(57)【要約】【課題】  従来の液体タンクは、液体の補給回数の繰り返しに伴って内部に気泡が残留し、一度に補給可能な液量が次第に減少してしまう。【解決手段】  本発明によるインクタンク１５は、プリントヘッド１４に供給されるインクを貯溜する第１のインク室２２と、第１のインク室２２内のインクをプリントヘッド１４に導くためのヘッド連通部２３と、第１のインク室２２内に収容されて第１のインク室２２内のインクを保持し得るインク保持部材２４と、第１のインク室２２に連通すると共に大気に連通する大気連通部２５と、第１のインク室２２に供給されるインクＩを貯溜する第２のインク室２６と、第２のインク室２６内のインクＩを第１のインク室２２に導くインク供給通路２７と、外部から第２のインク室２６内にインクＩを補給するためのインク補給通路２８と、第２のインク室２６内の空気を外部に排出するための排気通路２９とを具えている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する液体吐出ヘッドに供給される液体を貯溜する第１の液室と、
この第１の液室に連通して当該第１の液室内の液体を前記液体吐出ヘッドに導くためのヘッド連通部と、
前記第１の液室内に収容されてこの第１の液室内の液体を保持し得る多孔質状の液体保持部材と、
前記第１の液室に連通すると共に大気に連通する大気連通部と、
前記第１の液室に供給される液体を貯溜する第２の液室と、
この第２の液室と前記第１の液室とに連通して当該第２の液室内の液体を前記第１の液室に導く液体供給通路と、
前記第２の液室に連通して外部から前記第２の液室内に液体を補給するための液体補給通路と、
前記第２の液室に連通してこの第２の液室内の空気を外部に排出するための排気通路と
を具えていることを特徴とする液体タンク。
【請求項２】
前記大気連通部が前記第１の液室の上端部に連通すると共に前記ヘッド連通部が前記第１の液室の下端部に連通し、さらに前記液体供給通路が前記第１および第２の液室の下端部にそれぞれ連通していることを特徴とする請求項１に記載の液体タンク。
【請求項３】
前記液体補給通路が前記第２の液室の下端部に連通すると共に前記排気通路が前記第２の液室の上端部に連通していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体タンク。
【請求項４】
前記液体補給通路に設けられてこの液体補給通路を開放可能に塞ぐ第１の弁と、前記排気通路に設けられてこの排気通路を開放可能に塞ぐ第２の弁と
をさらに具えていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の液体タンク。
【請求項５】
前記排気通路を横切るように配され、気体を透過させると共に液体を通過させない気液分離フィルタをさらに具えていることを特徴とする請求項１から請求項４に記載の液体タンク。
【請求項６】
前記第２の液室に貯溜された液体の量を外部から検知するための透明な窓をさらに具えていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の液体タンク。
【請求項７】
液体を貯溜する液体タンクおよびこの液体タンクから供給される液体を吐出する液体吐出ヘッドを有するヘッドカートリッジが交換可能に搭載され、第１の方向に沿って走査移動するキャリッジと、このキャリッジの走査移動方向一端側に固定配置されて前記液体タンクに補給すべき液体を貯溜する補給タンクと、前記キャリッジの走査移動方向一端側に設定された液体補給位置にて前記補給タンク内の液体を前記液体タンクに補給するための補給手段とを具え、前記液体吐出ヘッドからプリント媒体に液体を吐出して画像を形成する画像形成装置であって、
前記ヘッドカートリッジの液体タンクは、
前記液体吐出ヘッドに供給される液体を貯溜する第１の液室と、
この第１の液室に連通して当該第１の液室内の液体を前記液体吐出ヘッドに導くためのヘッド連通部と、
前記第１の液室内に収容されてこの第１の液室内の液体を保持し得る多孔質状の液体保持部材と、
前記第１の液室に連通すると共に大気に連通する大気連通部と、
前記第１の液室に供給される液体を貯溜する第２の液室と、
この第２の液室と前記第１の液室とに連通して当該第２の液室内の液体を前記第１の液室に導く液体供給通路と、
前記第２の液室に連通すると共に前記液体補給位置にて前記補給タンクに接続する液体補給通路と、
前記第２の液室に連通してこの第２の液室内の空気を外部に排出するための排気通路と
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
前記大気連通部が前記第１の液室の上端部に連通し、前記液体供給通路が前記第１および第２の液室の下端部にそれぞれ連通していることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記液体補給通路が前記第２の液室の下端部に連通し、前記排気通路が前記第２の液室の上端部に連通していることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記液体タンクは、前記排気通路を横切るように配され、気体を透過させると共に液体を通過させない気液分離フィルタをさらに有することを特徴とする請求項７から請求項９の何れかに記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記液体タンクは、前記液体補給通路に設けられてこの液体補給通路を塞ぎ、前記液体補給位置にて開放状態となる第１の弁と、前記排気通路に設けられてこの排気通路を塞ぎ、前記液体補給位置にて開放状態となる第２の弁とをさらに有することを特徴とする請求項７から請求項１０の何れかに記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記液体タンクは、前記第２の液室に貯溜された液体の量を外部から検知するための透明な窓をさらに有し、この窓を介して前記第２の液室に貯溜された液体の量を光学的に検出する液体残量センサをさらに具えていることを特徴とする請求項７から請求項１１の何れかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッドから吐出する液体を貯溜する液体タンクおよびこの液体タンクを搭載して走査移動するキャリッジを具えた画像形成装置に関する。
【０００２】
なお、本明細書において記述される「プリント」とは、文字や図形など有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広くプリント媒体上に画像，模様，パターンなどを形成したり、あるいはエッチングなどのようなプリント媒体の加工を行う場合も包含する。
【０００３】
また「プリント媒体」とは、一般的なプリント装置で用いられる紙片のみならず、布帛，樹脂フィルム，金属板，ガラス，セラミックス，木材，皮革などの液体を受容可能なものであり、シート状物体以外の三次元立体、例えば球体や円筒体なども包含する。
【０００４】
さらに「液体」とは、上記「プリント」の定義と同様広く解釈されるべきもので、プリント媒体上に付与されることによって、画像，模様，パターンなどの形成，エッチングなどのプリント媒体の加工，あるいはインクの処理、例えばプリント媒体に付与されるインク中の色材の凝固や不溶化に供され得る液体を指し、プリントに関して用いられるあらゆる液体を包含する。
【背景技術】
【０００５】
従来、プリント媒体に沿ってプリントヘッドが走査移動するシリアルスキャンタイプのインクジェットプリンタにおいては、キャリッジに搭載されたプリントヘッドに対し、数多くのインク供給手段が提案され、また実用化されている。
【０００６】
従来のインクジェットプリンタとしては、固定設置されたインクタンクから可撓性のインク供給管を介してプリントヘッドにインクを供給する形式のものがある。このような可撓性のインク供給管を用いた方法は、プリントヘッドを搭載するキャリッジの走査移動に伴ってインク供給管内に介在するインクの流れが影響を受け、プリントヘッドからのインクの吐出が不安定になってしまう欠点があり、プリント作業が高速化するほどインク供給管内でのインクの慣性運動を強く抑える必要性が生ずる。また、固定配置されたインクタンクに対してキャリッジの走査移動を損なわないような長さのインク供給管が必要となるため、さまざまな弊害があった。例えば、長期に亙る保管に伴ってインク供給管内に溜まる気泡を排除する必要があるため、インク供給管を介して大量のインクをインクタンクから排出させる必要がある。また、キャリッジの走査移動に拘らず長尺な可撓性の供給管が潰れないように、これをインクジェットプリンタ内に配置する必要があるため、インクジェットプリンタの筺体が大型化する上に構造の複雑化と相俟ってコストアップなど、さまざまなマイナス要因を持っていた。
【０００７】
近年、このような可撓性のインク供給管と固定配置のインクタンクとを廃止し、図６に示すようにインクタンク１０１をプリントヘッド１０２と共にキャリッジ１０３に搭載する形式のいわゆるヘッドタンクオンキャリッジ方式（以下、オンキャリッジ方式と略称する）のものが考案され、プリントヘッド１０２に対してインクタンク１０１を一体化したものや分離できるようにしたものなど、さまざまな形で実用化されている。このオンキャリッジ方式におけるインク供給系は極めてシンプルであり、プリントヘッド１０２とインクタンク１０１とを接続するインク供給路を著しく短尺化することができるため、インクジェットプリンタのダウンサイジングおよびコストダウンが可能となる。さらに、インク供給路の短尺化に伴い、高速プリント作業に伴うインク供給路内のインクの慣性運動も無視できる程度まで小さくなるため、プリントヘッド１０２からのインクの吐出の不安定性も大幅に改善することができる。
【０００８】
しかしながら、このオンキャリッジ方式においてはインクタンク１０１に貯溜されるインクの容量によってインクタンク１０１の大きさが決まるため、インクタンク１０１の容量が小さい場合にはインクタンク１０１を頻繁に交換しなければならず、これは使用者にとって望ましいこととは言えない。また、大量のインクをインクタンク１０１に貯溜させようとすると、これを搭載するキャリッジ１０３の慣性質量が増大してこれをプリント媒体１０４に沿って走査移動させるための図示しないモータなどの駆動源の大型化および消費電力の増大を招き、インクジェットプリンタが大型化する上に重量が嵩んでしまう問題が起こる。
【０００９】
そこで、必要最小限のインクタンクをプリントヘッドと共にキャリッジに搭載する一方、このインクタンクに補給すべき大量のインクが貯溜された補給タンクをキャリッジの走査移動方向一端側のインク補給位置に固定設置し、インクタンク内にインクがなくなった時点でキャリッジをインク補給位置まで移動し、補給タンクからインクタンク内にインクを補給するようにした、いわゆるピットイン方式のインク供給系が提案されている。このピットイン方式のものは、必要最小限のインクタンクをキャリッジに搭載しているため、キャリッジ全体の慣性質量を低減してプリントヘッドを高速で走査移動させることが可能である。
【００１０】
特許文献１に開示された従来のピットイン方式におけるインク補給直前の状態を図７に示し、インク補給直後の状態を図８に示す。すなわち、図示しないキャリッジにはプリントヘッド２０１とインクタンク２０２とを有するヘッドユニット２０３が搭載され、インクジェットプリンタのインク補給位置にはインク補給回復ユニット２０４が固定状態で配されている。インク供給はヘッドユニット２０３の壁の一部に配された気液分離膜２０５を介してインクタンク２０２内の空気を吸い出すことにより、図示しない補給タンク内のインクをインクタンク２０２内に吸引充填できるようになっている。
【００１１】
インク補給時においては、大気連通弁２０６をヘッドキャップ２０７側に移動してヘッドキャップ２０７に形成された大気連通穴２０８を塞ぎ、図示しない吸引ポンプに連通する補給継手２０９とヘッドユニット２０３の吸引受口２１０とを連通させると共にヘッドユニット２０３に組み込まれたニードル弁２１１を介して図示しない補給タンクに接続するインク供給路２１２とインクタンク２０２とを連通させ、この状態にて吸引ポンプを作動させることにより、気液分離膜２０５を介してヘッドユニット２０３内の空気を吸い出し、補給タンクに連通するインク供給路２１２内のインクがニードル弁２１１を介してインクタンク２０２内に収容されたインク保持部材２１３に取り込まれる。吸引ポンプによる空気吸引量をヘッドユニット２０３のインクタンク２０２の内容積以上に設定することにより、インクタンク２０２内に残留するインクがどの程度の量であっても、空気が気液分離膜２０５を通じて排出され、代わりに補給タンク側から新しいインクを完全に補給することができる。
【００１２】
また、特許文献２にはインクタンク内に２つの液室と１つのインク貯留部とを形成することが提案されている。
【００１３】
さらに特許文献３には、インク保持部材を収納し、かつ大気と連通する大気連通部を具えた第１収納室と、大気連通部から離れた位置に設けられ、微小連通部を介して第１収納室に連通し、実質的に密封状態で第１収納室に供給すべきインクを収納する第２収納室とを具え、この第二収納室が外部からインクを取り入れるインク導入部を持ったインクタンクが提案されている。
【００１４】
【特許文献１】特開２００１−３３４６８２号公報
【特許文献２】特開２００２−１４４６０１号公報
【特許文献３】特開平６−２２６９９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ピットイン方式におけるヘッドユニットのインクタンクの容量は、商品のコンセプトとシステム全体のバランスとから決められている。例えば、カードサイズ（約５４mm×８５mm）のプリント媒体を対象としたカードプリンタにおいて、プリントヘッドに形成された吐出口から吐出されるインク滴の量、つまりドットサイズが４.５ピコリットル(pl)で１２００dpiの解像度にて１枚のプリント媒体に対してプリントを行う場合、最大で約０.０７ミリリットル(ml)のインクが必要となる。さらに、インクの吐出を安定にするための処理、例えば予備吐出や吐出口からインクを吸い出す吸引回復にて消費されるインク量を加えれば、最終的に１画像当たり約０.０８３ml程度のインクが必要となる。また、インクタンク２０２内にインク保持部材２１３を介してインクを貯溜する特許文献１に開示されたものでは、インク量に対して約１.４倍以上の体積のインク保持部材２１３が必要である。つまり、前述の０.０８３mlのインク量を確保するため、約０.１２mlの体積のインク保持部材２１３をインクタンク２０２の内容積として確保しなければならない。
【００１６】
このようなピットイン形式のインクタンク２０２におけるインク補給回数と実質的にインクタンク２０２内に補給されるインク量との関係を表す図９に示す。すなわち、インク補給が最初の５回位までは、実際にインクタンク２０２内に充填されるインク補給量が急激に減少し、１５回位までは少しずつ減少し、３０回を越えるあたりからほぼ一定量となり、何れにしろ設計通りのインク補給を行うことができないことが判明した。
【００１７】
その原因は、インク補給の度にインク保持部材２１３内に気泡が溜まり、インク保持部材２１３に介在するインクの表面張力によって気泡が非常に強固に固定されるためであると考えられる。このような気泡の固定を回避するため、インクタンク２０２内を減圧したり、インクタンク２０２内に多量のインクを流したりすることも試みられているが、充分な効果を得ることができなかった。また、インク保持部材２１３の空隙平均距離を０.１２mm以上０.２５mm以下に設定した場合には、気泡の固定をある程度防ぐことができるけれども、この場合にはインク保持部材２１３のインク保持能力が低下してしまうため、水頭差の大きな背の高いインクタンク２０２には採用することができない。
【００１８】
一方、特許文献２に開示されたものでは、気泡の滞留による影響は少ないものの、インク保持部材のないインク室がプリントヘッドに対して直接つながっているため、このインク室を負圧状態に保つことが困難であり、プリントヘッドの吐出口からインクが漏出する問題があり、現実的に採用するには解決すべき技術的課題が数多く残っている。
【００１９】
また、特許文献３に開示されたものは、シリンジなどを用いてインクの補給を手動で行う必要があり、自動的にインクの補給を行うために解決すべき課題が何ら提示されていない。
【００２０】
本発明の目的は、ピットインタイプのインク供給系において、上述した従来の課題を解決し得る信頼性の高いインクタンクおよびこのインクタンクを搭載したインクジェットプリンタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の第１の形態は、液体を吐出する液体吐出ヘッドに供給される液体を貯溜する第１の液室と、この第１の液室に連通して当該第１の液室内の液体を前記液体吐出ヘッドに導くためのヘッド連通部と、前記第１の液室内に収容されてこの第１の液室内の液体を保持し得る多孔質状の液体保持部材と、前記第１の液室に連通すると共に大気に連通する大気連通部と、前記第１の液室に供給される液体を貯溜する第２の液室と、この第２の液室と前記第１の液室とに連通して当該第２の液室内の液体を前記第１の液室に導く液体供給通路と、前記第２の液室に連通して外部から前記第２の液室内に液体を補給するための液体補給通路と、前記第２の液室に連通してこの第２の液室内の空気を外部に排出するための排気通路とを具えていることを特徴とする液体タンクにある。
【００２２】
本発明においては、液体吐出ヘッドからの液体の吐出に伴い、液体保持部材を介して第１の液室内に保持された液体がヘッド連通部を介して液体吐出ヘッド側に吸い込まれ、第１の液室内が負圧状態となる。この場合、ヘッド連通部は液体保持部材に保持された液体によって大気連通部に対して遮蔽された状態となっているため、液体補給通路を介して第２の液室内の液体が第１の液室に引き込まれることとなるが、何らかの原因で第１の液室が過度に負圧となった場合、大気連通部を介して外部から大気が第１の液室内に吸い込まれ、第１の液室内が適切な負圧状態に保持される。
【００２３】
第２の液室内に液体が介在している限り、第１の液室内には液体保持部材によって液体が常にほぼ最大限に貯溜された状態となっているが、第２の液室内に液体を補給する必要が生じた場合、外部から液体補給通路を介して第２の液室内に液体を補給する。この時、第２の液室内に介在する空気は第２の液室内への液体の充填に伴い、排気通路から第２の液室外へと排出される。
【００２４】
なお、本明細書において記述される「多孔質状の液体保持部材」とは、毛細管力によって液体を保持し得る性状を持った部材であることを意味し、例えば海綿またはフェルトや脱脂綿などの繊維束の他に、樹脂や金属製の連続発泡体あるいはセラミックスなどにて形成されたものを適宜採用することが可能である。しかしながら、液体タンクに要求される機能やコストなどを考慮した場合、発泡ポリウレタンなどの連続発泡樹脂を採用することが最も好ましいと言えよう。
【００２５】
本発明の第１の形態による液体タンクにおいて、大気連通部が第１の液室の上端部に連通すると共にヘッド連通部が第１の液室の下端部に連通し、さらに液体供給通路が第１および第２の液室の下端部にそれぞれ連通していることが好ましい。同様に、液体補給通路が第２の液室の下端部に連通すると共に排気通路が第２の液室の上端部に連通していることが有効である。
【００２６】
液体補給通路を開放可能に塞ぐ第１の弁と、排気通路を開放可能に塞ぐ第２の弁とをさらに設けることができる。
【００２７】
気体を透過させると共に液体を通過させない気液分離フィルタを排気通路を横切るように配することができる。この気液分離フィルタとして、例えば膜厚が８０μmで０.２μmの微小孔径を有する市販のＰＴＦＥ（PolyTetraFluoroEthylene）を用いた市販の多孔質膜の表面に撥水処理を施したものを採用することができる。
【００２８】
第２の液室に貯溜された液体の量を外部から検知するための透明な窓を形成することができる。
【００２９】
本発明の第２の形態は、液体を貯溜する液体タンクおよびこの液体タンクから供給される液体を吐出する液体吐出ヘッドを有するヘッドカートリッジが交換可能に搭載され、第１の方向に沿って走査移動するキャリッジと、このキャリッジの走査移動方向一端側に固定配置されて前記ヘッドカートリッジの液体タンクに補給すべき液体を貯溜する補給タンクと、前記キャリッジの走査移動方向一端側に設定された液体補給位置にて前記補給タンク内の液体を前記液体タンクに補給するための補給手段とを具え、前記液体吐出ヘッドからプリント媒体に液体を吐出して画像を形成する画像形成装置であって、前記ヘッドカートリッジの液体タンクは、前記液体吐出ヘッドに供給される液体を貯溜する第１の液室と、この第１の液室に連通して当該第１の液室内の液体を前記液体吐出ヘッドに導くためのヘッド連通部と、前記第１の液室内に収容されてこの第１の液室内の液体を保持し得る多孔質状の液体保持部材と、前記第１の液室に連通すると共に大気に連通する大気連通部と、前記第１の液室に供給される液体を貯溜する第２の液室と、この第２の液室と前記第１の液室とに連通して当該第２の液室内の液体を前記第１の液室に導く液体供給通路と、前記第２の液室に連通すると共に前記液体補給位置にて前記補給タンクに接続する液体補給通路と、前記第２の液室に連通してこの第２の液室内の空気を外部に排出するための排気通路とを有することを特徴とするものである。
【００３０】
本発明においては、キャリッジの走査移動とこのキャリッジの走査移動方向に対して交差するプリント媒体の搬送移動とを交互に繰り返すことにより、キャリッジに搭載されたヘッドカートリッジの液体吐出ヘッドからプリント媒体に液体が吐出され、プリント媒体に所定の画像が形成される。このように、液体吐出ヘッドからの液体の吐出に伴い、液体保持部材を介して第１の液室内に保持された液体がヘッド連通部を介して液体吐出ヘッド側に吸い込まれ、第１の液室内が負圧状態となる。この場合、ヘッド連通部は液体保持部材に保持された液体によって大気連通部に対して遮蔽された状態となっているため、液体補給通路を介して第２の液室内の液体が第１の液室に引き込まれることとなる。
【００３１】
第２の液室内に液体が介在している限り、第１の液室内には液体保持部材によって液体が常にほぼ最大限に貯溜された状態となっているが、第２の液室内に液体を補給する必要が生じた場合、キャリッジを液体補給位置まで移動し、この液体補給位置にて補給手段により補給タンク内の液体を液体補給通路を介して第２の液室内に補給する。この時、第２の液室内に介在する空気は第２の液室内への液体の充填に伴い、排気通路から第２の液室外へと排出される。
【００３２】
本発明の第２の形態による画像形成装置において、大気連通部が第１の液室の上端部に連通すると共にヘッド連通部が第１の液室の下端部に連通し、さらに液体供給通路が第１および第２の液室の下端部にそれぞれ連通していることが好ましい。同様に、液体補給通路が第２の液室の下端部に連通すると共に排気通路が第２の液室の上端部に連通していることが好ましい。
【００３３】
気体を透過させると共に液体を通過させない気液分離フィルタを排気通路を横切るように液体タンクに配することができる。
【００３４】
補給手段は、液体補給位置にて排気通路に接続して第２の液室内の空気を吸引するための吸引ポンプであってよい。あるいは、液体補給位置にて補給タンク内の液体を第２の液室内に圧送する圧送ポンプであってもよい。
【００３５】
液体補給通路に設けられてこの液体補給通路を塞ぎ、液体補給位置にて開放状態となる第１の弁と、排気通路に設けられてこの排気通路を塞ぎ、液体補給位置にて開放状態となる第２の弁とをさらに有することができる。
【００３６】
第２の液室に貯溜された液体の量を外部から検知するための透明な窓を液体タンクに形成し、この窓を介して第２の液室に貯溜された液体の量を光学的に検出する液体残量センサをさらに設けたものであってよい。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の液体タンクによると、液体を吐出する液体吐出ヘッドに供給される液体を貯溜する第１の液室と、この第１の液室に供給される液体を貯溜する第２の液室と、第２の液室に連通して外部から第２の液室内に液体を補給するための液体補給通路と、第２の液室に連通してこの第２の液室内の空気を外部に排出するための排気通路とを具えているので、第２の液室内に液体が介在している限り、第１の液室内に介在する液体を液体保持部材によってほぼ最大限に貯溜させた状態に保つことができ、液体保持部材に気泡が保持されてしまうという問題を解消することができる。また、外部から液体補給通路を介して第２の液室内に液体を補給する場合、第２の液室内に介在する空気が排気通路から外部に排出され、第２の液室内に液体を円滑に補給することができる。
【００３８】
大気連通部を第１の液室の上端部に連通させると共にヘッド連通部を第１の液室の下端部に連通させ、さらに液体供給通路を第１および第２の液室の下端部にそれぞれ連通させた場合、大気連通部とヘッド連通部および液体供給通路との間に液体保持部材に保持された液体が介在した状態となり、液体吐出ヘッドからの液体の吐出に伴って第２の液室から液体供給通路を通って第１の液室に液体が引き込まれる一連の動作を円滑に行わせることができる。
【００３９】
液体補給通路を第２の液室の下端部に連通させると共に排気通路を第２の液室の上端部に連通させた場合、第２の液室内に液体を補給する際に第２の液室内に介在する空気が液体に巻き込まれることなく、これを確実に排気通路を介して外部に排出することができる。
【００４０】
気体を透過させると共に液体を通過させない気液分離フィルタを排気通路を横切るように設けた場合、第２の液室に対する液体の補給時に液体が気液分離フィルタに接するまで補給することが可能となり、排気通路から液体が溢れ出るような不具合を未然に防止することができる。
【００４１】
本発明の画像形成装置によると、ヘッドカートリッジの液体タンクが、液体吐出ヘッドに供給される液体を貯溜する第１の液室と、第１の液室に供給される液体を貯溜する第２の液室と、一端側が第２の液室に連通すると共に液体補給位置にて他端側が補給タンクに接続する液体補給通路と、第２の液室に連通してこの第２の液室内の空気を外部に排出するための排気通路とを有するので、第２の液室内に液体が介在している限り、第１の液室内に介在する液体を液体保持部材によってほぼ最大限に貯溜させた状態に保つことができ、液体保持部材に気泡が保持されてしまうという従来の問題を解消することができる。また、液体補給位置にて補給手段により補給タンク内の液体を液体補給通路を介して第２の液室内に補給する場合、第２の液室内に介在する空気が排気通路から外部に排出され、第２の液室内に液体を円滑に補給することができる。
【００４２】
液体補給通路に設けられてこの液体補給通路を塞ぎ、液体補給位置にて開放状態となる第１の弁と、排気通路に設けられてこの排気通路を塞ぎ、液体補給位置にて開放状態となる第２の弁とを液体タンクが有する場合、液体タンクの使用中に第２の液室内に貯溜された液体が液体補給通路や排気通路を通って外部に漏出したり、あるいは水分が蒸発してしまうような不具合を未然に防ぐことができる。
【００４３】
第２の液室に貯溜された液体の量を外部から検知するための透明な窓を液体タンクに形成し、この窓を介して第２の液室に貯溜された液体の量を光学的に検出する液体残量センサを設けた場合、液体残量センサからの検出信号に基づいて第２の液室内に貯溜されている液体の残量を検出し、その適切な補給時期を容易に設定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明による画像形成装置をインクジェットプリンタに応用した一実施形態について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限らず、これらをさらに組み合わせたり、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の技術にも当然応用することができる。
【００４５】
本実施形態におけるインクジェットプリンタの外観を模式的に図１に示し、そのヘッドカートリッジの内部構造を図２に示し、このヘッドカートリッジのインクタンクに対するインク供給系を図３に模式的に示す。すなわち、プリント媒体Ｐを間欠的に搬送する給紙ローラ１１と平行に配された案内部材１２には、この案内部材１２に沿って走査移動するキャリッジ１３が摺動自在に連結されている。このキャリッジ１３には、プリント媒体Ｐに対してインク滴を吐出するプリントヘッド１４と、このプリントヘッド１４に供給されるインクを貯溜するインクタンク１５とからなるヘッドカートリッジ１６が取り外し可能に搭載される。キャリッジ１３の走査移動方向一端部に設定されたインク補給位置、つまりホームポジションには、プリントヘッド１４の吐出口面１７に開口する図示しない吐出口を密閉状態で覆うキャッピング部材１８と、インクタンク１５に補給すべきインクＩが貯溜された補給タンク１９とが設けられている。補給タンク１９には、多量のインクＩを密封状態で収容した可撓性を有するインク収容袋２０が組み込まれ、ホームポジションに移動してきたプリントヘッド１４のインクタンク１５に対し、ジョイント機構２１を介して連結されるようになっている。
【００４６】
ヘッドカートリッジ１６におけるインクタンク１５は、１枚のプリント媒体Ｐに対し、そのプリント途中でインクの補給を必要としないような必要最小量のインクを貯溜するものである。このため、本実施形態では１枚のプリント媒体Ｐに対するプリントを終了する度にホームポジションに戻り、補給タンク１９からヘッドカートリッジ１６のインクタンク１５内に所定量のインクを補給するようになっているが、プリント媒体Ｐに対するプリント作業中であってもインクタンク１５内に貯溜されたインクの残量に応じてホームポジションに戻り、インクをプリント作業の途中で補給することも当然可能である。
【００４７】
本実施形態におけるインクタンク１５は、プリントヘッド１４に供給されるインクを貯溜する第１のインク室２２と、一端側がこの第１のインク室２２に連通してここに介在するインクをプリントヘッド１４に導くためのヘッド連通部２３と、第１のインク室２２内に収容されてこの第１のインク室２２内のインクを保持し得る多孔質状のインク保持部材２４と、一端側が第１のインク室２２に連通すると共に他端側が大気に連通する大気連通部２５と、第１のインク室２２に供給されるインクＩを貯溜する第２のインク室２６と、この第２のインク室２６と第１のインク室２２とに連通して第２のインク室２６内のインクＩを第１のインク室２２に導くインク供給通路２７と、第２のインク室２６に連通して外部から第２のインク室２６内にインクＩを補給するためのインク補給通路２８と、第２のインク室２６に連通してこの第２のインク室２６内の空気を外部に排出するための排気通路２９とを具えている。
【００４８】
第１のインク室２２側において、大気連通部２５は第１のインク室２２の上端部に連通し、ヘッド連通部２３は第１のインク室２２の下端部に連通している。また、インク供給通路２７は大気連通部２５から最も離れるように第１および第２のインク室２２，２６の下端部にそれぞれ連通している。
【００４９】
前述のジョイント機構２１は、図７および図８に示した従来のインク補給回復ユニット２０４とほぼ同じ機能を有するものであり、ホームポジョンにて排気通路２９に接続する吸引管３０と、この吸引管３０を介して第２のインク室２６内の空気を吸引する吸引ポンプ３１と、補給タンク１９に連通し、ホームポジションにて後述する第１の弁３２を開弁状態に切り替えるインク補給管３３と、ホームポジションにて後述する第２の弁３４を開弁状態に切り替える開弁ロッド３５とを具えている。
【００５０】
第２のインク室２６側において、インク補給通路２８は第２のインク室２６の下端部に連通し、排気通路２９は第２のインク室２６の上端部に連通している。また、インク補給通路２８には、このインク補給通路２８を開放可能に塞ぐ第１の弁３２が設けられ、排気通路２９には、この排気通路２９を開放可能に塞ぐ第２の弁３４が設けられている。本実施形態における第１の弁３２は、インク補給通路２８に形成された弁座に当接し得るボール３６と、このボール３６を弁座に押し当てるばね部材３７とを具えたボール弁（逆止め弁）であり、第２の弁３４は排気通路２９を開放するための通路３８が形成されたスプール３９と、排気通路２９を塞ぐようにスプール３９を付勢するばね部材４０とを具えたスプール弁であるが、他の形式の弁を利用することも当然可能である。
【００５１】
第１のインク室２２に収容されたインク保持部材２４により、プリントヘッド１４に供給される第１インク室内のインクを適切な負圧に保持することが可能である。また、大気連通部２５を介して第１のインク室２２を常に大気開放することにより、過大な負圧が第１のインク室２２に発生せず、プリントヘッド１４からのインクの吐出に伴い、第１のインク室２２内に介在するインクを円滑にプリントヘッド１４側に供給することができる。第１のインク室２２内のインクがある程度消費され、第１のインク室２２内に収容されたインク保持部材２４によるインクの保持力、つまり負圧が第２のインク室２６内の圧力よりも大きくなると、第２のインク室２６内のインクＩがインク供給通路２７から第１のインク室２２に吸引されて第２のインク室２６が負圧状態となる。第２のインク室２６内の負圧が第１のインク室２２の負圧よりも大きくなると、第１のインク室２２から空気がインク供給通路２７を介して第２のインク室２６に引き込まれ、第１のインク室２２および第２のインク室２６の圧力が平衡状態となる。
【００５２】
このようにして第２のインク室２６内のインクＩが第１のインク室２２へと供給され、第２のインク室２６内のインクＩの残量が所定量に達した場合、適当なタイミングにて第２のインク室２６に対するインクの補給を行う必要がある。この場合、キャリッジ１３がホームポジションまで移動し、ジョイント機構２１を作動させてインク補給管３３が第１の弁３２を開弁状態に切り替えると共に開弁ロッド３５が第２の弁３４を開弁状態に切り替え、さらに吸引管３０が排気通路２９に接続状態とした後、吸引ポンプ３１を作動して第２のインク室２６内の空気を排気通路２９から吸引管３０を介して第２のインク室２６外に排出する。これによって第２のインク室２６が負圧状態となり、補給タンク１９内のインクＩが第１の弁３２を介して第２のインク室２６に吸引補給されることとなる。
【００５３】
吸引ポンプ３１を作動させ続けると、第２のインク室２６から排気通路２９を介してあふれるインクが吸引ポンプ３１側へ引き込まれるので、これを補給タンク１９へ戻したり、あるいは予め吸引ポンプ３１の作動時間を排気通路２９からインクが外部に引き出されないような適当な時間に設定しておくことが望ましい。何れにしろ、第２のインク室２６にはインク保持部材２４が介在していないため、インクの補給を何度繰り返しても常に一定量のインクを第２のインク室２６に補給することができる。
【００５４】
上述した実施形態では、第２のインク室２６内へのインクＩの補給時に吸引ポンプ３１の作動時間を適切に設定しないと、過剰に補給されたインクＩが排気通路２９から吸引管３０内に吸い込まれ、そのための後処理が面倒となってしまう不具合がある。そこで、排気通路２９側に液体であるインクが流入しないように、気液分離フィルタを第２のインク室２６と排気通路２９との接続部分に組み込むことが有効である。
【００５５】
このような本発明による液体タンクの他の実施形態の内部構造を図４に示し、そのインク補給状態を図５に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同じ符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施形態における第２のインク室２６と排気通路２９との接続部分には、排気通路２９を横切るように配されて空気などの期待の透過が可能であってインクなどの液体を通過させない気液分離フィルタ４１が介装されている。また、本実施形態では先の実施形態の吸引ポンプ３１に代えてインク補給管３３の途中に圧送ポンプ４２を組み込み、補給タンク１９内のインクＩを第２のインク室２６に加圧供給することにより、第２のインク室２６内の空気を排気通路２９から排出させるようにしており、これに伴って第２の弁３４としてボール４３とばね部材４４とを用いた逆止め弁を使用している。
【００５６】
従って、圧送ポンプ４２の作動によって第２のインク室２６が完全にインクＩが充填されたとしても、気液分離フィルタ４１によってインクＩが排気通路２９側に漏出せず、インク供給通路２７を介して第１のインク室２２側へ供給されることとなるが、圧送ポンプ４２の吐出能力を小さなものに設定しておけば、負荷の増大によって圧送ポンプ４２は自ずと停止することとなり、圧送ポンプ４２などの制御が容易となる。
【００５７】
なお、本実施形態では第２のインク室２６に貯溜されたインクＩの量を外部から検知するための透明な窓４５をさらに具えており、この窓４５を介して外部から第２のインク室２６内に検出光を入射させ、第２のインク室２６内のインク液面Ｆからの反射光の強度に基づいて第２のインク室２６におけるインクＩの残量をホームポジションに位置する第２のインク室２６の窓４５と対向するように配されたインク残量検出センサ４６によって検出し、適切なタイミングにて補給タンク１９から第２のインク室２６へのインクＩの補給を行うことができるようになっている。
【００５８】
本発明は、液体の吐出を行わせるために利用されるエネルギーとして熱エネルギーを発生する手段（例えば電気熱変換体やレーザ光など）を具え、この熱エネルギーにより液体の状態変化を生起させるインクジェット方式の画像形成装置において優れた効果をもたらすものであるが、圧電素子を利用して液体の吐出を行うインクジェット方式の画像形成装置においても有効である。
【００５９】
本発明の画像形成装置の構成として、液体吐出ヘッドからの液体の吐出状態を適正にするための回復手段や、予備的な補助手段などを付加することは本発明の効果を一層安定できるので、好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、液体吐出ヘッドに対するキャッピング手段，クリーニング手段，加圧あるいは吸引手段，電気熱変換体やこれとは別の加熱素子あるいはこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手段，プリント作業とは別に吐出を行う予備吐出手段を挙げることができる。
【００６０】
搭載される液体吐出ヘッドの種類や個数についても、例えば単色のインクに対応して１個のみが設けられたものの他、色相や濃度（明度）を異にする複数種のインクに対応して複数個設けられるものであってもよい。すなわち、例えば画像形成装置のプリントモードとしては黒色などの主流色のみのプリントモードだけではなく、液体吐出ヘッドを一体的に構成するか、複数個の組み合わせによるか何れでもよいが、異なる色の複色カラーまたは混色によるフルカラーの各プリントモードの少なくとも一つを備えた画像形成装置にも本発明は極めて有効である。この場合、プリント媒体の種類やプリントモードに応じてインクのプリント性を調整するための処理液（プリント性向上液）を専用あるいは共通の液体吐出ヘッドからプリント媒体に吐出することも有効である。
【００６１】
本発明にかかる画像形成装置の形態としては、コンピュータや光ディスク装置などの情報処理機器の出力端末として用いられるものの他、リーダなどと組合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置や捺染装置、あるいはエッチング装置の形態を採るものなどであっても良く、プリント媒体としては、シート状あるいは長尺の紙や布帛、あるいは板状をなす木材や皮革，石材，樹脂，ガラス，金属などの他に、３次元立体構造物などを挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明による画像形成装置をインクジェットプリンタに応用した一実施形態の外観を模式的に表す立体投影図である。
【図２】図１に示したインクジェットプリンタに搭載されるヘッドカートリッジの内部構造を表す断面図である。
【図３】図２に示したヘッドカートリッジに対するインクの補給状態を模式的に表す断面図である。
【図４】本発明による液体タンクを図１に示したインクジェットプリンタに搭載されるヘッドカートリッジに応用した他の実施形態の内部構造を表す断面図である。
【図５】図４に示したヘッドカートリッジに対するインクの補給状態を模式的に表す断面図である。
【図６】従来のインクジェットプリンタの外観を模式的に表す立体投影図である。
【図７】従来のピットインタイプのヘッドカートリッジがインク補給位置に移動してきた状態を模式的に表す断面図である。
【図８】図７に示したヘッドカートリッジに対するインクの補給状態を模式的に表す断面図である。
【図９】図７，図８に示したヘッドカートリッジにおけるインク充填回数とインク充填量との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
【００６３】
Ｐ  プリント媒体
Ｉ  インク
Ｆ  インク液面
１１  給紙ローラ
１２  案内部材
１３  キャリッジ
１４  プリントヘッド
１５  インクタンク
１６  ヘッドカートリッジ
１７  吐出口面
１８  キャッピング部材
１９  補給タンク
２０  インク収容袋
２１  ジョイント機構
２２  第１のインク室
２３  ヘッド連通部
２４  インク保持部材
２５  大気連通部
２６  第２のインク室
２７  インク供給通路
２８  インク補給通路
２９  排気通路
３０  吸引管
３１  吸引ポンプ
３２  第１の弁
３３  インク補給管
３４  第２の弁
３５  開弁ロッド
３６  ボール
３７  ばね部材
３８  通路
３９  スプール
４０  ばね部材
４１  気液分離フィルタ
４２  圧送ポンプ
４３  ボール
４４  ばね部材
４５  窓
４６  インク残量検出センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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