(57)【要約】      （修正有）【課題】長尺ヘッドにおける初期充填で共通液室内の気泡や異物を簡単な構成で確実に排出することができる画像形成装置の提供。【解決手段】液体吐出ヘッド１には共通液室１０３に連通する複数の連通管４ａ、４ｂ、４ｃが設けられ、インク流制御手段５にはポンプ３に接続される供給路７を連通管４ａ、４ｂ、４ｃに対応して分岐し、各連通管４ａ、４ｂ、４ｃに通じる分岐路５ａ、５ｂ、５ｂが形成され、各分岐路５ａ、５ｂ、５ｃには連通管４ａ、４ｂ、４ｃを個別的に開閉する開閉手段８ａ、８ｂ、８ｃが設けられ、初期充填を行うときに開閉手段８ａ、８ｂ、８ｃを順次開放／遮断してインクを供給する連通管４ａ〜４ｃを順次変更する。【選択図】図１
2009045848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する複数の吐出口の各々に連通する複数の個別液室に対して共通液室から液体を供給する液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置において、
前記液体吐出ヘッドの共通液室に連通する複数の連結管と、
前記液体を供給する連通管を順次変更しながら前記共通液室に液体を初期充填する手段と
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、前記複数の連結管を個別的に開閉する複数の開閉手段を備え、前記複数の開閉手段の開閉を順次変更することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像形成装置において、前記共通液室内に前記複数の連結管との連通する領域を分ける液室側開閉手段を備え、前記液室側開閉手段の開閉を前記連通管の開閉手段と連動して開閉することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１に記載の画像形成装置において、前記複数の連結管にそれぞれ液体の吸引及び加圧を行う複数のポンプ手段を備え、前記複数のポンプ手段の吸引と加圧を順次変更する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】
本発明は画像形成装置に関し、特に液体吐出ヘッドを供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、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば、液体の液滴を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッドともいう。）で構成した記録ヘッドを含む液体吐出装置を用いて、媒体（以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。）を搬送しながら、液体を用紙に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる。）を行うものがある。
【０００３】
なお、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のある画像やパターン等の意味のない画像を媒体に付与することをも意味する。また、液体とは記録液、インクに限るものではなく、画像形成を行うことができる液体であれば特に限定されるものではない（以下、「インク」は液体を総称するものとする。）。
【０００４】
このような画像形成装置で用いる液体吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、ノズルに連通する個別液室と、個別液室に流体抵抗部を介して連通する共通液室と、個別液室に充填されたインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段により構成され、圧力発生手段により個別液室内に圧力を印加することによりノズルからインク滴を吐出させるものである。
【０００５】
このようなインクジェットヘッドを使用可能な状態にするためには、まずインクカートリッジ等より供給されるインクを、共通液室から個別液室を経由しノズルにいたる流路内に充填する工程（この工程を「初期充填」と称する）が必要である。
【０００６】
この初期充填時に流路内に気泡が滞留すると、インク滴の吐出性能に悪影響を及ぼすことになる。特に、近年では、高速印字を実現するため、インクジェットヘッドはより長尺化、より多ノズル化する傾向にあり、それに伴い共通液室も長尺化せざるを得ないことから、初期充填時に気泡を完全に排出し、流路を完全にインクで満たすことが更に難しくなってきている。また、気泡以外にも、例えば製作工程において混入した微小異物等も、初期充填時に気泡とともに排出できることが好ましい。
【０００７】
そこで、例えば特許文献１には共通液室の断面積をインク供給管（以下「連結管」という。）から離れるにつれて小さくすることで、共通液室端部の流速低下を防ぎ、気泡排出を促進することが記載されている。
【特許文献１】特開２００２−２６４３２９号公報
【０００８】
また、特許文献２にはインクリザーバタンクと共通液室を連結する流路を分岐させ、複数の支流によりインクを分散して共通液室に供給する構造を取ることで、ノズル数の多い長尺化したインクジェットヘッドであっても安定してインクを供給できるようにすることが記載されている。
【特許文献２】特開２００２−３６１８９２号公報
【０００９】
一方、インクリザーバタンクとインクジェットヘッド（共通液室）間でインクを循環させるという、いわゆるインク循環方式も知られている（例えば特許文献３ないし６参照）。
【特許文献３】特開２００６−１６８０２３号公報
【特許文献４】特開２００６−１５９７２２号公報
【特許文献５】特開２００６−０６８９０４号公報
【特許文献６】特開２００４−１６０９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の構成であっても、連結管より最も遠い箇所の流速低下は避けられず、該当箇所に連通するノズルに吐出不良が発生しやすいという課題がある。また、特許文献２の構成では、インクリザーバタンクより各支流を経由して流入するインクが共通液室内部で衝突し、所々にインク流速の遅い澱みが発生するため、そこに気泡や異物等が滞留するおそれがあり、初期充填の観点からは好ましくないという課題がある。
【００１１】
一方、インク循環方式では、流路内において常に一定の流速を維持できるため、効率的な気泡／異物除去が期待できるが、流路の複雑化による装置大型化及び高コスト化という課題がある。
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、初期充填における気泡や異物の滞留により吐出不良を低減して、吐出安定性を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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、液体吐出ヘッドの共通液室に連通する複数の連結管と、液体を供給する連通管を順次変更しながら共通液室に液体を初期充填する手段とを備えている構成とした。
【００１４】
ここで、複数の連結管を個別的に開閉する複数の開閉手段を備え、複数の開閉手段の開閉を順次変更する構成とでき、この場合、共通液室内に複数の連結管との連通する領域を分ける液室側開閉手段を備え、液室側開閉手段の開閉を連通管の開閉手段と連動して開閉する構成とできる。
【００１５】
また、複数の連結管にそれぞれ液体の吸引及び加圧を行う複数のポンプ手段を備え、複数のポンプ手段の吸引と加圧を順次変更する構成とできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る画像形成装置によれば、液体吐出ヘッドの共通液室に連通する複数の連結管と、複数の開閉手段を開閉制御して液体が流れる連通管を順次に変更しながら共通液室に液体を充填する手段とを備えている構成としたので、初期充填における気泡や異物の滞留による吐出不良を低減して、吐出安定性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の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は同実施形態の画像形成装置におけるインク供給系の模式的説明図、図２は液体吐出ヘッドの流路構成の説明に供する平面説明図である。
この画像形成装置では、液滴を吐出する液体吐出ヘッド１と、液体吐出ヘッド１に供給するインクを収容したインクタンク（インクカートリッジ）３と、インクタンク２のインクを液体吐出ヘッド１に圧送するポンプ３と、液体吐出ヘッド１とポンプ３との間に介在し、液体吐出ヘッド１の共通液室に連通する複数の連通管４の開閉を行うインク流制御部５とを備えている。
【００１８】
液体吐出ヘッド１は、図２にも示すように、液滴を吐出する複数のノズル１０１と、各ノズル１０１が連通する個別液室１０２と、各個別液室１０２に流体抵抗部１０４を介してインクを供給する共通液室１０３とを備え、個別液室１０２のインクを加圧するエネルギーを発生する図示しない圧力発生手段を備えている。この液体吐出ヘッド１の各圧力発生手段に選択的に駆動することによってノズル１０１から液滴を吐出させて搬送される用紙上に液滴を吐出して画像を形成することができる。
【００１９】
この液体吐出ヘッド１には共通液室１０３に連通する複数（ここでは３本で示す。）の連通管４ａ、４ｂ、４ｃ（区別しないときは「連通管４」という。）が設けられている。この場合、共通液室１０３の長手方向（ノズル１０１の並び方向）において、一端部（左端部とする）に連通管４ａを、中央部に連通管４ｂを、他端部（右端部とする。）に連通管４ｃを連通させている。
【００２０】
インク流制御手段５は、ポンプ３に接続される供給路７を連通管４ａ、４ｂ、４ｃに対応して分岐し、各連通管４ａ、４ｂ、４ｃに通じる分岐路５ａ、５ｂ、５ｂが形成され、各分岐路５ａ、５ｂ、５ｃには連通管４ａ、４ｂ、４ｃを個別的に開閉する開閉手段８ａ、８ｂ、８ｃが設けられている。なお、開閉手段８ａ、８ｂ、８ｃとしては、例えばシャッタなどで構成され、図示しない駆動手段で駆動される。
【００２１】
図３はこの装置の初期充填に関する制御に関わる部分を示すブロック説明図である。
初期充填制御手段２１は、初期充填を行うときに、駆動手段２２ａ〜１２ｄを駆動制御することで開閉手段８ａ〜８ｃを開閉制御して、共通液室１０３に連通する連通管４ａ〜４ｂの開閉を順次変更する制御を行う。なお、初期充填制御手段２１はポンプ３の駆動制御も併せて行う。また、この初期充填制御手段２１はプログラムのファームウエアとして構成される。
【００２２】
次に、このように構成した実施形態における液体吐出ヘッドに対する初期充填動作について図４以降をも参照して説明する。
この装置では、初期充填制御手段２１によって開放状態にする開閉手段（シャッタで説明する。）８ａ〜８ｃを開閉制御することによって、共通液室１０３にインクを供給する連通管４ａ〜４ｃを個別的に選択することができる。
【００２３】
例えば、図４（ａ）に示すようにシャッタ８ａを開放状態（仮想線で図示する。）、シャッタ８ｂ、８ｃを遮断状態（実線で図示する。）にすることで、供給路７から供給されるインクは矢印で示すように左端部の連通管４ａから共通液室１０３に供給されて右端部に向けて流れる。同様に、図４（ｂ）に示すようにシャッタ８ｂを開放状態、シャッタ８ａ、８ｃを遮断状態にすることで、供給路７から供給されるインクは矢印で示すように中央部の連通管４ｂから共通液室１０３に供給されて左右端部に向けて流れる。同様に、図４（ｃ）に示すようにシャッタ８ｃを開放状態、シャッタ８ａ、８ｂを遮断状態にすることで、供給路７から供給されるインクは矢印で示すように右端部の連通管４ｂから共通液室１０３に供給されて左端部に向けて流れる。
【００２４】
これらの各状態における共通液室１０３内のインクの流速を測定した結果、図５に示すように、共通液室長手方向において、図４（ａ）の状態のときには一点鎖線で示すように左端部側の流速が相対的に速く、右端部に行くに従って遅くなり、図４（ｂ）の状態のよきには実線で示すように中央部の両側における流速が相対的に速く、両側に行くに従って遅くなり、図４（ｃ）の状態のときには二点鎖線で示すように右端部側の流速が相対的に速く、左端部に行くに従って遅くなる。
【００２５】
したがって、インク流制御手段５により、初期充填時において選択的にインクを供給する連結管４ａ〜４ｃを順次変更することで、共通液室１０３のほぼ全域で気泡や異物を排出するに十分な流速を確保することが可能となり、気泡や異物の滞留による吐出不良を低減して、吐出安定性を確保することができ、初期印字不良率を低下させることができる。
【００２６】
例えば、インク流制御手段５のシャッタ８ａ〜８ｃを、図６に示すように、すべてのシャッタ８ａ〜８ｃを所定時間開放した後、所定時間毎にシャッタ８ａ→シャッタ８ｃ→シャッタ８ｂの順に開放状態（他のシャッタは遮断状態）にするシャッタを変更する制御シーケンスで開閉制御してテスト印字を行ったところ、初期印字不良率（初期充填を行って最初に印字を行った場合の吐出不良率）が著しく低減された。なお、この場合、共通液室１０３の長手方向に対して最も端のノズル１０１に吐出不良が多かったため、当該ノズル１０１については印字テスト対象外（非駆動）としたところ、更に初期印字不良率が低下した。
【００２７】
つまり、比較のために、図７に示すように、常時開放された中央部の連通管４ｂのみとした場合について、初期充填後の印字不良ノズルと、該当するノズルが連通する箇所の共通液室内の流速との関連性を測定した結果、図８に示すように、インク流速は連結管４ｂよりインクが流入する共通液室１０３の中央部付近で極小値を取り、中央部より左右にそれぞれ極大値を取る分布となり、流速が速い箇所に連通するノズル１０１は初期印字不良率が低く、逆に流速が遅い箇所に連通するノズル１０１は初期印字不良率が高い傾向にある。
【００２８】
したがって、初期充填時における共通液室内の流速とノズル毎の初期印字不良率は深い関連性があることが分かる。そこで、上記実施形態のように、初期充填時に共通液室全域で十分な流速を確保することで、初期印字不良率を低減することができる。
【００２９】
このように、液体吐出ヘッドの共通液室に連通する複数の連結管と、複数の開閉手段を開閉制御して液体が流れる連通管を順次に変更しながら共通液室に液体を充填する手段とを備えることで、初期充填における気泡や異物の滞留による吐出不良を低減して、吐出安定性を確保することができる。そして、この場合、開閉手段としてシャッタ手段を用いることで、簡単な構成で連通管の開閉を行うことができる。
【００３０】
次に、本発明の第２実施形態について図９を参照して説明する。なお、図９は同実施形態の要部模式的説明図である。
上述した実施形態では、インク流制御手段５は、複数の連結管４ａ〜４ｃの内からインクを供給する連結管を１本だけ選択する構成としているのに対し、この実施形態では複数の連結管４ａ〜４ｃに対して流量に重みを付けてインクを供給したり、逆に共通液室１０３からインクを吸引したりすることができる構成としている。
【００３１】
つまり、インク流れ制御手段５には連通管４ａ、４ｃに通じる分岐路５ａ、５ｃにマイクロポンプ１８ａ、１８ｃを設けて、共通液室１０３への供給及び共通液室１０３からの吸引を行うことができるようにするとともに、このとき供給流量、吸引流量を制御できるようにしている。
【００３２】
そこで、例えば、インクタンク２から供給される流量をＱとしたとき、連結管４ａからはポンプ１８ａによって０．８Ｑの流量で共通液室１０３へインクを供給し、連結管４ｃにポンプ１８ｃによって０．２Ｑの流量で共通液室１０３からインクが流入するよう制御した場合、共通液室１０３内の流速は図１０に示すようになる。
【００３３】
つまり、連通管４ａから単に供給した場合（図４（ａ）の場合）には図１０に一点鎖線で示すように流速は変化するのに対し、上述したように連通管４ａから供給し、連通管４ｃから吸引を行うことで、図１０に実線で示すように、共通液室１０３の左端部側の流速は若干低下するが、右端部の流速を高めることができる。
【００３４】
このように、共通液室内の最大流速は若干低下するものの、最小流速となる領域を改善することが可能となり、より確実に気泡や異物の排出を行うことができる。なお、上記の構成では、中央の連通管４ｂから供給するときにはポンプ１８ａ、１８ｃのいずれも吸引を行って左右端部における流速を高めることができる。
【００３５】
次に、本発明の第３実施形態について図１１を参照して説明する。なお、図１１は同実施形態の要部模式的説明図である。
ここでは、液体吐出ヘッド１の共通液室１０３内に、中央の連通管４ｂを挟んで、連結管４ａ〜４ｃとの連通する領域を分ける例えばシャッタなどの液室側開閉手段９ａ、９ｂを備え、前述した初期充填制御手段２１によって液室側開閉手段９ａ、９ｂの開閉を連通管４ａ〜４ｃの開閉手段８ａ〜８ｃと連動して開閉するようにしている。
【００３６】
ここで、図１２（ａ）に示すように右側の開閉手段（シャッタ）９ｂを閉じて、左側のシャッタ９ａを開放し、中央の連通管４ｂからインクを供給した場合、共通液室長手方向位置における流速は図１３に実線で示すように変化し、一方、図１２（ｂ）に示すように左側の開閉手段（シャッタ）９ａを閉じて、右側のシャッタ９ｂを開放し、中央の連通管４ｂからインクを供給した場合、共通液室長手方向位置における流速は図１３に破線で示すように変化する。
【００３７】
これによって、中央の連通管４ａからインクを供給するときの流速を速くすることができる（図５の実線の流速に比べて）。
【００３８】
そこで、例えば、インク流制御手段５のシャッタ８ａ〜８ｃとヘッド１のシャッタ９ａ、９ｂを、図１４に示すように、すべてのシャッタ８ａ〜８ｃ、９ａ、９ｂを所定時間開放した後、所定時間毎に、シャッタ８ｂとシャッタ９ｂを同時に開放して（他は遮断）、中央の連通管４ｂから共通液室１０３の右側の領域にインクを供給し、次いで、シャッタ８ｂとシャッタ９ａを同時に開放して（他は遮断）、中央の連通管４ｂから共通液室１０３の左側の領域にインクを供給し、次いでシャッタ８ａとシャッタ９ａ、９ｂを同時に開放して（他は遮断）、左側の連通管４ａから共通液室１０３にインクを供給し、次いでシャッタ８ｃとシャッタ９ａ、９ｂを同時に開放して（他は遮断）、右側の連通管４ｃから共通液室１０３にインクを供給する、というように開放状態（他のシャッタは遮断状態）にするシャッタを変更する制御シーケンスで開閉制御してテスト印字を行ったところ、前記第１実施形態よりも初期印字不良率が著しく低減された。なお、この場合、共通液室１０３の長手方向に対して最も端のノズル１０１については印字テスト対象外（非駆動）とした。
【００３９】
次に、本発明の第４実施形態について図１５を参照して説明する。なお、図１５は同実施形態の要部模式的説明図である。
この実施形態では、前記第２実施形態における液体吐出ヘッド１への連通管を左右の連通管４ａ、４ｃとし、インク流制御手段５には各連通管４ａ、４ｃに対応してマイクロポンプ１８ａ、１８ｂを配置し、また、開閉手段８ａ〜８ｃは省略している。
【００４０】
そして、図１６に示すように、マイクロポンプ１８ａ、１８ｂの加圧（供給）と吸引を交互に所定時間毎に繰り返して初期充填を行い、テスト印字を行ったところ、前記第１実施形態よりも初期印字不良率が著しく低減された。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態における画像形成装置のインク供給系の模式的説明図である。
【図２】液体吐出ヘッドの流路構成の説明に供する平面説明図である。
【図３】同装置の初期充填動作の制御に係る部分の説明に供するブロック説明図である。
【図４】インク流制御手段の開閉手段の制御シーケンスの一例を示す説明図である。
【図５】同開閉手段の開閉状態と各連通管からのインク充填供給の説明に供する説明図である。
【図６】インクを充填供給する連通管と共通液室長手方向位置における流速の関係の説明に供する説明図である。
【図７】比較例の液体吐出ヘッドの説明に供する模式的説明図である。
【図８】同比較例のインク充填供給と共通液室長手方向位置における流速の関係及び初期所期印字不良の発生率の一例を示す説明図である。
【図９】本発明の第２実施形態を示す要部模式的説明図である。
【図１０】同実施形態におけるインク充填供給と共通液室長手方向位置における流速の関係の一例を示す説明図である。
【図１１】本発明の第２実施形態における画像形成装置のインク供給系の模式的説明図である。
【図１２】同実施形態における液室側開閉手段の開閉制御の説明に供する説明図である。
【図１３】同開閉制御を行った場合の共通液室長手方向位置における流速の関係の一例を示す説明図である。
【図１４】同実施形態の開閉手段及び液室側開閉手段の制御シーケンスの一例を示す説明図である。
【図１５】本発明の第４実施形態を示す要部模式的説明図である。
【図１６】同実施形態のポンプの制御シーケンスの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…液体吐出ヘッド
２…インクタンク
３…ポンプ
４ａ、４ｂ、４ｃ…連通管
５…インク流制御手段
７…供給路
８ａ、８ｂ、８ｃ…開閉手段（シャッタ）
９ａ、９ｂ…液室側開閉手段（シャッタ）
１８ａ、１８ｂ…ポンプ
１０１…ノズル
１０２…個別液室
１０３…共通液室
【図１】
2009045848.tif 000003
【図２】
2009045848.tif 000004
【図３】
2009045848.tif 000005
【図４】
2009045848.tif 000006
【図５】
2009045848.tif 000007
【図６】
2009045848.tif 000008
【図７】
2009045848.tif 000009
【図８】
2009045848.tif 000010
【図９】
2009045848.tif 000011
【図１０】
2009045848.tif 000012
【図１１】
2009045848.tif 000013
【図１２】
2009045848.tif 000014
【図１３】
2009045848.tif 000015
【図１４】
2009045848.tif 000016
【図１５】
2009045848.tif 000017
【図１６】
2009045848.tif 000018