JP2013141824A

JP2013141824A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2013141824A
Application number: JP2012004462A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yanaka; 厚志矢仲
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2013-07-22
Also published as: US20130182025A1

Abstract

【課題】駆動周期の間隔が長く、圧電素子の自然放電による電圧降下が生じる場合に、簡単な構成で画像品質を向上できる画像形成装置の提供。
【解決手段】各圧電素子ＰＺＴに接続され、複数の駆動パルスを含む共通駆動波形Ｖｃｏｍが入力されるアナログスイッチ７１７と、共通駆動波形Ｖｃｏｍの複数の駆動パルスのうちの１又は２以上の駆動パルスを選択する滴制御データＭＤがシリアル転送で入力されるシフトレジスタ７１３と、シフトジスタ７１３にレジストされた滴制御データＭＤをラッチ信号ＭＬでラッチして滴制御信号ＭＮを出力するラッチ回路７１４とを有し、滴制御データＭＤとラッチ信号ＭＬが所定の状態に遷移したときに、画像データが入力されていない状態ですべてのアナログスイッチ７１７をオン状態にする滴制御信号ＭＮを出力する。
【選択図】図６

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を駆動するヘッドドライバとしては、例えば、圧力発生手段としては圧電素子に接続され、共通駆動波形が入力されるアナログスイッチと、共通駆動波形に含まれる複数の駆動パルスのうちの１又は２以上の駆動パルスを選択する滴制御信号と画像データからＯＮ状態（ＯＮ状態の時間を含めて）にするアナログスイッチを選択する選択手段とを備えるものが知られている。

ところで、液体吐出ヘッドの圧力発生手段として圧電素子のような自然放電を生じる手段を使用する場合、駆動周期の間隔が長くなると、自然放電によって圧電素子の電位が駆動波形の基準電位から低下し、次の駆動周期で所定の電圧を加えることができなくなるという問題がある。

そこで、従来、駆動周期の最初に、圧電素子を強制的に駆動波形の基準電位（中間電位）に充電させる信号をヘッドドライバに与えるようにしたものが知られている（特許文献１）。

特開２０１０−２０８２１９号公報

上述したように、液体吐出ヘッドの圧力発生手段として自然放電を生じる手段を使用する場合、駆動周期の間隔が長くなると、自然放電による圧電素子の電位降下によって次の駆動周期で正常な滴吐出を行えなくなる。

一方、画像形成装置において、装置の小型化を図るためには、記録ヘッドを搭載したキャリッジの加減速領域でも画像形成を行うようにする必要があるが、このような構成を採用すると、駆動周期間における駆動波形の待ち時間（待機時間）が長くなり、上述した自然放電による滴吐出特性の低下によって、画像品質が低下するという課題が顕著になる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で画像品質を向上できるように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、前記ノズルから液滴を吐出させる圧力を発生する複数の圧力発生手段とを有する記録ヘッドと、
１駆動周期毎に、前記記録ヘッドの圧力発生手段に与える駆動波形を生成出力する駆動波形生成手段と、
各圧力発生手段に接続され前記駆動波形が入力されるスイッチ手段と、画像データに応じて前記スイッチ手段をオン／オフ制御する選択手段とを有するヘッド駆動手段と、を備え、
前記駆動波形の中間電位をモニタリングするモニタリング手段と、
前記モニタリング手段で、１駆動周期の前記駆動波形と次の駆動周期の前記駆動波形の間で、予め定めた閾値を超える電圧降下が生じたときに、前記選択手段に対し、前記スイッチ手段をすべてオン状態にする信号を与える手段と、を有する
構成とした。

本発明によれば、簡単な構成で圧力発生手段の自然放電による画像品質の低下を抑制できる。

本発明に係る画像形成装置の一例の機構部の要部平面説明図である。同機構部のキャリッジ部分の側面説明図である。液体吐出ヘッドの一例を示す液室長手方向（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。同じく滴吐出動作の説明に供する説明図である。制御部の概要の説明に供するブロック説明図である。印刷制御部及びヘッドドライバの一例の説明に供するブロック説明図である。ヘッドドライバのアナログスイッチ部分の一例を説明する回路図である。圧電素子の自然放電による電圧降下と駆動波形を加えることによる電位変化の一例を説明する説明図である。駆動波形間でアナログスイッチをオン状態にしたときの圧電素子の電位変化の説明に供する説明図である。本発明に係るヘッド駆動モジュールのファンクション動作例を説明する説明図である。同ヘッド駆動モジュールに入力される信号例を説明する説明図である。同ヘッドモジュールに入力する滴制御データＭＤ，ラッチ信号ＭＬ及び生成される滴制御信号ＭＮの一例を説明する説明図である。滴制御信号をパラレル転送する場合の説明に供する説明図である。滴制御データをシリアル転送する場合の説明に供する説明図である。駆動波形間の吐出待ち時間ですべてのアナログスイッチをオン状態にしたときに圧電素子に加わる電位の説明に供する説明図である。駆動波形の落ち込み電圧の変化と滴吐出速度の変化の実験結果の説明に供する共通駆動波形の説明図である。同じく圧電素子に加えられる電圧の説明図である。同じく落ち込み電圧の変化と滴吐出速度の変化の実験結果の説明図である。キャリッジの移動範囲及び移動速度と待ち時間の関係の説明に供する説明図である。

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。本発明に係る画像形成装置の一例について図１及び２を参照して説明する。図１は同画像形成装置の機構部の要部平面説明図、図２は同機構部のキャリッジ部分の側面説明図である。

この画像形成装置は、シリアル型画像形成装置であり、左右の側板１Ａ、１Ｂに架け渡した案内部材である板状部材からなるガイド部材３にてキャリッジ４を主走査方向に移動可能に支持し、主走査モータ５によって駆動プーリ６と従動プーリ７との間に張った状態で掛け回されたタイミングベルト８を介してキャリッジ４を主走査方向に移動走査する。

ここで、キャリッジ４の移動を案内するガイド部材３は、板状部材からなり、キャリッジ４を移動自在に案内するための支持面となるガイド面３ａとガイド面３ｂ、３ｃとを有している。

そして、キャリッジ４には、ガイド部材３のガイド面３ａに移動自在に支持される高さ調整部４ａと、ガイド面３ｂに移動自在に接触する接触部４ｂと、ガイド面３ｃに移動自在に接触する接触部４ｃとを有する所謂ロッドレスタイプの案内機構としている。

また、キャリッジ４には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液滴を吐出する画像形成手段としての液体吐出ヘッからなる記録ヘッド１１ａ、１１ｂ（区別しないときは、「記録ヘッド１１」という。以下、同様）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、滴吐出方向を下方に向けて装着している。

記録ヘッド１１はそれぞれ２列のノズル列を有し、４つのノズル列にそれぞれＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色の液滴を吐出するように割り当てている。

記録ヘッド１１ａ、１１ｂにはこの記録ヘッド１１にインクを供給するヘッドタンク１２ａ、１２ｂが一体的に設けられている。一方、装置本体側には、カートリッジホルダ６１に液体カートリッジ（メインタンク、以下「インクカートリッジ」という。）６２が交換可能に着脱され、インクカートリッジ６２から送液ポンプユニット６３によって供給チューブ６４を介してヘッドタンク１２にインク（液体）を供給する。

また、キャリッジ４の主走査方向に沿ってエンコーダスケール１５を配置し、キャリッジ４側にはエンコーダスケール１５の目盛り（スケール：位置識別部）を読み取る透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ１６を取り付け、これらのエンコーダスケール１５とエンコーダセンサ１６とで位置検出装置としてのリニアエンコーダを構成している。

一方、キャリッジ４の下方側には、用紙１０を副走査方向に搬送する搬送手段としての搬送ベルト２１を配置している。この搬送ベルト２１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ２２とテンションローラ２３との間に掛け回されて、副走査モータ３１によってタイミングベルト３２及びタイミングプーリ３３を介して搬送ローラ２２が回転駆動されることによって副走査方向に周回移動される。

搬送ベルト２１の入口部分及び出口部分には、それぞれ用紙ガイド部材５１、５２が配置されている。

さらに、キャリッジ４の主走査方向の一方側には、搬送ベルト２１の側方に、記録ヘッド１１の維持回復を行う維持回復機構（メンテナンスユニット）４１が配置されている。維持回復機構４１は、例えば記録ヘッド１１のノズル面（ノズルが形成された面）をキャッピングする吸引キャップ４２ａ及び保湿キャップ４２ｂと、ノズル面を払拭するワイパ部材４３と、画像形成に寄与しない液滴を吐出する空吐出受け４４などで構成されている。吸引キャップ４２ａには吸引手段としての図示しない吸引ポンプが接続されている。

また、図示を省略するが、用紙を搬送ベルト２１に給紙する給紙手段や、画像形成手段としての記録ヘッド１１から吐出された液体が付着して画像が形成された用紙を排紙する排紙手段などを構成する給紙トレイや排紙が装置本体に対して着脱自在に装着される。

このように構成したこの画像形成装置においては、給紙された用紙を搬送ベルト２１で間歇的に搬送し、キャリッジ４を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１１を駆動することにより、停止している用紙に液滴を吐出して１行分を記録し、用紙を所定量搬送後、次の行の記録を行なう動作を繰り返して用紙上に画像を形成し、画像形成後用紙を排紙する。

また、記録ヘッド１１のノズルの状態の維持回復を行うときには、キャリッジ４をホーム位置である維持回復機構４１に対向する位置に移動して、吸引キャップ４２ａ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を吸引キャップ４２ａ或いは空吐出受け４４に行うなどの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１１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（圧電素子）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。圧電部材１１２は、スリットによって複数の柱状の圧電素子（圧電柱）に分割されている。

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（圧電柱）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５を参照して説明する。なお、図５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１１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（コントローラ）５０８と、キャリッジ４側に設けた記録ヘッド１１を駆動するための本発明に係るヘッド駆動モジュールであるヘッドドライバ（ドライバＩＣ）５０９と、キャリッジ４を移動走査する主走査モータ５、搬送ベルト２１を周回移動させる副走査モータ３１、維持回復機構４１のキャップ８２やワイパ部材４３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、駆動波形から所定の駆動パルスを選択する滴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、複数の駆動パルスで構成される駆動波形（共通駆動波形）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１１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から与えられる共通駆動波形を構成する駆動パルスを選択して記録ヘッド１１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に対して加えることで記録ヘッド１１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）Ｖｃｏｍを生成して出力する駆動波形生成部７０１と、画像データ及び画像データに応じてヘッドドライバ５０９を制御するために信号を出力するデータ転送部７０２とを有する。

データ転送部７０２は、印刷画像に応じた所要ビット数の画像データＳＤ（ここでは、ＳＤ０、ＳＤ２）と、画像データ用のシフトクロック信号ＳＣＫと、画像データ用のラッチ信号ＳＬと、共通駆動波形Ｖｃｏｍのうちの所要の駆動パルスを選択するための滴制御データ（アナログスイッチ制御データ）ＭＤと、滴制御データＭＤ用のシフトクロック信号ＭＣＫと、滴制御データＭＤ用のラッチ信号ＭＬとを転送する。ここで、画像データＳＤ及び滴制御データＭＤはシリアル転送でヘッドドライバ５０９に転送する。

ヘッドドライバ５０９は、ヘッド駆動手段であり、データ転送部７０２からシリアル転送される画像データＳＤをシフトクロック信号ＳＣＫで取り込むシフトレジスタ７１１と、シフトレジスタ７１１の各レジスト値をラッチ信号ＳＬによってラッチするためのラッチ回路（レジスタ）７１２とを備えている。

また、データ転送部７０２からシリアル転送される滴制御データＭＤをシフトクロック信号ＭＣＫで取り込むシフトレジスタ７１３と、シフトレジスタ７１３の各レジスト値をラッチ信号ＭＬによってラッチするためのラッチ回路（レジスタ）７１４とを備えている。

また、ラッチ回路７１２にラッチされた画像データとラッチ回路７１４にラッチされた滴制御データＭＤから生成される滴制御信号（アナログスイッチ制御信号）ＭＮから選択するアナログスイッチ７１７を選択する信号を出力するセレクタ７１５と、セレクタ７１５のロジックレベル電圧信号をアナログスイッチ７１７が動作可能なレベルへとレベル変換するレベルシフタ７１６と、レベルシフタ７１６を介して与えられるセレクタ７１５の出力でオン／オフ（開閉）されるアナログスイッチ７１７を備えている。

このアナログスイッチ７１７は、スイッチ手段であり、圧電部材１１２の各圧電柱（これを「圧電素子ＰＺＴ」という。）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Ｖｃｏｍが入力されている。なお、アナログスイッチ７１１以外の部分で選択手段を構成している。

したがって、シリアル転送された画像データと滴制御データＭＤから生成される滴制御信号ＭＮをセレクタ７１５でデコードした結果に応じてアナログスイッチ７１７がオン／オフにすることにより、共通駆動波形Ｖｃｏｍ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の圧電素子ＰＺＴに印加される。

検知制御部７０３は、モニタリング手段であり、駆動波形生成部５０８から生成出力される共通駆動波形Ｖｃｏｍをモニタリングして、共通駆動波形Ｖｃｏｍの中間電位（基準電位）Ｖｅが予め定めた閾値を越える電圧降下が生じたとき（検知したとき）に、データ転送部７０２に対してその旨を出力する。

データ転送部７０２は、検知制御部７０３が共通駆動波形Ｖｃｏｍの中間電位（基準電位）Ｖｅが予め定めた閾値を越える電圧降下が生じたことを検知したときに、後述するように、ラッチ回路７１４からすべてのアナログスイッチ７１７をＯＮ状態にさせる滴制御信号ＭＮが出力される状態にするように、滴制御データＭＤ、クロック信号ＭＬＫ及びラッチ信号ＭＬの状態を遷移させる制御を行う。

次に、本実施形態における圧電素子の自然放電による電圧降下と駆動波形による電圧変化について図７ないし図９を参照して説明する。図７はヘッドドライバのアナログスイッチ部分の一例を説明する回路図、図８は圧電素子の自然放電による電圧降下と駆動波形を加えることによる電位変化の一例を説明する説明図、図９は駆動波形間でアナログスイッチをオン状態にしたときの圧電素子の電位変化の説明に供する説明図である。

まず、図８に示すように、各アナログスイッチＡＳは、圧電素子ＰＺＴの選択電極（個別電極）に接続され、駆動波形生成部７０１の電流増幅部７０１Ａからの共通駆動波形Ｖｃｏｍが入力されている。

したがって、転送された画像データと生成された滴制御信号ＭＮに応じて所要のアナログスイッチＡＳがオンすることにより、共通駆動波形Ｖｃｏｍを構成する所要の駆動パルスが通過して（選択されて）圧電素子ＰＺＴに加えられる。

ここで、１駆動周期の共通駆動波形Ｖｃｏｍのうちの選択された駆動パルスが加えられた後次の駆動周期の共通駆動波形Ｖｃｏｍのうちの選択された駆動パルスが加えられるまでの間、アナログスイッチＡＳがオフ状態であると、図８に示すように、圧電素子ＰＺＴの両端電位は自然放電によって電圧降下ΔＶが生じる。そして、次の駆動周期で駆動パルスを加えたときには電圧降下した状態から、共通駆動波形Ｖｃｏｍの基準電位（中間電位）Ｖｅに戻ることになる。

つまり、単純化して説明すると、図８に示すよう、自然放電による電圧降下が生じている圧電素子ＰＺＴに対して各駆動周期で共通駆動波形Ｖｃｏｍの駆動パルスを加えたときの圧電素子ＰＺＴの電位は、電圧降下した電位から共通駆動波形Ｖｃｏｍの基準電位Ｖｅに向けて上昇した後、駆動パルスの波形に従って変化することになる。

このとき、自然放電による電圧降下が所定値以上になると基準電位Ｖｅに戻ることで圧電素子ＰＺＴが伸張変位して振動板部材１０２を介して液室１０６の容積を減少させ、液滴を吐出させるおそれがある。

そこで、本実施形態では、印刷制御部５０８は、１駆動周期の共通駆動波形Ｖｃｏｍから次の駆動周期の共通駆動波形Ｖｃｏｍまでの吐出待機時間（待ち時間）内において、ヘッドドライバ５０９に対して全てのアナログスイッチ７１７（各アナログスイッチＡＳの集まり）をオン状態にする信号を出力する。

これにより、例えば、図９に示すように、連続する駆動周期の共通駆動波形Ｖｃｏｍ間でアナログスイッチＡＳがオン状態になることで、圧電素子ＰＺＴは基準電位Ｖｅに充電されることになる。

したがって、次の駆動周期で共通駆動波形Ｖｃｏｍの所要の駆動パルスを加えるときに、アナログスイッチＡＳがオン状態になって基準電位Ｖｅが加えられても、圧電素子ＰＺＴが変位して液滴が吐出されることが防止され、滴吐出すべきでないときに滴吐出が生じて画像品質が低下することが抑制される。

次に、ヘッドドライバ５０９を構成しているヘッド駆動モジュールの具体例について図１０ないし図１２を参照して説明する。図１０は同ヘッド駆動モジュールのファンクション動作例を説明する説明図、図１１は同ヘッド駆動モジュールに入力される信号例を説明する説明図、図１２は同ヘッドモジュールに入力する滴制御データＭＤ，ラッチ信号ＭＬ及び生成される滴制御信号ＭＮの一例を説明する説明図である。

このヘッド駆動モジュールにおいては、共通駆動波形Ｖｃｏｍを構成する複数の駆動パルスを選択することで異なる滴サイズの液滴を吐出させることができる。このヘッド駆動モジュールに対する各種入力データ及び信号並びに出力の状態遷移の一例は図１０に示すようになる。

ここで、滴制御データ（アナログスイッチ制御データ）ＭＤについて説明すると、図１２に示すように、吐出させる滴サイズに応じた滴制御データＭＤをシフトクロック信号ＭＣＫでタイミングを取りながらシフトレジスタ７１３にシリアル転送し、ラッチ信号ＭＬ（同図中では、ＭＬｎと表記する）によってラッチ回路７１４にラッチする。

このラッチ回路７１４にラッチする滴制御データＭＤによって、この例では８種類の滴制御信号ＭＮ０〜ＭＮ７を得ることができる。つまり、最大８種類の滴サイズの液滴を吐出させることができる（もとより共通駆動波形Ｖｃｏｍも８種類の選択が可能なように生成されることが前提である。）。

次に、データ転送部７０２からヘッドドライバ５０９への滴制御データの転送方式について図１３及び図１４を参照して説明する。図１３はパラレル転送による例を説明する説明図、図１４はシリアル転送による例を説明する説明図である。

まず、パラレル転送方式では、図１３に示すように、滴制御信号ＭＮは、画素分データ（画像データ）を転送した後にラッチ信号ＭＬを変化させる前にすべて「Ｈ」にしている。なお、ここでは、滴制御信号ＭＮが「Ｈ」のときにアナログスイッチ７１７がオン状態になるものとする。

これに対し、滴制御データをシリアル転送して滴制御信号を作成する場合、パラレル転送と同じ動作を行うには、すべての滴制御信号ＭＮを「Ｈ」にするためだけの滴制御データ（マスクデータともいう。）の転送が必要になる。

しかしながら、このようなデータを転送すると、その間は駆動波形を変化することができず、駆動周期に対して転送に要する時間（例えば約１μｓｅｃ）は無駄な時間となり、ヘッド駆動周波数を高くする（印刷速度を高くする）ことができなくなる。

また、駆動波形間（吐出待機時間）内で全てのアナログスイッチ７１７をＯＮ状態するための滴制御データＭＤの転送を行う場合、次の駆動周期の駆動波形の最初の滴制御データＭＤも待機時間内で転送する必要がある。

ところが、一般的にシフトクロックの保持時間や駆動周期を定めるエンコーダ（キャリッジ位置の検出のため）の読取時間の調整を考慮すると、待機時間内に、全てのアナログスイッチ７１７をＯＮ状態するための滴制御データＭＤの転送と次の駆動周期の駆動波形の最初の滴制御データＭＤの転送を行うことは困難である。この点でも高速駆動（高周波駆動）を行うことができない。

そこで、ヘッド駆動モジュールとして、無駄な時間を回避するためプリセット値として、滴制御データＭＤとラッチ信号ＭＬがいずれも「Ｌ」になった場合に、データ転送なにし、すべての滴制御信号ＭＮを「Ｌ」にする仕組みが必要になる。

本実施形態のヘッド駆動モジュールでは、滴制御信号ＭＮのシリアル転送のプリセット値として、すべて「Ｈ」のほかにすべて「Ｌ」も設定している。つまり、図１４に示すように、クロックＭＣＫ＝Ｈ、滴制御データＭＤ＝Ｌで、ラッチ信号ＭＬの立ち下がりで、すべての滴制御信号ＭＮを「Ｌ」にする設定を備えている。

なお、ヘッド駆動モジュールとしては、自然放電対策を行わない場合には、クロックＭＣＫ＝Ｈ、滴制御データＭＤ＝Ｈで、ラッチ信号ＭＬの立ち下がりで、すべての滴制御信号ＭＮを「Ｈ」にする設定も選択可能である。

ここで、本実施形態におけるヘッド駆動モジュールではパラレル転送及びシリアル転送のいずれでも使用できる構成としているので、この点について説明する。

画像形成装置では、高速印字を行うためにドライバＩＣ（ヘッドドライバ）自体の処理性能の高機能化や装置サイズの小型化が要求され、ドライバＩＣの性能差による影響を大きく受ける。

ここで、ヘッド駆動モジュールにおいては、搭載機種により必要な機能が異なるが、各機種毎にドライバＩＣを開発するのでは開発費の高騰を招くことになるため、各機種共通で使用出来るドライバＩＣを開発することが望まれる。

ところで、画像形成装置における高速化を図るためには、１ヘッド当たりのノズル数を増加する方法があるが、ノズル数の多いヘッドを駆動するためには、データ転送の高速化が必要になる。また、高画質化を図るためには、画像データの多値化によって吐出させる滴サイズを多くする必要がある。その結果、ヘッドに転送しなければならないデータ量が多くなる傾向にある。そのため、ドライバＩＣへデータ転送速度とデータの処理能力を上げることにより、結果として装置の高速化を図ることができる。

一般的に、個々のデータリンクの転送性能が同じなら、当然複数のビットを並行して転送するパラレル転送の方が複数のビットを順次して転送するシリアル転送よりも転送速度は速くなる。しかしながら、パラレル転送を行うためには、複数ビット分の配線を並行して設けるために、配線間で不具合が生じるなどの理由により、配線長を長くすることができない。また、パラレル転送はノイズの影響を受け易いという不利な点がある。

特に、多値化に伴って様々な滴サイズの液滴を打ち分ける場合に、上述したように共通駆動波形から滴制御信号のようなマスク信号によって必要な駆動パルスを切り出す構成を採用すると、滴制御信号の種類も多くなる。パラレル転送では、滴制御信号分の多くの信号線が必要となって、ヘッドとしては大型化する傾向になる。

パラレル転送は、画像形成装置本体側のハードウェアが簡単で、実装しやすく、単にデータをコピーするためのラッチ回路を持てばよい。一方、シリアル転送では、パラレル転送に変換する作業が必要であるという観点から、本体側回路のスペックとしてある程度の能力が求められる反面、信号線数の増加が抑制され、装置としての性能を上げられる利点があり、高性能化には欠かせないものとなっている。

そこで、同じドライバＩＣでパラレル転送とシリアル転送のいずれの構成にも対応できるようにすることで、機種によって求められるスペックが異なったとしても、ドライバＩＣ内部の信号制御により転送方式の選択に対応することが可能になるため、汎用性が高まり、新規開発のコストを下げられることになる。

さらに、シリアル転送において、デュアルエッジ方式（クロックを倍で見る）を採用することで、シングルエッジ方式（クロックを倍で見ない）に比べて、倍の処理を行うことができるので、信号線を減らしても装置の大型化を抑制できる。

そこで、本実施形態の前記ヘッド駆動モジュールは、シリアル転送方式ではデュアルエッジ方式を採用することで、小型化を含めて装置のスペックを向上できるようにしている。

次に、１駆動周期の駆動波形と次の駆動波形との間の吐出待ち時間ですべてのアナログスイッチをオン状態にしたときに圧電素子に加わる電位について図１５を参照して説明する。

前述したように、共通駆動波形Ｖｃｏｍは基準電位Ｖｅの駆動波形であるので、１駆動周期の駆動波形と次の駆動波形との間の吐出待ち時間ですべてのアナログスイッチ７１７をオン状態にしたときに圧電部材１１２（圧電素子ＰＺＴ）に加わる電位は中間電位である基準電位Ｖｅとなる。

本実施形態では基準電位Ｖｅは２０Ｖ程度としている。

次に、すべてのアナログスイッチをＯＮ状態する制御について図１６ないし図１８を参照して説明する。

圧電素子ＰＺＴの自然放電による電圧降下が生じた場合、前述したように次の駆動波形で中間電位に充電されることによって吐出すべきでない滴が吐出されたり（異常吐出）、あるいはメニスカスが振動されることなどの影響で吐出する液滴の滴速度が乱れるなどの異常吐出が生じる。

そこで、本実施形態では、検知制御部７０３で駆動波形間の中間電位をモニタリングして、所定の閾値を超える電圧降下が生じたときにデータ転送部７０２からすべてのアナログスイッチ７１７をＯＮ状態にするように、前述した滴制御データＭＤ、クロック信号ＭＣＫ、ラッチ信号ＭＬの状態を遷移させることで、電圧降下を補って、圧電素子ＰＺＴが次の駆動波形で急に充電されることによって生じる異常吐出やメニスカス乱れによる吐出異常を防止している。

この点について、具体的に説明する。まず、圧電素子ＰＺＴの自然放電による滴吐出速度に与える影響について、図１６に示すような共通駆動波形Ｖｃｏｍの落ち込み電圧Ｖと保持時間Ｔを変化させて、滴速度を測定した。図１７には圧電素子ＰＺＴに加えられる電圧変化を示している。

このときの滴吐出速度Ｖｊの変化を図１８に示している。この図１８の結果からは、保持時間Ｔが１μｓｅｃ、１.５μｓｅｃの短い波形では、落ち込み電圧Ｖが大きくなるほど吐出速度Ｖｊは遅くなる。また、保持時間Ｔが２μｓｅｃ以上の波形では、ある電圧で吐出速度Ｖｊが速くなる現象が見られるが、これは、保持時間Ｔが長くなることによって共振周期と同期して吐出速度Ｖｊが速くなったと考えられる。

ここで、目標とする滴吐出速度ＶｊをＶｊ＝７ｍ／ｓとして、目標滴吐出速度Ｖｊに対する変動許容幅を６％とすると、滴吐出速度変動幅ΔＶｊ＝０．４２ｍ／ｓとなる。これに対応する落ち込み電圧Ｖは、図１８の例では、１Ｖとなる。

なお、保持時間Ｔが長くなると、落ち込み電圧Ｖが１Ｖを超えてもΔＶｊの値は０．４２ｍ／ｓ以内に収まることがあるが、保持時間Ｔが長くなると、結果的に波形長が長くなってしまうため、駆動周期の高速化を図れなくなる。

そこで、本実施形態では、検知制御部７０３が共通駆動波形Ｖｃｏｍの中間電位の電圧降下が閾値（＝１Ｖ）を越えたことを検知したときには、データ転送部７０１から全てのアナログスイッチ７１７をＯＮ状態にするように、つまり、滴制御信号ＭＮ＝Ｌになるように、滴制御データＭＤ、クロック信号ＭＣＫ、ラッチ信号ＭＬの状態を遷移させるようにしている。

これによって、自然放電による吐出異常や異常吐出を防止することができる。

次に、キャリッジの移動範囲及び移動速度と待ち時間の関係について図１９を参照して説明する。図１９は同関係の説明に供する説明図である。

キャリッジ４の移動範囲は、図１９（ａ）に示すように、主走査方向において、画像形成を行わない非印字領域、画像形成を行う印字領域、画像形成を行わない非印字領域に分けられる。

そして、キャリッジ４の駆動制御を行うときのキャリッジ速度は、図１９（ｂ）に示すように、加減速領域、等速領域、加減速領域に分けられる。

ここで、装置の小型化を図るためには、キャリッジ速度の加減速領域でも画像形成を行う必要がある。

このキャリッジ速度の加減速領域は、等速領域に比べて、キャリッジの単位時間当たりの移動量が少なくなる。これにより、図１９（ｃ）に示すように、各駆動周期における駆動波形の待ち時間は、加減速領域での待ち時間Ｔ２の方が、等速領域での待ち時間Ｔ１よりも長くなり、結果として、圧電素子の自然放電による電圧降下が大きくなる。

そこで、上述したように、各駆動周期間における駆動波形の待ち時間の間に全てのアナログスイッチをオン状態にすることで、自然放電による電圧降下によって、誤って液滴が吐出されて画像品質が低下することを防止できる。

上記実施形態では、圧力発生手段に圧電素子を使用しているが、電位の変化に応じて動作する他の圧力発生手段で自然放電が発生するもの、例えば、撓むことが可能な対向する電極間に電位差を与えることで変位を発生させる静電アクチュエータなどを用いることもできる。

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
５０９ヘッドドライバ（ヘッド駆動モジュール）
７０１駆動波形生成部
７０２データ転送部
７０３検知制御部

Claims

液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルから液滴を吐出させる圧力を発生する複数の圧力発生手段とを有する記録ヘッドと、
１駆動周期毎に、前記記録ヘッドの圧力発生手段に与える駆動波形を生成出力する駆動波形生成手段と、
各圧力発生手段に接続され前記駆動波形が入力されるスイッチ手段と、画像データに応じて前記スイッチ手段をオン／オフ制御する選択手段とを有するヘッド駆動手段と、を備え、
前記駆動波形の中間電位をモニタリングするモニタリング手段と、
前記モニタリング手段で、１駆動周期の前記駆動波形と次の駆動周期の前記駆動波形の間で、予め定めた閾値を超える電圧降下が生じたときに、前記選択手段に対し、前記スイッチ手段をすべてオン状態にする信号を与える手段と、を有する
ことを特徴とする画像形成装置。
前記駆動波形は、前記記録ヘッドから液滴を吐出させる複数の駆動パルスを含み、
前記選択手段には、前記駆動波形の複数の駆動パルスのうちの１又は２以上の駆動パルスを選択する滴制御データがシリアル転送で入力される手段と、前記シリアル転送で入力される前記滴制御データをラッチ信号でラッチする手段と、を有し、
前記選択手段は、前記滴制御データと前記ラッチ信号が所定の状態に遷移したときに、前記画像データが入力されていない状態で、すべての前記スイッチ手段をオン状態にする
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記記録ヘッドが搭載されて主走査方向に移動走査されるキャリッジを有し、
前記キャリッジの移動速度の加減速域でも前記記録ヘッドから液滴を吐出させて画像を形成する
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。
すべての前記スイッチ手段がオン状態になったときには前記駆動波形の中間電位が前記圧力発生手段に加えられ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。
前記圧力発生手段の静電容量に応じて前記スイッチ手段をオン状態にするタイミングを異ならせ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。
前記圧力発生手段の静電容量が小さいほど前記スイッチ手段をオン状態にするタイミングを早めることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。