JP5282656B2

JP5282656B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP5282656B2
Application number: JP2009117062A
Authority: JP
Inventors: 信之赤石
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2029-05-13
Also published as: JP2010264636A

Description

本発明は画像形成装置に関し、特に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、「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インクを着弾させて画像形成を行う装置（単なる液体吐出装置を含む）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（単に液滴を媒体に着弾させる、即ち液滴吐出装置ないし液体吐出装置と称されるものを含む）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、ＤＮＡ試料、パターニング材料、樹脂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る。また、「用紙」とは、材質を紙に限定するものではなく、上述したＯＨＰシート、布なども含み、インク滴が付着されるものの意味であり、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ものの総称として用いる。

記録ヘッドとして用いる液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）としては、圧電アクチュエータ等により振動板を変位させ液室内の体積を変化させて圧力を高め液滴を吐出させる圧電型ヘッドや、液室内に通電によって発熱する発熱体を設けて、発熱体の発熱により生じる気泡によって液室内の圧力を高め、液滴を吐出させるサーマル型ヘッドが知られている。

このような液体吐出方式の画像形成装置においては、特に画像形成スループットの向上、すなわち画像形成速度の高速化が望まれており、本体据え置きの大容量のインクカートリッジ（メインタンク）からチューブを介して記録ヘッド上部のサブタンク（ヘッドタンク、バッファタンクと称されるものを含む。）にインクを供給する方式が行なわれている。このようなチューブを用いてインクを供給する方式（チューブ供給方式）とすることで、キャリッジ部を軽量小型化でき、構造系、駆動系も含めて装置を大幅に小型化できる。

ところで、チューブ供給方式では、画像形成で記録ヘッドから消費されるインクがインクカートリッジからチューブを通って記録ヘッドに供給されることになるが、例えば、柔軟性に富む細いチューブを使うと、チューブをインクが流れる際の流体抵抗が大きいため、インク供給がインク吐出に間に合わず吐出不良となる。特に、広幅の記録媒体に印字する大型マシンでは必然的にチューブが長くなりチューブの流体抵抗が大きくなる。また、高速印字する場合や高粘度のインクを吐出する場合も流体抵抗が増大し、記録ヘッドに対するインク供給不足が課題となる。

そこで、従来、インクカートリッジのインクを加圧状態に保持すると共に、ヘッドのインク供給上流側に差圧弁を設けて、サブタンク内の負圧が所定の圧力より大きい時にインクを供給するようにする（特許文献１）、ヘッドの上流にばねによって負圧を得る負圧室にポンプでインクを送液して積極的にインク供給圧を制御するもの（特許文献２）、特許文献３に開示されているように、負圧室を有していないが、同様にポンプによって積極的に圧力を制御する方式のもの（特許文献３）などが知られている。

一方、簡単な構成で負圧を得る方式としては、大気に連通したインクカートリッジと記録ヘッドをチューブで接続し、単にインクカートリッジを記録ヘッドよりも下方に配置することで、水頭差で負圧を得る方式がある。

この方式では、負圧連動弁を用いて常時加圧する方式や負圧室を設けてポンプで送液する方式よりも圧倒的に簡易な構成でありながらもより安定な負圧を得ることができるものの、この水頭方式では前述したチューブ抵抗による圧力損失の問題がある。

この水頭差によって負圧を得るインク供給システムでこの圧力損失を解決する技術としては、例えば、ヘッドとインクカートリッジを繋ぐチューブにポンプを設け、さらにポンプの上流側と下流側を繋ぐバイパス経路を設けて、このバイパス経路に弁を設けた構成とし、バイパス経路に設けた弁の開度を印字によって適宜制御して所望の圧力を保つもの（特許文献４）が知られている。

また、このような画像形成装置においては、インクを吐出する記録ヘッドの性能を維持、回復する装置（維持回復機構）が不可欠であり、その機能の１つとしてヘッド内部の気泡、異物及び増粘インクなどをノズルから排出して吐出不良を低減することが求められる。

従来、ノズルからインクを吸引排出する方法としては、キャップでノズル面をキャッピングして吸引手段によって吸引を行うもの（特許文献５）、ヘッドに対してインクを加圧供給してノズルからインクを排出するもの（特許文献６、７）、加圧と吸引を組み合わせて行うもの（特許文献８）などが知られている。

特許第３６０６２８２号公報特開２００５−３４２９６０号公報特表平５−５０４３０８号公報特開２００４−３５１８４５号公報特開２００４−２８４０８４号公報特開２００７−１８５９０５号公報特開２００６−１５０７４５号公報特開２００２−１７８５３７号公報

まず、記録ヘッドに対するインクの供給不足に関して、特許文献１に開示の技術では、前述したリフィル不足の問題は解決されるが、負圧を制御するための機構が複雑であり、しかも負圧連動弁のシール性能を高度に要求されるという課題がある。また、常時加圧する方式であるため、インク供給経路中にある全ての接続部の気密も高度に要求され、万一故障した際には、インクが噴出する不具合が生じるおそれがある。

また、特許文献２、３に開示の技術では、ポンプによって積極的に圧力を制御することから、インクの消費量等に応じて正確にポンプの送液量を制御する必要があるため、負圧室の圧力を用いたフィードバック制御等が必要となる。また、例えば色の異なる複数種のインクを用いる画像形成装置に適用する場合には、色種ごとにポンプを制御することが求められ、制御が複雑で、装置が大型化するという課題がある。

また、特許文献４に開示の技術でも、色の異なる複数種のインクを用いる画像形成装置に適用する場合には、色種ごとにポンプを制御することが求められ、装置が大型化する課題がある。

一方、記録ヘッドの維持回復に関して、特許文献５に開示の技術のように、ノズルからインクを吸引排出する構成にあっては、ノズル近傍の流速を大きくでき、異物の排出には有効であるが、さらなる排出性を向上させようとした場合、高負圧に耐えうるキャップ構成としなければならず、排出性向上は困難となる。また、キャップ内を大気圧に開放する時にノズル周辺のインク及び気泡がノズル内に逆流しやすく、それによる吐出不良を防止する対応が必要となるという課題がある。

また、特許文献６に開示の技術のように、加圧手段の加圧力によりヘッド内のインクを急激に加圧してインクを加圧排出する構成にあっては、加圧室の構成の複雑化、及び更なる排出性の向上のためにはインク供給路全体の密封性（耐圧）が必要となり、装置全体のコスト高になるという課題がある。また、特許文献７に開示の技術のように、予圧手段によって予めバッファタンクの内圧を所定圧力まで予圧しておき、しかる後にインクを供給する構成にあっては、予圧手段を含めて構成の複雑化、耐圧の確保という同様の課題がある。

また、特許文献８に開示の技術のように、吸引と加圧を組み合わせた構成にあっては、加圧と吸引の差圧によって高い排出性を得られるが、インク消費量に対する排出効率を大幅に改善することが困難である。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、チューブを用いたインク供給方式で異なる複数種のインクを供給する場合に、構成が簡単で、安定した負圧を維持し、更に高速化、ロングチューブ化、インク高粘度化してもリフィル不足を生じないようにし、更にヘッド内の気泡や異物などの排出性を向上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記録ヘッドと、
前記記録ヘッドに供給する液体を貯留する液体タンクと、
前記記録ヘッドに前記液体を供給する第１の流路と、
前記液体タンクに連通する第２の流路と、
前記第１の流路と前記第２の流路を連通させ、前記第１の流路を流れる液体の流量に応じて内部の流路抵抗が変化する圧力調整弁と、
前記第２の流路又は前記液体タンクと前記圧力調整弁とを連通する第３の流路と、
前記第３の流路に設けられる送液手段と、
前記ノズルから液滴を吐出するときには、前記圧力調整弁を介して前記記録ヘッドと前記液体タンクが連通している状態で、前記送液手段により前記液体を前記液体タンクから前記記録ヘッドに送液させる手段と、
前記記録ヘッドのノズル面をキャッピングするキャップと、
前記キャップに接続された吸引手段と、
前記キャップで前記記録ヘッドのノズル面をキャッピングした状態で前記吸引手段を駆動させて前記キャップとノズル面との間のキャップ内空間を負圧にし、この状態で前記送液手段により前記液体を前記液体タンクから前記記録ヘッドに送液させる手段と、を備えている
構成とした。

ここで、前記圧力調整弁は、前記液体の流量変化が予め定めた閾値未満のときの前記流路抵抗の上昇率に対して前記閾値以上になったときの前記流路抵抗の上昇率が大きくなる構成とできる。

また、前記キャップ内の圧力を検出する手段を備え、前記キャップ内の圧力が正圧以上になるまで前記液体を前記液体タンクから前記記録ヘッドに送液する構成とできる。

また、前記キャップ内の圧力を検出する手段を備え、前記キャップ内の圧力が正圧になる前に前記液体タンクから前記記録ヘッドへの送液を停止する構成とできる。

また、前記液体タンクから前記記録ヘッドへの送液は前記吸引手段の駆動時間に対応して予め定められた送液時間の間行う構成とできる。

この場合、前記送液時間は、前記キャップ内の圧力が正圧以上になる時間である構成とできる。

また、前記送液時間は、前記キャップ内の圧力が正圧未満にとどまる時間である構成とできる。

本発明に係る画像形成装置によれば、記録ヘッドのノズルから液滴を吐出するときには、流れる液体の流量に応じて内部の流路抵抗が変化する圧力調整弁を介して記録ヘッドと液体タンクが連通している状態で、送液手段により液体を液体タンクから記録ヘッドに送液する構成としたので、記録ヘッドの吐出量に応じて適正なアシスト圧を自動的に調節しながら記録ヘッドに印加して、チューブ部材の長尺化、吐出流量の増大化、吐出インクの高粘度化等に伴うリフィル不足を回避することができ、更に、キャップで記録ヘッドのノズル面をキャッピングした状態で吸引手段を駆動させてキャップとノズル面との間のキャップ内空間を負圧にし、この状態で送液手段により液体を液体タンクから記録ヘッドに送液させる構成としたので、ヘッド内部の流速を高めてノズルから液体を排出させることができて、気泡や異物の排出性が向上する。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置を示す概略正面説明図である。同じく概略平面説明図である。同じく概略側面説明図である。同装置の記録ヘッドの説明に供する要部拡大説明図である。同装置のインク供給系（インク供給システム）のサブタンクの模式的断面説明図である。同じくカートリッジホルダ部分の説明図である。同じくポンプユニットの説明図である。同じく圧力制御ユニットの説明図である。同じくインク供給システムの説明図である。圧力制御ユニットの流路抵抗可変ユニットを示す説明図である。同装置の制御部の概要を説明するブロック説明図である。本発明の第１実施形態に係る維持回復動作の説明に供するフロー図である。キャップ内圧力の変化及びアシストポンプの停止タイミングの説明に供する説明図である。本発明の第２実施形態に係る維持回復動作の説明に供するフロー図である。本発明の第３実施形態に係る維持回復動作の説明に供するフロー図である。同実施形態の説明に供する吸引駆動時間と送液駆動時間の関係のテーブルの一例を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置について図１ないし図３を参照して説明する。なお、図１は同記録装置の概略正面説明図、図２は同じく概略平面説明図、図３は同じく概略側面説明図である。
このインクジェット記録装置は、本体フレーム１に立設された左右の側板１Ｌ、１Ｒに横架したガイド部材であるガイドロッド２と、本体フレーム１に横架される後フレーム１Ｂに取付けられたガイドレール３とで、キャリッジ４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、キャリッジ４を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２の長手方向（主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ４には、例えば、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色のインク滴を吐出する記録ヘッド１０Ｋ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｙ（以下、色を区別しないときは「記録ヘッド１０」という。他の部材も同様とする。）が搭載され、記録ヘッド１０は複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。

ここで、記録ヘッド１０は、例えば図４に示すように発熱体基板１２と液室形成部材１３から構成され、ヘッドベース部材１９に形成された流路から共通流路１７及び液室（個別流路）１６に順次供給されるインクを液滴として吐出する。この記録ヘッド１０は、発熱体１４の駆動による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り、液室１６内の吐出エネルギー作用部（発熱体部）へのインクの流れ方向とノズル１５の開口中心軸とを直角となしたサイドシュータ方式の構成のものである。

なお、記録ヘッドとしては、圧電素子を用いて振動板を変形させ、また、静電力で振動板を変形させ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係る画像形成装置に適用することができる。

一方、キャリッジ４の下方には、記録ヘッド１０によって画像が形成される用紙２０が主走査方向と垂直方向（副走査方向）に搬送される。図３に示すように、用紙２０は、搬送ローラ２１と押えコロ２２で挟持されて、記録ヘッド１０による画像形成領域（印字部）に搬送され、印写ガイド部材２３上に送られ、排紙ローラ対２４で排紙方向に送られる。

このとき、主走査方向へのキャリッジ４の走査と記録ヘッド１０からのインク吐出を画像データに基づいて適切なタイミングで同調させ、用紙２０に１バンド分の画像を形成する。１バンド分の画像形成が完了した後、副走査方向に用紙２０を所定量送り、前述と同様の記録動作を行う。これらの動作を繰り返し行い、１ページ分の画像形成を行なう。

一方、記録ヘッド１０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（バッファタンク、ヘッドタンク）３０が一体的に接続される。ここでいう「一体的」とは、記録ヘッド１０とサブタンク３０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４に搭載されているという意味である。

このサブタンク３０には、装置本体側の主走査方向の一端部側に設けられたカートリッジホルダ７７に着脱自在に装着される各色のインクを収容した本発明における液体タンクであるインクカートリッジ（メインタンク）７６からインク供給経路の一部を形成するチューブ部材であって第１の流路を形成する液体供給チューブ４１を介して、各色のインクが供給される。

また、装置本体の主走査方向の他端部側には記録ヘッド１０の維持回復を行う維持回復機構５１が配置されている。この維持回復機構５１は、記録ヘッド１０のノズル面をキャッピングする吸引及び保湿用のキャップ５２ａ及び保湿用のキャップ５２ｂと、キャップ５２ｂ内を吸引する吸引手段である吸引ポンプ５３と、吸引ポンプ５３で吸引されたインクの廃液（廃インク）を排出する排出経路５４などを含み、排出経路５４から排出される廃液は本体フレーム１側に配置された廃液タンク５６に排出される。

次に、このインクジェット記録装置に適用したインク供給系（インク供給システム）について図５ないし図１０をも参照して説明する。なお、図５は同インク供給システムのサブタンクの模式的断面説明図、図６は同じくカートリッジホルダ部分の説明図、図７は同じくポンプユニットの説明図、図８は同じく圧力制御ユニットの説明図、図９は流路抵抗可変ユニットの一例を示す説明図である。

まず、サブタンク３０は、インク室１０３を形成するタンクケース１０１の一部の開口に外側に向かって凸状に形成された可撓性を有するゴム部材１０２が設けられ、インク室１０３の内部には記録ヘッド１０との接続部の近傍にフィルタ１０９が設けられ、インクをろ過して異物などを除去したインクを記録ヘッド１０に供給する構成となっている。

このサブタンク３０には、インク供給チューブ４１の一端部が接続される。インク供給チューブ４１の他端部は、図１及び図２に示すように本体据え置きのカートリッジホルダ７７に接続される。

カートリッジホルダ７７には、インクカートリッジ７６と、送液手段であるポンプユニット８０と、圧力制御ユニット８１が接続されている。

カートリッジホルダ７７の内部には、図６に示すように、各色のインクに対応して分岐流路７４と流路７０、７９が形成され、ポンプユニット８０に連通するポンプ接続ポート７３ａ、７３ｂと、圧力制御ユニット８１に連通する圧力制御ポート７２ａ、７２ｂ、７２ｃを備えている。また、ポンプ接続ポート７３ａと圧力制御ポート７２ｃとは内部流路７０で連通している。

ポンプユニット８０は、図７に示すように、カートリッジホルダ７７のポンプ接続ポート７３ａ、７３ｂとそれぞれ連通するポート８５ａ、８５ｂと、これらのポート８５ａ、８５ｂに連通するポンプ７８を備えている。ポンプ７８としては、チュービングポンプやダイヤフラムポンプ、ギアーポンプなど様々なポンプを適用することができる。図７のポンプユニット８０においては、４色のインクに対応して４つのポンプ７８Ｋ、７８Ｃ、７８Ｍ、７８Ｙを備えているが、これらの４つのポンプは１つのモータ８２で連動して駆動する構成としている。

圧力制御ユニット８１は、図８に示すように、カートリッジホルダ７７の圧力制御ポート７２ａ、７２ｂ、７２ｃとそれぞれ連通するポート８６ａ、８６ｂ、８６ｃと、これらのポート８６ａ、８６ｂ、８６ｃに連通する圧力調整弁である流路抵抗可変ユニット８３を備えている。

次に、インク供給／排出システムの全体構成及び動作について図９に示す概略構成図を参照して説明する。なお、図９ではインク供給／排出システムの動作、作用の理解をしやすいように１つの液体吐出ヘッド（記録ヘッド）１０に接続する主要構成要素のみを表している。
まず、インク供給システムについて説明すると、記録ヘッド１０に供給するインクを貯留するインクカートリッジ７６と、記録ヘッド１０にインクを供給する第１の流路である液体供給チューブ４１と、インクカートリッジ７６に連通する第２の流路４２と、第１の流路である液体供給チューブ４１と第２の流路４２を連通させる圧力調整弁である流路抵抗可変ユニット８３を含む圧力制御ユニット８１と、第２の流路４２と圧力制御ユニット８１とを連通する第３の流路４３と、第３の流路４３に設けられる送液手段であるポンプユニット８０のポンプ７８とを有している。

ここで、流路抵抗可変ユニット８３は、内部を流れる液体の流れ方向や流量によって流路抵抗が変化する特性を有するものである。この流路抵抗可変ユニット８３は、例えば図１０に示すように、流路形成部材である管部材８７と、管部材８７内に自由状態で移動可能に収容された可動部材である弁体８８とを有している。

管部材８７は、第１の流路となる液体供給チューブ４１を接続するポート８６ａと、第２の流路４２を接続するポート８６ｂと、第３の流路４３を接続するポート８６ｃとを有している。弁体８８は、液体の流れの方向において径の異なる段部を有する段付き軸形状部材であり、上部８８ｔ、中央部８８ｍ、下部８８ｂの少なくとも３つの段部要素を有し、中央部８８ｍの径が下部８８ｂよりも小径に形成されている。この弁体８８は、管部材８７の内部で移動可能とされ、内部の流れの状態等に応じて、図１０（ａ）の位置、図１０（ｂ）の位置、あるいはその中間の位置をとる。

ここで、この弁体８８の上部８８ｔと管部材８７の流路部分８７ａとの間で第１の流路側の第１の絞り部１８１が形成され、弁体８８の下部８８ｂと管部材８７の流路部分８７ｂとの間で第２の絞り部１８２が形成され、弁体８８が上述したように内部の流れの状態等に応じて移動することにより、第２の絞り部１８２の絞り量が変化する。

そして、管部材８７には、弁体８８の中央部８８ｍの位置、すなわち、第１の絞り部１８１と第２の絞り部１８２との間に第３の流路４３の一部となる横穴（ポート）８６ｃが形成されている。

図９に戻って、インクカートリッジ７６には大気連通部９０が設けられており、インクカートリッジ７６内の液面が記録ヘッド１０のノズル面よりも低い位置になるように配置されている。これにより、インクがインク供給全経路に満たされている状態では、記録ヘッド１０とインクカートリッジ７６の液面の水頭差ｈにより、記録ヘッド１０は負圧に保持されるので、安定して記録ヘッド１０からインク滴吐出を行うことができる。

前述したように、吐出するインクの粘度が大きい場合や液体供給チューブ４１の流体抵抗が大きい場合、例えばチューブが細かったり長かったりする場合、あるいは、インク吐出流量が大きい場合には、インク供給経路の流体抵抗による圧力損失が増大してインク供給が追いつかなくなる（リフィル不足が生じる）。具体的には、本インク供給システムでインク供給抵抗となる主要な要素としては、液体供給チューブ４１、フィルタ１０９、ジョイント８９がある（図９参照）。

このようにインク供給系の抵抗により圧力損失が増大しリフィルが不足するときに、ポンプ７８を駆動して第３の流路４３からインクを矢印Ｑａ（Ｑａはアシスト流量、あるいはアシスト用液体の流れであるが、便宜上矢印の符号としても使用する。）の方向に送り出す。このポンプ７８の送液によってインクの供給不足量を補う（リフィルアシスト）ことができる。

記録ヘッド１０の吐出流量とポンプ７８の送液量（アシスト流量）と記録ヘッド１０の圧力の関係の一例を図１１に示している。図１１は、アシスト流量を０〜２ｃｃ／ｓとしたときのヘッド吐出流量に対するインク供給系の圧力損失の変化を示している。前述したように、アシスト流量が「０」のときは、ヘッドの圧力損失は約７ｋＰａとなり、インクを連続吐出できず、噴射不良となってしまうが、ポンプ７８によりアシストすることにより圧力損失が１ｋＰａ以下程度となり、連続吐出することができる。

ここで、前述した図１０を参照して本インク供給／排出システムにおけるアシスト原理について説明する。
図１０（ａ）は記録ヘッド１０から滴吐出を行っていない状態、あるいは、吐出流量が少ない条件での流路抵抗可変ユニット８３の状態を示している。この状態では、弁体８８はポート８６ｂ側にある。図１０（ａ）に示すように、管部材８７と弁体８８の下部８８ｂの間のギャップGｂが管部材８７と弁体８８の上部８８ｔのギャップＧｔよりも大きいこと、更に、ポート８６ａの先には図９に示すように流体抵抗の大きい液体供給チューブ４１やフィルタ１０９があるため、矢印Ｑａで示すポンプ７８によって送液されたインクは、流れやすいポート８６ｂ側に流れる（矢印Ｃ）。したがって、ポンプ７８によって発生するインクの流れは、図９におけるポンプユニット８０と流路抵抗可変ユニット８３で形成されるループ経路内を循環するだけであり、記録ヘッド１０の圧力にはほとんど影響を与えない。

一方、図１０（ｂ）は記録ヘッド１０の吐出流量が多い条件での流路抵抗可変ユニット８３の状態を示している。管部材８７と弁体８８の上部８８ｔのギャップＧｔを狭く設定することで、矢印Ｑｈで示す記録ヘッド１０からの滴吐出によるインクの流れによって、弁体８８がポート８６ａ側に引かれ弁体８８が移動する（図で上方向に移動する。）。これにより、弁体８８の下部８８ｂが管部材８７の小径部（流路部分８７ｂ：第２の絞り部１８２）に移動し、管部材８７と弁体８８の下部８８ｂの間のギャップは小さいギャップGｂ１となる。矢印Ｑａで示すようにポンプ７８によって送液されるインクは、この狭いギャップGｂ１を流れようとする（矢印Ｄ）ので、圧力が発生する。この圧力が、記録ヘッド１０にインクが流れる際に発生する圧力損失を低減させ、大流量のインク供給を実現することができる。

この流路抵抗可変ユニット８３では、記録ヘッド１０の吐出流量が増して圧力損失が大きくなる条件ほど、弁体８８の下部８８ｂの周面と管部材８７の流路部分８７ｂとのインクの流れ方向の対向長さ（第２の絞り部１８２の長さ）が長くなって、弁体８８の下部８８ｂと管部材８７の狭ギャップＧｂ１の長さが長くなり、よりポンプ（アシストポンプ）７８による増圧効果を大きくする。これにより、従来のように流量調整弁を他のアクチュエータ等で制御する煩雑さがなく、簡易な構成で自動的に安定したインク供給を実現することができる。

なお、この画像形成装置では、４色のインクを吐出させるので、図９に示す構成のインク供給システムが色別に４つ設けられる。各色のポンプ７８に対応して、ポンプ７８を駆動するモータ等のアクチュエータを個別に４つ設けて各記録ヘッド１０のインク吐出量に応じて個別にモータを制御する方式とすることもできるが、前述した図７に示すように、色種の個数のポンプ７８（７８Ｋ、７８Ｃ、７８Ｍ、７８Ｙ）に対して共通にモータ（アクチュエータ）８２を１つのみとすることもできる。

複数の色のインク滴を吐出して画像を形成する場合、各記録ヘッド１０から吐出されるインクの量はバラバラになるので、例えば、あるヘッドは全ノズルからインクを吐出する状態で、別のヘッドは非吐出の状態である場合もある。そのような場合でも、本発明のインク供給システムでは、記録ヘッド１０の吐出流量によって自動的に流路抵抗可変ユニット８３の流体抵抗が変化するようになっているので、各ヘッドの吐出流量に応じたポンプの制御は不要である。

すなわち、吐出流量が少なくアシストを必要としないヘッドには少ないアシストとなり、吐出流量が多くアシストを必要とするヘッドには大きなアシストを与える制御を自動的に行なう。

このように複数のインクを有するなど複数のインク供給系を有するシステムにおいても、全てのインク供給系のポンプを１つのアクチュエータでまとめて駆動できるので、装置の構成、制御が簡易になり、低コスト、小型の装置を実現することができる。

次に、インク排出システムを構成する維持回復機構５１について説明すると、前述したように、記録ヘッド１０のノズル面１０ａ（図４参照）をキャッピングするキャップ５２ａと、キャップ５２ａに接続された吸引手段としての吸引ポンプ５３とを備え、記録ヘッド１０のノズル面１０ａをキャッピングした状態で吸引ポンプ５３を駆動してキャップ５２ａ内空間を負圧にし、ノズル１５からキャップ５２ａ内にインクを排出させることができる。キャップ５２ａ内に排出された廃インクは廃液タンク５６に排出される。

次に、この画像形成装置の制御部の概要について図１１を参照して説明する。なお、図１１は同制御部の全体ブロック説明図である。
この制御部５００は、この装置全体の制御を司るアシスト動作及び維持回復動作に関する制御を行う手段を兼ねるＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１が実行するプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ５０２と、画像データ等を一時格納するＲＡＭ５０３と、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための書き換え可能な不揮発性メモリ５０４と、画像データに対する各種信号処理、並び替え等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ５０５とを備えている。

また、記録ヘッド３４を印字データに応じて駆動制御するための印刷制御部５０８と、キャリッジ４側に設けた記録ヘッド１０を駆動するためのヘッドドライバ（ドライバＩＣ）５０９と、キャリッジ４を移動走査する主走査モータ５５１、用紙２０を搬送する搬送２１を回転駆動させる副走査モータ５５２、維持回復機構５１のキャップ５２ａ、５２ａｂや図示しないワイパ部材などを昇降させるキャップ昇降機構５１３を作動する維持回復モータ５１２を駆動するためのモータ駆動部５１２と、維持回復機構５１の吸引ポンプ５３及びアシスト用ポンプ７３を駆動するポンプ駆動部５１１などを備えている。

また、この制御部５００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５１４が接続されている。

この制御部５００は、ホスト側とのデータ、信号の送受を行うためのＩ／Ｆ５０６を持っていて、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置、イメージスキャナなどの画像読み取り装置、デジタルカメラなどの撮像装置などのホスト６００側から、ケーブル或いはネットワークを介してＩ／Ｆ５０６で受信する。

そして、制御部５００のＣＰＵ５０１は、Ｉ／Ｆ５０６に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して解析し、ＡＳＩＣ５０５にて必要な画像処理、データの並び替え処理等を行い、この画像データを印刷制御部５０８からヘッドドライバ５０９に転送する。なお、画像出力するためのドットパターンデータの生成はホスト６００側のプリンタドライバ６０１で行っている。

印刷制御部５０８は、上述した印字データをシリアルデータで転送するとともに、この印字データの転送及び転送の確定などに必要な転送クロックやラッチ信号、制御信号などをヘッドドライバ５０９に出力する。ヘッドドライバ５０９は、シリアルに入力される記録ヘッド１０の１行分に相当する印字データに基づいて発熱素子１４を駆動する。

Ｉ／Ｏ部５１５は、装置に装着されている各種のセンサ群５１６からの情報を取得し、プリンタの制御に必要な情報を抽出し、印刷制御部５０８やモータ駆動部５１０の制御に使用する。センサ群５１５は、用紙の位置を検出するための光学センサや、機内の温度を監視するためのサーミスタ、帯電ベルトの電圧を監視するセンサ、カバーの開閉を検出するためのインターロックスイッチなどがあり、Ｉ／Ｏ部５１５は様々のセンサ情報を処理することができる。また、環境条件（温度及び湿度）を検知する温湿度センサからの検知信号、廃液タンク５６の満タンを検知する満タン検知センサの検知信号も入力される。

次に、この画像形成装置における本発明の第１実施形態について図１２に示すフロー図を参照して説明する。
まず、カートリッジホルダ７７にインクカートリッジ７６が装着されているか否かを判別し、インクカートリッジ７６が装着されていないときにはカートリッジ装着要求を操作パネル５１４に表示する。

そして、インクカートリッジ７６が装着されているときには、維持回復モータ５１２を駆動して維持回復機構５１のキャップ５２ａを上昇させて、記録ヘッド１０のノズル面１０ａをキャッピングする。そして、吸引ポンプ５３を駆動して、キャップ５２ａ内を負圧にしてノズル１５からインクの吸引排出を開始する。

これにより、インク供給経路内のチューブ４１の流速が上昇し、圧力制御ユニット８１の弁体８８は上昇し、弁体８８は急激な流速変化により上昇可能な移動範囲まで上昇して停止する。このとき、圧力制御ユニット８１では、インク排出＞供給という関係となるため、急激に圧力が上昇することになる。それにより、圧力損失が急激に上昇するため、記録ヘッド１０のノズル１５からのインク排出は急激に減少するため、キャップ８２ａ内の負圧は急激に上昇する。

そして、所定の吸引量になったときに、アシストポンプ７８を駆動して圧力調整ユニット８１に対してインクを供給すると、記録ヘッド１０に対して一気にインクが供給され、ノズル１５からインクが排出される。

そして、所定の送液量になったときに、吸引ポンプ５３の駆動を停止してノズル吸引を停止し、アシストポンプ７８の駆動を停止した後、キャップ昇降機構５１３を作動させてキャップ８２ａを記録ヘッド１０のノズル面１０ａから離間させ（キャッピング解除）、維持回復機構５１の図示しないワイパ部材によるノズル面のワイピングを行い、記録ヘッド１０から画像形成に寄与しない液滴の吐出（空吐出）を行った後、キャップ８２ａ、８２ｂを上昇させて記録ヘッド１０のノズル面１０ａをキャッピングし、回復動作を完了する。

このときのキャップ内圧力の変化とアシストポンプの駆動停止タイミングについて図１３を参照して説明する。
図１３の時点ｔ０で吸引ポンプ５３を駆動して吸引を開始することで、キャップ内圧力が低下（負圧が上昇）し、弁体８８が上面に突き当たって停止した時点ｔ１からキャップ内圧力は急激に低下（負圧が上昇）する。つまり、圧力調整ユニット８１は液体の流量変化が予め定めた閾値未満のときの流体抵抗の上昇率に対して閾値以上になったときの流体抵抗の上昇率が大きくなる。これにより、吸引圧によるキャップ内へのインク排出量が低下してキャップ内圧力が急激に低下する（負圧が上昇する）ことで、ヘッドのノズル内流速が高まり異物などの排出性が高まる。

そして、時点ｔ２でアシストポンプ７８の駆動を開始することでインクが記録ヘッド１０に供給されるので、キャップ内圧力が上昇し、時点ｔ３でアシストポンプ７８を停止する。このアシストポンプ７８を停止するタイミング（時点ｔ３）としては、キャップ内圧力が正圧以上になった時点（つまりそれまで送液を行う：図１３に実線で示す）、あるいは、キャップ内圧力が正圧になる前の時点（つまりその時点で送液を停止する：図１３に破線で示す）のいずれかとすることができる。

このように、キャップで記録ヘッドのノズル面をキャッピングした状態で吸引手段を駆動させてキャップとノズル面との間のキャップ内空間を負圧にし、この状態で送液手段により液体を液体タンクから記録ヘッドに送液させることで、記録ヘッド内部の液体の流速を高めて排出させることができて、気泡や異物の排出性が向上する。

次に、本発明の第２実施形態について図１４に示すフロー図を参照して説明する。
この例では、図示しないがキャップ５２ａの圧力を検出する手段を備えている。そして、前記第１実施形態において、記録ヘッド１０のノズル面１０ａをキャッピングし、吸引ポンプ５３を駆動してキャップ５２ａ内を負圧にしてノズル１５からインクの吸引排出を開始し、キャップ内圧力が第１の所定値になったときに、アシストポンプ７８を駆動して圧力調整ユニット８１に対してインクを供給し、キャップ内圧力が第２の所定値になったときに吸引ポンプ５３の駆動を停止してノズル吸引を停止し、アシストポンプ７８の駆動を停止する。

ここで、上記第２の所定値としてキャップ８２ａ内の圧力が正圧になる値とすることができる。この場合には、前述した図１３に時点ｔ２からｔ３まで実線で示すようにキャップ内圧力が変化する。このようにした場合、ノズル側からインクがヘッド内に逆流することを防止できる。

また、第２の所定値としてキャップ８２ａ内の圧力が正圧になる前の値とすることができる。この場合には、前述した図１３に時点ｔ２からｔ３まで破線で示すようにキャップ内圧力が変化する。このときの所定値は、インクのヘッド内への逆流が生じない負圧値（正圧未満）とする。このようにした場合、ノズル側からインクがヘッド内に逆流しない正圧に近い負圧状態までインクを送液し、それ以上の不要なインクの送液を抑えることができる。

次に、本発明の第３実施形態について図１５に示すフロー図を参照して説明する。
まず、この実施形態では、予め負圧駆動時間（吸引ポンプの駆動時間）と送液時間（アシストポンプの駆動時間）とを対応付けたテーブルを内部ＲＯＭなどの記憶手段に格納保持している。ここでは、時間は内部カウンタのカウント値として記憶している。例えば、図１６に示す例において、「吸引回復動作１」は、アシストポンプ７８の駆動停止タイミングが、キャップ内圧力が正圧になった時点になる送液時間（カウント値）、「吸引回復動作２」は、アシストポンプ７８の駆動停止タイミングが、キャップ内圧力が正圧になる前の時点になる送液時間（カウント値）としている。具体的には、キャップ吸引駆動時間のカウント値「５００」でキャップ内負圧値が−１０ｋＰａ相当になり、アシストポンプ７８をカウント値「２５０」相当の時間駆動することでキャップ内圧力が正圧になり、アシストポンプ７８をカウント値「２００」相当の時間駆動することでキャップ内圧力が正圧になる前（負圧値−０．１ｋＰａ）で送液が停止される。

そこで、前記第１実施形態において、記録ヘッド１０のノズル面１０ａをキャッピングし、吸引ポンプ５３を駆動してキャップ５２ａ内を負圧にしてノズル１５からインクの吸引排出を開始し、キャップ吸引駆動時間に対応するカウント値でカウントアップしたときに、アシストポンプ７８を駆動して圧力調整ユニット８１に対してインクを供給し、送液ポンプ駆動時間に相当するカウント値でカウントアップしたときに吸引ポンプ５３の駆動を停止してノズル吸引を停止し、アシストポンプ７８の駆動を停止する。

このように吸引手段の駆動時間及び送液手段の送液時間を時間で管理することによって駆動制御が簡単になる。

なお、以上の説明においては、複数のヘッドに異なる色のインクが供給される例で本願発明の動作、効果を説明したが、同一色のインクを複数のヘッドに供給する場合や、色ではなく処方の異なるインクを複数のヘッドに供給する場合にも同様に適用することができる。また、複数のノズル列を１ヘッド内に有する液体吐出ヘッドで１ヘッドから異なる種類の液体を吐出する場合のインク供給システムについても適用することができる。また、狭義のインクを吐出する画像形成装置に限定されるものではなく、様々な液体を吐出する液体吐出装置（本発明でいう「画像形成装置」に含まれる。）にも適用することができる。

４キャリッジ
１０記録ヘッド
３０サブタンク
４１インク供給チューブ（第１の流路）
４２第２の流路
４３第３の流路
５１維持回復機構
５２ａ吸引及び保湿用キャップ
５２ｂ保湿用キャップ
５３吸引ポンプ（吸引手段）
７６インクカートリッジ（メインタンク：液体タンク）
７７カートリッジホルダ
７８ポンプ（アシストポンプ）
８０ポンプユニット
８１圧力制御ユニット
８３流体抵抗制御ユニット
８７管部材（流路形成部材）
８８弁体

Claims

液滴を吐出するノズルを有する記録ヘッドと、
前記記録ヘッドに供給する液体を貯留する液体タンクと、
前記記録ヘッドに前記液体を供給する第１の流路と、
前記液体タンクに連通する第２の流路と、
前記第１の流路と前記第２の流路を連通させ、前記第１の流路を流れる液体の流量に応じて内部の流路抵抗が変化する圧力調整弁と、
前記第２の流路又は前記液体タンクと前記圧力調整弁とを連通する第３の流路と、
前記第３の流路に設けられる送液手段と、
前記ノズルから液滴を吐出するときには、前記圧力調整弁を介して前記記録ヘッドと前記液体タンクが連通している状態で、前記送液手段により前記液体を前記液体タンクから前記記録ヘッドに送液させる手段と、
前記記録ヘッドのノズル面をキャッピングするキャップと、
前記キャップに接続された吸引手段と、
前記キャップで前記記録ヘッドのノズル面をキャッピングした状態で前記吸引手段を駆動させて前記キャップとノズル面との間のキャップ内空間を負圧にし、この状態で前記送液手段により前記液体を前記液体タンクから前記記録ヘッドに送液させる手段と、を備えている
ことを特徴とする画像形成装置。
前記圧力調整弁は、前記液体の流量変化が予め定めた閾値未満のときの前記流路抵抗の上昇率に対して前記閾値以上になったときの前記流路抵抗の上昇率が大きくなることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記キャップ内の圧力を検出する手段を備え、前記キャップ内の圧力が正圧以上になるまで前記液体を前記液体タンクから前記記録ヘッドに送液す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。
前記キャップ内の圧力を検出する手段を備え、前記キャップ内の圧力が正圧になる前に前記液体タンクから前記記録ヘッドへの送液を停止す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。
前記液体タンクから前記記録ヘッドへの送液は前記吸引手段の駆動時間に対応して予め定められた送液時間の間行う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。
前記送液時間は、前記キャップ内の圧力が正圧以上になる時間であることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
前記送液時間は、前記キャップ内の圧力が正圧未満にとどまる時間であることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。