JP4627444B2

JP4627444B2 - ヘッド駆動装置及び画像形成装置

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Publication number: JP4627444B2
Application number: JP2005045400A
Authority: JP
Inventors: 右顕青木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2025-02-22
Also published as: JP2006231539A

Description

本発明はヘッド駆動装置及び画像形成装置に関し、特に記録液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドを駆動するヘッド駆動装置及び液体吐出ヘッドを備えた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、プリンタ／ファックス／複写機複合機等の各種画像形成装置としては、記録液（例えばインク）の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドで構成した記録ヘッド（印字ヘッド）をキャリッジに搭載して、このキャリッジを被記録媒体（以下「用紙」というが、材質を紙に限定するものではなく、また、記録媒体、記録紙、転写材などとも称される。）の搬送方向に対して直交する方向にシリアルスキャンさせるとともに、被記録媒体を記録幅に応じて間歇的に搬送し、搬送と記録を交互に繰り返すことによって被記録媒体に画像を形成（記録、印刷、印字、印写も同義で使用する。）するシリアル型画像形成装置、或いは、ライン型の記録ヘッドを搭載したライン型画像形成装置がある。

このような液体吐出ヘッドを用いる画像形成装置又はこのような画像形成装置におけるヘッド駆動装置ないしヘッド駆動方法として、例えば、特許文献１には、複数種類の駆動波形に各々対応する複数の波形データを予め記憶する記憶手段を備え、描画信号に基づいて何れかの波形データを記憶手段から順次読み出して、アナログ信号の駆動波形に変換してインク吐出ヘッドに供給するようにした描画装置が記載されている。
特開２００４−２５５７８９号公報

また、特許文献２には、ｎ個の圧電素子によって一定駆動周期Ｔでノズルからインク滴の吐出、非吐出が可能なヘッドであって、駆動周期Ｔ内における吐出時の圧電素子への駆動電圧波形の時間的に電圧値の変動する変動部と一定値となる定常部を個別に発生する波形発生手段を有し、各圧電素子に対して前記波形発生手段の信号を選択的に印加可能な信号切り替え手段を有し、印字信号に応じて信号切り替え手段を制御して各圧電素子に駆動電圧波形を印加するヘッド駆動方法が記載されている。
特開２００１−１２９９９１号公報

このように液体吐出ヘッドを用いる画像形成装置において、階調再現を行なうために、１駆動周期内で１ないし複数の液滴を吐出させて飛翔中又は着弾位置で合体させることによって大きさの異なる液滴を形成することが知られている。

一般的には、液体吐出ヘッドから吐出する滴の多値制御を行なうヘッド駆動装置ないしヘッド駆動方法としては、特許文献３に記載されているように、一吐出周期（一駆動周期、一印字周期ともいう。）内の駆動波形を複数のパルス（駆動信号）から構成し、与えられた画像データを吐出データ（駆動データ）にデコードして階調値に応じて所要の駆動信号を選択して液体吐出ヘッドの圧力発生手段に印加するものが一般的である。
特開平１０−８１０２号公報

このようなヘッド駆動方法を実現するヘッド駆動制御装置の概要について図１３ないし図１６を参照して説明する。
このヘッド駆動制御装置は、共通駆動波形生成回路５０１から図１４（ａ）に示すように一吐出周期内に大滴、中滴、小滴の３種類の液滴を吐出させるための複数の駆動信号Ｐ５１、Ｐ５２、Ｐ５３を含む共通駆動波形を生成してヘッド駆動装置であるヘッドドライバ５０２に出力する。

ヘッドドライバ５０２は、制御ロジック５０３と、レベルシフタ５０４と、アナログスイッチ５０５とを含み、ノズル毎の吐出滴を表す吐出データと図１４（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）に示すような滴種毎の滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３（非吐出の滴制御信号Ｍ３は図示を省略）を受けて、アナログスイッチ５０５のオン／オフ（開閉）を制御する。

アナログスイッチ５０５はオン状態にあるとき、共通駆動波形生成回路５０１からの共通駆動波形を各チャンネルの圧電素子５０６に印加し、オフ状態のときには圧電素子５０６に蓄えられた電荷を維持するように充放電電流経路を遮断する。

このヘッドドライバ５０２のアナログスイッチ５０５は、例えば図１６に示すように、一対のＰチャンネルのトランジスタ５２１及びＮチャンネルトランジスタ５２２を有し、トランジスタ５２１、５２２のゲートはインバータ回路５２３、５２４により駆動されており、インバータ５２３、５２４はレベルシフタ５０４の信号により駆動される。レベルシフタ５０４は、制御ロジック５０３から出力されるスイッチの状態を指示する５Ｖないし３．３Ｖのチャンネルの信号レベルを増幅するものである。図１４の回路構成では、レベルシフタ５０４の出力ＡがＬ（ロー）レベル、出力ＢがＨ（ハイ）レベルでアナログスイッチ５０５がオン状態となる設定である。なお、アナログスイッチ５０５を構成するトランジスタサイズは出力電流と出力負荷の応答時間遅れを考慮して設計されている。

ここで、アナログスイッチ５０５の開閉（オン／オフ）は、実際の滴制御信号の入力遷移タイミングから一定の遅れ時間を経て切り替わることになる。遅れ時間は、アナログスイッチ５０５を構成するトランジスタサイズ及びインバータ回路の出力駆動能力により決定されるが、遅れ時間を小さくするためには、インバータ回路のトランジスタサイズを大きくすれば良いが、過渡的な電流値が大きくなる等の問題があるため必要最小限にとどめる必要がある。ここでは、滴制御信号の状態遷移から実際に時間ｔｓｗを経てアナログスイッチの状態遷移が起こるよう設定されているとする。

図１４（ａ）に示す共通駆動波形中の電位Ｖ１は中間電位であり圧電素子がオフ状態にある場合に保たれている電位であり、各パルスの始まりと終わりの電位レベルである。例えば、大滴の吐出データが入力されたチャンネルには区間Ｔ５１，Ｔ５２の駆動信号Ｐ５１、Ｐ５２が選択されるように同図（ｃ）に示すような大滴制御信号Ｍ０が入力されている。

制御ロジック５０２は、大滴が指示されているチャンネルに対して滴制御信号がＨレベルのときに当該ノズルのアナログスイッチ５０５がＯＮ状態となるように制御を行なう。より具体的には、時刻ｔ５１でオン状態に遷移し、時刻ｔ５３までオン状態を維持したオフ状態に遷移する大滴制御信号Ｍ０を出力する。

ここで、切り替えタイミングにおける動作の詳細について図１５を参照して説明する。図１５は時刻ｔ５３付近での大滴、中滴を吐出するチャンネルの出力電位とアナログスイッチ５０５の状態を示すものである。

図１５（ａ）に示すように、時刻ｔ３より前に共通駆動波形が中間電位Ｖ１に向けて電圧上昇中のとき、大滴を吐出するチャンネルの出力は、図１５（ｂ）に示すように共通駆動波形より遅れて電圧が上昇する。これはアナログスイッチ５０５のＯＮ抵抗と出力負荷である圧電素子の容量成分による遅れである。

そして、共通駆動波形が中間電位Ｖ１に達すると電圧レベルは一定のまま維持される。電圧レベルが一定になってからも、大滴吐出のチャンネル出力の電位は上昇を続け、中間電位Ｖ１とほぼ同じと看做せるレベルになってから時刻ｔ５３となり、図１５（ｃ）に示すように大滴を吐出するチャンネルのアナログスイッチ５０５の状態をＯＦＦ状態にするように大滴制御信号Ｍ０がＬレベルに遷移する。このＬレベルの指示を受けてから時間ｔｓｗ経過後に、図１５（ｃ）に示すように大滴を吐出するチャンネルのアナログスイッチ５０５はＯＦＦ状態へと切り替わる。

一方、時刻ｔ５３では、小滴の滴制御信号Ｍ２もアナログスイッチ５０５をＯＮ状態にするように遷移する。小滴を吐出するチャンネルのアナログスイッチ５０５も図１５（ｅ）に示すように時刻ｔ５３から時間ｔｓｗ経過後にＯＦＦ状態からＯＮ状態へと遷移する。共通駆動波形は時刻ｔ５３から時間ｔｓｗ経過後に小滴を吐出するための遷移を開始する。

ところで、液体吐出ヘッドを用いる画像形成装置においては、記録速度の向上、高画質化を実現するために、液体吐出ヘッドのノズル数を増加することが行なわれている。

この場合、上述した特許文献３に記載されているような従来のヘッド駆動装置ないし方法を用いて大きさの異なる液滴を吐出させるようにした場合、駆動波形から所要の駆動信号を選択するための選択タイミング、即ちスイッチ手段の状態遷移タイミングが共通駆動波形の各駆動信号の連結部分にスイッチ手段の状態遷移タイミングがすべて一致しているため、ノズル数が増加することで、同時にスイッチングする回路数が増加することになり、この結果、放射ノイズ、過渡的な電流の増大が生じるという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、同時にスイッチングする回路数を減少することで放射ノイズや過渡的な電流増加を抑制したヘッド駆動装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係るヘッド駆動装置は、
液滴を吐出する液体吐出ヘッドに対し、一吐出周期内に入力される複数の駆動信号を含む駆動波形の内から駆動データに応じて開閉するスイッチ手段を介して所要の駆動信号を選択して印加させるヘッド駆動装置において、
前記液体吐出ヘッドから吐出させる滴の大きさ毎に前記スイッチ手段の開閉を指示する滴制御信号を入力し、この滴制御信号の選択終了を指示するエッジを検出して選択終了のタイミングだけを遅延させる手段を備え、
前記駆動波形から所要の駆動信号を選択するための選択タイミングを選択開始と選択終了で異ならせた
構成とした。

ここで、スイッチ手段は、開閉を指示する信号の状態遷移に対して実際に状態が遷移するまでの遅れ時間があり、この遅れ時間が、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に遷移する時間よりもＯＦＦ状態からＯＮ状態に遷移する時間の方が短い構成とすることができる。

また、選択終了のタイミングは、選択された駆動信号の終了直前の電圧遷移状態によって異なることが好ましい。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係るヘッド駆動装置を備えているものである。

本発明に係るヘッド駆動装置及び画像形成装置によれば、液体吐出ヘッドから吐出させる滴の大きさ毎にスイッチ手段の開閉を指示する滴制御信号を入力し、この滴制御信号の選択終了を指示するエッジを検出して選択終了のタイミングだけを遅延させる手段を備え、駆動波形から所要の駆動信号を選択するための選択タイミングを選択開始と選択終了で異ならせた構成としたので、一度にスイッチングする回路数を減らすことができ、放射ノイズや過渡的な電流を低減することができる。

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。先ず、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機構部の全体構成を説明する側面説明図、図２は同機構部の平面説明図である。

この画像形成装置は、フレーム１を構成する左右の側板１Ａ、１Ｂに横架したガイド部材であるガイドロッド２とステー３とでキャリッジ４を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ５によって駆動プーリ６Ａと従動プーリ６Ｂ間に架け渡したタイミングベルト７を介して図２で矢示方向（主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ４には、例えばイエロー（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４個の液滴吐出ヘッド１１ｋ、１１ｃ、１１ｍ、１１ｙからなる記録ヘッド１１を複数のインク吐出口（ノズル）を形成したノズル面１１ａのノズル列を主走査方向と直交する方向（副走査方向）に配列し、インク吐出方向を下方に向けて装着している。なお、ここでは独立した液滴吐出ヘッドを用いているが、各色の記録液の液滴を吐出する複数のノズル列を有する１又は複数のヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。

ここでは、記録ヘッド１１は上述したように各色の液滴を吐出する別個の４個のヘッド１１ｋ、１１ｃ、１１ｍ、１１ｙで構成し、各ヘッド１１ｋ、１１ｃ、１１ｍ、１１ｙには図３に示すようにそれぞれ液滴を吐出する複数のノズルｎを並べて配置してなるノズル列を２列（各ノズル列をノズル列ＮＡ、ＮＢとする。）有する構成としている。これに限らず、図４に示すように、１つの記録ヘッド１１に、各色の液滴を吐出するそれぞれ２列のノズル列１１ｋＡ、１１ｋＢ、１１ｃＡ、１１ｃＢ、１１ｍＡ、１１ｍＢ、１１ｙＡ、１１ｙＢを配置した構成することもできるし、ブラックインクを吐出する１又は複数のノズル列を有するヘッドと、カラーインクを吐出する各色で１又は複数のノズル列を有するヘッドとで構成することもできる。

記録ヘッド１１を構成するインクジェットヘッドとしては、圧電素子などの圧電アクチュエータを、液滴を吐出するための圧力を発生する圧力発生手段（アクチュエータ手段）として備えたものを使用している。

この記録ヘッド１１にはドライバＩＣを搭載し、図示しない制御部との間でハーネス（フレキシブルプリントケーブル：ＦＰＣケーブル）１２を介して接続している。

また、キャリッジ４には、記録ヘッド１１に各色のインクを供給するための各色のサブタンク１５を搭載している。この各色のサブタンク１５には各色のインク供給チューブ１６を介して、カートリッジ装填部９に装着された各色のインクカートリッジ１０から各色のインクが補充供給される。なお、このカートリッジ装填９にはインクカートリッジ１０内のインクを送液するための供給ポンプユニット１７が設けられ、また、インク供給チューブ１６は這い回しの途中でフレーム１を構成する後板１Ｃに係止部材１８にて保持されている。

一方、給紙トレイ２０の用紙積載部（圧板）２１上に積載した用紙２２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２１から用紙２２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２３及び給紙コロ２３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４を備え、この分離パッド２４は給紙コロ２３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２２を記録ヘッド１１の下方側に送り込むために、用紙２２を案内するガイド部材２５と、カウンタローラ２６と、搬送ガイド部材２７と、先端加圧コロ２９を有する押さえ部材２８とを備えるとともに、給送された用紙２２を静電吸着して記録ヘッド１１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３１を備えている。

この搬送ベルト３１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ３２とテンションローラ３３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、周回移動しながら帯電ローラ３４によって帯電（電荷付与）される。

この搬送ベルト３１としては、１層構造のベルトでも良く、又は複層（２層以上の）構造のベルトでもよい。１層構造の搬送ベルト３１の場合には、用紙３２や帯電ロー３４に接触するので、層全体を絶縁材料で形成している。また、複層構造の搬送ベルト３１の場合には、用紙２２や帯電ローラ３４に接触する側は絶縁層で形成し、用紙２２や帯電ローラ３４と接触しない側は導電層で形成することが好ましい。

１層構造の搬送ベルト３１を形成する絶縁材料や複層構造の搬送ベルト３１の絶縁層を形成する絶縁材料としては、例えばＰＥＴ、ＰＥＩ、ＰＶＤＦ、ＰＣ、ＥＴＦＥ、ＰＴＦＥなどの樹脂又はエラストマーで導電制御材を含まない材料であることが好ましく、体積抵抗率は１０^１２Ωｃｍ以上、好ましくは１０^１５Ωｃｍなるように形成する。また、複層構造の搬送ベルト３１の導電層を形成する材料としては、上記樹脂やエラストマーにカーボンを含有させて体積抵抗率が１０^５〜１０^７Ωｃｍとなるように形成することが好ましい。

帯電ローラ３４は、搬送ベルト３１の表層をなす絶縁層（複層構造のベルトの場合）に接触し、搬送ベルト３１の回動に従動して回転するように配置され、軸の両端に加圧力をかけている。この帯電ローラ３４は、体積抵抗率が１０^６〜１０^９Ω／□の導電性部材で形成している。この帯電ローラ３４には、後述するように、ＡＣバイアス供給部（高圧電源）から例えば２ｋＶの正負極のＡＣバイアス（高電圧）が印加される。このＡＣバイアスは、正弦波や三角波でもよいが、方形波の方がより好ましい。

また、搬送ベルト３１の裏側には、記録ヘッド１１による印写領域に対応してガイド部材３５を配置している。このガイド部材３５は、上面が搬送ベルト３１を支持する２つのローラ（搬送ローラ３２とテンションローラ３３）の接線よりも記録ヘッド１１側に突出させることで搬送ベルト３１の高精度な平面性を維持するようにしている。

この搬送ベルト３１は、副走査モータ３６によって駆動ベルト３７及びタイミングローラ３８を介して搬送ローラ３２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。なお、図示しないが、搬送ローラ３２の軸には、スリットを形成したエンコーダホイールを取り付け、このエンコーダホイールのスリットを検知する透過型フォトセンサを設けて、これらのエンコーダホイール及びフォトセンサによってホイールエンコーダを構成している。

さらに、記録ヘッド１１で記録された用紙２２を排紙トレイ４０に排紙するための排紙部として、搬送ベルト３１から用紙２２を分離するための分離爪４１と、排紙ローラ４２及び排紙コロ４３とを備えている。

また、装置本体１の背面部には両面ユニット５１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット５１は搬送ベルト３１の逆方向回転で戻される用紙２２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２６と搬送ベルト３１との間に給紙する。また、この両面ユニット５１の上面は手差しトレイ５２としている。

さらに、キャリッジ４の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド１１のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構６１を配置している。この維持回復機構６１には、記録ヘッド１１の各ノズル面１１ａ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。）６２ａ〜６２ｄ（区別しないときは「キャップ６２」という。）と、ノズル面１１ａをワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード６３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なうときの液滴を受ける空吐出受け６４などを備えている。ここでは、キャップ６２ａを吸引及び保湿用キャップとし、他のキャップ６２ｂ〜６２ｄは保湿用キャップとしている。

また、キャリッジ４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なうときの液滴を受ける空吐出受け６８を配置し、この空吐出受け６８には記録ヘッド１１のノズル列方向に沿った開口６９などを備えている。

また、図１に示すように、キャリッジ４には用紙２２の有無を検知するための媒体検知手段である赤外線センサ（センサの種類は、赤外線センサに限定するものではない。）からなる濃度センサ７１を設けている。また、この濃度センサ７１はキャリッジ４がホーム位置にあるときに記録領域（画像形成領域）側（搬送ベルト３１側）に位置する側で、記録ヘッド１１よりも用紙搬送方向上流側に設けている。

さらに、キャリッジ４の前方側には、スリットを形成したエンコーダスケール７２を主走査方向に沿って設け、キャリッジ４の前面側にはエンコーダスケール７２のスリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ７３を設け、これらによって、キャリッジ４の主走査方向位置を検知するためのリニアエンコーダ７４を構成している。

次に、この画像形成装置における記録ヘッドを構成する液滴吐出ヘッドの一例について図５及び図６を参照して説明する。なお、図５は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図６は同ヘッドの液室短手方向（ノズルの並び方向）の断面説明図である。

この液滴吐出ヘッドは、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１０１と、この流路板１０１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１０２と、流路板１０１の上面に接合したノズル板１０３とを接合して積層し、これらによって液滴（インク滴）を吐出するノズル１０４が連通する流路であるノズル連通路１０５及び液室１０６、液室１０６にインクを供給するための共通液室１０８に連通するインク供給口１０９などを形成している。

また、振動板１０２を変形させて液室１０６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２列（図６では１列のみ図示）の積層型圧電素子１２１と、この圧電素子１２１を接合固定するベース基板１２２とを備えている。なお、圧電素子１２１の間には支柱部１２３を設けている。この支柱部１２３は圧電素子部材を分割加工することで圧電素子１２１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。

また、圧電素子１２１には図示しない駆動回路（駆動ＩＣ）を搭載したＦＰＣケーブル１２を接続している。

そして、振動板１０２の周縁部をフレーム部材１３０に接合し、このフレーム部材１３０には、圧電素子１２１及びベース基板１２２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１３１及び共通液室１０８となる凹部、この共通液室１０８に外部からインクを供給するためのインク供給穴１３２を形成している。このフレーム部材１３０は、例えばエポキシ系樹脂などの熱硬化性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。

ここで、流路板１０１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１０５、液室１０６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。

振動板１０２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、金属板や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１０２に圧電素子１２１及び支柱部１２３を接着剤接合し、更にフレーム部材１３０を接着剤接合している。

ノズル板１０３は各液室１０６に対応して直径１０〜３０μｍのノズル１０４を形成し、流路板１０１に接着剤接合している。このノズル板１０３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。なお、このノズル板１０３の表面が前述したノズル面３４ａとなる。

圧電素子１２１は、圧電材料１５１と内部電極１５２とを交互に積層した積層型圧電素子（ここではＰＺＴ）である。この圧電素子１２１の交互に異なる端面に引き出された各内部電極１５２には個別電極１５３及び共通電極１５４が接続されている。なお、この実施形態では、圧電素子１２１の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて液室１０６内インクを加圧する構成としているが、圧電素子１２１の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室１０６内インクを加圧する構成とすることもできる。また、１つの基板１２２に１列の圧電素子１２１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滴吐出ヘッドヘッドにおいては、例えば圧電素子１２１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１２１が収縮し、振動板１０２が下降して液室１０６の容積が膨張することで、液室１０６内にインクが流入し、その後圧電素子１２１に印加する電圧を上げて圧電素子１２１を積層方向に伸長させ、振動板１０２をノズル１０４方向に変形させて液室１０６の容積／体積を収縮させることにより、液室１０６内の記録液が加圧され、ノズル１０４から記録液の滴が吐出（噴射）される。

そして、圧電素子１２１に印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板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１０８から液室１０６内に記録液が充填される。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。

以上のように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙２２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２２はガイド２５で案内され、搬送ベルト３１とカウンタローラ２６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド２７で案内されて先端加圧コロ２９で搬送ベルト３１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、後述するＡＣバイアス供給部から帯電ローラ３４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、搬送ベルト３１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、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たものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト３１上に用紙３２が給送されると、用紙２２が搬送ベルト３１に静電力で吸着され、搬送ベルト３１の周回移動によって用紙２２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ４を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１１を駆動することにより、停止している用紙２２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２２を所定量搬送後、次の行の記録を行なう。記録終了信号又は用紙２２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２２を排紙トレイ４０に排紙する。

また、両面印刷の場合には、表面（最初に印刷する面）の記録が終了したときに、搬送ベルト３１を逆回転させることで、記録済みの用紙３２を両面給紙ユニット５１内に送り込み、用紙２２を反転させて（裏面が印刷面となる状態にして）再度カウンタローラ２６と搬送ベルト３１との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル３１で搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ４０に排紙する。

次に、この画像形成装置の制御部の概要について図７のブロック図を参照して説明する。
この制御部２００は、この装置全体の制御を司るＣＰＵ２１１と、ＣＰＵ２１１が実行するプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ２０２と、画像データ等を一時格納するＲＡＭ２０３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２０４と、画像データに対する各種信号処理、並び替え等を行な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ＡＳＩＣ２０５とを備えている。

また、この制御部２００は、ホスト側とのデータ、信号の送受を行なうためのＩ／Ｆ２０６と、記録ヘッド１１を駆動制御するためのデータ転送手段を含むヘッド駆動制御部２０７、キャリッジ４側に設けた記録ヘッド１１を駆動するためのヘッド駆動装置であるヘッドドライバ（ドライバＩＣ）２０８と、主走査モータ５を駆動するための主走査モータ駆動部２１０と、副走査モータ３６を駆動するための副走査モータ駆動部２１１と、帯電ローラ３４にＡＣバイアスを供給するＡＣバイアス供給部２１２と、リニアエンコーダ７４、ホイールエンコーダ２３６からの検出パルス、環境温度を検出する温度センサ２１５からの検出信号、及びその他の各種センサからの検知信号を入力するためのＩ／Ｏ２１３などを備えている。また、この制御部２００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行なうための操作パネル２１４が接続されている。

ここで、制御部２００は、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側からの印刷データ等をケーブル或いはネットを介してＩ／Ｆ２０６で受信する。

そして、制御部２００のＣＰＵ２０１は、Ｉ／Ｆ２０６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、ＡＳＩＣ２０５にて必要な画像処理、データの並び替え処理等を行ない、この画像データをヘッド駆動制御部２０７からヘッドドライバ２０８に転送する。なお、画像出力するためのドットパターンデータの生成は、例えばＲＯＭ２０２にフォントデータを格納して行っても良いし、ホスト側のプリンタドライバで画像データをビットマップデータに展開してこの装置に転送するようにしても良い。

ヘッド駆動制御部２０７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２０８に出力する以外にも、ＲＯＭ２０２に格納されてＣＰＵ２０１で読み出される駆動パルスのパターンデータをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器及び増幅器等で構成される駆動波形生成部を含み、１の駆動パルス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ヘッドドライバ２０８に対して出力する。

ヘッドドライバ２０８は、シリアルに入力される記録ヘッド１１の１行分に相当する画像データに基づいてヘッド駆動制御２０７から与えられる駆動波形を構成する駆動パルスを選択的に記録ヘッド１１のアクチュエータ手段（前述したヘッド構成では圧電素子１２１）に対して印加することでヘッド１１を駆動する。

主走査モータ駆動部２１０は、ＣＰＵ２０１側から与えられる目標値とリニアエンコーダ７４からの検出パルスをサンプリングして得られる速度検出値に基づいて制御値を算出して内部のモータドライバを介して主走査モータ５を駆動する。

同様に、副走査モータ駆動制御部２１１は、ＣＰＵ１０１側から与えられる目標値とホイールエンコーダ１３６からの検出パルスをサンプリングして得られる速度検出値に基づいて制御値を算出して内部のモータドライバを介して副走査モータ３６を駆動する。

次に、ヘッド駆動制御部２０７及び本発明に係るヘッド駆動装置であるヘッドドライバ２８の構成の一例について図８を参照して説明する。
ヘッド駆動制御部２０７は、上述したように、１吐出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駆動波形生成部３０１と、画像データ（印字データ）、図示しない転送クロック、ラッチ信号、滴制御信号を出力するデータ転送部３０２とを備えている。滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３（非吐出制御信号Ｍ３は図示を省略している。）は、ヘッドドライバ２０８の後述するスイッチ手段であるアナログスイッチ３１６の開閉を滴毎に指示する信号であり、共通駆動波形の吐出周期に合わせて選択すべき波形でＨレベルに状態遷移し、非選択時にはＬレベルに状態遷移する。

ヘッドドライバ２０８は、データ転送部３０２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を入力するシフトレジスタ３１１と、シフトレジスタ３１１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３１２と、画像データと制御信号をデコードして結果を出力するデコーダ３１３と、デコーダ３１３のロジックレベル電圧信号をアナログスイッチ３１５が動作可能なレベルへとレベル変換するレベルシフタ３１４と、レベルシフタ３１４を介して与えられるデコーダ３１３の出力でオン／オフ（開閉）されるアナログスイッチ３１６とを備えている。

このアナログスイッチ３１６は、各圧電素子１２１の選択電極（個別電極）１５４に接続され、駆動波形生成部３０１からの共通駆動波形が入力されている。したがって、シリアル転送された画像データと制御信号をデコーダ３１３でデコードした結果に応じてアナログ３１６がオンにすることにより、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１２１に印加される。

このアナログスイッチ３１６は前述した従来構成のアナログスイッチと同様にＣＭＯＳアナログスイッチで構成している。すなわち、図９に示すように、一対のＰチャンネルのトランジスタ３２１及びＮチャンネルトランジスタ３２２を有し、トランジスタ３２１、３２２のゲートはインバータ回路３２３、３２４により駆動されており、インバータ３２３、３２４はレベルシフタ３１４の信号により駆動される。レベルシフタ３１４の出力ＡがＬ（ロー）レベル、出力ＢがＨ（ハイ）レベルでアナログスイッチ３１６がオン状態となる設定である。また、アナログスイッチ３１５の開閉（オン／オフ）は、実際の滴制御信号Ｍ０〜Ｍ２の入力遷移タイミングから一定の遅れ時間を経て切り替わることになり、滴制御信号Ｍ０〜Ｍ２の状態遷移から実際に時間ｔｓｗを経てアナログスイッチ３１６の状態遷移が起こるよう設定している。ＣＭＯＳアナログスイッチとすることで低コスト化を図れる。

また、このヘッドドライバ２０８には、データ転送部３０２からの滴制御信号Ｍ０〜Ｍ２の立下りエッジ（選択終了タイミング）を検出するエッジ検出手段であるエッジ検出回路３１７と、このエッジ検出回路３１７の出力に基づいて滴制御信号の立下りエッジを所定時間遅延させてデコーダ３１３に出力させる遅延設定手段である遅延設定回路３１８とを備えている。

次に、このヘッドドライバ２０８の動作について図１０以降をも参照して説明する。
まず、駆動波形生成部３０１からは、図１０（ａ）に示すように、一吐出周期内に、基準電位（中間電位）Ｖ１から立下り（液室容積を拡大する方向）、所定のホールド時間を経た後基準電位Ｖ１に向けて立ち上がる（液室容積を収縮する方向）、複数のパルス（駆動信号）Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を含む共通駆動波形を出力する。

ここで、パルスＰ１、Ｐ２で２個の液滴を吐出させて飛翔中に合体させることで大滴を形成させ、また、パルスＰ２の波形要素は立下り電位をパルスＰ１よりも低くすることでパルスＰ２だけで中滴を吐出できるようにし、また、パルスＰ３の波形要素は立下り電位をパルスＰ２よりも低くし、かつ、段階的に立ち上げることで、パルスＰ３だけで小滴を吐出できるようにしている。

また、駆動波形生成部３０１からは、大滴を選択するときには図１０（ｂ）、（ｃ）に示すようにパルスＰ１、Ｐ２に対応する区間Ｔ１、Ｔ２でＨレベルになる大滴制御信号Ｍ０を、中滴を選択するときには図１０（ｅ）、（ｆ）に示すようにパルスＰ２に対応する区間Ｔ２でＨレベルになる中滴制御信号Ｍ１を、小滴を吐出させるときには図１０（ｈ）、（ｉ）に示すように区間Ｔ３でＨレベルになる小滴制御信号Ｍ２を出力する。

ここで、各制御信号Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２のＬレベルからＨレベルへの状態遷移及びＨレベルからＬレベルへの状態遷移（選択開始又は終了を指示するタイミング）は、各駆動パルスの連結部分（中間電位Ｖ１となる部分）とし、かつ、駆動パルスが電圧上昇して中間電位Ｖ１となった直後に設定している。この場合、区間Ｔ１の時間を前述した図１４の区間Ｔ５１の時間よりも短く設定することになる。

そして、ヘッドドライバ２０８のエッジ検出回路３１７はこれらの制御信号Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２のＨレベルからＬレベルへの状態遷移（選択終了を指示するエッジ）を検出し、遅延設定回路３１８はエッジ検出回路３１７が制御信号Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２のエッジを検出してから所定時間ｒｄだけエッジを遅延させて、つまり選択終了のタイミングを遅らせてデコーダ３１３に出力する。これにより、デコーダ３１３に入力される制御信号Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２のＨレベルからＬレベルへの遷移で指示された選択終了のタイミングは、実際には所定時間ｔｄだけ遅延したものとなる。

ここで、遅延時間ｔｄは、アナログスイッチ３１５のＯＮ抵抗と出力負荷の圧電素子１２１の容量による駆動信号の遅れ時間を考慮した値にあらかじめ設定している。

次に、図１１を参照して図１０の時刻ｔ３付近の動作の詳細について説明する。この図１０は、時刻ｔ３付近での大滴、中滴を吐出するチャンネルの出力電位とアナログスイッチ３１５の状態を示すものである。

図１１（ａ）に示すように、時刻ｔ３より前に共通駆動波形のパルスＰ１が中間電位Ｖ１に向けて電圧上昇中のときに、図１１（ｂ）に示すように大滴を吐出するチャンネルの出力（応答波形）は共通駆動波形より遅れて電圧が上昇する。これは、アナログスイッチ３１５のＯＮ抵抗と出力負荷である圧電素子１２１の容量成分による遅れである。

そして、共通駆動波形のパルスＰ１が中間電位Ｖ１に達する（ｔ3からｔｄ経過後）と、大滴制御信号Ｍ０はＨレベルからＬレベルに状態が遷移する（立ち下がる）、つまり、当該大滴を吐出させるアナログスイッチ３１５をＯＦＦ状態にする選択終了を指示した状態になる。このとき、上述したようにエッジ検出回路３１７と遅延設定回路３１８によって大滴制御信号Ｍ０の立ち下がりエッジが遅延され、実際にはさらにｔｓｗが経過した時、アナログスイッチ３１５の状態をＯＮ状態からＯＦＦ状態にするように、遅延設定回路３１８の出力がＨレベルからＬレベルに遷移する。

これにより、大滴を吐出するチャンネルのアナログスイッチ３１５は図１１（ｃ）に示すように、遅延された大滴制御信号Ｍ０のＨレベルからＬレベルの状態遷移（選択終了）の指示を受けてから時間ｔｓｗ経過後にＯＦＦ状態へと切り替わることになる。

一方、時刻ｔ３では、小滴制御信号Ｍ２もアナログスイッチ３１５をＯＮ状態にするように状態が遷移する。この小滴制御信号Ｍ１のＬレベルからＨレベルへの立ち上がり（状態遷移）に対しては遅延が行なわれないので、図１１（ｅ）に示すように小滴吐出のチャンネルのアナログスイッチ３１３は時刻ｔ３から時間ｔｄ経過後にＯＦＦ状態からＯＮ状態へと遷移する。共通駆動波形は時刻ｔ３から時間ｔｄ経過後に小滴を吐出するための遷移を開始する。

したがって、大滴を吐出するチャンネルのアナログスイッチの選択終了の状態遷移と小滴を吐出するチャンネルのアナログスイッチの選択開始の状態遷移がずれる、つまり、駆動信号を選択するための選択タイミングは、駆動信号の選択開始と駆動信号の選択終了とで異なるタイミングとなり、同時にスイッチングする回路数が少なくなる。

このように、一吐出周期内に入力される複数の駆動信号を含む駆動波形から所要の駆動信号を選択するための選択タイミングが選択開始と選択終了とで異なることによって、同時にスイッチングする回路数が少なくなり、放射ノイズや過渡的な電流増加を抑制することができて、ノズル数の増加にも対応することができ、記録速度の高速化、高画質化を図ることができる。

この場合、液体吐出ヘッドから吐出させる滴の大きさ毎にスイッチ手段の開閉を指示する滴制御信号を入力し、この滴制御信号の選択終了を指示するエッジ（状態遷移）を検出するエッジ検出手段と、このエッジ検出手段の検出結果に応じてスイッチ手段に対する滴制御信号の選択終了を指示する状態遷移を遅延させる遅延手段とを備えて、駆動信号の連結部分に対応する１箇所の選択切り替えタイミングを遅延させることで選択開始のタイミングと選択終了のタイミングを異ならせることによって、ヘッド駆動装置に対する信号線数を増加することなく、簡単な構成で選択開始のタイミングと選択終了のタイミングを異ならせることができる。

ここで、アナログスイッチ３１５を構成する前述した図９のトランジスタを駆動するインバータ３２３、３２４の駆動能力を変更し、ＯＮ状態からＯＦＦ状態へと遷移するまでの遅延時間Ｔｓｗｏｆｆと、ＯＦＦ状態からＯＮ状態へと遷移するときの遅延時間ｔｓｗｏｎの間に、次の（１）式の関係が成立するように構成することもできる。

このようにアナログスイッチを構成することによって、上述したエッジ検出回路や遅延設定回路を設けないでも、アナログスイッチの状態遷移は図１１で説明したのと同様になり、更に回路構成が簡単になる。

次に、共通駆動波形を構成するパルス（駆動信号）の傾きが緩い場合には、遅延設定回路３１８の遅延量を少なくすることもできる。この場合の動作について図１２を参照して説明する。
ここで用いている共通駆動波形は、図１２（ａ）に示すように、図１０に示す共通駆動波形の区間Ｔ２における立ち上がり電圧の遷移よりも緩やかな遷移の波形要素としている。このとき、大滴を吐出するチャンネルの応答波形と共通駆動波形との差は、図１０の共通駆動波形を用いた場合に比べて小さくなり、中間電位（基準電位）Ｖ１に達する時間も図１０の波形と比べて短くなる。

ここで、遅延設定回路３１８は、ｔｄ＞ｔｄ１となる遅延設定を行なっておくことにより、結果として（ｔｄ−ｔｄ１）だけ中間電位Ｖ１を維持する時間が短くなり、駆動波形を短くすることが可能となる。この場合には、遅延量を予め選択波形ごとに決めておき、その都度制御部側から遅延量を遅延設定回路３１８に与えるようにすれば良い。

つまり、選択終了のタイミングは、選択された駆動信号の終了直前の電圧遷移状態によって異なることになる。これにより、圧電素子とアナログスイッチのＯＮ抵抗による出力駆動電圧と共通駆動波形との電圧差を考慮して波形選択タイミングを選べるので、波形が短くなり高速化を図ることができる。

なお、上記実施形態ではプリンタ構成の画像形成装置を例にして説明したが、プリンタ／ＦＡＸ／複写機を複合したマルチファンクションタイプの画像形成装置にも同様に適用することができる。また、インク以外の記録液、液体を使用する画像形成装置にも同様に適用することができる。

本発明に係る画像形成装置の機構部の全体構成を説明する側面説明図である。同機構部の平面説明図である。同画像形成装置の記録ヘッド構成の一例を示す説明図である。同じく記録ヘッド構成の他の例を示す説明図である。同じく記録ヘッド構成する液滴吐出ヘッドの一例を示す液室長手方向に沿う断面説明図である。同じく記録ヘッド構成する液滴吐出ヘッドの一例を示す液室短手方向に沿う断面説明図である。同画像形成装置における制御部の概要を説明するブロック説明図である。同制御部におけるヘッド駆動制御部及びヘッドドライバの一例を説明するブロック説明図である。同ヘッドドライバのアナログスイッチ部の一例を説明する説明図である。同じくヘッドドライバの動作説明に供する説明図である。図９の時刻ｔ３付近での詳細を説明する説明図である。同じく他の例における図９の時刻ｔ３付近での詳細を説明する説明図である。従来のヘッドドライバの説明に供するブロック説明図である。同じくヘッドドライバの動作説明に供する説明図である。図１３の時刻ｔ３付近での詳細を説明する説明図である。同じくヘッドドライバのアナログスイッチ部の一例を説明する説明図である。

符号の説明

４…キャリッジ
５…主走査モータ
１１…記録ヘッド
１１ｋ、１１ｃ、１１ｍ、１１ｙ…ヘッド
ＮＡ、ＮＢ…ノズル列
２２…被記録媒体（用紙）
３１…搬送ベルト
３２…搬送ローラ
３６…副走査モータ
１２１…圧電素子
２００…制御部
２０７…ヘッド駆動制御部
２０８…ヘッドドライバ

Claims

液滴を吐出する液体吐出ヘッドに対し、一吐出周期内に入力される複数の駆動信号を含む駆動波形の内から駆動データに応じて開閉するスイッチ手段を介して所要の駆動信号を選択して印加させるヘッド駆動装置において、
前記液体吐出ヘッドから吐出させる滴の大きさ毎に前記スイッチ手段の開閉を指示する滴制御信号を入力し、この滴制御信号の選択終了を指示するエッジを検出して選択終了のタイミングだけを遅延させる手段を備え、
前記駆動波形から所要の駆動信号を選択するための選択タイミングを選択開始と選択終了で異ならせたことを特徴とするヘッド駆動装置。
請求項１に記載のヘッド駆動装置において、前記スイッチ手段は、開閉を指示する信号の状態遷移に対して実際に状態が遷移するまでの遅れ時間があり、この遅れ時間が、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に遷移する時間よりもＯＦＦ状態からＯＮ状態に遷移する時間の方が短いことを特徴とするヘッド駆動装置。
請求項１に記載のヘッド駆動装置において、前記選択終了のタイミングは、選択された駆動信号の終了直前の電圧遷移状態によって異なることを特徴とするヘッド駆動装置。
記録液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドによって被記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、請求項１ないし３のいずれかに記載のヘッド駆動装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。