JP2012192710A

JP2012192710A - 画像形成装置

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Publication number: JP2012192710A
Application number: JP2011060195A
Authority: JP
Inventors: Satoru Hida; 悟飛田; Takashi Sato; 隆佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2031-03-18
Also published as: US20120236052A1; CN102689519B; US8777349B2; JP5712710B2; CN102689519A

Abstract

【課題】主滴の後のサテライトが長くなり、サテライト滴となったときに主滴に吸収されないまま着弾して画像品質が低下する。
【解決手段】駆動パルスＰ７は、基準電位Ｖｅから立下り液室１０６を膨張させる第１膨張波形要素ａ１と、液室６の膨張状態を保持する第１保持波形要素ｂ１と、膨張状態から収縮させてノズル１０４から液滴を吐出させる第１収縮波形要素ｃ１と、収縮状態を保持する第２保持波形要素ｂ２と、収縮状態から更に収縮させる第２収縮波形要素ｃ２と、収縮状態を保持する第３保持波形要素ｂ３と、収縮状態から第１膨張波形要素ａ１が印加される前の状態まで収縮させる第２収縮波形要素ａ２とを時系列で連続して生成した波形である。
【選択図】図９

Description

本発明は画像形成装置に関し、特に液滴を吐出する記録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記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。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、「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インクを着弾させ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、樹脂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る。また、「用紙」とは、材質を紙に限定するものではなく、上述したＯＨＰシート、布なども含み、インク滴が付着されるものの意味であり、被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含むものの総称として用いる。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。

このような画像形成装置において、例えば１駆動周期内でそれぞれ液滴を吐出させる複数の駆動パルス（吐出パルス）を時系列的に生成して共通駆動波形として出力し、例えば相対的に大きなドットを形成するときには２以上の駆動パルスを選択して複数の液滴を吐出させることで、複数の液滴を飛翔中に合体させて着弾させることによって、複数の滴サイズのドットを形成し、また、共通駆動波形中に滴吐出を伴わないでヘッドを駆動する非吐出パルスを含ませ、同様に非吐出パルスを選択することで微駆動を行なうことで安定した滴吐出を行なうようにすることが知られている。

ところで、従来の駆動波形の含まれる駆動パルスとしては、例えば、液室内の液体を加圧して液滴を吐出させるとき、液室を膨張状態から収縮させて液滴を吐出させ、この状態を一旦保持した後、再度液室を収縮させ、その後、液室を膨張させるものが知られている。

特開２００９−１３２０８８号公報特開２００３−０９４６５６号公報特許第３６６９４０９号公報特開２００９−３４８５９号公報

ところで、液体吐出ヘッドのノズルから液滴を吐出させたとき、液滴の後にノズルのメニスカスにつながる尾引き（以下「サテライト」という。）が生じ、このサテライトが切れることで液滴が分離されて飛翔することになる。この滴吐出におけるサテライトは、吐出する液体の粘度が高くなるに従って長くなり、また、サテライトの部分がメニスカスから分離するとサテライト滴（これに対し、最初に飛翔する液滴を「主滴」という。）となって飛翔する。

一方、画像形成装置における印刷速度の向上、印刷ギャップの拡大を図る上では、主滴を吐出するときにサテライトを短くし、サテライト滴の発生を抑制し、あるいは、サテライト滴が主滴と異なる位置に着弾しないようにすることが必要になる。特に、複数のヘッドを配置した場合、ヘッド間でサテライト滴の発生状態が異なると、明度差として色合いが変化するなど画像品質に与える影響が大きくなる。また、バーコードを印刷したときの読取り精度の低下や文字画像の品位の低下（ぼやける）などの問題も生じる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、サテライトの長さを短くし、サテライト滴となったときでも飛翔中に主滴に吸収させて着弾させることで、画像品質を向上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、
液滴を吐出するノズルと、前記ノズルが連通する液室と、前記液室内の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを有する記録ヘッドと、
１駆動周期ごとに、液滴を吐出させる複数の駆動パルスから構成される駆動波形を生成出力する駆動波形生成手段と、を備え、
前記駆動波形生成手段は、前記複数の駆動パルスのうちの最後の駆動パルスとして、
前記液室を膨張させる第１膨張波形要素と、
前記第１膨張波形要素による前記液室の膨張状態を保持する第１保持波形要素と、
前記液室を前記第１保持波形要素で保持されている膨張状態から更に収縮させて前記ノズルから液滴を吐出させる第１収縮波形要素と、
前記第１収縮波形要素で収縮された前記液室の収縮状態を保持する第２保持波形要素と、
前記液室を前記第２保持波形要素で保持されている収縮状態から収縮させる第２収縮波形要素と、
前記第２収縮波形要素で収縮された前記液室の収縮状態を保持する第３保持波形要素と、
前記液室を前記第３保持波形要素で保持されている収縮状態から前記第１膨張波形要素が印加される前の状態まで収縮させる第２収縮波形要素と、を含み、
前記第１膨張波形要素の電位差よりも前記第１収縮波形要素の電位差が大きく、
前記第１収縮波形要素の時間よりも前記第２収縮波形要素の時間が長い、
駆動パルスを生成出力する
構成とした。

ここで、前記第２収縮波形要素の時間は前記第１収縮波形要素の時間の２倍である構成とできる。

また、前記第２膨張波形要素の時間は前記第１膨張波形要素の時間よりも長い構成とできる。

また、前記第２膨張波形要素の時間は、前記液室の固有共振周期Ｔｃの１／２〜１倍の範囲内である構成とできる。

また、前記第２保持波形要素の時間と前記第２収縮波形要素の時間の合計は、前記液室の固有共振周期Ｔｃの３／４〜１倍の範囲内である構成とできる。

また、前記第１収縮波形要素の開始から前記第２膨張波形要素の開始までの時間は、前記液室の固有共振周期Ｔｃの２倍である構成とできる。

また、前記第２収縮波形要素の電位差は、前記第１収縮波形要素の電位差の１／２以上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、複数の駆動パルスのうちの最後の駆動パルスとして、液室を膨張させる第１膨張波形要素と、第１膨張波形要素による液室の膨張状態を保持する第１保持波形要素と、液室を第１保持波形要素で保持されている膨張状態から収縮させてノズルから液滴を吐出させる第１収縮波形要素と、第１収縮波形要素で収縮された液室の収縮状態を保持する第２保持波形要素と、液室を第２保持波形要素で保持されている収縮状態から収縮させる第２収縮波形要素と、第２収縮波形要素で収縮された液室の収縮状態を保持する第３保持波形要素と、液室を第３保持波形要素で保持されている収縮状態から第１膨張波形要素が印加される前の状態まで収縮させる第２収縮波形要素と、を含み、第１膨張波形要素の電位差よりも第１収縮波形要素の電位差が大きく、第１収縮波形要素よりも第２収縮波形要素の時間が長い、駆動パルスを生成出力する構成としたので、サテライトの速度を高くしてサテライトの長さを短くし、サテライト滴となったときでも飛翔中に主滴に吸収されて着弾させることができ、画像品質を向上できる。

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概略構成図である。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の断面説明図である。同液体吐出ヘッドの膨張行程の説明に供する断面説明図である。同じく液体吐出ヘッドの収縮行程の説明に供する断面説明図である。同画像形成装置の制御部の概要を示すブロック説明図である。同制御部の印刷制御部及びヘッドドライバの一例を示すブロック説明図である。本発明の一実施形態における駆動波形の説明に供する説明図である。同駆動波形の最後の駆動パルスのパルス形状の説明に供する拡大説明図である。同駆動パルスを印加したときのノズル付近での滴吐出の様子を説明する説明図である。同駆動パルスによる液室内の圧力の変化と図１０に示す吐出状態との関係について説明する説明図である。同駆動パルスを用いたときの大滴のサテライト長さを駆動周波数に応じて測定した結果を示す説明図である。比較例の駆動パルスを用いたときの大滴のサテライト長さを駆動周波数に応じて測定した結果を示す説明図である。比較例の駆動パルスを示す説明図である。

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。まず、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全体構成を説明する側面説明図、図２は同装置の要部平面説明図である。
この画像形成装置はシリアル型インクジェット記録装置であり、装置本体１の左右の側板２１Ａ、２１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド３１、３２でキャリッジ３３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して図２で矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ３３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出するための液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド３４ａ、３４ｂ（区別しないときは「記録ヘッド３４」という。）を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、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３４は、それぞれ２つのノズル列を有し、記録ヘッド３４ａの一方のノズル列はブラック（Ｋ）の液滴を、他方のノズル列はシアン（Ｃ）の液滴を、記録ヘッド３４ｂの一方のノズル列はマゼンタ（Ｍ）の液滴を、他方のノズル列はイエロー（Ｙ）の液滴を、それぞれ吐出する。なお、記録ヘッド３４としては、１つのノズル面に複数のノズルを並べた各色のノズル列を備えるものなどを用いることもできる。

また、キャリッジ３３には、記録ヘッド３４のノズル列に対応して各色のインクを供給するための第２インク供給部としてのヘッドタンク３５ａ、３５ｂ（区別しないときは「ヘッドタンク３５」という。）を搭載している。このヘッドタンク３５には、カートリッジ装填部４に着脱自在に装着される各色のインクカートリッジ（メインタンク）１０ｙ、１０ｍ、１０ｃ、１０ｋから、供給ポンプユニット２４によって各色の供給チューブ３６を介して、各色の記録液が補充供給される。

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３４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３４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。また、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ている。この搬送ベルト５１は、図示しない副走査モータによってタイミング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２のベルト搬送方向に周回移動する。

さらに、記録ヘッド３４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及び排紙コロである拍車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、キャリッジ３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド３４のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構８１を配置している。この維持回復機構８１には、記録ヘッド３４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、８２ｂ（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ワイパ部材（ワイパブレード）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と、キャリッジ３３をロックするキャリッジロック８７などとを備えている。また、このヘッドの維持回復機構８１の下方側には維持回復動作によって生じる廃液を収容するための廃液タンク１００が装置本体に対して交換可能に装着される。

また、キャリッジ３３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３４のノズル列方向に沿った開口部８９などを備えている。

このように構成したこの画像形成装置においては、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、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で帯電され、この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３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド３４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。

そして、記録ヘッド３４のノズルの維持回復を行うときには、キャリッジ３３をホーム位置である維持回復機構８１に対向する位置に移動して、キャップ部材８２によるキャッピングを行ってノズルからの吸引を行うノズル吸引、画像形成に寄与しない液滴を吐出する空吐出動作などの維持回復動作を行うことにより、安定した液滴吐出による画像形成を行うことができる。

次に、記録ヘッド３４を構成している液体吐出ヘッドの一例について図３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である。
この液体吐出ヘッド１００は、流路板１０１と、振動板部材１０２と、ノズル板１０３とを接合して、液滴を吐出するノズル１０４が連通する液室１０６、液室１０６に液体を供給する流体抵抗部１０７、液体導入部１０８がそれぞれ形成され、後述するフレーム部材１１７に形成した共通液室１１０から振動板部材１０２に形成されたフィルタ１０９を介して液体（インク）が液体導入部１０８に導入され、液体導入部１０８から流体抵抗部１０７を介して液室１０６にインクが供給される。

流路板１０１は、シリコン基板を異方性エッチングして、液室１０６、流体抵抗部１０７、液体導入部１０８などの開口部や溝部をそれぞれ形成している。振動板部材１０２は各液室１０６、流体抵抗部１０７、液体導入部１０８などの壁面を形成する壁面部材であるとともに、フィルタ部１０９を形成する部材である。

そして、振動板部材１０２の液室１０６と反対側の面に液室１０６のインクを加圧してノズル１０４から液滴を吐出させるエネルギーを発生する駆動素子（アクチュエータ手段、圧力発生手段）としての柱状の電気機械変換素子である積層型圧電部材１１２が接合されている。この圧電部材１１２の一端部はベース部材１１３に接合され、また、圧電部材１１２には駆動波形を伝達するＦＰＣ１１５が接続されている。これらによって、圧電アクチュエータ１１１を構成している。

このように構成した液体吐出ヘッド１００においては、例えば、図４に示すように、圧電部材１１２に印加する電圧を基準電位Ｖｅから下げることによって圧電部材１１２が収縮し、振動板部材１０２が変形して液室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、図５に示すように、圧電部材１１２に印加する電圧を基準電位Ｖｅよりも上げて圧電部材１１２を積層方向に伸長させ、振動板部材１０２をノズル１０４方向に変形させて液室１０６の容積を収縮させることにより、液室１０６内のインクが加圧され、ノズル１０４から液滴３０１が吐出される。

そして、圧電部材１１２に印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板部材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１１０から液室１０６内にインクが充填される。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。

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、図６は同制御部のブロック説明図である。
この制御部５００は、この装置全体の制御を司るＣＰＵ５１１と、ＣＰＵ５１１が実行するプログラムなどの固定データを格納するＲＯＭ５０２と、画像データ等を一時格納するＲＡＭ５０３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５０４と、画像データに対する各種信号処理、並び替え等を行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ＡＳＩＣ５０５とを備えている。

また、記録ヘッド３４を駆動制御するためのデータ転送手段、駆動信号発生手段を含む印刷制御部５０８と、キャリッジ３３側に設けた記録ヘッド３４を駆動するためのヘッドドライバ（ドライバＩＣ）５０９と、キャリッジ３３を移動走査する主走査モータ５５４、搬送ベルト５１を周回移動させる副走査モータ５５５、維持回復機構８１のキャップ８２やワイパ部材８３の移動などを行なう維持回復モータ５５６を駆動するためのモータ駆動部５１０と、帯電ローラ５６にＡＣバイアスを供給するＡＣバイアス供給部５１１などを備えている。

また、この制御部５００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５１４が接続されている。

この制御部５００は、ホスト側とのデータ、信号の送受を行うためのＩ／Ｆ５０６を持っていて、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６００側から、ケーブル或いはネットワークを介してＩ／Ｆ５０６で受信する。

そして、制御部５００のＣＰＵ５０１は、Ｉ／Ｆ５０６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、ＡＳＩＣ５０５にて必要な画像処理、データの並び替え処理等を行い、この画像データを印刷制御部５０８からヘッドドライバ５０９に転送する。なお、画像を出力するためドットパターンデータの生成はホスト６００側のプリンタドライバ６０１で行なうことも、制御部５００で行なうこともできる。

印刷制御部５０８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５０９に出力する以外にも、ＲＯＭに格納されている駆動パルスのパターンデータをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器及び電圧増幅器、電流増幅器等で構成される駆動信号生成部を含み、１の駆動パルス或いは複数の駆動パルスで構成される駆動信号をヘッドドライバ５０９に対して出力する。

ヘッドドライバ５０９は、シリアルに入力される記録ヘッド３４の１行分に相当する画像データに基づいて印刷制御部５０８から与えられる駆動波形を構成する駆動パルスを選択して記録ヘッド３４の液滴を吐出させるエネルギーを発生する圧力発生手段としての圧電部材１１２に対して印加することで記録ヘッド３４を駆動する。このとき、駆動波形を構成するパルスの一部又は全部或いはパルスを形成する波形用要素の全部又は一部を選択することによって、例えば、大滴、中滴、小滴など、大きさの異なるドットを打ち分けることができる。

Ｉ／Ｏ部５１３は、装置に装着されている各種のセンサ群５１５からの情報を取得し、プリンタの制御に必要な情報を抽出し、印刷制御部５０８やモータ制御部５１０、ＡＣバイアス供給部５１１の制御に使用する。センサ群５１５は、用紙の位置を検出するための光学センサや、機内の温度を監視するためのサーミスタ、帯電ベルトの電圧を監視するセンサ、カバーの開閉を検出するためのインターロックスイッチなどがあり、Ｉ／Ｏ部５１３は様々のセンサ情報を処理することができる。

次に、印刷制御部５０８及びヘッドドライバ５０９の一例について図７のブロック説明図を参照して説明する。
印刷制御部５０８は、画像形成時に１印刷周期（１駆動周期）内に複数のパルス（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本発明に係る駆動波形生成部７０１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７０２を備えている。

なお、滴制御信号は、ヘッドドライバ２０９の後述するスイッチ手段であるアナログスイッチ７１５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パルス又は波形要素で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。

ヘッドドライバ５０９は、データ転送部７０２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／１チャンネル（１ノズル）を入力するシフトレジスタ７１１と、シフトレジスタ７１１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７１２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７１３と、デコーダ７１３のロジックレベル電圧信号をアナログスイッチ７１５が動作可能なレベルへとレベル変換するレベルシフタ７１４と、レベルシフタ７１４を介して与えられるデコーダ７１３の出力でオン／オフ（開閉）されるアナログスイッチ７１５とを備えている。

このアナログスイッチ７１５は、各圧電部材１１２の選択電極（個別電極）に接続され、駆動波形生成部７０１からの共通駆動波形Ｐｖ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７１３でデコードした結果に応じてアナログスイッチ７１５がオンにすることにより、共通駆動波形Ｐｖを構成する所要のパルス（あるいは波形要素）が通過して（選択されて）圧電部材１１２に印加される。

次に、本発明の第１実施形態における駆動波形について図８を参照して説明する。
駆動波形生成部７０１からは図８に示すような駆動波形（共通駆動波形）Ｐｖが出力される。この駆動波形Ｐｖは、１印刷周期（１駆動周期）内で、図示しない基準信号に同期して、複数（これ例では７つ）の駆動パルスＰ１〜Ｐ７を時系列で生成した波形である。なお、基準信号は、形成する画像の密度に応じてキャリッジ３３の主走査方向位置に対応して出力される信号である。

ここで、大滴は、すべての駆動パルスＰ１〜Ｐ７を使用する。中滴は、駆動パルスＰ５〜Ｐ７を使用し、小滴は駆動パルスＰ７を使用する。つまり、すべての吐出滴は、駆動パルスＰ７を使用する構成としている。このように複数の駆動パルスを印加することで連続して複数の液滴を吐出させることで、媒体上で１つのドットを形成するためには、飛翔中に各液滴を合体させるか、媒体面で同じ位置に着弾させるようにしなければならない。そのためには、徐々に液滴の速度を高めて前の吐出滴に追いつかせる必要がある。飛翔中に液滴を合体させるためには、最後の駆動パルスによって吐出される液滴は、その前に吐出された液滴よりの滴速度を速くする必要がある。

そこで、駆動波形Ｐｖの最後の駆動パルスである駆動パルスＰ７のパルス形状について図９の拡大説明図を参照して説明する。
この駆動パルスＰ７は、基準電位Ｖｅから立下り液室１０６を膨張させる第１膨張波形要素ａ１（時点Ｐ７１〜Ｐ７２：第１膨張行程）と、第１膨張波形要素ａ１による液室６の膨張状態を保持する第１保持波形要素ｂ１（時点Ｐ７２〜Ｐ７３：第１保持行程）と、液室６を第１保持波形要素ｂ１で保持されている膨張状態から収縮させてノズル１０４から液滴を吐出させる第１収縮波形要素ｃ１（時点Ｐ７３〜Ｐ７４：第１収縮行程）と、第１収縮波形要素ｃ１で収縮された液室１０６の収縮状態を保持する第２保持波形要素ｂ２と（時点Ｐ７４〜Ｐ７５：第２保持行程）、液室１０６を第２保持波形要素ｂ２で保持されている収縮状態から更に収縮させる第２収縮波形要素ｃ２と（時点Ｐ７５〜Ｐ７６：第２収縮行程）、第２収縮波形要素ｃ２で収縮された液室１０６の収縮状態を保持する第３保持波形要素ｂ３（時点Ｐ７６〜Ｐ７７：第３保持行程）と、液室１０６を第３保持波形要素ｂ３で保持されている収縮状態から第１膨張波形要素ａ１が印加される前の状態まで膨張させる第２膨張波形要素ａ２（時点Ｐ７７〜Ｐ７８：第２膨張行程）と、を時系列で連続して生成した波形である。

そして、第１膨張波形要素ａ１の電位差Ｖ１よりも第１収縮波形要素ｃ１の電位差Ｖ２を大きく（Ｖ１＜Ｖ２）し、第１収縮波形要素ｃ１の時間Ｔ１よりも第２収縮波形要素ｃ２の時間Ｔ２を長く（Ｔ１＜Ｔ２）している。

つまり、駆動パルスＰ６の終了後の基準電位（中間電位）Ｖｅの位置である平衡状態から第１収縮波形要素ａ１を印加することで液室１０６が膨張し、第１保持波形要素ｂ１が印加されることで前記膨張状態が保持され、第１収縮波形要素ｃ１の印加によって、液室１０６が収縮して液室１０６内の圧力が瞬時に高い圧力となる。その後、第２保持波形要素ｂ２の印加によって収縮状態が保持された後、再び液室１０６内の容積を収縮させる第１収縮波形要素ｃ１よりも立ち上り定数が小さい第２収縮波形要素ｃ２が印加されることによって液室１０６が比較的ゆっくりと収縮され、第３保持波形要素ｂ３によって保持される。そして、最後に液室１０６の容積をもとの基準電位Ｖｅの状態に戻す（収縮状態から膨張させる）第２膨張波形要素ａ２が印加される。

このとき、第１膨張波形要素ａ１の電位差Ｖ１よりも第１収縮波形要素ｃ１の電位差Ｖ２を大きく（Ｖ１＜Ｖ２）しているので、振動板部材２は基準電位Ｖｅが印加されているときの位置（これを初期位置とする。）よりもノズル１０４側に押し込まれる。これにより、大滴や中滴が吐出されるときに、駆動パルスＰ６で吐出された液滴よりも速い速度で液滴が吐出されるため、駆動パルスＰ６で吐出された液滴と駆動パルスＰ７で吐出された液滴が飛翔中に合体して着弾する。

また、第２収縮波形要素ｃ２の時間Ｔ２（時点Ｐ７５〜Ｐ７６間）は、第１収縮波形要素ｃ１の時間Ｔ１（時点Ｐ７３〜Ｐ７４間）よりも長く（Ｔ１＜Ｔ２）している。ここでは、第２収縮波形要素ｃ２の時間Ｔ２を第１収縮波形要素ｃ１の時間Ｔ１の２倍としている。

これにより、第１収縮波形要素ｃ１によって吐出される液滴の先頭滴である主滴の滴速度が決定される。その後の第２保持波形要素ｂ２で一定時間保持した後に立上り時定数が小さな第２収縮波形要素ｃ２によって液室１０６内の圧力を緩やかに高めることで、前記第１収縮波形要素ｃ１によって吐出された主滴に影響を与えることなく主滴の後ろのサテライト滴のみの速度を増速させることができる。

また、第２保持波形要素ｂ２の時間（時点Ｐ７４〜Ｐ７５間）と第２収縮波形要素ｃ２の時間（時点Ｐ７５〜Ｐ７６）の合計時間（Ｔ２＋Ｔ）は、固有共振周期Ｔｃに対して、Ｔｃ×３／４＜Ｔ２＋Ｔ＜Ｔｃの関係にしている。これにより、第１収縮波形要素ｃ１による滴吐出によって低下する液室１０６の圧力が固有共振周期Ｔｃの振動で上昇するときに第２収縮波形要素ｃ２を印加することができ、サテライトを増速（加速）することができる。

これによって、第２収縮波形要素ｃ２の終了時にメニスカスは大きく押し出された状態となるため、前記サテライト滴をノズル１０４のメニスカスから容易に切り離すことができる。

そして、第１収縮波形要素ｃ１の開始時点Ｐ７３から第３保持波形要素ｂ３の終了時点（第２膨張波形要素ａ２の開始時点）Ｐ７７までの時間は、固有共振周期Ｔｃの２倍としている。

これによって、メニスカスの振動と逆位相の変位を与えることになるため前記サテライト滴をノズル１０４から吐出した後のメニスカスの振動を効率よく制振させることができる。

このようにして、サテライト滴の滴速度又はサテライトの移動速度が主滴に対して速くなるため、飛翔中に主滴に追いついて合体又は吸収され、着弾時にはサテライト滴やサテライトがなくなり、着弾する滴はほぼ球形になる。

最後に、第２膨張波形要素ａ２を第１膨張波形要素ａ１より時間を長くとりゆっくりと元の容積に戻す。この第２膨張波形要素ａ２の時間は固有共振周期Ｔｃの１／２〜１倍の範囲が好ましい。これにより、液滴が吐出された後の液室１０６内の圧力変動が小さくなり、続いて吐出される駆動波形が印加されてもその影響を小さくすることができる。

また、第１膨張波形要素ａ１の電圧Ｖ１は、第１収縮波形要素ｃ１の電圧Ｖ２より大きくし、かつ第２収縮波形要素ｃ２の電圧Ｖ３は第１収縮波形要素ｃ１の電圧Ｖ２の１／２以上の電位差としている。これにより、サテライト滴又はサテライトを十分に増速できて、媒体に到達する前にサテライトを主滴に吸収することできる。

また、前述したように本発明に係る駆動パルス（駆動パルス）Ｐ７は、複数の駆動パルスの最後に印加する駆動パルスとする。つまり、必ず大滴及び中滴の最後の駆動パルスとして使用している。これによって、複数の駆動パルスを連続して印加して複数の液滴を飛翔中に合体させて形成する大滴であっても、サテライトを短くすることができる。

次に、上述した駆動パルスＰ７を印加したときのノズル１０４付近での滴吐出の様子について図１０を参照して説明する。なお、各図（ａ）ないし（ｇ）は駆動パルスＰ７の各時点Ｐ７１〜Ｐ７８の状態を示している。
まず、同図（ａ）に示すように、ノズル１０４内のメニスカス２０１は、第１膨張波形要素ａ１の印加前の時点Ｐ７１で平衡状態にあり、この状態から第１膨張波形要素ａ１が印加されることで同図（ｂ）に示すように液室１０６内へ引き込まれ、同図（ｃ）に示すように、第１収縮波形要素ｃ１が印加されることで時点Ｐ７４にてノズル１０４から液滴３０１が吐出される。その後、同図（ｄ）に示すように、第２保持波形要素ｂ２の印加終了時点Ｐ７５から再度液室１０６を更に収縮させる電圧Ｖ３の第２収縮波形要素ｃ２を印加する。このとき、時点Ｐ７４で吐出された液滴３０１の先頭部は印加された電圧Ｖ３の影響を受けず、ノズル１０４近傍の液滴部分３０２のみに影響を与え、その液滴部分３０２を増速させる方向に作用する。その結果、同図（ｅ）ないし（ｇ）に示すように、メニスカス２０１から分離されて吐出された液滴３０１の後端部３０２は徐々に先頭部に追いついて行くことができる。この図ではサテライトが滴として分離されない場合を示しているが、サテライト滴として分離された場合でも電圧Ｖ３はサテライト滴にのみ影響を与え、サテライト滴を加速して主滴に追いつけることができる。

次に、駆動パルスＰ７による液室１０６内の圧力の変化と図１０に示す吐出状態との関係について図１１を参照して説明する。
圧力が平衡状態にある時点Ｐ７１から第１膨張波形要素ａ１による第１膨張行程と第１保持波形要素ｂ１による第１保持行程により、時点Ｐ７３で液室１０６の圧力は最大の負圧状態になる。その後、第１収縮波形要素ｃ１による第１収縮行程により時点Ｐ７４で内圧は最大圧力になる。そして、第２保持波形要素ｂ２による第２保持行程の間に圧力は低下する（時点Ｐ７５）。しかし、液室１０６の固有共振周期の振動によって再び圧力が上昇を開始する。そのときに、第２収縮波形要素ｃ２を印加することで、ノズル１０４から飛び出した液滴の後端部に圧力が印加され、後端部の速度が先端部に対して速くなる。

次に、本発明に係る駆動パルスを用いたときの大滴のサテライト長さを駆動周波数に応じて測定した結果を図１２に示している。この結果より、低周波数域から高周波数域までにおいて安定した長さを維持していることが分かる。特に、低周波数域においては大幅に短縮することができる。

これに対し、図１４に示す比較例の駆動パルス（本発明の第２収縮波形要素ｃ２、第３保持波形要素ｂ３を持たない波形）を用いたときの大滴のサテライト長さを駆動周波数に応じて測定した結果は図１３に示すようになる。この結果より、低周波数域で極端に長くなることが分かる。これは、媒体上で液滴が重ならない程度に吐出されたときに主滴以外の滴（サテライト滴）が着弾し、例えば、文字や線の輪郭がぼけたようになることを意味する。つまり、第１収縮波形要素ｃ１の印加によって吐出されたままの状態で液滴が飛翔し、滴の形状が細長くなる結果、サテライト長さが長くなることによる。

なお、ここで、サテライト長さとは、液滴の先頭部である主滴が、媒体に到達した時点から主滴後方のサテライトの最後尾が媒体に到達するまでの時間を意味している。液滴は表面張力により飛翔中に球形になろうとするが、サテライトの速度が遅く、かつ長さが長いと球形になる前に媒体に到達してしまい円形のドットを形成できない。媒体との距離（印刷ギャップ）を広げれば、液滴が球形になってから着弾させることができるが、印刷ギャップの増加は着弾位置の精度を低下させてしまう。本件発明のようにサテライト長さを短くすることで、液滴が球形になる時間を短縮でき、印刷ギャップも小さくすることができる。

なお、本発明に係る画像形成装置は、シリアル型画像形成装置に限らず、ライン形画像形成装置でも適用することができる。

３３キャリッジ
３４、３４ａ、３４ｂ記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
５００制御部
５０８印刷制御部
７０１駆動波形生成部
７０２データ転送部

Claims

液滴を吐出するノズルと、前記ノズルが連通する液室と、前記液室内の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを有する記録ヘッドと、
１駆動周期ごとに、液滴を吐出させる複数の駆動パルスから構成される駆動波形を生成出力する駆動波形生成手段と、を備え、
前記駆動波形生成手段は、前記複数の駆動パルスのうちの最後の駆動パルスとして、
前記液室を膨張させる第１膨張波形要素と、
前記第１膨張波形要素による前記液室の膨張状態を保持する第１保持波形要素と、
前記液室を前記第１保持波形要素で保持されている膨張状態から収縮させて前記ノズルから液滴を吐出させる第１収縮波形要素と、
前記第１収縮波形要素で収縮された前記液室の収縮状態を保持する第２保持波形要素と、
前記液室を前記第２保持波形要素で保持されている収縮状態から更に収縮させる第２収縮波形要素と、
前記第２収縮波形要素で収縮された前記液室の収縮状態を保持する第３保持波形要素と、
前記液室を前記第３保持波形要素で保持されている収縮状態から前記第１膨張波形要素が印加される前の状態まで収縮させる第２収縮波形要素と、を含み、
前記第１膨張波形要素の電位差よりも前記第１収縮波形要素の電位差が大きく、
前記第１収縮波形要素の時間よりも前記第２収縮波形要素の時間が長い、
駆動パルスを生成出力する
ことを特徴とする画像形成装置。
前記第２収縮波形要素の時間は前記第１収縮波形要素の時間の２倍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。
前記第２膨張波形要素の時間は前記第１膨張波形要素の時間よりも長いことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
前記第２膨張波形要素の時間は、前記液室の固有共振周期Ｔｃの１／２〜１倍の範囲内であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
前記第２保持波形要素の時間と前記第２収縮波形要素の時間の合計は、前記液室の固有共振周期Ｔｃの３／４〜１倍の範囲内であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
前記第１収縮波形要素の開始から前記第２膨張波形要素の開始までの時間は、前記液室の固有共振周期Ｔｃの２倍であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
前記第２収縮波形要素の電位差は、前記第１収縮波形要素の電位差の１／２以上であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置。