(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズルを備えた液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンクと、
前記ヘッドタンクに供給する液体を貯留する液体貯留容器と、
前記液体貯留容器から前記ヘッドタンクに液体を送液する第1の送液装置と、
前記液体吐出ヘッドから吸引した液体を貯留する圧力調整タンクと、
前記液体吐出ヘッドから前記圧力調整タンクに液体を送液する第２の送液装置と、
を備えた液体吐出装置であって、
前記ヘッドタンクは、所定の圧力以下になったときに開放される液体受容弁を介して前記液体貯留容器から液体を受容する液体受容口と、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給口を有し、
前記液体吐出ヘッドは、前記液体供給口と連通する液体流入口と、第２の送液装置を介して前記圧力調整タンクと連通する液体流出口を有することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記圧力調整タンクは、大気と連通し、内部の液体の液面が前記ノズルよりも低い位置にあることを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記ヘッドタンクは、排気装置を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記ヘッドタンクから前記液体流入口までの流路の流動抵抗が、前記液体流出口から前記圧力調整タンクまでの流路の流動抵抗よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記液体流出口から前記圧力調整タンクまでの流路の流動抵抗を制御する流動抵抗制御装置を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記流動抵抗制御装置は、前記第1の送液装置により制御されることを特徴とする請求項５記載の液体吐出装置。
【請求項７】
前記第1の送液装置は、空気圧によって前記液体貯留容器内の液体を加圧することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項８】
前記圧力調整タンクは、内部を大気と非連通状態にする大気弁を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項９】
前記圧力調整タンクと前記液体貯留容器を連通する液体帰還流路と、
前記液体帰還流路を開閉する帰還流路開閉弁を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項１０】
前記液体は、インクであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の液体吐出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出装置及びこれを備えた画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オンデマンド型のインクジェット（ＩＪ）記録技術には、インクを充填した液室の壁の一部に振動板を設け、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インクを吐出する方式や、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、インクを吐出する方式が広く知られている。近年ではＩＪ技術は低価格のプリンタだけでなく、大判のポスター、看板などの画像形成にも応用されてきている。ビジネス用途や産業用途では、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からチューブを介してヘッド上部のヘッドタンク（サブタンクとも言う）にインクを供給（リフィル）する方式が一般化している。このようなチューブを用いてインクをリフィルする方式とすることで、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。
【０００３】
印刷スループットの更なる向上のため、ヘッドのノズル数増加、ヘッド駆動の高周波数化に伴うインク送液流量の増加や、短時間乾燥のためのインク高粘度化が進むと、チューブ流体抵抗の圧力損失によりリフィル不足の問題が生じる。特に大判の印刷媒体に記録を行う装置では、チューブ長が長くなるため、その分圧力損失が大きくなり問題は深刻である。
【０００４】
このような問題に対して、特許文献１に開示されているインク供給システムのように、供給側のインクを加圧すると共に、サブタンクの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有効である。ここに開示されているインク供給システムは、本体据え置きのリザーバタンクとキャリッジ搭載のサブタンクとの間にインクを循環させて、インクとともに気泡を排出できる構成としている。そして、インク循環路の供給路と帰還路の流体抵抗に差を持たせ、インク循環圧力によってサブタンクを加圧状態に保っている。記録ヘッドはサブタンクと差圧弁を介して接続されていて、記録ヘッドが一定の負圧以下になった時に、サブタンクから記録ヘッドにインクが供給される構成となっている。これにより、前述のリフィル不足の問題は解決される。しかし、このインク供給システムでは、サブタンク内のインクを上流のリザーバタンクとの間で循環しているのみで、記録ヘッド部に発生した気泡は吸引による排出のみなので、肝心の記録ヘッドの気泡排出性が十分でなく、ノズルからのインクの吐出安定性に問題がある。特にヘッドが長尺化した場合には気泡排出性が悪くなり、十分な吐出安定性を確保できない恐れがある。
【０００５】
一方、特許文献２に開示されているインク供給システムは、記録ヘッド部の気泡排出性を良好とする構造となっている。このインク供給システムは、記録ヘッドの共通液室の一端にインクカートリッジ、他端にサブタンクが接続され、インクカートリッジの加圧とサブタンクの大気開放を適宜行って、両者の間でインクを往復させることでヘッドの共通液室内の気泡を排出することができる。
【特許文献１】特開２００６−８８５６４号公報
【特許文献２】特許第３２５２３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、特許文献１に記載のインク供給システムでは、インクのリフィルの問題は解決できても、ヘッドが長尺化した場合にヘッドの気泡排出性が十分でなく、吐出安定性を確保できない恐れがある。特許文献２に記載のインク供給システムでは、ヘッドの気泡排出性は良好となっても、インクのリフィル不足の問題を解決することはできない。
【０００７】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、大流量のインク供給が要求される場合でもリフィル不足を生じることなく、記録ヘッドの気泡を十分に排出でき、記録ヘッドの吐出安定性を高めた液体吐出装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、液体を吐出するノズルを備えた液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンクと、前記ヘッドタンクに供給する液体を貯留する液体貯留容器と、前記液体貯留容器から前記ヘッドタンクに液体を送液する第1の送液装置と、前記液体吐出ヘッドから吸引した液体を貯留する圧力調整タンクと、前記液体吐出ヘッドから前記圧力調整タンクに液体を送液する第２の送液装置と、を備えた液体吐出装置であって、前記ヘッドタンクは、所定の圧力以下になったときに開放される液体受容弁を介して前記液体貯留容器から液体を受容する液体受容口と、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給口を有し、前記液体吐出ヘッドは、前記液体供給口と連通する液体流入口と、第２の送液装置を介して前記圧力調整タンクと連通する液体流出口を有することを特徴とする液体吐出装置である。
【０００９】
好ましい本発明は、前記圧力調整タンクは、大気と連通し、内部の液体の液面が前記ノズルよりも低い位置にあることを特徴とする前記液体吐出装置である。
【００１０】
好ましい本発明は、前記ヘッドタンクは、排気装置を備えることを特徴とする前記液体吐出装置である。
【００１１】
好ましい本発明は、前記ヘッドタンクから前記液体流入口までの流路の流動抵抗が、前記液体流出口から前記圧力調整タンクまでの流路の流動抵抗よりも小さいことを特徴とする前記液体吐出装置である。
【００１２】
好ましい本発明は、前記液体流出口から前記圧力調整タンクまでの流路の流動抵抗を制御する流動抵抗制御装置を備えることを特徴とする前記液体吐出装置である。
【００１３】
好ましい本発明は、前記流動抵抗制御装置は、前記第1の送液装置により制御されることを特徴とする前記液体吐出装置である。
【００１４】
好ましい本発明は、前記第1の送液装置は、空気圧によって前記液体貯留容器内の液体を加圧することを特徴とする前記液体吐出装置である。
【００１５】
好ましい本発明は、前記圧力調整タンクは、内部を大気と非連通状態にする大気弁を有することを特徴とする前記液体吐出装置である。
【００１６】
好ましい本発明は、前記圧力調整タンクと前記液体貯留容器を連通する液体帰還流路と、
前記液体帰還流路を開閉する帰還流路開閉弁を有することを特徴とする前記液体吐出装置である。
【００１７】
好ましい本発明は、前記液体は、インクであることを特徴とする前記液体吐出装置である。
【００１８】
本発明は、前記液体吐出装置のいずれかを備えたことを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、大流量のインク供給が要求される場合でもリフィル不足を生じることなく、記録ヘッドの気泡を十分に排出でき、記録ヘッドの吐出安定性を高めた液体吐出装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の液体吐出装置は、液体を吐出するノズルを備えた液体吐出ヘッド（記録ヘッドとも言う。）と、前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンクと、前記ヘッドタンクに供給する液体を貯留する液体貯留容器と、前記液体貯留容器から前記ヘッドタンクに液体を送液する第1の送液装置と、前記液体吐出ヘッドから吸引した液体を貯留する圧力調整タンクと、前記液体吐出ヘッドから前記圧力調整タンクに液体を送液する第２の送液装置とを備えている。そして、前記ヘッドタンクは、所定の圧力以下になったときに開放される液体受容弁を介して前記液体貯留容器から液体を受容する液体受容口と、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給口を有し、前記液体吐出ヘッドは、前記液体供給口と連通する液体流入口と、第２の送液装置を介して前記圧力調整タンクと連通する液体流出口を有している。
【００２１】
このため、圧力調整タンクによって記録ヘッドの液体供給経路内を適正な負圧に維持しながら、常時、液体貯留容器から液体をオンデマンドで供給できるので、記録ヘッドの長尺化などによる液体吐出流量増加や、供給チューブのロングチューブ化などによる液体供給経路の流動抵抗が増加した場合であっても、供給不足を生じることなく安定して記録ヘッドに液体を供給できる。また、記録ヘッドに液体の流入口と流出口を設けて、液体を記録ヘッド内を流入口から流出口へとインクを流通させ、流出口からは圧力調整タンクに排出するようにしているので、記録ヘッド内から容易に気泡を排出でき、記録ヘッドの吐出異常の原因となり易い気泡を含まない液体をノズルから吐出することができる。これにより、記録ヘッドへの安定した高速大量液体供給と、記録ヘッドの信頼性の高い液体吐出を実現することができる。
【００２２】
大気と連通し、内部の液体の液面が記録ヘッドのノズルよりも低い位置にあれば、ノズル位置と圧力調整タンク内の液体の液面位置とのヘッド差によって、記録ヘッド部の負圧維持ができる。また、液体受容口は、弁を備えることにより、液体貯留容器からの液体の供給を制御することができる。これにより、ヘッドタンクへの効率的な液体供給が可能となる。
【００２３】
ヘッドタンクは、排気装置を備えることにより、ヘッドタンク内の空気を除去し、液体貯留容器からの液体の供給を容易にすることができる。特に、ヘッドタンクに液体が入っていない状態から液体を供給する場合は、排気装置によりヘッドタンク中の空気を除去することで、容易に液体貯留容器から液体を供給することができる。
【００２４】
ヘッドタンクから液体流入口までの流路の流動抵抗が、液体流出口から圧力調整タンクまでの流路の流動抵抗よりも小さいくすることで、ヘッドタンクからの液体の流入が容易となり、記録ヘッドからの液体吐出や、記録ヘッドのノズルからのキャップ吸引操作時に、圧力調整タンクから記録ヘッドへの液体の逆流が抑制され、記録ヘッドの負圧を安定して維持することができる。液体流出口から圧力調整タンクまでの流路の流動抵抗を制御する流動抵抗制御装置を備えておれば、必要に応じて、容易にヘッドタンクから液体流入口までの流路の流動抵抗を、必要な範囲で小さくすることができる。これにより、ノズル数増などによる記録ヘッドの吐出流量が増加した場合や、記録ヘッドへのキャップによるノズル吸引圧を大きくして、強くノズルからの排気を行った場合でも、圧力調整タンクからの液体の逆流を防止できる。また、記録ヘッドの流入口から流出口へ向かう流れを形成して排気するための排気用のポンプを小型低コストなものにすることができる。流動抵抗制御装置は、第1の送液装置の液体や空気などの作動圧により制御される構成としておけば、流体抵抗を制御するためだけのアクチュエータや弁等が不要となり、複雑な制御機構を設けなくてもよく、簡素な設備とすることができる。
【００２５】
第1の送液装置は、空気圧によって液体貯留容器内の液体を加圧する構成とすることができ、液体を用いた場合の蒸発、増粘、固着などの不具合がなく、信頼性の高い液体吐出装置を実現することができる。
【００２６】
圧力調整タンクは、内部を大気と非連通状態にする大気弁を有する構成とすることで、圧力調整タンクから記録ヘッドへの液体の流出入を防止できる。圧力調整タンク内の液体の量を一定の範囲に維持することで、記録ヘッドの負圧を安定に保持することができ、信頼性の高い液体吐出装置を実現することができる。
【００２７】
圧力調整タンクと前記液体貯留容器を連通する液体帰還流路と、液体帰還流路を開閉する帰還流路開閉弁を有する構成とすることで、記録ヘッドの流入口から流出口へ向かう液体の流れを形成して、記録ヘッド内の気泡を完全に排出すると共に、圧力調整タンク内に溜まった過剰な液体を液体貯留容器に戻すことができ、液体の有効利用を図ることができる。
【００２８】
本発明の液体吐出装置を備えた画像形成装置は、ロングチューブ化しても十分なインク供給量を確保でき、気泡混入による印写ダウンがない信頼性の高い画像形成装置を実現することができる。
【００２９】
本発明の具体的な実施の形態を、図面を参照して、説明する。  
（第一の実施形態）
本発明の第一の実施形態を図１に示す。図１は、本発明の液体吐出装置を備えた本発明の画像形成装置であるインクジェットプリンタの要部を示した正面図（ａ）、右側面図（ｂ）、平面図（ｃ）である。第一の実施形態におけるインクジェットプリンタは、本発明の液体吐出装置の好適な適用例であり、液体としてインクを用いている。このインクジェットプリンタは、左右の側板123L、123Rに横架したガイド部材であるガイドロッド122とガイドレール128とで、キャリッジ120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、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122の長手方向（主走査方向）に移動走査する。このキャリッジ120には、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する液体吐出ヘッドである記録ヘッド1を複数のインク吐出口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】
記録ヘッド１は、図２の記録ヘッドの拡大図に示すように、発熱体基板２と液室形成部材３から構成され、ヘッドタンク101と接続しているヘッドベース部材9に形成された流路から供給されたインクを吐出する。記録ヘッド１は発熱体4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6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5の開口中心軸とを直角としたサイドシューター方式の構成のものである。記録ヘッド1としては、圧電素子を用いて振動板を変形させたり、静電力で振動板を変形させたりし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適用することができる。従来、サーマルヘッド方式は、他の方式に比べてノズル密度を高密度化しやすいという利点がある一方で、原理上ヘッド内に気泡を発生しやすく気泡排出の問題があった。しかし、本発明の液滴吐出装置は、サーマルヘッド方式としてもヘッド内に発生した気泡を容易に排出できる。
【００３１】
サーマルヘッド方式の中には、他にも吐出方向が異なるエッジシューター方式がある。従来のエッジシューター方式の液滴吐出装置においては気泡が消滅する際の衝撃により発熱体4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った。本発明の液滴吐出装置は、エッジシューター方式においても気泡が成長し、その気泡がノズル5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短くならない。また、発熱体4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噴射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。
【００３２】
図１を参照しながら、本発明の液滴吐出装置を中心とするインクジェットプリンタの動作を説明する。キャリッジ120の下方には画像が形成される用紙8が主走査方向と垂直方向（副走査方向）に搬送される。側面図１(b)に示すように、用紙8は、搬送ローラ125と押えコロ126で挟持されて印字部に搬送され、印写ガイド部129に送られる。主走査方向へのキャリッジ120の走査と記録ヘッド1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8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。
【００３３】
この実施形態の液滴吐出装置においては、記録ヘッド1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ヘッドタンク101が一体的に接続される。ここで言う一体的とは、記録ヘッド１とヘッドタンク101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に搭載されているという意味である。ヘッドタンク101のインク室には、第1の送液装置である液体供給チューブ16が接続され、液体貯留容器であるインクカートリッジ76と連通している。ヘッドタンク101の構成を図３に示す。図３(a)はヘッドタンク101の正面図、図３(b)はヘッドタンク101のＡＡ断面図である。なお、どちらの図も理解を助けるために適宜部品の記載を省略したり、部分的に断面図としたりしている。
【００３４】
ヘッドタンク101の内部の記録ヘッド1との接続部の近傍にフィルタ109が設けられ、ろ過して異物などを除去したインクを記録ヘッド1に供給する構成となっている。また、ヘッドタンク101の一方の一壁面にはフィルム部材107が設けられ、ばね108によってヘッドタンク101の容積を拡大する方向に付勢されている。これにより、フィルム部材107は図３(b)に示すように、ヘッドタンクの外側に凸状に膨らんだ形態となっている。ヘッドタンク101には、フィルム部材107の動作に伴って開閉する液体受容弁105を備えた液体受容口であるインク受容口が設けられている。このインク受容口は、インク室106と加圧室102を連通させるものであり、液体受容弁１０５がその開閉により連通、非連通を制御する。通常は、インク受容口の液体受容弁１０５は、閉止しているが、図3(c)に示すようにインク室106の内部のインクが消費され減少すると、インク室106の内部の圧力が低下し所定値以下となると、フィルム部材107がインク室106の内側に反るように変形することにより、液体受容弁１０５の作動棒を押圧して開状態となる。
【００３５】
ヘッドタンク101の上部には、内部の空気量を検知する空気量検知センサ103が設けられている。図３に示すヘッドタンク101では、空気量検知センサ103、103a、103bは電極であり、その先端が異なる高さに設けられて、複数の液面状態を検知することができるようになっている。インク室106の天井面は、勾配が形成されており、最上部近傍にはメンテナンスポート113が設けられており、ヘッドタンク内の空気抜きなどを容易に行える構成としている。メンテナンスポート113はゴム等の弾性体で形成し、着脱自在であるような形態が望ましい。
【００３６】
ヘッドタンク101には、液体を受容する液体受容口であるインク供給ポート110を介して加圧室102が設けられる。この加圧室102には、図１に示した第１の送液装置である液体供給チューブ16が接続される。インク供給ポート110は、必要に応じて液体をヘッドタンクに取り込むための液体受容弁１０５を備えている。
【００３７】
ヘッドタンク101の下部には、記録ヘッド1が接続されている。記録ヘッド１には液体流入口としてのインク流入口25と、液体流出口としてのインク流出口26が共通流路7の両端に設けられている。インク流入口25は、フィルタ109を介してインク室106に連通し、インク流出口26は気泡排出ポート111に連通している。
【００３８】
液体流出口でもある気泡排出ポート111には、第２の送液装置としての排気チューブ112が接続される。ここで、排気チューブ112は、液体供給チューブ16よりも細いものとしている。図1に示すように液体供給チューブ16の一端は、本体据え置きのカートリッジホルダ77に接続され、カートリッジホルダ77内の図示しない管路を介して、インクカートリッジ76と連通している。排気チューブ112の一端は、本体据え置きの気泡排出容器も兼ねた圧力調整タンク70の内部に蓄えられたインク中に連通している。
【００３９】
この実施形態の液体吐出装置では、インクカートリッジ76をポンプ78によって加圧しているので、例えば、広幅の媒体に印字する記録装置のように液体供給チューブ16が長くなり、チューブの流体抵抗が大きくなっても記録ヘッド１へのインクのリフィル不足が起こることがない。また、液体受容弁１０５を設けているのインク室106内から消費された分だけインクが自動的に補充され、インク室106がインクで満たされればインクの供給が停止し、ポンプ78によってインクが過供給されることがない。
【００４０】
この実施形態の液体吐出装置について、図４を参照にして説明する。図４は、この実施形態の液体吐出装置におけるヘッドタンク1へのインク供給システムの説明図である。インクが貯留されているインクカートリッジ76は、インクが収容されたインク袋76aと、インク袋76aを密閉状態で収容するケース部材76bからなり、インク袋76aとケース部材76bの間の密閉空間の空気層76cには空気を出し入れする加圧ポンプ78が接続されている。インク袋76aには、インク供給チューブ（液体供給チューブ）16が接続されている。インク供給チューブ16の途中にはフィルタ75が設けられている。このインク供給チューブ16は、樹脂チューブで、図３に示したヘッドタンク101に備えた加圧室102に接続されている。
【００４１】
タンク101の気泡排出ポート111には、樹脂チューブからなる排気チューブ112が接続され、圧力調整タンク70に連通していている。排気チューブ112には、記録ヘッド1の共通流路7に滞留する空気を吸引する吸引ポンプ79が設けられている。圧力調整タンク70は上部に大気開放口53が設けられ大気圧に保持される。また、圧力調整タンク70内には液位検知センサ74が設けられ、タンク内のインク量を検知することができるようになっている。圧力調整タンク70の底面には廃液ポート93が設けられ、廃液弁91を介して廃液タンク90に連通するドレンチューブ94が接続されている。
【００４２】
この液体吐出装置のヘッドタンク101及び記録ヘッド1へのインク初期充填について、図３、図５〜図７を用いて説明する。図５はインクを初期充填する前の状態の液体吐出装置を示している。初期充填に際しては、図５に示すように、ヘッドタンク101上部のメンテナンスポート113を外し、代わりに一端に排気装置95が設けられた排気チューブ114を接続する。排気装置95としては、電動ポンプなどを使うこともできるが、手動のピストンによる簡易な吸引装置で十分である。
【００４３】
まず、加圧ポンプ78を駆動し、インクカートリッジ76のインク袋76aを加圧する。このとき、ヘッドタンク101内の液体受容弁１０５は、図３(b)に示したように閉じている状態であるため、インクはヘッドタンク101のインク室106には送られない。次に、図６に示すように、ノズル面にキャップ83を密着させ、ノズル面とキャップ83の間を密閉状態にして排気装置95を操作し、ヘッドタンク101内の空気を排気する。この状態ではインク室106内部に負圧が生じている。
【００４４】
インク室106の液体受容口に備えられた液体受容弁１０５は、インク室106が所定の負圧になると開く形態の弁としておく。排気装置95の排気操作によりインク室106に負圧が生じると、液体受容弁１０５が開放状態となる。液体受容弁１０５が開放されれば、インクカートリッジ76のインクが液体供給チューブ16、加圧室102を通りインク室106に供給される。
【００４５】
ヘッドタンク101内にインクが流入し、インクの液面が上昇してインク室106がインクで満たされた状態になれば排気装置95の排気操作を終了する。排気装置95の排気操作を終了すると、インク室106が大気圧と等しくなるため、液体受容弁１０５が閉まり、インクの流入が停止する。インク室106の液面検知の方法としては、空気量検知センサ103を用いてもよいし、インク室106が外部から視認できる構造であれば、光学センサを用いても検出できるし、目視で検知しても良い。排気装置95の排気操作停止によっても、インク室106は負圧でなくなるため、インクカートリッジ76からインク室106へのインク流入も自動的に停止する。
【００４６】
次に、図７に示すように、吸引ポンプ79を駆動し、排気チューブ112中の空気及びインクを矢印Cの方向に吸引する。この吸引操作により、インクはフィルタ109を通り、記録ヘッド１の共通流路7内の空気をインク流出口26に押し出しながら、記録ヘッド1に充填される。インクは、更に排気チューブ112を通って圧力調整タンク70に充填される。この時、圧力調整タンク70には上部に大気開放口53が設けられているので、記録ヘッド1や排気チューブ112の内部にあった空気は、大気開放口53から排出される。
【００４７】
ノズル面をキャップ83によって密閉した状態で吸引ポンプ79を駆動することによって、インク室106は負圧になるので、液体受容弁１０５が開き、インク室106にはインクカートリッジ76からインクが供給される。吸引ポンプ79の駆動に伴い、圧力調整タンク70内のインク液位が上昇し、インク液面を液位検知センサ74aが検知した時点で吸引ポンプ79を停止する。
【００４８】
その後、キャップ83に接続された図示しないポンプによって、ノズル面をキャップにより吸引することによって、記録ヘッド1の個別液室にインクを充填する。
【００４９】
最後に、図示しないワイピング手段によりノズル面をワイピングし、記録ヘッド１のノズル５にインクのメニスカスを形成して初期充填は終了する。
【００５０】
この時点で、記録ヘッド１のノズル５よりも圧力調整タンク70内のインク液面は距離ｈだけ低い位置に設定している。この距離ｈを記録ヘッド1の適切な吐出性能を得られる水頭差に設定していれば、安定したインク吐出性能を得ることができる。圧力調整タンク70内の液位検知センサ74aと74bは、正常なインク吐出が行える水頭差範囲を検知するように設けられる。具体的には、液位検知センサ74aの先端を最大水頭差（例えばノズル面からの距離が100mm）に相当する位置とし、液位検知センサ74bの先端を最小水頭差（例えばノズル面からの距離が20mm）に相当する位置とする。
【００５１】
液体受容弁１０５の開閉の動作圧を、前述の最大水頭差に対応する圧力と最小水頭差に対応する圧力の間に設定しておくことにより、圧力調整タンク70のインクの液面は液位検知センサ74aと74bの間で安定し、インク室106内の負圧はインク液面の位置ｈで定まる水頭差により維持されることになる。
【００５２】
この実施形態の液体吐出装置では、インクカートリッジ76をポンプ78によって加圧しているので、例えば、広幅の媒体に印字する記録装置のように液体供給チューブ16が長くなりチューブの流体抵抗が大きくなっても記録ヘッド１へのインクのリフィル不足が起こることがない。また、液体受容弁１０５を設けているのでポンプ78によってインクが過供給されることもなく、インク室106内から消費された分だけインクが自動的に補充されることになる。
【００５３】
また、記録ヘッド１の共通流路7には適正な負圧を維持する圧力調整タンク70が接続されているので、適正な負圧のもとに安定したインク吐出を行うことができる。また、排気チューブ112を液体供給チューブ16よりも細くしているので、通常の液体吐出動作や気泡排出のためのキャップ吸引によって圧力調整タンク70側からのインクの逆流を抑制することができる。
【００５４】
次に、記録ヘッド1に、気泡が発生又は混入した場合の排出について説明する。ノズル5近傍や記録ヘッド1の個別液室に混入した気泡は、ノズル面のキャップ吸引によって簡単に排出することができるが、共通流路7に混入した空気をキャップ吸引で排出するのは特に記録ヘッド1が長尺化した場合困難になる。この実施形態の液滴吐出装置では、吸引ポンプ79を駆動することにより容易に共通流路7の空気を圧力調整タンク70に送り、大気開放口53から排出することができる。
【００５５】
この共通流路7からの空気排出に際しては、図７に示すようにキャップ83でノズル面を密閉することが望ましい。ノズル面を密閉することによって、吸引ポンプ79の吸引圧によってノズルからの気泡混入をより確実に回避できる。なお、吸引ポンプ79による気泡排出動作により、圧力調整タンク70内のインクが増加する。圧力調整タンク70内のインク液面が、上限である液位検知センサ74bの位置に達した場合には、廃液弁91を開いて廃液タンク90にインクを排出し、圧力調整タンク70内のインク量を適量に制御する。このようにすることにより、インク室106の負圧を適正な圧力値に保持することができる。
【００５６】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態の液体吐出装置について、図８を参照にして説明する。図８は、この実施形態の液体吐出装置におけるヘッドタンクへのインク供給システムを表している。このヘッドタンクへのインク供給システムは、前述の図４に示したヘッドタンクへのインク供給システムの構成と類似しているが、ヘッドタンク101の上流側の第1の送液装置及び液体貯留容器の部分の構成が異なっている。図4に示したヘッドタンクへのインク供給システムでは、インクカートリッジ76のインク袋76aを空気圧で加圧する方式としていたが、図８に示したこの実施形態のヘッドタンクへのインク供給システムでは、インク供給チューブ16の中間にポンプ78を設け、ポンプ78によりインクカートリッジ76からヘッドタンク101にインクを送液する構成としている。インク供給チューブ16には圧力センサ104が接続されており、印字中は一定の圧力を維持するようにポンプ78を駆動する。
【００５７】
ポンプ78としては、チュービングポンプなど双方向に送液できる方式のものが好適である。液体供給チューブ16には容積変化可能な伸縮タンク92が介在しており、非印字中にポンプ78によってインクを双方向に交互に送液することで、伸縮タンク92とインクカートリッジ76の間でインクが往復移送し攪拌されるので、顔料成分の沈降などの不具合が生じず、インクの品質を一定に保つことができ、品質の安定したインク供給を行うことができる。
【００５８】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態の液体吐出装置を、図９を参照にして説明する。図９は、この実施形態の液体吐出装置におけるヘッドタンクへのインク供給システムを表している。このヘッドタンクへのインク供給システムは、前述の図４に示したヘッドタンクへのインク供給システムの構成と類似しているが、記録ヘッド1のインク流出口26の下流側流路に流路の流動抵抗を変化させる作動室を設けている点が異なっている。
【００５９】
図９に示したヘッドタンクへのインク供給システムにおけるヘッドタンク101には気泡排出ポート111と記録ヘッド1のインク流出口26を連通する気泡排出路27に隣接して作動室116が設けられている。作動室116と気泡排出路27とは、弾力性のある弾性壁117で仕切られている。作動室116は、作動流体供給チューブ17を介して、インク供給チューブ16に連通している。
【００６０】
このインク供給システムにおいては、印字時に記録ヘッド1へのリフィルをアシストするためにポンプ78を駆動すると、インク袋76aが加圧されるだけでなく作動室116の内圧も上昇するため、図10に示すように、弾性壁117が変形し、気泡排出路27が狭められる。これにより、排気チューブ112を太くして排気経路の流体抵抗を小さくした場合でも、気泡排出路27が弾性壁117によって閉塞されるので、圧力調整タンク70からのインクの逆流を防止できる。
【００６１】
共通流路7からの気泡排出時は、ポンプ78を駆動させずに吸引ポンプ79のみを駆動することで、弾性壁117を変形させず、気泡排出路27が狭められることはない。この時、ポンプ78によるインク加圧がないため、気泡排出流量は図４、図８に示した構成のインク供給システムよりも、排気経路の流体抵抗を小さくできるので吸引ポンプ79をより小型安価なものとすることができる。
【００６２】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態の液体吐出装置について、図１１を参照にして説明する。図１１は、この実施形態の液体吐出装置におけるヘッドタンクへのインク供給システムを表している。このヘッドタンクへのインク供給システムは、前述の図９に示したヘッドタンクへのインク供給システムの変形例であり、ヘッドタンク101の上流側の第1の送液装置及び液体貯留容器の部分の構成を、図4に示したヘッドタンクへのインク供給システムと同じようにして、作動室116とインクカートリッジ76の空気層76cとを連通した点が図９と異なっている。
【００６３】
図１１に示すヘッドタンクへのインク供給システムにおいては、作動室116がインクカートリッジ76の空気層76cと作動流体供給チューブ17を介して連通している。インク袋76aを加圧するポンプ78を駆動することにより、空気が空気層76cから作動室116に送られ、図１２に示すように弾性壁117が変形し、気泡排出路27が閉塞するようになっている。この実施形態のように、作動流体として気体を用いると、第４の実施形態のように作動流体としてインクを用いる方式と異なり、インクの蒸発、増粘、固着等の懸念がないため、作動流体供給チューブ17として安価な材質のものを用いることができる。
【００６４】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態の液体吐出装置について、図１３を参照にして説明する。図１３は、この実施形態の液体吐出装置におけるヘッドタンクへのインク供給システムを表している。この実施形態のインク供給システムは、図４に示した第１の実施形態におけるインク供給システムの構成と類似しているが、圧力調整タンク70と液体貯留容器のインク袋76aとが帰還流路開閉弁96を介してに連通している構成及びポンプ78が排気機能を有している点が異なっている。
【００６５】
図１３に示したヘッドタンクへのインク供給システムでは、第２の実施形態と同様、ヘッドタンク101の気泡排出ポート111には排気チューブ112が接続されており、排気チューブ112の中間に配置された吸引ポンプ79で記録ヘッド1の共通流路７内の空気を圧力調整タンク70に送ることができる構成になっている。
【００６６】
本実施形態の圧力調整タンク70の底部には液体帰還流路18 が接続されており、帰還流路開閉弁96を介してインク袋76aに連通している。この帰還流路開閉弁96は通常は閉状態の弁である。
【００６７】
第２の実施形態のインク供給システムにおいては、圧力調整タンク70にドレンチューブ94を介して廃液タンク90が接続しており、記録ヘッド1の排気動作によって圧力調整タンク70内のインク液面が液位検知センサ74bに達した時に、インクを廃液タンク90に排出して圧力調整タンク70内の液面を２つの液位検知センサ74aと74bの間に保持するようにするものであったが、本実施形態では、圧力調整タンク70の液面が液位検知センサ74bに達した際に、ポンプ78を排気動作させると共に帰還流路開閉弁96を開く。これにより、圧力調整タンク70内のインクがインク袋76aに戻されて、圧力調整タンク70内の液面が下がる。液面が、圧力調整タンク70内の液面が適正位置まで下がったことを液位検知センサ74で検知した後、後帰還流路開閉弁96を閉じ、ポンプ78を停止させる。この実施形態のインク供給システムでは前述のインク供給システムで廃棄していたインクを再利用できるので、ランニングコストの安い液体と出装置を実現することができる。
【００６８】
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態は、これまで説明してきた第１〜５の実施形態として説明してきた液体吐出装置を備えた画像形成装置である。この画像形成装置は、従来のインクジェットプリンタなどのインクを用いた画像形成装置、プリンタ、複写機、ファクシミリ装置などに、第１〜５の実施形態として説明したような、本発明の液体吐出装置を備えたものである。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の液体吐出装置は、インクを吐出する液体吐出装置以外にも、インク以外の液体、例えばＤＮＡ試料やレジスト、パターン材料などを吐出する液体吐出装置として利用できる。また、狭義の画像形成装置だけでなく、ＤＮＡ試料やレジスト等のパターンを形成するパターン形成装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の液体吐出装置を搭載したインクジェットプリンタの正面図（ａ）、側面図（ｂ）、平面図（ｃ）
【図２】吐出ヘッドの拡大図
【図３】ヘッドタンクの弁の動作説明図
【図４】ヘッドタンクへのインク供給システム（１）の説明図
【図５】ヘッドタンクへのインク供給前の図
【図６】ヘッドタンクにインクが供給された状態の図
【図７】記録ヘッドへのインク供給の説明図
【図８】ヘッドタンクへのインク供給システム（２）の説明図
【図９】ヘッドタンクへのインク供給システム（３）の説明図
【図１０】ヘッドタンクの弾性壁によるインク逆流防止動作の説明図
【図１１】ヘッドタンクへのインク供給システム（４）の説明図
【図１２】ヘッドタンクの弾性壁によるインク逆流防止動作の説明図
【図１３】ヘッドタンクへのインク供給システム（５）の説明図
【符号の説明】
【００７１】
１    記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
２    発熱体基板
３    液室形成部材
４    発熱体
５    ノズル
６    液室
７    共通流路
８    用紙
９    ヘッドベース部材
１６    インク供給チューブ（第１の送液装置）
１７    作動流体供給チューブ
１８    液体帰還流路
２５    インク流入口（液体流入口）
２６    インク流出口（液体流出口）
２７    気泡排出路
５３    大気開放口
７０    圧力調整タンク
７４、７４ａ、７４ｂ    液位検知センサ
７５    フィルタ
７６    インクカートリッジ（液体貯留容器）
７６ａ    インク袋
７６ｂ    ケース部材
７６ｃ    空気層
７７    カートリッジホルダ
７８    加圧ポンプ
７９    吸引ポンプ
８３    キャップ
９０    廃液タンク
９１    廃液弁
９２    伸縮タンク
９３    廃液ポート
９４    ドレンチューブ
９５    排気装置
９６    帰還流路開閉弁
１０１    ヘッドタンク
１０２    加圧室
１０３、１０３ａ、１０３ｂ    空気量検知センサ
１０５    液体受容弁
１０６    インク室
１０７    フィルム部材
１０８    ばね
１０９    フィルタ
１１０    インク供給ポート（液体受容口）
１１１    気泡排出ポート
１１２    排気チューブ（第２の送液装置）
１１３    メンテナンスポート
１１４    排気チューブ
１１６    作動室
１１７    弾性壁
１２０    キャリッジ
１２２    ガイドロッド
１２３Ｒ、１２３Ｌ    側板
１２８    ガイドレール
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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