JP5966758B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、ラインエンジンを備えるインクジェット記録装置に関するものである。

記録ヘッドからインク滴を吐出して記録を行うインクジェット記録装置・画像形成装置において、主走査方向に記録ヘッド（以下、単に「ヘッド」と記す場合もある）を複数個並べたラインエンジンを備えるラインインクジェット方式のものがある。このようなラインエンジンの構成で、１つの記録ヘッドを交換可能とする構成はすでに知られている。

しかし従来、ラインエンジンにおける１ヘッドの交換が可能な構成のインクジェット記録装置では、任意のヘッドが故障したり破損したりした場合には、対象のヘッドのみを交換する必要がある。

ラインエンジン構成でのインク供給流路は、サブタンクから各ヘッドにインクを分配するためのマニホールドを備えている場合が多く、そのような供給流路の構成においては、１ヘッド交換に対応するため、装置が大型化したり、ヘッドの交換作業性が良くない、装置コストが高くなってしまうという問題があった。

また従来は、交換後のヘッドにインク充填を行う場合、ラインエンジン構成においては、交換したヘッドのみから気泡を排出させるのではなく、他のヘッドからも略均等に気泡と一緒にインクが排出されるような構成になっていた。このような構成では、ヘッド交換後のインク充填によって、大量のインクが捨てられてしまうという問題、及びインク充填に要する時間が長くなるという問題があった。

特開２０１０−１３１９５９号公報（特許文献１）には、簡単な構成で分岐部材（ディストリビュータ）に停滞した気泡を排出し、気泡排出時に一緒に流れ出す廃液となるインク量を低減するという目的で、各ヘッドに対してインクを分岐して供給する分岐部材（ディストリビュータ）を有し、分岐部材に気泡排出口を開閉する電磁弁を有し、サブタンクと分岐部材との間にポンプを備え、インクを分岐部材に送り込むことで分岐部材の気泡を気泡排出口から排出させるようにした構成が開示されている。

また、特開２０１１−１４８１０１号公報（特許文献２）には、ヘッドタンク（同文献内ではサブタンク）の小型化とヘッドタンク内の気泡排出向上という目的で、ヘッドタンク内にフィルター部材を設け、フィルター部材によって上流室と下流室に分けられ、インク収容部の下流部からインクをヘッドに供給する供給経路と、ヘッドの排出口部から排出されるインクを外部に排出する排出経路とを設けた構成が開示されている。

しかし、いずれも装置構成が複雑であり、装置の大型化、ヘッドの交換作業性、装置コストが高くなってしまうという問題は解決されていない。

そこで、本発明は、ラインエンジンを備える従来の装置における上述の問題を解決し、マニホールドを必要とせず省スペースで低コストであり且つ記録ヘッドの交換作業性に優れるとともに、記録ヘッド交換後のインク充填時に捨てられるインク量を低減でき、また、短時間でインク充填を行うことのできるラインインクジェット方式の記録装置を提供することを課題とする。

この課題を解決するため、本発明は、主走査方向に複数個の記録ヘッドを並べたラインエンジンを具備し、任意の記録ヘッドが交換可能に構成されているインクジェット記録装置において、前記記録ヘッドは、ヘッド上に装着されたヘッドタンクを備え、該ヘッドタンクはインクの供給ポート及び排出ポートを有しており、隣接する前記ヘッドタンク同士は、それぞれの排出ポートと供給ポートで接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、ラインエンジンがマニホールドを必要としない構成であるため、省スペースで低コストであり且つ記録ヘッドの交換作業性に優れるとともに、記録ヘッド交換後のインク充填時に捨てられるインク量を低減でき、また、短時間でインク充填を行うことが可能である。

本発明に係るライン型インクジェット画像形成装置の一例における概略構成を示す構成図である。 その画像形成装置のインク供給系の構成を示す図である。 ４色のインク供給系を主走査方向から見た図である。 ヘッド交換後にインク充填する際の流路の接続状態を示す図である。 インク供給系の第２実施例を示す図である。 第２実施例のインク供給系における、ヘッド交換後のインク充填時の接続状態を示す図である。 ヘッドタンクの内部構成を示す詳細図である。 第２実施形態におけるインク供給系の構成を示す図である。 サブタンク内のインク検知方法と供給流路内の負圧形成方法を説明するずである。 サブタンク内のインク検知方法と供給流路内の負圧形成方法を説明するずである。 ヘッド交換時のインク供給系を示す図である。 ヘッド交換時のサブタンク２ａ付近を示す図である。 第２実施形態におけるヘッド交換の様子を説明する図である。 第２実施形態におけるヘッド交換の様子を説明する図である。 インク供給経路内の負圧形成方法が異なる実施例を示す図である。 従来構成におけるインク供給系について説明する図である。 従来構成におけるヘッド部全体のサイズについて説明するための図である。 従来構成におけるヘッド交換後のインク充填時の様子を示す図である。

本発明の実施形態を説明する前に、図１６〜図１８を参照して従来のラインエンジンにおけるインク供給系について説明する。
図１６の（ａ）図に示すように、各記録ヘッド（吐出ヘッド）１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅにはそれぞれヘッドタンクａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１が設けられている。ヘッドとヘッドタンクからなるヘッドモジュールの上部には供給マニホールド７０と廃液マニホールド７１が配置されており、各マニホールド（７０，７１）と各ヘッドタンク（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１）はチューブ等の供給流路で接続されている。（ｂ）図の側面図から分かるように、各ヘッドモジュールは主走査方向（用紙搬送方向と直交する方向）に１列に並べられてラインヘッドを構成している。主走査方向に複数個（図示例では５個）のヘッドを並べたラインエンジン構成において、その中の１つのヘッドを（任意のヘッドを）交換可能なように、供給流路の途中にはカップリング５０を設けており、流路にインクが入っている状態でも流路を切り離すことが可能となっている。なお、図の煩雑を避けるため、各マニホールド（７０，７１）と各ヘッドタンク（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１）を接続する流路にそれぞれ設けられるカップリングのうち、図の左端のもののみに符号５０を付している。

１ヘッド交換を行う際のヘッド着脱時に、マニホールドとの干渉を避ける為に、各ヘッドタンク（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１）から上部方向にマニホールドを配置しないよう（ヘッドタンクの上方にマニホールド７０，７１が位置しないよう）にしている従来の構成例である。このような構成では、供給系及びヘッドモジュール（ヘッドとヘッドタンク）などを含めた幅方向（用紙搬送方向）のスペースを大きくとるため、省スペース化という点で課題がある。

図１６では１ライン（１列）のみを示しているが、カラーインクジェット記録装置では、通常、複数列のライン構成となるため、ヘッド部全体でのサイズ大型化につながる。すなわち、図１７に示すように、全４色の供給系では、各色毎のラインが用紙搬送方向に４列並んだ構成となり、用紙搬送方向にヘッド列，マニホールド列，ヘッド列，マニホールド列・・・というような配列となり、インク供給系及びヘッドモジュールを含む全体の（ヘッド部全体の）用紙搬送方向のサイズが大きくなってしまう。

図１８は、図１６及び図１７の構成におけるヘッド交換後のインク充填時の様子を示す図である。ここでは、ヘッド１ｃ及びヘッドタンクｃ１からなるヘッドモジュール（モジュールｃと称す）を交換した場合を示している。

モジュールｃを交換後にインク充填を行う場合、交換していないヘッド（１ａ，１ｂ，１ｄ，１ｅ）及びヘッドタンク（ａ１，ｂ１，ｄ１，ｅ１）内にはインクが充填されており、交換したヘッド（１ｃ）とヘッドタンク（ｃ１）にはインクが充填されていない状態である。

この状態でヘッド（１ｃ）とヘッドタンク（ｃ１）にインクを充填する場合、メインカートリッジ３ａを加圧してメインカートリッジ３ａ内のインクをサブタンク２ａ内に送る。サブタンク２ａ内から供給マニホールド７０に送られ、各ヘッドタンクにインクが供給される。このとき、廃液マニホールド７１に接続されている廃液流路３０に設けられた廃液弁（開閉弁）５２は開放された状態となっており、各ヘッドタンクからインク又は気泡が廃液マニホールド７１を通って廃液流路３０に排出される。

マニホールドを備える従来の供給系構成では、交換されたヘッド（１ｃ）及びヘッドタンク（ｃ１）にのみインクが供給されるのではなく、他のヘッド（１ａ，１ｂ，１ｄ，１ｅ）及びヘッドタンク（ａ１，ｂ１，ｄ１，ｅ１）にもインクが供給されるため、交換されたヘッド及びヘッドタンクにインクが充填されるまでには、他のヘッドから無駄に排出されるインクも多くなってしまう。

また、廃液マニホールド７１を通ってヘッドタンクｃ１内の気泡が排出されると同時に他のヘッドタンク（ａ１，ｂ１，ｄ１，ｅ１）からはインクも排出されており無駄に捨ててしまうインクも多かった。

なお、各ヘッド（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ）のノズル部には吸引キャップ３１が配置され、インク充填によってノズルから垂れ落ちてきたインクを受け止めて吸引している。

このように、従来の構成においては、記録ヘッド部全体でのサイズが大きくなるとともに、ヘッド交換後のインク充填時に、無駄に排出・捨てられるインクが多くなってしまっていた。

さて、本発明の実施の形態を、以下に図面を参照して詳細に説明する。なお、図１６〜図１８で説明した従来構成と同等の部分には同じ符号を付している。

図１は、本発明に係るライン型インクジェット画像形成装置の一例における概略構成を示す構成図である。このインクジェット画像形成装置は、ノズルから液滴を吐出するヘッドが記録媒体のほぼ全幅にわたりライン構成をしたラインインクジェット方式の画像形成装置である。

図１において、符号１２は、複数列（本例では４列）のライン構成を有するラインエンジンを搭載するヘッドユニットであり、搬送ユニット５の上部に配置されている。搬送ユニット５は、給紙ユニット６から給紙された用紙Ｐを搬送ベルト１１に吸着させて、図に矢印で示すように、図の右から左方向に搬送する。搬送ユニット５によって搬送される用紙Ｐの上面に、記録ヘッド（記録ヘッドについては図２以下で説明する）からインク滴を吐出させることで画像記録を行う。

搬送ユニット５の搬送ベルト１１は穴開き加工されており、搬送ユニットの下部に配置された吸引ファン１０でエアーを吸引することにより、用紙は裏面を搬送ベルト１１に吸着された状態で搬送される。ヘッドユニット１２部で画像記録が行われた後の用紙Ｐは、ガイド板９上を通過して排紙台７上に排出され積載される。なお、ヘッドユニット１２に隣接してクリーニングユニット４が設けられている。

インク供給系の構成は、インクカートリッジユニット３にセットされた各色インクカートリッジ（３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙ）から、各色インク（Ｋ：黒、Ｃ：シアン、Ｍ：マゼンタ、Ｙ：イエローの各色インク、図では塗りつぶしパターンの違いにより４色を表している）が一旦サブタンクユニット２内に配置されている各色用のサブタンク（２Ｋ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｙ）へ送られた後、各ラインの記録ヘッドに供給される。図では煩雑を避けるために黒色（Ｋ）のみインクカートリッジ３Ｋ→サブタンク２Ｋ→記録ヘッドを結ぶ供給流路（供給チューブ等）を示しているが、他の３色（Ｃ，Ｍ，Ｙ）も同様にインクカートリッジ→サブタンク→記録ヘッドが供給流路で接続されているものである。

サブタンク（２Ｋ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｙ）は、内部にスプリングを入れ、サブタンクの一面に可撓性フィルムを溶着して内部のスプリングを押さえ付けた構成であり、スプリングの戻り力によってヘッド負圧を形成する自然供給方式となっている。

記録ヘッドのクリーニング方法は、まず、ヘッドユニット１２が、図に破線で示すように上方に退避し、搬送ユニット５とヘッドユニット１２の間にできた空間にクリーニングユニット４が入り込む。次に、ヘッドユニット１２が下降してクリーニングユニット４上に乗り、記録ヘッドを図示しないポンプ吸引ユニットによってヘッド内のインクを吸引してクリーニングを行う。クリーニングが完了したら再びヘッドユニット１２が上方に退避し、クリーニングユニット４が図示の位置に戻る。そして、ヘッドユニット１２が搬送ユニット５の用紙搬送面上の所定位置に下降し、記録可能状態となる。

図２は、本実施形態におけるインク供給系の構成を示す図である。なお、本実施形態が備えている４ライン（４列）の各ラインヘッド及び各ラインへのインク供給系の構成はいずれも同じであり、図２では４ライン（４列）のうちの１ラインのみを示したもので説明する。また、色を区別せずに説明するため、インクカートリッジを３ａ、サブタンクを２ａ、ラインヘッドを１５として説明する。

図２に示すように、１ラインのラインヘッド１５は本例では５個の記録ヘッド１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅから構成されている。各記録ヘッド（吐出ヘッド）１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅにはそれぞれヘッドタンクａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１が設けられている。ヘッドとヘッドタンクでヘッドモジュールを構成しており、ヘッドを交換する場合はヘッドモジュールを交換する構成となっている。複数のヘッドモジュールが主走査方向（用紙搬送方向と直交する方向）に１列に並べられてラインヘッド１５を構成している。

図３は、４ライン（４列）のラインヘッド（１５ｋ，１５Ｃ，１５Ｍ，１５Ｙ）を主走査方向（用紙搬送方向と直交する方向）から見た図であり、５個の記録ヘッド（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ）及びヘッドタンク（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１）が主走査方向に１列に並んで１ラインのラインヘッド１５を構成し、さらに、４つのラインヘッド１５（１５ｋ，１５Ｃ，１５Ｍ，１５Ｙ）が副走査方向（用紙搬送方向）に並んでヘッド部を構成している様子が分かる。

図２に戻り、インクカートリッジ３ａは供給流路２０によりサブタンク２ａに接続され、さらにサブタンク２ａが供給流路２０により最上流側ヘッドモジュールのヘッドタンクａ１に接続されている。インクカートリッジ３ａとサブタンク２ａ間の供給流路２０には、インク供給弁（開閉弁）２１が設けられる。また、サブタンク２ａとヘッドタンク１ａ間の供給流路２０には、ヘッド交換の際に用いる（供給流路を切り離すための）カップリング５０が設けられる。そして、各ヘッドモジュールが供給流路（符号なし）により直列に接続されている。各ヘッドモジュール間の供給流路にもカップリング５０が設けられる。

さらに、各ヘッドモジュール（ラインヘッド）を迂回するバイパス供給流路２５が設けられている。バイパス供給流路２５の途中にはカップリング５０Ｂが設けられている（カップリング５０Ｂは他のカップリング５０と同じものであるが、後述するヘッド交換の説明のために添え字「Ｂ」を付している）。バイパス供給流路２５の上流側はサブタンク２ａに接続されており、下流側は三方弁５１を介して廃液流路３０及び最下流のヘッドモジュールのヘッドタンクｅ１に接続されている。ヘッドタンクｅ１と三方弁５１の間の供給流路にもカップリング５０が設けられる。なお、図２における符号６０はセンサフィラーであり、符号６１はインク満杯検知センサ、符号６２はインク空検知センサである。

ヘッドモジュールの構成については図７により後述するが、各記録ヘッド（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ）にはインクを収納するヘッドタンク（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１）が装着されており、そのヘッドタンクには上部に供給ポート１００と排出ポート１０１とが設けられている。図２に示されるように、隣接するヘッドタンク同士は、それぞれの排出ポートと供給ポートで連結されている。これにより、複数個の記録ヘッドが直列に接続されている。

サブタンク２ａと最上流のヘッドタンクａ１の供給ポート１００を接続する供給流路は第１のインク供給経路であり、サブタンク２ａと最下流のヘッドタンクｅ１の排出ポート１０１を接続する供給流路（バイパス供給流路２５）は第２のインク供給経路である。また、第２の供給経路（バイパス供給流路２５）に３方向切替弁（三方弁５１）を介して廃液流路３０が接続されている。

上記のように、本発明においては、インク供給系は、各記録ヘッド（ヘッドモジュール）を直列に接続したシリアル接続となっており、また、ラインヘッドを迂回するバイパス供給流路が設けられている。インクカートリッジ３ａ内のインクは、供給流路２０によりサブタンク２ａを介して先ず最上流のヘッドタンクａ１に供給され、以下、直列接続された順にヘッドタンクｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１へと供給される。下流側に行くに従ってインク供給の圧力損失が大きくなるため、バイパス供給流路２５が最下流のヘッドタンクｅ１に接続され、インク供給の補助機能を発揮する。

カップリング５０（５０Ｂ）は、切り離し時に流路を遮断可能なものであり、インクが充填された状態でもカップリング５０を切り離すことができるようになっている。流路切り離し後のヘッド（ヘッドモジュール）は、交換等が可能である。

なお、少なくとも、サブタンク２ａと最上流のヘッドタンクａ１間に設けられたカップリング５０から最下流のヘッドタンクｅ１と三方弁５１間に設けられたカップリング５０までのインク流路（供給流路）、すなわち連結されたヘッド（ヘッドモジュール）間のインク流路は例えばチューブ等の非剛性素材で構成され、また、各ヘッド（ヘッドモジュール）を交換可能なようにインク流路の連結と切り離しが可能な接続手段（カップリング５０）が設けられている。この接続手段としては適宜な構成のものを採用可能である。

さて、図２では、供給流路、記録ヘッド及びサブタンク内にインクが充填された状態を示している。上述したように、インクの流れは、インクカートリッジ３ａからサブタンク２ａに送られ、サブタンク２ａから最上流のヘッドタンクａ１に送られ、下流側のヘッドタンクｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１の順に供給される。

万一、記録ヘッドの交換が必要な場合には、ヘッド（ヘッドモジュール）間の流路に取り付けたカップリング５０を切り離して対象のヘッド（ヘッドモジュール）のみを交換可能である。

通常のインク供給動作時は、サブタンク２ａ内のインク量は、サブタンク２ａのフィルム面の膨らみをセンサーフィラー６０で増幅し、センサーフィラー６０の振幅をインク空検知センサ６２とインク満杯検知センサ６１で検知して適量に制御している。

インク空検知センサ６２がフィラーを検知したらインク供給弁２１を開いてインクカートリッジ３ａからインクを供給し、インク満杯検知センサ６１がフィラーを検知したらインク供給弁２１を閉じてインク供給を止める。

図２から分かるように、本実施形態の構成では、従来構成のような供給マニホールド及び廃液マニホールドを備えておらず、ヘッド部の構成を簡略化して小型にすることができる。また、供給マニホールド及び廃液マニホールドを有しておらず、カップリング５０の使用個数も少なくて済むため、従来のマニホールド構成の場合と比較して部品点数を減らし、コストを低減させることもできる。

図３は、全４色の供給系を主走査方向（用紙搬送方向と直交する方向）から見た図である。
この図に示すように、全４色の供給系では、各色毎のラインヘッド１５が用紙搬送方向に４列並んだ構成となるが、本実施形態では、供給マニホールド及び廃液マニホールドを備えておらず、ヘッド交換時にヘッドモジュールを上方に引き出す際に干渉する部材が無いために、各色のラインヘッド間を、マニホールド構成の従来装置と比べて近接配置することが可能であり、ヘッド部全体のスペース（用紙搬送方向のサイズ）を小さくできるというメリットがある。

図４は、ヘッド交換後にインク充填する際の流路の接続状態を示す図である。ここでは主走査方向に複数個（本例では５個）並んでいるヘッドモジュールのうち、中央のヘッドモジュールＣ（ヘッド１ｃ及びヘッドタンクｃ１からなるヘッドモジュールＣ）を交換した場合で説明するが、他のヘッドモジュールを交換した場合も同様である。

図４においては、ラインヘッド１５の所定位置に新しいヘッドモジュールＣがセットされ、ヘッド１ｃ及びヘッドタンクｃ１にはインクが充填されていない状態が示されている。ヘッドモジュールを交換したら、バイパス供給流路２５のカップリング５０Ｂを切り離し、交換したヘッドモジュールのカップリングと接続する。

切り離したバイパス供給流路２５の上流側（サブタンク２ａ側）はヘッドタンクｃ１の供給ポート１００と接続し、バイパス供給流路２５の下流側（廃液流路３０側）はヘッドタンクｃ１の排気ポート１０１と接続する。

バイパス供給流路２５と廃液流路３０との間には三方弁５１が取り付けられており、図２に示すように通常のインク供給時はバイパス供給流路２５とヘッドタンクｅ１が連通された状態となり、交換したヘッドへのインク充填時（図７の状態のとき）には、バイパス供給流路２５と廃液流路３０とが連通した状態となる。

ヘッド１ｃ及びヘッドタンクｃ１にインク充填する場合には、インクカートリッジ３ａを図示しない加圧装置により加圧を行った状態で、インク供給弁２１を開けることでインクカートリッジ３ａ内のインクをサブタンク２ａに送り、サブタンク２ａが満杯状態になるとヘッド１ｃ及びヘッドタンクｃ１にインクが供給される。

この時、サブタンク２ａから供給されるインクはヘッド１ａの方にも僅かに供給されるが、交換されたヘッド１ｃ及びヘッドタンクｃ１内は三方弁５１及び廃液流路３０を介して大気に開放された状態である為、殆どのインクはヘッドタンクｃ１に供給されることになる。

サブタンク２ａから所定時間インク供給したらインク供給弁２１を閉じてインク供給を止める。インク充填後、ヘッドタンクｃ１の供給流路のカップリング５０は図２に示した状態につなぎ変えて通常の印字状態となる。

インク充填時に各ヘッド１ａ，１ｂ，１ｃのノズルから垂れ落ちるインクについては、ヘッドのノズル下部に配置した吸引キャップ３１で受け止めて吸引する。更に、各ヘッド（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ）内液室の隅々までインクを充填する為に吸引キャップ３１によってヘッドノズルからインクを吸引する。

図５は、インク供給系の第２実施例を示す図である。図２〜４で説明した上記第１実施例のインク供給系と同一ないし同等の部分には同じ符号を付すとともに重複する説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図５に示す第２実施例において、上記第１実施例と異なるのは、サブタンク２ａからヘッドタンクｅ１につながるバイパス供給流路２５が無いことである。

バイパス供給流路を持たない為、下流側のヘッド１ｅへのインク供給時の圧力損失を補うため、第１実施例よりも各ヘッドタンク間をつなぐ供給流路の内径を大きくして損失を低減している。

また、図５に示すように、最下流のヘッドモジュール（１ｅ，ｅ１）から三方弁５１を介して廃液流路３０につながる。廃液流路３０の一方側３０（ａ）の端にはカップリング５０が取り付けられ、各ヘッドのカップリングと接続可能なようにフリーな状態で設けられる。

図５において、三方弁５１は、ヘッドタンクｅ１側の流路が連通された状態であり、廃液流路３０の排出側３０（ｂ）とは遮断されている。また、供給流路及びヘッド、ヘッドタンク内にインクが充填された状態を示している。この状態が通常印字可能な状態である。

インクの流れは、インクカートリッジ３ａからサブタンク２ａに送られ、サブタンク２ａから先ず上流側のヘッド１ａに送られ、下流側のヘッド１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅの順に供給される。

隣接するヘッド間に供給流路が接続され、その供給流路には第１実施例と同様にカップリング５０が取り付けられる。カップリング５０は供給流路にインクが充填された状態で供給流路を切り離す（着脱する）ことが可能である。

このような構成においては、上記第１実施例に比べてカップリング５０の使用個数が少なくて済み、より部品コストを低減することが可能である。
図６は、第２実施例のインク供給系における、ヘッド交換後のインク充填時の接続状態を示すものである。ここでは中央のヘッドモジュールＣ（ヘッド１ｃ及びヘッドタンクｃ１からなるヘッドモジュールＣ）を交換した場合で説明するが、他のヘッドモジュールを交換した場合も同様である。

図６においては、ラインヘッド１５の所定位置に新しいヘッドモジュールＣがセットされ、ヘッド１ｃ及びヘッドタンクｃ１にはインクが充填されていない状態が示されている。ヘッドモジュールを交換したら、ヘッドタンクｃ１の供給ポート１００は上流側のヘッドタンクｂ１のカップリングと接続し、排気ポート１０１は廃液流路３０の一端に取り付けたカップリング５０Ｂを接続する。三方弁５１はヘッドタンクｃ１と廃液流路３０が大気に開放されている状態である。

ヘッド１ｃ及びヘッドタンクｃ１にインク充填する場合には、第１実施例と同様にインクカートリッジ３ａを図示しない加圧装置により加圧を行った状態で、インク供給弁２１を開けることでインクカートリッジ３ａ内のインクをサブタンク２ａに送り、サブタンク２ａが満杯状態になるとヘッドタンクａ１にインクが供給される。

インクはヘッドタンクａ１→ｂ１→ｃ１の順に供給される。ヘッドタンクｃ１の排気ポート１０１が廃液流路３０を介して大気に開放されている状態の為、ヘッドタンクｃ１内にインクが送り込まれるとヘッドタンクｃ１内の気泡は廃液流路３０を通して機外へ排出され、ヘッドタンクｃ１内へのインク充填は容易である。

サブタンク２ａから所定時間インク供給したらインク供給弁２１を閉じてインク供給を止める。
インク充填後、ヘッドタンクｃ１の供給流路のカップリングは図５に示した状態につなぎ変えて通常の印字状態となる。

インク充填の時に各ヘッド１ａ，１ｂ，１ｃのノズルから垂れ落ちるインクについては、ヘッドのノズル下部に配置した吸引キャップ３１で受け止めて吸引する。更に、ヘッド内液室の隅々までインクを充填する為に吸引キャップ３１によってヘッドノズルからインクを吸引する。

図７は、ヘッドタンクの内部構成を示す詳細図であり、図７（ａ）は主走査方向から見た図、図７（ｂ）は副走査方向から見た図である。
ヘッドタンクは主に供給ポート１００、排出ポート１０１、フィルター１０４、フィルム１０３などで構成される。ヘッドタンク内は主走査方向から見た場合、主に左右の液室１０５，１０６に分かれ、左右の液室１０５，１０６間にはフィルター１０４が配置される。

右側の液室１０５はインク流れにおけるフィルター上流側、左側の液室１０６はインク流れにおけるフィルター下流側となり、上流側液室１０５から下流側液室１０６へのインクの移動はフィルター１０４を通過することになる。

フィルター下流側の液室１０６に移動したインクはヘッド（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ）に送られる。
また、供給ポート１００からヘッドタンクのフィルター上流側の液室１０５に入って来たインクは、上記のようにフィルター１０４を通過するものと、排出ポート１０１に送られるものがあり、排出ポート１０１側に送られるインクは隣り合う下流側のヘッドに送られる。

インクの流れがヘッドタンク内部のフィルター上流側液室１０５で連通されているため、流路抵抗を極力抑えて次のヘッドにインク供給が出来る構成となっている。

ヘッドタンク（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１）のフィルター上流側液室１０５の一面には、可撓性フィルム１０３が溶着されており、インク流れのＯＮ／ＯＦＦにより発生する圧力変動を吸収する役割（圧力変動を吸収するダンパ機能）を持たせている。

このように、本発明においては、ラインエンジンの隣接するヘッド（ヘッドタンク）同士を流路で接続する構成により、マニホールドなどインクを分配する為の機能を持つ大型の部品が不要となるため、装置全体を小型化でき省スペース化が可能となる。

また、マニホールド部品が不要なことに加えて、マニホールドとヘッドをつなぐ供給流路切り離しの為に必要な接続手段（カップリング）の個数を低減することができるので、部品コストを抑えることができる。

そして、ヘッド上部に大型のマニホールド部品を配置する必要がないので、ヘッド部へのアクセス性に優れ、１ヘッド交換時のヘッドの取り出しや組付けの交換作業が容易になる。

また、交換したヘッドのみからインク廃液及び気泡排出する為の排液流路を形成（連通）して、交換したヘッド内部のエアーを直接廃液流路に排出できるので、交換したヘッド内のエアーが下流側に配置されたヘッド（交換しないヘッド）に送られることがなく、流路全体からのエアー排出が容易となり、インク充填時間が短時間で済む。

さらに、上記に加えて交換したヘッドのみから気泡排出経路を連通させることで、インクで満たされている交換しないヘッドからの気泡及びインク排出をする必要がないので、インク充填時に排出してしまうインクの無駄を低減できる。

また、ヘッドタンクが、間にフィルタを配置した第１液室と第２液室を有しており、供給ポート及び排出ポートが第１液室により連通するよう設けられ、記録ヘッドが第２液室に連通するよう設けられていることにより、複数の記録ヘッドを直列接続した構成において、流路抵抗を極力抑えて次のヘッド（ヘッドタンク）にインクを供給することができる。

ところで、ヘッド交換時に流路ジョイント（カップリング５０）を切り離した際に、分離した流路ジョイントからインクが漏れる可能性がある。従来より、ヘッド交換の際にヘッド内のインクを排出してからジョイントやカップリングを分離してインクの漏れを防止するなどの方法が知られているが、ヘッド内のインクを完全に抜くには時間がかかり、短時間で完全にインクを抜くことは困難である。完全にインクが抜け切れていない状態でジョイントやカップリングを分離すると、分離したジョイント、カップリングからインクが漏れてしまう。

そこで、以下に説明する本発明の第２実施形態では、インク供給経路内の負圧を通常印字時の負圧よりも大きな負圧にした状態で流路ジョイント（カップリング５０）を分離するようにして、ヘッド交換時のインク漏れ・インク垂れを防止している。

図８は、第２実施形態におけるインク供給系の構成を示す図である。なお、インク供給系の構成以外は図１〜７で説明した前記実施形態（第１実施形態）と同様であるため、重複する説明を省略し、異なる部分について説明する。

図８に示す第２実施形態のインク供給系が、図２のインク供給系と異なる点は、バイパス供給流路２５にカップリング５０Ｂが設けられていないことと、サブタンク２ａに、インク満杯検知センサ６１及びインク空検知センサ６２に加えて、インク下限センサ６３が設けられていることである。インク下限センサ６３は、インク空検知センサ６２よりも更に下位に（少ないインク量を検知するように）設定されている。

サブタンク２ａ内部に供給流路内の負圧形成を行う機構を搭載しており、サブタンク内のインク量を検知して一定に保つことによって負圧を所定範囲で制御する点は、上記第１実施形態と同様である。

また、インク空検知センサ６２がフィラー６０を検知したらインク供給弁２１を開いてインクカートリッジ３ａからインクを供給し、インク満杯検知センサ６１がフィラーを検知したらインク供給弁２１を閉じてインク供給を止める点も、上記第１実施形態と同様である。

図９及び図１０を参照してサブタンク２ａ内インク検知方法と供給流路内の負圧形成方法を説明する。
サブタンク２ａの構成は、本例では樹脂製で略箱型のサブタンクケース２ｄ内に圧縮スプリング２ｃを入れて、圧縮スプリング２ｃを押さえ込むようにしてサブタンクケース２ｄの一面に可撓性フィルム２ｂを溶着する。

インク供給経路の負圧は圧縮スプリング２ｃが可撓性フィルム２ｂを押し戻そうとする反力によって形成する。よって圧縮スプリング２ｃが圧縮するほど負圧は大きくなり、伸びるほど負圧は小さくなる。
サブタンク２ａ内のインク量検知は、可撓性フィルム２ｂ表面の伸縮に追従可能なセンサーフィラー６０の先端の動きをセンサ６１〜６３によって検知することで行う。

図９の状態はセンサーフィラー６０の先端をインク満杯検知センサ６１が検知している状態を示している。通常印字が可能な状態においてはこれ以上インク供給されることはなく、供給経路内の負圧は最も小さい状態である。

図１０の状態はセンサーフィラー６０の先端をインク空検知センサ６２が検知している状態を示している。この状態は通常印字可能な状態において最も負圧が大きい状態である。
通常印字可能な状態においては、図９と図１０の状態のインク量の検知を繰り返し、常に一定のインク量、つまり供給流路内が所定の負圧の範囲で制御されている。

図１１は、ヘッド交換時のインク供給系を示す図である。
ヘッド交換時は供給経路内部の負圧を大きくする為に内部のインクを排出する。インクの排出は記録ヘッド（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ）に吸引キャップ７０をキャップした状態で吸引ポンプ７１にてインクを吸引することで行う。

なお、キャップ７０及び吸引ポンプ７１は、維持回復機構としてインクジェット記録装置が通常備えているものであり、図１の装置においても、先に、記録ヘッドのクリーニング方法について説明したように、クリーニングユニット４がキャップを搭載している。ポンプ吸引ユニットは適宜な個所に配置可能である。

インクを吸引することによってサブタンク２ａ内のインクが減少し、可撓性フィルム２ｂとスプリング２ｃがへこんだ（平らになった）状態となる。吸引するインクの量はサブタンク２ａのインク空検知センサ６２がセンサーフィラー６０を検知した位置よりも更に下の位置にあるインク下限センサ６３が検知した位置で吸引を停止する。この時（ヘッド交換の時）にはインク空検知センサ６２がセンサーフィラー６０を検知しても供給弁２１は開くこと無くインク供給は行われず無視される。

図１２は、ヘッド交換時のサブタンク２ａ付近を示す図である。
上記のように、サブタンク２ａ内部のインク量が減少して可撓性フィルム２ｂ面が圧縮した状態となり、センサーフィラー６０の先端をインク下限センサ６３が検知した状態である。サブタンク２ａの可撓性フィルム２ｂとスプリング２ｃはへこんだ状態であり、内部は通常印字時（図１０）の負圧に比べて大きな負圧となった状態である。

図１３及び図１４を参照して、第２実施形態におけるヘッド交換の様子を説明する。ここでは記録ヘッド１ｄ（及びヘッドタンクｄ１）を交換する場合で説明する。

記録ヘッド１ｄのヘッドタンクｄ１に接続されるカップリング５０を切り離すと、流路内部は負圧になっている為、内部にエアーを引き込むことになる。上記のように内部の負圧が大きい為、切り離したカップリング５０からインクが垂れることは無く、内部に引き込まれる。

各ヘッドタンク（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１）間の流路とバイパス供給流路２５内にあったインクはサブタンク２ａ内に引き戻され、各ヘッドタンク（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１）間の流路とバイパス供給流路２５内にはインクが無い状態となる。

サブタンク２ａの可撓性フィルム２ｂは最も膨らんだ状態、内部のスプリング２ｃも伸びた状態となって内部は大気圧状態である。この時各記録ヘッド（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ）には吸引キャップ７０をした状態で交換は行われ、内部が大気圧状態となっても記録ヘッドからインクが垂れ落ちることは無い。

図１４に示すように、記録ヘッド１ｄ（及びヘッドタンクｄ１）を取り外す際に、記録ヘッド１ｄ及びヘッドタンクｄ１の内部は大気圧状態であり、中にはインクが残っているのでヘッド１ｄ（及びヘッドタンクｄ１）を外すとヘッドからインクが垂れ落ちる可能性がある。その為、切り離したカップリング５０にジョイントカバー８０を取り付けている。外した記録ヘッド１ｄ（及びヘッドタンクｄ１）と交換して、図示していない新品のヘッド（及びヘッドタンク）を取り付け、カップリング５０を繋ぎ合わせた後、インク充填工程を経て印字可能となる。

次に、インク供給経路内の負圧形成方法が異なる実施例について図１５を参照して説明する。
図８〜図１４で上記説明した構成（実施例１）は、インク供給経路内の負圧形成方法が、記録ヘッド１からインクを吸引する（ポンプ７１により吸引する）構成であった。それに対し、図１５で説明する構成（実施例２）は、インクカートリッジ３ａとサブタンク２ａ間に設けたポンプ（チューブポンプ９０）を逆転させることによって負圧を形成するように構成したものである。また、インク供給方法の観点から２つの実施例を比べると、実施例１は、インクカートリッジ３ａからサブタンク２ａへのインク供給を、インクカートリッジ３ａを加圧エアーによって送液する方法であったが、図１５の実施例２では、流路に設けたチューブポンプ９０によって供給する方法である。

通常のインク供給は、インク満杯検知センサ６１とインク空検知センサ６２の検出情報に基づいてチューブポンプ９０を正転させることでインクカートリッジ３ａからサブタンク２ａにインクを供給する。インク空検知センサ６２が検知するとチューブポンプ９０は正転してインクを送り、インク満杯検知センサ６１が検知するとチューブポンプ９０は停止する。

ヘッド交換の時にはサブタンク２ａ内の負圧を大きくする為に、サブタンク２ａ内のインクを減らしてスプリング２ｃを圧縮する必要がある。そこで本実施例では、チューブポンプ９０を逆回転することでサブタンク２ａ内のインクをインクカートリッジ３ａ内に戻すことで行う。

チューブポンプ９０を逆回転してサブタンク２ａからインクカートリッジ３ａにインクを戻す際は、インク空検知センサ６２の検知位置よりも更に下位の、インク下限センサ６３が検知をした時点でチューブポンプ９０を停止する。このときのインク戻し量は、フィラー６０をインク空検知センサ６２が検知してからインク下限センサ６３がフィラー６０を検知するまでの時間におけるチューブポンプ９０の送液量となる。

上記説明したように、記録ヘッド１の交換時に、インク供給経路内の負圧を通常印字時の負圧よりも大きな負圧にすることで、ヘッド交換のためにカップリング５０を分離しても、分離した個所からインクが垂れることが無く、ヘッド交換時のインク漏れ・インク垂れを防止することができる。

なお、記録ヘッド交換時の負圧は、上記実施例１及び実施例２とも、記録ヘッド１のノズルからエアを巻き込まない（ノズルのメニスカスを破壊しない）負圧に設定される。これにより、ヘッド交換時のノズルからのエア巻き込みが防止される。

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。記録ヘッド（吐出ヘッド）は適宜な構成が可能であり、例えば、圧力発生手段としてはサーマル方式、圧電方式、静電方式など任意の方式を採用可能である。ラインエンジンにおけるヘッド及びヘッドモジュールの数や配置も一例であり、適宜変更することができる。画像形成装置としては、各部の構成や形態等も本発明の範囲内で適宜変更可能である。

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ 記録ヘッド（吐出ヘッド）
２ａ サブタンク
２Ｋ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｙ サブタンク（各色別）
３ａ インクカートリッジ
３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙ インクカートリッジ（各色別）
４ クリーニングユニット
５ 搬送ユニット
１２ ヘッドユニット
１５ ラインヘッド
２０ 供給流路
２５ バイパス供給流路
３０ 廃液流路
５０ カップリング
５１ 三方弁
ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１ ヘッドタンク

特開２０１０−１３１９５９号公報 特開２０１１−１４８１０１号公報

Claims (10)

1. 主走査方向に複数個の記録ヘッドを並べたラインエンジンを具備し、任意の記録ヘッドが交換可能に構成されているインクジェット記録装置において、
   前記記録ヘッドは、ヘッド上に装着されたヘッドタンクを備え、該ヘッドタンクはインクの供給ポート及び排出ポートを有しており、
   隣接する前記ヘッドタンク同士は、それぞれの排出ポートと供給ポートで接続されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. インクを貯留するためのサブタンクを備え、
   前記サブタンクと、前記それぞれの排出ポートと供給ポートで接続された複数個の記録ヘッドのうちの最上流側記録ヘッドの供給ポートを接続する第１の供給経路と、
   前記サブタンクと、前記それぞれの排出ポートと供給ポートで接続された複数個の記録ヘッドのうちの最下流側記録ヘッドの排出ポートを接続する第２の供給経路と
   を有することを特徴とする、請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 前記第２の供給経路に３方向切替弁を介して廃液流路が接続されていることを特徴とする、請求項２に記載のインクジェット記録装置。
4. 前記それぞれの排出ポートと供給ポートで接続された複数個の記録ヘッド間のインク流路が非剛性素材で構成され、かつ、各記録ヘッドを交換可能なようにインク流路の連結と切り離しが可能な接続手段が設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
5. 任意の前記記録ヘッドを交換した場合、該交換した記録ヘッドの排出ポートに廃液流路を接続可能に設けたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
6. 前記ヘッドタンクは第１液室および第２液室を有しており、前記第１液室と第２液室の間にフィルタが配置されるとともに、
   前記供給ポート及び排出ポートが前記第１液室により連通するよう設けられ、
   前記記録ヘッドが前記第２液室に連通するよう設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のインクジェット記録装置。
7. インク供給経路内に負圧を形成させる負圧形成手段を有し、前記記録ヘッド交換時におけるインク供給経路内の負圧を、通常印字時の負圧よりも増大させることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
8. インクを貯留するためのサブタンクを備え、
   前記負圧形成手段が前記記録ヘッドからインクを吸引する手段であり、
   前記記録ヘッド交換時に、前記サブタンクへのインク供給を規制することを特徴とする、請求項７に記載のインクジェット記録装置。
9. インクを貯留するためのサブタンクを備え、
   前記負圧形成手段が、前記サブタンクへのインク供給を行う供給ポンプの逆転によるものであることを特徴とする、請求項７に記載のインクジェット記録装置。
10. 前記記録ヘッド交換時におけるインク供給経路内の負圧は、前記記録ヘッドのノズルのメニスカスを破壊しない圧力に設定されることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。

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