JP2007283649A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリッジの移動による気流によって空吐出後のミストが影響を受けて飛散し、用紙にミストが付着して画像品質が低下しやすくなる。
【解決手段】駆動波形生成部４０１は、空吐出を行うときには、空吐出用駆動信号（を生成して出力し、空吐出用駆動波形で吐出させる画像形成に寄与しない液滴（空吐出用液滴）の滴速度Ｖｊ２は、印字用駆動波形で吐出させる画像形成に寄与する液滴（印字用液滴）に対し、印字用液滴の最大滴速度Ｖｊ１以上で、かつ、印字用液滴の最大滴速度Ｖｊ１の２倍以下、すなわち、Ｖｊ１≦Ｖｊ２≦２×Ｖｊ１の関係にある滴速度としている。
【選択図】図９

Description

本発明は画像形成装置に関し、特に液体吐出ヘッドを備える画像形成装置に関する。

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、記録液（液体）の液滴を吐出する液体吐出ヘッド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、液体としての記録液（以下、インクともいう。）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。）を行なうものがある。

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を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持た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。また、液体吐出装置とは、液体吐出ヘッドから液体を吐出する装置を意味する。

このような液体吐出ヘッドを備えて画像を形成する画像形成装置においては、記録液を吐出する記録ヘッドの性能を維持回復する機能が不可欠であることから、その一環として、印字待機時や高温、低湿環境下での印字、あるいは低頻度の印字によってノズル（吐出口）内で記録液が増粘してノズルの目詰まりを生じるおそれがある場合に対処するため、定期的にノズルから記録（画像形成）に寄与しない液滴（廃液となる液滴）を吐出することによって、増粘した記録液を排出するようにする空吐出動作が行なわれる。
特開２００１−２６０３７５号公報

例えば、空吐出動作に関して、特許文献２には記録ヘッドがキャップ部材でキャッピングされていた時間を検出し、キャッピングが外れた直後に、検出された時間に応じて空吐出させるインク量を、印刷期間中にはキャッピングされていた時間に応じて空吐出間隔を決定するようにしたインクジェット記録装置が記載されている。
特許第３４９１６６２号公報

上述したように、液体吐出ヘッドを備えて多数のノズルからインクを吐出させて画像を形成する画像形成装置においては、高速印刷を行うために使用する記録液（インク）として速乾性があるものが使用されるようになっており、また、高品質印刷を行うためのノズルの小径化が図られている。その結果、ノズル内でインクが凝固してノズルの目詰まりが生じ易くなっている。

そこで、特許文献２などに記載されているように液体吐出ヘッドから画像形成に寄与しない液滴を吐出する空吐出動作が行われる。この空吐出動作を画像形成領域外で行うようにした場合、印刷速度の高速化を図るためには空吐出後直ちに液体吐出ヘッドを画像形成可能な状態に戻す、例えばシリアル型画像形成装置にあっては、液体吐出ヘッドを搭載したキャリッジを移動させて、印刷を開始できることが好ましい。

ところが、液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジの移動速度が高速になるほど、キャリッジの移動による気流によって空吐出後のインクミストが影響を受けて飛散し、画像形成領域まで到達して、用紙にミストが付着して画像品質が低下することになる。また、インクミストがキャリッジの移動量を検出するためのエンコーダスケールなどに付着すると、キャリッジの正確な移動量検出ができなくなり、この点でも画像品質の低下を招くようになるという課題が生じる。

特に上述したように高速印刷のための速乾性のインクを使用するほど、ノズルの目詰まりが生じ易くなり、空吐出動作の回数も増えることから、インクミストの飛散が生じ易くなる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ミストの飛散を低減するとともに確実に回復を行うことが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、記録液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドから画像形成に寄与しない液滴を吐出させるとき、画像形成に寄与する液滴を吐出するときの最大滴速度以上で、かつ、最大滴速度の２倍以下の滴速度の液滴を吐出させる構成とした。

ここで、液体吐出ヘッドから画像形成に寄与しない液滴を吐出させるとき、画像形成に寄与する液滴を吐出するときの最大滴体積よりも大きな滴体積の液滴を吐出させる構成とできる。また、液体吐出ヘッドから画像形成に寄与しない液滴を吐出させるとき、複数滴が飛翔中に合体して１つの滴になる構成とできる。

また、液体吐出ヘッドから画像形成に寄与しない液滴を吐出させたときから液体吐出ヘッドが移動するまでの間に待ち時間がある構成とすることができ、待ち時間は液体吐出ヘッドの使用状況に応じて可変する構成、或いは、待ち時間は印刷モードに応じて可変する構成とできる。

また、液体吐出ヘッドの液滴吐出面側表面には撥水処理が施されていることが好ましい。

本発明に係る画像形成装置によれば、記録液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドから画像形成に寄与しない液滴を吐出させるとき、画像形成に寄与する液滴を吐出するときの最大滴速度以上で、かつ、最大滴速度の２倍以下の滴速度の液滴を吐出させる構成としたので、増粘した記録液を吹き飛ばす効果が高くなって確実に回復を行うことができるとともに、滴速度が速いことで気流の影響を受けにくくなりミストの飛散が低減する。

以下、本発明の実施形態について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の一例を示す同画像形成装置を前方側から見た斜視説明図である。
この画像形成装置は、装置本体１と、装置本体１に装着された用紙を装填するための給紙トレイ２と、装置本体１に着脱自在に装着されて画像が記録（形成）された用紙をストックするための排紙トレイ３とを備えている。さらに、装置本体１の前面の一端部側（給排紙トレイ部の側方）には、前面から装置本体１の前方側に突き出し、上面よりも低くなったインクカートリッジを装填するためのカートリッジ装填部４を有し、このカートリッジ装填部４の上面は操作ボタンや表示器などを設ける操作／表示部５としている。

このカートリッジ装填部４には、色の異なる記録液（インク）、例えば黒（Ｋ）インク、シアン（Ｃ）インク、マゼンタ（Ｍ）インク、イエロー（Ｙ）インクをそれぞれ収容した複数の記録液カートリッジであるインクカートリッジ１０ｋ、１０ｃ、１０ｍ、１０ｙ（色を区別しないときは「インクカートリッジ１０」という。）を、装置本体１の前面側から後方側に向って挿入して装填可能とし、このカートリッジ装填部４の前面側には、インクカートリッジ１０を着脱するときに開く前カバー（カートリッジカバー）６を開閉可能に設けている。

また、操作／表示部５には、各色のインクカートリッジ１０ｋ、１０ｃ、１０ｍ、１０ｙの装着位置（配置位置）に対応する配置位置で、各色のインクカートリッジ１０ｋ、１０ｃ、１０ｍ、１０ｙの残量がニアーエンド及びエンドになったことを表示するための各色の残量表示部１１ｋ、１１ｃ、１１ｍ、１１ｙを配置している。さらに、この操作／表示部５には、電源ボタン１２、用紙送り／印刷再開ボタン１３、キャンセルボタン１４も配置している。

次に、この画像形成装置の機構部について図２及び図３を参照して説明する。なお、図２は同機構部の全体構成を説明する概略構成図、図３は同機構部の要部平面説明図である。
図示しない左右の側板間に横架したガイド部材であるガイドロッド２１とステー２２とでキャリッジ２３を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ２４によって駆動プーリ２５と従動プーリ２６間に架け渡したタイミングベルト２７を介して図３で矢示方向（キャリッジ走査方向：主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ２３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液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド３１ｋ、３１ｃ、３１ｍ、３１ｙ（区別しないときは「記録ヘッド３１」という。）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。

記録ヘッド３１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、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータなどを、液滴を吐出するための圧力を発生する圧力発生手段として備えたものなどを使用できる。また、インクジェットヘッドとしては、複数のノズルを並べてノズル列を複数列有し、各ノズル列から同じ色の液滴を吐出する構成であっても、異なる色の液滴を吐出する構成であってもよい。

また、キャリッジ２３には、記録ヘッド３１に各色のインクを供給するための各色のサブタンク３２を搭載している。この各色のサブタンク３２には各色のインク供給チューブを介して、カートリッジ装填部４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。

一方、給紙トレイ２の用紙積載部（圧板）４１上に積載した用紙４２を給紙するための給送手段である給紙部として、用紙積載部４１から用紙４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）４３及び給紙コロ４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド４４を備え、この分離パッド４４は給紙コロ４３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４２を記録ヘッド３１の下方側に送り込むために、用紙４２を案内するガイド部材４５と、カウンタローラ４６と、搬送ガイド部材４７と、先端加圧コロ４９を有する押さえ部材４８とを備えるとともに、給送された用紙４２を静電吸着して記録ヘッド３１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５１を備えている。

この搬送ベルト５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ５２とテンションローラ５３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ている。この搬送ベルト５１は、例えば、抵抗制御を行っていない純粋な厚さ４０μｍ程度の樹脂材、例えばＥＴＦＥピュア材で形成した用紙吸着面となる表層と、この表層と同材質でカーボンによる抵抗制御を行った裏層（中抵抗層、アース層）とを有している。

そして、この搬送ベルト５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ５６を備えている。この帯電ローラ５６は、搬送ベルト５１の表層に接触し、搬送ベルト５１の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に所定の押圧力をかけている。なお、搬送ローラ５２はアースローラの役目も担っており、搬送ベルト５１の中抵抗層（裏層）と接触配置され接地している。

また、搬送ベルト５１の裏側には、記録ヘッド３１による印写領域に対応してガイド部材５７を配置している。このガイド部材５７は、上面が搬送ベルト５１を支持する２つのローラ（搬送ローラ５２とテンションローラ５３）の接線よりも記録ヘッド３５側に突出させることで搬送ベルト５１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５１は、副走査モータ５８によって駆動ベルト５９及びプーリ６０を介して搬送ローラ５２が回転駆動されることによって図３のベルト搬送方向（副走査方向）に周回移動する。

さらに、記録ヘッド３１で記録された用紙４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト５１から用紙４２を分離するための分離爪６１と、排紙ローラ６２及び排紙コロ６３とを備え、排紙ローラ６２の下方に排紙トレイ３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７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット７１は搬送ベルト５１の逆方向回転で戻される用紙４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ４６と搬送ベルト５１との間に給紙する。また、この両面ユニット７１の上面は手差しトレイ７２としている。

さらに、図３に示すように、キャリッジ２３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド３１のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む維持回復機構８１を配置している。

この維持回復機構８１には、記録ヘッド３１の各ノズル面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。）８２ａ〜８２ｄ（区別しないときは「キャップ８２」という。）と、ノズル面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８３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うときの液滴を受ける空吐出受け８４などを備えている。ここでは、キャップ８２ａを吸引用及び保湿用キャップ（以下「吸引用キャップ」という。）とし、他のキャップ８２ｂ〜８２ｄは保湿用キャップとしている。

また、キャリッジ２３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うときの液滴を受ける空吐出受け８８を配置し、この空吐出受け８８には記録ヘッド３１のノズル列方向に沿った開口８９ａ〜８９ｄを設けている。

このように構成したインクジェット記録装置においては、給紙トレイ２から用紙４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙４２はガイド４５で案内され、搬送ベルト５１とカウンタローラ４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド３７で案内されて先端加圧コロ４９で搬送ベルト５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、図示しない制御部によってＡＣバイアス供給部から帯電ローラ５６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５１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５１上に用紙４２が給送されると、用紙４２が搬送ベルト５１に吸着され、搬送ベルト５１の周回移動によって用紙４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド３１を駆動することにより、停止している用紙４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙４２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４２を排紙トレイ３に排紙する。

また、印字（記録）待機中にはキャリッジ２３は維持回復機構８１側に移動されて、キャップ８２で記録ヘッド３１がキャッピングされて、ノズル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、キャップ８２で記録ヘッド３１をキャッピングした状態で図示しない吸引ポンプによってノズルから記録液を吸引し（「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。）し、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行う。

また、記録開始前、記録途中などに、空吐出受け８４、８８に向けて記録と関係しないインクを吐出する（画像形成に寄与しない液滴を吐出する）空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド３１の安定した吐出性能を維持、回復する。

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体吐出ヘッドの一例について図４及び図５を参照して説明する。なお、図４は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図５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。

この液体吐出ヘッドは、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４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。

また、圧電素子１２１には図示しない駆動回路（駆動ＩＣ）に接続するためのＦＰＣケーブル１２６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の表面がノズル面３１ａ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。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体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、駆動波形の与え方によって引き打ちや押し打ちなどを行うこともできる。

ここで、この液体吐出ヘッドのノズル板１０３の表面に形成する撥水層について説明する。
撥水層を形成する材料としては、フッ素系化合物やシリコーン樹脂を含有する樹脂が良い。フッ素を含有する樹脂としては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥなどが知られているが、撥インク性の面からはＰＴＦＥが好ましい。また、インク中にフッ素系の添加物を含む場合は、ジメチルシリコーンの樹脂膜が好ましい。

具体的な撥水性材料としては、フッ素原子を有する有機化合物、特にフルオロアルキル基を有する有機物、ジメチルシリキサン骨格を有する有機ケイ素化合物等を挙げることができる。

フッ素原子を有する有機化合物としては、フルオロアルキルシラン、フルオロアルキル基を有するアルカン、カンボン酸、アルコール、アミン等が望ましい。具体的には、フルオロアルキルシランとしては、ヘプタデカフルオロ−１、１、２、２−テトラハイドロデシルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−１、１、２、２−テトラハイドロトリクロオシラン；フルオロアルキル基を有するアルカンとしては、オクタフルオロシクロブタン、パーフルオロメチルシクロヘキサン、パーフルオローｎーヘキサン、パーフルオローｎーヘプタン、テトラデカフルオロー２ーメチルペンタン、パーフルオロドデカン、パーフルオロオイコサン；フルオロオアルキル基を有するカルボン酸としては、パーフルオロデカン酸、パーフルオロオクタン酸；フルオロアルキル基を有するアルコールとしては、３、３、４、４、５、５、５−ヘプタフルオロー２ーペンタノール；フルオロアルキル基を有するアミンとしては、ヘプタデカフルオロ−１、１、２、２−テトラハイドロデシルアミン等が挙げられる。ジメチルシロキサン骨格を有する有機ケイ素化合物としては、α，ｗ−ビス（３ーアミノプロピル）ポリジメチルシロキサン、α、ｗ−ビス（３ーグリシドキシプロピル）ポリジメチルシロキサン、α，ｗ−ビス（ビニル）ポリジメチルシロキサン等が挙げられる。

また、別の撥水性材料として、シリコン原子を有する有機化合物、特にアルキルシロキサン基を有する有機化合物を挙げることができる。

アルキルシロキサン基を有する有機化合物としては、含アルキルシロキサンエポキシ樹脂組成物を構成する分子中にアルキルシロキサン基、及び環状脂肪族エポキシ基を２個以上有する含アルキルシロキサンエポキシ樹脂としては、例えば次の一般式（ａ）及び（ｂ）で表される構造単位を含む高分子化合物（Ａ）が挙げられる。

上記のような構造を有する化合物は、他の撥水性化合物と併用する際にバインダーとしての機能も果たす。つまり、撥インク性の組成物の塗布適性を高め、溶剤蒸発後の乾燥性を高める乾燥塗膜としての作業性を向上させる機能も与える。

また、液体吐出ヘッドがフッ素系化合物を含む記録液を吐出する場合には、フッ素系樹脂では十分な撥水効果が得られないことが確認されているので、シリコーン樹脂を用いた樹脂層を形成することが好ましい。記録液にフッ素系化合物を含有することで動的表面張力を３５ｍＮ／ｍ以下にすることができ、動的表面張力が３５ｍＮ／ｍ以下の低い表面張力の記録液を用いることで用紙に対するインクの浸透速度が早くなり、特に、顔料系インクを用いた場合の乾燥時間の短縮化を図れるという効果がある。また、フッ素系界面活性剤を含有することによって発色性の良い画像形成が可能になる。

上述したシリコーン樹脂の塗布形成による撥水層以外にも、例えば次のような方法で撥水層を形成することができる。例えば、真空排気ポンプにて真空槽内を所定の真空度まで排気したのち、撥水性材料を４００℃で気化せしめて真空槽に導入し、真空雰囲気を調整するとともに、高周波電源から放電電極に電力を供給してＲＦグロー放電を起こさせ、プラズマ雰囲気下に液体吐出ヘッドのノズル基材の表面に表面処理をして、ノズル基材表面上に撥水膜を形成することができる。この場合、材料及び真空槽内の真空度によっては、常温〜２００℃程度の低温での撥水膜を形成することもできる。

また、例えば、撥水性材料を有機溶剤に溶解させ、ワイヤーバーやドクターブレードなどの治具でコーティングすることができるし、スピンコーターによって回転塗布することもできるし、スプレーによって塗布することもできるし、塗工液を満たした容器に浸漬塗工（ディッピング）することでも撥水層を形成することができる。

次に、この画像形成装置の制御部の概要について図６を参照して説明する。なお、同図は同制御部の全体ブロック説明図である。
この制御部は、この画像形成装置全体の制御を司る、本発明に係る空吐出動作に関する制御をする手段などを兼ねたマイクロコンピュータで構成した主制御部３０１及び印刷制御を司るマイクロコンピュータで構成した印刷制御部３０２とを備えている。

そして、主制御部３０１は、通信回路３００から入力される印刷処理の情報に基づいて用紙４２に画像を形成するために、前述したように、主走査モータ２４や副走査モータ５８を主走査モータ駆動回路３０３及び副走査モータ３０４を介して駆動制御するとともに、印刷制御部３０２に対して印刷用データを送出するなどの制御を行う。

また、主制御部３０１には、キャリッジ２３の位置を検出するキャリッジ位置検出回路３０５からの検出信号が入力され、主制御部３０１はこの検出信号に基づいてキャリッジ２３の移動位置及び移動速度を制御する。キャリッジ位置検出回路３０５は、例えばキャリッジ２３の走査方向に配置されたエンコーダシートのスリット数を、キャリッジ２３に搭載されたフォトセンサで読み取って計数することで、キャリッジ２３の位置を検出する。主走査モータ駆動回路３０３は、主制御部３０１から入力されるキャリッジ移動量に応じて主走査モータ２４を回転駆動させて、キャリッジ２３を所定の位置に所定の速度で移動させる。

また、主制御部３０１には搬送ベルト５１の移動量を検出する搬送量検出回路３０６からの検出信号が入力され、主制御部３０１はこの検出信号に基づいて搬送ベルト５１の移動量及び移動速度を制御する。搬送量検出回路３０６は、例えば搬送ローラ５２の回転軸に取り付けられた回転エンコーダシートのスリット数を、フォトセンサで読み取って計数することで搬送量を検出する。副走査モータ駆動回路３０４は、主制御部３０１から入力される搬送量に応じて副走査モータ５８を回転駆動させて、搬送ローラ５２を回転駆動して搬送ベルト５１を所定の位置に所定の速度で移動させる。

主制御部３０１は、給紙コロ駆動回路３０７に給紙コロ駆動指令を与えることによって給紙コロ４３を一回転させる。主制御部３０１は、維持回復機構駆動用モータ駆動回路３０８を介して維持回復機構８１のモータ２２１を回転駆動することにより、前述したようにキャップ８２の昇降、ワイパーブレード８３の昇降、吸引ポンプの駆動などを行わせる。

主制御部３０１は、インク供給モータ駆動回路３１１を介して供給ユニットのポンプを駆動するためのインク供給モータを駆動制御し、カートリッジ装填部４に装填されたインクカートリッジ１０からサブタンク３２に対してインクを補充供給する。このとき、主制御部３０１には、サブタンク３２が満タン状態にあることを検知するサブタンク満タンセンサ３１２からの検知信号に基づいて補充供給を制御する。

また、主制御部３０１は、カートリッジ通信回路３１４を通じて、カートリッジ装填部４に装着された各インクカートリッジ１０に設けられる記憶手段である不揮発性メモリ３１６に記憶されている情報を取り込んで、所要の処理を行って、本体記憶手段である不揮発性メモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ）３１５に格納保持する。

また、主制御部３０１には、環境温度、環境湿度を検知する環境センサ３１３からの検知信号が入力される。

印刷制御部３０２は、主制御部３０１からの信号とキャリッジ位置検出回路３０５及び搬送量検出回路３０６などからのキャリッジ位置や搬送量に基づいて、記録ヘッド３１の液滴を吐出させるための圧力発生手段を駆動するためのデータを生成して、上述した画像データをシリアルデータでヘッド駆動回路３１０に転送するとともに、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、滴制御信号（マスク信号）などをヘッド駆動回路３１０に出力する以外にも、ＲＯＭに格納されている駆動信号のパターンデータをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器及び電圧増幅器、電流増幅器等で構成される駆動波形生成部及びヘッドドライバに与える駆動波形選択手段を含み、１の駆動パルス（駆動信号）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生成してヘッド駆動回路３１０に対して出力する。

ヘッド駆動回路３１０は、シリアルに入力される記録ヘッド３１の１行分に相当する画像データに基づいて印刷制御部３０２から与えられる駆動波形を構成する駆動信号を選択的に記録ヘッド３１の液滴を吐出させるエネルギーを発生する駆動素子（例えば前述したような圧電素子）に対して印加することで記録ヘッド３１を駆動する。このとき、駆動波形を構成する駆動パルスを選択することによって、例えば、大滴（大ドット）、中滴（中ドット）、小滴（小ドット）など、大きさの異なるドットを打ち分けることができる。

次に、印刷制御部３０２及びヘッド駆動回路（ヘッドドライバ）３１０の一例について図７を参照して説明する。
印刷制御部３０２は、上述したように、１印刷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４０１と、印刷画像に応じた２ビットの画像データ（階調信号０、１）と、クロック信号、ラッチ信号（ＬＡＴ）、滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３を出力するデータ転送部４０２とを備えている。

なお、滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３は、ヘッド駆動回路３１０のスイッチ手段であるアナログスイッチ４１５の開閉を滴毎に指示する２ビットの信号であり、共通駆動波形の印刷周期に合わせて選択すべき波形でＨレベル（ＯＮ）に状態遷移し、非選択時にはＬレベル（ＯＦＦ）に状態遷移する。

ヘッド駆動回路３１０は、データ転送部４０２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（階調データ：２ビット／ＣＨ）を入力するシフトレジスタ４１１と、シフトレジスタ４１１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４１２と、階調データと制御信号Ｍ０〜Ｍ３をデコードして結果を出力するデコーダ４１３と、デコーダ４１３のロジックレベル電圧信号をアナログスイッチ４１５が動作可能なレベルへとレベル変換するレベルシフタ４１４と、レベルシフタ４１４を介して与えられるデコーダ４１３の出力でオン／オフ（開閉）されるアナログスイッチ４１５とを備えている。

このアナログスイッチ４１５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４０１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（階調データ）と制御信号Ｍ０〜Ｍ３をデコーダ４１３でデコードした結果に応じてアナログスイッチ４１５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４０１から出力する印字用駆動波形及び空吐出用駆動波形について図８及び図９を参照して説明する。
駆動波形生成部４０１は、印字を行うときには、１印刷周期（１駆動周期）内に、図８に示すように、基準電位Ｖｅから立ち下がる波形要素、立下り後の電位に保持する波形要素、ホールド後基準電位Ｖｅまでそのまま又は段階的に立ち上がる波形要素で構成される４個の駆動パルスＰ１ないしＰ４と、基準電位Ｖｅから立ち下がる波形要素、立下り後の電位に保持する波形要素、ホールド後基準電位Ｖｅよりも高い電位まで段階的に立ち上がる波形要素で構成される１個の駆動パルスＰ５からなる印字用駆動信号（駆動波形）を生成して出力する。

ここで、駆動パルスの電位Ｖが基準電位Ｖｅから立ち下がる波形要素は、これによって圧電素子１２１が収縮して加圧液室１０６の容積が膨張する引き込み波形要素である。また、立下り後の状態から立ち上がる波形要素は、これによって圧電素子１２１が伸長して加圧液室１０６の容積が収縮する加圧波形要素である。

そこで、データ転送部４０２からの滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３によって、吐出する滴の大きさに応じて駆動パルスＰ１ないしＰ５の１又は複数の駆動パルスを選択することによって、１つの液滴或いは複数の液滴を飛翔中に合体させて、小滴（小ドット）、中滴（中ドット）、大滴（大ドット）を吐出させ、微駆動（滴吐出を伴わないでメニスカスを振動させる）を行わせる。

これに対して、駆動波形生成部４０１は、空吐出を行うときには、１印刷周期（１駆動周期）内に、図９に示すように、基準電位Ｖｅから立ち下がる波形要素、立下り後の電位に保持する波形要素、ホールド後基準電位Ｖｅまでそのまま立ち上がる波形要素で構成される６個の駆動パルスＰ１１ないしＰ１６からなる空吐出用駆動信号（駆動波形）を生成して出力する。この空吐出用駆動波形を印加した場合、各駆動パルスＰ１１ないしＰ１５でそれぞれ滴が吐出され（駆動パルスＰ１６は制振用）、印字用駆動波形の場合と同様に、飛翔中に１滴に合体する（マージする。）。

ここで、空吐出用駆動波形で吐出させる画像形成に寄与しない液滴（空吐出用液滴）の滴速度Ｖｊ２は、印字用駆動波形で吐出させる画像形成に寄与する液滴（印字用液滴）に対し、印字用液滴の最大滴速度Ｖｊ１以上で、かつ、印字用液滴の最大滴速度Ｖｊ１の２倍以下、すなわち、Ｖｊ１≦Ｖｊ２≦２×Ｖｊ１の関係にある滴速度としている。つまり、空吐出動作では、印字用液滴の最大滴速度Ｖｊ１以上で、最大滴速度Ｖｊ１の２倍以下の滴速度で空吐出用液滴を吐出させる。

なお、液滴の滴速度は、上述したように１印刷周期（１駆動周期）内で複数の駆動パルスによって複数の滴を吐出させて、飛翔中に１滴にマージさせる構成では、１滴の滴速度である。

つまり、空吐出用液滴の滴速度が速いと、キャリッジ移動による気流の影響を受け難くなるので、ミスト飛散量が低減される。ただし、滴速度が速すぎることによって、主滴とは別のサテライト滴が発生してしまい、そのサテライト滴は滴速度が速くないために、気流の影響を受けやすく、ミスト飛散の原因となる。そのため、空吐出用液滴の滴速度は印字用液滴の滴速度以上で、ある範囲の速度に設定する必要がある。

そこで、印字用液滴の最大滴速度Ｖｊ１が７〔ｍ／ｓ〕である装置において、空吐出用液滴の滴速度を７〔ｍ／ｓ〕、９〔ｍ／ｓ〕、１１〔ｍ／ｓ〕として空吐出を行い、各滴速度におけるミスト飛散量、回復されないノズル数（非吐出ノズル数）を確認した。なお、ミスト飛散量は目視評価とし、ミストが目立つときを「×」、ミストが認められないときを「○」、ミストが認められるが印字品質に影響を与える程度ではないときを「△」とした。この結果を図１０に示している。

これより、空吐出用液滴の滴速度が印字用液滴の最大滴速度７〔ｍ／ｓ〕であるとき（印字用駆動波形を用いて空吐出動作をおこなったとき）には、ミスト飛散量が多くなるのに対し、空吐出用液滴の滴速度がそれより速い９〔ｍ／ｓ〕のときにはミスト飛散量は大幅に低減し、空吐出用液滴の滴速度が１１〔ｍ／ｓ〕になるとミスト飛散量は低減しにくくなっていることが確認された。

この場合、空吐出用液滴の滴速度の上限については、上述した結果から、滴速度が大きくなり過ぎると空吐出用液滴が不安定になり、ノズル面を汚してしまうこともある。したがって、空吐出用液滴の滴速度は印字用液滴の最大滴速度の２倍が限度である。好ましくは、図１０の結果から、空吐出用液滴の滴速度は印字用液滴の最大滴速度よりも大きく、最大滴速度の１．５倍以下である。

また、図１０に示す結果からは、液滴の滴速度が速ければ速いほど、乾燥による増粘インク（記録液）を吹き飛ばす効果が増加し、ノズルの目詰まりによる非吐出を防ぐ効果が高まることが分かる。

次に、空吐出用液滴の滴体積Ｍｊについて説明する。
印字用液滴の最大滴体積Ｍｊ１が２０〔ｐｌ〕である装置において、空吐出用液滴の滴体積Ｍｊ２を１０〔ｐｌ〕、２０〔ｐｌ〕、３０〔ｐｌ〕として空吐出を行い、各滴体積におけるミスト飛散量、回復されないノズル数（非吐出ノズル数）を確認した。なお、ミスト飛散量は目視評価とし、ミストが目立つときを「×」、ミストが認められないときを「○」、ミストが認められるが印字品質に影響を与える程度ではないときを「△」とした。この結果を図１１に示している。

これより、空吐出用液滴の滴体積Ｍｊ２が印字用液滴の最大滴体積２０〔ｐｌ〕より小さいときには、ミスト飛散量が多くなるのに対し、空吐出用液滴の滴体積が印字用液滴の最大滴体積と同じ２０〔ｐｌ〕のときにはミスト飛散量は低減し、空吐出用液滴の滴体積が印字用液滴の最大滴体積より大きい３０〔ｐｌ〕になるとミスト飛散量は大幅に低減することが確認された。

この結果から、空吐出用液滴の滴体積は、印字用液滴の最大滴体積Ｍｊ１以上、特に、印字用液滴の最大滴体積Ｍｊ１よりも大きくすることが好ましい。つまり、空吐出用液滴の滴体積Ｍｊ２が大きければ大きいほど、キャリッジ移動による気流の影響を受けにくくなり、ミスト飛散量が低減され、また、ノズルの目詰まりによる非吐出を防ぐ効果も高まる。

上述したように印字用液滴に対して空吐出用液滴の滴速度を大きくし（速くし）、また、滴体積を大きくする場合、複数の駆動パルスによって複数的を順次吐出させて飛翔中にマージさせることで空吐出用液滴を形成することにより、短時間に多くの滴を吐出させることができ、同じ滴体積の液滴を吐出するのに費やす時間を短くでき、空吐出動作を行うことによる印刷速度の低下を抑制できる。

また、上記実施形態のように印字用駆動波形と空吐出用駆動波形とを分けて、空吐出動作では空吐出用駆動波形を使用して空吐出を行うことによって、上述したような滴速度、滴体積を印字用液滴の滴速度、滴体積と異ならせることが容易になる。

次に、空吐出動作によって空吐出用液滴を吐出してからキャリッジ２３の移動を開始するまでの時間について説明する。
実験によると、図１２に示すように、空吐出動作によって空吐出用液滴を吐出してからキャリッジ２３の移動を開始するまでの時間（これを「待ち時間」という。）とミスト量との関係は、待ち時間が長くなるほど、キャリッジの移動による気流の影響を受け難くなることから、ミスト量が少なくなる。

したがって、キャリッジ２３の移動速度が速い印刷モードにおいては、あっては、空吐出動作によって多くの空吐出滴を必要とする印刷モードの場合には、空吐出動作実施後からキャリッジが移動し始めるまでの間に、待ち時間を設けることによって、キャリッジ移動による気流の影響を低減させることができる。

同様に、空吐出滴を多く必要とするような場合にも、空吐出動作実施後からキャリッジが移動し始めるまでの間に、待ち時間を設けることによって、キャリッジ移動による気流の影響を低減させることができる。

例えば、速度を優先させた高速モード印字時にはキャリッジ移動速度が速く、空吐出動作後のミスト飛散量が増加する傾向にある。また、乾燥しやすい低湿度環境で、速乾性の高いインクを使用する場合には、インクの増粘を防ぐために、空吐出に使用する滴数が増加してしまうために、空吐出後のインク飛散量が増加する傾向にある。

そこで、これらの場合には、空吐出動作実施後からキャリッジが移動し始めるまでの待ち時間を相対的に長くすることで、キャリッジ移動による気流の影響を受けにくくし、ミスト飛散量を低減することができる。

これに対して、キャリッジ移動速度が遅い印刷モード、空吐出滴数をあまり必要としない場合には、待ち時間を相対的に短く（待ち時間なしを含む。）することによって、印刷速度の低下を抑制できる。

例えば、画質を優先させた高画質モード印字時にはキャリッジ移動速度が遅く、空吐出後のミスト飛散が少ない。また、乾燥しにくい高湿度環境においては、空吐出に使用する滴数が少ないために、空吐出後のミスト飛散が発生しにくい。

そこで、これらの場合には、空吐出動作実施後からキャリッジが移動し始めるまでの待ち時間を短くすることで、印刷速度を遅くしないようにすることができる。

このような待ち時間を持たせる場合の処理について図１３を参照して説明する。
まず、空吐出動作のタイミングでエントリィされてこの処理を開始し、所要の空吐出動作を行った後、印刷モードが速度優先モードか画質優先モードかを判別する。

そして、印刷モードが速度優先モードのときには、低湿環境か高湿環境かを環境センサの検出結果に基づいて判別し、低湿環境のときには、空吐出動作終了後待ち時間Ｔ１が経過したときに、高湿環境のときには、空吐出動作終了後待ち時間Ｔ２が経過したときに、キャリッジ３３の移動を開始する。

また、印刷モードが画質優先モードのときには、低湿環境か高湿環境かを環境センサの検出結果に基づいて判別し、低湿環境のときには、空吐出動作終了後待ち時間Ｔ３が経過したときに、高湿環境のときには、空吐出動作終了後待ち時間Ｔ４が経過したときに、キャリッジ３３の移動を開始する。

この場合、待ち時間Ｔ１ないしＴ４は、例えば、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ４の関係で設定している（Ｔ４＝０、待ち時間なしを含む。）。

このようにすることで、ミスト飛散量を低減しつつ、印刷速度の低下を抑制することができる。上記の処理では、印刷モードと環境湿度に応じた４段階の待ち時間を設けているが、これに限るものではなく、２段階、３段階あるいはそれ以上に分けることもできる。

なお、上記各実施形態では本発明に係る画像形成装置としてプリンタ構成で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ／ファックス／コピア複合機などの画像形成装置に適用することができる。また、インク以外の液体である記録液や定着処理液などを用いる画像形成装置にも適用することができる。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す前方側から見た斜視説明図である。 同画像形成装置の機構部の概略を示す構成図である。 同機構部の要部平面説明図である。 同画像形成装置の記録ヘッドを構成する液体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。 同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図である。 同画像形成装置の制御部の概要を説明するブロック説明図である。 同制御部の印刷制御部の一例を示すブロック図である。 同印刷制御部の駆動波形生成部で生成出力する印字用駆動波形の一例を示す説明図である。 同印刷制御部の駆動波形生成部で生成出力する空吐出用駆動波形の一例を示す説明図である。 空吐出用液滴の滴速度とミスト飛散量及び非吐出ノズル数の関係の一例を説明する説明図である。 空吐出用液滴の滴体積とミスト飛散量及び非吐出ノズル数の関係の一例を説明する説明図である。 空吐出動作終了後キャリッジの移動を開始するまでの時間とミスト飛散量の関係の一例を説明する説明図である。 空吐出動作終了後キャリッジの移動を開始するまでの時間を印刷モード及び環境湿度に応じて可変する処理の一例を示すフロー図である。

符号の説明

１０…インクカートリッジ
２３…キャリッジ
３１…記録ヘッド
３２…サブタンク
５１…搬送ベルト
８１…維持回復機構
８４…空吐出受け
８８…空吐出受け
３００…制御部
３１３…環境センサ

Claims (7)

1. 記録液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドを備える画像形成装置において、
   前記液体吐出ヘッドから画像形成に寄与しない液滴を吐出させるとき、画像形成に寄与する液滴を吐出するときの最大滴速度以上で、かつ、最大滴速度の２倍以下の滴速度の液滴を吐出させ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、前記液体吐出ヘッドから画像形成に寄与しない液滴を吐出させるとき、画像形成に寄与する液滴を吐出するときの最大滴体積よりも大きな滴体積の液滴を吐出させることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記液体吐出ヘッドから画像形成に寄与しない液滴を吐出させるとき、複数滴が飛翔中に合体して１つの滴になることを特徴とする画像形成装置。
4. 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、前記液体吐出ヘッドから画像形成に寄与しない液滴を吐出させたときから前記液体吐出ヘッドが移動するまでの間に待ち時間があることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４に記載の画像形成装置において、前記待ち時間は前記液体吐出ヘッドの使用状況に応じて可変することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項４に記載の画像形成装置において、前記待ち時間は印刷モードに応じて可変することを特徴とする画像形成装置。
7. 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、前記液体吐出ヘッドの液滴吐出面側表面には撥水処理が施されていることを特徴とする画像形成装置。
   

Images