JP2013169658A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微駆動による消費電力の抑制を簡単な構成で行うことができない。
【解決手段】駆動波形の基準となる電位をＶ１、ノズルから液滴を吐出させないでメニスカスを振動させるために圧力発生手段を変位させるに必要な最小の電位をＶ２、圧力発生手段が所定の電位に充電された後自然放電によって電位Ｖ２まで低下するのに要する時間をＴ２、記録ヘッドのノズル内の液体表面が乾燥することで直後の滴吐出動作で異常が生じるまでの時間をＴａ、駆動波形生成手段と圧力発生手段との間を電気的に遮断した状態で保持する時間をＴｂ、とするとき、Ｔａ＞Ｔ２の関係が成り立ち、滴吐出を行わないノズルに対応する圧力発生手段を、Ｔｂ≧Ｔ２となる時間Ｔｂの間だけ駆動波形生成手段から電気的に遮断し、遮断後のタイミングで、滴吐出を行わないノズルに対応する圧力発生手段に対して電位Ｖ１の電圧を加える。
【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、液滴を吐出させないノズル（非吐出ノズルという。）のヘッドの圧力発生手段に対して液滴を吐出させずにノズルのメニスカスを振動させる所謂微駆動パルスを与えることで、ノズルのメンテナンスを行うことが知られている。

ところで、滴吐出を行わないノズルの全てに対して微駆動パルスを与えるようにした場合、消費電力が大きくなることから、所定時間或いは所定回数非吐出状態が継続した非吐出ノズルに対してのみ微駆動パルスを与えることで消費電力を低減することが知られている。

また、消費電力の低減のため、隣接する液室間で生じるクロストークを利用し、隣接するノズルを僅かな時間差で順に駆動することによって、少なく駆動回数で大きな微駆動効果を得ようとするものもある（特許文献１）。

特開２００８−２２９８９０号公報

しかしながら、微駆動の間隔を長くすると、微駆動の効果は低減し、安定した滴吐出特性を維持することができなくなるという課題がある。

また、クロストークを利用するものにあっては、短時間に多数のパルスを加え、その多数のパルスを各ヘッドで選択しなければならないため、極めて短時間で、微駆動波形の生成や切替えを高速で行わなければならないという課題がある。また、クロストークが小さく安定した滴吐出を行うことができるヘッドには適用できず、クロストークが大きくそもそも安定した滴吐出を行うことができないヘッドにしか適用できないという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で消費電力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、
液体の滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルから液体の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し、前記圧力発生手段が自然放電を生じる手段である記録ヘッドと、
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する駆動波形生成手段と、を備え、
前記駆動波形の基準となる電位をＶ１、
前記ノズルから液滴を吐出させないでメニスカスを振動させるために前記圧力発生手段を変位させるに必要な、前記電位Ｖ１に対する最小の電位差をΔＶ２、
前記圧力発生手段が所定の電位に充電された後自然放電によって前記電位差ΔＶ２だけ低下するのに要する時間をＴ２、
前記記録ヘッドのノズル内の液体表面が乾燥することで直後の滴吐出動作で異常が生じるまでの時間をＴａ、
前記駆動波形生成手段と前記圧力発生手段との間を電気的に遮断した状態で保持する時間をＴｂ、
とするとき、
Ｔａ＞Ｔ２の関係が成り立ち、
滴吐出を行わない前記ノズルに対応する前記圧力発生手段を、Ｔｂ≧Ｔ２となる時間Ｔｂの間だけ前記駆動波形生成手段から電気的に遮断し、前記遮断後のタイミングで、前記滴吐出を行わない前記ノズルに対応する前記圧力発生手段に対して前記電位Ｖ１の電圧を加える手段を有する
構成とした。

本発明によれば、消費電力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を説明する側面説明図である。 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。 駆動波形のうちの駆動パルスを選択的に与えたときの圧電素子内の電圧変化の説明に供する説明図である。 圧電素子における自然放電による電圧降下の説明に供する説明図である。 本発明の一実施形態における微駆動の説明に供する説明図である。 比較例における微駆動の説明に供する説明図である。 同実施形態における微駆動の他の例の説明に供する説明図である。 時間Ｔｄの設定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。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加えられ、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に加える電圧を基準電位Ｖ１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に加え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に加える電圧を基準電位Ｖ１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に対して加え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）を生成して出力し、駆動時には１空吐出周期内に複数の空吐出用駆動パルス（駆動信号）で構成される空吐出用駆動波形（空吐出用共通駆動波形）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ＭＮ０〜ＭＮ３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に加えられる。

次に、圧電素子に対して加える電圧と自然電圧降下について図７を参照して説明する。

駆動波形生成部７０１から図７（ａ）に示すように、電位Ｖ１から立ち下がり所定時間ホールドされた後電位Ｖ１まで立ちあがる駆動パルスＰａ、Ｐｂを含む共通駆動波形を生成して出力し、同図（ｃ）に示す滴制御信号ＭＮ０をデコーダ７１３に与えるとする。

このとき、滴制御信号ＭＮ０が「Ｈ」レベルになっている間のみアナログスイッチ７１５がオン状態になるので、圧電部材（圧電素子）１１２には、同図（ｂ）に示すように駆動パルスＰａのみが与えられる。

ここで、滴制御信号ＭＮ０が「Ｌ」レベルになっている間はデコーダ７１３の出力が「Ｌ」レベルになって、アナログスイッチ７１５はオフ状態となり、駆動波形生成部７０１と圧電素子１１２とは電気的に遮断された状態になる。

そのため、圧電素子１１２内で発生する自然放電により、同図（ｂ）に示すように、圧電素子１１２内の電位は電位Ｖ１から徐々に低下する。この自然放電による低下の部分を部分的に拡大して図７（ｄ）に示している。

このときの電位差の低下は、圧電素子１１２に蓄えられる初期電荷、圧電素子１１２の電極間の抵抗Ｒ、キャパシタンスＣがあれば、ＲＣ回路における電位の時間変化として算出することができる。この変化の一例を図８に示している。

次に、本発明の第１実施形態におけるヘッドの駆動方法について説明する。

本発明では、一般的な微駆動より低消費電力で、同等の効果を得ることのできる微駆動を実現するために、前記のアナログスイッチで駆動波形生成部と圧電素子が電気的に遮断された状態における圧電素子内の自然放電を利用している。

この点について、図９及び図１０を参照して説明する。図９は本実施形態における微駆動の説明に供する説明図、図１０は比較例における微駆動の説明に供する説明図である。

図９は本実施形態における、微駆動時の電圧の時間変化の様子を示している。図９（ａ）は駆動波形生成部７０１で生成される電圧を表している。図９（ｂ）は圧電素子内の電圧を表している。圧電素子内の電位に従って駆動する。図９（ｃ）は滴制御信号ＭＮ０が選択された場合にデコーダ７１３で生成されるアナログスイッチ７１５のオン・オフ切り替え用信号の電圧を表している。このオン・オフ切り替え用信号の電圧がＨ（オン）の値を超えている時のみ、アナログスイッチ７１５が解放されて駆動波形生成部７０１の電圧が圧電素子１１２に加えられる。

一方、図１０は比較例における従前の微駆動時の電圧の時間変化を示している。図９と同様に、図１０（ａ）は駆動波形生成部７０１で生成される電圧を表している。図１０（ｂ）は圧電素子内の電圧を表している。圧電素子内の電位に従って駆動する。図１０（ｃ）は滴制御信号ＭＮ０が選択された場合にデコーダ７１３で生成されるアナログスイッチ７１５のオン・オフ切り替え用信号の電圧を表している。

ここで、図９において、各電位Ｖ１〜Ｖ３、時間Ｔａ、Ｔｂを、次のとおり定義する。

Ｖ１：駆動波形の基準電位、
Ｖ２：ノズルから液滴を吐出させないでメニスカスを振動させるために圧電素子を変位させるに必要な、電位Ｖ１に対する最小の電位差をΔＶ２としたとき、本実施形態では電位Ｖ１から電位差ΔＶ２だけ下降した電位
Ｖ３：ノズルから液滴を吐出させるために圧電素子を変位させるに必要な、電位Ｖ１に対する最小の電位差をΔＶ３としたとき、本実施形態では電位Ｖ１から電位差ΔＶ３だけ下降した電位、
Ｔ２：圧電素子が所定の電位に充電された後自然放電によって電位Ｖ２まで（電位差ΔＶ２だけ）低下するのに要する時間、
Ｔ３：圧電素子が所定の電位に充電された後自然放電によって電位Ｖ３まで（電位差ΔＶ３だけ）低下するのに要する時間をＴ３、
Ｔａ：記録ヘッドのノズル内の液体表面（ノズルメニスカス）が乾燥することで直後の滴吐出動作で異常が生じるまでの時間
Ｔｂ：駆動波形生成手段と圧電素子との間を電気的に遮断した状態で保持する時間

まず、従前の微駆動は、図１０に示すように、記録ヘッド又はノズル列全体のノズルから液滴を吐出させないときも、図１０（ａ）に示す駆動波形生成部７０１によって液滴を吐出させないでメニスカスを振動させる微駆動パルスを生成する、つまり、電圧を変化させ、同図（ｃ）に示すようにアナログスイッチ切り替え信号を常にＨ（オン）にした状態にすることで、圧電素子内の電位を変化させ、圧電素子を駆動させることで微駆動を行うようにしている。

このようにすることで、ノズル内のインクを振動させる（揺れ動かす）ことができ、乾燥による画像劣化の影響を抑えることができる。そして、このときの消費電力量は、電圧の立下げ、立ち上げのそれぞれに必要な消費電力量と、圧電素子内で発生する前記自然放電分の電荷を常時充電するための電力量となる。

これに対し、本実施形態においては、図９（ａ）に示すように、ヘッド又はノズル列全体から液滴を吐出させないときには、駆動波形生成部７０１で生成される電圧は常に一定の電位Ｖ１であり、アナログスイッチ７１５に入力される電圧は、通常Ｌ（オフ）で、時間Ｔｂ（例えば約５００μｓｅｃ）が経過するごとに所定時間（例えば、約２０μｓｅｃ）だけＨ（オン）になる。

そして、圧電素子内の電圧はアナログスイッチ７１５がＬ（オフ）の場合は、圧電素子内での自然放電に従って電圧が降下するが、アナログスイッチ７１５がＨ（オン）になることで、駆動波形生成部７０１の電圧（電位Ｖ１）が加えられ、圧電素子内の電圧は駆動波形生成部７０１と同じ電圧値まで充電される。

このとき、まず圧電素子に加えられる電位が自然放電によって徐々に降下することで、液室１０６の体積がゆるやかに増加する。次に、アナログスイッチ７１５がオンになって充電が行われることで、液室１０６の体積は急激に減少し、液室１０６内のインクに圧力エネルギーを与えることができる。

これにより、Ｔａ＞Ｔ２、となる場合、すなわち、インクの乾燥と比較して、圧電素子自然放電によりノズル表面のインクメニスカスを振動させるために十分な電位低下を得るための時間のほうが短い場合において、インクメニスカスを振動させることができるので、インクの乾燥による滴吐出特性の劣化を防ぐことができる。

そして、このときの消費電力量は、時間Ｔｂの間に圧電素子内で発生した前記自然放電分の電荷を再充電するのに必要なだけの電荷である。

したがって、従前の微駆動パルスによる微駆動における消費電力と比較して、圧電素子内の電荷を能動的に放電、充電させるための消費電力量を抑えることができる。

なお、上記実施形態の説明では、アナログスイッチ７１５に入力される電圧は通常Ｌ（オフ）で、Ｔｂ＝約５００μｓｅｃごとに約２０μｓｅｃずつだけＨ（オン）になる例としているが、この値は圧電素子の持つ抵抗ＲとキャパシタンスC、圧電素子に加えられる基準電位（電圧初期値）Ｖ１の値、その他ヘッドの形状や液体の物性等種々の要因によって変化するので、上記具体的な数値に限定されるものではない。

要するに、Ｔｂ＞Ｔ２であればよく、また充電時間は圧電素子内の電荷量が飽和する時間であれば、より短時間でもよい。

ここで、上記の時間Ｔｂについては実験で求めることが好ましい。この例について図１２を参照して説明する。

この図１２に示す実験結果は、ある時点から１５ｓｅｃ後に滴吐出を行うとして、ある時点から時間Ｔｂ（１００μｓ〜１００００μｓ）の間隔で所定の電位Ｖ１を与え続け、１５ｓｅｃ後に滴吐出動作を行ったときに、１滴目の吐出が確認できるかを評価したものである。この図１２において、放置後吐出可否の項目における「○」は吐出を確認でき、かつ、ほぼ狙いの位置に着弾したことを、「△」は、吐出はしたが、ドットが大きく乱れたことを、「×」は、１滴目の吐出を確認できなかったことをそれぞれ示している。

この実験の条件の下では、時間Ｔｂが２０００μｓ以上であれば、１滴目から正常な吐出を行うことができることが分かる。

なお、本実施形態における微駆動では、自然放電による電圧降下特性によっては、微駆動を行ったときに滴が吐出される可能性もあるため、印刷用紙の上でなく、維持回復機構上で行うことが好ましい。

次に、インク粘度との関係について図１１を参照して説明する。図１１は本実施形態の他の例における微駆動時の電圧変化の説明に供する説明図である。

この図１１はインク粘度などが図９に示す例と変化した場合のものであり、図１１（ａ）〜（ｃ）についても、図９（ａ）〜（ｃ）と同様である。

時間Ｔ２はインクの粘度によっても変化する。例えば、インク粘度が低いときには、図１１（ｂ）に示すように、図９（ｂ）に示す電位Ｖ２よりも小さな電位（これを「電位Ｖ２１」と表記するが、電位Ｖ２１も本発明でいう「電位Ｖ２」である。）でノズルメニスカス面のインクを動かすことができるので、図１１（ｃ）に示すように、図９（ｃ）に示す時間Ｔ２よりも短い時間（これを「時間Ｔ２１」と表記するが、時間Ｔ２１も本発明でいう「時間Ｔ２」である。）となる。

したがって、例えばカラーインクのようにインクの粘度が少しずつ異なる場合は、各インクの粘度に応じて時間Ｔｂの値を異ならせることが好ましい。

これにより、粘度の異なる複数種のインクについて安定して微駆動を行うことができる。

また、インク粘度は環境温度によっても変化し、環境温度が高くなると粘度が低下して、流動し易くなる。そこで、前述したセンサ群５１５に含まれる温度センサによって環境温度を検出し、環境温度が閾値以上になれば、時間Ｔｂを閾値未満のときよりも短くすることができる。

また、環境湿度が変化すると、ノズル内のインクの乾燥速度が変化し、自然放電の時間も変化して、環境湿度が高くなると、時間Ｔ２が長くなる。そこで、前述したセンサ群５１５に含まれる湿度センサによって環境温度を検出し、環境湿度が閾値以上になれば、時間Ｔｂを閾値未満のときよりも長くすることができる。

ここで、環境湿度とインク乾燥速度の変化による時間Ｔ２の変化について説明する。

まず、圧電素子と抵抗によるＲＣ回路において、電圧Ｖ（ｔ）が減衰していく様子は、
Ｖ（ｔ）＝Ｖ１×e^-t/RC
と表わすことができる。

環境湿度が変化すると、Ｖ（ｔ）の目的値である電位Ｖ２（電位差ΔＶ２）の値自体が変化する。すなわち、電位差ΔＶ２は、「ノズルから液滴を吐出させないでメニスカスを振動させるために圧力発生手段を変位させるに必要な電位Ｖ１に対する最小の電位差」であり、インクの乾燥が進むと、インクの粘度が高くなるため、メニスカスを振動させるためにより多くの力（＝電位差）が必要になる。そして、例えば、低湿度下ではインク増粘は速くなるため、必要な電位差ΔＶ２としてもより大きな電位差が必要になる。大きな放電を稼ぐためには、より長い時間、放電が必要になるため、低湿度環境下では、時間Ｔ２は長くなる。

なお、数百マイクロから１桁ミリ秒のオーダーでは、増粘による電位差ΔＶ２の上昇よりも、放電によるＶ（ｔ）の電圧低下の速度のほうが大きいので、時間Ｔ２を伸ばしすぎることによって、放電が増粘の速度に追いつかなくなることはない。

また、上記実施形態では、駆動波形生成部７０１で生成される電圧は常に一定値の電位Ｖ１としているが、常に一定である必要はなく、圧電素子への充電を安定して行うために十分な余裕を持ったタイミングでのみ電位Ｖ１となっていれば、それ以外の時間は「０」などの電位Ｖ１より小さな値でもよいし、逆に大きな値とすることもできる。

また、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。

また、上記第１実施形態において、時間Ｔｂは時間Ｔ２との関係で、Ｔｂ≧Ｔ２としているが、更に、時間Ｔ３との関係で、Ｔｂ＜Ｔ３とする、つまり、Ｔ３＞Ｔｂ≧Ｔ２の関係が成り立つように設定する。

ここで、時間Ｔ３は、前述したように、自然放電による電圧降下が液滴を吐出させるために必要な圧力発生手段における電圧変化の最小値の電位Ｖ３になるまでに要する時間であるから、時間Ｔｂを時間Ｔ３より小さく設定することで、微駆動によって液滴が吐出されることが防止される。

これにより、記録ヘッドを維持回復機構や空吐出受けなどのインク回収機構を有する位置まで移動する必要がなくなり、印刷の直前まで本発明による微駆動を実施することができ、消費電力をより大きく低減することができる。

また、本発明における微駆動を非吐出駆動時に常に行う必要はなく、長時間画像形成を行わない場合は全ての電源をＯＦＦにしてもよく、また、従前の微駆動と併用することもできる。

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
７０１ 駆動波形生成部
７０２ データ転送部

Claims (5)

1. 液体の滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルから液体の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し、前記圧力発生手段が自然放電を生じる手段である記録ヘッドと、
   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する駆動波形生成手段と、を備え、
   前記駆動波形の基準となる電位をＶ１、
   前記ノズルから液滴を吐出させないでメニスカスを振動させるために前記圧力発生手段を変位させるに必要な、前記電位Ｖ１に対する最小の電位差をΔＶ２、
   前記圧力発生手段が所定の電位に充電された後自然放電によって前記電位差ΔＶ２だけ低下するのに要する時間をＴ２、
   前記記録ヘッドのノズル内の液体表面が乾燥することで直後の滴吐出動作で異常が生じるまでの時間をＴａ、
   前記駆動波形生成手段と前記圧力発生手段との間を電気的に遮断した状態で保持する時間をＴｂ、
   とするとき、
   Ｔａ＞Ｔ２の関係が成り立ち、
   滴吐出を行わない前記ノズルに対応する前記圧力発生手段を、Ｔｂ≧Ｔ２となる時間Ｔｂの間だけ前記駆動波形生成手段から電気的に遮断し、前記遮断後のタイミングで、前記滴吐出を行わない前記ノズルに対応する前記圧力発生手段に対して前記電位Ｖ１の電圧を加える手段を有する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ノズルから液滴を吐出させるために前記圧力発生手段を変位させるに必要な、前記電位Ｖ１に対する最小の電位差をΔＶ３、
   前記圧力発生手段が前記所定の電位に充電された後自然放電によって前記電位差ΔＶ３だけ低下するのに要する時間をＴ３、とするとき、
   Ｔ３＞Ｔｂ、の関係が成り立つ
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 環境温度を検出し、前記環境温度が閾値以上であるときには、前記環境温度が閾値未満であるときよりも前記時間Ｔｂを短く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。
4. 環境湿度を検出し、前記環境湿度が閾値以上であるときには、前記環境湿度が閾値未満であるときよりも前記時間Ｔｂを短くす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。
5. 異なる色の液体を吐出する複数の記録ヘッド又は複数のノズル列を有する記録ヘッドを備え、
   前記液体の粘度毎に前記時間Ｔｂが設定されている
   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。

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