画像形成装置
【課題】簡易な構成、制御でヘッドの負圧を適正範囲に維持でき、高粘度の液体でも、吐出不良を生じることなく、高速で吐出することができる画像形成装置の提供。
【解決手段】流路抵抗可変ユニット８３と、流路抵抗可変ユニット８３にインクを送るポンプ７８を有し、流路抵抗可変ユニット８３は、第１の流路７１を流れるインク流量に応じて内部の流路抵抗が変化し、液滴を吐出するときには、流路抵抗可変ユニット８３を介して記録ヘッド１０とインクカートリッジ７６が連通している状態で、ポンプ７８によりインクをインクカートリッジ７６から記録ヘッド１０に送液し、流路抵抗可変ユニット８３と分岐部６３の間に流量調整弁３００を設けて、気泡などの異物を排出する維持回復動作を行うときには流路抵抗可変ユニット８３から分岐部６３側への流量を制限することで第１の流路７１へ流速の高いインクを送液する。
【解決手段】流路抵抗可変ユニット８３と、流路抵抗可変ユニット８３にインクを送るポンプ７８を有し、流路抵抗可変ユニット８３は、第１の流路７１を流れるインク流量に応じて内部の流路抵抗が変化し、液滴を吐出するときには、流路抵抗可変ユニット８３を介して記録ヘッド１０とインクカートリッジ７６が連通している状態で、ポンプ７８によりインクをインクカートリッジ７６から記録ヘッド１０に送液し、流路抵抗可変ユニット８３と分岐部６３の間に流量調整弁３００を設けて、気泡などの異物を排出する維持回復動作を行うときには流路抵抗可変ユニット８３から分岐部６３側への流量を制限することで第１の流路７１へ流速の高いインクを送液する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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サブタンク（ヘッドタンク、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。このようなチューブを用いてインクを供給する方式（チューブ供給方式）とすることで、キャリッジ部を軽量小型化でき、構造系、駆動系も含めて装置を大幅に小型化できる。
【０００６】
ところで、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際の流体抵抗が大きいため、インク供給がインク吐出に間に合わず吐出不良となる。特に、広幅の記録媒体に印字する大型マシン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、記録ヘッドに対するインク供給不足が課題となる。
【０００７】
そこで、従来、特許文献１に開示されているように、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ことが知られている。
【０００８】
また、特許文献２に開示されているように、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、特許文献３に開示されているように、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方式のものも知られている。
【０００９】
一方、簡単な構成で負圧を得る方式としては、大気に連通したインクカートリッジと記録ヘッドをチューブで接続し、単にインクカートリッジを記録ヘッドよりも下方に配置することで、水頭差で負圧を得る方式がある。
【００１０】
この方式では、負圧連動弁を用いて常時加圧する方式や負圧室を設けてポンプで送液する方式よりも圧倒的に簡易な構成でありながらもより安定な負圧を得ることができるものの、この水頭方式では前述したチューブ抵抗による圧力損失の問題がある。
【００１１】
この水頭差によって負圧を得るインク供給システムでこの圧力損失を解決する技術としては、例えば、特許文献４に開示されているように、ヘッドとインクカートリッジを繋ぐチューブにポンプを設け、さらにポンプの上流側と下流側を繋ぐバイパス経路を設けて、このバイパス経路に弁を設けた構成とし、バイパス経路に設けた弁の開度を印字によって適宜制御して所望の圧力を保つものが知られている。
【００１２】
また、このような画像形成装置においては、インクを吐出する記録ヘッドの性能を維持、回復する装置（維持回復機構）が不可欠であり、その機能の１つとしてヘッド内部の気泡、異物及び増粘インクなどをノズルから排出して吐出不良を低減することが求められる。
【００１３】
従来、ノズルからインクを吸引排出する方法としては、キャップでノズル面をキャッピングして吸引手段によって吸引を行うもの（特許文献５）、ヘッドに対してインクを加圧供給してノズルからインクを排出するもの（特許文献６、７、８）、加圧と吸引を組み合わせて行うもの（特許文献９）などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第３６０６２８２号公報
【特許文献２】特開２００５−３４２９６０号公報
【特許文献３】特表平５−５０４３０８号公報
【特許文献４】特開２００４−３５１８４５号公報
【特許文献５】特開２００４−２８４０８４号公報
【特許文献６】特開２００７−１８５９０５号公報
【特許文献７】特開２００６−１５０７４５号公報
【特許文献８】特開平３−１８４８７２号公報
【特許文献９】特開２００２−１７８５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
まず、記録ヘッドに対するインクの供給不足に関して、特許文献１に開示の技術では、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、しかも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も高度に要求され、万一故障した際には、インクが噴出する不具合が生じるおそれがある。
【００１６】
また、特許文献２、３に開示の技術では、ポンプによって積極的に圧力を制御することから、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、制御が複雑で、装置が大型化するという課題がある。
【００１７】
また、特許文献４に開示の技術でも、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、装置が大型化する課題がある。
【００１８】
一方、記録ヘッドの維持回復に関して、特許文献５に開示の技術のように、ノズルからインクを吸引排出する構成にあっては、ノズル近傍の流速を大きくでき、異物の排出には有効であるが、さらなる排出性を向上させようとした場合、高負圧に耐えうるキャップ構成としなければならず、排出性向上は困難となる。また、キャップ内を大気圧に開放する時にノズル周辺のインク及び気泡がノズル内に逆流しやすく、それによる吐出不良を防止する対応が必要となるという課題がある。
【００１９】
また、特許文献６に開示の技術のように、加圧手段の加圧力によりヘッド内のインクを急激に加圧してインクを加圧排出する構成にあっては、加圧室の構成の複雑化、及び更なる排出性の向上のためにはインク供給路全体の密封性（耐圧）が必要となり、装置全体のコスト高になるという課題がある。また、特許文献７に開示の技術のように、予圧手段によって予めバッファタンクの内圧を所定圧力まで予圧しておき、しかる後にインクを供給する構成にあっては、予圧手段を含めて構成の複雑化、耐圧の確保という同様の課題がある。また、特許文献８に開示の技術のように記録ヘッドとインクタンクとの間でインクを循環させる構成ではヘッドとの連結部が２ポート必要なってヘッド周り及び供給系が複雑になるという課題がある。
【００２０】
また、特許文献９に開示の技術のように、吸引と加圧を組み合わせた構成にあっては、加圧と吸引の差圧によって高い排出性を得られるが、インク消費量に対する排出効率を大幅に改善することが困難である。
【００２１】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成、制御でヘッドの負圧を適正範囲に維持でき、高粘度の液体でも、吐出不良を生じることなく、高速で吐出することができるようにするとともに、更にヘッド内の気泡や異物などの排出性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
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、
途中に分岐部を有し、前記液体タンクに連通する第２の流路と、
前記第１の流路と前記第２の流路を連通させる圧力調整弁と、
前記圧力調整弁に前記液体を送る送液手段と、
前記圧力調整弁と前記送液手段を連通する第３の流路と、
前記分岐部と前記送液手段を連通する第４の流路と、を有し、
前記圧力調整弁は、前記第１の流路を流れる液体の流量に応じて内部の流路抵抗が変化し、
前記ノズルから液滴を吐出するときには、前記圧力調整弁を介して前記記録ヘッドと前記液体タンクが連通している状態で、前記送液手段により前記液体を前記液体タンクから前記記録ヘッドに送液する画像形成装置であって、
前記圧力調整弁と前記分岐部の間に流量を調整する流量調整手段と、
前記記録ヘッドの維持回復を行うときに、前記流量調整弁で前記圧力調整弁から前記分岐部への流量を制限した状態で前記送液手段から送液を行わせる手段と、を備えている
構成とした。
【００２３】
ここで、前記流量調整手段が開閉弁である構成とできる。
【００２４】
また、前記流量調整手段が流量に応じて流体抵抗が大きくなる弁である構成とできる。
【００２５】
また、前記記録ヘッドのノズル面をキャッピングするキャップと、前記キャップに接続された吸引手段とを備え、前記維持回復を行うとき、前記キャップで前記記録ヘッドのノズル面をキャッピングした状態で前記吸引手段を駆動させて前記キャップとノズル面との間のキャップ内空間を負圧にして前記記録ヘッドのノズルから液体を吸引する動作を行う構成とできる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る画像形成装置によれば、記録ヘッドのノズルから液滴を吐出するときには、流れる液体の流量に応じて内部の流路抵抗が変化する圧力調整弁を介して記録ヘッドと液体タンクが連通している状態で、送液手段により液体を液体タンクから記録ヘッドに送液する構成としたので、記録ヘッドの吐出量に応じて適正なアシスト圧を自動的に調節しながら記録ヘッドに印加して、チューブ部材の長尺化、吐出流量の増大化、吐出液体の高粘度化等に伴うリフィル不足を回避し、簡易な構成、制御でヘッドの負圧を適正範囲に維持でき、高粘度の液体でも、吐出不良を生じることなく、高速で吐出することができるようになるとともに、記録ヘッドの維持回復を行うときに、流量調整弁で圧力調整弁から分岐部への流量を制限した状態で送液手段から送液を行わせる構成としたので、ヘッド内部の流速を高めてノズルから液体を排出させることができて、気泡などの異物を効率的に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】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。
【図２】同じく概略平面説明図である。
【図３】同じく概略側面説明図である。
【図４】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。
【図５】同装置のインク供給系（インク供給システム）のサブタンクの模式的断面説明図である。
【図６】同じくカートリッジホルダ部分の説明図である。
【図７】同じくポンプユニットの説明図である。
【図８】同じく圧力制御ユニットの説明図である。
【図９】本発明の第１実施形態におけるインク供給システムの説明図である。
【図１０】同実施形態における流路抵抗可変ユニットを示す説明図である。
【図１１】同装置の制御部の概要を示すブロック説明図である。
【図１２】初期充填動作の説明に供するフロー図である。
【図１３】印字動作の説明に供するフロー図である。
【図１４】同じくヘッド吐出流量とヘッド圧力損失とアシスト流量の関係の一例を示す説明図である。
【図１５】維持回復動作の一例の説明に供するフロー図である。
【図１６】同維持回復動作時の第１の流路の流量変化の説明に供する説明図である。
【図１７】維持回復動作の他の例の説明に供するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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を図示しない主走査モータ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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、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。
【００３１】
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。
【００３２】
また、サーマル方式のヘッドの中には、他にも吐出方向が異なるエッジシュータ方式があるが、このエッジシュータ方式においては気泡が消滅する際の衝撃により発熱体１４を徐々に破壊する、いわゆるキャビテーション現象の問題がある。これに対し、上述したサイドシュータ方式においては気泡が成長し、その気泡がノズル１５に達すれば気泡が大気に通じることになり温度低下による気泡の収縮が起こらない。そのため、記録ヘッドの寿命が長いという長所を有する。また、発熱体１４からのエネルギーをより効率良くインク滴の形成とその飛行の運動エネルギーへと変換でき、またインクの供給によるメニスカスの復帰も速いという構造上の利点を有する。したがって、本インクジェット記録装置においてはサイドシュータ方式の記録ヘッドを採用している。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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が形成されたサブタンク（バッファタンク、ヘッドタンク）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とサブタンク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。
【００３６】
このサブタンク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本発明における液体タンクであるインクカートリッジ（メインタンク）７６からインク供給経路の一部を形成するチューブ部材であって第１の流路を形成する液体供給チューブ７１を介して、各色のインクが供給される。
【００３７】
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吸引及び保湿用のキャップ５２ａ及び保湿用のキャップ５２ｂと、キャップ５２ｂ内を吸引する吸引手段である吸引ポンプ５３と、吸引ポンプ５３で吸引されたインクの廃液（廃インク）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。また、後述する図９に示すように、維持回復機構５１には、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。
【００３８】
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実施形態におけるインク供給系（インク供給システム）について図５ないし図１０をも参照して説明する。なお、図５は同インク供給システムのサブタンクの模式的断面説明図、図６は同じくカートリッジホルダ部分の説明図、図７は同じくポンプユニットの説明図、図８は同じく圧力制御ユニットの説明図、図９は流路抵抗可変ユニットの一例を示す説明図である。
【００３９】
まず、サブタンク３０は、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。
【００４０】
このサブタンク３０には、インク供給チューブ７１の一端部が接続される。インク供給チューブ７１の他端部は、図１及び図２に示すように本体据え置きのカートリッジホルダ７７に接続される。
【００４１】
カートリッジホルダ７７には、インクカートリッジ７６と、送液手段であるポンプユニット８０と、圧力制御ユニット８１が接続されている。
【００４２】
カートリッジホルダ７７の内部には、図６に示すように、各色のインクに対応して内部流路７０，７４、７９が形成され、ポンプユニット８０に連通するポンプ接続ポート７３ａ、７３ｂと、圧力制御ユニット８１に連通する圧力制御ポート７２ａ、７２ｂ、７２ｃを備えている。また、ポンプ接続ポート７３ａと圧力制御ポート７２ｃとは内部流路７０で連通している。
【００４３】
ポンプユニット８０は、図７に示すように、カートリッジホルダ７７のポンプ接続ポート７３ａ、７３ｂとそれぞれ連通するポート８５ａ、８５ｂと、これらのポート８５ａ、８５ｂに連通するポンプ７８を備えている。ポンプ７８としては、チュービングポンプやダイヤフラムポンプ、ギアーポンプなど様々なポンプを適用することができる。図７のポンプユニット８０においては、４色のインクに対応して４つのポンプ７８Ｋ、７８Ｃ、７８Ｍ、７８Ｙを備えているが、これらの４つのポンプは１つのモータ８２で連動して駆動する構成としている。
【００４４】
圧力制御ユニット８１は、図８に示すように、カートリッジホルダ７７の圧力制御ポート７２ａ、７２ｂ、７２ｃとそれぞれ連通するポート８６ａ、８６ｂ、８６ｃと、これらのポート８６ａ、８６ｂ、８６ｃに連通する圧力調整弁である流路抵抗可変ユニット８３を備えている。
【００４５】
次に、インク供給システムの全体構成及び動作について図９に示す概略構成図を参照して説明する。なお、図９ではインク供給システムの動作、作用の理解をしやすいように１つの液体吐出ヘッド（記録ヘッド）１０に接続する主要構成要素のみを表している。
このインク供給システムは、記録ヘッド１０に供給するインクを貯留するインクカートリッジ７６と、記録ヘッド１０にインクを供給する第１の流路である液体供給チューブ（以下「第１の流路」ともいう。）７１と、途中に分岐部６３を有し、インクカートリッジ７６に連通する第２の流路６０と、第１の流路７１と第２の流路６０を連通させる圧力調整弁である流路抵抗可変ユニット８３を含む圧力制御ユニット８１と、圧力調整弁（流路抵抗可変ユニット８３）にインクを送る送液手段であるポンプ７８を含むポンプユニット８０と、圧力調整弁（流路抵抗可変ユニット８３）とポンプ７８を連通する第３の流路６１と、分岐部６３とポンプ７８を連通する第４の流路６２と、分岐部６３と流路抵抗可変ユニット８３との間に設けた流量調整手段である流量調整弁３００とを有している。
【００４６】
ここで、流路抵抗可変ユニット８３は、内部を流れる液体の流れ方向や流量によって流路抵抗が変化する特性を有するものである。この流路抵抗可変ユニット８３は、例えば図１０に示すように、流路形成部材である管部材８７と、管部材８７内に自由状態で移動可能に収容された可動部材である弁体８８とを有している。
【００４７】
管部材８７は、第１の流路（液体供給チューブ）７１を接続するポート８６ａと、第２の流路６０の分岐部６３で分岐した流路６０ａを接続するポート８６ｂと、第３の流路６１を接続するポート８６ｃとを有している。弁体８８は、液体の流れの方向において径の異なる段部を有する段付き軸形状部材であり、上部８８ｔ、中央部８８ｍ、下部８８ｂの少なくとも３つの段部要素を有し、中央部８８ｍの径が下部８８ｂよりも小径に形成されている。この弁体８８は、管部材８７の内部で移動可能とされ、内部の流れの状態等に応じて、図１０（ａ）の位置、図１０（ｂ）の位置、あるいはその中間の位置をとる。
【００４８】
ここで、この弁体８８の上部８８ｔと管部材８７の流路部分８７ａとの間で第１の流路側の第１の絞り部１８１が形成され、弁体８８の下部８８ｂと管部材８７の流路部分８７ｂとの間で第２の絞り部１８２が形成され、弁体８８が上述したように内部の流れの状態等に応じて移動することにより、第２の絞り部１８２の絞り量が変化する。
【００４９】
そして、管部材８７には、弁体８８の中央部８８ｍの位置、すなわち、第１の絞り部１８１と第２の絞り部１８２との間に第３の流路４３の一部となる横穴（ポート）８６ｃが形成されている。
【００５０】
図９に戻って、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は負圧に保持されるので、安定して記録ヘッド１０からインク滴吐出を行うことができる。
【００５１】
一方、インク排出システムを構成する維持回復機構５１は、前述したように、記録ヘッド１０のノズル面１０ａ（図４参照）をキャッピングするキャップ５２ａと、キャップ５２ａに接続された吸引手段としての吸引ポンプ５３とを備え、記録ヘッド１０のノズル面１０ａをキャッピングした状態で吸引ポンプ５３を駆動してキャップ５２ａ内空間を負圧にし、ノズル１５からキャップ５２ａ内にインクを排出させることができる。キャップ５２ａ内に排出された廃インクは廃液タンク５６に排出される。
また、後述する図９に示すように、維持回復機構５１には、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。
【００５２】
次に、この画像形成装置の制御部の概要について図１１を参照して説明する。なお、図１１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るアシスト動作及び維持回復動作に関する制御を行う手段を兼ねる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。
【００５３】
また、記録ヘッド３４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５２ａ、５２ｂ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５１２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並びに流量調整弁３００を駆動するポンプ／弁駆動部５１１などを備えている。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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５１５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。
【００５９】
次に、上記インク供給システムを使用したインク初期充填動作について図１２のフロー図を参照して説明する、
インクカートリッジ７６が装着済であることが確認された後、記録ヘッド１０のノズル面を維持ユニット５１のキャップ５２でキャッピングする。このキャッピング状態で吸引ポンプ５３を駆動し、記録ヘッド１０のノズルを介してインク供給系路内の空気を吸引する（ノズル吸引開始）。そして、このノズル吸引は、ノズル吸引の開始から所定時間が経過した時まで行う。所定時間吸引を行うことにより、インクカートリッジ７６内のインクが第１の流路（液体供給チューブ）７１に達する。
【００６０】
その後、ノズル吸引開始から所定時間が経過した時（（タイマがカウントアップした時））、モータ８２を駆動してポンプ（アシストポンプ）７８を駆動する。このとき、図９に示すようにインク供給経路が形成されているので、ポンプ７８の駆動によって流路抵抗可変ユニット８３に矢印Ｑａ側に送液されて、ポンプ７８が接続されているバイパス経路である第３の流路６１内の空気が流路抵抗可変ユニット８３側に押し出され、インクで置換される。
【００６１】
その後、所定時間が経過した時（タイマがカウントアップした時）に、吸引ポンプ５３とポンプ７８を両方とも停止させる。この段階で、インク供給経路内を全てインクで充填することができる。
【００６２】
その後、維持ユニット５１のキャップ５２によるキャッピングを解除し、維持ユニット５１に備えられる図示しないワイパー部材で記録ヘッド１０のノズル面をワイピングし、記録ヘッド１０を駆動して画像形成に寄与しない所定の滴数のインク滴をノズルから吐出させる（ヘッド空吐出）ことで、ノズルに所望のメニスカスを形成できる。
【００６３】
このようにして、インクの初期充填が完了する。なお、図１２に示すフロー図ではアシストポンプ（ポンプ７８）をノズル吸引停止まで継続して駆動しているが、前述したバイパス経路（分岐部６３から第４の流路６２、第３の流路６１及び横穴８６ｃを経路）のインク置換が完了しだい停止しても初期充填を行うことができる。ただし、図１２に示す例では、液体供給チューブ７１と記録ヘッド１０への充填時にもポンプ７８を駆動するので、より短時間に初期充填を完了することができる。
【００６４】
次に、印字動作について図１３に示す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、まず温度センサ２７で機内（装置内）の温度を検知し、インクの温度を推定する。なお、温度センサ２７はキャリッジ４に搭載されている（図２参照）が、インクカートリッジ部や記録ヘッド部等別の場所に設けられていてもよい。また、インク供給経路内に設けてインクの温度を直接検知しても良い。
【００６５】
そして、インクの温度に基づいてアシストポンプ７８で送液する流量を決定し、ポンプ７８を駆動する。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（キャッピング解除）、所定の滴数の空吐出を実施した後、印字を開始する。
【００６６】
このとき、アシストポンプ７８が駆動されているので液体供給チューブ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。
【００６７】
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、アシストポンプ７８を停止させる。
【００６８】
ここで、アシストポンプ７８は印字終了後直ちに停止させても良い。また、温度に基づいてアシストポンプ７８の送液量を制御しているが、インク供給仕様等の条件によっては、最も低温環境でのインク供給で供給不足を起こさない送液量で、全ての温度条件で送液することも可能である。
【００６９】
このような印字動作を行うとき、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、例えばチューブが細かったり長かったりする場合、あるいは、インク吐出流量が大きい場合には、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事態が生じる。具体的には、本インク供給システムでインク供給抵抗となる主要な要素としては、液体供給チューブ７１、フィルタ１０９、ジョイント８９がある（図９参照）。
【００７０】
例えば、液体供給チューブ７１の直径が２.８ｍｍ、長さが２５００ｍｍのロングチューブを備える広幅の画像形成装置において、１６ｃPの高粘度インクを吐出した場合には、液体供給チューブ７１の流体抵抗は２.７e１０［Ｐａ・ｓ／ｍ３］となる。また、フィルタ１０９及びジョイント８９の流体抵抗は、この実施形態では、それぞれ１ｅ１０［Ｐａ・ｓ／ｍ３］、２ｅ９［Ｐａ・ｓ／ｍ３］のものとしている。
【００７１】
ここで、記録ヘッド１０から安定した吐出ができる圧力損失の限界値を２.５ｋＰａとし、全ノズルから連続してインクを吐出した場合には０．１ｃｃ／ｓの吐出流量となる。その時の圧力損失は、６.９ｋPａである。圧力制御ユニット８１がない場合でも３．９４ｋＰａとなるので、単純な水頭差インク供給システムでは自然供給することはできない。
【００７２】
このようにインク供給系の抵抗により圧力損失が増大しリフィルが不足するときに、ポンプ７８を駆動して第３の流路４３からインクを矢印Ｑａ（Ｑａはアシスト流量、あるいはアシスト用液体の流れであるが、便宜上矢印の符号としても使用する。）の方向に送り出す。このポンプ７８の送液によってインクの供給不足量を補う（リフィルアシスト）ことができる。
【００７３】
記録ヘッド１０の吐出流量とポンプ７８の送液量（アシスト流量）と記録ヘッド１０の圧力の関係の一例を図１４に示している。図１４は、アシスト流量を０〜０．２ｃｃ／ｓとしたときのヘッド吐出流量に対するインク供給系の圧力損失の変化を示している。前述したように、アシスト流量が「０」のときは、ヘッドの圧力損失は約７ｋＰａとなり、インクを連続吐出できず、噴射不良となってしまうが、ポンプ７８によりアシストすることにより圧力損失が１ｋＰａ以下程度となり、連続吐出することができる。
【００７４】
ここで、前述した図１０を参照して本インク供給システムのアシスト原理について説明する。
図１０（ａ）は記録ヘッド１０から滴吐出を行っていない状態、あるいは、吐出流量が少ない条件での流路抵抗可変ユニット８３の状態を示している。この状態では、弁体８８はポート８６ｂ側にある。図１０（ａ）に示すように、管部材８７と弁体８８の下部８８ｂの間のギャップGｂが管部材８７と弁体８８の上部８８ｔのギャップＧｔよりも大きいこと、更に、ポート８６ａの先には図９に示すように流体抵抗の大きい液体供給チューブ７１やフィルタ１０９があるため、矢印Ｑａで示すポンプ７８によって送液されたインクは、流れやすいポート８６ｂ側に流れる（矢印Ｃ）。したがって、ポンプ７８によって発生するインクの流れは、図９におけるポンプユニット８０と流路抵抗可変ユニット８３で形成されるループ経路内を循環するだけであり、記録ヘッド１０の圧力にはほとんど影響を与えない。
【００７５】
一方、図１０（ｂ）は記録ヘッド１０の吐出流量が多い条件での流路抵抗可変ユニット８３の状態を示している。管部材８７と弁体８８の上部８８ｔのギャップＧｔを狭く設定することで、矢印Ｑｈで示す記録ヘッド１０からの滴吐出によるインクの流れによって、弁体８８がポート８６ａ側に引かれ弁体８８が移動する（図で上方向に移動する。）。これにより、弁体８８の下部８８ｂが管部材８７の小径部（流路部分８７ｂ：第２の絞り部１８２）に移動し、管部材８７と弁体８８の下部８８ｂの間のギャップは小さいギャップGｂ１となる。矢印Ｑａで示すようにポンプ７８によって送液されるインクは、この狭いギャップGｂ１を流れようとする（矢印Ｄ）ので、圧力が発生する。この圧力が、記録ヘッド１０にインクが流れる際に発生する圧力損失を低減させ、大流量のインク供給を実現することができる。
【００７６】
この流路抵抗可変ユニット８３では、記録ヘッド１０の吐出流量が増して圧力損失が大きくなる条件ほど、弁体８８の下部８８ｂの周面と管部材８７の流路部分８７ｂとのインクの流れ方向の対向長さ（第２の絞り部１８２の長さ）が長くなって、弁体８８の下部８８ｂと管部材８７の狭ギャップＧｂ１の長さが長くなり、よりポンプ（アシストポンプ）７８による増圧効果を大きくする。これにより、従来のように流量調整弁を他のアクチュエータ等で制御する煩雑さがなく、簡易な構成で自動的に安定したインク供給を実現することができる。
【００７７】
次に、維持回復動作における気泡や増粘インクなどの異物を排出する動作の一例について図１５のフロー図を参照して説明する。
インクカートリッジ７６が装着済であるか否かを確認し、インクカートリッジ７６の装着が確認されたときには、アシストポンプ７８の駆動を開始し、流体抵抗可変ユニット８３に対するインクの送液を開始する。このとき、前述したように、流体抵抗可変ユニット８３送液されたインクは第１の流路７１側と第２の流路６０側に分かれて流れることになる（図１６の送液中の期間）。
【００７８】
その後、流量調整弁３００を制御し、第２の流路６０へのインク流量を制限すると、第１の流路７１に流れ込む液量が瞬間的に大きくなり、記録ヘッド１０内部におけるインク流速が高まる。
【００７９】
このようにして第１の流路７１への流量が大きくなると、流路抵抗可変ユニット８３内の弁体８８が上部に上昇して停止する（図１６の時点ｔ１）。つまり、弁体８８が急激な流速変化により上昇可能な移動範囲まで上昇して停止すると、第１の流路７１へのインクの流量が低下する（図１６の流量低下の期間）。
【００８０】
そして、流量調整弁３００による流量制限開始から所定時間が経過した後（カウントアップした後）、流量調整弁３００による流量制限を解除して流量の回復を行い、アシストポンプ７８の駆動を停止する（図１６の時点ｔ２）。
【００８１】
その後、ワイパ部材５７よって記録ヘッド１０のノズル面１０ａをワイピングして清浄化し、記録ヘッド１０から空吐出を行なった後、キャップ５２によって記録ヘッド１０をキャッピングして回復動作を終了する。
【００８２】
このように、瞬間的に第１の流路へインクを送液することで、ヘッド内部の流速を高めた排出動作（回復動作）を行うことができ、ヘッド内の気泡などの異物を効率的に除去することができる。
【００８３】
この場合、流量調整弁３００としては開閉弁で構成することができ、開閉弁を閉じて流量制限を行なう。
【００８４】
また、アシストポンプ７８といて送液量を変更することができるものを使用して、単位時間当たりの流量Ｑが流量Ｑ１の動作と流量Ｑ２（Ｑ１＜Ｑ２）で送液できるようにして、異物排出動作において、液体の消費量が少ない第１の排出動作（流量Ｑ１で送液）と、消費量の多い排出性を高めた第２の排出動作（流量Ｑ２で送液）という２種類の排出動作を選択的或いは重畳的に行なうことができるようにすることもできる。
【００８５】
また、流量調整弁３００としては流量に応じて流体抵抗が変化し、流量が大きくなると流体抵抗が大きくなる弁で構成することもできる。これにより、上述したように流量Ｑ１の排出動作と流量Ｑ２の排出動作を行うことができるようにした場合、流量Ｑ２による排出動作を行うときには、自動的に流体抵抗が大きくなるので、流量調整弁３００の動作を外部から制御することなく、第１の流路７１への液体流量を一時的に高めることができ、排出性を効率的に実施することができる。
【００８６】
次に、維持回復動作の他の例について図１７のフロー図をも参照して説明する。
前記図１５の例と同様に、インクカートリッジ７６が装着済であるか否かを確認し、インクカートリッジ７６の装着が確認されたときには、アシストポンプ７８の駆動を開始し、流体抵抗可変ユニット８３に対するインクの送液を開始する。このとき、前述したように、流体抵抗可変ユニット８３送液されたインクは第１の流路７１側と第２の流路６０側に分かれて流れることになる。
【００８７】
その後、流量調整弁３００を制御し、第２の流路６０へのインク流量を制限すると、第１の流路７１に流れ込む液量が瞬間的に大きくなり、記録ヘッド１０内部におけるインク流速が高まる。
【００８８】
この流量が最大に高まった状態（弁体８８が上部に上昇して停止するまでの間）で、維持回復機構５１のキャップ８２ａを上昇させて記録ヘッド１０のノズル面１０ａをキャッピングし、吸引ポンプ５３を駆動して、キャップ８２ａ内を負圧にすることで、ノズル１５からのインクの吸引動作を開始する。これによりアシストポンプ７８による加圧と、吸引ポンプ５３の吸引圧により、記録ヘッド１０内部におけるインク流速を高めることができ、より記録ヘッド１０内の気泡を効率良く排出することができる。
【００８９】
そして、所定時間経過した後（カウントアップした後）、吸引動作を停止し、流量調整弁３００による流量制限を解除して流量の回復を行い、アシストポンプ７８の駆動を停止する。
【００９０】
そして、キャッピングを解除した後、ワイパ部材５７よって記録ヘッド１０のノズル面１０ａをワイピングして清浄化し、記録ヘッド１０から空吐出を行なった後、キャップ５２によって記録ヘッド１０をキャッピングして回復動作を終了する。
【００９１】
このように、記録ヘッド１０からの吸引動作を併せて行うことによってヘッド内に残存する気泡及び増粘インクなどの異物をより効果的に排出することができる。
【００９２】
なお、以上の説明においては大気開放部９０を有するインクカートリッジ７６を用いて動作等の説明を行ったが、本発明はインクを収容した袋を用いたインクカートリッジなどを用いた場合にも同様に適用できる。
【００９３】
また、以上の説明においては、異なる色のインクが供給される例で本願発明の動作、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、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。
【符号の説明】
【００９４】
４ キャリッジ
１０ 記録ヘッド
３０ サブタンク
６０ 第２の流路
６１ 第３の流路
６２ 第４の流路
６３ 分岐部
６４ 第５の流路
７１ 液体供給チューブ（第１の流路）
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
７８ ポンプ（アシストポンプ）
８０ ポンプユニット
８１ 圧力制御ユニット
８３ 流体抵抗可変ユニット
８７ 管部材（流路形成部材）
８８ 弁体
１５１ 絞り可変弁
１６５ バイパス流路
３００ 流量調整弁
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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サブタンク（ヘッドタンク、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。このようなチューブを用いてインクを供給する方式（チューブ供給方式）とすることで、キャリッジ部を軽量小型化でき、構造系、駆動系も含めて装置を大幅に小型化できる。
【０００６】
ところで、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際の流体抵抗が大きいため、インク供給がインク吐出に間に合わず吐出不良となる。特に、広幅の記録媒体に印字する大型マシン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、記録ヘッドに対するインク供給不足が課題となる。
【０００７】
そこで、従来、特許文献１に開示されているように、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ことが知られている。
【０００８】
また、特許文献２に開示されているように、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、特許文献３に開示されているように、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方式のものも知られている。
【０００９】
一方、簡単な構成で負圧を得る方式としては、大気に連通したインクカートリッジと記録ヘッドをチューブで接続し、単にインクカートリッジを記録ヘッドよりも下方に配置することで、水頭差で負圧を得る方式がある。
【００１０】
この方式では、負圧連動弁を用いて常時加圧する方式や負圧室を設けてポンプで送液する方式よりも圧倒的に簡易な構成でありながらもより安定な負圧を得ることができるものの、この水頭方式では前述したチューブ抵抗による圧力損失の問題がある。
【００１１】
この水頭差によって負圧を得るインク供給システムでこの圧力損失を解決する技術としては、例えば、特許文献４に開示されているように、ヘッドとインクカートリッジを繋ぐチューブにポンプを設け、さらにポンプの上流側と下流側を繋ぐバイパス経路を設けて、このバイパス経路に弁を設けた構成とし、バイパス経路に設けた弁の開度を印字によって適宜制御して所望の圧力を保つものが知られている。
【００１２】
また、このような画像形成装置においては、インクを吐出する記録ヘッドの性能を維持、回復する装置（維持回復機構）が不可欠であり、その機能の１つとしてヘッド内部の気泡、異物及び増粘インクなどをノズルから排出して吐出不良を低減することが求められる。
【００１３】
従来、ノズルからインクを吸引排出する方法としては、キャップでノズル面をキャッピングして吸引手段によって吸引を行うもの（特許文献５）、ヘッドに対してインクを加圧供給してノズルからインクを排出するもの（特許文献６、７、８）、加圧と吸引を組み合わせて行うもの（特許文献９）などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第３６０６２８２号公報
【特許文献２】特開２００５−３４２９６０号公報
【特許文献３】特表平５−５０４３０８号公報
【特許文献４】特開２００４−３５１８４５号公報
【特許文献５】特開２００４−２８４０８４号公報
【特許文献６】特開２００７−１８５９０５号公報
【特許文献７】特開２００６−１５０７４５号公報
【特許文献８】特開平３−１８４８７２号公報
【特許文献９】特開２００２−１７８５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
まず、記録ヘッドに対するインクの供給不足に関して、特許文献１に開示の技術では、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、しかも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も高度に要求され、万一故障した際には、インクが噴出する不具合が生じるおそれがある。
【００１６】
また、特許文献２、３に開示の技術では、ポンプによって積極的に圧力を制御することから、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、制御が複雑で、装置が大型化するという課題がある。
【００１７】
また、特許文献４に開示の技術でも、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、装置が大型化する課題がある。
【００１８】
一方、記録ヘッドの維持回復に関して、特許文献５に開示の技術のように、ノズルからインクを吸引排出する構成にあっては、ノズル近傍の流速を大きくでき、異物の排出には有効であるが、さらなる排出性を向上させようとした場合、高負圧に耐えうるキャップ構成としなければならず、排出性向上は困難となる。また、キャップ内を大気圧に開放する時にノズル周辺のインク及び気泡がノズル内に逆流しやすく、それによる吐出不良を防止する対応が必要となるという課題がある。
【００１９】
また、特許文献６に開示の技術のように、加圧手段の加圧力によりヘッド内のインクを急激に加圧してインクを加圧排出する構成にあっては、加圧室の構成の複雑化、及び更なる排出性の向上のためにはインク供給路全体の密封性（耐圧）が必要となり、装置全体のコスト高になるという課題がある。また、特許文献７に開示の技術のように、予圧手段によって予めバッファタンクの内圧を所定圧力まで予圧しておき、しかる後にインクを供給する構成にあっては、予圧手段を含めて構成の複雑化、耐圧の確保という同様の課題がある。また、特許文献８に開示の技術のように記録ヘッドとインクタンクとの間でインクを循環させる構成ではヘッドとの連結部が２ポート必要なってヘッド周り及び供給系が複雑になるという課題がある。
【００２０】
また、特許文献９に開示の技術のように、吸引と加圧を組み合わせた構成にあっては、加圧と吸引の差圧によって高い排出性を得られるが、インク消費量に対する排出効率を大幅に改善することが困難である。
【００２１】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成、制御でヘッドの負圧を適正範囲に維持でき、高粘度の液体でも、吐出不良を生じることなく、高速で吐出することができるようにするとともに、更にヘッド内の気泡や異物などの排出性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
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、
途中に分岐部を有し、前記液体タンクに連通する第２の流路と、
前記第１の流路と前記第２の流路を連通させる圧力調整弁と、
前記圧力調整弁に前記液体を送る送液手段と、
前記圧力調整弁と前記送液手段を連通する第３の流路と、
前記分岐部と前記送液手段を連通する第４の流路と、を有し、
前記圧力調整弁は、前記第１の流路を流れる液体の流量に応じて内部の流路抵抗が変化し、
前記ノズルから液滴を吐出するときには、前記圧力調整弁を介して前記記録ヘッドと前記液体タンクが連通している状態で、前記送液手段により前記液体を前記液体タンクから前記記録ヘッドに送液する画像形成装置であって、
前記圧力調整弁と前記分岐部の間に流量を調整する流量調整手段と、
前記記録ヘッドの維持回復を行うときに、前記流量調整弁で前記圧力調整弁から前記分岐部への流量を制限した状態で前記送液手段から送液を行わせる手段と、を備えている
構成とした。
【００２３】
ここで、前記流量調整手段が開閉弁である構成とできる。
【００２４】
また、前記流量調整手段が流量に応じて流体抵抗が大きくなる弁である構成とできる。
【００２５】
また、前記記録ヘッドのノズル面をキャッピングするキャップと、前記キャップに接続された吸引手段とを備え、前記維持回復を行うとき、前記キャップで前記記録ヘッドのノズル面をキャッピングした状態で前記吸引手段を駆動させて前記キャップとノズル面との間のキャップ内空間を負圧にして前記記録ヘッドのノズルから液体を吸引する動作を行う構成とできる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る画像形成装置によれば、記録ヘッドのノズルから液滴を吐出するときには、流れる液体の流量に応じて内部の流路抵抗が変化する圧力調整弁を介して記録ヘッドと液体タンクが連通している状態で、送液手段により液体を液体タンクから記録ヘッドに送液する構成としたので、記録ヘッドの吐出量に応じて適正なアシスト圧を自動的に調節しながら記録ヘッドに印加して、チューブ部材の長尺化、吐出流量の増大化、吐出液体の高粘度化等に伴うリフィル不足を回避し、簡易な構成、制御でヘッドの負圧を適正範囲に維持でき、高粘度の液体でも、吐出不良を生じることなく、高速で吐出することができるようになるとともに、記録ヘッドの維持回復を行うときに、流量調整弁で圧力調整弁から分岐部への流量を制限した状態で送液手段から送液を行わせる構成としたので、ヘッド内部の流速を高めてノズルから液体を排出させることができて、気泡などの異物を効率的に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】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。
【図２】同じく概略平面説明図である。
【図３】同じく概略側面説明図である。
【図４】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。
【図５】同装置のインク供給系（インク供給システム）のサブタンクの模式的断面説明図である。
【図６】同じくカートリッジホルダ部分の説明図である。
【図７】同じくポンプユニットの説明図である。
【図８】同じく圧力制御ユニットの説明図である。
【図９】本発明の第１実施形態におけるインク供給システムの説明図である。
【図１０】同実施形態における流路抵抗可変ユニットを示す説明図である。
【図１１】同装置の制御部の概要を示すブロック説明図である。
【図１２】初期充填動作の説明に供するフロー図である。
【図１３】印字動作の説明に供するフロー図である。
【図１４】同じくヘッド吐出流量とヘッド圧力損失とアシスト流量の関係の一例を示す説明図である。
【図１５】維持回復動作の一例の説明に供するフロー図である。
【図１６】同維持回復動作時の第１の流路の流量変化の説明に供する説明図である。
【図１７】維持回復動作の他の例の説明に供するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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を図示しない主走査モータ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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、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。
【００３１】
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。
【００３２】
また、サーマル方式のヘッドの中には、他にも吐出方向が異なるエッジシュータ方式があるが、このエッジシュータ方式においては気泡が消滅する際の衝撃により発熱体１４を徐々に破壊する、いわゆるキャビテーション現象の問題がある。これに対し、上述したサイドシュータ方式においては気泡が成長し、その気泡がノズル１５に達すれば気泡が大気に通じることになり温度低下による気泡の収縮が起こらない。そのため、記録ヘッドの寿命が長いという長所を有する。また、発熱体１４からのエネルギーをより効率良くインク滴の形成とその飛行の運動エネルギーへと変換でき、またインクの供給によるメニスカスの復帰も速いという構造上の利点を有する。したがって、本インクジェット記録装置においてはサイドシュータ方式の記録ヘッドを採用している。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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が形成されたサブタンク（バッファタンク、ヘッドタンク）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とサブタンク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。
【００３６】
このサブタンク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本発明における液体タンクであるインクカートリッジ（メインタンク）７６からインク供給経路の一部を形成するチューブ部材であって第１の流路を形成する液体供給チューブ７１を介して、各色のインクが供給される。
【００３７】
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吸引及び保湿用のキャップ５２ａ及び保湿用のキャップ５２ｂと、キャップ５２ｂ内を吸引する吸引手段である吸引ポンプ５３と、吸引ポンプ５３で吸引されたインクの廃液（廃インク）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。また、後述する図９に示すように、維持回復機構５１には、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。
【００３８】
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実施形態におけるインク供給系（インク供給システム）について図５ないし図１０をも参照して説明する。なお、図５は同インク供給システムのサブタンクの模式的断面説明図、図６は同じくカートリッジホルダ部分の説明図、図７は同じくポンプユニットの説明図、図８は同じく圧力制御ユニットの説明図、図９は流路抵抗可変ユニットの一例を示す説明図である。
【００３９】
まず、サブタンク３０は、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。
【００４０】
このサブタンク３０には、インク供給チューブ７１の一端部が接続される。インク供給チューブ７１の他端部は、図１及び図２に示すように本体据え置きのカートリッジホルダ７７に接続される。
【００４１】
カートリッジホルダ７７には、インクカートリッジ７６と、送液手段であるポンプユニット８０と、圧力制御ユニット８１が接続されている。
【００４２】
カートリッジホルダ７７の内部には、図６に示すように、各色のインクに対応して内部流路７０，７４、７９が形成され、ポンプユニット８０に連通するポンプ接続ポート７３ａ、７３ｂと、圧力制御ユニット８１に連通する圧力制御ポート７２ａ、７２ｂ、７２ｃを備えている。また、ポンプ接続ポート７３ａと圧力制御ポート７２ｃとは内部流路７０で連通している。
【００４３】
ポンプユニット８０は、図７に示すように、カートリッジホルダ７７のポンプ接続ポート７３ａ、７３ｂとそれぞれ連通するポート８５ａ、８５ｂと、これらのポート８５ａ、８５ｂに連通するポンプ７８を備えている。ポンプ７８としては、チュービングポンプやダイヤフラムポンプ、ギアーポンプなど様々なポンプを適用することができる。図７のポンプユニット８０においては、４色のインクに対応して４つのポンプ７８Ｋ、７８Ｃ、７８Ｍ、７８Ｙを備えているが、これらの４つのポンプは１つのモータ８２で連動して駆動する構成としている。
【００４４】
圧力制御ユニット８１は、図８に示すように、カートリッジホルダ７７の圧力制御ポート７２ａ、７２ｂ、７２ｃとそれぞれ連通するポート８６ａ、８６ｂ、８６ｃと、これらのポート８６ａ、８６ｂ、８６ｃに連通する圧力調整弁である流路抵抗可変ユニット８３を備えている。
【００４５】
次に、インク供給システムの全体構成及び動作について図９に示す概略構成図を参照して説明する。なお、図９ではインク供給システムの動作、作用の理解をしやすいように１つの液体吐出ヘッド（記録ヘッド）１０に接続する主要構成要素のみを表している。
このインク供給システムは、記録ヘッド１０に供給するインクを貯留するインクカートリッジ７６と、記録ヘッド１０にインクを供給する第１の流路である液体供給チューブ（以下「第１の流路」ともいう。）７１と、途中に分岐部６３を有し、インクカートリッジ７６に連通する第２の流路６０と、第１の流路７１と第２の流路６０を連通させる圧力調整弁である流路抵抗可変ユニット８３を含む圧力制御ユニット８１と、圧力調整弁（流路抵抗可変ユニット８３）にインクを送る送液手段であるポンプ７８を含むポンプユニット８０と、圧力調整弁（流路抵抗可変ユニット８３）とポンプ７８を連通する第３の流路６１と、分岐部６３とポンプ７８を連通する第４の流路６２と、分岐部６３と流路抵抗可変ユニット８３との間に設けた流量調整手段である流量調整弁３００とを有している。
【００４６】
ここで、流路抵抗可変ユニット８３は、内部を流れる液体の流れ方向や流量によって流路抵抗が変化する特性を有するものである。この流路抵抗可変ユニット８３は、例えば図１０に示すように、流路形成部材である管部材８７と、管部材８７内に自由状態で移動可能に収容された可動部材である弁体８８とを有している。
【００４７】
管部材８７は、第１の流路（液体供給チューブ）７１を接続するポート８６ａと、第２の流路６０の分岐部６３で分岐した流路６０ａを接続するポート８６ｂと、第３の流路６１を接続するポート８６ｃとを有している。弁体８８は、液体の流れの方向において径の異なる段部を有する段付き軸形状部材であり、上部８８ｔ、中央部８８ｍ、下部８８ｂの少なくとも３つの段部要素を有し、中央部８８ｍの径が下部８８ｂよりも小径に形成されている。この弁体８８は、管部材８７の内部で移動可能とされ、内部の流れの状態等に応じて、図１０（ａ）の位置、図１０（ｂ）の位置、あるいはその中間の位置をとる。
【００４８】
ここで、この弁体８８の上部８８ｔと管部材８７の流路部分８７ａとの間で第１の流路側の第１の絞り部１８１が形成され、弁体８８の下部８８ｂと管部材８７の流路部分８７ｂとの間で第２の絞り部１８２が形成され、弁体８８が上述したように内部の流れの状態等に応じて移動することにより、第２の絞り部１８２の絞り量が変化する。
【００４９】
そして、管部材８７には、弁体８８の中央部８８ｍの位置、すなわち、第１の絞り部１８１と第２の絞り部１８２との間に第３の流路４３の一部となる横穴（ポート）８６ｃが形成されている。
【００５０】
図９に戻って、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は負圧に保持されるので、安定して記録ヘッド１０からインク滴吐出を行うことができる。
【００５１】
一方、インク排出システムを構成する維持回復機構５１は、前述したように、記録ヘッド１０のノズル面１０ａ（図４参照）をキャッピングするキャップ５２ａと、キャップ５２ａに接続された吸引手段としての吸引ポンプ５３とを備え、記録ヘッド１０のノズル面１０ａをキャッピングした状態で吸引ポンプ５３を駆動してキャップ５２ａ内空間を負圧にし、ノズル１５からキャップ５２ａ内にインクを排出させることができる。キャップ５２ａ内に排出された廃インクは廃液タンク５６に排出される。
また、後述する図９に示すように、維持回復機構５１には、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。
【００５２】
次に、この画像形成装置の制御部の概要について図１１を参照して説明する。なお、図１１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るアシスト動作及び維持回復動作に関する制御を行う手段を兼ねる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。
【００５３】
また、記録ヘッド３４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５２ａ、５２ｂ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５１２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並びに流量調整弁３００を駆動するポンプ／弁駆動部５１１などを備えている。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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５１５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。
【００５９】
次に、上記インク供給システムを使用したインク初期充填動作について図１２のフロー図を参照して説明する、
インクカートリッジ７６が装着済であることが確認された後、記録ヘッド１０のノズル面を維持ユニット５１のキャップ５２でキャッピングする。このキャッピング状態で吸引ポンプ５３を駆動し、記録ヘッド１０のノズルを介してインク供給系路内の空気を吸引する（ノズル吸引開始）。そして、このノズル吸引は、ノズル吸引の開始から所定時間が経過した時まで行う。所定時間吸引を行うことにより、インクカートリッジ７６内のインクが第１の流路（液体供給チューブ）７１に達する。
【００６０】
その後、ノズル吸引開始から所定時間が経過した時（（タイマがカウントアップした時））、モータ８２を駆動してポンプ（アシストポンプ）７８を駆動する。このとき、図９に示すようにインク供給経路が形成されているので、ポンプ７８の駆動によって流路抵抗可変ユニット８３に矢印Ｑａ側に送液されて、ポンプ７８が接続されているバイパス経路である第３の流路６１内の空気が流路抵抗可変ユニット８３側に押し出され、インクで置換される。
【００６１】
その後、所定時間が経過した時（タイマがカウントアップした時）に、吸引ポンプ５３とポンプ７８を両方とも停止させる。この段階で、インク供給経路内を全てインクで充填することができる。
【００６２】
その後、維持ユニット５１のキャップ５２によるキャッピングを解除し、維持ユニット５１に備えられる図示しないワイパー部材で記録ヘッド１０のノズル面をワイピングし、記録ヘッド１０を駆動して画像形成に寄与しない所定の滴数のインク滴をノズルから吐出させる（ヘッド空吐出）ことで、ノズルに所望のメニスカスを形成できる。
【００６３】
このようにして、インクの初期充填が完了する。なお、図１２に示すフロー図ではアシストポンプ（ポンプ７８）をノズル吸引停止まで継続して駆動しているが、前述したバイパス経路（分岐部６３から第４の流路６２、第３の流路６１及び横穴８６ｃを経路）のインク置換が完了しだい停止しても初期充填を行うことができる。ただし、図１２に示す例では、液体供給チューブ７１と記録ヘッド１０への充填時にもポンプ７８を駆動するので、より短時間に初期充填を完了することができる。
【００６４】
次に、印字動作について図１３に示す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、まず温度センサ２７で機内（装置内）の温度を検知し、インクの温度を推定する。なお、温度センサ２７はキャリッジ４に搭載されている（図２参照）が、インクカートリッジ部や記録ヘッド部等別の場所に設けられていてもよい。また、インク供給経路内に設けてインクの温度を直接検知しても良い。
【００６５】
そして、インクの温度に基づいてアシストポンプ７８で送液する流量を決定し、ポンプ７８を駆動する。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（キャッピング解除）、所定の滴数の空吐出を実施した後、印字を開始する。
【００６６】
このとき、アシストポンプ７８が駆動されているので液体供給チューブ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。
【００６７】
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、アシストポンプ７８を停止させる。
【００６８】
ここで、アシストポンプ７８は印字終了後直ちに停止させても良い。また、温度に基づいてアシストポンプ７８の送液量を制御しているが、インク供給仕様等の条件によっては、最も低温環境でのインク供給で供給不足を起こさない送液量で、全ての温度条件で送液することも可能である。
【００６９】
このような印字動作を行うとき、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、例えばチューブが細かったり長かったりする場合、あるいは、インク吐出流量が大きい場合には、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事態が生じる。具体的には、本インク供給システムでインク供給抵抗となる主要な要素としては、液体供給チューブ７１、フィルタ１０９、ジョイント８９がある（図９参照）。
【００７０】
例えば、液体供給チューブ７１の直径が２.８ｍｍ、長さが２５００ｍｍのロングチューブを備える広幅の画像形成装置において、１６ｃPの高粘度インクを吐出した場合には、液体供給チューブ７１の流体抵抗は２.７e１０［Ｐａ・ｓ／ｍ３］となる。また、フィルタ１０９及びジョイント８９の流体抵抗は、この実施形態では、それぞれ１ｅ１０［Ｐａ・ｓ／ｍ３］、２ｅ９［Ｐａ・ｓ／ｍ３］のものとしている。
【００７１】
ここで、記録ヘッド１０から安定した吐出ができる圧力損失の限界値を２.５ｋＰａとし、全ノズルから連続してインクを吐出した場合には０．１ｃｃ／ｓの吐出流量となる。その時の圧力損失は、６.９ｋPａである。圧力制御ユニット８１がない場合でも３．９４ｋＰａとなるので、単純な水頭差インク供給システムでは自然供給することはできない。
【００７２】
このようにインク供給系の抵抗により圧力損失が増大しリフィルが不足するときに、ポンプ７８を駆動して第３の流路４３からインクを矢印Ｑａ（Ｑａはアシスト流量、あるいはアシスト用液体の流れであるが、便宜上矢印の符号としても使用する。）の方向に送り出す。このポンプ７８の送液によってインクの供給不足量を補う（リフィルアシスト）ことができる。
【００７３】
記録ヘッド１０の吐出流量とポンプ７８の送液量（アシスト流量）と記録ヘッド１０の圧力の関係の一例を図１４に示している。図１４は、アシスト流量を０〜０．２ｃｃ／ｓとしたときのヘッド吐出流量に対するインク供給系の圧力損失の変化を示している。前述したように、アシスト流量が「０」のときは、ヘッドの圧力損失は約７ｋＰａとなり、インクを連続吐出できず、噴射不良となってしまうが、ポンプ７８によりアシストすることにより圧力損失が１ｋＰａ以下程度となり、連続吐出することができる。
【００７４】
ここで、前述した図１０を参照して本インク供給システムのアシスト原理について説明する。
図１０（ａ）は記録ヘッド１０から滴吐出を行っていない状態、あるいは、吐出流量が少ない条件での流路抵抗可変ユニット８３の状態を示している。この状態では、弁体８８はポート８６ｂ側にある。図１０（ａ）に示すように、管部材８７と弁体８８の下部８８ｂの間のギャップGｂが管部材８７と弁体８８の上部８８ｔのギャップＧｔよりも大きいこと、更に、ポート８６ａの先には図９に示すように流体抵抗の大きい液体供給チューブ７１やフィルタ１０９があるため、矢印Ｑａで示すポンプ７８によって送液されたインクは、流れやすいポート８６ｂ側に流れる（矢印Ｃ）。したがって、ポンプ７８によって発生するインクの流れは、図９におけるポンプユニット８０と流路抵抗可変ユニット８３で形成されるループ経路内を循環するだけであり、記録ヘッド１０の圧力にはほとんど影響を与えない。
【００７５】
一方、図１０（ｂ）は記録ヘッド１０の吐出流量が多い条件での流路抵抗可変ユニット８３の状態を示している。管部材８７と弁体８８の上部８８ｔのギャップＧｔを狭く設定することで、矢印Ｑｈで示す記録ヘッド１０からの滴吐出によるインクの流れによって、弁体８８がポート８６ａ側に引かれ弁体８８が移動する（図で上方向に移動する。）。これにより、弁体８８の下部８８ｂが管部材８７の小径部（流路部分８７ｂ：第２の絞り部１８２）に移動し、管部材８７と弁体８８の下部８８ｂの間のギャップは小さいギャップGｂ１となる。矢印Ｑａで示すようにポンプ７８によって送液されるインクは、この狭いギャップGｂ１を流れようとする（矢印Ｄ）ので、圧力が発生する。この圧力が、記録ヘッド１０にインクが流れる際に発生する圧力損失を低減させ、大流量のインク供給を実現することができる。
【００７６】
この流路抵抗可変ユニット８３では、記録ヘッド１０の吐出流量が増して圧力損失が大きくなる条件ほど、弁体８８の下部８８ｂの周面と管部材８７の流路部分８７ｂとのインクの流れ方向の対向長さ（第２の絞り部１８２の長さ）が長くなって、弁体８８の下部８８ｂと管部材８７の狭ギャップＧｂ１の長さが長くなり、よりポンプ（アシストポンプ）７８による増圧効果を大きくする。これにより、従来のように流量調整弁を他のアクチュエータ等で制御する煩雑さがなく、簡易な構成で自動的に安定したインク供給を実現することができる。
【００７７】
次に、維持回復動作における気泡や増粘インクなどの異物を排出する動作の一例について図１５のフロー図を参照して説明する。
インクカートリッジ７６が装着済であるか否かを確認し、インクカートリッジ７６の装着が確認されたときには、アシストポンプ７８の駆動を開始し、流体抵抗可変ユニット８３に対するインクの送液を開始する。このとき、前述したように、流体抵抗可変ユニット８３送液されたインクは第１の流路７１側と第２の流路６０側に分かれて流れることになる（図１６の送液中の期間）。
【００７８】
その後、流量調整弁３００を制御し、第２の流路６０へのインク流量を制限すると、第１の流路７１に流れ込む液量が瞬間的に大きくなり、記録ヘッド１０内部におけるインク流速が高まる。
【００７９】
このようにして第１の流路７１への流量が大きくなると、流路抵抗可変ユニット８３内の弁体８８が上部に上昇して停止する（図１６の時点ｔ１）。つまり、弁体８８が急激な流速変化により上昇可能な移動範囲まで上昇して停止すると、第１の流路７１へのインクの流量が低下する（図１６の流量低下の期間）。
【００８０】
そして、流量調整弁３００による流量制限開始から所定時間が経過した後（カウントアップした後）、流量調整弁３００による流量制限を解除して流量の回復を行い、アシストポンプ７８の駆動を停止する（図１６の時点ｔ２）。
【００８１】
その後、ワイパ部材５７よって記録ヘッド１０のノズル面１０ａをワイピングして清浄化し、記録ヘッド１０から空吐出を行なった後、キャップ５２によって記録ヘッド１０をキャッピングして回復動作を終了する。
【００８２】
このように、瞬間的に第１の流路へインクを送液することで、ヘッド内部の流速を高めた排出動作（回復動作）を行うことができ、ヘッド内の気泡などの異物を効率的に除去することができる。
【００８３】
この場合、流量調整弁３００としては開閉弁で構成することができ、開閉弁を閉じて流量制限を行なう。
【００８４】
また、アシストポンプ７８といて送液量を変更することができるものを使用して、単位時間当たりの流量Ｑが流量Ｑ１の動作と流量Ｑ２（Ｑ１＜Ｑ２）で送液できるようにして、異物排出動作において、液体の消費量が少ない第１の排出動作（流量Ｑ１で送液）と、消費量の多い排出性を高めた第２の排出動作（流量Ｑ２で送液）という２種類の排出動作を選択的或いは重畳的に行なうことができるようにすることもできる。
【００８５】
また、流量調整弁３００としては流量に応じて流体抵抗が変化し、流量が大きくなると流体抵抗が大きくなる弁で構成することもできる。これにより、上述したように流量Ｑ１の排出動作と流量Ｑ２の排出動作を行うことができるようにした場合、流量Ｑ２による排出動作を行うときには、自動的に流体抵抗が大きくなるので、流量調整弁３００の動作を外部から制御することなく、第１の流路７１への液体流量を一時的に高めることができ、排出性を効率的に実施することができる。
【００８６】
次に、維持回復動作の他の例について図１７のフロー図をも参照して説明する。
前記図１５の例と同様に、インクカートリッジ７６が装着済であるか否かを確認し、インクカートリッジ７６の装着が確認されたときには、アシストポンプ７８の駆動を開始し、流体抵抗可変ユニット８３に対するインクの送液を開始する。このとき、前述したように、流体抵抗可変ユニット８３送液されたインクは第１の流路７１側と第２の流路６０側に分かれて流れることになる。
【００８７】
その後、流量調整弁３００を制御し、第２の流路６０へのインク流量を制限すると、第１の流路７１に流れ込む液量が瞬間的に大きくなり、記録ヘッド１０内部におけるインク流速が高まる。
【００８８】
この流量が最大に高まった状態（弁体８８が上部に上昇して停止するまでの間）で、維持回復機構５１のキャップ８２ａを上昇させて記録ヘッド１０のノズル面１０ａをキャッピングし、吸引ポンプ５３を駆動して、キャップ８２ａ内を負圧にすることで、ノズル１５からのインクの吸引動作を開始する。これによりアシストポンプ７８による加圧と、吸引ポンプ５３の吸引圧により、記録ヘッド１０内部におけるインク流速を高めることができ、より記録ヘッド１０内の気泡を効率良く排出することができる。
【００８９】
そして、所定時間経過した後（カウントアップした後）、吸引動作を停止し、流量調整弁３００による流量制限を解除して流量の回復を行い、アシストポンプ７８の駆動を停止する。
【００９０】
そして、キャッピングを解除した後、ワイパ部材５７よって記録ヘッド１０のノズル面１０ａをワイピングして清浄化し、記録ヘッド１０から空吐出を行なった後、キャップ５２によって記録ヘッド１０をキャッピングして回復動作を終了する。
【００９１】
このように、記録ヘッド１０からの吸引動作を併せて行うことによってヘッド内に残存する気泡及び増粘インクなどの異物をより効果的に排出することができる。
【００９２】
なお、以上の説明においては大気開放部９０を有するインクカートリッジ７６を用いて動作等の説明を行ったが、本発明はインクを収容した袋を用いたインクカートリッジなどを用いた場合にも同様に適用できる。
【００９３】
また、以上の説明においては、異なる色のインクが供給される例で本願発明の動作、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、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。
【符号の説明】
【００９４】
４ キャリッジ
１０ 記録ヘッド
３０ サブタンク
６０ 第２の流路
６１ 第３の流路
６２ 第４の流路
６３ 分岐部
６４ 第５の流路
７１ 液体供給チューブ（第１の流路）
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
７８ ポンプ（アシストポンプ）
８０ ポンプユニット
８１ 圧力制御ユニット
８３ 流体抵抗可変ユニット
８７ 管部材（流路形成部材）
８８ 弁体
１５１ 絞り可変弁
１６５ バイパス流路
３００ 流量調整弁
【特許請求の範囲】
【請求項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、
途中に分岐部を有し、前記液体タンクに連通する第２の流路と、
前記第１の流路と前記第２の流路を連通させる圧力調整弁と、
前記圧力調整弁に前記液体を送る送液手段と、
前記圧力調整弁と前記送液手段を連通する第３の流路と、
前記分岐部と前記送液手段を連通する第４の流路と、を有し、
前記圧力調整弁は、前記第１の流路を流れる液体の流量に応じて内部の流路抵抗が変化し、
前記ノズルから液滴を吐出するときには、前記圧力調整弁を介して前記記録ヘッドと前記液体タンクが連通している状態で、前記送液手段により前記液体を前記液体タンクから前記記録ヘッドに送液する画像形成装置であって、
前記圧力調整弁と前記分岐部の間に流量を調整する流量調整手段と、
前記記録ヘッドの維持回復を行うときに、前記流量調整弁で前記圧力調整弁から前記分岐部への流量を制限した状態で前記送液手段から送液を行わせる手段と、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。
【請求項２】
前記流量調整手段が開閉弁であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記流量調整手段が流量に応じて流体抵抗が大きくなる弁であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記記録ヘッドのノズル面をキャッピングするキャップと、前記キャップに接続された吸引手段とを備え、前記維持回復を行うとき、前記キャップで前記記録ヘッドのノズル面をキャッピングした状態で前記吸引手段を駆動させて前記キャップとノズル面との間のキャップ内空間を負圧にして前記記録ヘッドのノズルから液体を吸引する動作を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項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、
途中に分岐部を有し、前記液体タンクに連通する第２の流路と、
前記第１の流路と前記第２の流路を連通させる圧力調整弁と、
前記圧力調整弁に前記液体を送る送液手段と、
前記圧力調整弁と前記送液手段を連通する第３の流路と、
前記分岐部と前記送液手段を連通する第４の流路と、を有し、
前記圧力調整弁は、前記第１の流路を流れる液体の流量に応じて内部の流路抵抗が変化し、
前記ノズルから液滴を吐出するときには、前記圧力調整弁を介して前記記録ヘッドと前記液体タンクが連通している状態で、前記送液手段により前記液体を前記液体タンクから前記記録ヘッドに送液する画像形成装置であって、
前記圧力調整弁と前記分岐部の間に流量を調整する流量調整手段と、
前記記録ヘッドの維持回復を行うときに、前記流量調整弁で前記圧力調整弁から前記分岐部への流量を制限した状態で前記送液手段から送液を行わせる手段と、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。
【請求項２】
前記流量調整手段が開閉弁であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記流量調整手段が流量に応じて流体抵抗が大きくなる弁であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記記録ヘッドのノズル面をキャッピングするキャップと、前記キャップに接続された吸引手段とを備え、前記維持回復を行うとき、前記キャップで前記記録ヘッドのノズル面をキャッピングした状態で前記吸引手段を駆動させて前記キャップとノズル面との間のキャップ内空間を負圧にして前記記録ヘッドのノズルから液体を吸引する動作を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−８３１（Ｐ２０１１−８３１Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４７０３３（Ｐ２００９−１４７０３３）
【出願日】平成２１年６月１９日（２００９．６．１９）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１９日（２００９．６．１９）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]