JP2013063525A

JP2013063525A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2013063525A
Application number: JP2011202159A
Authority: JP
Inventors: Satoru Hida; 悟飛田; Kunihiro Yamanaka; 邦裕山中; Naoko Kitaoka; 尚子北岡; Takashi Sato; 隆佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2013-04-11
Anticipated expiration: 2031-09-15
Also published as: US8657401B2; JP5861347B2; US20130070010A1

Abstract

【課題】大滴、中滴吐出後の次の駆動周期における小滴の滴速度や滴量のばらつきを低減する。
【解決手段】記録ヘッドから大きさの異なる大滴、中滴、小滴を選択的に吐出させることが可能であり、駆動波形Ｐｖは、大滴を吐出させる駆動波形の最後に配置された駆動パルスＰ５を含む３つ以上の駆動パルスＰ１〜Ｐ５を有し、かつ、個別液室の固有振動周期をＴｃとするとき、小滴を吐出させる駆動パルスＰ２を、駆動波形Ｐｖの出力開始時点から２Ｔｃないし４Ｔｃの範囲内で出力する波形である。
【選択図】図７

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、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば液滴を吐出する液体吐出ヘッドを記録ヘッドに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。

このような画像形成装置における液体吐出ヘッドに駆動方法として、駆動信号発生部で、一印刷周期内にノズルから液滴を吐出させる複数の駆動パルスＰ１、Ｐ３〜Ｐ７と、液滴を吐出させずにメニスカスを振動させる微駆動パルスＰ２とを有する駆動信号を発生し、ノズルのメンテナンスを行うとともに、駆動パルスＰ１、Ｐ３〜Ｐ７に、加圧室内で液体を共振させて液滴を吐出させる共振駆動パルスと、加圧室内で液体を共振させずに液滴を吐出させる非共振駆動パルスを有し、大ドットや中ドットの液滴を形成するものが知られている（特許文献１）。

また、定常容積の圧力室を膨張させる第１膨張要素Ｐ１と、当該第１膨張要素によって膨張した圧力室を収縮させることで液滴を吐出させる第１吐出要素Ｐ３と、当該第１吐出要素によって収縮された圧力室を再度膨張させる第２膨張要素Ｐ５と、当該第２膨張要素によって膨張された圧力室を収縮する第２収縮要素Ｐ７とを含む駆動パルスを発生し、第１吐出要素の始端から第２収縮要素の終端までの時間ｔを、圧力室内の液体の固有振動周期Ｔｃの１／２〜１の範囲内に設定したものが知られている（特許文献２）。

特開２００７−１８２０６１号公報特開２００８−０３７０２７号公報

ところで、例えば、大滴、中滴、小滴のよるに大きなことなる複数の液滴を吐出させる場合、大滴や中滴を吐出させた後、次の駆動周期（印刷周期）で小滴を吐出させると、吐出直後の小滴は、運動エネルギーが小さいためノズルのメニスカスの振動の影響を受けやすくなり、大滴や中滴を吐出した直後の小滴の速度や滴量が変化する（ばらつく）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、小さな滴の滴速度や滴量のばらつき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、
液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが通じる個別液室と、複数の前記個別液室に液体を供給する共通液室と、前記個別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、少なくとも４つ以上の駆動パルスを時系列で含む駆動波形を生成出力する駆動波形生成手段と、
前記駆動波形生成手段から出力された前記駆動波形に含まれる複数の駆動パルスのうちの所要の１又は２以上の駆動パルスを選択して前記記録ヘッドの前記圧力発生手段に与える手段と、を有し、
前記選択手段で前記駆動パルスを選択することで、前記記録ヘッドから大きさの異なる３種類以上の液滴を選択的に吐出させることが可能であり、
前記駆動波形は、
最も大きな液滴を吐出させる、前記駆動波形の最後に配置された駆動パルスを含む３つ以上の駆動パルスを有し、かつ、
前記個別液室の固有振動周期をＴｃとするとき、最も小さな液滴を吐出させる駆動パルスを、前記駆動波形の出力開始時点から２Ｔｃないし４Ｔｃの範囲内で出力する
波形である
構成とした。

本発明によれば、小さな滴の滴速度や滴量のばらつきを低減することができる。

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。同じく滴吐出動作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。本発明の第１実施形態における駆動波形を説明する説明図である。同駆動波形の選択例と吐出される滴の大きさとの関係を説明する説明図である。サテライト滴の長さの説明に供する説明図である。図１１のサテライト滴の長さの測定に用いた駆動波形を説明する説明図である。サテライト滴の長さの測定結果の説明に供する説明図である。小滴用の駆動パルスの配置位置の説明に供する駆動例の説明図である。図１２における時間Ｔｘと滴速度の測定結果の一例を説明する説明図である。図１２における時間Ｔｄ１と時間Ｔｘと滴速度の測定結果の一例を説明する説明図である。中滴用の駆動パルスの配置位置の説明得に供する説明図である。図１５の時間Ｔｄ２と中滴によるスジの発生レベルの測定結果の一例を示す説明図である。小滴用駆動パルスと中滴用駆動パルス及び大滴用駆動パルスの位置関係の説明に供する説明図である。本発明の第２実施形態における駆動波形を説明する説明図である。本発明の第３実施形態における駆動波形を説明する説明図である。

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９９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及び図４を参照して説明する。なお、図３及び図４は同ヘッドの液室長手方向（ノズル配列方向と直交する方向）に沿う断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、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が貫通孔１０５を介して通じる個別液室（加圧室、加圧液室、圧力室、個別流路、圧力発生室などと称されるものを含む意味である。以下、単に「液室」という。）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、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、ＳＵＳなどの金属板を積層して、貫通孔１０５、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。なお、流路板１０１は、ＳＵＳなどの金属板に限らず、シリコン基板を異方性エッチングして形成することもできる。

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。

なお、この例では、圧電部材１１２は積層方向に伸縮させるｄ３３モードで使用しているが、積層方向と直交する方向に伸縮させるｄ３１モードでもよい。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば、図３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４に示すように、圧電部材１１２に印加する電圧を上げて圧電部材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Ｖｅ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を含む各種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、吸引ポンプ８１２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と、送液ポンプ２４１を駆動する供給系駆動部５１２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やモータ駆動部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６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７及び図８を参照して説明する。図７は同実施形態の駆動波形を説明する説明図、図８は同駆動波形を選択して生成した各滴サイズの駆動波形を説明する説明図である。

なお、駆動パルスとは駆動波形を構成する要素としてのパルスを示す用語として、吐出パルスとは圧力発生手段に印加されて液滴を吐出させるパルスを示す用語とし、非吐出パルスとは圧力発生手段に印加されるが滴を吐出させない（ノズル内のインクを流動させる）パルスを示す用語として用いる。

本実施形態では、３種類のサイズの液滴（大滴、中滴、小滴）を吐出させる吐出パルスを含む駆動波形の例である。駆動波形生成部７０１からは、図７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、基準信号に同期して、駆動パルスＰ１〜Ｐ５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。

そして、データ転送部７０２からは図８（ｂ）に示す滴制御信号Ｍ０〜Ｍ２（Ｍ３は使用していない）が出力される。滴制御信号Ｍ０は、同図（ａ）に示す駆動波形Ｐｖの駆動パルスＰ１〜Ｐ５を選択して同図（ｃ）に示す大滴用の吐出パルスを生成させる。滴制御信号Ｍ１は、駆動波形Ｐｖの駆動パルスＰ４、Ｐ５を選択して同図（ｄ）に示す中滴用の吐出パルスを生成させる。滴制御信号Ｍ２は、駆動波形Ｐｖの駆動パルスＰ２を選択して同図（ｅ）に示す小滴用の吐出パルスを生成させる。

つまり、本実施形態では、駆動波形Ｐｖは、４つ以上の駆動パルスで構成され、３種類以上の大きさの液滴を吐出でき、最も大きな液滴は駆動波形Ｐｖの最後の駆動パルスＰ５を含む３つ以上（ここでは５つ）の駆動パルスで吐出させる。

ここで、図７に示すように、駆動波形Ｐｖの駆動パルスＰ１の出力開始点ｔｓから駆動パルスＰ５の完了点ｔｅまでのトータル時間Ｔｔは、駆動波形Ｐｖで駆動するヘッドから大滴を吐出できる最大駆動周波数ｆとなる最大駆動周期Ｔｆと同じにしている。

ただし、実際の印刷においては、印刷処理のためのデータ転送時間やメカニカルな駆動の遅れ時間を考慮し、駆動周期Ｔｆ以下にすることが好ましい。

また、駆動パルスＰ１〜Ｐ４は、基準電位Ｖｅから立ち下がって液室１０６を膨張させる膨張波形要素ａと、立ち下がり後の電位を一定期間保持する保持波形要素ｂと、基準電位Ｖｅまで立ち上がって液室１０６を収縮させて液滴を吐出させる収縮波形要素ｃとで構成されている。なお、膨張波形要素を印加する行程を「膨張行程」、「保持波形要素」を印加する行程を「保持工程」、収縮波形要素を印加する行程を「収縮行程」というように言う。

また、駆動パルスＰ５は、基準電位Ｖｅから立ち下がって液室１０６を僅かに膨張させる第１膨張波形要素ａ１と、立ち下がり後の電位を一定期間保持する第１保持波形要素ｂ１と、基準電位Ｖｅを超える電位Ｖａまで立ち上がって液室１０６を収縮させて液滴を吐出させる収縮波形要素ｃ１と、立ち上がり後の電位を一定期間保持する第２保持波形要素ｂ２と、基準電位Ｖｅまで立ち下がる第２膨張波形要素ａ２とで構成されている。

この駆動パルスＰ５の第２膨張波形要素ａ２を印加する第２膨張行程では、滴吐出後、ノズルメニスカスをノズル１０４内に引き込ませるように再び液室１０６をゆっくりと膨張させる。このときの時間は、第１膨張波形要素ａ１を印加する第１膨張行程の時間より長く設定している。これにより、引き込み後のメニスカスの残留振動を極力小さくすることができ、次の駆動周期で駆動パルスＰ２によって小滴を吐出させるときの液滴の速度や吐出滴量の変動を少なくすることができる。

次に、最終の駆動パルスＰ５の電圧波高値について説明する。駆動パルスＰ５の第１膨張行程（第１膨張波形要素ａ１）で印加する電圧波高値Ｖ１は、液滴を吐出させるための収縮工程（収縮波形要素ｃ１）で印加される電圧波高値Ｖ２より小さく、Ｖ１／Ｖ２は、１／３以下、好ましくは、１／３〜１／５程度としている。これにより、ノズル１０４の先端部にあるインクをより多く吐き出し、液滴量を稼ぐことができる。

また、ヘッド周りの環境温度によってインクの粘度が変化するので、電圧波高値Ｖ１、Ｖ２は温度変化に応じて可変させることが好ましい。これにより、環境の変化による液滴の速度や吐出滴量の変動を抑えることができる。また、各工程での時間や電圧によっては、インク滴の尾引き、サテライト滴と呼ばれるインク柱を短くすることができる。

次に、駆動パルスＰ５の電圧波高値とサテライト滴の長さの関係について図９ないし図１１を参照して説明する。図９はサテライト滴の長さの説明に供する説明図、図１０は実験に用いた駆動波形を説明する説明図、図１１は図１０の駆動波形で滴吐出を行ったときのサテライト滴の長さの測定結果を示す説明図である。

まず、図９を参照してサテライト滴の長さについて説明する。ノズル面（ノズル１０４が開口している面）から吐出された液滴は、主滴とサテライト滴となって飛翔する。このとき、主滴が距離Ｌの位置に到達したときからサテライト滴の最後端が距離Ｌの位置を通過するまでの時間を、サテライト滴の長さとしている。

そこで、図１０に示す駆動波形Ａ、Ｂによって小滴、中滴、大滴を吐出させて、サテライト滴の長さを測定した。ここで、図１０に破線で示す駆動波形Ａに対して、実線で示す駆動波形Ｂは、電圧波高値Ｖ１、Ｖ２をＶ１／Ｖ２を約１／３にしている。測定結果を図１１に示している（図１１中の「Ａ」は駆動波形Ａを、「Ｂ」は駆動波形Ｂを示している。）。

この図１１から分かるように、駆動波形Ｂの方が、特に中滴、大滴についてサテライト滴の長さが短くなる。中滴や大滴のように飛翔する液滴の大きさが大きくなるほど、液室１０６に与えるエネルギーは大きくなるため、サテライト滴が長くなり画像品質が悪くなる。したがって、最後の駆動パルスＰ５は重要な駆動パルスとなる。

次に、上記駆動波形における小滴吐出用の駆動パルスＰ２の配置位置について図１２ないし図１４を参照して説明する。

まず、図１２は、連続する駆動周期において、先行する駆動周期で大滴を吐出させた後、後行の駆動周期で、小滴の駆動パルスＰ２のみを連続して印加した場合の駆動例を示している。

ここで、先行の駆動周期の最終の駆動パルスＰ５の印加終了時から次の駆動周期の小滴用の駆動パルスＰ２−１までの時間（パルス間隔）Ｔｘ、次の駆動周期の駆動パルスＰ２−２までの時間をＴｄ１とする。

そして、駆動パルスＰ２−１、Ｐ２−２によって吐出された各小滴の滴速度Ｖｊを測定した。その結果を図１３及び図１４に示している。

まず、図１３は、時間Ｔｘを変化させたときの小滴の滴速度Ｖｊの測定結果を示している。この図１３に示す例では、時間Ｔｘを長くしていくと駆動パルスＰ５の終了直後から滴速度Ｖｊは徐々に上昇し、およそ８μｓ以上になると滴速度Ｖｊが７ｍ／ｓ±１ｍ／ｓとなっている。そして、時間Ｔｘが１２μｓ以上であれば、ほぼ速度変動は収まりフラットになる。つまり、ノズル１０４内にメニスカスの振動が収まったことになる。

次に、図１４は、時間Ｔｄ１に対して時間Ｔｘを変化させたときの滴速度Ｖｊの一例を示している。

この結果からも、時間Ｔｘがおよそ８μｓ以上であれば滴速度Ｖｊの変動が少なくなる。この場合、時間Ｔｄ１がヘッドの最大駆動周期Ｔｆになったときに滴速度Ｖｊの変動が一番少なくなる。つまり、時間Ｔｘが８μｓ以上であれば、最大駆動周波数ｆで大滴を吐出した後に小滴を吐出しても、小滴の滴速度Ｖｊの変動が少ないといえる。

ここで、実験に使用した液体吐出ヘッドの液室１０６の固有振動周期（固有周期）Ｔｃは、およそ４μｓであった。したがって、時間Ｔｘは、２Ｔｃ〜４Ｔｃの範囲内となる。また、より滴速度Ｖｊの変動が少なくなるのは、図１３及び図１４から、１２μｓ以上、つまり、３Ｔｃ〜４Ｔｃの範囲内であることが分かる。

このように、最も小さい滴（本実施形態では小滴）を吐出させる駆動パルスは、個別液室の固有振動周期をＴｃとするとき、駆動波形Ｐｖの出力開始時点から２Ｔｃないし４Ｔｃの範囲内、好ましくは３Ｔｃないし４Ｔｃの範囲内で出力することで、小さな滴の滴速度や滴量のばらつきを低減することができる。

次に、中滴吐出用の駆動パルスＰ４，Ｐ５について図１５ないし図１７を参照して説明する。

前述したように、中滴は最後の駆動パルスＰ５と、その１つ前の駆動パルスＰ４を使用して吐出させる。これは、大滴と同様に、駆動パルスを連続して与えることで液室の圧力が高くなり、サテライト滴が長くなり、また、大滴の吐出直後に小滴を吐出したときの変動が、中滴を吐出したときにも同様の影響を与えることによる。

したがって、図１５に示す駆動パルスＰ４の終了直後から駆動パルスＰ５の開始点までの時間Ｔｄ２も重要になる。

ここで、図１６に駆動パルスＰ４と駆動パルスＰ５との時間Ｔｄ２を変化させたときの飛翔滴の直進性（印刷メディア上では罫線の間隔が不均一となる中滴スジと呼ぶ画像不良を観測した結果を示している。

この結果は、２つのヘッドについてそれぞれ電圧倍率を変化（１００％、１２０％）させて、電圧マージンの余裕度も同時に見たものであるが、Ｔｄ２が５μｓ以下であれば、安定した直進性を示すことが分かる。

次に、図１７は駆動波形の小滴用の駆動パルスＰ２と中滴用の駆動パルスＰ４、Ｐ５の位置関係を示すものである。ヘッドの持つ最大駆動周波数ｆに対し、時間（１／ｆ）（ｓ）内に収まるように駆動波形Ｐｖを作成すると、小滴の前の８μｓ以下の領域（斜線部Ｅの領域）と、小滴と中滴を構成する駆動パルスの領域（斜線部Ｆの領域）には、滴速度Ｖｊ、滴体積Ｍｊやメニスカスでのインク増粘を防止する駆動パルス（非吐出パルス）を挿入ですることができる。

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１８を参照して説明する。

本実施形態は、固有周期Ｔｃが４μｓであるヘッドでの駆動波形である。この駆動波形では、小滴は駆動パルスＰ２、中滴は駆動パルスＰ４とＰ５、大滴は駆動パルスＰ１からＰ５のすべての駆動パルスを使用している。また、微駆動（非吐出パルス）は、駆動パルスＰ１の第１段の立ち下がり部分の波形要素ｄ１と駆動パルスＰ２の第２段の立ち上がり部分の波形要素ｅ２とを選択することで生成している。

ここで、駆動パルスＰ１、Ｐ３は、大滴を構成するために追加されたパルスである。これにより、大滴を吐出した直後の小滴や中滴の変動を抑えて、画像品質を向上させている。

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１９を参照して説明する。

本実施形態は、固有周期Ｔｃが３μｓであるヘッドでの駆動波形である。最終的に、サテライト滴や滴速度Ｖｊの変動を考慮して決められた駆動波形であり、小滴は駆動パルスＰ３を使用し、中滴は駆動パルスＰ４〜Ｐ７までを使用し、大滴は駆動パルスＰ１〜Ｐ７のすべてを使用する。

これらの第２、第３実施形態の駆動波形においても、小滴用及び中滴用の駆動パルスの位置関係は、上述したと同様である。

なお、上記第３実施形態において、小滴用の駆動パルスの前にある駆動パルスは、小滴の駆動パルスの電圧より小さくしている。これは、非吐出パルスとすることもできる。

また、小滴用の駆動パルスと中滴用の駆動パルスの間に位置する駆動パルスも小滴用の駆動パルスよりも小さな電圧とする。この駆動パルスも、メニスカスのインクの増粘防止や大滴を吐出するための滴量の制御するためのものである。

なお、本願において、「用紙」とは材質を紙に限定するものではなく、ＯＨＰ、布、ガラス、基板などを含み、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、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含む。また、画像形成、記録、印字、印写、印刷はいずれも同義語とする。

また、「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、特に限定しない限り、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。

また、画像形成装置には、特に限定しない限り、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。

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

液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが通じる個別液室と、複数の前記個別液室に液体を供給する共通液室と、前記個別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、少なくとも４つ以上の駆動パルスを時系列で含む駆動波形を生成出力する駆動波形生成手段と、
前記駆動波形生成手段から出力された前記駆動波形に含まれる複数の駆動パルスのうちの所要の１又は２以上の駆動パルスを選択して前記記録ヘッドの前記圧力発生手段に与える手段と、を有し、
前記選択手段で前記駆動パルスを選択することで、前記記録ヘッドから大きさの異なる３種類以上の液滴を選択的に吐出させることが可能であり、
前記駆動波形は、
最も大きな液滴を吐出させる、前記駆動波形の最後に配置された駆動パルスを含む３つ以上の駆動パルスを有し、かつ、
前記個別液室の固有振動周期をＴｃとするとき、最も小さな液滴を吐出させる駆動パルスを、前記駆動波形の出力開始時点から２Ｔｃないし４Ｔｃの範囲内で出力する
波形である
ことを特徴とする画像形成装置。
前記最も小さな液滴を吐出させる駆動パルスを、前記駆動波形の出力開始時点から３Ｔｃないし４Ｔｃの範囲内で出力することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記駆動波形は、前記最も大きな滴を吐出させる複数の駆動パルスのうち、最後の駆動パルスは、前記個別液室の容積を膨張させる第１膨張波形要素と、前記膨張状態を保持する第１保持波形要素と、液滴を吐出するために前記個別液室の容積を収縮させる収縮波形要素と、前記収縮状態を保持する第２保持波形要素と、メニスカスを前記個別液室側に再び戻す第２膨張波形要素とを含むことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記駆動波形は、前記最も小さな滴と最も大きな滴との間の大きさの滴を吐出させる駆動パルスとして、最後の駆動パルスと、最後の駆動パルスより１つ前の駆動パルスとを含み、
最後の駆動パルスより１つ前の駆動パルスの開始点は、前記最も小さい滴を吐出させる駆動パルスの開始点から２Ｔｃ以上の位置に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記最後の駆動パルスと、最後の駆動パルスより１つ前の駆動パルスとは、開始点の間隔が、０．２５Ｔｃないし１．０Ｔｃの範囲内であることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。

１現状の請求項でも難しいところがあり、まして微駆動パルスは周知慣用技術ですので、依頼書請求項６、７はクレームアップしていません。