JP2021138043A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成に用いられる記録ヘッドが備えるノズル列の１列内における吐出速度差を低減し、印刷品質を向上させる。【解決手段】複数のノズルが第一方向に配列された記録ヘッドを備える画像形成装置であって、前記複数のノズルのそれぞれに対応して液滴を吐出させる吐出力を駆動波形によって生じさせる吐出力発生手段と、前記吐出力発生手段による前記吐出力を生じさせるための第一の駆動信号および第二の駆動信号で構成される前記駆動波形を前記ノズルに選択的に印加する駆動波形印加部と、を備え、前記駆動波形印加部は、前記複数のノズルの列における中央部に前記第一の駆動信号を、端部に前記第二の駆動信号を印加することによって前記ノズルの列における吐出速度差を小さくすることを特徴とする。【選択図】図８

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、スキャナ、複写機として利用可能な複合機としての画像形成装置が知られている。このうち、インクジェット方式を採用した画像形成装置（以下、インクジェットプリンタと呼ぶ。）では、記録ヘッドが用紙等の記録媒体に対してインクを吐出することにより、画像が形成される。

記録ヘッドでは、圧電素子を吐出制御手段に用いるものが一般的であり、圧電素子に所定の駆動周波数の駆動電圧を印加することにより、ノズルから液滴を吐出するように構成されている。ノズルは、記録媒体の主走査方向において複数配置されて列状構成になっている。液体吐出ヘッドからの液滴の吐出速度は、駆動周波数によって変化する特性を有する。

この吐出速度変化を抑えるため、駆動周波数に応じて記録ヘッドの駆動電圧や駆動波形を変更する技術が知られている。例えば、インク滴の吐出周期が長い場合にはインク滴吐出時に圧電素子による動作するダイヤフラム部により圧力発生室の容積を縮小させる信号を印加してインク滴を吐出させ、またインク滴の吐出周期が短い場合にはダイヤフラム部により圧力発生室の容積を膨張させる信号を印加してから信号により圧力発生室の容積を縮小させてインク滴を吐出させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示の技術は、駆動周波数による吐出速度の変化に対応するものであるが、複数のノズルにより１列のノズル列が構成される記録ヘッドにおいて発生する同列内の列中央部のノズルと列端部のノズルで液滴の吐出速度が異なるという課題には対処できない。特に、近年、一列内に実装されるノズルの高密度化が進むとともに、駆動周波数の高周波化によりヘッド駆動の周波数帯域が広がるにつれ、列内の液滴吐出速度差が大きくなる傾向がある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、画像形成に用いられる記録ヘッドが備えるノズル列の１列内における吐出速度差を低減し、印刷品質を向上させる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、複数のノズルが第一方向に配列された記録ヘッドを備える画像形成装置であって、前記複数のノズルのそれぞれに対応して液滴を吐出させる吐出力を駆動波形によって生じさせる吐出力発生手段と、前記吐出力発生手段による前記吐出力を生じさせるための第一の駆動信号および第二の駆動信号で構成される前記駆動波形を前記ノズルに選択的に印加する駆動波形印加部と、を備え、前記駆動波形印加部は、前記複数のノズルの列における中央部に前記第一の駆動信号を、端部に前記第二の駆動信号を印加することによって前記ノズルの列における吐出速度差を小さくする、ことを特徴とする。

本発明によれば、画像形成に用いられる記録ヘッドが備えるノズル列の１列内における吐出速度差を低減し、印刷品質を向上させることができる。

（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの全体構成を例示する図である。 本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの機能構成を例示するブロック図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係る記録ヘッドの構成を模式的に示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態に係る印刷制御部及びヘッドドライバの機能構成を例示するブロック図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの周波数特性を例示する図であり、（ｂ）は、従来のインクジェットプリンタの吐出速度特性を例示する図である。 本発明の実施形態に係る駆動回路と比較のための従来の駆動回路を例示する図である。 本発明の実施形態に係る駆動回路を例示する図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係る駆動波形テーブルを例示する図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態の駆動波形を例示する図である。 （ａ）は、従来のインクジェットプリンタの吐出速度特性を例示する図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態のインクジェットプリンタの吐出速度特性を例示する図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態においては、画像形成装置の例として、マルチチャネル化されたインクジェット記録ヘッドを含むインクジェットプリンタについて説明する。なお、インクジェットプリンタは、液滴吐出装置によってインクを吐出して画像を形成する画像形成装置である。

図１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１の全体構成を模式的に示す図であり、図１（ａ）は、インクジェットプリンタ１の透視斜視図、図１（ｂ）は、インクジェットプリンタ１の透視側面図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１は、装置本体の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ１０１、キャリッジ１０１に搭載された記録ヘッド１０２、記録ヘッド１０２にインクを供給するインクカートリッジ１０３等で構成される印字機構部等を含む。インクジェットプリンタ１の装置本体の下方部には前方側から多数枚の用紙Ｐ等の記録媒体を積載可能な給紙カセット（あるいは給紙トレイでもよい）１０４を抜き差し自在に装着することができる。また、インクジェットプリンタ１においては、用紙Ｐを手差しで給紙するための手差しトレイ１０５を開倒することができる。

インクジェットプリンタ１は、給紙カセット１０４或いは手差しトレイ１０５から給送される用紙Ｐを取り込み、上述した印字機構部によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１０６に排紙する。なお、以降、記録媒体は用紙である場合を例として説明するが、記録媒体としては、用紙の他、フィルム、プラスチック等のシート状の材料で、画像形成出力の対象物となるものであれば採用可能である。

また、印字機構部は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１０７と従ガイドロッド１０８とで、キャリッジ１０１を主走査方向（紙面垂直方向）に摺動自在に保持している。キャリッジ１０１に搭載されている記録ヘッド１０２は、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）、シアン（Ｃｙａｎ）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｄａ）、ブラック（ｂｌａｃＫ）の各色のインク滴を吐出する。これら各色のインクを吐出する複数のインク吐出口は、主走査方向と交差する方向（副走査方向）に配列されており、且つインク吐出口は下方に向けられている。

記録ヘッド１０２に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１０３は、キャリッジ１０１において交換可能に装着されている。また、インクカートリッジ１０３は、上方に待機と連通する大気口、下方には記録ヘッド１０２にインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有している。この多孔質体の毛管力により、記録ヘッド１０２へ供給されるインクがわずかな負圧に維持されている。尚、本実施形態においては、記録ヘッド１０２が色ごとに設けられている場合を例としているが、各色のインクを吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。

キャリッジ１０１は、後方側（用紙搬送方向下流側）が主ガイドロッド１０７に摺動自在に装着され、前方側（用紙搬送方向上流側）が従ガイドロッド１０８に摺動自在に装着されている。そして、キャリッジ１０１を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１０９で回転駆動される駆動プーリ１１０と従動プーリ１１１との間にタイミングベルト１１２が架け渡されている。タイミングベルト１１２とキャリッジ１０１とは固定されており、主走査モータ１０９の正逆回転によりキャリッジ１０１が往復駆動される。

一方、給紙カセット１０４にセットされた用紙を記録ヘッド１０２の下方側に搬送するために、給紙ローラ１１３、フリクションパッド１１４、ガイド部材１１５、搬送ローラ１１６、搬送コロ１１７及び先端コロ１１８が設けられている。給紙ローラ１１３及びフリクションパッド１１４は、給紙カセット１０４から用紙Ｐを分離給送し、ガイド部材１１５は、分離給送された用紙Ｐを案内する。

搬送ローラ１１６は、給紙された用紙Ｐを反転させて搬送する。搬送コロ１１７は搬送ローラ１１６の周面に押し付けられており、先端コロ１１８は、搬送ローラからの用紙Ｐの送り出し角度を規定する。また、搬送ローラ１１６は、図示しない副走査モータによってギヤ列を介して回転駆動される。

キャリッジ１０１の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１１６から送り出された用紙Ｐを記録ヘッド１０２の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１１９が設けられている。この印写受け部材１１９の用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐを排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１２０、拍車１２１が設けられている。更に、用紙Ｐを排紙トレイ１０６に送り出す排紙ローラ１２２及び拍車１２３と、排紙経路を形成するガイド部材１２４、１２５とが配置されている。

用紙Ｐへの画像記録時には、インクジェットプリンタ１のコントローラが、キャリッジ１０１を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１０２を駆動することにより、停止している用紙Ｐにインクを吐出して１走査分を記録する。そして、インクジェットプリンタ１のコントローラは、用紙Ｐを所定量搬送後次の行の記録を行う。また、インクジェットプリンタ１のコントローラは、記録終了信号又は用紙Ｐの後端が記録領域に到達した信号を受けると、記録動作を終了させ用紙Ｐを排紙する。

記録ヘッド１０２は、上述したように複数設けられたノズルを夫々駆動するための駆動素子として圧電素子を含む。即ち、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１においては、複数のノズル夫々からインク（液滴）を吐出させるための吐出力を生じさせるアクチュエータ素子として圧電素子が用いられる。この圧電素子に所定の駆動波形を印加することにより、夫々のノズルからインクの吐出が行われる。

また、キャリッジ１０１の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド１０２の吐出不良を回復するための維持回復装置１２６が配置されている。維持回復装置１２６はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段とを有している。キャリッジ１０１は、印字待機中においてこの維持回復装置１２６側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド１０２をキャッピングされる。これにより、吐出口部が湿潤状態に保たれ、インク乾燥による吐出不良が防止される。

また、記録ヘッド１０２は、記録途中などにおいて記録と関係しないインクを維持回復装置１２６に吐出（空吐出）することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。詳細には、吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段が記録ヘッド１０２の吐出口（ノズル）を密封し、吸引手段がチューブを通して吐出口からインクとともに気泡等を吸い出す。そして、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

次に、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１の機能構成を説明する。図２は、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１の機能構成を例示するブロック図である。図２に示すように、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１は、コントローラ１００、キャリッジ１０１、主走査モータ１０９、センサ群１３３、副走査モータ１３４、搬送ベルト１３５、維持回復モータ１３６、帯電ローラ１３７及び操作パネル１３８を含む。なお、以降、図１に示した構成と同一の構成には図１と同一の符号が付されている。

操作パネル１３８は、インクジェットプリンタ１に必要な情報の入力及び表示を行うための操作部及び表示部として機能するユーザインタフェースである。キャリッジ１０１は、インクを吐出する記録ヘッド１０２及び記録ヘッド１０２を駆動するヘッドドライバ１３１が搭載されている。また、キャリッジ１０１は、搬送ベルト１３５によって搬送される用紙に対して、用紙の搬送方向である副走査方向と直角な方向である主走査方向に動かされることにより、用紙の前面に対してインクを吐出して画像形成出力を行う。

主走査モータ１０９は、キャリッジ１０１を主走査方向に動かすための動力を供給するモータである。副走査モータ１３４は、画像の出力対象である用紙を搬送する搬送ベルト１３５に動力を供給するモータである。維持回復モータ１３６は、維持回復装置１２６を駆動するモータである。

センサ群１３３は、インクジェットプリンタ１における様々な情報を検知する各種センサである。具体的には、例えば、センサ群１３３は、主走査モータ１０９及び副走査モータ１３４の回転を検知するための回転検知センサ、用紙の位置を検知するための光学センサ、装置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、カバーの開閉を検知するインターロックスイッチ等である。帯電ローラ１３７は、搬送ベルト１３５を帯電させることにより、画像の出力対象である用紙を搬送ベルト１３５に吸着させるための静電力を発生させる。

コントローラ１００は、インクジェットプリンタ１の動作を制御する制御部であり、図２に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１３、ＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ Ｖｏｌａｔｉｌｅ ＲＡＭ）１４、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１５、ホストＩ／Ｆ１６、印刷制御部１７、モータ駆動部１８、ＡＣバイアス供給部１９及びＩ／Ｏ２０を含む。

ＣＰＵ１１は演算手段であり、コントローラ１００各部の動作を制御する。ＲＯＭ１２は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、ファームウェア等のプログラムが格納されている。ＲＡＭ１３は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ１１が情報を処理する際の作業領域として用いられる。ＮＶＲＡＭ１４は、情報の読み書きが可能な不揮発性の記憶媒体であり、制御プログラムや制御用のパラメータが格納される。

ＡＳＩＣ１５は、画像形成出力に際して必要な画像処理を実行するハードウェア回路である。ホストＩ／Ｆ１６は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等のホスト装置から描画データを受信するためのインタフェースであり、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）やＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）インタフェースが用いられる。Ｉ／Ｏ２０は、センサ群１３３からの検出信号をコントローラ１００に入力するためのポートである。

印刷制御部１７は、キャリッジ１０１に含まれる記録ヘッド１０２を駆動制御するためのデータ転送手段、駆動波形を生成する駆動波形生成手段を含む。モータ駆動部１８は、主走査モータ１０９及び副走査モータ１３４を駆動する。ＡＣバイアス供給部１９は、帯電ローラ１３７にＡＣバイアスを供給する。

ＰＣ等の情報処理装置、イメージスキャナ等の画像読取装置、デジタルカメラ等の撮像装置といったホスト側からの描画データは、コントローラ１００においてホストＩ／Ｆ１６に入力され、ホストＩ／Ｆ１６内の受信バッファに格納される。ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１３にロードされたプログラムに従って演算を行うことにより、ホストＩ／Ｆ１６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、ＡＳＩＣ１５を制御して必要な画像処理、データの並び替え処理等を行う。その後、ＣＰＵ１１は、印刷制御部１７を制御することにより、ＡＳＩＣ１５において処理された描画データを、ヘッドドライバ１３１に転送する。

印刷制御部１７は、上述した描画データをシリアルデータでヘッドドライバ１３１に転送するとともに、この描画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、滴制御信号（マスク信号）などをヘッドドライバ１３１に出力する。また、印刷制御部１７は、ＲＯＭ１２に格納されている駆動信号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波形生成部及びヘッドドライバ１３１に与える駆動波形選択手段を含む。また、印刷制御部１７は、１の駆動パルス（駆動信号）或いは複数の駆動パルス（駆動信号）で構成される駆動波形を生成してヘッドドライバ１３１に対して出力する。

ヘッドドライバ１３１は、シリアルに入力される１行分の描画データに基づき、記録ヘッド１０２を駆動する。具体的には、ヘッドドライバ１３１は、シリアルに入力される１行分の描画データに基づき、印刷制御部１７から与えられる駆動波形を構成する駆動信号を、記録ヘッド１０２から液滴を吐出させるためのエネルギーを発生する駆動素子に対して選択的に印加する。すなわち、本実施形態では、ヘッドドライバ１３１が駆動波形印加部として機能する。このとき、ヘッドドライバ１３１は、駆動波形を構成する駆動パルスを選択することによって、例えば、大滴（大ドット）、中滴（中ドット）、小滴（小ドット）など、大きさの異なるドットを打ち分けることができる。

ここで、キャリッジ１０１における記録ヘッド１０２の構成について説明する。図３（ａ）は、本実施形態におけるキャリッジ１０１における記録ヘッド１０２の構成を模式的に示す図である。図３（ａ）に示すように、本実施形態に係るキャリッジ１０１には、記録ヘッド１０２として、ＣＭＹＫ（Ｃｙａｎ，Ｍａｇｅｎｔａ，Ｙｅｌｌｏｗ，ｂｌａｃＫ）夫々の色毎に、記録ヘッド１０２Ｋ、１０２Ｃ、１０２Ｍ、１０２Ｙが搭載されている。

図３（ｂ）に、各色の記録ヘッド１０２の詳細を示す。ここでは、一例として、記録ヘッド１０２Ｋの場合を例示する。本図に示すように、記録ヘッド１０２Ｋは、副走査方向（第一方向）に一列に配置されたｎ個のノズル１５４（ｃｈ１〜ｃｈｎ）を備える。なお、ｎは１以上の整数であり常に同じ数であるとは限らない。以下、ｎ個のノズル１５４それぞれを、チャネルとも呼ぶ。

図４（ａ）は、図３の切断線ＡＡ´における記録ヘッド１０２の断面図であり、図４（ｂ）は、図３の切断線ＢＢ´における記録ヘッド１０２の断面図である。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係る記録ヘッド１０２は、例えば単結晶シリコン基板を異方性エッチングして形成した流路板１５１と、この流路板１５１の下面に接合した例えばニッケル電鋳で形成した振動板１５２と、流路板１５１の上面に接合したノズル板１５３とを接合して積層する。これらによって液滴（インク滴）を吐出するノズル１５４が連通する流路であるノズル連通路１５５及び圧力発生室である液室１５６、液室１５６に流体抵抗部（供給路）１５７を通じてインクを供給するための共通液室１５８に連通するインク供給口１５９などが形成されている。

また、記録ヘッド１０２は、振動板１５２を変形させて液室１５６内のインクを加圧するための圧力発生手段であって吐出力発生手段でもある電気機械変換素子としての２列の積層型の圧電素子１６１と、この圧電素子１６１を接合固定するベース基板１６２とを備える。なお、圧電素子１６１の間には支柱部１６３が設けられている。支柱部１６３は、圧電素子部材を分割加工することで圧電素子１６１と同時に形成した部分であるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。

さらに、圧電素子１６１には図示しない駆動ＩＣを搭載したＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）ケーブル１６４が接続されている。そして、振動板１５２の周縁部をフレーム部材１６５に接合し、このフレーム部材１６５には、圧電素子１６１及びベース基板１６２などで構成されるアクチュエータユニットを収納する貫通部１６６及び共通液室１５８となる凹部、この共通液室１５８に外部からインクを供給するためのインク供給穴１６７が形成されている。

ノズル板１５３は、各液室１５６に対応して直径１０〜３０μｍのノズル１５４を形成し、流路板１５１に接着剤接合している。このノズル板１５３は、金属部材からなるノズル形成部材の表面に所要の層を介して最表面に撥水層を形成したものである。

圧電素子１６１は、圧電材料１６８と内部電極１６９とを交互に積層した積層型圧電素子であり、ここではＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）素子である。この圧電素子１６１の交互に異なる端面に引き出された各内部電極１６９には個別電極１７０及び共通電極１７１が接続されている。なお、この実施形態では、圧電素子１６１の圧電方向として、図面上方への変位を用いて液室１５６内インクを加圧する構成としている。また、１つのベース基板１６２に１列の圧電素子１６１が設けられる構造とすることもできる。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば圧電素子１６１に印加する電圧を基準電位から下げることによって圧電素子１６１が収縮し、振動板１５２が下降して液室１５６の容積が膨張することで、液室１５６内にインクが流入する。その後、圧電素子１６１に印加する電圧を上げることによって、圧電素子１６１が積層方向に伸長し、振動板１５２がノズル１５４方向に変形して、液室１５６の容積／体積が収縮する。これにより、液室１５６内の記録液が加圧され、ノズル１５４から記録液の滴が吐出（噴射）される。

そして、圧電素子１６１に印加する電圧を基準電位に戻すことによって、振動板１５２が初期位置に復元し、液室１５６が膨張して負圧が発生するので、共通液室１５８から液室１５６内に記録液が充填される。そこで、ノズル１５４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、印刷制御部１７及びヘッドドライバ１３１の詳細を説明する。図５は、印刷制御部１７及びヘッドドライバ１３１の機能構成を例示するブロック図である。図５に示すように、印刷制御部１７は、駆動波形生成部２０１及びデータ転送部２０２を備える。

駆動波形生成部２０１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を生成して出力する。本実施形態では、２種の駆動波形を生成し、後述する記録ヘッド１０２の各ノズル１５４の位置に応じて切り替えて使用する。このため、本実施形態の駆動波形生成部２０１は、第一駆動波形生成回路２０１ａと、第二駆動波形生成回路２０１ｂと、波形選択制御回路２０３と、を備える。

第一駆動波形生成回路２０１ａは、第一駆動信号で構成される第一駆動波形を、駆動波形として生成する。第二駆動波形生成回路２０１ｂは、第二駆動信号で構成される第二駆動波形を、駆動波形として生成する。第一駆動波形と第二駆動波形とは、振幅値（Ｖｐ−ｐ）の大きさが異なる。

波形選択制御回路２０３は、後述する駆動波形テーブルに従って、各ノズルに設けられた圧電素子１６１に印加する駆動波形を選択する選択信号を、後述するアナログスイッチ２１５に出力する。

データ転送部２０２は、印刷画像に応じた２ビットの印字データ（階調信号０、１）、クロック信号、ラッチ信号（ＬＡＴ）、滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３を出力する。

なお、滴制御信号は、ヘッドドライバ１３１の後述するスイッチ手段であるアナログスイッチ２１５の開閉を滴毎に指示する２ビットの信号である。具体的には、例えば、滴制御信号は、駆動波形の印刷周期に合わせて選択すべき波形で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１３１は、シフトレジスタ２１１、ラッチ回路２１２、デコーダ２１３、レベルシフタ２１４及びアナログスイッチ２１５を備える。シフトレジスタ２１１は、データ転送部２０２からの転送クロック（シフトクロック）及びシリアル印字データ（階調データ：２ビット／ＣＨ）を入力する。ラッチ回路２１２は、シフトレジスタ２１１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２１３は、階調データと滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３をデコードして結果を出力する。レベルシフタ２１４は、デコーダ２１３のロジックレベル電圧信号をアナログスイッチ２１５が動作可能なレベルへとレベル変換する。アナログスイッチ２１５は、レベルシフタ２１４を介して与えられるデコーダ２１３の出力でオン／オフ（開閉）される。

また、アナログスイッチ２１５は、各圧電素子１６１の選択電極（個別電極）１７０に接続され、駆動波形生成部２０１からの駆動波形と選択信号とが入力される。したがって、シリアル転送された階調データ及び滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３をデコーダ２１３でデコードした結果に応じてアナログスイッチ２１５がオンされることで、選択された駆動波形を構成する駆動信号が通過して圧電素子１６１に印加される。

なお、本実施形態では、後述するように、各圧電素子１６１に対し、２つのアナログスイッチ（第一アナログスイッチ２１５ａ、第二アナログスイッチ２１５ｂ）が接続される。第一アナログスイッチ２１５ａと第二アナログスイッチ２１５ｂは、それぞれ、第一駆動波形生成回路２０１ａおよび第二駆動波形生成回路２０１ｂに接続され、波形選択制御回路２０３からの制御信号により排他的にＯＮ／ＯＦＦされる。これにより、いずれかの波形生成回路で生成した駆動波形を構成する駆動信号が、圧電素子１６１に印加される。

ここで、本実施形態のインクジェットプリンタ１における、駆動周波数に対する吐出速度の変化率（周波数特性）について説明する。図６（ａ）は、両者の関係を示す図である。本図において、横軸は駆動周波数（ｋＨｚ）、縦軸は、吐出速度変化率（％）を示す。ここでは、最大駆動周波数４０ＫＨｚのヘッドの周波数特性を例示する。本図に示すように、４０ｋＨｚ以下では、駆動周波数に応じて液滴吐出速度は変化する。この速度差は、駆動周波数に応じてヘッドの駆動電圧や駆動波形を変更することで補正できる。

この液滴吐出速度は、副走査方向に一列に並ぶノズル１５４（以下、ノズル列と呼ぶ。）の、ノズル列内の、各チャネルの、副走査方向の位置に応じても変化する。ノズル列内の各チャネルの位置に対する吐出速度の変化（吐出速度特性）を、図６（ｂ）に示す。本図において、横軸は、ノズル列内の各チャネルの位置、縦軸は、吐出速度（ｖ）である。破線は４０ｋＨｚ駆動の時の吐出速度特性、実線は、低周波駆動のときの吐出速度特性である。

図６（ｂ）に示す低周波駆動時の吐出速度特性は、１つのノズル列内の端部に位置するノズル１５４（チャネル）の吐出速度が、４０ｋＨｚ駆動時において同じ吐出速度になるように駆動電圧、または駆動波形を補正した場合の例である。なお、吐出速度は、駆動周波数が小さくなるほど、遅くなる。

本図に示すように、１つのノズル列内の中央部のノズル１５４からの吐出速度は、圧電素子１６１への電圧降下等の影響で、端部のノズル１５４からの吐出速度よりも低くなる。この吐出速度の低下量は駆動周波数により異なる。例えば、本図の例では、低周波駆動の場合、４０ｋＨｚ駆動の場合と比較して、中央部のノズル１５４からの吐出速度の低下量が大きい。

このように、インクジェットプリンタ１では、ノズル列内の各ノズル１５４の圧電素子１６１に同じ駆動波形を構成する駆動信号を印加すると、中央部のノズル１５４で吐出速度が低下する。そして、このようなノズル列内の吐出速度差により、印刷品質を向上させることができない。したがって、印刷に使用する全駆動周波数帯域で、この中央部の吐出速度低下を、印刷品質に問題ない程度に抑える必要がある。

本実施形態では、このようなインクジェットプリンタ１において、記録ヘッド１０２のノズル列内の吐出速度との差が小さくなるように、各ノズル１５４に印加する駆動信号で構成される駆動波形を切り替え、印刷品質の劣化を低減する。

次に、駆動回路について説明する。まず、本実施形態に係る駆動回路の構成との比較のために従来の駆動回路を説明する。図７は、本実施形態に係る駆動回路の構成との比較のための従来の駆動回路を例示する図である。図７に示すように、従来の駆動回路は、インクジェットプリンタ１のコントローラ側基板及びキャリッジ側基板から構成される。

コントローラ側基板は、図２に示したコントローラ１００の基板であり、図５に示した印刷制御部１７の駆動波形生成部２０１及び抵抗Ｒを含む。キャリッジ側基板は、図２に示した記録ヘッド１０２基板であり、図５に示したアナログスイッチ２１５及び圧電素子１６１から構成される。

図７に示すように、キャリッジ側基板は、各ノズルに設けられた複数の圧電素子１６１−１〜１６１−ｎ及び各圧電素子への信号の印加状態を切り替えるアナログスイッチ２１５−１〜２１５−ｎを含む。なお、以下、特に区別する必要がない場合、圧電素子を１６１、スイッチを２１５と記載することがある。

また、図７に示すように、駆動波形生成部２０１は、キャリッジ側基板の各アナログスイッチ２１５のうちオンされているアナログスイッチ２１５に接続されている圧電素子１６１に駆動波形を構成する駆動信号を選択的に印加する。

このように、従来では、副走査方向に一列に配置されたｎ個のノズル１５４に、同じ駆動波形を構成する駆動信号を印加する。一方、本実施形態では、上述のように、副走査方向に一列に配置されたｎ個のノズル１５４からの液滴の吐出速度差を低減するため、それぞれに設けられた圧電素子１６１に印加する駆動信号で構成される駆動波形を２種類生成する。そして、それぞれに最適な駆動波形を構成する駆動信号を印加する。

これを実現する本実施形態に係る駆動回路の構成を、図８に示す。ここでは、図７に示す回路構成要素のうち、抵抗Ｒ等は省略する。

本図に示すように、本実施形態に係る駆動回路において、コントローラ側基板の駆動波形生成部２０１は、上述のように、第一駆動波形生成回路２０１ａと、第二駆動波形生成回路２０１ｂと、波形選択制御回路２０３と、を備える。

キャリッジ側基板では、各第一駆動波形生成回路２０１ａと圧電素子１６１−１〜１６１−ｎとの間、および、第二駆動波形生成回路２０１ｂと圧電素子１６１−１〜１６１ーｎとの間に、それぞれ、第一アナログスイッチ２１５ａ−１〜２１５ａ−ｎおよび第二アナログスイッチ２１５ｂ−１〜２１５ｂ−ｎが配置される。これらの第一アナログスイッチ２１５ａ−１〜２１５ａ−ｎおよび第二アナログスイッチ２１５ｂ−１〜２１５ｂ−ｎは、それぞれ、特に区別する必要がない場合は、第一アナログスイッチ２１５ａ、第二アナログスイッチ２１５ｂ、または、アナログスイッチ２１５と記載する場合がある。

本実施形態のアナログスイッチ２１５は、各圧電素子１６１に印加する駆動信号を切り替える。本実施形態では、各圧電素子１６１に接続された第一アナログスイッチ２１５ａおよび第二アナログスイッチ２１５ｂに、波形選択制御回路２０３から選択信号が出力され、排他的にいずれかがＯＮ状態とされる。これにより、駆動波形生成部２０１は、第一アナログスイッチ２１５ａおよび第二アナログスイッチ２１５ｂのうち、ＯＮ状態のアナログスイッチ２１５に接続されている波形生成回路が生成した駆動波形を構成する駆動信号を選択的に印加する。

いずれの駆動信号を印加するかは、ヘッド列内の中央部の吐出速度と端部の吐出速度との差が、同じ駆動波形による駆動信号を印加した場合よりも小さくなるように、予め決定される。本実施形態では、複数のノズル１５４それぞれについて印加する駆動信号の駆動波形を設定した駆動波形テーブルを予め作成し、保持しておく。そして、波形選択制御回路２０３は、駆動波形テーブルに従って、第一駆動波形生成回路２０１ａおよび第二駆動波形生成回路２０１ｂのいずれで生成した駆動波形を構成する駆動信号を印加するかを決定する。

図９（ａ）は、駆動波形テーブルの一例である。ここでは、ノズル列内の各チャネルを３分割し、駆動周波数１ｋＨｚ毎に、駆動波形の電圧（駆動電圧）Ｖｐ−ｐを定義する場合を例示する。全ｎチャネルを、１〜ｎ１ｃｈ、（ｎ１＋１）〜ｎ２ｃｈ、（ｎ２＋１）〜ｎｃｈの３つに分割する場合を示す。

ただし、本実施形態では、２種の駆動波形生成回路を備える場合を例にあげて説明しているため、２種の駆動波形が生成される。上述のように、ノズル列内において、両端部のノズルと中央部のノズルとの間に、吐出速度の差が発生している。したがって、本実施形態では、波形選択制御回路２０３は、この２種の駆動波形を構成する駆動信号が、それぞれ、中央部のノズル（チャネル）と両端部のノズル（チャネル）とに印加されるよう選択信号を出力する。すなわち、記録ヘッド１０２の端部のノズル１５４の圧電素子１６１に印加される駆動波形の電圧（１〜ｎ１ｃｈ電圧とｎ２＋１〜ｎｃｈ電圧と）は同じ電圧とする。例えば、駆動周波数が１．１〜２．０ｋＨｚの例では、Ｖ４＝Ｖ６である。また、駆動周波数が３９．１〜４０．０ｋＨｚの例では、Ｖ１１８＝Ｖ１２０である。

例えば、駆動周波数が１．１〜２．０ｋＨｚの例では、第一駆動波形生成回路２０１ａで電圧（Ｖｐ−ｐ）がＶ５の駆動波形（第一駆動波形）を生成し、第二駆動波形生成回路２０１ｂで電圧（Ｖｐ−ｐ）がＶ４の駆動波形（第二駆動波形）を生成する。そして、波形選択制御回路２０３は、記録ヘッド１０２の中央部（（ｎ１＋１）〜ｎ２ｃｈ）のノズル１５４の圧電素子１６１に、第一駆動波形を構成する第一駆動信号が印加され、その他のチャネルのノズル１５４の圧電素子１６１に、第二駆動波形を構成する第二駆動信号が印加されるよう、選択信号を出力する。これを受け、本実施形態のヘッドドライバ１３１は、中央部のノズル１５４の圧電素子１６１に第一駆動信号を、その他（端部）のノズル１５４の圧電素子１６１に第二駆動信号を印加する。

以下、中央部のノズル１５４の圧電素子１６１に印加する第一駆動信号で構成される第一駆動波形の電圧を中央部電圧と、両端部のノズル１５４の圧電素子１６１に印加する第二駆動信号で構成される第二駆動波形の電圧を端部電圧と呼ぶ。

すなわち、本実施形態の波形選択制御回路２０３は、予め定められた駆動波形テーブルを参照し、駆動周波数に応じ、第一駆動信号、第二駆動信号のいずれの信号を印加するか選択信号を出力する。

なお、駆動波形テーブルとして保持する駆動電圧は、予め出荷評価等により決定する。そして、この駆動波形テーブルは、例えば、コントローラ１００のＲＯＭ１２等に記憶される。

なお、この駆動波形テーブルは、記録ヘッド１０２に実装している不揮発性メモリ等に記憶してもよい。記録ヘッド１０２の不揮発性メモリに記憶することにより、ヘッド間の特性のばらつきを低減することができる。

図９（ｂ）に、本実施形態の駆動波形生成部２０１により生成される駆動波形の例を示す。ここでは、駆動周波数が１．１〜２．０ｋＨｚの例（中央部電圧Ｖ５と端部電圧Ｖ４（＝Ｖ６））と、駆動周波数が３９．１〜４０．０ｋＨｚの例（中央部電圧Ｖ１１９と端部電圧Ｖ１１８（＝Ｖ１２０））とを示す。本実施形態では、吐出速度が小さい（遅い）順に駆動電圧Ｖｐ−ｐが大きくなるように駆動波形が生成される。

駆動周波数が２．０ｋＨｚおよび４０．０ｋＨｚの場合の、同じ駆動波形による駆動信号を印加する場合の各チャネル（ノズル１５４）の吐出速度を図１０（ａ）に示す。本図に示すように、吐出速度は、駆動周波数２．０ｋＨｚの中央部、駆動周波数２．０ｋＨｚの端部、駆動周波数４．０ｋＨｚの中央部、駆動周波数４．０ｋＨｚの端部の順に吐出速度は小さい。

一方、本実施形態のインクジェットプリンタ１による各チャネル（ノズル１５４）の吐出速度を図１０（ｂ）に示す。本図に示すように、各周波数での駆動電圧を補正後の２種の電圧を使用して駆動することにより、吐出速度の変化を小さくでき、印刷品質を向上することができる。

以上説明したように、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１は、滴吐出駆動信号を生成する駆動波形生成部２０１が、第一駆動波形生成回路２０１ａと、第二駆動波形生成回路２０１ｂと、波形選択制御回路２０３と、を備える。また、駆動周波数毎に、各チャネルに付与する駆動電圧Ｖｐ−ｐを予め定めた駆動波形テーブルを備える。そして、インクジェットプリンタ１は、波形選択制御回路２０３が、駆動波形テーブルを参照し、アナログスイッチ２１５を制御して圧電素子１６１に対して第一駆動信号、第二駆動信号のいずれかを選択的に印加する。

これにより、記録ヘッド１０２のチャネル毎に最適な電圧の駆動信号を圧電素子１６１に対して印加することができるので、記録ヘッド１０２のノズル列内において発生する吐出速度の差を低減することができる。また、駆動周波数間の吐出速度の差も低減することができる。したがって、本実施形態によれば、インクジェットプリンタ１においては、各チャネルの吐出速度の差による画像品質の低下を抑えることができる。

なお、本実施形態においては、２種類の異なる電圧の駆動波形を生成する場合を例にあげて説明したが、駆動波形生成回路の数、生成される駆動波形の数は、これに限定されない。複数であればその数は問わない。

この場合、駆動波形生成部２０１は、それぞれ異なる駆動波形を生成する複数の駆動波形生成回路と、複数のノズル１５４それぞれに設けられた各圧電素子に印加する駆動信号で構成される駆動波形を選択する波形選択制御回路２０３とを備える。そして、波形選択制御回路２０３は、複数のノズル１５４それぞれからの液滴の吐出速度の差が、同じ駆動波形を構成する駆動信号を印加する場合に比べて小さくなるように、各ノズル１５４に設けられた圧電素子に印加する駆動波形を選択する。

また、本実施形態は、図１に示したインクジェットプリンタ１であるシリアル方式の画像形成装置に限らず、他の方式の画像形成装置にも同様に適用可能である。他の方式の画像形成装置としては、例えば、隣接するヘッドの端部ノズルを重複させて配置し、重複部分の画像を重複ノズルでドットを打ち分けて形成するオーバーラップ処理が実施するライン方式の画像形成装置が挙げられる。その他、例えば、繋ぎヘッド構成をもつシリアル方式の画像形成装置があげられる。また、本実施形態は、インクジェット方式による画像形成装置に限らず、ノズルから液滴を吐出する液滴吐出装置に対しても同様に適用可能である。

１ インクジェットプリンタ
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１５ ＡＳＩＣ
１６ ホストＩ／Ｆ
１７ 印刷制御部
１８ モータ駆動部
１９ ＡＣバイアス供給部
２０ Ｉ／Ｏ
１００ コントローラ
１０１ キャリッジ
１０２ 記録ヘッド
１０３ インクカートリッジ
１０４ 給紙カセット
１０５ 手差しトレイ
１０６ 排紙トレイ
１０７ 主ガイドロッド
１０８ 従ガイドロッド
１０９ 主走査モータ
１１０ 駆動プーリ
１１１ 従動プーリ
１１２ タイミングベルト
１１３ 給紙ローラ
１１４ フリクションパッド
１１５ ガイド部材
１１６ 搬送ローラ
１１７ 搬送コロ
１１８ 先端コロ
１１９ 印写受け部材
１２０ 搬送コロ
１２１ 拍車
１２２ 排紙ローラ
１２３ 拍車
１２４ ガイド部材
１２５ ガイド部材
１２６ 維持回復装置
１３１ ヘッドドライバ
１３３ センサ群
１３４ 副走査モータ
１３５ 搬送ベルト
１３６ 維持回復モータ
１３７ 帯電ローラ
１３８ 操作パネル
１５１ 流路板
１５２ 振動板
１５３ ノズル板
１５４ ノズル
１５５ ノズル連通路
１５６ 液室
１５８ 共通液室
１５９ インク供給口
１６１ 圧電素子
１６２ ベース基板
１６３ 支柱部
１６４ ケーブル
１６５ フレーム部材
１６６ 貫通部
１６７ インク供給穴
１６８ 圧電材料
１６９ 内部電極
１７０ 個別電極
１７１ 共通電極
２０１ 駆動波形生成部
２０１ａ 第一駆動波形生成回路
２０１ｂ 第二駆動波形生成回路
２０２ データ転送部
２０３ 波形選択制御回路
２１１ シフトレジスタ
２１２ ラッチ回路
２１３ デコーダ
２１４ レベルシフタ
２１５ アナログスイッチ
２１５ａ 第一アナログスイッチ
２１５ｂ 第二アナログスイッチ

特許第３５４６９２９号公報

Claims (5)

1. 複数のノズルが第一方向に配列された記録ヘッドを備える画像形成装置であって、
   前記複数のノズルのそれぞれに対応して液滴を吐出させる吐出力を駆動波形によって生じさせる吐出力発生手段と、
   前記吐出力発生手段による前記吐出力を生じさせるための第一駆動信号および第二駆動信号で構成される前記駆動波形を前記ノズルに選択的に印加する駆動波形印加部と、を備え、
   前記駆動波形印加部は、
   前記複数のノズルの列における中央部に前記第一駆動信号を、端部に前記第二駆動信号を印加することによって前記ノズルの列における吐出速度差を小さくすること
   を特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置であって、
   前記駆動波形を生成する駆動波形生成部をさらに備え、
   前記駆動波形生成部は、
   前記第一駆動信号で構成される第一駆動波形を、前記駆動波形として生成する第一駆動波形生成回路と、
   前記第二駆動信号で構成される第二駆動波形を、前記駆動波形として生成する第二駆動波形生成回路と、
   前記複数のノズルの列の中央部に前記第一駆動信号が、前記複数のノズルの列の端部に前記第二駆動信号が、それぞれ印加されるよう選択する波形選択制御回路と、をさらに備えること
   を特徴とする画像形成装置。
3. 請求項２記載の画像形成装置であって、
   前記複数のノズルの列の前記中央部および前記端部それぞれについて印加する駆動信号で構成される前記駆動波形を設定した駆動波形テーブルをさらに備え、
   前記駆動波形生成部は、前記駆動波形テーブルに基づいて前記駆動波形を選択する
   ことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３に記載の画像形成装置であって、
   前記駆動波形テーブルは、駆動周波数毎に、前記駆動波形が設定される
   ことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項３または４に記載の画像形成装置であって、
   前記駆動波形テーブルは、前記記録ヘッドに実装された不揮発性メモリに記録される
   ことを特徴とする画像形成装置。
   

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