JP2013001003A - 液体吐出ヘッドの制御方法及び液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メニスカスに負担を掛けずに増粘液体を空吐出する。
【解決手段】加圧液室と、前記加圧液室に連通するノズルと、前記加圧液室に圧力を発生させる電気機械変換素子を有する液体吐出ヘッドに、複数の駆動パルスから成る空吐出駆動波形を印加して空吐出動作を行う液体吐出ヘッドの制御方法であって、前記駆動パルスの駆動パルス間隔Ｐ１〜Ｐ５を前記加圧液室の固有振動周期の整数倍にして、前記駆動パルス間隔Ｐ１〜Ｐ５が長い順に所定数連続した駆動パルスで空吐出駆動波形を生成する工程と、生成した駆動波形を前記電気機械変換素子に印加する工程と、を有する。
【選択図】 図５

Description

本発明は液体吐出ヘッドの制御方法及び液体吐出装置に関する。

一般に、プリンタ、ファックス、コピア、プロッタ、或いはこれらの内の複数の機能を複合した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（液体吐出ヘッド）を含む液体吐出装置を用いて、媒体を搬送しながら、液体である記録液を媒体に付着させて画像形成を行なうものが知られている。

以下の説明で、媒体は「用紙」というが、その材質を限定するものではなく、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども含む。また、「記録液」はインク又は「液体」というが、インクに限るものではなく、吐出されるときに流体となるものであれば特に限定されるものではない。「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画像形成を行う装置を意味し、「画像形成」とは、記録、印刷、印写、印字も同義語として用い、文字や図形等の意味を持つ画像を用紙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用紙に付与することをも意味する。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画像形成装置を意味する。

液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置としては、ヘッドをキャリッジに搭載して用紙の送り方向と直交する主走査方向に移動させることで記録を行うシリアル型液体吐出装置と、記録領域の略全幅にわたって液滴を吐出する複数の吐出口（ノズル）を列設したライン型ヘッドを用いるライン型液体吐出装置が知られている。
また、液体吐出ヘッドは、インク滴（又は液滴）を吐出させるためのアクチュエータ手段の種類により、幾つかの方式に大別される。例えば液室の壁の一部を薄い振動板とし、これに対応して電気機械変換素子としての圧電素子を配置し、電圧印加に伴って発生する圧電素子の変形により振動板を変形させることで加圧液室内の圧力を変化させて、インク滴を吐出させるピエゾ方式のもの、液室内部に発熱体素子を配置し、通電による発熱体の加熱によって気泡を発生させ、気泡の圧力によってインク滴を吐出させるバブルジェット（登録商標）方式のものが一般に良く知られている。

また、液室の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向して配置された液室外の個別電極とを備え、振動板と電極との間に電界を印加することで発生する静電力により振動板を変形させて、液室内の圧力／体積を変化させることによりノズルからインク滴を吐出させる静電型のものも提案されている。
ここでは、以上で説明した液室内に圧力を発生させる手段を総称して「駆動波形に基づき加圧液室に圧力を発生させる手段」という。

ところで、液体吐出ヘッドは吐出口から液滴を吐出させて記録を行うものであるため、液滴を吐出しない状態が続くと、吐出口内のインクの溶媒が蒸発することにより粘度が増加する。したがって、その状態で液滴の吐出動作を行うと、吐出状態が乱れて吐出不能状態に陥り、印刷品質が劣化する虞がある。そこで、このような事態を防止するために、ノズルから画像形成に寄与しない液滴を吐出することによって、増粘したインクを排出する空吐出動作が行われる。

空吐出動作を行う液体吐出装置としては、例えば以下のものが知られている。
（１）複数の駆動パルスによる連続した液吐出を行うに当たり、その最初の液吐出速度を最も速くし後は順に少しずつ遅くして空吐出滴が飛翔中にマージすることなく飛翔するようにしながら、増粘したインクを排出させ、最後の空吐出滴ではその滴速度を遅くしてサテライト状の微小液滴の発生を抑制して、ミストを低減するようにしたもの（特許文献１参照）。
（２）インクの粘度低下に応じて液体吐出ヘッドの駆動周波数を上げていくことでヘッド内のインク粘度を通常の値に下げるようにしたもの（特許文献２参照）。
（３）増粘インクを除去するため、前後して実行する空吐出動作のための駆動波形を変化させるもの（特許文献３参照）。

ところで、空吐出動作で液滴を吐出させる場合は、前述のように増粘したインクを排出するため、空吐出動作時に液体吐出ヘッドに印加する駆動パルスは通常の画像形成時に印加する駆動パルスに比べて強い駆動パルスが用いられる。
これは、増粘したインクを吐出させる場合には、当然ながら強い駆動パルスを印加しなければならないからである。しかし、初めから強い駆動パルスを印加すると、インクの増粘具合によってはメニスカスに過度の負担が掛かり、ノズルダウン・液溜まりなどが起こる虞がある。

この点からみると、前記特許文献１に記載された画像形成装置では、複数の駆動パルスのうち、最初の駆動パルスによる液吐出速度を最高速度にその後は順に速度を落としておく動作、或いはミストの低減を目的とすることから明らかなように、空吐出動作におけるメニスカスへの過度の負担を軽減することを意識したものではない。
特許文献２には液体吐出ヘッドの駆動周波数を変えながら予備吐出（空吐出）を実施する内容が記載されているが、ヘッド駆動周波数を低い値から高い値へと変化させながら予備吐出を行うことで、粘度が高くなった液体でも効率良く短時間で予備吐出動作を行うことができるようにするものである。したがって、これもメニスカスへの過度の負担を軽減させることを意識したものではない。仮に、前記問題の解決のために、特許文献２の制御方法を適用しようとしても、駆動周波数を変えた制御は非常に複雑であり容易ではない。
特許文献３に記載された発明は、一まとまりの空吐出群の前後で駆動波形を変化させることが特徴であるが、この場合一まとまりの空吐出群ごとの時間間隔はミリ秒オーダーであるため、それほど効率的に増粘インクを除去しているとは言い難いし、そもそもメニスカスへの過度の負担を軽減させることを意識したものではない。

本発明は前記従来の液体吐出装置における課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体吐出装置の液体吐出ヘッドを駆動制御してメニスカスに過度の負担をかけることなく、しかも単純な制御で空吐出動作を実施できるようにすることである。

本発明は、加圧液室と、前記加圧液室に連通するノズルと、駆動波形に基づき前記加圧液室に圧力を発生させる手段を備えた液体吐出ヘッドに、複数の駆動パルスから成る空吐出駆動波形を印加して空吐出動作を行う液体吐出ヘッドの制御方法であって、前記駆動パルスの駆動パルス間隔を前記加圧液室の固有振動周期の整数倍にして、前記駆動パルス間隔が長い順に所定数連続した駆動パルスで空吐出駆動波形を生成する工程と、生成した駆動波形を前記圧力を発生させる手段に印加する工程と、を有する液体吐出ヘッドの制御方法である。
本発明は、加圧液室と、前記加圧液室に連通するノズルと、駆動波形に基づき前記加圧液室に圧力を発生させる手段を備えた液体吐出ヘッドに、複数の駆動パルスから成る駆動波形を印加して任意の吐出滴数からなる増粘インク滴吐出群で間欠的に空吐出動作を行う液体吐出ヘッドの制御方法であって、前記駆動パルスの駆動パルス間隔を、前記加圧液室の固有振動周期の整数倍にした複数の異なる駆動パルス間隔とし、前記駆動パルス間隔が長い順に所定数連続した駆動パルスで最初の増粘インク滴吐出群のための空吐駆動波形を生成する工程と、駆動パルス間隔を前記加圧液室の固有振動周期にした同一の駆動パルス間隔の駆動パルスで最初の吐出群に続く増粘インク滴吐出群のための空吐出駆動波形を生成する工程と、生成した前記各駆動波形を前記圧力を発生させる手段に印加する工程と、を有する液体吐出ヘッドの制御方法である。
本発明は、加圧液室と、前記加圧液室に連通するノズルと、駆動波形に基づき前記加圧液室に圧力を発生させる手段を備えた液体吐出ヘッドに、複数の駆動パルスから成る駆動波形を印加して任意の吐出滴数からなる増粘インク滴吐出群で間欠的に空吐出動作を行う液体吐出ヘッドの制御方法であって、前記駆動パルスの駆動パルス間隔を、前記加圧液室の固有振動周期の整数倍にした複数の異なる駆動パルス間隔とし、間隔の等しい二つの駆動パルス間隔毎に前記間隔の長い順に連続した最初の増粘インク滴吐出群のための空吐駆動波形を生成する工程と、駆動パルス間隔を前記加圧液室の固有振動周期にした同一の駆動パルス間隔の駆動パルスで最初の吐出群に続く増粘インク滴吐出群のための空吐出駆動波形を生成する工程と、生成した前記各駆動波形を前記圧力を発生させる手段に印加する工程と、を有する液体吐出ヘッドの制御方法である。
本発明は、加圧液室と、前記加圧液室に連通するノズルと、駆動波形に基づき前記加圧液室に圧力を発生させる手段を備えた液体吐出ヘッドに、複数の駆動パルスから成る空吐出駆動波形を印加して空吐出動作を行う液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置であって、前記駆動パルスの駆動パルス間隔を前記加圧液室の固有振動周期の整数倍にして、前記駆動パルス間隔が長い順に所定数連続した駆動パルスで空吐出駆動波形を生成する手段と、生成した駆動波形を前記圧力を発生させる手段に印加する手段と、を有する液体吐出装置である。

本発明によれば、駆動波形を液体吐出ヘッドに、制御波形を構成する複数の駆動パルスについて駆動パルス間隔の長いものから順に連続して印加することで、メニスカスに過度の負担をかけることなく、かつ単純な制御で空吐出動作を実施することができる。

本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの制御方法を実施する液体吐出ヘッドの液室長手方向に沿う断面図である。 図１に示す液体吐出ヘッドの液室短手方向に沿う断面図である。 本発明の実施形態に係る液体吐出装置の制御部の概要を示すブロック図である。 図３の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図である。 本発明の第１の実施形態における空吐出駆動パルスを示す図である。 本発明の第２の実施形態における空吐出駆動パルスを示す図である。 本発明の第３の実施形態における空吐出駆動パルスを示す図である。 本発明の第４の実施形態における空吐出駆動パルスを示す図である。 本発明の実施形態に係る液体吐出装置の機構部の一例を示す側面図である。 図９に示す液体吐出装置の要部平面図である。

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。
本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッド２３４の制御方法を実施する液体吐出ヘッド２３４の基本構成について、図１および図２を参照して説明する。図１は前記液体吐出ヘッド２３４の液室長手方向に沿う断面図、図２は前記液体吐出ヘッド２３４の液室短手方向に沿う断面図である。
本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッド２３４の制御方法に用いる液体吐出ヘッド２３４（以下、単に液体吐出ヘッド２３４という）は、インク供給口（図示せず）と共通液室１０８となる彫り込みを形成したフレーム１３０と、流体抵抗部１０７、加圧液室１０６となる彫り込みと、ノズル１０４に連通する連通口１０５を形成した流路板１０１と、ノズル１０４を形成するノズル板１０３と、ダイアフラム部１０２ａ、凸部１０２ｂおよびインク流入口１０２ｃを有する振動板１０２と、振動板１０２に接着層を介して接合された機械電気変換素子である積層型圧電素子（以下、単に圧電素子という）１２１と、圧電素子１２１を固定するベース（基板）１２２を備えている。

基板１２２はチタン酸バリウム系セラミックからなり、圧電素子１２１を２列配置して接合している。

圧電素子１２１はハーフカットのダイシング加工により櫛歯上に分割され、それを１つずつに駆動部と支持部（非駆動部）として使用する。圧電素子１２１は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層１５１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１５２とを交互に積層したものであり、内部電極層１５２を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極１５３、共通電極１５４に電気的に接続して構成されている。

本実施形態で用いる液体吐出ヘッド２３４は、厚み方向変位であるｄ３３方式での圧電素子１２１を使用する構成とし、圧電素子１２１の伸縮により加圧液室１０６を収縮、膨張させるようになっている。なお、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。
圧電素子１２１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１２１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。
駆動部の個別電極１５３にはＦＰＣ（フレキシブル基板）１２６が半田接合されている。また、共通電極１５４は圧電素子１２１の端部に電極層を設けて回し込んでＦＰＣ１２６のＧｎｄ電極に接合している。ＦＰＣ１２６には図示しないドライバＩＣが実装されており、これにより圧電素子１２１への駆動電圧印加を制御している。

振動板１０２は、薄膜のダイアフラム部１０２ａと、このダイアフラム部１０２ａの中央部に形成した駆動部となる圧電素子１２１と接合する島状の凸部（アイランド部）１０２ｂと、支持部１３０ａに接合する梁を含む厚膜部１０２ｄと、インク流入口１０２ｃとなる開口を電鋳工法によるＮｉメッキ膜を２層重ねて形成している。

流路板１０１は、シリコン単結晶基板を用いて流体抵抗部１０７、加圧液室１０６、液体導入部１０９となる彫り込み、およびノズル１０４に対応する位置に連通口１０５となる貫通口をエッチング工法でパターニングされており、エッチングで残された部分は加圧液室１０６の隔壁１０１ａとなっている。
ノズル板１０３は金属材料、例えば電鋳工法によるＮｉメッキ膜等で形成したもので、インク滴を飛翔させるための微細な吐出口であるノズル１０４を多数形成している。このノズル１０４の内部形状（内側形状）は、図１に示すようにホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状でもよい）に形成している。

ノズル板１０３のインク吐出面（ノズル表面側）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。ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）−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。
インク供給口と共通液室１０８となる彫り込みを形成するフレーム１３０は樹脂成形で作製している。

このように構成した液体吐出ヘッド２３４においては、記録信号に応じて圧電素子１２１に駆動波形（１０〜５０Ｖの駆動パルス電圧）を印加することによって、圧電素子１２１に積層方向の変位が生起し、振動板１０２を介して加圧液室１０６が加圧されて圧力が上昇し、ノズル１０４からインク滴が吐出される。

その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧液室１０６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液室１０６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、インクタンクから供給されたインクは共通液室１０８に流入し、共通液室１０８から振動板１０２のインク流入口１０２ｃを経て液体導入部１０９、流体抵抗部１０７を通り、加圧液室１０６内に充填される。

流体抵抗部１０７は、吐出後の残留圧力振動の減衰には効果が有る反面、表面張力による最充填（リフィル）に対して抵抗になる。流体抵抗部１０７を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間（駆動周期）を短くできる。

次に、本発明の実施形態に係る液体吐出装置の制御部の概要について図３を参照して説明する。
図３は前記制御部５００の概要を示すブロック図である。
制御部５００は、本液体吐出装置全体の制御を行い、かつその空吐出動作の制御を行うＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１が実行するプログラム、その他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、液体吐出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ＮＶＲＡＭ（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、制御部５００は、液体吐出ヘッド２３４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み、かつ、キャリッジ２３３側に設けた液体吐出ヘッド２３４を駆動するためのヘッドドライバ（ドライバＩＣ）５０９を制御する印刷制御部５０８と、キャリッジ２３３を移動走査する主走査モータ５５４、搬送ベルト２５１を周回移動させる副走査モータ５５５、維持回復機構２８１（図１０）の維持回復モータ５５６を駆動するためのモータ駆動部５１０と、帯電ローラ２５６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、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。

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ホストインターフェース（以下ホストＩ／Ｆと略記する）５０６を持っており、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取装置、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それらの出力信号をホストＩ／Ｆ５０６で受信する。
制御部５００のＣＰＵ５０１は、ホスト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、画像出力するための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で行っている。

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。また、印刷制御部５０８は前記動作を行う他、ＲＯＭ５０２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波形部７０１（図４）を含み、１又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、印刷制御部５０８からシリアルに入力される液体吐出ヘッド２３４の１行分に相当する画像データに基づき液体吐出ヘッド２３４を駆動する。即ち、ヘッドドライバ５０９は、印刷制御部５０８から与えられる駆動信号を構成する駆動パルスを、液体吐出ヘッド２３４の液滴を吐出させるエネルギーを発生する駆動素子（例えば圧電素子）に対して選択的に印加し、これによって液体吐出ヘッド２３４を駆動する。
ヘッドドライバ５０９は、駆動信号を構成する駆動パルスを選択することによって、液体吐出ヘッド２３４において、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（入出力）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の制御に供する処理を行う。
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は様々なセンサ情報について前記処理を行うことができる。

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４を参照して説明する。
印刷制御部５０８は、既に述べたように、画像形成時に１印刷周期内において複数の駆動パルス（即ち駆動信号）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と共に、空吐出動作時に１空吐出周期内において複数の駆動パルス（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とを備えている。
なお、滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３は、ヘッドドライバ５０９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、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、駆動波形非選択時には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の各レジスト値をデータ転送部７０２からの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。

アナログスイッチ７１５は、各圧電素子１２１の個別電極１５３に接続されていると共に、駆動波形生成部７０１からの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、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、本発明の第１の実施形態における空吐出駆動パルスについて図５を参照して説明する。
ここで説明する空吐出は、液体吐出ヘッドから用紙上に吐出動作を行う前あるいは印字中に、ノズルの吐出状態を正常化するために行うものである。
そのため、駆動波形生成部７０１からは、１駆動周期内で基準電位Ｖｅから立下がる波形要素と、立下り後の状態から電位が変化しない部分であるホールド状態を経て立上がる波形要素などから構成される、連続する複数の駆動パルスからなる空吐出駆動信号（駆動波形）を生成して出力する。なお、ここでは複数の駆動パルスは例えば６個としている。

ここで、駆動パルスの電位Ｖが基準電位Ｖｅから立下がる波形要素について説明する。この波形要素は、それによって積層型圧電素子１２１が収縮し、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上がる波形要素は、積層型圧電素子１２１が伸長して加圧液室１０６が収縮する引き上げ波形要素である。また、立下り後の状態から変化しない部分であるホールド状態は図５ではＰｗであり、加圧液室１０６の圧力共振の第一ピーク値となるように設定している。これによって１駆動パルス当りの吐出効率が最大になるため、駆動波形の波高値（電圧）を小さくすることができる。

また、１駆動パルスの引き上げ波形要素の開始時点から、次の１駆動パルスの引き上げ波形要素の開始時点までの時間（ここでは駆動パルス間隔という）をＰ１ないしＰ５とした。ここで駆動パルス間隔Ｐ１ないしＰ５の時間は加圧液室１０６の固有振動周期（Ｔｃ）の整数倍としている。固有振動周期（Ｔｃ）は加圧液室１０６が持っている固有値であり、固有振動周期（Ｔｃ）の倍数のタイミングに合わせて引き上げ波形要素を印加しているため、液体吐出ヘッドの駆動としても安定領域を採用していることになる。さらに、５個の駆動パルス間隔のうち最初の駆動パルス間隔Ｐ１が最も長く、後続の駆動パルス間隔になるほど短くなっている。

例えば、駆動パルス間隔Ｐ１を固有振動周期の５倍の長さに設定した場合、駆動パルス間隔Ｐ２は固有振動周期の４倍、駆動パルス間隔Ｐ３は３倍、駆動パルス間隔Ｐ４は２倍、駆動パルス間隔Ｐ５は１倍となる。この倍数に関しては必ずしも１倍単位で短くしていく必要はなく、５倍、３倍、１倍などとしてもよい。このような空吐出駆動信号を印加することにより、徐々に加圧液室１０６内の圧力が大きくなっていくため、メニスカスに過度の負担をかけることなく増粘インクを排出することができる。とくに、駆動パルス間隔Ｐ１のように固有振動周期（Ｔｃ）の数倍ほどの長い駆動パルス間隔では、電圧の強さにもよるが増粘インク滴を吐出しない可能性が高い。しかしながら、前半の駆動パルスで増粘インク滴が吐出しなくても、それは微駆動と似たような役割を果たすとみることもでき、増粘インクを排出することに対してはプラスに働く。また、後続の駆動パルスが印加されるほど加圧液室１０６内の圧力が高くなるため、増粘インク滴を徐々に吐出しやすい状態になっていく。この制御方法のほうが明らかにメニスカスの負担は少なくて済む。

仮に、最初から加圧液室１０６の圧力が強くなるような駆動パルスを印加すると、増粘インクを排出するという目的は達成できるが、メニスカスには確実に負担がかかる。さらに、駆動パルスの強いエネルギーが加わることにより、空吐出受け２８４（図１０参照）に到達するはずの増粘インク滴が、飛びきらずノズル面に付着することなども考えられる。このような状態になると、その近辺のノズルに液溜まりができるなどの不具合が発生する。空吐出動作は乾燥したノズル（メニスカス）を回復させるために必要不可欠であり、したがって確実性が重要であるが、第１の実施形態による空吐出動作はメニスカスにかかる負担が少なく確実性が高い。

次に、本発明の第２の実施形態における空吐出駆動パルスについて図６を参照して説明する。
ここでも、液体吐出ヘッドから記録材上に吐出動作を行う前あるいは印字中に、ノズルの吐出状態を正常化するためにインク滴の空吐出を行う。
図５では空吐出駆動パルスの最初の駆動パルス間隔Ｐ１が最も長く、後続の駆動パルス間隔になるほど徐々に短くなっている。これに対して図６に示す空吐出駆動パルスは駆動パルス間隔Ｐ１とその後の駆動パルス間隔である駆動パルス間隔Ｐ２の長さが同じであり、さらにその後の駆動パルス間隔Ｐ３と駆動パルス間隔Ｐ４の長さは駆動パルス間隔Ｐ１、駆動パルス間隔Ｐ２の長さより短いが同じというように、同じ長さの駆動パルス間隔が２個ずつ存在する空吐出駆動信号である。なお、全ての駆動パルス間隔は加圧液室１０６の固有振動周期の整数倍である。このように同じ長さの駆動パルス間隔を２つ連続させることで、加圧液室１０６内の圧力を第１の実施形態よりもなだらかに上げることができ、更にメニスカスにかかる負担を小さくすることができる。この結果、より確実に増粘インクを排出することができる。

次に、本発明の第３の実施形態における空吐出駆動パルスについて図７を参照して説明する。
ここでは、液体吐出ヘッドから記録材上に吐出動作を行う前あるいは印字中に、ノズルの吐出状態を正常化するために、任意の吐出滴数で間欠的に空吐出動作を行う。
即ち、第１の実施形態、第２の実施形態では図５、図６で示したように空吐出駆動パルスを連続的に印加している。これに対して第３の実施形態では、図７Ａに示したように、間欠的に空吐出駆動をすることで異なっている。なお、図７Ａでは増粘インク滴吐出群をＰａ１、Ｐａ２の２つとしているが、さらに分割させた駆動としてもよい。増粘インク滴吐出群Ｐａ１を構成する空吐出駆動パルスは図７Ｂに示すように図５と同様の駆動パルスである。駆動パルス間隔Ｐ１ないしＰ５の時間は加圧液室１０６の固有振動周期（Ｔｃ）の整数倍であり、駆動パルス間隔Ｐ１が最も長く、後続の駆動パルス間隔になるほど短くなっている。また、増粘インク滴吐出群Ｐａ２を構成する空吐出駆動パルスは図７Ｂに示すように、駆動パルス間隔が全て１Ｔｃの長さとしている。

ここで間欠的に空吐出駆動をする第３の実施形態の利点について説明する。まず最初の増粘インク滴吐出群Ｐａ１では図５に示した駆動パルスと同じであるが、第１の実施形態よりも増粘インク滴の滴数は少なく設定する。この増粘インク滴吐出群では増粘インクを全て排出するわけではなく、ある程度排出できていればよい。次の増粘インク滴吐出群Ｐａ２では駆動パルス間隔が１Ｔｃの長さであるため、最も吐出効率が良く加圧液室１０６内の圧力も高まるため、ここで一気に残りの増粘インクを排出する。なお、増粘インク滴吐出群Ｐａ２の駆動パルスは効率が良いため、増粘インクの吐出滴数は少なくて済む。
したがって、総合的に空吐出に要する増粘インクの滴数は第１の実施形態、第２の実施形態よりも少なくすることができる。

次に、本発明の第４の実施形態における空吐出駆動パルスについて図８を参照して説明する。
第３の実施形態と異なる点は、最初の増粘インク滴吐出群であるＰａ１を構成する空吐出駆動パルスが図８Ｂのように図６に示したものと同様の駆動パルスであり、その他の点では変わらない。具体的には、駆動パルス間隔Ｐ１ないしＰ５の時間は加圧液室１０６の固有振動周期（Ｔｃ）の整数倍であり、Ｐ１とその後の駆動パルス間隔であるＰ２の長さが同じで、さらにその後の駆動パルス間隔Ｐ３とＰ４の長さは駆動パルス間隔Ｐ１、Ｐ２の長さより短いが同じというように、同じ長さの駆動パルス間隔が２個ずつ存在する空吐出駆動信号である。また、図８Ｃに示すように増粘インク滴吐出群Ｐａ２を構成する空吐出駆動パルスは駆動パルス間隔が全て１Ｔｃの長で同じである。

本実施形態によれば、最初の増粘インク滴吐出群Ｐａ１ではメニスカスにかかる負担が小さいため、ノズルの液溜まりなどの不具合が起こることなく、確実に増粘インクを排出することができる。
なお、以上の各実施形態において、空吐出駆動波形を構成する駆動パルスの駆動パルス幅は前記加圧液室の圧力共振の第一ピーク値となるように設定すると、１駆動パルス当りの吐出効率が最良となり駆動電圧を小さくすることができる。したがって、空吐出駆動波形を構成する全ての駆動パルスの駆動パルス幅を前記第一ピーク値となるように設定することで駆動電圧を最低にすることができる。

次に、本発明の実施形態に係る液体吐出装置について図９及び図１０を参照して説明する。
図９は本液体吐出装置の機構部の一例を示す側面図、図１０は前記機構部の要部平面図である。
本液体吐出装置はシリアル型液体吐出装置であり、まず、図１０において、左右の側板２２１Ａ、２２１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド２３１、２３２でキャリッジ２３３を主走査方向に移動自在に保持している。キャリッジ２３３は、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矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動しながら走査する。

キャリッジ２３３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２３４ａ、２３４ｂ（区別しないときは「液体吐出ヘッド２３４」という）が、その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た状態で装着されている。
液体吐出ヘッド２３４は、それぞれ２つのノズル列を有し、液体吐出ヘッド２３４ａの一方のノズル列はブラック（Ｋ）のインク液を、他方のノズル列はシアン（Ｃ）のインク液を、液体吐出ヘッド２３４ｂの一方のノズル列はマゼンタ（Ｍ）のインク液を、他方のノズル列はイエロー（Ｙ）のインク液を、それぞれ吐出する。

また、キャリッジ２３３には、液体吐出ヘッド２３４のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのヘッドタンク２３５ａ、２３５ｂ（区別しないときは「ヘッドタンク２３５」という。）が搭載されている。
ヘッド（又はサブ）タンク２３５には各色の供給チューブ２３６を介して、各色のインクカートリッジ２１０ｋ、２１０ｃ、２１０ｍ、２１０ｙから各色のインクが補充供給される。

図９において、給紙トレイ２０２の用紙積載部（圧板）２４１上に積載した用紙２４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２４１から用紙２４２を１枚ずつ分離給送する給紙コロ（半月コロ）２４３及び給紙コロ２４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４４を備え、この分離パッド２４４は給紙コロ２４３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２４２を液体吐出ヘッド２３４の下方側に送り込むために、用紙２４２を案内するガイド部材２４５と、カウンタローラ２４６と、搬送ガイド部材２４７と、先端加圧コロ２４９を有する押さえ部材２４８とを備えるとともに、給送された用紙２４２を静電吸着して液体吐出ヘッド２３４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２５１を備えている。

搬送ベルト２５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ２５２とテンションローラ２５３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、搬送ベルト２５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ２５６を備えている。この帯電ローラ２５６は、搬送ベルト２５１の表層に接触し、搬送ベルト２５１の回動に従動して回転するように配置されている。
搬送ベルト２５１は、図示しない副走査モータにより搬送ローラ２５２が所定のタイミングで回転駆動されることによって、ベルト搬送方向に周回移動する。

さらに、液体吐出ヘッド２３４で記録された用紙２４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２５１から用紙２４２を分離するための分離爪２６１と、排紙ローラ２６２及び排紙コロ２６３とを備え、排紙ローラ２６２の下方に排紙トレイ２０３を備えている。
また、液体吐出装置本体の背面部には両面ユニット２７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット２７１は搬送ベルト２５１の逆方向回転で戻される用紙２４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２４６と搬送ベルト２５１との間に給紙する。

両面ユニット２７１の上面は手差しトレイ２７２になっている。さらに、キャリッジ２３３の走査方向一方側の非印字領域には、液体吐出ヘッド２３４のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構２８１（図１０）を配置している。
この維持回復機構２８１（図１０）には、液体吐出ヘッド２３４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）２８２ａ、２８２ｂ（区別しないときは「キャップ２８２」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２８３（図１０）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２８４などを備えている。

また、キャリッジ２３３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液体回収容器であるインク回収ユニット（空吐出受け）２８８を配置し、このインク回収ユニット２８８には液体吐出ヘッド２３４のノズル列方向に沿った開口部２８９などを備えている。

このように構成した本実施形態に係る液体吐出装置においては、図９において、給紙トレイ２０２から用紙２４２が１枚ずつ分離給紙された後、ガイド部材２４５で直上方に案内され、搬送ベルト２５１とカウンタローラ２４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド部材２４７で案内されて先端加圧コロ２４９で搬送ベルト２５１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２５６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２５１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２５１上に用紙２４２が給送されると、用紙２４２が搬送ベルト２５１に吸着され、搬送ベルト２５１の周回移動によって用紙２４２が副走査方向に搬送される。
そこで、キャリッジ２３３を移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド２３４を駆動することにより、停止している用紙２４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２４２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２４２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２４２を排紙トレイ２０３に排紙する。

このように本液体吐出装置は以上で説明した液体吐出ヘッドを備えているため、エネルギーの面でも効率的で安定した画像を形成することができる。
とくに、前記液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置は、増粘したインクの吐出に対して大きな効果を生み出すことができるため、空吐出の駆動電圧の低減、さらには空吐出に要する時間、インク滴数を削減することが可能である。

なお、上記実施形態では本発明をプリンタ構成の液体吐出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液体吐出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、レジスト、ＤＮＡ試料などを用いる画像形成装置にも適用することができる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本実施形態によれば以下の利点が得られる。即ち、
（１）液体吐出ヘッドから記録材上に吐出動作を行う前あるいは印字中に、ノズルの吐出状態を正常化するための空吐出駆動波形は、複数の駆動パルスで構成されており、加圧液室の固有振動周期をＴｃとした時、駆動パルス間隔はＴｃの整数倍となっており、第一駆動パルスと第二駆動パルスの間の第一駆動パルス間隔は最も倍数の大きな長さであり、後続の駆動パルス間隔は徐々に短くなっていくような駆動パルス構成としたので、１駆動パルスずつ印加される毎に加圧液室内の圧力が徐々に大きくなり、メニスカスに過度の負担に掛けることなく確実に増粘インクを排出させることができる。

（２）空吐出駆動波形の第一駆動パルス間隔及び第二駆動パルス間隔はＴｃの整数倍の同じ長さとし、次の第三駆動パルス間隔及び第四駆動パルス間隔も第一駆動パルス間隔の倍数より例えば１小さい長さというように、同じ駆動パルス間隔が２箇所ずつ存在するような駆動パルス構成としたので、加圧液室内の圧力の上がり方がゆるやかになることにより、メニスカスにかかる負担がさらに小さくなって増粘インクを確実に排出させることができる。

（３）液体吐出ヘッドから記録材上に吐出動作を行う前あるいは印字中に、ノズルの吐出状態を正常化するために任意の吐出滴数で間欠的に空吐出動作を行う時、最初の増粘インク滴吐出群を構成する空吐出駆動波形は、複数の駆動パルスで構成されており、加圧液室の固有振動周期をＴｃとした時、最初の駆動パルスとその次の駆動パルスの間の間隔である第一の駆動パルス間隔はＴｃの整数倍で最も大きな長さとなっており、後続の駆動パルス間隔は徐々に短くなっていくような駆動パルス構成であり、二番目以降の吐出群は全ての駆動パルス間隔が１Ｔｃの長さで構成したので、最初の増粘インク滴吐出群である程度増粘インクを排出させて二番目以降の増粘インク滴吐出群で一気にメニスカスを正常化させることが可能になる。

（４）最初の増粘インク滴吐出群を構成する空吐出駆動波形は前記第一駆動パルス間隔及び第二駆動パルス間隔はＴｃの整数倍の同じ長さとし、次の第三駆動パルス間隔及び第四駆動パルス間隔も前記第一駆動パルス間隔の倍数より例えば１小さい長さというように、同じ駆動パルス間隔が２箇所ずつ存在するような駆動パルス構成としたので、最初の増粘インク滴吐出群では加圧液室内の圧力を緩やかに上げることができ、メニスカスの負担が軽減できる。また、二番目以降の駆動パルス間隔は１Ｔｃの長さであるため、一気にメニスカスを正常化することができる。

（５）空吐出駆動波形を構成する駆動パルスの駆動パルス幅を前記加圧液室の圧力共振の第一ピーク値となるように設定したので、１駆動パルス当りの吐出効率が最も良くなることにより駆動電圧を小さくすることができる。

１０１・・・流路板、１０２・・・振動板、１０３・・・ノズル板、１０４・・・ノズル、１０５・・・連通口、１０６・・・加圧液室、１０７・・・流路抵抗部、１０８・・・共通液室、１０９・・・液体導入部、１２１・・・（積層型）圧電素子、１２２・・・基板、１２６・・・ＦＰＣ（フレキシブル基板）１５３・・・個別電極、１５４・・・共通電極、５００・・・制御部、６００・・・ホスト。

特開２０１０−９４８７１号公報 特開平０７−２９０７２０号公報 特開２００４−３４４７１号公報

Claims (7)

1. 加圧液室と、前記加圧液室に連通するノズルと、駆動波形に基づき前記加圧液室に圧力を発生させる手段を備えた液体吐出ヘッドに、複数の駆動パルスから成る空吐出駆動波形を印加して空吐出動作を行う液体吐出ヘッドの制御方法であって、
   前記駆動パルスの駆動パルス間隔を前記加圧液室の固有振動周期の整数倍にして、前記駆動パルス間隔が長い順に所定数連続した駆動パルスで空吐出駆動波形を生成する工程と、
   生成した駆動波形を前記圧力を発生させる手段に印加する工程と、を有する液体吐出ヘッドの制御方法。
2. 請求項１に記載された液体吐出ヘッドの制御方法において、
   前記空吐出駆動波形を生成する工程は、各駆動パルス間隔毎に前記駆動パルス間隔の長い順に所定数の連続した駆動パルスで構成した空吐出駆動波形を生成する液体吐出ヘッドの制御方法。
3. 請求項１に記載された液体吐出ヘッドの制御方法において、
   前記空吐出駆動波形を生成する工程は、間隔の等しい二つの駆動パルス間隔毎に前記間隔の長い順に連続した駆動パルスで構成した空吐出駆動波形を生成する液体吐出ヘッドの制御方法。
4. 加圧液室と、前記加圧液室に連通するノズルと、駆動波形に基づき前記加圧液室に圧力を発生させる手段を備えた液体吐出ヘッドに、複数の駆動パルスから成る駆動波形を印加して任意の吐出滴数からなる増粘インク滴吐出群で間欠的に空吐出動作を行う液体吐出ヘッドの制御方法であって、
   前記駆動パルスの駆動パルス間隔を、前記加圧液室の固有振動周期の整数倍にした複数の異なる駆動パルス間隔とし、前記駆動パルス間隔が長い順に所定数連続した駆動パルスで最初の増粘インク滴吐出群のための空吐駆動波形を生成する工程と、
   駆動パルス間隔を前記加圧液室の固有振動周期にした同一の駆動パルス間隔の駆動パルスで最初の吐出群に続く増粘インク滴吐出群のための空吐出駆動波形を生成する工程と、
   生成した前記各駆動波形を前記圧力を発生させる手段に印加する工程と、
   を有する液体吐出ヘッドの制御方法。
5. 加圧液室と、前記加圧液室に連通するノズルと、駆動波形に基づき前記加圧液室に圧力を発生させる手段を備えた液体吐出ヘッドに、複数の駆動パルスから成る駆動波形を印加して任意の吐出滴数からなる増粘インク滴吐出群で間欠的に空吐出動作を行う液体吐出ヘッドの制御方法であって、
   前記駆動パルスの駆動パルス間隔を、前記加圧液室の固有振動周期の整数倍にした複数の異なる駆動パルス間隔とし、間隔の等しい二つの駆動パルス間隔毎に前記間隔の長い順に連続した最初の増粘インク滴吐出群のための空吐駆動波形を生成する工程と、
   駆動パルス間隔を前記加圧液室の固有振動周期にした同一の駆動パルス間隔の駆動パルスで最初の吐出群に続く増粘インク滴吐出群のための空吐出駆動波形を生成する工程と、
   生成した前記各駆動波形を前記圧力を発生させる手段に印加する工程と、
   を有する液体吐出ヘッドの制御方法。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載された液体吐出ヘッドの制御方法において、
   空吐出駆動波形を構成する駆動パルスの駆動パルス幅を、前記加圧液室の圧力共振の第一ピーク値となるように設定した液体吐出ヘッドの制御方法。
7. 加圧液室と、前記加圧液室に連通するノズルと、駆動波形に基づき前記加圧液室に圧力を発生させる手段を備えた液体吐出ヘッドに、複数の駆動パルスから成る空吐出駆動波形を印加して空吐出動作を行う液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置であって、
   前記駆動パルスの駆動パルス間隔を前記加圧液室の固有振動周期の整数倍にして、前記駆動パルス間隔が長い順に所定数連続した駆動パルスで空吐出駆動波形を生成する手段と、
   生成した駆動波形を前記圧力を発生させる手段に印加する手段と、
   を有する液体吐出装置。

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