图像形成设备的制作方法

专利名称：图像形成设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种图像形成设备，尤其涉及一种具有喷出液滴的记录头的图像形成 设备。
背景技术：
作为诸如打印机、传真机、复印机、绘图仪以及具有多个这种功能的多任务机器的 图像形成设备，已知一种液体喷出记录类型的喷墨记录设备使用喷出例如墨水液滴的记录 头。该类型的图像形成设备将墨滴从记录头喷出到传送期间的纸张上以进行图像形成(与 记录、打印和成像同义地使用)。图像形成设备的实例包括串联型图像形成设备和使用线型 头的线型图像形成设备，在串联型图像形成设备中，记录头在主扫描方向上移动的同时喷 出液滴以形成图像，在线型图像形成设备中，记录头在不移动的情况下喷出液滴以形成图 像。注意，在本发明中，“图像形成设备”指的是将墨滴喷出到诸如纸、线、纤维、布、皮 革、金属、塑料、玻璃、木材和陶瓷的介质上以便进行图像形成的设备(包括简单的液体喷 出设备)。此外，“图像形成”指的是不仅在介质上形成诸如字符和图形的相关图像，而且还 形成诸如随机图案的不相关图像(即，被称为仅仅将液滴射出在介质上的液滴喷出设备或 液体喷出设备的设备)。此外，“墨水”不局限于通常所称的墨水，而是用作可用于图像形成 的各种液体的总称，诸如记录液体、定影处理液体、DNA样本和成形材料。此外，“纸张”的材 料不局限于一张纸。也就是说，纸张指的是包括墨滴被喷出到其上的OHP纸张、布等，并且 用作包括被记录介质、记录介质、记录片、记录纸等等的总称。作为用作记录头的液体喷出头，已知一种压电型头，该压电型头以利用压电致动 器或类似装置来偏移振动板以改变液体室中的体积的这种方式，增加压力并且喷出液滴。 还有，已知一种热型头，该热型头以通过由于发热元件的热所产生的空气泡沫而增加液体 室中的压力的这种方式喷出液滴，该发热元件被设置在液体室中并且一通电就发热。在这种液体喷出型的图像形成设备中，已经尤其需要图像形成处理量的改进，即， 需要图像形成速度的加速。该图像形成设备经由管从安装在图像形成设备的主体中的大容 量墨水盒(主箱)向布置在记录头之上的副箱(包括所谓的压力槽或缓冲箱)供给墨水。 照这样经由管的墨水供给(管供给方法)可以减小托架部的尺寸和重量，并且可以大大地 减小包括构造系统和驱动系统的设备的尺寸。同时，在该管供给方法中，在图像形成期间由记录头消耗的墨水从墨水盒经由管 被供给到该记录头。然而，如果使用柔韧性极好的细管，则当墨水在管中流动的时候，流体 阻力变大。因此，墨水的供给可能在墨水喷出处被滞后，这就导致喷出故障。特别地，在宽 的记录介质上进行打印的大型机器中，管的长度必须很长，而且管的流体阻力变大。此外， 当高速进行打印时和当喷出粘性大的墨水时，流体阻力变大。因此，出现到记录头的墨水供 给不足。为了处理这些问题，已知专利文献1公开的一种方法。具体地，墨水盒中的墨水被保持在加压状态，并且当副箱中的负压变得大于预定压力时，设置在用于供给墨水的头的 上游侧上的压差调节阀被用于供给墨水。此外，已知专利文献2中公开的一种方法，在该方法中，墨水通过泵被供应到负压 室以积极地控制墨水供给压力，该负压室利用布置在头之上的弹簧接收负压。此外，已知专 利文献3中公开的一种方法，在该方法中，在没有负压室的情况下，泵被用于积极地控制压 力。此外，已知专利文献4中公开的一种方法，在该方法中，墨水循环系统被连接到具 有两个墨水供给口的记录头，以按照循环泵的流量控制头的压力。另一方面，作为利用简单结构就获得负压的方法，与空气联通的墨水盒经由管被 连接到记录头，以使墨水盒被布置在记录头下方。具有这种布置，产生水位差以获得负压。尽管其简单结构，该方法还可以提供比一直用负压传动阀施加压力的方法或用负 压室馈送墨水的方法更稳定的负压。然而，由于如上所述的管的阻力，使用水位的方法会引 起压力损失。作为解决在使用水位获得负压的墨水供给系统中的压力损失的技术，专利文献5 公开一种结构，其中，在将头连接到墨水盒的管中设置泵，在泵的上游侧和下游侧之间设置 旁路，并且在该旁路中设置阀。根据打印适当地控制设置在该旁路中的阀的打开程度以保 持期望的压力。专利文献1 JP-B2-3606282专利文献2 JP-A-2005-342960专利文献3 JP-A-5-504308专利文献4 JP-A-2006-159811专利文献5 :JP-A-2004-;351845专利文献1解决上述墨水供给不足的问题，但是其用于控制负压的机构很复杂， 并且需要负压传动阀的高密封性能。此外，由于一直施加压力，所以需要墨水供给路径中的 所有连接部的高气密性。万一发生故障，墨水就可能从墨水供给路径被喷射。此外，在专利文件2到4公开的技术中，由于压力被泵积极地控制，所以必须按照 墨水的消耗量正确地控制泵的供给量。因此，需要使用负压室的压力的反馈控制等等。此 外，当该技术被应用于使用例如多种不同颜色的墨水的图像形成设备时，必须为每个颜色 的墨水控制泵，从而导致设备的控制复杂以及设备的尺寸增加。同样地，当专利文献5中公开的技术被应用于使用多种不同颜色的墨水的图像形 成设备时，必须为每个颜色的墨水控制泵，这就导致设备的尺寸增加。

发明内容
考虑到以上问题已经做出本发明，并且在通过使用管的墨水供给方法供给多个不 同类型的墨水时，本发明可以利用简单结构保持稳定的负压，并且即使在高速、管的伸长以 及墨水的粘性增加的情况下也可以防止墨水的供给不足。根据本发明的一个方面，提供一种图像形成设备，该图像形成设备包括喷出液滴 的记录头；存储被供给到记录头的墨水的液体箱；与记录头和液体箱连通的第一流路；设 置在第一流路中的馈液单元；平行于第一流路的馈液单元设置的第二流路；以及设置在第二流路中的流体阻力控制单元。所述流体阻力控制单元根据流动液体的流量来改变流体阻 力，并且当液滴从记录头被喷出时，在记录头和液体箱经由第二流路彼此连通的状态下，利 用供液单元将液体从液体箱馈送到记录头。利用该结构，根据从记录头喷出的液滴量，适当的辅助压力被自动地调整并且被 施加于记录头。因而，可以防止由于管构件伸长导致的墨水的补充不足、被喷出的墨水的流 量的增加、被喷出的墨水的高粘度等等。


图1是显示作为根据本发明实施例的图像形成设备的喷墨记录设备的实例的示 意性正面说明图；图2是喷墨记录设备的示意性平面说明图；图3是喷墨记录设备的示意性侧面说明图；图4是说明喷墨记录设备的记录头的实质部分放大说明图；图5是根据本发明第一实施例的墨水供给系统的副箱的横截面说明图；图6是墨水供给系统的托架支持部的说明图；图7是墨水供给系统的泵单元的说明图；图8是墨水供给系统的压力控制单元的说明图；图9A和9B是显示墨水供给系统的流路阻力可变单元的实例的说明图；图IOA和IOB是显示墨水供给系统的流路阻力可变单元的另一个实例的说明图；图11是说明墨水供给系统的整个结构和操作的说明图；图12是显示通过泵的馈液量(辅助流量)和记录头的压力之间的关系的实例的 说明图；图13是说明根据本发明第二实施例的墨水供给系统的概要的说明图；图14A和14B是沿图13中的墨水供给系统的线J-J的横截面说明图；图15A到15C是说明墨水供给系统的流体阻力可变单元的说明图；图16是说明根据本发明第三实施例的墨水供给系统的说明图；图17A和17B是沿图16中的墨水供给系统的线K-K的横截面说明图；图18是显示作为根据本发明实施例的图像形成设备的喷墨记录设备的另一个实 例的示意性正面说明图；图19是喷墨记录设备的示意性平面说明图；图20是喷墨记录设备的示意性侧面说明图；图21是根据本发明第四实施例的墨水供给系统的副箱的横截面说明图；图22是墨水供给系统的托架支持部的说明图；图23是说明墨水供给系统的整个结构和操作的说明图；图M是显示通过泵的馈液量(辅助流量)和记录头的压力之间的关系的实例的 说明图；图25是说明根据本发明第五实施例的墨水供给系统的概要的说明图；图沈是说明根据本发明第六实施例的墨水供给系统的概要的说明图；图27是说明根据比较例的墨水供给系统的概要的说明图；和
图观是说明比较例中用于排出空气泡沫的结构的实例的说明图。
具体实施例方式以下参考附图描述本发明的各实施例。参考图1到图3，现在描述作为适用于本发 明的各实施例的图像形成设备的喷墨记录设备的实例。注意，图1是喷墨记录设备的示意 性正面说明图，图2是喷墨记录设备的示意性平面说明图，以及图3是喷墨记录设备的示意 性侧面说明图。在该喷墨记录设备中，通过导杆2和导轨3，托架4被可滑动地支撑在主扫描方向 (导杆的纵向)上，该导杆2作为横架在从主体框架1延伸的左右侧板IL和IR之间的导引 构件，该导轨3被附接到横架到主体框架1的后框架1B。此外，通过未显示的主扫描马达和 齿轮带，托架4在导杆2的纵向(主扫描方向)中被移动和扫描。喷出黑色⑷墨滴的记录头IOK和喷出青色(C)、洋红(M)和黄色⑴墨滴的记录 头IOC被安装在托架4上。在该记录头10中，多个喷墨口(喷嘴)被布置在垂直于主扫描 方向的方向上，并且墨滴喷出方向被向下引导。记录头IOC具有至少三个喷嘴列，从该三个 喷嘴列至少喷出独立的C、M和Y墨滴。注意，在以下描述中，除非另作说明，对应于记录头 IOK的K以及记录头IOC的C、M和Y的各个颜色的各个喷嘴列被称为“记录头10”。如图4所示，记录头10由发热元件基板12和液体室形成构件13组成，并且将作 为液滴连续供给的墨水从形成在头基部构件19中的流路喷出到公用流路17和液体室(单 独流路)16。记录头10是热动式的，其中，当发热元件14被驱动时，通过墨水的膜沸腾而产 生喷出压力。此外，记录头10具有侧射出系统，在该侧射出系统中，在液体室16内侧，使喷 出能量作用部(发热元件部)的墨水流向垂直于喷嘴15的开口中心轴。注意，作为产生喷出压力的记录头，诸如利用压电元件使振动板变形的记录头以 及利用静电力使振动板变形的记录头的各种记录头都是可用的。任一类型都可以被应用于 根据本发明实施例的图像形成设备。此外，另一个热动式记录头使用具有不同喷出方向的边缘射出系统。然而，在该边 缘射出系统中，当空气泡沫消失时，出现所谓的气蚀现象，其中，发热元件14由于冲击被逐 渐地破坏。相反地，在上述侧射出系统中产生空气泡沫。当空气泡沫到达喷嘴15时与空气 连通时，又防止由于温度降低所引起的空气泡沫收缩。因此，侧射出系统具有记录头的使用 寿命长的优点。此外，该侧射出系统具有结构上的优点，即，来自发热元件14的能量可以 被有效地转变为用于形成和喷出墨滴的动能，并且弯月面随着墨水的供给可以被很快地复 位。根据以上原因，根据本发明实施例的喷墨记录设备使用侧射出系统。在托架4下面，通过记录头10在其上形成图像的纸张20在垂直于主扫描方向的 方向(副扫描方向)上被传送。如图3所示，纸张20在被传送辊20和按压辊22保持的状 态下，被传送到记录头10进行记录操作的图像形成区域(打印部)。然后，纸张20被传送 到成像导引构件23。最后，纸张20被一对排纸辊M在排纸方向上传送。在这个时候，在主扫描方向上通过托架4的扫描与在基于图像数据的适当时刻从 记录头10的喷墨同步，以便在纸张20上形成对应于一个区域的图像。在形成对应于一个 区域的图像完成后，纸张20在副扫描方向被传送预定量，然后在纸张20上进行相同的记录 操作。随着重复以上操作，进行对应于一页的图像形成。
另一方面，副箱(即，缓冲箱或压力槽)30被一体连接到记录头10的上部，在该副 箱30中形成用于临时存储要被喷出的墨水的墨水室。这里，“一体连接”所表示的状态还包 括记录头10和副箱30经由管、导管等等彼此连接的情况，表示记录头10和副箱30两者都 被安装在托架4上。各个颜色的墨水从墨水盒(主箱)40经由液体(墨水)供给管42被供给到副箱 30，该墨水盒(主箱)40作为存储各个颜色的墨水的液体箱，各个颜色的墨水可拆卸地附接 到设备主体在主扫描方向上的一端侧上设置的盒支持部41，该液体(墨水)供给管42作为 构成第一流路的一部分的管构件。此外，维持和恢复记录头10的维持和恢复机构51被布置在设备主体在主扫描方 向上的另一端侧上。维持和恢复机构51由盖住记录头10的喷嘴表面的盖构件52、吸入盖 构件52内墨水的吸入泵53、排出路径等等组成，由吸入泵53吸入的墨水的废液经由该排出 路径被排出。从排出路径M排出的废液被排出到布置在主体框架1侧上的废液箱56。接下来，参考图5到图IOA和10B，描述根据适用于喷墨记录设备的本发明第一实 施例的墨水供给系统。注意，图5是墨水供给系统的副箱的横截面说明图，图6是墨水供给 系统的盒支持部的说明图，图7是墨水供给系统的泵单元的说明图，图8是墨水供给系统的 压力控制单元的说明图，以及图9和图IOA和IOB是显示流路阻力可变单元的不同实例的 说明图。首先，该副箱30具有柔性的橡胶构件102，该橡胶构件102在构成墨水室103的 箱壳体101的一部分的开口处形成向外指向的凸形。在墨水室103之内，在连接记录头10 的部分的附近设置过滤器109。此外，副箱30将从通过过滤除去杂质的墨水供给到记录头 10。该副箱30被连接到墨水供给管42的一端。墨水供给管42的另一端被连接到如 图1和2所示的安装在图像形成设备的主体中的盒支持部41。盒支持部41被连接到墨水盒40、作为馈液单元的泵单元80和作为流体阻力控制 单元的压力控制单元81。如图6所示，对应于墨水各个颜色的两个分支流路79和74形成在盒支持部41内。 分支流路79和74被分支成为两个路径，并且具有与泵单元80连通的泵连接口 73a和7 以及与压力控制单元81连通的压力控制口 7 和72b。如图7所示，泵单元80具有分别与盒支持部41的泵连接口 73a和7 连通的口 85a和85b，并且具有与口 8 和8 连通的泵78。作为泵78，可以使用诸如管式泵、隔膜 泵和齿轮泵的各种泵。在图7所示的泵单元80中，对应于墨水的四个颜色设置四个泵78K、 78C、78M和78Y。四个泵78K、78C、78M和78Y被作为公用驱动单元的马达82连同驱动。如图8所示，压力控制单元81具有分别与盒支持部41的压力控制口 7 和72b 连通的口 86a和86b，并且具有与口 86a和86b连通的流路阻力可变单元83。流路阻力可变单元83具有根据在流路阻力可变单元83内流动的液体的流向和流 量而改变流体阻力的特性。如图9A和9B所示，流路阻力可变单元83由锥形管87以及可 移动地容纳在该锥形管87中的阀体88组成。阀体88由比在锥形管87内流动的墨水的比 重低的材料形成，或被形成为其内部中空。如图9A所示，在流路阻力可变单元83中，当墨水未流动时并且当墨水在箭头C所表示的方向C上流动时(当墨水在从墨水盒40到记录头10的方向上流动时)由于浮力和 流动的特性，阀体88被安置在口 86a侧上。根据这种布置，由锥形管87和阀体88之间的 间隙形成的流路被保持为狭窄的，并且流路阻力可变单元83的流体阻力被增加。相反地，如图9B所示，当墨水在箭头D所表示的方向D上流动时(当墨水从记录 头10向墨水盒40流动时)，液体的流动力克服浮力，从而随后朝口 86b的方向上移动阀体 88。结果，由锥形管87和阀体88之间的间隙形成的流路变宽，并且流路阻力可变单元83 的流体阻力被减小。此外，例如，如图IOA和IOB所示，如果流路阻力可变单元83被配置为阀体88被 弹簧89偏置，可以得到与图9A和9B中所示的结构相同的功能。也就是说，流路阻力可变 单元83可以被配置为利用弹簧89的设置，阀体不受浮力作用。此外，流路阻力可变单元83 中的锥形管87和阀体88的形状等等不局限于如图9A、9B，IOA和IOB所示的形状等等，只 要可以实现如上描述的相同特性，可以使用具有各种结构的流路阻力可变单元83。同样参考图11，现在描述根据本发明第一实施例的墨水供给系统的整个结构和操 作。墨水供给系统具有作为存储被提供给记录头10的液体的液体箱的墨水盒40 ；与 记录头10和墨水盒40连通的第一流路201 ；设置在第一流路201中作为馈液单元的泵单 元80 (泵78)；设置为平行于第一流路201的泵单元80的第二流路202 ；和设置在第二流路 202中、作为流体阻力控制单元的压力控制单元81。第一流路201由分支流路74和79的口 7 和73a侧上的路径(称为流路61a和 61b)以及墨水供给管42组成，流路61a和61b以及墨水供给管42被从墨水盒40侧开始按 顺序布置。此外，第二流路202由分支流路74和79的口 72b和7 侧上的路径(称为流 路6 和62b)组成，流路6 和62b被从墨水盒40侧按顺序布置。如此，设置有压力控制 单元81的第二流路202与第一流路201的泵单元80的泵78在液体供给方向上的上游侧 和下游侧上的第一流路201相连通，并且经由第一流路201与记录头10和墨水盒40相连通。泵单元80具有图7中显示的连续布置的四个管式泵78，并且压力控制单元81具 有具备图IOA和IOB中显示的结构的流路阻力可变单元83。注意，分支流路74经由接合单 元89连接到墨水盒40。墨水盒40设置有空气连通部90，并且布置为使墨水盒40内的液面低于记录头10 的喷嘴表面。根据这种布置，当所有墨水供给路径充满墨水时，由于记录头10和墨水盒40 的液面之间的水位差h，记录头10被保持为负压。当从记录头10排出墨水时，压力控制单元81的流路阻力可变单元83处于图IOA 显示的状态中。墨水经由流路阻力可变单元83的开口部分和墨水供给管42从墨水盒40 被自然地供给到记录头10。这里，如果要被排出的墨水的粘性大，如果墨水供给管42的流体阻力大，以及如 果要被排出的墨水的流量大，则由于墨水供给路径的流体阻力，墨水的供给可能被滞后。具体地，在墨水供给系统中，墨水供给阻力主要由墨水供给管42、过滤器109和接 合单元89所引起。当具有16cP高粘度的墨水在具有长管(即，墨水供给管42具有3毫米 的直径和2500毫米的长度)的宽图像形成设备(液体喷出设备)中被喷出时，墨水供给管42的流体阻力是2E10(I^ · s/m3)。此外，在该实施例中，过滤器109和接合单元89的流体 阻力分别是 IElO (Pa · s/m3)和 6. 6E9 (Pa · s/m3)。在该实施例中，压力损失的极限值是2. 5kPa，在压力损失的极限值处，构成记录 头10的液体喷出头可以进行稳定的喷出，并且当从所有喷嘴连续地喷出墨水时的流量是 0. lcc/s。由于即使当压力控制单元81不存在时，此时的压力损失也是3. 67kPa，所以不能 用简单的水位差墨水供给系统自然地供给墨水。如上所述，当由于墨水供给系统的阻力增加压力损失而引起墨水的不足时，当经 由流路阻力可变单元83供给墨水时，驱动泵单元80的泵78以在箭头E所表示的方向上供 应墨水。利用经由泵78供应墨水，可以补偿要被供给的墨水的不足量(称为“补充辅助”)。图12是显示通过泵78的馈液量(辅助流量)和记录头10的压力之间的关系的 实例的说明图。在该实例中，流路阻力可变单元83具有以下特性。也就是说，当墨水在如 图IOA所示的箭头C表示的方向上流动时(当墨水从墨水盒40向记录头10流动时)，流路 是狭窄的。在这种情况下，流体阻力是8. IElO (Pa ·8/πι3)。另一方面，当墨水在如图IOB所 示的箭头D表示的方向上流动时(当墨水从记录头10向墨水盒40流动时)，流路是宽的。 在这种情况下，流量大于或等于0. lcc/s，并且流体阻力被保持为最小1. 7E8(Pa -s/m3)。当 墨水在如图IOB所示的方向上流动并且流量小于0. lcc/s时，流路阻力可变单元83的流体 阻力处于1. 7E8和8. IElO (Pa · s/m3)之间的值。如图12所示，在泵78停止(辅助流量是零)的状态下，当从记录头10喷出具有 16cp粘性的墨水以便对应于0. lcc/s的流量时，出现12kPa的压力损失。因此，在这种情况 下不能喷出墨水。以驱动泵78来供给辅助流量(墨水从墨水盒40经由第一流路201被供 应到记录头10)的方式可以减小压力损失。例如，如果辅助流量被设定为0. 15cc/s，记录头 10的压力可以被设定为大约_2kPa。因此，可以稳定地喷出墨水。由于在如上所述的这种实施例的设备中喷出四个颜色的墨水，所以设置具有图11 显示的结构的四个墨水供给系统以便对应于各个颜色。对应于各个颜色的泵78，可以设置 用于驱动泵78的诸如马达的四个致动器，以便按照从各个记录头10被喷出的墨水量独立 地控制马达。替代地，如图7所示，如果只使用与用于各个颜色的泵78 (78K，78C、78M和78Y) 公用的一个马达(致动器)82，则可以简化设备的控制，减小设备的尺寸以及降低设备的制 造成本。此外，当喷出多个颜色的墨水以形成图像时，从各个记录头10被喷出的墨水量是 不同的。因此，有时会发生这样一种情况从一个记录头10或一个喷嘴列的所有喷嘴喷出 墨水，但是没有从其他记录头10或其他喷嘴列喷出墨水。即使在这种情况下，在上述墨水 供给系统中，由于流体阻力基于在流路阻力可变单元83中流动的墨水的方向和流量而自 动地变化，所以并不需要按照从各个记录头10和各个喷嘴列被喷出的墨水的流量控制泵 78。在上述墨水供给系统中的补充辅助的原理是基于利用泵78强制将墨水供给到记 录头10。也就是说，通过利用泵78加压墨水供给，辅助墨水的补充。换句话说，当利用泵78的辅助流量小于从记录头10被喷出的墨水的流量时，流路 阻力可变单元83中的液体在图11所示的箭头F表示的方向上流动，随后抵销对应于在流 路阻力可变单元83中的辅助流量的墨水的压力损失。另一方面，当利用泵78的辅助流量大于从记录头10被喷出的墨水的流量时，流路阻力可变单元83中的液体在图11所示的箭 头G表示的方向上流动。在这种情况下，引起对应于辅助流量以及从记录头10被喷出的墨 水的流量之间的差异的液体，循环压力控制单元81和泵单元80的回路。当液体在流路阻 力可变单元83中在箭头G表示的方向上流动时，由流路阻力可变单元83产生的压力损失 相对于记录头10被施加在加压方向上，随后抵销记录头10的压力损失。当相对于多个记录头10由一个马达均勻地辅助泵78时，随着从各个记录头10喷 出的墨水量变小，在流路阻力可变单元83中，由箭头G表示的方向上的墨水的流量增加并 且流体阻力减小。因此，相对于记录头10辅助压力自动地减小。换句话说，因为被喷出的 墨水的流量小，所以小辅助被施加于不需要辅助的记录头10。另一方面，因为被喷出的墨水 的流量大，所以大辅助被施加于需要辅助的记录头10。根据以上原因，如图12所示，当在辅助流量是0. 01cc/s的情况下没有施加辅助 时，喷出头中增加了大约SkPa的压力，同时在非喷出头中几乎没有增加压力。如上所述，在具有用于供给多种墨水的多个墨水供给系统的系统中，所有墨水供 给系统的泵可以一起由一个致动器驱动。因此，可以简化设备的结构以及控制，降低设备的 制造成本，并且减小设备的尺寸。此外，液体的粘性通常按照液体的温度而改变。因此，如图2所示，可以基于每个 都是由温度传感器27测量的设备周围的温度、设备内的温度、墨水的温度以及其预计值来 控制泵78的驱动的方式，进行到记录头10的墨水的辅助。照这样，可以实现对应于所有温 度的便利设备。此外，如果在墨水供给路径中设置压力传感器、并且当从记录头喷出对应于预定 流量的墨水时测量压力变化，则可以相应地检测直接与压力损失相关的液体粘性。基于检 测结果，可以改变控制泵78的参数，并且可以使用各自具有不同粘性的各种液体。此外，如 果用户在确认喷出状态的同时被允许输入参数，则并不需要用于检测液体粘性的机构。因 此，可以简化该设备。接下来，参考图13到15A和15C，描述根据本发明第二实施例的墨水供给系统。注 意，图13是墨水供给系统的示意性说明图，图14A和14B是沿图13中的线J-J的横截面说 明图，以及图15A到15C是用于说明流体阻力可变单元的说明图。这里，墨水盒40具有袋构件93，该袋构件93由在墨水被消耗的时候如图14A和 14B所示可以自由变形(从图14A中显示的状态到图14B中显示的状态)的柔性材料形成， 并且墨水被存储在该袋构件93中。墨水盒40被布置在记录头10的喷嘴表面以下的位置 处。由于利用该盒结构，墨水供给系统处于密封的状态，所以被供给的墨水的品质可 以容易地被保持稳定。此外，由于通过在记录头10和墨水盒40之间的高度差，记录头10 被保持在负压，所以负压被稳定。如图15A到15C所示，流路阻力可变单元83具有容纳在锥形管91中的中空阀体 92，并且被配置为沿形成在锥形管91的中心部分形成的圆孔95竖直地移动。在圆孔95的 外壁面处形成凹槽94。凹槽94被连续形成，以使其在连接墨水盒40侧上的横截面积大并 且在连接记录头10侧上的横截面积小。即使使用如此配置的流路阻力可变单元83，根据作用于阀体92的浮力、借助于泵78的辅助流量以及从记录头10被喷出的墨水的流量之间的平衡，也可确定阀体92的位置， 并且在该对应位置处流路阻力可变单元83中的对应于流体阻力的辅助压力可以被提供给 记录头10。因而，可以获得如参考图11所述的相同的补充辅助效果。在该实施例中的，如图13所示，由于盒支持部41与泵78以及流路阻力可变单元 83成一体，所以能够小型化该设备，并且减少与连接相关的密封构件的数量。因而，能够以 低成本实现该设备。接下来，参考图16、17A和17B，描述根据本发明第三实施例的墨水供给系统。注 意，图16是墨水供给系统的说明图，并且图17A和17B是沿图16中的线K-K的横截面说明 图。这里，墨水盒40具有袋构件93，该袋构件93由在墨水被消耗时可以如图17A和 17B所示自由变形(从图17A中显示的状态到图17B中显示的状态)的柔性材料形成，并且 墨水被存储在该袋构件93中。在袋构件93中，设置压缩弹簧96。利用该结构，墨水盒40自动产生负压。因此，如图16所示，墨水盒40可以被布置 高于记录头10的喷嘴表面的位置(具有高度差-h)处。在该实施例中，在墨水供给管42和泵78之间设置作为压力变化吸收单元的缓冲 构件97。该缓冲构件97被构成为由诸如薄膜和橡胶的柔性材料形成并且具有至少一个壁 面的容器，或被构成为在其内形成固定的气体层的容器。该缓冲构件97可以减弱由泵78 产生的不必要的压力脉冲并且吸收当泵78开始和停止时的过渡的压力变化。因而，可以使 记录头10的压力更加稳定。参考图18到图20，现在描述作为适用于本发明各实施例的图像形成设备的喷墨 记录设备的另一个实例。注意，图18是喷墨记录设备的概略的正面说明图，图19是喷墨记 录设备的示意性平面说明图，以及图20是喷墨记录设备的概略的侧面说明图。这里，除了构成将墨水盒40连接到记录头10的第一流路的一部分的墨水供给管 42以外，还在参考图1到图3描述的图像形成设备中设置构成第二流路的墨水供给管43。 各个颜色的墨水从墨水盒(主箱)40经由作为墨水供给管的第一管42和第二管43被供给 到副箱30，该墨水盒(主箱40)作为存储各个颜色的墨水的液体箱。同样参考图21和22，现在描述根据适用于喷墨记录设备的本发明第四实施例的 墨水供给系统。注意，图21是墨水供给系统的副箱的示意性横截面说明图，以及图22是墨 水供给系统的盒支持部的说明图。如图21所示，该墨水供给管42的一端以及墨水供给管43的一端被连接到该副箱 30。如图18以及19所示，该墨水供给管42的另一端以及墨水供给管43的另一端被连接 到安装在图像形成设备的主体中的盒支持部341。注意，该副箱30的其他结构与上述的那 些相同。类似于上述盒支持部41，该盒支持部341被连接到墨水盒40、作为馈液单元的泵 单元以及作为流体阻力控制单元的压力控制单元81。如图22所示，形成内部流路370、371、374以及379以便对应于盒支持部341内的 各个颜色的墨水。内部流路379具有与泵单元80相连通的泵连接口 373a。利用该泵连接 口 373a，第一管42与泵单元80相连通。此外，内部流路371具有与压力控制单元81相连 通的压力控制口 372a。利用该压力控制口 372a，第二管43与压力控制单元81连通。内部流路374具有泵连接口 373b以及盒连通口 375a。利用该泵连接口 373b以及盒连通口 375a,墨水盒76与泵单元80连通。内部流路370具有与压力控制单元81相连通的压力控 制口 372b以及盒连通口 375b。利用该压力控制口 372b以及盒连通口 375b，墨水盒40与 压力控制单元81相连通。注意，泵单元80以及压力控制单元81的结构和操作与第一实施例中所描述的相 同。参考图23，现在描述根据本发明第四实施例的墨水供给系统的整个结构和操作。墨水供给系统具有作为存储被提供给记录头10的液体的液体箱的墨水盒40 ；与 记录头10和墨水盒40连通的第一流路201 ；设置在第一流路201中作为馈液单元的泵单 元80 (泵78)；设置为平行于第一流路201的泵单元80的第二流路202 ；和设置在第二流路 202中作为流体阻力控制单元的压力控制单元81。第一流路201由从墨水盒40侧依序布置的内部流路374和379以及墨水供给管 42组成。此外，第二流路202由从墨水盒40侧依序布置的内部流路370和371以及墨水供 给管43组成。因此，第一流路201和第二流路202允许墨水盒40和记录头10经由不同的 流路彼此连通。泵单元80具有图7中显示的连续布置的四个管式泵，以及压力控制单元81具有 具备图8中所示结构的流路阻力可变单元83。墨水盒40设置有空气连通部90，并且布置 为使墨水盒40内的液面被定位成低于记录头10的喷嘴表面。利用该布置，当所有墨水供 给路径充满墨水时，由于记录头10和墨水盒40的液面之间的水位差h，记录头10被保持为 负压。当从记录头10喷出墨水时，压力控制单元81的流路阻力可变单元83处于图IOA 显示的状态下。墨水经由流路阻力可变单元83的开口部分和墨水供给管43(第二管第二 流路302)从墨水盒40被自然地供给到记录头10。这里，如果要被排出的墨水的粘性大，如 果第二管43的流体阻力大，以及如果要被排出的墨水的流量大，则由于墨水供给路径的流 体阻力，墨水的供给可能被滞后。具体地，在墨水供给系统中，主要由第二管43、过滤器109和接合单元89引起墨水 供给阻力。当在宽图像形成设备(液体喷出设备)中喷出具有16cP高粘度的墨水时，在该 宽图像形成设备中，长管具有3毫米的直径以及2500毫米的长度，第二管43的流体阻力是 2elO(Pa · s/m3)(双层管的流体阻力是IelO (Pa · s/m3))。此外，在该实施例中，过滤器109 和接合单元89的流体阻力分别是IelO (Pa · s/m3)和6. 6e9 (Pa · s/m3)。在该实施例中，压力损失的极限值是2. 5kPa，在压力损失的极限值处，构成记录头 10的液体喷出头可以进行稳定的喷出，并且当墨水从所有喷嘴被连续地喷出时的流量是 0. lcc/s。由于即使当压力控制单元81不存在时此时的压力损失也是3. 27kPa，所以不能用 简单的水位差墨水供给系统自然地供给墨水。如上所述，当由于墨水供给系统的阻力而增加压力损失而引起墨水的不足时，驱 动泵78以在箭头E表示的方向上供应墨水。利用经由泵78供应墨水，可以补偿被供给的 墨水的不足量(称为“补充辅助”)。图M是显示借助于泵78的馈液量(辅助流量)和记录头10的压力之间的关系 的实例的说明图。在该实例中，流路阻力可变单元83具有以下特性。也就是说，当墨水在如图IOA所示的箭头C表示的方向上流动时(当墨水从墨水盒76向记录头10流动时)，流 路是狭窄的。在这种情况下，流体阻力是8. lelO(Pa*S/m3)。另一方面，当墨水如图IOB所 示在箭头D表示的方向上流动时(当墨水从记录头10向墨水盒76流动时)，流路是宽的。 在这种情况下，流量大于或等于0. lcc/s，并且流体阻力被保持为1. 7e8(Pa · s/m3)的最小 值。当墨水在如图IOB所示的方向上流动并且流量小于0. lcc/s时，流路阻力可变单 元83的流体阻力处于1. 7e8和8. IelO (Pa · s/m3)之间的值。如图M所示，在泵78停止 (辅助流量是零)的状态下，当从记录头10喷出具有16cp粘度的墨水以便对应于0. lcc/s 的流量时，出现15kPa的压力损失。因此，在这种情况下不能喷出墨水。以驱动泵78来供给辅助流量(墨水从墨水盒40经由第一流路301被馈送到记录 头10)的方式可以减小压力损失。例如，如果辅助流量被设定为0. 125cc/s，则记录头10的 压力就可以被设定为大约-2. 4kPa。因此，可以稳定地喷出墨水。参考图27，作为比较实例，现在描述在利用水位差保持稳定的负压的同时供给墨 水的方法。图27中显示的比较实例涉及一种系统，在该系统中，墨水供给管M2以及543 被用于自然地供给墨水。与上述图像形成设备相似，比较实例的系统使用宽图像形成设备， 在该宽图像形成设备中，长管具有3毫米的直径以及2500毫米的长度。当在该宽图像形成 设备中喷出具有16cp高粘度的墨水时，压力损失是2. 72kPa。在这种情况下，不能正常地进 行所谓的固态(solid)打印，在该固态打印中，从所有喷嘴15喷出墨水。为了减少压力损失，有一种增加被连接的管的数量的方法。然而，因为制造成本增 加，系统变得复杂，并且所有管不能良好的充满墨水，所以该方法不是优选的。另一种减少 压力损失的方法是使管变厚。当该管被变厚时，管的弯曲性能就变差。因此，必须增加图像 形成设备的尺寸以便允许管来回移动。此外，由于托架的扫描负荷增加，所以托架扫描马达 必须增加尺寸。结果，出现包括制造成本增加和在主扫描处振动增加的各种问题。此外，在 图观显示的结构中，记录头10和墨水盒40仅仅借助于管而彼此连接。因此，如果空气泡 沫侵入管542和M3中，则只有当从记录头10喷出墨水时才可除去空气泡沫。结果，增加 被无用地喷出的墨水量。为了增加在该比较实例的系统中的空气泡沫排出性能，如图观所示，泵578被设 置在任一个管(该实例中的管中，并且进一步设置旁路该泵578的流路568和开/关 阀569。然而，即使在图观显示的结构中，也仍有上述压力损失。结果，不能解决包括管变 厚以及由于复杂系统而导致的制造成本增加的问题。相反地，在根据图23中显示的第四实施例的结构中，不需要管42和43变厚，并且 可以基于由泵78产生的辅助流量来供给墨水而没有引起压力损失。此外，即使空气泡沫侵 入到管42和43中，也可以利用泵78通过循环，将空气泡沫排出到墨水盒40里。因此，为 了排出气泡，不需要无用地喷出墨水。如果为了空气泡沫的循环，可逆泵(可以在任一方向馈送液体)被用作泵78，则即 使在液体从墨水盒40被馈送到记录头10的方向和液体从记录头10被馈送到墨水盒40的 方向中的任一方向上馈送液体，也可以将空气泡沫排出到墨水盒40中。然而，当液体在上 述图23中的箭头G表示的方向上流动时，流路阻力可变单元81的阀的阻力被减小。因此， 当通过泵78将液体从墨水盒40馈送到记录头10时，排出空气泡沫的效率大大提高。
此外，在根据第四实施例的系统中，第一流路201允许由泵78强制馈送的液体的 恒定流量。因此，构成第一流路201的第一管42可以被做得比构成第二流路202的第二管 43格外地薄。换句话说，第一流路201的流体阻力可以小于第二流路202的流体阻力。因 而，能够以低成本制造图像形成设备，而没有由于上述的管的差弯曲性能，引起诸如设备尺 寸增加以及托架的扫描负荷增加的问题。由于根据在如图18到20所示的本发明各实施例的图像形成设备中喷出四个颜色 的墨水，所以设置具有图23显示的结构的四个墨水供给系统以便对应于各个颜色。对应于 各个颜色的泵78，可以设置用于驱动泵78的诸如马达的四个致动器，以便按照从各个记录 头10被喷出的墨水量独立地控制马达。可替代的，如上所述，可以只使用与各个颜色的泵 78(78K、78C、78MW&78Y)共用的一个马达(致动器)82。此外，当喷出多个颜色的墨水以 形成图像的时候，从各个记录头10被喷出的墨水量是不同的。因此，有时会发生一种情况， 在该情况中，一个记录头10的的所有喷嘴喷出墨水，但是从其他记录头10没有喷出墨水。 即使在这种情况下，在根据本发明各实施例的墨水供给系统中，由于流体阻力基于在流路 阻力可变单元83中流动的墨水的方向和流量而自动地变化，所以并不需要按照从各个记 录头10被喷出的墨水的流量来控制泵78。这里，参考图23，更具体地描述根据本发明各实施例的补充辅助的原理。在上述的墨水供给系统中的补充辅助的原理是基于利用泵78强制将墨水供给到 记录头10。也就是说，利用泵78通过加压的墨水供给，来辅助墨水的补充。换句话说，当利 用泵78的辅助流量小于从记录头10被喷出的墨水的流量时，由泵78馈送的所有墨水经由 第一流路201流到记录头10，并且与不足量相对应的墨水经由第二流路202是供给到记录 头10。因此，流路阻力可变单元83中的液体在图23中箭头F表示的方向上流动。然而，作 为引起压力损失的主要因素的在构成第二流路202的第二管43中流动的墨水量被减少相 当于辅助流量的量，所以可以减小压力损失。另一方面，当利用泵78的辅助流量大于从记录头10被喷出的墨水的流量时，由泵 78馈送的所有墨水经由第一流路201流到记录头10，并且墨水的余量在第二流路202中反 向地流动，然后在图23中的箭头G表示的方向上在流路阻力可变单元83中流动。在这种 情况下，相当于辅助流量以及从记录头10被喷出的墨水的流量之间的差的液体使得泵单 元80、第一流路201、第二流路202、压力控制单元81以及墨水盒40的回路循环。当液体在第二流路202以及流路阻力可变单元83中在箭头G表示的方向上流动 时，由第二流路202以及流路阻力可变单元83产生的压力损失相对于记录头10被作用在 加压方向上，随后抵销记录头10的压力损失。当从记录头10被喷出的墨水量少时，压力损 失最初是小的。因此，不需要补充辅助。然而，在该状态下，由于流路阻力可变单元83中的 墨水的流量在箭头G表示的方向上增加，所以阀体88如9B和IOB所示被降低并且流体阻 力被减小。因此，相对于记录头10辅助压力被自动减小。换句话说，因为被喷出的墨水的 流量少，所以小辅助被施加于不需要辅助的记录头10。另一方面，因为被喷出的墨水的流量 大，所以大辅助被施加于需要辅助的记录头10。根据以上原因，如图对所示，当在辅助流量是0. lcc/s的情况下没有采用施加辅 助时，喷出头中的压力被增加了大约lOkPa，同时在非喷出头中只增加了大约3kPa。如上所述，在具有用于供给多种墨水的多个墨水供给系统的系统中，所有墨水供给系统的泵可以由一个致动器一起被驱动。因此，可以简化设备的结构以及控制，降低设备 的制造成本，并且减小设备的尺寸。此外，液体的粘性通常根据液体的温度而改变。因此， 如图19所示，可以基于每个都由温度传感器27测量的设备周围的温度、设备内的温度、墨 水的温度以及它们的预计值来控制泵78的驱动，进行到记录头10的墨水的辅助。照这样， 可以实现对应于所有温度的便利设备。此外，如果在墨水供给路径中设置压力传感器、并且 当从记录头喷出对应于预定流量的墨水时测量压力变化，则可以相应地检测直接与压力损 失相关的液体粘性。基于检测结果，可以改变控制泵78的参数，并且可以使用各自具有不 同粘性的各种液体。此外，如果用户在确认喷出状态的同时被允许输入参数，则并不需要用 于检测液体粘性的机构。因此，可以简化该设备。参考图25，现在描述根据本发明第五实施例的墨水供给系统。该实施例是第二实施例和第四实施例的结构的组合。换句话说，如图14A和14B 所示，墨水盒40具有袋构件93，该袋构件93由当墨水被消耗时可以自由地变形的柔性材料 形成，并且墨水被存储在该袋构件93中。墨水盒40被布置在记录头10的喷嘴表面以下的 位置。由于利用该盒结构，墨水供给系统处于密封的状态，所以被供给的墨水的品质可以容 易地被保持稳定。此外，由于通过在记录头10和墨水盒40之间的高度差，记录头10被保 持在负压，所以负压被稳定。如图15A到15C所示，流路阻力可变单元83具有容纳在锥形管91中的中空阀体 92，并且被配置为沿在锥形管91的中心部分形成的圆孔95竖直地移动。在圆孔95的外壁 面处形成凹槽94。凹槽94被连续形成，以使其在连接墨水盒40侧上的横截面积大并且在 连接第一管42侧上的横截面积小。即使使用如此配置的流路阻力可变单元83，根据作用 于阀体92的浮力、借助于泵78的辅助流量以及从记录头10被喷出的墨水的流量之间的平 衡，也可确定阀体92的位置，并且在该对应位置处流路阻力可变单元83中的对应于流体阻 力的辅助压力可以被供给到记录头10。因而，可以获得如第四实施例中所述的相同的补充 辅助效果。在该实施例中的，由于盒支持部41与泵78以及流路阻力可变单元83成一体，所 以该设备可以被小型化，并且与连接相关的密封构件的数量可以减少。因而，可以低成本实 现该设备。参考图沈，现在描述根据本发明第六实施例的墨水供给系统。该实施例是第三、第四以及第五实施例的结构的组合。换句话说，如图16所示，墨 水盒40具有袋构件93，该袋构件93设置有压缩弹簧并且由当墨水被消耗时可以自由地变 形的柔性材料形成，并且墨水被存储在该袋构件93中。利用该结构，墨水盒40自动地产生 负压。因此，墨水盒40可以被布置在高于记录头10的喷嘴表面的位置处。在该实施例中，在第一管42和泵78之间设置缓冲构件97。利用该缓冲构件97， 由泵78产生的不必要的压力脉冲可以被减弱，并且可以吸收当泵78开始和停止时的过渡 的压力变化。因而，可以使记录头10的压力更加稳定。注意，在以上描述中，本发明各实施例的操作和效果适用于不同颜色的墨水被供 给到多个头的情况，但是它们还可以适用于相同颜色的墨水被供给到多个头的情况以及具 有不同规格的墨水被供给到多个头的情况。此外，这些操作和效果还可以适用于一种墨水 供给系统，在该墨水供给系统中，从具有多个喷嘴列的一个液体喷出头喷出不同类型的液体。而且，这些操作和效果不仅可以适用于喷出狭窄限定的墨水的图像形成设备，而且还可 以适用于喷出各种液体的液体喷出设备。 本申请基于在2008年9月2日向日本专利局提交的日本优先权申请 号2008-225226、以及在2009年6月25日向日本专利局提交的日本优先权申请号 2009-151505，通过引用在此结合其全部内容。
权利要求
1.一种图像形成设备，其特征在于，包括 喷出液滴的记录头；存储被供给到所述记录头的墨水的液体箱； 与所述记录头和所述液体箱连通的第一流路； 设置在所述第一流路中的馈液单元； 平行于所述第一流路的所述馈液单元设置的第二流路；和 设置在所述第二流路中的流体阻力控制单元；其中，所述流体阻力控制单元根据流动液体的流量来改变流体阻力，并且当所述液滴从所述 记录头被喷出时，在所述记录头和所述液体箱经由所述第二流路彼此连通的状态下，利用 所述馈液单元将所述液体从所述液体箱馈送到所述记录头。
2.如权利要求1所述的图像形成设备，其特征在于，所述第二流路在所述馈液单元在馈液方向上的上游侧和下游侧与所述第一流路连通， 并且经由所述第一流路与所述液体箱和所述记录头连通。
3.如权利要求1所述的图像形成设备，其特征在于，所述第一流路和所述第二流路经由不同的流路与所述液体箱和所述记录头连通。
4.如权利要求3所述的图像形成设备，其特征在于，所述第一流路的所述流体阻力大于所述第二流路的所述流体阻力。
5.如权利要求3或4所述的图像形成设备，其特征在于，所述馈液单元产生从所述液体箱引导到所述记录头的流动以及从所述记录头引导到 所述液体箱的流动，并且在所述第一流路和所述第二流路中的至少任一个内循环空气以便 将所述空气排出到所述液体箱里。
6.如权利要求1到5中任一项所述的图像形成设备，其特征在于， 多个所述馈液单元被设置并且被共用的驱动单元所驱动。
7.如权利要求1到6中任一项所述的图像形成设备，其特征在于，当所述液体的所述流动从所述记录头被引导到所述液体箱时，所述流体阻力控制单元 随着所述液体的所述流量增加而减小所述流体阻力，并且当所述液体的所述流动从所述液 体箱被引导到所述记录头时，所述流体阻力控制单元使所述流体阻力恒定。
8.如权利要求1到7中任一项所述的图像形成设备，其特征在于， 基于所述液体的温度控制所述馈液单元的馈液量。
9.如权利要求1到8中任一项所述的图像形成设备，其特征在于，所述液体箱与大气连通并且被布置为液面在重力方向上被定位在所述记录头的喷嘴 之下。
10.如权利要求1到8中任一项所述的图像形成设备，其特征在于，所述液体箱具有由柔性材料形成的并且存储所述液体的袋状构件，并且在所述重力方 向被布置在所述记录头的所述喷嘴之下。
11.如权利要求1到8中任一项所述的图像形成设备，其特征在于， 所述液体箱被保持在小于大气压力的压力。
12.如权利要求1到11中任一项所述的图像形成设备，其特征在于，由所述第一流路和所述第二流路组成的液体供给路径设置有吸收所述液体的压力变化的压力变化吸收单元。
13.如权利要求1到12中任一项所述的图像形成设备，其特征在于， 所述流体阻力控制单元与所述馈液单元成一体。
全文摘要
公开了一种图像形成设备，该图像形成设备包括喷出液滴的记录头；存储被供给到记录头的墨水的液体箱；与记录头和液体箱连通的第一流路；设置在第一流路中的馈液单元；平行于第一流路的馈液单元设置的第二流路；以及设置在第二流路中的流体阻力控制单元。所述流体阻力控制单元根据流动液体的流量来改变流体阻力，并且当液滴从记录头被喷出时，在记录头和液体箱经由第二流路彼此连通的状态下，利用馈液单元将液体从液体箱馈送到记录头。
文档编号B41J2/175GK102131647SQ200980133810
公开日2011年7月20日 申请日期2009年8月13日 优先权日2008年9月2日
发明者加藤知己, 灰田一穗 申请人:株式会社理光