JP4355528B2

JP4355528B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4355528B2
Application number: JP2003201457A
Authority: JP
Inventors: 浩司野田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2023-07-25
Also published as: JP2005041039A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は画像形成装置に関し、特に液滴吐出ヘッドを用いる画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平１０−８１０１２号公報
【０００３】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像形成装置として用いるインクジェット記録装置においては、液滴吐出ヘッドとしてインク滴を吐出するインクジェットヘッドを搭載する。このインクジェットヘッドとしては、インク流路内（圧力発生室）のインクを加圧する圧力発生手段として圧電素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの、或いは、発熱抵抗体を用いてインク流路内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるいわゆるサーマル型のもの、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のものなどが知られている。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドの駆動方法としては、振動板を圧力発生室側に押し込み、圧力発生室内の容積を小さくすることでインク滴を吐出させる押し打ち法で駆動するものと、振動板をインク室の外側方向の力で変形させインク室内の内容積を広げた状態から元の容積になるように振動板の変位を元に戻すことでインク滴を吐出させる引き打ち法で駆動するものとがある。
【０００５】
また、階調印刷を行うために、【特許文献１】に開示されているように１印刷周期内に第１のインク滴を吐出する第１の駆動パルスと、第１のインク滴とは大きさの異なる第２のインク滴を吐出する第２の駆動パルスとを含んで構成され、第１、第２の駆動パルスを組み合わせることにより４階調以上を選択可能にしたものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、【特許文献１】に開示されているように１印刷周期内で複数の駆動パルスを印加して液滴を吐出させる場合、滴吐出によりノズル面が汚れ、その汚れた状態で液滴を吐出させようとするので、噴射曲がりやノズルダウンなどの画質異常を引き起こし易いという課題がある。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、連続吐出でもノズル面を汚さず、噴射曲がりやノズルダウンなどを防止し、高品質画質が得られる画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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、１印刷周期内に、液滴を吐出させるために時系列的に出力する複数の吐出駆動パルスと液滴を吐出させない程度にメニスカスに微振動を与える非吐出駆動パルスの波形要素との両方を、圧力発生室を膨張させる第１の信号と、第１の信号の後、圧力発生室の膨張状態を保持する第２の信号と、第２の信号の後、圧力発生室を収縮させる第３の信号とを含む駆動パルスとして発生し、液滴を吐出するノズルへ印加される吐出駆動パルスの液滴を吐出するタイミングの一部と、液滴を吐出しない非吐出ノズルへ印加される非吐出駆動パルスの印加タイミングとが重複している構成とした。
【０００９】
ここで、非吐出駆動パルスを選択して液滴を吐出させない第１の階調値と、複数の吐出駆動パルスの内の１つを選択して液滴を吐出させる第２の階調値と、この第２階調値で選択した吐出駆動パルス以外の吐出駆動パルス又はこの第２階調値で選択した吐出駆動パルスを含む２以上の吐出駆動パルスを選択して液滴を吐出させる第３の階調値と、この第３の階調値で選択した吐出駆動パルスを含む３以上の吐出駆動パルスを選択して液滴を吐出させる第４の階調値とを選択可能であることが好ましい。
【００１０】
また、時系列的に出力される複数の吐出駆動パルスによる各液滴吐出タイミングの時間間隔が圧力発生室の固有振動周期Ｔｃの整数倍であることが好ましい。
【００１１】
さらに、時系列的に出力される複数の吐出駆動パルスにより吐出される液滴は、時間的に遅い吐出駆動パルスで吐出される液滴程滴速度が速いことが好ましい。
【００１２】
また、複数の吐出駆動パルスのうちの少なくとも１つは圧力発生室を収縮させて液滴を吐出させ、圧力発生室の固有振動周期をＴｃとしたときＴｃ／４〜３Ｔｃ／４時間経過後に圧力発生室を収縮させて液滴吐出後のメニスカスの残留振動を抑制する信号を含むことが好ましい。
【００１３】
あるいは、複数の吐出駆動パルスのうちの少なくとも１つは圧力発生室を収縮させて液滴を吐出させ、圧力発生室の固有振動周期をＴｃとしたときにＴｃ／４〜３Ｔｃ／４時間経過後に圧力発生室を収縮させ、Ｔｃ／２時間経過後に圧力発生室を膨張させて液滴吐出後のメニスカスの残留振動を抑制する信号を含むことが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の機構部の概略斜視説明図、図２は同機構部の側面説明図である。
【００１５】
このインクジェット記録装置装置は、記録装置本体１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２等を収納し、給紙カセット４或いは手差しトレイ５から給送される用紙３を取り込み、印字機構部２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６に排紙する。
【００１６】
印字機構部２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１１と従ガイドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向（図２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するインクジェットヘッドからなるヘッド１４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ１３の上側にはヘッド１４に各色のインクを供給するための各インクタンク（インクカートリッジ）１５を交換可能に装着している。
【００１７】
インクカートリッジ１５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド１４へ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おり、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド１４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。このインクカートリッジ１５からインクをヘッド１４内に供給する。
【００１８】
ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９との間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミングベルト２０をキャリッジ１３に固定しており、主走査モータ１７の正逆回転によりキャリッジ１３が往復駆動される。
【００１９】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。さらに、ヘッド１４としては、後述するように、インク流路の壁面の少なくとも一部を形成する振動板と、この振動板を圧電素子で変形させるピエゾ型インクジェットヘッドを用いている。
【００２０】
一方、給紙カセット４にセットした用紙３をヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセット４から用紙３を分離給装する給紙ローラ２１及びフリクションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材２３と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ローラ２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられる搬送コロ２５及び搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送ローラ２４は副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００２１】
そして、キャリッジ１３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙３を記録ヘッド１４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２９を設けている。この印写受け部材２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３１、拍車３２を設け、さらに用紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ローラ３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部材３５，３６とを配設している。
【００２２】
記録時には、キャリッジ１３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１４を駆動することにより、停止している用紙３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙３を排紙する。
【００２３】
また、キャリッジ１３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１４の吐出不良を回復するための回復装置３７を配置している。回復装置３７は、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１３は印字待機中にはこの回復装置３７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１４をキャッピングされ、吐出口部（ノズル孔）を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する（パージする）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。
【００２４】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、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。
【００２５】
次に、このインクジェット記録装置の記録ヘッド１４を構成するインクジェットヘッドについて図３乃至図５を参照して説明する。なお、図３は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図４は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図、図５は同ヘッドの要部平面説明図である。
【００２６】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板で形成した流路板４１と、この流路板４１の下面に接合した振動板４２と、流路板４１の上面に接合したノズル板４３とを有し、これらによって液滴であるインク滴を吐出するノズル４５がノズル連通路４５ａを介して連通するインク流路である加圧室４６、加圧室４６にインクを供給するための共通液室４８にインク供給口４９を介して連通する流体抵抗部となるインク供給路４７を形成している。
【００２７】
そして、振動板４２の外面側（液室と反対面側）に各加圧室４６に対応して加圧室４６内のインクを加圧するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての積層型圧電素子５２を接合し、この圧電素子５２をベース基板５３に接合している。また、圧電素子５２の間には加圧室４６、４６間の隔壁部４１ａに対応して支柱部５４を設けている。ここでは、圧電素子部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施すことで櫛歯状に分割して、１つ毎に圧電素子５２と支柱部５４して形成している。支柱部５４も構成は圧電素子５１と同じであるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。
【００２８】
さらに、振動板４２の外周部はフレーム部材４４にギャップ材を含む接着剤５０にて接合している。このフレーム部材４４には、共通液室４８となる凹部、この共通液室４８に外部からインクを供給するための図示しないインク供給穴を形成している。このフレーム部材４４は、例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成している。
【００２９】
ここで、流路板４１は、例えば結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）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、ノズル連通路４５ａ、加圧室４６、インク供給路４７となる凹部や穴部を形成したものであるが、単結晶シリコン基板に限られるものではなく、その他のステンレス基板や感光性樹脂などを用いることもできる。
【００３０】
振動板４２は、ニッケルの金属プレートから形成したもので、例えばエレクトロフォーミング法（電鋳法）で作製しているが、この他の金属板や樹脂板或いは金属と樹脂板との接合部材などを用いることもできる。この振動板４２は加圧室４６に対応する部分に変形を容易にするための薄肉部（ダイアフラム部）５５及び圧電素子５２と接合するための厚肉部（島状凸部）５６を形成するとともに、支柱部５４に対応する部分及びフレーム部材４４との接合部にも厚肉部５７を形成し、平坦面側を流路板４１に接着剤接合し、島状凸部５６を圧電素子５２に接着剤接合し、更に厚肉部５７を支柱部５４及びフレーム部材４４に接着剤５０で接合している。なお、ここでは、振動板４２を２層構造のニッケル電鋳で形成している。この場合、ダイアフラム部５５の厚みは３μｍ、幅は３５μｍ（片側）としている。
【００３１】
ノズル板４３は各加圧室４６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４５を形成し、流路板４１に接着剤接合している。このノズル板４３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。ここでは、電鋳工法によるＮｉメッキ膜等で形成している。また、ノズル４３の内部形状（内側形状）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、このノズル４５の穴径はインク滴出口側の直径で約２０〜３５μｍとしている。さらに、各列のノズルピッチは１５０ｄｐｉとした。
【００３２】
また、ノズル板４３のノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。撥水処理層としては、例えば、ＰＴＦＥ−Ｎｉ共析メッキ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）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。
【００３３】
圧電素子５２は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層６１と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡgＰd）からなる内部電極層６２とを交互に積層したものであり、内部電極６２を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極６３、共通電極６４に電気的に接続したものである。この圧電常数がｄ３３である圧電素子５２の伸縮により加圧室４６を収縮、膨張させるようになっている。圧電素子５２に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子５２に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮するようになっている。
【００３４】
なお、圧電素子部材の一端面の端面電極はハーフカットによるダイシング加工で分割されて個別電極６３となり、他端面の端面電極は切り欠き等の加工による制限で分割されずにすべての圧電素子５２で導通した共通電極６４となる。
【００３５】
そして、圧電素子５２の個別電極６３には駆動信号を与えるために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若しくはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル６５を接続し、このＦＰＣケーブル６５には各圧電素子５２に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）を接続している。また、共通電極６４は、圧電素子の端部に電極層を設けて回し込んでＦＰＣケーブル６５のグラウンド（ＧＮＤ）電極に接続している。
【００３６】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、例えば、記録信号に応じて圧電素子５２に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、圧電素子５２に積層方向の変位が生起し、振動板４２を介して加圧室４６内のインクが加圧されて圧力が上昇し、ノズル４５からインク滴が吐出される。
【００３７】
その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧室４６内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧室４６内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、図示しないインクタンクから供給されたインクは共通液室４８に流入し、共通液室４７からインク供給口４９を経て流体抵抗部４７を通り、加圧室４６内に充填される。
【００３８】
なお、流体抵抗部４７は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果が有る反面、表面張力による最充填（リフィル）に対して抵抗になる。流体抵抗部４７の流体抵抗値を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間（駆動周期）を短くできる。
【００３９】
次に、このインクジェット記録装置の制御部の概要について図６及び図７を参照して説明する。なお、図６は同制御部の全体ブロック図、図７は本発明の第１実施形態に係る同制御部のヘッド駆動制御に係わる部分のブロック説明図である。
【００４０】
この制御部は、プリンタコントローラ７０と、主走査モータ１７及び副走査モータ１８を駆動するためのモータドライバ８１と、記録ヘッド１４（インクジェットヘッド）を駆動するためのヘッドドライバ（ヘッド駆動回路、ドライバＩＣで構成）８２等を備えている。
【００４１】
プリンタコントローラ７０は、ホストコンピュータ等からの印刷データ等をケーブル或いはネットを介して受信するインターフェース（以下「Ｉ／Ｆ」という）７２と、ＣＰＵ等からなる主制御部７３と、各種データの記憶等を行うＲＡＭ７４と、各種データ処理のためのルーチン等を記憶したＲＯＭ７５と、発振回路７６と、インクジェットヘッド１４への駆動波形を発生させる駆動波形発生手段としての駆動信号発生回路７７と、ドットパターンデータ（ビットマップデータ）に展開された印字データ及び駆動波形等をヘッドドライバ８２に送信するためのＩ／Ｆ７８、モータ駆動データをモータドライバ８１に送信するためのＩ／Ｆ７９等とを備えている。
【００４２】
ＲＡＭ７４は各種バッファ及びワークメモリ等として用いる。ＲＯＭ７５は主制御部７３によって実行する各種制御ルーチンとフォントデータ及びグラフィック関数、各種手続き等を記憶している。
【００４３】
主制御部７３は、Ｉ／Ｆ７２に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して中間コードに変換し、この中間コードデータをＲＡＭ７４の所定のエリアで構成した中間バッファに記憶し、読み出した中間コードデータをＲＯＭ７５に格納したフォントデータを用いてドットパターンデータに展開し、ＲＡＭ７４の異なる所定のエリアに再び記憶する。なお、ホスト側のプリンタドライバで印刷データをビットマップデータに展開してこの記録装置に転送する場合には、単にＲＡＭ７４に受信したビットマップの印刷データを格納する。
【００４４】
そして、主制御部７３は、記録ヘッド１４の１行分に相当するドットパターンデータが得られると、図７に示すように、この１行分のドットパターンデータを、発振回路７６からのクロック信号ＣＬＫに同期して、Ｉ／Ｆ７８を介してヘッドドライバ８２にシリアルデータＳＤで送出し、また所定のタイミングでラッチ信号ＬＴＡをヘッドドライバ８２に送出する。
【００４５】
駆動信号発生回路７７は、図７に示すように、駆動波形（駆動信号）Ｐｖのパターンデータを格納したＲＯＭ（ＲＯＭ７５で構成することもできる。）と、このＲＯＭから読み出される駆動波形のデータをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器を含む波形生成回路９１と、アンプ９２とで構成している。
【００４６】
ヘッド駆動回路８２は、主制御部７３からのクロック信号ＣＬＫ及び印字信号であるシリアルデータＳＤを入力するシフトレジスタ９５と、シフトレジスタ９５のレジスト値を主制御部７３からのラッチ信号ＬＡＴでラッチするラッチ回路９６と、ラッチ回路９６の出力値をレベル変化するレベル変換回路（レベルシフタ）９７と、このレベルシフタ９７でオン／オフが制御されるアナログスイッチアレイ（スイッチ手段）９８とからなる。
【００４７】
このスイッチ回路９８には、駆動信号発生回路７７からの駆動波形Ｐｖを入力するスイッチＡＳ１〜ＡＳｎのアレイからなり、各スイッチＡＳ１〜ＡＳｎは記録ヘッド（インクジェットヘッド）１４の各ノズルに対応する圧電素子５２にそれぞれ接続されている。
【００４８】
そして、シフトレジスタ９５にシリアル転送された印字データＳＤは、一旦、ラッチ回路９６によってラッチされる。ラッチされた印字データはレベルシフタ９７によってスイッチ回路９８のスイッチを駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度の所定の電圧値まで昇圧されてスイッチ手段としてのスイッチ回路９８に与えられる。
【００４９】
このスイッチ回路９８の入力側には駆動信号発生回路７７からの駆動波形（駆動信号）Ｐｖが印加されており、スイッチ回路９８の出力側には圧力発生手段としての圧電素子５２が接続されている。したがって、例えば、スイッチ回路９８に加わる印字データが「１」である期間中は、駆動波形Ｐｖから得られる駆動パルスが圧電素子５２に印加され、この駆動パルスに応じて圧電素子５２は伸縮を行う。一方、スイッチ回路９８に加わる印字データが「０」の期間中は、圧電素子５２への駆動パルスの供給が遮断される。
【００５０】
なお、シフトレジスタ９５及びラッチ回路９６はロジック回路で組んであり、レベル変換回路９７及びスイッチ回路９８はアナログ回路で組んである。
【００５１】
次に、このように構成したインクジェット記録装置において駆動信号発生回路７７から発生する圧電素子５２に印加する駆動波形（駆動信号）について図８以降をも参照して説明する。
【００５２】
先ず、駆動信号の第１例を図８を参照説明する。この駆動信号は、１印刷周期内で、液滴を吐出させるために時系列的に出力する複数の吐出駆動パルスＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４と、液滴を吐出させない程度にメニスカスに微振動を与える非吐出駆動パルスＰＤＡ（後述する図９参照）の波形要素１１０ａ、１１０ｃとを含んでいる。
【００５３】
ここで、吐出駆動パルスＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４は、圧力発生室４６を膨張させる第１の信号（第１の波形要素）１０１ａ、１０２ａ、１０３ａ、１０４ａと、この第１の信号の後圧力発生室４６の膨張状態を保持する第２の信号（第２の波形要素）１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂ、１０４ｂと、この第２の信号の後圧力発生室４６を収縮させる第３の信号（第３の波形要素）１０１ｃ、１０２ｃ、１０３ｃ、１０４ｃとを含むパルス信号である。
【００５４】
したがって、各吐出駆動パルスＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３及びＰＤ４による液滴吐出は、いずれも圧力発生室４６を膨張→液体充填→収縮・吐出という引き打ち方式で行われる。
【００５５】
また、非吐出駆動パルスＰＤＡは、図９に示すように、波形要素１１０ａ、１１０ｃを選択することで形成され、圧力発生室４６を膨張させる第１の信号となる波形要素１１０ａと、この第１の信号の後圧力発生室４６の膨張状態を保持する第２の信号１１０ｂと、この第２の信号の後圧力発生室４６を収縮させる第３の信号となる波形要素１１０ｃとを含むパルス信号である。この場合も、引き打ちと同じ動作（ただし、滴は吐出されない。）になる。
【００５６】
そして、ここでは、図１０に示すように吐出駆動パルスＰＤ１を選択することで小滴を吐出させ、図１１に示すように吐出駆動パルスＰＤ２を選択することで中滴を吐出させ、図１２に示すように吐出駆動パルスＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３及びＰＤ４を選択することで大滴を吐出させるようにしている。なお、中滴を小滴の吐出駆動パルスＰＤ１を含む駆動信号としてもよく、また大滴を３個の吐出駆動パルスＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３で構成しても良い。
【００５７】
この場合、吐出駆動パルスＰＤ１で吐出される滴の滴速度Ｖｊ１、吐出駆動パルスＰＤ２で吐出される滴の滴速度Ｖｊ２、吐出駆動パルスＰＤ３で吐出される滴の滴速度Ｖｊ３、吐出駆動パルスＰＤ４で吐出される滴の滴速度Ｖｊ４は、時系列的に遅い吐出駆動パルスで吐出される滴の滴速度ほど速くなるように、すなわち、Ｖｊ１＜Ｖｊ２＜Ｖｊ３＜Ｖｊ４になるように、各駆動パルスのパラメータを設定している。
【００５８】
これにより、すべての滴を被記録媒体（用紙）に着弾する前にマージさせて大きい滴を形成することができる。
【００５９】
このように、すべてのパルス（大、中、小滴、非吐出駆動パルス）を引き打ちにすることによって、連続印字した際にノズル面の汚れを軽減することができ、そのノズル面の汚れによって引き起こされる噴射曲がりやノズルダウンの問題を改善することができる。また、あるノズルで印字を行うとき、他の印字しないノズルには非吐出駆動パルスが印加されるが、その際印字するノズルが印字しないノズルからの干渉を受けるため、引き打ち印字するときには引き打ちの非吐出駆動パルスを印加することで、ノズル面を汚しにくく、正常噴射させることができる。
【００６０】
また、階調記録をするときには、上述したように、非吐出駆動パルスを選択して液滴を吐出させない第１の階調値と、複数の吐出駆動パルスの内の１つである吐出駆動パルスＰＤ１を選択して液滴を吐出させる第２の階調値と、この第２階調値で選択した吐出駆動パルスＰＤ１以外の吐出駆動パルスＰＤ２（又はこの第２階調値で選択した吐出駆動パルスＰＤ１を含む２以上の吐出駆動パルスでも良い。）を選択して液滴を吐出させる第３の階調値と、この第３の階調値で選択した吐出駆動パルスＰＤ２を含む３以上の吐出駆動パルスＰＤ１ないしＰＤ４を選択して液滴を吐出させる第４の階調値とを選択することができる。
【００６１】
このように、ここでは、第４の階調値ではすべての滴を利用するので無駄なく大きな滴体積Ｍｊを得ることができる。
【００６２】
また、図１２に示すように、吐出駆動パルスＰＤ１による滴吐出タイミングから吐出駆動パルスＰＤ２による滴吐出タイミングまでの時間間隔Ｔａ１、吐出駆動パルスＰＤ２による滴吐出タイミングから吐出駆動パルスＰＤ３による滴吐出タイミングまでの時間間隔Ｔａ２、吐出駆動パルスＰＤ３による滴吐出タイミングから吐出駆動パルスＰＤ４による滴吐出タイミングまでの時間間隔Ｔａ３は、いずれも圧力発生室４６の固有振動周期Ｔｃの整数倍としている。この例では、時間間隔Ｔａ１＝３Ｔｃ、Ｔａ２＝４Ｔｃ、Ｔａ３＝３Ｔｃとしている。
【００６３】
このように、吐出するタイミングの間隔を圧力発生室の固有振動周期の整数倍にすることによって、この画像形成装置のように複数滴を紙に着弾させる前にマージさせて大きい滴を形成させる場合において、周期に合わせて吐出させることができて安定した吐出を行うことができる。
【００６４】
次に、吐出駆動パルスＰＤ１の詳細について図１３を参照して説明する。
この吐出駆動パルスＰＤ１は、基準電位Ｖrefから電位Ｖｃまで立下り圧力発生室４６を膨張させてメニスカスを引き込む第１の信号１０１ａと、電位Ｖｃを維持することで膨張した圧力発生室４６の膨張状態を保持する第２の信号１０１ｂと、電位Ｖｃから電位Ｖｄまで立ち上がり圧力発生室４６を収縮させて液滴を吐出させる第３の信号１０１ｃを有するとともに、更に、電位Ｖｄを維持することで第３の信号１０１ｃの印加で収縮した圧力発生室４６の収縮状態を保持する第４の信号１０１ｄと、第４の信号１０１ｄによる保持状態の後基準電位Ｖrefまで立ち上がり圧力発生室４６を収縮させて液滴吐出後のメニスカスの残留振動を抑制するための第５の信号１０１ｅとを含んでいる。
【００６５】
ここで、第４の信号１０１ｄの印加時間Ｔｂは圧力発生室４６の固有振動周期をＴｃとしたとき、Ｔｃ／４〜３Ｔｃ／４の範囲内に設定している。すなわち、液滴吐出後、Ｔｃ／４〜３Ｔｃ／４後に圧力発生室４６を収縮させて液滴吐出後のメニスカスの残留振動を抑制させる第５の信号１０１ｅを印加するようにしている。
【００６６】
図１４（ａ）は第５の信号１０１ｅを印加することで制振させた場合のメニスカスの残留振動を示した図であり、同図（ｂ）は第４の信号１０１ｄ、第５の信号１０１ｅを印加しないで制振させない場合のメニスカスの残留振動を示した図である。これより、明らかに同図（ａ）の方がメニスカスの残留振動が抑制されているのが分かる。
【００６７】
このように、複数の吐出駆動パルスのうちの少なくとも１つは圧力発生室を収縮させて液滴を吐出させ、圧力発生室の固有振動周期をＴｃとしたときＴｃ／４〜３Ｔｃ／４時間経過後に圧力発生室を収縮させて液滴吐出後のメニスカスの残留振動を抑制する信号を含むことで、メニスカスの残留振動を早く抑制することができる。
【００６８】
次に、吐出駆動パルスＰＤ３の詳細について図１５を参照して説明する。
この吐出駆動パルスＰＤ３は、基準電位Ｖrefから電位Ｖｆまで立下り圧力発生室４６を膨張させてメニスカスを引き込む第１の信号１０３ａと、電位Ｖｆを維持することで膨張した圧力発生室４６の膨張状態を保持する第２の信号１０３ｂと、電位Ｖｆから電位Ｖｇまで立ち上がり圧力発生室４６を収縮させて液滴を吐出させる第３の信号１０３ｃを有するとともに、更に、電位Ｖｇを維持することで第３の信号１０３ｃの印加で収縮した圧力発生室４６の収縮状態を保持する第４の信号１０３ｄと、第４の信号１０３ｄによる保持状態の後電位Ｖｈまで立ち上がり圧力発生室４６を収縮させて液滴吐出後のメニスカスの残留振動を抑制するための第５の信号１０３ｅと、第５の信号１０３ｅによる圧力発生室４６の収縮状態を保持する第６の信号１０３ｆと、第６の信号１０３ｆの後圧力発生室４６を膨張させる第７の信号１０３ｇとを含んでいる。
【００６９】
ここで、第４の信号１０３ｄの印加時間Ｔｂは圧力発生室４６の固有振動周期をＴｃとしたとき、Ｔｃ／４〜３Ｔｃ／４の範囲内に設定している。すなわち、液滴吐出後、Ｔｃ／４〜３Ｔｃ／４後に圧力発生室４６を収縮させて液滴吐出後のメニスカスの残留振動を抑制させる第５の信号１０３ｅを印加するようにしている。
【００７０】
また、第５の信号１０３ｅ及び第６の信号１０３ｆの印加時間Ｔｄは、圧力発生室４６の固有振動周期をＴｃとしたとき、Ｔｃ／２に設定している。すなわち、液滴吐出後、Ｔｃ／４〜３Ｔｃ／４後に圧力発生室４６を収縮させて液滴吐出後のメニスカスの残留振動を抑制させる第５の信号１０３ｅを印加し、更に、Ｔｃ／２後に圧力発生室４６を膨張させる第７の信号１０３ｇを印加するようにしている。
【００７１】
図１６（ａ）は第５の信号１０３ｅ及び第７の信号１０３ｇを印加することで制振させた場合のメニスカスの残留振動を示した図であり、同図（ｂ）は第５の信号１０３ｅ、第７の信号１０３ｇを印加しないで制振させない場合のメニスカスの残留振動を示した図である。これより、明らかに同図（ａ）の方がメニスカスの残留振動が抑制されているのが分かる。
【００７２】
このように、複数の吐出駆動パルスのうちの少なくとも１つは圧力発生室を収縮させて液滴を吐出させ、圧力発生室の固有振動周期をＴｃとしたときＴｃ／４〜３Ｔｃ／４時間経過後に圧力発生室を収縮させ、かつＴｃ／２後に圧力発生室を膨張させて液滴吐出後のメニスカスの残留振動を抑制する信号を含むことで、メニスカスの残留振動を早く抑制することができる。
【００７３】
なお、上記実施形態においては、圧電素子はｄ３３方向変位のＰＺＴを前提にしたが、たわみ振動型のＰＺＴでもよい。しかし、ｄ３３方向変位のＰＺＴを用いた方が、素子の信頼性が高い。また、本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置はインク滴を吐出する液滴吐出ヘッドを搭載したものであるが、本発明は、インク以外の液体の滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッド、遺伝子分析試料を吐出する液滴吐出ヘッドなどを搭載する画像形成装置にも適用することできる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る画像形成装置によれば、１印刷周期内に、液滴を吐出させるために時系列的に出力する複数の吐出駆動パルスと液滴を吐出させない程度にメニスカスに微振動を与える非吐出駆動パルスの波形要素との両方を、圧力発生室を膨張させる第１の信号と、第１の信号の後、圧力発生室の膨張状態を保持する第２の信号と、第２の信号の後、圧力発生室を収縮させる第３の信号とを含む駆動パルスとして発生し、液滴を吐出するノズルへ印加される吐出駆動パルスの液滴を吐出するタイミングの一部と、液滴を吐出しない非吐出ノズルへ印加される非吐出駆動パルスの印加タイミングとが重複している構成としたので、連続印字後でもノズル面を汚すことは少なく、そのノズル面の汚れによって起こる噴射曲がりやノズルダウンの問題を改善することができ、画像品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の機構部の一例を示す斜視説明図
【図２】同記録装置の機構部の側断面説明図
【図３】同記録装置の記録ヘッドを構成するインクジェットヘッドの一例を説明するヘッドの液室長辺方向に沿う断面説明図
【図４】同ヘッドの液室短辺方向に沿う断面説明図
【図５】同ヘッドの要部平面説明図
【図６】同記録装置の制御部の概要を説明するブロック図
【図７】同制御部のヘッド駆動制御に係わる部分のブロック図
【図８】同画像形成装置における駆動信号を説明する説明図
【図９】非吐出駆動パルスを説明する説明図
【図１０】小滴を吐出するための駆動信号を説明する説明図
【図１１】中滴を吐出するための駆動信号を説明する説明図
【図１２】大滴を吐出するための駆動信号を説明する説明図
【図１３】吐出駆動パルスＰＤ１の詳細を説明する説明図
【図１４】同吐出駆動パルスＰＤ１の作用説明に供する説明図
【図１５】吐出駆動パルスＰＤ３の詳細を説明する説明図
【図１６】同吐出駆動パルスＰＤ３の作用説明に供する説明図
【符号の説明】
１３…キャリッジ、１４…記録ヘッド、４１…流路板、４２…振動板、４３…ノズル板、４５…ノズル、４６…圧力発生室、４７…流体抵抗部、４８…共通液室、５２…圧電素子、７７…駆動信号発生回路。

Claims

ノズルが連通する圧力発生室と、この圧力発生室の容積を収縮、膨張させる圧力発生手段とを有する液滴吐出ヘッドと、１印刷周期内に複数の駆動パルスを発生する駆動信号発生手段とを備え、１印刷周期内で前記液滴吐出ヘッドから複数滴を連続して吐出させることが可能な画像形成装置において、
前記駆動信号発生手段は、１印刷周期内に、液滴を吐出させるために時系列的に出力する複数の吐出駆動パルスと液滴を吐出させない程度にメニスカスに微振動を与える非吐出駆動パルスの波形要素との両方を、前記圧力発生室を膨張させる第１の信号と、第１の信号の後、前記圧力発生室の膨張状態を保持する第２の信号と、第２の信号の後、前記圧力発生室を収縮させる第３の信号とを含む駆動パルスとして発生し、
液滴を吐出するノズルへ印加される前記吐出駆動パルスの液滴を吐出するタイミングの一部と、液滴を吐出しない非吐出ノズルへ印加される前記非吐出駆動パルスの印加タイミングとが重複している
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項１に記載の画像形成装置において、前記非吐出駆動パルスを選択して液滴を吐出させない第１の階調値と、前記複数の吐出駆動パルスの内の１つを選択して液滴を吐出させる第２の階調値と、この第２階調値で選択した吐出駆動パルス以外の吐出駆動パルス又はこの第２階調値で選択した吐出駆動パルスを含む２以上の吐出駆動パルスを選択して液滴を吐出させる第３の階調値と、この第３の階調値で選択した吐出駆動パルスを含む３以上の吐出駆動パルスを選択して液滴を吐出させる第４の階調値とを選択可能であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記時系列的に出力される複数の吐出駆動パルスによる各液滴吐出タイミングの時間間隔が前記圧力発生室の固有振動周期Ｔｃの整数倍であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、前記時系列的に出力される複数の吐出駆動パルスにより吐出される液滴は、時間的に遅い吐出駆動パルスで吐出される液滴程滴速度が速いことを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置において、前記複数の吐出駆動パルスのうちの少なくとも１つは前記圧力発生室を収縮させて液滴を吐出させ、前記圧力発生室の固有振動周期をＴｃとしたときＴｃ／４〜３Ｔｃ／４時間経過後に前記圧力発生室を収縮させて液滴吐出後のメニスカスの残留振動を抑制する信号を含むことを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置において、前記複数の吐出駆動パルスのうちの少なくとも１つは前記圧力発生室を収縮させて液滴を吐出させ、前記圧力発生室の固有振動周期をＴｃとしたときにＴｃ／４〜３Ｔｃ／４時間経過後に前記圧力発生室を収縮させ、Ｔｃ／２時間経過後に前記圧力発生室を膨張させて液滴吐出後のメニスカスの残留振動を抑制する信号を含むことを特徴とする画像形成装置。