(57)【要約】【課題】印字ユニット（キャリッジ）からインクタンクをパイプなどの接続なく分離することで得られる利点に加えて、インクの充填機構を工夫することで・インクの消費量の算定など複雑な処理を単純化する・消費した量だけを充填しインクの無駄な消費を押さえることを目的とする。【解決手段】インクの充填に、充填用・回収用の２本のパイプを印字ユニットに挿入し、充填と同時に、回収も行う。回収用パイプの高さを充填量の最大位置とすることで、充填量以上に流入してきたインクを回収する事ができる。回収量を充填量以上に設定することが必要。【選択図】　　　　図１
2004009445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを噴出する印字ヘッドと、インクを蓄えるインクタンクを備えたインク噴出式の画像形成装置において、印字ヘッドとインクタンクを分離して配置する構成と、印字ヘッドとともに配置されるある一定量のインクを保持できるインク保持手段と、インクタンクからインク保持手段にインクを充填するインク充填手段と、インク保持手段から一定量以上のインクを回収するインク回収手段を持ち、インクを充填するときのみインク保持手段とインクタンクがインク充填手段およびインク回収手段によって接続されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１の画像形成装置において、インク充填手段とインク回収手段が、充填用と回収用の２本のパイプを用いて充填と回収を同時に行うように構成され、回収用のパイプの吸入口より上部のインクを回収することで充填量を一定に保つことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
画像形成装置に関するもの。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインク噴出式プリンタの多くは、インクを噴出する印字ヘッドを出力媒体上で移動させ、画像を形成している（インク噴出式プリンタに於いて、一般に印字ヘッドは出力媒体上を移動し、画像を形成することが多い。）。
【０００３】
インク噴出式プリンタにおいては、印字ヘッドを高速に移動させることが、高速に画像を形成する１つの手段であり、また、インクタンクを大きくすることが、使い勝手を向上させる１つの手段である。
【０００４】
従来インク噴出式プリンタでは、インクを噴出する印字ヘッドと、噴出するインクを蓄えておくインクタンクに於いて、以下のような形式が取られていた。
１．印字ヘッドとインクタンクを一体化、あるいは密着させて配置する。
２．印字ヘッドとインクタンクを分離し、パイプによって２つを接続する。
３．印字ヘッドとインクタンクを分離し、印字ヘッドで消費したインクを、インクタンクから適宜充填する。
【０００５】
上記１．の形式では、インクタンクが印字ヘッドと一体であるため、インクをヘッドに供給する機構は簡単になる。しかし、インクタンクの容量の増大に伴い、移動する印字ユニットは大きく重くなる。
【０００６】
そのため、プリンタ本体も大きくなる。また印字ユニットは大きいと同時に重くなるため、高速に移動させることも難しくなる。高速に移動させるためはモーターなどの駆動装置も強力にしなければならず、電源も容量の大きなものが必要となってくる。この形式では、インクタンクの容量を大きくすればするほど印字ユニットは大きく重くなってしまうために、移動速度、制御性、駆動力などの点で、インクタンクの大容量化が難しい。
【０００７】
上記２．の形式では、印字ユニットは印字ヘッドのみで構成されるため、１．の形式に比べれば小さく軽くなる。さらに、インクタンクは印字ユニットから分離されているために、タンク容量が印字ユニットに対して影響を及ぼさないので大容量化が容易である。しかし、パイプによってインクをヘッドに供給しなければならないために、安定してインクを供給するポンプの設置などインクの供給機構が複雑になり、またコストもかかる。また、温度などによってパイプの堅さが変化したり、印字ユニットとインクタンクの位置関係によって、印字ヘッドへのパイプの張力が変化するなど、パイプの接続が印字ユニットに影響を及ぼすため、印字ユニット制御が複雑になり、印字品位にも影響を与えかねない。
【０００８】
上記３．の形式では、大容量インクタンクの搭載、装置の小型化、印字速度の向上、機構の簡素化、を同時に実現することができ、現在有望視されている。この形式を実現する構成はいくつか考えられており、インク保持機構に保持されているインクの消費量を何らかの方法で検出し、
ａ．消費した量のインクを充填する
ｂ．保持機構の残インクを一端すべて排出し、一定量のインクを充填する
といったようなものがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、装置の小型化、高速印字、とインク供給負荷の少ない大容量インクタンクの搭載のためには、従来の技術３．の、インクタンクと印字ヘッドを分離して配置し適宜インクを補給する方法が有力である。
【００１０】
しかし、従来のこの方法を実現する機構では、十分目的を果たすことができなかった。
【００１１】
具体的には
・上記ａ．の手法では、インクの蒸発や、温度による消費量の変動など、正しく消費量を把握することが難しい。補給量が多いと充填機構の容量を超えあふれてしまうし、少ないと印字がかすれてしまうことになる。
・上記ｂ．の手法では、補給量過剰・不足などの問題は発生しないのだが、排出したインクが無駄になり、また排出に時間がかかる。
といった課題が従来の技術にはあった。
【００１２】
本発明の目的は、従来技術の上記課題を解消し、大容量インクタンクの搭載、装置の小型化、印字速度の向上、機構の簡素化、を同時に実現する画像形成装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決する為の手段】
上記目的は、インクを噴出して画像を形成する印字ヘッドと、ある一定数の印字が可能なインクを一回のインク充填によって保持し印字ヘッドにインクを供給するインク保持機構とを備えた印字ユニットと、印字ユニットから分離して配置されたインクタンクから印字ユニットのインク保持機構に対してインクを充填するインク充填機構と、インク保持機構に保持されている一定量以上のインクを再びインクタンクに回収するインク回収機構によって達成される
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を実施した、インク噴出式プリンタのブロック図である。図１中の１０１は紙等の出力媒体にインクを噴出して文字や画像を形成する印字ヘッド、１０２は印字ヘッド１０１にインクを供給するインク保持機構、１０３は印字ヘッド１０１とインク保持機構１０２を搭載し印字媒体上を移動する印字ユニット、１０４は印字ユニットを印字媒体上で水平方向に移動させるための印字ユニット水平移動機構、１０５は印字媒体を垂直方向に移動させるための印字媒体垂直移動機構、１０６は噴出するためのインクを蓄えておくインクタンク、１０７は印字ユニット１０３に搭載されているインク保持機構１０２にインクタンク１０６に蓄えられているインクを充填するインク充填機構、１０８はインク保持機構１０２から一定量以上のインクを回収するインク回収機構、１０９は印字媒体上に画像を形成するために印字ヘッド１０１や印字ユニット水平移動機構１０４、印字媒体垂直移動機構１０５を適切に制御したり、インク保持機構１０２にインクタンク１０６に蓄えられているインクを充填するために、インク充填機構１０７、インク回収機構１０８、印字ユニット移動機構１０４を適切に制御するプリンタ制御ユニットである。
【００１５】
プリンタ制御ユニット１０９が印字ユニット水平移動機構１０４と印字媒休垂直移動機構１０５、印字ヘッド１０１を適切に制御し印字媒体上の適切な位置にインクを噴出していくことで出力画像が形成される。
【００１６】
図２は図１に示した印字ユニット１０３を詳しく示した図である。図２中の２０１は印字ユニットの範囲を示している。２０２はインクを噴出する印字ヘッド、２０３は印字ヘッド２０２に形成されているインクを噴出する穴であるインク噴出ノズル、２０４は印字ヘッド２０２が噴出するインクにかかる負圧を調整するなどするインク吸収スポンジ、２０５は印字を行うために必要な保持インク、２０６はインクを充填するための充填・回収パイプを挿入する挿入口に取り付けられたパッキン、２０７はインクを充填する時に印字ユニット２０１に挿入されインクを流し込む着脱式充填パイプ、２０８はインクを充填するときに印字ユニット２０１に挿入され、一定量以上の充填されたインクを回収する着脱式回収パイプ、２０９は充填中のインクが一定量を満たすまで回収機構に大気を供給する大気連通孔、２１０は印字ユニットが紙面を移動する際のガイドパイプが貢通しているガイドパイプ穴である。
【００１７】
印字ユニット２０１はプリンタ制御ユニット１０９に制御された印字ユニット水平移動機構によって、ガイドパイプ穴２１０に貫通しているガイドパイプに沿って紙面上を移動する。
【００１８】
印字ヘッド２０２はプリンタ制御ユニット１０９の制御によって、インク噴出ノズル２０３からインク吸収スポンジ２０４を通して保持インク２０５を噴出する。
【００１９】
図３は本発明を実施したインク噴出式プリンタの印字機構部分を上から見た図である。
【００２０】
３０１は図２で説明した印字ユニット、３０２印字ユニットがインクを噴出する印字媒体、、３０３は印字ユニット３０１を移動する際に印字ユニット３０１をガイドするガイドパイプ、３０４はインクを蓄えておくインクタンク、３０５は印字ユニット３０１にインクを充填する際にインク充填パイプ３０８を挿入するためのインク充填口、３０６は印字ユニット３０１にインクを充填する際に一定量以上のインクを回収するためのインク回収パイプ３０６を挿入するためのインク回収口、３０７はインク充填口３０５とインク充填ポンプ３０９を接続しインクを流し込む着脱式インク充填パイプ、３０８はインク回収口３０６とインク回収ポンプ３０９を接続しインクを回収する着脱式インク回収パイプ、３０９は印字ユニット３０１に対して着脱式インク充填パイプ３０７を通してインクタンク３０４のインクを一定量だけ印字ユニットに送り出し、また印字ユニット３０１から着脱しインク回収パイプ３０８を通して一定量以上の余ったインクをインクタンク３０４に対して吸い戻すインク充填・回収ポンプ、３１０は印字ユニット３０１に対してインクを充填する際に印字ユニット３０１を移動させるインク充填位置である。
【００２１】
印字ユニット３０１にインクを充填する場合は、まず、印字ユニット３０１をインク充填に位置３１０に移動させ、着脱式インク充填パイプ・回収パイプの２本のパイプを、印字ユニット３０１のインク充填口・インク回収口に挿入する。その後一定時間インク充填・回収ポンプ３０９を駆動し、インクタンク３０４のインクを印字ユニット３０１に流し込む。はじめのうちは回収機構からは、印字ユニット３０１に構成されている前記図２の大気連通孔２０９から流入してくる大気が回収される。しばらくして印字ユニット内のインク容量が一定量を満たすと、以降回収機構からは充填機構で流し込んでいるインクの量と同一量のインクが回収されるようになる。この状態になるとインクの充填は完了する。
【００２２】
図４は本発明を実施したインク噴出式プリンタの印字機構部分を正面から見た図である。４０１は図２で説明した印字ユニット、４０２は印字ユニット４０１上に搭載されている印字ヘッド、４０３はは印字ユニット４０１を移動する際に印字ユニット４０１をガイドするガイドパイプ、４０４はインクを蓄えておくインクタンク、４０５はインクタンク４０４から印字ユニット４０１にインクを充填し、また逆に印字ユニット４０１から余剰となったインクを回収するためのインク充填・回収ポンプ、４０６はインク充填・回収ポンプ４０５と印字ユニット４０１を接続する着脱式インク充填・回収パイプ、４０７は印字ヘッド４０２にインクを充填する際に移動させるインク充填位置である。
【００２３】
図５は印字ユニット１０３に対してインクを充填する様子を詳しく図示したものである。５０１は印字ユニット１０３によって印字が行われた後の印字ユニット内部の状態を表している。５０２は印字ユニット１０３にインクを充填している最中の印字ユニット内部の状態を表している。５０３は印字ユニット１０３へのインクの充填が完了している時点の印字ユニット内部の状態を表している。５０４はインク吸収スポンジ、５０５は保持インク５０６はパッキン、５０７は着脱式充填パイプ、５０８は着脱式回収パイプ、５０９は大気連通孔である。
【００２４】
以上の図、特に図５を用いて、インクの充填の様子を詳しく説明する。
【００２５】
印字ユニット１０３内にはある程度のインクを保持することができるようになっており、印字によって、保持されているインク５０５は消費され減っていく。保持インクがすべて消費される前にインクを充填する必要がある。
【００２６】
印字ユニット３０１にインクを充填する場合は、まず、印字ユニット３０１をインク充填に位置３１０に移動させ、着脱式インク充填パイプ・回収パイプの２本のパイプを、印字ユニット３０１のインク充填口・インク回収口に挿入する（５０１）。
【００２７】
インク充填・回収ポンプは、回収量が充填量以上となるように設定する。こうすることで、印字ユニット３０１内の保持インクはあふれることがない。
【００２８】
インク充填・回収ポンプ３０９を駆動すると、着脱式インク充填パイプ５０７を通してインクタンク３０４のインクが、印字ユニット３０１に入ってくる。はじめのうちは、着脱式インク回収パイプ５０８の先端は保持インク５０５に接触しておらず、大気連通孔５０９から印字ユニット内部に流入してくる空気を回収する（５０２）。
【００２９】
しばらくして印字ユニット内の保持インク５０５の容量が増加し、着脱式インク回収パイプ５０８に接触するようになる。これ以後は、インク充填機構からの流入量と同量が着脱式インク回収パイプを通して、回収機構に回収されていく（５０３）。
【００３０】
この方法では、いつでも保持インク５０５が全く無い状態から充填完了までに十分な量のインクを充填するよう構成することで、印字ユニット内部のインクはあふれることなく、充填後はいつも一定量の保持インク量を保証することができ、また、余剰となったインクも回収機構によって再び充填に使用されるため、インク消費量の無駄を省くことができる。
【００３１】
本発明の趣旨は、印字ユニット３０１を小型軽量にすることで、装置の小型化、印字速度の向上を実現し、さらにインクの充填機構を工夫することで、インク充填にかかる処理の単純化と正確さも同時に実現するものである。
【００３２】
本発明を実施したインク噴出式プリンタでは、印字ユニット３０１には少量のインクしか保持せず、一定数印字を行う度にインクを充填する機構をもつ。インクの充填にはある程度の時間が必要なため、印字ユニット３０１に保持するインクの量が余りにも少ないと、印字速度の向上が実現できなくなる。
【００３３】
印刷効率の点からは１回のインク充填でより多くの印字が行えることが望ましいが、あまり多量のインクを保持できるようにすると、インク保持機構が占める大きさ重さが増し、本発明の趣旨にそぐわない。
【００３４】
本実施例では、１回のインク充填で、どのような画像を１頁分印字しても十分印字が可能になるように、印字ユニット３０１に保持するインクの量を設定した。こうすることで、その頁の印刷を開始する前にインクの充填を行っておけば、インクの充填をする事なしにその責を印刷する事ができる。
【００３５】
また、印字ユニット３０１に保持されているインクが無くなる前に、必ずインクを充填しなければならない。
【００３６】
インクの充填時期を検出する方法は、印字ユニット３０１にインク残量の検出手段を設ける方法や、インクの吐出量を検出する手段を設けインクの吐出量を計測し充填量を吐出しきる前に充填するという方法など、いくつかの方法がある。
【００３７】
本実施例では、前述のように１回のインク充填でどのような画像を１頁分印字しても十分印字が可能になるように、印字ユニット３０１に保持するインクの量を設定し、各頁を印字する前にインクの充填を行う。この方法によれば、インク残量の検出手段や、インク吐出量の検出手段を設けることなく、印字ユニットが保持しているインクが無くなる前に確実にインクの充填を行うことができる。また、給紙・排紙の動作とインクの充填の動作をオーバーラップさせて行うことで、インクの充填にかかる時間を節約することもできる。
【００３８】
本発明によるインク充填は、たとえ印字ユニット３０１にインクが残っていても、必ず充填後は一定量の保持を保証できるので、インクの充填の際に、充填量を算出して充填するなどの複雑な処理を行う必要がない。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、インクを噴出して画像を形成する印字ヘッドと、ある一定数の印字が可能なインクを１回のインク充填によって保持し印字ヘッドにインクを供給するインク保持機構とを備えた印字ユニットと、本発明の主たる特徴である、印字ユニットから分離して配置されたインクタンクから印字ユニットのインク保持機構に対してインクを充填するインク充填機構、により、次のような効果が得ることができる。
【００４０】
１．印字ユニットの小型軽量化ができる。
【００４１】
２．１．によって、装置全体の小型化ができる。
【００４２】
３．１．によって、高速に印字ユニットを動作させ、画像形成時闇を短縮することができる。
【００４３】
４．印字ユニットにパイプなどの外乱要素を接続しなくてすむ。
【００４４】
５．４．によって、印字ユニットの駆動制御を簡単にすることができる。
【００４５】
６．１．４．によって、モーター、電源などの駆動機構を簡素化することができる。
【００４６】
７．印字ユニット、駆動機構、制御負荷などへ影響を与えることなく、インクタンクの大容量化が実現できる。
【００４７】
８．インクタンクを定位置に配置することができる。
【００４８】
９．８．によって、インクタンク交換に関する装置側の制御を簡素化する。
【００４９】
１０．８．によって、装置使用者によるインクタンクの交換作業を簡単にすることができる。
【００５０】
１１．印字ユニット内の保持インク容量を気にする必要がない。
【００５１】
１２．１１．によって消費量の算定など複雑な処理を単純化することができる。
【００５２】
１３．消費した量だけが充填される。
【００５３】
１４．１３．によってインクを無駄に消費せず経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施したインク噴出式プリンタのブロック図。
【図２】印字ヘッドユニットの詳細構造図。
【図３】上面から見た印字機構部分の構造図。
【図４】正面から見た印字機構部分の構造図。
【図５】インク充填機構の詳細図。
【符号の説明】
１０１　印字ヘッド
１０２　インク保持機構
１０３　印字ユニット
１０４　印字ユニット水平移動機構
１０５　印字媒体垂直移動機構
１０６　インクタンク
１０７　インク充填機構
１０８　インク回収機構
１０９　プリンタ制御ユニット
２０１　印字ユニット
２０２　印字ヘッド
２０３　インク噴出ノズル
２０４　インク吸収スポンジ
２０５　保持インク
２０６　パッキン
２０７　着脱式充填パイプ
２０８　着脱式回収パイプ
２０９　大気連通孔
２１０　ガイドパイプ穴
３０１　印字ユニット
３０２　印字媒体
３０３　ガイドパイプ
３０４　インクタンク
３０５　インク回収口
３０６　インク充填口
３０７　着脱式インク回収パイプ
３０８　着脱式インク充填パイプ
３０９　インク充填・回収ポンプ
３１０　インク重点位置
４０１　印字ユニット
４０２　印字ヘッド
４０３　ガイドパイプ
４０４　インクタンク
４０５　インク充填・回収ポンプ
４０６　着脱式インク充填・回収パイプ
４０７　インク充填位置
５０１　印字ヘッドに付随するインク保持機構の、印字後の状態を表した図
５０２　インク充填中の図
５０３　インク充填完了状態の図
５０４　インク吸収スポンジ
５０５　保持インク
５０６　パッキン
５０７　着脱式充填パイプ
５０８　着脱式回収パイプ
５０９　大気連通孔
【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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