JP5210599B2 - 画像記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、インク供給経路内の気泡を除去する画像記録装置に関するものである。

従来のインクジェット方式の画像記録装置として、例えば記録紙やＯＨＰ用紙等の記録媒体を記録媒体搬送手段により搬送し、記録ヘッドに設けられた複数のノズルからインクを吐出することで、高速、且つ高画質の画像を形成することが公知である。このような画像形成装置では、記録ヘッドにインクを供給するインク供給径路に於いて、一部に気泡が停滞していると、インクの吐出不良や、インク吐出方向が曲がり、画像品質の低下を招く。

このような問題を解決する方法として、下記特許文献１が開示されている。この特許文献１の液滴吐出装置は、記録ヘッドと、記録ヘッドに供給するインクを貯留するリザーバタンクと、記録ヘッドとリザーバタンクとを連通する第１インク流路及び第２インク流路とを備え、第１インク流路にポンプを設けることで記録ヘッドとリザーバタンク間でインクを循環させることができる構成となっている。更に、第１インク流路には、ポンプを挟んで循環方向上流側と循環方向下流側とをバイパスする開放弁を有するバイパス流路が形成されている。

このように構成された液滴吐出装置の気泡除去方法は、ポンプの駆動のオン／オフと開閉弁の開閉を制御することで、インク流路内の気泡除去を行っている。
特開２００７−６９４１９公報

しかしながら、上記特許文献１では、インク供給経路内の気泡を除去するためには、バイパス流路を形成する必要がある。そのため、インク供給経路が煩雑化するばかりでなく、バイパス流路には開閉弁を設けなければならないので、コスト面に於いても不利であった。

したがって本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡素な構成でインク供給経路内の気泡を除去することのできる画像記録装置及びそのメンテナンス方法を提供することである。

すなわち、本発明の画像記録装置は、ノズルからインクを吐出して記録媒体上に画像記録を行う記録ヘッドを有する画像記録部と、前記記録ヘッドの前記ノズルが形成されたノズル面より重力方向上方に配置され、前記記録ヘッドに供給するための前記インクを貯留する上部タンクと、前記上部タンクに設けられ、前記上部タンク内を大気と連通、又は遮断するための第１の弁と、前記記録ヘッドの前記ノズルが形成されたノズル面より重力方向下方に配置され、前記記録ヘッドで吐出されなかった前記インクを貯留する下部タンクと、前記下部タンクに設けられ、前記下部タンク内を大気と連通、又は遮断するための第２の弁と、前記下部タンクに設けられ、前記下部タンク内の圧力を調整する圧力調整部と、前記下部タンクに貯留された前記インクを前記上部タンクに送るポンプと、によって前記インクを前記上部タンクから前記画像記録部、前記下部タンクの順に流し、再び前記上部タンクに戻すインク循環系を構成し、前記インク循環系内で前記インクを循環させるモードは、前記画像記録部によって画像記録を行うために、前記第１の弁を開放し、且つ前記第２の弁を閉じた状態を保つと共に、前記記録ヘッドの前記ノズルにかかる圧力が前記インクを吐出可能な圧力となるように前記圧力調整部によって前記下部タンク内の圧力を一定の負圧に保つ第１の循環モードと、前記インク循環系内に停滞する気泡を除去するために、前記第１の循環モード状態で、少なくとも前記第1の弁を開閉する開閉動作、又は前記第２の弁を開閉する開閉動作、又は前記圧力調整部によって前記下部タンク内の圧力を可変させる可変動作のいずれか１つの動作を行う第２の循環モードと、を有する。

本発明によれば、簡素な構成でインク供給経路内の気泡を除去することのできる画像記録装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
先ず、図１乃至図１０を参照して、本発明の第１の実施形態を説明する。

尚、以下の説明に於いて、図中、記録媒体の搬送方向をＸ軸方向または副走査方向とし、この搬送方向と直交する方向をＹ軸方向または主走査方向或いは記録媒体の幅方向としている。また、Ｘ軸及びＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向または上下方向とする。

図１は、本発明の第１の実施形態に於ける画像記録装置の概略断面図である。

図１に於いて、画像記録装置１０は、給紙部１１、用紙搬送部１２、画像形成部１３、排紙部１４、メンテナンスユニット１５、インクボトルユニット１６、上部タンク１７、下部タンク１８、循環ポンプ１９、廃液ボトル２０及び制御部２１で構成されている。尚、本画像記録装置１０は、画像形成部１３、上部タンク１７、下部タンク１８、循環ポンプ１９及び、それぞれを接続するインク循環経路によりインクを循環させるインク循環系を形成している。

先ず、記録媒体の搬送及び画像記録について説明する。

給紙部１１は、給紙台２５と、ピックアップローラ２６とから構成されている。

給紙台１１には、記録媒体としての例えばカットシートが積載されている。ピックアップローラ２６は、給紙台１１に積載された記録媒体を１枚ずつピックアップし、用紙搬送部１２へと搬送する。

用紙搬送部１２は、レジストローラ２９と、ローラ３０と、搬送ベルト３１と、プラテン３２と、吸引ファン３３と、から構成されている。

レジストローラ２９は、ピックアップローラ２６により搬送された記録媒体の搬送姿勢を矯正すると共に、タイミングを調整して搬送ベルト３１へと記録媒体を搬送する。搬送ベルト３１は、無端で帯状に形成されているもので、且つ、多数の孔が設けられている。この搬送ベルト３１は、例えば３つのローラ３０によってテンションが掛けられた状態で保持されている。尚、ローラ３０の少なくとも１つには、後述する搬送モータ８０が接続されており、該搬送モータ８０を駆動させることにより搬送ベルト３１は移動する。

また、搬送ベルト３１の下方には、プラテン３２と吸引ファン３３が設けられている。プラテン３２は、少なくとも画像形成部１３と対向する領域が平面となるように加工されており、且つ、多数の孔が形成されている。吸引ファン３３は、搬送ベルト３１の多数の孔からプラテン３２の多数の孔を通して、エアーを吸引する。これにより、レジストローラ２９から搬送された記録媒体は、搬送ベルト３１上に吸着され、所定の搬送速度で下流側へと搬送される。

画像形成部１３は、用紙搬送部１２に対向して設けられている。この画像形成部１３は、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）のインクを吐出するヘッドユニット３５、３６、３７、３８（以下、ヘッドユニット３５をＫ色ヘッドユニット３５、ヘッドユニット３６をＣ色ヘッドユニット３６、ヘッドユニット３７をＭ色ヘッドユニット３７、ヘッドユニット３８をＹ色ヘッドユニット３８と記す）と、各色のインクを各ヘッドユニット３５〜３８へ分配する分配タンク４０、４１、４２、４３（以下、分配タンク４０をＫ色分配タンク４０、分配タンク４１をＣ色分配タンク４１、分配タンク４２をＭ色分配タンク４２、分配タンク４３をＹ色分配タンク４３と記す）と、各ヘッドユニット３５、３６、３７、３８から吐出されなかったインクを回収する回収タンク７６、７７、７８、７９（以下、回収タンク７６をＫ色回収タンク７６、回収タンク７７をＣ色回収タンク７７、回収タンク７８をＭ色回収タンク７８、回収タンク７９をＹ色回収タンク７９と記す）と、少なくとも各ヘッドユニット３５〜３８を保持するヘッドユニット保持部材４４と、から構成されている。

各ヘッドユニット３５、３６、３７、３８は、搬送方向と直交する方向に記録媒体の幅以上となるように、ヘッドユニット保持部材４４によって保持されている。本実施形態では、各ヘッドユニット３５、３６、３７、３８は、６個の短尺な記録ヘッドを千鳥状に配置することで記録媒体の幅以上となるように構成されている。

図２は、短尺な記録ヘッドの構成を示すもので、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）はノズル面を示した斜視図、（ｃ）は断面図である。尚、図２は、Ｋ色ヘッドユニット３５の１つの短尺な記録ヘッドのみ示しているが、他の短尺な記録ヘッド及び他のヘッドユニット３６、３７、３８に於いても同様の構成であるので、Ｋ色ヘッドユニット３５を参照するものとして、説明は省略する。

短尺ヘッドは、ノズル４５が形成されたノズルプレート４６と、該ノズルプレート４６を保護するためのマスクプレート４７とを具備している。図２（ｃ）に示されるように、この短尺な記録ヘッドのノズル４５近傍の構造は、チャネル４９、圧電素子５０、ノズルプレート４６で構成されている。圧電素子５０を通電することにより、チャネル４９の内容積が変動し、該チャネル４９内のインク５１がノズル４５から吐出される。

各分配タンク４０、４１、４２、４３は、各ヘッドユニット３５、３６、３７、３８へ所定色のインクを供給するために設けられている。つまり、本実施形態では、各分配タンク４０、４１、４２、４３は、６個の短尺な記録ヘッドに所定色のインクを分配している。

回収タンク７６、７７、７８、７９は、各ヘッドユニット３５、３６、３７、３８から吐出されなかったインクを回収するために設けられている。つまり、本実施形態では、回収タンク７６、７７、７８、７９は、６個の短尺な記録ヘッドから吐出されなかったインクを各色毎に一箇所にまとめて回収している。

このように構成された画像形成部１３では、Ｋ色ヘッドユニット３５、Ｃ色ヘッドユニット３６、Ｍ色ヘッドユニット３７、Ｙ色ヘッドユニット３８の下に記録媒体が搬送されると、各短尺な記録ヘッドからインクが吐出され、記録媒体上に画像形成が行われている。

画像形成部１３によって画像形成された記録媒体は、排紙部１４の排紙ローラ５３によって排紙台５４へと排出される。

次に、各ヘッドユニットのメンテナンスについて説明する。

メンテナンスユニット１５は、Ｋ色ヘッドユニット３５、Ｃ色ヘッドユニット３６、Ｍ色ヘッドユニット３７、Ｙ色ヘッドユニット３８のそれぞれに対応した公知の吸引部及びワイプブレードと、吸引部に負圧を発生させるための図示されないチューブを介して接続されている負圧源５６とを有し、メンテナンスを行っている。

画像形成時は、図１に示されるように、メンテナンスユニット１５は各ヘッドユニット間に退避している。一方、メンテナンス時は、図３に示されるように、図示されない移動機構によって、用紙搬送部１２が下降する共にメンテナンスユニット１５も下降される。そして、メンテナンスユニット１５が各ヘッドユニットと対向するメンテナンス位置まで移動される。その後、用紙搬送部１２及びメンテナンスユニット１５が再びＺ軸方向に上昇され、メンテナンスが行われる。メンテナンスの際に出た余剰インクは、負圧源５６によって廃液ボトル２０へと回収される。

次に、画像形成部へのインク供給について説明する。

画像形成部１３ヘインクを供給するための構成は、インクボトルユニット１６と、下部タンク１８と、上部タンク１７と、循環ポンプ１９と、から構成されている。

インクボトルユニット１６は、各色毎にＫインクボトル６０、Ｃインクボトル６１、Ｍインクボトル６２、Ｙインクボトル６３を備えている。各インクボトル６０、６１、６２、６３は、図示されないチューブを介して、下部タンク１８へと接続される。下部タンク１８は、インクボトルユニット１６から供給されるインクを貯留するＫ下部タンク６５、Ｃ下部タンク６６、Ｍ下部タンク６７、Ｙ下部タンク６８を備えている。この下部タンク１８には、それぞれの下部タンク６５〜６８内の圧力を調整し、各ヘッドユニット３５〜３８に適正なメニスカスを形成させるための負圧調整部７０が接続されている。この各下部タンク６５〜６８内のインクは、循環ポンプ１９によって、図示されないチューブを介して上部タンク１７へと供給される。

上部タンク１７は、下部タンク１８から供給されるインクを貯留するＫ上部タンク７１、Ｃ上部タンク７２、Ｍ上部タンク７３、Ｙ上部タンク７４を備えている。各上部タンク７１〜７４内のインクは、図示されないチューブを介して各分配タンク４０〜４３に供給され、各分配タンク４０〜４３から各ヘッドユニット３５〜３８へとインクが供給される。各ヘッドユニット３５〜３８で吐出されなかったインクは、一時的に回収タンク７６〜７９で回収され、該回収タンク７６〜７９から各下部タンク６５〜６８へと戻る。

次に、このように構成された画像記録装置の制御系の構成について、図４のブロック構成図を参照して説明する。

制御部２１には、少なくとも循環ポンプ１９、吸引ファン３３、搬送モータ８０、画像データ受信部８３、移動モータ８９、負圧源５６としての吸引ポンプ９０が接続されると共に、ヘッドドライバ８１を介してヘッド８２が、また、タイマ８５を介して電磁弁８６及び圧力ベローズ８７が接続されている。なお、制御部２１は、本画像記録装置１０の全体の制御動作を司るものであり、給紙部１１、用紙搬送部１２、画像形成部１３、排紙部１４、メンテナンスユニット１５、上部タンク１７、下部タンク１８、循環ポンプ１９をそれぞれ制御すると共に、後述するインク循環経路内の気泡を除去するための制御を行っている。

循環ポンプ１９は詳細を後述するがインク循環系の一部を構成するもので、下部タンク１８より上部タンク１７に所定のインクを供給するために設けられている。また、吸引ファン３３は、搬送ベルト３１に記録媒体を吸着するための設けられたものであり、搬送モータ８０は上記搬送ベルト３１を所定方向に移動させるためにローラ３０の少なくとも１つに接続された駆動手段である。

ヘッド８２は、上述した各色のヘッドユニット３５〜３８の短尺な記録ヘッドに対応するもので、ヘッドドライバ８１を介して、制御部２１により画像データ受信部８３から送られてきた波形でデータに基づいて、所定の電圧やパルス幅、波形が印加される。

タイマ８５は、詳細を後述するが電磁弁８６の開閉タイミングや圧力ベローズ８７の動作タイミングを計測する。

また、移動モータ８９は、上述したメンテナンスユニット１５及び用紙搬送部１２を移動させるためのモータである。更に、吸引ポンプ９０は、ノズル面に残留する余剰インクを吸引するためのポンプである。

次に、本第１の実施形態のインク経路について詳細に説明する。

図５は、Ｋインクのインク経路を示した模式図である。本実施形態では、Ｋ下部タンク６５とＫ色ヘッドユニット３５との間でインクを循環させる循環経路が形成されている。

尚、他のインクについても同様なインク経路を構成しているので、Ｋインクを参照するものとしてここでの説明は省略する。

図５に於いて、Ｋインクボトル６０は、フィルタ９３を介して常に大気開放されている。このＫインクボトル６０は、インク供給弁としての電磁弁８６ａを有するチューブを介してＫ下部タンク６５と接続されている。そして、電磁弁８６ａを必要に応じて開閉することによりＫインクボトル６０内のＫインクをＫ下部タンク６５に供給する。

循環経路は、Ｋ下部タンク６５内のインクをＫ色ヘッドユニットに供給するためにＫ上部タンク７１及びＫ分配タンク４０を介してＫ下部タンク６５とＫ上部タンク７１を接続する第１のインク経路１０５と、該Ｋ色ヘッドユニット３５で吐出されなかったＫインクをＫ下部タンク６５に戻すためにＫ色ヘッドユニット３５とＫ下部タンク６５とを接続する第２のインク経路１０２と、によって構成されている。この第１のインク経路１０５は、Ｋ上部タンク７１とＫ下部タンク６５とを接続する第３のインク経路１０３と、Ｋ分配タンク４０を介してＫ上部タンク７１とＫ色ヘッドユニット３５とを接続する第４のインク経路１０４から構成されている。

上記循環経路の詳細について説明する。Ｋ下部タンク６５内のＫインクは、循環ポンプ１９が接続された第３のインク経路１０３によってＫ上部タンク７１へと供給される。ここで、Ｋ下部タンク６５は、Ｋ色ヘッドユニット３５のノズル面より重力方向下方となるように配置されている。これは、インク循環をしていない状態では電磁弁８６ｂは閉状態にし、電磁弁８６ｃは開状態にするが、この時にＫ色ヘッドユニット３５のノズル４５にかかる圧力を微負圧に保持するためである。このように配置することで、インク循環をしていない状態でも、ノズル４５からＫインクが垂れ落ちることはない。

また、Ｋ下部タンク６５には、チューブを介して負圧調整部７０が接続されている。この負圧調整部７０は、圧カベローズ８７と、錘９６と、支持体９７と、気室９８と、該気室９８内を大気開放可能にするための電磁弁８６ｃと、を有して構成されている。

圧カベローズ８７は蛇腹状の弾性を有する伸縮部材で構成されており、該圧力ベローズ８７は支持体９７によって錘９６を図示矢印Ａ方向に移動（上下動）させることで伸縮する。この負圧調整部７０は、電磁弁８６ｃを閉じた状態で圧カベローズ８７を支持体９７によって伸縮させることで、気室９８内の圧力（負圧）を調整している。つまり、負圧調整部７０は、チューブを介してＫ下部タンク６５と連通しているため、Ｋ下部タンク６５内の圧力（負圧）を調整している。

循環ポンプ１９によってＫ下部タンク６５内のＫインクが供給されたＫ上部タンク７１には、Ｋ上部タンク７１内のＫインク量を監視する液面センサ１００と、Ｋ上部タンク７１を大気開放可能にするための電磁弁８６ｂが設けられている。このＫ上部タンク７１は、Ｋ色ヘッドユニット３５のノズル面より重力方向上方となるように配置されている。このため、Ｋ上部タンク７１内のＫインクは、第４のインク経路１０４を介して、自重（自然落下）及びＫ下部タンク６５の負圧により、Ｋ色分配タンク４０へと流れ落ちる。そして、Ｋ色分配タンク４０からＫ色ヘッドユニット３５の各短尺な記録ヘッドヘとＫインクが供給される。また、Ｋヘッドユニット３５から吐出されなかったＫインクは、Ｋ色回収タンク７６及び第２のインク経路１０２を介して、Ｋ下部タンク６５へと流れ落ちる。

このように、本実施形態では、Ｋ下部タンク６５→Ｋ上部タンク７１→Ｋ色分配タンク４０→Ｋ色ヘッドユニット３５→Ｋ色回収タンク７６→Ｋ下部タンク６５へと、Ｋインクが循環するようにインク循環系が構成されている。

次に、このように構成されたインク循環系のインク循環方法について図６のフローチャートを参照して説明する。

本シーケンスが開始されると、先ず、ステップＳ１にて循環ポンプ１９がオン（ＯＮ）され、駆動される。次いで、ステップＳ２にて電磁弁８６ｂが開状態にされ、続くステップＳ３にて電磁弁８６ｃが閉状態にされる。更に、ステップＳ４では、支持体９７が下方に移動されることで、圧カベローズ８７が引き伸ばされ、気室９８を介してＫ下部タンク６５内が負圧にされる。この状態を圧力ベローズＯＮとする。この時、Ｋ色ヘッドユニット３５のノズル４５付近の圧力は、Ｋ上部タンク７１からの正圧とＫ下部タンク６５の負圧の合成圧力となるが、ノズル４５近傍の圧力が微負圧となるように調整されている。つまり、Ｋ上部タンク７１による正圧の絶対値よりＫ下部タンク６５の負圧の絶対値が大きくなるように調整されている。本実施形態では、ノズル４５近傍の圧力が−０．５〜−２．５ｋＰａになるように設定されている。尚、上記圧力範囲であればインクの吐出は可能であるが、−１．５ｋＰａに設定されることが望ましい。

また、圧カベローズ８７は、錘９６によってＫ下部タンク６５内の圧力が一定に保持されている。尚、ノズル４５近傍の圧力を安定させるために、本実施形態では循環ポンプ１９に脈動の少ないギヤードポンプが採用されている。これにより、インクはノズル４５から垂れ落ちることなく図示矢印Ｂ方向、Ｃ方向に流れ、ステップＳ５に於けるインク循環が行われる。 画像形成によってＫ色ヘッドユニット３５からインクが吐出されてインク循環経路内のインクが消費されると、Ｋ上部タンク７１の液面センサ１００がオフ（ＯＦＦ）になる。この時は、液面センサ１００がオン（ＯＮ）になるまで、電磁弁８６ａが開状態にされてＫインクボトル６０からインク循環経路内にインクが補給される。このようにして、画像形成時においては、常にインク循環経路内に所定量のインクが充填されているようにする。

インク循環を停止する場合は、ステップＳ６にて循環ポンプ１９が停止される。次に、ステップＳ７にて電磁弁８６ｂが閉状態にされ、更にステップＳ８にて電磁弁８６ｃが開状態にされる。その後、ステップＳ９にて支持体９７を上方に移動させることで、圧力ベローズ８７が押し上げられる。この状態を圧力ベローズＯＦＦとする。そして、本シーケンスを抜けて待機状態に移行する。

次に、各ヘッドユニットのメンテナンスの動作について詳細に説明する。

各ヘッドユニットでは、所定時間経過後、または所定枚数の画像形成が行われた際に、以下の方法でメンテナンスが行われている。本実施形態では、各ヘッドユニットのメンテナンスは、加圧パージ方式が採用されている。

具体的には、非循環状態に於いて、つまり電磁弁８６ｂが閉状態、電磁弁８６ｃが開状態時に於いて、圧カベローズ８７が引き伸ばされる。そして、電磁弁８６ｃが閉状態にされたところで、圧カベローズ８７が支持体９７によって押し上げられる。これにより、Ｋ下部タンク６５内、第２のインク経路１０２内が正圧にされて、Ｋ色ヘッドユニット３５からインクが押し出される。押し出されたインクは、メンテナンスユニット１５によって回収され、廃液ボトル２０へと流される。つまり、押し出されたインクは、ワイプブレードでノズル面が払拭されると共に、負圧源５６としての吸引ポンプ９０と連通する吸引部によりノズル面に残留する余剰インクが吸引される。吸引された余剰インクは、図示されないチューブを介して廃液ボトル２０へと回収される。

ここで、上記のようなインク循環系によりインクが循環される際、インク循環経路（第１、第２、第３のインク循環経路）の一部に気泡が停滞する場合がある。このような場合に於いては、以下の方法でインク循環経路内の気泡除去が行われる。この気泡除去方法では、前述した各ヘッドユニットのメンテナンス方法と異なり、インクを押し出さずに行う。

図７は、こうしたインクを押し出さずに気泡除去する循環メンテナンスの動作を説明するためのフローチャートである。

本シーケンスが開始されると、先ず、非循環状態の場合は循環状態に移行する。具体的には、上記ステップＳ１〜ステップＳ４と同様な動作を行い、ステップＳ１１にて循環ポンプ１９がオン（ＯＮ）にされる。次に、ステップＳ１２にて電磁弁８６ｂが開状態にされ、更にステップＳ１３にて電磁弁８６ｃが閉状態にされる。

次いで、ステップＳ１４にて、圧カベローズ８７をＯＮにして、Ｋ下部タンク６５内に負圧を発生させてインクを循環させる。この状態でノズル４５付近の圧力は、−１．５ｋＰａ程度に調整されている。なお、循環状態から気泡除去を行なう場合においては、上記ステップＳ１１〜ステップＳ１４を省略し、下記に示すステップから開始される。

次に、ステップＳ１５にて、電磁弁８６ｂを閉状態にし、タイマ８５により所望の時間保持された後、ステップＳ１６に移行して、再度電磁弁８６ｂを開状態にする。そして、ステップＳ１７に於いて、電磁弁８６ｂの開閉動作が所望の回数実施されたか否かが判定され、その回数に到達するまで前記ステップＳ１５〜Ｓ１７の処理動作が繰り返される。 図８は、電磁弁８６ｂの開閉時間のタイミングチャートを示した図である。本実施形態では、図８に示すように電磁弁８６ｂの開時間Ｔ１及び閉時間Ｔ２を、それぞれ０．２秒間とする。インク循環時に電磁弁８６ｂが閉状態とされると、循環ポンプ１９の圧力がＫ上部タンク７１、Ｋ色分配タンク４０を介してＫ色ヘッドユニット３５へ印加され、ノズル４５近傍にかかる正圧が大きくなる。このため、電磁弁８６ｂの開閉動作を繰り返すことによりインク循環系内において圧力変動を生じさせることができる。これにより、インク循環経路の一部に停滞した気泡を除去することができる。このように、電磁弁８６ｂの開閉動作によりインク循環系内において圧力変動を生じさせることができため、電磁弁８６ｂはインク循環系内の圧力を調整する圧力調整機構としても機能する。

なお、この時、ノズル４５からインクが垂れ落ちないように電磁弁８６ｂの開閉動作を制御する。本実施形態では、通常の循環時は、Ｋ上部タンク７１の正圧とＫ下部タンク６５の負圧の合成圧力を−１．５ｋＰａとしているため、電磁弁８６ｂの開閉動作を繰り返す際、ノズル４５近傍にかかる合成圧力が大気圧と同等、または大気圧と負圧−１．５ｋＰａとの間の圧力になるように開閉動作が制御されている。

前記ステップＳ１７にて、電磁弁８６ｂの開閉動作が所望の回数実施されたならば、ステップＳ１８に移行して、循環ポンプ１９がオフ（ＯＦＦ）にされる。次いで、ステップＳ１９にて電磁弁８６ｂが閉状態にされ、更にステップＳ２０にて電磁弁８６ｃが開状態にされる。その後、ステップＳ２１にて圧カベローズ８７がオフ（ＯＦＦ）にされると、非循環状態とされて本シーケンスが終了する。循環状態を維持させる場合においては、上記ステップＳ１８〜ステップＳ２１を省略して、画像形成に移行してもよい。なお、電磁弁８６ｂを所定の回数だけ開閉することにより、ノズル近傍の圧力が所望の圧力でなくなった場合は、負圧調整部７０によってノズル近傍の圧力を再調整する。 尚、前記インク循環経路内の気泡除去を行っている際に、以下の方法をとってもよい。

図９及び図１０は、ヘッドの駆動波形を表したタイミングチャートである。

図９は、インクを吐出するための吐出駆動波形を示したものである。Ｔ３は、ノズル４５からインク５１を１ドロップだけ吐出させるのに有する時間である。先ず、ドライブ電圧Ｖ１を印加してドライブ時間Ｔ４の間保持する。次に、リリース電圧Ｖ２を印加してリリース時間Ｔ６の間保持する。その後、電圧を０Ｖにして休止時間Ｔ５の間保持する。すると、前記リリース電圧Ｖ２を印加した時にインクがノズル４５から吐出される。

図１０は、インクを吐出しない非吐出駆動波形を示したものである。Ｔ７は、上記Ｔ３と同じ時間である。先ず、ドライブ電圧Ｖ３を印加してドライブ時間Ｔ８の間保持する。次に、リリース電圧Ｖ４を印加してリリース時間Ｔ１０の間保持する。その後、電圧を０Ｖにして休止時間Ｔ９の間保持する。このドライブ時間Ｔ８及びリリース時間Ｔ１０を上記吐出駆動波形のドライブ時間Ｔ４及びリリース時間Ｔ６の１／４以下とすることでヘッド内の波動タイミングをずらし、ノズル４５からインクを吐出しないようにしている。

このような駆動波形とすることで、インクが吐出しない結果を実験から得ている。また、電圧印加時間を短くしているので、吐出駆動波形と同じ電圧、或いは更に高い電圧を印加してもノズルからのインクを非吐出とし、インクミストを発生させないことができる。ヘッドの耐電庄やドライブ回路の能力に応じて印字時の吐出駆動電圧より高い非吐出駆動電圧を設定し、非吐出となる電圧印加時間を設定すれば良い。

このような非吐出駆動波形を、電磁弁８６ｂが開閉している時に適用することで、ノズル４５近傍の気泡を効率よく除去することが可能となる。また、気泡ばかりでなく、ノズル４５の近傍で蒸発等により増粘したインクを正常なインクに確実に置換することも可能である。

以上のように、第１の実施形態によれば、インク循環させながら上部タンクに具備されている大気開放弁である電磁弁８６ｂを開閉することにより、循環経路中に大気圧と同等、又は大気圧よりも低い圧力の範囲で脈動を与える。これにより、循環経路中の一部に停滞していた気泡を除去することができる。これにより、インクの吐出不良やインク吐出方向の曲がりなどを防止することができ、信頼性の高い画像記録装置を提供することができる。

また、電磁弁８６ｂは、インク循環経路においてインクを循環させている際に、大気開放することで下部タンク１８からの負圧とによりノズル近傍の圧力を常に所望の圧力に維持させることができると共に、開閉動作を行うことでインク循環経路内に脈動を与えることができるためインク循環経路を簡素化でき、且つ安価に設計することができる。

さらに、電磁弁８６ｂの開閉動作中にヘッドに非吐出駆動波形を印加することで、ノズル４５近傍の気泡をさらに効率よく除去することが出来ると共に、ノズル４５近傍の増粘したインクを正常なインクと確実に置換することができる。これによりさらに信頼性の高い画像記録装置を提供することができる。

次に、第１の実施形態の第１の変形例を説明する。

図１１及び図１２のタイミングチャートを参照して、本発明の第１の実施形態の第１の変形例を説明する。

前述した第１の実施形態では、電磁弁８６ｂの開閉時間を一定としていたが、開閉時間を変化させることで更なる効果を得ることができる。例えば、図１１のタイミングチャートに示されるように、第１の開時間Ｔ１を０．２秒とし、第２の開時間Ｔ１１を０．１秒とし、これを所定回数繰り返す。また、図１２のタイミングチャートに示されるように、第１の閉時間Ｔ２を０．２秒とし、第２の閉時間Ｔ１２を０．１秒とし、これを所定回数繰り返す。これより、循環経路中に圧力変動（脈動）を生じさせる。なお、本変形例においても、大気圧と同等、又は大気圧よりも低い圧力の範囲で脈動を与える。このように、インク循環中に上部タンク７１に設けられた電磁弁８６ｂの開閉時間を２種類以上の組み合わせとすることで、より効果的にインク経路内に滞留する気泡を取り除くことが可能となる。

次に、第１の実施形態の第２の変形例を説明する。

前述した第１の実施形態では、圧力調整機構として電磁弁８６ｂを開閉することで循環経路中の圧力変動を生じさせていたが、この第２の変形例では、電磁弁８６ｂを開閉する代わりに圧力ベローズ８７を上下動させることで気泡除去を行うようにしている。つまり、圧力ベローズ８７を押し上げる（縮める）とヘッドの圧力が大気圧側ヘシフトするので前述した図８、図１１及び図１２に示したタイミングで、圧力ベローズ８７を伸縮させてもよい。なお、本変形例においても同様に大気圧と同等、又は大気圧よりも低い圧力の範囲で圧力変動を与える。このようにしても、前述した第1の実施形態と同等な効果を得ることができる。

次に、第１の実施形態の第３の変形例を説明する。

前述した第１の実施形態では、圧力調整機構として電磁弁８６ｂを開閉することで循環経路中の圧力変動を生じさせていたが、この第３の変形例では、電磁弁８６ｂを開閉する代わりに大気開放弁としての電磁弁８６ｃを開閉させることで気泡除去を行うようにしている。つまり、電磁弁８６ｃを開状態にするとヘッドの圧力が大気圧側ヘシフトするので前述した図８、図１１及び図１２に示したタイミングで、電磁弁８６ｃの開閉を行なう。なお、本変形例においても同様に大気圧と同等、又は大気圧よりも低い圧力の範囲で圧力変動を与える。このようにしても、前述した第1の実施形態と同等な効果を得ることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

前述した第１の実施形態は画像形成時にインク循環させるタイプの画像記録装置について説明したが、この第２の実施形態は画像形成時にインク循環を行わないタイプの画像記録装置の例である。

尚、この第２の実施形態に於いて、図１乃至図１０に示される第１の実施形態と同一の部分には同一の参照番号を付して、異なる部分の構成及び動作についてのみ説明する。

図１３は、本発明の第２の実施形態に於けるＫインクのインク経路を示した模式図である。

尚、他のインクについても同様なインク経路を構成しているので、Ｋインクを参照するものとしてここでの説明は省略する。

図１３に於いて、この画像記録装置は、図５に示される第１の実施形態の画像記録装置の電磁弁８６ｂを有したＫ上部タンク７１、電磁弁８６ｃを有したＫ下部タンク６５及び負圧調整部７０に替えて、Ｋ色ヘッドユニット３５のノズル面より重力方向下方に配置された大気開放弁としての電磁弁１１１を有したサブタンク１１０を備えている。また、少なくともインク経路の一部に滞留する気泡を除去するためにＫ色ヘッドユニット３５とサブタンク１１０とを接続する第１のインク経路１０５を備えている。なお、本実施形態においても、Ｋ色ヘッドユニットは、使用される記録媒体の搬送方向と直交する方向に６個の短尺な記録ヘッドを千鳥状に配置することで記録媒体の幅以上となるように構成されている。

このような構成に於いて、印刷時や待機時は、サブタンク１１０の電磁弁１１１が開状態にされ、Ｋ色ヘッドユニット３５とサブタンク１１０との負圧（水頭圧）によってノズル４５近傍の圧力が保持されている。尚、本実施形態においては、負圧調整部７０を設けていないが、負圧調整部７０を設け、ノズル４５近傍の圧力を調整してもよい。 また、インク経路の気泡除去時は、サブタンク１１０内のＫインクが循環ポンプ１９、第１のインク経路１０５、Ｋ色回収タンク７６、Ｋ色ヘッドユニット３５、Ｋ色分配タンク４０、第２のインク経路１０２を経由してサブタンク１１０に戻るインク循環系を構成している。

インク経路の気泡除去を行なう際は、まず電磁弁１１１を閉じる。そして、循環ポンプ１９を駆動させ、Ｋインクの循環を開始する。この状態で、電磁弁１１１の開閉動作を繰り返すことで、インク循環系内に圧力変動が発生させる。この圧力変動は、大気圧と所定の負圧との間の範囲内で与えられる。このように、電磁弁１１１は、Ｋ色ヘッドユニット３５のノズル４５に対して適正なメニスカスを形成させるだけでなく、電磁弁１１１の開閉動作によりインク循環系内において圧力変動を生じさせることができ、インク循環系内の圧力を調整する圧力調整機構としても機能する。したがって、前述した第１の実施形態と同様に、インク経路内に滞留する気泡の除去ができる。また、前述した第１の実施形態と同様に、本実施形態においても非吐出駆動波形を電磁弁１１１の開閉動作を行っている最中に適用することで、ノズル４５近傍の気泡をさらに効率よく除去することが出来ると共に、ノズル４５近傍の増粘したインクを正常なインクと確実に置換することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明では、ヘッドをヘッド保持部材に固定したラインヘッド型の画像記録装置について説明してきたが、これ限らず、ヘッドを主走査方向に移動させながら画像形成を行なうシリアル型の画像記録装置であっても適用できる。また、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能であるのは勿論である。

更に、前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の第１の実施形態に於ける画像記録装置の概略断面図である。 短尺な記録ヘッドの構成を示すもので、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）はノズル面を示した斜視図、（ｃ）は断面図である。 本発明の第１の実施形態に於ける画像記録装置のメンテナンス時の概略断面図である。 図１の構成の画像記録装置の制御系の構成について示したブロック構成図である。 Ｋインクのインク経路を示した模式図である。 第１の実施形態に於いてインク循環する場合の循環メンテナンスの動作について説明するためのフローチャートである。 第１の実施形態に於いてインクを押し出さずに気泡除去する循環メンテナンスの動作を説明するためのフローチャートである。 第１の実施形態に於ける電磁弁の開閉時間について説明するためのタイミングチャートである。 インクを吐出するための吐出駆動波形を示したタイミングチャートである。 インクを吐出しない非吐出駆動波形を示したタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態の第１の変形例で電磁弁の開閉時間について説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態の第１の変形例で電磁弁の開閉時間について説明するための別のタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態に於けるＫインクの循環経路を示した模式図である。

符号の説明

１０…画像記録装置、１１…給紙部、１２…用紙搬送部、１３…画像形成部、１４…排紙部、１５…メンテナンスユニット、１６…インクボトルユニット、１７…上部タンク、１８…下部タンク、１９…循環ポンプ、２０…廃液ボトル、２１…制御部、２６…ピックアップローラ、２９…レジストローラ、３０…ローラ、３１…搬送ベルト、３２…プラテン、３３…吸引ファン、３５…ヘッドユニット（Ｋ色ヘッドユニット）３６…ヘッドユニット（Ｃ色ヘッドユニット）、３７…ヘッドユニット（Ｍ色ヘッドユニット）、３８…ヘッドユニット（Ｙ色ヘッドユニット）、４０…分配タンク（Ｋ色分配タンク）、４１…分配タンク（Ｃ色分配タンク）、４２…分配タンク（Ｍ色分配タンク）、４３…分配タンク（Ｙ色分配タンク）、４４…ヘッド保持部材、４５…ノズル、４６…ノズルプレート、５６…負圧源、６０…Ｋインクボトル、６１…Ｃインクボトル、６２…Ｍインクボトル、６３…Ｙインクボトル、６５…Ｋ下部タンク、６６…Ｃ下部タンク、６７…Ｍ下部タンク、６８…Ｙ下部タンク、７０…負圧調整部、７１…Ｋ上部タンク、７２…Ｃ上部タンク、７３…Ｍ上部タンク、７４…Ｙ上部タンク、７６…回収タンク（Ｋ色回収タンク）、７７…回収タンク（Ｃ色回収タンク）、７８…回収タンク（Ｍ色回収タンク）、７９…回収タンク（Ｙ色回収タンク）、８０…搬送モータ、８１…ヘッドドライバ、８２…ヘッド、８３…画像データ受信部、８５…タイマ、８６、８６ａ、８６ｂ、８６ｃ…電磁弁、８７…圧力ベローズ、８９…移動モータ、９０…吸引ポンプ、９３…フィルタ、９７…支持体、９８…気室、１００…液面センサ、１０２…第２のインク経路、１０３…第３のインク経路、１０４…第４のインク経路、１０５…第１のインク経路。

Claims (7)

1. ノズルからインクを吐出して記録媒体上に画像記録を行う記録ヘッドを有する画像記録部と、
   前記記録ヘッドの前記ノズルが形成されたノズル面より重力方向上方に配置され、前記記録ヘッドに供給するための前記インクを貯留する上部タンクと、
   前記上部タンクに設けられ、前記上部タンク内を大気と連通、又は遮断するための第１の弁と、
   前記記録ヘッドの前記ノズルが形成されたノズル面より重力方向下方に配置され、前記記録ヘッドで吐出されなかった前記インクを貯留する下部タンクと、
   前記下部タンクに設けられ、前記下部タンク内を大気と連通、又は遮断するための第２の弁と、
   前記下部タンクに設けられ、前記下部タンク内の圧力を調整する圧力調整部と、
   前記下部タンクに貯留された前記インクを前記上部タンクに送るポンプと、によって前記インクを前記上部タンクから前記画像記録部、前記下部タンクの順に流し、再び前記上部タンクに戻すインク循環系を構成し、
   前記インク循環系内で前記インクを循環させるモードは、
   前記画像記録部によって画像記録を行うために、前記第１の弁を開放し、且つ前記第２の弁を閉じた状態を保つと共に、前記記録ヘッドの前記ノズルにかかる圧力が前記インクを吐出可能な圧力となるように前記圧力調整部によって前記下部タンク内の圧力を一定の負圧に保つ第１の循環モードと、
   前記インク循環系内に停滞する気泡を除去するために、前記第１の循環モード状態で、少なくとも前記第１の弁を開閉する開閉動作、又は前記第２の弁を開閉する開閉動作、又は前記圧力調整部によって前記下部タンク内の圧力を可変させる可変動作のいずれか１つの動作を行う第２の循環モードと、を有することを特徴とする画像記録装置。
2. 前記第２の循環モード時において、少なくとも前記第１の弁を開閉する開閉動作、又は前記第２の弁を開閉する開閉動作、又は前記圧力調整部によって前記下部タンク内の圧力を可変させる可変動作のいずれか１つの動作を行う際、前記記録ヘッドの前記ノズルにかかる圧力は、大気圧と所定の負圧の範囲内で可変することを特徴とする請求項１に記載の画像記録装置。
3. 前記所定の負圧は、前記第１の循環モード時に前記記録ヘッドの前記ノズルにかかった圧力であることを特徴とする請求項２に記載の画像記録装置。
4. 前記第２の循環モード時において、前記第１の弁の開閉動作を複数回繰り返し、前記第１の弁を開状態にする時間と前記第１の弁を閉状態にする時間とを同じ時間に設定する、又は前記第１の弁を開状態にする時間と前記第１の弁を閉状態にする時間とを異なる時間に設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像記録装置。
5. 前記第２の循環モード時において、前記第２の弁の開閉動作を複数回繰り返し、前記第２の弁を開状態にする時間と前記第２の弁を閉状態にする時間とを同じ時間に設定する、又は前記第２の弁を開状態にする時間と前記第２の弁を閉状態にする時間とを異なる時間に設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像記録装置。
6. 前記圧力調整部は、前記下部タンクの空気部分と連通し、内部に空間が形成された伸縮可能な伸縮部材を有し、前記第２の循環モード時において、前記伸縮部材を複数回伸縮させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像記録装置。
7. 前記画像記録装置は、前記インク循環系内で前記インクを循環させない時、前記第１の弁を閉じ、前記第２の弁を開放した状態を保つ、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像記録装置。

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