JP7116917B2 - 液体を吐出する装置 - Google Patents
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Description
まず、図1、図2を参照して、本発明の実施対象となる液体を吐出する装置としての画像形成装置の一例の全体とその要部の構成と動作を説明する。
図1は、実施形態における画像形成装置の斜視図であり、図2は、画像形成装置の断面図である。
画像形成部3は、インクジェット記録方式で画像形成を行う構成である。図2に示すように、本インクジェット記録装置は、シリアル型インクジェット記録装置であるなお本発明はこのタイプの画像形成装置での実施には限定されない。
維持回復機構25は、液体吐出ヘッドの各ノズル面をキャッピングして、液体吐出ヘッド内のインクの水分蒸発を防ぐための吸引キャップと保湿キャップと、ノズル面を払拭するワイパー部材、増粘したインクを排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け部などを備えている。吸引キャップは、吸引ポンプなどのノズル吸引手段が接続されており、吸引キャップにより液体吐出ヘッドのノズル面をキャッピングした状態で、吸引ポンプ251(図7参照)で吸引し、ノズルの壁面及びノズルの吐出開口部周囲に付着している増粘のインクを取り除く。このように、吸引キャップは、記録ヘッド内のインクの水分蒸発を防ぐ保湿と吸引の機能を兼ねている。一方、保湿キャップは、保湿の機能のみ有している。
なお、図3、図4に示すインク流路300は、各液体吐出ヘッドに対応して設けられており、各各液体吐出ヘッドに対応するインク流路300の構成は同一である。
インク流路300は、サブタンク203のインク収容部212にメインカートリッジ内のインクを補給するための補給経路217と、インク流路300内の空気をインクとともに排出する排出経路208と備えている。また、インク収容部212から液体吐出ヘッドの共通液室13を介して排出経路208へ流れる(図4の矢印R1参照)第一流路301と、インク収容部212から液体吐出ヘッドの共通液室13を介さずに排出経路208へ流れる(図4の矢印R2参照)第二流路たる連通路206を備えている。本実施形態では、連通路206は10mm~30mm程度としている。上記第一流路301は、インク収容部212の底部の接続部Y(図4参照)から液体吐出ヘッド202(インク供給ポート14との接続部まで)までの供給経路204と、共通液室13と、液体吐出ヘッド202(インク排出ポート15との接続部)から連通路との合流部Z(図4参照)(排出経路208との接続部)までのヘッド排出経路205とで構成されている。後述するように、液体吐出ヘッド202からインクを吐出する吐出動作時は、このインク流路300は負圧に維持されている。
サブタンク203は、一側部が開口したタンクケース210を備えており、タンクケース210の開口には、弾性変形可能な変位部材としての可撓性フィルム218が溶着または接着にて貼り付けられている。
インク収容部内の残量が少ないときは、図6(a)に示すように、可撓性フィルム218が、最もタンクケース210にあり、このときは、第一透過型光学センサ222a,第二透過型光学センサ222bのいずれもフィラ221を検知している。このように、第一透過型光学センサ222a,第二透過型光学センサ222bのいずれもフィラ221を検知したら、ポンプ52を駆動してメインカートリッジ26からインク収容部212へインクの補給を行なう。
制御部250には、ポンプ52、開閉弁54、大気開放弁209、維持回復機構25、駆動モータ21、液体吐出ヘッド202、第一透過型光学センサ222a,第二透過型光学センサ222b、エンコーダセンサ252などが電気的に接続されている。この制御部250は、演算処理や各種プログラムを実行するCPUと、データを記憶するRAMとを備えている。
図8は、初期充填動作の制御フロー図であり、図9は、初期充填動作におけるサブタンク203のインク充填状態について説明する図である。
液体吐出ユニット201が交換され、作業者が画像形成装置の操作表示部を操作するなどして、初期充填の実行を指示したら、制御部250は、初期充填を実行する。初期充填が実行されると、まず、制御部250は、キャリッジ20を維持回復機構25と対向する位置へ移動させ、維持回復機構25の吸引キャップを、液体吐出ヘッド202のノズル面をキャッピングする。また、大気開放弁209を閉じて、インク流路300を密閉状態にする。
まず、制御部250は、大気開放弁209を開いてインク流路300を大気に連通させた後、開閉弁54を開いてポンプ52を駆動させ、メインカートリッジ26内のインクIをインク収容部212へ補給する(S21~S23)。すると、ヘッド排出流路205a内の空気が排出経路208へ流れ、大気開放弁209を介して排出される。また、インク収容部212内の空気が、連通路206を通って排出経路208へ流れ、大気開放弁209を介して排出される。これにより、図9(d)に示すように、ヘッド排出流路205aおよびインク収容部212内にインクIが充填される。
まず、制御部250は、大気開放弁209を開く(S31)。上述したように、インク補給後に負圧形成動作によりインク流路300は負圧となっている。そのため、フィラ221は、図6(a)や図6(b)に示す姿勢となっており、少なくとも第一透過型光学センサ222aは、フィラ221を検知している。大気開放弁209を開くと、インク流路300の密閉が解除され、大気開放弁209から排出経路208へ空気が流入する。すると、インク収容部212へインクIが逆流し、可撓性フィルム218が外側へ移動し、図6(c)に示すような状態となり、いずれの第一透過型光学センサ222a,222bもフィラ221を検知しなくなる。
空気検知装置215は、2つの電極ピン215a,215bを有している。図12(b)に示すように各電極ピン215a,215bがインクに接触しているときは、2つの電極ピン215a,215bの間に電流が流れる。一方、図12(a)に示すように、2つの電極ピン215a,215bのうちいずれか一方が、インクに接触していないときは、2つの電極ピン215a,215bの間に電流が流れない。このように、電流が流れていないときは、インク収容部212内に所定量の空気があることを検知することができる。
インク収容部の頂部から電極ピンの下端までの長さは、検知する空気量に基づいて、適宜決めればよい。また、かかる構成に限らず、例えば、インク収容部212にインクよりも軽いフロートを設け、フロートの上下方向の位置を検知することで、インク収容部212内の空気量を検知してもよい。また、インク収容部212に空気検知装置215を設けているが、空気が蓄積しやすい箇所に空気検知装置215を設ければよい。
図13に示すように、空気検知装置215が、インク収容部212に所定量の空気が蓄積していることを検知したら(S51のY)、大気開放弁209を開き(S52)、開閉弁54を開く(S53)。次に、ポンプ52を駆動してインクIの補給を開始する(S54)。次に、インク収容部212がインクIで満たされ、空気検知装置215の一対の電極ピン間に電流が流れ、空気検知装置215がインクを検知したら(S55Y)、タイマの計測を開始する。そして、タイマが所定時間計測したら(S56のY)、ポンプ52の駆動を停止し、開閉弁54、大気開放弁209を閉じる(S57~S59)。その後、上述と同様に、ノズル面をワイピングした後、空吐出を行なってインク流路300を負圧にした後、ノズル面をキャッピングする(S60~S62)。
この図14に示す変形例では、連通路206が、インク収容部212から斜め上方に延びて、空気抜き流路208aに接続している。これにより、インクは、重力に抗して連通路206を流れていくことなり、インクが連通路206に流れ難くすることができる。また、連通路206が斜めに延びることで、入口損失を大きくすることができ、連通路206へインクを流れ難くすることができる。これにより、連通路206が水平方向に延びるものに比べて、第一流路301に流れるインクの流量を多くすることができ、より確実に、供給経路204や共通液室13の空気を排出することができる。
図15に示すインク供給流路204aは、インク収容部212の底部(インク収容部212とインク供給流路204aとの接続部Y)から斜め下方に延び出し、供給接続部204cに到るような傾斜した形状となっている。インク供給流路204aをこのような形状とするこことで、実施形態のインク収容部の底部から上昇し、インク収容部の頂部よりも上方で折り返して下降するような形状のインク供給流路(図4や図14など参照)よりも、インク供給流路の距離を短くすることができる。また、図4や図14に示すインク供給流路よりも流路の断面積が広くなっている。これにより、大きな気泡やゴミが混入した時も流路が詰まりにくくなる。また、簡便な構成で第一流路301の流路抵抗を、連通路206の流路抵抗よりも大きくすることが可能となる。
液体吐出ヘッドや供給管204bと供給接続部204cとの接続などから進入した気泡が供給接続部204cを介してインク供給流路204aに進入してきた場合、インク供給流路204aは、連通路206と同様な傾斜(下方から斜め上方へ向かうような傾斜)をしているため、気泡は、インク供給流路204a内をスムーズに浮上していく。そして、インク収容部212へと排出される。インク供給流路204aを斜め上方に浮上してインク収容部212へ排出された気泡は、その勢いのまま図中矢印Kに示すように、インク収容部212内を斜め上方へ移動する。これにより、インク供給流路204aからインク収容部212に排出された気泡が、スムーズに連通路206へと誘導される。連通路206もインク供給流路204aと同じ方向の傾斜となっているため、連通路206へと誘導され気泡は、連通路206へとスムーズに移動し、連通路206を斜め上方へと移動して空気抜き流路208aへと排出される。
(態様1)
液体を吐出する液体吐出ヘッド202と、液体を収容するインク収容部212などの液体収容部と、液体を、液体収容部から液体吐出ヘッドを介して排出する第一流路と、液体収容部の最上部と第一流路とを接続する連通路206などの第二流路とを備え、第一流路の流体抵抗値を、液体収容部と第一流路との接続部Yなどの接続点から、第一流路と第二流路との合流部Zまでの流体抵抗とし、第二流路の流体抵抗値を、液体収容部と第二流路との接続部Xなど接続点から、第一流路と第二流路との合流部Zまでの流体抵抗としたとき、第一流路の流体抵抗値は、前記第二流路の流体抵抗値よりも小さい。
上述した特許文献1に記載の液体吐出ユニットにおいては、第二流路たる連通経路の流路抵抗を、供給ポートから排出口ポートまでの流路抵抗よりも大きくしても、排出ポートから連通経路との合流部までの構成などによっては、第一流路の流路抵抗が第二流路の流路抵抗よりも大きくなる場合があった。その結果、第一流路へ流れる液体の量が第二流路へ流れる液体の量よりも少なくおそれがあり、液体吐出ヘッド内の気泡を良好に排出できないおそれがあった。
これに対し、態様1においては、第一流路全体の流路抵抗を第二流路の流路抵抗よりも小さくしたので、確実に第一流路へ流れる液体の量を第二流路へ流れる液体の量よりも多くすることができる。これにより、液体吐出ヘッド内の気泡を良好に排出することができる。
態様1において、連通路206などの第二流路は、インク収容部212などの液体収容部の最上部から斜め上方に延びている。
これによれば、図14を用いて説明したように、連通路206などの第二流路が水平方向に延びるものに比べて、第二流路にインクなどの液体を流れ難くすることができる。これにより、連通路206などの第二流路が水平方向に延びるものに比べて、第一流路301へ流れる液体の流量を多くすることができ、より一層、第一流路301に滞留した空気を、液体とともに排出経路208へと流すことができる。
態様1または2において、第一流路の一部は第二流路の傾き方向と同じ方向に傾いている。
これによれば、図16を用いて説明したように、液体吐出ヘッドから第一流路へ排出された気泡が、上方へ移動しやすくすることができ、第一流路から気泡を排出しやすくすることができる。
態様1乃至3において、第一流路301の液体の流路抵抗値が、連通路206などの第二流路の液体の流路抵抗値の(1/2)以下とした。
これによれば、実施形態で説明したように、インク収容部212などの液体収容部内のインクIなどの液体のほとんどを、第一流路301へ流すことができ、液体吐出ヘッドや第一流路301に滞留した空気を、第一流路に流れる液体とともに、排出経路208へ良好に流すことができる。
態様1乃至4において、液体吐出ヘッド202は、ノズル11を有する複数の個別液室12と、複数の個別液室12に通じ、インク供給ポート14などの供給口部とインク排出ポート15などの排出口部とを有する共通液室13とを備え、第一流路301は、一端がインク収容部212などの液体収容部に接続され他端が供給口部に接続された供給経路204と、共通液室13と、一端が排出口部に接続され、他端が前記第二流路との合流部Zに接続されたヘッド排出経路205とで構成され、供給経路204の流路抵抗と、共通液室13の流路抵抗と、ヘッド排出経路205の流路抵抗との総和が連通路206などの第二流路の流路抵抗よりも小さい。
これによれば、実施形態で説明したように、第一流路301の流路抵抗を、連通路206などの第二流路の流路抵抗よりも小さくすることができる。
液体吐出ユニット201を備えた画像形成装置などの液体を吐出する装置において、液体吐出ユニット201として、態様1乃至5いずれかの液体吐出ユニットを用いた。
これによれば、第一流路301に空気が残留するのを抑制することができ、第一流路内のインクなどの液体の脱気度低下を抑制することができる。これにより、脱気度が低下した液体が液体吐出ヘッドから吐出されるのを抑制することができ、経時にわたり良好な吐出性能を維持することができる。その結果、経時にわたり良好な画像を得ることができる。
態様6において、大気開放弁209を有し、一端が第一流路と第二流路との合流部Zに接続され、液体を外部に排出する排出経路208などの排出流路を備え、大気開放弁209を開いてインク収容部212などの液体収容部に液体を供給することで大気開放弁209から空気を抜く制御部250などの空気抜き手段を備えた。
これによれば、液体を液体収容部に流すことで、第一流路301などに滞留した空気を、液体とともに排出経路208へ流し、液体とともに大気開放弁から排出することができる。これにより、インク流路300をインクなどの液体で満たすことができ、液体がインク流路300に滞留した空気により液体の脱気度低下を抑制することができ、経時にわたり安定した吐出性能を維持することができる。
態様7において、吸引ポンプ251などのノズル吸引手段と、制御部250などの初期充填手段とを備え、初期充填手段は、ノズル吸引手段によるノズル吸引動作を実行した後、インク収容部212などの液体収容部へインクIなどの液体を供給する吸引供給動作を複数回実行した後、空気抜き手段を実行する。
これによれば、実施形態で説明したように、吸引供給動作を複数回実行することで、各個別液室12に良好に液体を充填することができ、各個別液室12に空気が残留するのを抑制することができる。また、
吸引供給動作を複数回実行すると、ノズル吸引手段によりノズル11から空気を吸引できなくなり、液体のみが吸引されることになる。そのため、吸引供給動作を複数回実行した後、空気抜き手段を実行することで、吸引供給動作で吸引しきれなかったインク流路300内の空気を液体とともに大気開放弁から排出することができる。これにより、インク流路300を液体で満たすことができ、液体の脱気度の低下を抑制することができる。
態様7または8において、インク収容部212などの液体収容部は、液体収容部内の圧力に応じて変位する可撓性フィルム218などの変位部材と、変位部材の変位を検知する変位検知装置220とを有し、制御部250などの空気抜き手段は、変位検知手段が変位部材の検知結果に基づいて、液体収容部に液体を供給する。
これによれば、図11を用いて説明したように、何らかの不具合により大気開放弁209を開く制御を行っても大気開放弁209が開かなかった場合に、インク収容部212などの液体収容部へインク供給が行われてしまうのを防止することができる。これにより、インク流路300における部材間の接続部から液体が漏れ出すのを防止することができる。
態様7乃至9いずれかにおいて、インク収容部212などの液体収容部内の空気量を検知する空気検知装置215などの空気量検知手段を備え、制御部250などの空気抜き手段は、空気量検知手段の検知結果に基づいて、空気抜きを行なう。
これによれば、図13を用いて説明したように、空気が蓄積したときに空気抜きを行うことができ、定期的に空気抜き動作を実行するものに比べて、無駄な液体の消費や、液体の脱気どの低下を抑制することができる。
3 :画像形成部
4a :シートロール紙
4b :シートロール紙
11 :ノズル
12 :個別液室
13 :共通液室
14 :インク供給ポート
15 :インク排出ポート
25 :維持回復機構
26 :メインカートリッジ
52 :ポンプ
54 :開閉弁
55 :フィルタ
201 :液体吐出ユニット
202 :液体吐出ヘッド
203 :サブタンク
204 :供給経路
204a :インク供給流路
204b :供給管
204c :供給接続部
205 :ヘッド排出経路
205a :ヘッド排出流路
205b :ヘッド排出管
205c :排出接続部
206 :連通路
208 :排出経路
208a :空気抜き流路
208b :空気排出流路
208c :空気抜き接続部
209 :大気開放弁
210 :タンクケース
212 :インク収容部
213 :バネ
214 気泡排出路
215 :空気検知装置
215a :電極ピン
215b :電極ピン
216 :インク補給ポート
217 :補給経路
218 :可撓性フィルム
219 :気泡排出路
220 :変位検知装置
221 :フィラ
222a :第一透過型光学センサ
222b :第二透過型光学センサ
223 :支軸
250 :制御部
251 :吸引ポンプ
300 :インク流路
301 :第一流路
I :インク
Claims (7)
- 液体吐出ユニットを備えた液体を吐出する装置において、
前記液体吐出ユニットは、 液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記液体を収容する液体収容部と、前記液体を、前記液体収容部から前記液体吐出ヘッドを介して排出する第一流路と、前記液体収容部の最上部と前記第一流路とを接続する第二流路とを有し、
前記第一流路の流体抵抗値を、前記液体収容部と前記第一流路との接続点から、前記第一流路と前記第二流路との合流部までの流体抵抗とし、前記第二流路の流体抵抗値を、前記液体収容部と前記第二流路との接続点から、前記第一流路と前記第二流路との合流部までの流体抵抗としたとき、前記第一流路の流体抵抗値は、前記第二流路の流体抵抗値よりも小さくなっており、
大気開放弁を有し、一端が前記第一流路と前記第二流路との合流部に接続され、液体を外部に排出する排出流路と、
前記大気開放弁を開いて前記液体収容部に液体を供給することで前記大気開放弁から空気を抜く空気抜き手段とを備え、
前記液体収容部は、前記液体収容部内の圧力に応じて変位する変位部材と、前記変位部材の変位を検知する変位検知手段とを有し、
前記空気抜き手段は、前記変位検知手段の検知結果に基づいて、前記液体収容部に液体を供給することを特徴とする液体を吐出する装置。 - 請求項1に記載の液体を吐出する装置において、
前記第二流路は、前記液体収容部の前記最上部から斜め上方に延びていることを特徴とする液体を吐出する装置。 - 請求項1または2に記載の液体を吐出する装置において、
前記第一流路の一部は前記第二流路の傾き方向と同じ方向に傾いていることを特徴とする液体を吐出する装置。 - 請求項1乃至3いずれか一項に記載の液体を吐出する装置において、
前記第一流路の流体の流路抵抗値が、前記第二流路の流体の流路抵抗値の(1/2)以下としたことを特徴とする液体を吐出する装置。 - 請求項1乃至4いずれか一項に記載の液体を吐出する装置において、
前記液体吐出ヘッドは、ノズルを有する複数の個別液室と、複数の個別液室に通じ、供給口部と排出口部とを有する共通液室とを備え、
前記第一流路は、一端が前記液体収容部に接続され他端が前記供給口部に接続された供給流路と、前記共通液室と、一端が前記排出口部に接続され、他端が前記第二流路との合流部に接続されたヘッド排出流路とで構成され、
前記供給流路の流路抵抗と、前記共通液室の流路抵抗と、前記ヘッド排出流路の流路抵抗との総和が前記第二流路の流路抵抗よりも小さいことを特徴とする液体を吐出する装置。 - 請求項1乃至5いずれか一項に記載の液体を吐出する装置において、
ノズル吸引手段と、
初期充填手段とを備え、
前記初期充填手段は、前記ノズル吸引手段によるノズル吸引動作を実行した後、前記液体収容部へ液体を供給する吸引供給動作を複数回実行した後、前記空気抜き手段を実行することを特徴とする液体を吐出する装置。 - 請求項1乃至6いずれか一項に記載の液体を吐出する装置において、
前記液体収容部内の空気量を検知する空気量検知手段を備え、
前記空気抜き手段は、前記空気量検知手段の検知結果に基づいて空気抜きを行なうことを特徴とする液体を吐出する装置。
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