JP5776148B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は画像形成装置に関し、特に液滴を吐出する記録ヘッドを備える画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。この液体吐出記録方式の画像形成装置は、記録ヘッドからインク滴を、搬送される用紙に対して吐出して、画像形成（記録、印字、印写、印刷も同義語で使用する。）を行なうものであり、記録ヘッドが主走査方向に移動しながら液滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置と、記録ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置がある。

なお、本願において、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体にインクを着弾させて画像形成を行う装置（単なる液体吐出装置を含む）を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与する（単に液滴を媒体に着弾させる、即ち液滴吐出装置ないし液体吐出装置と称されるものを含む）をも意味する。また、「インク」とは、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体、ＤＮＡ試料、パターニング材料などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用いる。また、「用紙」とは、材質を紙に限定するものではなく、上述したＯＨＰシート、布なども含み、インク滴が付着されるものの意味であり、被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含むものの総称として用いる。また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を３次元的に造形して形成された像も含まれる。

記録ヘッドとして用いる液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）としては、圧電アクチュエータ等により振動板を変位させ液室内の体積を変化させて圧力を高め液滴を吐出させる圧電型ヘッドや、液室内に通電によって発熱する発熱体を設けて、発熱体の発熱により生じる気泡によって液室内の圧力を高め、液滴を吐出させるサーマル型ヘッドが知られている。

このような液体吐出方式の画像形成装置においては、特に画像形成スループットの向上、すなわち画像形成速度の高速化が望まれており、本体据え置きの大容量のインクカートリッジ（メインタンク）からチューブを介して記録ヘッド上部のヘッドタンク（サブタンク、バッファタンクと称されるものを含む。）にインクを供給する方式が行なわれている。

このチューブ供給方式では、画像形成で記録ヘッドから消費されるインクがインクカートリッジからチューブを通って記録ヘッドに供給されることになるが、例えば、柔軟性に富む細いチューブを使うと、チューブをインクが流れるときの流体抵抗が大きいため、供給がインク吐出に間に合わず吐出不良となることがある。特に、広幅の被記録媒体に記録する大型の装置では、必然的にチューブが長くなり、チューブの流体抵抗が大きくなる。また、高速印字する場合や高粘度のインクを吐出する場合も流体抵抗が増大し、記録ヘッドへのインク供給不足が問題となる。

そこで、従来、インクカートリッジのインクを加圧状態に保持すると共に、ヘッドのインク供給上流側に差圧弁（負圧連動弁）を設けて、サブタンク内の負圧が所定の圧力より大きい時にインクを供給するようにするものが知られている（特許文献１）。

また、チューブの流体抵抗による圧力損失を解消する他の技術としては、例えば、ヘッドの上流にばねによって負圧を得る負圧室にポンプでインクを送液して積極的にインク供給圧を制御するものがある（特許文献２）。また、負圧室を有していないが、同様にポンプによって積極的に圧力を制御するものもある（特許文献３）。

特許第３６０６２８２号公報 特開２００５−３４２９６０号公報 特表平０５−５０４３０８号公報

上述した特許文献１に開示の構成あっては、前述したリフィル不足の問題は解決されるが、負圧を制御するための機構が複雑であり、かつ、負圧連動弁のシール性能を高度に要求されるという課題がある。また、常時加圧する方式であるため、インク供給経路中にある全ての接続部の気密性（シール性）も高度に要求され、シール性が低下したときにはインクが噴出するという課題がある。

また、特許文献２、３の構成にあっては、インクの消費量等に応じて正確にポンプの送液量を制御する必要があるため、負圧室の圧力を用いたフィードバック制御等が必要となり、制御が複雑になるという課題がある。また、例えば、色の異なる複数種のインクを用いる画像形成装置に適用する場合には、色種ごとにポンプを制御することが求められ、装置が複雑化、大型化するという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、構成が簡単で安定な負圧を維持し、なおかつ高速化、ロングチューブ化、高粘度化してもリフィル不足を生じない液体供給を行えるようにすることを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、
液滴を吐出するノズルを有する記録ヘッドと、
前記記録ヘッドに供給する液体を貯留する液体タンクと、
前記記録ヘッドに前記液体を供給する第１の流路と、
前記液体タンクに連通する第２の流路と、
前記第２の流路又は前記液体タンクと前記第１の流路とを連通する第３の流路と、
前記第２の流路内の液体を加圧する加圧手段と、
前記第２の流路から前記第１の流路への液体の供給を制御する制御弁と、を備え、
前記制御弁は、
容積変化が可能な液体保持室と、
前記第１の流路と前記第２の流路の開閉を行う弁体と、を有し、
前記記録ヘッドからの液体の吐出によって生じる前記液体保持室から前記第１の流路への液体の流れにより、前記弁体が前記第１の流路側に移動して、前記第２の流路と前記第１の流路が連通する
構成とした。

本発明に係る画像形成装置によれば、構成が簡単で安定な負圧を維持し、なおかつ高速化、ロングチューブ化、高粘度化してもリフィル不足を生じない液体供給を行えるようになる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置を示す概略正面説明図である。 同じく概略平面説明図である。 同じく概略側面説明図である。 同装置の記録ヘッドの説明に供する要部拡大説明図である。 同装置のヘッドタンクの模式的断面説明図である。 本発明の第１実施形態に係るインク供給系（インク供給システム）の全体構成図である。 同じくアシストユニットの模式的説明図である。 同アシストユニットの制御弁の断面説明図である。 同インク供給システムにおける供給動作の説明に供する制御弁の断面説明図である。 同画像形成装置の制御部の概要を説明する全体ブロック説明図である。 同実施形態における印字動作の説明に供するフロー図である。 本発明の第２実施形態における制御弁の断面説明図である。 本発明の第３実施形態に係るインク供給システムの模式的説明図である。 同システムで使用している制御弁の断面説明図である。 同じく制御弁を底面側から見た平面説明図である。 同制御弁の弁体の斜視説明図である。 同実施形態のインク供給システムの供給動作の説明に供する制御弁の断面説明図である。 同実施形態における印字動作の説明に供するフロー図である。 本発明の第４実施形態に係るインク供給システムの模式的説明図である。 同システムで使用しているインクカートリッジの断面説明図である。 同じく制御弁の説明図である。 本発明の第５実施形態に係るインク供給システムの模式的説明図である。 同システムで使用しているインクカートリッジの断面説明図である。 同じく開閉弁の説明図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置について図１ないし図３を参照して説明する。なお、図１は同記録装置の概略正面説明図、図２は同じく概略平面説明図、図３は同じく概略側面説明図である。
このインクジェット記録装置は、本体フレーム１に立設された左右の側板１Ｌ、１Ｒに横架したガイド部材であるガイドロッド２と、本体フレーム１に横架される後フレーム１Ｂに取付けられたガイドレール３とで、キャリッジ４を主走査方向（ガイドロッド長手方向）に摺動自在に保持し、キャリッジ４を主走査モータ５５１とタイミングベルトによってガイドロッド２の長手方向（主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ４には、例えば、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）のインク滴を吐出する１又は複数の記録ヘッド１０が搭載され、記録ヘッド１０は複数のインク吐出口（ノズル）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している。

ここで、記録ヘッド１０は、図４に示すように、発熱体基板１２と液室形成部材１３から構成され、ベース部材１９に形成されたインク供給路を介して共通流路１７及び液室（個別流路）１６に順次供給されるインクを液滴として吐出する。この記録ヘッド１０は、発熱体１４の駆動によるインクの膜沸騰により吐出圧を得るサーマル方式のものであり、液室１６内の吐出エネルギー作用部（発熱体部）へのインクの流れ方向とノズル１５の開口中心軸とを直角となしたサイドシュータ方式の構成のものである。

なお、記録ヘッドとしては、圧電素子を用いて振動板を変形させ、また、静電力で振動板を変形させて吐出圧を得るものなど様々な方式があり、いずれの方式のものも本発明に係る画像形成装置に適用することができる。

一方、キャリッジ４の下方には、記録ヘッド１０によって画像が形成される用紙２０が主走査方向と垂直方向（副走査方向）に搬送される。図３に示すように、用紙２０は、搬送ローラ２１と押えコロ２２で挟持されて、記録ヘッド１０による画像形成領域（印字部）に搬送され、印写ガイド部材２３上に送られ、排紙ローラ対２４で排紙方向に送られる。

このとき、主走査方向へのキャリッジ４の走査と記録ヘッド１０からのインク吐出を画像データに基づいて適切なタイミングで同調させ、用紙２０に１バンド分の画像を形成する。１バンド分の画像形成が完了した後、副走査方向に用紙２０を所定量送り、前述と同様の記録動作を行う。これらの動作を繰り返し行い、１ページ分の画像形成を行なう。

一方、記録ヘッド１０の上部には吐出するインクを一時的に貯留するためのインク室１０３が形成されたヘッドタンク（バッファタンク、サブタンク）３０が一体的に接続される。ここでいう「一体的」とは、記録ヘッド１０とヘッドタンク３０がチューブ、管等で接続されることも含んでおり、どちらも一緒にキャリッジ４に搭載されているという意味である。

このヘッドタンク３０は、図５に示すように、インク室１０３を形成するタンクケース１０１の一部の開口に外側に向かって凸状に形成された可撓性を有する弾性部材、例えばゴム部材１０２が設けられ、インク室１０３の内部には記録ヘッド１０との接続部の近傍にフィルタ１０９が設けられ、インクをろ過して異物などを除去したインクを記録ヘッド１０に供給する構成となっている。

このヘッドタンク３０には、装置本体側の主走査方向の一端部側に設けられたカートリッジホルダ７７に着脱自在に装着される各色のインクを収容した液体タンクであるインクカートリッジ（メインタンク）７６から所要の色のインクが供給される。

ここで、ヘッドタンク３０とインクカートリッジ７６との間にはアシストユニット８０が設けられ、ヘッドタンク３０とアシストユニット８０とは第１の流路を形成する液体供給チューブ７１を介して接続され、また、アシストユニット８０は後述する第２の流路７０を介してインクカートリッジ７６と接続されている。

また、装置本体の主走査方向の他端部側には記録ヘッド１０の維持回復を行う維持回復機構５１が配置されている。この維持回復機構５１は、記録ヘッド１０のノズル面をキャッピングするキャップ５２と、キャップ５２内を吸引する吸引ポンプ５３と、吸引ポンプ５３で吸引されたインクの廃液を排出する排出経路５４などを含み、排出経路５４から排出される廃液は本体フレーム１側に配置された廃液タンク５６に排出される。この維持回復機構５１にはキャップ５２を記録ヘッド１０のノズル面に対して進退移動（この例では昇降）させる移動機構を備えている。また、維持回復機構５１には、ここでは図示しないが、記録ヘッド１０のノズル面をワイピングするワイパ部材５７をワイピングユニット５８にて保持してノズル面に対して進退可能に配設している（例えば図１３参照）。

次に、このインクジェット記録装置に適用した本発明の第１実施形態に係るインク供給系（インク供給システム）について図６ないし図８をも参照して説明する。なお、図６は同インク供給システムの全体構成図、図７は同システムのアシストユニットの模式的説明図、図８は同アシストユニットの制御弁の断面説明図である。

まず、図６に示すように、４色のインクに対応して、インクカートリッジ７６、第２の流路７０、アシストユニット８０、インク供給チューブ（第１の流路）７１、ヘッドタンク３０が連通している。

各アシストユニット８０は、第２の流路７０のインクを加圧する加圧手段である加圧ユニット７２と、第２の流路７０から第１の流路７１へのインクの供給を制御する制御弁８１とを備えている。

加圧ユニット７２は、インクカートリッジ７６に通じる第２の流路７０のインクを加圧して制御弁８１に送液する。この加圧ユニット７２は、例えば、図７に示すように、流路抵抗ユニット７５を有するループ状の循環路７８に、ポンプ７３でインクを矢印Ａ方向に循環させて、制御弁８１のインク流入部にあたる分岐部７９を加圧することができる。流路抵抗ユニット７５は、流路が絞られた構造を含むもので、例えば小径の管路とすることができる。ポンプ７３としては、チュービングポンプやダイヤフラムポンプ、ギヤポンプなど種々のポンプを適用することができる。

なお、本実施形態では４色のインクに対応して４つのポンプ７３Ｋ、７３Ｃ、７３Ｍ、７３Ｙを備えているが、これらの４つのポンプは１つのモータ７４で連動して駆動する構成としている。

また、制御弁８１は、例えば、図８に示すように、ケース部材８２と蓋部材８３が接合されて内部に管路（流路）８４が形成され、管路８４の一方には加圧ユニット７２の分岐部７９につながる流入ポート８６が設けられ、他方には液体供給チューブ７１につながる流出ポート８７が設けられている。

そして、管路８４内には弁体８５が移動可能に配設されている。この弁体８５は、インク中で錆びない材質、例えばステンレスからなり、弁体８５の流入ポート８６側の面には、ゴムやエラストマーからなるシール部材８８が設けられている。そして、弁体８５は、印字動作が行われていないときには、弁体８５の自重によって流入ポート８６を塞ぐ位置に移動している。

また、制御弁８１には、管路８４に連通した液体保持室としてのバッファ室６０を備えている。このバッファ室６０は、一部が変形可能な材料で構成され、内部の容積が変化可能とされている。この例では、ポリプロピレン製の蛇腹状構造体をケース部材８２に接合することで容積変化が可能なバッファ室６０を形成している。

次に、このインク供給システムにおける供給動作について図９も参照して説明する。
まず、印字（記録）に先立ってモータ７４を駆動してポンプ７３によりインクを循環させ（図７の矢印Ａ参照）、制御弁８１の流入ポート８６を加圧する。この状態では、図９（ａ）に示すように、制御弁８１は、弁体８５に作用する重力によって、制御弁８１内部の管路８４と流入ポート８６は遮断されているため、流出ポート８７はヘッド１０と同様に負圧状態である。

そして、ヘッド１０からインクが吐出されると、そのインクはヘッドタンク３０から供給されるが、このとき、ヘッドタンク３０はゴム部材１０２が変形するのでヘッドタンク３０内部の負圧が増大する。この負圧増大によって、制御弁８１は、図９（ｂ）に示すように、バッファ室６０が収縮し、弁体８５と管路８４の間のギャップ８９を経由してインクが流出ポート８７に流れ出す。ここで、弁体８５の外周面と管路８４の内周面との間のギャップ８９を狭いギャップとすると、ギャップ８９をインクが流れることによって、弁体８５の上下（流れの方向の前後）に圧力差が発生し、弁体８５を上昇（流出ポート８７側へ移動）させる力が作用し、弁体８５が上昇する。

これにより、図９（ｃ）に示すように、弁体８５による流入ポート８６の流入口部８６ａのシール状態が解除され、流入ポート８６の加圧インクが管路８４に流れ込み、バッファ室６０を膨張させると共に、流出ポート８７にインクを高速に供給する。

したがって、ヘッドタンク３０にインクが補充され、ヘッドタンク３０内の負圧が小さく（ゼロに近く）なる。このとき、図９（ｄ）に示すように、弁体８５と管路８４の間のギャップ８９をインクが流れるので、弁体８５は力を受けて更に上昇し、弁体８５は上死点に達する。

そして、弁体８５が上死点に達すると、弁体８５が流出ポート８７を塞ぐので、制御弁８１からヘッドタンク３０へのインクの供給は停止する。このとき、流出ポート８７の圧力も正圧となり、流入ポート８６と近い圧力となる。また、弁体８５の上昇の駆動源であるギャップ８９部分のインクの流れがなくなり、狭いギャップ８９をインクが流れることによる大きな圧力差がなくなるので、弁体８５は重力によって下降し、再び図９（ａ）に示すように、弁体８５が流入ポート８６を閉じる。

記録ヘッド１からのインク吐出が続き、ヘッドタンク３０の負圧が増大すると、同様にバッファ室６０が収縮すると共に、弁体８５が上昇し、流入ポート８６が流出ポート８７に連通して加圧されたインクがヘッドタンク３０に補充される。

このように、制御弁８１は、ヘッド１０からインクが消費されることにより、制御弁８１内のバッファ室６０のインクが流れて弁体８５が移動し、自動的に加圧インクをヘッド１側に高速に供給して弁が閉じる。したがって、吐出するインクの粘度が大きい場合や液体供給チューブ７１の流体抵抗が大きい場合（チューブが細かったり長かったりする場合）やインク吐出流量が大きい場合に、インク供給経路の流体抵抗によりインク供給が追いつかなくなる不具合が発生することなく、ヘッドの圧力を一定範囲に保ちながらインクを供給することができる。

本実施形態のインク供給システムでは、弁体８５が上昇して一定量のインクをヘッドタンク３０に送った後、一旦弁体８５が下降（流入ポート８６側に移動）して弁が閉じ、ヘッド１０への供給量の不足状態が継続している場合は、弁体８５が上昇と降下の往復移動を繰り返して不足分を供給し続ける動作を行う。したがって、例えば、弁体８５と管路８４の間のギャップ８９やインクの加圧量等がばらついた場合でも、弁体８５の動作周波数や動作回数が変化して、必要な送液を行なうことができるので、ヘッド１の圧力を一定範囲に安定に保つことができる。

ここで、この画像形成装置の制御部の概要について図１０を参照して説明する。なお、図１０は同制御部の全体ブロック説明図である。
この制御部５００は、この画像形成装置全体の制御を行うＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１が実行する本発明に係るポンプ駆動モータ７４の制御を行う手段を兼ねたプログラムを含む各種プログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ５０２と、画像データ等を一時格納するＲＡＭ５０３と、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための書き換え可能な不揮発性メモリ５０４と、画像データに対する各種信号処理、並び替え等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ５０５とを備えている。

また、記録ヘッド１０を印字データに応じて駆動制御するための印刷制御部５０８と、キャリッジ４側に設けた記録ヘッド１０を駆動するためのヘッドドライバ（ドライバＩＣ）５０９と、キャリッジ４を移動走査する主走査モータ５５１、用紙２０を搬送する搬送ローラ２１を回転駆動させる副走査モータ５５２、維持回復機構５１のキャップ５２やワイパ部材５７などを昇降させるキャップ昇降機構５１３を作動する維持回復モータ５１２を駆動するためのモータ駆動部５１０と、維持回復機構５１の吸引ポンプ５３及びアシスト用ポンプ７３を駆動するモータ７４を駆動するポンプ駆動部５１１などを備えている。

また、この制御部５００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５１４が接続されている。

この制御部５００は、ホスト側とのデータ、信号の送受を行うためのＩ／Ｆ５０６を持っていて、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置、イメージスキャナなどの画像読み取り装置、デジタルカメラなどの撮像装置などのホスト６００側から、ケーブル或いはネットワークを介してＩ／Ｆ５０６で受信する。

そして、制御部５００のＣＰＵ５０１は、Ｉ／Ｆ５０６に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して解析し、ＡＳＩＣ５０５にて必要な画像処理、データの並び替え処理等を行い、この画像データを印刷制御部５０８からヘッドドライバ５０９に転送する。なお、画像出力するためのドットパターンデータの生成はホスト６００側のプリンタドライバ６０１で行っている。

印刷制御部５０８は、上述した印字データをシリアルデータで転送するとともに、この印字データの転送及び転送の確定などに必要な転送クロックやラッチ信号、制御信号などをヘッドドライバ５０９に出力する。ヘッドドライバ５０９は、シリアルに入力される記録ヘッド１０の１行分に相当する印字データに基づいて発熱素子１４を駆動する。

Ｉ／Ｏ部５１５は、装置に装着されている各種のセンサ群５１６からの情報を取得し、プリンタの制御に必要な情報を抽出し、印刷制御部５０８やモータ駆動部５１０の制御に使用する。センサ群５１６は、用紙の位置を検出するための光学センサや、機内の温度を監視するためのサーミスタ、帯電ベルトの電圧を監視するセンサ、カバーの開閉を検出するためのインターロックスイッチなどがあり、Ｉ／Ｏ部５１５は様々のセンサ情報を処理することができる。また、環境条件（温度及び湿度）を検知する温湿度センサからの検知信号、廃液タンク５６の満タンを検知する満タン検知センサの検知信号も入力される。

次に、本実施形態における印字動作について図１１のフロー図を参照して説明する。
印字ジョブ信号を受信した後、モータ７４を駆動してアシストポンプ７３で送液を開始する。その後、記録ヘッド１０のノズル面を覆っているキャップ５２をノズル面から離間させて所定の滴数の空吐出を実施した後、印字を開始する。

このとき、アシストポンプ７３が駆動しているので、前述したように、液体供給チューブ７１が長いシステムで高粘度のインクを用いる場合でもインク供給に伴う圧力損失を適切に低減することができ、インクの供給不足を生じさせることなく良好な印字を行うことができる。

印字終了後、キャリッジ４を装置の所定の位置（ホームポジション）に停止させ、記録ヘッド１０のノズル面をキャップ５２でキャッピングする。その後、モータ７４を停止してアシストポンプ７３の送液を終了させる。なお、アシストポンプ７３は印字終了後直ちに停止させても良い。

このように、記録ヘッドに液体を供給する第１の流路と、液体タンクに連通する第２の流路と、第２の流路内の液体を加圧する加圧手段と、第２の流路から第１の流路への液体の供給を制御する制御弁と、を備え、制御弁は、容積変化が可能な液体保持室と、第１の流路と第２の流路の開閉を行う弁体と、を有し、記録ヘッドからの液体の吐出によって生じる液体保持室から第１の流路への液体の流れにより弁体が移動して第２の流路と第１の流路が連通する構成とすることで、構成が簡単で安定な負圧を維持し、なおかつ高速化、ロングチューブ化、高粘度化してもリフィル不足を生じない液体供給を行えるようになる。

なお、上記の説明においては、モータ７４を印字動作中連続駆動し、制御弁８１の流入ポート８６のインクを一定圧に加圧したが、モータ７４を間欠駆動するなどして流入ポート８６のインクの圧力を脈動させることもできる。このように、圧力を脈動させることにより、弁体８５の上昇力（移動力）が断続的になり、ヘッドタンク３０側へのインクの供給が不必要な時に弁体８５を確実に降下（弁を閉じる位置に移動）させて、より安定したインク供給を実現することができる。

また、ヘッドタンク３０にゴム部材１０２が設けられている。ゴム部材は圧力に対して自在に膨張収縮するので圧力変動防止部材として機能する。つまり、ヘッド１０のインク消費量とアシストユニット８０の送液量のずれによる圧力ばらつきを吸収したり、アシストユニット８０が発生する無用な圧力の脈動を減衰させたりでき、ヘッド１０の圧力をより安定にすることができる。圧力変動防止機能を実現するには、他にも例えばフィルム等の可撓性のある材料で形成した壁面をばねで付勢する構成や、一定の気体層を形成する構成などもあり、いずれの構成でも同様な作用効果を得ることができる。

さらに、上記の画像形成装置では、４色のインクを吐出させるので、図６に示すようにインク供給システムが色別に４つ設けられる。複数の色を吐出して画像を形成する場合、各ヘッド１０から吐出されるインクの量は異なるので、例えば、あるヘッドは全ノズルからインクを吐出する状態で、別のヘッドは非吐出の状態である場合もある。このような場合でも、上記インク供給システムでは、ヘッド１０の吐出流量によって自動的に制御弁８１が動作するようになっているので、各ヘッドの吐出流量に応じたポンプ７３の制御は不要である。即ち、吐出流量が少なくアシストを必要としないヘッドには少ないアシストとなり、吐出流量が多くアシストを必要とするヘッドには大きなアシストを与える制御を電気的制御を用いることなく、自動的に行なうことができる。このように複数のインクを有するなど複数のインク供給系を有するシステムにおいても、全てのインク供給系のポンプ７３を１つのアクチュエータでまとめて駆動できるので、装置の構成、制御が簡易になり、低コスト、小型の装置を実現することができる。

次に、本発明の第２実施形態について図１２を参照して説明する。なお、図１２は同実施形態における制御弁８１の模式的断面説明図である。
この制御弁８１においては、弁体８５と管路８４の間のギャップを更に小さくすると共に、弁体８５に貫通穴６２を形成し、バッファ室６０から流出ポート８７への流れが弁体８５と管路８４の間のギャップではなく、貫通穴６２に形成されるようにしている。

このように構成することで、前記第１実施形態のような２つの部材間のギャップ８９よりも、貫通穴６２の内径の方が、寸法管理が容易になるため、より動作特性の安定した制御弁を得ることができる。

また、図１２の構成においては、蓋部材８３にシール部材６１を設けて、弁体８５が上死点に達した時に貫通穴６２を確実に塞ぐ構成としている。これにより、弁体８５が上止点に達した時には圧力差の発生源である貫通穴６２内のインクの流れを完全に止めて、弁体８５の上昇力を減少させることができ、弁体８５を下降させて制御弁８１の動作安定性を向上することができる。さらに、弁体８５の流出ポート８７側の面に、貫通穴６２の外周部に凸部６２ａを設けることで、シール部材６１との接触面積が小さくなってより確実に貫通穴６２を塞ぐことができる。

次に、本発明の第３実施形態について図１３ないし図１６を参照して説明する。なお、図１３は同実施形態に係るインク供給システムの模式的説明図、図１４は同システムで使用している制御弁の断面説明図、図１５は同じく制御弁を底面側から見た平面説明図、図１６は同制御弁の弁体の斜視説明図である。また、本実施形態では説明の簡易化のために、１色のインクの供給システムとして説明するが、前記実施形態のシステムと同様、複数のインク供給システムとして適用できるものである。

インクカートリッジ７６には大気連通部９０が設けられており、インクカートリッジ７６内の液面が記録ヘッド１０のノズル面よりも低い位置になるように配置されている。これにより、インクがインク供給全経路に満たされている状態では、記録ヘッド１０とインクカートリッジ７６の液面の水頭差ｈにより、記録ヘッド１０に負圧を発生させている。インクカートリッジ７６と第２の流路７０とはジョイント９１で接続されている。

そして、本実施形態では、アシストユニット１５０をバイパスする第３の流路であるバイパス流路６３が設けられている。

また、アシストユニット１５０の制御弁１５１は、図１４及び図１５に示すように、ケース部材８２の一面に可撓性フィルム１５６が溶着されて、流入ポート８６とバッファ室６０が形成されている。バッファ室６０は、ケース部材８２に形成された円形状の開口部を、可撓性フィルム１５６で封止することで、効率的な容積変化を可能としている。このバッファ室６０の内部には、圧縮ばね１５７が設けられ、インクを排出した後にバッファ室６０が容積を回復しやすい構成としている。

また、ケース部材８２の管路８４の流出ポート８７側には、流入ポート８６側よりも径を広くした（流れの方向と直交する方向の断面積が大きい）径拡張部１５３が形成されている。弁体１５５は、前記第２実施形態と同様に貫通穴１６２とシール部材８８を備え、図１６に示すように、弁体１５５の下部（流入ポート８６側）に管路８４の壁面に摺接する複数の摺動部１５４が各々隙間を隔てて設けられている。この弁体１５５は、圧縮ばね１５２により流入ポート８６側に付勢されており、流入ポート８６内のインクが加圧されていてもシール状態を保持するようにしている。

次に、本実施形態のインク供給システムの供給動作について図１７も参照して説明する。
本実施形態における加圧ユニット７２は、前記第１実施形態と同様な構成であり、ポンプ７３によりインクを循環させて制御弁１５１の流入ポート８６を加圧する。この状態では、図１７（ａ）に示すように、制御弁１５１は弁体１５５と圧縮ばね１５２によって内部の管路８４と流入ポート８６は遮断されているため、流出ポート８７はヘッド１０と同様に負圧状態である。

そして、ヘッド１０からインクが吐出されると、そのインクはヘッドタンク３０から供給され、このとき、ヘッドタンク３０内部の負圧が増大する。この負圧増大によって、制御弁１５１においては、図１７（ｂ）に示すように、バッファ室６０が収縮しながらインクが弁体１５５の貫通穴１６２を経由して流出ポート８７に流れ出す。貫通穴１６２を小径とすると、貫通穴１６２の流体抵抗が大きく、内部をインクが流れることにより弁体１５５の上下（流れの方向の前後）に圧力差が発生し、図１７（ｃ）に示すように、弁体１５５を上昇させる力（流出ポート８７側へ移動させる力）が作用し、弁体１５５が上昇する。これにより、弁体１５５による流入ポート８６のシール状態が解除され、流入ポート８６の加圧インクが管路８４に流れ込み、バッファ室６０を膨張させると共に流出ポート８７にインクを高速に供給する。

したがって、ヘッドタンク３０にインクが補充され、ヘッドタンク３０内の負圧が小さく（ゼロに近く）なる。このとき、弁体１５５の貫通穴１６２をインクが流れるので、弁体１５５は力を受けて更に上昇し、図１７（ｄ）に示すように、弁体１５５は上死点に達する。弁体１５５が上死点に達すると、シール部材６１によって貫通穴１６２が閉塞されて、制御弁１５１からヘッドタンク３０へのインクの供給は停止する。

このとき、流出ポート８７の圧力も正圧となり、流入ポート８６と近い圧力となる。また、弁体１５５の上昇の駆動源である貫通穴１６２のインクの流れがなくなり、細い流路をインクが流れることによる大きな圧力差がなくなるので、圧縮ばね１５２が発生する力によって弁体１５５は下降し、再び図１７（ａ）に示すように、弁体１５５が流入ポート８６を閉塞する。

また、本実施形態の制御弁１５１においては、径拡張部１５３が形成されているため、弁体１５５が上死点近くまで上昇すると、図１７（ｄ）に示すように、弁体１５５の上部の側面が径拡張部１５３に達し、加圧インクが複数の摺動部１５４同士の隙間から径拡張部１５３に流れて流出ポート８７に供給される。これにより、貫通穴６２をインクが流れなくなるため、弁体１５５の上下面間の圧力差がなくなり、弁体１５５を上昇させる力は弁体１５５自身の慣性力のみとなる。この慣性力が大きい場合には、前述したように弁体１５５が上昇し続けて上死点に達するが、慣性力が小さい場合には上死点に達せず、慣性力が圧縮ばね１５２の力に負けて弁体１５５は下降し、図１７（ａ）に示すように弁体１５５が流入ポート８６を閉塞する状態に戻る動作となる。

なお、本実施形態の制御弁１５１では径拡張部１５３に弁体１５５の上部が達しても摺動部１５４が備えられているので、弁体１５５が滑らかに移動することができる。また、弁体１５５を下死点に戻す力を圧縮ばね１５２によって発生させているので、弁体１５５の向きを自由に設定することができる。さらに、バッファ室６０に圧縮ばね１５７を備えているので、バッファ室６０の容積回復を確実に行うことができる。

このように、本実施形態の制御弁１５１においても、ヘッド１０からインクが消費されることにより、制御弁１５１内のバッファ室６０のインクが流れて弁体１５５が移動し、一定量の加圧インクをヘッド側に高速に供給して弁が閉じるようになっている。したがって、吐出するインクの粘度が大きい場合や液体供給チューブ７１の流体抵抗が大きい場合（チューブが細かったり長かったりする場合）やインク吐出流量が大きい場合に、インク供給経路の流体抵抗によりインク供給が追いつかなくなる不具合が発生することなく、ヘッド１の圧力を一定範囲に保ちながらインクを供給することができる。

ここで、本実施形態における印字動作について図１８のフロー図を参照して説明する。
印字ジョブ信号を受信した後、温度センサ２７（図２参照）によって温度を検出し、アシストポンプ７３の駆動条件を設定し、モータ７４を駆動してアシストポンプ７３で送液を開始する。その後、記録ヘッド１０のノズル面を覆っているキャップ５２をノズル面から離間させて所定の滴数の空吐出を実施した後、印字を開始する。

印字終了後、キャリッジ４を装置の所定の位置（ホームポジション）に停止させ、記録ヘッド１０のノズル面をキャップ５２でキャッピングする。その後、モータ７４を停止してアシストポンプ７３の送液を終了させる。なお、アシストポンプ７３は印字終了後直ちに停止させても良い。

本実施形態のインク供給システムにおいては、バイパス流路６３によってインクカートリッジ７６とヘッド１０が常時連通しているので、高温環境等によりインクの粘度が小さい場合には、アシストユニット１５０を作動させなくてもバイパス流路６３によってインクを供給することができる。すなわち、ヘッド１０で消費されたインクは、バイパス流路６３を矢印Ｂ方向に流れ、自然にインクカートリッジ７６から供給される。

一方、低温環境でインク粘度が大きい条件では、前述のインク供給経路の流体抵抗によるインクリフィル不足の不具合が発生するので、記録に先立ってアシストユニット１５０を作動させてバイパス流路６３経由でのインク供給不足分をアシストユニット１５０から供給することができる。これにより、液体供給チューブ７１が長いシステムで高粘度のインクを用いる場合でもインク供給に伴う圧力損失を適切に低減することができ、インクの供給不足を生じさせることなく良好な印字を行うことができる。

次に、本発明の第４実施形態について図１９ないし図２１を参照して説明する。なお、図１９は同実施形態に係るインク供給システムの模式的説明図、図２０は同システムで使用しているインクカートリッジの断面説明図、図２１は同じく制御弁の説明図である。また、本実施形態では説明の簡易化のために、１色のインクの供給システムとして説明するが、前記実施形態のシステムと同様、複数のインク供給システムとして適用できるものである。また、

本実施形態においては、アシストユニット１４０をバイパスするバイパス流路６３に、矢示Ｂ方向と逆方向への流れを規制する規制手段としての逆止弁６４が設けられている。バイパス流路６３に逆止弁６４を設けることで、アシストユニット１４０で発生させる加圧インクを効率よくヘッドタンク３０に送ることができる。なお、第１の流路から第２の流路への流れを規制するようにしているが、液体タンクへの流れを規制するようにすることもできる。

また、インクカートリッジ７６は、図２０に示すように、インクが消費することにより自由に変形することができる可撓性の材料からなる袋部材９３の内部に液体が収容されたものとし、ヘッド１０のノズル面よりも下方に配置している。このようなカートリッジ構成とすることで、インク供給系が密閉系となるので供給する液体の品質を安定に保持しやすくなる。また、ヘッド１０とインクカートリッジ７６の高低差でヘッド１０を負圧に保持する構成であるので、負圧も安定する。

また、アシストユニット１４０の制御弁１４１は、図２１に示すように、ケース部材８２にチューブ状の弾性体（部材）１４２が接合されてバッファ室６０が形成されている。このように弾性体を用いることで、バッファ室６０内部に圧縮ばねを設けないでも、バッファ室６０の容積回復を良好に行うことができる。

次に、本発明の第５実施形態について図２２ないし図２４を参照して説明する。なお、図２２は同実施形態に係るインク供給システムの模式的説明図図２３は同システムで使用しているインクカートリッジの断面説明図、図２４は同じく開閉弁の説明図である。また、本実施形態では説明の簡易化のために、１色のインクの供給システムとして説明するが、前記実施形態のシステムと同様、複数のインク供給システムとして適用できるものである。また、

本実施形態では、インクカートリッジ７６はインクが消費することにより自由に変形することができる可撓性材料からなる袋部材９３の内部に圧縮ばね９６が設けられて構成としている。このようなカートリッジ構成とすることで、インクカートリッジ７６が自発的に負圧を発生するので、例えば図２２に示すように、ヘッド１０のノズル面よりも高い位置にインクカートリッジ７６を配置することもできる。

そして、インクカートリッジ７６をバイパス流路６３にジョイント９１で直接接続し、バイパス流路６３に矢印Ｃ方向の流量に応じて開閉する開閉弁６５を設けている。

この開閉弁６５は、図２４に示すように、第１ポート１４８と第２ポート１４９の２つのインクの出入口が設けられ、第１ポート１４８はインクカートリッジ７６側に、第２ポート１４９はヘッド１０側に接続される。

そして、第１ポート１４８と第２ポート１４９の間の流路には内部に貫通穴１４６が形成された弁体１４５がケース部材内に移動可能に設けられている。この弁体１４５は、圧縮ばね１４４によって付勢されており、流れがないときや第１ポート１４８から第２ポート１４９側に流れる場合には、図２４（ａ）に示すように、弁体１４５は第２ポート１４９側に位置する。このとき、第１ポート１４８と第２ポート１４９は連通状態となる。

また、インクが逆方向（図２２の矢示Ｃ方向）に流れる場合、インクが弁体１４５の貫通穴１４６を第１ポート１４８側に流れるので、弁体１４５の上下流で圧力差が生じ、弁体１４５は第１ポート１４８側に力を受けて移動する。

ここで、第１ポート１４８側への流量が小さい場合には、弁体１４５に作用する力は小さいので、圧縮ばね１４４の発生力とつりあって、弁体１４５は図２４（ｂ）に示すように中間位置に止まり、第１ポート１４８と第２ポート１４９の連通状態を維持する。

一方、第２ポート１４９に大流量のインクが流入してきた場合には、弁体１４５は圧縮ばね１４４を押し切って、第１ポート１４８をシール部材１４７が閉塞する状態となる。

このような動作を行う開閉弁６５をバイパス流路６３に備えることで、ヘッド１０の吐出によりインクカートリッジ７６からバイパス流路６３経由でインクがゆっくり供給される場合には、図２２の矢印Ｂ方向にインクが流れ、弁体１４５は図２４（ａ）の連通状態となる。一方、インクの粘度が上昇した場合など、ヘッドタンク３０の負圧が増大し、アシストユニット１４０から断続的に加圧インクがヘッドタンク３０に供給されるときには、バイパス流路６３を矢印Ｃ方向に大流量のインクが流れようとするが、前述したように開閉弁６５は閉弁するので、バイパス流路６３をインクがほとんど逆流せず、効率よくヘッドタンク３０に供給される。

特にシリアル型画像形成装置において、チューブでインク供給する場合、ヘッド１０を用紙２０に対して繰り返し走査する。このキャリッジ４を往復動作させるときの加速度が大きいと、キャリッジ４の走査のみでインクが徐々にヘッドタンク３０に送られる現象が生じる。ヘッド１０の吐出流量が多いときは主走査によって送られたインクが消費されるので問題とならないが、ヘッド１０の吐出流量が少ない場合には、インク消費量よりも主走査によって送られる供給量が多くなり、結果としてヘッド１０の圧力が正方向にシフトする問題が生じることがある。

この問題を改善するには、ヘッドタンク３０からインクカートリッジ７６にインクを戻りやすくする方法が有効である。そこで、本実施形態のインク供給システムでは、ヘッドタンク３０の負圧が増大しアシストユニット１４０の加圧インクをヘッドタンク３０に送る時は開閉弁６５が閉じて効率よくリフィルアシストし、ヘッド１０のインク吐出量が少なく、主走査によってヘッドタンク３０が増圧するような条件では開閉弁６５が開いてインクがインクカートリッジ７６に戻りやすくなるので、主走査速度の速いシリアル型画像形成装置でのインク供給圧力を安定して維持することができる。

なお、以上の説明においては、複数のヘッドに異なる色のインクが供給される例で本発明の動作、効果を説明したが、同一色のインクを複数のヘッドに供給する場合や、色ではなく処方の異なるインクを複数のヘッドに供給する場合にも同様に適用することができる。また、複数のノズル列を１ヘッド内に有するヘッドで、１つのヘッドから異なる種類の液体を吐出する場合の液体供給システムについても適用することができる。また、狭義のインクを吐出する画像形成装置に限定されるものではなく、様々な液体を吐出する液体吐出装置（本発明でいう「画像形成装置」に含まれる。）にも適用することができる。

４ キャリッジ
１０ 記録ヘッド
３０ サブタンク
６０ バッファ室（液体保持室）
７０ 第２の流路
７１ 液体供給チューブ（第１の流路）
７２ 加圧ユニット
７６ インクカートリッジ（メインタンク：液体タンク）
７７ カートリッジホルダ
７３ ポンプ（アシストポンプ）
８０、１４０、１５０ アシストユニット
８１、１４１、１５０ 制御弁
８２ ケース部材
８５、１５５ 弁体

Claims (13)

1. 液滴を吐出するノズルを有する記録ヘッドと、
   前記記録ヘッドに供給する液体を貯留する液体タンクと、
   前記記録ヘッドに前記液体を供給する第１の流路と、
   前記液体タンクに連通する第２の流路と、
   前記第２の流路又は前記液体タンクと前記第１の流路とを連通する第３の流路と、
   前記第２の流路内の液体を加圧する加圧手段と、
   前記第２の流路から前記第１の流路への液体の供給を制御する制御弁と、を備え、
   前記制御弁は、
   容積変化が可能な液体保持室と、
   前記第１の流路と前記第２の流路の開閉を行う弁体と、を有し、
   前記記録ヘッドからの液体の吐出によって生じる前記液体保持室から前記第１の流路への液体の流れにより、前記弁体が前記第１の流路側に移動して、前記第２の流路と前記第１の流路が連通する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第３の流路には、前記第１の流路から前記第２の流路又は前記液体タンクへの流れを規制する規制部材が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記規制部材は、前記第１の流路から流れる流量に応じて開閉する逆止弁であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 液滴を吐出するノズルを有する記録ヘッドと、
   前記記録ヘッドに供給する液体を貯留する液体タンクと、
   前記記録ヘッドに前記液体を供給する第１の流路と、
   前記液体タンクに連通する第２の流路と、
   前記第２の流路内の液体を加圧する加圧手段と、
   前記第２の流路から前記第１の流路への液体の供給を制御する制御弁と、を備え、
   前記制御弁は、
   容積変化が可能な液体保持室と、
   前記第１の流路と前記第２の流路の開閉を行う弁体と、を有し、
   前記記録ヘッドからの液体の吐出によって生じる前記液体保持室から前記第１の流路への液体の流れにより前記弁体が移動して前記第２の流路と前記第１の流路が連通し、
   前記弁体の少なくとも一部には、前記第１の流路と前記液体保持室を連通させる貫通穴が設けられている
   ことを特徴とする画像形成装置。
5. 前記制御弁は、前記弁体が前記第１の流路方向への移動によって接触し、前記貫通穴を閉塞するシール部材が備えられることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記液体保持室は少なくとも一部が可撓性部材で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
7. 前記可撓性部材は前記液体保持室の容積を膨張させる方向に付勢されていることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記液体保持室は少なくとも一部が弾性体で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
9. 前記弁体の外周部には前記制御弁内部の流路内壁面を摺動する部分が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
10. 液滴を吐出するノズルを有する記録ヘッドと、
    前記記録ヘッドに供給する液体を貯留する液体タンクと、
    前記記録ヘッドに前記液体を供給する第１の流路と、
    前記液体タンクに連通する第２の流路と、
    前記第２の流路内の液体を加圧する加圧手段と、
    前記第２の流路から前記第１の流路への液体の供給を制御する制御弁と、を備え、
    前記制御弁は、
    容積変化が可能な液体保持室と、
    前記第１の流路と前記第２の流路の開閉を行う弁体と、を有し、
    前記記録ヘッドからの液体の吐出によって生じる前記液体保持室から前記第１の流路への液体の流れにより前記弁体が移動して前記第２の流路と前記第１の流路が連通し、
    前記制御弁の前記弁体の前記第１の流路方向への移動によって、前記第１の流路と前記液体保持室の連通路の流路幅が増加する
    ことを特徴とする画像形成装置。
11. 前記制御弁は、前記弁体を前記第２の流路方向に付勢するばねを備えていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
12. 前記加圧手段は、加圧力が脈動することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
13. 液滴を吐出するノズルを有する記録ヘッドと、
    前記記録ヘッドに供給する液体を貯留する液体タンクと、
    前記記録ヘッドに前記液体を供給する第１の流路と、
    前記液体タンクに連通する第２の流路と、
    前記第２の流路内の液体を加圧する加圧手段と、
    前記第２の流路から前記第１の流路への液体の供給を制御する制御弁と、を備え、
    前記制御弁は、
    前記第１の流路に連通する流出ポートと前記第２の流路に連通する流入ポートとを有する管路と、
    前記管路内に移動可能に配設された弁体と、
    前記管路の内部に連通して容積変化が可能な液体保持室と、を有し、
    前記弁体は、前記流入ポート又は前記流出ポートを塞ぐように往復移動し、
    前記弁体の外周面と前記管路の内周面との間にはギャップが設けられ、
    前記記録ヘッドからの液体の吐出によって前記液体保持室の容積が収縮して液体が前記ギャップを経由して前記流出ポートに流れ出して、前記弁体の流れ方向の前後に圧力差が発生することにより、前記弁体が前記流出ポート側に移動して前記弁体による前記流入ポートのシール状態が解除され、前記流入ポートから前記ギャップを介して前記流出ポートへの液体の流れが生じる
    ことを特徴とする画像形成装置。

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