JP2004330514A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッドの共振周波数に近い駆動周波数でヘッドを駆動したときに滴が曲がったり、滴の大きさが変わったり、サテライトが発生したりして、正常な画像が得られない。
【解決手段】駆動波形の最初と最後にインク滴を吐出させない非吐出パルスを生成するためのダミーパルスＰｄ１、Ｐｄ２を加え、時間Ｓ１はダミーパスルＰｄ１、時間Ｓ２はダミーパルスＰｄ１から第１パルスＰ１への移行時間、時間Ｓ３が第１パルスＰ１、時間Ｓ４が第２パルスＰ２、時間Ｓ５が第３パルスＰ３、時間Ｓ６は第３パルスＰ３からダミーパルスＰｄ２への移行時間、Ｓ７がダミーパルスＰｄ２とし、出力波形を選択することで、ヘッドの共振周波数と異なる駆動周波数でヘッドを駆動する。
【選択図】 図９

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は画像形成装置に関し、特にヘッドの駆動制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平９−２９９６２号
【０００３】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像形成装置として用いるインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室（吐出室、圧力室、加圧室、インク流路、加圧室等とも称される。）と、この液室内のインクを加圧する圧力発生手段とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。
【０００４】
インクジェットヘッドとしては、インク流路内のインクを加圧する圧力発生手段として圧電素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの、或いは、発熱抵抗体を用いてインク流路内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるいわゆるサーマル型のもの、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のものなどが知られている。
【０００５】
このようなインクジェットヘッド内、振動板を使用するものにあっては、振動板を加圧室側に押し込み、加圧室内の容積を小さくすることでインク滴を吐出させる押し打ち法で駆動するものと、振動板をインク室の外側方向の力で変形させインク室内の内容積を広げた状態から元の容積になるように振動板の変位を元に戻すことでインク滴を吐出させる引き打ち法で駆動するもの、これらを組み合わせた方法で駆動するものとがある。
【０００６】
ところで、インクジェット記録装置は、通常１色あたり数十個以上のノズルを有し、画像データに応じてインク滴を吐出させるノズルが適宜に選択されて画像を形成する。ここで、多数のノズルを駆動させて（圧力発生手段を駆動させてという意味）画像を形成する場合、インク滴を吐出する圧力の反力がヘッド自体に作用するため、画像によっては吐出圧によってヘッドが加振され、ヘッドの固有振動数で共振する現象が発生する。
【０００７】
この共振周波数に近い駆動周波数でヘッドを駆動すると、ノズルから吐出される滴が曲がったり、滴の大きさが変わったり、サテライトが発生したりして、正常な画像が得られない不具合が発生する。
【０００８】
そこで、共振による画像への悪影響を回避する方法として、従来、例えば
【特許文献１】に記載されているように、アクチュエータの寸法をバラバラにして共振を避けるようにしたものがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようにアクチュエータの寸法をバラバラにして共振を避けるようにしたヘッドにあっては、アクチュエータの加工が複雑になるという課題がある。
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で共振による影響を抑制して画像品質を向上する画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
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、ヘッドの共振周波数と異なる駆動周波数の駆動波形でヘッドの圧力発生手段を駆動するヘッド駆動手段を備えている構成とした。
【００１２】
ここで、ヘッド駆動手段は駆動周波数をヘッドの共振周波数と異ならせるために液滴を吐出しないエネルギーを発生する非吐出パルスを印加することが好ましい。この場合、非吐出パルスは液滴を吐出させる吐出パルスの一部を利用して生成することができる。
【００１３】
この非吐出パルスはノズルのメニスカスを引き込む側のパルスであることが好ましく、この場合、ノズルのメニスカスを引き込む部分の電圧変化速度がメニスカスを復帰させる部分の電圧変化速度よりも大きいことが好ましい。あるいは、非吐出パルスはノズルのメニスカスを押し出す側のパルスであり、この非吐出パルスの幅はヘッドの液室内の圧力共振周期以下であることが好ましい。さらに、非吐出パルスはノズルのメニスカスを押し出す側の第１波形と、この第１波形に続きノズルのメニスカスを引き込む側の第２波形とを含み、第１波形のパルス幅がヘッドの液室の共振周波数以下であることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の機構部の概略斜視説明図、図２は同機構部の側面説明図である。
【００１５】
このインクジェット記録装置装置は、記録装置本体１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２等を収納し、給紙カセット４或いは手差しトレイ５から給送される用紙３を取り込み、印字機構部２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ６に排紙する。
【００１６】
印字機構部２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１１と従ガイドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向（図２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１３にはイエロー（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インクジェットヘッドからなるヘッド１４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ１３の上側にはヘッド１４に各色のインクを供給するための各インクタンク（インクカートリッジ）１５を交換可能に装着している。
【００１７】
インクカートリッジ１５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド１４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド１４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。このインクカートリッジ１５からインクをヘッド１４内に供給する。
【００１８】
ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９との間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミングベルト２０をキャリッジ１３に固定しており、主走査モータ１７の正逆回転によりキャリッジ１３が往復駆動される。
【００１９】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。さらに、ヘッド１４としては、後述するように、インク流路の壁面の少なくとも一部を形成する振動板と、この振動板を圧電素子で変形させるピエゾ型インクジェットヘッドを用いている。
【００２０】
一方、給紙カセット４にセットした用紙３をヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセット４から用紙３を分離給装する給紙ローラ２１及びフリクションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材２３と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ローラ２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられる搬送コロ２５及び搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送ローラ２４は副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００２１】
そして、キャリッジ１３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙３を記録ヘッド１４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材２９を設けている。この印写受け部材２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３１、拍車３２を設け、さらに用紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ローラ３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部材３５，３６とを配設している。
【００２２】
記録時には、キャリッジ１３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１４を駆動することにより、停止している用紙３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙３を排紙する。
【００２３】
また、キャリッジ１３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１４の吐出不良を回復するための回復装置３７を配置している。回復装置３７は、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１３は印字待機中にはこの回復装置３７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１４をキャッピングされ、吐出口部（ノズル孔）を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する（パージする）ことにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００２４】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００２５】
次に、このインクジェット記録装置の記録ヘッド１４を構成するインクジェットヘッドについて図３乃至図５を参照して説明する。なお、図３は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図４は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図である。
【００２６】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板で形成した流路板４１と、この流路板４１の下面に接合した振動板４２と、流路板４１の上面に接合したノズル板４３とを有し、これらによって液滴であるインク滴を吐出するノズル４５がノズル連通路４５ａを介して連通するインク流路である加圧室４６、加圧室４６にインクを供給するための共通液室４８にインク供給口４９を介して連通する流体抵抗部となるインク供給路４７を形成している。
【００２７】
そして、振動板４２の外面側（液室と反対面側）に各加圧室４６に対応して加圧室４６内のインクを加圧するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての積層型圧電素子５２を接合し、この圧電素子５２をベース基板５３に接合している。また、圧電素子５２の間には加圧室４６、４６間の隔壁部４１ａに対応して支柱部５４を設けている。ここでは、圧電素子部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施すことで櫛歯状に分割して、１つ毎に圧電素子５２と支柱部５４を形成している。支柱部５４も構成は圧電素子５１と同じであるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。
【００２８】
さらに、振動板４２の外周部はフレーム部材４４にギャップ材を含む接着剤５０にて接合している。このフレーム部材４４には、共通液室４８となる凹部、この共通液室４８に外部からインクを供給するための図示しないインク供給穴を形成している。このフレーム部材４４は、例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成している。
【００２９】
ここで、流路板４１は、例えば結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで、ノズル連通路４５ａ、加圧室４６、インク供給路４７となる凹部や穴部を形成したものであるが、単結晶シリコン基板に限られるものではなく、その他のステンレス基板や感光性樹脂などを用いることもできる。
【００３０】
振動板４２は、ニッケルの金属プレートから形成したもので、例えばエレクトロフォーミング法（電鋳法）で作製しているが、この他の金属板や樹脂板或いは金属と樹脂板との接合部材などを用いることもできる。この振動板４２は加圧室４６に対応する部分に変形を容易にするための薄肉部（ダイアフラム部）５５及び圧電素子５２と接合するための厚肉部（島状凸部）５６を形成するとともに、支柱部５４に対応する部分及びフレーム部材４４との接合部にも厚肉部５７を形成し、平坦面側を流路板４１に接着剤接合し、島状凸部５６を圧電素子５２に接着剤接合し、更に厚肉部５７を支柱部５４及びフレーム部材４４に接着剤５０で接合している。なお、ここでは、振動板４２を２層構造のニッケル電鋳で形成している。この場合、ダイアフラム部５５の厚みは３μｍ、幅は３５μｍ（片側）としている。
【００３１】
ノズル板４３は各加圧室４６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４５を形成し、流路板４１に接着剤接合している。このノズル板４３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。ここでは、電鋳工法によるＮｉメッキ膜等で形成している。また、ノズル４３の内部形状（内側形状）は、ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。）に形成し、このノズル４５の穴径はインク滴出口側の直径で約２０〜３５μｍとしている。さらに、各列のノズルピッチは１５０ｄｐｉとした。
【００３２】
また、ノズル板４３のノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。撥水処理層としては、例えば、ＰＴＦＥ−Ｎｉ共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。
【００３３】
圧電素子５２は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層６１と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層６２とを交互に積層したものであり、内部電極６２を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極６３、共通電極６４に電気的に接続したものである。この圧電常数がｄ３３である圧電素子５２の伸縮により加圧室４６を収縮、膨張させるようになっている。圧電素子５２に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子５２に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮するようになっている。
【００３４】
なお、圧電素子部材の一端面の端面電極はハーフカットによるダイシング加工で分割されて個別電極６３となり、他端面の端面電極は切り欠き等の加工による制限で分割されずにすべての圧電素子５２で導通した共通電極６４となる。
【００３５】
そして、圧電素子５２の個別電極６３には駆動信号を与えるために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若しくはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル６５を接続し、このＦＰＣケーブル６５には各圧電素子５２に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）を接続している。また、共通電極６４は、圧電素子の端部に電極層を設けて回し込んでＦＰＣケーブル６５のグラウンド（ＧＮＤ）電極に接続している。
【００３６】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、例えば、記録信号に応じて圧電素子５２に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、圧電素子５２に積層方向の変位が生起し、振動板４２を介して加圧室４６内のインクが加圧されて圧力が上昇し、ノズル４５からインク滴が吐出される。
【００３７】
その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧室４６内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧室４６内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、図示しないインクタンクから供給されたインクは共通液室４８に流入し、共通液室４７からインク供給口４９を経て流体抵抗部４７を通り、加圧室４６内に充填される。
【００３８】
次に、このインクジェット記録装置の制御部の概要について図５及び図６を参照して説明する。なお、図５は同制御部の全体ブロック図、図６は同制御部のヘッド駆動制御に係わる部分のブロック説明図である。
【００３９】
この制御部は、プリンタコントローラ７０と、主走査モータ１７及び副走査モータ１８を駆動するためのモータドライバ８１と、記録ヘッド１４（インクジェットヘッド）を駆動するためのヘッドドライバ（ヘッド駆動回路、ドライバＩＣで構成）８２等を備えている。
【００４０】
プリンタコントローラ７０は、ホストコンピュータ等からの印刷データ等をケーブル或いはネットを介して受信するインターフェース（以下「Ｉ／Ｆ」という）７２と、ＣＰＵ等からなる主制御部７３と、各種データの記憶等を行うＲＡＭ７４と、各種データ処理のためのルーチン等を記憶したＲＯＭ７５と、発振回路７６と、インクジェットヘッド１４への駆動波形を発生させる駆動波形発生手段としての駆動信号発生回路７７と、ドットパターンデータ（ビットマップデータ）に展開された印字データ及び駆動波形等をヘッドドライバ８２に送信するためのＩ／Ｆ７８、モータ駆動データをモータドライバ８１に送信するためのＩ／Ｆ７９等とを備えている。
【００４１】
ＲＡＭ７４は各種バッファ及びワークメモリ等として用いる。ＲＯＭ７５は主制御部７３によって実行する各種制御ルーチンとフォントデータ及びグラフィック関数、各種手続き等を記憶している。
【００４２】
主制御部７３は、Ｉ／Ｆ７２に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して中間コードに変換し、この中間コードデータをＲＡＭ７４の所定のエリアで構成した中間バッファに記憶し、読み出した中間コードデータをＲＯＭ７５に格納したフォントデータを用いてドットパターンデータに展開し、ＲＡＭ７４の異なる所定のエリアに再び記憶する。なお、ホスト側のプリンタドライバで印刷データをビットマップデータに展開してこの記録装置に転送する場合には、単にＲＡＭ７４に受信したビットマップの印刷データを格納する。
【００４３】
そして、主制御部７３は、記録ヘッド１４の１行分に相当するドットパターンデータが得られると、図７に示すように、この１行分のドットパターンデータを、発振回路７６からのクロック信号ＣＬＫに同期して、Ｉ／Ｆ７８を介してヘッドドライバ８２にシリアルデータＳＤで送出し、また所定のタイミングでラッチ信号ＬＴＡをヘッドドライバ８２に送出する。
【００４４】
駆動信号発生回路７７は、図７に示すように、駆動波形（駆動信号）Ｐｖのパターンデータを格納したＲＯＭ（ＲＯＭ７５で構成することもできる。）と、このＲＯＭから読み出される駆動波形のデータをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器を含む波形生成回路９１と、アンプ９２とで構成している。
【００４５】
ヘッド駆動回路８２は、主制御部７３からのクロック信号ＣＬＫ及び印字信号であるシリアルデータＳＤを入力するシフトレジスタ９５と、シフトレジスタ９５のレジスト値を主制御部７３からのラッチ信号ＬＡＴでラッチするラッチ回路９６と、ラッチ回路９６の出力値をレベル変化するレベル変換回路（レベルシフタ）９７と、このレベルシフタ９７でオン／オフが制御されるアナログスイッチアレイ（スイッチ手段）９８とからなる。
【００４６】
このスイッチ回路９８には、駆動信号発生回路７７からの駆動波形Ｐｖを入力するスイッチＡＳ１〜ＡＳｎのアレイからなり、各スイッチＡＳ１〜ＡＳｎは記録ヘッド（インクジェットヘッド）１４の各ノズルに対応する圧電素子５２にそれぞれ接続されている。
【００４７】
そして、シフトレジスタ９５にシリアル転送された印字データＳＤは、一旦、ラッチ回路９６によってラッチされる。ラッチされた印字データはレベルシフタ９７によってスイッチ回路９８のスイッチを駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度の所定の電圧値まで昇圧されてスイッチ手段としてのスイッチ回路９８に与えられる。
【００４８】
このスイッチ回路９８の入力側には駆動信号発生回路７７からの駆動波形（駆動信号）Ｐｖが印加されており、スイッチ回路９８の出力側には圧力発生手段としての圧電素子５２が接続されている。したがって、例えば、スイッチ回路９８に加わる印字データが「１」である期間中は、駆動波形Ｐｖから得られる駆動パルスが圧電素子５２に印加され、この駆動パルスに応じて圧電素子５２は伸縮を行う。一方、スイッチ回路９８に加わる印字データが「０」の期間中は、圧電素子５２への駆動パルスの供給が遮断される。
【００４９】
なお、シフトレジスタ９５及びラッチ回路９６はロジック回路で組んであり、レベル変換回路９７及びスイッチ回路９８はアナログ回路で組んである。
【００５０】
次に、このように構成したインクジェット記録装置において駆動信号発生回路７７から発生する圧電素子５２に印加する駆動波形（駆動信号）について図６以降をも参照して説明する。
先ず、本発明を適用していない駆動波形の例について図７を参照して説明する。同図の駆動波形は、大、中、小の３種類の大きさのインク滴を吐出させることができる波形の一例である。
【００５１】
印字の際は、画像データに対して表１の制御テーブルに基づいてスイッチングが行われ、所望のパルスが選択され、出力される。例えば、大滴を吐出させる場合には、表１より図７（ａ）において時間Ｓ１と時間Ｓ２のスイッチ回路９８に加わる印字データを「１」にし、時間Ｓ３とＳ４の印字データを「０」にすることで、同図（ｂ）に示すように第１パルスＰ１と第２パルスＰ２のみが圧電素子５２に印加される。また、中滴を吐出させる場合には、同様に表１の制御テーブルに基づいてスイッチングが行われ、同図（ｃ）に示すように第１パルスＰ１のみが圧電素子５２に印加され、小滴を吐出させる場合には、同様に表１の制御テーブルに基づいてスイッチングが行われ、同図（ｄ）に示すように第３パルスＰ３のみが圧電素子５２に印加される。
【００５２】
このような制御により図７（ｂ）〜（ｄ）のパルスが印字データに基づいて各ノズルに対して適宜に選択され、駆動周期ごとにヘッド１４の圧力発生手段である圧電素子５２に出力されることにより液滴が吐出されて印字が行われる。
【００５３】
【表１】

【００５４】
ここで、特に高速印字が可能なノズル数が多いヘッドでは、ベタ画像等の多数のチャンネルから同時にインク滴を吐出して印字する場合、その反力でヘッド自身が加振され、振動する現象が生じる。この振動数がヘッドの固有振動数と一致すると、ノズルから正常にインク滴が吐出せず、異常画像となる。
【００５５】
図８はヘッドの全チャンネルのアクチュエータ（圧電素子５２）を駆動した場合の周波数特性の一例を示すものである。このヘッドでは、４．５ｋＨｚに一次共振が、１１．２ｋＨｚに二次共振が発生している。
【００５６】
そこで、図７（ａ）において、駆動周期が１２５μｓであると８ｋＨｚ以下の周波数で印字することが可能である。ベタ画像を印字する場合は毎駆動周期で多数のチャンネルからインクを吐出させて印字することができ、この場合は最高周波数の８ｋＨｚでヘッド自身が加振されることになる。また、画像によって、あるいは印字方法によっては、倍の周期の２５０μｓ間隔で多数のチャンネルからインクを吐出させる場合がある。このときは、実質的に４ｋＨｚでアクチュエータを駆動するため、この周波数でヘッドは加振される。
【００５７】
図８に示すような周波数特性を持つヘッドを実質的に４ｋＨｚで駆動して画像を印字すると、ヘッドの固有振動数に近いため、ヘッドが共振し、異常画像が発生する。
【００５８】
そこで、本発明ではヘッドの共振周波数と異なる駆動周波数で駆動する駆動波形を生成するようにしている。
先ず、駆動波形の第１例について図９を参照して説明する。この駆動波形は、図７に示した駆動波形の最初と最後にインク滴を吐出させない非吐出パルスを生成するためのダミーパルスＰｄ１、Ｐｄ２を加えており、時間Ｓ１がダミーパスルＰｄ１、時間Ｓ２はダミーパルスＰｄ１から第１パルスＰ１への移行時間、時間Ｓ３が第１パルスＰ１、時間Ｓ４が第２パルスＰ２、時間Ｓ５が第３パルスＰ３、時間Ｓ６は第３パルスＰ３からダミーパルスＰｄ２への移行時間、Ｓ７がダミーパルスＰｄ２とし、表２の制御テーブルに基づいて出力波形を選択する。
【００５９】
【表２】

【００６０】
この駆動波形では大、中、小滴は前記図７と駆動波形と同様であるが、印字データがないときに図９（ｅ）に示すようにダミーパルスＰｄ１で立下り、立下った後の電圧（Ｖｂ−Ｖｄの電圧）を維持したままダミーパルスＰｄ２で立ち上がる波形（パルス）が出力されることになる。
【００６１】
前述した図８に示すような周波数特性を持つヘッドを図９に示す駆動波形で駆動すると、実質的に４ｋＨｚで駆動する画像を印字した場合でも、図９（ｂ）〜（ｄ）のインク滴を吐出させる吐出パルスか、同図（ｅ）に示すインク滴を吐出させない非吐出パルス（ダミーパルス）のいずれかのがヘッド１４に印加されることになるので、実質的に８ｋＨｚで励振されることになる、４ｋＨｚでの共振の影響を受けず、良好な画質を得ることができる。
【００６２】
この場合、同図（ｅ）に示す非吐出パルスではインク滴吐出をしないことが絶対であるため、電圧Ｖｄ降下後の電圧がインクを吐出しない程度の電圧に設定されるか、パルスの立ち下がり時定数ｔｆ及び立上がり時定数ｔｒの傾きがゆるく設定される。固有振動数以外の周波数で励振するという目的では電圧Ｖｄを大きくしてパルスの立上がり、立下りの傾斜をゆるくするようにした方が効果的であるが、傾斜をゆるくすると、ダミーパルスのパルス幅が大きくなるため、駆動周期を長くしなければならなくなり、結果的に印字速度が低下してしまうことになる。したがって、必要以上にパスルの傾斜をゆるくすることは好ましくない。
【００６３】
また、パルスの立上りは傾きを急にするとインクが吐出しないまでも残留振動が発生し、その残留振動によりインク吐出が不安定になることがある。したがって、非吐出パルスにおいては、パルスの立上がりを立下りよりも傾斜をゆるくするようにすると良い。すなわち、非吐出パルスをメニスカスを引き込む側のパスル（パスルの立下り）とした場合、メニスカスを引き込む部分の電圧速度変化をメニスカスを復帰させる部分の電圧変化速度よりも大きくすることにより、非吐出パルスの振幅を大きくできるので、大きな励振効果が得られ、共振による画質への悪影響を有効に回避できる。
【００６４】
次に、本発明に係る駆動波形の第２例について図１０を参照して説明する。この駆動波形は、図９の第１例の駆動波形の変形であり、ダミーパルスＰｄ１、Ｐｄ２のベース電位Ｖｂに対する極性を反転した波形である。この図１０（ａ）の駆動波形を前述した表２の制御テーブルに基づいて選択することにより、同図（ｂ）〜（ｅ）に示すような各パルスが出力される。
【００６５】
この波形によっても、図１０（ｅ）に示す非吐出パルスによりヘッドが非共振周波数で励振（駆動）されるため、前述したようにヘッド共振の悪影響を受けずに良好な画質を得ることができる。
【００６６】
ただし、この図１０の波形では、同図（ｅ）に示す非吐出パルスは上記ヘッドにおいては図３に示す加圧室４６の体積を小さくして保持する形状のパルスとなる。このことは、ノズル４５に形成されたメニスカスが盛り上がった高い位置にシフトする状態を作り出すため、インクミスト等によってノズル周囲が汚れている場合、このノズル近傍に付着したインクとメニスカスがブリッジしてノズル面の汚れを促進するという悪さを引き起こすおそれがある。
【００６７】
そこで、このような悪さを回避するには、図１１のような非吐出パルスとしてメニスカスを盛り上がった位置に保持させないようにすることができる。
すなわち、本発明の駆動波形の第３例について図１１を参照して説明すると、この駆動波形は、図７で説明した駆動波形の第１パルスＰ１の前にインク滴を吐出させない非吐出パルスＰｅを加えたものであり、表３に示す制御テーブルに基づいて出力波形を選択することで、図１１（ｂ）〜（ｅ）のパルスを出力することができる。
【００６８】
【表３】

【００６９】
ここで、図１１（ｅ）の非吐出パルスＰｅのパルス幅としては、加圧室４６の圧力共振周期よりも短いことが好ましい。この圧力共振周期とは、圧電素子５２にステップ状の電圧信号を入力したときに加圧室４６内に発生する圧力波の周期である。
【００７０】
この非吐出パルスＰｅのパルス幅を圧力共振周期よりも短くすることにより、図１１（ｅ）に示すように非吐出パルスＰｅでメニスカスは１度だけ盛り上がりすぐ下がるので、図１０の場合のようにメニスカスが高い位置に保持される悪さがなくなる。逆に、メニスカスが盛り上がった際にノズル開口近傍に付着した微小なインクミスト等をメニスカスに取り込んでクリーニングする効果があり、吐出安定性を向上することができる。
【００７１】
ただし、この図１１に示す駆動波形の場合には、非吐出パルスのパルス幅が短いため、ヘッド共振を回避するための励振の効果は若干小さくなる。
【００７２】
そこで、この点を解決した本発明の駆動波形の第４例について図１２を参照して説明する。この駆動波形では、同図（ａ）に示すように、非吐出パルスＰｅ１、Ｐｅ２を時間Ｓ１及びＳ４の２箇所に入れたものであり、表４に示す制御テーブルに基づいて出力波形を選択することで、図１２（ｂ）〜（ｅ）のパルスを出力することができる。
【００７３】
【表４】

【００７４】
この駆動波形では、図１１の駆動波形よりも非吐出パルスが高頻度で印加されるため励振の効果が高く、また、実質的に高周波数で励振されることになる。なお、ここでは、非吐出パルスを２箇所としたが、駆動波形によってはさらに数が多くても良く、ヘッドの振動特性等によりパルスの位置も含めて適宜決めることができる。
【００７５】
次に、本発明の駆動波形の第５例について図１３を参照して説明する。
この駆動波形は、図９に示す第１例の駆動波形の変形例であり、図９のダミーパスルＰｄ２を省略したもので、図１３（ａ）の駆動波形について表５に示す制御テーブルに基づいて出力波形を選択することで、図１３（ｂ）〜（ｅ）のパルスを出力することができる。
【００７６】
【表５】

【００７７】
つまり、ここでは、同図（ｅ）に示すように、吐出パルスである第３パルスＰ３の一部を利用して非吐出パルスを生成している。このように駆動波形の一部を利用することにより、波形長を短くすることができ、印字速度を向上することができる。
【００７８】
次に、本発明の駆動波形の第６例について図１４を参照して説明する。
この駆動波形は、図１３に示す第５例の駆動波形の変形例であり、区間Ｓ１及び区間Ｓ２で立ち上がり立ち下がる非吐出パルスＰｅを入れたもので、この図１４（ａ）の駆動波形について前述した表５に示す制御テーブルによって出力波形を選択することによって図１４（ｂ）〜（ｅ）のパルスを出力することができる。
【００７９】
つまり、図１４（ｅ）に示す非吐出パルスは、図１１と同様の短いパルス幅の上に凸のパルスと図１３（ｅ）と同様のパルス幅の長い下に凸のパルスの複合パルスとなっている。
【００８０】
このパルスによれば、前半の短いパルスでメニスカスを一旦盛り上げてメニスカス周囲のミスト等を取り込んでクリーニング作用が得られ、後半の下に凸なパルスにより大きな励振効果を得ている。
【００８１】
すなわち、ここでの非吐出パルスＰｅは、ノズル面に形成されるメニスカスを押し出す側の第１波形とこの第１波形に続いて設けられたメニスカスを引き込む側の第２波形からなり、前記第１波形のパルスのパルス幅は前述したように圧力室（加圧室）内の圧力共振周期以下としてものである。これにより、非吐出パルスの振幅を大きくできるので、大きな励振効果が得られ、共振による画質への悪影響を有効に回避できるとともに、連続して印字した場合にノズル面に付着するインクミストによる悪影響を回避でき、インクの吐出安定性を向上することができる。
【００８２】
以上説明したように、ヘッドの特性等に応じて、ダミーパルスや駆動波形の一部を適宜利用して非吐出パルスを生成することにより、ヘッド共振の影響をキャンセルして安定した高画質印字を実現することができる。なお、上記説明においては図８に示す振動特性を有する圧電方式のインクジェットヘッドのみで説明したが、記録方式や振動特性はこれに限られるものではなく、本発明は広く適用することができる。
【００８３】
そこで、具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
ここでは、インクジェットヘッド構成を図１５に示す構成とし、厚さ２ｍｍで表面に電極パターンが形成されたセラミックスからなる基板１０１の上面に嫌気性接着剤で積層型圧電素子１０２を接着固定した。
【００８４】
圧電素子１０２は、ＧＮＤ側とＨｏｔ側の内部電極が交互に配置された積層構造のもので、それぞれの内部電極は絶縁された２つの異なる面に形成された外部電極に接続されている。この２つの外部電極間に電圧を印加することにより、圧電素子５２に変位が発生する。この圧電素子１０２の厚み方向の変位を利用してインクの吐出圧を得るものである。そして、Ｈｏｔ側外部電極と基板１０１の境界部に導電性ペーストを塗布硬化させ、圧電素子１０２の外部電極と基板１０１の電極パターンを導通させた。
【００８５】
次に、ダイシングソーによる溝加工により圧電素子１０２及び基板１０１の電極パターンを約８５μｍピッチで分割した後、基板１０１のＧＮＤ側の電極を導電性ペーストでショートした。その後、ガラス強化されたエポキシ樹脂からなるフレーム１０３をエポキシ樹脂で基板１０１に接合し、最後に、平面研削により圧電振動子１０２とフレーム１０３の上面を同一面にした後、エポキシ接着剤をスクリーン印刷でフレーム１０３及び圧電素子１０２の上面適所に塗布し、液室ユニットを高精度に位置決めして接合した。
【００８６】
液室ユニットは、シリコン基板のエッチングにより共通液室流路１０５、圧力室（加圧室）１０６、流体抵抗部１０７等が形成された流路板１０４を、電鋳工法により製造したノズル板１０８、振動板１０９でサンドイッチし、それぞれの界面をエポキシ接着剤で接合した構造体であり、ノズル板１０８には液滴を吐出するためのノズル１１０が、振動板１０９には変形可能なダイアフラム部１１１が設けられている。
【００８７】
このようにして作製したヘッドにインクを充填し、ステップ状の電圧を入力し、ノズル面に形成されたメニスカスの応答をレーザードップラ振動計を用いて測定したところ、振動周期Ｔｃは約１２μｓｅｃであった。さらに、周波数を掃引しながらノズル面の振動を測定し、ヘッドの振動特性を評価したところ、図８に示すように４．５ｋＨｚに第１ピーク、１１．２ｋＨｚに第２ピークを有する共振特性が確認された。
【００８８】
そして、このヘッドをプリンタに搭載し、図７のように大中小滴を打ち分け可能な駆動周期１２５μｓｅｃの駆動波形を用いて、画像評価を行った。画像評価に使用した画像は、図１６に示すように大中小滴の各滴のベタ画像で、印字周波数４水準（８、４、２．７、２ｋＨｚ）でヘッドの全チャンネル（ノズル）からインク滴を吐出する画像を用いた。
【００８９】
この印字試験の結果、８ｋＨｚ、２．７ｋＨｚ、２ｋＨｚの各画像は良好であったが、４ｋＨｚの中、小滴の画像に横スジが発生した。
【００９０】
次に、図９に示したようにダミーパルスを利用して、非印字時に図９（ｅ）に示すようなインクを吐出させないパルス電圧がヘッドに印加されるようにして、同様の評価を行ったところ、４ｋＨｚで駆動した場合の画像においても横スジのない良好な画像を得ることができた。
【００９１】
次に、この非吐出パルスの効果が得られる範囲を調べるため、図９（ｅ）におけるベース電圧Ｖｄをパラメータとして同様の画像評価を行った。なお、この評価においては、パルスの立下げ時間ｔｆ、立上げ時間ｔｒを、いずれも３μｓｅｃとした。このときの評価結果を表６に示している。なお、表６で、ベース電圧Ｖｄがマイナスの数値になっているのは、図１０に示すように非吐出パルスがベース電圧Ｖｄに対して図９とは逆極性の電圧のパルスであることを示している。また、評価項目の耐久性とは、評価画像を多数枚連続印字した前後での画質の劣化を評価したものである。
【００９２】
【表６】

【００９３】
この表６において、電圧Ｖｄが−１０、−８．８、−８、＋８、＋１０（Ｖ）の場合は、図１６の背景部にインクが付着しており、非印字部でインクが吐出し画像不良となった。また、電圧Ｖｄが−２〜＋２（Ｖ）では、前述した４ｋＨｚ評価画像において異常画像が発生した。
【００９４】
次に、初期画質評価で良好な結果が得られた条件についてのみ、評価チャートを５００枚連続印字して耐久評価を行ったところ、電圧Ｖｄが−６、−４（Ｖ）の場合には、画質が劣化したり、悪い場合はノズル抜けが生じる結果となった。一方で、電圧Ｖｄが４、６（Ｖ）の条件では、５００枚印字後も良好な画像が得られた。
【００９５】
次に、図１４あるいは図１０に示したような駆動波形で同様の評価を行った。ここで、電圧Ｖｄは５（Ｖ）とし、パルス幅を３、８、１２、１６、２０、３０、１００（μｓｅｃ）として比較評価を行った。この結果を表７に示している。
【００９６】
【表７】

【００９７】
初期の画質の点ではパルス幅が長いと良好な結果であり、パルス幅が短い場合は小滴の４ｋＨｚ画像部に若干スジが見られた。一方、５００枚連続印字後の画質評価の結果では、本ヘッドのメニスカス振動の固有周期Ｔｃの１２μｓｅｃ以下のパルス幅では良好な結果であったが、１６及び２０μｓｅｃのパルス幅の場合は小滴画像で噴射曲がりが原因と見られる濃度ムラが見られ、また、３０及び１００μｓｅｃのパルス幅の場合にはスジ画像が発生した。
【００９８】
次に、パルス幅を８μｓｅｃとして図１２に示したように非吐出パルスを増やした波形で先と同じように５００枚連続印字評価を行った。その結果、初期の画像、５００枚印字後の画像共に良好な結果が得られた。
【００９９】
さらに、比較実験として図１４に示したような波形を用いて実験を行った。図１４において、小滴を吐出する第３パルスＰ３の一部であるＳ６区間とＳ１区間とで非吐出パルスを形成している。ここでＳ１区間のパルスの立上り開始から立下り開始までの時間は５μｓｅｃとし、Ｓ６区間のパルスの立上り時間は１０μｓｅｃとしている。また、非吐出パルスの電圧は、Ｓ１区間の上に凸な部分がベース電圧Ｖｂより５（Ｖ）大きい電圧とし、下に凸な部分は第３パルスＰ３の電位に合わベース電圧Ｖｂより１０（Ｖ）小さい電圧とした。
【０１００】
このような駆動波形を用いて前述と同様の評価を行ったところ、初期画像、多数枚印字後の画像のいずれにおいても良好な画像が得られた。なお、本波形においては、非吐出パルスのＳ６区間部の電圧の立上り時間を緩やかにしているので、表６において非吐出パルスの電圧を大きくした場合の不具合が発生することなく、大きな励振効果を得ることができた。
【０１０１】
なお、上記実施形態においては、圧電素子はｄ３３方向変位のＰＺＴを前提にしたが、たわみ振動型のＰＺＴでもよい。しかし、ｄ３３方向変位のＰＺＴを用いた方が、素子の信頼性が高い。さらに、圧力発生手段が圧電素子であるものに限らず、サーマル型や静電型などのヘッドの駆動にも適用できる。また、本発明に係る画像形成装置はインク滴を吐出する液滴吐出ヘッドを搭載したものであるが、本発明は、インク以外の液体の滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッド、遺伝子分析試料を吐出する液滴吐出ヘッドなどを搭載する画像形成装置にも適用することできる。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る画像形成装置によれば、ヘッドの共振周波数と異なる駆動周波数の駆動波形で前記ヘッドの圧力発生手段を駆動するヘッド駆動手段を備えているので、簡単な構成で共振による不具合を回避できて、安定した画像品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部の一例を示す斜視説明図
【図２】同記録装置の機構部の側断面説明図
【図３】同記録装置の記録ヘッドを構成するインクジェットヘッドの一例を説明するヘッドの液室長辺方向に沿う断面説明図
【図４】同ヘッドの液室短辺方向に沿う断面説明図
【図５】同記録装置の制御部の概要を説明するブロック図
【図６】同制御部のヘッド駆動制御に係わる部分のブロック図
【図７】一般的な駆動波形の一例を説明する説明図
【図８】ヘッドの共振周波数特性の一例を説明する説明図
【図９】本発明に係る駆動波形の第１例を説明する説明図
【図１０】同駆動波形の第２例を説明する説明図
【図１１】同駆動波形の第３例を説明する説明図
【図１２】同駆動波形の第４例を説明する説明図
【図１３】同駆動波形の第５例を説明する説明図
【図１４】同駆動波形の第６例を説明する説明図
【図１５】具体的な実施例の説明に用いたヘッド構成を説明する説明図
【図１６】同じく印字評価に用いたパターンの説明図
【符号の説明】
１３…キャリッジ、１４…記録ヘッド、４１…流路板、４２…振動板、４３…ノズル板、４５…ノズル、４６…加圧室、４７…流体抵抗部、４８…共通液室、５２…圧電素子、７７…駆動信号発生回路。

Claims (7)

1. ノズルが連通する液室内の液体を加圧する圧力発生手段を有し、この圧力発生手段を駆動することで前記ノズルから液滴を吐出するヘッドを搭載する画像形成装置において、前記ヘッドの共振周波数と異なる駆動周波数の駆動波形で前記ヘッドの圧力発生手段を駆動するヘッド駆動手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、前記ヘッド駆動手段は前記駆動周波数を前記ヘッドの共振周波数と異ならせるために液滴を吐出しないエネルギーを発生する非吐出パルスを印加することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項２に記載の画像形成装置において、前記非吐出パルスは液滴を吐出させる吐出パルスの一部を利用して生成することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項２に記載の画像形成装置において、前記非吐出パルスは前記ノズルのメニスカスを引き込む側のパルスであることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項２に記載の画像形成装置において、前記非吐出パルスは前記ノズルのメニスカスを押し出す側のパルスであり、この非吐出パルスの幅は前記ヘッドの液室内の圧力共振周期以下であることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項４又は５に記載に画像形成装置において、前記非吐出パルスは前記ノズルのメニスカスを引き込む部分の電圧変化速度がメニスカスを復帰させる部分の電圧変化速度よりも大きいことを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項２に記載の画像形成装置において、前記非吐出パルスは前記ノズルのメニスカスを押し出す側の第１波形と、この第１波形に続き前記ノズルのメニスカスを引き込む側の第２波形とを含み、前記第１波形のパルス幅が前記ヘッドの液室の共振周波数以下であることを特徴とする画像形成装置。

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