JP2011255636A

JP2011255636A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2011255636A
Application number: JP2010133774A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kiguchi; 博之木口
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2011-12-22

Abstract

【課題】駆動する圧電素子数に応じて駆動波形を生成するときに駆動波形データを格納するメモリ容量が増加する。
【解決手段】複数のノズルから液滴を吐出させる圧力を発生する複数の圧電素子３を有するヘッド２と、圧電素子３を駆動する駆動波形データ及び駆動波形データを駆動する圧電素子数に応じて補正する補正データを格納記憶したメモリ１３と、ヘッド２の駆動する圧電素子数をカウントするカウンタ１６と、駆動波形データ、駆動する圧電素子数及び補正データからヘッド２に与える変更駆動波形データを生成するコントローラ１２とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は画像形成装置に関し、特に圧電型アクチュエータを有する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、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）からなる記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置（例えば、インクジェット記録装置）が知られている。この液体吐出記録方式の画像形成装置は、記録ヘッドからインク滴を、搬送される用紙（紙に限定するものではなく、ＯＨＰなどを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、被記録媒体あるいは記録媒体、記録紙、記録用紙などとも称される。）に対して吐出して、画像形成（記録、印字、印写、印刷も同義語で使用する。）を行なうものであり、記録ヘッドが主走査方向に移動しながら液滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置と、記録ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置がある。

なお、本願において、液体吐出記録方式の「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（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。また、「インク」とは、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用い、例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、樹脂なども含まれる。また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。

液体吐出ヘッドとしては、例えば液室内の液体であるインクを加圧し圧力を発生するための圧力発生手段として、圧電体、例えば積層型圧電素子、薄膜圧電素子などの圧電素子を用いる圧電型ヘッドが知られている。

ところで、例えば、インクの粘度は温度によって増減し、温度が下がると粘度が増加する。そのため、一定の駆動波形でヘッドを駆動した場合、低温ではインクの吐出量，吐出速度が低下してしまうことになる。そこで、従来から、ヘッドの周囲温度を検出し、検出された温度に応じて基準の駆動波形の振幅（電圧）を変更することが行なわれている。

また、複数のノズルを有するヘッドから液滴を吐出して画像を形成するとき、形成する画像によって一度に駆動するノズル数（圧電素子数）が変化し、一度に駆動するノズル数（圧電素子数）が変化すると、圧電素子両端に印加される電圧が変動し、滴吐出特性（滴速度、滴吐出量）が変動して画像品質が低下することになる。

そこで、ノズル列が一度に書き込む画像データドット数に対応させて補正する波形データを格納した補正テーブルを備えるものが知られている（特許文献１）。

特開２０１０−００５９６６号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示されている構成のように、駆動する圧電素子数に応じた駆動波形データをメモリ（記憶手段）に保持するのでは、必要なメモリ容量が大きくなるという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、駆動する圧電素子数に応じて駆動波形を生成するときに駆動波形データを格納するメモリ容量を低減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、
複数のノズルから液滴を吐出させる圧力を発生する複数の圧電素子を有するヘッドと、
前記圧電素子を駆動する駆動波形データを記憶した駆動波形データ記憶手段と、
前記ヘッドの駆動する圧電素子数を計測する計測手段と、
前記駆動波形データを駆動する圧電素子数に応じて補正する補正データを格納した補正データ格納手段と、
前記駆動波形データ、駆動する圧電素子数及び前記補正データから前記ヘッドに与える変更駆動波形データを生成する手段と、を備えている
構成とした。

ここで、前記補正データは、駆動する圧電素子数が１つであるときに圧電素子端子間電圧と駆動する圧電素子数が最大であるときに圧電素子端子間電圧が同じであり、駆動波形の応答遅れ部分及びアンダーシュート部分の電圧を高くし、オーバーシュート部分の電圧を低く変更した駆動波形データと前記駆動波形データ記憶手段に記憶された駆動波形データとの差分データである構成とできる。

本発明に係る画像形成装置によれば、圧電素子を駆動する駆動波形データを記憶した駆動波形データ記憶手段と、ヘッドの駆動する圧電素子数を計測する計測手段と、駆動波形データを駆動する圧電素子数に応じて補正する補正データを格納した補正データ格納手段と、駆動波形データ、駆動する圧電素子数及び補正データからヘッドに与える変更駆動波形データを生成する手段とを備えている構成としたので、駆動波形データ記憶手段を構成するメモリ容量を低減できる。

本発明の一実施形態の説明に供するブロック説明図である。制御信号の説明に供する説明図である。メモリ内のテーブルの説明に供する説明図である。ヘッド駆動制御処理の説明に供するフロー図である。駆動する圧電素子数と圧電素子両端子間電圧の説明に供する説明図である。駆動波形データ及び補正データ、変更駆動波形データの説明に供する説明図である。シュミレーションの説明に供する説明図である。同じく駆動する圧電素子数と圧電素子両端子間電圧の説明に供する説明図である。同じく変更駆動波形を与えたときの圧電素子両端子間電圧の説明に供する説明図である。同実施形態のヘッド駆動制御装置を備える本発明に係る画像形成装置の一例を示す全体構成図である。

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。本発明の一実施形態について図１のブロック説明図を参照して説明する。
ヘッドユニット１は、液滴を吐出する複数（ｎ個とする）のノズルを有するヘッド２と、ヘッド２の各ノズルが連通する液室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段としてのｎ個の圧電素子３−１〜３−ｎ（区別しないときは「圧電素子３」という。）を駆動する駆動回路（ヘッドドライバ、ドライバＩＣ）４を有している。駆動回路４は、それぞれの圧電素子３の一方の端子に接続されたアナログスイッチ５と、アナログスイッチ６をＯＮ／ＯＦＦするセレクタ６とを有している。アナログスイッチ６がＯＮしたとき、圧電素子３には駆動波形（駆動信号）が印加されて駆動される。

ヘッド１の駆動制御を司るヘッド駆動制御部（ヘッド駆動制御装置）１１は、駆動波形データ、駆動する圧電素子数及び補正データからヘッドに与える変更駆動波形データを生成する手段を兼ねるコントローラ１２と、駆動波形データを記憶した駆動波形データ記憶手段及び補正データを記憶した補正データ格納手段を兼ねるメモリ１３と、コントローラ１２から与えられる駆動波形データをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器１４と、Ｄ／Ａ変換器１４からのアナログ信号を増幅する電圧増幅器１５と、駆動する圧電素子３の数（圧電素子数）をカウントする計測手段であるカウンタ１６を備えている。

コントローラ１２は、メモリ１３に記憶された駆動波形データ及び補正データとカウンタ１６からの駆動する圧電素子数とからヘッド２に与える変更駆動波形データを生成してＤ／Ａ変換器１４に出力し、また制御信号をヘッドドライバ４に与える。ここで、制御信号は、画像データと、画像データをセレクタ４にロードするクロック信号とラッチ信号及び駆動波形出力タイミングを示すマスク信号で構成される。また、電圧増幅器１５から出力されるアナログの駆動波形はアナログスイッチ５に与えられる。これらの駆動波形及び制御信号はＦＦＣ等のケーブルによりヘッドユニット１のヘッドドライバ４に接続されている。

カウンタ１６は、制御信号に含まれる画像データの「１」（滴吐出を示すデータ）の個数をカウントする。コントローラ１２は、カウンタ１６のカウント値を読み取ることによりヘッド２の駆動する圧電素子３の数を得る。

次に、コントローラ１２からヘッドユニット１に与える制御信号の一例について図２を参照して説明する。
この例では、圧電素子数分の画像データとクロック信号がセレクタ６に出力され、セレクタ内のシフトレジスタに画像データがロードされる。圧電素子数分の画像データがロードされた後、ラッチ信号によりシフトレジスタにロードされたデータがセレクタ６内のレジスタ（ラッチ回路）にラッチされる。なお、この例では、簡単に説明するために、画像データは２値（吐出：１，非吐出：０）としている。また、セレクタ６内のレジスタのビット番号は圧電素子３の予め定めた番号（１からｎ）に対応しており、例えばレジスタビット１が「１」で、マスク信号が「１」のとき、アナログスッチ５がＯＮして圧電素子３−１が駆動される。

次に、メモリ１３内に格納（記憶）しているテーブルについて図３を参照して説明する。
この例では、メモリ１３内に、駆動波形テーブル，補正テーブル及び駆動波形変更用の変更駆動波形テーブルを記憶している（バイト数は５１２とする。）。

駆動波形テーブルには、圧電素子駆動数（同時に駆動する圧電素子数）が最小（例えば「１個」）のときの駆動波形データを格納記憶している。補正テーブルには、駆動波形テーブルの駆動波形データを圧電素子駆動数に応じて変更（補正）する補正データを格納している。そして、同時に駆動する圧電素子駆動数と補正テーブルによって新たに算出して生成した変更駆動波形データを変更駆動波形テーブルに保存する。

このとき、駆動する圧電素子数に対応した駆動波形データは、「圧電素子数に対応した駆動波形データ＝最小圧電素子駆動数の駆動波形データ＋補正データ×（駆動圧電素子数／最大圧電素子数）」で算出することができる。

次に、この実施形態におけるヘッド駆動制御処理について図４のフロー図を参照して説明する。
ヘッド２の駆動を開始するタイミングは、用紙の先端位置検出及び用紙の移動量に応じたエンコーダ信号（例えば６００ｄｐｉで記録する時、４２．３μｍの整数分の１の周期で出力される信号）に同期するが、詳細な説明は省略する。

まず、コントローラ１２は、駆動する圧電素子３の数をカウントするためにカウンタ１６をスタートさせる（（ステップＳ１、以下「Ｓ１」というように表記する。）。ここでは、説明を簡単にするため、画像データは２値とし、画像データ内の「１」（吐出）の数をカウントする。画像データが４値又はそれ以上の場合は、各画像データをカウントするカウンタを設ければよく、例えば４値の場合は画像データが１、２、３のそれぞれをカウントするカウンタを設ければよい。

そして、画像データ及びクロック信号を出力し、セレクタ６に画像データをロードする。すべての圧電素子数分の画像データをロードした後ラッチ信号を出力しセレクタ６に画像データをラッチする（Ｓ２）。

その後、カウンタ１６のカウント値を読み取る。カウンタ１６は画像データ内の「１」の個数をカウントしているためヘッド２の圧電素子３を同時に駆動する数を計測することができる（Ｓ３）。

カウンタ１６のカウント値の読み取り結果（この値を「ｍ」とする）と、メモリ１３に格納されている駆動波形データ（この値をｄ［ｎ］とする）と最大駆動圧電素子数（この値を「Ｍ」とする）から変更駆動波形データ（この値をＤ［ｎ］とする）を、Ｄ［ｎ］=ｄ［ｎ］×ｍ/Ｍで計算し、作成して、変更駆動波形テーブルに格納する（Ｓ４）。

その後、マスク信号を出力する（Ｓ５）。

そして、ステップＳ４で作成した変更駆動波形データをＤ／Ａ変換器１４に出力することにより、Ｄ／Ａ変換器１４の出力が電圧増幅器１５で所定の電圧に増幅され、変更駆動波形が生成され（ステップＳ６）、アナログスイッチ５に与えられる。

用紙への印字が終了した場合は、圧電素子３の駆動制御処理を終了し、終了していない場合は次の行の駆動制御処理を行う（Ｓ７）。

次に、圧電素子駆動数と圧電素子両端子間電圧の変動について図５を参照して説明する。
ヘッドユニット１と接続するケーブルのインピーダンスの影響で駆動する圧電素子の数（圧電素子駆動数）によって圧電素子両端子間電圧が変化する。図５には、駆動する圧電素子の数が１ｃｈ（個）、８０ｃｈ、１６０ｃｈの、各場合の圧電素子の端子間電圧を示している。チャンネル数がふえるほど、図５のＡ付近の応答遅れが大きくなり、Ｂ付近でのオーバーシュートも大きくなる。

そこで、駆動波形を変更する（補正する）ことによって駆動する圧電素子の数が１ｃｈのときとほぼ同等の端子間電圧がかかるようにすることができる。そこで、同時に駆動する圧電素子数から変更する変更駆動波形データを算出し生成してメモリ１３に格納し、その変更駆動波形データから変更駆動波形を生成することにより、駆動する圧電素子数によらず、ほぼ一定の電圧を圧電素子の端子間にかけることができる。

次に、駆動波形データについて図６を参照して説明する。
図６は同時に駆動する圧電素子数が最大のとき圧電素子の端子間にかかる電圧が、駆動する圧電素子数が１（最小）の時と同じになるように変更された駆動波形と元の駆動波形、及び変更された駆動波形と元の駆動波形の差分を示している。

この差分の電圧に相当するデータを補正データとしてメモリ１３に予め格納しておく。そして、図５に示したように、Ａ付近の応答遅れ及びＢ付近のオーバーシュート量は駆動する圧電素子の数に依存する。そこで、図６の補正電圧データ（一点鎖線図示）を補正データテーブルとしてメモリ１３に格納しておき、駆動する圧電素子数と最大駆動圧電素子数と補正データから駆動波形データ（実線図示）を変更して変更駆動波形データ（破線図示）を生成するようにする。

つまり、以下の演算によって、駆動する圧電素子数に対応した駆動波形データを生成する。
圧電素子数に対応した駆動波形データ＝最小駆動時の駆動波形データ＋補正データ×（駆動圧電素子数／最大圧電素子数）

ここで、シュミレーション結果について説明する。
図７に示すように、Ｄ／Ａ変換器１４で発生させた信号をアンプ（電圧増幅器）１５で所定の電圧に増幅した駆動波形で、ケーブル（ＦＦＣ）２１でヘッドユニット１に接続してヘッド２内の複数の圧電素子３を駆動するとき、駆動波形の駆動電圧Ｖａ、ＦＦＣ２１のインダクタンスをＬ、直流抵抗ｒ、駆動波形を圧電素子に導通させるアナログスイッチ５のＯＮ抵抗をＲ、圧電素子３の容量をＣとすると、圧電素子３の端子間電圧はＶｚ＝Ｖａ×１／｛１＋（ｒ＋Ｒ）×Ｃ×ｓ＋Ｌ×Ｃ×ｓ×ｓ｝で計算される。

電圧Ｖａに対して、圧電素子３の端子間電圧をシュミレーションした結果を図８に示している。ここでは、説明を簡単にするため、駆動波形の立ち上がりの部分をシュミレーションしている。

Ｖｚ−１ｃｈはヘッド２内に配置されている複数の圧電素子３のうち、１ｃｈのみ駆動したときの圧電素子両端の電圧である。Ｖｚ−１６０ｃｈは１６０ｃｈ同時に駆動した時の圧電素子両端の電圧である。１６０ｃｈ同時に駆動したときは１ｃｈのみ駆動する場合に対して、Ａ付近で応答が遅れると共に、Ｂ付近でオーバーシュートが発生する。

そして、図９は１６０ｃｈ駆動するとき、Ｄ／Ａ変換器１４で発生させる信号をＣ付近及びＤ付近で変更したときのシュミレーション波形である。Ｃ付近及びＤ付近の波形を図のように変更しているので、１６０ｃｈ同時に駆動したときも１ｃｈのみ駆動した場合とほぼ同等の電圧が圧電素子の両端にかかることが分かる。

なお、シュミレーションの条件は、
ＡＭＰ部１５の帯域：１．６ＭＨｚ
Ｌ＝２７１ｎＨ
ｒ＝９８ｍΩ
Ｒ＝７０Ω（１ｃｈあたり）
Ｃ＝７２０ｐＦ（１ｃｈあたり）
とした。

次に、本発明に係る画像形成装置の全体構成の一例について図１０を参照して説明する。
この画像形成装置は、ライン型画像形成装置であり、装置本体４０１の内部に画像形成部４０２等を有し、装置本体４０１の下方側に多数枚の記録媒体（用紙）４０３を積載可能な給紙トレイ４０４を備え、この給紙トレイ４０４から給紙される用紙４０３を取り込み、搬送機構４０５によって用紙４０３を搬送しながら画像形成部４０２によって所要の画像を記録した後、装置本体４０１の側方に装着された排紙トレイ４０６に用紙４０３を排紙する。

また、装置本体４０１に対して着脱可能な両面ユニット４０７を備え、両面印刷を行うときには、一面（表面）印刷終了後、搬送機構４０５によって用紙４０３を逆方向に搬送しながら両面ユニット４０７内に取り込み、反転させて他面（裏面）を印刷可能面として再度搬送機構４０５に送り込み、他面（裏面）印刷終了後排紙トレイ４０６に用紙４０３を排紙する。

ここで、画像形成部４０２は、例えばブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色の液滴を吐出する、フルライン型の４個の液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッド４１１ｋ、４１１ｃ、４１１ｍ、４１１ｙ（色を区別しないときには「記録ヘッド４１１」という。）を備え、各記録ヘッド４１１は液滴を吐出するノズルを形成したノズル面を下方に向けてヘッドホルダ４１３に装着している。

また、各記録ヘッド４１１に対応してヘッドの性能を維持回復するための維持回復機構４１２ｋ、４１２ｃ、４１２ｍ、４１２ｙ（色を区別しないときには「維持回復機構４１２」という。）を備え、パージ処理、ワイピング処理などのヘッドの性能維持動作時には、記録ヘッド４１１と維持回復機構４１２とを相対的に移動させて、記録ヘッド４１１のノズル面に維持回復機構４１２を構成するキャッピング部材などを対向させる。

なお、ここでは、記録ヘッド４１１は、用紙搬送方向上流側から、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの順に各色の液滴を吐出する配置としているが、配置及び色数はこれに限るものではない。また、ライン型ヘッドとしては、各色の液滴を吐出する複数のノズル列を所定間隔で設けた１又は複数のヘッドを用いることもできるし、ヘッドとこのヘッドにインクを供給する液体カートリッジを一体とすることも別体とすることもできる。

給紙トレイ４０４の用紙４０３は、給紙コロ（半月コロ）４２１と図示しない分離パッドによって１枚ずつ分離され装置本体４０１内に給紙され、搬送ガイド部材４２３のガイド面４２３ａに沿ってレジストローラ４２５と搬送ベルト４３３との間に送り込まれ、所定のタイミングでガイド部材４２６を介して搬送機構４０５の搬送ベルト４３３に送り込まれる。

また、搬送ガイド部材４２３には両面ユニット４０７から送り出される用紙４０３を案内するガイド面４２３ｂも形成されている。更に、両面印刷時に搬送機構４０５から戻される用紙４０３を両面ユニット４０７に案内するガイド部材４２７も配置している。

搬送機構４０５は、駆動ローラである搬送ローラ４３１と従動ローラ４３２との間に掛け渡した無端状の搬送ベルト４３３と、この搬送ベルト４３３を帯電させるための帯電ローラ４３４と、画像形成部４０２に対向する部分で搬送ベルト４３３の平面性を維持するプラテン部材４３５と、搬送ベルト４３３から送り出す用紙４０３を搬送ローラ４３１側に押し付ける押さえコロ４３６と、その他図示しないが、搬送ベルト４３３に付着したインクを除去するためのクリーニング手段である多孔質体などからなるクリーニングローラなどを有している。

この搬送機構４０５の下流側には、画像が記録された用紙４０３を排紙トレイ４０６に送り出すための排紙ローラ４３８及び拍車４３９を備えている。

このように構成した画像形成装置において、搬送ベルト４３３は矢示方向に周回移動し、高電位の印加電圧が印加される帯電ローラ４３４と接触することで帯電され、この高電位に帯電した搬送ベルト４３３上に用紙４０３が給送されると、用紙４０３は搬送ベルト４３３に静電的に吸着される。このようにして、搬送ベルト４３３に強力に吸着した用紙４０３は反りや凹凸が校正され、高度に平らな面が形成される。

そして、搬送ベルト４３３を周回させて用紙４０３を移動させ、記録ヘッド４１１から液滴を吐出することで、用紙４０３上に所要の画像が形成され、画像が記録された用紙４０３は排紙ローラ４３８によって排紙トレイ４０６に排紙される。

ここで、記録ヘッド４１１を駆動するときに上述したヘッド駆動制御装置を使用している。これにより、滴吐出特性のバラツキが低減されて、高速で、高画質画像を形成することができる。

なお、上記実施形態では本発明をプリンタ構成の画像形成装置に適用した例で説明したが、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。

１ヘッドユニット
２ヘッド
３圧電素子
４ヘッドドライバ
５アナログスイッチ
６セレクタ
１１ヘッド駆動制御装置
１２コントローラ
１３メモリ
１４Ｄ／Ａ変換器
１５電圧増幅器
１６カウンタ（計測手段）
４１１ｋ、４１１ｃ、４１１ｍ、４１１ｙ記録ヘッド

Claims

複数のノズルから液滴を吐出させる圧力を発生する複数の圧電素子を有するヘッドと、
前記圧電素子を駆動する駆動波形データを記憶した駆動波形データ記憶手段と、
前記ヘッドの駆動する圧電素子数を計測する計測手段と、
前記駆動波形データを駆動する圧電素子数に応じて補正する補正データを格納した補正データ格納手段と、
前記駆動波形データ、駆動する圧電素子数及び前記補正データから前記ヘッドに与える変更駆動波形データを生成する手段と、を備えている
ことを特徴とする画像形成装置。
前記補正データは、駆動する圧電素子数が１つであるときに圧電素子端子間電圧と駆動する圧電素子数が最大であるときに圧電素子端子間電圧が同じであり、駆動波形の応答遅れ部分及びアンダーシュート部分の電圧を高くし、オーバーシュート部分の電圧を低く変更した駆動波形データと前記駆動波形データ記憶手段に記憶された駆動波形データとの差分データであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。