画像形成装置
【課題】気泡の発生、流路内の圧力上昇を伴わないで短時間で容易に液体の入替を行うことができるようにする。
【解決手段】メインタンク５を交換してメインタンク５からヘッド１の排出口部１５に至る流路内のインクを入れ替えるとき、供給ポンプ５２及び排出ポンプ５６を共に駆動させ、このとき、供給ポンプ５２から加圧する圧力値と排出ポンプ５６から吸引する圧力値の絶対値比が、液体供給経路５１の供給ポンプ５２からヘッドタンク４内の液体収容部２２までの流路の流体抵抗と、ヘッドタンク４内の液体収容部２２から液体排出経路５５の排出ポンプ５６までの流路の流体抵抗の比の逆比例である。
【解決手段】メインタンク５を交換してメインタンク５からヘッド１の排出口部１５に至る流路内のインクを入れ替えるとき、供給ポンプ５２及び排出ポンプ５６を共に駆動させ、このとき、供給ポンプ５２から加圧する圧力値と排出ポンプ５６から吸引する圧力値の絶対値比が、液体供給経路５１の供給ポンプ５２からヘッドタンク４内の液体収容部２２までの流路の流体抵抗と、ヘッドタンク４内の液体収容部２２から液体排出経路５５の排出ポンプ５６までの流路の流体抵抗の比の逆比例である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液滴を吐出して画像を形成す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のインクジェット記録装置が知られている。
【０００３】
このような、インクジェット記録装置におけるインク供給方式として、記録ヘッド側にヘッドタンク（バッファタンクやサブタンクとも称される。）を、装置本体側にメインタンクを配置して、メインタンクからヘッドタンクにインクを補充供給し、ヘッドタンクから記録ヘッドにインクを供給する方式が知られている。
【０００４】
ところで、これらの画像形成装置を、用途により、１台の装置で異なる種類のインクを入替えて使用することがある。例えば、染料インクと顔料インクを入替えたり、モノクロインクをカラーインクに入替えたりといったように、異なる種類のインクを使用することがある。そのため、それぞれのインクが混合しないように、インクを入れ替えるときには、洗浄液を供給流路内に供給してヘッドまでの流路を洗浄した後、入れ替えるインクを流路に供給する方法が知られている。
【０００５】
このように異なる種類のインクを入れ替えるとき、メインタンクを、洗浄液を収容した洗浄液タンク又は入替インクのメインタンクに取り替え、供給ポンプを用いて洗浄液又は入替インクを加圧して記録ヘッドへ流入させる方法、記録ヘッドのノズルを吸引キャップでキャップし、キャップに接続された吸引ポンプでキャップ内空間を減圧することで、洗浄液タンク又は入替えタンクから洗浄液又は入替インクを記録ヘッドへ吸引することで流入させる方法、記録ヘッドの排出経路から吸引ポンプで吸引して減圧することで、同様に洗浄液又は入替インクを記録ヘッドへ吸引流入させる方法などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２２３２３３号公報
【特許文献２】特開２００１−２１９５７９号公報
【特許文献３】特開２００９−０５１１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した加圧による入替え方法にあっては、ヘッドを構成する部材の接着強度やヘッドタンクを構成する部材、例えばダンパを構成する可撓性フィルム状部材の溶着強度との関係で、加圧力を高くすることができず、流速を上げられないため、インクの置換に使用する洗浄液や入替インクの量が多くなるとともに、置換に要する時間が長くなるという課題がある。
【０００８】
また、吸引ないし減圧によるインク入替方法にあっては、洗浄液や入替インクがヘッド内部やヘッドタンク内部に設けられるフィルタ、その他の細い流路を通過するとき、洗浄液や入替インクに溶存する気体がキャビテーションを起こして発泡し、流路内に気泡が残留して滴吐出不良が発生するなどの課題がある。
【０００９】
また、加圧と吸引ないし減圧の組み合わせによるインク入替方法にあっては、加圧ポンプや吸引ポンプの性能や駆動タイミングによって、ヘッド内の圧力が正圧或いは負圧になるのか管理することができず、その時々によって上記の課題が発生する。
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、気泡の発生、流路内の圧力上昇を伴わないで短時間で容易に液体の入替を行うことができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、
液滴を吐出するヘッドと、
前記ヘッドに供給する液体を収容する液体収容部を有するヘッドタンクと、
前記ヘッドタンクに供給する前記液体を収容する交換可能なメインタンクと、
前記メインタンクから前記ヘッドタンクに前記液体を供給する液体供給経路と、を備え、
前記ヘッドには前記液体が供給される供給口部と前記液体を排出する排出口部とが設けられ、
前記ヘッドの供給口部は前記ヘッドタンクに接続され、
前記ヘッドの前記排出口部には前記ヘッドタンクを介して、または、直接、前記液体を外部に排出する液体排出経路が接続され、
前記液体供給経路には前記液体を加圧して送液する送液ポンプが設けられ、
前記液体排出経路には前記液体を吸引して排出する排出ポンプが設けられ、
前記メインタンクを交換して少なくとも前記メインタンクから前記ヘッドの排出口部に至る流路内の前記液体を入れ替えるとき、前記供給ポンプ及び前記排出ポンプを共に駆動させる手段を有し、
前記供給ポンプと前記排出ポンプを共に駆動するとき、前記供給ポンプから加圧する圧力値と前記排出ポンプから吸引する圧力値の絶対値比が、前記液体供給経路の前記供給ポンプから前記ヘッドタンク内の液体収容部までの流路の流体抵抗と、前記ヘッドタンク内の液体収容部から前記液体排出経路の前記排出ポンプまでの流路の流体抵抗の比の逆比例である
構成とした。
【００１２】
ここで、前記液体を入れ替えるとき、前記ヘッドをキャップ部材で封止する構成とできる。
【００１３】
また、前記供給ポンプ及び前記排出ポンプの少なくとも一方はチューブポンプである構成とできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る画像形成装置によれば、供給ポンプと排出ポンプを共に駆動するとき、供給ポンプから加圧する圧力値と排出ポンプから吸引する圧力値の絶対値比が、液体供給経路の供給ポンプからヘッドタンク内の液体収容部までの流路の流体抵抗と、ヘッドタンク内の液体収容部から液体排出経路の排出ポンプまでの流路の流体抵抗の比の逆比例である構成としたので、気泡の発生、流路内の圧力上昇を伴わないで短時間で容易に液体入替を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態を示すインク供給系の説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う模式的断面説明図である。
【図３】同実施形態におけるインク入替動作の説明に供するフロー図である。
【図４】本発明の第２実施形態におけるインク入替動作の説明に供するフロー図である。
【図５】本発明の第３実施形態の説明に供するチューブポンプの模式的説明図である。
【図６】同チューブポンプを稼動したときの圧力変化の例を説明する説明図である。
【図７】同チューブポンプを稼動したときの圧力変化の例を説明する説明図である。
【図８】同チューブポンプを供給ポンプ及び排出ポンプとして使用したときの圧力変化の例を説明する説明図である。
【図９】本発明に係る画像形成装置の全体構成の一例の説明に供する模式的説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。本発明の第１実施形態における画像形成装置について図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は同実施形態における画像形成装置のインク供給系の説明図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿うサブタンクの断面説明図である。
液体吐出ヘッドユニット（以下、単に「ヘッドユニット」ともいう。）１は、液滴を吐出するヘッド２と、ヘッド２に供給するインクを収容する液体収容タンク（以下、「ヘッドタンク」という。）４を備えている。
【００１７】
ヘッド２は、液滴を吐出する複数のノズル１１と、各ノズル１１が連通する液室１２と、各液室１２にインクを供給する共通液室１３と、共通液室１３にインクを供給される供給口（インク供給ポート）１４と、共通液室１３からインクを排出する排出口（インク排出ポート）１５などを備えている。
【００１８】
ヘッドタンク４は、タンクケース２１内にヘッド２に供給するインクを収容する収容部２２と、収容部２２からインクをヘッド２の供給口１４に供給する供給ポート２４と、ヘッド２の排出口１５から排出されるインクをインク排出流路５５に排出する排出径路２５とを備えている。
【００１９】
さらに、収容部２２内には、底面２２ｃから天面２２ａへ達する隔壁２０２が設けられ、供給ポート２４に通じる供給流路２０３を形成している。
【００２０】
また、収容部２２の天面２２ａを中央部に向かって傾斜する傾斜面とし、天面２２ａの中央部の最も高い部位２２ｂに気泡溜部２８を設け、更に気泡滞留部２８から収容部２２と排出経路２５とを連通する連通経路２６が設けられている。
【００２１】
また、ヘッドタンク４のタンクケース２１は、一方が開口した部材であり、開口部には可撓性の弾性変形可能な部材としてのフィルム部材２３を貼り付けて、圧力変動を吸収する構成としている。タンクケース２１は、隔壁２０２により仕切られた収容部２２と供給流路２０３にそれぞれの部位でインクの振動による圧力を吸収するダンパ効果を得られるようになっている。
【００２２】
さらには、タンクケース２１の上部には収容部２２に外部からインクを供給するインク供給流路口部２７が設けられている。
【００２３】
ここで、図２に示すように、タンクケース２１の収容部２２を形成する凹部の壁面２１ａは、ヘッド２側を底部（底面）としたとき、上方に向かって広がるように（凹部の深さが深くなるように）傾斜している。これにより、収容部２２は、水平方向断面の断面積（以下、「水平断面積」という。）が、収容部２２の天面２２ａ側から底面部２２ｃに向かって徐々に小さくなっており、底面部２２ｃの水平断面積が最も小さくなる形状となっている。つまり、タンクケース２１の上部のインク供給流路口部２７からインクを供給したとき、収容部２２の底面部２２ｃ側は隔壁部２０２とこれに対向する壁面との間で形成される空間のために、天面側と比べてインクの流速が遅くなるので、このインクの流速が遅くなる領域側の水平断面積をインクの流速が速い天面側の水平断面積より小さくしている。
【００２４】
一方、装置本体側には、ヘッドタンク４にインクを補充供給する交換可能なインクカートリッジであるメインタンク５が配置されている。このメインタンク５は、図示しない継手などによって交換ができるようになっている。
【００２５】
また、このメインタンク５は、タンク５内のインクが外気へ長時間露出し、乾燥または凝固することを防止するための大気開放管７５が設けられている。この大気開放管７５の流路は、細長い管状の形状になっており、管内の湿度はその長さに沿って変化するため、メインタンク５内のインクが外気と直接接することを防止することができ、インクの乾燥または増粘や凝固することを防止するようになっている。
【００２６】
そして、メインタンク５とヘッドタンク４の間には液体供給経路であるインク供給経路５１が設けられ、インク供給経路５１にはメインタンク５からヘッドタンク４にインクを送液するインク供給ポンプ５２と、インク供給経路５１を開閉する開閉弁である供給バルブ５３が設けられている。
【００２７】
また、ヘッドタンク４の排出経路２５には開閉弁である排出バルブ５４を介して液体排出経路であるインク排出経路５５が接続され、インク排出経路５５は廃液タンク１１８に連通している。また、インク排出経路５５にはヘッドタンク４の排出経路２５とインク排出経路５５との接続部分にインク排出経路５５を開閉するインク排出ポンプ５６が設けられている。なお、ヘッド２の排出口部１５に直接液体排出経路を接続する構成とすることもできる。
【００２８】
さらには、インク供給ポンプ５２と供給バルブ５３の流路間には正圧計５８が、排出バルブ５４とインク排出ポンプ５６の流路間には負圧計５９が設けられ、各流路間の圧力を測定できるようにしている。
【００２９】
また、この画像形成装置は、ヘッドユニット１のヘッド２のノズル面１１ａをキャッピングするキャップ部材１１１を有し、キャップ部材１１１には排出経路１１３を介して吸引ポンプ１１５が接続され、排出経路１１３は廃液タンク１１８に通じている。
【００３０】
次に、この画像形成装置におけるインクの入替え動作について図３のフロー図を参照して説明する。
ここでは、使用中のインクと入替えるインクが混ざり合ってもインク凝集・固化によるノズル詰まりやインクの変色等の印写結果に不具合が生じないインク同士を直接入替える方法を説明する。
【００３１】
先ず、供給バルブ５３、排出バルブ５４を閉じ、メインタンク５を、入替えるインクが入ったメインタンク５に取り換え、ノズル面をキャップ部材１１１でキャップする。キャップ部材１１１内を吸引する吸引ポンプ１１５は非稼動時にはキャップ部材１１１内を密閉できるポンプを用いている。これは、後述するとおり、インク排出ポンプ５６によりヘッドユニット１からインクを吸引排出させるとき、ノズル１１から気泡が吸引されることを防止するため、ノズル１１をキャップ部材１１で密閉するためである。
【００３２】
そして、インク供給ポンプ５２とインク排出ポンプ５６とを稼動させ、インク供給ポンプ５２と供給バルブ５３間の圧力Ｐｉｎと、排出バルブ５４と排出ポンプ５６間の圧力Ｐｏｕｔがそれぞれ所定の圧力値になるまで、正圧計５８と負圧計５９をモニターしながら、インク供給ポンプ５２とインク排出ポンプ５６をそれぞれ制御し、両圧力が設定圧力値に達すると、供給バルブ５３と吸引バルブ５４を開く。これにより、メインタンク５内のインクは、インク供給流路口２７からヘッドタンク４の収容部２２内へ流入し、ヘッド２の供給ポート１４、共通液室１３、排出ポート１５を通り、排出バルブ５４からインク排出経路５５へ流れ、廃液タンク１１８へ排出される。
【００３３】
ここで、ヘッドタンク４及びヘッド２の共通液室１３、供給ポート１４、排出ポート１５のインク入替えに必要な容量を廃液タンク１１８へ排出される量を、実測または通液時間により管理し、所定の通液をさせた後、供給バルブ５３と排出バルブ５４を同時に閉じ、インク供給ポンプ５２とインク排出ポンプ５６の稼動を止める。
【００３４】
そして、インク供給ポンプ５２を開放し、メインタンク５内のインクをインク供給経路５１内で連通させ、インク供給経路５１内を大気状態に戻した後、供給バルブ５３を開き、メインタンク５とヘッド２のノズル１１との水頭差によって発生するインクの吐出に必要な負圧を作り出す。
【００３５】
次に、吸引ポンプ１１６を稼動させ、ノズル１１よりインクを吸引して排出させ、ノズル１１内のインクを交換させる。吸引ポンプ１１６の稼動タイミングは液室１２及びノズル１１よりも上流側のインク入替えが完了した時点で実施することで、入替え途中の混ざり合ったインクではなく、入替えるインクが液室１２及びノズル１１に供給できるので入替え時間及び通液量を最小限にすることができる。
【００３６】
そして、最後にキャップ部材１１１を開放し、後述する弾性体、好ましくはシリコンゴム等のワイパ部材１１９によりノズル面１１ａをワイピングし、ノズル面１１ａに垂れたインクを払拭し、ノズル１１のメニスカスを形成させ、インク入替えを完了させる。
【００３７】
ここで、上述したように、ヘッドユニット１へ入替インクを流入させる前に、供給バルブ５３と排出バルブ５４を閉じ、インク供給ポンプ５２とインク排出ポンプ５６を稼動させ、インク供給ポンプ５２と供給バルブ５３間の圧力Ｐｉｎと、排出バルブ５４と排出ポンプ５６間の圧力Ｐｏｕｔがそれぞれ所定の圧力値になるまで待っている。このときの所定圧力値とは、インク供給ポンプ５２からインク供給経路５１を通り収容部２２まで流体抵抗（インク供給ポンプ５２から収容部２２までの流体抵抗）をＲｉｎ、供給ポート１４から共通液室１３、排出ポート１５、インク排出経路２５を通りインク排出ポンプ５６までの流体抵抗（供給ポート１４からインク排出ポンプ５６までの流体抵抗）をＲｏｕｔとすると、次の（１）式で表される関係とする。
【００３８】
【数１】
【００３９】
この（１）式は、ヘッドタンク４の収容部２２へ加圧されるインクの圧力Ｐｉｎとヘッドタンク４の収容部２２から吸引される圧力Ｐｏｕｔの絶対値の比が、そのそれぞれの流体抵抗値比と逆比例の関係となっていることを表している。
【００４０】
この（１）式を満たす状態であるとき、ヘッドタンク４の収容部２２内の圧力は、加圧値と負圧値が相殺されるため、大気圧とほぼ等しくなり、収容部２２の表面に貼られているフィルム部材２３にはインクの圧力と大気圧とがつり合い、フィルム部材２３及びその接着部分には殆ど力が加わらないことになる。これにより、ヘッドタンク４のフィルム部材２３の破損を起こすことなくインクの交換を行うことができる。
【００４１】
また、インク入替えのため、通液している間も正圧計５８と負圧計５９をモニターし、圧力の関係を（１）式の関係となうようにインク供給ポンプ５２とインク排出ポンプ５６の可動を制御すると良い。
【００４２】
また、インク交換の時間を短縮するためには流路内を流れるインクの速度を上げる必要がある。これは、インク供給ポンプ５２又はインク排出ポンプ５６の稼動力を高めることであるが、単純に圧力値を上げるだけでは、ヘッドタンク４のフィルム部材２３の破損を起こしかねない。このような場合でも、（１）式の関係を満たすように各ポンプ５２、５６を制御することにより、フィルム部材２３の破損や気泡の発生を起こすことなく、インク入替えを短時間で容易に行うことができる。
【００４３】
次に、本発明の第２実施形態におけるインク入替動作について図４のフロー図を参照して説明する。
前記第１実施形態では、インクから交換インクの直接入替えの例を説明したが、使用中のインクと交換インクが混ざり合うとでインクの凝集・固化によるノズル詰まりやインクの変色等の印写に不具合が生じてしまう場合がある。このような場合においては、使用中のインクを不具合の発生しない置換液に入替えてから次に使用するインクに入替えることでインク入替えを実施することができる。
【００４４】
まず、供給バルブ５３、排出バルブ５４を閉じ、メインタンク５を、置換液が入ったメインタンク５に取り換え、ノズル面をキャップ部材１１１でキャップする。キャップ部材１１１内を吸引する吸引ポンプ１１６は非稼動時にはキャップ部材内を密閉できるポンプを用いている。
【００４５】
そして、インク供給ポンプ５２とインク排出ポンプ５６を稼動させ、インク供給ポンプ５２と供給バルブ５３間の圧力Ｐｉｎと、排出バルブ５４と排出ポンプ５６間の圧力Ｐｏｕｔがそれぞれ所定の圧力値になるまで、正圧計５８と負圧計５９をモニターしながらインク供給ポンプ５２とインク排出ポンプ５６をそれぞれ制御し、両圧力が所定の圧力値に達すると供給バルブ５３と吸引バルブ５４を開く。これにより、メインタンク５内の置換液は、ヘッドタンク４のインク供給流路口２７から収容部２２内へ流入し、ヘッド２の供給ポート１４、共通液室１３、排出ポート１５を通り、排出バルブ５４からインク排出経路５５へ流れ、廃液タンク１１８へ排出される。
【００４６】
ここで、ヘッドタンク４及びヘッド２の共通液室１３、供給ポート１４、排出ポート１５の置換液に入替えに必要な容量を廃液タンクへ排出される量を実測または通液時間により管理し、所定の通液をさせた後、供給バルブ５３と排出バルブ５４を同時に閉じ、インク供給ポンプ５２とインク排出ポンプ５６の稼動を止める。
【００４７】
そして、インク供給ポンプ５２を開放し、メインタンク５内の置換液をインク供給経路５１内で連通させ、インク供給経路５１内を大気状態に戻した後、供給バルブ５３を開き、メインタンク５とヘッド２のノズル１１との水頭差によって発生するインクの吐出に必要な負圧を作り出す。
【００４８】
次に、吸引ポンプ１１６を稼動させ、ノズル１１よりインクを吸引し排出させノズル１１内のインクを置換液に交換する。吸引ポンプ１１６の稼動タイミングは、液室１２及びノズル１１よりも上流側のインク入替えが完了した時点で実施することで、入替え途中の混ざり合ったインクではなく、入替える置換液が液室１２及びノズル１１に供給できるので入替え時間及び通液量を最小限にすることができる。
【００４９】
そして、最後にキャップ部材１１１を開放し、後述する弾性体、好ましくはシリコンゴム等のワイパブ部材１１９によりノズル面１１ａをワイピングし、ノズル面１１ａに垂れた置換液を払拭し、ノズル１１のメニスカスを形成させ、置換液への入替えを完了させる。
【００５０】
次に、再び供給バルブ５３、排出バルブ５４を閉じ、メインタンク５を、入替えるインクが入ったメインタンク５に取り換え、ノズル面をキャップ部材１１１でキャップする。以降は、第１実施形態と同様にして置換液からインクへ入替え動作を実施する。
【００５１】
このように、使用中のインクから置換液、そして置換液から入替インクへ入替えるときにも、インク供給ポンプ５２と供給バルブ５３間の圧力Ｐｉｎと、排出バルブ５４と排出ポンプ５６間の圧力Ｐｏｕｔの関係は、圧力Ｐｏｕｔの絶対値の比がそのそれぞれの流体抵抗値比と逆比例の関係となる（１）式の関係となる値とすることで、ヘッドタンク４のフィルム部材２３の破損を起こすことなく、インクの交換を行うことができるようになる。この際、入替えのために廃液タンク１１８へ排出する置換液、入替インクの使用量や排出時間は、それぞれの粘度や混合のし易さなどにより変わるため適宜調節すると良い。
【００５２】
なお、本実施形態は、使用中のインクと入替インクともに不具合が発生しない共通の置換液が存在した場合である。共通した置換液が無い場合、使用中のインクと入替インクの間に複数の置換液を用いて、各置換液の入替時に不具合の発生しない置換液を順に用いることでインクの入替が可能になる。
【００５３】
この場合においても圧力Ｐｉｎと圧力Ｐｏｕｔを（１）式の関係となるように、供給ポンプ５２と排出ポンプ５６を制御することが重要である。これにより、ヘッドタンク４のフィルム部材２３の破損や気泡の発生を起こすことなく、インク入替えを短時間で容易に行うことができる。
【００５４】
次に、本発明の第３実施形態について図５を参照して説明する。図５は、前記インク供給ポンプ５２及びインク排出ポンプ５６の少なくとも一方に用いるチューブポンプ８１の模式的断面説明図である。
このチューブポンプ８１は、回転押圧部材８２を用いて可撓性を有するチューブ部材８３を押し潰しながら回転することで液体を送液するものである。このチューブポンプ８１の上流口８４には、回転押圧部材８２がチューブ部材８３を押し潰しながら回転したときに上流口８４側には負圧が発生し、下流口８５側には、回転押圧部材８２がチューブ部材８３から離れる間に上流口８４と下流口８５が連通し正力が加わることになる。
【００５５】
このチューブポンプ８１をインク供給ポンプ５２として使用するには、上流口８４をメインタンク５側に、下流口８６をヘッドタンク４のインク供給流路口部２７側に接続する。また、インク排出ポンプ５６として使用するには、上流口８４をインク排出経路２５側に、下流口８６を廃液タンク１１８側に接続する。
【００５６】
ここで、前記第１、第２実施形態で説明したように供給バルブ５３、排出バルブ５４を閉じてインク供給ポンプ５２にチューブポンプ８１を用いて可動させたときの正圧計５８で測定される圧力変化は、例えば図６に示すようになる。また、インク排出ポンプ５６にチューブポンプ８１を用いて可動させたときの負圧計５９で測定される圧力変化は、図７に示すようになる。このとき、各圧力は、振動しながら変化し、その振幅はチューブ部材８３を順次押し潰し送液する量によって、周期は回転押圧部材８２の回転速度によって決まる。
【００５７】
このチューブポンプ８１を用いて前記第１、第２実施形態で説明したインクの入替え動作を行う場合、ヘッドタンク４の収容部２２内のインクの流れはインク供給ポンプ５２或いはインク排出ポンプ５６の振幅、周期によって脈動しながら変化することになる。
【００５８】
通常の一定圧力で加圧或いは排出するポンプを用いた場合、ヘッドタンク４の収容部２２内のインクの流れは層流状態となり、収容部２２の流速の遅い部分のインクの入替えには時間が必要である。これに対し、チューブポンプ８１を用いることで収容部２２内のインクの流れは脈動し、かき混ぜながら流れることになるため、収容部２２内のインクの入替えが早く行えることができ、全インクの入替え作業時間が短縮できるようになる。
【００５９】
また、インク供給ポンプ５２及びインク排出ポンプ５６の両方にチューブポンプ８１を用いる場合、収容部２２内の液体の流れは両ポンプの圧力変化の総和によって、図８の示すように、収容部内圧力にとして示すように複雑な変化を起こしながら収容部２２内をかき混ぜながら流れることになるため、インクの入替え作業時間を更に短縮することができる。
【００６０】
なお、このチューブポンプ８１を用いて通液している間も、正圧計５８と負圧計５９をモニターし、圧力の関係を（１）式の関係となうように、インク供給ポンプ５２とインク排出ポンプ５６の稼動（回転数）を制御すると良く、この場合の圧力Ｐｉｎ及び圧力Ｐｏｕｔの値は、振動する圧力の最大値を用いると良い。圧力Ｐｉｎ及び圧力Ｐｏｕｔの最大値で制御することで、収容部２２内の圧力の最大圧力値を制御することができるので、フィルム部材２３の破損を起こすことなくインクの交換を行うことができるようになる。
【００６１】
次に、上記各実施形態で説明したインク供給系を備える画像形成装置の一例について図９を参照して説明する。
この画像形成装置は、上記液体吐出ヘッドユニット１からなる記録ヘッド１０１を、キャリッジ１０３に搭載して、左右の側板１００Ａ、１００Ｂ間に横架した主ガイドロッド１０４と図示しない副ガイド部材とで摺動自在に支持している。この記録ヘッド１０１は、タイミングベルト１０５を介して主走査モータ１０６によって主走査方向に移動走査される。一方、被記録媒体１０７は記録ヘッド１０１のノズル面１０８と対向し、記録ヘッド１０１の移動方向と直交する方向に搬送ローラ１０９によって搬送され、記録ヘッド１０１から画像に応じて吐出されるインク滴が付着されて画像が形成される。
【００６２】
記録ヘッド１０１へのインクの供給は、メインタンク５や大気開放管５５等が納められたメインタンクユニッ１０２からインク供給ポンプ５２を経由してフレキシブルなインク供給径路５１によってなされる。また、記録ヘッド１０１にはノズルから吐出又は排出されなかったインクや前述した置換液や入替前のインクなどがインク排出経路５５を通じて廃液タンク１１８に排出される。
【００６３】
また、記録領域外に設けられたキャップ部材１１１は、複数のノズル１１を有するノズル面１０８をキャッピングする弾性体、好ましくはシリコンゴム等からなる。非記録時には、記録ヘッド１０１がキャップ部材１１１の上方まで移動し、キャップ部材１１１が図示していないキャップ移動機構によって移動してノズル面１０８をキャッピングする。このキャップ部材１１１内には、インク吸引の際の吸引容易化、キャップ内雰囲気湿潤化等のため、インク吸収シート１１２が設けられている。
【００６４】
このキャップ部材１１１には、底面に２本のチューブ１１３、１１４が連結され、チューブ１１３は大気開放弁１１５を介して大気に連通される。チューブ１１４は吸引ポンプ１１６に接続され、キャップ部材１１１でノズル面１０８をキャッピングし、大気開放弁１１５を閉じた状態で、吸引ポンプ１１６を駆動してキャップ部材１１１内に負圧を発生させることで、記録ヘッド１０１のノズルからインクを吸引し、大気開放弁１１５を開放することでキャップ部材１１１内の空間１１７に溜まったインクを廃液タンク１１８に排出する。また、キャップ部材１１１は、大気開放弁１１５を閉じた状態でノズル面１０８に接触させ保持することで、記録ヘッド１０１のノズルの乾燥を防止する。
【００６５】
さらに、図示していないワイパ移動機構によってワイパーブレード（ワイパ部材）１１９を記録ヘッド１０１のノズル面１０８に接触する高さまで移動させ、記録ヘッド１０１を主走査方向に移動させてワイパーブレード１１９によりノズル面１０８に付着したインクや塵埃を払拭し、ノズル面１０８のメニスカスの生成やクリーニングを行うことができる。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【符号の説明】
【００７１】
１ 液体吐出ヘッドユニット
２ ヘッド
４ ヘッドタンク（サブタンク）
５ メインタンク
１１ ノズル
１３ 共通液室
１４ 供給ポート
１５ 排出ポート
２１ タンクケース
２２ 収容部
２３ ダンパ部材（フィルム部材）
２４ 供給ポート
２５ 排出経路
５１ インク供給経路
５２ インク供給ポンプ
５３ 供給バルブ
５４ 排出バルブ
５５ インク排出経路
５６ 排出ポンプ
１０１ 記録ヘッド（液体吐出ヘッドユニット）
【技術分野】
【０００１】
本発明は液滴を吐出して画像を形成す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のインクジェット記録装置が知られている。
【０００３】
このような、インクジェット記録装置におけるインク供給方式として、記録ヘッド側にヘッドタンク（バッファタンクやサブタンクとも称される。）を、装置本体側にメインタンクを配置して、メインタンクからヘッドタンクにインクを補充供給し、ヘッドタンクから記録ヘッドにインクを供給する方式が知られている。
【０００４】
ところで、これらの画像形成装置を、用途により、１台の装置で異なる種類のインクを入替えて使用することがある。例えば、染料インクと顔料インクを入替えたり、モノクロインクをカラーインクに入替えたりといったように、異なる種類のインクを使用することがある。そのため、それぞれのインクが混合しないように、インクを入れ替えるときには、洗浄液を供給流路内に供給してヘッドまでの流路を洗浄した後、入れ替えるインクを流路に供給する方法が知られている。
【０００５】
このように異なる種類のインクを入れ替えるとき、メインタンクを、洗浄液を収容した洗浄液タンク又は入替インクのメインタンクに取り替え、供給ポンプを用いて洗浄液又は入替インクを加圧して記録ヘッドへ流入させる方法、記録ヘッドのノズルを吸引キャップでキャップし、キャップに接続された吸引ポンプでキャップ内空間を減圧することで、洗浄液タンク又は入替えタンクから洗浄液又は入替インクを記録ヘッドへ吸引することで流入させる方法、記録ヘッドの排出経路から吸引ポンプで吸引して減圧することで、同様に洗浄液又は入替インクを記録ヘッドへ吸引流入させる方法などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２２３２３３号公報
【特許文献２】特開２００１−２１９５７９号公報
【特許文献３】特開２００９−０５１１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した加圧による入替え方法にあっては、ヘッドを構成する部材の接着強度やヘッドタンクを構成する部材、例えばダンパを構成する可撓性フィルム状部材の溶着強度との関係で、加圧力を高くすることができず、流速を上げられないため、インクの置換に使用する洗浄液や入替インクの量が多くなるとともに、置換に要する時間が長くなるという課題がある。
【０００８】
また、吸引ないし減圧によるインク入替方法にあっては、洗浄液や入替インクがヘッド内部やヘッドタンク内部に設けられるフィルタ、その他の細い流路を通過するとき、洗浄液や入替インクに溶存する気体がキャビテーションを起こして発泡し、流路内に気泡が残留して滴吐出不良が発生するなどの課題がある。
【０００９】
また、加圧と吸引ないし減圧の組み合わせによるインク入替方法にあっては、加圧ポンプや吸引ポンプの性能や駆動タイミングによって、ヘッド内の圧力が正圧或いは負圧になるのか管理することができず、その時々によって上記の課題が発生する。
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、気泡の発生、流路内の圧力上昇を伴わないで短時間で容易に液体の入替を行うことができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、
液滴を吐出するヘッドと、
前記ヘッドに供給する液体を収容する液体収容部を有するヘッドタンクと、
前記ヘッドタンクに供給する前記液体を収容する交換可能なメインタンクと、
前記メインタンクから前記ヘッドタンクに前記液体を供給する液体供給経路と、を備え、
前記ヘッドには前記液体が供給される供給口部と前記液体を排出する排出口部とが設けられ、
前記ヘッドの供給口部は前記ヘッドタンクに接続され、
前記ヘッドの前記排出口部には前記ヘッドタンクを介して、または、直接、前記液体を外部に排出する液体排出経路が接続され、
前記液体供給経路には前記液体を加圧して送液する送液ポンプが設けられ、
前記液体排出経路には前記液体を吸引して排出する排出ポンプが設けられ、
前記メインタンクを交換して少なくとも前記メインタンクから前記ヘッドの排出口部に至る流路内の前記液体を入れ替えるとき、前記供給ポンプ及び前記排出ポンプを共に駆動させる手段を有し、
前記供給ポンプと前記排出ポンプを共に駆動するとき、前記供給ポンプから加圧する圧力値と前記排出ポンプから吸引する圧力値の絶対値比が、前記液体供給経路の前記供給ポンプから前記ヘッドタンク内の液体収容部までの流路の流体抵抗と、前記ヘッドタンク内の液体収容部から前記液体排出経路の前記排出ポンプまでの流路の流体抵抗の比の逆比例である
構成とした。
【００１２】
ここで、前記液体を入れ替えるとき、前記ヘッドをキャップ部材で封止する構成とできる。
【００１３】
また、前記供給ポンプ及び前記排出ポンプの少なくとも一方はチューブポンプである構成とできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る画像形成装置によれば、供給ポンプと排出ポンプを共に駆動するとき、供給ポンプから加圧する圧力値と排出ポンプから吸引する圧力値の絶対値比が、液体供給経路の供給ポンプからヘッドタンク内の液体収容部までの流路の流体抵抗と、ヘッドタンク内の液体収容部から液体排出経路の排出ポンプまでの流路の流体抵抗の比の逆比例である構成としたので、気泡の発生、流路内の圧力上昇を伴わないで短時間で容易に液体入替を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態を示すインク供給系の説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う模式的断面説明図である。
【図３】同実施形態におけるインク入替動作の説明に供するフロー図である。
【図４】本発明の第２実施形態におけるインク入替動作の説明に供するフロー図である。
【図５】本発明の第３実施形態の説明に供するチューブポンプの模式的説明図である。
【図６】同チューブポンプを稼動したときの圧力変化の例を説明する説明図である。
【図７】同チューブポンプを稼動したときの圧力変化の例を説明する説明図である。
【図８】同チューブポンプを供給ポンプ及び排出ポンプとして使用したときの圧力変化の例を説明する説明図である。
【図９】本発明に係る画像形成装置の全体構成の一例の説明に供する模式的説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。本発明の第１実施形態における画像形成装置について図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は同実施形態における画像形成装置のインク供給系の説明図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿うサブタンクの断面説明図である。
液体吐出ヘッドユニット（以下、単に「ヘッドユニット」ともいう。）１は、液滴を吐出するヘッド２と、ヘッド２に供給するインクを収容する液体収容タンク（以下、「ヘッドタンク」という。）４を備えている。
【００１７】
ヘッド２は、液滴を吐出する複数のノズル１１と、各ノズル１１が連通する液室１２と、各液室１２にインクを供給する共通液室１３と、共通液室１３にインクを供給される供給口（インク供給ポート）１４と、共通液室１３からインクを排出する排出口（インク排出ポート）１５などを備えている。
【００１８】
ヘッドタンク４は、タンクケース２１内にヘッド２に供給するインクを収容する収容部２２と、収容部２２からインクをヘッド２の供給口１４に供給する供給ポート２４と、ヘッド２の排出口１５から排出されるインクをインク排出流路５５に排出する排出径路２５とを備えている。
【００１９】
さらに、収容部２２内には、底面２２ｃから天面２２ａへ達する隔壁２０２が設けられ、供給ポート２４に通じる供給流路２０３を形成している。
【００２０】
また、収容部２２の天面２２ａを中央部に向かって傾斜する傾斜面とし、天面２２ａの中央部の最も高い部位２２ｂに気泡溜部２８を設け、更に気泡滞留部２８から収容部２２と排出経路２５とを連通する連通経路２６が設けられている。
【００２１】
また、ヘッドタンク４のタンクケース２１は、一方が開口した部材であり、開口部には可撓性の弾性変形可能な部材としてのフィルム部材２３を貼り付けて、圧力変動を吸収する構成としている。タンクケース２１は、隔壁２０２により仕切られた収容部２２と供給流路２０３にそれぞれの部位でインクの振動による圧力を吸収するダンパ効果を得られるようになっている。
【００２２】
さらには、タンクケース２１の上部には収容部２２に外部からインクを供給するインク供給流路口部２７が設けられている。
【００２３】
ここで、図２に示すように、タンクケース２１の収容部２２を形成する凹部の壁面２１ａは、ヘッド２側を底部（底面）としたとき、上方に向かって広がるように（凹部の深さが深くなるように）傾斜している。これにより、収容部２２は、水平方向断面の断面積（以下、「水平断面積」という。）が、収容部２２の天面２２ａ側から底面部２２ｃに向かって徐々に小さくなっており、底面部２２ｃの水平断面積が最も小さくなる形状となっている。つまり、タンクケース２１の上部のインク供給流路口部２７からインクを供給したとき、収容部２２の底面部２２ｃ側は隔壁部２０２とこれに対向する壁面との間で形成される空間のために、天面側と比べてインクの流速が遅くなるので、このインクの流速が遅くなる領域側の水平断面積をインクの流速が速い天面側の水平断面積より小さくしている。
【００２４】
一方、装置本体側には、ヘッドタンク４にインクを補充供給する交換可能なインクカートリッジであるメインタンク５が配置されている。このメインタンク５は、図示しない継手などによって交換ができるようになっている。
【００２５】
また、このメインタンク５は、タンク５内のインクが外気へ長時間露出し、乾燥または凝固することを防止するための大気開放管７５が設けられている。この大気開放管７５の流路は、細長い管状の形状になっており、管内の湿度はその長さに沿って変化するため、メインタンク５内のインクが外気と直接接することを防止することができ、インクの乾燥または増粘や凝固することを防止するようになっている。
【００２６】
そして、メインタンク５とヘッドタンク４の間には液体供給経路であるインク供給経路５１が設けられ、インク供給経路５１にはメインタンク５からヘッドタンク４にインクを送液するインク供給ポンプ５２と、インク供給経路５１を開閉する開閉弁である供給バルブ５３が設けられている。
【００２７】
また、ヘッドタンク４の排出経路２５には開閉弁である排出バルブ５４を介して液体排出経路であるインク排出経路５５が接続され、インク排出経路５５は廃液タンク１１８に連通している。また、インク排出経路５５にはヘッドタンク４の排出経路２５とインク排出経路５５との接続部分にインク排出経路５５を開閉するインク排出ポンプ５６が設けられている。なお、ヘッド２の排出口部１５に直接液体排出経路を接続する構成とすることもできる。
【００２８】
さらには、インク供給ポンプ５２と供給バルブ５３の流路間には正圧計５８が、排出バルブ５４とインク排出ポンプ５６の流路間には負圧計５９が設けられ、各流路間の圧力を測定できるようにしている。
【００２９】
また、この画像形成装置は、ヘッドユニット１のヘッド２のノズル面１１ａをキャッピングするキャップ部材１１１を有し、キャップ部材１１１には排出経路１１３を介して吸引ポンプ１１５が接続され、排出経路１１３は廃液タンク１１８に通じている。
【００３０】
次に、この画像形成装置におけるインクの入替え動作について図３のフロー図を参照して説明する。
ここでは、使用中のインクと入替えるインクが混ざり合ってもインク凝集・固化によるノズル詰まりやインクの変色等の印写結果に不具合が生じないインク同士を直接入替える方法を説明する。
【００３１】
先ず、供給バルブ５３、排出バルブ５４を閉じ、メインタンク５を、入替えるインクが入ったメインタンク５に取り換え、ノズル面をキャップ部材１１１でキャップする。キャップ部材１１１内を吸引する吸引ポンプ１１５は非稼動時にはキャップ部材１１１内を密閉できるポンプを用いている。これは、後述するとおり、インク排出ポンプ５６によりヘッドユニット１からインクを吸引排出させるとき、ノズル１１から気泡が吸引されることを防止するため、ノズル１１をキャップ部材１１で密閉するためである。
【００３２】
そして、インク供給ポンプ５２とインク排出ポンプ５６とを稼動させ、インク供給ポンプ５２と供給バルブ５３間の圧力Ｐｉｎと、排出バルブ５４と排出ポンプ５６間の圧力Ｐｏｕｔがそれぞれ所定の圧力値になるまで、正圧計５８と負圧計５９をモニターしながら、インク供給ポンプ５２とインク排出ポンプ５６をそれぞれ制御し、両圧力が設定圧力値に達すると、供給バルブ５３と吸引バルブ５４を開く。これにより、メインタンク５内のインクは、インク供給流路口２７からヘッドタンク４の収容部２２内へ流入し、ヘッド２の供給ポート１４、共通液室１３、排出ポート１５を通り、排出バルブ５４からインク排出経路５５へ流れ、廃液タンク１１８へ排出される。
【００３３】
ここで、ヘッドタンク４及びヘッド２の共通液室１３、供給ポート１４、排出ポート１５のインク入替えに必要な容量を廃液タンク１１８へ排出される量を、実測または通液時間により管理し、所定の通液をさせた後、供給バルブ５３と排出バルブ５４を同時に閉じ、インク供給ポンプ５２とインク排出ポンプ５６の稼動を止める。
【００３４】
そして、インク供給ポンプ５２を開放し、メインタンク５内のインクをインク供給経路５１内で連通させ、インク供給経路５１内を大気状態に戻した後、供給バルブ５３を開き、メインタンク５とヘッド２のノズル１１との水頭差によって発生するインクの吐出に必要な負圧を作り出す。
【００３５】
次に、吸引ポンプ１１６を稼動させ、ノズル１１よりインクを吸引して排出させ、ノズル１１内のインクを交換させる。吸引ポンプ１１６の稼動タイミングは液室１２及びノズル１１よりも上流側のインク入替えが完了した時点で実施することで、入替え途中の混ざり合ったインクではなく、入替えるインクが液室１２及びノズル１１に供給できるので入替え時間及び通液量を最小限にすることができる。
【００３６】
そして、最後にキャップ部材１１１を開放し、後述する弾性体、好ましくはシリコンゴム等のワイパ部材１１９によりノズル面１１ａをワイピングし、ノズル面１１ａに垂れたインクを払拭し、ノズル１１のメニスカスを形成させ、インク入替えを完了させる。
【００３７】
ここで、上述したように、ヘッドユニット１へ入替インクを流入させる前に、供給バルブ５３と排出バルブ５４を閉じ、インク供給ポンプ５２とインク排出ポンプ５６を稼動させ、インク供給ポンプ５２と供給バルブ５３間の圧力Ｐｉｎと、排出バルブ５４と排出ポンプ５６間の圧力Ｐｏｕｔがそれぞれ所定の圧力値になるまで待っている。このときの所定圧力値とは、インク供給ポンプ５２からインク供給経路５１を通り収容部２２まで流体抵抗（インク供給ポンプ５２から収容部２２までの流体抵抗）をＲｉｎ、供給ポート１４から共通液室１３、排出ポート１５、インク排出経路２５を通りインク排出ポンプ５６までの流体抵抗（供給ポート１４からインク排出ポンプ５６までの流体抵抗）をＲｏｕｔとすると、次の（１）式で表される関係とする。
【００３８】
【数１】
【００３９】
この（１）式は、ヘッドタンク４の収容部２２へ加圧されるインクの圧力Ｐｉｎとヘッドタンク４の収容部２２から吸引される圧力Ｐｏｕｔの絶対値の比が、そのそれぞれの流体抵抗値比と逆比例の関係となっていることを表している。
【００４０】
この（１）式を満たす状態であるとき、ヘッドタンク４の収容部２２内の圧力は、加圧値と負圧値が相殺されるため、大気圧とほぼ等しくなり、収容部２２の表面に貼られているフィルム部材２３にはインクの圧力と大気圧とがつり合い、フィルム部材２３及びその接着部分には殆ど力が加わらないことになる。これにより、ヘッドタンク４のフィルム部材２３の破損を起こすことなくインクの交換を行うことができる。
【００４１】
また、インク入替えのため、通液している間も正圧計５８と負圧計５９をモニターし、圧力の関係を（１）式の関係となうようにインク供給ポンプ５２とインク排出ポンプ５６の可動を制御すると良い。
【００４２】
また、インク交換の時間を短縮するためには流路内を流れるインクの速度を上げる必要がある。これは、インク供給ポンプ５２又はインク排出ポンプ５６の稼動力を高めることであるが、単純に圧力値を上げるだけでは、ヘッドタンク４のフィルム部材２３の破損を起こしかねない。このような場合でも、（１）式の関係を満たすように各ポンプ５２、５６を制御することにより、フィルム部材２３の破損や気泡の発生を起こすことなく、インク入替えを短時間で容易に行うことができる。
【００４３】
次に、本発明の第２実施形態におけるインク入替動作について図４のフロー図を参照して説明する。
前記第１実施形態では、インクから交換インクの直接入替えの例を説明したが、使用中のインクと交換インクが混ざり合うとでインクの凝集・固化によるノズル詰まりやインクの変色等の印写に不具合が生じてしまう場合がある。このような場合においては、使用中のインクを不具合の発生しない置換液に入替えてから次に使用するインクに入替えることでインク入替えを実施することができる。
【００４４】
まず、供給バルブ５３、排出バルブ５４を閉じ、メインタンク５を、置換液が入ったメインタンク５に取り換え、ノズル面をキャップ部材１１１でキャップする。キャップ部材１１１内を吸引する吸引ポンプ１１６は非稼動時にはキャップ部材内を密閉できるポンプを用いている。
【００４５】
そして、インク供給ポンプ５２とインク排出ポンプ５６を稼動させ、インク供給ポンプ５２と供給バルブ５３間の圧力Ｐｉｎと、排出バルブ５４と排出ポンプ５６間の圧力Ｐｏｕｔがそれぞれ所定の圧力値になるまで、正圧計５８と負圧計５９をモニターしながらインク供給ポンプ５２とインク排出ポンプ５６をそれぞれ制御し、両圧力が所定の圧力値に達すると供給バルブ５３と吸引バルブ５４を開く。これにより、メインタンク５内の置換液は、ヘッドタンク４のインク供給流路口２７から収容部２２内へ流入し、ヘッド２の供給ポート１４、共通液室１３、排出ポート１５を通り、排出バルブ５４からインク排出経路５５へ流れ、廃液タンク１１８へ排出される。
【００４６】
ここで、ヘッドタンク４及びヘッド２の共通液室１３、供給ポート１４、排出ポート１５の置換液に入替えに必要な容量を廃液タンクへ排出される量を実測または通液時間により管理し、所定の通液をさせた後、供給バルブ５３と排出バルブ５４を同時に閉じ、インク供給ポンプ５２とインク排出ポンプ５６の稼動を止める。
【００４７】
そして、インク供給ポンプ５２を開放し、メインタンク５内の置換液をインク供給経路５１内で連通させ、インク供給経路５１内を大気状態に戻した後、供給バルブ５３を開き、メインタンク５とヘッド２のノズル１１との水頭差によって発生するインクの吐出に必要な負圧を作り出す。
【００４８】
次に、吸引ポンプ１１６を稼動させ、ノズル１１よりインクを吸引し排出させノズル１１内のインクを置換液に交換する。吸引ポンプ１１６の稼動タイミングは、液室１２及びノズル１１よりも上流側のインク入替えが完了した時点で実施することで、入替え途中の混ざり合ったインクではなく、入替える置換液が液室１２及びノズル１１に供給できるので入替え時間及び通液量を最小限にすることができる。
【００４９】
そして、最後にキャップ部材１１１を開放し、後述する弾性体、好ましくはシリコンゴム等のワイパブ部材１１９によりノズル面１１ａをワイピングし、ノズル面１１ａに垂れた置換液を払拭し、ノズル１１のメニスカスを形成させ、置換液への入替えを完了させる。
【００５０】
次に、再び供給バルブ５３、排出バルブ５４を閉じ、メインタンク５を、入替えるインクが入ったメインタンク５に取り換え、ノズル面をキャップ部材１１１でキャップする。以降は、第１実施形態と同様にして置換液からインクへ入替え動作を実施する。
【００５１】
このように、使用中のインクから置換液、そして置換液から入替インクへ入替えるときにも、インク供給ポンプ５２と供給バルブ５３間の圧力Ｐｉｎと、排出バルブ５４と排出ポンプ５６間の圧力Ｐｏｕｔの関係は、圧力Ｐｏｕｔの絶対値の比がそのそれぞれの流体抵抗値比と逆比例の関係となる（１）式の関係となる値とすることで、ヘッドタンク４のフィルム部材２３の破損を起こすことなく、インクの交換を行うことができるようになる。この際、入替えのために廃液タンク１１８へ排出する置換液、入替インクの使用量や排出時間は、それぞれの粘度や混合のし易さなどにより変わるため適宜調節すると良い。
【００５２】
なお、本実施形態は、使用中のインクと入替インクともに不具合が発生しない共通の置換液が存在した場合である。共通した置換液が無い場合、使用中のインクと入替インクの間に複数の置換液を用いて、各置換液の入替時に不具合の発生しない置換液を順に用いることでインクの入替が可能になる。
【００５３】
この場合においても圧力Ｐｉｎと圧力Ｐｏｕｔを（１）式の関係となるように、供給ポンプ５２と排出ポンプ５６を制御することが重要である。これにより、ヘッドタンク４のフィルム部材２３の破損や気泡の発生を起こすことなく、インク入替えを短時間で容易に行うことができる。
【００５４】
次に、本発明の第３実施形態について図５を参照して説明する。図５は、前記インク供給ポンプ５２及びインク排出ポンプ５６の少なくとも一方に用いるチューブポンプ８１の模式的断面説明図である。
このチューブポンプ８１は、回転押圧部材８２を用いて可撓性を有するチューブ部材８３を押し潰しながら回転することで液体を送液するものである。このチューブポンプ８１の上流口８４には、回転押圧部材８２がチューブ部材８３を押し潰しながら回転したときに上流口８４側には負圧が発生し、下流口８５側には、回転押圧部材８２がチューブ部材８３から離れる間に上流口８４と下流口８５が連通し正力が加わることになる。
【００５５】
このチューブポンプ８１をインク供給ポンプ５２として使用するには、上流口８４をメインタンク５側に、下流口８６をヘッドタンク４のインク供給流路口部２７側に接続する。また、インク排出ポンプ５６として使用するには、上流口８４をインク排出経路２５側に、下流口８６を廃液タンク１１８側に接続する。
【００５６】
ここで、前記第１、第２実施形態で説明したように供給バルブ５３、排出バルブ５４を閉じてインク供給ポンプ５２にチューブポンプ８１を用いて可動させたときの正圧計５８で測定される圧力変化は、例えば図６に示すようになる。また、インク排出ポンプ５６にチューブポンプ８１を用いて可動させたときの負圧計５９で測定される圧力変化は、図７に示すようになる。このとき、各圧力は、振動しながら変化し、その振幅はチューブ部材８３を順次押し潰し送液する量によって、周期は回転押圧部材８２の回転速度によって決まる。
【００５７】
このチューブポンプ８１を用いて前記第１、第２実施形態で説明したインクの入替え動作を行う場合、ヘッドタンク４の収容部２２内のインクの流れはインク供給ポンプ５２或いはインク排出ポンプ５６の振幅、周期によって脈動しながら変化することになる。
【００５８】
通常の一定圧力で加圧或いは排出するポンプを用いた場合、ヘッドタンク４の収容部２２内のインクの流れは層流状態となり、収容部２２の流速の遅い部分のインクの入替えには時間が必要である。これに対し、チューブポンプ８１を用いることで収容部２２内のインクの流れは脈動し、かき混ぜながら流れることになるため、収容部２２内のインクの入替えが早く行えることができ、全インクの入替え作業時間が短縮できるようになる。
【００５９】
また、インク供給ポンプ５２及びインク排出ポンプ５６の両方にチューブポンプ８１を用いる場合、収容部２２内の液体の流れは両ポンプの圧力変化の総和によって、図８の示すように、収容部内圧力にとして示すように複雑な変化を起こしながら収容部２２内をかき混ぜながら流れることになるため、インクの入替え作業時間を更に短縮することができる。
【００６０】
なお、このチューブポンプ８１を用いて通液している間も、正圧計５８と負圧計５９をモニターし、圧力の関係を（１）式の関係となうように、インク供給ポンプ５２とインク排出ポンプ５６の稼動（回転数）を制御すると良く、この場合の圧力Ｐｉｎ及び圧力Ｐｏｕｔの値は、振動する圧力の最大値を用いると良い。圧力Ｐｉｎ及び圧力Ｐｏｕｔの最大値で制御することで、収容部２２内の圧力の最大圧力値を制御することができるので、フィルム部材２３の破損を起こすことなくインクの交換を行うことができるようになる。
【００６１】
次に、上記各実施形態で説明したインク供給系を備える画像形成装置の一例について図９を参照して説明する。
この画像形成装置は、上記液体吐出ヘッドユニット１からなる記録ヘッド１０１を、キャリッジ１０３に搭載して、左右の側板１００Ａ、１００Ｂ間に横架した主ガイドロッド１０４と図示しない副ガイド部材とで摺動自在に支持している。この記録ヘッド１０１は、タイミングベルト１０５を介して主走査モータ１０６によって主走査方向に移動走査される。一方、被記録媒体１０７は記録ヘッド１０１のノズル面１０８と対向し、記録ヘッド１０１の移動方向と直交する方向に搬送ローラ１０９によって搬送され、記録ヘッド１０１から画像に応じて吐出されるインク滴が付着されて画像が形成される。
【００６２】
記録ヘッド１０１へのインクの供給は、メインタンク５や大気開放管５５等が納められたメインタンクユニッ１０２からインク供給ポンプ５２を経由してフレキシブルなインク供給径路５１によってなされる。また、記録ヘッド１０１にはノズルから吐出又は排出されなかったインクや前述した置換液や入替前のインクなどがインク排出経路５５を通じて廃液タンク１１８に排出される。
【００６３】
また、記録領域外に設けられたキャップ部材１１１は、複数のノズル１１を有するノズル面１０８をキャッピングする弾性体、好ましくはシリコンゴム等からなる。非記録時には、記録ヘッド１０１がキャップ部材１１１の上方まで移動し、キャップ部材１１１が図示していないキャップ移動機構によって移動してノズル面１０８をキャッピングする。このキャップ部材１１１内には、インク吸引の際の吸引容易化、キャップ内雰囲気湿潤化等のため、インク吸収シート１１２が設けられている。
【００６４】
このキャップ部材１１１には、底面に２本のチューブ１１３、１１４が連結され、チューブ１１３は大気開放弁１１５を介して大気に連通される。チューブ１１４は吸引ポンプ１１６に接続され、キャップ部材１１１でノズル面１０８をキャッピングし、大気開放弁１１５を閉じた状態で、吸引ポンプ１１６を駆動してキャップ部材１１１内に負圧を発生させることで、記録ヘッド１０１のノズルからインクを吸引し、大気開放弁１１５を開放することでキャップ部材１１１内の空間１１７に溜まったインクを廃液タンク１１８に排出する。また、キャップ部材１１１は、大気開放弁１１５を閉じた状態でノズル面１０８に接触させ保持することで、記録ヘッド１０１のノズルの乾燥を防止する。
【００６５】
さらに、図示していないワイパ移動機構によってワイパーブレード（ワイパ部材）１１９を記録ヘッド１０１のノズル面１０８に接触する高さまで移動させ、記録ヘッド１０１を主走査方向に移動させてワイパーブレード１１９によりノズル面１０８に付着したインクや塵埃を払拭し、ノズル面１０８のメニスカスの生成やクリーニングを行うことができる。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【符号の説明】
【００７１】
１ 液体吐出ヘッドユニット
２ ヘッド
４ ヘッドタンク（サブタンク）
５ メインタンク
１１ ノズル
１３ 共通液室
１４ 供給ポート
１５ 排出ポート
２１ タンクケース
２２ 収容部
２３ ダンパ部材（フィルム部材）
２４ 供給ポート
２５ 排出経路
５１ インク供給経路
５２ インク供給ポンプ
５３ 供給バルブ
５４ 排出バルブ
５５ インク排出経路
５６ 排出ポンプ
１０１ 記録ヘッド（液体吐出ヘッドユニット）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するヘッドと、
前記ヘッドに供給する液体を収容する液体収容部を有するヘッドタンクと、
前記ヘッドタンクに供給する前記液体を収容する交換可能なメインタンクと、
前記メインタンクから前記ヘッドタンクに前記液体を供給する液体供給経路と、を備え、
前記ヘッドには前記液体が供給される供給口部と前記液体を排出する排出口部とが設けられ、
前記ヘッドの供給口部は前記ヘッドタンクに接続され、
前記ヘッドの前記排出口部には前記ヘッドタンクを介して、または、直接、前記液体を外部に排出する液体排出経路が接続され、
前記液体供給経路には前記液体を加圧して送液する送液ポンプが設けられ、
前記液体排出経路には前記液体を吸引して排出する排出ポンプが設けられ、
前記メインタンクを交換して少なくとも前記メインタンクから前記ヘッドの排出口部に至る流路内の前記液体を入れ替えるとき、前記供給ポンプ及び前記排出ポンプを共に駆動させる手段を有し、
前記供給ポンプと前記排出ポンプを共に駆動するとき、前記供給ポンプから加圧する圧力値と前記排出ポンプから吸引する圧力値の絶対値比が、前記液体供給経路の前記供給ポンプから前記ヘッドタンク内の液体収容部までの流路の流体抵抗と、前記ヘッドタンク内の液体収容部から前記液体排出経路の前記排出ポンプまでの流路の流体抵抗の比の逆比例である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記液体を入れ替えるとき、前記ヘッドをキャップ部材で封止す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】
前記供給ポンプ及び前記排出ポンプの少なくとも一方はチューブポンプであ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。
【請求項１】
液滴を吐出するヘッドと、
前記ヘッドに供給する液体を収容する液体収容部を有するヘッドタンクと、
前記ヘッドタンクに供給する前記液体を収容する交換可能なメインタンクと、
前記メインタンクから前記ヘッドタンクに前記液体を供給する液体供給経路と、を備え、
前記ヘッドには前記液体が供給される供給口部と前記液体を排出する排出口部とが設けられ、
前記ヘッドの供給口部は前記ヘッドタンクに接続され、
前記ヘッドの前記排出口部には前記ヘッドタンクを介して、または、直接、前記液体を外部に排出する液体排出経路が接続され、
前記液体供給経路には前記液体を加圧して送液する送液ポンプが設けられ、
前記液体排出経路には前記液体を吸引して排出する排出ポンプが設けられ、
前記メインタンクを交換して少なくとも前記メインタンクから前記ヘッドの排出口部に至る流路内の前記液体を入れ替えるとき、前記供給ポンプ及び前記排出ポンプを共に駆動させる手段を有し、
前記供給ポンプと前記排出ポンプを共に駆動するとき、前記供給ポンプから加圧する圧力値と前記排出ポンプから吸引する圧力値の絶対値比が、前記液体供給経路の前記供給ポンプから前記ヘッドタンク内の液体収容部までの流路の流体抵抗と、前記ヘッドタンク内の液体収容部から前記液体排出経路の前記排出ポンプまでの流路の流体抵抗の比の逆比例である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記液体を入れ替えるとき、前記ヘッドをキャップ部材で封止す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】
前記供給ポンプ及び前記排出ポンプの少なくとも一方はチューブポンプであ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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２３６２９２（Ｐ２０１２−２３６２９２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０５３８９（Ｐ２０１１−１０５３８９）
【出願日】平成２３年５月１０日（２０１１．５．１０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１０日（２０１１．５．１０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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