JP6409403B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は画像形成装置に関する。

液滴を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）を使用する画像形成装置においては、画像品質を維持するために画像形成に寄与しない液滴を吐出する空吐出動作（予備吐出などとも称される）を行うようにしている。

従来の画像形成装置として、液滴を吐出するときよりも小さい圧力が発生するように圧力発生手段を駆動して液室内の液体を揺動する揺動工程を実行した後に、空吐出を行う空吐出工程を実行するようにしたもの（特許文献１）が知られている。また、１駆動周期内で、液滴を吐出させないでメニスカスを振動させる微駆動パルスと、液滴を吐出させる１又は複数の空吐出パルスとを含む空吐出駆動波形を与えるようにしたもの（特許文献２）が知られている。

特開２０１４−０５８１０３号公報 特開２０１２−０９６５１６号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示の空吐出に先立つ揺動工程を行うパルス、特許文献２に開示の空吐出に先立つ微駆動を行う微駆動パルスは、個別液室を膨張させる膨張波形要素の立ち下げ時定数と個別液室を収縮させる収縮波形要素の立ち上げ時定数Ｔｒとを同じにしたものである。

そのため、揺動工程や微駆動工程において、膨張波形要素で膨張した個別液室を収縮波形要素で収縮させるときに気泡を引き込むおそれがあ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、空吐出に先立って個別液室内の液体を揺動させるときにおける気泡引き込みを低減することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の請求項１に係る画像形成装置は、
液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが通じる個別液室と、前記個別液室内の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段と、を有する液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドから画像形成に寄与しない空吐出滴を吐出させる空吐出動作を制御する空吐出制御手段と、を備え、
前記空吐出制御手段は、前記空吐出動作を行うときには前記液体吐出ヘッドの圧力発生手段に対し、時系列で、前記液滴を吐出させないで前記個別液室内の液体を揺れ動かす揺動パルスと、前記液滴を吐出させる空吐出パルスとを与え、
前記揺動パルスは、少なくとも、前記個別液室の容積を膨張させる膨張波形要素と、前記個別液室の容積を膨張状態から収縮させる収縮波形要素と、を有し、
前記膨張波形要素の立ち下げ時間Ｔｆと、前記収縮波形要素の立ち上げ時間Ｔｒとが、Ｔｆ＞Ｔｒ、の関係にあり、
前記揺動パルスは、ヘルムホルツ共振周期をＴｃとするとき、前記膨張波形要素の開始から前記収縮波形要素の開始までの時間Ｔａが、（５Ｔｃ／４）＋ｎＴｃ≦Ｔａ≦（７Ｔｃ／４）＋ｎＴｃ（ｎは０を含む自然数）である
構成とした。

本発明によれば、空吐出に先立って個別液室内の液体を揺動させるときにおける気泡引き込みを低減することができるようになる。

本発明に係る画像形成装置の一例の要部平面説明図である。 液体吐出ヘッドの一例のノズル配列方向と直交する方向に沿う要部断面説明図である。 同じくノズル配列方向に沿う要部断面説明図である。 図２の要部平面説明図である。 同画像形成装置の制御部の概要のブロック説明図である。 同制御部の印刷制御部及びヘッドドライバの一例のブロック説明図である。 本発明の第１実施形態における空吐出動作の空吐出駆動波形の説明図である。 揺動パルスの説明図である。 空吐出パルスの数と滴速度Ｖｊを一定とする駆動電圧及び滴体積Ｍｊの関係の一例の説明図である。 本発明の第２実施形態における揺動パルス及びメニスカス変位の説明図である。 本発明の第３実施形態の説明に供する揺動パルスの説明図である。 本発明の第４実施形態の説明に供する揺動パルスの説明図である。 本発明の第５実施形態における空吐出動作の説明に供するフロー図である。 本発明の第６実施形態における空吐出動作の説明に供するフロー図である。 本発明の第７実施形態における空吐出動作の説明に供するフロー図である。 薄膜ヘッドの電界‐変位特性の一例を示す説明図である。

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。本発明に係る画像形成装置の一例について図１を参照して説明する。図１は同画像形成装置の要部平面説明図である。

この画像形成装置は、シリアル型インクジェット記録装置であり、図示しない左右の側板に横架した主ガイド部材１及び図示しない従ガイド部材でキャリッジ３を移動可能に保持している。そして、主走査モータ５によって、駆動プーリ６と従動プーリ７間に架け渡したタイミングベルト８を介して主走査方向（キャリッジ移動方向）に往復移動する。

このキャリッジ３には、液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド４を搭載している。記録ヘッド４は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出する４列のノズル列４ｎを有している。また、記録ヘッド４は、複数のノズルからなるノズル列４ｎを主走査方向と直交する副走査方向に配置し、滴吐出方向を下方に向けて装着している。

一方、用紙１０を搬送するために、用紙を静電吸着して記録ヘッド４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１２を備えている。この搬送ベルト１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１３とテンションローラ１４との間に掛け渡されている。

そして、搬送ベルト１２は、副走査モータ１６によってタイミングベルト１７及びタイミングプーリ１８を介して搬送ローラ１３が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。この搬送ベルト１２は、周回移動しながら図示しない帯電ローラによって帯電（電荷付与）される。なお、搬送ベルトに使用しないローラ搬送方式とすることもできる。

さらに、キャリッジ３の主走査方向の一方側には搬送ベルト１２の側方に記録ヘッド４の維持回復を行う維持回復機構２０が配置されている。

維持回復機構２０は、例えば記録ヘッド４のノズル面（ノズルが形成された面）をキャッピングするキャップ２１、ノズル面を払拭するワイパ２２などで構成されている。

また、キャリッジ３の主走査方向に沿って両側板間に、所定のパターンを形成したエンコーダスケール２３を張装し、キャリッジ３にはエンコーダスケール２３のパターンを読取る透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ２４を設けている。これらのエンコーダスケール２３とエンコーダセンサ２４によってキャリッジ３の移動を検知するリニアエンコーダ（主走査エンコーダ）を構成している。

また、搬送ローラ１３の軸にはコードホイール２５を取り付け、このコードホイール２５に形成したパターン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２６を設けている。これらのコードホイール２５とエンコーダセンサ２６によって搬送ベルト１２の移動量及び移動位置を検出するロータリエンコーダ（副走査エンコーダ）を構成している。

このように構成したこの画像形成装置においては、図示しない給紙トレイから用紙１０が帯電された搬送ベルト１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト１２の周回移動によって用紙１０が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド４を駆動することにより、停止している用紙１０にインク滴を吐出して１行分を記録する。そして、用紙１０を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙１０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１０を図示しない排紙トレイに排紙する。

次に、記録ヘッドを構成する液体吐出ヘッドの一例について図２ないし図４を参照して説明する。図２は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う要部断面説明図、図３は同じくノズル配列方向に沿う要部断面説明図、図４は図２の要部平面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、ノズル板１０１と、流路板１０２と、振動板１０３と、圧力発生手段である圧電素子１１１と、保護基板１５０と、共通液室部材を兼ねる図示しないフレーム部材とを備えている。なお、本実施形態では、流路板１０２、振動板１０３及び圧電素子１１１で構成される部分を「アクチュエータ基板１２０」とする。ただし、アクチュエータ基板１２０として独立の部材が形成された後にノズル板１０１や保持基板１５０、フレーム部材と接合されることまで意味するものではない。

ノズル板１０１には、液滴を吐出する複数のノズル１０４が形成されている。ここでは、ノズル１０４を配列したノズル列４ｎを４列配置した構成としている。

流路板１０２は、ノズル板１０１及び振動板１０３とともに、ノズル１０４が通じる個別液室１０６、個別液室１０６に通じる流体抵抗部１０７、流体抵抗部１０７が通じる液導入部（通路）１０８を形成している。これらの個別液室１０６、流体抵抗部１０７及び液導入部１０８を併せて個別流路１０５とする。なお、個別液室は圧力室、液室、圧力発生室などとも称される。

この液導入部１０８は振動板１０３に形成されたフィルタ部１０９を通じて保護基板１５０及び図示しないフレーム部材で形成される共通液室１１０に通じている。

振動板１０３は、個別液室１０６の壁面の一部をなす変形可能な振動領域１３０を形成している。そして、この振動板１０３の振動領域１３０の個別液室１０６と反対側の面には、振動領域１３０と一体的に圧電素子１１１が設けられ、振動領域１３０と圧電素子１１１によって圧電アクチュエータ構成している。

圧電素子１１１は、振動板１０３側から下部電極１１３、圧電層（圧電膜）１１２及び上部電極１１４を順次積層形成して構成している。この圧電素子１１１上には層間絶縁膜１２１が形成されている。

圧電素子１１１の下部電極１１３は共通配線１１５を介して引き出されてバイパス配線１１７に接続されている。上部電極１１４は個別配線１１６を介して引き出されて接続パッド１１８に接続され、後述するヘッドドライバ（ドライバＩＣ）５０９に接続される。

そして、アクチュエータ基板１２０上には、パッシベーション層１２２を介して圧電素子１１１を収容する凹部（振動室）１５１及び配線用空間１５２を形成する保護基板１５０を設けている。

保護基板１５０は、上述したように共通液室の一部も形成している。この保護基板１５０は、接着剤によってアクチュエータ基板１２０の振動板１０３側に接合されている。

このように構成したこの液体吐出ヘッドにおいては、圧電素子１１１の上部電極１１４と下部電極１１３の間に電圧を与えることで、圧電層１１２が電極積層方向、すなわち電界方向に伸張し、振動領域１３０と平行な方向に収縮する。

このとき、下部電極１１３側は振動領域１３０で拘束されているため、振動領域１３０の下部電極１１３側に引っ張り応力が発生し、振動領域１３０が個別液室１０６側に撓み、内部の液体を加圧することで、ノズル１０４から液滴が吐出される。

次に、この画像形成装置の制御部の概要について図５を参照して説明する。図５は同制御部のブロック説明図である。

この制御部５００は、装置全体の制御を司るＣＰＵ５０１、ＣＰＵ５０１が実行するプログラムを含む各種プログラムなどの固定データを格納するＲＯＭ５０２と、画像データ等を一時格納するＲＡＭ５０３を備えている。

また、制御部５００は、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５０４と、画像データに対する各種信号処理、並び替え等を行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ＡＳＩＣ５０５を備えている。

また、制御部５００は、記録ヘッド４を駆動制御するためのデータ転送手段、駆動信号発生手段を含む印刷制御部５０８と、記録ヘッド４を駆動するための記録ヘッド４に搭載されているヘッドドライバ（ドライバＩＣ）５０９を備えている。

また、制御部５００は、キャリッジ３を移動走査する主走査モータ５、搬送ベルト２１を周回移動させる副走査モータ１６、維持回復機構２０のキャップ２１やワイパ部材２２の移動、図示しない吸引手段の駆動などを行なう維持回復モータ５５６を駆動するためのモータ駆動部５１０を備えている。

また、制御部５００は、帯電ローラ２６にＡＣバイアスを供給するＡＣバイアス供給部５１１と、送液ポンプ２４１を駆動する供給系駆動部５１２などを備えている。

また、制御部５００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５１４が接続されている。

この制御部５００は、ホスト側とのデータ、信号の送受を行うためのＩ／Ｆ５０６を持っていて、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置、画像読み取り装置、撮像装置などのホスト６００側から、ケーブル或いはネットワークを介してＩ／Ｆ５０６で受信する。

そして、制御部５００のＣＰＵ５０１は、Ｉ／Ｆ５０６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、ＡＳＩＣ５０５にて必要な画像処理、データの並び替え処理等を行い、この画像データを印刷制御部５０８からヘッドドライバ５０９に転送する。なお、画像を出力するためドットパターンデータの生成はホスト６００側のプリンタドライバ６０１で行なうことも、制御部５００で行なうこともできる。

印刷制御部５０８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５０９に出力する。

また、印刷制御部５０８は、ＲＯＭ５０２に格納されている駆動波形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信号生成部を含む。そして、印刷制御部５０８は、１の駆動パルス或いは複数の駆動パルスで構成される駆動波形を生成してヘッドドライバ５０９に対して出力する。

ヘッドドライバ５０９は、シリアルに入力される記録ヘッド４の１行分に相当する画像データに基づいて印刷制御部５０８から与えられる駆動波形を構成する駆動パルスを選択して記録ヘッド４の圧力発生手段としての圧電素子１１１に対して与える。これにより、記録ヘッド４を駆動する。

このとき、駆動波形を構成する１又は２以上の駆動パルスの全部又は一部（駆動パルスを形成する波形用要素の一部）を選択する。これにより、例えば、大滴、中滴、小滴など、大きさの異なるドットを打ち分けることができる。

Ｉ／Ｏ部５１３は、様々のセンサ情報を処理することができ、装置に装着されている各種のセンサ群５１５及び環境温度を検出する温度センサ（温度検出手段）５１６からの情報を取得する。そして、画像形成装置の制御に必要な情報を抽出し、印刷制御部５０８やモータ駆動部５１０、ＡＣバイアス供給部５１１の制御などに使用する。

センサ群５１５は、用紙の位置を検出するための光学センサや、帯電ベルトの電圧を監視するセンサ、カバーの開閉を検出するためのインターロックスイッチなどがある。

また、制御部５００は、本発明における画像形成に寄与しない空液滴を吐出させる空吐出動作を制御する空吐出制御手段を構成し、ＲＯＭ５０２に格納されたプログラムに従ってＣＰＵ５０１が空吐出動作を制御する処理を行う。

次に、ヘッド駆動制御手段を構成している印刷制御部５０８及びヘッドドライバ５０９の一例について図６のブロック説明図を参照して説明する。

印刷制御部５０８は、駆動波形生成部７０１と、データ転送部７０２と、空吐出駆動波形生成部７０３とを備えている。

駆動波形生成部７０１は、画像形成時に１印刷周期（１駆動周期）内に複数の駆動パルスで構成される共通駆動波形（共通駆動信号）Ｖｃｏｍを生成して出力する。

データ転送部７０２は、印刷画像に応じた２ビットの画像データ（階調信号０、１）と、クロック信号、ラッチ信号（ＬＡＴ）、滴制御信号である選択信号０〜３を出力する。

なお、選択信号０〜３は、ヘッドドライバ５０９のスイッチ手段であるアナログスイッチ７１５の開閉を滴毎に指示する２ビットの信号である。そして、選択信号１〜４は、後述する最終吐出パルスと残留振動抑制波形との間で切り替わり、選択時にはＬレベル（「０」）に状態遷移し、非選択時にはＨレベル（「１」）に状態遷移する。

ヘッドドライバ５０９は、データ転送部７０２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（階調データ：２ビット／１チャンネル（１ノズル）を入力するシフトレジスタ７１１を備えている。また、ヘッドドライバ５０９は、シフトレジスタ７１１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７１２と、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デコーダ７１３とを備えている。

また、ヘッドドライバ５０９は、デコーダ７１３のロジックレベル電圧信号をアナログスイッチ７１５が動作可能なレベルへとレベル変換するレベルシフタ７１４と、レベルシフタ７１４を介して与えられるデコーダ７１３の出力でオン／オフ（開閉）されるアナログスイッチ７１５を備えている。

このアナログスイッチ７１５は、各圧電部材１１２の選択電極（個別電極）に接続され、駆動波形生成部７０１からの共通駆動信号Ｖｃｏｍ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（階調データ）と選択信号１〜４をデコーダ７１３でデコードした結果に応じてアナログスイッチ７１５がオンにする。これにより、共通駆動信号Ｖｃｏｍを構成する所要の駆動パルス（あるいは波形要素）が通過して（選択されて）圧電部材１１２に与えられる。

空吐出駆動波形生成部７０３は、画像形成に寄与しない空液滴を吐出させる空吐出動作を行うときに、空吐出駆動波形を生成してアナログスイッチ７１５に出力する。なお、駆動波形生成部７０１からの共通駆動波形と空吐出駆動波形生成部７０３からの空吐出駆動波形とは、選択的に生成され、あるいは、選択的にアナログスイッチ７１５に入力される。

なお、駆動パルスとは共通駆動波形（共通駆動信号）を構成する要素としてのパルスを示す用語として、吐出パルスとは圧力発生手段に印加されることで液滴を吐出させる駆動パルスを示す用語として使用する。また、非吐出パルス（微駆動パルス、揺動パルス）とは圧力発生手段に印加されるが、滴を吐出させないで、ノズルメニスカスを揺れ動かす程度の駆動を行うパルスを示す用語として使用する。また、以下で説明するパルスは一例であって、これに限るものではない。

次に、本発明の第１実施形態について図７を参照して説明する。図７は同実施形態における空吐出動作の空吐出駆動波形の説明図である。

本実施形態では、空吐出動作を行うときには、空吐出駆動波形生成部７０３から生成出力される空吐出駆動波形を液体吐出ヘッドの各ノズル１０４に対応する圧力発生手段である圧電素子１１１に与える。

空吐出駆動波形には、液滴を吐出させないで個別液室１０６内の液体を揺れ動かす（ノズル１０４のメニスカスを振動ないし流動させる）揺動パルスPａと、複数（ここでは３個）の空吐出パルスＰｂで構成される空吐出パルス群ＰＢと、が含まれる。

１回の空吐出動作では、複数の揺動パルスＰａを生成出力する揺動工程と、複数の空吐出パルス群ＰＢを生成出力する空吐出工程とを、時系列で行う。すなわち、空吐出パルスＰｂの印加を行う前に揺動パルスＰａを与えてメニスカスを揺れ動かすことで、ノズル内での液体が増粘しているときでも以後の空吐出を確実に行えるようにする。

なお、１回の空吐出動作において、空吐出パルスＰｂに先立って与える揺動パルスＰａの数（繰り返し回数）、空吐出パルス群ＰＢの数（繰り返し回数）、空吐出パルス群ＰＢを構成する空吐出パルスＰｂの数が限定されるものではない。

また、ここでは、３個の空吐出パルスＰｂを１組の空吐出パルス群ＰＢとしているが、ここの空吐出パルスＰｂを１以上連続して複数与えるように構成することもできる。

次に、揺動パルスＰａについて図８を参照して説明する。図８は１つの揺動パルスＰａの説明図である。

揺動パルスＰａは、個別液室１０６の容積を膨張させる膨張波形要素ａと、膨張波形要素ａで膨張された状態を保持する保持波形要素ｂと、保持波形要素ｂで保持された膨張状態から個別液室１０６の容積を収縮させる収縮波形要素ｃと、を有している。

ここでは、膨張波形要素ａは基準電位Ｖｏから電位Ｖｂまで立ち下がる波形要素であり、保持波形要素ｂは電位Ｖｂを保持する波形要素であり、収縮波形要素ｃは電位Ｖｂから電位Ｖｏまで立ち上がる波形要素としている。

そして、膨張波形要素ａの立ち下げ時間Ｔｆと、収縮波形要素ｃの立ち上げ時間Ｔｒとは、Ｔｆ＞Ｔｒ、の関係に設定されている。

例えば、膨張波形要素ａの立ち下げ時間Ｔｆ＝５μｓ、保持波形要素ｂの保持時間（パルス幅Ｐｗ）＝２μｓ、収縮波形要素ｃの立ち上げ時間Ｔｒ＝１μｓとする。

膨張波形要素ａの立ち下げ時間Ｔｆを収縮波形要素ｃの立ち上げ時間Ｔｒより長く設定することで、メニスカスの引き込み速度を収縮時よりも相対的に遅くしている。なお、液滴を吐出させる吐出パルスでは立ち下げ時間Ｔｆを１μｓに設定する。

このように、揺動パルスＰａの膨張波形要素ａの立ち下げ時間Ｔｆを収縮波形要素ｃの立ち上げ時間Ｔｒより長く設定することで、メニスカスへの圧力伝播が急峻ではなくなり、メニスカス振幅が小さくなる。

そこで、ここでは、メニスカスの揺動を確実にするため、空吐出パルスＰｂよりも電圧差（立ち下げ量）を高くして、メニスカスを大きく揺らすようにしている。

そして、メニスカスを引き込んだ後、膨張波形要素ａの立ち下げ時間Ｔｆよりも収縮波形要素ｃの立ち上げ時間Ｔｒが短い（例えば、吐出パルスと同じ）ことで、メニスカスを押し出す圧力が強くなる。

しかしながら、押し出した直後から、メニスカスの減衰自由振動が始まるため、次に膨張波形要素ａによってメニスカスを引き込むときにはある程度減衰している。そのため、膨張波形要素ａによる引き込みを強くするよりは、メニスカスが気泡を巻き込む可能性が低くなる。

すなわち、揺動パルスＰａによる個別液室１０６内の液体を撹拌する効果を向上させるためには、メニスカスを大きく揺らすことが必要となる。

ここで、メニスカスを吐出しない限界まで大きく揺らすと、非吐出駆動（揺動）では吐出することによる運動エネルギーの発散がないため、メニスカスのエネルギーは高い状態にある。この状態では、膨張波形要素ａによってメニスカスを引き込んだときに、メニスカスの表面張力を打ち破り、気泡を巻き込んでしまうおそれが高くなる。

そこで、膨張波形要素ａの立ち下げ時間Ｔｆを収縮波形要素ｃの立ち上げ時間Ｔｒより長く設定することによって、膨張波形要素ａの立ち下げ開始から収縮波形要素ｃの立ち上げ開始までの時間を設定することで、気泡を巻き込まずに、撹拌の効果を向上させることができるようになる。

次に、図７に戻って、空吐出パルスＰｂ及び空吐出パルス群ＰＢについて説明する。

本実施形態では、３個の空吐出パルスＰｂを、パルス間隔（吐出から吐出の間隔）を個別液室１０６のヘルムホルツ共振周期（固有振動周期、以下単に「共振周期」という。）Ｔｃにして配置したものを１群の空吐出パルス群ＰＢとしている。

ここで、１℃環境下で、空吐出パルス群ＰＢを構成する共振周期Ｔｃで配置した空吐出パルスＰｂの数と、滴速度Ｖｊが同じ速度（ここではＶｊ＝７．０ｍ／ｓ）となる駆動電圧、及び、滴体積Ｍｊの関係の一例を図９に示している。

この図９から分かるように、空吐出パルスＰｂの数を増やすと、残留圧力を吐出圧力に重畳させることができるので、滴速度Ｖｊに関係する駆動電圧を下げることができるが、一方で滴体積Ｍｊは増加する。

この場合、低温で高粘度となる液体の吐出滴の滴体積Ｍｊが大きいと、供給不足による過負圧で、メニスカスを壊し、気泡を巻き込みやすくなる。したがって、共振させる（共振駆動する）空吐出パルスＰｂの数を増やすことにも限界がある。

そこで、本実施形態では、空吐出パルス群ＰＢを構成する共振周期Ｔｃで配置する空吐出パルスＰｂを３個としている。

なお、前述したように、空吐出パルスＰｂを複数回連続して与えるようにすることもでき、あるいは、共振周期Ｔｃ以外で複数の空吐出パルスＰｂを配置したものを空吐出パルス群ＰＢとすることもできる。

また、本実施形態のように、空吐出パルス群ＰＢの前に揺動パルスＰａを印加することで、ノズル内の増粘液体の攪拌や個別液室内の液体の攪拌を行う（流動させる）ことで、低温で高粘度となる液体であっても、空吐出パルスＰｂによって確実に安定した空吐出を行うことができる。

すなわち、低温で高粘度となる液体の場合には、低温時に空吐出パルス群ＰＢを印加するだけでは、個別液室１０６内やノズル１０４内の液体の流動性が低下しているために、当初から圧力共振に入ることが難しく、空吐出が安定しない。

そこで、揺動パルスＰａによって個別液室１０６内やノズル１０４内の液体の流動性を高めた後空吐出パルスＰｂを与えることで、圧力共振による確実な安定した空吐出を行うことができるようになる。

次に、具体例について説明する。

１℃環境で２４時間キャッピングした状態で放置した後に、メンテナンス動作として、デキャップ状態にした後に空吐出動作を行った。このとき、立ち下げ時間Ｔｆ＝３μｓ、立ち上げ時間Ｔｒ＝１μｓの揺動パルスＰａを印加した場合と、立ち下げ時間Ｔｆ＝１μｓ、立ち上げ時間Ｔｒ＝１μｓの揺動パルスＰａを印加した場合とを比較した。なお、空吐出パルス群ＰＢ、吐出周波数、吐出回数は同じにした。

この場合、立ち下げ時間Ｔｆ＝１μｓの揺動パルスＰａを印加した場合には、ノズル抜けを生じることが多く確認された。

これに対し、立ち下げ時間Ｔｆ＝３μｓの揺動パルスＰａを印加した場合には、ノズル抜けはほぼ無く、ノズル面の汚れも大幅に改善されていたので、空吐出動作が安定していることが確認された。

また、本実施形態のように、揺動パルスＰａの膨張波形要素ａの立ち下げ時間Ｔｆを収縮波形要素ｃの立ち上げ時間ｔｒよりも長くすることで、空吐出動作の環境範囲及び経過時間を広げることができる。

これによりメンテナンスで消費するインク量を少なく抑えることができる。

さらに、揺動パルスＰａと空吐出パルスＰｂを含む空吐出動作は、複数回繰り返すことで効率よく増粘液体を排出することができる。

これは、揺動パルスＰａの数を多くするほど、増粘液体の撹拌に効果をもたらすが、空吐出動作をデキャップ状態で実行する場合、揺動回数の増加に伴ってメニスカスが大気にさらされる時間が長くなり、逆に増粘してしまうことがある。

そこで、揺動と空吐出とを複数回繰り返すことによって、デキャップ状態による増粘によるノズル抜けを予防しつつ、撹拌効果を蓄積しながら、増粘液体を排出することができる。

次に、本発明の第２実施形態について図１０を参照して説明する。図１０は同実施形態における揺動パルス及びメニスカス変位の説明図である。

本実施形態の揺動パルスＰａは、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃとするとき、膨張波形要素ａの開始から収縮波形要素ｃの開始までの時間Ｔａを、（５Ｔｃ／４）＋ｎＴｃ≦Ｔａ≦（７Ｔｃ／４）＋ｎＴｃ（ｎは０を含む自然数）、としたものである。

これにより、膨張波形要素ａによって発生したメニスカスの残留振動と共振するタイミングで収縮波形要素ｃが与えられるので、メニスカスを大きく揺らすことができ、ノズル付近の増粘液体を効率的に流動させることができる。

この場合、より好ましくは、膨張波形要素ａの開始から収縮波形要素ｃの開始までの時間Ｔａを、（６Ｔｃ／４）＋ｎＴｃ（ｎは０を含む自然数）とする。

例えば、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃが４μｓであるとき、膨張波形要素ａの開始から収縮波形要素ｃの開始までの時間Ｔａを６μｓになるように、保持波形要素ｂの時間（パルス幅Ｐｗ）を１μｓに設定した。この場合の膨張波形要素ａの開始から収縮波形要素ｃの開始までの時間Ｔａは、（３Ｔｃ）／２となる。

このように、膨張波形要素ａの立ち下げ時間Ｔｆを収縮波形要素ｃの立ち上げ時間Ｔｒより長く設定し、膨張波形要素ａの立ち下げ開始から収縮波形要素ｃの立ち上げ開始までの時間を共振周期Ｔｃに合わせて設定することで、確実に、気泡を巻き込まずに、撹拌の効果を向上させることができる。

次に、本発明の第３実施形態について図１１を参照して説明する。図１１は同実施形態の説明に供する揺動パルスの説明図である。

本実施形態では、揺動パルスＰａの膨張波形要素ａの立ち下げ時間Ｔｆを、温度センサ５１６による装置の環境温度の検出結果に応じて変化させるようにしている。

例えば１℃用の揺動パルスＰａの膨張波形要素ａ１の立ち下げ時間Ｔｆ１、２３℃用の揺動パルスＰａの膨張波形要素ａ２の立ち下げ時間Ｔｆ２、３５℃用の揺動パルスＰａの膨張波形要素ａ３の立ち下げ時間Ｔｆ３を、Ｔｆ１＜Ｔｆ２＜Ｔｆ３の関係としている。

このような制御は、空吐出駆動波形生成部７０３に、予め検出温度に応じた揺動パルスＰａの波形パターンのデータを格納保持しておき、温度センサ５１６の検出結果に応じて読み出す波形パターンのデータを変更すればよい。

すなわち、液体の粘度は温度が高くなるに従って低下するので、環境温度が１℃のときに適した揺動パルスＰａの波形は、例えば環境温度が３５℃になると過剰な変位を与えることになる。

この場合、立ち下げ電圧を小さくすることでエネルギーを抑えることができるが、収縮波形要素によるエネルギーも小さくなってしまうため、電圧を小さくすると、同時に撹拌効果が低減することになる。

そこで、温度が高くなるに従って膨張波形要素ａによる立ち下げ時間Ｔｆを長くすることで、個別液室１０６に与えるエネルギーを低減することで、収縮波形要素ｃによる収縮エネルギーを確保できるようにしている。

これにより、環境温度が変化（液体粘度が変化）した場合でも、滴吐出を伴うことなく、揺動パルスＰａによる攪拌効果を確保することができる。

次に、本発明の第４実施形態について図１２を参照して説明する。図１２は同実施形態の説明に供する揺動パルスの説明図である。

本実施形態では、揺動パルスＰａの膨張波形要素ａの立ち下げ時間Ｔｆ及び収縮波形要素ｃの立ち上げ時間Ｔｒを、温度センサ５１６による装置の環境温度の検出結果に応じて変化させるようにしている。

そして、本実施形態では、環境温度が高くなる（液体粘度が低下する）に従って、膨張波形要素ａの立ち下げ時間Ｔｆ及び収縮波形要素ｃの立ち上げ時間Ｔｒを、それぞれ長く（傾きを緩やかに）している。

例えば、前記第３実施形態と同様に、１℃用の揺動パルスＰａの膨張波形要素ａ１の立ち下げ時間Ｔｆ１、２３℃用の揺動パルスＰａの膨張波形要素ａ２の立ち下げ時間Ｔｆ２、３５℃用の揺動パルスＰａの膨張波形要素ａ３の立ち下げ時間Ｔｆ３を、Ｔｆ１＜Ｔｆ２＜Ｔｆ３の関係としている。

同様に、１℃用の揺動パルスＰａの収縮波形要素ｃ１の立ち上げ時間Ｔｒ１、２３℃用の揺動パルスＰａの収縮波形要素ｂ２の立ち上げ時間Ｔｒ２、３５℃用の揺動パルスＰａの収縮波形要素ｃ３の立ち上げ時間Ｔｒ３を、Ｔｒ１＜Ｔｒ２＜Ｔｒ３の関係としている。

この場合、保持波形要素ｃの保持時間（パルス幅）Ｐｗも環境温度に変化させることができる。

このように、環境温度に応じて、立ち下げ時間Ｔｆ及び立ち上げ時間Ｔｒを、或いはこれに加えて保持時間（パルス幅）Ｐｗを変化させることで、撹拌効果を損ねずに、空吐出による効率的な回復を行うことができる。

また、揺動パルスＰａの数、空吐出パルスＰｂの数ないし空吐出パルス群ＰＢの回数なども環境温度の検出結果に応じて変化させることができる。

このような各種パラメータの温度による変更制御を行うには、例えば、前述したように環境温度を検出する温度検出手段を備える。そして、空吐出制御手段は、検出温度から、予め作成されたテーブルを元に、揺動パルスの膨張波形要素の立ち下げ時間Ｔｆと、保持時間（パルス幅Ｐｗ）と、揺動パルスの収縮波形要素の立ち上げ時間Ｔｒrと、揺動回数と、空吐出回数、および、繰り返し回数を変更するようにすればよい。

これにより、空吐出動作による、より効率的な回復を行うことができる。

次に、本発明の第５実施形態について図１３を参照して説明する。図１３は同実施形態における空吐出動作の説明に供するフロー図である。

空吐出動作を開始したときには、記録ヘッド４のノズル面をキャッピングしているキャップ２１を離間させるデキャップ動作を行う。

その後、ｎ＝１，ｎ、１（ｎ≧２）として、１又は複数の揺動パルスＰａを与える揺動工程を行い、次いで、１又は複数の空吐出パルス群ＰＢを与える空吐出工程を行う。その後、所定回数の空吐出動作を行って、空吐出動作を終了する。なお、フロー図における、「ｎ＝１，ｎ、１」は、「変数＝初期値、終値、増分値」を意味し、「ｎ」は繰り返し設定回数を意味する。

なお、デキャップ状態での空吐出はキャップ２１内に対して行っているが、これに限るものではない。

次に、本発明の第６実施形態について図１４を参照して説明する。図１４は同実施形態における空吐出動作の説明に供するフロー図である。

空吐出動作を開始したときには、キャップ２１で記録ヘッド４のノズル面をキャッピングしたままの状態で、１又は複数の揺動パルスＰａを与える揺動工程を行う。

その後、記録ヘッド４のノズル面をキャッピングしているキャップ２１を離間させるデキャップ動作を行う。

次いで、空吐出パルス群ＰＢを与える空吐出工程を行う。

その後、ｎ＝２，ｎ、１（ｎ≧２）として、１又は複数の揺動パルスＰａを与える揺動工程を行い、次いで、１又は複数の空吐出パルス群ＰＢを与える空吐出工程を行う。その後、所定回数の空吐出動作を行って、空吐出動作を終了する。

すなわち、前記第５実施形態のように、空吐出動作を行うとき、デキャップした後に揺動工程を行うと、デキャップによってノズルメニスカスが外気に触れ、デキャップから空吐出作の開始（揺動パルスの印加）までの間にメニスカスの増粘化が促進される。

そこで、デキャップによるメニスカス増粘化を抑制するために、デキャップする前に揺動工程を実施して、デキャップした後に空吐出を行うことで、増粘液体を排出する。

れにより、メニスカス増粘化を防いだ状態での撹拌を行うことができ、揺動パルスＰａによる揺れ動かしをより効果的に行うことができる。

次に、本発明の第７実施形態について図１５を参照して説明する。図１５は同実施形態における空吐出動作の説明に供するフロー図である。

空吐出動作を開始したときには、キャップ２１で記録ヘッド４のノズル面をキャッピングしたままの状態で、揺動パルスＰａを与える揺動工程を行い、次いで、空吐出パルス群ＰＢを与える空吐出工程を行う。

その後、記録ヘッド４のノズル面をキャッピングしているキャップ２１を離間させるデキャップ動作を行う。

そして、ｎ＝２，ｎ、１（ｎ≧２）として、揺動パルスＰａを与える揺動工程を行い、次いで、空吐出パルス群ＰＢを与える空吐出工程を行う。その後、所定回数の空吐出動作を行って、空吐出動作を終了する。

すなわち、空吐出動作をデキャップ状態で実施するのは、キャップ２１内へ増粘液体を排出したときに、空吐出滴の跳ね返りやキャップ２１内に溜まった廃液がノズル面に接触しないようするためである。

このような不都合が生じないような場合には、デキャップによる増粘化を防ぐために、デキャップする前に一旦揺動工程と所定回数の空吐出を行うことで、最も増粘化している液体のみ排出することが好ましい。

ここで、キャッピング状態における空吐出工程での空吐出滴の滴数は、吐出滴の跳ね返りなどによるノズルダウンを防ぐために、必要最少限に抑えることが好ましい。

そこで、キャッピング状態での空吐出工程の滴数は、デキャップ状態での空吐出工程の滴数よりも少なくしている。

上述したような揺動パルスを与えた後に空吐出パルスを与える空吐出動作は、圧力発生手段として特に薄膜ヘッドを使用する場合に有効である。なお、薄膜ヘッドとは、圧電膜などの電気機械変換膜を１又は２層とする圧電素子（薄膜圧電素子）などの電気機械変換素子を使用するヘッドを意味するものとする。

すなわち、薄膜ヘッドで使用する圧電素子は、図１６に示すように、電界強度が大きくなると、変位が飽和する傾向があるので（電界強度が強い影響）、増粘液体を吐出させる場合には、電圧が大きくなりすぎるという問題がある。

特に、１℃などの低温環境でメンテナンス動作（空吐出動作）を行うためには駆動電圧が高くなり過ぎる。また、薄膜圧電素子の場合、圧電素子自体の剛性が積層圧電素子に比べて低いので、液体からの圧力の影響を受けやすいというのも高粘度液体を吐出し難い原因となっている。

そこで、駆動電圧を掛けることなく、低温環境下でも確実な空吐出を行うために、空吐出に先立って揺動パルスでノズル内や個別液室内の液体を流動化させることでより確実な空吐出を行うことができるようになる。

ただし、本発明で使用する液体吐出ヘッドの圧力発生手段は薄膜圧電素子に限定されるものではない。

なお、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。

また、画像形成装置には、特に限定しない限り、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。

３ キャリッジ
４ 記録ヘッド
１０ 用紙
１２ 搬送ベルト
２１ キャップ
１０４ ノズル
１０６ 個別液室
１１１ 圧電素子
７０１ 駆動波形生成部
７０２ データ転送部
７０３ 空吐出駆動波形生成部

Claims (11)

1. 液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが通じる個別液室と、前記個別液室内の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段と、を有する液体吐出ヘッドと、
   前記液体吐出ヘッドから画像形成に寄与しない空吐出滴を吐出させる空吐出動作を制御する空吐出制御手段と、を備え、
   前記空吐出制御手段は、前記空吐出動作を行うときには前記液体吐出ヘッドの圧力発生手段に対し、時系列で、前記液滴を吐出させないで前記個別液室内の液体を揺れ動かす揺動パルスと、前記液滴を吐出させる空吐出パルスとを与え、
   前記揺動パルスは、少なくとも、前記個別液室の容積を膨張させる膨張波形要素と、前記個別液室の容積を膨張状態から収縮させる収縮波形要素と、を有し、
   前記膨張波形要素の立ち下げ時間Ｔｆと、前記収縮波形要素の立ち上げ時間Ｔｒとが、Ｔｆ＞Ｔｒ、の関係にあり、
   前記揺動パルスは、ヘルムホルツ共振周期をＴｃとするとき、前記膨張波形要素の開始から前記収縮波形要素の開始までの時間Ｔａが、（５Ｔｃ／４）＋ｎＴｃ≦Ｔａ≦（７Ｔｃ／４）＋ｎＴｃ（ｎは０を含む自然数）である
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが通じる個別液室と、前記個別液室内の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段と、を有する液体吐出ヘッドと、
   前記液体吐出ヘッドから画像形成に寄与しない空吐出滴を吐出させる空吐出動作を制御する空吐出制御手段と、を備え、
   前記空吐出制御手段は、前記空吐出動作を行うときには前記液体吐出ヘッドの圧力発生手段に対し、時系列で、前記液滴を吐出させないで前記個別液室内の液体を揺れ動かす揺動パルスと、前記液滴を吐出させる空吐出パルスとを与え、
   前記揺動パルスは、少なくとも、前記個別液室の容積を膨張させる膨張波形要素と、前記個別液室の容積を膨張状態から収縮させる収縮波形要素と、を有し、
   前記膨張波形要素の立ち下げ時間Ｔｆと、前記収縮波形要素の立ち上げ時間Ｔｒとが、Ｔｆ＞Ｔｒ、の関係にあり、
   前記揺動パルスは、ヘルムホルツ共振周期をＴｃとするとき、前記膨張波形要素の開始から前記収縮波形要素の開始までの時間Ｔａが、（６Ｔｃ／４）＋ｎＴｃ（ｎは０を含む自然数）である
   ことを特徴とする画像形成装置。
3. 前記空吐出制御手段は、一回の前記空吐出動作で、複数の前記揺動パルス及び複数の前記空吐出パルスを与える
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記揺動パルスを複数回連続して与える
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 環境温度に応じて、前記揺動パルスの前記膨張波形要素の立ち下げ時間Ｔｆ及び前記収縮波形要素の立ち上げ時間Ｔｒ、前記揺動パルスの前記膨張波形要素で膨張された状態を保持する保持波形要素のパルス幅、前記揺動パルスを与える回数、空吐出パルスを与える回数、前記揺動パルス及び前記空吐出パルスを繰り返し与える回数の少なくともいずれかを変更する
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 環境温度が予め定めた所定温度以上になったときに、前記膨張波形要素の立ち下げ時間Ｔｆ及び前記収縮波形要素の立ち上げ時間Ｔｒを長く変化させる
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記液体吐出ヘッドのノズル面をキャッピングするキャップを有し、
   前記空吐出動作を行うときには、前記キャップで前記ノズル面をキャッピングした状態で、前記揺動パルスを与えた後、前記キャップを前記ノズル面から離間させ、前記空吐出パルスを与える
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記液体吐出ヘッドのノズル面をキャッピングするキャップを有し、
   前記空吐出動作を行うときには、前記キャップで前記ノズル面をキャッピングした状態で、前記揺動パルス及び前記空吐出パルスを与えた後、前記キャップを前記ノズル面から離間させる
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置。
9. 前記キャップを前記ノズル面から離間させた状態で、１又は複数回の前記空吐出動作を行う
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載の画像形成装置。
10. 前記キャップで前記ノズル面をキャッピングした状態で与える前記空吐出パルスの数は、前記キャップを前記ノズル面から離間させた状態で与える前記空吐出パルスの数より少ない
    ことを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記液体吐出ヘッドの前記圧力発生手段は、前記個別液室の壁面を形成する振動板側から下部電極、圧電膜及び上部電極が順次積層された圧電素子である
    ことを特徴とする請求項１ないし１０に記載の画像形成装置。

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