JP5674371B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリンタや複写機に代表される画像形成装置、特に多数のノズルからインクを吐出して用紙などの記録媒体に印刷を行うインクジェット式の画像形成装置に関する。

画像形成装置においては、近年特に家庭用のプリンタとしてインクジェット式プリンタが広く普及している。インクジェット式プリンタは記録装置である記録ヘッドに備えられた多数のノズルからインクを吐出して記録媒体である用紙などに印刷を実行する画像形成装置である。インクジェット式プリンタは小型で安価、静音性に優れているといった利点から普及が進み、昨今各メーカーから多数の機種が提供されている。

インクジェット式プリンタでは高品質な画像形成を継続して遂行するため、安定したインク吐出を維持する必要がある。このため、記録ヘッドにインクを供給するインクタンクのインク量の管理が重要である。これに関して、インクジェット式プリンタには、例えば記録ヘッドとインクタンクのインク液面との間の水頭差を注目しこれを管理しているものがある。この水頭差を予め設定した所定範囲で維持しないと記録ヘッドに許容できない負圧がかかり、インクの正常な吐出が実現できない虞がある。

このようにして、インクタンクのインク量を常に一定にしておく必要があるため、インクタンクのインクの残量検知部を備えたインクジェット式プリンタが提案され、その一例を特許文献１に見ることができる。特許文献１に記載されたインクジェット記録装置はインクタンク内に一対の電極で構成されるインクの残量検知部が備えられている。この残量検知部はそれら電極間のインクの有無によるインピーダンス変化に基づきインクの貯留状態を検知することができる。

特開２００７−９０５５８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のような構成のインクの残量検知部の場合、インク量を検知する電極に長時間電圧を印加することに起因して電極表面でインクが凝集する不具合の発生が懸念されている。これにより、凝集物が電極から離散してインクの流路を塞いでしまう可能性がある。なお、インクの流路にフィルタを設けている場合もあるが、フィルタも微小な異物の除去に関して絶対的なものではないこともあり凝集物がフィルタをすり抜ける虞がある。

そして、電極表面で凝集したインクの凝集物が記録ヘッドのインク吐出ノズルまで到達すると、インク吐出ノズルは非常に微細で精密な加工が施された部材であるので、インク吐出ノズルを詰まらせてしまう可能性が高い。その結果、インクの適正な吐出が実現できず画像品質が低下したり、ノズルが破損したりする不具合が発生する虞がある。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、インクジェット式の画像形成装置において、インクタンクのインク量を検知するにあたって検知用電極におけるインクの凝集を抑制することができ、インクの吐出不良やインク吐出ノズルの破損を回避して、高品質な画像形成を遂行することが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の画像形成装置は、用紙にインクを吐出する記録ヘッドと、前記記録ヘッドにインクを供給するインクタンクと、前記インタンク内に設けた一対の電極間に流れる電流に基づき前記インクタンクのインクが所定量を満たすか否かを検知する残量検知部と、前記記録ヘッドからのインクの吐出量を検出する吐出量検出部と、前記吐出量検出部により検出されたインク吐出量に基づき前記残量検知部による検知時間間隔を制御する制御部と、を備えることとした。

この構成によれば、例えばインク吐出量が比較的少ないとき残量検知部による検知時間間隔を長めに設定できるので、残量検知部の電極に電圧を印加する時間をできるだけ短くすることができる。

なお、上記「所定量」は予め設定したインクタンクの任意のインク量であり、例えば記録ヘッドとインクタンクのインク液面との間の水頭差を考慮して設定することにしても良い。

また、上記構成の画像形成装置において、前記制御部は、単位時間あたりのインク吐出量が多くなるほど前記検知時間間隔を短くし、単位時間あたりのインク吐出量が少なくなるほど前記検知時間間隔を長くすることとした。

この構成によれば、インク吐出量の多寡に応じて検知時間間隔が設定されるので、インクタンクのインクが所定量を満たすよう適宜対応しながら残量検知部の電極に電圧を印加する時間をできるだけ短くすることができる。

また、上記構成の画像形成装置において、前記制御部は、前記記録ヘッドの動作状態が待機状態または通常印字状態または性能維持のためのパージ状態とを識別し、前記待機状態のとき前記残量検知部によるインク残量検知を休止させ、前記通常印字状態またはパージ状態のとき前記吐出量検出部により検出されたインク吐出量に基づき前記残量検知部による検知時間間隔を制御することとした。

この構成によれば、インクを吐出していないときインク残量検知が休止されるので、残量検知部の電極に電圧が印加されない。

また、上記課題を解決するため、本発明の画像形成装置は、用紙にインクを吐出する記録ヘッドと、前記記録ヘッドにインクを供給する副インクタンクと、前記副インクタンクにインクを供給する主インクタンクと、前記副インタンク内に設けた一対の電極間に流れる電流に基づき前記副インクタンクのインクが所定量を満たすか否かを検知する残量検知部と、前記残量検知部により検出された前記副インタンクのインクが所定量より少ないとき、前記主インクタンクから前記副インクタンクにインクを供給させるとともに、前記副インクタンクのインクが所定量に到達するまで前記残量検知部による検知時間間隔を前記副インクタンクのインクが所定量以上であるときの検知時間間隔と比較して短く設定する制御部と、を備えることとした。

この構成によれば、主インクタンクから副インクタンクへのインク供給は供給速度が比較的速い場合が多いので、副インクタンクのインク量を迅速且つ適正に検知でき所定量に維持することができる。そして、副インクタンクのインクが所定量以上であるとき残量検知部による検知時間間隔を比較的長く設定できるので、残量検知部の電極に電圧を印加する時間をできるだけ短くすることができる。

本発明の構成によれば、インクジェット式の画像形成装置において、インクタンクのインク量を検知するにあたって検知用電極におけるインクの凝集を抑制することができ、インクの吐出不良やインク吐出ノズルの破損を回避して、高品質な画像形成を遂行することが可能な画像形成装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るインクジェット式プリンタの模型的垂直断面正面図である。 図１のプリンタの構成を示すブロック図である。 図１に示すプリンタのインク供給部の概略構成図である。 図３に示すインク供給部の残量検知部の正面図及び上面図である。 残量検知部の検知時間間隔の設定に係るパージ状態の動作を示すフローチャートである。 残量検知部の検知時間間隔の設定に係る印刷状態の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図１〜図６に基づき説明する。

最初に、本発明の実施形態に係る画像形成装置について、図１及び図２を用いてその構造の概略を説明しつつ、画像出力動作を説明する。図１は画像形成装置の一例であるインクジェット式プリンタの概略構造を示す模型的垂直断面正面図、図２はプリンタの構成を示すブロック図である。

図１に示すように、プリンタ１の本体２の内部下方には給紙部３が配置されている。給紙部３は給紙カセット４と、給紙装置５とを備えている。給紙カセット４の内部には用紙Ｐが積まれて収容されている。給紙装置５は給紙カセット４の用紙搬送方向下流部上方に配置されている。この給紙装置５により、用紙Ｐは図１において給紙カセット４の右上方に向けて送り出される。

給紙部３の用紙搬送方向下流には、用紙搬送路６、搬送ローラ対７、８、レジストローラ９、搬送ユニット３０、及び記録装置４０が配置されている。給紙カセット４から送り出された用紙Ｐは搬送ローラ対７、８よって送りが与えられ、用紙搬送路６を通ってレジストローラ９の箇所に到達する。レジストローラ９は用紙Ｐの斜め送りを矯正しつつ記録装置４０が実行するインク吐出動作とのタイミングを計り、用紙Ｐを搬送ユニット３０へと送り出す。

搬送ユニット３０は搬送ベルト３１、駆動ローラ３２、従動ローラ３３、テンションローラ３４、及び吸引ユニット３５を備えている。搬送ベルト３１は無端状に形成されたベルトで、駆動ローラ３２、従動ローラ３３、テンションローラ３４に巻き掛けられている。そして、搬送ベルト３１は駆動ローラ３２により図１において反時計方向に回転する。レジストローラ９によって送り出された用紙Ｐはこの搬送ベルト３１の上面に載置され、図１において右方から左方へと搬送される。

吸引ユニット３５は吸引ダクト３５ａと、吸引ポンプ３５ｂとを備えている。吸引ダクト３５ａは搬送ベルト３１の内側であって、搬送ベルト３１の用紙搬送面の反対面に対向する箇所に備えられている。吸引ダクト３５ａはその上面に多数の空気吸引用の孔（図示せず）を備えるとともに吸引ポンプ３５ｂに接続され、吸引ポンプ３５ｂを動作させることによりその上面から下方に向かって空気を吸引することができる。また、搬送ベルト３１にも多数の吸引孔（図示せず）が設けられている。これにより、搬送ユニット３０は搬送ベルト３１と吸引ユニット３５とを用いて、用紙Ｐを搬送ベルト３１の上面に吸着させながら搬送する。

一方、プリンタ１は外部コンピュータ（図示せず）から、文字や図形、模様などの画像データ信号を受信する。この画像データの情報は後述の制御部や画像処理部などを経由して画像処理が施された後、搬送ユニット３０と対向するようにその上方に配置された記録装置４０に送られる。記録装置４０はインク吐出ノズル（図示せず）の先端部が位置する底面と搬送ベルト３１の上面である用紙搬送面との間に微小間隔（例えば１ｍｍ）を設けて配置されている。

記録装置４０は、インクヘッドであるライン型インクジェット記録ヘッド４１（以下、記録ヘッドと称す）を４台備えている。４台の記録ヘッド４１は各々用紙搬送方向と直角をなす用紙幅方向に向かって延び、さらにそれらが図１に示すように搬送ベルト３１の回転方向に沿って回転方向上流側から下流側に向けて一列に並べて配置されている。４台の記録ヘッド４１とは上流側から順に、ブラック用の記録ヘッド４１Ｋ、シアン用の記録ヘッド４１Ｃ、マゼンタ用の記録ヘッド４１Ｍ、及びイエロー用の記録ヘッド４１Ｙである。

また、プリンタ１は各色の記録ヘッド４１に対応してインク供給部５０を備えている。各色のインクはこのインク供給部５０により記録ヘッド４１に供給される。なお、インク供給部５０の詳細な構成は後述する。また、以下の説明において、特に限定する必要がある場合を除き「Ｋ」「Ｃ」「Ｍ」「Ｙ」の識別記号は省略するものとする。

記録装置４０の各記録ヘッド４１は、外部コンピュータから受信した画像データの情報に対応して、搬送ベルト３１表面に載置された用紙Ｐに向かってインク吐出ノズルからインクを吐出する。そして、搬送ベルト３１の回転とともに、所定のタイミングで各記録ヘッド４１から各色のインクが順次吐出されることにより、搬送ベルト３１表面上の用紙Ｐにはブラック、シアン、マゼンタ、イエローの４色のインクが重ね合わされたカラーインク画像が形成、印刷される。

搬送ユニット３０の用紙搬送方向下流には乾燥装置１０が配置されている。記録装置４０から用紙Ｐに吐出されたインクは乾燥装置１０によって乾燥される。

乾燥装置１０の下流には、排紙部１１が備えられている。そして、排紙部１１は排出ローラ１２、排出口１３、及び排出トレイ１４を備えている。乾燥装置１０で印刷されたインクの乾燥が済んだ用紙Ｐは排出ローラ１２によって左方に送られ、排出口１３を通して、本体２の左側面外側に設けられた排出トレイ１４において機外に排出される。

そして、プリンタ１は装置全体の動作制御のため、図２に示すようにその本体２内にＣＰＵ１６やその他の図示しない電子部品で構成された制御部１５を備えている。制御部１５は中央演算処理装置であるＣＰＵ１６と画像処理部１７とを利用し、記憶部１８に記憶、入力されたプログラム、データに基づき給紙部３、搬送ユニット３０、記録装置４０、インク供給部５０、排紙部１１などといった構成要素を制御して一連の画像形成動作を実現する。また、プリンタ１には動作制御に利用する時間を計測するための計時部１９が備えられている。

そして、制御部１５は吐出量検出部２０を備えている。吐出量検出部２０は記録ヘッド４１からのインクの吐出量を検出する。インクの吐出量は、例えば用紙Ｐの紙面に対する印字率として検出される。なお、印字率はプリンタ１の印刷速度との関係から単位時間当たりのインク吐出量を意味することがある。

印字率に関して吐出量検出部２０は、例えば１ページの画像データに基づいて、１ページにおける全ドット数（全画素数）に対するインクを吐出させるドット（画素）の数の比を演算して印字率を求める。なお、吐出量検出部２０は１ページの画像データを複数のブロックに分割し、各ブロックについて印字率を求めてもよい。また、吐出量検出部２０は色ごとに印字率を求める。

続いて、インク供給部５０の詳細な構成について、図２に加えて、図３及び図４を用いて説明する。図３はインク供給部の概略構成図、図４はインク供給部の残量検知部の正面図及び上面図である。

インク供給部５０は各色のインクを対応する記録ヘッド４１に供給するためのものであり、主インクタンク５１、副インクタンク５２、供給チューブ５３、電磁弁５４、及び残量検知部５５を備えている。なお、インク供給部５０はインクの色ごとに設けられるが、どの色のインクのものも同様の構成であるので、以下の説明は全てのインク供給部５０に適用される。

主インクタンク５１及び副インクタンク５２はともにインクを貯留しておくための貯留タンクである。主インクタンク５１は副インクタンク５２よりもインク容量が大きく、インク供給経路の上流側に配置されている。副インクタンク５２は主インクタンク５１よりもインク容量が小さく、インク供給経路の下流側であって主インクタンク５１と記録ヘッド４１との間に配置されている。主インクタンク５１、副インクタンク５２、及び記録ヘッド４１はこの順に供給チューブ５３で連結され、インク供給経路が形成されている。

主インクタンク５１と副インクタンク５２との間の供給チューブ５３には電磁弁５４が設けられている。制御部１５はこの電磁弁５４の開閉を制御することにより、記録ヘッド４１に直接インクを供給する副インクタンク５２のインク量を調整することができる。

残量検知部５５は副インクタンク５２の内部に設けられている。そして、残量検知部５５は副インクタンク５２内のインクが予め設定した所定量を満たすか否かを検知するため、インクタンク５２の比較的上部のインク液面が検知可能な箇所に配置されている。残量検知部５５は図４に示すように一対の電極５５ａで構成されている。

制御部１５は一対の電極５５ａに電圧を印加し、それら電極５５ａ間に流れる電流に基づき副インクタンク５２内のインクが所定量を満たすか否か残量を検知する。具体的に言えば、例えば制御部１５は残量検知部５５（電極５５ａ）と接続される。そして、制御部１５は残量検知部５５に対して残量検知を指示して電極５５ａに電圧を印加させる、或いは直接電極５５ａに電圧を印加する。その後、制御部１５は電極５５ａに電流が流れたか否かを確認する。そして、制御部１５は記録ヘッド４１による安定したインク吐出を実現するため、記録ヘッド４１と副インクタンク５２のインク液面との間の水頭差Ｈを予め設定した所定範囲で維持するようにしている（図３参照）。

さらに、制御部１５は残量検知部５５の一対の電極５５ａ間に常時電圧を印加して残量検知を実行しているわけではない。すなわち、制御部１５は検知時間間隔を適宜変更して設定し直し、計時部１９を利用して断続的に残量検知部５５による残量検知を実行している。

続いて、残量検知部５５の検知時間間隔の設定に係る動作について、図５及び図６に示すフローを参照しつつ説明する。図５はパージ状態における残量検知部５５の検知時間間隔の設定に係る動作を示すフローチャート、図６は印刷状態における残量検知部５５の検知時間間隔の設定に係る動作を示すフローチャートである。

なお、「パージ状態」とは、記録ヘッド４１のインク吐出ノズル（図示せず）の目詰まりなどを解消して性能を維持するために、印刷時以外のタイミングでインクを吐出させる状態を意味する。

まず、この記録ヘッド４１のパージ状態において（図５のスタート）、制御部１５は残量検知部５５による副インクタンク５２の残量検知を実行する（図５のステップ＃１０１）。このとき、制御部１５は直前の残量検知から、設定した検知時間間隔を経て残量検知を実行する。そして、制御部１５は副インクタンク５２が所定量未満であるか否かを判別する（ステップ＃１０２）。

副インクタンク５２が所定量未満であるとき（ステップ＃１０２のＹｅｓ）、制御部１５は主インクタンク５１から副インクタンク５２にインクを供給させる（ステップ＃１０３）。続いて、制御部１５は残量検知部５５の検知時間間隔を例えば１秒に設定する（ステップ＃１０４）。そして、制御部１５は再度ステップ＃１０１に戻り、副インクタンク５２の直前の残量検知から、設定した検知時間間隔を経て残量検知を実行する。

一方、ステップ＃１０２において副インクタンク５２が所定量未満ではない（ステップ＃１０２のＮｏ）、すなわち副インクタンク５２が所定量を満たしているとき、制御部１５は主インクタンク５１から副インクタンク５２へのインク供給を停止させる（ステップ＃１０５）。なお、インク供給中でなければ供給停止状態を維持する。

次に、制御部１５はパージ状態が終了したか否かを判別する（ステップ＃１０６）。パージ状態が終了した場合（ステップ＃１０６のＹｅｓ）、制御部１５はパージ状態における残量検知部５５の検知時間間隔の設定に係る動作を終了する（図５のエンド）。そして、制御部１５はプリンタ１を待機状態にして残量検知部５５による副インクタンク５２のインク残量検知を休止させる。

一方、ステップ＃１０６においてパージ状態が終了していない場合（ステップ＃１０６のＮｏ）、制御部１５は残量検知部５５の検知時間間隔を例えば７秒に設定する（ステップ＃１０７）。そして、制御部１５は再度ステップ＃１０１に戻り、副インクタンク５２の直前の残量検知から、設定した検知時間間隔を経て残量検知を実行する。

上記のように副インクタンク５２のインクが所定量に到達するまで残量検知部５５による検知時間間隔を副インクタンク５２のインクが所定量以上であるときの検知時間間隔（７秒）と比較して短く設定する（１秒）。主インクタンク５１から副インクタンク５２へのインク供給は供給速度が比較的速い場合が多いので、副インクタンク５２のインク量を迅速且つ適正に検知でき所定量に維持することができる。そして、副インクタンク５２のインクが所定量以上であるとき残量検知部５５による検知時間間隔を比較的長く設定できるので、残量検知部５５の電極５５ａに電圧を印加する時間をできるだけ短くすることができる。

続いて、プリンタ１の印刷状態において（図６のスタート）、制御部１５は残量検知部５５による副インクタンク５２の残量検知を実行する（図６のステップ＃２０１）。このとき、制御部１５は直前の残量検知から、設定した検知時間間隔を経て残量検知を実行する。以下、ステップ＃２０１〜ステップ＃２０５までの動作フローは先に説明した図５のステップ＃１０１〜ステップ＃１０５の動作フローと同じであるので、説明を省略する。

次に、制御部１５は印刷状態が終了したか否かを判別する（ステップ＃２０６）。印刷状態が終了した場合（ステップ＃２０６のＹｅｓ）、制御部１５は印刷状態における残量検知部５５の検知時間間隔の設定に係る動作を終了する（図６のエンド）。そして、制御部１５はプリンタ１を待機状態にして残量検知部５５による副インクタンク５２のインク残量検知を休止させる。

一方、ステップ＃２０６において印刷状態が終了していない場合（ステップ＃２０６のＮｏ）、制御部１５は吐出量検出部２０を用いて記録ヘッド４１からのインク吐出量、すなわち用紙Ｐの紙面に対する印字率を検出する。

そして、制御部１５は用紙Ｐの紙面に対する印字率が３０％未満であるか否かを判別する（ステップ＃２０７）。なお、この印字率は複数枚印刷するときの１ページ目の印字率で判別しても良いし、印刷当初の数ページの平均印字率で判別しても良いし、その他の方法で得られる印字率で判別しても良い。印字率が３０％未満であるとき（ステップ＃２０７のＹｅｓ）、制御部１５は残量検知部５５の検知時間間隔を例えば６０秒に設定する（ステップ＃２０８）。

印字率が３０％未満でないとき（ステップ＃２０７のＮｏ）、制御部１５は印字率が６０％以上であるか否かを判別する（ステップ＃２０９）。印字率が６０％以上であるとき（ステップ＃２０９のＹｅｓ）、制御部１５は残量検知部５５の検知時間間隔を例えば２０秒に設定する（ステップ＃２１０）。一方、印字率が６０％以上でないとき（ステップ＃２０９のＮｏ）、すなわち印字率が３０％以上６０未満であるとき、制御部１５は残量検知部５５の検知時間間隔を例えば３０秒に設定する（ステップ＃２１１）。このようにインク吐出量の多寡に応じて検知時間間隔が設定されるので、副インクタンク５２のインクが所定量を満たすよう適宜対応しながら残量検知部５５の電極５５ａに電圧を印加する時間をできるだけ短くすることができる。

用紙Ｐに対する印字率、すなわちインク吐出量に基づき残量検知部５５の検知時間間隔を制御して設定すると、制御部１５は再度ステップ＃２０１に戻り、副インクタンク５２の直前の残量検知から、設定した検知時間間隔を経て残量検知を実行する。

上記のようにして、用紙Ｐに対する印字率、すなわちインク吐出量が少ないとき残量検知部５５による検知時間間隔を比較的長く設定できるので、残量検知部５５の電極に電圧を印加する時間をできるだけ短くすることができる。さらに、プリンタ１が待機状態にありインクを吐出していないときインクの残量検知が休止されるので、残量検知部５５の電極に電圧が印加されない。

そして、上記実施形態の構成によれば、インクジェット式の画像形成装置であるプリンタ１において、副インクタンク５２のインク量を検知するにあたって残量検知部５５の電極５５ａにおけるインクの凝集を抑制することができ、インクの吐出不良やインク吐出ノズルの破損を回避して、高品質な画像形成を遂行することが可能なプリンタ１を提供することができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明は、多数のノズルからインクを吐出して用紙などの記録媒体に印刷を行うインクジェット式の画像形成装置において利用可能である。

１ プリンタ（画像形成装置）
１５ 制御部
１９ 計時部
２０ 吐出量検出部
４０ 記録装置
４１ 記録ヘッド
５０ インク供給部
５１ 主インクタンク
５２ 副インクタンク
５５ 残量検知部
５５ａ 電極

Claims (1)

1. 用紙にインクを吐出する記録ヘッドと、
   前記記録ヘッドにインクを供給する副インクタンクと、
   前記副インクタンクにインクを供給する主インクタンクと、
   前記副インクタンク内に設けた一対の電極間に流れる電流に基づき前記副インクタンクのインクが所定量を満たすか否かを検知する残量検知部と、
   前記副インクタンクのインク量に基づき前記残量検知部による検知時間間隔を設定する制御部と、
   を備え、
   前記制御部が、
   前記記録ヘッドの動作状態が前記記録ヘッドの性能維持のために印刷時以外のタイミングで前記インクを吐出するパージ状態である場合において、
   前記副インクタンクのインクが所定量未満ではないとき且つパージ状態が終了していない場合に設定する前記残量検知部による検知時間間隔を、
   前記副インクタンクのインクが所定量未満であるときに設定する前記残量検知部による検知時間間隔と比較して長くする
   ことを特徴とする画像形成装置。

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