JP2006224471A

JP2006224471A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2006224471A
Application number: JP2005041449A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Yoshida; 崇裕吉田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2025-02-18
Also published as: JP4975258B2

Abstract

【課題】１駆動周期内で複数の駆動信号を含む駆動波形によって大きさの異なるドットを形成するときに双方向印字で異なる駆動波形を用いたり、あるいは形成できるドットの大きさが制限される。
【解決手段】駆動波形は、１駆動周期内で第１、第２、第３の駆動信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を含み、第１の駆動信号Ｐ１は微駆動波形として用い、第２の駆動信号により液室６を収縮させて吐出させた液滴の吐出速度よりも第１、第２の駆動信号Ｐ１、Ｐ２により吐出させた液滴の吐出速度の方が相対的に遅くなるように第１、第２の駆動信号Ｐ１、Ｐ２の間隔Ｔ１が設定され、第１ないし第３の駆動信号Ｐ１ないしＰ３により吐出させた液滴が飛翔中に合体する波形としている。
【選択図】図９

Description

本発明は画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ／ファックス／複写機複合機等の各種画像形成装置としては、記録液（例えばインク）の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドで構成した記録ヘッド（印字ヘッド）をキャリッジに搭載して、このキャリッジを被記録媒体（以下「用紙」というが、材質を紙に限定するものではなく、また、記録媒体、記録紙、転写材などとも称される。）の搬送方向に対して直交する方向にシリアルスキャンさせるとともに、被記録媒体を記録幅に応じて間歇的に搬送し、搬送と記録を交互に繰り返すことによって被記録媒体に画像を形成（記録、印刷、印字、印写も同義で使用する。）するシリアル型画像形成装置、或いは、ライン型の記録ヘッドを搭載したライン型画像形成装置がある。

このような液体吐出ヘッドを用いる画像形成装置又はこのような画像形成装置におけるヘッド駆動装置ないしヘッド駆動方法として、例えば、特許文献１には液滴の双方向噴射を行なう装置において往路と復路の液滴の吐出量を揃えるために、駆動信号発生回路は、記録ヘッドの往路走査時に中ドット吐出パルスＤＰ１よりも後に小ドット吐出パルスＤＰ１が配置された往路駆動信号ＣＯＭ１を発生し、記録ヘッドの復路走査時に両吐出パルスＤＰ１，ＤＰ２の配置を往路走査時と逆順にすると共に両吐出パルスの間に微振動パルスＶＰを配置した復路駆動信号ＣＯＭ２を発生し、パルス供給手段は、復路走査時において両吐出パルスＤＰ１，ＤＰ２を続けて供給する場合に、微振動パルスを中ドット吐出パルスＤＰ１に先立って圧力発生素子へ供給するようにしたものがある。
特開２００４−０７４５００号公報

また、特許文献２に記載されているように、往路移動と復路移動とで駆動信号を切り替える必要無く、往復移動されるノズル開口から吐出される液体滴の着弾位置を好適に調整することができるようにするため、駆動信号発生手段は、往路及び復路において共通の駆動信号を生成し、駆動信号は、パルス列の周期信号であり、パルス列は、第１パルス波形ＰＳ０１と第２パルス波形ＰＳ０２とを当該順に有し、第１パルス波形ＰＳ０１は、相対的に遅い吐出速度で液体滴を噴射するためのパルス波形であり、第２パルス波形ＰＳ０２は、相対的に速い吐出速度で液体滴を噴射するためのパルス波形である構成としたものがある。
特開２００４−０５８６０６号公報

さらに、特許文献３に記載されているように、インク滴を吐出させる第１駆動波形とインク滴を吐出させずにメニスカスを振動させる第２駆動波形とを、第２駆動波形及び第１駆動波形の順に時系列で生成出力する手段を備えたものがある。
特開２００２−１４４５６３号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載のものにあっては、往路と復路で異なる駆動信号を用いる必要があり、更に被記録媒体上での小ドットと中ドットの着弾位置が異なり、大ドットも複数に分離しているなど、高画質化を達成することが難しいという課題がある。

また、特許文献２に記載のものにあっては、単一の駆動信号により大きなインク滴を吐出する場合には、その滴量に限界が生じ、複数の駆動信号により大ドットを形成するときには、被記録媒体上での着弾となることから、きれいなドットを形成しにくく、同様に、高画質化を達成することが難しいという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、大きさの異なる液滴を高精度に短い周期で吐出できるようにして高速で高画質画像を形成できる画像形成装置を提供することを目的とする。

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、１駆動周期内で時系列で生成する少なくとも第１、第２、第３の駆動信号を含む駆動波形であって、第２の駆動信号により吐出される液滴の吐出速度よりも、第１、第２の駆動信号により吐出される液滴の吐出速度が相対的に遅く、第１ないし第３の駆動信号により吐出させた各液滴が飛翔中に合体する駆動波形を生成する手段を備えて構成とした。

ここで、第１の駆動信号は液滴を吐出させないで液室内を微動させる駆動信号であることが好ましい。また、第２の駆動信号は、相対的に大きなドットを形成する第１、第２、第３の駆動信号による液滴よりも、相対的に小さなドットを形成する駆動信号であることが好ましい。或いは、第２の駆動信号は、第１の駆動信号によりノズル内のメニスカスが盛り上がっているときに印加する駆動信号であることが好ましい。

また、第２の駆動信号は、第１の駆動信号により発生する圧力の逆位相となるときに印加する駆動信号であることが好ましい。さらに、第２の駆動信号により吐出した液滴の被記録媒体上での着弾位置と、第１ないし第３の駆動信号により吐出した液滴の被記録媒体上での着弾位置が略同じであることが好ましい。さらにまた、第３の駆動信号は複数の駆動信号からなることが好ましい。

さらに、第１ないし第３の駆動信号を用いて大きさが大、中、小のドットを形成するとき、第３の駆動信号の全部又は一部の駆動信号及び第２の駆動信号のいずれか一方は小ドットを形成するための駆動信号であり、他方は中ドットを形成するための駆動信号であることが好ましい。

また、第２の駆動信号により吐出した液滴の被記録媒体上での着弾位置と、第１ないし第３の駆動信号により吐出した液滴の被記録媒体上での着弾位置と、第３の駆動信号の全部又は一部の駆動信号により吐出した液滴の被記録媒体上での着弾位置とが略同じであることが好ましい。

本発明に係る画像形成装置によれば、１駆動周期内で時系列で生成する少なくとも第１、第２、第３の駆動信号を含む駆動波形であって、第２の駆動信号により液室を収縮させて吐出される液滴の吐出速度よりも、第１、第２の駆動信号により吐出させた液滴の吐出速度が相対的に遅く、第１ないし第３の駆動信号により吐出させた各液滴が飛翔中に合体する駆動波形を生成する手段を備えているので、所望の滴量の液滴を被記録媒体上に一つの液滴として着弾させることができ、大きさの異なる液滴を高精度に短い周期で吐出できて高速で高画質画像を形成できる。

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。先ず、本発明に係る画像形成装置の一例について図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は同画像形成装置の機構部の全体構成を説明する側面説明図、図２は同機構部の平面説明図である。

この画像形成装置は、フレーム１を構成する左右の側板１Ａ、１Ｂに横架したガイド部材であるガイドロッド２とステー３とでキャリッジ４を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ５によって駆動プーリ６Ａと従動プーリ６Ｂ間に架け渡したタイミングベルト７を介して図２で矢示方向（主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ４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４個の液滴吐出ヘッド１１ｋ、１１ｃ、１１ｍ、１１ｙからなる記録ヘッド１１を複数のインク吐出口（ノズル）を形成したノズル面１１ａのノズル列を主走査方向と直交する方向（副走査方向）に配列し、インク吐出方向を下方に向けて装着している。なお、ここでは独立した液滴吐出ヘッドを用いているが、各色の記録液の液滴を吐出する複数のノズル列を有する１又は複数のヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。

ここでは、記録ヘッド１１は上述したように各色の液滴を吐出する別個の４個のヘッド１１ｋ、１１ｃ、１１ｍ、１１ｙで構成し、各ヘッド１１ｋ、１１ｃ、１１ｍ、１１ｙには図３に示すようにそれぞれ液滴を吐出する複数のノズルｎを並べて配置してなるノズル列を２列（各ノズル列をノズル列ＮＡ、ＮＢとする。）有する構成としている。これに限らず、図４に示すように、１つの記録ヘッド１１に、各色の液滴を吐出するそれぞれ２列のノズル列１１ｋＡ、１１ｋＢ、１１ｃＡ、１１ｃＢ、１１ｍＡ、１１ｍＢ、１１ｙＡ、１１ｙＢを配置した構成することもできるし、ブラックインクを吐出する１又は複数のノズル列を有するヘッドと、カラーインクを吐出する各色で１又は複数のノズル列を有するヘッドとで構成することもできる。

記録ヘッド１１を構成するインクジェットヘッドとしては、圧電素子などの圧電アクチュエータを、液滴を吐出するための圧力を発生する圧力発生手段（アクチュエータ手段）として備えたものを使用している。

この記録ヘッド１１にはドライバＩＣを搭載し、図示しない制御部との間でハーネス（フレキシブルプリントケーブル：ＦＰＣケーブル）１２を介して接続している。

また、キャリッジ４には、記録ヘッド１１に各色のインクを供給するための各色のサブタンク１５を搭載している。この各色のサブタンク１５には各色のインク供給チューブ１６を介して、カートリッジ装填部９に装着された各色のインクカートリッジ１０から各色のインクが補充供給される。なお、このカートリッジ装填９にはインクカートリッジ１０内のインクを送液するための供給ポンプユニット１７が設けられ、また、インク供給チューブ１６は這い回しの途中でフレーム１を構成する後板１Ｃに係止部材１８にて保持されている。

一方、給紙トレイ２０の用紙積載部（圧板）２１上に積載した用紙２２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２１から用紙２２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２３及び給紙コロ２３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４を備え、この分離パッド２４は給紙コロ２３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙２２を記録ヘッド１１の下方側に送り込むために、用紙２２を案内するガイド部材２５と、カウンタローラ２６と、搬送ガイド部材２７と、先端加圧コロ２９を有する押さえ部材２８とを備えるとともに、給送された用紙２２を静電吸着して記録ヘッド１１に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト３１を備えている。

この搬送ベルト３１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ３２とテンションローラ３３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成し、周回移動しながら帯電ローラ３４によって帯電（電荷付与）される。

この搬送ベルト３１としては、１層構造のベルトでも良く、又は複層（２層以上の）構造のベルトでもよい。１層構造の搬送ベルト３１の場合には、用紙３２や帯電ロー３４に接触するので、層全体を絶縁材料で形成している。また、複層構造の搬送ベルト３１の場合には、用紙２２や帯電ローラ３４に接触する側は絶縁層で形成し、用紙２２や帯電ローラ３４と接触しない側は導電層で形成することが好ましい。

１層構造の搬送ベルト３１を形成する絶縁材料や複層構造の搬送ベルト３１の絶縁層を形成する絶縁材料としては、例えばＰＥＴ、ＰＥＩ、ＰＶＤＦ、ＰＣ、ＥＴＦＥ、ＰＴＦＥなどの樹脂又はエラストマーで導電制御材を含まない材料であることが好ましく、体積抵抗率は１０^１２Ωｃｍ以上、好ましくは１０^１５Ωｃｍなるように形成する。また、複層構造の搬送ベルト３１の導電層を形成する材料としては、上記樹脂やエラストマーにカーボンを含有させて体積抵抗率が１０^５〜１０^７Ωｃｍとなるように形成することが好ましい。

帯電ローラ３４は、搬送ベルト３１の表層をなす絶縁層（複層構造のベルトの場合）に接触し、搬送ベルト３１の回動に従動して回転するように配置され、軸の両端に加圧力をかけている。この帯電ローラ３４は、体積抵抗率が１０^６〜１０^９Ω／□の導電性部材で形成している。この帯電ローラ３４には、後述するように、ＡＣバイアス供給部（高圧電源）から例えば２ｋＶの正負極のＡＣバイアス（高電圧）が印加される。このＡＣバイアスは、正弦波や三角波でもよいが、方形波の方がより好ましい。

また、搬送ベルト３１の裏側には、記録ヘッド１１による印写領域に対応してガイド部材３５を配置している。このガイド部材３５は、上面が搬送ベルト３１を支持する２つのローラ（搬送ローラ３２とテンションローラ３３）の接線よりも記録ヘッド１１側に突出させることで搬送ベルト３１の高精度な平面性を維持するようにしている。

この搬送ベルト３１は、副走査モータ３６によって駆動ベルト３７及びタイミングローラ３８を介して搬送ローラ３２が回転駆動されることによって図２のベルト搬送方向に周回移動する。なお、図示しないが、搬送ローラ３２の軸には、スリットを形成したエンコーダホイールを取り付け、このエンコーダホイールのスリットを検知する透過型フォトセンサを設けて、これらのエンコーダホイール及びフォトセンサによってホイールエンコーダを構成している。

さらに、記録ヘッド１１で記録された用紙２２を排紙トレイ４０に排紙するための排紙部として、搬送ベルト３１から用紙２２を分離するための分離爪４１と、排紙ローラ４２及び排紙コロ４３とを備えている。

また、装置本体１の背面部には両面ユニット５１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット５１は搬送ベルト３１の逆方向回転で戻される用紙２２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２６と搬送ベルト３１との間に給紙する。また、この両面ユニット５１の上面は手差しトレイ５２としている。

さらに、キャリッジ４の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド１１のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構６１を配置している。この維持回復機構６１には、記録ヘッド１１の各ノズル面１１ａをキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）６２ａ〜６２ｄ（区別しないときは「キャップ６２」という。）と、ノズル面１１ａをワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード６３と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け６４などを備えている。ここでは、キャップ６２ａを吸引及び保湿用キャップとし、他のキャップ６２ｂ〜６２ｄは保湿用キャップとしている。

また、キャリッジ４の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け６８を配置し、この空吐出受け６８には記録ヘッド１１のノズル列方向に沿った開口６９などを備えている。

また、図１に示すように、キャリッジ４には用紙２２の有無を検知するための用紙センサ７１を設けている。また、この用紙センサ７１はキャリッジ４がホーム位置にあるときに記録領域（画像形成領域）側（搬送ベルト３１側）に位置する側で、記録ヘッド１１よりも用紙搬送方向上流側に設けている。

さらに、キャリッジ４の前方側には、スリットを形成したエンコーダスケール７２を主走査方向に沿って設け、キャリッジ４の前面側にはエンコーダスケール７２のスリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ７３を設け、これらによって、キャリッジ４の主走査方向位置を検知するためのリニアエンコーダ７４を構成している。

次に、この画像形成装置における記録ヘッドを構成する液滴吐出ヘッドの一例について図５及び図６を参照して説明する。なお、図５は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図６は同ヘッドの液室短手方向（ノズルの並び方向）の断面説明図である。

この液滴吐出ヘッドは、例えば単結晶シリコン基板を異方性エッチングして形成した流路板１０１と、この流路板１０１の下面に接合した例えばニッケル電鋳で形成した振動板１０２と、流路板１０１の上面に接合したノズル板１０３とを接合して積層し、これらによって液滴（インク滴）を吐出するノズル１０４が連通する流路であるノズル連通路１０５及び液室１０６、液室１０６にインクを供給するための共通液室１０８に連通するインク供給口１０９などを形成している。

また、振動板１０２を変形させて液室１０６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２列（図６では１列のみ図示）の積層型圧電素子１２１と、この圧電素子１２１を接合固定するベース基板１２２とを備えている。なお、圧電素子１２１の間には支柱部１２３を設けている。この支柱部１２３は圧電素子部材を分割加工することで圧電素子１２１と同時に形成した部分であるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。なお、圧電素子部材はハーフカットのダイシング加工を行なうことで、櫛歯状に圧電素子１２１と支柱部１２３を形成している。

また、圧電素子１２１には図示しない駆動回路（駆動ＩＣ）を搭載した前述したＦＰＣケーブル１２を接続している。

そして、振動板１０２の周縁部をフレーム部材１３０に接合し、このフレーム部材１３０には、圧電素子１２１及びベース基板１２２などで構成されるアクチュエータユニットを収納する貫通部１３１及び共通液室１０８となる凹部、この共通液室１０８に外部からインクを供給するためのインク供給穴１３２を形成している。このフレーム部材１３０は、例えばエポキシ系樹脂などの熱硬化性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。

ここで、流路板１０１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１０５、液室１０６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。

振動板１０２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、金属板や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１０２に圧電素子１２１及び支柱部１２３を接着剤接合し、更にフレーム部材１３０を接着剤接合している。

ノズル板１０３は各液室１０６に対応して直径１０〜３０μｍのノズル１０４を形成し、流路板１０１に接着剤接合している。このノズル板１０３は、金属部材からなるノズル形成部材の表面に所要の層を介して最表面に撥水層を形成したものである。なお、このノズル板１０３の表面が前述したノズル面３４ａとなる。

圧電素子１２１は、圧電材料１５１と内部電極１５２とを交互に積層した積層型圧電素子（ここではＰＺＴ）である。この圧電素子１２１の交互に異なる端面に引き出された各内部電極１５２には個別電極１５３及び共通電極１５４が接続されている。この場合、個別電極１５３となる側の圧電素子部材の電極は、切り欠き等の加工により長さを制限することで前述したハーフカットダイシングによって分割するときに個別電極に分割され、共通電極１５４となる側の圧電素子部材の電極は、ハーフカットダイシングでは完全に分割されないように形成している。

なお、この実施形態では、圧電素子１２１の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて液室１０６内インクを加圧する構成としているが、圧電素子１２１の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室１０６内インクを加圧する構成とすることもできる。また、１つの基板１２２に１列の圧電素子１２１が設けられる構造とすることもできる。

このように構成した液滴吐出ヘッドヘッドにおいては、例えば圧電素子１２１に印加する電圧を基準電位から下げることによって圧電素子１２１が収縮し、振動板１０２が下降して液室１０６の容積が膨張することで、液室１０６内にインクが流入し、その後圧電素子１２１に印加する電圧を上げて圧電素子１２１を積層方向に伸長させ、振動板１０２をノズル１０４方向に変形させて液室１０６の容積／体積を収縮させることにより、液室１０６内の記録液が加圧され、ノズル１０４から記録液の滴が吐出（噴射）される。

そして、圧電素子１２１に印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板１０２が初期位置に復元し、液室１０６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室１０８から液室１０６内に記録液が充填される。そこで、ノズル１０４のメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の液滴吐出のための動作に移行する。

なお、このヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行なうこともできる。

以上のように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙２２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２２はガイド２５で案内され、搬送ベルト３１とカウンタローラ２６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド２７で案内されて先端加圧コロ２９で搬送ベルト３１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、後述するＡＣバイアス供給部から帯電ローラ３４に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト３１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト３１上に用紙３２が給送されると、用紙２２が搬送ベルト３１に静電力で吸着され、搬送ベルト３１の周回移動によって用紙２２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ４を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１１を駆動することにより、停止している用紙２２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２２を所定量搬送後、次の行の記録を行なう。記録終了信号又は用紙２２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙２２を排紙トレイ４０に排紙する。

また、両面印刷の場合には、表面（最初に印刷する面）の記録が終了したときに、搬送ベルト３１を逆回転させることで、記録済みの用紙３２を両面給紙ユニット５１内に送り込み、用紙２２を反転させて（裏面が印刷面となる状態にして）再度カウンタローラ２６と搬送ベルト３１との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル３１で搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ４０に排紙する。

次に、この画像形成装置の制御部の概要について図７のブロック図を参照して説明する。
この制御部２００は、この装置全体の制御を司るＣＰＵ２１１と、ＣＰＵ２１１が実行するプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ２０２と、画像データ等を一時格納するＲＡＭ２０３と、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための書き換え可能な不揮発性メモリ２０４と、画像データに対する各種信号処理、並び替え等を行なう画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ２０５とを備えている。

また、この制御部２００は、ホスト側とのデータ、信号の送受を行なうためのＩ／Ｆ２０６と、記録ヘッド１１を駆動制御するためのデータ転送手段を含むヘッド駆動制御部２０７、キャリッジ４側に設けた記録ヘッド１１を駆動するためのヘッド駆動装置であるヘッドドライバ（ドライバＩＣ）２０８と、主走査モータ５を駆動するための主走査モータ駆動部２１０と、副走査モータ３６を駆動するための副走査モータ駆動部２１１と、帯電ローラ３４にＡＣバイアスを供給するＡＣバイアス供給部２１２と、リニアエンコーダ７４、ホイールエンコーダ２３６からの検出パルス、環境温度を検出する温度センサ２１５からの検出信号、用紙センサ７１の検知信号、及びその他の各種センサからの検知信号を入力するためのＩ／Ｏ２１３などを備えている。また、この制御部２００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行なうための操作パネル２１４が接続されている。

ここで、制御部２００は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置、イメージスキャナなどの画像読み取り装置、デジタルカメラなどの撮像装置などのホスト側からの印刷データ等をケーブル或いはネットを介してＩ／Ｆ２０６で受信する。

そして、制御部２００のＣＰＵ２０１は、Ｉ／Ｆ２０６に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して解析し、ＡＳＩＣ２０５にて必要な画像処理、データの並び替え処理等を行ない、この画像データをヘッド駆動制御部２０７からヘッドドライバ２０８に転送する。なお、画像出力するためのドットパターンデータの生成は、例えばＲＯＭ２０２にフォントデータを格納して行っても良いし、ホスト側のプリンタドライバで画像データをビットマップデータに展開してこの装置に転送するようにしても良い。

ヘッド駆動制御部２０７は、上述した画像データをシリアルデータで転送するとともに、この画像データの転送及び転送の確定などに必要な転送クロックやラッチ信号、制御信号などをヘッドドライバ２０８に出力する以外にも、ＲＯＭ２０２に格納されてＣＰＵ２０１で読み出される駆動パルスのパターンデータをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器及び増幅器等で構成される駆動波形生成部を含み、１の駆動パルス或いは複数の駆動パルス（駆動信号）で構成される駆動波形をヘッドドライバ２０８に対して出力する。

ヘッドドライバ２０８は、シリアルに入力される記録ヘッド１１の１行分に相当する画像データに基づいてヘッド駆動制御２０７から与えられる駆動波形を構成する駆動パルスを選択的に記録ヘッド１１のアクチュエータ手段（前述したヘッド構成では圧電素子１２１）に対して印加することでヘッド１１を駆動する。

主走査モータ駆動部２１０は、ＣＰＵ２０１側から与えられる目標値とリニアエンコーダ７４からの検出パルスをサンプリングして得られる速度検出値に基づいて制御値を算出して内部のモータドライバを介して主走査モータ５を駆動する。

同様に、副走査モータ駆動制御部２１１は、ＣＰＵ１０１側から与えられる目標値とホイールエンコーダ１３６からの検出パルスをサンプリングして得られる速度検出値に基づいて制御値を算出して内部のモータドライバを介して副走査モータ３６を駆動する。

次に、ヘッド駆動制御部２０７及びヘッドドライバ２８について図８を参照して説明する。
ヘッド駆動制御部２０７は、上述したように、１吐出周期内（駆動周期内）に複数の駆動パルス（駆動信号）で構成される駆動波形（共通駆動波形）を生成して出力する駆動波形生成部３０１と、画像データ（印字データ）、図示しない転送クロック、ラッチ信号、滴制御信号を出力するデータ転送部３０２とを備えている。滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３は、ヘッドドライバ２０８の後述するスイッチ手段であるアナログスイッチ３１６の開閉を滴毎に指示する信号であり、共通駆動波形の吐出周期に合わせて選択すべき波形でＨレベルに状態遷移し、非選択時にはＬレベルに状態遷移する。

ヘッドドライバ２０８は、データ転送部３０２からの転送クロック（シフトクロック）及びシリアル画像データを入力するシフトレジスタ３１１と、シフトレジスタ３１１の各レジスト値をラッチ信号によってラッチするためのラッチ回路３１２と、画像データと滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３をデコードして結果を出力するデコーダ３１３と、デコーダ３１３のロジックレベル電圧信号をアナログスイッチ３１５が動作可能なレベルへとレベル変換するレベルシフタ３１４と、レベルシフタ３１４を介して与えられるデコーダ３１３の出力でオン／オフ（開閉）されるアナログスイッチ３１６とを備えている。

このアナログスイッチ３１６は、各圧電素子１２１の選択電極（個別電極）１５４に接続され、駆動波形生成部３０１からの共通駆動波形が入力されている。したがって、シリアル転送された画像データと制御信号をデコーダ３１３でデコードした結果に応じてアナログ３１６がオンにすることにより、共通駆動波形を構成する所要の駆動信号が通過して（選択されて）圧電素子１２１に印加される。

次に、駆動波形生成部３０１で生成出力する駆動波形の一例について図９を参照して説明する。
この駆動波形は、１駆動周期内で生成出力される第１、第２、第３の駆動信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３によって構成している。

ここで、第１の駆動信号Ｐ１は、基準電位（中間電位）Ｖから立ち下がる波形要素ａ、波形要素ａの立下り電位でホールド状態を維持する波形要素ｂ、波形要素ｂのホールド電位から基準電位Ｖまで立ち上がる波形要素ｃを含む信号である。この第１の駆動信号Ｐ１を圧電素子１２１に印加したときには、液室１０６内に微振動が生起させてノズルメニスカスを振動させるだけで、ノズル１０４から液滴は吐出されない。

なお、基準電位Ｖは、この電位Ｖ１が印加された状態では圧電素子１１２が振動板１０２を液室１０６側に押し込んで液室１０６を収縮させた状態に保持する電位であり、この電位Ｖ１から立ち下がることは振動板１０２が液室１０６を拡大する方向に圧電素子１１２を変形させることになる。

第２の駆動信号Ｐ２は、基準電位（中間電位）Ｖから立ち下がる波形要素ｄ、波形要素ｄの立下り電位でホールド状態を維持する波形要素ｅ、ホールド状態から基準電位Ｖの途中まで立ち上がる波形要素ｆ、波形要素ｆの立ち上がり電位でホールド状態を維持する波形要素ｇ、波形要素ｇのホールド電位から基準電位Ｖまで立ち上がる波形要素ｈを含む信号である。

この第２の駆動信号Ｐ２は、第１の駆動信号Ｐ１を印加したときに液室１０６内に発生する圧力と、第２の駆動信号Ｐ２を印加したときに発生する圧力とが逆位相となるように、つまり、第２の駆動信号により液室６を収縮させて吐出させる液滴の吐出速度よりも第１、第２の駆動信号Ｐ１、Ｐ２により吐出させた液滴の吐出速度の方が相対的に遅くなるように、第１の駆動信号Ｐ１と第２の駆動信号Ｐ２との時間（間隔）Ｔ１を設定している。

第３の駆動信号Ｐ３は、基準電位（中間電位）Ｖから立ち下がる波形要素ｉ、波形要素ｉの立下り電位でホールド状態を維持する波形要素ｊ、波形要素ｊのホールド電位から基準電位Ｖまで立ち上がる波形要素ｋを含む信号である。

この駆動波形の第１ないし第３駆動信号Ｐ１〜Ｐ３を選択して液体吐出ヘッドに印加することによって、液体吐出ヘッドから液滴を吐出せず、また、被記録媒体に大きさの異なるドット（ここでは、相対的に大きさの異なる大ドット、中ドット、小ドットの３種類とする。）を形成できる液滴吐出を行なうことができる。

すなわち、図１０（ａ）に示すように第１の駆動信号Ｐ１だけを選択して印加することにより、滴吐出を行なうことなくノズルメニスカスを振動させることができ、インクの増粘を防ぐことができる。この微駆動は通常非印字領域で行なう。

図１０（ｂ）に示すように第２の駆動信号Ｐ２だけを選択して印加することにより、小ドットを形成することができる。つまり、第２の駆動信号Ｐ２は小ドットを形成するための小滴波形として用いる。

図１０（ｃ）に示すように第３の駆動信号３だけを選択して印加することにより、中ドットを形成することができる。つまり、第３の駆動信号Ｐ３は中ドットを形成するための中滴波形として用いる。

図１０（ｄ）に示すように第１、第２、第３の駆動信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を印加することにより、大ドットを形成するための大滴波形として用いる。

これらの小ドットと中ドットと大ドットの被記録媒体（用紙）上での着弾位置は略同じになうように波形を選択する。

また、第１の駆動信号Ｐ１による圧力の逆位相の時間内に、第２の駆動信号Ｐによる液滴を吐出させることで、図１０（ｂ）の第２の駆動信号Ｐ２による小ドットを形成する滴吐出速度よりも、図１０（ｅ）に示すように第１の駆動信号Ｐ１と第２の駆動信号Ｐ２を順次印加して第２の駆動信号Ｐ２で滴吐出を行なう方が滴吐出速度が遅くなる。

したがって、図１０（ｄ）に示すように、第１ないし第３の駆動信号Ｐ１ないしＰ３を順次印加したときに、第１の駆動信号Ｐ１及び第２の駆動信号Ｐ２を順次印加して第２の駆動信号Ｐ２で吐出させた液滴に、第３の駆動信号Ｐ３で吐出させた液滴が飛翔中に合体して一滴となって、被記録媒体上に着弾させることができるとともに、小ドットと中ドットと大ドットの着弾位置を合わせることを両立することができる。

このように、１駆動周期内で時系列で生成する少なくとも第１、第２、第３の駆動信号を含む駆動波形であって、第２の駆動信号により吐出される液滴の吐出速度よりも、第１、第２の駆動信号を順次印加して吐出させた液滴の吐出速度が相対的に遅く、第１ないし第３の駆動信号により吐出させた各液滴が飛翔中に合体する駆動波形を生成する手段を備えることにより、所望の滴量の液滴を被記録媒体上に一つの液滴として着弾させることができるようになり、大きさの異なる液滴を、高精度に短い周期で吐出できて、高速で高画質画像を形成できる。

この場合、相対的に大きなドットを形成するときに用いる第１の駆動信号は液滴を吐出させないで液室内を微動させる駆動信号とすることにより、駆動波形長の短縮化を図ることができる。

また、第２の駆動信号は、相対的に大きなドットを形成する第１、第２、第３の駆動信号による液滴よりも、相対的に小さなドットを形成する駆動信号とすることにより、駆動波形長の短縮化を図ることができる。

また、第２の駆動信号は、第１の駆動信号により発生する圧力の逆位相となるときに印加する駆動信号とすることにより、駆動効率が低下することによって相対的に吐出速度が遅くなり、所望の滴量を、被記録媒体上の所望の位置に１つの液滴として着弾させることができる。

さらに、第２の駆動信号により吐出した液滴の被記録媒体上での着弾位置と、第１ないし第３の駆動信号により吐出した液滴の被記録媒体上での着弾位置が略同じになる波形とすることによって、相対的に大きなドットと小さなドットを形成する液滴を高精度に被記録媒体に着弾させることができ、高画質化を図れるとともに、双方向印字における画質低下を抑えることができる。

次に、本発明の第２実施形態における駆動波形について図１１を参照して説明する。
この実施形態では、前記図９で説明した実施形態の駆動波形に比べて、第１の駆動信号Ｐ１と第２の駆動信号Ｐ２の間隔Ｔ２を短くしている（Ｔ２＜Ｔ１）。

このように構成することで、第１の駆動信号Ｐ１によるリフィル（液室１０６内に記録液が供給されること）により、ノズル１０４のメニスカスが盛り上がっている状態で第２の駆動信号Ｐによる滴吐出を行なうことができる。これにより、吐出する液滴の重量（滴吐出量）が増加して、第２の駆動信号Ｐ２のみによる滴吐出速度よりも、第１の駆動信号Ｐ１と第２の駆動信号Ｐ２による滴の吐出速度を相対的に遅くすることができる。しかも、かつ図９に示した駆動波形の長さよりも短くする（時間を短くする）ことができる。言い換えれば、１駆動周期を短くすることができて、高速化を図れる。

このように、第２の駆動信号は、第１の駆動信号によりノズル内のメニスカスが盛り上がっているときに印加する駆動信号とすることにより、吐出滴量が多くなって相対的に遅い滴吐出速度となり、所望の滴量を被記録媒体上の所望の位置に１つの液滴として着弾させることができる。

次に、本発明の第３実施形態における駆動波形について図１２を参照して説明する。
この実施形態では、第３の駆動信号Ｐ３を駆動信号Ｐ３１と駆動信号Ｐ３１の二つの信号で構成している。駆動信号Ｐ３１は、基準電位（中間電位）Ｖから立ち下がる波形要素ｌ、波形要素ｌの立下り電位でホールド状態を維持する波形要素ｍ、波形要素ｍのホールド電位から基準電位Ｖまで立ち上がる波形要素ｎを含む信号である。また駆動信号Ｐ３２は、基準電位（中間電位）Ｖから立ち下がる波形要素ｏ、波形要素ｏの立下り電位でホールド状態を維持する波形要素ｐ、波形要素ｐのホールド電位から基準電位Ｖより高い電位まで立ち上がる波形要素ｑ、波形要素ｑの立ち上がり電位でホールド状態を維持する波形要素ｒ、波形要素ｒから基準電位Ｖに立ち下がる波形要素ｓを含む信号である。、

この駆動波形では、第１の駆動信号Ｐ１を非印字領域で微駆動を行なう微駆動波形として、第２の駆動信号Ｐ２を小ドットを形成するための小滴波形として用いており、第３の駆動信号Ｐ３のうちの駆動信号Ｐ３１を中ドットを形成するための中滴波形として用いている。大ドットを形成するための大滴波形には、第１、第２の駆動信号Ｐ１、Ｐ２及び第３の駆動信号Ｐ３を構成する駆動信号Ｐ３１、Ｐ３２のすべての駆動信号を用いている。これにより、より大きな大ドットを形成することができる。

このように、第３の駆動信号を複数の駆動信号で構成することにより、相対的に大きなドットを形成する滴量を調整することが容易になる。

また、第１ないし第３の駆動信号を用いて大きさが大、中、小のドットを形成するとき、第３の駆動信号の全部又は一部の駆動信号及び第２の駆動信号のいずれか一方は小ドットを形成するための駆動信号とし、他方は中ドットを形成するための駆動信号とすることにより、駆動波形長を短縮することができる。

さらに、第２の駆動信号により吐出した液滴の被記録媒体上での着弾位置と、第１ないし第３の駆動信号により吐出した液滴の被記録媒体上での着弾位置と、第３の駆動信号の全部又は一部の駆動信号により吐出した液滴の被記録媒体上での着弾位置とが略同じになる波形とすることにより、相対的に大ドット、中ドット、小ドットを形成する液滴を高精度に被記録媒体上に着弾させることで、高画質化を図れるとともに、双方向印字における画質低下を抑えることができる。

なお、上記実施形態ではプリンタ構成の画像形成装置を例にして説明したが、プリンタ／ＦＡＸ／複写機を複合したマルチファンクションタイプの画像形成装置にも同様に適用することができる。また、インク以外の記録液、液体を使用する画像形成装置にも同様に適用することができる。

本発明に係る画像形成装置の機構部の全体構成を説明する側面説明図である。同機構部の平面説明図である。同画像形成装置の記録ヘッド構成の一例を示す説明図である。同じく記録ヘッド構成の他の例を示す説明図である。同じく記録ヘッド構成する液滴吐出ヘッドの一例を示す液室長手方向に沿う断面説明図である。同じく記録ヘッド構成する液滴吐出ヘッドの一例を示す液室短手方向に沿う断面説明図である。同画像形成装置における制御部の概要を説明するブロック説明図である。同制御部におけるヘッド駆動制御部及びヘッドドライバの一例を説明するブロック説明図である。同駆動波形生成部で生成する駆動波形の第１実施形態を示す説明図である。同駆動波形の各駆動信号の選択の説明に供する説明図である。同駆動波形生成部で生成する駆動波形の第２実施形態を示す説明図である。同駆動波形生成部で生成する駆動波形の第３実施形態を示す説明図である。

符号の説明

４…キャリッジ
５…主走査モータ
１１…記録ヘッド
１１ｋ、１１ｃ、１１ｍ、１１ｙ…ヘッド
ＮＡ、ＮＢ…ノズル列
２２…被記録媒体（用紙）
３１…搬送ベルト
３２…搬送ローラ
３６…副走査モータ
１２１…圧電素子
２００…制御部
２０７…ヘッド駆動制御部
２０８…ヘッドドライバ

Claims

液滴を吐出するノズルが連通する液室内を加圧する圧力を発生させる圧力発生手段を備えた液体吐出ヘッドを搭載して被記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、１駆動周期内で時系列で生成する少なくとも第１、第２、第３の駆動信号を含む駆動波形であって、前記第２の駆動信号により吐出される液滴の吐出速度よりも、前記第１、第２の駆動信号により吐出される液滴の吐出速度が相対的に遅く、前記第１ないし第３の駆動信号により吐出させた各液滴が飛翔中に合体する駆動波形を生成する手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
請求項１に記載の画像形成装置において、前記第１の駆動信号は液滴を吐出させないで液室内を微動させる駆動信号であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１に記載の画像形成装置において、前記第２の駆動信号は、相対的に大きなドットを形成する前記第１、第２、第３の駆動信号による液滴よりも、相対的に小さなドットを形成する駆動信号であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、前記第２の駆動信号は、前記第１の駆動信号により前記ノズル内のメニスカスが盛り上がっているときに印加する駆動信号であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、前記第２の駆動信号は、前記第１の駆動信号により発生する圧力の逆位相となるときに印加する駆動信号であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置において、前記第２の駆動信号により吐出した液滴の被記録媒体上での着弾位置と、前記第１ないし第３の駆動信号により吐出した液滴の被記録媒体上での着弾位置が略同じであることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置において、前記第３の駆動信号は複数の駆動信号からなることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置において、前記第１ないし第３の駆動信号を用いて大きさが大、中、小のドットを形成するとき、前記第３の駆動信号の全部又は一部の駆動信号及び前記第２の駆動信号のいずれか一方は小ドットを形成するための駆動信号であり、他方は中ドットを形成するための駆動信号であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし８のいずれかに記載の画像形成装置において、前記第２の駆動信号により吐出した液滴の被記録媒体上での着弾位置と、前記第１ないし第３の駆動信号により吐出した液滴の被記録媒体上での着弾位置と、前記第３の駆動信号の全部又は一部の駆動信号により吐出した液滴の被記録媒体上での着弾位置とが略同じであることを特徴とする画像形成装置。