JP2020142490A - 液体吐出装置および液体吐出ヘッドの駆動波形制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最高駆動周波数以外の駆動周波数で駆動させる場合にも、吐出特性を向上させる。【解決手段】液体吐出装置１００は、ノズル１０４に対応し、圧力室１０６内の液体を押し出す圧電素子と、複数の異なる駆動波形データを記憶する波形データ格納部と、圧電素子に対してスイッチを介して接続されており、駆動波形データを基にして、圧電素子に駆動波形を供給するアンプ４５Ａ，４５Ｂと、画像データに基づいて、吐出タイミングごとに、ノズルごとに吐出の有無を判別し、吐出をするノズルに対しては、滴種を判別するとともに、前回の吐出から今回の吐出までの吐出間隔を算出する画像データ処理部４１と、吐出タイミングごとに、ノズルごとに画像データ処理部にて算出された吐出間隔に基づいて波形データ格納部に記憶された複数の波形データから１又は複数の波形データを選択し、アンプに波形データ格納部から選択した駆動波形データを読み込ませる波形データ選択部４２と、を有する。【選択図】図１０

Description

本発明は、液体吐出装置および液体吐出ヘッドの駆動波形制御方法

圧電方式のインクジェットヘッドでは、複数のノズルに対応した圧電素子に、変形の元となる駆動波形を供給して駆動することにより圧力室の体積を収縮させ、圧力室内に充填されたインクを噴射する。駆動波形は、電圧の立ち上がり、立ち下がりからなるパルス（元データ）を含む波形情報をアンプに送り、増幅することで生成される技術が知られている。

印刷を高速に行いたい場合、駆動波形を印加する駆動周波数を大きくする必要があるが、駆動周波数が大きいほど次の滴を吐出するまでの時間が短く、残留振動の影響を強く受けるため、より安定して吐出させることが難しい。

ここで、残留振動には大きく分けて２つの振動があり、１つ目は短周期の個別液室の固有振動で、２つ目は吐出により失ったインクを供給する際に発生する長周期のリフィル振動がある。このうち、最高駆動周波数で異常の原因となるのが前者の短周期の振動であり、この短周期の振動を打ち消す振動を加えることにより、最高駆動周波数での吐出に最適化した駆動波形を用いるという技術が考えられ既に知られている（例えば、特許文献１）。

しかし、ベタパターンの画像領域では、最高駆動周波数で吐出するが、より低濃度の領域であって、例えば、吐出→非吐出→吐出→非吐出→吐出→・・・といったパターンであれば最高駆動周波数の1/2で吐出するなど、最高駆動周波数以外の駆動周波数で吐出する必要がある。

そのため、特許文献１の技術で示す最高駆動周波数での吐出に最適化した波形をすべての画像形成のための駆動波形に用いると、最高駆動周波数以外の駆動周波数では吐出特性が悪化するおそれがあった。これは、吐出で失ったインクを供給する際のリフィルによるメニスカスの振動により、ある駆動周波数ではメニスカスが盛り上がっていたり、また引き込まれていたりするためである。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、最高駆動周波数以外の駆動周波数で駆動させる場合にも、吐出特性を向上させることができる、液体吐出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様では、
ノズルに対応し、圧力室内の液体を押し出す圧電素子と、
複数の異なる駆動波形データを記憶する波形データ格納部と、
圧電素子に対してスイッチを介して接続されており、前記駆動波形データを基にして、前記圧電素子に駆動波形を供給するアンプと、
画像データに基づいて、吐出タイミングごとに、ノズルごとに吐出の有無を判別し、吐出をするノズルに対しては、滴種を判別するとともに、前回の吐出から今回の吐出までの吐出間隔を算出する画像データ処理部と、
吐出タイミングごとに、ノズルごとに前記画像データ処理部にて算出された吐出間隔に基づいて前記波形データ格納部に記憶された複数の波形データから１又は複数の波形データを選択し、前記アンプに前記波形データ格納部から選択した前記駆動波形データを読み込ませる波形データ選択部と、を有する
液体吐出装置、を提供する。

一態様によれば、液体吐出装置において、最高駆動周波数以外の駆動周波数で駆動させる場合にも、吐出特性を向上させることができる。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図。 図１の画像形成ユニットにおけるヘッド構成の一例を示す平面説明図。 図１の画像形成ユニットにおけるヘッド構成の他の例を示す平面説明図。 記録ヘッドを構成している液体吐出ヘッド（ヘッドチップ）の一例のノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）の断面説明図。 同じくノズル配列方向（液室短手方向）の断面説明図。 ヘッドにおけるリフィル振動の概略図。 リフィル振動と駆動周波数と、ノズル内のメニスカスの位置を説明する図。 駆動周波数に対応づけられて選択される駆動波形データの形状を示す図。 滴種に応じたアンプの割り当てと、補正された駆動波形データを増幅した印加用の駆動波形を示すテーブル。 本発明の実施形態に係る制御基板と記録ヘッドの制御ブロック図。 図１０に示す制御基板のハードウエアブロック図。 本発明の実施形態において、駆動波形を制御するフローチャート。 画像データに応じてノズルごとに駆動波形データを選択する例を示す図。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

＜画像形成装置＞
まず、本発明に係る画像形成装置の一例について図１を参照して説明する。図１は画像形成装置の概略説明図である。

この画像形成装置（液体吐出装置の一例）１００は、フルライン型インクジェット記録装置であり、装置本体１と乾燥時間を稼ぐ出口ユニット２とを並置している。

この画像形成装置１００においては、連続紙である記録媒体（被記録媒体）１０は、元巻きローラ１１から巻き出され、搬送ローラ１２〜１８によって搬送されて、巻取りローラ２１にて巻き取られる。

この記録媒体１０は、搬送ローラ１３と搬送ローラ１４との間で、搬送ガイド部材１９上を画像形成部５に対向して搬送され、画像形成部５から吐出される液滴によって画像が形成される。

ここで、画像形成部５には、例えば、媒体搬送方向上流側から、４色分のフルライン型記録ヘッド５１Ｋ、５１Ｃ、５１Ｍ、５１Ｙ（以下、色の区別しないときは「記録ヘッド５１」という。）が配置されている。各記録ヘッド５１は、それぞれ、搬送される記録媒体１０に対してブラックＫ，シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの液滴を吐出する。なお、色の種類及び数はこれに限るものではない。

図２、図３は、図１の画像形成部５におけるヘッド構成の例を示す平面説明図である。画像形成部５を構成するヘッドユニット５０において、記録ヘッド５１は、例えば、図２に示すように、１つのノズル列が幅方向に延伸しているフルライン型記録ヘッドであっても良い。

あるいは、図３に示すように、画像形成部５を構成するヘッドユニット５０Ａにおいて、複数の短尺の記録ヘッド５３をベース部材５２上に千鳥状に並べてヘッドアレイとすることで媒体幅分のフルライン型記録ヘッドを構成したものでも良い。

また、記録ヘッド５１（５３）は、液体を吐出する液体吐出ヘッドとこの液体吐出ヘッドに液体供給するヘッドタンクを有する液体吐出ヘッドユニットで構成してもよいし、液体吐出ヘッド単独の構成でもよい。

＜ヘッド内部構成＞
次に、図２又は図３の複数の記録ヘッド５１、５３を構成している１つの記録ヘッド５１（５３）の内部構成について図４及び図５を参照して説明する。図４は記録ヘッド（液体吐出ヘッド）５１（５３）のノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）の断面説明図、図５は、記録ヘッド５１（５３）のノズル配列方向（液室短手方向）の断面説明図である。

この記録ヘッド５１（５３）は、ノズル板１０１と、流路板（液室基板）１０２と、振動板部材１０３とを接合している。そして、振動板部材１０３を変位させる圧電アクチュエータ１１１と、共通流路部材としてフレーム部材１２０とを備えている。

これにより、液滴を吐出する複数のノズル１０４に通じる個別液室（圧力室、加圧室などとも称される。）１０６、個別液室１０６に液体を供給する流体抵抗部を兼ねた液体供給路１０７と、液体供給路１０７に通じる液導入部１０８とを形成している。隣り合う個別液室１０６はノズル配列方向で隔壁１０６Ａによって隔てられている。

そして、フレーム部材１２０の共通流路としての共通液室１１０から振動板部材１０３に形成したフィルタ部１０９を通じて、液導入部１０８、液体供給路１０７を経て複数の個別液室１０６に液体を供給する。

圧電アクチュエータ１１１は、振動板部材１０３の個別液室１０６の壁面を形成する変形可能な振動領域１３０を挟んで、個別液室１０６とは反対側に配置されている。

この圧電アクチュエータ１１１は、ベース部材１１３上に接合した複数の積層型圧電部材１１２を有し、圧電部材１１２にはハーフカットダイシングによって溝加工して１つの圧電部材１１２に対して所要数の柱状圧電素子（圧電柱）１１２Ａ、１１２Ｂを所定の間隔で櫛歯状に形成している。

圧電部材１１２の圧電柱１１２Ａ、１１２Ｂは、同じものであるが、駆動波形を与えて駆動させる圧電柱を駆動圧電柱（駆動柱、圧電素子）１１２Ａ、駆動波形を与えないで単なる支柱として使用する圧電柱を非駆動圧電柱（非駆動柱）１１２Ｂとして区別している。

そして、駆動柱１１２Ａを振動板部材１０３の振動領域１３０に形成した島状の凸部１０３ａに接合している。また、非駆動柱１１２Ｂを振動板部材１０３の凸部１０３ｂに接合している。

この圧電部材１１２には、圧電層と内部電極とを交互に積層したものであり、内部電極がそれぞれ端面に引き出されて外部電極が設けられ、駆動柱１１２Ａの外部電極に駆動信号を与えるための可撓性を有するフレキシブル配線基板としてのＦＰＣ１１５が接続されている。

フレーム部材１２０は、例えばエポキシ系樹脂或いは熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイト等で射出成形により形成し、図示しないヘッドタンクや液体カートリッジから液体が供給される共通液室１１０が形成されている。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば駆動柱１１２Ａに印加する電圧を基準電位から下げる（図７参照）ことによって駆動柱１１２Ａが収縮し、振動板部材１０３の振動領域１３０が下降して個別液室１０６の容積が膨張することで、個別液室１０６内に液体が流入する。

その後、駆動柱１１２Ａに印加する電圧を上げて駆動柱１１２Ａを積層方向に伸長させ、振動板部材１０３の振動領域１３０をノズル１０４方向に変形させて個別液室１０６の容積を収縮させる。これにより、個別液室１０６内の液体が加圧され、ノズル１０４から液滴が吐出（噴射）される。

そして、駆動柱１１２Ａに印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板部材１０３の振動領域１３０が初期位置に復元し、個別液室１０６が膨張して負圧が発生するので、共通液室１１０から液体供給路１０７を通じて個別液室１０６内に液体が充填される。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。

なお、このヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行なうこともできる。

＜ノズルに対するメニスカス振動＞
ここで、インクジェット方式の記録ヘッドにおいて、インクや処理液等の液体（以後、インクとする）を吐出した後の残留振動には、大きく分けて２つの振動があり、１つ目は短周期の個別液室の固有振動で、２つ目は長周期のリフィル振動がある。

リフィル振動は長周期の振動であるため、ヘッドの駆動周期によって、メニスカスの状態が異なる原因となる。

図６は、ヘッドにおけるリフィル振動の概略図である。詳しくは、図６（ａ）では、時間に対するメニスカス変位を示し、図６（ｂ）では、駆動周期に対するリフィル振動によるメニスカス変位を示している。

図６（ａ）において、横軸は時間、縦軸はメニスカス変位で、正の方向がノズルからメニスカスが盛り上がる向きである。リフィル振動は、吐出により失われたインクを供給する際に発生する振動であり、吐出後、いったんメニスカスが盛り上がった後にメニスカスが引き込まれるように振動する。

図６（ｂ）において、縦軸は図６（ａ）と同様にメニスカス変位で、横軸は駆動周波数である。

図６（ｂ）と図６（ａ）とを比較して、図６（ｂ）に示す横軸の駆動周期は、１周期に要する時間を示している。

例えば、最高駆動周波数をfmaxとすると、図６（ｂ）に示すようにfmaxでのメニスカス変位に対して、1/2fmaxではメニスカスが盛り上がっている位置で１周期が終了し、1/3fmaxではメニスカスが引き込まれている位置で、１周期が終了する。

図７は、リフィル振動と駆動周波数と、ノズル内のメニスカスの位置を説明する図である。詳しくは、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図６（ｂ）同様、駆動周期に対するリフィル振動によるメニスカス変位を示す波形であって、（ａ）は基準となる周期（fmax）、（ｂ）は1/2fmax、（ｃ）は1/3fmaxの駆動周期でそれぞれ駆動した際の駆動周期１周期分が終了した時点でのメニスカス位置を示している。図７（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のそれぞれの駆動周期に相当する、ノズル内のメニスカスの位置を説明する図である。

最高駆動周波数をfmaxとすると、図７（ｄ）に示すfmaxでのメニスカス位置に対して、図７（ｂ）の1/2fmaxでは、図７（ｅ）に示すように、メニスカスが盛り上がっているように変位している。また、図７（ｃ）の1/3fmaxでは、図７（ｆ）に示すようにメニスカスが引き込まれるように変位している。

このように、ヘッドの駆動周期（駆動周波数）が異なるとメニスカスの状態が異なるため、各駆動周波数で同じ駆動波形を用いると吐出不良を引き起こすおそれがある。

そこで、本発明では、駆動周波数に応じて駆動波形の形状を変えることで、吐出特性を向上させるように制御する。

＜選択される駆動波形データの波形形状＞
次に、本発明の駆動波形制御において、選択される駆動波形データ（元データ）の形状について図８を用いて説明する。図８は、駆動周波数に対応づけられた、複数の異なる駆動波形データの形状を示す図である。図８において（ａ）は基準となる通常の波形（fmax駆動用の波形）であって、（ｂ）は1/2fmax駆動用の波形であって、（ｃ）は1/3fmax駆動用の波形である。

図８（ａ）は基準となるパルス波形である。本例では、駆動波形は、単パルスの波形によって構成されている例を示している。駆動波形を構成する単パルスは、メニスカスを引き込む要素と、引き込んだメニスカスを保持する要素と、メニスカスを押し出す要素で構成されている。

詳しくは、メニスカスを引き込む要素、即ちパルスの電位が基準電位Veから、振幅Vppの分、立ち下がる波形要素（立ち下げ要素）によって積層型の圧電素子１１２Ａが収縮し、個別液室１０６の容積が膨張する。この立ち下げ期間をTfとしている。

立ち下げ後の状態から変化しない部分であるホールド状態はパルス幅と呼ばれており、その期間をPwと表現する。電圧ホールド期間Pwから立ち上げる波形要素（立ち上げ要素）は、圧電素子１１２Ａが伸長して個別液室１０６が収縮するものである。この立ち上げ期間をTrとしている。

なお、図８（ａ）は、電圧ホールド期間Pwを有する微駆動波形の例を示しているが、微駆動波形は、立ち下げ要素及び立ち上げ要素を有していれば、電圧ホールド期間Pwを省略してもよい。

図８（ａ）の基準となるパルスは、図７（ａ）に示すように、メニスカス位置がノズル面とほぼ等しい場合に適用される。

図７（ｂ）に示すように、メニスカス位置が基準位置よりもノズル外部にあるときには、メニスカスがあふれているために、通常の引き込み時間では引き込みが不十分となり吐出不良を引き起こす可能性がある。これを回避するために、図８（ｂ）に示すように、駆動波形の立ち下げ期間Tfを長くすることで、時間をかけてメニスカスを引き込むことになり、メニスカスを整えて、吐出不良を防ぐことができる。

また、図７（ｃ）に示すように、メニスカス位置が基準位置よりもノズル内部にあるときには、通常と同じ強さでメニスカスを引き込むと、引きすぎにより気泡を巻き込むことで吐出不良を引き起こす可能性がある。これを回避するために、図８（ｃ）に示すように、駆動波形の立ち下げ電圧（振幅Vpp）を小さくする。これにより、通常より弱くメニスカスを引き込むことで、引きすぎによる吐出不良を防ぐことができる。

なお、図８（ｂ）、（ｃ）に示す波形形状は一例であって、基準波形に対する、立ち下げ期間Tfの変化の度合いや、立ち下げ電圧Vppの変化の度合いは、適宜条件に応じて、調整可能である。

＜駆動波形の割り当て＞
図９は、滴種に対応する印加用の駆動波形と、アンプの割り当てを示す相関テーブルである。

図９に示すように、図８で形成した駆動パルス（駆動波形データ）を１又は複数回、繰り返し選択して増幅することで、駆動波形が生成される。本発明の実施形態では、アンプごとに滴サイズを割り当てて、対象となる滴種の駆動波形をアンプ毎にそれぞれ生成する。

図９に示すように、小滴と大滴とは、駆動パルスの使用回数（アンプのON/OFF回数）、増幅度を変化させることで、小滴用パルス、大滴用パルスがそれぞれ生成される。

駆動波形のパルスは圧力室体積の収縮に対応しており、複数パルスの組み合わせによって複数滴の吐出が可能である。これら複数滴を記録媒体１０の着弾前にマージさせることで、着弾する際の着弾滴のサイズを変化させ、形成される画像に階調表現を持たせることが可能である。

小滴用の駆動波形は、アンプＡが、駆動波形データの元の１つのパルスを適宜増幅することで、印加する駆動波形を生成して出力する。

大滴用の駆動波形は、駆動波形データの元の１つのパルスに対して最初のパルスよりも２番目のパルスを大きく増幅して出力するとともに、３番目のパルスは、反転させて出力する。そのため、大滴用の駆動波形を生成するには、非吐出間隔に基づいて選択された元駆動データに対して、アンプＢが３回増幅度を変更しながらON/OFFすることで、印加する駆動波形を生成する。

ここで、小滴用の駆動波形は、１つのパルスで構成されているため、その１つのパルスに対して、1/2fmax駆動用では、基準の波形（基準となるパルス）から、立ち下げ期間Tfを長くしたパルスを、増幅前の元のパルスである駆動波形データとして使用し、1/3fmax駆動用には、基準の波形から立ち下げ電圧Vppを小さくしたパルスを、駆動波形データとして使用する。

一方、大滴用の駆動波形は、複数のパルスで構成されているため、複数のパルスのうちの先頭のパルスに対して、1/2fmax駆動用では、基準の波形から立ち下げ期間Tfを長くしたパルスを、増幅前の元のパルスである駆動波形データとして使用し、1/3fmax駆動用には、基準の波形から立ち下げ電圧Vppを小さくしたパルスを、駆動波形データとして使用する。なお、複数のパルスの先頭以外のパルスは、元となる駆動波形データとして、基準となるパルスを使用する。

なお、図９では、アンプＡに小滴、アンプＢに大滴を割り当てる例を説明したが、アンプＡ、アンプＢに割り当てる滴種は、例えば制御モード等に応じて、入れ替えてもよい。さらに、中滴や、微駆動用の波形、空吐出用の波形を、アンプに設定してもよい。振幅の小さいパルスである微駆動用の波形により個別液室（圧力室）１０６を微小に収縮させ、インクを攪拌することでインク乾燥を抑制することも可能である。

また、これらの複数のパルスを含んだ駆動波形をアンプのオンオフにより時間で分割し、必要なパルスのタイミングで圧電素子に伝達するよう制御してもよい。上記のいずれかの制御により、圧電素子への多様な駆動パターンの供給が可能である。

＜制御の構成＞
図１０は、本発明の実施形態に係る制御基板と記録ヘッドの制御ブロック図である。
液体吐出制御に係る部分として、制御基板５４と、記録ヘッド５１（５３）とが設けられている。制御基板（駆動制御基板）５４は、例えば、図２、図３に示すヘッドユニット５０（５０Ａ）の内部に設けられている。

制御基板５４は、画像データ処理部４１と、波形データ選択部４２と、波形データ格納部４３と、非吐出期間・波形データ相関記憶部４４と、２つのアンプ４５Ａ、４５Ｂとを有している。画像データ処理部４１には、画像形成装置１００の主制御部であるコントローラ３が接続されている。

画像データ処理部４１では、画像データに基づいて、吐出タイミングごとに、ノズルごとに吐出の有無を判別し、吐出をするノズルに対しては、滴種を判別するとともに、前回の吐出から今回の吐出までの吐出間隔を算出する。また、画像データ処理部４１は、画像データに基づいて、吐出されるインクの滴サイズ（滴種）を設定する。

詳しくは、画像データ処理部４１は、階調処理部４１１と、非吐出期間カウント部４１２と、を実行可能に有している。

階調処理部４１１は、受け付けた多値の元画像データに階調処理を行い、少値の画像データへ変換する。多値の元画像データは、例えば、読み取った、又は送信された原稿の画像そのものに相当する。少値の元画像データは、記録ヘッド５１が吐出する液滴の種類（小滴、中滴、大滴、空吐出）に等しい階調数の画像データである。そして、階調処理部４１１は、変換した少値の元画像データを、ＲＡＭ６３（図１１参照）上に所定量保持する。

非吐出期間カウント部４１２は、少値化されたノズル毎の画像データ内の画像形成期間が終了した時点から、今回の吐出タイミングまでの画像データにおける画像非形成期間を、非吐出期間としてカウントする。即ち、それぞれのノズルにおける画像データ間の吐出間隔をカウントする。

波形データ格納部（駆動波形格納部）４３に、各駆動周波数や、吐出間隔対応した複数の異なる駆動波形データ（元データ）を予め格納しておく。

非吐出期間・波形データ相関記憶部（相関テーブル記憶部）４４は、例えば、下記に示すような、非吐出期間と、使用する駆動波形データとの相関を示す相関テーブルを記憶しておく。なお、駆動波形データそのものについては、波形データ格納部４３に記憶しておく。

波形データ選択部（駆動波形選択部）４２は、非吐出期間と、記憶された相関テーブルとを参照して、駆動波形データを出力する。波形データ選択部４２において、吐出タイミングごとに、ノズルごとに画像データ処理部４１にて算出された吐出間隔に基づいて波形（駆動波形データ）を選択し、複数のアンプ４５Ａ，４５Ｂに波形データ格納部４３から選択した波形（駆動波形データ）を読み込ませる。波形データ選択部４２では、選択した駆動波形データを、複数のアンプ４５Ａ，４５Ｂの両方に出力する。

なお、図９に示す大滴のように複数のパルスを含む駆動波形を生成する際は、アンプＢにおいて、先頭以外のパルスは共通なので、基準となるパルスは、常に出力し、読み込ませておく。

記録ヘッド５１は、制御部７１と、複数の圧電素子１２１（７２１〜７２ｎ）と、複数のスイッチ７３１〜７３ｎ、７４１〜７４ｎと、を有している。

制御部（滴種制御部）７１において、吐出タイミングごとに、画像データ処理部４１にて判別された滴種を基に、各ノズルに対応した圧電素子７２１〜７２ｎに、複数のアンプ４５Ａ，４５Ｂから選択的に駆動波形を供給するよう制御する。

本例では記録ヘッド５１において、ノズル列が一例である例を示しており、制御部７１は、ノズル列毎に、ノズル内の複数のノズルからインクを吐出させる、複数の圧電素子７２１〜７２ｎを制御する。

複数のスイッチ（アナログスイッチ）７３１〜７３ｎ、７４１〜７４ｎは、ｎ個の圧電素子７２１〜７２ｎ及びノズル１０４（１〜ｎ）に対して２つずつ、設けられている。

記録ヘッド５１の制御部７１は、複数の圧電素子の各圧電素子７２１に対して接続された複数のスイッチ７３１，７４１のオンオフを制御して、複数のアンプ４５Ａ，４５Ｂで増幅された駆動波形の中から、滴種に対応した駆動波形を、選択的に各圧電素子７２１に供給する。

このような構成により、本発明の実施形態では、駆動周波数ごとに駆動波形データを使い分けることができるため、最高駆動周波数以外の駆動周波数でも吐出特性を向上させることができる。

さらに駆動周波数ごとに駆動波形データを選択するとともに、複数のアンプによって複数の滴種用の駆動波形を生成することができるため、画像データを出力する際に、複数の滴サイズが必要な場合であっても、最高駆動周波数以外の駆動周波数でも吐出特性を向上させることができる。

＜ハードウエアブロック＞
図１１は、制御基板５４のハードウエアブロック図である。
制御基板５４では、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）６１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）６２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）６３と、ＮＶ（Non Volatile:不揮発性）ＲＡＭ６４と、ＩＯインターフェース６５とが、バス６６を介して接続されている。

制御基板５４のＦＰＧＡ６１は、画像形成に係る画像データ処理やタイミング制御等を行う。例えば、ＦＰＧＡ６１は、ＲＡＭ６３を作業領域として利用して、画像データ内の各ノズルの非吐出期間のカウント、ＲＯＭ６２に格納された駆動波形の選択等を実施する。この際ＦＰＧＡ６１は、コントローラ３のＣＰＵ（不図示）と通信しながら、コントローラ３と協働して画像形成装置１００における各種の動作制御を行う。

ＲＯＭ６２は、波形データ格納部４３を実現し、図８に示すような変形した駆動波形データ等の波形データを予め記憶しておく。さらに、ＲＯＭ６２は、非吐出期間・波形データ相関記憶部４４等を実現し、表１に示すような相関テーブルを予め記憶しておく。

ＮＶＲＡＭ６４には、装置固有の情報や、更新可能な情報等が格納される。なお、ＮＶＲＡＭ６４は、挿抜可能な形態としても良い。

ＩＯインターフェース６５は、操作パネル等の入出力装置や各種センサ等が接続されるコントローラ３のインターフェースと、接続される。

＜制御手順＞
図１２は、本発明の実施形態において、駆動波形を設定するフローチャートである。

Ｓ１でまず、印刷指示を受信したら、画像データ処理部４１は画像データを読み込む。

Ｓ２で、画像データ処理部４１は、画像データを基に、それぞれのノズルでの、画像データ間の非吐出期間を算出する。

Ｓ３で、画像データ処理部４１は、画像データを基に滴種情報を作成する。なお、Ｓ２、Ｓ３の順序は逆であってもよく、あるいはＳ２、Ｓ３は同時に実行してもよい。

Ｓ４で、吐出タイミングに到達したら、Ｓ５でその吐出タイミングで画像データが有るかどうか確認する。Ｓ５で、画像データが無い場合（Ｎｏ）、Ｓ４に戻り次の吐出タイミングまで待つ。

Ｓ５でそのノズルに画像データがある場合（Ｙｅｓ）、Ｓ６で今回吐出するノズルの直前の吐出からの非吐出期間を、読み込む。

Ｓ７で、そのノズル（今回吐出するノズル）の、その吐出タイミングにおける、滴種情報を読み出す。

Ｓ８で、制御部７１は、滴種に応じて、アンプ出力の駆動波形のいずれか一つを選択して、圧電素子に印加することでインク滴を吐出させる。

Ｓ９で、画像データの終端に到達する（Ｙｅｓ）まで、吐出タイミングことに、Ｓ５〜Ｓ８の動作を繰り返す。

＜駆動波形データ選択例＞
図１３は、画像データに応じてノズルごとに駆動波形データを選択する例を示す図である。

例えば、図１３（ａ）に示すような画像データを印字する場合には、画像データ処理部４１において「今回の吐出（吐出タイミング）」で、ノズル１〜３で吐出有りと判別され、前回の吐出からの吐出間隔が算出される。

図１３（ｂ）に示すように、ノズル１では駆動周波数fmax、ノズル２では1/2fmax、ノズル３では1/3fmaxとなる駆動周波数が設定されるため、波形データ選択部４２においてそれぞれの駆動周波数に適した駆動波形が選択され、複数のアンプ４５Ａ，４５Ｂに送信される。

本例では、ノズル２のように、吐出が連続せず、前回吐出時から吐出復帰時までの、非吐出期間が１つ分（１吐出タイミング分）存在すると、吐出復帰時の駆動波形印加タイミングでは、図７（ｅ）に示したようにメニスカスがあふれている。そのため、メニスカスがあふれているときに、先頭のパルスに1/2fmax用の駆動波形を用いることで、通常より時間をかけて引き込んで、あふれによる吐出不良を防ぐことができる。

また、本例では、ノズル３のように、吐出が連続せず、前回吐出時から吐出復帰時までの、非吐出期間が２つ分（２吐出タイミング分）存在すると、吐出復帰時の駆動波形印加タイミングでは、図７（ｆ）に示したようにメニスカスが基準より引き込まれている。そのため、メニスカスが基準より引き込まれているときに、先頭のパルスに1/3fmax駆動用のパルスを用いることで通常より引き込みを弱くして、引きすぎによる吐出不良を防ぐ。

上記の実施形態のように、画像形成装置（液体吐出装置）において、非吐出間隔とリフィル周期とを対応づけたメニスカスの位置を考慮して、駆動周波数に応じて自由に駆動波形の形状を変更することができるため、最高駆動周波数以外の駆動周波数で駆動させる場合にも、吐出特性を向上させることができる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

また、上記例では、搬送方向と直交する方向の全域に、液体を吐出させるライン型の液体吐出ヘッドを用いた画像形成装置を本発明の液体吐出装置を適用する例を説明したが、キャリッジが搬送方向と直交する方向に移動する、シリアル型画像形成装置において、本発明の液体吐出装置や、液体吐出ヘッドの駆動波形制御を適用してもよい。

例えば、上記実施の形態では、本発明に係る搬送装置を備えた画像形成装置について説明したが、本発明に係る搬送装置は、画像形成装置を含めた液体を吐出する装置に広く適用することができる。

ここで、「液体吐出装置」とは、液体吐出部である液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出部を駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、この「液体吐出装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置等も含むことができる。

又、「液体吐出装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するもの等を意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布等の被記録媒体、電子基板、圧電素子等の電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セル等の媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着する全てのものが含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等液体が一時的でも付着可能であればよい。

又、「液体」は、インク、処理液、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、結着剤、造形液、又は、アミノ酸、たんぱく質、カルシウムを含む溶液及び分散液等も含まれる。

又、「液体吐出装置」としては他にも、用紙の表面を改質する等の目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置等がある。

「液体吐出ユニット」とは、インクジェットヘッド等の液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたもの等が含まれる。

ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合等で互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。又、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。

又、「液体吐出ヘッド」は、使用する圧力発生手段が限定されるものではない。例えば、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子を使用するものでもよい。）、発熱抵抗体等の電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータ等を使用することができる。

又、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等は何れも同義語とする。

１０ 記録媒体
４１ 画像データ処理部
４２ 波形データ選択部
４３ 波形データ格納部
４４ 非吐出期間・波形データ相関記憶部（相関テーブル記憶部）
４５Ａ，４５Ｂ アンプ
５０（５０Ａ） ヘッドユニット
５１，５３ 記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
５４ 制御基板
１００ 画像形成装置（液体吐出装置）
１０４ ノズル
１０６ 個別液室（圧力室）
４１１ 階調処理部
４１２ 非吐出期間カウント部
７１ 制御部（滴種制御部）
７２１〜７２ｎ，１１２ 圧電素子（複数の圧電素子）
７３１〜７３ｎ スイッチ（アナログスイッチ）
７４１〜７４ｎ スイッチ（アナログスイッチ）
Pw 電圧ホールド期間
Tf 立ち下げ期間
Tr 立ち上げ期間
Vpp 立ち下げ電圧（振幅）

特開２０１６‐１５０５４８号公報

Claims (9)

1. ノズルに対応し、圧力室内の液体を押し出す圧電素子と、
   複数の異なる駆動波形データを記憶する波形データ格納部と、
   圧電素子に対してスイッチを介して接続されており、前記駆動波形データを基にして、前記圧電素子に駆動波形を供給するアンプと、
   画像データに基づいて、吐出タイミングごとに、ノズルごとに吐出の有無を判別し、吐出をするノズルに対しては、滴種を判別するとともに、前回の吐出から今回の吐出までの吐出間隔を算出する画像データ処理部と、
   吐出タイミングごとに、ノズルごとに前記画像データ処理部にて算出された吐出間隔に基づいて前記波形データ格納部に記憶された複数の波形データから１又は複数の波形データを選択し、前記アンプに前記波形データ格納部から選択した前記駆動波形データを読み込ませる波形データ選択部と、を有する
   液体吐出装置。
2. 記憶された前記複数の駆動波形データの基準となるパルスは、前記圧電素子を収縮させることにより前記圧力室を膨張させてメニスカスを引き込む立ち下げ要素、及び前記圧電素子を膨張させることにより前記圧力室を収縮させて前記ノズルから液体を吐出させる立ち上げ要素を有しており、
   今回の吐出タイミングにおいて、前記前回からの吐出からの前記吐出間隔に起因して、ノズルに対するメニスカス位置が基準位置よりもノズル外部にあるときは、前記波形データ選択部は、吐出に関わる部分のうち先頭のパルスの立ち下げ期間が前記基準となる波形よりも長い、駆動波形データを選択する
   請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 今回の吐出タイミングにおいて前回の吐出から連続せず、１吐出タイミング分の非吐出期間があり、最高駆動周波数の1/2で駆動する場合、前記前回からの吐出からの前記吐出間隔に起因して、ノズルに対するメニスカス位置が基準位置よりもノズル外部になる
   請求項２に記載の液体吐出装置。
4. 記憶された前記複数の駆動波形データの基準となるパルスは、前記圧電素子を収縮させることにより前記圧力室を膨張させてメニスカスを引き込む立ち下げ要素、及び前記圧電素子を膨張させることにより前記圧力室を収縮させて前記ノズルから液体を吐出させる立ち上げ要素を有しており、
   今回の吐出タイミングにおいて、前記前回からの吐出からの前記吐出間隔に起因して、ノズルに対する液体のメニスカス位置が基準位置よりもノズル内部にあるときは、前記波形データ選択部は、吐出に関わる部分のうち先頭のパルスの立ち下げ期間が前記基準となる波形よりも長い、駆動波形データを選択する
   請求項１に記載の液体吐出装置。
5. 今回の吐出タイミングにおいて前回の吐出から連続せず、２吐出タイミング分の非吐出期間があり、最高駆動周波数の1/3で駆動する場合、前記前回からの吐出からの前記吐出間隔に起因して、ノズルに対する液体のメニスカス位置が基準位置よりもノズル内部になる
   請求項４に記載の液体吐出装置。
6. 前記画像データ処理部は、画像データを基に、吐出する滴種を設定し、
   前記アンプは複数設けられており、
   前記スイッチは、前記各圧電素子に対して複数設けられており、
   複数のスイッチのオンオフを制御して、複数のアンプで増幅された駆動波形の中から、滴種に対応した駆動波形を選択的に前記圧電素子に供給する滴種制御部を備える
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
7. 駆動に使用する最高駆動周波数及び前記吐出間隔に対応づけられて、選択される駆動波形データとの相関テーブルを記憶する相関テーブル記憶部を、有する
   請求項１乃至６にいずれか一項に記載の液体吐出装置。
8. 液体吐出ヘッドの駆動波形制御方法であって、
   前記液体吐出ヘッドは、ノズルに対応し、圧力室内の液体を押し出す圧電素子、及び前記圧電素子に対して接続されるスイッチを備えており、
   複数の異なる駆動波形データを予め記憶しておくステップと、
   画像データに基づいて、吐出タイミングごとに、ノズルごとに吐出の有無を判別し、吐出をするノズルに対しては、前回の吐出から今回の吐出までの吐出間隔を算出するステップと、
   吐出タイミングごとに、ノズルごとに算出された吐出間隔に基づいて、前記駆動波形データを選択する駆動波形データ選択ステップと、
   前記スイッチを制御して、前記圧電素子に駆動波形を供給する供給ステップと、を有する
   液体吐出ヘッドの駆動波形制御方法。
9. 前記液体吐出ヘッドにおいて、前記スイッチを介して前記圧電素子に駆動波形を供給する複数のアンプが設けられており、前記スイッチは、前記各圧電素子に対して複数設けられており、
   前記供給ステップでは、複数のスイッチのオンオフを制御して、複数のアンプで増幅された駆動波形の中から、滴種に対応した駆動波形を選択的に前記圧電素子に供給する
   請求項８に記載の液体吐出ヘッドの駆動波形制御方法。

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