JP5891864B2 - 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及び記録ヘッドに液体を供給するヘッドタンク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液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）からな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。

このような画像形成装置において、印刷動作中でも記録ヘッド側に設けたヘッドタンク（サブタンクともいう。）にメインタンクから液体の補充供給を行えるようにするため、ヘッドタンクに液体残量に応じて変位する変位部材（以下「フィラ」ともいう。）3を有し、キャリッジには変位部材が所定の第１位置になったことを検知する第１センサを、装置本体側には変位部材が所定の第２位置になったことを検知する第２センサを設け、第１センサで検知される位置と第２センサで検知される位置との間の変位部材の変位量に対応する差分量を検出して保持しておき、装置本体側の第２センサを使用しないでメインタンクからヘッドタンクに液体を供給するとき、第１センサが変位部材を検知した後差分供給量の液体をヘッドタンクに供給する制御を行うようにしたものがある（特許文献１）。

特開２０１１−２９７２０６号公報

上述した特許文献１に開示の構成にあっては、差分供給量の供給を行うとき、予め記憶保持している差分供給量に相当する送液手段の稼働時間又は送液手段の回転数だけ送液手段を駆動するようにしている。

しかしながら、通常、送液手段としての送液ポンプなどは、送液量の変化やバラツキが大きく、例えば気温が低下すると、駆動系のみならず液体の粘度が上昇することに加え、送液チューブの硬度が変化するなどして、送液量が低下する傾向がある。

そのため、差分供給量として記憶している送液量とは異なった量の液体が送液されるといる課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、正確な差分供給量の送液を行うことができ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、
液滴を吐出する記録ヘッドと、
前記記録ヘッドに供給する液体を収容するヘッドタンクと、
前記記録ヘッド及び前記ヘッドタンクを搭載したキャリッジと、
前記ヘッドタンクに供給する液体を収容するメインタンクと、
前記メインタンクから前記ヘッドタンクへの液体供給を行う送液手段と、
前記送液手段を駆動して前記メインタンクから前記ヘッドタンクへの液体供給を制御する供給制御手段と、を備え、
前記ヘッドタンクは液体残量に応じて変位する変位部材を有し、
前記キャリッジには前記変位部材を検知する第１検知手段が設けられ、
前記供給制御手段は、
前記変位部材が、前記第１検知手段で検知される位置から前記ヘッドタンクの液体残量が少なくなる方向に変位するときの液体消費量を計測して、
前記液体消費量が予め定めた所定消費量Ｖになったときから前記液体の供給を開始させ、前記第１検知手段が前記変位部材を検知した後予め定めた差分供給量Ｖｏを供給する制御を行い、
前記差分供給量Ｖｏの供給を行うとき、前記液体消費量が前記所定消費量Ｖになって前記液体の供給を開始してから前記第１検知手段が前記変位部材を検知するまでの送液条件に基づいて、前記差分供給量Ｖｏを供給するときの送液条件を補正する
構成とした。

本発明に係る画像形成装置によれば、差分供給量の供給開始までの送液条件で差分供給量の送液条件を補正して供給を制御することで、正確な差分供給量の送液を行うことができる。

本発明に係る画像形成装置の一例の機構部を説明する要部平面説明図である。 同じく要部側面説明図である。 ヘッドタンクの一例を示す模式的平面説明図である。 同じく図３の模式的正断面説明図である。 インク供給排出系の説明に供する模式的説明図である。 同じく要部正面模式的説明図である。 第１センサ及び第２センサの配置例の第１例を説明する説明図である。 第１センサ及び第２センサの配置例の第２例を説明する説明図である。 制御部の概要を説明するブロック説明図である。 ヘッドタンク変位部材の位置検知の説明に供する模式的平面説明図である。 ヘッドタンク内負圧と液体量の関係を説明する説明図である。 ヘッドタンクのインク供給上限設定位置の説明に供する説明図である。 大気開放時にヘッドタンク内のインク量を充填満タン位置に設定する方法の説明に供する説明図である。 差分供給量の検出方法の説明に供する説明図である。 制御部による差分供給量の算出制御（処理）の説明に供するフロー図である。 制御部による第２センサを用いないインク充填制御（供給制御）の一例の説明に供するフロー図である。 送液条件補正処理の説明に供するフロー図である。 送液ポンプにチューブポンプを使用したときの送液量の温度依存性及び経年変化依存性の説明に供する説明図である。 インク粘度と温度の関係の説明に供する説明図である。 同じくチューブ断面の変化の説明に供する説明図である。 差分供給量Ｖｏの算出保持の他の例の説明に供する変位部材の各位置を説明する説明図である。 吸引ポンプの温度依存性の説明に供する説明図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る画像形成装置の一例について図１及び図２を参照して説明する。図１は同画像形成装置の機構部の要部平面説明図、図２は同機構部の要部側面説明図である。

この画像形成装置は、シリアル型画像形成装置であり、図示しない左右の側板間に架け渡した主ガイド部材１及び図示しない従ガイド部材でキャリッジ３を移動可能に保持し、図示しない主走査モータによって、駆動プーリと従動プーリ間に架け渡したタイミングベルトを介してキャリッジ３を主走査方向に移動走査する。

キャリッジ３には、液滴を吐出する４個の液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ（区別しないときは「記録ヘッド４」という。）を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、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４ａと記録ヘッド４ｂ〜４ｃは主走査方向と直交する方向である副走査方向に１ヘッド分（１ノズル列分）位置をずらして配置されている。また、記録ヘッド４ａ〜４ｄはいずれも２列のノズル列を有している。そして、記録ヘッド４ａと４ｂはいずれも同色である黒色の液滴を吐出し、記録ヘッド４ｃと４ｄの各ノズル列でマゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），イエロー（Ｙ）の液滴を吐出する。

これにより、モノクロ画像については記録ヘッド４ａ、４ｂを使用して１スキャン（主走査）で２ヘッド分の幅で画像を形成でき、カラー画像については例えば記録ヘッド４ｂ〜４ｄを使用して形成することができる。

また、記録ヘッド４ａ〜４ｄには、各ヘッド４に液体を供給するヘッドタンク５がそれぞれ設けられている。ヘッドタンク５には、装置本体に交換可能に装着されるメインタンクであるインクカートリッジ１０ｋ、１０ｃ、１０ｍ、１０ｙから供給チューブ６を介して各色のインクが供給される。このとき、同じ色の液滴を吐出する２つの記録ヘッド４ａ、４ｂには１つのインクカートリッジ１０ｋからインクが供給される

また、キャリッジ３の主走査方向に沿ってエンコーダスケール９１が配設され、キャリッジ３にはエンコーダスケール９１を読み取るエンコーダセンサ９２が設けられて、これらのエンコーダスケール９１とエンコーダセンサ９２によってリニアエンコーダ９０を構成し、このリニアエンコーダ９０の検出信号によってキャリッジ３の主走査位置（キャリッジ位置）や移動量を検出するようにしている。

一方、用紙を搬送するために、用紙を静電吸着して記録ヘッド４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト１２を備えている。この搬送ベルト１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ1３とテンションローラ１４との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成し、周回移動しながら帯電ローラ１５によって帯電（電荷付与）される。

また、搬送ベルト１２は、図示しない副走査モータによってタイミングベルト及びタイミングプーリを介して搬送ローラ１３が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。

さらに、キャリッジ３の主走査方向の一方側には搬送ベルト１２の側方に記録ヘッド４の維持回復を行う維持回復機構２０が配置され、他方側には搬送ベルト１２の側方に記録ヘッド４から画像形成に寄与しない液滴を吐出する空吐出を行う空吐出受け２４がそれぞれ配置されている。

維持回復機構２０は、装置本体に保持された第１維持回復部２１と、装置本体に副走査方向（矢印方向）に往復移動可能に保持された第２維持回復部２２とを有している。第２維持回復部２２は記録ヘッド４ａの維持回復を行うときには図１の位置にあり、記録ヘッド４ｂ〜４ｄの維持回復を行うときには第１維持回復部２１と同じ副走査方向位置まで移動する。

この維持回復機構２０は、例えば記録ヘッド４のノズル面（ノズルが形成された面）をキャッピングする保湿キャップを兼ねた吸引キャップ３１及び保湿キャップ３２と、ノズル面を払拭するワイパ部材３３、画像形成に寄与しない液滴（空吐出滴）を受ける空吐出受け３４などを備えている。

このように構成したこの画像形成装置においては、図示しない給紙トレイから用紙Ｐが帯電された搬送ベルト１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト１２の周回移動によって用紙Ｐが副走査方向に搬送される。そこで、キャリッジ３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド４を駆動することにより、停止している用紙Ｐに液滴を吐出して１行分を記録し、用紙Ｐを所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙Ｐの後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙Ｐを図示しない排紙トレイに排紙する。

次に、ヘッドタンク５の一例について図３及び図４を参照して説明する。図３は同ヘッドタンク５の模式的上面説明図、図４は同じく模式的正面説明図である。

ヘッドタンク５は、インクを保持するための一側部が開口したインク収容部を形成するタンクケース２０１を有し、このタンクケース２０１の開口部は撓むことが可能な部材であるフィルム部材２０３で密閉してインク収容部２０２を形成し、タンクケース２０１内に配置した弾性部材としてバネ２０４の復元力によってフィルム部材２０３を常時外方へ押している。このように、タンクケース２０１のフィルム部材２０３にバネ２０４の復元力が作用していることで、タンクケース２０１のインク収容部２０２内のインク残量が減少することによって負圧が発生する。

また、タンクケース２０１の外側には、一端部側を支軸２０６で揺れ動くことが可能なように支持され、スプリング２１０によってタンクケース２０１側に向けて付勢されているフィラからなる変位部材（以下、単に「フィラ」とも表記することがある。）２０５がフィルム部材２０３に押し付けられ、フィルム部材２０３の動きに連動して変位部材２０５が変位する。この変位部材２０５をキャリッジ３に設ける後述する第１検知手段（第１センサ）２５１や装置本体側に配置された後述する第２検知手段（第２センサ）３０１などで検知することでヘッドタンク５内のインク残量や負圧などを検知することができる。

また、タンクケース２０１の上部には、インクカートリッジ１０からインクを供給するための供給口部２０９があり、インク供給チューブ６に接続されている。また、タンクケース２０１の側部には、ヘッドタンク５内を大気に開放する大気開放機構２０７が設けられている。この大気開放機構２０７は、ヘッドタンク５内に連通する大気開放路２０７ａを開閉する弁体２０７ｂ及びこの弁体２０７ｂを閉弁状態に付勢するスプリング２０７ｃなどを備え、装置本体側の大気開放ソレノイド３０２によって弁体２０７ｂを押すことで開弁されて、ヘッドタンク５内に大気開放状態（大気に連通した状態）になる。

また、ヘッドタンク５内のインク液面高さを検出するための電極ピン２０８ａと２０８ｂが取り付けられている。インクは電導性を持っており、電極ピン２０８ａと２０８ｂの所までインクが到達すると、電極ピン２０８ａと２０８ｂ間に電流が流れて両者の抵抗値が変化するため、インク液面高さが所定高さ以下になった、すなわち、ヘッドタンク５の空気量が所定量以上になったことを検出することができる。

次に、この画像形成装置におけるインク供給排出系について図５及び図６を参照して説明する。図５は同供給排出系の模式的説明図、図６は同じ色の液滴を吐出する２つの記録ヘッドに対する供給系の模式的説明図である。

まず、インクカートリッジ（以下、「メインタンク」という。）１０からヘッドタンク５に対するインク供給は、送液手段である送液ポンプ２４１によって供給チューブ６を介して行なわれる。なお、送液ポンプ２４１は、チューブポンプなどで構成した可逆型ポンプであり、インクカートリッジ１０からヘッドタンク５にインクを供給する動作と、ヘッドタンク５からインクカートリッジ１０にインクを戻す動作とを行なえるようにしている。

ここで、本実施形態では、図６に示すように、１つのメインタンク１０ｋから同じ色のインクを記録ヘッド４ａ、４ｂ用の２つのヘッドタンク５ａ、５ｂに供給する構成とし、それぞれの送液ポンプ２４１ａ、２４１ｂから供給チューブ（供給経路）６ａ、６ｂを介してインクを供給する。

また、維持回復機構２０は、前述したように記録ヘッド４のノズル面をキャッピングする吸引キャップ３１と、吸引キャップ３１に接続された吸引ポンプ８１２を有し、吸引キャップ３１でキャッピングした状態で吸引ポンプ８１２を駆動することで吸引チューブ８１１を介してノズルからインクを吸引することによってヘッドタンク５内のインクを吸引することができる。なお、吸引された廃インクは廃液タンク１００に排出される。

また、装置本体側にはヘッドタンク５の大気開放機構２０７を開閉する部材である大気開放ソレノイド３０２が配設され、この大気開放ソレノイド３０２を作動させることで大気開放機構２０７を開放することができる。

さらに、キャリッジ３には変位部材２０５を検知する第１検知手段である光学センサからなる第１センサ２５１が設けられ、装置本体側には変位部材２０５を検知する光学センサからなる第２検知手段である第２センサ３０１が設けられている。後述するように、これらの第１センサ２５１と第２センサ３０１の検知結果を使用してヘッドタンク５に対するインク供給動作を制御する。

なお、上述した送液ポンプ２４１、大気開放ソレノイド３０２、吸引ポンプ８１２の駆動制御、本発明に係るインク供給制御動作は、制御部５００によって行なわれる。

次に、第１センサ及び第２センサの配置例の異なる例について図７及び図８を参照して説明する。図７及び図８は同配置例の説明に供する側面説明図である。

図７に示す第１例は、ヘッドタンク５の変位部材２０５に支軸２０６（支点）からの長さの異なる検知部２０５Ａ、２０５Ｂを下方に設けて設け、キャリッジ３に設けた第１センサ２５１で検知部２０５Ａを、装置本体側の部材（ベース部材）１０１に設けた第２センサ３０１で検知部２０５Ｂを検知する構成としている。

図８に示す第２例は、ヘッドタンク５の変位部材２０５に支軸２０６（支点）からの長さが同じ検知部２０５Ａ、２０５Ｂを設けて、キャリッジ３の第１センサ２５１で検知部２０５Ａを、装置本体側の第２センサ３０１で検知部２０５Ｂを検知する構成としている。

次に、この画像形成装置の制御部の概要について図９を参照して説明する。図９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、この装置全体の制御を司り、本発明における供給制御手段などの各種制御手段を兼ねるＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１が実行するプログラム、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４を駆動制御するためのデータ転送手段、駆動信号発生手段を含む印刷制御部５０８と、キャリッジ３側に設けた記録ヘッド４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３を移動走査する主走査モータ５５４、搬送ベルト１２を周回移動させる副走査モータ５５５、維持回復機構２０の維持回復モータ５５６を駆動するためのモータ駆動部５１０と、帯電ローラ１５にＡＣバイアスを供給するＡＣバイアス供給部５１１と、ヘッドタンク５の大気開放機構２０７を開閉する装置本体側に設けられた大気開放ソレノイド３０２、送液ポンプ２４１を駆動する供給系駆動部５１２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、上述した画像データをシリアルデータで転送するとともに、この画像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に出力する以外にも、ＲＯＭに格納されている駆動パルスのパターンデータをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器及び電圧増幅器、電流増幅器等で構成される駆動信号生成部を含み、１の駆動パルス或いは複数の駆動パルスで構成される駆動信号をヘッドドライバ５０９に対して出力する。

ヘッドドライバ５０９は、シリアルに入力される記録ヘッド４の１行分に相当する画像データに基づいて印刷制御部５０８から与えられる駆動信号を構成する駆動パルスを選択的に記録ヘッド４の液滴を吐出させるエネルギーを発生する駆動素子（例えば圧電素子）に対して印加することで記録ヘッド４を駆動する。このとき、駆動信号を構成する駆動パルスを選択することによって、例えば、大滴、中滴、小滴など、大きさの異なるドットを打ち分けることができる。

Ｉ／Ｏ部５１３は、装置に装着されている各種のセンサ群５１５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、ＡＣバイアス供給部５１１の制御、ヘッドタンク５に対するインク供給の制御などに使用する。

センサ群５１５は、前述した第１センサ２５１、第２センサ３０１、検知電極ピン２０８ａ、２０８ｂのほか、用紙の位置を検出するための光学センサや、機内の温度、湿度を監視するためのサーミスタ（環境温度センサ、環境湿度センサ）、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５１３は様々のセンサ情報を処理することができる。

次に、ヘッドタンク５の変位部材２０５の位置検知について図１０を参照して説明する。図１０はヘッドタンクの変位部材の変位の説明に供する模式的説明図である。なお、以下の図ではヘッドタンクは簡略化して図示する。

ヘッドタンク５の変位部材２０５は、内部の液体残量に応じて例えば図１０（ａ）の実線図示の位置と同図（ｂ）の破線図示の位置の間で変位する。

そこで、装置本体側の第２センサ３０１にてヘッドタンク５の変位部材２０５を検知したときのキャリッジ３の位置をエンコーダ９０にて記憶しておき、ヘッドタンク５の変位部材２０５が変位したときに、再度第２センサ３０１にてヘッドタンク５の変位部材２０５を検知するまでキャリッジ３を移動させて、その時のキャリッジ３の位置をエンコーダ９０で読取ることで、変位部材２０５の位置ないし変位量をキャリッジ位置の差分として検知することができる。

このとき、変位部材２０５の初期位置に対応するヘッドタンク５の液体残量と、変位部材２０５の変位量に対応する液体量を予め把握しておくことで、検出した変位部材２０５の変位量からヘッドタンク５内の液体残量を把握することができる。

そこで、例えば、第２センサ３０１を使用してヘッドタンク５の変位部材２０５を検知することでヘッドタンク５に対する液体供給を制御するときには、印刷動作を停止して、第２センサ３０１によって変位部材２０５が検知される位置までキャリッジ３を移動させて液体供給動作を行う。

一方、印刷動作中にヘッドタンク５に液体供給を行うときには、後述するように、第２センサ３０１によって変位部材２０５が検知される位置までキャリッジ３を移動させることなく、第１センサ２５１を使用して液体供給動作を行う。

次に、ヘッドタンク５内の負圧と液体量の関係について図１１を参照して説明する。図１１はヘッドタンク内負圧と液体量（以下「インク量」ともいう。）の関係を説明する説明図である。

前述したように、ヘッドタンク５内にインクを供給した状態で、ヘッドタンク５内のインクをノズルから吸引して排出させ、あるいは、送液ポンプ２４１によってメインタンク１０に逆送することで、フィルム部材２０３がバネ２０４の復元力に抗して内方に引き込まれ、バネ２０４が圧縮されて負圧が高まる。この状態から、ヘッドタンク５内にインクを供給すると、フィルム部材２０３が外方向に押し出されるので、バネ２０４が伸びて負圧が低下する。

ここで、ヘッドタンク５内の負圧が弱すぎる（負圧が低すぎる）と、記録ヘッド４のノズルからのインク漏れが発生し、逆に、負圧が強すぎる（高すぎる）と、ノズルから空気や塵を内部に引き込んで、吐出不良の原因となる。また、良好な滴吐出のために最適化されたメニスカス形状保持するためには、ヘッドタンク５内の負圧（圧力）を一定の範囲内になるように制御する必要がある。

すなわち、図１１に示すように、ヘッドタンク５内の負圧はヘッドタンク５内のインク量と相関関係にあり、ヘッドタンク５内のインク量が多いとき、ヘッドタンク５内の負圧は小さく弱い状態であり、インク量が少ないとき、ヘッドタンク５内の負圧は大きく強くなる。

そこで、ヘッドタンク５内からの排出されるインク量を、ヘッドタンク５内の負圧が所定の負圧管理範囲Ａ内に収まる排インク量Ｂの範囲内になるように、ヘッドタンク５に対するインク供給を制御するようにしている。

この負圧管理範囲Ａの下限値（負圧が小さい値、排インク量が少ない値）に対応するヘッドタンク５の排インク量を変位部材２０５の変位位置で「インク供給上限位置」（インク量で「インク供給上限値」）とし、上限値（負圧が大きい値、排インク量が多い値）に対応するヘッドタンク５の排インク量を変位部材２０５の変位位置で「インク消費下限位置」（インク量で「インク消費下限値」）とする。図１１には各位置におけるヘッドタンク５の状態を付記している。

次に、ヘッドタンク５のインク供給上限設定位置について図１２を参照して説明する。図１２は同設定位置の説明に供する説明図である。

本実施形態においては、ヘッドタンク５は大気開放機構（大気開放弁）２０７を有する構成としている。大気開放機構２０７を開けると、ヘッドタンク５内に空気が流入し、フィルム部材２０３が伸びきるまで変位し、それに伴って変位部材２０５も変位した位置が大気開放位置となり、これが変位部材２０５の基準位置となる。本実施形態では、インク供給上限値は、大気開放位置から、変位部材２０５が、液体残量が減少する方向に所定変位量ｒ１だけ変位した位置に定めている。

なお、前述したように、大気開放位置やインク供給上限位置は、変位部材２０５を第２センサ３０１で検知した位置を、キャリッジ３の位置としてエンコーダ９０で検出して記憶している。

次に、大気開放時にヘッドタンク５内のインク量を充填満タン位置に設定する方法について図１３を参照して説明する。図１３は同方法の説明に供する説明図である。

前述したように、ヘッドタンク５は、液面を検知可能な電極ピン２０８を有し、ヘッドタンク５内を大気と連通するための大気開放路２０７ａを有し、大気開放路２０７ａを開閉する大気開放機構２０７を有している。

ヘッドタンク５内を充填満タン位置に設定する一例としては、まず図１３（ａ）に示す状態から、大気開放機構２０７を開いてヘッドタンク５内の負圧を開放することで、図１３（ｂ）に示すようにヘッドタンク５内の液面が低下する。

なお、このとき、供給口部２０９の供給口２０９ａは液面下にあることが好ましい。すなわち、供給口２０９ａが液面上になると、供給口２０９ａか供給口部２０９を介して供給チューブ６に空気が混入し、次にインクを供給したとき、供給口２０９ａからインクと共に気泡が排出されることがあり、そのまま供給を続けると、気泡が大気開放機構２０７内に付着して、弁の固着や液漏れを生じるおそれがある。

そして、ヘッドタンク５の負圧が開放され、液面が下がった後、図１３（ｃ）に示すように、インク３００を供給する。インク３００を供給することで液面が上昇し、電極ピン２０８ａ、２０８ｂが所定高さの液面を検知するまで、つまり所定の位置までインク３００を供給する。

その後、大気開放機構２０７を閉じて、例えば所定量インクをノズルから排出し、或いはメインタンク１０に逆送することで、所定の負圧値となり、ヘッドタンク５のインク量を所定の負圧値が得られる量にすることができる。

次に、インク供給制御の概要について説明する。

本実施形態では、キャリッジ３上に設置したキャリッジ側第１センサ２５１にて検知する変位部材２０５の位置（これを「第１位置」とする。）と、本体ベース１０１側に設置した本体側第２センサ３０１にて検知した大気開放検知位置（これを「第２位置」とする）の差分であるフィラ変位量を検出し、印刷中は第１センサ２５１による検知位置を基準として設定したインク供給上限位置（上限値）とインク消費下限位置（下限値）を管理することで、印刷中のインク供給管理を行っている。

このように、印刷中のインク供給制御を行うとき、本来の基準位置となる大気開放位置からキャリッジ側第１センサ２５１による検知位置に基準を移し、キャリッジ側第１センサ２５１による検知位置を基準として設定したインク供給上限位置とインク消費下限位置の範囲内で、インク消費とインク供給を繰り返し行い、ヘッドタンク５内のインク残量を常時適正量になるように制御している。

ここで、キャリッジ側第１センサ２５１のキャリッジ３上への設置位置、ヘッドタンク５の部品寸法、フィルム部材２０３の湿度環境影響による伸縮変位など、個々の装置ごとに各種バラツキが存在するため、個々の装置に適したインク供給制御を管理する必要がある。

次に、差分供給量の検出について図１４を参照して説明する。

印刷中のインク供給制御では、変位部材２０５のキャリッジ側第１センサ２５１による検知位置（第１位置）を基準とすることから、本来の基準となる大気開放位置（あるいは充填満タン位置）からキャリッジ側第１センサ２５１による検知位置までの変位部材２０５の変位距離Ｌ［ｍｍ］を測定する。

すなわち、図１４（ａ）に示すように、本体側第２センサ３０１が変位部材２０５を検知可能な位置にキャリッジ３を移動させる。そして、図１４（ｂ）に示すように、変位部材２０５が大気開放位置にある状態から送液ポンプ２４１を逆転駆動して、ヘッドタンク５からメインタンク１０に逆送し、キャリッジ側第１センサ２５１が変位部材２０５を検知するまでヘッドタンク５からインクを排出してから逆送動作を停止する。

その後、図１４（ｃ）に示すように、キャリッジ側第１センサ２５１が変位部材２０５を検知している状態で、キャリッジ３を、本体側第２センサ３０１が変位部材２０５を検知するまで移動させる。このときの移動距離をエンコーダ９０で測定することで、大気開放位置からキャリッジ側第１センサ２５１が変位部材２０５を検知するまでの変位部材２０５の変位距離（差分変位量）C［ｍｍ］を測定する。

そして、測定した変位量（変位距離）距離Ｃ［ｍｍ］を元にして第１センサ２５１が変位部材２０５を検知した後の差分供給量Ｖｏを算出し、これを記憶保持している。

次に、制御部による差分供給量の算出制御（差分供給量設定処理）について図１５のフロー図を参照して説明する。

まず、ヘッドタンク５を大気開放状態にし、第２センサ３０１で変位部材２０５を検知する位置（これを「第２位置」とする。）にキャリッジ３を移動する。

そして、送液ポンプ２４１の逆転動作にて、第１センサ２５１が変位部材２０５を検知するまでインク吸引してから逆転動作を停止する。

次いで、第２センサ３０１が変位部材２０５を検知する位置までキャリッジ３の移動を開始し、リニアエンコーダ９０によるカウントを開始して、第２センサ３０１が変位部材２０５を検知したときにカウントを停止する。

これにより、大気開放位置（第２位置）と第１センサ２５１が変位部材２０５を検知する第１位置との間の変位部材２０５の変位量（変位距離）Cを算出する。

その後、前述したように、変位量Cから第２センサ３０１を使用しないでインク供給を行うときの差分供給量Ｖｏを設定する。

また、ここでは、大気開放位置を第２位置としているが、前述したように、充填満タン位置そのものを第２位置として、第２位置と第１位置との間の変位量に相当する供給量を差分供給として記憶するようにすることもできる。これは、充填満タン位置の決定の仕方によるものである。

次に、制御部による第２センサを用いないインク充填制御（印字中供給制御）の一例について図１６のフロー図を参照して説明する。

印字動作中は、充填満タン状態からインクが消費されることで、変位部材２０５はヘッドタンク５のインク残量（液体残量）が減少する方向に変位するので、第１センサ２５１が変位部材２０５を検知したか否かを判別する。

そして、ヘッドタンク５のインク残量が減少する方向に変位部材２０５が変位して第１センサ２５１が変位部材２０５を検知したときには、その後のインク消費量を算出し、インク消費量が予め定めた所定液体消費量（所定量）以上になったか否かを判別する。

ここで、インク消費量の算出は、例えば画像形成のために吐出された滴数や印字動作中の空吐出動作で吐出された滴数をカウントし、そのカウント値に当該滴の滴量を乗じることで計算上得ることができる（これを、ソフトカウントといい、ソフトカウントで液体消費量計測手段を構成している。）。また、記録ヘッド４からインクを吸引するクリーニング動作を行なったときには、当該吸引による消費量（吸引量）は予め定められているので、当該吸引量を加算すればよい。

そして、インク消費量が予め定めた所定の液体消費量（所定量：閾値）Ｖ以上になったときを供給開始位置とし、送液ポンプ２４１を正転駆動してメインタンク１０からヘッドタンク５へのインク充填（供給）を開始する。

このとき、第１センサ２５１がヘッドタンク５の変位部材２０５を検知したか否かを判別し、第１センサ２５１がヘッドタンク５の変位部材２０５を検知したときには、そのときから更に差分供給量Ｖｏに相当する駆動時間Ｔだけ送液ポンプ２４１の駆動を継続してインクをヘッドタンク５に充填（供給）する。

その後、送液ポンプ２４１を停止し、インク消費量の計算値をリセットする。

このようにして、印字動作中でも、キャリッジ３をホーム位置に戻すことなく、ヘッドタンク５にインクを充填することができる。

次に、差分供給量の供給を行うときの送液条件の補正制御に関して図１７のフロー図を参照して説明する。

まず、上述したように、第１センサ２５１が変位部材２０５を検知した後のヘッドタンク５の液体消費量が所定消費量Ｖになって印字中充填が開始された、つまり、送液ポンプ２４１の駆動が開始されたか否かを判別する。

そして、送液ポンプ２４１を駆動して送液が開始されたときには、送液ポンプ２４１の駆動時間ｔの計測を開始し、第１センサ２５１が変位部材２０５を検知したか否かを判別する。

ここで、第１センサ２５１が変位部材２０５を検知したときには、計測した送液ポンプ２４１の駆動時間ｔと、所定消費量Ｖと、差分供給量Ｖｏから、差分供給量Ｖｏの供給を行うときの送液ポンプ２４１の駆動時間Ｔを、（Ｖｏ／Ｖ）×ｔ＝Ｔ、の演算を行って算出する。

つまり、所定消費量Ｖと送液ポンプ２４１の駆動開始から第１センサ２５１が変位部材２０５を検知するまでの駆動時間ｔから、単位時間当たりの実際の送液ポンプ２４１の送液量を得ることができる。

そこで、記憶保持している差分供給量Ｖｏの供給を行うための送液ポンプ２４１の駆動時間Ｔを、単位時間当たりの実際の送液ポンプ２４１の送液量で算出（補正）することによって、正確に差分供給量Ｖｏの供給を行うことができる。

ここで、送液ポンプ２４１による送液量の変動について図１８及び図１９を参照して説明する。

図１８は送液ポンプ２４１として使用しているチューブポンプの送液量の温度特性及び件年変化の依存性を示している。この図１８から分かるように、送液速度（送液量）は、装置本体の環境温度によって変化し、温度が低くなると送液量は少なくなる、通常の使用環境である１０℃〜３５℃の間では、２倍程度の開きが生じる。また、また、新品のチューブポンプと比較して、５０００ｍｌの耐久試験後のチューブポンプでは、全体的に新品に比べて半分以下の送液量となっている。

送液量が変化する原因として、図１９に示すようにインク粘度の温度特性がある。温度が低下するとともに、インクの粘度が上昇すること、また、チューブポンプのチューブ素材であるゴムが硬化して弾力性が低下すること、さらに、送液ポンプ２４１の駆動源として使用しているＤＣモータの回転数が低下することなどが挙げられる。

このような要因によって送液量が大きく変化するのは、また、本実施形態の装置では、送液ポンプ２４１からヘッドタンク５までの長い経路を細管のチューブ１６で送液していることから、粘度変化等の影響を大きく受けることにも要因がある。

さらに、長期間使用後のチューブポンプのチューブは、図２０にチューブ断面を示すように、新品の状態（図２０（ａ））から扁平な状態（図２０（ｂ）に変形し、復元力が低下することによって送液量が低下していくことも送液量が変動する要因となる。

したがって、送液ポンプ２４１として特にチューブポンプを使用した場合、差分供給量Ｖｏ（変位量Ｃ）を、時間（送液ポンプ２４１の駆動時間）又は回転数（送液ポンプ２４１の駆動回転数）で制御すると、実際の送液量は、主にそのときの環境温度によって変動し、目標とする差分供給量Ｖｏを供給できなくなることがある。

そこで、本実施形態では、上述したように、供給開始から第１センサ２５１が変位部材２０５を検知するまでの時間と所定消費量Ｖから、差分供給量の供給を行うときの環境条件などの下での、実際の送液量を算出して、この実際の送液量で差分供給量Ｖｏの供給を行うための駆動時間Ｔを算出することにより、正確に差分供給量Ｖｏの供給を行えるようにしている。

ここで、所定消費量Ｖと計測したインク消費量との関係について説明する。インク消費量は、前述したようにソフトカウントによって行っており、実際の消費量と所定消費量Ｖとの間に誤差が生じることは避けられないものの、ソフトカウント値のばらつきと送液ポンプ２４１の送液量のばらつきを比較した場合、ソフトカウント値の方がはるかに精度が高いことから、ソフトカウント値に多少のばらつきが生じても、正確に差分供給量Ｖｏの供給を行うことができる。

次に、差分供給量Ｖｏの算出保持の他の例について図２１を参照して説明する。図２１は変位部材の各位置を説明する説明図である。

変位部材２０５は、ヘッドタンク５内を大気開放したときは大気開放位置Ｆに、大気開放機構２０７を閉じた状態で、所定量のインクを除去して所望の負圧値が得られる状態では位置Ｇに位置し、これを充填満タン位置としている。

まず、差分供給量Ｖｏは、記録ヘッド２４から吸引排出させた吸引量から算出して保持することができる。

つまり、変位部材２０５が充填満タン位置Ｇの状態から、維持回復機構２０を使用して記録ヘッド４のノズル面を吸引キャップ３１でキャッピングし、吸引ポンプ８１２を用いてノズルからインクを吸引し、変位部材２０５が第１センサ２５１で検知される位置Ｈに到達するまでの吸引ポンプ８１２に駆動時間又は吸引ポンプ８１２の回転数から、変位量Ｃに相当する差分供給量Ｖｏを算出して記憶する保持することができる。

ここで、吸引ポンプ８１２の回転数（ステッピングモータを用いたパルス数）の温度依存性について図２２を参照して説明する。

この吸引ポンプ８１２では、図２２から分かるように、温度依存性はほとんど無く、吸引ポンプ８１２の回転数に比例した吸引量が得られている。吸引ポンプ８１２としても、インク供給のために用いる送液ポンプ２４１と同様にチューブポンプを用いているが、吸引量が安定している理由は、以下のように考えられる。

ヘッド吸引動作では、吸引ポンプ８１２に接続した吸引キャップ３１を記録ヘッド４のノズル面に押し当て、密閉状態で吸引ポンプ８１２を駆動し、密閉空間の空気を排出して負圧を形成する。ここでは、インクではなく空気を排出するため、環境温度や環境湿度による粘度変化を受けることなく、一定の負圧が形成される。形成された負圧によってノズルからインクが排出されるが、気圧が大気圧と同等となるまでの時間をかけて吸引するため、ノズルからのインクの排出速度が影響を受けることが少ない。

したがって、差分供給量Ｖｏは記録ヘッド４からの吸引排出させた量を用いることができる。

次に、差分供給量Ｖｏは、記録ヘッド２４を駆動して吐出させた液体量（カウント値）から算出して保持することができる。

つまり、変位部材２０５が充填満タン位置Ｇにある状態から、変位部材２０５が第１センサ２５１で検知される位置Ｈに到達するまでの間、記録ヘッド４を駆動して液滴を吐出させてその吐出量をカウントし、カウント値から体積（カウント値×吐出滴の体積）を計算し、変位量Ｃを差分供給量（送液体積）Ｖｏとして記憶保持する。

このように、記録ヘッド４からの吐出量をカウントすることで、吐出させる滴の滴体積は予め定まっているので、精度の高い吐出量を計測することができ、差分供給量Ｖｏとしてより高い精度を得ることができる。また、吐出滴の体積は、画像に直接影響するため温度補正を含めて正確に設定されていることから再現性も高くなる。

次に、差分供給量Ｖｏの保持タイミングについて説明する。

差分供給量Ｖｏの記憶保持は、ヘッドタンク５を一旦大気開放して、負圧を再形成する毎に実施することが好ましいももの、差分供給量Ｖｏを算出保持するための動作にはインク消費及び時間を伴うことになるので、実施頻度を制限することもできる。

例えば、ヘッドタンク５のフィルム部材は湿度変化により若干伸縮性があるため、大気開放状態における変位部材２０５の位置（図２１の大気開放位置Ｆ）が変位する場合がある。例えば、前回、差分供給量Ｖｏを記憶した時点と、今回ヘッドタンク５を一旦大気開放処理する時点における湿度差が１５％以上ある場合にのみ、差分供給量Ｖｏを再度設定して記憶するようにすることができる。

また、前回、差分供給量Ｖｏを記憶保持した時点からの経過時間が所定時間（例えば１ヶ月）になる毎に、差分供給量Ｖｏを再度設定して記憶するようにすることができる。

このようにすることで、無駄なインク消費を低減することができ、また、差分供給量Ｖｏの算出動作に使用する時間を少なくできる。

なお、本願において、「用紙」とは材質を紙に限定するものではなく、ＯＨＰ、布、ガラス、基板などを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、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。また、画像形成、記録、印字、印写、印刷はいずれも同義語とする。

また、「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液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、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こと（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。

また、「インク」とは、特に限定しない限り、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体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、例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、樹脂なども含まれる。

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、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。

また、画像形成装置には、特に限定しない限り、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。

３ キャリッジ
４、４ａ〜４ｄ 記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
５ ヘッドタンク
１０ インクカートリッジ（メインタンク）
２０１ タンクケース（液体収容部）
２０３ フィルム部材
２０５ 変位部材（フィラ）
２４１ 送液ポンプ
２５１ 第１センサ（第１検知手段）
３０１…第２センサ（第２検知手段）
５００…制御部

Claims (6)

1. 液滴を吐出する記録ヘッドと、
   前記記録ヘッドに供給する液体を収容するヘッドタンクと、
   前記記録ヘッド及び前記ヘッドタンクを搭載したキャリッジと、
   前記ヘッドタンクに供給する液体を収容するメインタンクと、
   前記メインタンクから前記ヘッドタンクへの液体供給を行う送液手段と、
   前記送液手段を駆動して前記メインタンクから前記ヘッドタンクへの液体供給を制御する供給制御手段と、を備え、
   前記ヘッドタンクは液体残量に応じて変位する変位部材を有し、
   前記キャリッジには前記変位部材を検知する第１検知手段が設けられ、
   前記供給制御手段は、
   前記変位部材が、前記第１検知手段で検知される位置から前記ヘッドタンクの液体残量が少なくなる方向に変位するときの液体消費量を計測して、
   前記液体消費量が予め定めた所定量Ｖになったときから前記液体の供給を開始させ、前記第１検知手段が前記変位部材を検知した後予め定めた差分供給量Ｖｏを供給する制御を行い、
   前記差分供給量Ｖｏの供給を行うとき、前記液体消費量が前記所定量Ｖになって前記液体の供給を開始してから前記第１検知手段が前記変位部材を検知するまでの送液条件に基づいて、前記差分供給量Ｖｏを供給するときの送液条件を補正する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記差分供給量Ｖｏを供給するとき、前記液体消費量が前記所定液体消費量Ｖになって前記液体の供給を開始してから前記第１検知手段が前記変位部材を検知するまでの送液時間ｔを計測し、
   第１検知手段が前記変位部材を検知した後、時間Ｔが経過したときに、差分供給量Ｖｏの供給を停止し、
   前記時間Ｔは、（差分供給量Ｖｏ／所定液体消費量Ｖ）×ｔ、で算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 装置本体側には前記変位部材を検知する第２検知手段が設けられ、
   前記第１検知手段で検知する前記変位部材の第１位置は前記第２検知手段で検知する前記変位部材の第２位置よりも前記ヘッドタンクの液体残量が少ない位置であり、
   前記供給制御手段は、
   前記第１検知手段で検知される位置と前記第２検知手段で検知される位置との間の前記変位部材の変位量に対応する供給量を前記差分供給量Ｖｏとして保持する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記供給制御手段は、前記記録ヘッドから吸引排出された液体量から前記差分供給量Ｖｏを算出して保持することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
5. 前記供給制御手段は、前記記録ヘッドから吐出された液体量から前記差分供給量Ｖｏを算出して保持することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
6. 前記供給制御手段は、前記差分供給量Ｖｏを保持したときから、装置本体の環境湿度の変化量が所定値以上になったとき、及び、所定時間が経過したときに、再度前記差分供給量Ｖｏを保持し直すことを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。

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