JP2016175183A - 液体吐出ヘッドの制御方法及び液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、画像形成処理中に液体吐出ヘッドから吐出される記録液の吐出量に基づいて生じる温度分布に対応して吐出制御を行うことで、記録液の吐出動作をきめ細かく調整して画像形成処理を連続して行うことができる液体吐出ヘッドの制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】記録液が流入する流入口が設けられた共通液室８と、共通液室８に連通する複数の圧力室６と、圧力室６に対応して設けられるとともに液体を吐出する複数のノズル４と、印刷データに基づいて圧力室６内の記録液の圧力を変動させてノズル４から記録液を吐出させる液体吐出ヘッドの制御方法において、共通液室８に連通するノズル４からの記録液の吐出量に基づきノズル４の流入口からの距離に応じて圧力室６内の圧力変動を調整するように制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、インク等の液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの制御方法及び液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置に関する。

一般に、プリンタ、ファックス、コピア、プロッタ、又はこれらの出力装置のうち複数の機能を複合した画像形成装置としては、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部を備える液体吐出装置が用いられている。こうした液体吐出装置では、液体としての記録液（以下、インクともいう。）を媒体に付着させて画像形成（以下「記録」、「印刷」、「印写」、「印字」も同義語で用いる。）を行う。画像形成の際には、媒体（以下「用紙」とも称するが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」も同義語で用いる。）を搬送しながら、液滴を吐出して行われる。
なお、「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滴を吐出して画像形成を行う装置を意味する。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も意味する。また、「液体」とは、記録液、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。また、「液体吐出装置」とは液体吐出ヘッドから液滴を吐出する装置を意味し、画像形成を行うものに限定されない。

また、液体吐出ヘッドとしては、液滴を吐出するノズル、ノズルが連通する個別液室である圧力室及び各圧力室に液体を供給する比較的容積の大きな共通液室とを備えているものが挙げられる。こうした液体吐出ヘッドは、個別液室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力（エネルギー）を発生する圧力発生手段（エネルギー発生手段）を備えている。個別液室である圧力室は、加圧液室、吐出室、液体流路などとも称される。そして、圧力発生手段で発生させる圧力で圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることによってノズルから液滴を吐出させる。ここで、圧力発生手段としては、圧電素子（本明細書では電気機械変換素子と同義語として用いる。）などを用いる圧電方式が挙げられる。圧電方式以外では、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマル方式、静電力を発生する静電型アクチュエータを用いる静電方式などが知られている。
近年、液体吐出ヘッドを備える画像形成装置は、用途の広がりに伴い、高速化及び高画質化が求められている。高速化については、液滴吐出周波数の高周波化や、用紙幅と同じ長さのノズル列を持つ記録ヘッド部を搭載したラインヘッド方式の採用により実現されてきている。また、高画質化については、部品、組立技術向上による吐出液滴の体積ばらつきの低減、着弾位置精度の向上、液滴吐出制御の精度向上、画像処理技術の向上により実現されてきている。

しかし、従来の画像形成装置では、商業印刷等のように非常に高いレベルで処理速度及び画質を求められる用途では、さらなる高速化及び高画質化の要求に十分対応することができなかった。すなわち、高速化及び高画質化を進める場合に互い相反する部分が多く、両者をともに実現することは技術的な困難があったためである。例えば、高速化のためには、液滴の吐出周波数の向上及びノズルの高密度化を実現する必要があるが、こうした高速化技術は液体吐出ヘッド内の記録液に温度ムラが発生するようになる。そのため、記録液の低温部分と高温部分とでは、液滴吐出速度や液滴吐出量が変化して、画質劣化の原因となる。また、高速化それ自体の副作用として、液体吐出ヘッドに対向する用紙の搬送速度が高速となるため、吐出する液滴の着弾タイミングをより精密に調整しないと画質劣化を招くようになる、という問題があった。

記録液の温度ムラの発生を回避するためには、ノズル列方向に複数の温度センサを配置し、複数の温度センサで検知された温度に基づき液体吐出ヘッド全体の駆動波形を制御することが考えられる。また、特許文献１では、印字で消費したインク量を演算し、演算したインク量が基準消費量を超えた場合には、次の印字開始時刻を遅延させて、次の印字開始までの期間でインクジェットヘッドを自然冷却し、ノズルに対応した部分における温度差を小さくする制御方法が開示されている。
特許文献２では、液体吐出ヘッドを複数の領域に分割し、領域ごとに駆動頻度をカウントし、カウント数に応じて駆動波形を制御して、ヘッド内の局所的な発熱に応じた駆動波形制御を実施し、複数の領域の吐出特性を均一化する制御方法が開示されている。特許文献２に記載された制御方法であれば、ヘッド内の領域毎の吐出ドット数に基づいてヘッド内温度分布を類推し、それを相殺するように波形の強さを制御することで、ヘッドの局所的な温度上昇の影響を低減することができる。

上述した温度センサを複数配置する従来の方法は、液体吐出ヘッド内に温度センサ、検出回路及びこれらを接続する配線を複数実装する必要があり、コストアップや液体吐出ヘッドの大型化につながってしまう。また、特許文献１における制御方法によれば、印字しない待ち時間を設定することで、温度上昇の影響を受けずに画像形成を行うことができる。しかし、近年の商業印刷等の分野で用いられているラインヘッド方式による画像形成装置では、高速化が求められるため、できるだけ休止期間のない画像形成の連続処理が必要となり、特許文献１に記載された制御方法では対応できない。

特許文献２に記載された制御法では、ヘッド内の温度分布を局所的に変動させる要因として、発熱について考慮されているが、インク吐出に伴うヘッド内のインクの流通による冷却作用については、考慮されていない。すなわち、同じヘッド構造であっても、各ノズルにおけるインク吐出量が変動する吐出制御が行われた場合に、吐出制御に伴う発熱量が変動するとともにヘッド内のインクの流動による温度への影響も異なってくる。そのため、こうしたヘッド内の温度の変動要因にきめ細かく対応していかないと、画像形成処理の高速化及び高画質化といった要請に十分に応えていくことが困難となる。

そこで、本発明は、画像形成処理中に液体吐出ヘッドから吐出される記録液の吐出量に基づいて生じる温度分布に対応して吐出制御を行うことで、記録液の吐出動作をきめ細かく調整して画像形成処理を連続して行うことができる液体吐出ヘッドの制御方法及び液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、記録液が流入する流入口が設けられた共通液室と、前記共通液室に連通する複数の圧力室と、前記圧力室に対応して設けられるとともに液体を吐出する複数のノズルとを有し、印刷データに基づいて前記圧力室内の記録液の圧力を変動させて前記ノズルから記録液を吐出させる液体吐出ヘッドの制御方法において、前記共通液室に連通する前記ノズルからの記録液の吐出量に基づき前記ノズルの前記流入口からの距離に応じて前記圧力室内の圧力変動を調整するように制御する液体吐出ヘッドの制御方法である。

本発明によれば、液体吐出ヘッドにおける各ノズルからの記録液の吐出量に基づいて吐出制御しているので、画像形成処理中に液体吐出ヘッドに生じる温度分布に対応してきめ細かく吐出動作を調整することができる。

図１Ａは、本発明の実施形態に係る画像形成装置の液体吐出ヘッドをノズル方向から見た平面図である。図１Ｂは、液体吐出ヘッドの側面図である。 液体吐出ヘッドを図１Ａの矢視Ａ−Ａでみた断面図である。 液体吐出ヘッドを駆動制御する画像形成装置の印刷制御部及びヘッドドライバの構成を説明する図である。 １ノズル列の１０個のノズルから所定時間連続して吐出動作させた場合の温度分布を示すグラフである。 所定の温度環境において所定時間連続して吐出動作させた場合における吐出動作の種類ごとの温度上昇値を示すリストである。 液体吐出ヘッドの制御方法を適用する画像形成装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図である。 図６に示す機構部の要部平面説明図である。 本発明の他の実施形態に係る液体吐出ヘッドの制御方法を適用する画像形成装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図である。

共通液室に連通する複数のノズルを備え、印刷データに基づき各ノズルから記録液を吐出するように駆動制御する液体吐出ヘッドでは、各ノズルからの記録液の吐出量の変動に伴いヘッド内の発熱量の変動及び記録液の流動が生じて温度ムラが生じるようになる。記録液の流動による温度ムラは、記録液の吐出量に対応して共通液室内に流入する記録液の冷却作用により生じるようになり、記録液の流入口に近いノズルほどその影響を受けやすく、遠いノズルほど影響は小さくなる。また、共通液室に連通する複数のノズルからの記録液の吐出量が多くなるほど記録液の流入量が増加するため、流入する記録液の冷却作用が大きくなり、ノズルの流入口からの距離に応じてその影響の差が大きくなる。そのため、本発明では、共通液室に連通する複数のノズルからの記録液の吐出量に基づきノズルの流入口からの距離に応じて圧力室内の圧力変動を調整するように制御する。
記録液の流入口より遠いノズルの方が流入する記録液の冷却作用の影響を受けにくくなるため、近いノズルよりも圧力室内の圧力変動が相対的に小さくなるように調整することで、ヘッド内の温度分布に的確に対応して各ノズルの吐出制御を行うことができる。そのため、液体吐出ヘッドの温度ムラによる画像形成処理の休止が不要となって画像形成処理の高速化を図ることが可能となる。また、液体吐出ヘッドの温度分布に合わせて各ノズルからの吐出動作をきめ細かく調整できるので、ムラのない高画質の画像形成処理を安定して行うことが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る画像形成装置について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の液体吐出ヘッド１００のノズル方向から見た平面図（図１Ａ）及び側面図（図１Ｂ）である。また、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。液体吐出ヘッド１００は、液室基板となる流路部材１と、流路部材１の一方の面に接合した振動板部材２と、流路部材１の他方の面に接合したノズル板３とを備えている。これらの部材を接合することで、ノズル板３に形成された複数のノズル４にそれぞれ連通する流路が形成されている。形成された流路には、各ノズル４に対応する圧力室６、各圧力室６に連通する液体抵抗部７及び連通路１０が設けられている。連通路１０は、振動板部材２に形成された連通部９を介して共通液室８に連通している。共通液室８は、後述するフレーム部材１７に形成されている。共通液室８には、記録液供給部から記録液が供給されており、共通液室８に流入した記録液は、連通路１０及び液体抵抗部７を流通して、圧力室６に供給するようになっている。各ノズル４から記録液が吐出された場合にその吐出量に応じて共通液室８から圧力室６に記録液が流入する。

流路部材１は、結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで、流路となる溝及び開口が形成されている。なお、流路部材１は、ステンレスなどの金属基板を酸性エッチング液を用いたエッチング処理又は打ち抜きなどの機械加工により、流路を形成することもできる。また、流路部材１と、ノズル板３又は振動板部材２とを電鋳処理により一体形成することもできる。その他にも感光性樹脂などを用いた加工処理により流路を形成することもできる。
振動板部材２は、圧力室６に接合する側から第１層２ａ、第２層２ｂ及び第３層２ｃの３層構造のニッケルプレートで形成されており、例えば電鋳処理により作製することができる。なお、振動板部材２は、例えば、ポリイミドなどの樹脂部材とステンレスなどの金属プレートとの積層部材、又は、樹脂材料から形成した基板部材などを用いることもできる。
ノズル板３は、各圧力室６に対応して多数のノズル４が形成されており、流路部材１に接着剤により接合している。ノズル板３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属材料、ポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂材料、シリコン材料、又はこれらを複数組み合わせた複合材料からなる基板部材を用いることができる。また、ノズル４の内側の形状は、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、ノズル４の内径については、液滴吐出口側の直径で１４μｍ〜３５μｍに設定するとよい。
ノズル板３の吐出面（吐出方向の外表面）には、撥水性の表面処理を施した撥水処理層が形成されている。撥水処理層としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）−ニッケル（Ｎｉ）共析メッキ処理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）の蒸着コートによるものが挙げられる。また、撥水処理層をシリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け処理により形成することもできる。こうした撥水処理層は、記録液物性に応じて選定して形成することで、記録液の滴形状及び飛翔特性を安定化させて、高品位の画像品質を得られるようにしている。

振動板部材２には、各圧力室６に対応して第１層２ａで形成した変形可能な領域であるダイヤフラム部（振動領域）２Ａがそれぞれ設けられており、各ダイヤフラム部２Ａの中央部に第２層２ｂ及び第３層２ｃを積層して形成された凸部２Ｂが設けられている。各凸部２Ｂには、圧力発生手段（アクチュエータ手段）を構成する積層型の圧電素子１２Ａがそれぞれ接合している。
複数の圧電素子１２Ａは、１つの圧電素子部材１２にハーフカットの溝加工（スリット加工）により分断することなく櫛歯状に形成されている。圧電素子部材１２は、複数の圧電素子１２Ａの配列方向に沿ってベース部材１３上に固定配置されている。圧電素子部材１２は、１列に配列された複数の圧電素子１２Ａの間に支柱部がそれぞれ設けられており、支柱部は、圧電素子であるものの駆動されることはない。各支柱部は、各圧力室６の間の隔壁部にそれぞれ対応して接合している。
圧電素子部材１２は、例えば、厚さ１０μｍ〜５０μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電層と、厚さ数μｍの銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層とを交互に複数積層して形成されている。内部電極層は、積層方向に沿う両端面に交互に露出して選択電極（外部電極）である個別電極１５Ａ及び共通電極１５Ｂにそれぞれ電気的に接続している。個別電極１５Ａは、ＦＰＣ（フレキシブルプリントケーブル）１６を介して後述するヘッドドライバ４０（図３）に接続されている。

圧電素子１２Ａの圧電定数はｄ３３（ｄ３３は内部電極面に垂直（厚み方向）の伸び縮みを指す）であり、圧電素子１２Ａの伸縮により振動領域２Ａを変位させて圧力室６を収縮又は膨張させることで、圧力室６内の記録液に圧力変動が生じる。即ち、圧電素子１２Ａに駆動信号を印加して充電が行われると伸長し、また圧電素子１２Ａに充電された電荷が放電すると反対方向に収縮する。
なお、圧電素子部材１２の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて圧力室６内の記録液を圧力変動させる構成とすることも、圧電素子部材１２の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて圧力室６内の記録液を圧力変動させる構成とすることもできる。本実施形態ではｄ３３方向の変位を用いた構成を採っている。

ベース部材１３は、金属材料で形成することが好ましい。ベース部材１３の材質（材料）が金属であれば、圧電素子部材１２の自己発熱による蓄熱を防止することができる。さらに、振動板部材２の周囲にはフレーム部材１７が接着剤で接合されている。このフレーム部材１７には各圧力室６に記録液を供給する共通液室８が形成されている。共通液室８には、記録液供給部から記録液が流入する流入口１８が設けられている。共通液室８から振動板部材２に形成した連通部９を介して圧力室６に記録液が供給される。

共通液室８は、圧力室６の並び方向（ノズル４の並び方向：これを「共通液室長手方向」という）に平面形状で長方形状に形成されている。共通液室８を形成する壁面の中で、少なくとも一つの壁面を振動板部材２の第１層２ａで形成することにより、フレーム部材１７で形成される他の壁面よりも剛性が低いダンパ部材２０となる。

なお、ダンパ部材２０は１層ではなく２層でもよいし、或いはダンパ部材２０のみを振動板部材２と異なる材料で構成してもよい。また、ダンパ部材２０は、例えば金属Ｎｉのような気体の透過性が低い素材で構成されていることが望ましいが、樹脂膜等で形成されていてもよい。

図３は、以上で説明した液体吐出ヘッド１００を駆動制御する画像形成装置の印刷制御部３０及びヘッドドライバ４０の構成を説明する図である。印刷制御部３０は、駆動波形生成部３０（１）、データ転送部３０（２）、吐出カウント部３０（３）及び駆動補正部３０（４）を備えている。駆動波形生成部３０（１）は、駆動実施時には１印刷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）を生成して出力する。データ転送部３０（２）は、空吐出パターンに応じた２ビットの駆動波形選択用データ（階調信号０、１）と、クロック信号、ラッチ信号（ＬＡＴ）、滴制御信号ＭＮ０〜ＭＮ３を出力する。吐出カウント部３０（３）は、液体吐出ヘッド１００全体の吐出動作の回数をカウントするとともに吐出量の異なる吐出動作の種類別にカウントする。この例では、後述するように、大滴吐出、小滴吐出及び微駆動吐出の３種類の吐出動作別に吐出回数をカウントする。駆動補正部３０（４）は、吐出カウント部３０（３）においてカウントされた吐出動作別のカウント値に基づき液体吐出ヘッド１００内の温度分布に対応する温度補正値を算出して駆動波形生成部３０（１）で生成される駆動波形を補正する。

滴制御信号ＭＮ０〜ＭＮ３は、ヘッドドライバ４０の後述するスイッチ手段であるアナログスイッチ４０（５）の開閉を滴毎に指示する２ビットの信号である。滴制御信号ＭＮ０〜ＭＮ３は、共通駆動波形の印刷周期に合わせて選択すべき波形で、選択時には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４０は、シフトレジスタ４０（１）、ラッチ回路４０（２）、デコーダ４０（３）、レベルシフタ４０（４）及びアナログスイッチ４０（５）を備えている。シフトレジスタ４０（１）は、データ転送部３０（２）からの転送クロック（シフトクロック）及びシリアル駆動波形用データ（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。ラッチ回路４０（２）は、シフトレジスタ４０（１）の各レジスト値をラッチ信号によってラッチする。デコーダ４０（３）は、階調データと滴制御信号ＭＮ０〜ＭＮ３をデコードしてその結果を出力する。レベルシフタ４０（４）は、デコーダ４０（３）のロジックレベル電圧信号をアナログスイッチ４０（５）が動作可能なレベルにレベル変換する。アナログスイッチ４０（５）は、レベルシフタ４０（４）を介して与えられるデコーダ４０（３）の出力でオン／オフ（開閉）される。

アナログスイッチ４０（５）は、各圧電素子１２Ａの選択電極（個別電極）１５Ａ（図２）に接続され、駆動波形生成部３０（１）からの共通駆動波形が入力される。したがって、シリアル転送された駆動波形選択用データ（階調データ）と滴制御信号ＭＮ０〜ＭＮ３をデコーダ４０（３）でデコードした結果に応じて、アナログスイッチ４０（５）がオンする。それによって共通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１２Ａに印加される。

上述した液体吐出ヘッド１００では、共通液室８と連通する１０個のノズル４が直線状に配列されて１ノズル列に設定されており、駆動波形生成部３０（１）は、１ノズル列に対応して１０個配置されている。そして、各駆動波形生成部３０（１）は、異なる波形を生成することで、ノズル列内の吐出駆動制御を行う。なお、１ノズル列に配置される駆動波形生成部３０（１）の数は１０個でなくてもよい。また、駆動波形生成部３０（１）は、必ずしも印刷制御部３０に配置する必要はなく、例えばヘッドドライバ４０に配置して、ノズル４ごとに波形を生成することもできる。

次に、以上説明した液体吐出ヘッドを、所定時間連続して吐出動作させた場合の温度分布について説明する。図４は、１ノズル列の１０個のノズル４から所定時間連続して吐出動作させた場合の温度分布を示すグラフである。縦軸に温度をとり、横軸にノズル４の位置をとっており、ノズル４の位置が共通液室８の記録液流入口に近い順に左から右に等間隔でプロットするようにしている。ノズル４からの吐出動作は、記録液の吐出量が異なる大滴吐出、小滴吐出及び微駆動吐出の３種類について行い、それぞれの場合の温度分布を測定した。また、比較のため駆動のない状態での温度分布についても測定した。
一般的な液体吐出ヘッドでは、圧力発生素子が駆動する際に熱が発生するため、ヘッド駆動時にヘッド内の温度が上昇することが知られている。また、ヘッドの温度上昇には、場所によってムラがあることが知られているが、こうした温度ムラはノズルからの吐出量によって変化することが知られている。

大滴吐出の場合には、単位時間当たりの駆動パルスが多くなるため、他の吐出動作に比べて発熱量が大きくなる。一方、単位時間当たりの吐出量が多くなるため、流入口からの記録液の流入量が多くなり、流入口に近いノズルほど温度は低下するようになる。すなわち、図４に示すように、流入口に近い位置から遠い位置になるほど温度上昇幅が大きくなってグラフが右肩上がりの温度分布となっている。
微駆動吐出の場合には、吐出量がわずかであるため、流入口からの記録液の流入はほとんどなく、記録液の流入による冷却作用の影響はわずかとなる。そのため、ヘッド構造体外面からの熱の放射や、ヘッド保持装置又は空気への伝熱が主な放熱要因となる。したがって、図４に示すように、吐出動作によりノズル列全体がほぼ均一に温度上昇し、ノズル列の両端部において放熱により多少低下する温度分布となる。
小滴吐出の場合には、発熱量及び吐出量が共に大滴吐出と微駆動吐出との中間の値となるため、温度分布も大滴吐出と微駆動吐出との間の中間の傾向を示す。

以上のように、一般的な液体吐出ヘッドでは、画像形成時の大滴吐出、小滴吐出、微駆動吐出といった吐出動作により温度分布が変化するため、吐出動作の頻度に応じてヘッド内の温度分布が変化するようになる。そのため、こうした温度変化に応じて吐出動作の補正が行われないままの状態では、特に大滴吐出の多い画像形成処理において、共通液室の流入口に近い側と遠い側では、吐出する液滴のサイズや着弾位置の精度が悪化する現象が発生する。
したがって、共通液室に連通するノズルからの吐出量に基づきノズルの流入口からの距離に応じて圧力室内の圧力変動を調整することで、温度分布による影響を抑止して連続吐出動作を行っても安定した画像形成処理を実現することが可能となる。共通液室に連通するノズルからの吐出量については、上述した異なる吐出量の吐出動作の頻度により正確に把握することができる。また、圧力室内の圧力変動については、圧電素子に入力する駆動波形を変化させることできめ細かく調整することができる。

以下に、液体吐出ヘッドの吐出量に基づきヘッド内に生じる温度分布に応じて制御する方法について具体例を説明する。図５は、所定の温度環境において所定時間連続して吐出動作を行った場合の吐出動作の種類ごとの温度上昇値を示すリストである。図５では、液体吐出ヘッドにおいて共通液室の連通するノズル列を配列方向に１０区画に区分し、共通液室の流入口に近い区画から順に１〜１０の番号を付与している。吐出動作として、微駆動吐出、小滴吐出及び大滴吐出をそれぞれ所定時間連続して行い。区画別に温度上昇値を測定した。
なお、ノズル列を区分する区画数は１０に限定されることはない。例えば、測定対象となる液体吐出ヘッド内の熱伝導性が低い場合、液体吐出ヘッドのサイズが大きい場合、温度制御を精密に実施したい場合には区分数を多くした方が望ましく、逆の場合には計算を簡略化するために区分数を少なくした方が望ましい。
また、連続して吐出する駆動時間Ｔは、液体吐出ヘッド内の温度上昇が飽和する時間以下に設定することが望ましく、例えば、画像形成装置の１ジョブ当りの連続駆動時間の平均値とするのが望ましい。
図５に示すデータは、画像形成装置が設置されている環境温度における、液体吐出ヘッド内の発熱量及び記録液の共通液室への流入量による実際の温度変化を示しており、吐出動作の種類ごとの温度上昇幅を示している。駆動補正部３０（４）では、図５に示すデータを吐出動作を行う駆動波形の補正用テーブルとして使用することができる。

図５に示すデータを補正用テーブルとして用いて液体吐出ヘッドを制御する場合、まず、吐出カウント部３０（３）において、液体吐出ヘッド全体のノズルからの吐出動作をカウントする処理を行い、連続駆動時間Ｔにおける吐出動作をカウントする。
そして、駆動補正部３０（４）では、連続駆動時間Ｔにおけるカウント値に基づいて微駆動吐出、小滴吐出及び大滴吐出の比率を算出する。算出された比率を用いて温度上昇値の加重平均を行い、以下の式（１）により区画１〜区画１０における温度補正値Δｘ₁〜Δｘ₁₀を算出する。
Δｘ_n＝ΔＡ_n×ａ_n＋ΔＢ_n×ｂ_n＋ΔＣ_n×ｃ_n・・・式（１）
ΔＡ_n：区画ｎにおける微駆動吐出の温度上昇値
ΔＢ_n：区画ｎにおける小滴吐出の温度上昇値
ΔＣ_n：区画ｎにおける大滴吐出の温度上昇値
ａ_n：区画ｎにおける微駆動吐出の比率
ｂ_n：区画ｎにおける小滴吐出の比率
ｃ_n：区画ｎにおける大滴吐出の比率
例えば、連続駆動時間Ｔにおける液体吐出ヘッド全体の吐出動作のカウント値が以下の比率であった場合、
微駆動吐出：３０％
小滴吐出：５０％
大滴吐出：２０％
区画１における温度補正値は６．０℃となり、区画１０における温度補正値は１１．３℃となる。この例では、各区画における吐出動作の比率をすべて同じ比率に設定している。そして、算出された各区画の温度補正値を環境温度に加算した温度が液体吐出ヘッド内の温度分布となる。環境温度は、液体吐出ヘッドの内部又は近傍に取り付けられた温度検知センサ等によって測定することができる。また、共通液室に流入する記録液の温度を環境温度して用いることもできる。得られた温度分布に基づいて各区画において入力される駆動波形を補正することで、様々な画像形成処理を行う場合でも、温度分布の影響による液滴の着弾位置ずれやドット径のバラツキを抑え、精密な吐出制御を行うことが可能となる。

駆動波形を補正する場合、設定温度ごとに、吐出する液滴の速度及び吐出量が均一となる駆動波形を予め設定しておき、温度分布に応じて適宜駆動波形を選択することで精度よく補正することができる。また、基準となる駆動波形を温度分布に応じて波形全体の電圧を変化させて調整したり、複数パルスからなる駆動波形の場合には、温度分布に応じて最終パルスなどの波形の一部を変化させて調整することもできる。圧電素子を用いている場合には、駆動波形のパルス保持時間を温度分布に応じて調整することで振動による共振レベルを調整して、吐出圧力を補正することもできる。また、圧電素子に複数パルスからなる駆動波形を印加する場合には、パルス間隔及びパルス幅を温度分布に応じて調整することで振動による共振レベルを調整して、吐出圧力を補正することもできる。こうした温度分布に応じて駆動波形を変化させる制御方法を用いることで、設定温度ごとの駆動波形に関する設計の手間を省くことができる。
また、区画ごとの駆動波形のデューティ比に大きな差がある場合には、上述した温度分布に応じて設定された駆動波形に他の補正係数を掛けて補正処理を行うことで、駆動波形の制御を行うこともできる。また、共通液室に流入する記録液を所定の温度になるように温度調整しておくことで、液体吐出ヘッドの外部における温度変化の影響を排した、より高精度の補正を行うことができる。

次に、本実施形態に係る液体吐出ヘッドの制御方法を適用する画像形成装置の一例について図６及び図７を参照して説明する。図６は、画像形成装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図であり、図７は同機構部の要部平面説明図である。
画像形成装置１０１は、シリアル型画像形成装置である。キャリッジ１３３は、左右の側板１２１Ａ、１２１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド１３１、１３２で主走査方向に摺動自在に保持されている。キャリッジ１３３は、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）に移動走査する。

キャリッジ１３３には、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋの各色のインク滴を吐出するための液体吐出ヘッド１００（１）が装着されている。液体吐出ヘッド１００（１）の複数のノズルからなるノズル列は、主走査方向と直交する副走査方向に配列され、インク滴吐出方向を下方に向けて装着されている。

液体吐出ヘッド１００（１）は、それぞれ２つのノズル列（１００（１）ａ、１００（１）ｂ）を有し、液体吐出ヘッド１００（１）の一方のノズル列１００（１）ａはブラック（Ｋ）の液滴を、他方のノズル列１００（１）ｂは、シアン（Ｃ）の液滴を吐出する。液体吐出ヘッド１００（１）の一方のノズル列１００（１）ｂはマゼンタ（Ｍ）の液滴を、他方のノズル列１００（１）ａはイエロー（Ｙ）の液滴を、それぞれ吐出する。また、キャリッジ１３３には、液体吐出ヘッド１００（１）のノズル列に対応して各色のインクを供給するための液体吐出ヘッドタンク（サブタンク）１３４ａ、１３４ｂが搭載されている。液体吐出ヘッドサブタンク１３４ａ、１３４ｂには各色の供給チューブ１３６を介して、各色のインクカートリッジ１１０（１１０ＹＭＣＫ）から各色のインクが補充供給される。

キャリッジ１３３の走査方向一方側の非印字領域には、液体吐出ヘッド１００（１）のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む維持回復機構１８１を配置している。この維持回復機構１８１には、キャップ部材１８２（１８２ａ、１８２ｂ）、ワイパーブレード１８３及び空吐出受け１８４などを備えている。各キャップ部材１８２（１８２ａ、１８２ｂ）は、液体吐出ヘッド１００（１）の各ノズル面をキャッピングする。ワイパーブレード１８３は、ノズル面をワイピングするためのブレード部材である。空吐出受け１８４は、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。

キャリッジ１３３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）１８８を配置する。インク回収ユニット１８８には、液体吐出ヘッド１００（１）のノズル列方向に沿った開口部１８９などを備えている。

画像形成装置１０１は、図６に示すように、給紙トレイ１０２の用紙積載部（圧板）１４１上に積載した用紙１４２を給紙するための給紙部を備えている。給紙部は、用紙積載部１４１から用紙１４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）１４３及び給紙コロ１４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１４４を備え、この分離パッド１４４は給紙コロ１４３側に付勢されている。

画像形成装置１０１は、給紙トレイ１０２から給紙された用紙１４２を液体吐出ヘッド１００（１）の下方側に送り込むための搬送機構を備えている。搬送機構は、用紙１４２を案内するガイド部材１４５と、カウンタローラ１４６と、搬送ガイド部材１４７と、先端加圧コロ１４９を有する押さえ部材１４８と、搬送ベルト１５１とを備えている。搬送ベルト１５１は、給送された用紙１４２を静電吸着して液体吐出ヘッド１００（１）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１５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１５２とテンションローラ１５３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されている。

搬送ベルト１５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ１５６は、搬送ベルト１５１の表層に接触し、搬送ベルト１５１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１５１は、副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ１５２が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。

また、画像形成装置１０１は、液体吐出ヘッド１００（１）で記録された用紙１４２を排紙するための排紙部を備えている。排紙部は、搬送ベルト１５１から用紙１４２を分離するための分離爪１６１と、排紙ローラ１６２及び排紙コロ１６３とを備え、排紙ローラ１６２の下方に排紙トレイ１０３を備えている。
また、装置本体の背面部には両面ユニット１７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット１７１は搬送ベルト１５１の逆方向回転で戻される用紙１４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ１４６と搬送ベルト１５１との間に給紙する。また、この両面ユニット１７１の上面は手差しトレイ１７２となっている。

以上のように構成した画像形成装置１０１においては、給紙トレイ１０２から用紙１４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙１４２はガイド部材１４５で案内される。そして、用紙１４２は、搬送ベルト１５１とカウンタローラ１４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド部材１４７で案内されて先端加圧コロ１４９で搬送ベルト１５１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１５６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る。搬送ベルト１５１は、交番する帯電電圧パターン、即ち、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る。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト１５１上に用紙１４２が給送されると、用紙１４２は搬送ベルト１５１に吸着され、搬送ベルト１５１の周回移動によって用紙１４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ１３３を移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド１００（１）を駆動することにより、停止している用紙１４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙１４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。画像形成装置１０１は、記録終了信号又は用紙１４２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１４２を排紙トレイ１０３に排紙する。
このようなシリアル型画像形成装置において、本発明に係る液体吐出ヘッドの制御方法を用いた吐出動作を行うことによって、液体吐出ヘッドの温度分布に応じて吐出動作をきめ細かく調整して安定した画像形成処理を連続して行うことができる。

次に、液体吐出ヘッドを含む画像形成装置の他の実施形態について説明する。
図８は、本発明の他の実施形態に係る画像形成装置２０１の機構部の全体構成を説明する概略構成図である。
画像形成装置２０１は、フルライン型液体吐出ヘッドを備えたライン型画像形成装置であり、装置本体の内部に画像形成部２０２及び用紙を搬送する搬送機構２０５等を有する。装置本体の一方側には多数枚の用紙２０３を積載可能な給紙トレイ２０４を備える。画像形成装置２０１は、給紙トレイ２０４から給紙される用紙２０３を取り込み、搬送機構２０５によって用紙２０３を副走査方向に搬送しながら画像形成部２０２によって所要の画像を記録する。画像を記録した用紙２０３は、装置本体２０１の他方側に装着された排紙トレイ２０６に排紙される。

画像形成部２０２は、記録液を収容した液体タンクを一体にし、用紙の幅方向（搬送方向と直交する方向）の長さ相当分のノズル列を有する液体吐出ヘッドで構成したライン型液体吐出ヘッド１００（２）Ｙ〜Ｋを備えている。これらのライン型液体吐出ヘッド１００（２）Ｙ、１００（２）Ｍ、１００（２）Ｃ、１００（２）Ｋは、液体吐出ヘッドホルダに取り付けられている。

ライン型液体吐出ヘッド１００（２）Ｙ〜Ｋは、用紙搬送方向上流側からそれぞれ例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に各色の液滴を吐出する。なお、ライン型液体吐出ヘッド１００（２）としては、各色の液滴を吐出する複数のノズル列を所定間隔で配置した１つの液体吐出ヘッドを用いることもできるし、ライン型液体吐出ヘッド１００（２）と液体カートリッジを別体としたものを用いることもできる。給紙トレイ２０４の用紙２０３は、給紙コロ２２１によって１枚ずつ分離されて装置本体２０１内に給紙され、用紙供給ローラ２２５によって搬送機構２０５に送り込まれる。

搬送機構２０５は、駆動ローラ２３２と従動ローラ２３１との間に掛け渡した搬送ベルト２３３を備えている。さらに、搬送機構２０５は、搬送ベルト２３３を帯電させるための帯電ローラ２３６と、搬送ベルト２３３を画像形成部２０２に対向する部分で案内するガイド部材（プラテンプレート）２３５とを備えている。そして、搬送機構２０５は、搬送ベルト２３３に付着した記録液（インク）を除去するためのクリーニング手段である多孔質体などからなる記録液拭き取り部材（ここでは、クリーニングローラ）２３４を備えている。また、搬送機構２０５は、用紙２０３を除電するための導電ゴムを主体とした除電ローラと、用紙２０３を搬送ベルト２３３側へ押える用紙押さえローラとを備えている。

また、搬送機構２０５の下流側には画像が記録された用紙２０３を排紙トレイ２０６に送り出すための排紙ローラ２３８、２３９を備えている。
このように構成したライン型画像形成装置においても、搬送ベルト２３３を帯電させて用紙２０３を送り込むことによって、静電力で用紙２０３が搬送ベルト２３３に吸着される。そして、用紙２０３は、搬送ベルト２３３の周回移動によって搬送され、画像形成部２０２によって画像が形成されて、排紙トレイ２０６に排紙される。

このようなライン型画像形成装置において、本発明に係る液体吐出ヘッドの制御方法を用いた吐出動作を行うことによって、液体吐出ヘッドの温度分布に応じて吐出動作をきめ細かく調整して安定した画像形成処理を連続して行うことができる。
なお、本実施形態に係る画像形成装置は、例えば、プリンタ／ファックス／複写の単機能機やこれらの複合機などの画像形成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定着処理液などを用いる液体吐出装置、その他の前述したような各種の液体を吐出する液体吐出装置にも適用することができる。

１・・・流路部材、２・・・振動板部材、３・・・ノズル板、４・・・ノズル、６・・・圧力室、７・・・液体抵抗部、８・・・共通液室、９・・・連通部、１０・・・連通路、１２・・・圧電素子部材、１２Ａ・・・圧電素子、１３・・・ベース部材、１６・・・ＦＰＣ、１７・・・フレーム部材、２０・・・ダンパ部材、３０・・・印刷制御部、３０（１）・・・駆動波形生成部、３０（２）・・・データ転送部、３０（３）・・・吐出カウント部、３０（４）・・・駆動補正部、４０・・・ヘッドドライバ、４０（１）・・・シフトレジスタ、４０（２）・・・ラッチ回路、４０（３）・・・デコーダ、４０（４）・・・レベルシフタ、４０（５）・・・アナログスイッチ、１００、１００（１）、１００（２）・・・液体吐出ヘッド。

特開２００５−３４３０３０号公報 特開２０１４−０５８０７７号公報

Claims (8)

1. 記録液が流入する流入口が設けられた共通液室と、前記共通液室に連通する複数の圧力室と、前記圧力室に対応して設けられるとともに液体を吐出する複数のノズルとを有し、印刷データに基づいて前記圧力室内の記録液の圧力を変動させて前記ノズルから記録液を吐出させる液体吐出ヘッドの制御方法において、前記共通液室に連通する前記ノズルからの記録液の吐出量に基づき前記ノズルの前記流入口からの距離に応じて前記圧力室内の圧力変動を調整するように制御する液体吐出ヘッドの制御方法。
2. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドの制御方法において、
   液体吐出ヘッドの前記吐出量の異なる吐出動作別に吐出回数をカウントし、カウント値に基づき前記ノズルの前記流入口からの距離に応じて前記圧力室内の圧力変動を調整するように制御する液体吐出ヘッドの制御方法。
3. 請求項２に記載の液体吐出ヘッドの制御方法において、
   カウントされた吐出動作別の前記カウント値の比率に基づき液体吐出ヘッド内の温度分布に対応する温度補正値を算出して前記圧力室の圧力変動を生じさせる駆動波形を補正する液体吐出ヘッドの制御方法。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの制御方法において、
   前記圧力室内の圧力変動を生じさせる駆動波形の電圧を変化させることで圧力変動を調整する液体吐出ヘッドの制御方法。
5. 請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの制御方法において、
   圧電素子を用いて前記圧力室内の圧力変動を生じさせるとともに当該圧電素子に印加する駆動波形のパルス保持時間により共振レベルを調整して前記圧力室内の圧力変動を調整する液体吐出ヘッドの制御方法。
6. 請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの制御方法において、
   圧電素子を用いて前記圧力室内の圧力変動を生じさせるとともに当該圧電素子に印加する複数パルスからなる駆動波形のパルス幅及びパルス間隔により共振レベルを調整して前記圧力室内の圧力変動を調整する液体吐出ヘッドの制御方法。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの制御方法において、
   前記共通液室に流入する記録液は、所定の温度に調整されている液体吐出ヘッドの制御方法。
8. 記録液が流入する流入口が設けられた共通液室と、前記共通液室に連通する複数の圧力室と、前記圧力室に対応して設けられるとともに液体を吐出する複数のノズルと、印刷データに基づいて前記圧力室内の記録液の圧力を変動させて前記ノズルから記録液を吐出させる液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置であって、前記共通液室に連通する前記ノズルからの記録液の吐出量に基づき前記ノズルの前記流入口からの距離に応じて前記圧力室内の圧力変動を調整するように制御する印刷制御部を備えている画像形成装置。

Images