JP5594909B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、ファクシミリ、複写機、プリンター等の記録装置において、用紙等の記録媒体にインクを吐出することによって記録を行うインクジェット記録装置に関するものであり、特にインクを吐出する記録ヘッドの回復に関するものである。

ファクシミリ、複写機、プリンター等の記録装置は、紙、布、ＯＨＰ用シート等の記録媒体に画像を記録するように構成されているが、記録を行う方式により、インクジェット式、ワイヤードット式、サーマル式等に分類することができる。また、インクジェット記録方式はさらに、記録ヘッドが記録媒体上を走査しながら記録を行うシリアル型と、装置本体に固定された記録ヘッドにより記録を行うラインヘッド型に分類することができる。

このようなインクジェット記録装置では、印字待機時や連続印字中の紙間における各吐出ノズル、或いは、印字中に使用されない吐出ノズル等の、ノズル面にキャップが装着されておらず、且つ非吐出の状態の吐出ノズルにおいて、ノズル内のインクから水分が蒸発してインクの増粘が発生する。その結果、その後にインクを吐出しようとした時に、印字が乱れたり不吐出が発生したりするという問題点があった。

特に、記録ヘッドが固定されたラインヘッド型の記録方式においては、記録ヘッドの各ノズルは画像１ライン中の特定の画素（ドット）に対応しているため、左右の余白部分の画素に対応するノズル等、１枚の画像を印字する中で一度もインクを吐出しないノズルが必ず存在する。このようなノズルも、その後に画像データが切り替わってドット形成を行う場合があり、その場合には安定してインクを吐出できるようにしなければならない。

一般に、記録ヘッドのインク吐出面に開口が設けられた吐出ノズル内のインクの乾燥やノズルの目詰まりを防止するために、ノズルからインクを強制吐出した後、インク吐出面に付着したインクの拭き取りを行って記録ヘッドの回復処理を行う構成になっている。しかし、上記の手順では、印字に用いられずに廃棄されるインクが多くなり、インクが無駄に消費されてしまう。また、インクを吐出しなかったノズルのみでなく、インクを吐出した直後のノズルにおいてもインクの強制吐出が行われるため効率的ではなかった。

一方、インクジェット記録装置の記録ヘッドとして、圧電インクジェットヘッドが広く用いられている。圧電インクジェットヘッドは、圧電素子が発生する力を加圧室内のインクに圧力として伝達し、この圧力によるノズル内のインクメニスカスの揺動を利用してインク滴を発生させるものである。

そこで、ノズルからインクを吐出しない程度にノズル内のインクメニスカスを振動させてノズルの目詰まりを防止する方法が提案されており、例えば特許文献１には、液滴を吐出する駆動波形よりも高い周波数を有する連続した複数のパルスを用いてインクメニスカスを揺動させるインクジェットプリンターが開示されている。

また、特許文献２には、画像データが入力されていない印字休止状態において、予備駆動電力を用いて生成した駆動波形によって圧電素子を駆動させ、吐出ヘッドの各ノズルのメニスカスを揺動させる液滴吐出ヘッドの駆動方法が開示されている。

また、特許文献３には、インク滴を吐出しないドット形成部において、圧電素子の駆動電圧を放電することで加圧室の容積を増加させてノズル内のインクメニスカスを加圧室の側へ引き込んだ後、インクの体積速度の固有振動周期とほぼ一致するタイミングで再び駆動電圧を印加して加圧室の容積を減少させることで、ノズルからインク滴を吐出することなくインクメニスカスを揺動させてノズル内のインクを攪拌するインクジェットヘッドの駆動方法が開示されている。

さらに、特許文献４には、同一のノズルにおける２以上の所定数以上連続する描画しない画素のうち、描画すべき画素の直前の画素を除く少なくとも１の画素についてはメニスカス揺動を行い、描画すべき画素の直前の画素においてメニスカス揺動を行わない画像形成装置が開示されている。また、メニスカスを揺動させる駆動パルスとして、ヘッド流路の固有振動周期に近い駆動パルスを用いることも記載されている。

特開２００９−２８６１３１号公報 特開２００６−２６４０７５号公報 特開２００６−１５０８４５号公報 特開２００８−２３８６４４号公報

しかしながら、特許文献１のように液滴を吐出する駆動波形よりもパルス幅が狭く、且つ高い周波数を有する連続した複数のパルスを用いる場合、メニスカスを大きく揺動させることができないため、パルス数を多くしなければメニスカス揺動によるインクの攪拌効果が発現されない。そのため、従来は、特許文献２に記載されているように、印字のインターバル（紙間）にメニスカス揺動の駆動波形を印加していた。例えば、１ページの画像データを印字する前の用紙間隔で数百〜数千ライン分のメニスカス揺動を行うか、或いは、印字する画像データ中の階調０の画素に対応する全てのノズルでメニスカス揺動を行っていた。そのため、印加するパルス数が飛躍的に多くなり、ヘッドでの消費電力が大きくなってしまうという問題点があった。

また、印字のインターバルにおいて全てのノズルに対してメニスカス揺動波形を印加する場合も、階調０の画素に対応するノズルの圧電素子に印加するパルスを揺動波形に置き換える場合も、例えば１ページ分の画像データにおいて一度もドット形成を行わないノズルに対してもメニスカス揺動が行われることになる。その結果、ノズル内のインクが攪拌され、水分の蒸発によりメニスカス近傍で増粘したインクがノズルの奥に拡散されてしまい、増粘していないインクがメニスカス近傍に移動してくる。ここで、増粘していないインクは水分量が低下している増粘インクに比べて水分の蒸発速度が速いため、メニスカス近傍におけるインクの増粘が進行し易くなる。

このように、１ページ分の画像データ中で一度もドット形成を行わないノズルに対してメニスカス揺動を行うと、逆にノズル内でのインクの増粘が促進されてしまう。そのため、画像データが切り替わった後に、前の画像でドット形成を行わなかったノズルを用いてドット形成を行う場合、インク滴の吐出不良が発生するおそれがあった。

さらに、液滴を吐出する駆動波形よりもパルス幅が狭い場合、圧電素子の固有振動周期に近くなるため、圧電素子が発熱してヘッド内のインク温度が上昇し、インクの特性が変化するため、安定した液滴形成が行えない場合があった。

また、特許文献３、４のように、ヘッドの固有振動周期に近いパルス幅の駆動波形を用いると、メニスカスを大きく揺動させることができ、ノズル内のインクの攪拌効果も高くなるが、メニスカスの揺動によって飛翔速度の遅い微小な液滴が形成され、用紙上に付着すると画像上でチリとして認識されることがある。

特許文献３では、画像中の階調０の画素において、ヘッドの固有振動周期に近いパルス幅の駆動波形を印加する攪拌動作と、加圧室の容積を維持する待機動作とを複数回交互に繰り返すことによって、ヘッドの固有振動周期に近いパルスの使用回数を減らし、画像上におけるチリの発生を抑制する方法が記載されているが、チリの発生を完全に抑えることはできなかった。また、特許文献４では、描画すべき画素の直前の画素においてメニスカス揺動を行わないため、ヘッドの固有振動周期に近いパルス幅の駆動波形を印加した場合は飛翔速度の遅い微小な液滴が描画のためのインク吐出前に用紙上に付着してしまうという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、ヘッドの消費電力を増加させることなくノズルからのインク吐出を安定して行うとともに、画像上のチリの発生も抑制可能なインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、記録媒体上にインクを吐出する複数のノズルと、該複数のノズルに連通し、内部にインクを収容可能な複数の加圧室と、該複数の加圧室に対応して配置され、前記各加圧室内のインクに圧力をかけて前記各ノズルからインクを吐出させる複数の圧電素子と、を有する記録ヘッドと、前記圧電素子の駆動電圧の駆動波形として、前記ノズルからのインク吐出回数に応じて設定された１つ以上のインク吐出用駆動波形と、インク吐出は行わずに前記ノズル内のメニスカスを揺動させるメニスカス揺動用駆動波形とを含む複数の駆動波形を発生させる駆動パルス発生部と、該駆動パルス発生部で発生させたいずれの駆動波形を前記圧電素子に印加するか、或いはいずれの駆動波形も前記圧電素子に印加しないかを前記各ノズルについて選択するセレクターと、を備え、印字対象となる画像データを構成する１つの画素につき、当該画素の階調に応じて定まる１回以上のインク吐出を前記各ノズルに対して実行させるヘッド駆動部と、印字対象となる画像データを構成する各画素を多値階調で示した印字データを生成する画像処理部と、該画像処理部で生成された印字データを構成する各画素について、当該各画素に対応したインク吐出を行う前記各ノズルのインク吐出回数を表す駆動波形選択データを生成するデータ加工部と、を有する制御部と、を備えたインクジェット記録装置において、前記ヘッド駆動部は、前記データ加工部から送信された次回以降の印字Ｎライン分（Ｎは１〜５の整数）の駆動波形選択データを格納するバッファーを備え、前記セレクターは、前記データ加工部から送信された今回の印字１ライン分の駆動波形選択データが０でない場合はインク吐出回数に応じた前記インク吐出用駆動波形を前記圧電素子に印加し、今回の印字１ライン分の駆動波形選択データが０であり、且つ前記バッファーに格納されている次回以降の印字Ｎライン分の駆動波形選択データ中に０でないデータが存在する場合は前記記録ヘッドの固有振動周期の０．８〜１．２倍のパルス幅を有する前記メニスカス揺動用駆動波形を前記圧電素子に印加し、今回の印字１ライン分の駆動波形選択データ及び次回以降の印字Ｎライン分の駆動波形選択データの全てが共に０である場合はいずれの駆動波形も前記圧電素子に印加しない動作を前記各ノズルについて行うことを特徴としている。

また本発明は、上記構成のインクジェット記録装置において、前記バッファーは、前記データ加工部から送信された次回の印字１ライン分の駆動波形選択データを格納することを特徴としている。

また本発明は、上記構成のインクジェット記録装置において、前記セレクターは、直前の所定ライン以内に前記インク吐出用駆動波形を印加した前記圧電素子に対応するノズルに対しては、今回の印字１ライン分の駆動波形選択データが０であり、且つ前記バッファーに格納されている次回以降の印字Ｎライン分の駆動波形選択データが０でない場合であっても前記メニスカス揺動用駆動波形を印加しないことを特徴としている。

また本発明は、上記構成のインクジェット記録装置において、前記インク吐出用駆動波形よりもパルス幅が狭く、前記インク吐出用駆動波形よりも高い周波数を有する連続した複数の駆動波形を前記駆動パルス発生部で発生させ、連続印字中の記録媒体間において、当該駆動波形の駆動電圧を少なくとも１回以上インクを吐出する前記全ての圧電素子に印加することを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、記録ヘッドの各ノズルは、ドットを形成するタイミングのＮライン（Ｎは１〜５までの整数）前の印字タイミングから１ライン前まで連続してメニスカス揺動を行うため、画像データにおいてドット形成を全く行わないノズルに対してはメニスカス揺動が行われない。そのため、ドット形成を全く行わないノズルはメニスカスが静止した状態を保つために、増粘して水分量が減少したメニスカス近傍のインクによってメニスカスからの水分の蒸発速度は低下し、増粘の速度は抑制される。また、メニスカス揺動を行ったノズルは次のＮラインの印字タイミングで必ずインク吐出が行われるため、メニスカス近傍の増粘インクが攪拌されて全体に増粘したインクが直ちにノズル外に排出され、ノズル内の増粘がそれ以上進むことがない。

また、メニスカス揺動用駆動波形として、記録ヘッドの固有振動周期の０．８〜１．２倍のパルス幅を有する駆動波形を用いることにより、メニスカスを大きく揺動させることができる。従って、ドットを形成する直前のみのメニスカス揺動であっても、メニスカスの近傍の増粘したインクを十分に攪拌して、メニスカス近傍のインク粘度を適正な粘度に低下させて、ノズルを安定してインクを吐出させる状態に回復させることができる。さらに、メニスカス揺動が行われるのは最大でもドット形成タイミングの５ライン前からであるため、メニスカス揺動によって発生した飛翔速度の遅い微小なインク滴による画像上のチリも目立たない範囲となる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成のインクジェット記録装置において、ドットを形成するタイミングの１ライン前の印字タイミングのみメニスカス揺動を行うため、メニスカス揺動を行ったノズルは直後にインク吐出を行うため、メニスカス揺動によって発生した飛翔速度の遅い微小なインク滴は紙面に着弾する前に、直後に吐出されたインク滴に追いつかれて取り込まれてしまうため、画像上でチリとして認識されなくなる。従って、増粘したインクによるノズルの目詰まりや、これに起因するインクの吐出不良を効果的に防止するとともに、メニスカス揺動によって発生する画像上のチリも効果的に抑制することができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成のインクジェット記録装置において、直前の所定ライン以内にインク吐出用駆動波形を印加した圧電素子に対応するノズルに対しては、今回の印字１ライン分の駆動波形選択データが０であり、且つバッファーに格納されている次回以降の印字Ｎライン分の駆動波形選択データが０でない場合であってもメニスカス揺動用駆動波形を印加しないことにより、インク吐出から時間が経過しておらずインクの増粘の心配がないノズルに対しては不要なメニスカス揺動が行われない。従って、記録ヘッドの消費電力を低減することができる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成のインクジェット記録装置において、連続印字中の記録媒体間において、インク吐出用駆動波形よりもパルス幅が狭く、且つ高い周波数を有する連続した複数の駆動波形を駆動パルス発生部で発生させ、当該駆動波形の駆動電圧を少なくとも１回以上インクを吐出する全ての圧電素子に印加することにより、ノズルの目詰まりやインクの吐出不良を一層効果的に防止することができる。また、ドット形成直前でのメニスカス揺動を行わない構成に比べて、記録媒体間において印加する駆動電圧のパルス数を減らすことができ、記録ヘッドの消費電力を低減することができる。

本発明のインクジェット記録装置１００の概略構造を模式的に示す側面図 図１に示すインクジェット記録装置１００の第１搬送ユニット５及び記録部９を上方からみた平面図 本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録装置１００に用いられる制御経路の一例を示すブロック図 記録ヘッド１７の要部構成を示す断面拡大図 第１実施形態のインクジェット記録装置１００における記録ヘッド１７のインク吐出動作のシーケンスを示すフローチャート インク吐出用駆動波形である第１駆動波形（１）を示すグラフ インク吐出用駆動波形である第２駆動波形（２）を示すグラフ メニスカス揺動用駆動波形である第３駆動波形（３）を示すグラフ 用紙間において全てのノズル１８の圧電素子３１に印加されるメニスカス揺動用駆動波形を示すグラフ 本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録装置１００に用いられる制御経路の一例を示すブロック図 第２実施形態のインクジェット記録装置１００における記録ヘッド１７のインク吐出動作のシーケンスを示すフローチャート

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は本発明のインクジェット記録装置１００の概略構成を模式的に示す側面図であり、図２は、図１に示すインクジェット記録装置１００の第１搬送ユニット５及び記録部９を上方からみた平面図である。

図１に示すように、インクジェット記録装置１００の左側部には用紙Ｐ（記録媒体）を収容する給紙トレイ２が設けられており、この給紙トレイ２の一端部には収容された用紙Ｐを、最上位の用紙Ｐから順に一枚ずつ後述する第１搬送ユニット５へと搬送給紙するための給紙ローラー３と、給紙ローラー３に圧接され従動回転する従動ローラー４とが設けられている。

用紙搬送方向（矢印Ｘ方向）に対し給紙ローラー３及び従動ローラー４の下流側（図１の右側）には、第１搬送ユニット５及び記録部９が配置されている。第１搬送ユニット５は、用紙搬送方向に対し下流側に配置された第１駆動ローラー６と、上流側に配置された第１従動ローラー７と、第１駆動ローラー６及び第１従動ローラー７に掛け渡された第１搬送ベルト８とを含む構成であり、第１駆動ローラー６が時計回り方向に回転駆動されることにより、第１搬送ベルト８に保持された用紙Ｐが矢印Ｘ方向に搬送される。

ここで、用紙搬送方向の下流側に第１駆動ローラー６を配置したことにより、第１搬送ベルト８の搬送面（図１の上側面）は第１駆動ローラー６に引っ張られるようになるため、第１搬送ベルト８の搬送面のテンションを高めることができ、安定した用紙Ｐの搬送が可能となる。なお、第１搬送ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、主として継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。

記録部９は、ヘッドハウジング１０と、ヘッドハウジング１０に保持されたラインヘッド１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙ、及び１１Ｋを備えている。これらのラインヘッド１１Ｃ〜１１Ｋは、第１搬送ベルト８の搬送面に対して所定の間隔（例えば１ｍｍ）が形成されるような高さに支持され、図２に示すように、用紙搬送方向と直交する用紙幅方向（図２の上下方向）に沿って複数（ここでは３個）の記録ヘッド１７ａ〜１７ｃが千鳥状に配列されている。ラインヘッド１１Ｃ〜１１Ｋは、搬送される用紙Ｐの幅以上の記録領域を有しており、第１搬送ベルト８上を搬送される用紙Ｐに対して、印字位置に対応したノズル１８からインクを吐出できるようになっている。また、各記録ヘッド１７ａ〜１７ｃは、それぞれに設けられたノズル１８の一部が搬送方向に重複するように配置されている。

各ラインヘッド１１Ｃ〜１１Ｋを構成する記録ヘッド１７ａ〜１７ｃには、それぞれインクタンク（図示せず）に貯留されている４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）のインクがラインヘッド１１Ｃ〜１１Ｋの色毎に供給される。なお、記録ヘッド１７ａ〜１７ｃは、圧電素子３１（図３参照）の変形による圧力をノズル１８内のインクに伝達してメニスカスを揺動させ、インク滴を発生させる圧電インクジェットヘッドを用いている。

各記録ヘッド１７ａ〜１７ｃは、外部コンピューター等から受信した画像データに応じて、第１搬送ベルト８の搬送面に吸着保持されて搬送される用紙Ｐに向かってノズル１８からインクを吐出する。これにより、第１搬送ベルト８上の用紙Ｐにはシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色のインクが重ね合わされたカラー画像が形成される。

また、記録ヘッド１７ａ〜１７ｃの乾燥や目詰まりによるインクの吐出不良を防止するために、長期間停止後の印字開始時は全ての記録ヘッド１７ａ〜１７ｃのノズル１８から、また印字動作の合間にはインク吐出量が規定値以下の記録ヘッド１７ａ〜１７ｃのノズル１８から、ノズル内の粘度が高くなったインクを吐出するパージを実行して、次の印字動作に備える。

用紙搬送方向に対し第１搬送ユニット５の下流側（図１の右側）には第２搬送ユニット１２が配置されている。第２搬送ユニット１２は、用紙搬送方向に対し下流側に配置された第２駆動ローラー１３と、上流側に配置された第２従動ローラー１４と、第２駆動ローラー１３及び第２従動ローラー１４に掛け渡された第２搬送ベルト１５とを含む構成であり、第２駆動ローラー１３が時計回り方向に回転駆動されることにより、第２搬送ベルト１５に保持された用紙Ｐが矢印Ｘ方向に搬送される。

記録部９にてインク画像が記録された用紙Ｐは第２搬送ユニット１２へと送られ、第２搬送ユニット１２を通過する間に用紙Ｐ表面に吐出されたインクが乾燥される。また、第２搬送ユニット１２の下方にはメンテナンスユニット１９が配置されている。メンテナンスユニット１９は、上述したパージを実行する際に記録部９の下方に移動し、記録ヘッド１７のノズル１８から吐出されたインクを拭き取り、拭き取られたインクを回収する。

また、用紙搬送方向に対し第２搬送ユニット１２の下流側には、画像が記録された用紙Ｐを装置本体外へと排出する排出ローラー対１６が設けられており、排出ローラー対１６の下流側には、装置本体外へと排出された用紙Ｐが積載される排出トレイ（図示せず）が設けられている。

続いて、本発明のインクジェット記録装置１００における記録部９の駆動制御について説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録装置１００に用いられる制御経路の一例を示すブロック図であり、図４は、記録ヘッド１７の要部構成を示す断面拡大図である。なお、インクジェット記録装置１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、インクジェット装置１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。また、記録ヘッド１７ａ〜１７ｃはａ〜ｃの符号を省略して記載している。

インクジェット記録装置１００は、主に画像処理に関する制御を行う制御部２０を備えている。制御部２０は、印字対象となる画像データを構成する各画素を多値階調で示した印字データ（ｉ）を生成する画像処理部２１と、印字データ（ｉ）を構成する各画素について、当該各画素に対応したインク吐出を行う各ノズル１８のそれぞれの圧電素子３１に対して後述する第１駆動波形（１）〜第３駆動波形（３）のいずれの駆動電圧を印加するか、或いはいずれの駆動電圧も印加しないかを示す駆動波形選択データ（ｉｉ）を生成するデータ加工部２３とを備える。

記録部９は、各色のラインヘッド１１Ｃ〜１１Ｋ（図２参照）を構成する記録ヘッド１７、及び記録ヘッド１７を駆動するヘッド駆動部２５を備えている。ヘッド駆動部２５は、印字対象となる画像データを構成する１つの画素につき当該画素の階調に応じて定まる１回以上のインク吐出を記録ヘッド１７に行わせて、用紙上に当該画素の記録を行う。

ヘッド駆動部２５は、後述する第１駆動波形（１）、第２駆動波形（２）、及び第３駆動波形（３）を発生させる駆動パルス発生部２７と、次の１ライン分の駆動波形選択データ（ｉｉ）を格納する１ラインバッファー２９と、データ加工部２３から送信された１ライン分の駆動波形選択データ（ｉｉ）と１ラインバッファー２９に格納されている次の１ライン分の駆動波形選択データ（ｉｉ）とに基づいて第１駆動波形（１）〜第３駆動波形（３）のいずれかを選択し、選択した駆動波形の駆動電圧を記録ヘッド１７の圧電素子３１に印加するか、或いはいずれの駆動波形も選択せず、記録ヘッド１７の圧電素子３１に駆動電圧を保持する動作を行うセレクター３０と、を備える。

記録ヘッド１７は図２に示すようなラインヘッド型であり、図４に示すように、用紙に対向する吐出面３３を有する。吐出面３３には、ノズル１８の開口部である微小径を有する吐出口１８ａが、吐出面３３の長手方向（主走査方向）において少なくとも印字領域の最大幅に亘って複数設けられている。

また、図４に示すように、記録ヘッド１７は、吐出面３３の吐出口１８ａ以外の部分を覆う撥水膜３３ａと、吐出口１８ａに対して１つずつ設けられた加圧室３５と、インクを貯留するインクタンク（図示せず）と、インクタンクから複数の加圧室３５にインクを供給する共通流路３７とを備える。加圧室３５と共通流路３７とは供給孔３９で連通されており、この供給孔３９を介して共通流路３７から加圧室３５にインクが供給される。ノズル１８は加圧室３５内から吐出口１８ａまで連続している。加圧室３５の壁のうち吐出面３３と逆側の壁は振動板４０で構成されている。振動板４０は複数の加圧室３５に亘って連続して形成されており、振動板４０には同様に複数の加圧室３５に亘って連続して形成された共通電極４１が積層されている。共通電極４１上には、加圧室３５毎に別個の圧電素子３１が設けられており、共通電極４１と共に圧電素子３１を挟むように、加圧室３５毎に別個の個別電極４３が設けられる。

ヘッド駆動部２５の駆動パルス発生部２７で生成された駆動パルスが個別電極４３に印加されることで、各圧電素子３１は個別に駆動される。この駆動による圧電素子３１の変形が振動板４０に伝達され、振動板４０の変形によって加圧室３５が圧縮される。その結果、加圧室３５内のインクに圧力が加わり、ノズル１８を通ったインクが吐出口１８ａからインク滴となって用紙上に吐出される。なお、インク滴が吐出されない間も、ノズル１８内にはインクが入っており、ノズル１８内でインクはメニスカス面Ｍを形成している。

図５は、第１実施形態のインクジェット記録装置１００における記録ヘッド１７のインク吐出動作のシーケンスを示すフローチャートである。必要に応じて図１〜図４を参照しながら、図５のステップに沿って本実施形態のインクジェット記録装置１００を用いて画像を記録する際のインク吐出動作について説明する。

パーソナルコンピューターのプリンタードライバー等から印字命令が入力されると、まず、制御部２０内の画像処理部２１において入力された画像データに基づく印字データ（ｉ）が生成される（ステップＳ１）。次に、印字データ（ｉ）がデータ加工部２３に送信され、印字データ（ｉ）を構成する各画素について、当該各画素に対応したインク吐出を行う各ノズル１８のインク吐出回数を示す駆動波形選択データ（ｉｉ）を生成する（ステップＳ２）。

本実施形態では、記録ヘッド１７は階調値０、１、２の３階調のドット形成が可能である。データ加工部２３において２５６階調の印字データ（ｉ）から３階調の駆動波形選択データ（ｉｉ）に変換された後、記録ヘッド１７のノズル１８の並びに応じて、同一のタイミングでインクを吐出する１ライン分の画像をセレクター３０に送信し、次回の１ライン分の画像の駆動波形選択データ（ｉｉ）をヘッド駆動部２５の駆動周波数に同期したタイミングで１ラインバッファー２９に送信して格納する（ステップＳ３）。

図６〜図８は、第１駆動波形（１）〜第３駆動波形（３）を示すグラフである。第１駆動波形（１）及び第２駆動波形（２）は、印字対象となる画像データを構成する画素の階調（ノズル１８のインク吐出回数）毎に予め定められた通常のインク吐出時に用いられる波形である。第１駆動波形（１）は、１画素に対してヘッド駆動部２５が記録ヘッド１７のノズル１８によりインク吐出を１回行わせる階調値１の駆動波形選択データ（ｉｉ）に対応する駆動波形であり、図６に示すように、駆動電源の電圧値（Ｖ０）からパルス幅Ｔ１の間、駆動電源の電圧値よりも低い所定値（Ｖ１）になって駆動電源の電圧値（Ｖ０）に戻るものが用意されている。

第２駆動波形（２）は、１画素に対してヘッド駆動部２５が記録ヘッド１７のノズル１８によりインク吐出を２回行わせる階調値２の駆動波形選択データ（ｉｉ）に対応する駆動波形であり、図７に示すように、駆動電源の電圧値（Ｖ０）からパルス幅Ｔ１の間、駆動電源の電圧値よりも低い所定値（Ｖ１）になって駆動電源の電圧値（Ｖ０）に戻り、所定時間経過後に再び所定値（Ｖ１）になって駆動電源の電圧値（Ｖ０）に戻るものが用意されている。

一方、第３駆動波形（３）は、ノズル１８内のインク滴を吐出させずにメニスカスＭを揺動させることが可能となるように予め定められた駆動波形であって、第１駆動波形（１）、第２駆動波形（２）とは異なる波形からなる。第３駆動波形（３）は、図８に示すように、駆動電源の電圧値（Ｖ０）からパルス幅Ｔ１よりも広いパルス幅Ｔ２の間、駆動電源の電圧値よりも低い所定値（Ｖ１）になって駆動電源の電圧値（Ｖ０）に戻るものが用意されている。

次に、セレクター３０において記録ヘッド１７の各ノズル１８に印加する駆動波形を決定する。即ち、ステップＳ３でセレクター３０に送信された１ライン分の画像の駆動波形選択データ（ｉｉ）が階調値０（インク吐出回数が０）であるか否かが各ノズル１８について判断される（ステップＳ４）。そして、階調値０でない場合は階調値１又は２のいずれかであるため、階調値１である場合は第１駆動波形（１）を選択し、階調値２である場合は第２駆動波形（２）を選択する（ステップＳ５）。

一方、ステップＳ４で階調値０である場合は、セレクター３０において、１ラインバッファー２９内に格納されている同一のノズル１８に対応する駆動波形選択データ（ｉｉ）が階調値０であるか否かが判断される（ステップＳ６）。１ラインバッファー２９内の駆動波形選択データ（ｉｉ）が階調値０でない場合は、次回の１ラインにおいて当該ノズル１８でドット形成が行われるため、インク吐出は行わずにメニスカス揺動のみを行う第３駆動波形（３）が選択される（ステップＳ７）。また、ステップＳ６で階調値０である場合は、次回の１ラインにおいても当該ノズル１８でドット形成が行われないため、駆動電圧（Ｖ０）を保持することにより（ステップＳ８）、インク吐出及びメニスカス揺動の両方を行わない。

そして、印字が終了したか否かが判断され（ステップＳ９）、印字が継続している場合は１ラインバッファー２９に格納された１ライン分の駆動波形選択データ（ｉｉ）をセレクター３０に読み出すとともに（ステップＳ１０）、次回の１ライン分の画像の駆動波形選択データ（ｉｉ）を１ラインバッファー２９に格納する（ステップＳ１１）。その後、ステップＳ４〜ステップＳ９の手順を繰り返す。

上記の手順で記録ヘッド１７のインク吐出動作を行うことにより、各ノズル１８は、ドットを形成するタイミングの一つ前のラインの印字タイミングにおいてメニスカス揺動を行うため、画像データにおいてドット形成を全く行わないノズル１８に対してはメニスカス揺動が行われない。そのため、長時間の印字が続いても、ドット形成を行わないノズル１８は、メニスカスＭが静止した状態を保つ。これにより、メニスカスＭ近傍のインクは増粘するが、逆に増粘して水分量が減少したインクによってメニスカスからの水分の蒸発速度は低下し、増粘の速度は抑制される。そして、画像データが切り替わってドットを形成する必要が生じたノズルは、ドット形成の直前にメニスカスが揺動されることで常に安定したインク吐出が可能となる。例えば、１００ページの印字で全くドット形成を行わなかったノズル１８が、１０１ページ目の印字でドットを形成することになっても、問題なく安定したインク吐出を行うことができる。

また、メニスカス揺動を行ったノズル１８では、メニスカス近傍で増粘したインクが攪拌されることによって、ノズル１８内のインク粘度が全体にやや上昇する。しかし、メニスカス揺動を行ったノズル１８は次の１ラインの印字タイミングで必ずインク吐出が行われるため、増粘したインクが直ちにノズル１８外に排出され、ノズル１８内の増粘がそれ以上進むことがない。従って、増粘したインクによるノズル１８の目詰まりや、これに起因するインクの吐出不良を効果的に防止することができる。

ところで、メニスカスＭを揺動する第３駆動波形（３）として、インクを吐出する第１駆動波形（１）及び第２駆動波形（２）よりもパルス幅が狭い駆動波形を用いた場合、メニスカスＭがノズル１８内に引き込まれ始めるとすぐに押し戻しを行うために、メニスカスＭの変位は小さくなる。そこで、本実施形態では、メニスカスＭを揺動する第３駆動波形（３）のパルス幅Ｔ２は、記録ヘッド１７の固有振動周期の０．８〜１．２倍のパルス幅とする。

記録ヘッド１７の固有振動周期の０．８〜１．２倍のパルス幅の駆動波形を用いることにより、メニスカスＭのノズル１８内への引き込み及び押し戻しタイミングに同期して加圧室３５が膨張及び復元するため、メニスカスＭは大きく揺動する。その結果、ドットを形成する直前１回のみのメニスカス揺動であっても、メニスカスＭの近傍の増粘したインクを十分に攪拌して、メニスカスＭ近傍のインク粘度を適正な粘度に低下させて、ノズル１８を安定してインクを吐出させる状態に回復させることができる。

また、メニスカスＭを揺動する駆動波形として、インクを吐出する駆動波形よりもパルス幅が狭く、インクを吐出する駆動波形よりも高い周波数を有している連続した複数のパルスを用いないため、記録ヘッド１７での消費電力の増大や、圧電素子３１の発熱に伴うインク粘度の上昇によるインク滴形成の不安定化も発生しない。

なお、メニスカスＭが大きく揺動することにより、飛翔速度の遅い微小なインク滴が形成される場合がある。ここで、用紙（記録媒体）と記録ヘッド１７との間隔を１ｍｍ程度とし、用紙を１ｍ／ｓ程度で搬送した場合、記録ヘッド１７のノズル１８から吐出されたインク滴が用紙表面に着弾するまでの時間は約１００μｓｅｃであり、ライン間におけるインクの吐出間隔は５０μｓｅｃである。従って、メニスカス揺動によって発生した飛翔速度の遅い微小なインク滴は、用紙面に着弾する前に、直後に吐出されたドット形成のためのインク滴に追いつかれて取り込まれてしまうため、画像上でチリとして認識されなくなる。

なお、ドット形成直前のノズル１８へのメニスカス揺動に加えて、連続印字の用紙間において、図９に示すような、インクを吐出する駆動波形（図６、図７参照）よりも狭いパルス幅Ｔ３を有し、インクを吐出する駆動波形よりも高い周波数を有する連続した複数の駆動波形を、少なくとも１回以上インクを吐出する全てのノズル１８の圧電素子３１に印加することも効果がある。その際には、ドット形成直前でのメニスカス揺動を行わない従来の構成よりも、印加する駆動電圧のパルス数を減らすことができ、その分だけ記録ヘッド１７の消費電力を低減することができる。

図１０は、本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録装置１００に用いられる制御経路の一例を示すブロック図であり、図１１は、第２実施形態のインクジェット記録装置１００における記録ヘッド１７のインク吐出動作のシーケンスを示すフローチャートである。本実施形態においては、１ラインバッファー２９（図３参照）に代えて、次回以降のＮライン分の駆動波形選択データ（ｉｉ）を格納するＮラインバッファー４０をヘッド駆動部２５内に備えている。インクジェット記録装置１００、記録ヘッド１７等の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

次に、必要に応じて図１、図２、図４、図６〜図８、図１０を参照しながら、図１１のステップに沿って本実施形態のインクジェット記録装置１００を用いて画像を記録する際のインク吐出動作について説明する。

パーソナルコンピューターのプリンタードライバー等から印字命令が入力されると、まず、制御部２０内の画像処理部２１において入力された画像データに基づく印字データ（ｉ）が生成される（ステップＳ１）。次に、印字データ（ｉ）がデータ加工部２３に送信され、印字データ（ｉ）を構成する各画素について、当該各画素に対応したインク吐出を行う各ノズル１８のインク吐出回数を示す駆動波形選択データ（ｉｉ）を生成する（ステップＳ２）。

本実施形態では、第１実施形態と同様に記録ヘッド１７は階調値０、１、２の３階調のドット形成が可能である。データ加工部２３において２５６階調の印字データ（ｉ）から３階調の駆動波形選択データ（ｉｉ）に変換された後、記録ヘッド１７のノズル１８の並びに応じて、同一のタイミングでインクを吐出する１ライン分の画像をセレクター３０に送信し、次回以降のＮライン分の画像の駆動波形選択データ（ｉｉ）をヘッド駆動部２５の駆動周波数に同期したタイミングでＮラインバッファー４０に送信して格納する（ステップＳ３）。

次に、セレクター３０において記録ヘッド１７の各ノズル１８に印加する駆動波形を決定する。即ち、ステップＳ３でセレクター３０に送信された駆動波形選択データ（ｉｉ）が階調値０（インク吐出回数が０）であるか否かが判断される（ステップＳ４）。そして、階調値０でない場合は階調値１又は２のいずれかであるため、階調値１である場合は第１駆動波形（１）を選択し、階調値２である場合は第１駆動波形（２）を選択する（ステップＳ５）。

一方、ステップＳ４で階調値０である場合は、セレクター３０において、Ｎラインバッファー４０内に格納されている同一のノズル１８に対応する駆動波形選択データ（ｉｉ）の全てが階調値０であるか否かが判断される（ステップＳ６）。Ｎラインバッファー４０内の駆動波形選択データ（ｉｉ）に階調値０でないものが存在する場合は、さらに直前の所定ライン内に第１又は第２の駆動波形が選択されていたか否かが判断される（ステップＳ７）。

直前の所定ライン内に第１又は第２の駆動波形が選択されていない場合は、直前の所定ラインにおいて同一のノズル１８からインク吐出が行われていないため、次回以降のＮライン内でのドット形成（インク吐出）に備えて、メニスカスＭ近傍で増粘したインクを攪拌しておく必要がある。そこで、メニスカス揺動のみを行う第３駆動波形（３）が選択される（ステップＳ８）。一方、直前の所定ライン内に第１又は第２の駆動波形が選択されている場合は、直前の所定ラインにおいて同一のノズル１８からインク吐出が行われているため、メニスカスを揺動させる必要はない。そのため、駆動電圧（Ｖ０）を保持することにより（ステップＳ９）、インク吐出及びメニスカス揺動の両方を行わない。

また、ステップＳ６で、Ｎラインバッファー４０内に格納されている同一のノズル１８に対応する駆動波形選択データ（ｉｉ）の全てが階調値０である場合は、次回以降のＮラインにおいても当該ノズル１８でドット形成が行われないため、駆動電圧（Ｖ０）を保持することにより（ステップＳ９）、インク吐出及びメニスカス揺動の両方を行わない。

そして、印字が終了したか否かが判断され（ステップＳ１０）、印字が継続している場合はＮラインバッファー４０に格納されたＮライン分の駆動波形選択データのうち、次回の１ライン分の駆動波形選択データ（ｉｉ）をＮラインバッファー４０の先頭からセレクター３０に読み出すとともに（ステップＳ１１）、（Ｎ＋１）ライン目の１ライン分の画像の駆動波形選択データ（ｉｉ）をＮラインバッファー４０の末尾に格納する（ステップＳ１２）。その後、ステップＳ４〜ステップＳ１０の手順を繰り返す。

上記の手順で記録ヘッド１７のインク吐出動作を行うことにより、各ノズル１８は、ドットを形成するタイミングのＮライン前の印字タイミングから１ライン前まで連続してメニスカス揺動を行うため、図５に示した第１実施形態の制御手順に比べてメニスカスを十分に揺動させることができる。

また、次回以降のＮライン内でドット形成を行う場合であっても、直前の所定ライン内で同一のノズル１８において第１又は第２の駆動波形が選択され、インクが吐出されている場合はメニスカス揺動が行われないため、インク吐出から時間が経過しておらずインクの増粘の心配がないノズル１８に対しては不要なメニスカス揺動を行わず、記録ヘッド１７の消費電力を低減することができる。ここで、「直前の所定ライン」とは、１００〜５０００ライン程度のライン数を意味する。

なお、本実施形態においてもメニスカスＭを大きく揺動させるために、第１実施形態と同様に、メニスカスＭを揺動する第３駆動波形（３）のパルス幅Ｔ２は、記録ヘッド１７の固有振動周期の０．８〜１．２倍のパルス幅とする。その結果、飛翔速度の遅い微小なインク滴が形成される。

前述したように、１ライン前のメニスカス揺動によって発生した飛翔速度の遅い微小な液滴は、用紙面に着弾する前に、直後に吐出されたインク滴に吸収される。しかし、２ライン以上前のメニスカス揺動によって発生した微小なインク滴は、用紙面に着弾する前にドット形成のためのインク滴によって吸収することは困難となる。

そこで、本実施形態では、Ｎラインバッファー４０に格納する画像の駆動波形選択データ（ｉｉ）を２〜５ライン分とする。用紙上における画像５ライン分の距離は２００μｍ程度であるため、メニスカス揺動によって微小なインク滴が飛散しても、画像上のチリはほとんど視認されない。従って、画像上のチリを目立たない程度に抑えつつ、メニスカスＭを十分に揺動させることができる。

また、第１実施形態と同様に、ドット形成直前のノズル１８へのメニスカス揺動に加えて、連続印字の用紙間において、図９に示すような、インクを吐出する駆動波形よりも狭いパルス幅Ｔ３を有し、インクを吐出する駆動波形よりも高い周波数を有する連続した複数の駆動波形を、少なくとも１回以上インクを吐出する全てのノズル１８の圧電素子３１に印加することもできる。

その他、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、データ加工部２３で生成する駆動波形選択データ（ｉｉ）を階調値０〜２の３階調としたが、これに限らず、０、１の２階調としても良いし、４階調以上としても良い。その場合、駆動パルス発生部２７で発生する駆動波形の種類も駆動波形選択データ（ｉｉ）に対応して設定される。

また、記録ヘッド１７のノズル１８の個数やノズル間隔等はインクジェット記録装置１００の仕様に応じて適宜設定することができる。また、各ラインヘッド１１Ｃ〜１１Ｋにつき記録ヘッド１７の数量も特に限定されるものではなく、例えば各ラインヘッド１１Ｃ〜１１Ｋにつき記録ヘッド１７を１つ配置することもできるし、４個以上配置することもできる。

本発明は、記録ヘッドからインクを吐出することによって記録を行うインクジェット記録装置に利用可能である。本発明の利用により、ノズルの目詰まりや印字不良も防止可能なインクジェット記録装置となる。

９ 記録部
１１Ｃ〜１１Ｋ ラインヘッド
１７ 記録ヘッド
１８ ノズル
２０ 制御部
２１ 画像処理部
２３ データ加工部
２５ ヘッド駆動部
２７ 駆動パルス発生部
２９ １ラインバッファー（バッファー）
３０ セレクター
３１ 圧電素子
３５ 加圧室
４０ Ｎラインバッファー（バッファー）
１００ インクジェット記録装置
Ｍ メニスカス

Claims (3)

1. 記録媒体上にインクを吐出する複数のノズルと、該複数のノズルに連通し、内部にインクを収容可能な複数の加圧室と、該複数の加圧室に対応して配置され、前記各加圧室内のインクに圧力をかけて前記各ノズルからインクを吐出させる複数の圧電素子と、を有し、前記複数のノズルにより１ライン分の画像が同時に形成されるラインヘッド型の記録ヘッドと、
   前記圧電素子の駆動電圧の駆動波形として、前記ノズルからのインク吐出回数に応じて設定された１つ以上のインク吐出用駆動波形と、インク吐出は行わずに前記ノズル内のメニスカスを揺動させるメニスカス揺動用駆動波形とを含む複数の駆動波形を発生させる駆動パルス発生部と、該駆動パルス発生部で発生させたいずれの駆動波形を前記圧電素子に印加するか、或いはいずれの駆動波形も前記圧電素子に印加しないかを前記各ノズルについて選択するセレクターと、を備え、印字対象となる画像データを構成する１つの画素につき、当該画素の階調に応じて定まる１回以上のインク吐出を前記各ノズルに対して実行させるヘッド駆動部と、
   印字対象となる画像データを構成する各画素を多値階調で示した印字データを生成する画像処理部と、該画像処理部で生成された印字データを構成する各画素について、当該各画素に対応したインク吐出を行う前記各ノズルのインク吐出回数を表す駆動波形選択データを生成するデータ加工部と、を有する制御部と、
   を備えたインクジェット記録装置において、
   前記ヘッド駆動部は、前記データ加工部から送信された次回以降の印字Ｎライン分（Ｎは１〜５の整数）の駆動波形選択データを格納するバッファーを備え、
   前記セレクターは、前記データ加工部から送信された今回の印字１ライン分の駆動波形選択データが０であるか否かを前記各ノズルについて判断し、駆動波形選択データが０でない前記ノズルには、インク吐出回数に応じた前記インク吐出用駆動波形を前記圧電素子に印加し、今回の印字１ライン分の駆動波形選択データが０であり、且つ前記バッファーに格納されている次回以降の印字Ｎライン分の駆動波形選択データのうち、同一の前記ノズルに対応する駆動波形選択データ中に０でないデータが存在する前記ノズルには、前記記録ヘッドの固有振動周期の０．８〜１．２倍のパルス幅を有する前記メニスカス揺動用駆動波形を、今回の印字１ライン分の駆動波形選択データが０であり、且つ次回以降の印字Ｎライン分の駆動波形選択データ中に０でないデータが存在する前記ノズルに対応する前記圧電素子に印加し、今回の印字１ライン分の駆動波形選択データ及び次回以降の印字Ｎライン分の駆動波形選択データの全てが共に０である前記ノズルには、いずれの駆動波形も前記圧電素子に印加しない動作を前記各ノズルについて行うとともに、
   前記セレクターは、直前の所定ライン以内に前記インク吐出用駆動波形を印加した前記圧電素子に対応するノズルに対しては、今回の印字１ライン分の駆動波形選択データが０であり、且つ前記バッファーに格納されている次回以降の印字Ｎライン分の駆動波形選択データが０でない場合であっても前記メニスカス揺動用駆動波形を印加しないことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記バッファーは、前記データ加工部から送信された次回の印字１ライン分の駆動波形選択データを格納し、
   前記セレクターは、前記データ加工部から送信された今回の印字１ライン分の駆動波形選択データが０であるか否かを前記各ノズルについて判断し、駆動波形選択データが０でない前記ノズルには、インク吐出回数に応じた前記インク吐出用駆動波形を前記圧電素子に印加し、今回の印字１ライン分の駆動波形選択データが０であり、且つ前記バッファーに格納されている次回の印字１ライン分の駆動波形選択データのうち、同一の前記ノズルに対応する駆動波形選択データ中に０でないデータが存在する前記ノズルには、前記記録ヘッドの固有振動周期の０．８〜１．２倍のパルス幅を有する前記メニスカス揺動用駆動波形を、今回の印字１ライン分の駆動波形選択データが０であり、且つ次回の印字１ライン分の駆動波形選択データ中に０でないデータが存在する前記ノズルに対応する前記圧電素子に印加し、今回の印字１ライン分の駆動波形選択データ及び次回の印字１ライン分の駆動波形選択データの全てが共に０である前記ノズルには、いずれの駆動波形も前記圧電素子に印加しない動作を前記各ノズルについて行うことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 前記インク吐出用駆動波形よりもパルス幅が狭く、前記インク吐出用駆動波形よりも高い周波数を有する連続した複数の駆動波形を前記駆動パルス発生部で発生させ、連続印字中の記録媒体間において、当該駆動波形の駆動電圧を、次の記録媒体に対する印字において少なくとも１回以上インクを吐出するような前記ノズルに対応する前記全ての圧電素子に印加することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録装置。

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