２の供給口部は、前記流路部材の流路の最も高い位置に対応する部分に設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第１の流路は複数の流路部で構成され、前記複数の流路部のそれぞれの口径は前記第２の流路の口径よりも小さい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. 前記第１の流路は前記第２の流路よりも流路長が短い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. 前記液体カートリッジの液体収容部は、前記液体を貯留する液室と、負圧を形成する負圧室とを有し、
   前記液室には大気と通じる大気開放口が設けられ、
   前記負圧室には前記第１の供給口部及び前記第２の供給口部が設けられ、
   前記負圧室の少なくとも一部は前記液室より下方に配置され、
   前記液室より下方に配置された前記負圧室の部分に前記液体が流れる通路が設けられている
   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。
6. 前記流路部材には、前記液体カートリッジを案内するガイド部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記流路部材と前記記録ヘッドとの間にはフィルタ部材が設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置。

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