JP5574223B2 - 液滴吐出装置の液体補充方法及び液滴吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴吐出装置の液体補充方法及び液滴吐出装置に関するものである。

シリアル式のインクジェット記録装置において、用紙が搬送される方向に直交する方向である主走査方向に走査されるキャリッジには、用紙上に液滴を吐出するノズルを有する液滴吐出ヘッドが搭載されている。この液滴吐出ヘッドにインクを供給する方法としては、キャリッジに更に搭載されているインクカートリッジからインクを液滴吐出ヘッドへ供給する方法がある。その他の液滴吐出ヘッドへのインク供給方法として、装置内の所定位置に固定された状態で設置されたインクカートリッジから送液チューブを介して液滴吐出ヘッドの上部に設けられたヘッドタンクへインクを一旦供給する。そして、上記ヘッドタンクと連通している上記液滴吐出ヘッドへインクを供給するという方法がある。

上記液滴吐出ヘッドから適切なインク滴を吐出するためには、上記液滴吐出ヘッドのノズルにおけるインクの圧力を、適切な範囲例えば−０．２〜−１［ｋＰａ］程度の範囲に調整する必要がある。上述したように、液滴吐出ヘッドは上記ヘッドタンクと連通している。よって、上記ヘッドタンクの内圧を調整することで、上記液滴吐出ヘッドのノズルから液滴を吐出するノズル面の境界面近傍でのヘッド内における圧力であるメニスカス圧は調整されることになる。上記ヘッドタンクの内圧を調整可能とするための上記ヘッドタンクの構造の一例として特許文献１がある。この特許文献１のヘッドタンクは、上記ヘッドタンクの部材に可撓性部材が用いられている。また、ヘッドタンク内には、大気開放時に、経時による弾性機能の低下等を考慮して自然長より多少長く伸長した状態となり、かつヘッドタンク内が負圧状態となったときに当該可撓性部材の内側から外側に向かう付勢を付与する弾性部材が設けられている。

上記特許文献１におけるインク補充方法について以下に説明する。上述したように、可撓性部材を用いて上記ヘッドタンクが構成されているため、上記ヘッドタンクにインクが供給されて上記ヘッドタンク内のインク容積が増えていくと上記可撓性部材は膨らんでいき変位する。つまり、上記ヘッドタンク内にインクを満タンに補充するときは上記ヘッドタンク内を大気開放させて上記可撓性部材が一杯に膨らむまでインクを補充できる。上記ヘッドタンク内に満タンにインクを補充した後に、上記ヘッドタンクの内部を閉塞状態に戻す。その後、上記ヘッドタンクに連通する上記液滴吐出ヘッドのノズルから数滴の液滴が吐出されると、閉塞状態となっている上記液滴吐出ヘッドにおいて吐出された液滴量分だけインク全体の容積は減る。このインク全体の容積減少に伴い、上記ヘッドタンクを構成する上記可撓性部材が縮まろうとする。ところが、上述したように、上記弾性部材が上記可撓性部材の縮まろうとする力に対して規制しようとする。このような動作を行うことにより、上記液滴吐出ヘッドの内部及び当該液滴吐出ヘッドに連通する上記ヘッドタンクの内部は初期の負圧状態となる。

液滴吐出によってインクが消費されていき上記ヘッドタンク内のインク容積が減ると上記可撓性部材は外側から内側に向かって変位しようとする。このとき、上記弾性部材が上記可撓性部材の内側から外側に向かう付勢を付与しているので、大気開放解除後のインクの吐出による負圧状態が液滴吐出可能な条件を満たす上記適切な範囲に調整される。

また、このような構成を有する上記特許文献１では上記可撓性部材にレバーを取り付け、当該レバーの先端の位置を検出することでヘッドタンク内のインク残量を検出している。このレバーは上記ヘッドタンク内を負圧状態にする部材である上記可撓性部材に取り付けていることから、以下負圧レバーと称す。また、この負圧レバーの位置の検出は、ホームポジションあるいは液滴吐出ヘッドのノズル内に残留している液体を吸引したりノズル面の周囲を拭き取ってノズルの吐出機能を回復するための維持回復部の近傍に設けられている負圧レバー位置検出用センサによって行われる。そして、上記特許文献１では、上記初期の負圧状態のときインクが満タンとなったときの負圧レバーの位置を検出しておき、その位置情報を記憶しておく。その後、上記特許文献１において連続印刷を行うときは、液体吐出信号に伴う吐出量を推定しておき、その推定値である吐出量の累積が閾値に達してインクの補充が必要となったときは一旦印刷を中断して、上記負圧レバー位置検出用センサによって負圧レバーの変化を検出して初期の負圧状態のときに記憶しておいた初期の負圧レバーの位置になるまで大気開放をせずにインクを補充している。

しかしながら、上記特許文献１では、上述したように液体吐出信号に伴う吐出量を推定しておき、その推定値である吐出量の累積が閾値に達すると一旦印刷を中断し、上述したように負圧レバーの位置検出を行うために、上記キャリッジは負圧レバー位置検出用センサが設けられている上記ホームポジションや上記維持回復部の箇所まで移動する。そして、負圧レバー位置検出及び必要な場合の液体補充が行われて負圧レバーの位置が上記初期の負圧レバー位置になるように上記ヘッドタンクにインクが供給される。このように上記ヘッドタンクにインクが満タンと検出するまで印刷が再開できない。このような理由により、負圧レバーの位置検出のためのキャリッジの移動に要する時間、インク補充量の検出時間、並びにヘッドタンクが満タンになるまでの補充時間を含むインク補充処理時間を費やすため、印刷時間が遅くなるという課題があった。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、負圧レバーの位置検出によるインク補充の回数を低減し、印刷時間を短縮できる液滴吐出装置の液体補充方法及び液滴吐出装置を提供することを目的とする。

本発明は、液体を収納した交換可能な液体タンクと、液滴吐出信号に基づいて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドに固定され、かつ送液駆動信号に基づいて送液手段により前記液体タンクから供給される液体を一時貯蔵し、貯蔵した液体を前記液滴吐出ヘッドに供給するヘッドタンクと、前記液滴吐出ヘッドのメニスカス圧を制御するために前記ヘッドタンクに設けられた圧力制御手段と、前記メニスカス圧を検知する圧力検知手段とを有する液滴吐出装置において前記送液手段によって前記液体タンクから前記ヘッドタンクへ液体を補充する方法であって、前記圧力検知手段によって前記メニスカス圧を検知する検知ステップと、前記検知ステップによって検知された前記メニスカス圧が所定の範囲の圧力閾値を下回った場合には、前記メニスカス圧が、少なくとも所定の適正圧力範囲の前記圧力閾値まで回復するように前記液体タンクから前記ヘッドタンクへ液体補充を行わせる送液駆動信号を前記送液手段へ供給して第１の補充動作を行う第１補充動作ステップと、前記検知ステップを行わずに、前記液滴吐出信号に基づいて算出した液体吐出量より少ない量の液体を前記液体タンクから前記ヘッドタンクへ補充させる送液駆動信号を前記送液手段へ供給して第２の補充動作を行う第２補充動作ステップとを備え、前記液体吐出信号から前記第２の補充動作による送液駆動信号を求めるにあたり、送液駆動信号に対する実際の送液量のバラツキにおける最大の送液量が、液体吐出信号による液体消費量の推測値に対する実際の吐出量のバラツキにおける最小の吐出量となる送液駆動信号を求めることを特徴とする。

本発明によれば、インク補充のために印刷を一時停止する回数を低減し、印刷時間を短縮することができる。

本発明のインクジェット記録装置の機構部の全体構成を示す概略構成図である。 本発明のインクジェット記録装置の機構部の要部を示す平面図である。 インク供給装置の構成を示す斜視図である。 インク供給装置の分解斜視図である。 大気開放によるインク補充制御動作を示すフローチャートである。 通常充填によるインク補充制御動作を示すフローチャートである。 本実施の形態のインクジェット記録装置におけるヘッドタンクへのインク補充動作を示すフローチャートである。 負圧レバー検出によるヘッドタンクの様子を示す概略図である。 印字中の液体吐出信号によるインク補充におけるヘッドタンクの様子を示す概略図である。 本実施の形態における液体吐出信号によるインク補充条件を説明する図である。 負圧レバー変位量とヘッドタンクの液量の相関関係を示す図である。

次に、本発明のインクジェット記録装置の機構部について図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は本発明のインクジェット記録装置の機構部の全体構成を示す概略構成図、図２は本発明のインクジェット記録装置の機構部の要部を示す平面図である。

図１及び図２において、キャリッジ１３は左右の側板（図示せず）に横架したガイド部材であるガイドロッド１１とステー１２とで主走査方向に摺動自在に保持され、主走査モータ（図示せず）によって図３の矢示方向に移動走査する。このキャリッジ１３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する４個のインクジェットヘッドからなる記録ヘッド１４を複数のインク吐出口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されている。

そして、記録ヘッド１４を構成するインクジェットヘッドとしては、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による相変化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、インクを吐出するためのエネルギー発生手段として備えたものなどを使用できるが、ここでは圧電アクチュエータ（圧電素子）をエネルギー発生手段に用いたヘッドを搭載している。また、記録ヘッド１４としては各色の液滴を吐出するための複数のノズル列を有する１つのインクジェットヘッドで構成することもできる。

また、キャリッジ１３には、記録ヘッド１４に各色のインクを供給するための各色の液体容器であるヘッドタンク１５を搭載している。このヘッドタンク１５にはインク供給チューブ１６を介して前述した各色のメインタンクであるインクカートリッジ１０からインクが補充供給される。ここで、インクカートリッジ１０は、それぞれ各色に対応してイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインクを収容しているが、ブラックインクを収容するインクカートリッジ１０は、他のカラーインクを収容するインクカートリッジ１０よりもインクの収容容量を大きくしている。

一方、給紙トレイ３の用紙積載部（圧板）２１上に積載した用紙２２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２１から用紙２２を１枚づつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２３及び給紙コロ２３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４を備え、この分離パッド２４は給紙コロ２３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙２２を記録ヘッド１４の下方側で搬送するための搬送部として、用紙２２を静電吸着して搬送するための搬送ベルト３１と、給紙部からガイド２５を介して送られる用紙２２を搬送ベルト３１との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ３２と、略鉛直上方に送られる用紙２２を略９０°方向転換させて搬送ベルト３１上に倣わせるための搬送ガイド３３と、押さえ部材３４で搬送ベルト３１側に付勢された先端加圧コロ３５とを備えている。また、搬送ベルト３１表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ３６を備えている。

ここで、搬送ベルト３１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ３７とテンションローラ３８との間に掛け渡されて、図３のベルト搬送方向に周回するように構成している。帯電ローラ３６は、搬送ベルト３１の表層に接触し、搬送ベルト３１の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各２．５Ｎをかけている。

また、搬送ベルト３１の裏側には、記録ヘッド１４による印写領域に対応してガイド部材４１を配置している。このガイド部材４１は、上面が搬送ベルト３１を支持する２つのローラ（搬送ローラ３７とテンションローラ３８）の接線よりも記録ヘッド１４側に突出している。これにより、搬送ベルト３１は印写領域ではガイド部材４１の上面にて押し上げられてガイドされるので、高精度な平面性を維持される。

更に、このガイド部材４１の搬送ベルト３１の裏面と接触する面側には、主走査方向、すなわち搬送方向と直交する方向に複数の溝を形成して、搬送ベルト３１との接触面積を少なくし、搬送ベルト３１がスムーズにガイド部材４１表面に沿って移動できるようにしている。

また、記録ヘッド１４で記録された用紙２２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト３１から用紙２２を分離するための分離爪５１と、排紙ローラ５２及び排紙コロ５３とを備え、排紙ローラ５２の下方に排紙トレイ３を備えている。ここで、排紙ローラ５２と排紙コロ５３との間から排紙トレイ３までの高さは排紙トレイ３にストックできる量を多くするためにある程度高くしている。

更に、装置本体１の背面部には両面給紙ユニット６１が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット６１は搬送ベルト３１の逆方向回転で戻される用紙２２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ３２と搬送ベルト１１との間に給紙する。また、この両面給紙ユニット６１の上面には手差し給紙部６２を設けている。

また、図２に示すように、キャリッジ１３の走査方向片側の非印字領域には、記録ヘッド１４のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構（以下「サブシステム」という。）７１が配置されている。このサブシステム７１には、記録ヘッド１４のノズル面をキャピングするためのキャップ部材７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄと、ノズル面をワイピングするためのワイパーブレード７３等とを備えている。なお、このサブシステム７１では、記録領域側に最も近いキャップ部材７２ａを図示しない吸引ポンプに接続した吸引及び保湿キャップとし、他のキャップ部材７２ｂ、７２ｃ、７２ｄは単なる保湿キャップとしている。

更に、キャリッジ１３の主走査方向の逆側非印字領域には、記録動作中に不使用ノズル内部のインクが乾燥し、吐出不良となることを未然に防ぐことを目的とした印字中空吐出動作の受け皿となり、記録ヘッド１４の各ノズルに対応して設けられているスリット３０２を有する空吐出受け機構３０１が配置されている。

このように構成したインクジェット記録装置においては、図１の給紙トレイ２から用紙２２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２２はガイド２５で案内され、搬送ベルト３１とカウンタローラ３２との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド３３で案内されて先端加圧コロ３５で搬送ベルト３１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、図示しない制御回路によって高圧電源から帯電ローラ３６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト３１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト３１上に用紙２２が給送されると、用紙２２が搬送ベルト３１に静電的に吸着され、搬送ベルト３１の周回移動によって用紙２２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ１３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１４を駆動することにより、停止している用紙２２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙２２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙２２を排紙トレイ３に排紙する。

また、印字（記録）待機中にはキャリッジ１３はサブシステム７１側に移動されて、キャップ７２ａ〜７２ｄで記録ヘッド１４をキャッピングされ、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止し、また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する回復動作を行って安定した吐出性能を維持する。なお、この回復動作を行うときにはキャップ部材７２ａのみが吸引キャップであるので、このキャップ部材７２ａの位置に目的とする記録ヘッド１４を移動してキャッピングする。

更に、負圧レバー位置検出センサ３０３は、ヘッドタンク１５の負圧状態を負圧状態表示手段としての負圧レバー１０６の変位として負圧レバー１６０の検知端１０６aを検出する。なお、負圧レバー位置検出センサ３０３はフォトインタラプタであってよく、これにより負圧レバー１０６の存在を検出することができる。この負圧レバー位置検出センサ３０３が負圧レバー１０６の位置を検出する仕組みは、以下の通りである。キャリッジ１３の位置情報を検出する図示されていないシステム、すなわちエンコーダとフォトインタラプタなどの組合せによって、負圧レバー位置検出センサ３０３によって負圧レバー１０６の検知端１０６ａを検出したときのキャリッジの位置情報に基づいて負圧レバー１０６の位置を検出することができる。

次に、この記録装置における液体供給装置であるインク供給装置の詳細についてズ及び図４を参照して説明する。なお、図３はインク供給装置の構成を示す斜視図である。図４はインク供給装置の分解斜視図である。図３において、負圧レバー１０６は、ヘッドタンク内部に設けられ、フィルム状部材１０２に付勢を与えるバネ（図示せず）によって負圧を生じているヘッドタンク内に収納されるインクの消費量に応じて変位するフィルム状部材１０２に追随して動作するレバーである。供給口１５−１はインクカートリッジからインク供給チューブを経てインクが供給される供給口である。また、大気開放ピン１５３はヘッドタンク内部を必要に応じて大気状態に開放するピンである。更に、このようなヘッドタンクの下方にはインク滴を噴射する記録ヘッド１４が取り付けられている。また、インク又は空気を検知する検知機構１５−２が設けられている。

また、図４に示すように、インク供給装置は、前述したようにキャリッジ１３に搭載されて記録ヘッド１４にインクを供給する液体容器であるヘッドタンク１５と、このヘッドタンク１５に供給チューブ１６を介してインクを供給補充するためのメインタンクのインクカートリッジ１０とによって構成される。ヘッドタンク１５は、インクを収容するインク収容部１００を形成する容器本体（ケース本体）１０１に、インク収容部１００の開口（ヘッドタンク１５の一面）を封止する可撓性を有するフィルム状部材（可撓性フィルム状部材）１０２を接着又は溶着などで貼り付け、更にインク収容部１００内部にはケース本体１０１とフィルム状部材１０２との間にフィルム状部材１０２を外方に付勢するための弾性部材であるバネ（スプリング）１０３を設け、これらで液体を供給、排出することで負圧を発生させる負圧発生部を構成している。

そして、フィルム状部材１０２の外面側にはフィルム状部材１０２の変形に応じて変位可能な負圧レバー１０６をケース本体１０１の側部に設けた支持部１０７，１０７に揺動可能に取り付けている。この負圧レバー１０６はケース本体１０１との間に設けるスプリング１０８によってフィルム状部材１０２に当接する側に付勢している。これにより、この負圧レバー１０６はフィルム状部材１０２の変形に応じて、つまり、ヘッドタンク１５内の容積変化に応じて変位することから、負圧レバー位置検出センサ３０３によって負圧レバー１０６の検知端１０６ａの位置を検知することによってヘッドタンク１５のインクの容量を検出できるようにしている。

また、ケース本体１０１にはインク収容部１００にインクを補充するためのインク導入路部１１１を設け、このインク導入路部１１１とインクカートリッジ１０に接続された供給チューブ１６とを接続するための連結手段１１２を着脱自在に装着できるようにしている。なお、インクカートリッジ１０とヘッドタンク１５との間にはインクカートリッジ１０からヘッドタンク１５にインクを圧送するために後述するような送液ポンプを設けている。更に、ケース本体１０１の下部にはインク収容部１００から記録ヘッド１４にインクを供給するための連結部材１１３を取り付けている。また、この連結部材１１３によって記録ヘッド１４のインク供給路１１４が形成されている。更に、インク収容部１００との間にはフィルタ１１５を介装している。

そして、ケース本体１０１の上部分にはインク収容部１００から空気を出すための空気流路１２１を形成している。この空気流路１２１は、インク収容部１００に開口が臨む入口流路部分１２２と、この入口流路部分１２２に続く流路部分（これを「直交流路部分」という。）１２３とを含み、下流側でケース本体１０１に設けた大気開放穴１３１に連通し、更に大気開放穴１３１よりも使用状態で下側になる部分に蓄積部１２６を連続して形成している。

この大気開放穴１３１にはヘッドタンク１５内の密閉状態及び大気開放状態を切り替えるための大気開放手段である大気開放弁機構１３２を設けている。この大気開放弁機構１３２はホルダ１３３内に弁座１３４、弁体であるボール１３５及びこのボール１３５を弁座１３４側に付勢するスプリング１３６を収納して構成している。なお、蓄積部１２６の作用について説明すると、装置本体が傾けられたり、揺らされるなどしたときには、空気流路１２１内にインクが侵入する可能性が高くなる。そこで、空気流路１２１から侵入したインクを蓄積部１２６に蓄積できるようにして、輸送時に落下等されインクが侵入しても、大気解放口１３１及びこれを開閉する大気開放弁機構１３２内にインクが侵入して固まるなどして大気開放弁機構１３２が作動不良になることを防止している。

また、ケース本体１０１の上部にはヘッドタンク１５内の気体の量が所定量以上になったことを検知するための２本の検知電極１４１、１４２を装着している。検知電極１４１、１４２がいずれもインクに浸されている状態と少なくとも一方がインクに浸されていない状態とで検知電極１４１、１４２間の導通状態が変化することによって気体の量を検知することができる。さらに、図４に示すように、ヘッドタンク１５の大気開放機構１３２のボール１３５をスプリング１３６に抗して押圧して大気開放するための大気開放ピン１５３を進退可能に配設している。そして、装置本体側には、大気開放ピン１５３を作動させるためのレバー１６１を備えた駆動ユニット１６２を配置している。

次に、この画像形成装置におけるヘッドタンクに対するインクの補充供給動作について説明する。
この画像形成装置のインク供給装置において、ヘッドタンク１５にメインタンク１０からインクを補充供給する場合の動作としては、ヘッドタンク１５を大気開放状態にしてインクを補充供給する大気開放充填と、大気開放状態にしないでインクを補充供給する通常充填とがある。はじめに、大気開放充填の動作について当該動作フローを示す図５に従って説明すると、駆動ユニット（図示せず）で大気開放ピン１５３を作動させて、ヘッドタンク１５の大気開放弁機構１３２を開状態にすることにより、ヘッドタンク１５内を大気解放状態にする（ステップＳ１０１）。ヘッドタンク１５は大気開放されることで、バネ１０３の復元力によりフィルム状部材１０２が外方に押されるので、ヘッドタンク１５の容量が増加する（負圧発生部が膨張）する。この状態で、インクカートリッジ１０から送液機構によってインクをヘッドタンク１５に送液して補充供給する（ステップＳ１０２）。その後、大気開放弁機構１３２を閉状態にしてヘッドタンク１５内を大気開放から遮断した状態にする（ステップＳ１０３）。そして、図２に示すサブシステム７１のキャップ部材７２ａで対応するヘッド１４のノズル面をキャッピングしモータ（図示せず）を駆動して吸引ポンプ（図示せず）を作動させ、インクを供給したヘッドタンク１５について、記録ヘッド１４のノズル側から吸引を行って、所定量のインクを排出する（ステップＳ１０４）。これによって、ヘッドタンク１５のフィルム状部材１０２がスプリング１０３の付勢力に抗して内方に変形してヘッドタンク１５の容積が減少（負圧発生部が収縮）し、初期負圧が発生する。その後、負圧レバー１０６の検知端１０６ａの位置を負圧レバー位置検知センサ３０３によって検知して記憶する（ステップＳ１０５）。なお、大気開放充填の方法としては、この他の方法として、次のような動作も行える。例えば、ヘッドタンク１５内を大気開放した状態で、負圧レバー１０６によって可撓性フィルム状部材１０２をスプリング１０３に抗して内方側へ押圧してヘッドタンク１５の容量を小さくした後、インクカートリッジ１０から送液機構によってインクをヘッドタンク１５に送液して補充供給し、その後、大気開放弁機構１３２を閉状態にしてヘッドタンク１５内を大気開放から遮断した状態にし、負圧レバー１０６による押圧を解除することによってバネ１０３の付勢力で可撓性フィルム状部材１０２が外方に付勢され、ヘッドタンク１５内には負圧が発生する。このように可撓性フィルム状部材と弾性部材とによってヘッドタンク内に負圧を発生させることができるので、負圧発生機構が簡単になる。

次に、通常充填について説明すると、この場合には、前述したようにインクの消費量Ｖを検出（滴数カウントによる。）し、所要の消費量になったときに、ヘッドタンク１５内を大気開放することなく、インクカートリッジ１０から送液機構によってインクをヘッドタンク１５に送液して所要の充填量だけ補充供給する。なお、充填量はポンプ１８１の駆動時間で制御することができる。ここで、補充供給するインクの充填量は、消費量Ｖと同じことが望ましいことは明らかであるが、実際上は、消費量Ｖの算出で、１滴当たりの量や吸引量のバラツキにより誤差が生じる。また、供給について、ピストン往復による脈動のある供給であるため、タイミングによって供給量が異なることになる。インク消費と通常充填が繰り返された場合、これらの誤差によって実際のヘッドタンク１５内のインク量は徐々にずれていくことになり、この結果、ヘッドタンク１５内の負圧値にもずれが生じる。そこで、前述したように、大気開放充填後、液体を所定量吸引することによって初期負圧を形成させたときに、負圧レバー１０６の位置を記憶する。ヘッドタンク１５内のインクが消費するに連れてフィルム状部材１０２がさらに凹むため、負圧レバー１０６もそれに連れてヘッドタンク１５側に移動（変位）することになる。通常充填の際は、この負圧レバー１０６の位置が記憶した元の位置に来るのを負圧レバー位置検出センサ（図示せず）で読み取って、そこで充填動作を停止するようにしている。これによって、前述したようなバラツキによる誤差が低減し、通常充填直後には元の初期負圧を維持することができるようになる。

上述したように、大気開放を行ってヘッドタンク１５にインクを供給する動作（大気開放充填）は、ヘッドタンク１５のインクが消費される度に行う必要はなく、ヘッドタンク１５のインク消費量がある一定量以上になった場合にだけ行えばよく、それ以外の場合には、大気開放を行うことなくヘッドタンク１５にインクを補充供給する動作（通常充填）を行うようにすることが好ましい。

このような別のインク補充制御の詳細について動作フローを示す図６を参照して説明する。先ず、図６に示すように、印刷処理中で（ステップＳ２０１；ＹＥＳ）、１枚印刷が完了したときに（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）、前述したように計測している各色のインクの使用量Ｖを読み込んで、使用量Ｖを予め定めた第３の基準値Ｖ３と比較してＶ≧Ｖ３か否かを判別する（ステップＳ２０３）。なお、ここでいう「１枚印刷」とは１ページの意味であり、両面印刷の場合には片面１ページを意味する（以下同じである。）。そして、１以上の色のインクについて、判別結果がＶ≧Ｖ３であれば（ステップＳ２０３；ＹＥＳ）、該当色（Ｖ≧Ｖ３になった色）のヘッドタンク１５については、メインタンクのインクカートリッジ１０から大気開放充填を行い（ステップＳ２０４）、他の色（Ｖ≧Ｖ３になっていない色）のヘッドタンク１５については、通常充填を行った後（ステップＳ２０５）、印刷処理を続行する（ステップＳ２０８）。これに対して、全ての色のインクについて、判別結果がＶ≧Ｖ３でなければ（ステップＳ２０３；ＮＯ）、使用量Ｖと第２の基準値Ｖ２（＜Ｖ３）とを比較してＶ≧Ｖ２か否かを判別する（ステップＳ２０６）。そして、Ｖ≧Ｖ２となっている色のインクがあれば（ステップＳ２０６；ＹＥＳ）、全ての色のインクのヘッドタンク１５について通常充填を行った後（ステップＳ２０７）、印刷処理を続行する（ステップＳ２０８）。

具体的には、インク消費量（使用量）Ｖ［ｍｌ］に対応したカウンタを有しており、第１基準値Ｖ１を０．２、第２基準値Ｖ２を０．９、第３基準値Ｖ３を１．１に設定して、印刷後所定時間経過したときにＶ≧０．２であればキャッピング状態で該当色のみ通常充填を行い、１枚印刷完了時に、１．１＞Ｖ≧０．９であれば全ての色について通常充填を行った後印刷を続行し、Ｖ≧１．１であれば、該当色については大気開放充填を、他の色については通常充填を行った後、印刷を続行するようにしている。

なお、本発明をインクジェット記録装置に適用した例で説明したが、プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、プリンタ／ファックス／コピア複合機などにも適用することができ、また、インク以外の液体を用いた画像形成装置、それに用いる液体供給装置などにも適用することができる。

図７は本実施の形態のインクジェット記録装置におけるヘッドタンクへのインク補充動作を示すフローチャートである。図８は負圧レバー検出によるヘッドタンクの様子を示す概略図である。図９は印字中の液体吐出信号によるインク補充におけるヘッドタンクの様子を示す概略図である。

図７において、負圧レバーの位置検出によってヘッドタンクにはすでに満タンのインクが補充されている。そして、印字が開始されてインクがノズルから吐出されインクが消費されていく（ステップＳ３０１；ＹＥＳ）。その際、画像を形成するための液体吐出信号が印字ヘッドに供給されるが、上記液体吐出信号に基づいて消費されるインクの吐出量は所定の算出式によって算出される。算出されたインク消費量分を送液ポンプを駆動させてヘッドタンクに補充する（ステップＳ３０２）。このようなインク補充動作は印字中行われる（ステップＳ３０３；ＮＯ）。印字が終了した後、キャリッジを移動させて負圧レバーの位置検出を行い、検出結果に基づいてインクの補充を行う（ステップＳ３０３；ＹＥＳ、ステップＳ３０４）。負圧レバーによる位置検出は、図８の（ａ）に示すように、ヘッドタンクに十分なインクがある状態から印刷を開始する。そして、図８の（ｂ）に示すように、所定の消費量（空に相当する消費量）になった時点で負圧レバー位置を読み取れる位置にヘッドタンクを移動させる。そして、負圧レバー位置を検知しながらインク補充を行い、図８の（ａ）に示すヘッドタンクの満タンの状態にする。一方、図７のステップＳ３０２でのインク補充動作によれば、図９の（ｂ）に示すように、印刷の途中に少量ずつインクを補充するため、印刷を停止してインク補充することがなく、印刷時間を短縮することができる。

ただし、インクの消費量はソフトカウントであり、インクの補充はポンプの駆動条件によるものであるため、どちらも正確なインク量ではない。このことから、このようなインク補充を繰り返すに従い、徐々に実際のインク量が変化していく場合がある。この実際のインク量が図９の（ａ）に示す満タンのインク量より多くなると、ヘッド部における負圧が低下してインク吐出が不安定になったり、最悪の事態ではノズルから不意にインク漏れが発生する。また、図９の（ｂ）に示す空状態よりもインク量が少なくなると、ヘッド部における負圧が異常に上昇し、インク吐出が不安定になったりノズルから空気を吸い込んでインク吐出ができなくなる可能性がある。そこで、本実施の形態において、液体吐出信号累積値に応じて補充する送液条件は、液体吐出信号累積値と実際の液体吐出量を予め測定してその上限値を求める。更に送液ポンプの送液量と駆動時間との関係を求め、送液量の目標値を上限値に定める。また、送液量に対応する送液時間の下限値で送液時間を決定する。

図１０は本実施の形態における液体吐出信号によるインク補充条件を説明する図である。同図の（ａ）は、液体吐出信号累積値によるインク消費量の推測値（ソフトカウント値）に対し、実際のインクヘッドでの吐出量を実験的に求めた相関図である。なお、インク吐出信号やヘッド固体バラツキにより異なるため、統計上の最大値（図中点線で示す）と最小値（図中一点鎖線で示す）を定めると、ほぼ全てのインクヘッドにおいて実際の吐出量（消費量）は両者の間に入ることになる。一方、同図の（ｂ）は、インクを補充するための送液ポンプの駆動時間に対する実際のインクの送液量を実験的に求めた相関図である。ポンプの固体バラツキにより異なるため、統計上の最大値（図中点線で示す）と最小値（図中一点鎖線で示す）を定めると、ほぼ全てのポンプにおいて実際の送液量は両者の間に入ることになる。なお、送液ポンプの駆動時間は、回転角などポンプの送液量条件を表す指標であれば何でもよい。

ここで、本発明のインク補充条件を、以下のように設定する。すなわち、液体吐出信号に対する実際のインク吐出量（図１０中実線で示す）は、図１０の（ａ）の最大値と最小値の間に位置する。この一点鎖線で示す最小吐出量を目標に、送液ポンプの駆動時間を決定するが、この場合のポンプ駆動時間は、上記最小吐出量を超えないようにするため図１０の（ｂ）に示すように送液量の最大値に対する送液時間を設定する。このようにすることにより、実際のインク消費量よりも実際のインク補給量は必ず少なくなるため、図９において印刷とインク補充の動作を繰り返してもヘッドタンクのインク量は満タン状態を超えることはない。このことより、ヘッド部での負圧が所定より低くなる、つまり正圧側になることはなく、ノズルからインクが漏れて画像を汚すという最悪状態は回避できる。この場合、実際のインク消費量よりも実際のインク補給量は必ず少なくなり、その差は最大で、図１０の（ｂ）に示した双方向矢印Ａで示した範囲になる。この差が大きくなりすぎると、ヘッドタンク内の実際のインク量が低下し、インク吐出が不安定になったりノズルから空気を吸引してインク吐出不能になる。これを避けるため、液体吐出信号に応じた想定される最大液体吐出量と、液体吐出信号による液体補充で駆動した送液ポンプによる最小送液量との差がヘッドタンクの液量制御範囲であるとする。この液量制御範囲内で負圧レバー位置検出による液体補充は実施される。

図１１は負圧レバー変位量とヘッドタンクの液量の関係を示す相関図である。即ち、上述した図７に示す従来のインクジェット記録装置のヘッドタンクにおいては、ヘッドタンクの液量を適正範囲に制御する。そのため、センサによりレバー位置を検知し、レバーの位置が所定の位置までインク補充する。即ち同図のハッチングした範囲にヘッドタンク液量を制御している。一方、本発明における印刷中におけるインク補充である印刷とインク補充の動作では、上述したように、同図の双方向矢印で示す各印刷ジョブのヘッドタンク液量の累積が不足する可能性がある。そこで、この範囲分の累計が、図中のハッチングした範囲であるヘッドタンクのインク適正量の範囲を超えないように、適時、負圧レバーによるインク補充によってズレ量をキャンセルする。このようにすることにより、ヘッドタンク内の実際のインク量が低下し、インク吐出が不安定になったり、ノズルから空気を吸引してインク吐出不能になることを回避することが可能となる。

ここで、印刷中におけるインク補充の頻度は必要以上に高くすることは望ましくない。送液ポンプの条件にもよるが、例えば同一量のインク補充を行う場合、１回で送液条件を設定して送液する方が、数回に分割して送液するよりも、送液量誤差が少ない。また、ヘッドタンクへのインク補充によってヘッドタンク内の圧力が変動してこれがインク吐出に影響を及ぼす懸念もある。

そこで、液体吐出信号による液体補充は、印字ジョブ間もしくはページ間もしくはスキャン間でこの順の優先順位で実施されることが望ましい。また、液体吐出信号による液体補充は、液体吐出していない時間に実施する。よって、インク補充頻度も低減するとともに、インク吐出中におけるインク補充も回避する。

本発明においては、従来技術と比較して負圧レバーの位置検知によるインク補充の頻度を低下させることが可能であるが、それを無限に延長することはできず、やはり負圧レバーの位置検知によるインク補充動作は解消できないが、印刷ページの途中で負圧レバーの位置検出によるインク補充動作を実施する必要性はほぼ解消される。

以上説明したように、本実施の形態のインクジェット記録装置によれば、図４に示すように記録ヘッド１４が搭載されたキャリッジ１３に固定されたヘッドタンク１５は、少なくとも一つの面を構成する可撓性のフィルム状部材１０２と、ヘッドタンク１５内が負圧状態のときは少なくともフィルム状部材１０２を液体収納側から外側へ付勢する弾性部材１０３とを含んで構成されている。そして、ヘッドタンク１５を構成するフィルム状部材１０２は、大気開放後インクが供給されるとフィルム状部材１０２はインク容積の増加に従って膨らみ、大気開放解除後インクの吐出により上記ヘッドタンク１５内のインク容積の減少に従って凋む。一方、フィルム状部材１０２は大気開放解除後の液体収納部に負圧を発生させる機能を有している。更に、フィルム状部材１０２の外面側に当接してフィルム状部材の膨張と収縮に伴う変形に応じて変位可能な負圧レバー１０６が設けられている。そして、大気開放後のインクの満タン供給が終了した後大気開放を解除し、数滴の吐出が行われてヘッドタンク内が初期の負圧状態になったときの負圧レバー１０６の位置情報を記憶しておく。このように、負圧レバー１０６の位置を検出することでフィルム状部材１０２の変位、つまり収納されているインクの増減が検出できる。インクの補充が必要となったときや印字終了後に、インクの負圧レバー１０６の位置検出を行い、記憶しておいた初期の負圧状態の負圧レバーの位置に負圧レバー１０６の位置が達するまで、上記ヘッドタンクにインクが満タンになるまで補充する。印字開始後、負圧レバーによる位置検出後のインク補充が行われ、画像形成を行うための液体吐出信号に基づいてインク吐出量に相当するインクの消費量分を算出する。そして、その算出した結果のインクの消費量分をヘッドタンクに補充する。よって、印字中にヘッドタンク内のインクが空になることがなくなるため、負圧レバーの位置検出に伴うキャリッジの移動に要する時間がなくなり、印刷時間が短縮できる。

また、図１０に示すように、液体吐出信号に基づいて算出されるインク吐出量に対する実際の吐出量とのバラツキ分布の吐出量下限値を求める。更には、この吐出量下限値に対応し、かつ送液ポンプに供給される送液駆動信号に基づいて算出される送液量に対する実送液量とのバラツキ分布の送液量上限値を求めて予め記憶しておく。そして、負圧レバーの位置検出によって検出した記録ヘッドのメニスカス圧の圧力を所定の適正圧力範囲の圧力下限値を下回った場合には、少なくとも所定の適正圧力範囲の圧力上限値まで回復するように液体補充を行う。また、液体吐出信号によるインク補充処理におけるインク補充量は吐出量下限値から算出し、算出したインク補充量は送液量上限値から算出している。更に、図１１に示すように、液滴吐出信号に基づいて算出した液体吐出量より少ない量の液体を補充する。よって、空状態よりもインク量が少なくなると記録ヘッドにおける負圧が異常に上昇したり、インク吐出が不安定になったりノズルから空気を吸い込んでインク吐出ができなくなるという不具合を回避できる。

更に、液体吐出信号によるインク補充処理を、印字ジョブの間、各ページ印刷の間、各スキャンの間の順の優先順位で行う。また、液体吐出信号によるインク補充処理は記録ヘッドからインクを吐出していないときに行われる。このように、印刷が一時的に行われない時、つまり少なくとも画像形成が行われていない時に、インク補充処理を行うことで印刷時間の短縮を図ることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換、応用が可能である。

１３ キャリッジ
１４ 記録ヘッド
１５ ヘッドタンク
１００ インク収納部
１０１ 容器本体
１０２ フィルム状部材
１０３ バネ
１０６ 負圧レバー
１５３ 大気開放ピン
３０３ 負圧レバー位置検出センサ

特開２００５?５９４９０号公報

Claims (2)

1. 液体を収納した交換可能な液体タンクと、液滴吐出信号に基づいて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドに固定され、かつ送液駆動信号に基づいて送液手段により前記液体タンクから供給される液体を一時貯蔵し、貯蔵した液体を前記液滴吐出ヘッドに供給するヘッドタンクと、前記液滴吐出ヘッドのメニスカス圧を制御するために前記ヘッドタンクに設けられた圧力制御手段と、前記メニスカス圧を検知する圧力検知手段とを有する液滴吐出装置において前記送液手段によって前記液体タンクから前記ヘッドタンクへ液体を補充する方法であって、
   前記圧力検知手段によって前記メニスカス圧を検知する検知ステップと、
   前記検知ステップによって検知された前記メニスカス圧が所定の範囲の圧力閾値を下回った場合には、前記メニスカス圧が、少なくとも所定の適正圧力範囲の前記圧力閾値まで回復するように前記液体タンクから前記ヘッドタンクへ液体補充を行わせる送液駆動信号を前記送液手段へ供給して第１の補充動作を行う第１補充動作ステップと、
   前記検知ステップを行わずに、前記液滴吐出信号に基づいて算出した液体吐出量より少ない量の液体を前記液体タンクから前記ヘッドタンクへ補充させる送液駆動信号を前記送液手段へ供給して第２の補充動作を行う第２補充動作ステップとを備え、
   前記液体吐出信号から前記第２の補充動作による送液駆動信号を求めるにあたり、送液駆動信号に対する実際の送液量のバラツキにおける最大の送液量が、液体吐出信号による液体消費量の推測値に対する実際の吐出量のバラツキにおける最小の吐出量となる送液駆動信号を求めることを特徴とする液滴吐出装置の液体補充方法。
2. 液体を収納した交換可能な液体タンクと、
   液滴吐出信号に基づいて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、
   該液滴吐出ヘッドに固定され、かつ送液駆動信号に基づいて送液手段により前記液体タンクから供給される液体を一時貯蔵し、貯蔵した液体を前記液滴吐出ヘッドに供給するヘッドタンクと、
   前記液滴吐出ヘッドのメニスカス圧を制御するために前記ヘッドタンクに設けられた圧力制御手段と、
   前記メニスカス圧を検知する圧力検知手段とを有する液滴吐出装置において、
   前記圧力制御手段は、前記圧力検知手段によって検知された前記メニスカス圧が所定の範囲の圧力閾値を下回った場合には、前記メニスカス圧が、少なくとも所定の適正圧力範囲の前記圧力閾値まで回復するように前記液体タンクから前記ヘッドタンクへ液体補充を行わせる送液駆動信号を前記送液手段へ供給して第１の補充動作を行うとともに、前記圧力検知手段による前記メニスカス圧の検知を行わずに、前記液滴吐出信号に基づいて算出した液体吐出量より少ない量の液体を前記液体タンクから前記ヘッドタンクへ補充させる送液駆動信号を前記送液手段へ供給して第２の補充動作を行うものであり、
   前記液体吐出信号から前記第２の補充動作による送液駆動信号を求めるにあたり、送液駆動信号に対する実際の送液量のバラツキにおける最大の送液量が、液体吐出信号による液体消費量の推測値に対する実際の吐出量のバラツキにおける最小の吐出量となる送液駆動信号を求めることを特徴とする液滴吐出装置。

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