JP5959112B2 - 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（パージ）した後、インク吐出面に付着したインクの拭き取り（ワイプ）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、全てのノズルに対してメニスカス揺動を行う方法が開示されている。また、特許文献２には、或る用紙内（ページ内）印字が予定されている画素データの印字に使用される各ノズルのメニスカスのみを揺動させ、印字に使用されない各ノズルのメニスカスを静止状態に保持する画像形成装置が開示されている。

なお、メニスカス揺動を行うと、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、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、用紙１枚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、インクの吐出性が徐々に悪化してしまう。そのため、次の用紙に印字する画像データに切り替わった後に、前の用紙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。したがって、特許文献２のように、用紙内で印字（インクの吐出）が予定されているノズルのみを紙間においてメニスカス揺動させることが好ましい。

特開平０９−１４１８８２号公報 特開２０１０−１８４３６３号公報

しかしながら、特許文献２のように構成しても、インク詰まりが発生し、画像不良が発生する場合があるという問題点がある。特に、インク詰まりは、インク吐出量が少ない場合に発生しやすい。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ノズルからのインク吐出を安定して行うことが可能なインクジェット記録装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のインクジェット記録装置は、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、各加圧室内のインクに圧力をかけて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、圧電素子の駆動電圧の駆動波形として、ノズルからのインク吐出回数に応じて設定された２以上のインク吐出用駆動波形と、インク吐出は行わずに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有する複数の駆動波形を発生させる駆動パルス発生部を含み、印字対象となる画像データを構成する画素の階調に応じて定まる量のインク吐出を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、当該各画素の階調に対応した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、ヘッド駆動部および制御部の少なくとも一方には、何れの駆動波形を圧電素子に印加するか、或いは何れの駆動波形も圧電素子に印加しないかを各ノズルについて選択するセレクターが設けられており、セレクターは、１つの画像データ内で１画素または２画素にインクを吐出するノズルに対して、インクを吐出する少なくとも１画素目の駆動波形としてその画素の階調よりも上の階調または最大階調に対応したインク吐出用駆動波形を選択し、１つの画像データ内で３画素以上にインクを吐出するノズルに対して、インクを吐出する画素の駆動波形としてその画素の階調に対応したインク吐出用駆動波形を選択し、１つの画像データ内で１つの画素にもインクを吐出しないノズルに対して、何れの駆動波形も選択しない。

本発明によれば、セレクターは、１つの画像データ内で１画素または２画素にインクを吐出するノズルに対して、インクを吐出する少なくとも１画素目の駆動波形としてその画素の階調よりも上の階調または最大階調に対応したインク吐出用駆動波形を選択する。これにより、１画素目でのインク吐出量を通常時よりも増加させ又は最大吐出量にすることができるので、インク吐出量が少なくなるのを抑制して、インク詰まりの発生を抑制することができる。このため、ノズルからのインク吐出を安定して行うことができ、画像不良の発生を抑制することができる。

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 インク吐出用駆動波形である第１駆動波形（１）を示す波形図 インク吐出用駆動波形である第２駆動波形（２）を示す波形図 インク吐出用駆動波形である第３駆動波形（３）を示す波形図 メニスカス揺動用駆動波形である第４駆動波形（４）を示す波形図 第１駆動波形（１）が選択されたときの圧電素子３１に印加される駆動電圧とノズル１８内のインクの流速とを示すグラフ 第２駆動波形（２）が選択されたときの圧電素子３１に印加される駆動電圧とノズル１８内のインクの流速とを示すグラフ 第３駆動波形（３）が選択されたときの圧電素子３１に印加される駆動電圧とノズル１８内のインクの流速とを示すグラフ 第４駆動波形（４）が選択されたときの圧電素子３１に印加される駆動電圧とノズル１８内のインクの流速とを示すグラフ 本発明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、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態の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。

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。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、インクジェット記録装置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。

図３に示すように、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４駆動波形（４）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）、第３駆動波形（３）、及び第４駆動波形（４）を発生させる駆動パルス発生部２７と、データ加工部２３から送信された駆動波形選択データ（ｉｉ）を格納する格納部２９と、格納部２９に格納されている駆動波形選択データ（ｉｉ）に基づいて第１駆動波形（１）〜第４駆動波形（４）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の駆動電圧を一定に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）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。

第１駆動波形（１）〜第３駆動波形（３）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インク吐出用駆動波形である。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５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。このような第１駆動波形（１）が圧電素子３１に印加されると、図９に示すように、ノズル１８内のインクの流速は１回１０ｍ／ｓを超えるため、吐出口１８ａからインク滴が１回吐出される。なお、図９〜図１２では、駆動電圧（Ｖｏｌｔ）を細線で表示し、インクの流速（Ｖｎ）を太線で表示している。

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）に戻る第１駆動波形（１）のパルスを２回繰り返すものが用意されている。このような第２駆動波形（２）が圧電素子３１に印加されると、図１０に示すように、ノズル１８内のインクの流速は２回１０ｍ／ｓを超えるため、吐出口１８ａからインク滴が２回吐出される。

第３駆動波形（３）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３回行わせる階調値３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）に戻る第１駆動波形（１）のパルスを３回繰り返すものが用意されている。このような第３駆動波形（３）が圧電素子３１に印加されると、図１１に示すように、ノズル１８内のインクの流速は３回１０ｍ／ｓを超えるため、吐出口１８ａからインク滴が３回吐出される。

一方、第４駆動波形（４）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メニスカス揺動用駆動波形であって、第１駆動波形（１）〜第３駆動波形（３）とは異なる波形からなる。第４駆動波形（４）は、図８に示すように、インクを吐出する駆動波形（図５〜図７参照）よりも狭いパルス幅Ｔ２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パルスを連続して複数回繰り返すものが用意されている。

この第４駆動波形（４）は、例えば駆動電源の電圧値（Ｖ０）からパルス幅Ｔ２（記録ヘッド１７の固有振動周期の３／４時間）の間、駆動電源の電圧値よりも低い所定値（Ｖ１）にした後、パルス幅Ｔ３（記録ヘッド１７の固有振動周期の１／１０〜１／１３時間）の間、駆動電源の電圧値（Ｖ０）に戻り、パルス幅Ｔ４（記録ヘッド１７の固有振動周期の１／２０〜１／２６時間）の間、駆動電源の電圧値よりも低い所定値（Ｖ１）にすることを３回繰り返し、駆動電源の電圧値（Ｖ０）に戻るものである。このような第４駆動波形（４）が圧電素子３１に印加されると、図１２に示すように、ノズル１８内のインクの流速は１０ｍ／ｓを超えず、メニスカス面Ｍは揺動するもののインク滴は吐出されない。

第４駆動波形（４）を用いたメニスカス面Ｍの揺動は、ドット形成直前のノズル１８に加えて、連続印字の用紙間において、次の用紙で少なくとも１回以上インクを吐出する全てのノズル１８に対しても行うことが好ましい。そして、用紙間に行うメニスカス面Ｍの揺動回数（圧電素子３１に印加される第４駆動波形（４）のパルス数）は、ノズル１８内のインク液成分の不均一化による吐出口１８ａ近傍のインク液の増粘化が進行しても、メニスカス揺動によってノズル１８内のインク液が再攪拌されてインク詰まりが発生しない程度の回数とする必要があり、１００回以上が好ましい。

なお、ドット形成直前のノズル１８のメニスカス面Ｍを大きく揺動させると、飛翔速度の遅い微小なインク滴が形成され、画像上でチリとして認識されることがある。そこで、第４駆動波形（４）のパルス幅Ｔ２を記録ヘッド１７の固有振動周期よりも狭くすることにより、メニスカス面Ｍの揺動による微小なインク滴の発生を防止することができる。

次に、本発明のインクジェット記録装置１００における記録ヘッド１７のインク吐出制御について詳細に説明する。本発明においては、１つ（１ページ分）の画像データ内で１画素または２画素だけインクを吐出するノズル１８に対して、インクを吐出する少なくとも１画素目において、各画素を多値階調で示した印字データ（ｉ）に基づいてデータ加工部２３で生成された駆動波形選択データ（ｉｉ）を、吐出量（吐出回数）の多い駆動波形選択データ（ｉｉ）に変更する。

前述したように、インクの非吐出が続いたノズル１８では、インクの増粘が進行し、特に先頭吐出画素（インクを吐出する１画素目）でインク詰まりが発生し得るという不具合があった。そこで、インクを吐出する少なくとも１画素目（本実施形態では、１画素目および２画素目）に対応する駆動波形選択データ（ｉｉ）を、予め吐出量（吐出回数）の多い駆動波形選択データ（ｉｉ）に変更してインクの吐出量を増加させることで、確実にインクを吐出させてドットを形成する。

具体的には、１つ（１ページ分）の画像データ内で１画素または２画素だけインクを吐出するノズル１８に対して、インクを吐出する１画素目および２画素目に対応する駆動波形選択データ（ｉｉ）の階調値を、１つ上の階調値に変更する。例えば、吐出画素に対応する駆動波形選択データ（ｉｉ）が階調値１である場合、一つ上の階調値２に変更する。その結果、本来であれば階調値１に対応する第１駆動波形（１）が選択され、インク滴が１回吐出されるところ、階調値２に対応する第２駆動波形（２）が選択されるため、インク吐出量を増加させることができる（インク吐出量が最小になるのを防止できる）ので、インク詰まりの発生を抑制することができる。

ここで、インク吐出用の駆動波形の数が３以上ある場合（４階調以上の場合）は、吐出画素の駆動波形選択データ（ｉｉ）の階調値を１つ上の階調値へのみ移行させ、２以上高い階調値へは移行させないことが好ましい。これは、ノズル１８のメニスカス面Ｍにおける水分の蒸発の程度はインクジェット記録装置１００の使用環境（温湿度）によって異なるため、階調値を２以上高くするとインク吐出量が通常時から大幅に増加してしまい、画像パターンによっては、均一であるはずの数画素のラインが濃淡のあるラインとして認識されてしまうからである。

また、最大階調（本実施形態では階調値３）の駆動波形選択データ（ｉｉ）は変更しないものとする。最大階調では、元々複数回のインク吐出を行う駆動波形が選択されるため、仮に１回目にインク詰まりが発生したとしても２回目または３回目にインク詰まりが解消される可能性が高いためである。なお、最大階調に対応する駆動波形よりも吐出回数の多い駆動波形を予め用意しておき、最大階調の駆動波形選択データ（ｉｉ）も１階調上の駆動波形選択データ（ｉｉ）に変更するようにしても良い。

次に、必要に応じて図１〜図４を参照しながら、図１３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、３の４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）を４階調の駆動波形選択データ（ｉｉ）に変換した後、格納部２９に送信して格納する（ステップＳ３）。

その後、画像データのＮライン目の駆動波形選択データ（ｉｉ）に対応する駆動波形を決定する。先ず、各ノズル１８について、１つ（１ページ分）の画像データ内で１画素または２画素だけにインクを吐出するか否かが判断される（ステップＳ４）。

ステップＳ４において、１つ（１ページ分）の画像データ内で０画素（インク吐出なし）または３画素以上にインクを吐出すると判断された場合、ステップＳ５に進む。そして、１つの画像データ内で３画素以上にインクを吐出するノズル１８に対しては、インクを吐出する画素の駆動波形としてその画素の階調に対応したインク吐出用駆動波形が選択される。例えば、格納部２９に格納されたＮライン目の画素のうち階調値１〜３である画素には、それぞれ対応する第１駆動波形（１）〜第３駆動波形（３）が選択される。階調値０である画素はドット形成が行われないため、何れの駆動波形も選択されない。また、１つ（１ページ分）の画像データ内で１つの画素にもインクを吐出しないノズル１８に対しては、何れの駆動波形も選択されない。

ステップＳ４において、１つ（１ページ分）の画像データ内で１画素または２画素だけインクを吐出すると判断された場合、ステップＳ６に進む。そして、Ｎライン目の画素がインクを吐出する画素（１画素目または２画素目）であるか否かが判断される。

ステップＳ６において、インクを吐出する画素（１画素目または２画素目）ではないと判断された場合、ステップＳ５に進む。この画素は、階調値０でインクが吐出されないので、何れの駆動波形も選択されない。

ステップＳ６において、インクを吐出する画素（１画素目または２画素目）であると判断された場合、ステップＳ７に進む。Ｎライン目に当該ノズル１８でドット形成が行われるため、格納部２９に格納されたＮ−１ライン目の画素の駆動波形として、インク吐出は行わずにメニスカス揺動のみを行う第４駆動波形（４）が選択される（ステップＳ７）。次に、Ｎライン目の画素の駆動波形選択データ（ｉｉ）の階調値が最大階調（ここでは階調値３）であるか否かが判断される（ステップＳ８）。最大階調でない場合は、駆動波形として１つ上の階調の駆動波形が選択される（ステップＳ９）。例えば、階調値１である場合は階調値２の第２駆動波形（２）が選択され、階調値２である場合は階調値３に対応する第３駆動波形（３）が選択される。

一方、ステップＳ８においてＮライン目の画素の駆動波形選択データ（ｉｉ）の階調値が最大階調（階調値３）である場合（ステップＳ８でＹＥＳ）は、ステップＳ５に進み、最大階調（ここでは階調値３）に応じた駆動波形が選択される。

そして、上記の判断が全てのラインに対して行われたか否かが判断され（ステップＳ１０）、未判断のラインが残っている場合は、次のラインに対してステップＳ６〜ステップＳ１０の手順を繰り返す。

本実施形態では、上記のように、セレクター３０は、１つ（１ページ分）の画像データ内で１画素または２画素だけにインクを吐出するノズル１８に対して、インクを吐出する少なくとも１画素目の駆動波形としてその画素の階調よりも上の階調または最大階調に対応したインク吐出用駆動波形を選択する。これにより、１画素目でのインク吐出量を通常時よりも増加させ又は最大吐出量にすることができるので、インク吐出量が少なくなるのを抑制して、インク詰まりの発生を抑制することができる。このため、ノズル１８からのインク吐出を安定して行うことができ、画像不良の発生を抑制することができる。

また、上記のように、セレクター３０は、１つ（１ページ分）の画像データ内で２画素にインクを吐出するノズル１８に対して、インクを吐出する２画素目の駆動波形としてその画素の階調よりも１階調上に対応したインク吐出用駆動波形を選択する。これにより、万が一、１画素目でインク詰まりが発生したとしても、２画素目でインク詰まりが発生するのを抑制することができる。また、ノズル１８内の増粘したインクをより多く吐出することができるので、次の用紙以降にそのノズル１８でインク詰まりが発生するのを抑制することができる。

また、上記のように、セレクター３０は、１つの画像データ内で１画素または２画素だけにインクを吐出するノズル１８に対して、インクを吐出する少なくとも１画素目の駆動波形としてその画素の階調よりも１階調上に対応したインク吐出用駆動波形を選択する。これにより、インク吐出量が通常時よりも大幅に増加してしまい均一なラインが濃淡のあるラインとして認識されてしまう不具合を防止できる。

また、上記のように、セレクター３０は、１つの画像データ内で１画素または２画素だけにインクを吐出するノズル１８に対して、インクを吐出する画素の駆動波形選択データが最大階調に対応したインク吐出回数を表す駆動波形選択データであるときは最大階調に対応したインク吐出用駆動波形（第３駆動波形（３））を選択する。これにより、不必要に吐出量を増やすことなくインク詰まりの発生を抑制することができる。

また、上記のように、インク吐出用駆動波形よりも狭いパルス幅を有し、且つ高い周波数を有するパルスが連続して複数回繰り返されるメニスカス揺動用駆動波形を用いることにより、メニスカスが大きく揺動しないため、飛翔速度の遅い微小なインク滴が形成され、画像上でチリとして認識される不具合を防止できる。

また、上記のように、連続印字中の用紙間で、メニスカス揺動用駆動波形の駆動電圧を、次の用紙上に少なくとも１画素以上にインクを吐出する全ての圧電素子３１に印加する。これにより、ノズル１８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。

次に、上記した本実施形態の効果を確認するために行った確認実験について説明する。この確認実験は、上記実施形態に対応した実施例１、２と、比較例１、２と、について行った。

（実施例１、２および比較例１、２共通）
［顔料分散体の作製］
使用する顔料分散体に関しては、画像品質を高めるために、微粒子且つ数万の分子量を有する樹脂に被覆された顔料分散体が適している。このような樹脂材料としては、酸価１５０〜３００の樹脂が好適であり、スチレンアクリル樹脂等の水溶性樹脂が挙げられる。なお、酸価が低い場合は、顔料の分散性が悪く微粒子化が困難であり、発色・着色力が低くなる。また、酸価が高い場合は、インクの保存安定性が悪くなる。

この確認実験では、フタロシアニンブルー等の公知の顔料（１５質量％）と、ＫＯＨで当量中和した水溶性樹脂（アルカリ可溶性樹脂）（１．５〜６．７５質量％）と、オレフィンＥ１０１０（０．５質量％）と、水（８３〜７７．７５質量％）と、をこの比率で混合し、メディア型分散器にて混練を行った。

分散機としては、湿式分散機（ナノグレンミル：浅田鉄工株式会社製、ＭＳＣミル：三井鉱山株式会社製、ダイノーミル：株式会社シンマルエンタープライゼスなど）を用いた。そして、小径ビーズ（直径０．５ｍｍ・１．０ｍｍのジルコニアビーズ）を用い、平均粒子径が７０〜１３０ｎｍになるように調整した。なお、ビーズ径を変えることで分散度合いや遊離樹脂量を変化させることが可能であり、より小さい径のビーズを用いれば、微粒子化が可能であるとともに、顔料に対する樹脂の被覆が強くなる。粒度分布測定に関しては、イオン交換水で３００倍に希釈した溶液をゼータサイザーナノ（シスメックス株式会社製）等の測定装置を用いて行うことができる。

［インクの作製］
そして、得られた顔料分散体（２６．６質量％）と、オレフィンＥ１０１０（０．５質量％）と、１，３−ブタンジオール（５．０質量％）と、トリエチレングリコールモノブチルエーテル（５．０質量％）と、２−ピロリドン（５．０質量％）と、グリセリン（１５．０質量％）と、イオン交換水（４２．９質量％）と、をこの比率で混合撹拌してインクを作製した。なお、得られたインクの粘度は、約６ｍＰａ・ｓであった。

（実施例１−１）
作製したインクを記録ヘッド１７に充填した。そして、全ノズル１８について、パージ（ノズル内の粘度が高くなったインクを吐出）した後、ワイプ（吐出されたインクを拭き取り）した。その後、Ａ３サイズの用紙を搬送し、その用紙の後端部に全ノズル１８から１画素だけインクを吐出することを、１時間連続で行った。実施例１−１では、インク吐出量を、階調値２に対応する１０ｐｌとした。

なお、用紙間におけるメニスカスの揺動回数を３００回、吐出直前（ドット形成直前）におけるメニスカスの揺動回数を５回とした。また、揺動の頻度を２００００回／秒とした。

（実施例１−２）
実施例１−２では、用紙の後端部の２画素にインクを吐出することを、１時間連続で行った。実施例１−２のその他の構成は、実施例１−１と同様にした。

（比較例１−１）
比較例１−１では、インク吐出量を、階調値１に対応する５．５ｐｌとした。比較例１−１のその他の構成は、実施例１−１と同様にした。

（比較例１−２）
比較例１−２では、インク吐出量を、階調値１に対応する５．５ｐｌとした。比較例１−２のその他の構成は、実施例１−２と同様にした。

（実施例２）
作製したインクを記録ヘッド１７に充填した。そして、全ノズル１８について、パージ・ワイプを行い１時間の非印字時間経過後に、Ａ３サイズの用紙を搬送し、その用紙の後端部に全ノズル１８から１画素だけインクを吐出した。実施例２では、インク吐出量を、階調値２に対応する１０ｐｌとした。実施例２のその他の構成は、実施例１−１と同様にした。

（比較例２）
比較例２では、インク吐出量を、階調値１に対応する５．５ｐｌとした。比較例２のその他の構成は、実施例２と同様にした。

そして、実施例１、２および比較例１、２について、用紙に印字されたドットを比較した。その結果を以下の表１、２に示す。なお、問題なく印字ができたものを○、印字できたがインク詰まりが発生してドットサイズが小さかったものを△、印字できなかったものを×として表示している。

表１を参照して、１つ（１ページ分）の画像データ内で１画素または２画素だけしかインクを吐出しないノズル１８に関しては、１つの画素に対するインク吐出量が少ない（階調値１に対応する５．５ｐｌ）場合、インク詰まりが発生し、１つの画素に対するインク吐出量が多い（階調値２に対応する１０ｐｌ）場合、インク詰まりが発生しないことが確認できた。

また、表２を参照して、１時間に１画素だけしかインクを吐出しないノズル１８に関しては、１つの画素に対するインク吐出量が少ない（階調値１に対応する５．５ｐｌ）場合、インク詰まりが発生し、１つの画素に対するインク吐出量が多い（階調値２に対応する１０ｐｌ）場合、インク詰まりが発生しないことが確認できた。

以上のように、連続ページや単ページの印字において、非吐出や低印字率の区間が長く続いた後のノズル１８でドットを形成しようとしたときでも、インク吐出量を多くすることによって、インクを安定して吐出することができることが確認できた。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

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０〜３の４階調としたが、これに限らず、０、１の２階調や０、１、２の３階調としても良いし、５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。

また、上記実施形態では、１つ（１ページ分）の画像データ内で１画素または２画素だけにインクを吐出するノズル１８に対して、インクを吐出する１画素目および２画素目の駆動波形として各画素の階調よりも上の階調または最大階調に対応したインク吐出用駆動波形を選択するように構成したが、本発明はこれに限らない。インクを吐出する１画素目だけについて、その画素の階調よりも上の階調または最大階調に対応したインク吐出用駆動波形を選択し、インクを吐出する２画素目については、その画素の階調に対応したインク吐出用駆動波形を選択してもよい。

また、上記実施形態では、１つ（１ページ分）の画像データ内で１画素または２画素だけにインクを吐出するノズル１８に対して、インクを吐出する画素の駆動波形として各画素の階調よりも１階調上に対応したインク吐出用駆動波形を選択するように構成したが、本発明はこれに限らず、各画素の階調よりも２階調（または２階調以上）上に対応したインク吐出用駆動波形を選択してもよい。ただし、インク吐出量が通常時よりも大幅に増加してしまい均一なラインが濃淡のあるラインとして認識されてしまう不具合が生じる可能性があるので、各画素の階調よりも１階調上に対応したインク吐出用駆動波形を選択することが好ましい。

また、上記実施形態では、データ加工部２３において２５６階調の印字データ（ｉ）を４階調の駆動波形選択データ（ｉｉ）に変換した後、格納部２９に送信して格納し、その後の制御をヘッド駆動部２５にて行った例について示したが、本発明はこれに限らない。印字データ（ｉ）を駆動波形選択データ（ｉｉ）に変換した後の制御（ステップＳ４〜Ｓ１０）を、データ加工部２３にて行ってもよい。また、印字データ（ｉ）を駆動波形選択データ（ｉｉ）に変換した後、所定の画素について選択される駆動波形を変更することまでをデータ加工部２３において行い、変更後のデータを格納部２９に送信して、その後の制御をヘッド駆動部２５にて行ってもよい。このとき、例えば、セレクター３０は、制御部２０に設けられていてもよいし、ヘッド駆動部２５と制御部２０とに設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、データ加工部が、画素の階調に対応したインク吐出回数を表す駆動波形選択データを生成する例について示したが、本発明はこれに限らず、データ加工部は、画素の階調に対応したインク吐出量またはインク吐出速度を表す駆動波形選択データを生成してもよい。

また、上記実施形態では、１つの画像データ内で１画素または２画素にインクを吐出するノズルに対して、インクを吐出する少なくとも１画素目の駆動波形としてその画素の階調よりも上の階調または最大階調に対応した前記インク吐出用駆動波形を選択するために、セレクターが、その画素の駆動波形選択データの階調よりも上の階調または最大階調に対応したインク吐出用駆動波形を選択した例について示したが、本発明はこれに限らない。データ加工部が、１つの画像データ内で１画素または２画素にインクを吐出するノズルに対して、インクを吐出する少なくとも１画素目の駆動波形選択データを、その画素の階調よりも上の階調または最大階調の駆動波形選択データに変更するとともに、セレクターが、駆動波形選択データに基づいて、インク吐出用駆動波形を選択し、あるいは何れの駆動波形も選択しないように構成してもよい。

１７、１７ａ〜１７ｃ 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
３０ セレクター
３１ 圧電素子
３５ 加圧室
１００ インクジェット記録装置
Ｐ 用紙（記録媒体）

Claims (8)

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２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有する複数の駆動波形を発生させる駆動パルス発生部を含み、印字対象となる画像データを構成する画素の階調に応じて定まる量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、当該各画素の階調に対応した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、
   前記ヘッド駆動部および前記制御部の少なくとも一方には、何れの駆動波形を前記圧電素子に印加するか、或いは何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が設けられており、
   前記セレクターは、
   １つの画像データ内で１画素または２画素にインクを吐出するノズルに対して、インクを吐出する少なくとも１画素目の駆動波形としてその画素の階調よりも上の階調または最大階調に対応した前記インク吐出用駆動波形を選択し、
   １つの画像データ内で３画素以上にインクを吐出するノズルに対して、インクを吐出する画素の駆動波形としてその画素の階調に対応した前記インク吐出用駆動波形を選択し、
   １つの画像データ内で１つの画素にもインクを吐出しないノズルに対して、何れの駆動波形も選択しないことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記セレクターは、１つの画像データ内で２画素にインクを吐出するノズルに対して、インクを吐出する２画素目の駆動波形としてその画素の階調よりも上の階調または最大階調に対応した前記インク吐出用駆動波形を選択する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. 前記駆動パルス発生部で発生させる前記インク吐出用駆動波形の数が３以上であるとき、前記セレクターは、１つの画像データ内で１画素または２画素にインクを吐出するノズルに対して、インクを吐出する少なくとも１画素目の駆動波形としてその画素の階調よりも１階調上に対応した前記インク吐出用駆動波形を選択することを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。
4. 前記セレクターは、１つの画像データ内で１画素または２画素にインクを吐出するノズルに対して、インクを吐出する画素の駆動波形選択データが最大階調に対応した駆動波形選択データであるときは最大階調に対応した前記インク吐出用駆動波形を選択することを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。
5. 前記メニスカス揺動用駆動波形は、前記インク吐出用駆動波形よりも狭いパルス幅を有し、且つ高い周波数を有するパルスが連続して複数回繰り返されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
6. 連続印字中の記録媒体間で、前記メニスカス揺動用駆動波形の駆動電圧を、次の記録媒体上に少なくとも１画素以上にインクを吐出する全ての前記圧電素子に印加することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
7. 前記セレクターは、
   １つの画像データ内で１画素または２画素にインクを吐出するノズルに対して、インクを吐出する少なくとも１画素目の駆動波形としてその画素の前記駆動波形選択データの階調よりも上の階調または最大階調に対応した前記インク吐出用駆動波形を選択し、
   １つの画像データ内で３画素以上にインクを吐出するノズルに対して、インクを吐出する画素の駆動波形としてその画素の前記駆動波形選択データの階調に対応した前記インク吐出用駆動波形を選択することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
8. 前記データ加工部は、
   １つの画像データ内で１画素または２画素にインクを吐出するノズルに対して、インクを吐出する少なくとも１画素目の駆動波形選択データを、その画素の階調よりも上の階調または最大階調の駆動波形選択データに変更するとともに、
   １つの画像データ内で３画素以上にインクを吐出するノズル、および１つの画像データ内で１つの画素にもインクを吐出しないノズルについては、駆動波形選択データを変更せず、
   前記セレクターは、各ノズルに対して、前記駆動波形選択データに基づいて、前記インク吐出用駆動波形を選択し、あるいは何れの駆動波形も選択しないことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。

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